JP5742761B2

JP5742761B2 - 金属汚染検出方法及びそれを用いたシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP5742761B2
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Inventors: 竹野　博; 博竹野
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Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2015-07-01
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Description

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いて用いられる種々の熱処理炉の金属汚染を検出する金属汚染検出方法に関する。さらには、前記金属汚染検出方法を用い、金属汚染が低減されたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

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。

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、先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）。

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。

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。

近年、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。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。

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。これは、同じ金属汚染量であっても、再結合ライフタイムの初期値が高いほど、金属汚染による再結合ライフタイムの低下度合が大きくなるからである。

従来は、金属汚染評価方法として、例えば抵抗率を限定した金属汚染評価用シリコン基板を評価対象の熱処理炉で熱処理して、その熱処理後の再結合ライフタイムの測定値により金属汚染を評価していた。しかし、熱処理後の再結合ライフタイムの測定値は、金属汚染濃度が同じでも初期値によって異なるため、熱処理後の再結合ライフタイムの測定値のみから金属汚染を厳密に評価することはできないという問題があった。金属汚染を厳密に評価するためには、評価対象となる熱処理の前後での変化量を求める必要がある。

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、熱処理後の測定値に対して基準とすべき熱処理前の初期値が結晶ロットにより異なる（すなわち、別々に育成されたシリコン単結晶インゴットから作製されたシリコン基板同士では熱処理前の初期値が異なる）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。

特許文献２では、シリコンウェーハが熱酸化時に受ける流入空気による汚染量を、μ−ＰＣＤ法によるライフタイム測定によるウェーハ面内分布測定により評価している。具体的には、１枚のウェーハ上でのライフタイム測定点は１３７点とし、その平均値と標準偏差値から流入空気による汚染の有無を判断している。

しかし、特許文献２で開示されている実施例では、ライフタイムの平均値は３４４μｓｅｃ又は３１８μｓｅｃとなっており、近年の半導体製造用熱処理炉としては極めて低い値であることから、ウェーハ全体に汚染があったと考えられる。

更に、酸化膜パシベーション又はケミカルパシベーションのいずれの場合も、金属汚染の面内分布の他にパシベーション効果自体に面内ばらつきがあるため、標準偏差値から汚染の有無を判断する場合、基準とする値が明らかでないという問題があった。特に、極微量の金属汚染を再結合ライフタイムにより評価する際には、表面パシベーション効果のばらつきの影響を強く受けるため、その影響を考慮する必要がある。

特開２００２−３２９６９２号公報特開平０８−２７９４７２号公報

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" Ｔ．Ｓ．Ｈｏｒａｎｙｉｅｔａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．６３（１９９３）３０６. Ｈ．Ｔａｋａｔｏｅｔａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４１（２００２）Ｌ８７０.

本発明は、上記従来技術の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いて用いられる熱処理炉の金属汚染を高感度で検出することができる金属汚染検出方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、前記金属汚染検出方法を用い、金属汚染が極めて低減されるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の金属汚染検出方法は、シリコン基板の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検出する方法であって、前記熱処理炉で熱処理したシリコン基板の再結合ライフタイムの面内分布をマイクロ波光導電減衰法により測定する工程と、前記シリコン基板の面内を複数の領域に分割して、各領域における再結合ライフタイムの平均値を求める工程と、前記各領域における再結合ライフタイム測定値の平均値を比較することにより前記熱処理炉の金属汚染を検出する工程と、を含み、前記熱処理後の再結合ライフタイムの面内分布の測定値において、基板半径の３０％〜７０％を境界半径Ｒとし、前記境界半径Ｒ以内の内側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ１とし、前記境界半径Ｒを超えた外側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ２とした場合、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比が所定の基準値よりも小さい場合に金属汚染があったと判定し、かつ前記基準値を０．９とすることを特徴とする。

上記のような金属汚染検出方法を用いれば、熱処理前のシリコン基板の再結合ライフタイムの初期値に係わらず、熱処理後の再結合ライフタイムの面内分布により金属汚染を高感度で検出できる。すなわち、熱処理前の再結合ライフタイムの初期値を高くするためにシリコン基板の製造条件を限定する必要がなく、また、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心の影響を考慮する必要がなくなる。

この場合、前記熱処理後の再結合ライフタイムの面内分布の測定値において、基板半径の３０％〜７０％を境界半径Ｒとし、前記境界半径Ｒ以内の内側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ１とし、前記境界半径Ｒを超えた外側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ２とした場合、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比が所定の基準値よりも小さい場合に金属汚染があったと判定することができる。熱処理炉における金属汚染は、シリコン基板の外周部で高くなる場合が多いので、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比は１よりも小さくなる場合が多い。なお、境界半径Ｒが、基板半径の３０％未満の場合、境界半径Ｒの外側の領域が広くなりすぎ外周部での汚染が平準化してしまう。また、境界半径Ｒが、基板半径の７０％を超える場合、境界半径Ｒの内側にも外周部の汚染が入り込んでしまう。その結果、いずれの場合も、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比で汚染の有無を判別することができなくなる。

また、前記基準値を０．９とすることが好ましい。このような基準値とすることにより、金属汚染を高感度で検出できる。

また、本発明の金属汚染検出方法では、前記熱処理炉として、エピタキシャル成長炉を適用することができる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、上記の金属汚染検出方法によって金属汚染を管理したエピタキシャル成長炉を用いて、シリコン基板上に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させてエピタキシャルウェーハを製造することを特徴とする。

このようにしてエピタキシャルウェーハを製造すれば、製造されたエピタキシャルウェーハは、デバイスの性能に悪影響を及ぼす金属汚染が極めて低減されたものとすることができる。

また、本エピタキシャルウェーハは、前記エピタキシャルウェーハの製造方法により製造されるエピタキシャルウェーハであり、前記エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布の測定値において、基板半径の３０％〜７０％を境界半径Ｒとし、前記境界半径Ｒ以内の内側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ１とし、前記境界半径Ｒを超えた外側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ２とした場合、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比が所定の基準値よりも大きいことを特徴とする。

また、前記基準値を０．９とすることが好ましい。このような基準値とすることにより、金属汚染が極めて低減されたエピタキシャルェーハとすることができる。このようなエピタキシャルウェーハは、金属汚染が極めて低減されているので、近年の高性能デバイス、特に金属汚染に敏感な撮像素子用の基板として好適である。

本発明に係る金属汚染検出方法により、熱処理前の再結合ライフタイムの初期値に係わらず、熱処理後の再結合ライフタイムの測定値により金属汚染を高感度で検出できる。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いて、熱処理炉の金属汚染を高感度で検出することができる。

また、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法では、金属汚染が極めて低減されるため、デバイス性能に悪影響を及ぼす金属汚染が低減されたエピタキシャルウェーハを提供することができる。

実験例１における再結合ライフタイムの全面平均値と、半径３０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を示したグラフである。実験例１における再結合ライフタイムの全面平均値と、半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を示したグラフである。実施例１における再結合ライフタイムの初期値と、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布におけるＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を示したグラフである。実施例１におけるエピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における全面平均値と、半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を示したグラフである。実施例２における再結合ライフタイムの初期値と、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布におけるＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を示したグラフである。実施例２におけるエピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における全面平均値と、半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を示したグラフである。実施例２におけるエピタキシャル成長前の再結合ライフタイムの初期値と、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における全面平均値との差（全面平均値−初期値）と、半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を示したグラフである。

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。

まず、金属汚染検出用シリコン基板（モニターウェーハとも呼ばれることがある。）を準備する。このシリコン基板を準備する方法は特に限定されないが、例えば、チョクラルスキー法（ＣＺ）又はフローティングゾーン法（ＦＺ）により、導電型がｐ型又はｎ型で、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上となるようにシリコン単結晶を育成し、そのシリコン単結晶からシリコン基板を作製することができる。

ここで準備する金属汚染検出用シリコン基板の直径は、評価対象とな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標準的な厚みで良く、例えば０．５〜１．０ｍｍとすることができる。このシリコン基板の表面の加工条件は標準的な条件で良いが、サンドブラスト処理や多結晶シリコン膜の形成など、再結合ライフタイムを低下させる処理は避けることが好ましい。

以上のようにシリコン基板を準備した後、シリコン基板を評価対象の熱処理炉で熱処理する。本発明に係る金属汚染検出方法は、半導体基板を熱処理することができる種々の熱処理炉に適用することができ、エピタキシャル成長炉に適用することもできる。

評価対象の熱処理炉がエピタキシャル成長炉の場合、この熱処理工程の際に、金属汚染検出用シリコン基板の表面にエピタキシャル層を成長させることが好ましい。エピタキシャル層の厚み、導電型、抵抗率などは特に問わないが、例えば、ノンドープのエピタキシャル層を１〜１０μｍ程度の厚みで成長させることができる。あるいは、製造する製品の仕様と同じにすることができる。また、エピタキシャル層を成長させずに熱処理だけを施すこともできる。

次に、金属汚染検出用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。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、前記熱処理と表面パシベーション処理を同時に行うこともできる。

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、金属汚染による再結合ライフタイムの低下をより高感度で評価できる。また、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り、酸化膜を形成するための熱処理の影響を受けないという利点がある。

熱処理炉が酸化膜を形成できる熱処理炉の場合は、熱処理により酸化膜を形成し、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。酸化膜の形成条件は、例えば非特許文献１に記載された条件により形成することができる。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ものの、それが影響しない程度の評価であれば酸化膜パシベーションを表面パシベーション処理として採用することもできる。特に、酸化が可能な熱処理炉の場合には、熱処理により酸化膜を形成して、その酸化膜をパシベーション膜として用いることにより、ケミカルパシベーション処理をすることなく、そのまま再結合ライフタイムを測定することができる。

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、金属汚染検出用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金属汚染検出用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。

次に、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の面内分布を、マイクロ波光導電減衰法（μ―ＰＣＤ法）により測定する。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。

再結合ライフタイムの面内分布の測定は、例えば、１ｍｍ〜８ｍｍ間隔で測定することができる。測定点の間隔が１ｍｍよりも小さいと面内分布の測定に時間がかかり効率的ではなくなる。また、８ｍｍよりも大きいと、局所的な汚染があるような場合には、その汚染箇所を外してしまう可能性がある。測定点の間隔は、測定の効率と汚染分布の特徴を考慮して決定することが好ましい。

次に、ウェーハ面内を複数の領域に分割して、各領域における再結合ライフタイム測定値の平均値を求めて、前記各領域における再結合ライフタイム測定値の平均値を比較することにより、前記熱処理炉の金属汚染の有無を判定する。このような金属汚染検出方法を用いれば、熱処理前のシリコン基板の再結合ライフタイムの初期値に係わらず、熱処理後の再結合ライフタイムの測定値により金属汚染を高感度で検出できる。すなわち、熱処理前の再結合ライフタイムの初期値を高くするためにシリコン基板の製造条件を限定する必要がなく、また、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心の影響を考慮する必要がなくなる。

再結合ライフタイムの面内分布において、ウェーハの外周の領域は、測定点がエッジ部に当たることで測定が正常に行われない場合があるので、例えば、ウェーハの外周部から数ｍｍまでの領域における測定値を評価対象から外すことが好ましい場合がある。

ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの面内分布の測定値において、基板半径の３０％〜７０％を境界半径Ｒとし、前記境界半径Ｒ以内の内側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ１とし、前記境界半径Ｒを超える外側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ２とした場合、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比が所定の基準値よりも小さい場合に金属汚染があったと判定することが好ましい。この基準値を例えば０．９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検出することができる。

再結合ライフタイムの面内分布を測定する場合、金属汚染以外の影響として、表面パシベーション効果の面内ばらつきや、表面の汚れやパーティクルなどの外因的要因の影響により測定値が低くなる測定点が含まれる場合がある。このことから、例えば最小値と最大値を比較した場合は、金属汚染以外の影響を受ける可能性が高い。また、金属汚染の影響と外因的要因の影響を区別することは困難である。外因的要因の影響を小さくするという点から、各領域における平均値を取ることが重要となる。

ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比が所定の基準値よりも小さい場合には、金属汚染を低減するための対策を行う。ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比が所定の基準値よりも大きい場合には、その熱処理炉を用いて製品となる半導体基板を熱処理することができる。すなわち、エピタキシャル成長炉の場合、基準値よりも高い場合には、エピタキシャルウェーハの製品を製造することができる。この基準値を例えば０．９とする（すなわち、エピタキシャル成長後のシリコン基板のＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比が０．９よりも大きくなるように金属汚染を管理する）ことにより、近年の高性能デバイスの性能を劣化させることのない、金属汚染が低減されたエピタキシャルウェーハを製造することができる。

このようにして、本発明に係る金属汚染検出方法によって金属汚染を管理したエピタキシャル成長炉を用いて、シリコン基板上に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて製造されたエピタキシャルェーハは、金属汚染が極めて低減されているので、近年の高性能デバイス、特に金属汚染に敏感な撮像素子用の基板として好適である。

次に、熱処理後の再結合ライフタイムの面内分布の測定値において、基板半径の３０％〜７０％を境界半径Ｒとし、前記境界半径Ｒ以内の内側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ１とし、前記境界半径Ｒを超える外側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ２とした場合、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比が所定の基準値よりも大きい場合に金属汚染がなかったと判定することが好ましい理由は、以下のような実験により得られた知見によることを説明する。

（実験例１）
熱処理による金属汚染がない場合の再結合ライフタイムの面内分布を調査するため、以下の実験を行った。

チョクラルスキー法（ＣＺ）により、導電型や抵抗率、酸素濃度が異なる１７本のシリコン単結晶インゴットを育成した。結晶直径は全て２００ｍｍ、結晶軸方位は全て＜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。

次に、作製したシリコン基板に対して、熱処理を施さずに（すなわち、熱処理による金属汚染がない状態で）、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の面内分布を測定した。面内分布の測定は、２ｍｍ間隔、あるいは４ｍｍ間隔で行った。

次に、再結合ライフタイムの面内分布の測定値において、基板半径の３０％を境界半径Ｒとし前記境界半径Ｒが３０ｍｍのもの、及び基板半径の７０％を境界半径Ｒとし前記境界半径Ｒが７０ｍｍのもの、について、それぞれ前記境界半径Ｒ以内の内側の領域における測定値の平均値を求めて、その値をＷＬＴ１とした。また、前記境界半径Ｒを超える外側の領域における測定値の平均値を求めて、その値をＷＬＴ２とした。尚、ウェーハ外周部における測定上の問題を避けるため、エッジから１０ｍｍまでの領域における測定値は除外した。

再結合ライフタイムの全面平均値と、半径３０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を図１に示した。また、再結合ライフタイムの全面平均値と、半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を図２に示した。

図１、図２ともに、再結合ライフタイムの全面平均値に依らず、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の値は０．９よりも大きくなっていることがわかる。ここで、再結合ライフタイムの全面平均値は、約１０００μｓｅｃ〜約６０００μｓｅｃの間で異なっており、これは、熱処理前の再結合ライフタイムの初期値が異なっていることを意味する。このことから、再結合ライフタイムの初期値に係わらず、熱処理による金属汚染がない場合は、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の値は０．９よりも大きくなっていることがわかる。

以下、実施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。

（実施例１）
チョクラルスキー法（ＣＺ）により、導電型や抵抗率、酸素濃度が異なる７本のシリコン単結晶インゴットを育成した。結晶直径は全て２００ｍｍ、結晶軸方位は全て＜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。

次に、作製したシリコン基板に対して、熱処理を施さずに（すなわち、熱処理による金属汚染がない状態で）、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の面内分布を測定した。面内分布の測定は４ｍｍ間隔で行った。そして、ウェーハ全面における測定値の平均値を求め、その平均値を初期値とした。

また、準備した他のシリコン基板を、金属汚染を低減する対策が施された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、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、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の面内分布を測定した。面内分布の測定は４ｍｍ間隔で行った。

次に、再結合ライフタイムの面内分布の測定値において、境界半径７０ｍｍ以内の内側の領域における測定値の平均値を求めて、その値をＷＬＴ１とした。また、境界半径７０ｍｍを超える外側の領域における測定値の平均値を求めて、その値をＷＬＴ２とした。また、半径７０ｍｍを境にせずに、全面における平均値を求めて、全面平均値とした。尚、ウェーハ外周部における測定上の問題を避けるため、エッジから１０ｍｍまでの領域における測定値は除外した。

エピタキシャル成長前の再結合ライフタイムの初期値と、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を図３に示した。この結果から、再結合ライフタイムの初期値に依らず、エピタキシャル成長による金属汚染が極めて少ない場合は、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の値が０．９よりも大きくなっていることがわかる。

また、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における全面平均値と、半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を図４に示した。この結果から、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における全面平均値に依らず、エピタキシャル成長による金属汚染が極めて少ない場合は、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の値が０．９よりも大きくなっていることがわかる。従来技術のように、熱処理前の再結合ライフタイムの初期値やＧｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心の影響を考慮せずに、全面平均値の絶対値から金属汚染を評価すると、全面平均値が小さい場合は金属汚染濃度が高いと間違った判断をしてしまうが、本発明によれば、そのような間違いを避けることができる。

（実施例２）
実施例１と同じシリコン単結晶インゴットから作製されたシリコン基板を、金属汚染を低減する対策が施されていない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、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、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の面内分布を測定した。面内分布の測定は４ｍｍ間隔で行った。

エピタキシャル成長前の再結合ライフタイムの初期値と、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を図５に示した。この結果から、再結合ライフタイムの初期値に依らず、エピタキシャル成長による金属汚染が多い場合は、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の値は０．９よりも小さくなっていることがわかる。

また、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における全面平均値と、半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を図６に示した。この結果から、エピタキシャル成長による金属汚染が多い場合は、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における全面平均値に依らず、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の値が０．９よりも小さくなっていることがわかる。従来技術では、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの値が所定の基準値よりも大きい場合に金属汚染が無いと判断してしまうが、本発明によれば、再結合ライフタイムの初期値の熱処理後測定値への影響を排除して、金属汚染を高感度で検出できる。

また、エピタキシャル成長前の再結合ライフタイムの初期値と、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムの面内分布における全面平均値との差（全面平均値−初期値）と、半径７０ｍｍを境にした場合のＷＬＴ２／ＷＬＴ１との関係を図７に示した。この結果から、エピタキシャル成長による金属汚染が多い場合は、全面平均値−初期値の値が０よりも大きい場合でも、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の値が０．９よりも小さくなっていることがわかる。全面平均値−初期値の値が０よりも大きい場合があるのは、エピタキシャル成長工程によりＧｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心が消滅したことにより、エピタキシャル成長後の再結合ライフタイムが高くなったためである。本発明によれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心の影響を排除して、金属汚染を高感度で検出できる。

以上の実施例の結果から、本発明によれば、再結合ライフタイムの初期値に係らず、熱処理炉の金属汚染を高感度に検出できることがわかった。

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。

Claims

シリコン基板の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検出する方法であって、
前記熱処理炉で熱処理したシリコン基板の再結合ライフタイムの面内分布をマイクロ波光導電減衰法により測定する工程と、
前記シリコン基板の面内を複数の領域に分割して、各領域における再結合ライフタイムの平均値を求める工程と、
前記各領域における再結合ライフタイム測定値の平均値を比較することにより前記熱処理炉の金属汚染を検出する工程と、を含み、
前記熱処理後の再結合ライフタイムの面内分布の測定値において、基板半径の３０％〜７０％を境界半径Ｒとし、前記境界半径Ｒ以内の内側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ１とし、前記境界半径Ｒを超えた外側の領域における測定値の平均値をＷＬＴ２とした場合、ＷＬＴ２／ＷＬＴ１の比が所定の基準値よりも小さい場合に金属汚染があったと判定し、かつ前記基準値を０．９とすることを特徴とする金属汚染検出方法。
前記熱処理炉はエピタキシャル成長炉であることを特徴とする請求項１記載の金属汚染検出方法。
請求項２に記載の金属汚染検出方法によって金属汚染を管理したエピタキシャル成長炉を用いて、シリコン基板上に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させてエピタキシャルウェーハを製造することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。