JP5315897B2 - シリコンウエーハの評価方法及びシリコンウエーハの製造方法 - Google Patents
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Description
重金属元素等の不純物がウエーハ中に捕獲されれば、ウエーハの表面近傍領域、即ち半導体素子が形成される領域がクリーンな状態となる。半導体素子が形成される領域をできるだけクリーンな状態にするためには、高いゲッタリング能力を有するシリコンウエーハを用いることが重要である。高いゲッタリング能力を有するシリコンウエーハを用いて半導体素子を形成すれば、高い歩留りで半導体デバイスを製造することができる。
このようなシリコンウエーハにゲッタリング能力を付与する方法として、例えば表面からイオンを注入し、そのイオン注入によって生じたダメージ層をゲッタリング層とする技術が挙げられる。
しかし、断面TEMを行うためには、シリコンウエーハを加工する必要があるため、ウエーハを破壊しなければならず、またその加工に非常に時間がかかる。更に観察に用いたシリコンウエーハは再利用することができないため、コストが非常にかかった。
またX線回折であれば、容易に短時間で評価対象を破壊せずとも評価を行うことができる。
このように、上述の積分強度を求める際にロッキングカーブの回折強度のピークの強度を1として規格化した時に、その積分強度が0.00524以上であれば、ダメージ層が欠陥層となって、シリコンウエーハのバルク状態と異なるものの結晶性がある程度回復したと判断することができるため、この値を基準に用いれば、断面TEMなど手間の掛かる手法を用いることなく、ゲッタリング能力の有無を判断することができる。
X線回折法を用いてロッキングカーブを測定した時に、ロッキングカーブの回折強度のピークの強度を1として規格化した際、ロッキングカーブの回折強度のピークの角度から0.001°以上高角側及び低角側の積分強度が0.00524以上のシリコンウエーハは、ダメージ層が欠陥層となって十分にゲッタリング能力を有したものである。従って、この関係を満たすか満たさないかで合格か否か評価することによって、得られたシリコンウエーハがゲッタリング能力を十分に有しているかどうかを製造工程中により容易に判断することができる。そのため、ゲッタリング能力が高いシリコンウエーハを確実に製造することができる。
また、上記評価方法をシリコンウエーハを製造する際に用いることによって、有効なゲッタリングサイトを有するシリコンウエーハを確実に且つ簡易に製造することができる。
前述のように、イオン注入によって形成されたダメージ層を欠陥層とする熱処理の進行状況を、シリコンウエーハを破壊することなく、また短時間で容易に評価する、つまりゲッタリング能力を十分に有しているかどうかを容易に評価することのできるシリコンウエーハの評価方法と、それを利用したシリコンウエーハの製造方法とシリコンウエーハが待たれていた。
しかしただ積分強度を求めるだけでは、ピーク強度付近の影響が大きく、欠陥層のないシリコンウエーハと欠陥層のあるシリコンウエーハの差がほとんどないため、評価に適さないことも判った。
本発明のシリコンウエーハは、イオン注入されたシリコンウエーハにX線回折法でロッキングカーブ測定を行った時、該ロッキングカーブの回折強度のピークの強度を1として規格化して、該ピーク角度よりも0.001°以上高角側及び低角側の積分強度が0.00524以上となっているものである。
次に、準備したシリコン単結晶棒をスライスして、シリコンウエーハとする。このスライスも、一般的なものとすれば良く、例えば内周刃スライサあるいはワイヤソー等の切断装置によってスライスすることができる。
このイオン注入の注入イオン種や加速エネルギー等は一般的な条件のものであれば良く、顧客仕様やシリコンウエーハの用途によって適宜条件を選択すればよい。例えば酸素、炭素や窒素を高電流イオン注入機を用いて注入することができる。
この熱処理も一般的な条件であれば良く、先に注入したイオン種や用途によって適宜最適な条件で行えばよい。例えば熱処理炉で還元性雰囲気で熱処理することができ、また、RTA装置によって急速加熱・急速冷却することができる。
そして求めた積分強度からダメージ層が欠陥層へどの程度変化したか、結晶性の変化量を判断し、シリコンウエーハの合否の評価を行う。
前述のように積分強度が0.00524以上のシリコンウエーハであれば、イオン注入によるダメージ層が十分に欠陥層として緩和したものとなるため、そのゲッタリング能力が高いものとなる。そして、積分強度が0.00524以上かどうかで評価を行うことで、熱処理後のシリコンウエーハが不純物を十分に除去できるか否かを、製造工程のさなかで判断することができ、従ってゲッタリング能力の高いシリコンウエーハを歩留り良く確実に製造することができる。
ここで、再熱処理を行った後に、再びX線回折法によって同様にロッキングカーブを測定し、合格と判断した後に次工程に送ることが望ましい。
このシリコンウエーハは、一方の表面からイオン注入された後に結晶性回復のための熱処理が施されたものを用いる。
そして、準備したシリコンウエーハに対してX線回折法によってロッキングカーブ測定を行う。そして、ロッキングカーブの回折強度のピークの角度から0.001°以上高角側及び低角側の積分強度を求め、該積分強度を用いてダメージ層が欠陥層へどの程度変化したかを評価する。
前述のように、積分強度を求める際にロッキングカーブの回折強度のピークの強度を1として規格化した時に、その積分強度が0.00524以上のシリコンウエーハは、イオン注入によって形成されたダメージ層が熱処理によって欠陥層へ十分に変化していると判断できるため、この値を元に判断を行うことで、容易に、且つ確実にイオン注入されたシリコンウエーハのゲッタリング能力を判断することができる。
(実施例1、2)
CZ法で育成したシリコン単結晶棒から切り出したシリコンウエーハ2枚の一主表面である結晶面(100)面に対して、加速エネルギー2MeV・ドーズ量1015(ions/cm2)の注入量で酸素イオン注入を行った。
この時のX線回折測定の配置の一例を図1に示す。図1に示すように、この装置は、X線源10、モノクロメーター11、スリット12、アナライザー14、及びカウンター15を備えている。X線源10から放射されたX線は、モノクロメーター11に入射して単色化し、スリット12を介して試料13に入射する。試料13から出た回折X線はアナライザー14を介してカウンター15により検出され、ロッキングカーブを得る。
今回、X線源10にCuを準備し、モノクロメーター11によってCuKα1に単色化されたX線を、上記実施例1,2のシリコンウエーハを試料13の位置に設置し、(004)面で回折させ、カウンター15としてのシンチレーションカウンターによって回折X線を受光した。
このロッキングカーブの回折強度が最大となる角度から±0.001°以上高角側及び、低角側の積分強度(図2、3の斜線部分)を計算したところそれぞれ0.0094、0.314となり、共に0.00524以上であることが判った。
熱処理条件を700℃で1時間(実施例3)、600℃で30分(比較例1)とした以外は実施例1と同様の条件でシリコンウエーハを製造し、同様の評価を行った。
その結果、実施例3のシリコンウエーハの積分強度は0.00524、比較例1のシリコンウエーハの積分強度は0.00520であった。
Claims (4)
- シリコンウエーハの一方の表面からイオン注入することによって形成されたダメージ層を欠陥層とするための熱処理をした後に、前記シリコンウエーハの前記欠陥層の状態を評価するための評価方法であって、
前記熱処理後に、前記シリコンウエーハのイオン注入を行った側の表面にX線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブの回折強度のピークの角度から0.001°以上高角側及び低角側の積分強度を求め、該積分強度を用いて前記ダメージ層が前記欠陥層へどの程度変化したかを評価することを特徴とするシリコンウエーハの評価方法。 - 前記積分強度を求める際に、前記ロッキングカーブの回折強度のピークの強度を1として規格化した時、前記積分強度が0.00524以上の場合、前記欠陥層へ十分に変化したと評価することを特徴とする請求項1に記載のシリコンウエーハの評価方法。
- シリコンウエーハの製造方法であって、少なくとも、
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶棒を育成し、該シリコン単結晶棒をスライスしてシリコンウエーハに加工した後、
該シリコンウエーハの表面からイオン注入を行ってダメージ層を形成し、
その後、該ダメージ層を欠陥層にするための熱処理を行い、
該熱処理後に前記イオン注入を行った表面にX線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブの回折強度のピークの角度から0.001°以上高角側及び低角側の積分強度を求め、該積分強度を用いて前記ダメージ層が前記欠陥層へどの程度変化したかを評価し、
該評価結果が合格ならば次工程へ、不合格であれば再び熱処理を行うことを特徴とするシリコンウエーハの製造方法。 - 前記評価は、前記ロッキングカーブの回折強度のピークの強度を1として規格化した時の前記積分強度が0.00524以上ならば合格、0.00524未満ならば不合格とするものとすることを特徴とする請求項3に記載のシリコンウエーハの製造方法。
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