JP4743010B2 - シリコンウェーハの表面欠陥評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン単結晶インゴット（以下、インゴットという。）から切出されたシリコンウェーハの表面欠陥を評価する方法に関する。更に詳しくは、チョクラルスキー法（Czochralski Method、以下、ＣＺ法という。）により育成されたインゴットから切り出された無欠陥領域シリコンウェーハの製造を容易にするシリコンウェーハの表面欠陥評価方法に関するものである。

近年の半導体集積回路の超微細化に伴い、デバイスの歩留まりを低下させる要因として、シリコン単結晶インゴットの結晶成長中に形成される結晶成長時導入欠陥である結晶に起因したパーティクル（Crystal Originated Particle、以下、ＣＯＰという。）や、酸化誘起積層欠陥（Oxidation Induced Stacking Fault、以下、ＯＩＳＦという。）の核となる酸素析出物の微小欠陥や、或いは侵入型転位（Interstitial-type Large Dislocation、以下、Ｌ／Ｄという。）の存在が挙げられている。

ＣＯＰは、鏡面研磨されたシリコンウェーハをアンモニアと過酸化水素の混合液でＳＣ−１洗浄すると、ウェーハ表面に出現する結晶起因のピットである。このウェーハをパーティクルカウンタで測定すると、このピットがパーティクル（Light Point Defect、ＬＰＤ）として検出される。ＣＯＰは電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Time Dependent dielectric Breakdown、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Time Zero Dielectric Breakdown、ＴＺＤＢ）等を劣化させる原因となる。またＣＯＰがウェーハ表面に存在するとデバイスの配線工程において段差を生じ、断線の原因となり得る。そして素子分離部分においてもリーク等の原因となり、製品の歩留りを低くする。

ＯＩＳＦは、結晶成長時に形成される微小な酸素析出が核となっていると考えられ、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化する積層欠陥である。このＯＩＳＦは、デバイスのリーク電流を増加させる等の不良原因になる。Ｌ／Ｄは、転位クラスタとも呼ばれたり、或いはこの欠陥を生じたシリコンウェーハをフッ酸を主成分とする選択エッチング液に浸漬すると方位を持ったエッチングピットを生じることから転位ピットとも呼ばれる。このＬ／Ｄも、電気的特性、例えばリーク特性、アイソレーション特性等を劣化させる原因となる。

以上のことから、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハからＣＯＰ、ＯＩＳＦ及びＬ／Ｄを減少させることが必要となっている。これらの結晶欠陥を評価する方法としては様々な方法があるが、特に微小な欠陥を評価する方法として、試料表面を銅で汚染し、熱処理によって銅を試料中に拡散させた後、試料を急冷することによって結晶表面の欠陥を顕在化させる銅デコレーション法を用いたシリコン単結晶の結晶欠陥評価方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に示される方法ではＯＩＳＦ又はＯＩＳＦとなる核が存在する領域を検出している。
また、ベアウェーハに所定の厚さの絶縁膜を形成することによりウェーハの欠陥部位に対して厚さが変化した絶縁膜を形成する段階と、ウェーハの表面近くに形成され、欠陥部位上で厚さが変化した絶縁膜の部分を電解によって破壊するとともに欠陥部位に銅をデコレーティングする段階とを備えたウェーハの欠陥分析方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。上記特許文献２に示される方法では、結晶成長された半導体ウェーハの欠陥を肉眼で直接分析できるとある。
特開２００１−８１０００号公報（請求項１） 特許第３２４１２９６号（請求項１、段落［００１５］）

しかしながら、上記特許文献１や特許文献２に示される銅デコレーション方法を用いた評価方法は、パーティクルカウンタの検出下限未満の大きさのＣＯＰを検出することはできるが、測定に多くの工程が必要であるため煩雑であり、評価スループットが悪く、コストもかかるという問題があった。

本発明の目的は、簡便に微小な結晶欠陥の存在する領域を検出することが可能なシリコンウェーハの表面欠陥評価方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、無欠陥領域からなるシリコンウェーハの製造を容易にするシリコンウェーハの表面欠陥評価方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、シリコン単結晶インゴットから切出されたシリコンウェーハに対して窒化雰囲気下、１０〜１５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７０℃以上シリコン融点未満の温度まで加熱処理し、処理温度で１〜１２０秒間保持した後に、１０〜１００℃／秒の降温速度で室温まで冷却する急速熱処理工程と、ウェーハ表面を表面光起電力法（Surface Photo voltage Method、以下、ＳＰＶ法という。）を用いて少数キャリア拡散長を算出することにより、ウェーハ表面の少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域を検出する工程とを含むことを特徴とするシリコンウェーハの表面欠陥評価方法である。
請求項１に係る発明では、上記条件で窒化雰囲気下での急速熱処理を施すことにより、ウェーハ表層に窒化膜が生成されると、ウェーハ表面からウェーハ内部に空孔が注入される。この空孔注入と同時に、微小なＣＯＰが存在する領域にある欠陥と、注入された空孔とが熱により結合し、少数キャリアの再結合中心として有効に働く形態になる。その結果、ウェーハ面内で少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域において、拡散長が短く検出される。この状態のウェーハにおける少数キャリア拡散長をＳＰＶ法を用いて算出すると、ＣＯＰがキャリアの再結合中心としてより有効に働くため、ウェーハ表面の少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域を簡便に検出することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、シリコンウェーハがｐ型半導体であるとき、ウェーハ表面の少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域を検出する工程の前に、ウェーハ表面に対してＨＦ処理を行う工程を更に含む方法である。
請求項２に係る発明では、ウェーハがｐ型半導体であるときはウェーハ表面にＨＦ処理を行うことで、ウェーハ表層のシリコンを水素で終端させることができるため、ＳＰＶ法による少数キャリア拡散長測定によってウェーハ表面のパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域が検出し易くなる。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在する領域を［Ｉ］とし、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域を［Ｖ］とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とし、領域［Ｐ］に隣接する側の領域［Ｖ］との境界に存在しＯＩＳＦ核を形成する領域をＰバンド領域とし、Ｐバンド領域に隣接する側の領域［Ｖ］との境界に存在しパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰを有する領域を［Ｖs］領域とするとき、シリコン単結晶インゴットから切出されたウェーハがパーフェクト領域［Ｐ］、Ｐバンド領域及び領域［Ｖs］からなるウェーハである方法である。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、領域［Ｉ］に隣接しかつパーフェクト領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を［Ｐi］とし、領域［Ｖ］に隣接しかつパーフェクト領域［Ｐ］に属しＣＯＰ又はＦＰＤを形成し得る空孔濃度以下の領域を［Ｐv］とするとき、シリコン単結晶インゴットから切出されたウェーハが領域［Ｐv］と領域［Ｐi］の混合領域、Ｐバンド領域及び領域［Ｖs］からなるウェーハである方法である。

請求項５に係る発明は、請求項１に係る発明であって、格子間シリコンが優勢であって格子間シリコンが凝集した欠陥を有する領域を［Ｉ］とするとき、領域［Ｉ］を含まないウェーハを窒化雰囲気下、１０〜１５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７０℃以上シリコン融点未満の温度まで加熱処理し、処理温度で１〜１２０秒間保持した後に、１０〜１００℃／秒の降温速度で室温まで冷却したウェーハの表面をＳＰＶ法を用いて少数キャリア拡散長を算出したときに、ウェーハの全面における少数キャリア拡散長が５００〜８００μｍの範囲内であるか否かを基準に熱処理前のウェーハを評価する方法である。

請求項５に係る発明では、領域［Ｉ］を含まないウェーハを、上記条件で急速熱処理を施した後に、ＳＰＶ法により少数キャリア拡散長を算出したときに、ウェーハの全面における少数キャリア拡散長が５００〜８００μｍの範囲内であるか否かを基準に熱処理前のウェーハを評価する。少数キャリア拡散長が上記範囲内であれば、評価対象となった領域［Ｉ］を含まないウェーハは、無欠陥領域からなるウェーハであると判断することができる。

本発明のシリコンウェーハの表面欠陥評価方法では、所定の加熱条件で窒化雰囲気下での急速熱処理を施すことにより、ウェーハ表層に窒化膜が生成されると、ウェーハ表面からウェーハ内部に空孔が注入される。この空孔注入と同時に、微小なＣＯＰが存在する領域にある欠陥と、注入された空孔とが熱により結合し、少数キャリアの再結合中心として有効に働く形態になる。その結果、ウェーハ面内で少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域において、拡散長が短く検出される。この状態のウェーハにおける少数キャリア拡散長をＳＰＶ法を用いて算出すると、ＣＯＰがキャリアの再結合中心としてより有効に働くため、ウェーハ表面の少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域を簡便に検出することができる。また、ウェーハ上の結晶欠陥に対する分布等の情報が正確に分かるので、これらの情報を基礎として、ウェーハの作製の最初の時から結晶欠陥の発生を抑制できるように検討することができるため、無欠陥領域からなるシリコンウェーハの製造が容易となる。

次に本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明のシリコンウェーハの表面欠陥評価方法は、シリコン単結晶インゴットから切出されたシリコンウェーハに対して窒化雰囲気下、１０〜１５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７０℃以上シリコン融点未満の温度まで加熱処理し、処理温度で１〜１２０秒間保持した後に、１０〜１００℃／秒の降温速度で室温まで冷却する急速熱処理工程と、ウェーハ表面を表面光起電力法を用いて少数キャリア拡散長を算出することにより、ウェーハ表面の少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域を検出する工程とを含むことを特徴とする。

本発明の評価方法における評価対象となるシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在する領域を［Ｉ］とし、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域を［Ｖ］とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とし、領域［Ｐ］に隣接する側の領域［Ｖ］との境界に存在しＯＩＳＦ核を形成する領域をＰバンド領域とし、Ｐバンド領域に隣接する側の領域［Ｖ］との境界に存在しパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰを有する領域を［Ｖs］領域とするとき、シリコン単結晶インゴットから切出されたウェーハがパーフェクト領域［Ｐ］、Ｐバンド領域及び領域［Ｖs］からなるウェーハが好ましい。このようなウェーハは、パーティクルカウンタによってＣＯＰが検出されない、即ちパーティクルカウンタの検出下限未満の大きさのＣＯＰしか存在しないため本発明の表面欠陥評価方法に好適である。ここで、「パーティクルカウンタでは検出することができない」とは、０．０６５μｍ以上のＣＯＰの検出数が実質的に０個であることをいう。本明細書において「０．０６５μｍのＣＯＰ」とは、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ１、並びにこの装置と同等性能を有するようなパーティクルカウンタで０．０６５μｍの値を示すＣＯＰをいう。
特に、評価対象となるシリコンウェーハが、領域［Ｉ］に隣接しかつパーフェクト領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を［Ｐi］とし、領域［Ｖ］に隣接しかつパーフェクト領域［Ｐ］に属しＣＯＰ又はＦＰＤを形成し得る空孔濃度以下の領域を［Ｐv］とするとき、シリコン単結晶インゴットから切出されたウェーハが領域［Ｐv］と領域［Ｐi］の混合領域、Ｐバンド領域及び領域［Ｖs］からなるウェーハであることが好ましい。

このようなシリコンウェーハは、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からインゴットをボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルで引上げた後、このインゴットをスライスして作製される。
一般的に、ＣＺ法又はＭＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げたときには、シリコン単結晶における欠陥として、点欠陥（point defect）と点欠陥の凝集体（agglomerates：三次元欠陥）が発生する。点欠陥は空孔型点欠陥と格子間シリコン型点欠陥という二つの一般的な形態がある。空孔型点欠陥は一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位置の一つから離脱したものである。このような空孔が空孔型点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の格子点以外の位置（インタースチシャルサイト）で発見されるとこれが格子間シリコン点欠陥になる。

点欠陥は一般的にシリコン融液（溶融シリコン）とインゴット（固状シリコン）の間の接触面で導入される。しかし、インゴットを継続的に引上げることによって接触面であった部分は引上げとともに冷却していく。冷却の間、空孔又は格子間シリコンは拡散や対消滅反応をする。約１１００℃まで冷却した時点での過剰な点欠陥が空孔型点欠陥の凝集体（vacancy agglomerates）又は格子間シリコン型点欠陥の凝集体（interstitial agglomerates）を形成する。言い換えれば、過剰な点欠陥が凝集体を形成して発生する三次元構造である。
空孔点型欠陥の凝集体は前述したＣＯＰの他に、ＬＳＴＤ（Laser Scattering Tomograph Defects）又はＦＰＤ（Flow Pattern Defects）と呼ばれる欠陥を含み、格子間シリコン型点欠陥の凝集体は前述したＬ／Ｄと呼ばれる欠陥を含む。ＦＰＤとは、インゴットをスライスして作製されたシリコンウェーハを３０分間セコエッチング（Secco etching、ＨＦ：Ｋ₂Ｃｒ₂Ｏ₇(0.15mol/l)＝２：１の混合液によるエッチング）したときに現れる特異なフローパターンを呈する痕跡の源であり、ＬＳＴＤとは、シリコン単結晶内に赤外線を照射したときにシリコンとは異なる屈折率を有し散乱光を発生する源である。

ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度インゴットを成長させるために、インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、シリコン融液とシリコンインゴットの固液界面近傍の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするときに、Ｖ／Ｇ（ｍｍ²／分・℃）を制御することである。この理論では、図１に示すように、Ｖ／Ｇをよこ軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一のたて軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点(Ｖ／Ｇ)_c以上では空孔濃度が上昇したインゴットが形成される反面、Ｖ／Ｇ比が臨界点(Ｖ／Ｇ)_c以下では格子間シリコン濃度が上昇したインゴットが形成される。図１において、［Ｉ］は格子間シリコンが優勢であって格子間シリコンが凝集した欠陥を有する領域（(Ｖ／Ｇ)₁以下）を示し、［Ｖ］は空孔が優勢であって空孔が凝集した欠陥を有する領域（(Ｖ／Ｇ)₂以上）を示し、［Ｐ］は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（(Ｖ／Ｇ)₁〜(Ｖ／Ｇ)₂）を示す。領域［Ｐ］に隣接する側の領域［Ｖ］との境界にはＯＩＳＦ核を形成するＰバンド領域（(Ｖ／Ｇ)₂〜(Ｖ／Ｇ)₃）が存在する。Ｐバンド領域は微小な板状析出物が存在し、酸化性雰囲気下での熱処理でＯＩＳＦ（積層欠陥）が形成される。具体的には、酸素雰囲気下、１０００℃±３０℃の温度で２〜５時間熱処理し、引続き１１３０℃±３０℃の温度で１〜１６時間熱処理することにより、ＯＩＳＦを顕在化させることができる。更にこのＰバンド領域に隣接する側の領域［Ｖ］との境界にはパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する［Ｖs］領域（(Ｖ／Ｇ)₃〜(Ｖ／Ｇ)₄）が存在する。また領域［Ｐ］に隣接する側の領域［Ｉ］の境界にはＢバンド領域（(Ｖ／Ｇ)₅〜(Ｖ／Ｇ)₁）が存在する。Ｂバンド領域とは、格子間シリコンの凝集体が核となり熱処理によって酸素析出が高濃度に発生している領域である。

このパーフェクト領域［Ｐ］は更に領域［Ｐi］と領域［Ｐv］に分類される。［Ｐi］はＶ／Ｇ比が上記(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点までの領域であり、格子間シリコンが優勢であって凝集した欠陥を有しない領域である。［Ｐv］はＶ／Ｇ比が臨界点から上記(Ｖ／Ｇ)₂までの領域であり、空孔が優勢であって凝集した欠陥を有しない領域である。即ち、［Ｐi］は領域［Ｉ］に隣接し、かつ侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の格子間シリコン濃度を有する領域であり、［Ｐv］は領域［Ｖ］に隣接し、かつＯＩＳＦ核を形成し得る最低の空孔濃度未満の空孔濃度を有する領域である。
従って、パーフェクト領域［Ｐ］、Ｐバンド領域及び領域［Ｖs］からなるシリコンウェーハは、Ｖ／Ｇ比が上記(Ｖ／Ｇ)₁から(Ｖ／Ｇ)₂の範囲内を含み、(Ｖ／Ｇ)₂から(Ｖ／Ｇ)₃の範囲内を含み、更に(Ｖ／Ｇ)₃から(Ｖ／Ｇ)₄の範囲内を含み、かつこの３つの範囲のみからなるように制御されて引上げられたインゴットから切り出されたものである。また、領域［Ｐv］と領域［Ｐi］の混合領域、Ｐバンド領域及び領域［Ｖs］からなるシリコンウェーハは、Ｖ／Ｇ比が上記(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点(Ｖ／Ｇ)_cの範囲内を含み、臨界点(Ｖ／Ｇ)_cから(Ｖ／Ｇ)₂の範囲内を含み、(Ｖ／Ｇ)₂から(Ｖ／Ｇ)₃の範囲内を含み、更に(Ｖ／Ｇ)₃から(Ｖ／Ｇ)₄の範囲内を含み、かつこの４つの範囲のみからなるように制御されて引上げられたインゴットから切り出されたものである。しかしながら、上記範囲を含みかつ上記範囲のみからなるように制御しながらインゴットを引上げるような操業しても、操業時における様々な要因に起因して、引上げたインゴットの一部には、上記範囲以外の領域が含まれるように引上げられてしまうインゴットもごく僅かながら存在する。本発明の評価方法では、そのような制御し切れなかったウェーハの評価についても簡便に行うことができる。

本発明の評価対象となるシリコンウェーハは、インゴットから切出して機械研磨を施したウェーハを用いてもよいし、機械研磨を施したウェーハに更にエッチングを施したウェーハを用いてもよい。

本発明の表面欠陥評価方法では、シリコンウェーハに対して窒化雰囲気下、１０〜１５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７０℃以上シリコン融点未満の温度まで加熱処理し、処理温度で１〜１２０秒間保持した後に、１０〜１００℃／秒の降温速度で室温まで冷却する。上記高温での加熱条件でシリコンウェーハに対して窒化雰囲気下での急速熱処理を施すことにより、ウェーハ表層に窒化膜が生成されると、ウェーハ表面からウェーハ内部に空孔が注入される。この空孔注入と同時に、微小なＣＯＰが存在する領域にある欠陥と、注入された空孔とが熱により結合し、少数キャリアの再結合中心として有効に働く形態になる。その結果、ウェーハ面内で少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域において、拡散長が短く検出される。
本発明における窒化雰囲気下とは上記条件における急速熱処理によってウェーハ表層に窒化膜が生成される程度であればよい。具体的な窒化雰囲気としてはＮＨ₃ガス、Ｎ₂ガス、Ｎ₂Ｏガス、ＮＯガスやこれらのガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気が挙げられる。昇温速度を１０〜１５０℃／秒に規定したのは、１０℃／秒未満では生産性に劣る不具合を生じ、１５０℃／秒までは速度を確実に制御することができるためである。処理温度は１１７０℃〜シリコン融点未満である。１１７０℃未満では窒化膜生成によるウェーハ内部への空孔の注入が十分ではない。保持時間は１〜１２０秒である。１秒未満ではウェーハ表層に窒化膜が十分に生成されず、１２０秒を越えると生産性に劣る。降温速度は１０〜１００℃／秒、好ましくは７０〜１００℃／秒である。降温速度を１０〜１００℃／秒に規定したのは、１０℃／秒未満では一旦ウェーハ内部に注入された空孔が表面拡散してしまうためであり、１００℃／秒までは速度を確実に制御することができるためである。

シリコンウェーハがｐ型半導体であるときは、後に続くウェーハ表面の少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域を検出する工程の前に、ウェーハ表面に対してＨＦ処理を行うことが好ましい。ｐ型ウェーハ表面にＨＦ処理を行うことで、ウェーハ表層のシリコンが水素で終端されるため、後に続くＳＰＶ法による少数キャリア拡散長測定によってパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰの存在する領域が検出し易くなる。

続いて、ウェーハ表面をＳＰＶ法を用いて少数キャリア拡散長を算出することにより、ウェーハ表面の少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域を検出する。ＳＰＶ法とは、シリコンウェーハ表面を光照射又は加熱により活性化させ、この活性化による少数キャリアの拡散長の変化を測定する方法である。前述した急速熱処理工程を施したシリコンウェーハに存在する表面欠陥は、上記急速熱処理工程を施さないウェーハの表面欠陥に比べて、キャリアの再結合中心としてより有効に働くため、ＳＰＶ法を用いて少数キャリア拡散長を算出することにより、ウェーハ表面のＣＯＰが存在する領域として検出することができる。本発明で行うＳＰＶ法に使用する装置としては、ＳＤＩ社製のＦＡａＳＴ３３０が好適であり、同等機能を有する装置であれば適応可能である。また、ウェーハ上の結晶欠陥に対する分布等の情報が正確に分かるので、これらの情報を基礎として、ウェーハの作製の最初の時から結晶欠陥の発生を抑制できるように検討することができるため、無欠陥領域からなるシリコンウェーハの製造が容易となる。なお、無欠陥領域からなるシリコンウェーハとは、領域［Ｉ］、Ｂバンド領域、Ｐバンド領域、［Ｖs］領域及び領域［Ｖ］を含まず、領域［Ｐv］、領域［Ｐi］又は領域［Ｐv］と領域［Ｐi］の混合領域からなるウェーハをいう。

また、領域［Ｉ］を含まないウェーハを窒化雰囲気下、１０〜１５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７０℃以上シリコン融点未満の温度まで加熱処理し、処理温度で１〜１２０秒間保持した後に、１０〜１００℃／秒の降温速度で室温まで冷却したウェーハの表面をＳＰＶ法を用いて少数キャリア拡散長を算出したときに、ウェーハの全面における少数キャリア拡散長が５００〜８００μｍの範囲内であるか否かを基準に熱処理前のウェーハを評価したとき、少数キャリア拡散長が上記範囲内であれば、評価対象となった領域［Ｉ］を含まないウェーハは、無欠陥領域からなるウェーハであると判断することができる。

本発明のシリコンウェーハは、格子間シリコンが優勢であって格子間シリコンが凝集した欠陥を有する領域を［Ｉ］とするとき、シリコンウェーハが領域［Ｉ］を含まないウェーハであって、ウェーハを窒化雰囲気下、１０〜１５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７０℃以上シリコン融点未満の温度まで加熱処理し、処理温度で１〜１２０秒間保持した後に、１０〜１００℃／秒の降温速度で室温まで冷却したシリコンウェーハの表面を表面光起電力法を用いて少数キャリア拡散長を算出したときに、ウェーハの全面における少数キャリア拡散長が５００〜８００μｍの範囲内であることを特徴とする。領域［Ｉ］を含まないウェーハであって、ウェーハの全面における少数キャリア拡散長が５００〜８００μｍの範囲内であれば、無欠陥領域からなるウェーハが得られる。このようなウェーハは、半導体集積回路を製造するために用いられるシリコンウェーハとして好適である。

このようなシリコンウェーハは、ＣＺ法又はＭＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からシリコン単結晶のインゴットを引上げる際に、Ｖ／Ｇ（ｍｍ²／分・℃）が図１に示すような(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点(Ｖ／Ｇ)_cの範囲内からなるように制御されて引上げるか、臨界点(Ｖ／Ｇ)_cから(Ｖ／Ｇ)₂の範囲内からなるように制御されて引上げるか、又は、(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点(Ｖ／Ｇ)_cの範囲内及び臨界点(Ｖ／Ｇ)_cから(Ｖ／Ｇ)₂の範囲内の双方からなるように制御されて引上げられたインゴットから切り出されたウェーハを上記条件で急速熱処理を施した後に、ＳＰＶ法により少数キャリア拡散長を算出したとき、５００〜８００μｍの範囲内となっているウェーハである。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず図１に示すように、Ｖ／Ｇ比が(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点(Ｖ／Ｇ)_cの範囲内を含み、また臨界点(Ｖ／Ｇ)_cから(Ｖ／Ｇ)₂の範囲内も含み、かつ上記範囲内のみからなるように制御して直胴部の直径が３００ｍｍのｐ型シリコン単結晶インゴットを引上げた。このインゴットをブロック切断、外径研削し、オリエンテーションノッチ加工を施した後、所定の厚さでスライスすることにより直径が３００ｍｍのｐ型シリコンウェーハを切り出した。このウェーハの表面を機械研磨して平行度を高めたものを評価対象のウェーハとした。
次いで、急速熱処理工程として、ＮＨ₃ガス及びＡｒガスを２０：８０の割合とした混合ガスを流して内部を窒化雰囲気とした熱処理炉にウェーハを入れ、５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７５℃まで加熱処理し、１１７５℃で１０秒間保持した後に、１０℃／秒の降温速度で室温まで冷却した。続いて、急速熱処理したウェーハをＨＦ水溶液に接触させてウェーハ表層のシリコンを水素で終端させた。次に、ＳＰＶ装置（ＳＤＩ社製；モデル名ＦＡａＳＴ３３０）を用いてウェーハ表面における少数キャリア拡散長を算出した。拡散長の測定範囲は、１〜ウェーハ厚みの２．５倍（約１９００μｍ）である。ウェーハ表面における少数キャリア拡散長は、ウェーハ表面の領域を１５×１５の大きさに細分化した小領域に区分けし、この各小領域において少数キャリア拡散長が３００μｍ以上４００μｍ未満、４００μｍ以上５００μｍ未満、５００μｍ以上６００μｍ未満、６００μｍ以上７００μｍ未満及び７００μｍ以上８００μｍ未満のどの範囲に含まれるか分類することにより算出した。

＜実施例２＞
実施例１で使用したウェーハとは異なるロットから切出したウェーハを測定サンプルとして用いた以外は実施例１と同様にしてウェーハ表面の表面欠陥を検出した。即ち、この実施例２の評価対象となるウェーハは、実施例１で引上げたインゴットとは異なるロットで引上げたインゴットから切出したウェーハであり、インゴットの引上げ条件は、実施例１で引上げたインゴットと同様、図１に示すように、Ｖ／Ｇ比が(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点(Ｖ／Ｇ)_cの範囲内を含み、また臨界点(Ｖ／Ｇ)_cから(Ｖ／Ｇ)₂の範囲内も含み、かつ上記範囲内のみからなるように制御した直胴部の直径が３００ｍｍのｐ型シリコン単結晶インゴットである。
＜実施例３＞
実施例１並びに実施例２で使用したウェーハとは異なるロットから切出したウェーハを測定サンプルとして用いた以外は実施例１と同様にしてウェーハ表面の表面欠陥を検出した。即ち、この実施例３の評価対象となるウェーハは、実施例１及び実施例２で引上げたインゴットとは異なるロットで引上げたインゴットから切出したウェーハであり、インゴットの引上げ条件は、実施例１並びに実施例２で引上げたインゴットと同様、図１に示すように、Ｖ／Ｇ比が(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点(Ｖ／Ｇ)_cの範囲内を含み、また臨界点(Ｖ／Ｇ)_cから(Ｖ／Ｇ)₂の範囲内も含み、かつ上記範囲内のみからなるように制御した直胴部の直径が３００ｍｍのｐ型シリコン単結晶インゴットである。

＜比較例１＞
実施例１で使用したウェーハと同一のロットから切出したウェーハを２枚用意し、一方のウェーハをダミーウェーハとし、他方のウェーハを測定ウェーハとした。先ず、ＳＣ１とＨＦとを混合した洗浄剤を用いてウェーハ洗浄して表面に存在するパーティクル等の外部汚染源を除去した。次いで、ウェーハを熱酸化して、厚さ１０００Åの熱酸化膜を形成した。次に、ウェーハ裏面をフッ化水素の蒸気に接触させることによりエッチングして裏面の熱酸化膜の一部を除去した。次に、銅製の上部及び下部プレートと側壁とで所定の空間を構成するデコレーション装置を用意した。この装置の上部及び下部プレートには接続端子が連結され、外部電源によって可変可能に電圧が印加され、プレート間で一定な電界が形成されるように構成されている。この装置内の下部プレートにダミーウェーハを装着した。続いて、装置の空間内に電解物質としてメタノールを注入し、上部及び下部プレートに５ＭＶ／ｃｍの電圧を１時間印加してプレートの銅を酸化し、メタノール中にイオン化させた。次にダミーウェーハを脱着した後、測定ウェーハを装置内に装着した。上部及び下部プレートに５ＭＶ／ｃｍの電圧を１時間印加して銅のイオンをウェーハの欠陥部位上にデコレーションさせた。デコレーションを終えたウェーハを装置から取出し、ウェーハを目視により観察し、ウェーハ表面に存在する表面欠陥をカウントした。

＜比較例２＞
実施例２で使用したウェーハと同一のロットから切出したウェーハを２枚用意し、一方のウェーハをダミーウェーハとし、他方のウェーハを測定ウェーハとして用いた以外は比較例１と同様にして銅デコレーション法によりウェーハ表面の表面欠陥を検出した。
＜比較例３＞
実施例３で使用したウェーハと同一のロットから切出したウェーハを２枚用意し、一方のウェーハをダミーウェーハとし、他方のウェーハを測定ウェーハとして用いた以外は比較例１と同様にして銅デコレーション法によりウェーハ表面の表面欠陥を検出した。

＜比較試験１＞
実施例１〜３における算出結果を図２、図４及び図６に、比較例１〜３の結果を図３、図５及び図７にそれぞれ示す。

図２〜図５から明らかなように、比較例１及び比較例２の銅デコレーション方法による検出分布ではウェーハ外周近辺に欠陥が集まっていた。一方、実施例１及び実施例２の結果では、少数キャリア拡散長の短い領域がウェーハ外周近辺に、少数キャリア拡散長の長い領域がウェーハ中心に集まっており、実施例１の少数キャリア拡散長の分布と比較例１の検出分布、実施例２の少数キャリア拡散長の分布と比較例２の検出分布はよく対応していることが判った。
また、図６及び図７から明らかなように、比較例３の銅デコレーション方法による検出分布では表面欠陥がウェーハ全面に点在していた。一方、実施例３の結果では、少数キャリア拡散長の短い領域が存在しておらず、ウェーハ全面が少数キャリア拡散長の長い領域で覆われており、実施例３の少数キャリア拡散長の分布と比較例３の検出分布はよく対応していることが判った。

この結果から、実施例１及び実施例２で評価対象としたウェーハは、ウェーハ外周近辺にキャリア拡散長の短い領域が検出されており、Ｖ／Ｇ比が(Ｖ／Ｇ)₁から臨界点(Ｖ／Ｇ)_cの範囲内を含み、また臨界点(Ｖ／Ｇ)_cから(Ｖ／Ｇ)₂の範囲内も含み、かつ上記範囲内のみからなるように制御して引上げたインゴットから切り出したウェーハであるが、領域［Ｐi］及び領域［Ｐv］の他に、ウェーハ外周近辺にＰバンド領域、領域［Ｖs］が存在していることが確認された。一方、実施例３で評価対象としたウェーハは、キャリア拡散長の短い領域が検出されておらず、ＣＯＰやパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰがウェーハ全面に存在しないことを裏付ける結果であり、引上げ時の制御の通りにウェーハが製造されていることを確認できた。

＜実施例４＞
先ず、領域［Ｉ］、Ｂバンド領域、領域［Ｐi］、領域［Ｐv］、Ｐバンド領域及び領域［Ｖs］がインゴットの軸方向に含むように、Ｖ／Ｇ比が(Ｖ／Ｇ)₅から臨界点(Ｖ／Ｇ)_cの範囲内を含み、また臨界点(Ｖ／Ｇ)_cから(Ｖ／Ｇ)₄の範囲内も含むように制御して直胴部の直径が３００ｍｍのｐ型シリコン単結晶インゴットを引上げた。このインゴットをブロック切断、外径研削し、軸方向に、即ち縦割りにスライスすることにより、直径が３００ｍｍのｐ型シリコンウェーハを切り出した。このウェーハの表面を機械研磨して平行度を高めたものを評価対象のウェーハとした。
次いで、急速熱処理工程として、ＮＨ₃ガス及びＡｒガスを２０：８０の割合とした混合ガスを流して内部を窒化雰囲気とした熱処理炉に測定サンプルを入れ、５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７５℃まで加熱処理し、１１７５℃で１０秒間保持した後に、１０℃／秒の降温速度で室温まで冷却した。続いて、急速熱処理した測定サンプルをＨＦ水溶液に接触させて測定サンプル表層のシリコンを水素で終端させた。

次に、ＳＰＶ装置（ＳＤＩ社製；モデル名ＦＡａＳＴ３３０）を用いて測定サンプル表面における少数キャリア拡散長を算出した。拡散長の測定範囲は、１〜ウェーハ厚みの２．５倍（約１９００μｍ）である。測定サンプル表面における少数キャリア拡散長は、測定サンプル表面の領域を１５×１５の大きさに細分化した小領域に区分けし、この各小領域において少数キャリア拡散長が３００μｍ以上４００μｍ未満、４００μｍ以上５００μｍ未満、５００μｍ以上６００μｍ未満、６００μｍ以上７００μｍ未満及び７００μｍ以上８００μｍ未満のどの範囲に含まれるか分類することにより算出した。

＜比較例４＞
実施例４で使用した測定サンプルと同一のロットから切出した測定サンプルを２枚用意し、一方の測定サンプルをダミーサンプルとし、他方の測定サンプルを測定サンプルとして用いた以外は比較例１と同様にして銅デコレーション法により測定サンプル表面の表面欠陥を検出した。
＜比較例５＞
実施例４で使用した測定サンプルと同一のロットから切出した測定サンプルを用意し、μ−ＰＣＤ法（Microwave Detected Photoconductive Decay Method；マイクロ波光導電率減衰法）によりライフタイムを評価し、各欠陥分布領域を評価した。

＜比較試験２＞
実施例４における算出結果を図８に、比較例４、５の結果を図９、図１０にそれぞれ示す。

図１０から明らかなように、比較例５のμ−ＰＣＤ法による検出分布では、領域［Ｉ］、Ｂバンド領域、領域［Ｐi］、領域［Ｐv］、Ｐバンド領域及び領域［Ｖs］がウェーハ面内をどのように分布しているのか明確に示されていた。図９に示すように、比較例４の銅デコレーション方法による検出分布ではウェーハ左側の外周近辺に顕在化された欠陥が集まっており、図１０に示されるＣＯＰが存在する領域［Ｖs］の位置と一致する結果となった。一方、図８に示すように、実施例４の結果では、少数キャリア拡散長の短い領域がウェーハ左側の外周近辺に、少数キャリア拡散長の長い領域が左側以外の領域に集まっており、実施例４の少数キャリア拡散長の分布と比較例４及び５の検出分布はよく対応していることが判った。この結果から、本発明の評価方法により、パーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰのある領域を簡便に検出することができることを確認した。本発明の評価方法で、ウェーハ上の結晶欠陥に対する分布等の情報が正確に分かるので、これらの情報を基礎として、ウェーハの作製の最初の時から結晶欠陥の発生を抑制できるように検討することができるため、無欠陥領域からなるシリコンウェーハの製造が容易となる。また、ウェーハが領域［Ｉ］を含まないウェーハである場合、パーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰのある領域が検出されなければ、ウェーハの全面が無欠陥領域となっていることを確認できるため、無欠陥領域からなるシリコンウェーハの製造がより一層容易となる。

ボロンコフの理論を基づいた、Ｖ／Ｇをよこ軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一のたて軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を示す図。 実施例１における少数キャリア拡散長のウェーハ面内分布図。 比較例１の銅デコレーション方法を用いた表面欠陥分布図。 実施例２における少数キャリア拡散長のウェーハ面内分布図。 比較例２の銅デコレーション方法を用いた表面欠陥分布図。 実施例３における少数キャリア拡散長のウェーハ面内分布図。 比較例３の銅デコレーション方法を用いた表面欠陥分布図。 実施例４の少数キャリア拡散長のウェーハ面内分布図。 比較例４の銅デコレーション方法を用いた表面欠陥分布図。 比較例５のμ−ＰＣＤ法を用いたウェーハ面内分布図。

Claims (5)

1. シリコン単結晶インゴットから切出されたシリコンウェーハに対して窒化雰囲気下、１０〜１５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７０℃以上シリコン融点未満の温度まで加熱処理し、前記処理温度で１〜１２０秒間保持した後に、１０〜１００℃／秒の降温速度で室温まで冷却する急速熱処理工程と、
   前記ウェーハ表面を表面光起電力法を用いて少数キャリア拡散長を算出することにより、前記ウェーハ表面の少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域を検出する工程と
   を含むことを特徴とするシリコンウェーハの表面欠陥評価方法。
2. シリコンウェーハがｐ型半導体であるとき、前記ウェーハ表面の少なくともパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰが存在する領域を検出する工程の前に、前記ウェーハ表面に対してＨＦ処理を行う工程を更に含む請求項１記載の方法。
3. シリコン単結晶インゴット内での格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在する領域を［Ｉ］とし、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域を［Ｖ］とし、格子間シリコン型点欠陥の凝集体及び空孔型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域を［Ｐ］とし、前記領域［Ｐ］に隣接する側の前記領域［Ｖ］との境界に存在しＯＩＳＦ核を形成する領域をＰバンド領域とし、前記Ｐバンド領域に隣接する側の領域［Ｖ］との境界に存在しパーティクルカウンタでは検出することができない小さなＣＯＰを有する領域を［Ｖs］領域とするとき、
   シリコン単結晶インゴットから切出されたウェーハが前記パーフェクト領域［Ｐ］、前記Ｐバンド領域及び前記領域［Ｖs］からなるウェーハである請求項１記載の方法。
4. 領域［Ｉ］に隣接しかつパーフェクト領域［Ｐ］に属し侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン濃度未満の領域を［Ｐi］とし、領域［Ｖ］に隣接しかつ前記パーフェクト領域［Ｐ］に属しＣＯＰ又はＦＰＤを形成し得る空孔濃度以下の領域を［Ｐv］とするとき、
   シリコン単結晶インゴットから切出されたウェーハが前記領域［Ｐv］と前記領域［Ｐi］の混合領域、前記Ｐバンド領域及び前記領域［Ｖs］からなるウェーハである請求項３記載の方法。
5. 格子間シリコンが優勢であって格子間シリコンが凝集した欠陥を有する領域を［Ｉ］とするとき、
   前記領域［Ｉ］を含まないウェーハを窒化雰囲気下、１０〜１５０℃／秒の昇温速度で室温から１１７０℃以上シリコン融点未満の温度まで加熱処理し、
   前記処理温度で１〜１２０秒間保持した後に、１０〜１００℃／秒の降温速度で室温まで冷却した前記ウェーハの表面を表面光起電力法を用いて少数キャリア拡散長を算出したときに、
   前記ウェーハの全面における少数キャリア拡散長が５００〜８００μｍの範囲内であるか否かを基準に前記熱処理前のウェーハを評価する請求項１記載の方法。