JP4973660B2 - 単結晶シリコンウェーハのｃｏｐ発生要因の判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、単結晶シリコンウェーハを対象として適用するＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）発生要因の判定方法に関する。

半導体デバイスの基板としての単結晶シリコンウェーハは、シリコンの単結晶インゴットから切り出され、数多くの物理的、化学的、さらには熱的処理を施され、製造される。シリコンの単結晶インゴットは、一般に、石英るつぼ内の溶融したシリコンに種結晶を浸漬させて引き上げ、単結晶を成長させるチョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）により得られが、単結晶育成時にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥と称される微細欠陥が結晶内に導入される。

このＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、単結晶育成の際の引上げ速度と、凝固直後の単結晶内温度分布（引上げ軸方向の結晶内温度勾配）に依存して、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）などと呼ばれる大きさが０．１〜０．２μｍ程度の空孔凝集欠陥、転位クラスターと呼ばれる大きさが１０μｍ程度の微小転位からなる欠陥などとして単結晶内に存在する。

また、ＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶ウェーハは、高温の酸化熱処理を受けたとき、リング状に現れる酸化誘起積層欠陥（以下、「ＯＳＦ」−Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ−という）が発生する場合がある。このＯＳＦリングが潜在的に発生する領域は、育成中の結晶の熱履歴に依存し、特に育成中の引き上げ速度の影響を受け、引き上げ速度を小さくしていくと、ＯＳＦリングが現われる領域が結晶の外周側から内側に収縮していく。

言い換えると、高速で単結晶を育成するとＯＳＦリングの内側領域がウェーハ全体に広がることになり、低速で育成するとＯＳＦリングの外側領域がウェーハ全体に広がる。

ＯＳＦがデバイスの活性領域であるウェーハ表面に存在する場合には、リーク電流の原因になりデバイス特性を劣化させる。また、ＣＯＰは初期の酸化膜耐圧性を低下させる因子であり、転位クラスターもそこに形成されたデバイスの特性不良の原因になる。

そのため、従来は、リング状ＯＳＦの発生領域が結晶の外周部に位置するように引き上げ速度を速くして、単結晶育成が行われてきた。例えば、特開２００２−１４５６９８号公報に記載されるように、ＯＳＦ領域をウェーハの周縁部から中心部へかけて広く分布させ、その領域の内側は低密度の微小ＣＯＰ領域としたウェーハが提案されている。

しかし、近年における小型化、高度化の要求から半導体デバイスの微細化が進むにつれて、この極めて小さいＣＯＰをも極力減少させたＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の極めて少ない単結晶シリコンウェーハ（以下、「無欠陥結晶のシリコンウェーハ」ともいう）が製造されるようになってきている。

それに伴い、無欠陥結晶のシリコンウェーハではＣＯＰ評価が実施され、欠陥（ＣＯＰ）の個数とパターンの有無により結晶性（無欠陥性）を保証する合否判定が行われている。なお、ＣＯＰ評価に際しては、ＣＯＰの検出方法の一例として、銅析出法（銅デコレーション法）と称される方法が用いられている。

これは、ウェーハの表面に絶縁膜（酸化膜）を形成すると欠陥（ＣＯＰ）が存在している部位で酸化膜が不均一になることを利用する方法であり、ウェーハの表面に所定厚さの酸化膜を形成させた後、外部電圧を印加して、前記ウェーハ表面の欠陥部位で酸化膜を破壊するとともに銅を析出させ、この析出した銅を肉眼で観察することにより、あるいは透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することにより欠陥（ＣＯＰ）を検出する方法である。

ところで、ＣＯＰの発生要因は結晶起因と非結晶起因の二つに分けることができる。結晶起因のＣＯＰとは、前述の単結晶育成時に結晶内に導入されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を指している。

この結晶起因のＣＯＰの発生パターンは、これまでの調査により次の４つに区分されることが分かってきた。すなわち、
（１）ウェーハ中心にディスク状に現れる。
（２）ウェーハ外周に沿うようにリング状に現れる。
（３）前記（１）と（２）が同時に、すなわちディスクリング状に現れる。
（４）ウェーハ全面に高密度（直径３００ｍｍウェーハで３００個以上）に現れる。

一方、非結晶起因のＣＯＰは、厳密な意味ではＣＯＰではないが、シリコンウェーハのハンドリング時にウェーハ表面に生じる微細な傷や引っかき傷に起因するものであり、表面欠陥検査装置（例えば、ＳＰ２：ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）や銅析出法（銅デコレーション法）を用いて観察した場合に、線状に発生するものや、局所的にまたはウェーハ全面に斑点状に発生するものなどがある。

非結晶起因のＣＯＰはウェーハを構成するシリコンの単結晶そのものに由来する本質的な欠陥ではないので、ＣＯＰ評価では除外されるべきであり、現在行われているＣＯＰ評価でも、非結晶起因と容易に判断できるＣＯＰは評価から除外されている。

しかし、非結晶起因のＣＯＰと結晶起因のＣＯＰとを切り分ける（つまり、両者を判別して非結晶起因のＣＯＰを評価から除外する）適切な方法がなく、特にウェーハ全面に斑点状に現れる非結晶起因のＣＯＰを結晶起因のＣＯＰではないと判定する方法がなかった。

前述のように、無欠陥結晶のシリコンウェーハではＣＯＰ評価が実施されている。しかし、ＣＯＰ評価では除外されるべき非結晶起因のＣＯＰ、特にウェーハ全面に斑点状に現れたＣＯＰを結晶起因のＣＯＰから切り分けることが困難であるという問題がある。

すなわち、線状に発生するＣＯＰや局所的に斑点状に発生するＣＯＰは非結晶起因であると判断しやすいが、ウェーハ全面に斑点状に発生した場合にはそれが結晶起因であるか非結晶起因であるかの判断は難しく、判定はそのための教育を受けたオペレーターにゆだねられている。ＣＯＰが発生していても、その起源が非結晶起因であればそのウェーハは合格とされるべきものなので、そのような合格品を不合格と判定した場合はウェーハの製造歩留りを不当に低下させることになる。

この合否判断の精度を向上させる一つの手段として、特にウェーハ全面に斑点状に現れているＣＯＰの発生要因の判定基準の明確化が挙げられるが、人間の目による判断（目視判定）に依存しているため、その判定基準を言葉で表現するのは難しい。

今後、生産量が増大した場合においても、製造歩留りを高めるとともに、安定した品質のウェーハの提供を実現するために、非結晶起因のＣＯＰの判定基準を明確にすること、換言すれば、数値により定量的に規定することは極めて重要である。これは、ＣＯＰの評価（検査）を自動化する場合にも必要である。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ＣＯＰの評価を適正に行うために、明確な基準のもとで非結晶起因のＣＯＰと結晶起因のＣＯＰとを切り分ける定量性のある単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上記の課題を解決し、明確な基準のもとでＣＯＰの発生要因を判定できる方法を確立するために検討を重ねた。その結果、後述する結晶起因のＣＯＰの発生挙動の特徴を利用し、ウェーハのｒ方向（半径方向）、またはθ方向（周方向）におけるＣＯＰの密度を計算して求めた密度分布を半経験的手法で設定した閾値と照らし合わせることにより、あるいはＣＯＰの発生位置を考慮して、結晶起因のＣＯＰであるか非結晶起因のＣＯＰであるかを判定する方法を考案した。

本発明の要旨は、下記の（１）〜（４）の単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価方法にある。
（１）単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法であって、前記ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、分割した判定領域ごとにＣＯＰの密度を求め、そのうちの最大値をＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}とし、最小値をＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}として、「（ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}」により計算した値があらかじめ定めた設定値以下の場合は、ＣＯＰの発生要因が結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるものであると判定する単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法である。

（２）単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法であって、前記ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、分割した判定領域のうちの中心部と外周部を除く領域で発生したＣＯＰは結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるものであると判定する単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法である。

前記（１）または（２）の単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法において、前記同心円状に分割する各判定領域の幅を１５ｍｍから３０ｍｍの範囲内とするのが望ましい。

（３）単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法であって、前記ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、さらに円周方向に分割し、同一半径の判定領域ごとに円周方向の各判定領域のＣＯＰの密度を求め、同一半径の判定領域内における最大値をＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}とし、最小値をＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}として、「（ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}」により計算した値があらかじめ定めた設定値以上の場合は、ＣＯＰの発生要因が結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるものであると判定する単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法である。

前記（３）の単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法において、前記同心円状に分割する際の各判定領域の幅を１５ｍｍから３０ｍｍの範囲内とし、さらに前記円周方向の分割を３分割から８分割とするのが望ましい。

（４）単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法であって、ＣＯＰが線状、点線状または局部的に斑点状に発生している場合は、ＣＯＰの発生要因が結晶育成時における導入以外の要因によるものであると判定する単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法である。

上記（１）〜（４）のＣＯＰ発生要因の判定方法において、「単結晶シリコンウェーハ」とは、主として直径３００ｍｍのシリコンウェーハである。すなわち、本判定方法は、直径３００ｍｍ以上の大口径シリコンウェーハを主な対象とする判定方法である。

本発明の単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法は、ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、またはさらに円周方向に分割し、判定領域ごとに求めたＣＯＰの密度に基づいて、あるいはＣＯＰの発生位置を考慮して非結晶起因のＣＯＰと結晶起因のＣＯＰとを切り分ける方法で、明確な基準のもとでＣＯＰ発生要因の判定を行うことができる。

この方法によれば、非結晶起因のＣＯＰであるにもかかわらず結晶起因のＣＯＰであると判定されて不合格となるウェーハを救済する（合格品とする）ことができ、ウェーハの生産性を向上させることができる。また、判定基準の明確化により安定した品質のウェーハの提供が可能である。

図１は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の分布状態の一例を模式的に示す図である。
図２は、ＣＯＰ発生要因の判定方法の検討過程で、非結晶起因のＣＯＰであると判定できなかったサンプルにおけるＣＯＰを例示する図である。
図３は、単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価プロセスを示す図である。
図４は、単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価プロセスによるＣＯＰの評価結果を例示する図である。

以下に、前記（１）〜（４）に記載の本発明の単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法を具体的に説明する。本発明が対象とするＣＯＰは、表面欠陥検査装置（例えば、ＳＰ１：ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いる方法で、ウェーハ表面の個数カウントおよび分布測定を目視検査で実施した。

一般に、結晶起因のＣＯＰはディスク状、リング状もしくはディスク−リング状に現れる。また、ウェーハ全面に高密度に現れることもある。ＣＯＰがこのようにパターンを持って現れるのは、石英るつぼ内の溶融したシリコンに種結晶を浸漬させて引き上げる際の引上げ速度と単結晶育成時に導入されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の分布が、以下に述べるように特定の関係にあるためである。

図１は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の極めて少ないウェーハを製造することができる育成装置により引き上げたシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態の一例を引上げ速度と対比させて模式的に示した図である。これは、成長させた単結晶を引上げ軸に沿って切断し、硝酸銅水溶液に浸漬させてＣｕを付着させ、熱処理後Ｘ線トポグラフ法により微小欠陥の分布状態を観察した結果を示している。

図１において、「Ｖ−ｒｉｃｈ」とはＣＯＰの多い領域であり、「Ｉ−ｒｉｃｈ」とは単結晶育成時に取り込まれた格子間原子に起因する転位クラスター欠陥の多い領域である。また、「Ｐ−ｂａｎｄ」は酸素誘起積層欠陥（ＯＳＦ）である。引上げ速度がそれより低速側の「ＰＶ」は酸素析出促進領域で、空孔が優勢な無欠陥領域であり、さらに低速側の「ＰＩ」は酸素析出抑制領域で、格子間原子が優勢な無欠陥領域である。

この無欠陥領域に相当する引上げ速度で単結晶を引き上げた場合は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の極めて少ないウェーハが得られるが、引上げ速度がそれよりも高速側にずれた場合、特定のパターンを持ったＣＯＰが発生する。例えば、シリコン単結晶の断面が図１に示したような欠陥分布状態のときに、引上げ速度Ｖｄで引き上げると、中心部にディスク状のＣＯＰが存在するウェーハとなる。

Ｖ−ｒｉｃｈ側の欠陥（ＬＰＤ、ＯＳＦ）の面内分布は、引上げ炉の熱履歴により、図１に示したような、中心部と外周部がほぼ均等に低速側に張り出した形状のほか、中心部が低速側に張り出した形状や、外周部が低速側に張り出した形状を採りうる。しかし、半径をｒとして、ｒ／２程度（つまり、中心から半径方向に１／２程度の距離）の部分が低速側に張り出すことはない。したがって、結晶起因のＣＯＰはディスク状やリング状のパターンを持つことになる。特にリングパターンはｒ／２程度の場所に発生することはなく、結晶の外周に沿うように発生する。

また、熱履歴が軸（引上げ軸）対象であることから、ＣＯＰはθ方向（ウェーハの周方向）にも均等に発生する。したがって、リング状やディスク状に発生したＣＯＰの密度は周方向にほぼ均一となっている。

ＣＯＰがウェーハ全面に高密度に現れるのは、引上げ速度が大きく高速側にずれた場合である。ただし、その場合に発生するＣＯＰ密度は高密度で、ＣＯＰの個数はウェーハ全面で３００〜４００個以上となる。したがって、ＣＯＰがウェーハ全面に現れていても、ＣＯＰ個数が２００個程度以下である場合、その発生要因は結晶起因ではないと考えるのが妥当である。

結晶起因のＣＯＰは、以上述べたような発生挙動を示す。本発明のＣＯＰ発生要因の判定方法は、この発生挙動を利用してＣＯＰが結晶起因であるか非結晶起因であるかの判定を行う方法である。

本発明のうち、前記（１）に記載の判定方法は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が極めて少ない単結晶シリコンウェーハを対象として、前記ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、分割した判定領域ごとにＣＯＰの密度を求め、「（ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}」により計算した値があらかじめ定めた設定値以下の場合は、ＣＯＰの発生要因が結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるものであると判定する方法である。ここで、ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}は分割した判定領域ごとに求めたＣＯＰの密度のうちの最大値を、ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}は最小値を意味する。

前記（１）に記載の判定方法は、ＣＯＰのｒ方向（ウェーハの半径方向）の密度分布に注目した方法である。前記の、分割した判定領域ごとにＣＯＰの密度を求めて計算した「（ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}」（ここでは、「評価関数」という）の値は、ＣＯＰの分布が均一であるか否かを示す一つの指標であり、この値が小さければ、分割した判定領域ごとのＣＯＰ密度の差が小さく、ウェーハ表面でのｒ方向のＣＯＰ分布が均一であると言うことができる。

前述のように、結晶起因のＣＯＰはディスク状やリング状のパターンを持っているので、この結晶起因のＣＯＰが発生している場合は、ＣＯＰ分布はｒ方向に均一ではなく、「（ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}」の値は大きくなる。したがって、評価関数「（ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}」の値があらかじめ定めた設定値以下の場合はディスク状やリング状のパターンを持っていないとみなすことができ、ＣＯＰの発生要因は結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるもの（すなわち、非結晶起因のＣＯＰ）であると判定することができる。
前記の設定値は、従来の判定における実績等を踏まえ、半経験的手法で設定する。

前記（２）に記載の判定方法は、ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、分割した判定領域のうちの中心部と外周部を除く領域で発生したＣＯＰは結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるものであると判定する方法である。

前記（２）に記載の判定方法は、ＣＯＰのｒ方向における発生位置に注目した方法である。結晶起因のＣＯＰはディスク状やリング状のパターンを持っており、ウェーハの中心部と外周部以外の領域には発生しないので、中心部と外周部を除く領域のＣＯＰは非結晶起因のＣＯＰであると見なすことができる。

前記（１）または（２）の判定方法においては、前記同心円状に分割する各判定領域（つまり、リング）の幅を１５ｍｍから３０ｍｍの範囲内とするのが望ましい。

これらの判定方法を適用する主な対象は直径３００ｍｍウェーハである。通常、最外周の幅１０ｍｍのリング状の領域は評価の対象から除外するので、ウェーハの直径を３００ｍｍとすれば、評価の対象となる判定領域はウェーハの中心から半径１４０ｍｍまでである。この範囲をリング状に分割する場合、その幅が１５ｍｍより狭いと判定領域が多くなりすぎて評価が煩雑になり、コスト高になる。

また、幅が３０ｍｍより広いと評価が粗くなり、評価の精度が損なわれやすい。直径３００ｍｍウェーハの場合の望ましい幅は、２５ｍｍ程度である。なお、分割する各判定領域の幅は通常は均等とするのがよいが、必ずしもこれに限定されず、ＣＯＰの発生状況等に基づき適宜定めてもよい。

前記（３）に記載の判定方法は、前記ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、さらに円周方向に分割し、同一半径の判定領域ごとに円周方向の各領域のＣＯＰの密度を求め、同一半径の領域内における最大値をＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}とし、最小値をＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}として、「（ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}」により計算した値があらかじめ定めた設定値以上の場合は、ＣＯＰの発生要因が結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるものであると判定する方法である。なお、ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}は同一半径の判定領域における円周方向の各判定領域のＣＯＰの密度のうちの最大値を、ＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}は最小値を意味する。

前記（３）に記載の判定方法は、ＣＯＰのθ方向（ウェーハの周方向）の分布挙動に注目した方法である。前述したように、成長させた単結晶の熱履歴は引上げ軸に対象であるため、ＣＯＰはθ方向に均等に発生し、リング状やディスク状に発生したＣＯＰの密度はθ方向にほぼ均一となっている。

したがって、前記（３）の判定方法においては、ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、さらに円周方向に分割して、同一半径の判定領域ごとに円周方向の各領域のＣＯＰの密度を求め、評価関数「（ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}」の値があらかじめ定めた設定値以上の場合は、円周方向の各判定領域におけるＣＯＰの密度が均一とは言えないので、ＣＯＰの発生要因は非結晶起因であると判定する。

前記（３）に記載の判定方法においては、前記同心円状に分割する際の各判定領域（つまり、リング）の幅を１５ｍｍから３０ｍｍの範囲内とし、さらに前記円周方向の分割を３分割から８分割とするのが望ましい。

同心円状に分割する際の各判定領域の幅を１５ｍｍから３０ｍｍの範囲内とする理由は、前述したとおりである。また、さらに前記円周方向の分割を３分割から８分割とするのは、円周方向の分割数はあまり細かくても判定の精度がそれほど向上するわけではなく、２分割では、判定領域が広すぎるためθ方向におけるＣＯＰの分布密度が変化しても顕著には現れず、判定の精度が低下する。

前記（４）に記載の判定方法は、ＣＯＰが線状、点線状または局部的に斑点状に発生している場合は、ＣＯＰの発生要因が結晶育成時における導入以外の要因によるものであると判定する方法である。

線状、点線状または局部的に斑点状に発生しているＣＯＰは、サンプル表面に生じる微細な傷や引っかき傷に起因するものであることが明らかであり、容易に非結晶起因のＣＯＰであると判定できる。したがって、このようなＣＯＰは判定の対象外として除外する。

以下に、本発明の判定方法によりＣＯＰ発生要因の判定を行い、適用の可否を検討した結果について述べる。
判定に用いた方法は、次の（ａ）〜（ｅ）の方法である。なお、（ａ）〜（ｃ）はウェーハのｒ方向におけるＣＯＰの密度分布に着目した方法（前記（１）の判定方法）であり、（ｄ）はｒ方向におけるＣＯＰの発生位置に着目した方法（前記（２）の判定方法）、（ｅ）はウェーハのθ方向におけるＣＯＰの分布挙動に着目した方法（前記（３）の判定方法）である。

（ａ）φ５０〜φ２５０におけるＣＯＰの密度分布が均一であれば、非結晶起因のＣＯＰと判定する方法。
φ５０〜φ２５０のリング状の領域をｒ方向に複数の領域に分割し、それぞれの判定領域で評価関数「（ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}」の値を求め、この値があらかじめ定めた設定値（閾値）以下であるとき、非結晶起因のＣＯＰと判定する。なお、前記の「φ５０〜φ２５０」は直径５０ｍｍ〜直径２５０ｍｍ間のリング状の領域を表す。

（ｂ）φ１００〜φ２５０におけるＣＯＰの密度分布が均一であれば、非結晶起因のＣＯＰと判定する方法。
前記（ａ）において、ＣＯＰの観察位置を変えた方法で、それ以外については（ａ）と同じである。

（ｃ）ＣＯＰ評価方法により不合格とされたウェーハについて、その不合格領域のＣＯＰが非結晶起因のＣＯＰであるか否かを、ＣＯＰの密度分布により判定する方法。なお、前記のＣＯＰ評価方法とは、ＣＯＰの個数や前述したパターンの有無により結晶性（無欠陥性）を保証できるか否かの合否判定に用いる方法で、ここでは、本発明者が提案する、ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、分割した判定領域ごとにＣＯＰ個数の上限値を設定し、この上限値を基準として合否判定を行うＣＯＰ評価方法を用いている。この方法を、ここでは「新評価法」と記す。

前記「新評価法」により不合格とされたウェーハごとに、不合格判定（以下、「ＮＧ」という）を受けた判定領域、すなわち、ＣＯＰの個数が基準値を超えた判定領域を抽出し、ＣＯＰの密度を計算する。それらの判定領域についてのみ評価関数「（ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}」の値を求め、この値があらかじめ定めた設定値（閾値）以下であるとき、非結晶起因のＣＯＰと判定する。但し、ＣＯＰの個数が基準値を超えた領域が１つだけのときはＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}＝０として、評価関数の値は１とする。

（ｄ）ＣＯＰが非結晶起因のＣＯＰであるか否かを、ＣＯＰの発生位置により判定する方法。
φ５０〜φ２００で発生したＣＯＰは非結晶起因のＣＯＰと判定する。

（ｅ）新評価法により不合格とされたウェーハについて、ウェーハのθ方向におけるＣＯＰの密度分布が均一でなければ、非結晶起因のＣＯＰと判定する方法。
ウェーハを第１〜第４の４つの象限に分割し、象限ごとに計数したＣＯＰ個数からＣＯＰの密度を求め、同一半径の判定領域内における評価関数「（ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}」により計算した値があらかじめ定めた設定値（閾値）以上の場合、非結晶起因のＣＯＰと判定する。

表１に、（ａ）および（ｂ）の方法による判定結果を示す。判定の対象として用いたウェーハ（サンプル）は、目視判定で非結晶起因の斑点状のＣＯＰであると判定された９サンプル（同表に、基準として併せて表示）である。（ａ）、（ｂ）両方法とも閾値を２水準で変え、合計４条件で判定を行った。

表１に示すように、目視判定で非結晶起因のＣＯＰであると判定された９サンプルに対して、（ａ）の判定方法では７サンプル、（ｂ）の判定方法では７または８サンプルが非結晶起因のＣＯＰであると判定できた。

図２は、（ａ）または（ｂ）の判定方法で非結晶起因のＣＯＰであると判定できなかったサンプルにおけるＣＯＰを示す図であり、図２（ａ）は前記（ａ）、（ｂ）の判定方法における４条件すべてで非結晶起因のＣＯＰであると判定できなかったサンプル、図２（ｂ）は前記（ｂ）の判定方法で閾値を０．７とした場合には非結晶起因のＣＯＰであると判定できたが、残りの３条件では判定できなかったサンプルである。図２（ａ）において、破線の楕円で囲んだ部分は線状に発生した非結晶起因のＣＯＰである。

表２に、（ｃ）および（ｄ）の方法による判定結果を示す。用いたサンプルは、前記（ａ）または（ｂ）の判定方法で用いたものと同じ９サンプルである。

（ｃ）の判定方法では、前記のとおり、新評価法により不合格とされたサンプルについて、ＣＯＰ個数が基準値を超えてＮＧとなった領域についてのみ評価関数「（ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}」の値を求め、この値が０．８以下のものを非結晶起因と判定した。この場合、非結晶起因のサンプル９枚中８枚を非結晶起因と判定できた。

（ｄ）の判定方法は、φ５０〜φ２００で発生したＣＯＰは非結晶起因のＣＯＰと判定する方法であるが、この方法では、非結晶起因のＣＯＰが発生しているサンプル９枚中３枚を非結晶起因と判定できた。

前記（ｅ）のθ方向における分布挙動により非結晶起因のＣＯＰと判定する方法について、前記（ａ）または（ｂ）の判定方法で用いたものと同じ９サンプルを対象とし、適用を試みた。すなわち、リング状に分割した各判定領域を第１〜第４の象限に分割し、同じリング領域の各象限の間で評価関数「（ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}」の計算を行い、閾値を０．８として、すべてのリング領域で「（ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}」＞０．８が成立した場合、そのウェーハに発生しているＣＯＰは非結晶起因によるものであると判定した。
その結果、非結晶起因のＣＯＰであると判定できたのは１例だけであった。

したがって、この方法は、前記の非結晶起因のＣＯＰが発生しているサンプルに対する非結晶要因を判定する方法としては適切ではない、と判断できる。
以上、本発明のＣＯＰ発生要因の判定方法の適用例について述べた。

前記（ｅ）、すなわち前記（３）に記載のθ方向における分布挙動により非結晶起因のＣＯＰと判定する方法は、ここで用いたサンプルに対する判定方法としては適切ではないと判断されたが、以下に述べるように、本発明のＣＯＰ発生要因の判定方法としての意義を失うわけではない。

すなわち、前記（１）〜（３）に記載の判定方法は、いずれも、実際に適用するにあたり、製造されるウェーハにおけるＣＯＰの発生（存在）状態、ウェーハに要求される品質レベル等を勘案し、過去のＣＯＰ発生要因の判定実績を活用する半経験的手法を取り入れて、ウェーハ判定領域の分割幅や設定値（閾値）等についての具体的な基準を定めることが肝要である。

したがって、前記（３）に記載の判定方法においても、前記具体的な基準について、より適切な条件を見出すことにより、十分適用可能な判定方法として確立させ得るからである。

本発明のＣＯＰ発生要因の判定方法を単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価に適用する際には、もちろんこの方法単独でも適用可能であり、明確な基準のもとでＣＯＰ発生要因の判定を行い、非結晶起因のＣＯＰを結晶起因のＣＯＰから切り分ける（ＣＯＰの評価から除外する）ことができる。しかし、従来用いられている単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価方法、望ましくは、さらに改善されたＣＯＰ評価方法と組み合わせることにより、本発明の判定方法を一層有効に活用し、単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価の精度および信頼性を高めることが可能になる。

以下に、本発明のＣＯＰ発生要因の判定方法を前記「新評価法」と組み合わせて行う単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価方式（プロセス）について説明する。このＣＯＰ評価プロセスは、前述した本発明の判定方法の適用可否検討結果に基づくものであり、例えば、製造条件の変更等により評価対象のウェーハが変わると、ウェーハにおけるＣＯＰの発生（存在）状態等に変化が生じるので、ウェーハ判定領域の分割幅や閾値等についてはより適正な設定が必要となる場合がある。

本発明のＣＯＰ発生要因の判定方法を組み込んだ単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価プロセスにおける手順（工程）は次のとおりである。

手順１．ウェーハ全面でのＣＯＰ個数による判定を行う。合格のものは手順２の「新評価法」で判定する。不合格のものは手順３に移る。

手順２．「新評価法」を用いてシリコンウェーハの合否判定を行う。この合否判定では、パターン判定を行う。

手順３．前記の手順１および２で不合格のもの（詳しくは、ＣＯＰの個数が基準値を超え、その結果、ＣＯＰ総数が基準値を超えることとなったもの）に対して、ＣＯＰの密度分布により非結晶起因のＣＯＰであるか否かの判定を行う。例えば、前述の（ａ）のＣＯＰ発生要因の判定方法を、設定値（閾値）０．７として実施する。この判断で合格となったものについては、目視による最終判定を実施する。

手順４．前記の手順３で不合格となったものに対して、ＣＯＰの発生位置により非結晶起因のＣＯＰであるか否かの判定を行う。例えば、前述の（ｄ）のＣＯＰ発生要因の判定方法を、設定値（閾値）０．８として実施する。この判断で合格となったものについては、目視による最終判定を実施する。

このＣＯＰ評価プロセスの適用の当初はテスト運用になるので、手順３および４で目視判定を行ってウェーハ分割判定領域の幅や設定値（閾値）等の妥当性を確認する。

図３は、この単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価プロセスの概略工程例を示す図である。同図中に示した「手順１」〜「手順４」、および手順３、４のなかの（ａ）〜（ｄ）は、前記の「手順１」〜「手順４」、および前述の（ａ）〜（ｄ）の方法に対応する。また、実線の枠で囲んだ「合格」、「不合格」はＣＯＰ評価の途中段階における合格または不合格を表し、二重実線の枠で囲んだ「合格」、「不合格」はＣＯＰ評価の最終結果を表す。

図３に示すように、本発明のＣＯＰ発生要因の判定方法を「新評価法」と組み合わせることにより、ＣＯＰ総数判定（手順１）で不合格とされたウェーハ、またはパターン判定（手順２）で不合格とされたウェーハを、非結晶起因のＣＯＰによるものであると判定して救済し（矢印を付した太実線参照）、ウェーハの製造歩留りを高めることができる。

図４は、前記単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ評価プロセスによるＣＯＰの評価結果を例示する図である。無欠陥結晶のシリコンウェーハ（ｎ＝１７３）に適用した場合である。

図４において、横軸の「＜φ５０」は直径５０ｍｍ未満のディスク状の領域を、また、例えば「φ５０〜１００」は直径５０ｍｍ〜直径１００ｍｍ間のリング状の領域を意味する。「＜φ５０」〜「φ２５０〜φ２８０」までの各判定領域における不合格率は、同図の下方に示した判定基準により不合格となったウェーハの全ウェーハ数に対する比率で、判定領域ごとの不合格率は重複するものを含んでいる。

横軸の「新評価法」における不合格率がこれらの判定基準で不合格となったものの総計（前記の重複を除く）であり、「結晶起因」における不合格率が、ＣＯＰ評価プロセスに組み込まれた本発明の判定方法を適用して非結晶起因のＣＯＰと結晶起因のＣＯＰとを切り分け、非結晶起因のＣＯＰと判定されたものを横軸の「新評価法」において不合格とされたものから除外した不合格率である。

図４に示すように、本発明の判定方法を適用することにより、不合格率が０．１３９から０．０８７へ低下しており、その分ウェーハの製造歩留りが向上していることがわかる。

産業上の利用の可能性

本発明の単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法によれば、明確な基準のもとで非結晶起因のＣＯＰと結晶起因のＣＯＰとを切り分け、ＣＯＰ発生要因の判定を行うことができる。この方法によれば、非結晶起因のＣＯＰであるにもかかわらず結晶起因のＣＯＰであると判定されて不合格となるウェーハを救済することができ、ウェーハの製造歩留りを向上させることができる。
したがって、本発明のＣＯＰ発生要因の判定方法は、単結晶シリコンウェーハの製造、半導体デバイス製造に好適に利用することができる。

Claims (6)

1. 単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法であって、前記ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、分割した判定領域ごとにＣＯＰの密度を求め、そのうちの最大値をＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}とし、最小値をＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}として、「（ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{半径ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{半径ＭＡＸ}」により計算した値があらかじめ定めた設定値以下の場合は、ＣＯＰの発生要因が結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるものであると判定することを特徴とする単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法。
2. 単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法であって、前記ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、分割した判定領域のうちの中心部と外周部を除く領域で発生したＣＯＰは結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるものであると判定することを特徴とする単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法。
3. 前記同心円状に分割する各判定領域の幅を１５ｍｍから３０ｍｍの範囲内とすることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法。
4. 単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法であって、前記ウェーハの判定領域を半径方向に同心円状に分割し、さらに円周方向に分割し、同一半径の判定領域ごとに円周方向の各判定領域のＣＯＰの密度を求め、同一半径の判定領域内における最大値をＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}とし、最小値をＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}として、「（ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}−ＣＯＰ密度_{円周ＭＩＮ}）／ＣＯＰ密度_{円周ＭＡＸ}」により計算した値があらかじめ定めた設定値以上の場合は、ＣＯＰの発生要因が結晶育成時に導入された欠陥以外の要因によるものであると判定することを特徴とする単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法。
5. 前記同心円状に分割する際の各判定領域の幅を１５ｍｍから３０ｍｍの範囲内とし、さらに前記円周方向の分割を３分割から８分割とすることを特徴とする請求項４に記載の単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法。
6. 単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法であって、ＣＯＰが線状、点線状または局部的に斑点状に発生している場合は、ＣＯＰの発生要因が結晶育成時における導入以外の要因によるものであると判定することを特徴とする単結晶シリコンウェーハのＣＯＰ発生要因の判定方法。

Images