JP6593235B2 - エピタキシャルウェーハの評価方法及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハの評価方法及び製造方法に関する。

ＣＩＳ（ＣＭＯＳイメージセンサー）やパワーデバイス向けの半導体ウェーハでは高ライフタイム化の要求があり、ライフタイムの低下を避けるために、ウェーハの低炭素化が求められている。また、ウェーハ面内の抵抗率を均一化することも求められている。従って、これらの用途に用いられるエピタキシャルウェーハ（ＥＰＷと表されることがある）においては、エピタキシャル層（ＥＰ層と表されることがある）の炭素やドーパント（ボロン、リンなど）、欠陥、不純物などの高精度の評価が求められている。

エピタキシャル層の評価方法のうち、ＦＴ−ＩＲでは炭素濃度測定は可能だが、透過法のためエピタキシャル層のみの評価ができないうえに、昨今の要求レベルに比べると測定感度が悪い。それに比べ、低温フォトルミネッセンス（ＰＬ）法は高感度である。また低温ＰＬ法はボロン、リンの濃度をそれぞれ独立して求めることができるため（非特許文献１）、上記の評価に適していると考えられる。

ＰＬ法について、以下で説明する。まず、バンドギャップよりも大きいエネルギーの光を励起源に用いて、励起光をシリコンウェーハに照射すると、励起された電子正孔対が形成される。これらが準安定状態を経由して再結合する際の発光（ルミネッセンス）を検出して、シリコンウェーハに存在する欠陥及び不純物を評価、定量する方法がＰＬ法である。

ＰＬ法では、励起光の波長に応じた侵入深さでの評価が行えるため、エピタキシャル層成長用の基板（シリコンウェーハ）上に形成したエピタキシャル層の評価に適用できると考えられる。例えば、５３２ｎｍの波長のレーザー光のシリコンへの侵入深さは０．８〜０．９μｍであり、それより厚いエピタキシャル層であれば、エピタキシャル層のみの評価は可能と考えられる。しかしながら、ここでの励起光の侵入深さとはその強度が１／ｅになる深さのことであり、一部の光はより深い領域まで侵入する。また、形成された電子正孔対はシリコンウェーハ内を拡散する。従って、特にエピタキシャルウェーハの場合には、エピタキシャル層のみではなく、基板での発光までも検出されるとする文献が数多く存在する（特許文献１〜６）。

特許文献１には、基板をエッチングで除去してエピタキシャル層のみを残す方法が記載されている。特許文献２には、基板に低抵抗率基板を用いる方法が記載されている。特許文献３には、２種類の励起光でＰＬ測定を行い、拡散方程式を解いてエピタキシャル層のデータのみを抽出する方法が記載されている。特許文献４（段落００３３）には、励起光の波長を変える方法が記載されている。特許文献５には、欠陥深さ位置とＰＬ強度の関係を温度別にシミュレーションし、また温度別にＰＬ測定を実際に行い、その比較から欠陥または汚染が存在する深さを求める方法が記載されている。さらに、特許文献６には、表面と裏面からＰＬを検出して、それらの差分からエピタキシャル層の欠陥を評価する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では基板が無いのでエピタキシャル層のみの評価が可能であるが、基板が無い分、厚さが薄く、ハンドリングが難しい（エピタキシャル層が割れてしまう）。

特許文献２の方法では、基板表層の影響を受けるため、エピタキシャル層のみの評価はできない。

特許文献３の方法では、２種類の励起光でＰＬ測定するということは、測定工数が２倍掛かるということであり、拡散方程式を解くのも容易ではない。

特許文献４の方法では、上述のように励起光は侵入深さよりも深いところまで到達するし、また、電子正孔対はウェーハ内を拡散するので、励起光の波長を変えたところでエピタキシャル層のみの評価はできない。

特許文献５の方法では、温度別深さ依存グラフを作るのは手間が掛かるのに加え、その具体的な方法が開示されておらず、不明である。さらには、温度別にＰＬ測定することも多大な工数を要する。

特許文献６の方法では、表面から測定した時の測定深さと、裏面から測定した時の測定深さは当然異なっており、バルク（基板）の欠陥や汚染には深さ分布があるため、両面からのＰＬデータの差分を取っても、エピタキシャル層のデータとはならない。

また、非特許文献２には、エピタキシャル層がＮ型で基板がＰ型のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面から非特許文献１に則ってドーパント評価を実施し、リンのみの情報が得られ、ボロンは基板ボロン濃度よりも十分に低いレベルであることを確認したとあるが、その時のエピタキシャル層の厚さについては開示されていない。そして、本発明者らが調査したところでは、エピタキシャル層の厚さが薄い場合は、エピタキシャル層の表面からＰＬ評価を行っても、ボロンが基板ボロン濃度と同程度検出される場合もあった。

特公平７−３２１８２号公報 特開平８−１３９１４６号公報 特開２００２−８３８５２号公報 特開２０１４−１９９２５３号公報 特開２０１１−６０８６１号公報 特開２００８−１９８９１３号公報

ＪＩＳ Ｈ０６１５ 第４回パワーデバイス用シリコンおよび関連半導体材料に関する研究会「Ｓｉ中の微量炭素分析−ＰＬによるアプローチ」（グローバルウェーハズ・ジャパン（株）、中川ら）

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、フォトルミネッセンス測定において、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の欠陥や汚染を正確かつ簡便に評価することができるエピタキシャルウェーハの評価方法を提供することを目的とする。また、本発明は、欠陥や汚染を低減したエピタキシャルウェーハを製造可能な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。

上記目的を達成するために、本発明は、単結晶シリコンからなる成長用ウェーハ上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハの評価方法であって、
調査用エピタキシャルウェーハとして、単結晶シリコン基板と、該単結晶シリコン基板と導電型が異なるエピタキシャル層とを有するエピタキシャルウェーハを、該エピタキシャル層の厚さが異なるようにして複数枚準備する工程と、
前記複数枚準備した調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行う工程と、
該フォトルミネッセンス測定により検出された、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板の抵抗率から求められるドーパント濃度の５％以下となる前記調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の厚さＡを求める工程と、
前記成長用ウェーハ上に、前記Ａ以上の厚さで、評価対象のエピタキシャル層を成長する工程と、
前記評価対象のエピタキシャル層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、前記評価対象のエピタキシャル層を評価する工程と
を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの評価方法を提供する。

このような基準でエピタキシャル層の厚さＡを求め、このＡ以上の厚さで評価対象のエピタキシャル層を成長してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、フォトルミネッセンス測定において、励起光が単結晶シリコン基板まで到達することによる単結晶シリコン基板内での電子正孔対の生成及び再結合、並びにエピタキシャル層内で生成した電子正孔対の単結晶シリコン基板への拡散の影響をほぼ無くすことができる。そのため、評価対象のエピタキシャル層の欠陥や汚染を正確かつ簡便に評価することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、単結晶シリコンからなる成長用ウェーハ上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハの評価方法であって、
調査用エピタキシャルウェーハとして、単結晶シリコン基板と、該単結晶シリコン基板と導電型が異なるエピタキシャル層とを有するエピタキシャルウェーハを、該エピタキシャル層の厚さが異なるようにして複数枚準備する工程と、
前記複数枚準備した調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面及び前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行う工程と、
前記エピタキシャル層の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板と同じ導電型を示すドーパント濃度の５％以下となる前記調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の厚さＡを求める工程と、
前記成長用ウェーハ上に、前記Ａ以上の厚さで、評価対象のエピタキシャル層を成長する工程と、
前記評価対象のエピタキシャル層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、前記評価対象のエピタキシャル層を評価する工程と
を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの評価方法を提供する。

このような基準でエピタキシャル層の厚さＡを求め、このＡ以上の厚さで評価対象のエピタキシャル層を成長してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、フォトルミネッセンス測定において、励起光が単結晶シリコン基板まで到達することによる単結晶シリコン基板内での電子正孔対の生成及び再結合、並びにエピタキシャル層内で生成した電子正孔対の単結晶シリコン基板への拡散の影響をほぼ無くすことができる。そのため、評価対象のエピタキシャル層の欠陥や汚染を正確かつ簡便に評価することができる。

また、前記成長用ウェーハの導電型、抵抗率、及び酸素濃度を、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板の導電型、抵抗率、及び酸素濃度と等しくし、かつ、
前記評価対象のエピタキシャル層の導電型及び抵抗率を、前記調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の導電型及び抵抗率と等しくすることが好ましい。

このように、成長用ウェーハと評価対象のエピタキシャル層のそれぞれの上記特性を調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板とエピタキシャル層の上記特性とそれぞれ等しくすれば、調査用エピタキシャルウェーハで求めたエピタキシャル層の厚さＡを、評価対象のエピタキシャル層に確実に適用することができ、評価対象のエピタキシャル層の欠陥や汚染をより正確に評価することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、上述したエピタキシャルウェーハの評価方法で良品と判断されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の成長条件で、単結晶シリコンを有するウェーハの該単結晶シリコン上にエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。

このようなエピタキシャルウェーハの製造方法により、確実に欠陥や汚染を低減したエピタキシャルウェーハを提供することができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法によれば、成長用ウェーハ上に形成したエピタキシャル層のＰＬ測定において、成長用ウェーハの影響を排除して、エピタキシャル層のみの欠陥や汚染を正確かつ簡便に評価することができる。また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、確実に欠陥や汚染を低減したエピタキシャルウェーハを提供することができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第１の態様の工程フローを示す図である。 本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第２の態様の工程フローを示す図である。 成長用ウェーハと評価対象のエピタキシャル層を示す概略図である。 調査用エピタキシャルウェーハを示す概略図である。

以下、本発明について、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第１及び第２の態様について、図１〜４を参照して説明する。

まず、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第１の態様について説明する。図１は、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第１の態様の工程フローを示す図である。また、図３は成長用ウェーハと評価対象のエピタキシャル層を示す概略図であり、図４は調査用エピタキシャルウェーハを示す概略図である。本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法は、単結晶シリコンからなる成長用ウェーハ１上に単結晶シリコンからなる評価対象のエピタキシャル層３を成長させたエピタキシャルウェーハ１０の評価方法である。

本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第１の態様では、まず、調査用エピタキシャルウェーハ２０として、単結晶シリコン基板１１と、該単結晶シリコン基板１１と導電型が異なるエピタキシャル層１３とを有するエピタキシャルウェーハ２０を、該エピタキシャル層１３の厚さｄが異なるようにして複数枚準備する（図１のＡ）。エピタキシャル層１３の厚さは、ＰＬ法によるエピタキシャル層１３の測定結果が単結晶シリコン基板１１の影響を受ける場合と受けない場合を含むように、適度に変化させることが好ましい。このとき、エピタキシャル層１３の成長は、実際に評価したい成長条件で行うことが好ましい。

次に、複数枚準備した調査用エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１３の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行う（図１のＢ）。

次に、上記のフォトルミネッセンス測定により検出された、調査用エピタキシャルウェーハ２０の単結晶シリコン基板１１と同じ導電型を示すドーパント濃度が、調査用エピタキシャルウェーハ２０の単結晶シリコン基板１１の抵抗率から求められるドーパント濃度の５％以下となる調査用エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１３の厚さＡを求める（図１のＣ）。

次いで、成長用ウェーハ１上に、上記のＡ以上の厚さで、評価対象のエピタキシャル層３を成長する（図１のＤ）。さらに、評価対象のエピタキシャル層３の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、評価対象のエピタキシャル層３を評価する（図１のＥ）。このとき、評価対象のエピタキシャル層３の成長は、実際に評価したい成長条件で行うことが好ましい。

上記したようにして、調査用エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１３の厚さＡを求め、成長用ウェーハ１上にＡ以上の厚さでエピタキシャル層を成長してＰＬ測定すれば、励起光の侵入深さ（励起光の強度が１／ｅになる深さ）や励起光の強度がほぼゼロになる深さ（以下では到達深さと言うことがある）がどれくらいであるのか、さらには、電子正孔対の拡散の影響がどの程度あるのかを細かく考慮する必要はなく、実測によりエピタキシャル層のみを評価できる厚さＡを求めることができる。

一例として、調査用エピタキシャルウェーハ２０として、Ｐ型の単結晶シリコン基板１１上にＮ型のエピタキシャル層１３を成長させたエピタキシャルウェーハを用いた場合について、具体的に説明する（このようなエピタキシャルウェーハをＮ／Ｐエピタキシャルウェーハと表記することがある）。この場合、単結晶シリコン基板１１はＰ型なので、ボロン濃度に着目する。単結晶シリコン基板１１のボロン濃度は、その抵抗率によって決まる。そして、エピタキシャル層１３の表面から検出したボロン濃度が、単結晶シリコン基板１１の抵抗率から求めたボロン濃度の５％以下であれば、エピタキシャル層１３のみの評価が行えていると判断できる。このボロン濃度の５％以下となるエピタキシャル層１３の厚さをＡとすることができる。そして、成長用ウェーハ１上に、厚さＡ以上の評価対象のエピタキシャル層３を成長して、評価対象のエピタキシャル層３の表面からＰＬ測定を行う。このような評価方法により、確実に評価対象のエピタキシャル層３のみの評価を行うことができる。

次に、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第２の態様について説明する。図２は、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第２の態様の工程フローを示す図である。図２に示す本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法は、単結晶シリコンからなる成長用ウェーハ１上に単結晶シリコンからなる評価対象のエピタキシャル層３を成長させたエピタキシャルウェーハの評価方法である。この本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第２の態様では、まず、調査用エピタキシャルウェーハ２０として、単結晶シリコン基板１１と、該単結晶シリコン基板１１と導電型が異なるエピタキシャル層１３とを有するエピタキシャルウェーハを、該エピタキシャル層１３の厚さｄが異なるようにして複数枚準備する（図２のＡ）。このとき、エピタキシャル層１３の成長は、実際に評価したい成長条件で行うことが好ましい。

次に、複数枚準備した調査用エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１３の表面及び調査用エピタキシャルウェーハ２０の単結晶シリコン基板１１の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行う（図２のＢ）。調査用エピタキシャルウェーハ２０の単結晶シリコン基板１１の表面のフォトルミネッセンス測定は、調査用エピタキシャルウェーハ２０を作製し、その裏面（すなわち、単結晶シリコン基板１１の表面）について実施することもできるし、エピタキシャル層１３を形成する前の単結晶シリコン基板１１の表面について実施することもできる。

そして、エピタキシャル層１３の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、調査用エピタキシャルウェーハ２０の単結晶シリコン基板１１と同じ導電型を示すドーパント濃度が、調査用エピタキシャルウェーハ２０の単結晶シリコン基板１１の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、調査用エピタキシャルウェーハ２０の単結晶シリコン基板１１と同じ導電型を示すドーパント濃度の５％以下となる調査用エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１３の厚さＡを求める（図２のＣ）。

さらに、成長用ウェーハ１上に、上記のＡ以上の厚さで、評価対象のエピタキシャル層３を成長し（図２のＤ）、その後、評価対象のエピタキシャル層３の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、評価対象のエピタキシャル層３を評価する（図２のＥ）。このとき、評価対象のエピタキシャル層３の成長は、実際に評価したい成長条件で行うことが好ましい。

本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の第２の態様では、調査用エピタキシャルウェーハ２０の単結晶シリコン基板１１のドーパント濃度を、単結晶シリコン基板１１の抵抗率からではなく、単結晶シリコン基板１１の表面からのフォトルミネッセンス測定により求めている点で、第１の態様とは異なっている。しかしながら、第２の態様においても、第１の態様と同様に、励起光の侵入深さや励起光の到達深さがどれくらいであるのか、さらには、電子正孔対の拡散の影響がどの程度あるのかを細かく考慮する必要はなく、実測によりエピタキシャル層のみを評価できる厚さＡを求めることができる。

ここで、本発明者の調査によると、単結晶シリコン基板上に該単結晶シリコン基板と導電型が異なるエピタキシャル層を厚さを振って形成し、エピタキシャル層の表面からＰＬ測定した場合に、このＰＬ測定で検出された単結晶シリコン基板と同じ導電型のドーパント濃度の測定値が、エピタキシャル層の厚さが厚くなるにつれて減少し、単結晶シリコン基板のドーパント濃度の５％以下となると、その減少は指数関数のように非常に緩やかになった。これは、励起光がシリコン単結晶基板に到達せず、また、エピタキシャル層内で生成した電子正孔対がシリコン単結晶基板まで拡散せず、エピタキシャル層のみを評価していることを意味している。このため、シリコン単結晶基板と同じ導電型のドーパント濃度がシリコン基板のドーパント濃度の５％以下であるか否かを、エピタキシャル層のみの評価が行えるか否かの判断基準とすることができる。さらに、ドーパント濃度がシリコン基板のドーパント濃度の３％以下、もしくは１％以下であれば、より確実に励起光がシリコン単結晶基板に到達していないと判断できる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法では、成長用ウェーハ１の導電型、抵抗率、及び酸素濃度を、調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板１１の導電型、抵抗率、及び酸素濃度と等しくし、かつ、評価対象のエピタキシャル層３の導電型及び抵抗率を、調査用エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１３の導電型及び抵抗率と等しくすることが好ましい。

ＰＬは電子正孔対の再結合を検出するものであるので、キャリアのライフタイムに影響される。従って、エピタキシャル層を成長させる基板（成長用ウェーハ１と単結晶シリコン基板１１）及びエピタキシャル層（評価対象のエピタキシャル層３とエピタキシャル層１３）において、導電型、抵抗率などが変われば、ＰＬによる評価領域（深さ）も変わってくる。よって、成長用ウェーハ１及び評価対象のエピタキシャル層３のスペック（仕様）は、エピタキシャル層のみを評価できる厚さＡを求めた際に用いた調査用エピタキシャルウェーハ２０の単結晶シリコン基板１１及びエピタキシャル層１３のスペックと等しくすることが好ましい。なお、この場合、それぞれの特性を完全に等しくすることまでは必須ではなく、仕様による狙い値を等しくすればよい。

また、本発明では、上述したエピタキシャルウェーハの評価方法で良品と判断されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の成長条件で、単結晶シリコンを有するウェーハの該単結晶シリコン上にエピタキシャル層の成長を行うエピタキシャルウェーハの製造方法が提供される。このようなエピタキシャルウェーハの製造方法で製造されたエピタキシャルウェーハであれば、エピタキシャル層において、欠陥や汚染をより確実に軽減することができる。尚、ここでエピタキシャル層を成長させるウェーハは、単結晶シリコンを有するウェーハであればよく、例えば、単結晶シリコン基板又はＳＯＩウェーハなどとすることができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明を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。

（実施例）
上述したように、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法では、ＰＬ測定において、予め、調査用エピタキシャルウェーハ２０に対して、エピタキシャル層１３の下側にある単結晶シリコン基板１１の影響を受けずに、エピタキシャル層１３のみの評価を行うことができるエピタキシャル層１３の厚さＡを求めている。そこで、以下では、調査用エピタキシャルウェーハ２０として、［１］Ｎ型の単結晶シリコン基板１１の上にＰ型のエピタキシャル層１３を成長させた場合（Ｐ／Ｎエピタキシャルウェーハ）と、［２］Ｐ型の単結晶シリコン基板１１の上にＮ型のエピタキシャル層１３を成長させた場合（Ｎ／Ｐエピタキシャルウェーハ）について、具体的に厚さＡを求めた。

励起光として波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザーを用いた。この波長のシリコンへの侵入深さ（強度が１／ｅになる深さ）は０．８〜０．９μｍである。ＰＬ測定のサンプルは液体ヘリウムで４．２Ｋに冷却し、いわゆる低温ＰＬ法で測定した。

［Ｎ型単結晶シリコン基板上にＰ型エピタキシャル層を成長させた場合］
抵抗率が１０ΩｃｍのＮ型（リンドープ）の単結晶シリコン基板１１を準備し、該単結晶シリコン基板１１上に、抵抗率が１０ΩｃｍのＰ型（ボロンドープ）のエピタキシャル層１３を、１０、２０、３０、４０、５０、及び６０μｍの厚さで成長させて、調査用エピタキシャルウェーハ２０とした。

これらの調査用エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１３の表面からＰＬ測定を行い、ドーパント濃度を求めた。エピタキシャル層１３の厚さが厚くなるにつれて、ボロン濃度の測定値は高く、逆にリン濃度の測定値は低くなっていき、評価領域に占めるエピタキシャル層１３の割合が次第に大きくなっていることが確認できた。

ここで、単結晶シリコン基板１１の抵抗率から求めたリン濃度は、８．９ｐｐｂａであった。また、エピタキシャル層１３の厚さが１０μｍの場合、エピタキシャル層１３の表面からのＰＬ測定により求めたリン濃度の測定値は、６．１ｐｐｂａであり、単結晶シリコン基板１１の実際のリン濃度の６９％であった。

そして、エピタキシャル層１３の表面からＰＬ測定して求めたリン濃度の測定値が、単結晶シリコン基板１１のリン濃度（８．９ｐｐｂａ）の５％である０．４ｐｐｂａ以下になるエピタキシャル層１３の厚さは５０μｍであった。従って、エピタキシャル層１３の厚さが５０μｍ以上の場合には、エピタキシャル層１３のみの評価ができていると言える。

これにより、Ｎ型の成長用ウェーハ１（抵抗率は１０Ωｃｍ）に、５０μｍ以上のＰ型のエピタキシャル層３（抵抗率は１０Ωｃｍ）を成長させて、エピタキシャル層３の表面からＰＬ測定を行うと、エピタキシャル層３のみの各種欠陥や汚染の評価が可能となる。

［Ｐ型単結晶シリコン基板上にＮ型エピタキシャル層を成長させた場合］
抵抗率が１０ΩｃｍのＰ型（ボロンドープ）の単結晶シリコン基板１１を準備し、該単結晶シリコン基板１１上に、抵抗率が１０ΩｃｍのＮ型（リンドープ）のエピタキシャル層１３を、１０、２０、３０、４０、５０、及び６０μｍの厚さで成長させて、調査用エピタキシャルウェーハ２０とした。

これらの調査用エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１３の表面からＰＬ測定を行い、ドーパント濃度を求めた。エピタキシャル層１３の厚さが厚くなるにつれて、リン濃度の測定値は高く、逆にボロン濃度の測定値は低くなっていき、Ｎ型単結晶シリコン基板上にＰ型エピタキシャル層を成長させた場合と同様に、評価領域に占めるエピタキシャル層１３の割合が次第に大きくなっていることが確認できた。

ここで、単結晶シリコン基板１１の抵抗率から求めたボロン濃度は、２６．８ｐｐｂａであった。また、エピタキシャル層１３の厚さが１０μｍの場合、エピタキシャル層１３の表面からのＰＬ測定により求めたボロン濃度の測定値は、１６．５ｐｐｂａであり、単結晶シリコン基板１１の実際のボロン濃度の６２％であった。

そして、エピタキシャル層１３の表面からＰＬ測定して求めたボロン濃度の測定値が、単結晶シリコン基板１１のボロン濃度（２６．８ｐｐｂａ）の５％である１．３ｐｐｂａ以下になるエピタキシャル層１３の厚さは６０μｍであった。従って、エピタキシャル層１３の厚さが６０μｍ以上の場合には、エピタキシャル層１３のみの評価ができていると言える。

これにより、Ｐ型の成長用ウェーハ１（抵抗率は１０Ωｃｍ）に、６０μｍ以上のＮ型のエピタキシャル層３（抵抗率は１０Ωｃｍ）を成長させて、エピタキシャル層３の表面からＰＬ測定を行うと、エピタキシャル層３のみの各種欠陥や汚染の評価が可能となる。

ここで、Ｎ型単結晶シリコン基板上にＰ型エピタキシャル層を成長させた場合とＰ型単結晶シリコン基板上にＮ型エピタキシャル層を成長させた場合とで、エピタキシャル層３のみの評価が行えるエピタキシャル層３の厚さが異なっている。すなわち、Ｎ型のエピタキシャル層の方が厚いエピタキシャル層を必要とする。これは、Ｐ型、Ｎ型で抵抗率が等しい場合、Ｎ型の方がキャリアのライフタイムが長いため、励起光により生成された電子正孔対がなかなか再結合せず、ウェーハ内を拡散する為である。従って、ＰＬ法により、Ｐ型、Ｎ型で抵抗率が等しい場合のエピタキシャル層のみの評価を行うためには、Ｎ型のエピタキシャル層の方がＰ型よりも厚いエピタキシャル層を必要とする。

このように、エピタキシャル層を成長させる基板（成長用ウェーハ１と単結晶シリコン基板１１）や評価対象のエピタキシャル層３（エピタキシャル層１３）の導電型、抵抗率、さらには、エピタキシャル層を成長させる基板（成長用ウェーハ１と単結晶シリコン基板１１）の酸素濃度などのスペックが変わる時、言い換えるとライフタイムが変わる時は、その都度、上述した方法によりエピタキシャル層３のみの評価が行えるエピタキシャル層の厚さＡを求めることが好ましい。

また、ＰＬ測定の励起光が変わると侵入深さが変わるため、この場合も同様に、上述した方法により、エピタキシャル層３のみの評価が行えるエピタキシャル層の厚さＡを求めることが好ましい。そして、例えば紫外光などの波長の短い光を励起光に用いれば、シリコンへの侵入深さはより短くなり、より薄いエピタキシャル層の評価も可能となる。

Ｎ型単結晶シリコン基板上にＰ型エピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル層のみの評価が行えることを確認した際に用いたＮ型の単結晶シリコン基板１１と同一ロット（すなわち、同一スペックでもある）のＮ型の単結晶シリコン基板（抵抗率は１０Ωｃｍ）を成長用ウェーハ１として準備した。上記のように、この成長用ウェーハ１では、Ｐ型のエピタキシャル層（抵抗率は１０Ωｃｍ）を５０μｍ以上の厚さで成長させれば、評価対象のエピタキシャル層３のみの評価が行えることが判明している。

この成長用ウェーハ１に、エピタキシャル成長装置のリアクターのチャンバーメンテナンス前後のそれぞれの時点で、Ｐ型の評価対象のエピタキシャル層３を５０μｍの厚さで成長させた。その後、低温ＰＬ法で、評価対象のエピタキシャル層３の表面からドーパント濃度を測定した。

その結果、チャンバーメンテナンス前より後の方が検出された評価対象のエピタキシャル層３のリン濃度が低く、エピタキシャル成長装置のリアクターの清浄度が改善されたことが確認できた。

（比較例）
実施例で用いたのと同一ロットのＮ型の単結晶シリコン基板（抵抗率は１０Ωｃｍ）を成長用ウェーハ１とし、この成長用ウェーハ１に、エピタキシャル成長装置のリアクターのチャンバーメンテナンス前後のそれぞれの時点で、Ｐ型の評価対象のエピタキシャル層３を４０μｍの厚さで成長させた。その後、低温ＰＬ法で、評価対象のエピタキシャル層３の表面からドーパント濃度を測定した。

その結果、エピタキシャル成長装置のリアクターのチャンバーメンテナンス前後で、リン濃度の測定値に違いは見られず、また、実施例よりも高濃度にリンが検出された。これは、成長用ウェーハ（単結晶シリコン基板）１に含まれているドーパントのリンを検出したためと考えられる。

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。

１…成長用ウェーハ、 ３…評価対象のエピタキシャル層、
１０…エピタキシャルウェーハ、 １１…単結晶シリコン基板、
１３…エピタキシャル層、 ２０…調査用エピタキシャルウェーハ。

Claims (4)

1. 単結晶シリコンからなる成長用ウェーハ上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハの評価方法であって、
   調査用エピタキシャルウェーハとして、単結晶シリコン基板と、該単結晶シリコン基板と導電型が異なるエピタキシャル層とを有するエピタキシャルウェーハを、該エピタキシャル層の厚さが異なるようにして複数枚準備する工程と、
   前記複数枚準備した調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行う工程と、
   該フォトルミネッセンス測定により検出された、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板の抵抗率から求められるドーパント濃度の５％以下となる前記調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の厚さＡを求める工程と、
   前記成長用ウェーハ上に、前記Ａ以上の厚さで、評価対象のエピタキシャル層を成長する工程と、
   前記評価対象のエピタキシャル層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、前記評価対象のエピタキシャル層を評価する工程と
   を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの評価方法。
2. 単結晶シリコンからなる成長用ウェーハ上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハの評価方法であって、
   調査用エピタキシャルウェーハとして、単結晶シリコン基板と、該単結晶シリコン基板と導電型が異なるエピタキシャル層とを有するエピタキシャルウェーハを、該エピタキシャル層の厚さが異なるようにして複数枚準備する工程と、
   前記複数枚準備した調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面及び前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行う工程と、
   前記エピタキシャル層の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板と同じ導電型を示すドーパント濃度の５％以下となる前記調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の厚さＡを求める工程と、
   前記成長用ウェーハ上に、前記Ａ以上の厚さで、評価対象のエピタキシャル層を成長する工程と、
   前記評価対象のエピタキシャル層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、前記評価対象のエピタキシャル層を評価する工程と
   を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの評価方法。
3. 前記成長用ウェーハの導電型、抵抗率、及び酸素濃度を、前記調査用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板の導電型、抵抗率、及び酸素濃度と等しくし、かつ、
   前記評価対象のエピタキシャル層の導電型及び抵抗率を、前記調査用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の導電型及び抵抗率と等しくすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法で良品と判断されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の成長条件で、単結晶シリコンを有するウェーハの該単結晶シリコン上にエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
   

Images