JP5682858B2 - シリコンウェーハの評価方法および製造方法 - Google Patents
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Description
更に本発明は、上記評価方法による品質保証がなされた高品質なシリコンウェーハを提供可能なシリコンウェーハの製造方法にも関するものである。
シリコンウェーハに、そのバンドギャップよりエネルギーの大きな励起光を照射し電子正孔対を発生させると、この電子正孔対が再結合する際に発光する。この現象はフォトルミネッセンスと呼ばれ、近年、半導体ウェーハの評価に利用されている(例えば文献A(特開2003−45928号)、文献B(特開平11−274257号公報)、文献C(Journal of The Electrochemical Society, 150 (8) G436-G442, 2003)、文献D(特開平6−18417号公報)参照)。
そこでこれら文献の教示に基づき、フォトルミネッセンス強度(以下、「PL強度」ともいう)の面内分布情報に基づきPL強度が低い領域ほど酸素析出物が高濃度で存在する領域と判定することが考えられる。しかし一方で、抵抗率が低くなると、PL強度が基板抵抗に依存するようになる。文献CのFig.7に示されているように、基板抵抗が0.1Ω・cm以下になるとPL強度の抵抗率依存性の影響が大きくなり、PL強度により酸素析出物の有無や面内分布を精度よく評価することは困難となる。
フォトルミネッセンス法(以下、「PL法」ともいう)に使用される測定器として、文献Aに記載のBIO−RAD社製(現在はNanometrics社より販売されている)の商品名SiPHERが知られている。この測定器は、ウェーハ面内のPL強度を室温でマッピングする装置であり、得られるマッピングプロファイルでは、PL強度が低い領域ほど暗く(黒く)、高い領域ほど明るく(白く)表示される。しかし一方で、特に、ドーパント濃度の高い低抵抗シリコン基板では、ドーパント濃度ムラによって面内で抵抗率変動が発生し、これが原因でPL強度のマッピングプロファイルに同心円状の縞模様(ストリエーション)が現れることがある。このような縞模様が現れたマッピングプロファイルでは、黒く表示された領域が酸素析出物が高濃度で存在するためにPL強度が低下した領域であるのか、抵抗率の局所的な変動によるものであるのか判別することは困難である。
(a)熱酸化処理を行うと表面再結合が抑制されるためシリコンウェーハの表面全体ではPL強度は上昇する、
(b)酸素析出物が存在する領域では熱処理により酸素析出物が成長する(サイズが大きくなる)ためPL強度は低下する、
(c)熱酸化処理によりドーパントの分布はほとんど変化しない、
ことに着目した。上記(a)〜(c)によれば、熱酸化処理後にPL強度が低下した領域は酸素析出物が存在する領域と判定することができ、また、熱酸化処理によりPL強度は全体として上昇するが、PL強度の抵抗率依存性および面内の局所的な抵抗率変動に起因するPL強度分布は実質的に変化しないとみなすことができる。したがって、表面再結合の抑制によるPL強度上昇分を補正するため1未満の数値を補正係数として用いて熱酸化前後のフォトルミネッセンス強度の面内分布情報(例えばラインプロファイル、マッピングプロファイル)の差分情報を得ることで、抵抗率および面内抵抗率変動の影響を低減ないし排除し、評価対象シリコンウェーハにおける酸素析出物の有無および酸素析出物の面内分布を評価することができる。
本発明は、以上の知見に基づき完成された。かかる本発明によれば、基板抵抗の高低にかかわらず、PL強度の抵抗率依存性や面内抵抗率変動の影響を低減ないし排除してシリコンウェーハについて酸素析出物に関する評価を行うことが可能となる。
[1]評価対象シリコンウェーハに対して該シリコンウェーハ表面においてフォトルミネッセンス強度の面内分布を示す第一の面内分布情報を取得すること、
上記第一の面内分布情報取得後の評価対象シリコンウェーハに対して熱酸化処理を施した後、該シリコンウェーハ表面においてフォトルミネッセンス強度の面内分布を示す第二の面内分布情報を取得すること、
第一の面内分布情報と、第二の面内分布情報に1未満の補正係数による補正を加えて得られた第三の面内分布情報との差分情報を得ること、および、
得られた差分情報に基づき、評価対象シリコンウェーハにおける酸素析出物の有無および酸素析出物の面内分布からなる群から選ばれる評価項目の評価を行うこと、
を含むシリコンウェーハの評価方法。
[2]前記評価対象シリコンウェーハは、抵抗率0.1Ω・cm以下のp+基板、または抵抗率0.1Ω・cm以下のp+基板上にp型のエピタキシャル層を有するp/p+ウェーハである[1]に記載のシリコンウェーハの評価方法。
[3]前記補正係数として、[(第一の面内分布情報における基準フォトルミネッセンス強度)/(第二の面内分布情報における基準フォトルミネッセンス強度)]として算出される値を用いる[1]または[2]に記載のシリコンウェーハの評価方法。
[4]前記基準フォトルミネッセンス強度として、最大PL強度を用いる[3]に記載のシリコンウェーハの評価方法。
[5]前記面内分布情報は、フォトルミネッセンス強度のラインプロファイルまたはマッピングプロファイルである[1]〜[4]のいずれかに記載のシリコンウェーハの評価方法。
[6]前記フォトルミネッセンス強度はバンド端発光強度である[1]〜[5]のいずれかに記載のシリコンウェーハの評価方法。
[7]複数のシリコンウェーハからなるシリコンウェーハのロットを準備する工程と、
前記ロットから少なくとも1つのシリコンウェーハを抽出する工程と、
前記抽出されたシリコンウェーハを評価する工程と、
前記評価により良品と判断されたシリコンウェーハと同一ロット内の他のシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む、シリコンウェーハの製造方法であって、
前記抽出されたシリコンウェーハの評価を、[1]〜[6]のいずれかに記載の方法によって行うことを特徴とする、前記方法。
(1)評価対象シリコンウェーハに対して該シリコンウェーハ表面においてフォトルミネッセンス強度の面内分布を示す第一の面内分布情報を取得すること;
(2)上記第一の面内分布情報取得後の評価対象シリコンウェーハに対して熱酸化処理を施した後、該シリコンウェーハ表面においてフォトルミネッセンス強度の面内分布を示す第二の面内分布情報を取得すること;
(3)第一の面内分布情報と、第二の面内分布情報に1未満の補正係数による補正を加えて得られた第三の面内分布情報との差分情報を得ること;および、
(4)得られた差分情報に基づき、評価対象シリコンウェーハにおける酸素析出物の有無および酸素析出物の面内分布からなる群から選ばれる評価項目の評価を行うこと。
以下、本発明の評価方法について、更に詳細に説明する。
本工程では、評価対象シリコンウェーハに対して該シリコンウェーハ表面においてフォトルミネッセンス強度の面内分布を示す第一の面内分布情報を取得する。ここで取得される面内分布情報には、酸素析出物の影響とともに、ドーパント濃度の高い低抵抗基板については抵抗率依存性や面内の抵抗率の局所的な変動の影響も含まれる。そこで本発明では、抵抗率依存性や面内の抵抗率の局所的な変動の影響を低減ないし排除するために、工程(2)以降を実施する。
工程(2)における熱酸化処理は、酸素析出物を成長させ、かつ表面再結合を抑制するに足る条件で行えばよい。例えば、750〜1000℃程度の100%酸素雰囲気中にて30分〜2時間程度、シリコンウェーハを放置することで熱酸化処理を行うことができる。
熱酸化処理後のシリコンウェーハにおけるPL強度の測定は、工程(1)と同様に行うことができる。
先に説明したように工程(2)における熱処理により酸素析出物の存在する領域では酸素析出物の成長によりPL強度が低下し、ウェーハ面内では全体として表面再結合抑制によりPL強度は上昇するが、熱酸化処理前後でPL強度の抵抗率依存性および面内の局所的な抵抗率変動に起因するPL強度分布は実質的に変化しないとみなすことができる。そこで本発明では、表面再結合の抑制によるPL強度上昇分を補正するため1未満の数値を補正係数として用いて、第一の面内分布情報と、第二の面内分布情報に補正係数を掛けた第三の面内分布情報[=補正係数×(第二の面内分布情報)]との差分情報、即ち、[(第一の面内分布情報)−補正係数×(第二の面内分布情報)]として、差分情報を取得する。こうして得られた差分情報は、PL強度の抵抗率依存性および面内の局所的な抵抗率変動の影響が低減ないしは排除されたものとなる。したがって、当該差分情報においてPL強度の低下が見られる領域には酸素析出物が存在すると判定することができる。ここで適切な補正を行うための補正係数としては、[(第一の面内分布情報における基準PL強度)/(第二の面内分布情報における基準PL強度)]として算出される値を用いることが好ましい。上記基準PL強度としては、例えば第一、第二の面内分布情報における最大PL強度を用いることができるが、平均PL強度等の他の基準PL強度を用いることも可能である。第三の面内分布情報および上記差分情報は、PL強度測定に使用する測定装置に内蔵されているプログラムに補正係数を入力することで、または適切なプログラムを使用することで、容易に取得することができる。
先に説明したように、ウェーハ面内において、上記工程(3)で得られた差分情報にてPL強度が低下している領域は、熱酸化処理により酸素析出物が成長することでPL強度が低下した領域、即ち酸素析出物が存在する領域である。したがって差分情報にてPL強度が低下した領域が存在するか否かにより、評価対象シリコンウェーハの酸素析出物の有無を評価することができ、またPL強度が低下した領域の分布により酸素析出物が存在する領域がウェーハ面内のどの領域に分布しているか評価することができる。
抵抗率が5/1000〜10/1000Ω・cmの範囲のp+基板であるウェーハ1のデバイス作製面となる表面について、図1に示す装置として、Nanometrics社PL測定装置SiPHERを用い、測定レーザーとして波長532nmの光源を利用し、1mmの分解能によるバンド端フォトルミネッセンス発光強度Map測定を行い、図2左図に示すマッピングプロファイル(第一の面内分布情報)を得た。マッピングプロファイルでは、PL強度の低い部分ほど暗く(黒く)、高い領域ほど明るく(白く)表示される。図2左図に示すように、マッピングプロファイルでは抵抗率の局所的な変動に起因する同心円状の縞模様が現れたため、明暗によって酸素析出物の存在や分布状態を確認することは困難である。
図2左図に示すマッピングプロファイル(第一の面内分布情報)から、図2右図に示すマッピングプロファイル(第二の面内分布情報)上のPL強度に0.67を掛けて補正したマッピングプロファイル(第三の面内分布情報)を差し引いた差分画像が、図4左図であり、図4左図の矢印付の直線で示したライン上でのPL強度のラインプロファイルが、図4右図である。
評価対象ウェーハとして、抵抗率が5/1000〜10/1000Ω・cmの範囲のp+基板であるウェーハ2を使用し、実施例1と同様の測定および評価を行った。図5左図は熱酸化処理前のマッピングプロファイル(第一の面内分布情報)、図5右図は熱酸化処理後のマッピングプロファイル(第二の面内分布情報)、図6は図5中に矢印付の直線で示したライン上でのPL強度のラインプロファイルである。ウェーハ2について「熱酸化処理前の最大PL強度/熱酸化処理後の最大PL強度」を算出したところ、0.83であった。この値を補正係数として、図5左図に示すマッピングプロファイル(第一の面内分布情報)から、図5右図に示すマッピングプロファイル(第二の面内分布情報)上のPL強度に0.83を掛けて補正したマッピングプロファイル(第三の面内分布情報)を差し引いた差分画像が、図7左図であり、図7左図の矢印付の直線で示したライン上でのPL強度のラインプロファイルが、図7右図である。
まずフッ酸および硝酸を含む水溶液でウェーハ表面から深さ3μmまでの領域をエッチングし、このウェーハ表面を洗浄し乾燥した後に、反応性イオンエッチングを行った。この反応性イオンエッチングは、マグネトロンRIE装置(Applied Materials社製、Precision 5000 ETCH)を用い、Si/SiO2の選択比が高い条件、即ちSiO2がエッチングされ難い条件で行った。これにより、酸素析出物(酸化シリコン)が針状突起として顕在化する。またエッチングガスとしては、HBrおよびO2の混合ガスを用いた。更にSi/SiO2の選択比が120になるように条件を設定した。反応性イオンエッチング後にフッ酸水溶液で洗浄を行って反応性イオンエッチング時に付着した反応生成物を除去し、反応性イオンエッチングでエッチングされたウェーハ表面について、CCDにより散乱光画像を取得した。
Claims (7)
- 評価対象シリコンウェーハに対して該シリコンウェーハ表面においてフォトルミネッセンス強度の面内分布を示す第一の面内分布情報を取得すること、
上記第一の面内分布情報取得後の評価対象シリコンウェーハに対して熱酸化処理を施した後、該シリコンウェーハ表面においてフォトルミネッセンス強度の面内分布を示す第二の面内分布情報を取得すること、
第一の面内分布情報と、第二の面内分布情報に1未満の補正係数による補正を加えて得られた第三の面内分布情報との差分情報を得ること、および、
得られた差分情報に基づき、評価対象シリコンウェーハにおける酸素析出物の有無および酸素析出物の面内分布からなる群から選ばれる評価項目の評価を行うこと、
を含むシリコンウェーハの評価方法。 - 前記評価対象シリコンウェーハは、抵抗率0.1Ω・cm以下のp+基板、または抵抗率0.1Ω・cm以下のp+基板上にp型のエピタキシャル層を有するp/p+ウェーハである請求項1に記載のシリコンウェーハの評価方法。
- 前記補正係数として、[(第一の面内分布情報における基準フォトルミネッセンス強度)/(第二の面内分布情報における基準フォトルミネッセンス強度)]として算出される値を用いる請求項1または2に記載のシリコンウェーハの評価方法。
- 前記基準フォトルミネッセンス強度として、最大フォトルミネッセンス強度を用いる請求項3に記載のシリコンウェーハの評価方法。
- 前記面内分布情報は、フォトルミネッセンス強度のラインプロファイルまたはマッピングプロファイルである請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコンウェーハの評価方法。
- 前記フォトルミネッセンス強度はバンド端発光強度である請求項1〜5のいずれか1項に記載のシリコンウェーハの評価方法。
- 複数のシリコンウェーハからなるシリコンウェーハのロットを準備する工程と、
前記ロットから少なくとも1つのシリコンウェーハを抽出する工程と、
前記抽出されたシリコンウェーハを評価する工程と、
前記評価により良品と判断されたシリコンウェーハと同一ロット内の他のシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む、シリコンウェーハの製造方法であって、
前記抽出されたシリコンウェーハの評価を、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法によって行うことを特徴とする、前記方法。
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