JP5742739B2 - Screening method of silicon substrate for metal contamination assessment - Google Patents

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本発明は、シリコン基板製造プロセス又はデバイス製造プロセスにおける熱処理炉の金属汚染を評価する際に用いる金属汚染評価用シリコン基板の選別方法に関する。   The present invention relates to a method for selecting a silicon substrate for evaluating metal contamination used when evaluating metal contamination of a heat treatment furnace in a silicon substrate manufacturing process or a device manufacturing process.

半導体シリコン基板(ウェーハ)の製造プロセスや半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ウェーハが金属不純物などで汚染されると製品の性能に悪影響が生じるので、金属汚染の低減は極めて重要な課題である。   In the manufacturing process of a semiconductor silicon substrate (wafer) and the manufacturing process of a semiconductor device, if the wafer is contaminated with metal impurities or the like, the performance of the product is adversely affected. Therefore, reduction of metal contamination is a very important issue.

シリコン基板製造プロセス又はデバイス製造プロセス中の金属汚染を評価する方法として、マイクロ波光導電減衰法(μ―PCD法)による再結合ライフタイムの測定が広く用いられている。このμ―PCD法では、まずシリコン単結晶のバンドギャップよりも大きなエネルギーの光パルスを照射し、ウェーハ中に過剰キャリアを発生させる。発生した過剰キャリアによりウェーハの導電率が増加するが、その後、時間経過に伴い過剰キャリアが再結合によって消滅することで導電率が減少する。この変化を反射マイクロ波パワーの時間変化として検出し、解析することにより再結合ライフタイムを求めることができる。再結合ライフタイムは、禁制帯中に再結合中心となる準位を形成する金属不純物や欠陥などが存在すると短くなる。このことから、再結合ライフタイムの測定により、ウェーハ中の金属不純物や結晶欠陥などを評価することができる(例えば、非特許文献1)。   As a method for evaluating metal contamination during a silicon substrate manufacturing process or a device manufacturing process, measurement of a recombination lifetime by a microwave photoconductive decay method (μ-PCD method) is widely used. In this μ-PCD method, a light pulse having an energy larger than the band gap of a silicon single crystal is first irradiated to generate excess carriers in the wafer. The electrical conductivity of the wafer increases due to the generated excess carriers, but thereafter, the electrical conductivity decreases with the lapse of time because excess carriers disappear due to recombination. By detecting this change as a time change of the reflected microwave power and analyzing it, the recombination lifetime can be obtained. The recombination lifetime is shortened when there are metal impurities or defects that form a level that becomes a recombination center in the forbidden band. From this, metal impurities, crystal defects, and the like in the wafer can be evaluated by measuring the recombination lifetime (for example, Non-Patent Document 1).

評価対象の試料がウェーハ形状の場合、光パルスによって発生した過剰キャリアは、ウェーハ内部で再結合して消滅するだけではなく、ウェーハ表面及び裏面に拡散し、表面再結合により消滅する。従って、ウェーハ内部の金属汚染を評価するためには、表面及び裏面での表面再結合を抑制する必要がある。表面再結合を抑制する方法として、熱酸化処理(酸化膜パシベーション)や電解溶液処理(ケミカルパシベーション処理、CP処理と略称されることがある)が一般的に用いられている。酸化膜パシベーションでは、酸化膜を形成するための熱処理工程において、金属汚染や結晶欠陥を発生させないように注意する必要がある。そのため、酸化炉以外の熱処理炉、例えばエピタキシャルウェーハを製造するためのエピタキシャル成長炉の金属汚染を評価する場合は、ケミカルパシベーション処理が用いられる。   When the sample to be evaluated has a wafer shape, excess carriers generated by the light pulse are not only recombined inside the wafer and disappear, but also diffused to the front and back surfaces of the wafer and disappear due to surface recombination. Therefore, in order to evaluate metal contamination inside the wafer, it is necessary to suppress surface recombination on the front surface and the back surface. As a method for suppressing surface recombination, thermal oxidation treatment (oxide film passivation) and electrolytic solution treatment (sometimes abbreviated as chemical passivation treatment or CP treatment) are generally used. In oxide film passivation, care must be taken not to generate metal contamination or crystal defects in a heat treatment process for forming an oxide film. Therefore, when evaluating metal contamination in a heat treatment furnace other than the oxidation furnace, for example, an epitaxial growth furnace for manufacturing an epitaxial wafer, a chemical passivation treatment is used.

ケミカルパシベーション処理用の溶液としては、ヨウ素アルコール溶液(例えば、非特許文献2)とキンヒドロンアルコール溶液(例えば、特許文献1)が知られている。キンヒドロンアルコール溶液の場合は、表面パシベーション効果が安定するまでに時間がかかる(例えば、非特許文献3)。そのため、金属汚染の評価結果をできるだけ早く得たい場合には、ヨウ素アルコール溶液が用いられる。   Known solutions for chemical passivation treatment include iodine alcohol solution (for example, Non-Patent Document 2) and quinhydrone alcohol solution (for example, Patent Document 1). In the case of a quinhydrone alcohol solution, it takes time until the surface passivation effect is stabilized (for example, Non-Patent Document 3). Therefore, iodine alcohol solution is used when it is desired to obtain the evaluation result of metal contamination as soon as possible.

特開2002−329692号公報JP 2002-329692 A

JEIDA−53−1997“シリコンウェーハの反射マイクロ波光導電減衰法による再結合ライフタイム測定方法”JEIDA-53-1997 “Method for measuring recombination lifetime of silicon wafer by reflection microwave photoconductive decay method” T. S. Horanyi et al., Appl. Surf. Sci. 63(1993)306.T. T. et al. S. Horanyi et al. , Appl. Surf. Sci. 63 (1993) 306. H. takato et al., Jpn. J. Appl. Phys. 41(2002)L870.H. Takato et al. , Jpn. J. et al. Appl. Phys. 41 (2002) L870.

半導体デバイスの高性能化に伴い、微量な金属汚染でもデバイス性能に悪影響を及ぼすようになり、金属汚染を低減することが極めて重要な課題となっている。特に、CCD(電荷結合素子)やCIS(CMOSイメージセンサ)などの撮像素子においては、受光感度や解像度の向上に伴い、微弱な白キズや暗電流などが問題となり、極微量の金属汚染が悪影響を及ぼすことが懸念されている。そのため、撮像素子用基板として広く用いられているエピタキシャルウェーハでは、デバイス製造プロセスにおける金属汚染のみならず、エピタキシャルウェーハを製造するプロセスにおける金属汚染も低減することが強く望まれている。   As the performance of semiconductor devices increases, even a small amount of metal contamination has an adverse effect on device performance, and reducing metal contamination is an extremely important issue. In particular, in an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or CIS (CMOS Image Sensor), a weak white flaw or dark current becomes a problem as the light receiving sensitivity and resolution are improved, and a very small amount of metal contamination is adversely affected. Is concerned. For this reason, in an epitaxial wafer widely used as a substrate for an image sensor, it is strongly desired to reduce not only metal contamination in the device manufacturing process but also metal contamination in the process of manufacturing the epitaxial wafer.

シリコン基板製造プロセス又はデバイス製造プロセスにおける金属汚染を低減するためには、極微量な金属汚染を高感度、かつ高精度で評価する方法が必要である。   In order to reduce metal contamination in a silicon substrate manufacturing process or a device manufacturing process, a method for evaluating a very small amount of metal contamination with high sensitivity and high accuracy is required.

前述したように、金属汚染を評価する方法として、μ―PCD法による再結合ライフタイム測定が広く用いられている。この方法により金属汚染を高感度で評価するためには、金属汚染前の段階での再結合ライフタイムの初期値が高いシリコン基板を、金属汚染評価用シリコン基板として用いることが望ましい。   As described above, the recombination lifetime measurement by the μ-PCD method is widely used as a method for evaluating metal contamination. In order to evaluate metal contamination with high sensitivity by this method, it is desirable to use a silicon substrate having a high initial value of the recombination lifetime at a stage before metal contamination as a silicon substrate for metal contamination evaluation.

従来は、金属汚染評価用シリコン基板を準備する方法として、例えば、n型又はp型で抵抗率が1Ω・cm以上というように、シリコン基板の抵抗率を限定していた(非特許文献1)。さらに、再結合ライフタイムにより金属汚染を高感度かつ高い信頼性をもって評価するために、100〜10000Ω・cmの範囲の抵抗率を有するシリコンウェーハを用いることが開示されている(特開2010−040793号公報)。   Conventionally, as a method of preparing a silicon substrate for metal contamination evaluation, the resistivity of the silicon substrate is limited, for example, n-type or p-type and the resistivity is 1 Ω · cm or more (Non-patent Document 1). . Furthermore, in order to evaluate metal contamination with high sensitivity and high reliability by the recombination lifetime, it is disclosed to use a silicon wafer having a resistivity in the range of 100 to 10000 Ω · cm (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-040793). Issue gazette).

しかし、シリコン基板の再結合ライフタイムの初期値は、抵抗率のみで決まるわけではなく、結晶育成中に形成されたGrown−in欠陥(結晶成長導入欠陥)がキャリアの再結合中心となることにより、低下する場合がある(以下、結晶育成中に形成された再結合中心をGrown−in再結合中心と称する場合がある)。そのため、シリコン基板の抵抗率範囲を限定するだけでは、再結合ライフタイムの初期値が高いシリコン基板を作製できるとは限らないという問題があった。そのため、金属汚染評価用シリコン基板を選別する一つの方法として、再結合ライフタイムの初期値を実測し、その実測値が高いシリコン基板を金属汚染評価用シリコン基板として用いる方法が考えられる。   However, the initial value of the recombination lifetime of the silicon substrate is not determined only by the resistivity, but the grown-in defect (crystal growth introduction defect) formed during crystal growth becomes a carrier recombination center. (Hereinafter, recombination centers formed during crystal growth may be referred to as grown-in recombination centers). Therefore, there is a problem that a silicon substrate with a high initial value of the recombination lifetime cannot always be produced simply by limiting the resistivity range of the silicon substrate. Therefore, as one method for selecting the silicon substrate for metal contamination evaluation, a method of measuring the initial value of the recombination lifetime and using a silicon substrate having a high actual measurement value as the silicon substrate for metal contamination evaluation is conceivable.

一方、Grown−in再結合中心は、熱的に不安定なため、金属汚染を評価する対象の熱処理工程で消滅する場合がある。そのため、Grown−in再結合中心により再結合ライフタイムの初期値が低い基板でも、金属汚染評価用シリコン基板として使える可能性があるが、初期値を実測した結果からでは、金属汚染評価用シリコン基板として相応しくないシリコン基板として判断してしまうという問題があった。もちろん、Grown−in再結合中心の密度が極めて低いシリコン結晶を製造すれば問題はないが、そのようなシリコン結晶を製造するには、製造条件が極めて限定的になり、生産性が低くなってコスト高となるという問題が生じる。   On the other hand, the grown-in recombination center is thermally unstable and may disappear in the heat treatment process for evaluating metal contamination. Therefore, even a substrate having a low initial value of the recombination lifetime due to the grown-in recombination center may be used as a silicon substrate for metal contamination evaluation. However, from the result of actual measurement of the initial value, the silicon substrate for metal contamination evaluation As a result, there was a problem that the silicon substrate was judged as unsuitable. Of course, there is no problem if a silicon crystal having a very low density of grown-in recombination centers is produced. However, in order to produce such a silicon crystal, the production conditions are extremely limited, and the productivity is lowered. The problem of high costs arises.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、シリコン基板製造プロセス又はデバイス製造プロセスにおける熱処理炉の金属汚染を高感度で評価することができる金属汚染評価用シリコン基板の選別方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and provides a method for selecting a silicon substrate for metal contamination evaluation that can evaluate metal contamination of a heat treatment furnace in a silicon substrate manufacturing process or device manufacturing process with high sensitivity. The purpose is to provide.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、再結合ライフタイムの測定値を用いて熱処理炉の金属汚染を評価する際に用いる金属汚染評価用シリコン基板を選別する方法であって、前記金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を、シリコン単結晶インゴットから作製して準備する工程と、前記候補となるシリコン基板を熱処理する工程と、前記候補となるシリコン基板の表面に対して表面パシベーション処理を行う工程と、前記熱処理及び表面パシベーション処理を行った後のシリコン基板の再結合ライフタイムを、マイクロ波光導電減衰法により測定する工程と、前記測定により得られた測定値が所定の基準値以上である場合に、前記測定を行ったシリコン基板が金属汚染評価用シリコン基板として合格であると判定する工程と、前記判定により合格と判定されたシリコン基板を作製した前記シリコン単結晶インゴットと同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を前記金属汚染評価用シリコン基板として選別する工程とを含むことを特徴とする金属汚染評価用シリコン基板の選別方法を提供する。   The present invention has been made to solve the above problems, and is a method for selecting a silicon substrate for metal contamination evaluation used when evaluating metal contamination in a heat treatment furnace using a measured value of recombination lifetime. A step of preparing a silicon substrate that is a candidate for the metal contamination evaluation silicon substrate from a silicon single crystal ingot, a step of heat-treating the candidate silicon substrate, and a surface of the candidate silicon substrate. A step of performing a surface passivation treatment, a step of measuring the recombination lifetime of the silicon substrate after the heat treatment and the surface passivation treatment by a microwave photoconductive decay method, and a measurement value obtained by the measurement When it is a predetermined reference value or more, the silicon substrate on which the measurement is performed is acceptable as a metal contamination evaluation silicon substrate. And a step of selecting a silicon substrate produced from the same silicon single crystal ingot as the silicon single crystal ingot produced from the silicon substrate judged acceptable by the judgment as the metal contamination evaluation silicon substrate. A method for selecting a silicon substrate for metal contamination evaluation is provided.

このような金属汚染評価用シリコン基板の選別方法により、熱的に不安定なGrown−in再結合中心の影響を除去した再結合ライフタイム測定値に基づいて金属汚染評価用シリコン基板を選別できる。   By such a method for selecting a metal contamination evaluation silicon substrate, it is possible to select a metal contamination evaluation silicon substrate based on a recombination lifetime measurement value obtained by removing the influence of a thermally unstable grown-in recombination center.

この場合、前記候補となるシリコン基板を準備する工程は、前記シリコン単結晶インゴットから前記シリコン基板を切断する段階と、該シリコン基板の表面及び裏面の前記切断によるダメージ層を除去する段階とを含むことが好ましい。   In this case, the step of preparing the candidate silicon substrate includes a step of cutting the silicon substrate from the silicon single crystal ingot, and a step of removing damage layers due to the cutting of the front and back surfaces of the silicon substrate. It is preferable.

このような各段階によって表面及び裏面の切断によるダメージを除去したシリコン基板であれば、表面再結合が抑制された状態での再結合ライフタイムを測定することができる。   If it is a silicon substrate from which damage due to cutting of the front surface and the back surface is removed by such steps, the recombination lifetime in a state where the surface recombination is suppressed can be measured.

また、前記熱処理を、熱処理温度を1000℃以上1200℃以下とし、熱処理時間を1分以上60分以下の範囲として行うことが好ましい。   The heat treatment is preferably performed at a heat treatment temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C. and a heat treatment time of 1 minute to 60 minutes.

このような熱処理条件とした熱処理を施すことにより、Grown−in再結合中心を効果的に消滅させることができる。   By performing heat treatment under such heat treatment conditions, the grown-in recombination centers can be effectively eliminated.

また、前記表面パシベーション処理を、ケミカルパシベーション処理により、又は、前記シリコン基板の表面に酸化膜を形成することにより行うことができる。   The surface passivation treatment can be performed by chemical passivation treatment or by forming an oxide film on the surface of the silicon substrate.

ケミカルパシベーション処理はパシベーション効果が高いので、表面パシベーション処理をケミカルパシベーション処理で行うことにより、表面再結合の影響をより効果的に抑制できるので好ましい。また、表面パシベーション処理をシリコン基板の表面に酸化膜を形成することにより行うこともできる。前記熱処理によりシリコン基板の表面に酸化膜が形成されている場合は、その酸化膜を表面パシベーション用の酸化膜としても利用できる。   Since the chemical passivation treatment has a high passivation effect, it is preferable to perform the surface passivation treatment by the chemical passivation treatment because the influence of surface recombination can be more effectively suppressed. The surface passivation treatment can also be performed by forming an oxide film on the surface of the silicon substrate. When an oxide film is formed on the surface of the silicon substrate by the heat treatment, the oxide film can be used as an oxide film for surface passivation.

また、表面パシベーション処理をケミカルパシベーション処理で行う場合は、前記ケミカルパシベーション処理を、ヨウ素アルコール溶液を用いて行うことが好ましい。   Moreover, when performing a surface passivation process by a chemical passivation process, it is preferable to perform the said chemical passivation process using an iodine alcohol solution.

このようなケミカルパシベーション処理であれば、パシベーション効果が高く、処理後早く安定するので、再結合ライフタイムを迅速に測定することができる。   Such a chemical passivation treatment has a high passivation effect and stabilizes soon after the treatment, so that the recombination lifetime can be measured quickly.

また、前記基準値を、3msec以上とすることが好ましい。   The reference value is preferably 3 msec or more.

このような基準値とすることにより、金属汚染前の段階における金属汚染評価用シリコン基板の再結合ライフタイムの値が3msec以上となるので、金属汚染による再結合ライフタイムの劣化が大きくなり、金属汚染を高感度で評価できる。   By adopting such a reference value, the value of the recombination lifetime of the silicon substrate for metal contamination evaluation in the stage before metal contamination is 3 msec or more, so the deterioration of the recombination lifetime due to metal contamination is increased. Contamination can be evaluated with high sensitivity.

本発明に係る金属汚染評価用シリコン基板の選別方法により、熱的に不安定なGrown−in再結合中心の影響を除去した再結合ライフタイム測定値に基づいて金属汚染評価用シリコン基板を選別できる。その結果、シリコン基板製造プロセスやデバイス製造プロセスにおける熱処理炉の金属汚染を高感度に評価することができる金属汚染評価用シリコン基板を選別することができる。   According to the method for selecting a silicon substrate for evaluating metal contamination according to the present invention, a silicon substrate for evaluating metal contamination can be selected based on a recombination lifetime measurement value from which the influence of a thermally unstable Grown-in recombination center is removed. . As a result, it is possible to select a metal contamination evaluation silicon substrate capable of highly sensitively evaluating the metal contamination of the heat treatment furnace in the silicon substrate manufacturing process and the device manufacturing process.

本発明に係る金属汚染評価用シリコン基板の選別方法の概略を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the outline of the selection method of the silicon substrate for metal contamination evaluation which concerns on this invention. 実験例における熱処理温度と再結合ライフタイムとの関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the heat processing temperature and recombination lifetime in an experiment example. 実験例における熱処理時間と再結合ライフタイムとの関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the heat processing time and recombination lifetime in an experiment example.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

図1に、本発明に係る金属汚染評価用シリコン基板の選別方法の概略を示した。   FIG. 1 shows an outline of a method for selecting a silicon substrate for metal contamination evaluation according to the present invention.

まず、図1(a)に示したように、金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を、シリコン単結晶インゴットから作製して準備する(工程a)。この候補となるシリコン基板を準備する工程は、シリコン単結晶インゴットからシリコン基板を切断する段階と、シリコン基板の表面及び裏面の切断によるダメージ層を除去する段階とによることが好ましい。このダメージ層を除去する方法は特に限定されないが、例えば、化学的エッチングにより、表層を約50μm以上除去することにより、ダメージ層の除去を行うことができる。シリコン基板表面の平坦性を高めるために、シリコン基板を切断後、化学エッチングの前に、平面研削を行うこともできる。また、通常のシリコン基板の製品の製造工程に用いられるような、化学的機械的鏡面研磨を含む加工工程にすることもできる。いずれにしても重要なことは、切断によるダメージ層を除去することである。ここで準備するシリコン基板の直径は、金属汚染を評価する熱処理炉で処理されるウェーハの直径と同じにすることが好ましく、例えば6〜12インチ(150〜300mm)とすることができる。このシリコン基板の厚みは、例えば0.5〜2mmとすることができる。   First, as shown in FIG. 1A, a silicon substrate that is a candidate for a silicon substrate for metal contamination evaluation is prepared from a silicon single crystal ingot (step a). The step of preparing the candidate silicon substrate is preferably based on a step of cutting the silicon substrate from the silicon single crystal ingot and a step of removing the damaged layer by cutting the front and back surfaces of the silicon substrate. The method for removing the damaged layer is not particularly limited. For example, the damaged layer can be removed by removing the surface layer by about 50 μm or more by chemical etching. In order to improve the flatness of the silicon substrate surface, surface grinding can be performed after the silicon substrate is cut and before chemical etching. Further, it may be a processing process including chemical mechanical mirror polishing as used in the manufacturing process of a normal silicon substrate product. In any case, it is important to remove the damage layer caused by cutting. The diameter of the silicon substrate prepared here is preferably the same as the diameter of a wafer processed in a heat treatment furnace for evaluating metal contamination, and can be, for example, 6 to 12 inches (150 to 300 mm). The thickness of the silicon substrate can be set to 0.5 to 2 mm, for example.

本発明において、シリコン基板を切断する前のシリコン単結晶インゴットを準備する方法は特に限定されない。例えば、チョクラルスキー法(CZ法)やフローティングゾーン法(FZ法)により作製することができる。なお、本発明における「シリコン単結晶インゴット」とは、シリコン単結晶からなるインゴット状の単結晶棒のことを指し、このインゴットからウェーハ形状のシリコン基板を切り出して作製できるものであればよい。例えば、本発明における「シリコン単結晶インゴット」は、CZ法やFZ法により作製したシリコン単結晶インゴットを分割した状態の単結晶棒(しばしばシリコン単結晶ブロックと呼ばれるもの)を含む概念である。   In the present invention, the method for preparing the silicon single crystal ingot before cutting the silicon substrate is not particularly limited. For example, it can be produced by the Czochralski method (CZ method) or the floating zone method (FZ method). The “silicon single crystal ingot” in the present invention refers to an ingot-shaped single crystal rod made of a silicon single crystal, as long as it can be produced by cutting a wafer-shaped silicon substrate from the ingot. For example, the “silicon single crystal ingot” in the present invention is a concept including a single crystal rod (often referred to as a silicon single crystal block) in a state where a silicon single crystal ingot produced by the CZ method or the FZ method is divided.

以上のように金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を準備した後、図1(b)に示したように、候補となるシリコン基板を熱処理する(工程b)。この熱処理において用いる熱処理炉は、半導体基板を熱処理することができる種々の熱処理炉を用いることができ、エピタキシャル成長炉を用いることもできる。   As described above, after preparing a silicon substrate as a candidate for a metal substrate for metal contamination evaluation, as shown in FIG. 1B, the candidate silicon substrate is heat-treated (step b). As the heat treatment furnace used in this heat treatment, various heat treatment furnaces capable of heat treating the semiconductor substrate can be used, and an epitaxial growth furnace can also be used.

この熱処理においては、熱処理温度は1000℃以上1200℃以下とし、熱処理時間は1分以上60分以下の範囲とすることが好ましい。また、この熱処理は酸化性雰囲気下で行うことがより好ましい。このような熱処理条件が好ましいことは、後述する実験例により得られた知見に基づくものである。   In this heat treatment, the heat treatment temperature is preferably 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less, and the heat treatment time is preferably 1 minute or more and 60 minutes or less. Moreover, it is more preferable to perform this heat treatment in an oxidizing atmosphere. The fact that such heat treatment conditions are preferable is based on the knowledge obtained by experimental examples described later.

熱処理温度が1000℃以上であれば、Grown−in再結合中心を効果的に消滅させることができる。熱処理温度が1200℃以下であれば、その熱処理により新たに金属汚染や格子欠陥が導入されることによる再結合ライフタイムの低下を抑制することができる。熱処理時間が1分以上であれば、Grown−in再結合中心を効果的に消滅させることができる。熱処理時間が長くても問題ないが、長すぎると効率的ではなくなるため、60分以下とすることが好ましい。   If the heat treatment temperature is 1000 ° C. or higher, the grown-in recombination centers can be effectively eliminated. If heat processing temperature is 1200 degrees C or less, the fall of the recombination lifetime by metal contamination and a lattice defect being newly introduce | transduced by the heat processing can be suppressed. If the heat treatment time is 1 minute or longer, the grown-in recombination centers can be effectively eliminated. There is no problem even if the heat treatment time is long, but if it is too long, it becomes inefficient, and therefore it is preferably 60 minutes or less.

熱処理雰囲気を酸化性雰囲気とした場合は、シリコン基板の表面に酸化膜が形成される。酸化膜が形成されることにより、シリコン基板内に格子間シリコンが注入され、空孔起因のGrown−in再結合中心を効果的に消滅させることができる。また、酸化膜が形成されることにより、その熱処理における金属汚染を抑制でき、さらには、その酸化膜をパシベーション用の酸化膜として使用することができるので、後述のように、独立したケミカルパシベーション処理を行うことなく、再結合ライフタイムを測定できる。   When the heat treatment atmosphere is an oxidizing atmosphere, an oxide film is formed on the surface of the silicon substrate. By forming the oxide film, interstitial silicon is injected into the silicon substrate, and Grown-in recombination centers caused by vacancies can be effectively eliminated. In addition, by forming an oxide film, metal contamination in the heat treatment can be suppressed, and further, the oxide film can be used as an oxide film for passivation, so that an independent chemical passivation treatment is performed as described later. The recombination lifetime can be measured without performing

次に、図1(c)に示したように、候補となるシリコン基板の表面に対して表面パシベーション処理を行う(工程c)。この表面パシベーション処理は、ケミカルパシベーション処理により行うことが好ましいが、シリコン基板の表面に酸化膜を形成すること(酸化膜パシベーション)により行うこともできる。酸化膜パシベーションにより表面パシベーションを行う場合には、熱処理工程(工程b)と表面パシベーション処理工程(工程c)を同時に行うこともできる。   Next, as shown in FIG. 1C, surface passivation treatment is performed on the surface of the candidate silicon substrate (step c). This surface passivation treatment is preferably performed by chemical passivation treatment, but can also be performed by forming an oxide film on the surface of the silicon substrate (oxide film passivation). When performing surface passivation by oxide film passivation, the heat treatment step (step b) and the surface passivation treatment step (step c) can be performed simultaneously.

ケミカルパシベーションは、酸化膜パシベーションよりもパシベーション効果が高く、表面再結合の影響をより効果的に抑制できるので、この表面パシベーション処理工程(工程c)においてケミカルパシベーション処理を採用することにより、再結合ライフタイムをより厳密に評価できる。また、熱処理工程(工程b)がエピタキシャル成長炉による熱処理の場合など、酸化膜が形成されない熱処理の場合には、後から酸化膜を形成する酸化膜パシベーションよりもケミカルパシベーションの方が容易である。   Since the chemical passivation has a higher passivation effect than the oxide film passivation and can more effectively suppress the influence of surface recombination, the recombination life can be achieved by employing the chemical passivation treatment in this surface passivation treatment step (step c). Time can be evaluated more strictly. In the case where the heat treatment step (step b) is a heat treatment in which no oxide film is formed, such as a heat treatment using an epitaxial growth furnace, chemical passivation is easier than oxide film passivation in which an oxide film is formed later.

ケミカルパシベーション処理は、ヨウ素アルコール溶液を用いて行うことが好ましい。このように、ヨウ素アルコール溶液を用いたケミカルパシベーション処理であれば、パシベーション効果が高く、処理後早く安定するので、再結合ライフタイムを迅速に測定することができる。   The chemical passivation treatment is preferably performed using an iodine alcohol solution. Thus, the chemical passivation treatment using an iodine alcohol solution has a high passivation effect and stabilizes quickly after the treatment, so that the recombination lifetime can be measured quickly.

熱処理工程(工程b)で酸化膜を形成する場合は、その酸化膜をパシベーション用の酸化膜として、ケミカルパシベーション処理を行うことなく、再結合ライフタイムを測定できる。但し、酸化膜パシベーションはケミカルパシベーション処理よりもパシベーション効果が低いので、再結合ライフタイムを厳密に評価したい場合には、熱処理工程(工程b)で形成された酸化膜を除去した後、ケミカルパシベーション処理を行うことが好ましい。   When an oxide film is formed in the heat treatment step (step b), the recombination lifetime can be measured without performing chemical passivation treatment using the oxide film as a passivation oxide film. However, since the oxide film passivation has a lower passivation effect than the chemical passivation process, if it is desired to strictly evaluate the recombination lifetime, the oxide film formed in the heat treatment process (process b) is removed and then the chemical passivation process is performed. It is preferable to carry out.

次に、図1(d)に示したように、熱処理及び表面パシベーション処理を行った後のシリコン基板の再結合ライフタイムを、マイクロ波光導電減衰法(μ―PCD法)により測定する(工程d)。μ―PCD法における測定条件は、一般的に用いられている条件で良く、例えば非特許文献1に記載された条件により測定することができる。測定装置は市販されているものを用いることができる。なお、表面パシベーション処理をケミカルパシベーション処理で行う際に、シリコン基板の表面に自然酸化膜が形成されている場合は、ケミカルパシベーション処理の前にフッ酸水溶液により自然酸化膜を除去する。熱処理工程(工程b)で用いた熱処理炉がエピタキシャル成長炉の場合は、エピタキシャル成長後のシリコン基板の再結合ライフタイムを測定することができる。   Next, as shown in FIG. 1D, the recombination lifetime of the silicon substrate after the heat treatment and the surface passivation treatment is measured by the microwave photoconductive decay method (μ-PCD method) (step d). ). The measurement conditions in the μ-PCD method may be those generally used. For example, measurement can be performed under the conditions described in Non-Patent Document 1. A commercially available measuring apparatus can be used. Note that, when the surface passivation treatment is performed by the chemical passivation treatment, if a natural oxide film is formed on the surface of the silicon substrate, the natural oxide film is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution before the chemical passivation treatment. When the heat treatment furnace used in the heat treatment step (step b) is an epitaxial growth furnace, the recombination lifetime of the silicon substrate after the epitaxial growth can be measured.

次に、図1(e)に示したように、工程dの測定により得られた測定値が所定の基準値以上である場合に、測定を行ったシリコン基板が金属汚染評価用シリコン基板として合格であると判定する(工程e)。再結合ライフタイムの測定値が基準値以上である場合は、金属汚染評価用シリコン基板として合格とする。この基準値を例えば3msecとすることにより、近年の高性能デバイスの性能に悪影響を及ぼす極微量の金属汚染を高感度で評価するための金属汚染評価用シリコン基板を選別することができる。このように基準値を3msecとした場合、金属汚染前の段階における金属汚染評価用シリコン基板の再結合ライフタイムの値は3msec以上となり、金属汚染による再結合ライフタイムの劣化を大きくすることができる。   Next, as shown in FIG. 1 (e), when the measurement value obtained by the measurement in step d is equal to or greater than a predetermined reference value, the measured silicon substrate passes the silicon contamination evaluation silicon substrate. (Step e). When the measured value of the recombination lifetime is greater than or equal to the reference value, the silicon substrate for metal contamination evaluation is accepted. By setting this reference value to 3 msec, for example, it is possible to select a silicon substrate for metal contamination evaluation for highly sensitive evaluation of a very small amount of metal contamination that adversely affects the performance of recent high performance devices. As described above, when the reference value is 3 msec, the value of the recombination lifetime of the silicon substrate for metal contamination evaluation in the stage before metal contamination is 3 msec or more, and deterioration of the recombination lifetime due to metal contamination can be increased. .

次に、図1(f)に示したように、工程eの判定により合格と判定されたシリコン基板を作製したシリコン単結晶インゴットと同一のシリコン単結晶インゴット(同一の結晶ロット)から作製したシリコン基板を金属汚染評価用シリコン基板として選別する(工程f)。合格と判定されたシリコン基板を作製したものと同一のシリコン単結晶インゴットからシリコン基板を作製するのは、工程a〜eを終えてからでもよいが、工程aのシリコン単結晶インゴットから金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を作製する際に、同時に複数のシリコン基板を作製しておいてもよい。   Next, as shown in FIG. 1 (f), silicon produced from the same silicon single crystal ingot (same crystal lot) as the silicon single crystal ingot from which the silicon substrate judged acceptable by the judgment in step e was produced. The substrate is sorted as a metal contamination evaluation silicon substrate (step f). The silicon substrate may be produced from the same silicon single crystal ingot as that produced the silicon substrate determined to be acceptable after the steps a to e are completed, but the metal contamination evaluation is performed from the silicon single crystal ingot in the step a. When a silicon substrate that is a candidate for a silicon substrate for manufacturing is manufactured, a plurality of silicon substrates may be manufactured at the same time.

このようにして、本発明に係る金属汚染評価用シリコン基板の選別方法によって選別された金属汚染評価用シリコン基板は、近年の高性能デバイスの性能に悪影響を及ぼす極微量の金属汚染を高感度で評価するための金属汚染評価用シリコン基板として好適である。   In this way, the silicon substrate for metal contamination evaluation selected by the method for selecting a silicon substrate for metal contamination evaluation according to the present invention has a high sensitivity to a very small amount of metal contamination that adversely affects the performance of high performance devices in recent years. It is suitable as a silicon substrate for metal contamination evaluation for evaluation.

次に、本発明において、熱処理温度は1000℃以上1200℃以下とし、熱処理時間は1分以上60分以下の範囲とするのが好ましい理由は、以下のような実験により得られた知見による。   Next, in the present invention, the reason why the heat treatment temperature is preferably 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less and the heat treatment time is preferably 1 minute or more and 60 minutes or less is based on the knowledge obtained by the following experiment.

(実験例)
フローティングゾーン法により、導電型がp型で、抵抗率が4500Ω・cm(結晶a)と導電型がn型で、抵抗率が43Ω・cm(結晶b)のシリコン単結晶インゴットを育成した。それぞれのシリコン単結晶インゴットの直径は200mm、結晶軸方位は<100>である。そして、これらのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。
(Experimental example)
By the floating zone method, a silicon single crystal ingot having a conductivity type of p-type, a resistivity of 4500 Ω · cm (crystal a), a conductivity type of n-type, and a resistivity of 43 Ω · cm (crystal b) was grown. Each silicon single crystal ingot has a diameter of 200 mm and a crystal axis orientation of <100>. Then, from these silicon single crystal ingots, a mirror-polished silicon substrate was produced by a standard wafer processing process.

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、結晶aの再結合ライフタイムは1067μsec、結晶bの再結合ライフタイムは619μsecであった。   Next, in order to investigate the value of the recombination lifetime before the heat treatment on the fabricated silicon substrate, the chemical passivation treatment using iodine ethanol solution to remove the natural oxide film with hydrofluoric acid aqueous solution and suppress the surface recombination Then, the recombination lifetime was measured by the μ-PCD method. As a result, the recombination lifetime of crystal a was 1067 μsec, and the recombination lifetime of crystal b was 619 μsec.

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、熱処理時間を30分に固定し、熱処理温度を500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃と変えて、酸素雰囲気下の熱処理を施した。また、熱処理温度を1000℃に固定して、熱処理時間を10秒、1分、10分、30分、60分と変えて、酸素雰囲気下の熱処理を施した。   Next, the heat treatment time is fixed to 30 minutes for the silicon substrates manufactured from the same silicon single crystal ingot, and the heat treatment temperatures are 500 ° C., 600 ° C., 700 ° C., 800 ° C., 900 ° C., 1000 ° C., 1100 ° C. The temperature was changed to 1200 ° C. and heat treatment was performed in an oxygen atmosphere. The heat treatment temperature was fixed at 1000 ° C., and the heat treatment time was changed to 10 seconds, 1 minute, 10 minutes, 30 minutes, and 60 minutes, and the heat treatment was performed in an oxygen atmosphere.

次に、熱処理を施したシリコン基板の表面に形成された酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。熱処理条件が1000℃、30分の場合については、酸化膜を除去する前にも、熱処理で形成された酸化膜をパシベーション用の酸化膜として再結合ライフタイムを測定した。   Next, the oxide film formed on the surface of the heat-treated silicon substrate is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution and subjected to chemical passivation using an iodine ethanol solution to suppress surface recombination, and then μ-PCD. The recombination lifetime was measured by the method. When the heat treatment condition was 1000 ° C. for 30 minutes, the recombination lifetime was measured using the oxide film formed by the heat treatment as an oxide film for passivation before removing the oxide film.

熱処理時間を30分に固定して、熱処理温度を変えた場合の再結合ライフタイムの測定結果を図2(a)と(b)に示した。図2(a)のグラフは結晶aに対応し、図2(b)のグラフは結晶bに対応する。   The measurement results of the recombination lifetime when the heat treatment time is fixed at 30 minutes and the heat treatment temperature is changed are shown in FIGS. The graph in FIG. 2A corresponds to the crystal a, and the graph in FIG. 2B corresponds to the crystal b.

図2(a)に示したように、結晶aの場合は、熱処理温度が1000℃以上になると、再結合ライフタイムの値が熱処理前よりも高くなることがわかった。この結果は、1000℃以上の熱処理により、Grown−in再結合中心が消滅したことを示している。結晶bの場合は、図2(b)に示したように、熱処理温度が900℃以上になると、再結合ライフタイムの値が熱処理前よりも高くなることがわかった。結晶bの方が結晶aよりも低い温度から再結合ライフタイムが高くなったのは、結晶bのGrown−in再結合中心の方が熱的に不安定であったためと考えられる。   As shown in FIG. 2A, in the case of the crystal a, it was found that when the heat treatment temperature was 1000 ° C. or higher, the recombination lifetime value was higher than that before the heat treatment. This result shows that the grown-in recombination centers disappeared by heat treatment at 1000 ° C. or higher. In the case of the crystal b, as shown in FIG. 2B, it was found that when the heat treatment temperature was 900 ° C. or higher, the recombination lifetime value was higher than that before the heat treatment. The reason why the recombination lifetime of the crystal b is higher than the temperature of the crystal a is considered to be that the grown-in recombination center of the crystal b is thermally unstable.

1000℃、30分の熱処理条件で熱処理を施したシリコン基板において、酸化膜を除去する前にライフタイムを測定した結果、結晶aの場合は6320μsec、結晶bの場合は2368μsecとなった。いずれの場合も、酸化膜をフッ酸水溶液により除去した後にケミカルパシベーション処理を施して測定した再結合ライフタイムの値よりも若干低くなったものの、再結合ライフタイムの値が熱処理前よりも高くなっていることがわかった。   As a result of measuring the lifetime before removing the oxide film on a silicon substrate subjected to heat treatment at 1000 ° C. for 30 minutes, the result was 6320 μsec for crystal a and 2368 μsec for crystal b. In either case, although the recombination lifetime was slightly lower than the recombination lifetime measured by removing the oxide film with a hydrofluoric acid solution and then performing chemical passivation, the recombination lifetime was higher than before the heat treatment. I found out.

熱処理温度を1000℃に固定して、熱処理時間を変えた場合の再結合ライフタイムの測定結果を図3(a)と(b)に示した。図3(a)のグラフは結晶aに対応し、図3(b)のグラフは結晶bに対応する。   The measurement results of the recombination lifetime when the heat treatment temperature is fixed at 1000 ° C. and the heat treatment time is changed are shown in FIGS. The graph in FIG. 3A corresponds to the crystal a, and the graph in FIG. 3B corresponds to the crystal b.

図3に示したように、いずれの結晶の場合も、熱処理時間が1分以上の場合に再結合ライフタイムの値が熱処理前よりも高くなることがわかった。この結果は、熱処理時間が1分以上であれば、Grown−in再結合中心を十分に消滅させることができることを示している。   As shown in FIG. 3, it was found that for any crystal, when the heat treatment time was 1 minute or longer, the recombination lifetime value was higher than that before the heat treatment. This result shows that the Grown-in recombination center can be sufficiently eliminated if the heat treatment time is 1 minute or longer.

これらの結果から、少なくとも熱処理温度を1000℃以上とし、熱処理時間を1分以上とすれば、より効果的にGrown−in再結合中心を消滅させることができ、再結合ライフタイムの値が高くなることがわかった。   From these results, when the heat treatment temperature is at least 1000 ° C. and the heat treatment time is 1 minute or longer, the grown-in recombination centers can be more effectively eliminated, and the value of the recombination lifetime is increased. I understood it.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated further more concretely, these do not limit this invention.

(実施例1)
フローティングゾーン法により、導電型がp型で、抵抗率が4500Ω・cmのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は200mm、結晶軸方位は<100>である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。
Example 1
A silicon single crystal ingot having a conductivity type of p-type and a resistivity of 4500 Ω · cm was grown by the floating zone method. The diameter is 200 mm, and the crystal axis orientation is <100>. And from the silicon single crystal ingot, a silicon substrate having a mirror polished finish was produced by a standard wafer processing process.

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で2mm間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、1378μsecであった。   Next, in order to investigate the value of the recombination lifetime before the heat treatment on the fabricated silicon substrate, the chemical passivation treatment using iodine ethanol solution to remove the natural oxide film with hydrofluoric acid aqueous solution and suppress the surface recombination Then, the recombination lifetime was measured by the μ-PCD method. The measurement was performed by mapping at intervals of 2 mm over the entire wafer surface. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 1378 μsec.

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、1000℃で10分間、酸素雰囲気下の熱処理を施した。その後、熱処理を施したシリコン基板の表面に形成された酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、6727μsecであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を3000μsecとし、金属汚染評価用シリコン基板として合格とした。   Next, a silicon substrate manufactured from the same silicon single crystal ingot was subjected to heat treatment at 1000 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere. After that, the oxide film formed on the surface of the heat-treated silicon substrate is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution and subjected to chemical passivation treatment using an iodine ethanol solution to suppress surface recombination, and then the μ-PCD method. The recombination lifetime was measured by As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 6727 μsec. Here, the standard value of the recombination lifetime after the heat treatment was set to 3000 μsec, and the silicon substrate for metal contamination evaluation was accepted.

次に、エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、エピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約10μmのエピタキシャル層を成長させた。その後、ヨウ素エタノール溶液を用いてケミカルパシベーション処理を行い、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で2mm間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、4022μsecであった。   Next, in order to evaluate the metal contamination of the epitaxial growth furnace, a silicon substrate manufactured from the same silicon single crystal ingot was put into the epitaxial growth furnace, and an undoped epitaxial layer having a thickness of about 10 μm was grown. Then, chemical passivation treatment was performed using iodine ethanol solution, and recombination lifetime was measured by μ-PCD method. The measurement was performed by mapping at intervals of 2 mm over the entire wafer surface. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 4022 μsec.

(比較例1)
フローティングゾーン法により、導電型がn型で、抵抗率が43Ω・cmのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は200mm、結晶軸方位は<100>である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。
(Comparative Example 1)
A silicon single crystal ingot having an n-type conductivity and a resistivity of 43 Ω · cm was grown by the floating zone method. The diameter is 200 mm, and the crystal axis orientation is <100>. And from the silicon single crystal ingot, a silicon substrate having a mirror polished finish was produced by a standard wafer processing process.

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で2mm間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、962μsecであった。   Next, in order to investigate the value of the recombination lifetime before the heat treatment on the fabricated silicon substrate, the chemical passivation treatment using iodine ethanol solution to remove the natural oxide film with hydrofluoric acid aqueous solution and suppress the surface recombination Then, the recombination lifetime was measured by the μ-PCD method. The measurement was performed by mapping at intervals of 2 mm over the entire wafer surface. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 962 μsec.

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、1000℃で10分間、酸素雰囲気下の熱処理を施した。その後、熱処理を施したシリコン基板の表面に形成された酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、2729μsecであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を3000μsecとし、金属汚染評価用シリコン基板として不合格としたが、金属汚染に対する感度を実施例1と比較するため、次の実験を行った。   Next, a silicon substrate manufactured from the same silicon single crystal ingot was subjected to heat treatment at 1000 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere. After that, the oxide film formed on the surface of the heat-treated silicon substrate is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution and subjected to chemical passivation treatment using an iodine ethanol solution to suppress surface recombination, and then the μ-PCD method. The recombination lifetime was measured by As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 2729 μsec. Here, although the reference value of the recombination lifetime after the heat treatment was set to 3000 μsec and the silicon substrate for metal contamination evaluation was rejected, the following experiment was performed in order to compare the sensitivity to metal contamination with Example 1.

エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、実施例1と同一のエピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約10μmのエピタキシャル層を成長させた。その後、実施例1と同様に再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、1917μsecであった。   In order to evaluate the metal contamination of the epitaxial growth furnace, a silicon substrate produced from the same silicon single crystal ingot was placed in the same epitaxial growth furnace as in Example 1, and an epitaxial layer having a thickness of about 10 μm was grown without doping. Thereafter, the recombination lifetime was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 1917 μsec.

実施例1と比較すると、エピタキシャル成長による再結合ライフタイムの低下度合(熱処理後とエピタキシャル成長後との差)が小さいことがわかる。   Compared with Example 1, it can be seen that the degree of decrease in recombination lifetime due to epitaxial growth (difference between after heat treatment and after epitaxial growth) is small.

(実施例2)
チョクラルスキー法により、導電型がn型で、抵抗率が63Ω・cm、酸素濃度が10.7ppmaのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は200mm、結晶軸方位は<100>である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。
(Example 2)
By the Czochralski method, a silicon single crystal ingot having an n-type conductivity, a resistivity of 63 Ω · cm, and an oxygen concentration of 10.7 ppma was grown. The diameter is 200 mm, and the crystal axis orientation is <100>. And from the silicon single crystal ingot, a silicon substrate having a mirror polished finish was produced by a standard wafer processing process.

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で2mm間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、3818μsecであった。   Next, in order to investigate the value of the recombination lifetime before the heat treatment on the fabricated silicon substrate, the chemical passivation treatment using iodine ethanol solution to remove the natural oxide film with hydrofluoric acid aqueous solution and suppress the surface recombination Then, the recombination lifetime was measured by the μ-PCD method. The measurement was performed by mapping at intervals of 2 mm over the entire wafer surface. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 3818 μsec.

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、1130℃で3分間、水素雰囲気下の熱処理を施した。その後、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、5275μsecであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を3000μsecとし、金属汚染評価用シリコン基板として合格とした。   Next, a silicon substrate manufactured from the same silicon single crystal ingot was subjected to heat treatment in a hydrogen atmosphere at 1130 ° C. for 3 minutes. Thereafter, the natural oxide film was removed with an aqueous hydrofluoric acid solution, and after chemical passivation treatment using an iodine ethanol solution was performed to suppress surface recombination, the recombination lifetime was measured by the μ-PCD method. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 5275 μsec. Here, the standard value of the recombination lifetime after the heat treatment was set to 3000 μsec, and the silicon substrate for metal contamination evaluation was accepted.

次に、エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、エピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約10μmのエピタキシャル層を成長させた。その後、ヨウ素エタノール溶液を用いてケミカルパシベーション処理を行い、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で2mm間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、4112μsecであった。   Next, in order to evaluate the metal contamination of the epitaxial growth furnace, a silicon substrate manufactured from the same silicon single crystal ingot was put into the epitaxial growth furnace, and an undoped epitaxial layer having a thickness of about 10 μm was grown. Then, chemical passivation treatment was performed using iodine ethanol solution, and recombination lifetime was measured by μ-PCD method. The measurement was performed by mapping at intervals of 2 mm over the entire wafer surface. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 4112 μsec.

(実施例3)
チョクラルスキー法により、導電型がn型で、抵抗率が50Ω・cm、酸素濃度が5.9ppmaのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は200mm、結晶軸方位は<100>である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。
(Example 3)
By the Czochralski method, a silicon single crystal ingot having an n-type conductivity, a resistivity of 50 Ω · cm, and an oxygen concentration of 5.9 ppma was grown. The diameter is 200 mm, and the crystal axis orientation is <100>. And from the silicon single crystal ingot, a silicon substrate having a mirror polished finish was produced by a standard wafer processing process.

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で2mm間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、4049μsecであった。   Next, in order to investigate the value of the recombination lifetime before the heat treatment on the fabricated silicon substrate, the chemical passivation treatment using iodine ethanol solution to remove the natural oxide film with hydrofluoric acid aqueous solution and suppress the surface recombination Then, the recombination lifetime was measured by the μ-PCD method. The measurement was performed by mapping at intervals of 2 mm over the entire wafer surface. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 4049 μsec.

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、1130℃で3分間、水素雰囲気下の熱処理を施した。その後、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、4834μsecであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を3000μsecとし、金属汚染評価用シリコン基板として合格とした。   Next, a silicon substrate manufactured from the same silicon single crystal ingot was subjected to heat treatment in a hydrogen atmosphere at 1130 ° C. for 3 minutes. Thereafter, the natural oxide film was removed with an aqueous hydrofluoric acid solution, and after chemical passivation treatment using an iodine ethanol solution was performed to suppress surface recombination, the recombination lifetime was measured by the μ-PCD method. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 4834 μsec. Here, the standard value of the recombination lifetime after the heat treatment was set to 3000 μsec, and the silicon substrate for metal contamination evaluation was accepted.

次に、エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、実施例2と同一のエピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約10μmのエピタキシャル層を成長させた。その後、ヨウ素エタノール溶液を用いてケミカルパシベーション処理を行い、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で2mm間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、3882μsecであった。   Next, in order to evaluate the metal contamination of the epitaxial growth furnace, a silicon substrate produced from the same silicon single crystal ingot is placed in the same epitaxial growth furnace as in Example 2, and an undoped epitaxial layer having a thickness of about 10 μm is grown. I let you. Then, chemical passivation treatment was performed using iodine ethanol solution, and recombination lifetime was measured by μ-PCD method. The measurement was performed by mapping at intervals of 2 mm over the entire wafer surface. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 3882 μsec.

(比較例2)
チョクラルスキー法により、導電型がn型で、抵抗率が5Ω・cm、酸素濃度が12.6ppmaのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は200mm、結晶軸方位は<100>である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。
(Comparative Example 2)
By the Czochralski method, a silicon single crystal ingot having an n-type conductivity, a resistivity of 5 Ω · cm, and an oxygen concentration of 12.6 ppma was grown. The diameter is 200 mm, and the crystal axis orientation is <100>. And from the silicon single crystal ingot, a silicon substrate having a mirror polished finish was produced by a standard wafer processing process.

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で2mm間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、2641μsecであった。   Next, in order to investigate the value of the recombination lifetime before the heat treatment on the fabricated silicon substrate, the chemical passivation treatment using iodine ethanol solution to remove the natural oxide film with hydrofluoric acid aqueous solution and suppress the surface recombination Then, the recombination lifetime was measured by the μ-PCD method. The measurement was performed by mapping at intervals of 2 mm over the entire wafer surface. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 2641 μsec.

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、1130℃で3分間、水素雰囲気下の熱処理を施した。その後、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、2748μsecであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を3000μsecとし、金属汚染評価用シリコン基板として不合格としたが、金属汚染に対する感度を実施例2及び実施例3と比較するため、次の実験を行った。   Next, a silicon substrate manufactured from the same silicon single crystal ingot was subjected to heat treatment in a hydrogen atmosphere at 1130 ° C. for 3 minutes. Thereafter, the natural oxide film was removed with an aqueous hydrofluoric acid solution, and after chemical passivation treatment using an iodine ethanol solution was performed to suppress surface recombination, the recombination lifetime was measured by the μ-PCD method. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 2748 μsec. Here, the reference value of the recombination lifetime after the heat treatment was set to 3000 μsec, and the silicon substrate for metal contamination evaluation was rejected. However, in order to compare the sensitivity to metal contamination with Example 2 and Example 3, the following experiment was performed. Went.

エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、実施例2及び実施例3と同一のエピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約10μmのエピタキシャル層を成長させた。その後、ヨウ素エタノール溶液を用いてケミカルパシベーション処理を行い、μ―PCD法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で2mm間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、2269μsecであった。   In order to evaluate the metal contamination of the epitaxial growth furnace, a silicon substrate manufactured from the same silicon single crystal ingot is placed in the same epitaxial growth furnace as in the second and third embodiments, and an undoped epitaxial layer having a thickness of about 10 μm is formed. Grown up. Then, chemical passivation treatment was performed using iodine ethanol solution, and recombination lifetime was measured by μ-PCD method. The measurement was performed by mapping at intervals of 2 mm over the entire wafer surface. As a result, the in-plane average value of the recombination lifetime was 2269 μsec.

実施例2及び実施例3と比較すると、エピタキシャル成長による再結合ライフタイムの低下度合(熱処理後とエピタキシャル成長後との差)が小さいことがわかる。   Compared with Example 2 and Example 3, it can be seen that the degree of decrease in recombination lifetime due to epitaxial growth (difference between after heat treatment and after epitaxial growth) is small.

以上の実施例及び比較例の結果から、本発明によれば、熱処理炉の金属汚染を高感度に評価することができる金属汚染評価用シリコン基板を選別できることがわかった。   From the results of the above examples and comparative examples, it was found that according to the present invention, a silicon substrate for metal contamination evaluation that can evaluate metal contamination of the heat treatment furnace with high sensitivity can be selected.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

Claims (5)

再結合ライフタイムの測定値を用いて熱処理炉の金属汚染を評価する際に用いる金属汚染評価用シリコン基板を選別する方法であって、
前記金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を、シリコン単結晶インゴットから作製して準備する工程と、
前記候補となるシリコン基板に対し、Grown−in再結合中心を消滅させる熱処理を、熱処理温度を1000℃以上1200℃以下とし、熱処理時間を1分以上60分以下の範囲として行う工程と、
前記候補となるシリコン基板の表面に対して表面パシベーション処理を行う工程と、
前記熱処理及び表面パシベーション処理を行った後のシリコン基板の再結合ライフタイムを、マイクロ波光導電減衰法により測定する工程と、
前記測定により得られた測定値が所定の基準値以上である場合に、前記測定を行ったシリコン基板が金属汚染評価用シリコン基板として合格であると判定する工程と、
前記判定により合格と判定されたシリコン基板を作製した前記シリコン単結晶インゴットと同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を前記金属汚染評価用シリコン基板として選別する工程と
を含むことを特徴とする金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。
A method for selecting a silicon substrate for metal contamination evaluation used when evaluating metal contamination in a heat treatment furnace using a measured value of recombination lifetime,
Preparing and preparing a silicon substrate that is a candidate for the silicon substrate for metal contamination evaluation from a silicon single crystal ingot;
A step of performing heat treatment for eliminating the grown-in recombination centers on the candidate silicon substrate with a heat treatment temperature of 1000 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower and a heat treatment time of 1 minute or longer and 60 minutes or shorter ;
Performing a surface passivation treatment on the surface of the candidate silicon substrate;
Measuring the recombination lifetime of the silicon substrate after the heat treatment and surface passivation treatment by a microwave photoconductive decay method;
When the measurement value obtained by the measurement is equal to or greater than a predetermined reference value, the step of determining that the silicon substrate on which the measurement is performed is acceptable as a metal substrate for metal contamination evaluation;
Selecting a silicon substrate produced from the same silicon single crystal ingot as the silicon single crystal ingot from which the silicon substrate judged acceptable by the judgment is used as the metal contamination evaluation silicon substrate. Screening method of silicon substrate for metal contamination evaluation.
前記候補となるシリコン基板を準備する工程は、
前記シリコン単結晶インゴットから前記シリコン基板を切断する段階と、
該シリコン基板の表面及び裏面の前記切断によるダメージ層を除去する段階と
を含むことを特徴とする請求項1に記載の金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。
The step of preparing the candidate silicon substrate includes:
Cutting the silicon substrate from the silicon single crystal ingot;
2. The method for selecting a silicon substrate for metal contamination evaluation according to claim 1, further comprising: removing a damage layer due to the cutting of the front surface and the back surface of the silicon substrate.
前記表面パシベーション処理を、ケミカルパシベーション処理により、又は、前記シリコン基板の表面に酸化膜を形成することにより行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。 3. The selection of a silicon substrate for metal contamination evaluation according to claim 1 or 2 , wherein the surface passivation treatment is performed by chemical passivation treatment or by forming an oxide film on the surface of the silicon substrate. Method. 前記ケミカルパシベーション処理を、ヨウ素アルコール溶液を用いて行うことを特徴とする請求項に記載の金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。 The method for selecting a silicon substrate for metal contamination evaluation according to claim 3 , wherein the chemical passivation treatment is performed using an iodine alcohol solution. 前記基準値を、3msec以上とすることを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。 The method for selecting a silicon substrate for metal contamination evaluation according to any one of claims 1 to 4 , wherein the reference value is set to 3 msec or more.
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