JP6848900B2 - 半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法および該評価方法を用いた半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法および該評価方法を用いた半導体ウェーハの製造方法に関する。
半導体デバイスは、半導体ウェーハの表面に集積回路素子などのデバイス構造を形成するデバイス形成工程を経て作製される。デバイス形成工程では、金属不純物による半導体ウェーハの金属汚染が懸念される。この対策として、半導体ウェーハの内部や裏面に金属不純物を捕獲するためのゲッタリング源を形成することにより、半導体ウェーハに金属不純物に対するゲッタリング能力を付与することが行われている。よって、デバイス形成工程における半導体ウェーハの金属汚染を回避させるためには、半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価することが重要である。
特許文献１には、半導体ウェーハとしてのシリコンウェーハのゲッタリング能力の評価方法として以下の技術が開示されている。すなわち、まず、ゲッタリング源としてのイオン注入層が形成されたシリコンウェーハを用意する。次に、シリコンウェーハの表面をＮｉで故意汚染し、シリコンウェーハの表面に垂直な面が露出するように、シリコンウェーハを劈開する。次に、劈開後のシリコンウェーハに対して熱処理を施すことにより、故意汚染したＮｉをイオン注入層に捕獲させるとともに、劈開面にＮｉシリサイドを析出させる。次に、劈開面に選択エッチングを施すことにより、劈開面にＮｉシリサイドのシャローピットを形成する。次に、シャローピットの深さ方向分布を観察し、シャローピットが存在していない領域の長さに基づいてイオン注入層のゲッタリング能力を評価する。
特許文献１に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力の評価方法のように、ゲッタリング能力を付与したシリコンウェーハに対して故意汚染し、熱処理した後に析出したシリサイドを選択エッチングして観察する手法は、良く行われている。ところが、このような評価方法によりゲッタリング能力が良好であると評価されたシリコンウェーハであっても、半導体デバイスの動作不良が生じることがあった。そのため、従来よりもデバイス形成工程を考慮して半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価する方法が求められる。
そこで本発明は、上記課題に鑑み、デバイス形成工程を考慮して半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価することが可能な半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法を提供することを目的とする。また、本発明は、デバイス形成工程を考慮して半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価することが可能な半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法を用いた半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討したところ、半導体デバイスを形成した半導体ウェーハの表層（以下、「デバイス形成領域」とも称する。）には、デバイス形成工程において形成する絶縁膜やデバイス構造に起因して１０ＭＰａ〜１０ＧＰａ程度の応力が生じる。半導体ウェーハ中のゲッタリング源に捕獲できなかった金属不純物が存在すると、捕獲できなかった金属不純物は、この応力によって半導体ウェーハの表層に引き寄せられてシリサイドを形成する。そして、このシリサイドから発生した転位によって半導体デバイスの動作不良が生じる場合があることが判明した。そして、さらなる検討を進めたところ、半導体デバイスを形成することによって生じる応力を模擬した状態で、半導体ウェーハに対して故意汚染テストを行うことにより、デバイス形成工程を考慮して、半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価することができるのではないかという着想を得た。
本発明は、上記着想に基づくものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）ゲッタリング源を有し、かつ常温下でおもて面側の表層に応力が生じた半導体ウェーハを用意する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記半導体ウェーハを金属不純物で故意汚染する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記半導体ウェーハに対して熱処理を施す第３工程と、
前記第３工程の後に、前記表層に対して選択エッチング処理を施す第４工程と、
前記第４工程の後に、前記選択エッチング処理した表面を光学顕微鏡で観察した時に、転位が検出されるか否かに基づいて、前記ゲッタリング源の前記金属不純物に対するゲッタリング能力を評価する第５工程と、
を有することを特徴とする半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（１）ゲッタリング源を有し、かつ常温下でおもて面側の表層に応力が生じた半導体ウェーハを用意する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記半導体ウェーハを金属不純物で故意汚染する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記半導体ウェーハに対して熱処理を施す第３工程と、
前記第３工程の後に、前記表層に対して選択エッチング処理を施す第４工程と、
前記第４工程の後に、前記選択エッチング処理した表面を光学顕微鏡で観察した時に、転位が検出されるか否かに基づいて、前記ゲッタリング源の前記金属不純物に対するゲッタリング能力を評価する第５工程と、
を有することを特徴とする半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（２）前記第１工程では、前記応力により、前記半導体ウェーハの反りが７×１０-5ｍ-1以上となっている、上記（１）に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（３）前記第１工程では、前記半導体ウェーハの表面上に絶縁膜を形成することにより、前記応力を生じさせる、上記（１）または（２）に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（４）前記絶縁膜の厚さは１０ｎｍ以上である、上記（３）に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（５）前記絶縁膜は窒化膜または酸化膜である、上記（３）または（４）に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（６）前記第３工程では、雰囲気温度が８００℃以上１１００℃以下、５分以上１２０分以下の第１の熱処理を行った後に、前記半導体ウェーハを常温に冷却し、その後に雰囲気温度が９００℃以上１２００℃以下、５分以上１０００分以下の第２の熱処理を行う、上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（７）前記ゲッタリング源は酸素析出物である、上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（８）前記半導体ウェーハはシリコンウェーハである、上記（１）〜（７）のいずれか一つに記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（９）前記半導体ウェーハは、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハである、上記（１）〜（７）のいずれか一つに記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか一つに記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法によってゲッタリング能力が良好であると評価される半導体ウェーハが得られる条件で、半導体ウェーハにゲッタリング源を形成する工程を有することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
本発明によれば、デバイス形成工程を考慮して半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価することができる。
（半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法）
以下、図面を適宜参照して、半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを用いる場合を例にして、本発明による半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法の一実施形態を説明する。
以下、図面を適宜参照して、半導体ウェーハとしてシリコンウェーハを用いる場合を例にして、本発明による半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法の一実施形態を説明する。
［第１工程：シリコンウェーハの用意］
図１及び図２（Ａ）を参照して、第１工程では、ゲッタリング源を有し、かつ常温下でおもて面１０Ａ側の表層に応力が生じたシリコンウェーハ１０を用意する（ステップＳ１）。本実施形態における「表層」とは、デバイス形成工程において半導体デバイスが形成されるデバイス形成領域を意味し、例えばシリコンウェーハのおもて面１０Ａから深さ方向に０．０１〜１μｍまでの領域とすることができる。また、「常温」は２０〜３０℃とすることが好ましい。
図１及び図２（Ａ）を参照して、第１工程では、ゲッタリング源を有し、かつ常温下でおもて面１０Ａ側の表層に応力が生じたシリコンウェーハ１０を用意する（ステップＳ１）。本実施形態における「表層」とは、デバイス形成工程において半導体デバイスが形成されるデバイス形成領域を意味し、例えばシリコンウェーハのおもて面１０Ａから深さ方向に０．０１〜１μｍまでの領域とすることができる。また、「常温」は２０〜３０℃とすることが好ましい。
ゲッタリング源を有するシリコンウェーハ１０は、特に限定されないが、例えばその内部に結晶欠陥である酸素析出物（シリコン酸化物析出物の通称であり、ＢＭＤ：Bulk Micro Defectとも称される。）が形成されたものを用いることができる。具体的には、チョクラルスキー法により育成された単結晶シリコンインゴットから切り出したシリコンウェーハに対して熱処理を施すことで、単結晶シリコンインゴットを引き上げる際に導入された酸素析出核が成長して酸素析出物が形成される。なお、酸素析出物の表面積が大きいほどゲッタリング能力が高くなり、酸素析出物の表面積は、この熱処理条件を変更することにより適宜制御することができる。
シリコンウェーハ１０の表層に生じさせる応力の大きさとしては、この応力によってシリコンウェーハ１０の反りが７×１０-5ｍ-1以上となるように設定することが好ましい。ここで、本明細書における「反り」とは、Ｗａｒｐ−ｂｆ（ＡＳＴＭ Ｆ１３９０、単位：ｍ）をウェーハ直径（単位：ｍ）の２乗で割った値として定義する。
シリコンウェーハ１０の表層に応力を生じさせる方法は、例えば図２（Ａ）に示すようにシリコンウェーハ１０のおもて面上に絶縁膜１２を形成する方法が挙げられる。絶縁膜１２の種類や厚さは、デバイス形成工程において生じる応力を適宜考慮して選択することができる。ただし、絶縁膜１２の厚さは１０ｎｍ以上とすることが好ましい。シリコンウェーハ１０と絶縁膜１２の熱膨張率の差によって、シリコンウェーハ１０には反りが生じ、絶縁膜１２の厚さが１０ｎｍ以上であれば、反りを７×１０-5ｍ-1以上にすることができるからである。なお、絶縁膜の厚さの上限は、特に限定されないが、評価コストの観点から１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
半導体ウェーハとしてシリコンウェーハ１０を用いる場合、絶縁膜１２としては、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜とすることが好ましい。これらの絶縁膜は、シリコン結晶と異なる格子定数を有するので、シリコンウェーハ１０に対して容易に応力を付与することができるからである。シリコン窒化膜は、例えば化学蒸着（ＣＶＤ:chemical vapor deposition）法を用いて、モノシランやジクロロシランなどのシラン系化合物およびアンモニアをソースガスとして、７００〜９００℃程度で成長させることができる。シリコン酸化膜は、例えばＣＶＤ法を用いて、モノシランやジクロロシランなどのシラン系化合物をソースガスとし、酸素や一酸化二窒素などの酸化性ガスを用いて、４００〜９００℃程度で成長させることができる。あるいは、シリコン酸化膜は、公知のドライ酸化法、ウェット酸化法等を用いて熱酸化により形成してもよい。
なお、シリコンウェーハ１０の表層に応力を生じさせる方法は、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの絶縁膜をシリコンウェーハのおもて面１０Ａに形成する方法に限定されない。例えば、シリコンウェーハの裏面１０Ｂに絶縁膜を形成して、ウェーハを反らせることで、シリコンウェーハのおもて面１０Ａ側の表層に応力を生じさせてもよい。また、シリコンウェーハ１０の裏面を、ウェーハを支持するステージに真空吸着することで機械的に応力を生じさせてもよい。
［第２工程：故意汚染］
図１及び図２（Ａ）を参照して、第２工程では、シリコンウェーハの裏面１０Ｂを金属不純物で故意汚染する（ステップＳ２）。例えば、公知のスピンコート法を用いて、金属不純物を含有する汚染液（１×１０11〜１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）をシリコンウェーハの裏面１０Ｂに塗布する。金属不純物としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗなど、デバイス形成工程において汚染源となるおそれがある金属不純物を用いることができる。
図１及び図２（Ａ）を参照して、第２工程では、シリコンウェーハの裏面１０Ｂを金属不純物で故意汚染する（ステップＳ２）。例えば、公知のスピンコート法を用いて、金属不純物を含有する汚染液（１×１０11〜１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）をシリコンウェーハの裏面１０Ｂに塗布する。金属不純物としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗなど、デバイス形成工程において汚染源となるおそれがある金属不純物を用いることができる。
［第３工程：熱処理］
図１及び図２（Ａ）を参照して、第３工程では、シリコンウェーハ１０に対して熱処理を施す（ステップＳ３）。これにより、第２工程にてシリコンウェーハの裏面１０Ｂに塗布された金属不純物は、シリコンウェーハ１０内を熱拡散して、ゲッタリング源である酸素析出物に捕獲される。酸素析出物により捕獲しきれなかった金属不純物が存在する場合には、捕獲されなかった金属不純物は、応力によってシリコンウェーハ１０の表層に引き寄せられ、シリコンと結合する。これにより、シリコンウェーハ１０のおもて面から１μｍ程度までの深さ位置にわたって、あるいは絶縁膜１２を有する場合は、絶縁膜１２とシリコンウェーハ１０との界面から１μｍ程度までの深さ位置にわたってシリサイドが形成される。そして、このシリサイドに起因して、シリコンウェーハ１０の表層には歪みが生じ、この歪みを緩和するようにシリサイドが形成された位置に転位が発生する。
図１及び図２（Ａ）を参照して、第３工程では、シリコンウェーハ１０に対して熱処理を施す（ステップＳ３）。これにより、第２工程にてシリコンウェーハの裏面１０Ｂに塗布された金属不純物は、シリコンウェーハ１０内を熱拡散して、ゲッタリング源である酸素析出物に捕獲される。酸素析出物により捕獲しきれなかった金属不純物が存在する場合には、捕獲されなかった金属不純物は、応力によってシリコンウェーハ１０の表層に引き寄せられ、シリコンと結合する。これにより、シリコンウェーハ１０のおもて面から１μｍ程度までの深さ位置にわたって、あるいは絶縁膜１２を有する場合は、絶縁膜１２とシリコンウェーハ１０との界面から１μｍ程度までの深さ位置にわたってシリサイドが形成される。そして、このシリサイドに起因して、シリコンウェーハ１０の表層には歪みが生じ、この歪みを緩和するようにシリサイドが形成された位置に転位が発生する。
本実施形態では、常温下で表層に応力が生じたシリコンウェーハ１０に対して第２工程および第３工程、すなわち金属不純物による故意汚染テストを行うことが重要である。以下では、この技術的意義を説明する。
従来のシリコンウェーハのゲッタリング能力の評価方法では、シリコンウェーハの表層に応力をかけずに故意汚染テストを行っており、この方法でゲッタリング能力が良好であると評価された場合であっても、半導体デバイスの動作不良が生じることがあった。本発明者らは、この原因を以下のように考える。シリコンウェーハに半導体デバイスを形成すると、デバイス形成領域には１０ＭＰａ〜１０ＧＰａ程度の応力が生じる。この応力によって、酸素析出物によって捕獲しきれなかった微量な金属不純物は、デバイス形成領域に引き寄せられ、シリコンと結合してシリサイドを形成する。そして、シリサイドから発生した転位がリーク電流を誘発し、これにより半導体デバイスに動作不良が生じる。そのため、デバイス形成領域に生じる応力を模擬した状態で、シリコンウェーハのゲッタリング能力を評価することが、デバイス形成工程を考慮したゲッタリング能力を評価する上で重要である。本実施形態では、デバイス形成領域となるシリコンウェーハの表層に応力をかけた状態で故意汚染テストを行うので、シリコンウェーハのゲッタリング能力が、デバイス形成工程において求められる実際のゲッタリング能力に達しているか否かを評価することができる。
第３工程の熱処理は、雰囲気温度が８００℃以上１１００℃以下のある一定温度で５分以上１２０分以下の時間保持する第１の熱処理を行った後に、シリコンウェーハ１０を常温に冷却し、その後、雰囲気温度が９００℃以上１２００℃以下のある一定温度で５分以上１０００分以下の時間保持する第２の熱処理を行うことが好ましい。第１の熱処理により、金属不純物がウェーハ内部に拡散し、酸素析出物に捕獲される。その後、酸素析出物によって捕獲しきれなかった金属不純物が存在する場合には、シリコンウェーハ１０が冷却される過程で、シリコンウェーハ１０のおもて面近傍に、あるいは絶縁膜１２を有する場合は、絶縁膜１２とシリコンウェーハ１０との界面近傍にシリサイドが形成される。第２の熱処理により、シリサイドに起因する転位が発生する。第１および第２の熱処理における熱処理雰囲気は、例えばＨ2、Ｏ2、Ａｒ、Ｎ2、Ｈｅあるいはこれらの混合雰囲気とすることができる。なお、これらの熱処理の方法は、特に限定されず、例えば抵抗加熱式熱処理炉を用いる方法が挙げられる。
［第４工程：エッチング処理］
図１及び図２（Ａ）を参照して、第４工程では、シリコンウェーハ１０の表層に対して選択エッチング処理を施す（ステップＳ４）。これによりシリサイドに起因する転位が顕在化される。ここで、絶縁膜１２が形成されたシリコンウェーハ１０を用いる場合には、第４工程では、少なくとも絶縁膜１２を除去してから選択エッチング処理を行うことが好ましい。転位をより顕在化させる観点から、選択エッチング処理としては、クロム酸を含むライトエッチング液を用いて、エッチング量が０．５〜３．０μｍとなる処理を行うことが好ましい。
図１及び図２（Ａ）を参照して、第４工程では、シリコンウェーハ１０の表層に対して選択エッチング処理を施す（ステップＳ４）。これによりシリサイドに起因する転位が顕在化される。ここで、絶縁膜１２が形成されたシリコンウェーハ１０を用いる場合には、第４工程では、少なくとも絶縁膜１２を除去してから選択エッチング処理を行うことが好ましい。転位をより顕在化させる観点から、選択エッチング処理としては、クロム酸を含むライトエッチング液を用いて、エッチング量が０．５〜３．０μｍとなる処理を行うことが好ましい。
［第５工程：ゲッタリング能力の評価］
図１を参照して、第５工程では、第４工程の選択エッチング処理したウェーハ表面を光学顕微鏡で観察した時に、転位が検出されるか否かに基づいて前記ゲッタリング源の前記金属不純物に対するゲッタリング能力を評価する（ステップＳ５）。具体的には、転位が検出されない場合には、第１工程にて用意したシリコンウェーハのゲッタリング能力が良好であると評価する。これは、酸素析出物の表面積の大きさや密度が適切であるため、ウェーハおもて面に応力がかかった状態であっても酸素析出物がゲッタリング源として十分に機能することを意味する。一方で、転位が検出される場合には、第１工程にて用意したシリコンウェーハのゲッタリング能力が良好ではないと評価する。これは、酸素析出物の表面積の大きさや密度が適切でないため、ウェーハおもて面に応力がかかった状態では酸素析出物がゲッタリング源として十分には機能しないことを意味する。
図１を参照して、第５工程では、第４工程の選択エッチング処理したウェーハ表面を光学顕微鏡で観察した時に、転位が検出されるか否かに基づいて前記ゲッタリング源の前記金属不純物に対するゲッタリング能力を評価する（ステップＳ５）。具体的には、転位が検出されない場合には、第１工程にて用意したシリコンウェーハのゲッタリング能力が良好であると評価する。これは、酸素析出物の表面積の大きさや密度が適切であるため、ウェーハおもて面に応力がかかった状態であっても酸素析出物がゲッタリング源として十分に機能することを意味する。一方で、転位が検出される場合には、第１工程にて用意したシリコンウェーハのゲッタリング能力が良好ではないと評価する。これは、酸素析出物の表面積の大きさや密度が適切でないため、ウェーハおもて面に応力がかかった状態では酸素析出物がゲッタリング源として十分には機能しないことを意味する。
第５工程において、転位を観察できれば光学顕微鏡の倍率は特に限定されないが、半導体デバイスの動作不良をより抑制する観点から、倍率を２００倍以上にすることが好ましい。
（半導体ウェーハの製造方法）
次に、半導体ウェーハとして、内部に酸素析出物（ＢＭＤ）を有するシリコンウェーハを製造する場合を例にして、本発明による半導体ウェーハの製造方法の一実施形態を説明する。
次に、半導体ウェーハとして、内部に酸素析出物（ＢＭＤ）を有するシリコンウェーハを製造する場合を例にして、本発明による半導体ウェーハの製造方法の一実施形態を説明する。
本実施形態では、上述したシリコンウェーハのゲッタリング能力の評価方法を用いて、ゲッタリング能力が良好であると評価されるシリコンウェーハが得られる条件で、シリコンウェーハの内部に酸素析出物を形成する工程を有することを特徴とする。
具体的には、まず、チョクラルスキー法により種々の条件で育成された単結晶シリコンインゴットから切り出し、ウェーハ加工したもの、場合によってはさらに種々のゲッタリング処理を施された故意汚染テスト用のシリコンウェーハ（以下、「テストウェーハ」と称する。）を複数用意する。次に、このようにして得られた、複数のテストウェーハを、デバイス形成工程を考慮して絶縁膜の種類や厚さを適切に変量することにより設定した上述のゲッタリング能力の評価方法に供する。すると、選択エッチング後の転位の有無によって、ゲッタリング能力が良好であるか否かが評価される。そして、シリコンウェーハの製造工程では、製造対象のシリコンウェーハにおいて、表面の転位がなく、ゲッタリング能力が良好であると評価されたテストウェーハにおける条件で、単結晶シリコンインゴットを育成する。場合によっては、単結晶シリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハに対して、種々のゲッタリング処理を施す。これにより、ゲッタリング能力が良好であるシリコンウェーハが得られる。
このようにして得られたシリコンウェーハを用いて半導体デバイスを形成すると、各種のデバイス形成工程に対して適切にゲッタリング能力を設定することができるので、半導体デバイスの動作不良を抑制することができる。
以上、本実施形態を例にして、本発明の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法および該評価方法を用いた半導体ウェーハの製造方法を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲内において適宜変更を加えることができる。
例えば、デバイス形成工程では、半導体デバイスの特定のパターン構造によって、シリコンウェーハのおもて面の一部が露出する場合もあり、シリコンウェーハのおもて面１０Ａが金属不純物により汚染される可能性もある。そこで、第２工程における金属不純物による故意汚染は、シリコンウェーハの裏面１０Ｂに代えて、おもて面１０Ａに対して行ってもよい。このような場合も、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、ゲッタリング源は、酸素析出物に限定されず、例えばシリコンウェーハなどの半導体ウェーハに対して、例えばモノマーイオンやクラスターイオンをイオン注入するなどの公知の方法で形成したゲッタリング層とすることができる。この場合、ゲッタリング能力は、照射するクラスターイオンのドーズ量を適宜調整することによって制御することができる。
また、図２（Ｂ）を参照して、半導体ウェーハとして、シリコンウェーハ１０上にシリコンエピタキシャル層１４が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハを用いてもよい。この場合、シリコンエピタキシャル層１４がデバイス形成領域となるので、第１工程では、エピタキシャルシリコンウェーハの表層としてのシリコンエピタキシャル層１４に応力が生じたエピタキシャルシリコンウェーハを用いる。これは、例えばシリコンエピタキシャル層１４の表面上にシリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの絶縁膜１２を形成することにより実現することができ、詳細については既述の説明を援用する。なお、シリコンエピタキシャル層１４はＣＶＤ法により一般的な条件で形成すればよい。
（発明例１）
ＣＺ法により育成したシリコン単結晶インゴットから切り出し加工した、直径：３００ｍｍ、厚さ：７７０ｍｍ、面方位（１００）、ドーパント：ボロン、ドーパント濃度：１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、酸素濃度（ASTM F121-1979）：１１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であるシリコンウェーハを５枚用意した。続いて、これらのシリコンウェーハを枚葉式エピタキシャル成長装置内に搬送し、水素をキャリアガスとし、トリクロロシランをソースガスとし、基板温度を１１５０℃として、ＣＶＤ法によりシリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層（厚さ：４μｍ、ドーパント：ボロン、ドーパント濃度：１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）を成長させ、エピタキシャルシリコンウェーハとした。続いて、これらのエピタキシャルシリコンウェーハに対して、雰囲気温度を９００〜１１００℃、熱処理時間を３０〜１０００分の範囲から適宜調整して熱処理を施し、単位体積あたりの酸素析出物の表面積が表１に示す大きさとなるように調整した。なお、酸素析出物の表面積は、雰囲気温度、熱処理時間、および酸素原子の拡散係数を下に、酸素析出核に集合する酸素原子数を計算することにより求めることができる。
ＣＺ法により育成したシリコン単結晶インゴットから切り出し加工した、直径：３００ｍｍ、厚さ：７７０ｍｍ、面方位（１００）、ドーパント：ボロン、ドーパント濃度：１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、酸素濃度（ASTM F121-1979）：１１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であるシリコンウェーハを５枚用意した。続いて、これらのシリコンウェーハを枚葉式エピタキシャル成長装置内に搬送し、水素をキャリアガスとし、トリクロロシランをソースガスとし、基板温度を１１５０℃として、ＣＶＤ法によりシリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層（厚さ：４μｍ、ドーパント：ボロン、ドーパント濃度：１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）を成長させ、エピタキシャルシリコンウェーハとした。続いて、これらのエピタキシャルシリコンウェーハに対して、雰囲気温度を９００〜１１００℃、熱処理時間を３０〜１０００分の範囲から適宜調整して熱処理を施し、単位体積あたりの酸素析出物の表面積が表１に示す大きさとなるように調整した。なお、酸素析出物の表面積は、雰囲気温度、熱処理時間、および酸素原子の拡散係数を下に、酸素析出核に集合する酸素原子数を計算することにより求めることができる。
次に、各エピタキシャルシリコンウェーハをＣＶＤ成長炉内に搬送し、ジクロロシランおよびアンモニアをソースガスとして、基板温度を７５０℃とし、１００Ｐａの減圧条件で、シリコンエピタキシャル層の表面上に厚さが２４０ｎｍの窒化膜を形成した。
次に、公知の薄膜応力測定装置を用いて、各エピタキシャルシリコンウェーハの表面に対してレーザーを照射し、その反射角からウェーハ形状を測定することによって、ウェーハの反りを測定した。測定結果を表１に示す。
次に、各エピタキシャルシリコンウェーハの裏面をＮｉ汚染液（１．０×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）でスピンコート汚染法により故意汚染した後に、窒素雰囲気下で９００℃、５分の熱処理を行った。その後、各エピタキシャルシリコンウェーハを２５℃に冷却し、さらに各エピタキシャルシリコンウェーハに窒素雰囲気下で９００℃、３０分の熱処理を行った。
次に、シリコンエピタキシャル層の表面からのエッチング量が２μｍとなるように公知のライトエッチング（Write Etching）液を用いて選択エッチングを行った。
次に、選択エッチング処理した表面を光学顕微鏡により倍率５００倍で観察し、視野中の転位密度を求めた。評価結果を図３に示す。
（発明例２）
発明例２では、窒化膜の代わりに、厚さが２４０ｎｍのシリコン酸化膜をＣＶＤ法により形成した以外は、発明例１と同様にした。評価結果を図３に示す。なお、ジクロロシランをソースガス、一酸化二窒素を酸化性ガスとし、６０Ｐａの減圧条件で、成膜温度を８００℃とした。
発明例２では、窒化膜の代わりに、厚さが２４０ｎｍのシリコン酸化膜をＣＶＤ法により形成した以外は、発明例１と同様にした。評価結果を図３に示す。なお、ジクロロシランをソースガス、一酸化二窒素を酸化性ガスとし、６０Ｐａの減圧条件で、成膜温度を８００℃とした。
（発明例３）
発明例３では、窒化膜の厚さを１０ｎｍとした以外は、発明例１と同様にした。評価結果を図３に示す。
発明例３では、窒化膜の厚さを１０ｎｍとした以外は、発明例１と同様にした。評価結果を図３に示す。
（比較例）
比較例では、シリコンエピタキシャル層上に窒化膜を形成しなかった以外は、発明例１と同様にした。評価結果を図３に示す。
比較例では、シリコンエピタキシャル層上に窒化膜を形成しなかった以外は、発明例１と同様にした。評価結果を図３に示す。
表１および図３に示すように、窒化膜を形成しなかった比較例では、単位体積あたりの酸素析出物の表面積がいずれの場合も転位を検出することができず、ゲッタリング能力が良好であると評価された。これに対して、窒化膜や酸化膜を形成した発明例１〜３では、単位体積あたりの酸素析出物の表面積が２．５×１０-3や６．０×１０-4のように小さい場合には転位が検出され、ゲッタリング能力が良好ではないと評価された。これは、比較例では、単位体積あたりの酸素析出物の表面積が小さい場合、ゲッタリング能力が誤って評価されることを意味する。
本発明によれば、デバイス形成工程を考慮して半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価することができる。
１０ シリコンウェーハ
１０Ａ おもて面
１０Ｂ 裏面
１２ 絶縁膜
１４ シリコンエピタキシャル層
１０Ａ おもて面
１０Ｂ 裏面
１２ 絶縁膜
１４ シリコンエピタキシャル層
Claims (9)
- ゲッタリング源を有し、かつ常温下でおもて面側の表層に応力が生じた半導体ウェーハを用意する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記半導体ウェーハを金属不純物で故意汚染する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記半導体ウェーハに対して熱処理を施す第３工程と、
前記第３工程の後に、前記表層に対して選択エッチング処理を施す第４工程と、
前記第４工程の後に、前記選択エッチング処理した表面を光学顕微鏡で観察した時に、転位が検出されるか否かに基づいて、前記ゲッタリング源の前記金属不純物に対するゲッタリング能力を評価し、その際、転位が検出されない場合にはゲッタリング能力が良好であると評価し、転位が検出される場合にはゲッタリング能力が良好ではないと評価する第５工程と、
を有することを特徴とする半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。 - 前記第１工程では、前記応力により、前記半導体ウェーハの反りが７×１０−５ｍ−１以上となっている、請求項１に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
- 前記第１工程では、前記半導体ウェーハの表面上に絶縁膜を形成することにより、前記応力を生じさせる、請求項１または２に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
- 前記絶縁膜の厚さは１０ｎｍ以上である、請求項３に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
- 前記絶縁膜は窒化膜または酸化膜である、請求項３または４に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
- 前記第３工程では、雰囲気温度が８００℃以上１１００℃以下、５分以上１２０分以下の第１の熱処理を行った後に、前記半導体ウェーハを常温に冷却し、その後に雰囲気温度が９００℃以上１２００℃以下、５分以上１０００分以下の第２の熱処理を行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
- 前記ゲッタリング源は酸素析出物である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
- 前記半導体ウェーハはシリコンウェーハである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
- 前記半導体ウェーハは、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力の評価方法。
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