JP4952871B2 - シリコンウェーハの評価方法 - Google Patents
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Description
本発明は、熱処理されたシリコンウェーハ(以下、ウェーハと略称することがある。)の評価方法に関する。なお、本明細書において、シリコンエピタキシャルウェーハをエピタキシャルウェーハと略称することがある。
【0002】
【関連技術】
Czochralski(CZ)法により育成されたシリコンウェーハには、約1018atoms/cm3程度の格子間酸素が不純物として含まれる。この格子間酸素は、引き上げ工程中の固化してから室温まで冷却されるまでの熱履歴や半導体素子の作製工程における熱処理工程において過飽和状態となるために析出して、シリコン酸化物の析出物(以下、酸素析出物と呼ぶことがある。)が形成される。
【0003】
シリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの品質の1つとして、デバイスプロセス中の重金属不純物を捕獲してデバイス活性層から除去する能力(ゲッタリング能力)がある。シリコンウェーハにおけるゲッタリング手法の1つとして、熱処理で発生する酸素析出物を利用した内因性ゲッタリング(Internal Gettering:IG)がある。
【0004】
通常のシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの場合、デバイスプロセス前の段階では、存在している酸素析出物は極めて小さく、IG能力を発揮できない。しかし、デバイスプロセスを経ることにより、酸素析出物は成長してIG能力を発揮するようになる。
【0005】
一般的に、IG能力は熱処理後の酸素析出物密度で評価されている。この場合、実際のデバイスプロセスにおいて、酸素析出物がIG能力を発揮できるサイズまで十分に成長することが前提となっている。
【0006】
しかし、近年のデバイスプロセスは低温化及び短時間化されてきており、酸素析出物の成長が期待できず、IG能力不足が懸念される。そのような場合、従来のような熱処理後の酸素析出物密度の測定では、IG能力を評価できなくなる。
【0007】
低温短時間化されたデバイスプロセスにおいてIG能力を有するためには、デバイスプロセス前の段階である程度大きな酸素析出物を高密度に形成しておく必要がある。その方法として、シリコンウェーハの製造途中において何らかの熱処理を施すことが考えられる。しかし、そのような場合のIG能力を評価する簡便な方法がないという問題点があり、さらに、IG能力を付加するための最適な熱処理条件も明らかではない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、熱処理が施されたシリコンウェーハのIG能力を、非破壊で簡便に評価することができるシリコンウェーハの評価方法を提供することを目的とする。
【0009】
上記の目的を達成するため、本発明のシリコンウェーハの評価方法は、X線回折法によりシリコンウェーハの熱処理前後のX線回折強度を測定することによって熱処理前後のX線回折強度比(熱処理後のX線回折強度B/熱処理前のX線回折強度A)を求め、該X線回折強度比から当該シリコンウェーハのIG能力を評価する熱処理後のシリコンウェーハの評価方法であって、前記X線回折強度比が1.1以上の場合に、ゲッタリング能力があると判断することを特徴とする。
【0010】
本シリコンウェーハの評価方法は、熱処理前の第1のシリコンウェーハ及び熱処理後の第2のシリコンウェーハのそれぞれについてX線回折法によりX線回折強度を測定し、第1のシリコンウェーハのX線回折強度及び第2のシリコンウェーハのX線回折強度の比を求めることによって当該熱処理後の第2のシリコンウェーハのIG能力を評価することを特徴とする。
【0011】
X線回折法は非破壊的評価方法であるため、前記第1のシリコンウェーハと第2のシリコンウェーハは、同一のものを用いることができるが、同一でないウェーハを用いる場合には、同じ厚みのシリコンウェーハであることが必要である。
【0012】
本シリコンウェーハの熱処理条件決定方法は、熱処理前の第1のシリコンウェーハ及び熱処理後の第2のシリコンウェーハのそれぞれについてX線回折法によりX線回折強度を測定し、第1のシリコンウェーハのX線回折強度A及び第2のシリコンウェーハのX線回折強度Bの比B/Aが1.1以上となるように第2のシリコンウェーハに施す熱処理条件を決定することを特徴とする。
【0013】
本シリコンウェーハは、熱処理されたシリコンウェーハであって、上記熱処理条件決定方法によって決定された熱処理条件によって該熱処理が施されたものである。
【0014】
本シリコンエピタキシャルウェーハの第1の態様は、上記熱処理条件決定方法によって決定された熱処理条件によって熱処理されたシリコンウェーハを基板として用いエピタキシャル工程を行うことによって作製されたものである。
【0015】
本シリコンエピタキシャルウェーハの第2の態様は、シリコンウェーハを基板として用いてエピタキシャル工程を行い、その後上記熱処理条件決定方法によって決定された熱処理条件によって熱処理が施されたものである。
【0016】
X線回折法は歪みに対して高感度であることが一般的に知られている。さらに、非破壊的評価方法であり、ウェーハの抵抗率にはほとんど依存しない利点がある。
【0017】
本発明者は、熱処理が施されたウェーハにおいて、熱処理前後のX線回折強度比、即ち熱処理後のX線回折強度B/熱処理前のX線回折強度Aと、熱処理後のIG能力との間に良い関係があることを見出し、この知見を基として、熱処理前後のX線回折強度比からIG能力を評価することができるという本発明の技術思想に到達した。
【0018】
さらに、本発明者は、熱処理前後のX線回折強度比B/Aが特定の値以上となるような熱処理をシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造工程途中において施すことにより、デバイスプロセス前の段階でIG能力を有するシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハを提供することができることを見出した。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【0020】
本発明方法は、評価対象となる熱処理された(熱処理後の)シリコンウェーハについてX線回折法によってX線回折強度を測定し、測定されたX線回折強度を基としてシリコンウェーハのIG能力の評価を行うものである。
【0021】
図1は本発明のシリコンウェーハの評価方法の工程順の1例を示すフローチャートである。同図において、まず熱処理されていない(熱処理前の)第1のシリコンウェーハを準備し(ステップ100)、及び評価対象となる熱処理された(熱処理後の)第2のシリコンウェーハを準備する(ステップ101)。次に、第1のシリコンウェーハについてX線回折強度Aを測定する(ステップ102)とともに第2のシリコンウェーハについてX線回折強度Bを測定する(ステップ103)。さらに、これらのX線回折強度A及びBの比B/Aを求める(ステップ104)。このX線回折強度比B/Aによって第2のシリコンウェーハのIG能力を評価する(ステップ106)。なお、X線回折強度の比B/Aを求めるステップ104を省略して回折強度A,Bから直接IG能力を評価することもできる。
【0022】
図2は図1のフローチャートにIG能力及び熱処理条件の評価手順を付加したフローチャートである。同図において、ステップ100〜ステップ104までは図1と同様である。X線回折強度の比B/Aを求める工程(ステップ104)の後に、そのX線回折強度の比B/Aが1.1以上であるか否かを判定する工程(ステップ108)が設けられている。このX線回折強度の比B/Aが1.1以上であれば第2のシリコンウェーハのIG能力は良好でありかつ第2のシリコンウェーハに施された熱処理の熱処理条件も良好であると判断される(ステップ110)。一方、このX線回折強度の比B/Aが1.1未満であると第2のシリコンウェーハのIG能力は不良でありかつ第2のシリコンウェーハに施された熱処理の熱処理条件も不良であると判断される(ステップ112)。
【0023】
図3は本発明のシリコンウェーハの評価方法の工程順の別の例(第1ウェーハと第2ウェーハを同一のウェーハとした場合)を示すフローチャートである。同図において、熱処理されていない(熱処理前の)シリコンウェーハを準備する(ステップ200)。このシリコンウェーハについてX線回折強度Aを測定する(ステップ202)。次に、このX線回折強度Aを測定したシリコンウェーハを熱処理(ステップ204)し、熱処理された(熱処理後の)シリコンウェーハを得る(ステップ206)。この熱処理後のウェーハについてX線回析強度Bを測定する(ステップ208)。さらに、これらのX線回折強度A及びBの比B/Aを求める(ステップ210)。このX線回析強度比B/Aによって上記熱処理後のシリコンウェーハのIG能力を評価する(ステップ212)。
【0024】
図4はX線回折法によりシリコンウェーハのX線回折強度を測定するための各機器の配置の1例を示す模式的説明図である。同図において、10はX線源で該X線源10に対して第1スリット板12が対設されている。該第1スリット板12の中央部には第1スリット12aが開穿されている。該X線源10からのX線は第1スリット12aを介してシリコンウェーハ等の試料Wに入射する。14は中央部に第2スリット14aを開穿した第2スリット板で、該試料Wに対設されており、該試料Wからの回折X線は第2スリット14aを介して入射され、そのX線回折強度をシンチレーションカウンター等のカウンター16によって測定する。
【0025】
本発明方法は、IG能力の評価方法として従来一般的に行われていた、熱処理後の酸素析出物密度の測定では、実際のデバイス工程におけるIG能力を評価できないことに鑑み為されたものである。すなわち、本発明方法は熱処理を施されたシリコンウェーハのIG能力を、X線回折法によって測定されるX線回折強度により評価することを特徴とする。
【0026】
X線回折強度は、欠陥が伴う歪み量に依存して増加するので、熱処理で形成された酸素析出物の密度とサイズの両方に依存して増加する。そのことから、従来法である酸素析出物密度のみの測定よりも正確にIG能力を評価することができる。X線回折強度を測定する際には、ラング法のラウエケース(ウェーハの片面からX線を入射させ、反対側の面から回折X線を取り出す配置)を用いて、たとえば440回折の強度をシンチレーションカウンターで測定する。
【0027】
X線回折強度はウェーハの厚みにも依存するので、熱処理で発生した欠陥による回折強度の変化を正確に測定するためには、熱処理前後での回折強度比を求めることが好ましい。但し、熱処理前のX線回折強度は、ウェーハの厚み以外の要因ではほとんど変化しないので、熱処理前後のウェーハは同一でなくてもほぼ同じ厚み(±5%程度)であれば良い。
【0028】
さらに、熱処理前後のX線回折強度比が1.1以上となるような熱処理を、シリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造工程途中において施すことにより、デバイスプロセス前の段階でIG能力を有するシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハを提供することができる。
【0029】
熱処理を施す工程としては、たとえば、育成されたシリコン結晶から鏡面ウェーハを作製する工程の途中である。エピタキシャルウェーハの場合は、エピタキシャル成長工程の前あるいは後でも良い。ウェーハ中の格子間酸素濃度が15〜25ppma(JEIDA規格)の場合、熱処理条件は、たとえば約1000℃で1〜4時間である。なお、JEIDAは日本電子工業振興協会(現在は、JEITA:日本電子情報技術産業協会に改称された。)の略称である。
【0030】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【0031】
(実施例1)
直径8インチ、面方位<100>、抵抗率約10Ω・cmのCZ法で育成されたボロン添加シリコンウェーハを複数枚準備した。これらのシリコンウェーハの厚さは725±15μmの範囲内であり、酸素濃度は16.2、17.5、18.4、19.4ppma(JEIDA規格)である。それらのウェーハに対して、1000℃で1〜4時間の熱処理を施した。
【0032】
X線回折法による回折強度の測定には、図4に示す配置を用いた。以下に、その測定方法について説明する。まずX線源10のモリブデンターゲットから発生したX線を、直径1mmの第1スリット12aを通過させた後に、ウェーハWの表面側から入射させた。そして、ターゲットからのX線のうちKα1線(波長=0.709Å)が440回折の条件を満たすようにウェーハWの角度を調整し、ウェーハ裏面側から出射した回折X線の強度をシンチレーションカウンター16により測定した。このような方法により、熱処理前後のX線回折強度を測定し、X線回折強度比(熱処理後/熱処理前)を求めた。熱処理前のX線回折強度は、熱処理後のウェーハと同じの厚み(725±15μmの範囲内)のウェーハにおいて測定した。
【0033】
また、熱処理で形成された酸素析出物の密度を赤外散乱トモグラフ法を用いて測定した。
【0034】
さらに、熱処理を施したウェーハのIG能力を評価するために、以下に説明する実験を行った。まずウェーハの表面を約1×1011/cm2の表面濃度のNiで汚染した。その後、800℃で15分の熱処理によりNiをウェーハ内部に拡散させた。熱処理後、化学的選択エッチング法を用いて、ウェーハ表面におけるNi汚染起因の表面欠陥の発生の有無を調べた。
【0035】
1000℃における熱処理時間と熱処理前後のX線回折強度比との関係を図5に示す。熱処理時間の増加に伴い回折強度比が増加していることがわかる。また、同じ熱処理時間の場合、酸素濃度が高いほど回折強度比が大きくなっている。
【0036】
1000℃における熱処理時間と酸素析出物密度との関係を図6に示す。酸素濃度が高いほど酸素析出物密度が高くなっている。同じ酸素濃度の場合、酸素析出物密度は熱処理時間に依存せずほぼ一定であった。この結果から、図5に示した熱処理時間の増加に伴うX線回折強度の増加は、酸素析出物のサイズの増加に起因していると判断できる。
【0037】
Ni汚染起因の表面欠陥の発生有無に対する結果を図7に示す。表面欠陥の発生は、酸素析出物密度には依存していない。一方、X線回折強度比が1.1以上の場合には、いずれも表面欠陥が発生していないことがわかる。表面欠陥はNiが酸素析出物にゲッタリングされない場合に発生することから、X線回折強度比が1.1以上の場合には確実にゲッタリング能力があると判断できる。
【0038】
(比較例1)
実施例1と同様なウェーハを準備した。但し、熱処理は施さなかった。それらのウェーハにおいて、実施例1の場合と同様にNi汚染起因の表面欠陥の発生を調べた。その結果、全てのウェーハにおいて表面欠陥が観察され、熱処理を施さない場合はIG能力がないことが確認された。
【0039】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明方法によれば、熱処理が施されたシリコンウェーハのIG能力を、非破壊で簡便に評価することができ、さらに、その評価方法を用いて決定した条件で熱処理を施すことにより、デバイスプロセス前の段階でIG能力を有するシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のシリコンウェーハの評価方法の工程順の1例を示すフローチャートである。
【図2】 図1のフローチャートにIG能力及び熱処理条件の評価手順を付加したフローチャートである。
【図3】 本発明のシリコンウェーハの評価方法の工程順の別の例を示すフローチャートである。
【図4】 X線回折法によるX線回折強度の測定の際の各機器の配置の1例を示す模式的説明図である。
【図5】 実施例1における熱処理時間と熱処理前後のX線回折強度比との関係を示すグラフである。
【図6】 実施例1における熱処理時間と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図7】 実施例1における酸素析出物密度及びX線回折強度比と表面欠陥の有無との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10:X線源、12:第1スリット板、12a:第1スリット、14:第2スリット板、14a:第2スリット、16:カウンター、W:試料。
Claims (1)
- X線回折法によりシリコンウェーハの熱処理前後のX線回折強度を測定することによって熱処理前後のX線回折強度比(熱処理後のX線回折強度B/熱処理前のX線回折強度A)を求め、該X線回折強度比から当該シリコンウェーハのIG能力を評価する熱処理後のシリコンウェーハの評価方法であって、前記X線回折強度比が1.1以上の場合に、ゲッタリング能力があると判断することを特徴とするシリコンウェーハの評価方法。
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