JP7057122B2 - 金属汚染評価方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金属汚染評価方法に関し、特に、シリコンウェーハを高速加熱処理する高速熱処理装置（ＲＴＰ装置）において、炉内の金属汚染を精度良く評価することのできる金属汚染評価方法に関する。
シリコンウェーハの製造過程、或いはデバイスの製造工程において、ウェーハが金属不純物などで汚染されると、製品性能に悪影響が生じる。そのため、金属汚染を低減することは、極めて重要な課題である。
この課題に対し、例えば特許文献１（特開２０１３－８４８４０号公報）、特許文献２（特開２００９－３０２３３７号公報）には、高抵抗のシリコンウェーハを熱処理炉において処理することによって金属汚染を該シリコンウェーハに転写し、その後ＳＰＶ法（表面光起電力法）によるＦｅ－Ｂ濃度検出や、μＰＣＤ法（マイクロ波光導電減衰法）によるライフタイム測定によって金属不純物の検出を行うことが開示されている。
ところで、炉内における金属不純物の影響を確認するためには、特許文献１、２に開示されるように、熱処理においてシリコンウェーハ中に十分に金属不純物が拡散するように所定の温度で時間をかける必要がある。
しかしながら、特に熱処理炉が高速熱処理装置（ＲＴＰ装置）である場合には、金属汚染ではなく、空孔起因によるライフタイムの低下が生じるため、金属不純物の汚染を正しく評価することが困難となっていた。
しかしながら、特に熱処理炉が高速熱処理装置（ＲＴＰ装置）である場合には、金属汚染ではなく、空孔起因によるライフタイムの低下が生じるため、金属不純物の汚染を正しく評価することが困難となっていた。
また、ライフタイムの測定では表面再結合によるライフタイムの低下が起こる。その低下を抑制するには表面に保護膜としてのパシベーション膜を形成することが必要である。具体的なパシベーション手法としては、主に熱酸化やＨＦ（フッ酸）パシベーション手法が知られている。熱酸化は、加熱によりシリコン酸化膜（熱酸化膜）をシリコン表面に形成し、良好なＳｉ－ＳｉＯ２界面を導入することにより表面パシベーション効果を得るものである。また、ＨＦパシベーション手法は、ＨＦ（フッ酸）水溶液を用いたケミカルパシベーションである。
しかしながら、前記熱酸化による手法では、熱酸化膜を形成する熱処理炉からの汚染が考えられるため、目的とするＲＴＰ装置の汚染管理には使用できないという課題があった。
また、ＨＦパシベーションにあっては、熱履歴を与えることはないが、表面再結合速度が２０～４０ｃｍ／ｓであることから、長いライフタイムを得ることが難しく、汚染管理としては感度の点で問題があった。
また、ＨＦパシベーションにあっては、熱履歴を与えることはないが、表面再結合速度が２０～４０ｃｍ／ｓであることから、長いライフタイムを得ることが難しく、汚染管理としては感度の点で問題があった。
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、高速熱処理装置におけるシリコンウェーハへの金属汚染量を高精度に測定し評価することのできる金属汚染評価方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するためになされた、本発明に係る金属汚染評価方法は、高速熱処理装置におけるシリコンウェーハへの金属汚染量を測定する金属汚染評価方法であって、チョクラルスキー法により１．０ｍｍ／ｍｉｎ以下の引き上げ速度で育成し、酸素濃度が１．３×１０１８／ｃｍ３以下のシリコン単結晶を得るステップと、前記シリコン単結晶のヘッドから中央側へ４０ｍｍとテイルから中央側へ４０ｍｍを除く領域からシリコンウェーハを切り出すステップと、酸化性ガス下で１１００℃以上シリコン融点以下の温度で１乃至６０ｓｅｃ保持した後、５乃至１５０℃／ｓｅｃの速度で降温処理し、前記シリコンウェーハ上に膜厚２ｎｍ以上の酸化膜を形成し、炉内部材からの汚染物質を前記シリコンウェーハに熱転写させるステップと、汚染物質が転写された前記シリコンウェーハに対しライフタイム測定するステップと、を備えることに特徴を有する。
ここで、前記汚染物質が転写された前記シリコンウェーハに対しライフタイム測定するステップにおいて、前記シリコンウェーハに対しコロナチャージをパシベーションとして用いた後、ライフタイム測定することが望ましい。
また、前記汚染物質が転写された前記シリコンウェーハに対しライフタイム測定するステップにおいて、μＰＣＤ装置を用いてライフタイム測定することが望ましい。
また、前記チョクラルスキー法により１．０ｍｍ／ｍｉｎ以下の引き上げ速度で育成し、酸素濃度が１．３×１０１８／ｃｍ３以下のシリコン単結晶を得るステップにおいて、ドーパント濃度を５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが望ましい。
また、前記汚染物質が転写された前記シリコンウェーハに対しライフタイム測定するステップの後、金属不純物の濃度をｙとし、ライフタイム値をｘとすると、下記式のｘに前記測定したライフタイム値を代入し、金属不純物の濃度ｙを求めるステップを備えることが望ましい。
［数２］
ｙ＝－４Ｅ＋０７・ｘ＋２Ｅ＋１１
また、前記チョクラルスキー法により１．０ｍｍ／ｍｉｎ以下の引き上げ速度で育成し、酸素濃度が１．３×１０１８／ｃｍ３以下のシリコン単結晶を得るステップにおいて、ドーパント濃度を５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが望ましい。
また、前記汚染物質が転写された前記シリコンウェーハに対しライフタイム測定するステップの後、金属不純物の濃度をｙとし、ライフタイム値をｘとすると、下記式のｘに前記測定したライフタイム値を代入し、金属不純物の濃度ｙを求めるステップを備えることが望ましい。
［数２］
ｙ＝－４Ｅ＋０７・ｘ＋２Ｅ＋１１
このような方法によれば、ウェーハ内部の酸素や格子欠陥による空孔型起因のライフタイム低下を減らし、金属不純物によるライフタイム低下の影響を精度良く評価することができる。
本発明によれば、高速熱処理装置におけるシリコンウェーハへの金属汚染量を高精度に測定し評価することのできる金属汚染評価方法を提供することができる。
以下、本発明に係る金属汚染評価方法について説明する。
本発明の金属汚染評価方法にあっては、高速熱処理装置（以下、ＲＴＰ装置とも呼ぶ）における金属汚染を評価するための方法である。具体的には、所定の育成条件により引き上げられたシリコン単結晶からシリコンウェーハを切り出し、ＲＴＰ装置において所定の温度の酸化性雰囲気下で熱処理することによりウェーハ上にＲＴＯ（急速熱酸化）膜を形成する。
そして、ＲＴＰ装置を構成する部材からの汚染物質をウェーハへ熱転写させ、このウェーハに対しコロナチャージを用いたパシベーション処理を行う。このようにして得られたウェーハのライフタイムを測定することによって、炉内の金属汚染検出を行う。
本発明の金属汚染評価方法にあっては、高速熱処理装置（以下、ＲＴＰ装置とも呼ぶ）における金属汚染を評価するための方法である。具体的には、所定の育成条件により引き上げられたシリコン単結晶からシリコンウェーハを切り出し、ＲＴＰ装置において所定の温度の酸化性雰囲気下で熱処理することによりウェーハ上にＲＴＯ（急速熱酸化）膜を形成する。
そして、ＲＴＰ装置を構成する部材からの汚染物質をウェーハへ熱転写させ、このウェーハに対しコロナチャージを用いたパシベーション処理を行う。このようにして得られたウェーハのライフタイムを測定することによって、炉内の金属汚染検出を行う。
より具体的には、図１に示すフローのようになる。
先ずは金属汚染評価用のシリコンウェーハを切り出すためのシリコン単結晶を育成する（図１のステップＳ１）。
即ち、前記単結晶は、チョクラルスキー法により、酸素濃度が１．３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄＡＳＴＭ）以下、ドーパント濃度５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、引上げ速度が１ｍｍ／ｍｉｎ以下の条件で引き上げられる。
先ずは金属汚染評価用のシリコンウェーハを切り出すためのシリコン単結晶を育成する（図１のステップＳ１）。
即ち、前記単結晶は、チョクラルスキー法により、酸素濃度が１．３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄＡＳＴＭ）以下、ドーパント濃度５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、引上げ速度が１ｍｍ／ｍｉｎ以下の条件で引き上げられる。
尚、ドーパント濃度が５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の場合、即ち基板抵抗が高いと、ライフタイム評価において、多数キャリアのウェーハ表面での再結合影響が表れやすくなるため、ライフタイムの真値が得られにくくなる。しかしながら、本発明の金属汚染評価方法にあっては、表面再結合の影響が小さいため、ドーパント濃度が５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であっても、精度良く金属汚染を評価することができる。
そして、図２に示すように、引き上げられた単結晶インゴット１０において、低温での熱履歴を長く受ける直胴部１０ｂのヘッドショルダー１０ａ側から中央側に４０ｍｍの位置１０ｂ１まで、及びテールコーン１０ｃ側から中央側に４０ｍｍの位置１０ｂ２までを除く領域（使用する領域）からシリコンウェーハを切り出す（図１のステップＳ２）。
この領域外が適用できない理由は、該領域外では結晶中の熱がインゴットの上下から放熱され（結晶が冷え易い）、Ｖ濃度（ベーカンシー（空孔）濃度）が高いまま空孔型欠陥の形成温度帯に入るため、結果として空孔型欠陥の濃度が高くなりライフタイムが低下するためである。
この領域外が適用できない理由は、該領域外では結晶中の熱がインゴットの上下から放熱され（結晶が冷え易い）、Ｖ濃度（ベーカンシー（空孔）濃度）が高いまま空孔型欠陥の形成温度帯に入るため、結果として空孔型欠陥の濃度が高くなりライフタイムが低下するためである。
また、前記結晶部位の制限以外にも、上記のような酸素濃度、引上げ速度等の制限は、ライフタイム低下を引き起こす空孔型欠陥の形成影響による。空孔型欠陥の実体は明らかになっていないが、形態としては、ＶＯ、ＶＯ２（Ｖ：ベーカンシー（空孔）、Ｏ：酸素）などの複合体であると考えられる。また、このような空孔型欠陥の形成温度帯は、結晶の冷却過程において１０００℃～８００℃付近であると考えられる。
また、チョクラルスキー結晶の固液界面において熱平衡濃度で結晶中に取り込まれたＶ（空孔）とＩ（格子間Ｓｉ）は、結晶の冷却過程において、対消滅して濃度低下していく。空孔型欠陥起因のライフタイム低下を回避するためには、Ｖ濃度を下げる必要があるが、引上げ速度が１ｍｍ／ｍｉｎを超える場合、Ｖ濃度が高いまま空孔型欠陥の形成温度帯に入るため、結果として空孔型欠陥の濃度が高くなりライフタイムが低下する。
また、酸素濃度が高いと空孔型欠陥の形成を助長するため、酸素濃度は１．３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄＡＳＴＭ）以下が望ましい。
また、酸素濃度が高いと空孔型欠陥の形成を助長するため、酸素濃度は１．３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄＡＳＴＭ）以下が望ましい。
次いで、ＲＴＰ装置により前記シリコンウェーハに対し、酸化性雰囲気下、１１００℃以上シリコン融点以下で、１～６０ｓｅｃ保持する。その後、５～１５０℃／ｓｅｃで降温処理を行い、シリコンウェーハ上に膜厚２ｎｍ以上の酸化膜（ＲＴＯ膜）を形成する（図１のステップＳ３）。
このＲＴＰ処理装置にあっては、より高い温度で使用することにより装置を構成する部材に存在する金属不純物の外方拡散を促進する。それにより炉内金属不純物をウェーハへ十分に転写することができる。
尚、一般的にウェーハ内の酸素や空孔がＲＴＰ処理によって電気的に活性状態となるため、それがライフタイムを低下させる要因となる。しかしながら、前記ステップＳ１の条件により得られたシリコンウェーハによれば、酸素や空孔が略無いため空孔型起因のライフタイムの低下を抑制し、金属不純物に従うライフタイム低下のみを測定することができる。
尚、一般的にウェーハ内の酸素や空孔がＲＴＰ処理によって電気的に活性状態となるため、それがライフタイムを低下させる要因となる。しかしながら、前記ステップＳ１の条件により得られたシリコンウェーハによれば、酸素や空孔が略無いため空孔型起因のライフタイムの低下を抑制し、金属不純物に従うライフタイム低下のみを測定することができる。
そして、前記シリコンウェーハをコロナチャージのパシベーションとして用いたμＰＣＤ法によりライフタイム測定する（図１のステップＳ４）。
前記コロナチャージ処理においては、大気中で電荷を発生、制御する。このコロナチャージ処理により、シリコンウェーハ表面の電荷状態を制御して均一にすることができる。
前記コロナチャージ処理においては、大気中で電荷を発生、制御する。このコロナチャージ処理により、シリコンウェーハ表面の電荷状態を制御して均一にすることができる。
μＰＣＤ測定装置としては、例えばコベルコ科研社製ＬＴＡ－２２００ＥＰを用い、レーザ波長９０４ｎｍ、キャリア注入量５×１０１３／ｃｍ３、４ｍｍピッチでライフタイム測定する。このμＰＣＤ法にあっては、シリコンウェーハに対しレーザ光をパルス照射することによって過剰キャリアが生成され、それが再結合により消滅して元の平衡状態に戻っていく。このときの過剰キャリア密度の変化は、光照射領域の抵抗率の指数関数的な変化となり、反射マイクロ波のパワーもそれに伴い変化する。光パルスの照射前と照射直後の反射マイクロ波パワーの差が抵抗率の差、即ちキャリア密度の差に対応し、その時間変化からライフタイムが求められる。
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、酸素濃度が１．３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄＡＳＴＭ）以下、引上げ速度が１ｍｍ／ｍｉｎ以下の条件により育成されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハを用い、１１００℃以上融点以下の高温下におけるＲＴＰ処理を酸化性雰囲気で実施することによりＲＴＯ膜を形成し、ＲＴＰ装置部材からの汚染物質をウェーハへ熱転写させ、このウェーハをコロナチャージパシベーション処理してμＰＣＤ法によりライフタイム測定するものである。
これにより、ウェーハ内部の酸素や格子欠陥による空孔型起因のライフタイム低下を減らし、金属不純物によるライフタイム低下の影響を評価することができる。
また、本発明の方法によれば、ドーパント濃度に関わらず精度良い測定が可能であるため、多数キャリアのウェーハ表面での再結合の影響が表れるドーパント濃度５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の場合にも有効である。
これにより、ウェーハ内部の酸素や格子欠陥による空孔型起因のライフタイム低下を減らし、金属不純物によるライフタイム低下の影響を評価することができる。
また、本発明の方法によれば、ドーパント濃度に関わらず精度良い測定が可能であるため、多数キャリアのウェーハ表面での再結合の影響が表れるドーパント濃度５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の場合にも有効である。
尚、前記実施の形態においては、パシベーションにコロナチャージを用いたが、本発明の金属汚染評価方法にあっては、それに限定されるものではなく、他のパシベーション手法を行うシリコンウェーハに対しても適用することができる。
また、ライフタイム測定においては、μＰＣＤ装置を用いたが、本発明にあっては、それに限定されるものではなく、他の手法によりライフタイム測定してもよい。
また、ライフタイム測定においては、μＰＣＤ装置を用いたが、本発明にあっては、それに限定されるものではなく、他の手法によりライフタイム測定してもよい。
本発明に係る金属汚染評価方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に基づき以下の実験を行った。
（実験１）
実験１では、育成条件の異なるウェーハを用い、本実施の形態に示したライフタイム測定を行った。
実施例１では、酸素濃度０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント（ボロン）濃度７．８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度０．６ｍｍ／ｍｉｎの条件で育成したＰタイプ、抵抗１７Ω・ｃｍウェーハを用いた。
実験１では、育成条件の異なるウェーハを用い、本実施の形態に示したライフタイム測定を行った。
実施例１では、酸素濃度０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント（ボロン）濃度７．８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度０．６ｍｍ／ｍｉｎの条件で育成したＰタイプ、抵抗１７Ω・ｃｍウェーハを用いた。
実施例２では、酸素濃度０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント（ボロン）濃度３．７×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度１．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で育成したＰタイプ、抵抗３６Ω・ｃｍウェーハを用いた。
実施例３では、酸素濃度０．９×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント（リン）濃度３．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度１．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で育成したＮタイプ、抵抗１４２Ω・ｃｍのウェーハを用いた。
実施例３では、酸素濃度０．９×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント（リン）濃度３．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度１．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で育成したＮタイプ、抵抗１４２Ω・ｃｍのウェーハを用いた。
実施例１～３において、ＲＴＰ処理条件は同じく、１３５０℃×３０ｓｅｃ処理後、６００℃まで降温レート１２０℃／ｓｅｃで処理し、ＲＴＯ膜を形成した。
また、いずれもμＰＣＤ測定装置（コベルコ科研社製ＬＴＡ－２２００ＥＰ）を用いて、レーザ波長９０４ｎｍ、キャリア注入量５×１０１３／ｃｍ３、４ｍｍピッチでライフタイム測定した。
また、いずれもμＰＣＤ測定装置（コベルコ科研社製ＬＴＡ－２２００ＥＰ）を用いて、レーザ波長９０４ｎｍ、キャリア注入量５×１０１３／ｃｍ３、４ｍｍピッチでライフタイム測定した。
実施例１～３のライフタイム測定結果を図３、４、５にそれぞれ示す。図３、４、５は、ウェーハ面内におけるライフタイム値を色で区分けした分布図である。
実施例１の結果、ライフタイム平均値は１２８０μｓｅｃとなり、図３に示されるように、局所汚染や外周の汚染が認められた。これは、ＲＴＰ処理時に、ウェーハ裏面の外周部をＳｉＣリングで保持するため、そこからの汚染と考えられた。即ち、実施例１の条件のウェーハを用いた場合、金属汚染分布を精度良く把握できることが確認できた。
実施例１の結果、ライフタイム平均値は１２８０μｓｅｃとなり、図３に示されるように、局所汚染や外周の汚染が認められた。これは、ＲＴＰ処理時に、ウェーハ裏面の外周部をＳｉＣリングで保持するため、そこからの汚染と考えられた。即ち、実施例１の条件のウェーハを用いた場合、金属汚染分布を精度良く把握できることが確認できた。
また、実施例２、３の結果、ライフタイム平均値は、ともに１０８０μｓｅｃとなり、図４、５にそれぞれ示されるように、空孔型欠陥起因のライフタイム低下が認められた。この空孔型欠陥起因のライフタイム低下は、ウェーハ全面で影響があるが、中心部ほど影響が大きい。これは、実施例２，３とも引上速度が１．５ｍｍ／ｍｉｎであり速すぎることが原因であると考えられた。
（実験２）
実験２では、パシベーション方法の異なる実施例４（ＲＴＯ膜＋コロナチャージ）、比較例１（熱酸化膜）、比較例２（ＨＦパシベーション）について、抵抗率に対するライフタイム測定値と、表面再結合速度との関係について検証した。
図６のグラフに、実施例４、比較例１、２の結果を示す。図６のグラフにおいて、縦軸はライフタイム値、横軸はＰタイプウェーハの抵抗値である。また、図中に表面再結合速度Ｓ＝５ｃｍ／ｓ、１０ｃｍ／ｓ、２０ｃｍ／ｓ、４０ｃｍ／ｓの曲線を示す。
また、表面再結合速度は、熱酸化ではＳ＝２０ｃｍ／ｓ、ＨＦパシベーションではＳ＝２０～４０ｃｍ／ｓ程度となった。それに対し実施例４では、表面再結合速度Ｓ＝０ｃｍ／ｓに近い真のバルク値に近い長いライフタイム値を得ることができた。
実験２では、パシベーション方法の異なる実施例４（ＲＴＯ膜＋コロナチャージ）、比較例１（熱酸化膜）、比較例２（ＨＦパシベーション）について、抵抗率に対するライフタイム測定値と、表面再結合速度との関係について検証した。
図６のグラフに、実施例４、比較例１、２の結果を示す。図６のグラフにおいて、縦軸はライフタイム値、横軸はＰタイプウェーハの抵抗値である。また、図中に表面再結合速度Ｓ＝５ｃｍ／ｓ、１０ｃｍ／ｓ、２０ｃｍ／ｓ、４０ｃｍ／ｓの曲線を示す。
また、表面再結合速度は、熱酸化ではＳ＝２０ｃｍ／ｓ、ＨＦパシベーションではＳ＝２０～４０ｃｍ／ｓ程度となった。それに対し実施例４では、表面再結合速度Ｓ＝０ｃｍ／ｓに近い真のバルク値に近い長いライフタイム値を得ることができた。
（実験３）
実験３では、ライフタイム値とＦｅ－Ｂ濃度との相関について検証した。
実施例５では、ｐ型ウェーハ（酸素濃度０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント濃度７．８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度０．６ｍｍ／ｍｉｎ）を用い、本実施の形態に従いＲＴＯ膜形成、コロナチャージパシベーションを行ってライフタイム測定し、ＳＰＶ法によりＦｅ－Ｂ濃度を求めた。
比較例３として、同条件で切り出したｐ型ウェーハを、ＨＦパシベーションを行ってライフタイム測定し、ＳＰＶ法によりＦｅ－Ｂ濃度を求めた。
実験３では、ライフタイム値とＦｅ－Ｂ濃度との相関について検証した。
実施例５では、ｐ型ウェーハ（酸素濃度０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント濃度７．８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度０．６ｍｍ／ｍｉｎ）を用い、本実施の形態に従いＲＴＯ膜形成、コロナチャージパシベーションを行ってライフタイム測定し、ＳＰＶ法によりＦｅ－Ｂ濃度を求めた。
比較例３として、同条件で切り出したｐ型ウェーハを、ＨＦパシベーションを行ってライフタイム測定し、ＳＰＶ法によりＦｅ－Ｂ濃度を求めた。
実施例５及び比較例３の結果を図７のグラフに示す。図７のグラフにおいて、縦軸はライフタイム値、横軸はＦｅ－Ｂ濃度である。
図７のグラフに示すように、実施例５では、ライフタイム値とＦｅ－Ｂ濃度との間に強い相関が見られた。一方、比較例３では、長いライフタイム値が得られないため、弱い相関となった。
図７のグラフに示すように、実施例５では、ライフタイム値とＦｅ－Ｂ濃度との間に強い相関が見られた。一方、比較例３では、長いライフタイム値が得られないため、弱い相関となった。
（実験４）
実験４では、実験３とは使用するウェーハ条件を変えて、ライフタイム値とＦｅ－Ｂ濃度との相関について検証した。
実施例６では、ｐ型ウェーハ（酸素濃度０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント（ボロン）濃度３．７×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度１．５ｍｍ／ｍｉｎ）を用い、本実施の形態に従いＲＴＯ膜形成、コロナチャージパシベーションを行ってライフタイム測定し、ＳＰＶ法によりＦｅ－Ｂ濃度を求めた。
実験４では、実験３とは使用するウェーハ条件を変えて、ライフタイム値とＦｅ－Ｂ濃度との相関について検証した。
実施例６では、ｐ型ウェーハ（酸素濃度０．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント（ボロン）濃度３．７×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度１．５ｍｍ／ｍｉｎ）を用い、本実施の形態に従いＲＴＯ膜形成、コロナチャージパシベーションを行ってライフタイム測定し、ＳＰＶ法によりＦｅ－Ｂ濃度を求めた。
実施例６の結果を図８のグラフに示す。図８のグラフにおいて、縦軸はライフタイム値、横軸はＦｅ－Ｂ濃度である。
図８のグラフに示すように、実施例６では、ライフタイム値とＦｅ－Ｂ濃度との間に相関は見られなかった。また、酸素、空孔起因のライフタイム低下となり、これは、単結晶引上速度が１．５ｍｍ／ｍｉｎと速すぎるためと考えられた。
図８のグラフに示すように、実施例６では、ライフタイム値とＦｅ－Ｂ濃度との間に相関は見られなかった。また、酸素、空孔起因のライフタイム低下となり、これは、単結晶引上速度が１．５ｍｍ／ｍｉｎと速すぎるためと考えられた。
（実験５）
実験５では、熱処理温度の違いによりウェーハに転写される金属汚染量の差を本発明によるライフタイム測定により検出可能か検証した。
本実験では、ｎ型ウェーハ（酸素濃度１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント（リン）濃度１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ）を用いた。ＲＴＰ装置において、実施例７では１１００℃×３０ｓｅｃ、実施例８では１１５０℃×３０ｓｅｃ、実施例９では１２００℃×３０ｓｅｃ、実施例１０では１２５０℃×３０ｓｅｃ、実施例１１では１２７５℃×３０ｓｅｃで熱処理を行い、ＲＴＯ膜を形成した。その後、コロナチャージパシベーションを行い、μＰＣＤ装置によりライフタイム測定を行った。
実験５では、熱処理温度の違いによりウェーハに転写される金属汚染量の差を本発明によるライフタイム測定により検出可能か検証した。
本実験では、ｎ型ウェーハ（酸素濃度１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ドーパント（リン）濃度１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、引上速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ）を用いた。ＲＴＰ装置において、実施例７では１１００℃×３０ｓｅｃ、実施例８では１１５０℃×３０ｓｅｃ、実施例９では１２００℃×３０ｓｅｃ、実施例１０では１２５０℃×３０ｓｅｃ、実施例１１では１２７５℃×３０ｓｅｃで熱処理を行い、ＲＴＯ膜を形成した。その後、コロナチャージパシベーションを行い、μＰＣＤ装置によりライフタイム測定を行った。
実施例７～１１の結果を図９の棒グラフに示す。このグラフから明らかなように、熱処理温度の違いにより、ウェーハに転写される金属汚染量の差をライフタイム測定により検出できることを確認した。
また、実施例７～１１の結果に基づき、ライフタイム値とＦｅ－Ｂ濃度との相関を下記の式（１）～式（３）を用いて求めた。
尚、式（１）において、計算されるライフタイム値をτとすると、τｂはバルクライフタイム、τｓは表面再結合ライフタイムである。
また、バルクライフタイムτｂを求める式（２）は、ショックレーリードホールの演算式を用いた。ここで、ｎ０とｐ０は平衡時の電子とホールのキャリア濃度、ΔｎとΔｐは注入されたキャリア濃度、νｔｈはキャリアの熱速度、ｎｉは真性キャリア濃度、Ｅｉは真性エネルギー準位、σｎとσｐは不純物の電子とホールに対する捕獲断面積、Ｎｔは不純物キャリア濃度、Ｅｔは不純物エネルギー準位、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度である。
また、バルクライフタイムτｂを求める式（２）は、ショックレーリードホールの演算式を用いた。ここで、ｎ０とｐ０は平衡時の電子とホールのキャリア濃度、ΔｎとΔｐは注入されたキャリア濃度、νｔｈはキャリアの熱速度、ｎｉは真性キャリア濃度、Ｅｉは真性エネルギー準位、σｎとσｐは不純物の電子とホールに対する捕獲断面積、Ｎｔは不純物キャリア濃度、Ｅｔは不純物エネルギー準位、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度である。
不純物はＦｅと仮定し、準位（Ｅｔ）を０．４ｅＶ、捕獲断面積σｎを３．６×１０－１５ｃｍ２と仮定した。また、ウェーハのドーパント（リン）濃度ｎ０は１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、温度（Ｔ）は３００Ｋと仮定した。平衡状態におけるキャリア濃度は、次式ｐ０・ｎ０＝ｎｉ
２で表されることから、ｐ０が決定する。注入キャリアΔｎとΔｐは、μＰＣＤ装置によるライフタイム測定をスタンダードモードでおこなった場合、９０４ｎｍのレーザを使用して５×１０１３／ｃｍ２が注入されることから、これをウェーハ厚さ（ｔ＝７７５μｍ）で割った値となる。
Ｓは表面再結合速度である。表面再結合ライフタイムτｓを求める式（３）において、表面再結合ライフタイムの表裏面への拡散項（τｄｉｆｆ）と表裏面での再結合の項（τｓｒ）で現される。Ｄは少数キャリアの拡散係数、ｔはウェーハ厚さ、表面再結合速度Ｓを６ｃｍ／ｓｅｃと仮定した。
上記式（１）～（３）を用いて得られた結果（計算値）を図１０のグラフに示す。図１０において、縦軸（ｙ軸）はＦｅ濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、横軸（ｘ軸）はライフタイム（μｓｅｃ）である。
このグラフから、金属不純物であるＦｅの濃度（ｙ軸）とライフタイム値（ｘ軸）との間には、下記相関式（４）が得られた。
このグラフから、金属不純物であるＦｅの濃度（ｙ軸）とライフタイム値（ｘ軸）との間には、下記相関式（４）が得られた。
［数２］
ｙ＝－４Ｅ＋０７・ｘ＋２Ｅ＋１１ ・・・・（４）
ｙ＝－４Ｅ＋０７・ｘ＋２Ｅ＋１１ ・・・・（４）
即ち、本発明に係る金属汚染評価方法によりライフタイムの実測値を得ることにより、Ｆｅ汚染濃度を高精度に得ることができることを確認した。
（実験６）
実験６では、本発明に係る金属汚染評価方法に用いるシリコンウェーハを切り出す単結晶の育成条件について、更に検証した。具体的には、好適な引上速度の範囲と酸素濃度の範囲について検証した。
本実験では、実施例１２～２６について、単結晶引上速度と酸素濃度の条件を表１に示すように設定し、ＲＴＯ膜形成、コロナチャージパシベーションを行い、μＰＣＤ装置によるライフタイム測定を行った。
実験６では、本発明に係る金属汚染評価方法に用いるシリコンウェーハを切り出す単結晶の育成条件について、更に検証した。具体的には、好適な引上速度の範囲と酸素濃度の範囲について検証した。
本実験では、実施例１２～２６について、単結晶引上速度と酸素濃度の条件を表１に示すように設定し、ＲＴＯ膜形成、コロナチャージパシベーションを行い、μＰＣＤ装置によるライフタイム測定を行った。
実施例１２～２６において、Ｐタイプ３６Ω・ｃｍ、ドーパント濃度ボロン３．７×１０１４／ｃｍ３、ウェーハを切り出す結晶部位を全長１０００ｍｍ以上の結晶の中央部、ＲＴＰ装置の条件は酸素雰囲気下で１３５０℃×３０ｓｅｃ、６００℃までの降温速度１２０℃／ｓとした。
また、ドーパント濃度から推定されるライフタイム理論値（τＳＲＨと呼ぶ）を３８００μｓｅｃとし、各条件での実施例から得られたウェーハ面内のライフタイム平均値（ライフタイム面内平均値）が、τＳＲＨの５０％（１９００μｓｅｃ）未満の場合に不合格（表１中の判定×）とし、５０％以上の場合に合格（表１中の判定○）とした。
また、ドーパント濃度から推定されるライフタイム理論値（τＳＲＨと呼ぶ）を３８００μｓｅｃとし、各条件での実施例から得られたウェーハ面内のライフタイム平均値（ライフタイム面内平均値）が、τＳＲＨの５０％（１９００μｓｅｃ）未満の場合に不合格（表１中の判定×）とし、５０％以上の場合に合格（表１中の判定○）とした。
表１に示すように、引き上げ速度は１．０ｍｍ／ｍｉｎ以下、酸素濃度は１．３×１０１８／ｃｍ３以下の場合に良い結果が得られた。
（実験７）
実験７では、単結晶からウェーハを切り出す位置を特定するために実施例２７～３５において切り出し位置の条件を設定し、実験６と同様にライフタイム面内平均値について評価を行った。表２に実施例２７～３５の条件及び実験結果を示す。引上速度は０．６ｍｍ／ｍｉｎ、酸素濃度は１．２×１０１８／ｃｍ３とし、その他の条件は実験６と同じである。
実験７では、単結晶からウェーハを切り出す位置を特定するために実施例２７～３５において切り出し位置の条件を設定し、実験６と同様にライフタイム面内平均値について評価を行った。表２に実施例２７～３５の条件及び実験結果を示す。引上速度は０．６ｍｍ／ｍｉｎ、酸素濃度は１．２×１０１８／ｃｍ３とし、その他の条件は実験６と同じである。
表２に示すように、結晶部位は、単結晶インゴッドのヘッドから４０ｍｍとテイルから４０ｍｍを除く領域から切り出したウェーハにおいて良好な結果が得られた。
以上の実施例の結果より、シリコン単結晶の引上速度が１．０ｍｍ／ｍｉｎ以下、酸素濃度が１．３×１０１８／ｃｍ３以下、ウェーハを切り出す結晶部位がヘッドから４０ｍｍとテイルから４０ｍｍを除く領域の場合に空孔型起因のライフタイム低下を抑制し、金属汚染によるライフタイム測定により金属汚染量を精度良く評価出来ることを確認した。
１０ 単結晶インゴッド
Claims (5)
- 高速熱処理装置におけるシリコンウェーハへの金属汚染量を測定する金属汚染評価方法であって、
チョクラルスキー法により１．０ｍｍ／ｍｉｎ以下の引き上げ速度で育成し、酸素濃度が１．３×１０１８／ｃｍ３以下のシリコン単結晶を得るステップと、
前記シリコン単結晶のヘッドから中央側へ４０ｍｍとテイルから中央側へ４０ｍｍを除く領域からシリコンウェーハを切り出すステップと、
酸化性ガス下で１１００℃以上シリコン融点以下の温度で１乃至６０ｓｅｃ保持した後、５乃至１５０℃／ｓｅｃの速度で降温処理し、前記シリコンウェーハ上に膜厚２ｎｍ以上の酸化膜を形成し、炉内部材からの汚染物質を前記シリコンウェーハに熱転写させるステップと、
汚染物質が転写された前記シリコンウェーハに対しライフタイム測定するステップと、を備えることを特徴とする金属汚染評価方法。 - 前記汚染物質が転写された前記シリコンウェーハに対しライフタイム測定するステップにおいて、
前記シリコンウェーハに対しコロナチャージをパシベーションとして用いた後、ライフタイム測定することを特徴とする請求項１に記載された金属汚染評価方法。 - 前記汚染物質が転写された前記シリコンウェーハに対しライフタイム測定するステップにおいて、
μＰＣＤ装置を用いてライフタイム測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された金属汚染評価方法。 - 前記チョクラルスキー法により１．０ｍｍ／ｍｉｎ以下の引き上げ速度で育成し、酸素濃度が１．３×１０１８／ｃｍ３以下のシリコン単結晶を得るステップにおいて、
ドーパント濃度を５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された金属汚染評価方法。 - 前記汚染物質が転写された前記シリコンウェーハに対しライフタイム測定するステップの後、
金属不純物の濃度をｙとし、ライフタイム値をｘとすると、下記式のｘに前記測定したライフタイム値を代入し、金属不純物の濃度ｙを求めるステップを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された金属汚染評価方法。
［数２］
ｙ＝－４Ｅ＋０７・ｘ＋２Ｅ＋１１
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