JP7249395B1 - 半導体試料の評価方法、半導体試料の評価装置および半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体試料の再結合ライフタイムを精度よく評価するための新たな評価方法を提供すること。【解決手段】評価対象の半導体試料を光導電減衰法による測定に付すことによって減衰曲線を取得すること、上記減衰曲線に対して指数減衰項と定数項とを含むモデル式による信号データ処理を施すこと、および、上記信号データ処理によって得られた指数減衰の式から上記半導体試料の再結合ライフタイムを求めること、を含む半導体試料の評価方法。【選択図】なし

Description

本発明は、半導体試料の評価方法、半導体試料の評価装置および半導体ウェーハの製造方法に関する。

光導電減衰（ＰｈｏｔｏＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｄｅｃａｙ）法は、一般にＰＣＤ法と呼ばれ、半導体試料の評価のために広く用いられている。

特開２０１９－０１２７４０号公報 特開昭５８－１８１５４９号公報

宇佐美 晶、曽根 福保、村井 耕治、佐野 賢二、レーザー研究 １９８４年 １２巻 １０号 ｐ． ５８５－５９４ 宇佐美 晶、神立 信一、工藤 勃士、応用物理、１９８０年 ４９巻 １２号 ｐ．１１９２－１１９７

例えば、半導体試料の一例であるシリコンウェーハについては、ＰＣＤ法による再結合ライフタイムの測定方法が規格化されている（ＳＥＭＩ ＭＦ１５３５． Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｗａｆｅｒｓ ｂｙ Ｎｏｎｃｏｎｔａｃｔ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｄｅｃａｙ ｂｙ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ．２００７；以下、「ＳＥＭＩ規格」と記載する）。

上記ＳＥＭＩ規格には、ＰＣＤ法による再結合ライフタイムを求める手法として、１次モード法および１／ｅライフタイム法が記載されている。１次モード法では、ＰＣＤ法による測定によって取得された減衰曲線において、指数減衰とみなすことができる範囲における時定数を１次モードライフタイムτ_１とする。１次モードライフタイムτ_１は、バルクライフタイムτ_ｂと表面再結合のライフタイムτ_ｓによって、式：１／τ_１＝１／τ_ｂ＋１／τ_ｓ、で表される。一方、１／ｅライフタイム法では、光パルスにより半導体試料中に過剰キャリアが励起された時間をｔ_０としたとき、信号強度Ｖのピーク値Ｖ_０に対して信号強度が１／ｅ倍（Ｖ_１＝Ｖ_０／ｅ）になるまでの時間をｔ_１として、１／ｅライフタイムτ_ｅは、式：τ_ｅ＝ｔ_１－ｔ_０、で表される。

上記手法では、過剰キャリア濃度の減衰はＳＲＨ（Ｓｈｏｃｋｌｅｙ－Ｒｅａｄ－Ｈａｌｌ）再結合（即ちバルク再結合）のみの寄与によって指数減衰の形になるとの仮定の下で、再結合ライフタイムが算出される。しかし、例えば特許文献２に記載されているように、再結合ライフタイム（特許文献２には「実効ライフタイムτ_ｅｆｆ」と記載されている。）には、評価対象の半導体試料の半導体結晶の純度、結晶欠陥等で決まるバルクライフタイムτ_ｂに加えて、表面再結合ライフタイムτ_ｓも関与する。例えば、清浄度が高いシリコンウェーハにおいては、ＳＲＨ再結合の寄与が相対的に弱まることにより、表面再結合等の寄与が無視できなくなる。そのため、例えば清浄度が高いシリコンウェーハに対してＰＣＤ測定を行うと、例えば減衰の末期に表面再結合の影響を受けることで減衰曲線に歪みが生じるため、非指数減衰となる。例えばこのような場合には、過剰キャリア濃度の減衰はＳＲＨ再結合のみの寄与によって指数減衰の形になるとの仮定の下で行われる上記手法では、再結合ライフタイムの測定を正確に行うことは困難である。

表面再結合に関しては、特許文献１、特許文献２、非特許文献１および非特許文献２に、表面再結合を考慮した評価方法が提案されている。しかし、特許文献１で提案されている方法は、１サンプルあたり２回の測定が必要であるため再結合ライフタイムが表面処理からの経過時間依存性を持つようなサンプルには不向きである点や解析のためにデータベースの作成が不可欠である点から、汎用性に乏しい。また、特許文献２、非特許文献１および非特許文献２で提案されている方法は、いずれも、１次モードよりも高次のモードの影響によって減衰の初期に生じた指数減衰からのずれを、表面再結合の影響として取り除く方法である。したがって、これら方法では、減衰末期における指数減衰からのずれの影響を低減または除去することはできない。

以上に鑑み、本発明の一態様は、半導体試料の再結合ライフタイムを精度よく評価するための新たな評価方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、
評価対象の半導体試料を光導電減衰法による測定に付すことによって減衰曲線を取得すること、
上記減衰曲線に対して指数減衰項と定数項とを含むモデル式による信号データ処理を施すこと、および、
上記信号データ処理によって得られた指数減衰の式から上記半導体試料の再結合ライフタイムを求めること、
を含む、半導体試料の評価方法（以下、「評価方法」とも記載する。）、
に関する。

一形態では、上記評価方法は、
上記信号データ処理を行うことによって上記モデル式における定数項を打ち消して上記指数減衰の式を取得すること、および
上記指数減衰の式から時定数τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１を求めること、
を更に含むことができる。ここで、τ_Ｂは、ＳＲＨ再結合ライフタイムであり、τ_Ｓは、表面再結合ライフタイムである。

一形態では、上記信号データ処理は、上記モデル式によってモデル化される時系列信号をサンプリングして差分を取る操作を繰り返すことを含むことができる。

一形態では、上記評価方法は、上記サンプリングを行うサンプリング領域を決定するためのオートスケーリングを実行することを更に含むことができる。

一形態では、上記オートスケーリングによって、オージェ再結合の影響が少なく、かつノイズの影響が少ない領域を、サンプリング領域として決定することができる。

一形態では、上記モデル式は、下記（１’）式であることができる。
ｘｉ（ｔｉ）＝Ａ×ｅｘｐ［－（τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１）ｔｉ］－Ｃ ・・・（１’）
（式（１’）中、ｔｉ：励起光照射後の経過時間、ｘｉ（ｔｉ）：経過時間ｔｉにおける信号強度、τ_Ｂ：ＳＲＨ再結合ライフタイム、τ_Ｓ： 表面再結合ライフタイム、Ａ、Ｃ：定数）

本発明の一態様は、
評価対象の半導体試料を光導電減衰法による測定に付すことによって減衰曲線を取得する測定部と、
上記減衰曲線に対して指数減衰項と定数項とを含むモデル式による信号データ処理を施す処理部と、
上記信号データ処理によって得られた指数減衰の式から上記半導体試料の再結合ライフタイムを求める再結合ライフタイム算出部と、
を含む、半導体試料の評価装置（以下、「評価装置」とも記載する。）、
に関する。

一形態では、上記処理部は、
上記信号データ処理を行うことによって上記モデル式における定数項を打ち消して上記指数減衰の式を取得すること、および
上記指数減衰の式から時定数τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１を求めること、
を実行することができる。ここで、τ_Ｂは、ＳＲＨ再結合ライフタイムであり、τ_Ｓは、表面再結合ライフタイムである。

一形態では、上記信号データ処理は、上記モデル式によってモデル化される時系列信号をサンプリングして差分を取る操作を繰り返すことを含むことができる。

一形態では、上記処理部は、上記サンプリングを行うサンプリング領域を決定するためのオートスケーリングを実行することができる。

一形態では、上記処理部は、上記オートスケーリングによって、オージェ再結合の影響が少なく、かつノイズの影響が少ない領域を、サンプリング領域として決定することができる。

一形態では、上記モデル式は、先に記載の式（１’）であることができる。

本発明の一態様は、
複数の半導体ウェーハを含む半導体ウェーハロットを製造すること、
上記半導体ウェーハロットから少なくとも１つの半導体ウェーハを抽出すること、
上記抽出された半導体ウェーハを上記評価方法によって評価すること、および、
上記評価の結果、良品と判定された半導体ウェーハと同じ半導体ウェーハロットの半導体ウェーハを製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付すこと、
を含む半導体ウェーハの製造方法、
に関する。

本発明の一態様は、
テスト製造条件下で評価用半導体ウェーハを製造すること、
上記製造された評価用半導体ウェーハを上記半導体試料の評価方法によって評価すること、
上記評価の結果に基づき、上記テスト製造条件に変更を加えた製造条件を実製造条件として決定するか、または上記テスト製造条件を実製造条件として決定すること、および、
上記決定された実製造条件下で半導体ウェーハを製造すること、
を含む半導体ウェーハの製造方法、
に関する。

本発明の一態様によれば、半導体試料の再結合ライフタイムを精度よく評価するための新たな評価方法を提供することができる。

信号データ処理の具体例の説明図である。 信号データ処理の具体例の説明図である。 信号データ処理の具体例の説明図である。 本発明の一態様にかかる半導体試料の評価方法の一例の説明図である。 本発明の一態様にかかる半導体試料の評価方法の一例（新手法）と従来手法との対比結果を示す。 本発明の一態様にかかる半導体試料の評価方法の一例（新手法）と従来手法との対比結果を示す。 本発明の一態様にかかる半導体試料の評価方法の一例（新手法）と従来手法との対比結果を示す。 ｎ型シリコンウェーハ（単結晶シリコンウェーハ）を、表面処理としてケミカルパッシベーション処理を行った後にμ－ＰＣＤ法による測定に付して得られた減衰曲線を示す。 図８に示す減衰曲線を１次モードライフタイムフィッティングして得られたフィッティングカーブおよび１／ｅライフタイムフィッティングして得られたフィッティングカーブを示す。

［半導体試料の評価方法］
本発明の一態様にかかる半導体試料の評価方法は、評価対象の半導体試料を光導電減衰法による測定に付すことによって減衰曲線を取得すること、上記減衰曲線を指数減衰項と定数項とを含むモデル式によってフィッティングすることによりフィッティングカーブを作成すること、および、上記フィッティングカーブから上記半導体試料の再結合ライフタイムを求めること、を含む。
以下、上記評価方法について、更に詳細に説明する。

＜評価対象の半導体試料＞
上記評価方法の評価対象は半導体試料であればよい。半導体試料としては、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＳｉＣ等の各種半導体試料を挙げることができる。評価対象の半導体試料の形状および寸法は特に限定されない。一例として、評価対象の半導体試料は、ウェーハ形状の半導体試料、即ち半導体ウェーハ、例えば単結晶シリコンウェーハであることができる。ただし、評価対象の半導体試料は、ウェーハ以外の形状であることもできる。また、評価対象の半導体試料の導電型も特に限定されず、ｎ型であってもｐ型であってもよい。

＜光導電減衰法による測定＞
光導電減衰法による測定は、市販のＰＣＤ装置または公知の構成のＰＣＤ装置によって行うことができる。上記評価方法における光導電減衰法による測定については、公知技術を適用できる。光導電減衰法の具体例としては、マイクロ波光導電減衰（μ－ＰＣＤ）法を挙げることができる。ただし、上記評価方法における光導電減衰法による測定は、μ－ＰＣＤ法によるものに限定されるものではない。例えば、一般的なμ－ＰＣＤ装置の最大キャリア注入量を考慮すると、評価対象の半導体試料がｐ型シリコンである場合、その抵抗率は１～１００Ωｃｍ程度であることが好適であり、ｎ型シリコンである場合、抵抗率は０．５～１００Ωｃｍ程度であることが好適である。

上記の光導電減衰法による測定によって減衰曲線が取得される。減衰曲線は、具体的には、励起光照射後の経過時間に対する信号強度の経時変化を示す曲線である。「励起光照射後の経過時間」は、詳しくは、励起光照射終了時点からの経過時間である。また、例えばμ－ＰＣＤ法において、信号強度は反射マイクロ波の強度である。図８に、ｎ型シリコンウェーハ（単結晶シリコンウェーハ）を、表面処理としてケミカルパッシベーション処理を行った後にμ－ＰＣＤ法による測定に付して得られた減衰曲線を示す。図８に示す減衰曲線は、中期領域から末期領域にかけて表面再結合の影響によって歪んでいる。図９に、図８に示す減衰曲線をＳＥＭＩ規格に記載の１次モードライフタイムフィッティングして得られたフィッティングカーブおよびＳＥＭＩ規格に記載の１／ｅライフタイムフィッティングして得られたフィッティングカーブを示す。図９に示す２つのフィッティングカーブは、いずれも特に中期領域から末期領域にかけて減衰曲線に適合していない。これは、１次モード法および１／ｅライフタイム法では、過剰キャリア濃度の減衰はＳＲＨ再結合のみの寄与によって指数減衰の形になるとの仮定の下でフィッティングが行われるためである。
これに対し、上記評価方法では、以下に詳述するように減衰曲線に対して信号データ処理を施すことにより、再結合ライフタイムを精度よく求めることが可能になる。

＜減衰曲線に対する信号データ処理＞
上記評価方法では、減衰曲線に対する信号データ処理を、指数減衰項と定数項とを含むモデル式を用いて行う。本発明者は、表面再結合が起こる場合の減衰曲線は、指数減衰項と定数項とを含む式、好ましくは指数減衰項から定数項が差し引かれた式、で表すことが適切と考えている。かかる式に対して定数項を打ち消す信号データ処理を行うことで指数減衰項のみが残る。即ち、指数減衰の式が得られる。この指数減衰の式を用いることにより、ＳＲＨ再結合および表面再結合の影響を含む値として再結合ライフタイムの値を求めることができる。これにより、評価対象の半導体試料の再結合ライフタイムを精度よく求めることが可能になる。以下に、かかる信号データ処理について、更に詳細に説明する。

過剰キャリア濃度をｘ［１／ｃｍ^３］として時間の関数ｘ（ｔ）とすると、関数ｘ（ｔ）は、近似的に下記式（１）で表すことができる。
ｘ（ｔ）＝Ａ×ｅｘｐ［－（τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１）ｔ］－Ｃ ・・・（１）

式（１）中、τ_Ｂは、ＳＲＨ再結合ライフタイムを表し、単位は例えばμｓｅｃであり、τ_Ｓは、表面再結合ライフタイムを表し、単位は例えばμｓｅｃである。ＡおよびＣは、それぞれ独立に定数［１／ｃｍ^３］を表し、好ましくは正の定数を表す。ＡおよびＣは、τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１に依って定まる定数である。上記式（１）は、再結合ライフタイムに対してＳＲＨ再結合と表面準位による表面再結合との両方が寄与する場合、過剰キャリア濃度を時間の関数ｘ（ｔ）として、過剰キャリア濃度が平衡状態のキャリア濃度より大きい条件の下で好適な関数である。

式（１）に基づく信号データ処理を行うためのモデル式としては、下記式（１’）を挙げることができる。
ｘｉ（ｔｉ）＝Ａ×ｅｘｐ［－（τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１）ｔｉ］－Ｃ ・・・（１’）

式（１’）中、ｔｉは、励起光照射後の経過時間であり、ｘｉ（ｔｉ）は、経過時間ｔｉにおける信号強度であり、単位は例えばｍＶであり、τ_ＢはＳＲＨ再結合ライフタイムであり、τ_Ｓは表面再結合ライフタイムであり、ＡおよびＣは、それぞれ独立に定数であり、単位は例えばｍＶである。上記モデル式（１’）は、指数減衰項と定数項とを含み、具体的には指数減衰項「Ａ×ｅｘｐ［－（τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１）ｔｉ］」から定数項「Ｃ」が差し引かれた式である。式（１’）は上記モデル式の一例である。例えば式（１’）のような定数項を含むモデル式に対して定数項を打ち消すための信号データ処理を行うと指数減衰項のみが残るため、指数減衰近似法によって時定数τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１（表面再結合ライフタイムの逆数とＳＲＨ再結合ライフタイムの逆数との足し合わせ）を求めることができる。こうして求められるτ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１の逆数を、評価対象の半導体試料の再結合ライフタイムの値として採用することができる。指数減衰近似法としては、１次ライフタイム法、１／ｅライフタイム法等の一般的な指数減衰近似法を用いることができる。

以下に、上記モデル式が式（１’）である場合を例として、信号データ処理の具体例を説明する。ただし、以下に記載する信号データ処理は例示であって、かかる例示に本発明は限定されるものではない。

信号データ処理は、光導電減衰法による測定によって取得された減衰曲線においてサンプリング領域を決定し、このサンプリング領域において、上記モデル式によってモデル化される時系列信号（詳しくは、減衰曲線上の測定点）をサンプリングして差分を取る操作を繰り返すことを含むことができる。サンプリング領域の決定は、例えばオートスケーリングによって行うことができ、具体例としては以下の方法を挙げることができる。例えば以下の方法によれば、オージェ再結合の影響が少なく、かつノイズの影響が少ない領域を、サンプリング領域として決定することができる。即ち、光導電減衰法による測定によって取得された減衰曲線において、オージェ再結合の影響が大きい信号強度が高い領域およびノイズの影響が大きい信号強度が低い領域を排除することによって、ＳＲＨ再結合および表面再結合の影響が強い領域をサンプリング領域とすることが可能になる。

まず、サンプリング領域の開始点として、任意の信号強度（例えばピーク値の６０％）の位置を設定し、信号データ処理を一回実行する。信号データ処理により得られた計算結果について、Ｒ^２値、残差二乗和等の指数減衰への適合度合いの指標となり得る値を算出する。かかる指標の算出値が予め設定した閾値を満足するか否かを以って、指数減衰への適合度合いを評価する。
上記算出値が予め設定した閾値（一例として、Ｒ^２≧０．９９）を満足する場合には、上記で設定したサンプリング領域の開始点を、信号データ処理を実行する際のサンプリング領域の開始点として決定することができる。
上記算出値が予め設定した閾値（一例として、Ｒ^２≧０．９９）を満足しない場合には、サンプリング領域の開始点を、信号強度が低い側へシフトさせて再計算を実行する。再計算は、１回または２回以上実行することができ、再計算での評価結果が予め設定した閾値を満足した場合、その再計算における開始点を、サンプリング領域の開始点として決定することができる。
サンプリング領域の終了点は、ＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が予め設定した閾値以下にある位置とすることができる。ＳＮ比は、例えば以下の式によって算出できる。上記のＳＮ比の閾値は、例えば５ｄＢ以下であることができ、信号のＳＮ比が０ｄＢである位置、即ちノイズと信号が同程度の位置、を終了点として決定することが好ましい。
ＳＮ比［ｄＢ］＝２０ｌｏｇ_１０［（任意時間における信号の分散）／（平衡状態におけるノイズの分散）］

図１～図３は、信号データ処理の具体例の説明図である。信号データ処理は、例えばサンプリング点数を３Ｎ点として、以下のように行うことができる。ここでＮは任意の整数であり、例えば２以上であることができる。また、Ｎは、例えば信号データの全ての点数を１０００とすれば、３３３以下であることができる。即ち、Ｎは、例えば信号データの全ての点数をＴとすれば、「Ｔ×１／３」以下の整数であることができる。
まず、開始点（１点目）を基準として、１点目～Ｎ点目の平均Ａ_１とＮ＋１点目～２Ｎ点目の平均Ｂ_１とを算出する（図１参照）。
Ａ_１＝｛ｘ（ｔ_１）＋ ｘ（ｔ_２）＋…＋ ｘ（ｔ_Ｎ）｝／Ｎ
Ｂ_１＝｛ｘ（ｔ_Ｎ＋１）＋ ｘ（ｔ_Ｎ＋２）＋…＋ ｘ（ｔ_２Ｎ）｝／Ｎ
Ａ_１からＢ_１を差し引いた値をＹ（ｔ_１）とする。
Ｙ（ｔ_１）＝Ａ_１－Ｂ_１
次に２点目を基準として、２点目～Ｎ＋１点目の平均Ａ_２とＮ＋２点目～２Ｎ＋１点目の平均Ｂ_２とを算出する（図２参照）。
Ａ_２＝｛ｘ（ｔ_２）＋ ｘ（ｔ_３）＋…＋ ｘ（ｔ_Ｎ＋１）｝／Ｎ
Ｂ_２＝｛ｘ（ｔ_Ｎ＋２）＋ ｘ（ｔ_Ｎ＋３）＋…＋ ｘ（ｔ_２Ｎ＋１）｝／Ｎ
Ａ_２からＢ_２を差し引いた値をＹ（ｔ_２）とする。
Ｙ（ｔ_２）＝Ａ_２－Ｂ_２
同様の計算を続け、最終的にＮ＋１点目～２Ｎ点目の平均Ａ_Ｎ＋１と２Ｎ＋１点目～３Ｎ点目の平均Ｂ_Ｎ＋１とを算出する（図３参照）。
Ａ_Ｎ＋１＝｛ｘ（ｔ_Ｎ＋１）＋ ｘ（ｔ_Ｎ＋２）＋…＋ ｘ（ｔ_２Ｎ）｝／Ｎ
Ｂ_Ｎ＋１＝｛ｘ（ｔ_２Ｎ＋１）＋ ｘ（ｔ_２Ｎ＋２）＋…＋ ｘ（ｔ_３Ｎ）｝／Ｎ
Ａ_Ｎ＋１からＢ_Ｎ＋１を差し引いた値をＹ（ｔ_Ｎ＋１）とする。
Ｙ（ｔ_Ｎ＋１）＝Ａ_Ｎ＋１－Ｂ_Ｎ＋１
上記計算を続けて得られた時系列信号データ列は、式（１’）における定数項が打ち消され、以下の指数減衰の式（２）となる。この式（２）に対して一般的な指数減衰近似法を適用することにより、時定数τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１を求めることができる。こうして求められた「τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１」を、評価対象の半導体試料の再結合ライフタイムの値として採用することができる。上記指数減衰近似法としては、例えば、１次モード法、１／ｅライフタイム法等を挙げることができる。
Ｙ（ｔ）＝Ａ’×ｅｘｐ［－（τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１）ｔ］・・・（２）
（Ａ’：任意定数）

＜評価方法の具体的形態＞
図４は、本発明の一態様にかかる半導体試料の評価方法の一例の説明図である。
図４左図に示す減衰曲線は、図８に示す減衰曲線と同じであって、ｎ型シリコンウェーハ（単結晶シリコンウェーハ、抵抗率：１０Ωｃｍ）を、表面処理としてケミカルパッシベーション処理を行った後にμ－ＰＣＤ法による測定に付して得られた減衰曲線である。ここでのμ－ＰＣＤの最大キャリア注入量は約１Ｅ１７／ｃｍ^３であった。なお、「Ｅ１７」は、「×１０^１７」を示す。
図４左図に示す減衰曲線に対して、モデル式として式（１’）を使用し、図１～図３を参照して先に説明したように、サンプリング点数を３Ｎ点として、信号データ処理を行った。サンプリング領域の開始点は、閾値を「Ｒ^２≧０．９９」として先に記載した方法によって決定した。サンプリング領域の終了点は、先に記載したようにＳＮ比が０ｄＢである位置とした。
上記信号データ処理を行うことによって式（１’）の定数項が打ち消され、指数減衰項のみからなる式（２）の一次式の直線（図４右図中の実線）が得られた。この一次式に対して、１次モード法を適用することによって時定数τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１を求め、この時定数τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１の逆数として求められた再結合ライフタイム（表１中、実施例１）は、表１に示す値であった。
図４左図に示す減衰曲線に対して、ＳＥＭＩ規格に記載の１次モード法およびＳＥＭＩ規格に記載の１／ｅ法をそれぞれ適用して求められた再結合ライフタイムも併せて表１に示す。

表１に示す結果から、従来手法の１次モード法および１／ｅライフタイム法では、実施例１と比べて再結合ライフタイムの値が６０％程度過小評価されることが確認できる。

次に、式（１）の関数が、実測の減衰に近い時間の関数であることを、以下の方法によって確認した。
まず、式（１）における残りの未定パラメータ定数Ａ、Ｃを決めるために、以下の通りフィッティングを行った。
上記の実施例で求められた時定数τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１を用いると、式（１）はｅｘｐ［－（τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１）ｔ］に対して直線の式の形になる。即ち、オートスケーリングで決めたサンプリング領域において、減衰曲線は、図５左図のようにｅｘｐ［－（τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１）ｔ］に対して直線近似することができ、その傾きおよび切片として定数ＡおよびＣを得ることができる。
このように求められた時定数τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１および定数Ａ、Ｃを用いて式（１）を適用すると、図５右図のように、１次モード法または１／ｅライフタイム法によってフィッティングした場合（図５右図中、１次モードライフタイムフィッティング、１／ｅライフタイムフィッティング）と比較して、減衰曲線の広い範囲で適合したフィッティングカーブ（図５右図中、新手法フィッティング）が得られた。
以上の結果から、式（１）の関数が、実測の減衰に近い時間の関数であることが確認できる。

図６および図７は、本発明の一態様にかかる半導体試料の評価方法の一例（新手法）と従来手法との対比結果を示す。
図６左図に、上記の実施例１と同様の手法によって７０００μｓｅｃ程度の再結合ライフタイム値が得られる複数のｎ型シリコンウェーハについて、実施例１と同様の手法によって求められた再結合ライフタイム値（図６中、新手法）と、従来手法である１次モード法によって得られた再結合ライフタイム値（図６中、「従来手法」）とを示す。図６右図は、図６左図に示されている測定結果のＣＶ値（標準偏差／算術平均×１００、単位：％）を示す。図６に示す結果から、新手法において、従来手法と比べて、再結合ライフタイム値のばらつきが抑制されていることが確認できる。

図７には、図６中の従来手法において、正方向の差が最も大きいサンプルマル１と負方向の差が最も大きいサンプルマル２について、μ－ＰＣＤ法による測定によって得られた減衰曲線を、先に記載したように式（１）によってフィッティングして得られたフィッティングカーブと、従来手法である１次モード法によってフィッティングして得られたフィッティングカーブと、を示す。図７中には、新手法および従来手法によって求められた各サンプルの再結合ライフタイム値も示す。図７に示す結果からも、式（１）の関数が、実測の減衰に近い時間の関数であることが確認できる。

［半導体試料の評価装置］
本発明の一態様は、
評価対象の半導体試料を光導電減衰法による測定に付すことによって減衰曲線を取得する測定部と、
上記減衰曲線に対して指数減衰項と定数項とを含むモデル式による信号データ処理を施す処理部と、
上記信号データ処理によって得られた指数減衰の式から上記半導体試料の再結合ライフタイムを求める再結合ライフタイム算出部と、
を含む、半導体試料の評価装置、
に関する。

上記評価装置は、本発明の一態様にかかる半導体試料の評価方法を実施するために用いることができる。上記モデル式は、例えば、先に記載した式（１’）であることができる。

本発明の一態様にかかる半導体試料の評価方法を実施するために、上記評価装置の上記処理部は、信号データ処理を行うことによって上記モデル式における定数項を打ち消して上記指数減衰の式を取得し、上記指数減衰の式から時定数τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１を求めることができる。上記処理部は、公知の解析プログラムを使用して構成することができる。また、上記再結合ライフタイム算出部も、公知の解析プログラムを使用して構成することができる。

また、上記信号データ処理は、上記モデル式によってモデル化される時系列信号をサンプリングして差分を取る操作を繰り返すことを含むことができる。

更に、上記処理部は、上記サンプリングを行うサンプリング領域を決定するためのオートスケーリングを実行することができる。上記処理部は、上記オートスケーリングによって、再結合の影響が少なく、かつノイズの影響が少ない領域を、サンプリング領域として決定することができる。かかるオートスケーリングについては、先に記載した通りである。

一形態では、上記評価装置は、ＰＣＤ法による測定を行う測定部を有するＰＣＤ測定装置が上記処理部および／または上記算出部を更に備えることができる。また、他の一形態では、ＰＣＤ法による測定を行う測定部を有するＰＣＤ測定装置とは別の１つ以上のコンピュータが上記処理部および／または上記算出部を備え、かかるコンピュータとＰＣＤ測定装置との間で、または更に複数のコンピュータ間との間で、測定結果、処理結果、算出結果等の各種情報を有線通信または無線通信によって送受信することができる。１つのコンピュータが上記処理部と上記算出部とを備えていてもよく、異なるコンピュータが上記処理部と上記算出部とをそれぞれ備えていてもよい。

［半導体ウェーハの製造方法］
本発明の一態様は、
複数の半導体ウェーハを含む半導体ウェーハロットを製造すること、
上記半導体ウェーハロットから少なくとも１つの半導体ウェーハを抽出すること、
上記抽出された半導体ウェーハを上記評価方法によって評価すること、および、
上記評価の結果、良品と判定された半導体ウェーハと同じ半導体ウェーハロットの半導体ウェーハを製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付すこと、
を含む半導体ウェーハの製造方法（以下、「製造方法１」とも記載する。）、
に関する。

また、本発明の一態様は、
テスト製造条件下で評価用半導体ウェーハを製造すること、
上記製造された評価用半導体ウェーハを上記半導体試料の評価方法によって評価すること、
上記評価の結果に基づき、上記テスト製造条件に変更を加えた製造条件を実製造条件として決定するか、または上記テスト製造条件を実製造条件として決定すること、および、
上記決定された実製造条件下で半導体ウェーハを製造すること、
を含む半導体ウェーハの製造方法（以下、「製造方法２」とも記載する。）、
に関する。

製造方法１では、いわゆる抜き取り検査を行った結果、良品と判定された半導体ウェーハと同じロットの半導体ウェーハを製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付す。一方、製造方法２では、テスト製造条件下で製造された半導体ウェーハを評価し、この評価結果に基づき実製造条件を決定する。製造方法１および製造方法２のいずれにおいても、半導体ウェーハの評価は、先に説明した本発明の一態様にかかる評価方法によって行われる。

製造方法１において、半導体ウェーハロットの製造は、一般的な半導体ウェーハの製造方法と同様に行うことができる。例えば、半導体ウェーハの一形態であるシリコンウェーハの一例としては、ポリッシュドウェーハを挙げることができる。ポリッシュドウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）等により育成されたシリコン単結晶インゴットからのシリコンウェーハの切断（スライシング）、面取り加工、粗研磨（例えばラッピング）、エッチング、鏡面研磨（仕上げ研磨）、上記加工工程間または加工工程後に行われる洗浄を含む製造工程により製造することができる。また、アニールウェーハは、上記のように製造されたポリッシュドウェーハに熱処理、詳しくはアニール処理、を施して製造することができる。エピタキシャルウェーハは、上記のように製造されたポリッシュドウェーハの表面にエピタキシャル層を気相成長（エピタキシャル成長）させることにより製造することができる。

半導体ウェーハロットに含まれる半導体ウェーハの総数は特に限定されるものではない。製造された半導体ウェーハロットから抜き出し、いわゆる抜き取り検査に付す半導体ウェーハの数は少なくとも１つであり、２つ以上であってもよく、その数は特に限定されるものではない。

半導体ウェーハロットから抽出された半導体ウェーハは、本発明の一態様にかかる評価方法によって評価される。かかる評価によって求められた再結合ライフタイム値を指標として、評価された半導体ウェーハの良否判定を行うことができる。例えば、金属汚染量が多いほど、ＰＣＤ法により測定される再結合ライフタイムは短くなる。したがって、ＰＣＤ法により測定される再結合ライフタイムの値に基づき、半導体ウェーハの金属汚染の有無および／または金属汚染の程度を評価することができる。したがって、例えば再結合ライフタイムの値が所定の閾値以上または閾値を超えることを、良品の判定基準とすることができる。かかる閾値は、製品ウェーハに求められる品質に応じて設定すればよい。良品と判定された半導体ウェーハと同じ半導体ウェーハロットの半導体ウェーハを製品半導体ウェーハとして出荷するための準備（例えば梱包等）に付すことができる。

製造方法２について、テスト製造条件および実製造条件としては、半導体ウェーハの製造のための各種工程における各種条件を挙げることができる。半導体ウェーハの製造のための各種工程については、先に製造方法１について記載した通りである。なお、「実製造条件」とは、製品半導体ウェーハの製造条件を意味するものとする。

製造方法２では、実製造条件を決定するための前段階として、テスト製造条件を設定し、このテスト製造条件下で評価用半導体ウェーハを製造する。製造された半導体ウェーハは、本発明の一態様にかかる評価方法によって評価される。かかる評価によって求められた再結合ライフタイム値を指標として、テスト製造条件が実製造条件として採用され得る条件であるか、または、テスト製造条件に変更を加えた製造条件を実製造条件として採用すべきであるか、を判定することができる。例えば、先に製造方法１に関して先に記載した観点と同様の観点から、求められた再結合ライフタイムの値が所定の閾値以上または閾値を超えることを、テスト製造条件が実製造条件として採用され得る条件であるか否かの判定基準とすることができる。判定の結果、変更が加えられる製造条件としては、例えば、金属汚染をもたらし得る製造条件を挙げることができる。一例として、使用する熱処理炉の改修（例えば部品の交換、部品の洗浄、炉内の洗浄等）を挙げることができる。

製造方法１および製造方法２のその他の詳細については、半導体ウェーハの製造方法に関する公知技術を適用することができる。製造方法１および製造方法２によれば、例えば金属汚染が少ない製品半導体ウェーハを市場に安定供給することができる。

本発明の一態様は、各種半導体ウェーハの技術分野において有用である。

Claims (14)

1. 評価対象の半導体試料を光導電減衰法による測定に付すことによって減衰曲線を取得すること、
   前記減衰曲線に対して指数減衰項と定数項とを含むモデル式による信号データ処理を施すこと、および、
   前記信号データ処理によって得られた指数減衰の式から前記半導体試料の再結合ライフタイムを求めること、
   を含み、
   前記信号データ処理を行うことによって前記モデル式における定数項を打ち消して前記指数減衰の式を取得すること、および
   前記指数減衰の式から時定数τ _Ｂ ^－１ ＋τ _Ｓ ^－１ を求めること、
   を更に含み、τ _Ｂ は、ＳＲＨ再結合ライフタイムであり、τ _Ｓ は、表面再結合ライフタイムである、半導体試料の評価方法。
2. 前記信号データ処理は、前記モデル式によってモデル化される時系列信号をサンプリングして差分を取る操作を繰り返すことを含む、請求項１に記載の半導体試料の評価方法。
3. 前記サンプリングを行うサンプリング領域を決定するためのオートスケーリングを実行することを更に含む、請求項２に記載の半導体試料の評価方法。
4. 前記オートスケーリングによって、オージェ再結合の影響が少なく、かつノイズの影響が少ない領域を、サンプリング領域として決定する、請求項３に記載の半導体試料の評価方法。
5. 前記モデル式は、下記式（１’）：
   ｘｉ（ｔｉ）＝Ａ×ｅｘｐ［－（τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１）ｔｉ］－Ｃ ・・・（１’）
   （式（１’）中、ｔｉ：励起光照射後の経過時間、ｘｉ（ｔｉ）：経過時間ｔｉにおける信号強度、τ_Ｂ：ＳＲＨ再結合ライフタイム、τ_Ｓ：表面再結合ライフタイム、Ａ、Ｃ：定数）
   である、請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体試料の評価方法。
6. 評価対象の半導体試料を光導電減衰法による測定に付すことによって減衰曲線を取得すること、
   前記減衰曲線に対して指数減衰項と定数項とを含むモデル式による信号データ処理を施すこと、および、
   前記信号データ処理によって得られた指数減衰の式から前記半導体試料の再結合ライフタイムを求めること、
   を含み、
   前記モデル式は、下記式（１’）：
   ｘｉ（ｔｉ）＝Ａ×ｅｘｐ［－（τ _Ｂ ^－１ ＋τ _Ｓ ^－１ ）ｔｉ］－Ｃ ・・・（１’）
   （式（１’）中、ｔｉ：励起光照射後の経過時間、ｘｉ（ｔｉ）：経過時間ｔｉにおける信号強度、τ _Ｂ ：ＳＲＨ再結合ライフタイム、τ _Ｓ ：表面再結合ライフタイム、Ａ、Ｃ：定数）
   である、半導体試料の評価方法。
7. 評価対象の半導体試料を光導電減衰法による測定に付すことによって減衰曲線を取得する測定部と、
   前記減衰曲線に対して指数減衰項と定数項とを含むモデル式による信号データ処理を施す処理部と、
   前記信号データ処理によって得られた指数減衰の式から前記半導体試料の再結合ライフタイムを求める再結合ライフタイム算出部と、
   を含み、
   前記処理部は、
   信号データ処理を行うことによって前記モデル式における定数項を打ち消して前記指数減衰の式を取得すること、および
   前記指数減衰の式から時定数τ _Ｂ ^－１ ＋τ _Ｓ ^－１ を求めること、
   を実行し、τ _Ｂ は、ＳＲＨ再結合ライフタイムであり、τ _Ｓ は、表面再結合ライフタイムである、半導体試料の評価装置。
8. 前記信号データ処理は、前記モデル式によってモデル化される時系列信号をサンプリングして差分を取る操作を繰り返すことを含む、請求項７に記載の半導体試料の評価装置。
9. 前記処理部は、前記サンプリングを行うサンプリング領域を決定するためのオートスケーリングを実行する、請求項８に記載の半導体試料の評価装置。
10. 前記処理部は、前記オートスケーリングによって、再結合の影響が少なく、かつノイズの影響が少ない領域を、サンプリング領域として決定する、請求項９に記載の半導体試料の評価装置。
11. 前記モデル式は、下記式（１’）：
    ｘｉ（ｔｉ）＝Ａ×ｅｘｐ［－（τ_Ｂ ^－１＋τ_Ｓ ^－１）ｔｉ］－Ｃ ・・・（１’）
    （式（１’）中、ｔｉ：励起光照射後の経過時間、ｘｉ（ｔｉ）：経過時間ｔｉにおける信号強度、τ_Ｂ：ＳＲＨ再結合ライフタイム、τ_Ｓ：表面再結合ライフタイム、Ａ、Ｃ：定数）
    である、請求項７～１０のいずれか１項に記載の半導体試料の評価装置。
12. 評価対象の半導体試料を光導電減衰法による測定に付すことによって減衰曲線を取得する測定部と、
    前記減衰曲線に対して指数減衰項と定数項とを含むモデル式による信号データ処理を施す処理部と、
    前記信号データ処理によって得られた指数減衰の式から前記半導体試料の再結合ライフタイムを求める再結合ライフタイム算出部と、
    を含み、
    前記モデル式は、下記式（１’）：
    ｘｉ（ｔｉ）＝Ａ×ｅｘｐ［－（τ _Ｂ ^－１ ＋τ _Ｓ ^－１ ）ｔｉ］－Ｃ ・・・（１’）
    （式（１’）中、ｔｉ：励起光照射後の経過時間、ｘｉ（ｔｉ）：経過時間ｔｉにおける信号強度、τ _Ｂ ：ＳＲＨ再結合ライフタイム、τ _Ｓ ：表面再結合ライフタイム、Ａ、Ｃ：定数）
    である、半導体試料の評価装置。
13. 複数の半導体ウェーハを含む半導体ウェーハロットを製造すること、
    前記半導体ウェーハロットから少なくとも１つの半導体ウェーハを抽出すること、
    前記抽出された半導体ウェーハを請求項１～６のいずれか１項に記載の評価方法によって評価すること、および、
    前記評価の結果、良品と判定された半導体ウェーハと同じ半導体ウェーハロットの半導体ウェーハを製品半導体ウェーハとして出荷するための準備に付すこと、
    を含む半導体ウェーハの製造方法。
14. テスト製造条件下で評価用半導体ウェーハを製造すること、
    前記製造された評価用半導体ウェーハを請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体試料の評価方法によって評価すること、
    前記評価の結果に基づき、前記テスト製造条件に変更を加えた製造条件を実製造条件として決定するか、または前記テスト製造条件を実製造条件として決定すること、および、
    前記決定された実製造条件下で半導体ウェーハを製造すること、
    を含む半導体ウェーハの製造方法。

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