JP6815705B2

JP6815705B2 - ゲッタリング能力の評価方法

Info

Publication number: JP6815705B2
Application number: JP2017084222A
Authority: JP
Inventors: 吉輝西田; 宏行高橋; 晋横尾
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2037-04-21
Also published as: JP2018182241A

Description

本発明は、シリコンウェーハに形成されたゲッタリング層のゲッタリング能力の評価方法に関する。

デバイスチップを製造する際は、格子状に配列された複数の分割予定ラインをシリコンウェーハの表面に設定し、該分割予定ラインで区画された各領域にデバイスを形成する。そして、該シリコンウェーハを該分割予定ラインに沿って分割すると個々のデバイスチップが形成される。

形成されたデバイスの近傍に、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属不純物が存在すると、デバイスの特性が劣化してデバイスチップの歩留まりを低下させる原因となる。シリコンウェーハにデバイスを形成する過程においては、該シリコンウェーハに該金属不純物が混入するおそれがあるため、金属不純物がデバイスの電気的な活性領域に取り込まれることを防止する対策が必要となる。

そこで、金属不純物を捕集する技術（ゲッタリング技術）として、シリコンウェーハの内部に金属不純物を捕集するためのゲッタリングサイトを形成する内部ゲッタリング（Intrinsic Gettering、以下、ＩＧという）法や、シリコンウェーハの表面にゲッタリングサイトを形成する外部ゲッタリング（Extrinsic Gettering、以下、ＥＧという）法が開発されている。

ＩＧ法には、例えば、シリコンウェーハの内部の特定の深さ位置にイオン注入等の方法によりゲッタリング層を形成する技術がある。イオン注入等の方法によりゲッタリング層を形成する場合、ゲッタリング層のゲッタリング能力（金属不純物を捕集する能力）はウェーハに注入するイオン種により異なり、また、該ゲッタリング層へのゲッタリングのされやすさは金属不純物の種類により異なる。そこで、ゲッタリング能力の異なる２つのゲッタリング層をウェーハの内部に形成する方法も開発されている（特許文献１参照）。

ＥＧ法には、例えば、ウェーハの裏面（デバイスが形成されていない面）を研削することで該裏面に微小な傷を生じさせて結晶欠陥や歪みを有する外部ゲッタリング層（ＥＧ層）を形成する技術がある。該結晶欠陥や歪みがゲッタリングサイトとなるため、ＥＧ層が形成されると該ＥＧ層に金属不純物が捕集される。ただし、ＥＧ層の形成のためにウェーハの裏面を研削して裏面に微小な傷を生じさせると、ウェーハの抗折強度は低下する。

近年、電子機器等の小型化に伴いデバイスチップの薄型化に対する要求が高まっており、薄化されたデバイスチップが形成される場合がある。薄化されたデバイスチップでは、抗折強度の向上が重要であり、シリコンウェーハの抗折強度の低下に繋がる裏面の結晶欠陥や歪みを除去する研磨（ストレスリリーフ）技術が開発されている。しかし、裏面にＥＧ層が形成されたウェーハが研磨されると形成されていたＥＧ層も除去される。

そこで、抗折強度を向上したままＥＧ層を形成する技術が鋭意研究されている。例えば、研磨加工により僅かな傷をウェーハの裏面に形成してＥＧ層を形成する方法や、ドライエッチングによりＥＧ層を形成する方法等が開発されている。

特開２０１６−１９７６５６号公報

こうした開発においては、ＥＧ層のゲッタリング能力が評価される。例えば、ＥＧ層が形成されたウェーハの一方の面を金属不純物により汚染し、その後、他方の面に析出した金属不純物を測定するというのが一般的なゲッタリング能力の評価方法である。しかし、例えば、一方の面を金属汚染すると微量の金属不純物がＥＧ層を経ずに外部から回り込み該他方の面に付着する可能性があるため、ＥＧ層のゲッタリング能力を正しく評価するのは容易ではない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウェーハの一方の面を金属不純物により汚染してＥＧ層のゲッタリング能力を評価する際、該金属不純物の回り込み等の影響を排除でき、ゲッタリング能力をより詳細に評価できるゲッタリング能力の評価方法を提供することである。

本発明の一態様によると、シリコンウェーハに形成される外部ゲッタリング層のゲッタリング能力の評価方法であって、内部に内部ゲッタリング層を有するシリコンウェーハを準備する準備ステップと、準備した該シリコンウェーハの一方の面を加工して該一方の面に外部ゲッタリング層を形成する外部ゲッタリング層形成ステップと、該外部ゲッタリング層が形成された該一方の面に金属不純物を付着させる金属汚染ステップと、該金属汚染ステップを実施した後、該シリコンウェーハを加熱する加熱ステップと、該加熱ステップを実施した後、該シリコンウェーハの他方の面側から一次イオンを照射して該シリコンウェーハを深さ方向に掘り進め、該シリコンウェーハの内部ゲッタリング層から放出された二次イオンを検出する二次イオン質量分析法による測定を実施する測定ステップと、該金属不純物に対応する質量の二次イオンに関する該二次イオン質量分析法による測定の結果から該外部ゲッタリング層のゲッタリング能力を評価する評価ステップと、を備えることを特徴とするゲッタリング能力の評価方法が提供される。

本発明の一態様において、該金属汚染ステップでは、Ｃｕを含む溶液の塗布、Ｃｕの蒸着又はＣｕターゲットを用いたスパッタリングにより該シリコンウェーハの該一方の面に金属不純物を付着させてもよい。また、本発明の一態様において、該測定ステップの前に該他方の面を研削して薄化する薄化ステップをさらに備えてもよい。

本発明の一態様に係るゲッタリング能力の評価方法では、内部ゲッタリング層（ＩＧ層）を有するシリコンウェーハの一方の面に外部ゲッタリング層（ＥＧ層）を形成し、該一方の面に金属不純物を付着させた後に該シリコンウェーハを加熱する。すると、加熱により金属不純物の移動が促進されて、ＥＧ層のゲッタリング能力に応じて該金属不純物が該ＥＧ層を経てシリコンウェーハの内部に拡散する。

すなわち、ＥＧ層のゲッタリング能力が高ければＥＧ層が金属不純物をよく保持するためシリコンウェーハの内部に拡散する金属不純物は少量となる。一方で、ＥＧ層のゲッタリング能力が低ければＥＧ層が金属不純物を十分保持できず、シリコンウェーハの内部に拡散する金属不純物が大量となる。そのため、シリコンウェーハの内部に拡散した金属不純物の量を測定することにより、ＥＧ層のゲッタリング能力を評価できる。

シリコンウェーハの内部に拡散した金属不純物の量の測定は、二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry。以下、ＳＩＭＳという）により実施する。ＳＩＭＳはシリコンウェーハの内部に微量に含まれる元素の分布を評価するのに適した分析手法である。ＳＩＭＳではシリコンウェーハの内部の金属不純物を測定するから、該測定は該ＥＧ層を経ていない金属不純物の影響を受けにくい。

例えば、ＳＩＭＳ測定をシリコンウェーハの金属不純物が付着した該一方の面側から実施すると、一次イオンの照射によるノックオン（打ち込み）効果等が生じて、シリコンウェーハの内部の金属不純物の分布が測定結果に正しく反映されないおそれがある。そこで、ＳＩＭＳ測定を該一方の面に対向する他方の面から実施する。該他方の面には金属不純物を付着させていないため、測定結果はノックオン（打ち込み）効果等の影響を受けにくく、より正しく金属不純物の分布が測定結果に反映される。

ところで、シリコンウェーハの内部に微量に含まれる元素の検出を得意とするＳＩＭＳ測定をもってしても、測定におけるバックグラウンドレベル以下の濃度や、検出下限以下の濃度で含まれる元素は測定できない。そのため、シリコンウェーハの該一方の面に形成されるＥＧ層のゲッタリング能力がある程度高くなり、シリコンウェーハに拡散する該金属不純物の量が少なくなると、ＳＩＭＳ測定でも金属不純物が検出されにくくなる。したがって、ＥＧ層のゲッタリング能力を十分に評価できない場合がある。

そこで、本発明の一態様では、予め内部に内部ゲッタリング層（ＩＧ層）が形成されたシリコンウェーハを用いる。シリコンウェーハの内部にＩＧ層が形成されていると、ＥＧ層を経てシリコンウェーハの内部に移動した金属不純物は該ＩＧ層に集められるから、ＩＧ層中において金属不純物の濃度が高くなる。

すると、ＩＧ層中において金属不純物の濃度がＳＩＭＳ測定の検出下限やバックグラウンドレベルを超えた濃度になりやすくなり、金属不純物が検出されやすくなる。そのため、ＩＧ層に含まれる金属不純物をＳＩＭＳにより測定することで、ＥＧ層のゲッタリング能力をより詳細に評価できるようになる。

したがって、本発明の一態様によると、ウェーハの一方の面を金属不純物により汚染してＥＧ層のゲッタリング能力を評価する際、該金属不純物の回り込み等の影響を排除でき、ゲッタリング能力をより詳細に評価できるゲッタリング能力の評価方法が提供される。

図１（Ａ）は、シリコンウェーハを模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、シリコンウェーハを模式的に示す断面図である。ドライポリッシング装置における外部ゲッタリング層の形成を模式的に示す部分断面図である。ドライエッチング装置における外部ゲッタリング層の形成を模式的に示す部分断面図である。図４（Ａ）は、外部ゲッタリング層が形成されたシリコンウェーハを模式的に示す断面図であり、図４（Ｂ）は、金属不純物により汚染されたシリコンウェーハを模式的に示す断面図である。図５（Ａ）は、シリコンウェーハの薄化を模式的に示す部分断面図であり、図５（Ｂ）は、薄化されたシリコンウェーハにおけるＳＩＭＳ測定を模式的に示す断面図である。図６（Ａ）は、ＳＩＭＳによる測定の結果の一例を示す図であり、図６（Ｂ）は、ＳＩＭＳによる測定の結果の他の一例を示す図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。まず、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を用いて、本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法の準備ステップで準備されるシリコンウェーハ１について説明する。図１（Ａ）は、該シリコンウェーハ１を模式的に示す斜視図である。シリコンウェーハ１は、例えば、単結晶シリコンでなる円板状のウェーハである。

シリコンウェーハ１は、デバイスチップの製造に用いられる。シリコンウェーハ１の表面にＩＣ（Integrated Circuit）やＬＥＤ（light emitting diode）等の複数のデバイスを形成し、該デバイス毎にシリコンウェーハ１を分割するとデバイスチップとなる。該デバイスにはトランジスタやダイオード等の半導体素子が含まれるが、該半導体素子にＦｅ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属不純物が混入すると、半導体素子の特性が変化して該半導体素子が正常に機能しなくなる。

そのため、デバイスチップには該金属不純物の半導体素子への侵入を抑制するゲッタリング層が形成される。例えば、ゲッタリング作用を有するイオンをシリコンウェーハ１の表面から所定の深さ位置に注入することにより内部ゲッタリング層（ＩＧ層）を形成できる。また、シリコンウェーハ１の裏面を研削や研磨、プラズマエッチング等の方法で処理することにより、外部ゲッタリング層（ＥＧ層）を形成できる。

本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法の準備ステップでは、図１（Ｂ）に示す通り、内部の所定の深さ位置にＩＧ層３を有するシリコンウェーハ１を準備する。そして、本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法では、一方の面にＥＧ層を形成して、該一方の面を金属不純物により汚染し、他方の面からＳＩＭＳによる測定を実施することで、該ＥＧ層のゲッタリング能力を評価する。

ＩＧ層３は、例えば、酸素濃度の比較的高いシリコンウェーハ１を熱処理してシリコンウェーハ１中に酸素析出物を形成し結晶欠陥を形成する方法や、シリコンウェーハ１に所定のイオンを注入する方法等により形成される。ＩＧ層３は、シリコンウェーハ１の深さ方向中央よりも一方の面側にずれた深さ位置に設けられる。

本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法では、シリコンウェーハ１の２つの面のうちＩＧ層３に近い面１ａにＥＧ層を設けて金属不純物により汚染し、ＩＧ層３から遠い面１ｂを研削してシリコンウェーハ１を薄化し、面１ｂ側からＳＩＭＳ測定を実施する。

準備ステップの次に、準備した該シリコンウェーハ１の一方の面を加工して外部ゲッタリング層（ＥＧ層）を形成する外部ゲッタリング層形成ステップを実施する。ＥＧ層は、該シリコンウェーハ１の２つの面のうちＩＧ層３に近い面１ａを加工して形成する。ＥＧ層は、例えばドライポリッシュやドライエッチング等の方法で形成される。

図２を用いて、ドライポリッシュによりＥＧ層を形成する場合について説明する。図２は、ドライポリッシング装置におけるＥＧ層の形成を模式的に示す部分断面図である。

ドライポリッシング装置２は、シリコンウェーハを保持しながら回転できるチャックテーブル４を備える。チャックテーブル４の表面（上面）は、シリコンウェーハ１を保持する保持面４ａとなる。この保持面４ａは、チャックテーブル４の内部に形成された吸引路（不図示）を通じて吸引源（不図示）に接続されている。チャックテーブル４は、該保持面４ａに垂直な軸の周りに回転可能である。

ドライポリッシング装置２は、チャックテーブル４の上方に、一端にスピンドルモータ（不図示）が接続された円柱状のスピンドル６と、該スピンドル６の他端に接続された略円板状の研磨ホイール８と、を有する。該スピンドル６は該スピンドルモータによりチャックテーブル４の保持面４ａに略垂直な軸の周りに回転できる。

該円板状の研磨ホイール８の下面は該チャックテーブル４の保持面４ａに対面しており、該研磨ホイール８の下面には研磨パッド１０が装着されている。研磨パッド１０は、例えば、不織布等の研磨布中に結合剤とともに微細な砥粒を含ませて固定し成形したものである。砥粒は、シリカ、酸化セリウム等から構成される

ドライポリッシング装置２によりシリコンウェーハ１にＥＧ層を形成するとき、まず、シリコンウェーハ１の面１ａを上方に向けて、面１ｂをチャックテール４の保持面４ａに対面させ、チャックテーブル４の上にシリコンウェーハ１を載せる。シリコンウェーハ１の面１ｂには、ドライポリッシング中に面１ｂを保護するテープ５が貼られてもよい。

そして、チャックテーブル４の吸引源を作動させてチャックテーブル４からシリコンウェーハ１に負圧を作用させて、チャックテーブル４上にシリコンウェーハ１を吸引保持させる。その後、チャックテーブル４と、研磨ホイール８と、をそれぞれ保持面４ａに垂直な軸の周りに回転させながら、研磨ホイール８を所定の高さ位置に下降して、研磨パッド１０をシリコンウェーハ１の面１ａに接触させる。すると、シリコンウェーハ１の面１ａがドライポリッシングされる。

シリコンウェーハ１の面１ａはドライポリッシングにより鏡面加工されるが、シリコンウェーハ１の表面から５０ｎｍ程度の深さ位置までの間に、微細な傷やシリコンの結晶欠陥、結晶歪み等が形成される。これらの傷や結晶欠陥、結晶歪み等は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属不純物に対するゲッタリングサイトを構成する。すなわち、ドライポリッシングされたシリコンウェーハ１の面１ａには、ＥＧ層が形成される。

次に、図３を用いて、ドライエッチングによりＥＧ層を形成する場合について説明する。図３は、ドライエッチング装置における外部ゲッタリング層の形成を模式的に示す部分断面図である。

ドライエッチング装置１２は、チャンバ１４を備える。チャンバ１４の側壁には、搬出入口１６が設けられている。該搬出入口１６の外側には、該搬出入口１６を開閉するシャッター１８が設けられている。シャッター１８を開状態とすると、チャンバ１４の内部空間２０にシリコンウェーハ１を搬入できる。また、シャッター１８を閉状態とすると内部空間２０を外部から隔離できる。

チャンバ１４の内部空間２０の下方には、下部電極ユニット２２が設けられる。下部電極ユニット２２は、上部に保持テーブル２４を備える。保持テーブル２４の内部には吸引路２６が形成されており、該吸引路２６の一端はチャンバ１４の外部の吸引源２８と接続され、該吸引路２６の他端は保持テーブル２４の上面に通じている。保持テーブル２４の上にシリコンウェーハ１を載せ、吸引源２８を作動させて該吸引路２６を通じて該シリコンウェーハ１に負圧を作用することで、シリコンウェーハ１を吸引保持される。

下部電極ユニット２２の内部には、さらに内部電極３０が設けられている。該内部電極３０に電圧が印加されると、保持テーブル２４の上方に静電気が生じて保持テーブル２４に載せられたシリコンウェーハ１が静電吸着される。

チャンバ１４の内部空間２０の上方には、上部電極ユニット３２が設けられている。上部電極ユニット３２の内部にはガスの流路３６が形成されている。該流路３６の一端は、上部ユニット３２の下面に設けられた複数の噴出口３４に通じており、該流路３６の他端は、切り替えバルブ３８を経てフッ素ガス源４０または希ガス源に接続されている。切り替えバルブ３８によると、チャンバ１４の内部空間２０に送るガス種を選択できる。

チャンバ１４の底部には排気口４４が形成されており、一端が該排気口４４に通じる排気路の他端には減圧部４６が接続されている。該減圧部４６は、例えば、真空ポンプであり、該減圧部４６を作動させるとチャンバ１４の内部空間２０チャンバ１４の内部空間２０を減圧できる。

下部電極ユニット２２は、電源ユニット４８に電気的に接続されている。上部電極ユニット３２は接地されている。電源ユニット４８は、高周波電源５０と、低周波電源５２と、を備える。高周波電源５０は、下部電極ユニット２２と、上部電極ユニット３２と、の間に高周波電圧を印加する機能を有し、低周波電源５２は、下部電極ユニット２２と、上部電極ユニット３２と、の間に低周波電圧を印加する機能を有する。高周波電源５０と、低周波電源５２と、は同時に作動することもできる。

ドライエッチング装置１２によりシリコンウェーハ１にＥＧ層を形成するとき、まず、シャッター１８を開状態とし、搬出入口１６からチャンバ１４の内部空間２０にシリコンウェーハ１を搬入する。そして、シリコンウェーハ１の面１ａを上方に向けて、面１ｂを保持テーブル２４の保持面に対面させ、保持テーブル２４の上にシリコンウェーハ１を載せる。シリコンウェーハ１の面１ｂには、ドライエッチング中に面１ｂを保護するテープ５が貼られてもよい。

そして、吸引源２８を作動してシリコンウェーハ１に負圧を作用させて、さらに、内部電極３０に電圧を印加してシリコンウェーハ１に静電気力をシリコンウェーハ１に作用させて、保持テーブル４上にシリコンウェーハ１を保持させる。次に、シャッター１８を閉状態として内部空間２０と、チャンバ１４の外部と、を隔離して、減圧部４６を作動させて排気口４４を通じて該内部空間２０を減圧する。

その後、上部電極ユニット３２を下降させ、上部電極ユニット３２の下面と、下部電極ユニット２２の上面と、の間が所定の距離となるように上部電極ユニット３２を位置付ける。そして、切り替えバルブ３８を作動させてフッ素系ガス源４０を流路３６に接続させ、流路３６を経て上部電極ユニット３２の噴出口３４からフッ素系ガスを供給する。該フッ素系ガスは、例えばＳＦ_６である。

チャンバ１４の内部空間２０に該フッ素系ガスが充満している状態で、高周波電源５０を作動させて、上部電極ユニット３２と、下部電極ユニット２２と、の間に高周波電圧を印加して、該フッ素系ガスをプラズマ化させる。すると、シリコンウェーハ１の面１ａがプラズマエッチングされて清浄化される。

フッ素系ガスによるプラズマエッチングが完了した後は、切り替えバルブ３８を作動させて希ガス源４２を流路３６に接続させ、流路３６を経て上部電極ユニット３２の噴出口３４から希ガスを供給する。該希ガスは、例えばＡｒである。

チャンバ１４の内部空間２０に該希ガスが充満している状態で、高周波電源５０と、低周波電源５２と、の両方を作動させて、上部電極ユニット３２と、下部電極ユニット２２と、の間に高周波電圧と、低周波電圧と、を重畳的に印加する。

すると、希ガスがプラズマ化して、シリコンウェーハ１の面１ａに衝突して、該面１ａ近傍に微細な結晶欠陥や結晶歪み等を生じる。結晶欠陥、結晶歪み等は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属不純物に対するゲッタリングサイトを構成する。つまり、シリコンウェーハ１の面１ａには、ＥＧ層が形成される。図４（Ａ）は、ＥＧ層７が形成されたシリコンウェーハを模式的に示す断面図である。

このように、ドライポリッシュやドライエッチング等の方法により、シリコンウェーハ１の一方の面１ａにはＥＧ層７が形成される。形成されたＥＧ層７の金属不純物に対するゲッタリング能力はＥＧ層７の形成条件により異なるため、ゲッタリング能力の高いＥＧ層７が形成される条件を探す研究がされる。

本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法では、外部ゲッタリング層形成ステップの後に、金属不純物を付着させる金属汚染ステップを実施する。該金属汚染ステップでは、ＥＧ層７のゲッタリング能力を評価するために、シリコンウェーハ１のＥＧ層７が形成された該一方の面１ａにＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属不純物を付着させて汚染する。

シリコンウェーハ１のＥＧ層７が形成された面１ａに、例えば、Ｃｕを付着させる場合、Ｃｕを含む溶液を塗布して乾燥させる方法がある。Ｃｕを含む溶液は、例えば、硫酸銅水溶液や硝酸銅水溶液である。形成方法が異なる複数のＥＧ層７間でゲッタリング能力を比較するために、例えば、Ｃｕを含む溶液には標準溶液を使用して所定の方法で該Ｃｕを含む溶液をシリコンウェーハ１の該面１ａに塗布する。

また、例えば、蒸着またはスパッタリング等の方法によりシリコンウェーハ１の該面１ａにＣｕの薄膜を形成することで、該面１ａに金属不純物を付着させてもよい。この場合においても、形成方法が異なる複数のＥＧ層７間でゲッタリング能力を比較するために、所定の方法でＣｕの薄膜を形成する。

図４（Ｂ）は、金属不純物により汚染されたシリコンウェーハ１を模式的に示す断面図である。金属汚染ステップを実施することにより、図４（Ｂ）に示す通り、シリコンウェーハ１のＥＧ層７が形成された面１ａに金属９を付着させる。

金属汚染ステップの後には、シリコンウェーハ１を加熱する加熱ステップを実施する。加熱ステップでは、シリコンウェーハ１の面１ａに付着させた金属９からＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属不純物をシリコンウェーハ１の内部に拡散させるために、シリコンウェーハ１を加熱する。シリコンウェーハ１の加熱は、例えば、ＲＴＡ（Rapid thermal annealing）装置の内部で実施する。例えば、シリコンウェーハ１を３５０℃で３時間加熱する。

ＥＧ層７のゲッタリング能力が高ければ、該ＥＧ層７に捕集される該金属不純物が多くなりシリコンウェーハ１の内部に拡散する金属不純物は少なくなる。一方で、ＥＧ層７のゲッタリング能力が低ければ、該ＥＧ層７に捕集される該金属不純物が少なくなりシリコンウェーハ１の内部に拡散する金属不純物は多くなる。加熱ステップを実施すると、金属９からの金属不純物の移動が促進され、シリコンウェーハ１の内部へ金属不純物が拡散しやすくなり、ＥＧ層７のゲッタリング能力を評価しやすくなる。

本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法では、内部にＩＧ層３が形成されたシリコンウェーハ１を用いるため、面１ａに付着した金属９からＥＧ層７を経てシリコンウェーハ１に拡散する金属不純物は、該ＩＧ層３に捕集されやすい。そのため、二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry。以下ＳＩＭＳという）による分析により、該ＩＧ層３における該金属不純物の濃度を測定することでＥＧ層７のゲッタリング能力を評価できる。

本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法におけるＳＩＭＳ測定では、シリコンウェーハ１の表面に一次イオンのビームを照射し、該表面との衝突により発生して該表面から放出された金属不純物に由来する二次イオンを質量分析計により検出する。濃度既知の金属不純物が含まれる標準試料を用いて、予めシリコンウェーハ１中の金属不純物のイオン化率等のパラメータを求めておくと、質量分析計に検出された二次イオンの量からＩＧ層３に含まれる金属不純物の濃度を算出できる。

例えば、ＳＩＭＳ測定をシリコンウェーハ１の面１ａ側から実施する場合、面１ａに付着した金属９やＥＧ層７に高濃度に含まれる金属不純物が一次イオンのビームの照射のエネルギーによりシリコンウェーハ１の内部に押し込まれてしまう。これは、ＳＩＭＳ測定におけるノックオン効果として知られる現象である。

そのままＳＩＭＳ測定を続行してシリコンウェーハ１を面１ａ側から掘り進めると、シリコンウェーハ１の内部に本来存在していたよりも多くの金属不純物が検出されてしまい、シリコンウェーハ１中の金属不純物濃度を正しく測定できない。

そこで、本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法においては、シリコンウェーハ１の面１ａとは反対の面１ｂ側からＳＩＭＳ測定を実施する。シリコンウェーハ１中のＩＧ層３よりも面１ｂ側には金属不純物を高濃度に含む層は存在しないため、ノックオン効果による影響を受けずにＩＧ層３に含まれる金属不純物の濃度を測定できる。このように、シリコンウェーハ１の裏面側から実施するＳＩＭＳ測定は、バックサイドＳＩＭＳと呼ばれる。

シリコンウェーハ１に対するバックサイドＳＩＭＳ測定では、面１ｂ側に一次イオンを照射してシリコンウェーハ１を掘り進めながら放出される二次イオンを検出する。ここで、面１ｂからＩＧ層３までの距離が比較的大きいため、面１ｂから掘り進めるのでは測定対象となるＩＧ層３に到達するまでに時間がかかる等の問題を生じる。そこで、本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法では、シリコンウェーハ１を面１ｂ側から研削して薄化する薄化ステップを実施する。

薄化ステップについて説明する。図５（Ａ）は、研削ステップを模式的に示す部分断面図である。図５（Ａ）に示すように、研削装置５４は、シリコンウェーハ１を吸引保持するチャックテーブル５６を備える。チャックテーブル５６は上述のチャックテーブル４と同様の構成であり、上面がシリコンウェーハ１を保持する保持面５６ａとなる。該チャックテーブル５６は、該保持面５６ａに垂直な軸の周りに回転可能である。

研削装置５４は、チャックテーブル５６の上方に、円環状の研削ホイール６０を回転可能に支持するスピンドル５８と、該研削ホイール６０の下面側に円環状に並ぶように固定された複数の研削砥石６２と、を備える。

シリコンウェーハ１の面１ｂ側を研削するために、面１ａ側を下方に向けた状態で保護テープ５ａを介してウェーハ１をチャックテーブル５６の保持面５６ａ上に載せる。このとき、シリコンウェーハ１の中心がチャックテーブル５６の回転軸と合うようにシリコンウェーハ１を位置付ける。そして、チャックテーブル５６にシリコンウェーハ１を吸引保持させて、シリコンウェーハ１の裏面１ｂ側を上方に露出する。

次に、スピンドル５８を回転させ研削ホイール６０を回転させるとともに、チャックテーブル５６を回転させる。そして、研削ホイール６０をシリコンウェーハ１に向けて下降させ、回転する研削ホイール６０に固定された研削砥石６２が面１ｂに触れるとシリコンウェーハ１が研削加工される。そして、所定の高さ位置に研削砥石６２が位置付けられると、シリコンウェーハ１が所定の厚さにまで薄化される。

上述の金属汚染ステップやその他のタイミングでは、研削加工される前の面１ｂに金属が付着するおそれがある。面１ｂに金属が付着していると上述のノックオン効果等の影響によりＳＩＭＳ測定を正しく実施できないおそれがある。しかしながら、シリコンウェーハ１に対する研削加工によりそのような金属も除去されるため、研削加工により新たに露出した面１ｂからＳＩＭＳ測定を実施することで、ＩＧ層３に含まれる金属不純物の濃度をより正確に測定できる。

本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法では、次に、該シリコンウェーハ１の面１ｂ側から一次イオンを照射してシリコンウェーハ１を深さ方向に掘り進め、該ＩＧ層３から放出された二次イオンを検出するＳＩＭＳ測定を行う測定ステップを実施する。図５（Ｂ）は、薄化されたシリコンウェーハにおけるＳＩＭＳ測定を模式的に示す断面図である。

ＳＩＭＳ測定は、ＳＩＭＳ分析装置６４により実施する。ＳＩＭＳ分析装置６４は、真空排気されるチャンバ（不図示）と、一次イオンビームを照射する一次イオン源６６と、二次イオンを検出する質量分析計６８と、を有する。

まず、該チャンバ内にシリコンウェーハ１を搬入し、上述の研削加工により露出された面１ｂ側を上方に露出させるようにシリコンウェーハ１をチャンバ内に位置付ける。次に、該チャンバ内を排気して真空状態にして、一次イオン源６６からシリコンウェーハ１の面１ｂに一次イオンを照射する。ここで、該一次イオンには、例えば、Ｏ_２ ^＋やＯ⁻等が用いられる。

該一次イオンがシリコンウェーハ１の面１ｂに衝突すると、シリコンウェーハ１中のシリコンや金属不純物の一部がイオン化してシリコンウェーハ１の外部に放出される。一次イオンの照射により放出されたイオンは二次イオンと呼ばれる。該二次イオンの一部は質量分析計６８に到達する。質量分析計６８では、特定の質量の該二次イオンの数が二次イオン強度として観測される。

シリコンウェーハ１の面１ｂに一次イオンを継続して照射しシリコンウェーハ１を掘り進めると、ＩＧ層３が部分的に露出する。さらに一次イオンが照射されると、ＩＧ層３に含まれる金属不純物に由来する二次イオンが放出される。その後、一次イオンの照射によりシリコンウェーハ１をさらに掘り進めて、ＥＧ層７または金属９が露出するとき一次イオンの照射を停止する。

一次イオンの照射が継続されている間、該質量分析計６８に到達した二次イオンが逐次観測される。すると、一次イオンの照射開始からの経過時間と、該質量分析計６８により観測された二次イオン強度と、の関係が得られる。

一次イオンの照射を停止した後、一次イオンの照射によりシリコンウェーハ１に形成されたクレーター（測定痕）の底面の深さを段差計等を用いて測定する。一次イオンの照射によりシリコンウェーハ１が掘り進められる速度（スパッタレート）は略一定となるため、一次イオン照射時間を測定深さに変換できる。

そして、予め濃度既知の金属不純物が含まれる標準試料を用いて、シリコンウェーハ１中の金属不純物のイオン化率等のパラメータを求めておく。すると、ＳＩＭＳ測定の結果と、該パラメータと、に基づいてシリコンウェーハ１の測定深さと、該シリコンウェーハ１中の金属不純物の濃度と、の関係を算出できる。そして、ＩＧ層３が形成された深さ位置における金属不純物の濃度を読み取ることで、ＩＧ層３中の金属不純物の濃度が得られる。

次に、該金属不純物の二次イオンに関するＳＩＭＳ測定の結果から該外部ゲッタリング層のゲッタリング能力を評価する評価ステップを実施する。ＳＩＭＳ測定の結果の一例を図６（Ａ）及び図６（Ｂ）にそれぞれ示す。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、金属不純物濃度の深さ方向プロファイルの一例である。該プロファイルの横軸は、シリコンウェーハ１中の深さを示す。横軸の左端はシリコンウェーハ１が研削されて露出した面１ｂの深さ、１３はＩＧ層３の形成深さ、１５はＥＧ層７の形成深さをそれぞれ示す。該プロファイルの縦軸は、シリコンウェーハ１中の該金属不純物の濃度を示す。なお、ＳＩＭＳ測定においては一般的に該縦軸が対数軸で示される。ＳＩＭＳ測定の測定方向（掘り進める方向）は矢印１７で示される。

図６（Ａ）は、ＩＧ層３の形成深さ１３において金属不純物が検出される場合における金属不純物濃度の深さ方向プロファイル１１ａである。この場合、ＥＧ層７を経てシリコンウェーハ１に移動した金属不純物が比較的多いことを意味しており、シリコンウェーハ１に形成されたＥＧ層７のゲッタリング能力が比較的低いと評価される。

図６（Ｂ）は、ＩＧ層３の形成深さ１３において金属不純物が検出されない場合における金属不純物濃度の深さ方向プロファイル１１ｂである。この場合、ＥＧ層７を経てシリコンウェーハ１に移動した金属不純物が比較的少ないことを意味しており、シリコンウェーハ１に形成されたＥＧ層７のゲッタリング能力が比較的高いと評価される。

シリコンウェーハ１にＩＧ層３が形成されていない場合、ＥＧ層７を経てシリコンウェーハ１に移動した金属不純物は該シリコンウェーハ１の広い範囲に分布するようになる。この場合、該金属不純物濃度がＳＩＭＳ測定により検出できる濃度となりにくく、特にＥＧ層７のゲッタリング能力がある程度高くなりシリコンウェーハ１に進入する金属不純物が少なくなると、金属不純物を検出できなくなる。そのため、ＳＩＭＳ測定によりＥＧ層７のゲッタリング能力を評価しにくくなる。

その一方で、本実施形態に係るゲッタリング能力の評価方法では、内部にＩＧ層３が形成されたシリコンウェーハ１を用いるため、ＥＧ層７を経てシリコンウェーハ１に移動した金属不純物はＩＧ層３に集められる。すると、ＩＧ層３において金属不純物濃度が高くなりやすくなり、ＳＩＭＳ測定により金属不純物が検出されやすくなる。したがって、ＥＧ層７について、より詳細にゲッタリング能力を評価できる。

なお、上記実施形態では、評価ステップではＳＩＭＳ測定により得られたＩＧ層３中の不純物濃度に基づいてＥＧ層７中の不純物濃度を評価するが、本発明の一態様はこれに限定されない。ＳＩＭＳ測定により検出されたＩＧ層３から放出された二次イオンの数（二次イオン強度）に基づいてＥＧ層７のゲッタリング能力を評価してもよい。

シリコンウェーハ１の内部に形成されたＩＧ層３が薄く、例えば、ＩＧ層３の形成深さ１３付近における金属不純物濃度の深さ方向プロファイルにピーク形状が現れる場合、該ＩＧ層３中の金属不純物濃度を算出できないことがある。その場合においても、該ピークの頂点における二次イオン強度の値を用いてＥＧ層７のゲッタリング能力を評価できる場合がある。

例えば、２つのシリコンウェーハ１に対するＳＩＭＳ測定の結果において、該ピークの頂点における二次イオン強度の値を比較することで、２つのＥＧ層７のゲッタリング能力の大小等を評価することができる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１シリコンウェーハ
１ａ，１ｂ面
３ＩＧ層
５，５ａ保護テープ
７ＥＧ層
９金属
１１ａ，１１ｂ金属不純物のＳＩＭＳプロファイル
１３ＩＧ層の形成深さ
１５シリコンウェーハの厚さに対応する深さ
１７矢印
２ドライポリッシング装置
４，５６チャックテーブル
４ａ，５６ａ保持面
６，５８スピンドル
８研磨ホイール
１０研磨パッド
１２ドライエッチング装置
１４チャンバ
１６搬出入口
１８シャッター
２０内部空間
２２下部電極ユニット
２４保持テーブル
２６吸引路
２８吸引源
３０内部電極
３２上部電極ユニット
３４噴出口
３６流路
３８切り替えバルブ
４０フッ素系ガス源
４２希ガス源
４４排気口
４６減圧部
４８電源ユニット
５０高周波電源
５２低周波電源
５４研削装置
６０研削ホイール
６２研削砥石
６４ＳＩＭＳ分析装置
６６一次イオン源
６８質量分析計

Claims

シリコンウェーハに形成される外部ゲッタリング層のゲッタリング能力の評価方法であって、
内部に内部ゲッタリング層を有するシリコンウェーハを準備する準備ステップと、
準備した該シリコンウェーハの一方の面を加工して該一方の面に外部ゲッタリング層を形成する外部ゲッタリング層形成ステップと、
該外部ゲッタリング層が形成された該一方の面に金属不純物を付着させる金属汚染ステップと、
該金属汚染ステップを実施した後、該シリコンウェーハを加熱する加熱ステップと、
該加熱ステップを実施した後、該シリコンウェーハの他方の面側から一次イオンを照射して該シリコンウェーハを深さ方向に掘り進め、該シリコンウェーハの内部ゲッタリング層から放出された二次イオンを検出する二次イオン質量分析法による測定を実施する測定ステップと、
該金属不純物に対応する質量の二次イオンに関する二次イオン質量分析法による測定の結果から該外部ゲッタリング層のゲッタリング能力を評価する評価ステップと、
を備えることを特徴とするゲッタリング能力の評価方法。
該金属汚染ステップでは、Ｃｕを含む溶液の塗布、Ｃｕの蒸着又はＣｕターゲットを用いたスパッタリングにより該シリコンウェーハの該一方の面に金属不純物を付着させることを特徴とする請求項１記載のゲッタリング能力の評価方法。
該測定ステップの前に該他方の面を研削して薄化する薄化ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のゲッタリング能力の評価方法。