JP7652139B2 - シリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属不純物による故意汚染工程及び金属不純物の拡散熱処理工程を含み、シリコンウェーハにおける酸素析出物（ＢＭＤ：Bulk Micro Defect）による金属不純物に対するゲッタリング能力を評価する、シリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法に関する。

半導体デバイスは、シリコン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。特に、バルクのシリコンウェーハ上に単結晶シリコンからなるシリコンエピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェーハは、各種半導体デバイスを作製する際の基板として好適に用いられる。デバイス形成工程では、半導体デバイスの特性不良を起こす原因となる、金属不純物によるシリコンウェーハの汚染が懸念される。シリコンウェーハ中の金属不純物を低減させる技術の一つとして、ゲッタリング技術がある。このゲッタリング技術の一つとして、シリコンウェーハ内に酸素析出物（ＢＭＤ）を形成し、そこに金属不純物を捕獲させるイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）と呼ばれる方法が知られている。

デバイス形成工程におけるシリコンウェーハの金属汚染を回避するためには、シリコンウェーハにおけるＢＭＤによる金属不純物に対する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、内部に酸素析出物（ＢＭＤ）が形成されたシリコンウェーハを金属不純物で故意汚染する工程と、このシリコンウェーハに熱処理を施す工程と、シリコンウェーハの表面に選択エッチングを施す工程と、当該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、シリコンウェーハにおける酸素析出物（ＢＭＤ）の金属不純物に対するゲッタリング能力の評価を行う工程と、を有するシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法が記載されている。故意汚染工程では、金属不純物を含む汚染液をスピンコートによってシリコンウェーハの裏面に塗布する。故意汚染によってシリコンウェーハに導入された金属不純物は、熱処理によってシリコンウェーハ内を熱拡散して、酸素析出物（ＢＭＤ）に捕獲される。この時、酸素析出物（ＢＭＤ）により捕獲しきれなかった金属不純物が存在すると、そのような金属不純物は、シリコンウェーハのおもて面において金属不純物のシリサイドを形成する。そのため、シリコンウェーハのおもて面に選択エッチングを行うと、このシリサイドがシャローピット（転位）として顕在化する。そのため、光学顕微鏡によりシャローピットが観察されなければ、ゲッタリング能力は良好であると評価することができ、シャローピットが観察されれば、ゲッタリング能力は不良であると評価することができる。

特開２０１９－１４９４７１号公報

本発明者らは、以下のような新規な課題を認識した。故意汚染後、金属不純物を拡散させるための熱処理（以下、単に「拡散熱処理」とも称する。）は、従来、９００℃以上の高温で行われることが一般的であった。ここで、近年、デバイス熱処理（デバイス形成工程で行われる熱処理）の低温化が進んでいる。このデバイス熱処理を模擬するためには、拡散熱処理も低温で行う必要がある。しかしながら、８５０℃以下の低温で拡散熱処理を行う場合、以下のような問題が生じることが判明した。

すなわち、９００℃以上の高温で拡散熱処理を行うと、ゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハでは、選択エッチング後にシャローピットがシリコンウェーハのおもて面の全体に均一に分布する。これに対して、８５０℃以下の低温で拡散熱処理を行うと、図２に示すように、選択エッチング後に、シャローピットは、シリコンウェーハのおもて面上において、シャローピットが存在しない領域と、シャローピット（図２右図の白い輝点）が密集する領域（シャローピット集団：図２左図のグレーの斑点）と、からなるまだら模様の不均一分布を示すことが分かった。

このようにシャローピットが不均一に分布する場合であっても、シリコンウェーハのおもて面の全体を光学顕微鏡でくまなく観察すれば、シャローピットを見逃すことはなく、ゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハを正しく「ゲッタリング能力が不良である」と評価することができる。しかしながら、シリコンウェーハのおもて面の全体を光学顕微鏡でくまなく観察するのは非効率である。評価の効率を考慮すると、シリコンウェーハのおもて面の一部分（例えば、直径上を所定間隔で複数視野）のみを観察する簡易な観察方法が望まれる。シャローピットが不均一に分布する場合、このような簡易な観察手法を用いると、シャローピットを見逃してしまうリスクがある。シャローピットを見逃してしまうと、本来「ゲッタリング能力が不良である」と評価されるべきゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハを「ゲッタリング能力は良好である」と誤って評価してしまうことになる。すなわち、低温で金属不純物の拡散熱処理を行い、かつ、シリコンウェーハのおもて面の一部分のみを観察する簡易なゲッタリング能力評価方法を採用した場合に、ゲッタリング能力に劣るとの評価の精度が確保できないとの課題があることが判明した。

上記課題に鑑み、本発明は、低温で金属不純物の拡散熱処理を行い、かつ、シリコンウェーハのおもて面の一部分のみを観察する簡易なゲッタリング能力評価方法を採用した場合でも、ゲッタリング能力に劣るとの評価の精度を高めることが可能な、シリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明者らが鋭意検討したところ、以下の知見を得た。すなわち、低温で金属不純物の拡散熱処理を行う場合、ゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハにおいては、シャローピット集団のサイズ（単位：ｃｍ^２）とシャローピット集団の面内密度（単位：ｃｍ^－２）の積から求められる、全てのシャローピット集団がシリコンウェーハの表面を被覆する割合（シャローピット集団の被覆率α）が、シャローピットを見逃さずに正確なゲッタリング能力の評価ができることを保証する指標となることを見出した。具体的には、シャローピット集団の被覆率αが１．５×１０^－２以上であれば、ゲッタリング能力に劣るとの評価を十分に高精度に行えることを見出した。また、金属不純物の故意汚染工程の条件を工夫することで、ゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハにおいて上記の所定の被覆率αを実現することができることを見出した。具体的には、シリコンウェーハのおもて面又は裏面に金属不純物を含む汚染液を滴下し、スピンコーターを用いて回転塗布する故意汚染方法において、予め汚染液に超音波を印加することが、被覆率αの増加に寄与することを見出した。また、スピンコーターの最高回転数を大きくするほど、そして、その最高回転数に到達するまでの時間を短くするほど、被覆率αを大きくすることができることを見出した。

上記の知見に基づき完成された本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
［１］内部に酸素析出物が形成されたシリコンウェーハを用意する工程と、
前記シリコンウェーハのおもて面又は裏面に、金属不純物を含む汚染液を滴下し、前記シリコンウェーハをスピンコーターで回転させて、前記シリコンウェーハのおもて面又は裏面に前記汚染液を塗り広げる故意汚染工程と、
前記シリコンウェーハを８５０℃以下の温度に保持する熱処理を行う工程と、
前記シリコンウェーハのおもて面に選択エッチングを施して、前記熱処理後の前記シリコンウェーハのおもて面に前記金属不純物のシリサイドが存在する場合に、前記シリサイドをシャローピットとして顕在化させる工程と、
前記シリコンウェーハのおもて面を顕微鏡で拡大観察して、前記シャローピットの有無に基づいて、前記シリコンウェーハにおける前記酸素析出物の前記金属不純物に対するゲッタリング能力の評価を行う工程と、
を有し、
前記故意汚染工程は、前記シリコンウェーハのおもて面に前記シャローピットが存在する場合に、前記シリコンウェーハのおもて面における、以下の定義に従うシャローピット集団の被覆率αが１．５×１０^－２以上となる条件下にて行うことを特徴とする、シリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
一辺の長さＬが１０μｍ以上の正方形である第一領域に３個以上の前記シャローピットが存在し、前記第一領域の外側であり、かつ、前記第一領域の各辺からＬ／２だけ離れた四辺が形成する正方形の内部である第二領域に前記シャローピットが存在しない場合に、前記第一領域を１つの「シャローピット集団」と定義する。

［２］前記故意汚染工程の前記条件が、前記汚染液に予め超音波を印加するか否か、前記スピンコーターの最高回転数、及び前記最高回転数までの所要時間の少なくとも一つである、上記［１］に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。

［３］前記故意汚染工程において、前記汚染液に予め超音波を印加しない、上記［２］に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。

［４］前記スピンコーターの最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）、及び、前記最高回転数までの所要時間ｔ（秒）が、以下の式（１）を満たす、上記［３］に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
Ｒ≧１．５８×１０^３×ｔ^{０．４０８} ・・・（１）

［５］前記スピンコーターの最高回転数をＲ（ｒｐｍ）、前記最高回転数までの所要時間をｔ（秒）として、
３０００≦Ｒ≦６０００、かつ、ｔ≦４
４０００≦Ｒ≦６０００、かつ、４≦ｔ≦９
５０００≦Ｒ≦６０００、かつ、９≦ｔ≦１５
のいずれかを満たす、上記［３］に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。

［６］前記故意汚染工程において、前記汚染液に予め超音波を印加する、上記［２］に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。

［７］前記スピンコーターの最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）、及び、前記最高回転数までの所要時間ｔ（秒）が、以下の式（２）を満たす、上記［６］に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
Ｒ≧５．９６×１０^２×ｔ^{０．４０８} ・・・（２）

［８］前記スピンコーターの最高回転数をＲ（ｒｐｍ）、前記最高回転数までの所要時間をｔ（秒）として、２０００≦Ｒ≦６０００、かつ、ｔ≦１５を満たす、上記［６］に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。

［９］前記金属不純物がニッケル（Ｎｉ）である、上記［１］～［８］のいずれか一項に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。

［１０］前記シリコンウェーハがエピタキシャルシリコンウェーハであり、前記シリコンウェーハのおもて面が、前記エピタキシャルシリコンウェーハのエピタキシャル層の表面である、上記［１］～［９］のいずれか一項に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。

本発明のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法によれば、低温で金属不純物の拡散熱処理を行い、かつ、シリコンウェーハのおもて面の一部分のみを観察する簡易なゲッタリング能力評価方法を採用した場合でも、ゲッタリング能力に劣るとの評価の精度を高めることができる。

本発明の一実施形態によるシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法を示すフローチャートである。 シャローピット集団の定義を説明するための図である。 シリコンウェーハの酸素濃度及びＢＭＤ密度と、ゲッタリング能力の判定結果との関係を示すグラフである。 ゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハを用いた、Ｎｉ故意汚染及びＮｉ拡散熱処理を含むゲッタリング能力評価試験において、汚染液に予め超音波を印加しない場合における、スピンコーターの最高回転数及び最高回転数までの所要時間が、シャローピット集団の被覆率αに及ぼす影響を示すグラフである。 図４における、スピンコーターの最高回転数Ｒ及び最高回転数までの所要時間ｔと、ゲッタリング能力の判定精度との関係を示すグラフである。

（シリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法）
図１を参照して、本発明の一実施形態によるシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法は、内部に酸素析出物（ＢＭＤ）が形成されたシリコンウェーハを用意する工程（ステップＳ１）と、金属不純物による故意汚染工程（ステップＳ２）と、低温での金属不純物の拡散熱処理工程（ステップＳ３）と、選択エッチング工程（ステップＳ４）と、顕微鏡による拡大観察工程（ステップＳ５）と、を有する。

［ステップＳ１］
ステップＳ１では、内部に酸素析出物（ＢＭＤ）が形成されたシリコンウェーハを用意する。シリコンウェーハは、特に限定されず、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バルクのシリコンウェーハであってもよいし、当該バルクのシリコンウェーハ上に単結晶シリコンからなるシリコンエピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェーハであってもよい。シリコンエピタキシャル層は、ＣＶＤ法により一般的な条件で形成すればよい。これら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（ＢＭＤ）が形成される。なお、酸素析出物（ＢＭＤ）の密度が大きいほどゲッタリング能力が高くなり、酸素析出物（ＢＭＤ）の密度は、バルクのシリコンウェーハの酸素濃度と、上記熱処理の条件とに依存する。

本明細書において、シリコンウェーハの両主面のうち、半導体デバイスを作製する平坦面を「おもて面」とし、おもて面の反対側の平坦面を「裏面」とする。シリコンウェーハのおもて面又は裏面には、製品情報を記録した識別子（レーザーマーク）が刻印される。このため、シリコンウェーハのおもて面と裏面とは、明確に区別される。シリコンウェーハが、エピタキシャルシリコンウェーハである場合、エピタキシャル層に半導体デバイスが作製されるため、シリコンウェーハの「おもて面」は、エピタキシャルシリコンウェーハのエピタキシャル層の表面である。

本実施形態において評価対象とするシリコンウェーハは、バルクのシリコンウェーハの酸素濃度（ＡＳＴＭ Ｆ－１２１，１９７９）が８×１０^１７～１６×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるものとすることができる。

本実施形態において評価対象とするシリコンウェーハは、１×１０^７～４×１０^１０／ｃｍ^３のＢＭＤ密度を有するものとすることができる。

本明細書におけるシリコンウェーハの「ＢＭＤ密度」は以下の定義に従う。シリコンウェーハに対して、酸素ガス雰囲気中で、雰囲気温度９００℃で１６時間の熱処理を行った後、シリコンウェーハ（面内中心位置）を厚み方向に劈開して、その劈開断面をライトエッチング（Wright Etching）液を用いて深さ２μｍエッチングする選択エッチング処理を行った後、シリコンウェーハの厚み中心部における劈開断面を光学顕微鏡で観察し、所定サイズのエリア内のエッチピット密度を求め、これを「ＢＭＤ密度」と定義する。所定サイズは、シリコンウェーハのＢＭＤ密度により適切に設定する。高密度の場合、狭いエリアでＢＭＤをカウントし、低密度の場合、広いエリアでＢＭＤをカウントする。

［ステップＳ２］
ステップＳ２の故意汚染工程では、シリコンウェーハのおもて面又は裏面に、金属不純物を含む汚染液を滴下し、シリコンウェーハをスピンコーターで回転させて、シリコンウェーハのおもて面又は裏面に前記汚染液を塗り広げる。金属不純物としては、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、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、及びＷから選ばれる一種を用いることができるが、本実施形態では、特にニッケル（Ｎｉ）を用いることが好ましい。

金属不純物の種類によらず、金属不純物の汚染量は、１×１０^１１～１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の範囲内とすることが好ましい。汚染量が１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２未満の場合、故意汚染が不十分で、ゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハであっても、後記の選択エッチングによりシャローピットが観察されない。また、汚染量が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２超えの場合、シリコンウェーハの内部に金属不純物が拡散しきれない。なお、本明細書において「金属不純物の汚染量」は、誘導結合プラズマ質量分析法により求めるものとする。汚染液の滴下量、及び、汚染液中の金属不純物の濃度は、特に限定されず、上記の汚染量を実現できるように適宜決定すればよい。ただし、滴下量は、スピンコーター始動前の状態でシリコンウェーハおもて面又は裏面全体に汚染液が行き渡る程度の量とする。

［ステップＳ３］
ステップＳ３の拡散熱処理工程では、シリコンウェーハを８５０℃以下の温度に保持する熱処理を行う。故意汚染によってシリコンウェーハに導入された金属不純物は、熱処理によってシリコンウェーハ内を熱拡散して、酸素析出物（ＢＭＤ）に捕獲される。この時、酸素析出物（ＢＭＤ）により捕獲しきれなかった金属不純物が存在すると、そのような金属不純物は、シリコンウェーハのおもて面において金属不純物のシリサイドを形成する。

デバイス熱処理の低温化に伴い、本実施形態において、拡散熱処理の温度は８５０℃以下とし、好ましくは８００℃以下とし、より好ましくは７５０℃以下とする。拡散熱処理の温度の下限は特に限定されないが、現状のデバイス熱処理の温度を考慮すると、拡散熱処理の温度は６００℃以上とすることが好ましい。なお、「拡散熱処理の温度」は、雰囲気温度を意味し、シリコンウェーハも当該温度に保持されるものとみなすことができる。拡散熱処理の時間は、金属不純物をシリコンウェーハ内部に十分拡散させるため、１分以上とすることが好ましく、２分以上とすることがより好ましい。また、拡散熱処理の時間は、熱処理のスループットの観点から、１２０分以下とすることが好ましく、３０分以下とすることがより好ましい。熱処理雰囲気は、例えばＨ_２、Ｏ_２、Ａｒ、Ｎ_２、Ｈｅ、又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。

［ステップＳ４］
ステップＳ４では、シリコンウェーハのおもて面に選択エッチングを施す。これにより、熱処理後のシリコンウェーハのおもて面に金属不純物のシリサイドが存在する場合に、シリサイドをシャローピットとして顕在化させることができる。シャローピット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。

［ステップＳ５］
ステップＳ５では、シリコンウェーハのおもて面を顕微鏡で拡大観察して、シャローピットの有無に基づいて、シリコンウェーハにおける酸素析出物（ＢＭＤ）の金属不純物に対するゲッタリング能力の評価を行う。顕微鏡としては、光学顕微鏡を用いることができる。具体的には、顕微鏡によりシャローピットが観察されなければ、シリコンウェーハのゲッタリング能力は良好であると評価することができ、シャローピットが観察されれば、シリコンウェーハのゲッタリング能力は不良であると評価することができる。

顕微鏡の倍率は、シャローピットを観察できれば特に限定されないが、５０～１０００倍の範囲とすることができる。観察範囲は特に限定されず、シリコンウェーハのおもて面の全体を顕微鏡でくまなく観察してもよい。ただし、シリコンウェーハのおもて面の全体を顕微鏡でくまなく観察するのは非効率である。評価の効率を考慮すると、シリコンウェーハのおもて面の一部分（例えば、直径上を所定間隔で複数視野）のみを観察する簡易な観察方法が望まれる。本実施形態では、後述のとおり、このような簡易な観察方法を採用した場合でも、シャローピットの見逃しを十分に抑制することができ、ゲッタリング能力に劣るとの評価の精度を高めることができる。

［シャローピットの分布］
既述のとおり、８５０℃以下の低温で拡散熱処理を行うと、ゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハでは、図２に示すように、選択エッチング後に、シャローピットは、シリコンウェーハのおもて面上において、シャローピットが存在しない領域と、シャローピット（図２右図の白い輝点）が密集する領域（シャローピット集団：図２左図のグレーの斑点）と、からなるまだら模様の不均一分布を示す。ここで、図２を参照して、本明細書において、一辺の長さＬが１０μｍ以上の正方形である第一領域に３個以上のシャローピットが存在し、第一領域の外側であり、かつ、第一領域の各辺からＬ／２だけ離れた四辺が形成する正方形の内部である第二領域にシャローピットが存在しない場合に、第一領域を１つの「シャローピット集団」と定義する。

ゲッタリング能力が良好なシリコンウェーハの場合、シャローピットは顕在化しないため、顕微鏡での観察範囲の如何によらず、シャローピットは観察されない。しかしながら、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハの場合、図２のように、シャローピットは不均一に分布するため、上記のような簡易な観察手法を用いると、シャローピットを見逃してしまうリスクがある。

ここで、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハにおいて、シャローピット集団の被覆率αが１．５×１０^－２未満であると、簡易な観察手法でシャローピットを見逃すリスクが大きくなり、ゲッタリング能力に劣るとの評価の精度を十分に得ることができない。そこで、本実施形態では、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハにおいて、すなわち、シリコンウェーハのおもて面にシャローピットが存在する場合において、シャローピット集団の被覆率αが１．５×１０^－２以上となることが肝要である。これにより、簡易な観察方法を採用した場合でも、シャローピットの見逃しを十分に抑制することができ、ゲッタリング能力に劣るとの評価の精度を高めることができる。この観点から、シャローピット集団の被覆率αは２．０×１０^－２以上であることが好ましく、３．０×１０^－２以上であることがより好ましい。シャローピット集団の被覆率αの上限は特に限定されないが、故意汚染工程を最大限最適化したとしても、シャローピット集団の被覆率αは概ね０．３以下となる。

なお、９００℃以上の高温で拡散熱処理を行うと、ゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハでは、選択エッチング後にシャローピットが表面の全体に均一に分布する。

８５０℃以下の低温で拡散熱処理を行う場合に、ゲッタリング能力に劣るシリコンウェーハで上記のような所定値以上の被覆率αを実現するためには、故意汚染工程（ステップＳ２）を最適化することが好ましい。すなわち、本実施形態では、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハにおいて、すなわち、シリコンウェーハのおもて面にシャローピットが存在する場合において、上記のような所定値以上の被覆率αとなる条件下にて故意汚染工程（ステップＳ２）を行うことが肝要である。故意汚染工程の条件として、具体的には、汚染液に予め超音波を印加するか否か、スピンコーターの最高回転数、及び最高回転数までの所要時間の少なくとも一つの条件を最適化することが好ましい。

一実施形態において、被覆率αを増加させる観点から、シリコンウェーハのおもて面又は裏面に汚染液を滴下する前に、予め汚染液に超音波を印加することが好ましい。超音波を印加することで、汚染液内で金属不純物が撹拌されて濃度が均一になることが、被覆率αの増加に寄与しているものと推測される。

他の実施形態において、汚染液に予め超音波を印加しなくても、スピンコーターの最高回転数及び最高回転数までの所要時間を最適化することで、被覆率αを増加させることができる。

汚染液に予め超音波を印加しない場合、スピンコーターの最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）及び最高回転数までの所要時間ｔ（秒）が、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
Ｒ≧１．５８×１０^３×ｔ^{０．４０８} ・・・（１）
あるいは、
３０００≦Ｒ≦６０００、かつ、ｔ≦４
４０００≦Ｒ≦６０００、かつ、４≦ｔ≦９
５０００≦Ｒ≦６０００、かつ、９≦ｔ≦１５
のいずれかを満たすことが好ましい。これらの条件を満たす場合に、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハにおいて、すなわち、シリコンウェーハのおもて面にシャローピットが存在する場合において、シャローピット集団の被覆率αを１．５×１０^－２以上とすることができる。

汚染液に予め超音波を印加する場合、スピンコーターの最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）及び最高回転数までの所要時間ｔ（秒）が、以下の式（２）を満たすことが好ましい。
Ｒ≧５．９６×１０^２×ｔ^{０．４０８} ・・・（２）
あるいは、２０００≦Ｒ≦６０００、かつ、ｔ≦１５を満たすことが好ましい。これらの条件を満たす場合に、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハにおいて、すなわち、シリコンウェーハのおもて面にシャローピットが存在する場合において、シャローピット集団の被覆率αを１．５×１０^－２以上とすることができる。

他の実施形態では、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハにおいて、すなわち、シリコンウェーハの表面にシャローピットが存在する場合において、上記のような所定値以上の被覆率αとなるように、故意汚染工程の条件を意図的に制御することが好ましい。

具体的には、汚染液に予め超音波を印加しない場合には、採用しようとするスピンコーターの最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）及び最高回転数までの所要時間ｔ（秒）が上記の式（１）を満たすか否かを確認し、式（１）を満たすことが確認されたＲ及びｔを用いて、ステップＳ１～ステップＳ５に係るシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法を実施することができる。

具体的には、汚染液に予め超音波を印加する場合には、採用しようとするスピンコーターの最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）及び最高回転数までの所要時間ｔ（秒）が上記の式（２）を満たすか否かを確認し、式（２）を満たすことが確認されたＲ及びｔを用いて、ステップＳ１～ステップＳ５に係るシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法を実施することができる。

なお、金属不純物の汚染量が上記の１×１０^１１～１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の範囲内であれば、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハにおけるシャローピット集団の被覆率αは、金属不純物の汚染量にはほぼ依存しない。また、拡散熱処理の温度が８５０℃以下、かつ、拡散熱処理の時間が１分以上であれば、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハにおけるシャローピット集団の被覆率αは、拡散熱処理の温度及び時間にはほぼ依存しない。汚染金属の不均一分布は、スピンコート時点で決まっているためである。

また、ゲッタリング能力が不良なシリコンウェーハにおけるシャローピット集団の被覆率αは、シリコンウェーハのＢＭＤ密度には依存しない。シャローピットが観察されるか否かは、汚染金属がシリコンウェーハのおもて面に集まるか、シリコンウェーハ内部のＢＭＤに集まるかのいずれかで決まっており、シリコンウェーハのおもて面又はＢＭＤのいずれか優勢な側に、ほとんどの汚染金属が集まる。つまり、ゲッタリング能力が劣る場合（ＢＭＤ密度が不十分の場合）は、そのＢＭＤの過多に依らず、ほとんどの金属がシリコンウェーハのおもて面にシリサイドとして析出してしまうため、被覆率αはＢＭＤ密度の程度には依存しないと考えられる。

（実験例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：７７０μｍ、面方位（１００）、酸素濃度：１０×１０^１７～１４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ Ｆ－１２１，１９７９）の範囲内の１６条件のｐ型シリコンウェーハを用意した。このバルクのシリコンウェーハの表面上に、厚さ３．０μｍのシリコンエピタキシャル層を形成し、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。作製したエピタキシャルシリコンウェーハに対して９５０℃で３０分の熱処理を行った。この熱処理により、エピタキシャルシリコンウェーハのバルクシリコンウェーハの内部に酸素析出物（ＢＭＤ）を発生させ、ゲッタリング能力を付与した。次に、エピタキシャルシリコンウェーハを洗浄した。

エピタキシャルシリコンウェーハの裏面（エピタキシャル層が形成されていない側のシリコンウェーハ表面）にＮｉ汚染液を滴下し、スピンコート回転塗布を実施した。Ｎｉ汚染量は、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２とした。その後、窒素雰囲気下で７５０℃、５分の拡散熱処理を実施した。この拡散熱処理はデバイス形成工程の温度を模擬しているため、デバイス形成工程でのゲッタリング能力を模擬できると期待できる。

その後、エピタキシャルシリコンウェーハを半分に劈開し、片方のウェーハの表面をライトエッチング液でエッチングして、ウェーハ表面（エピタキシャル層の表面）のＮｉシリサイドをシャローピットとして顕在化した。その後、光学顕微鏡でウェーハ表面をくまなく観察して、シャローピットの発生有無を確認した。

また、ＢＭＤ密度の観察のため、残り半分のウェーハを洗浄した後、９００℃で１６時間のＢＭＤ顕在化熱処理を実施した。このウェーハを短冊状に劈開した後に、ライトエッチング液で深さ２μｍエッチングした。劈開面にエッチピットとして顕在化したＢＭＤを光学顕微鏡で観察し、その密度を計測した。

ウェーハ表面のシャローピットの観察例（酸素濃度：９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、ＢＭＤ密度：１×１０^９／ｃｍ^３）を図２に示す。光学顕微鏡像の白い輝点の一つ一つがシャローピットに対応している。図２に示されるように、シャローピット集団（Ｓピット集団）が存在する領域がウェーハ面上に点在しており、Ｓピット集団の周囲はＳピットが観察されなかった。このようにシャローピットがウェーハ面内に不均一に分布する原因は、スピンコート回転塗布の時点でＮｉがウェーハ面内に不均一に分布しており、Ｎｉが高濃度の領域のみシャローピットが発生したためと考えられる。

図３に、シリコンウェーハの酸素濃度及びＢＭＤ密度と、ゲッタリング能力の判定結果との関係を示す。シャローピットが観察されない場合はゲッタリング能力が良好であると評価し、シャローピットが観察された場合はゲッタリング能力が不良であると評価した。ＢＭＤは酸素原子がシリコンウェーハ内部で析出したものであるため、シリコンウェーハの酸素濃度が高くなるほどＢＭＤ密度は高くなる。図３に示されるように、ＢＭＤ密度が高いほど、シャローピットの発生が無く、ゲッタリング能力は良好と評価される。つまり、汚染したＮｉがＢＭＤにゲッタリングされていることを正しく評価できている。図２のようにシャローピットが面内不均一にＳピット集団として分布していても、ウェーハ面内をくまなく観察できれば、ゲッタリング能力の評価に支障はない。

（実験例２）
エピタキシャル層表面をくまなく観察すれば、図３に示したようにゲッタリング能力の正確な評価が可能であるが、評価の効率を考慮するとウェーハの半径上のみを光学顕微鏡で観察するなどの簡便な観察方法が望まれる。しかし、Ｓピット集団の密度や面積が小さい場合には、Ｓピットを見落として正しいゲッタリング判定ができない懸念がある。そこで、Ｓピット集団がウェーハ表面を被覆する割合αを求め、αの値が大きくなる条件を調べた。ここで、αはＳピット集団の平均面積（単位：ｃｍ^２）とＳピット集団の密度（単位：ｃｍ^－２）の積で定義される。被覆率αの値が大きいほど、Ｓピットを見逃す可能性は低くなるため、正しくゲッタリング評価の判定が可能となると考えられる。

面内不均一なＳピット集団の発生は、スピンコート回転塗布時のウェーハ面上の不均一なＮｉ濃度分布に起因すると考えられるため、表１に示すＮｉ故意汚染条件を採用して、図１のゲッタリング能力の評価実験を行った。なお、この実験ではＳピットを発生させて観察する必要があるため、ゲッタリング能力がないウェーハ（図３の酸素濃度１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のウェーハ）を使用した。

［Ｎｏ．１］
スピンコート回転塗布に用いるＮｉ汚染液を入れた容器に超音波を印加し、攪拌を実施した。スピンコート回転塗布は、最高回転時は３０００ｒｐｍ、最高回転数までの所要時間を４秒で実施した。

［Ｎｏ．２～１３］
Ｎｉ汚染液に超音波を印加せず、スピンコーターの最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）及び最高回転数までの所要時間ｔ（秒）は表１に示す値とした。

表１のＮｏ．１～１３において、エピタキシャル層表面の全面を光学顕微鏡でくまなく観察すると、全ての水準でＳピット集団が発生していることが確認できた。表１に、シャローピット集団の被覆率αを示す。

他方で、評価の効率を考慮するとウェーハの半径上のみを光学顕微鏡で観察するなどの簡便な観察方法が望まれる。そこで、簡便な観察方法として、ウェーハの中心から外周に向かう半径方向に５ｍｍ間隔で３０点（ウェーハ中心から０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、・・・、１４５ｍｍの位置）の視野（倍率：４００倍）で観察を実施した。３０点の視野で１視野でもＳピット集団を発見できれば見落とし無し、全ての視野でＳピット集団を発見できなければ見落とし有りと定義した。この５ｍｍ間隔での観察を、各ウェーハで１０回くり返し、Ｓピット集団の見落とし有りの回数を測定回数１０回で割った値を見落とし率として定義して、表１に示した。表１において、見落とし率が２０％以下の場合にゲッタリング評価に支障がないとして判定ＯＫ、２０％を超える場合に判定ＮＧとした。この場合、表１に示す被覆率αの値から、判定ＯＫとＮＧのαの閾値は１．５×１０^－２である。

表１の結果から、Ｓピット集団の被覆率αの値が大きいほど、見落とし率は小さくなる。すなわち、被覆率αの値が大きいほど好ましい故意汚染条件であることがわかる。図４に、汚染液に予め超音波を印加しないＮｏ．２～１３に基づく、最高回転数及び最高回転数までの所要時間とＳピット集団の被覆率αとの関係を示した。図４から、最高回転数が大きいほど、また、最高回転数までの所要時間が短いほど、被覆率αが大きくなることが分かる。

図４の結果を多変量解析した結果、被覆率α、最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）、最高回転数までの所要時間ｔ（秒）には次式の関係があることが分かった。
α＝７．０１×１０^－８×Ｒ^１．６７×ｔ^{－０．６８} ・・・式（３）

すなわち、高精度なゲッタリング能力の評価が可能な閾値α＝１．５×１０^－２となる条件において、Ｒとｔは以下の関係式を満たすことになる。
Ｒ＝１．５８×１０^３×ｔ^{０．４０８}

図５に、汚染液に予め超音波を印加しないＮｏ．２～１３に基づく、スピンコーターの最高回転数Ｒ及び最高回転数までの所要時間ｔと、ゲッタリング能力の判定精度との関係を示す。図５より、最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）及び最高回転数までの所要時間ｔ（秒）がＲ≧１．５８×１０^３×ｔ^{０．４０８}の関係を満たせば、高精度なゲッタリング能力の評価が可能になることが分かる。この時、「３０００≦Ｒ≦６０００、かつ、ｔ≦４」、「４０００≦Ｒ≦６０００、かつ、４≦ｔ≦９」、及び「５０００≦Ｒ≦６０００、かつ、９≦ｔ≦１５」のいずれかの範囲からＲ及びｔを選定すれば、上記関係を満たすことができる。

表１を参照して、Ｎｏ．１とＮｏ．５との比較から、超音波を印加したＮｉ汚染液を用いて故意汚染を実施することで、被覆率αを増加させることができることが分かった。この比較から、超音波を印加したときの被覆率αは、超音波を印加しないときの被覆率αの５．０７倍であるため、超音波を印加したときのαは式（３）の５．０７倍である以下の式（４）を満たすと推定した。
α＝３．５５×１０^－７×Ｒ^１．６７×ｔ^{－０．６８} ・・・式（４）

すなわち、汚染液に予め超音波を印加する場合、高精度なゲッタリング能力の評価が可能になる条件は、Ｒ≧５．９６×１０^２×ｔ^{０．４０８}となる。この時、２０００≦Ｒ≦６０００、かつ、ｔ≦１５の範囲からＲ及びｔを選定すれば、上記関係を満たすことができる。

本発明のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法によれば、低温でのＮｉ拡散熱処理を行い、かつ、シリコンウェーハの表面の一部分のみを観察する簡易なゲッタリング能力評価方法を採用した場合でも、ゲッタリング能力に劣るとの評価の精度を高めることができる。

Claims (11)

1. 内部に酸素析出物が形成されたシリコンウェーハを用意する工程と、
   前記シリコンウェーハのおもて面又は裏面に、金属不純物を含む汚染液を滴下し、前記シリコンウェーハをスピンコーターで回転させて、前記シリコンウェーハのおもて面又は裏面に前記汚染液を塗り広げる故意汚染工程と、
   前記シリコンウェーハを８５０℃以下の温度に保持する熱処理を行う工程と、
   前記シリコンウェーハのおもて面に選択エッチングを施して、前記熱処理後の前記シリコンウェーハのおもて面に前記金属不純物のシリサイドが存在する場合に、前記シリサイドをシャローピットとして顕在化させる工程と、
   前記シリコンウェーハのおもて面を顕微鏡で拡大観察して、前記シャローピットの有無に基づいて、前記シリコンウェーハにおける前記酸素析出物の前記金属不純物に対するゲッタリング能力の評価を行う工程と、
   を有し、
   前記故意汚染工程は、前記シリコンウェーハのおもて面に前記シャローピットが存在する場合に、前記シリコンウェーハのおもて面における、以下の定義に従うシャローピット集団の被覆率αが１．５×１０^－２以上となる条件下にて行うことを特徴とする、シリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
   一辺の長さＬが１０μｍ以上の正方形である第一領域に３個以上の前記シャローピットが存在し、前記第一領域の外側であり、かつ、前記第一領域の各辺からＬ／２だけ離れた四辺が形成する正方形の内部である第二領域に前記シャローピットが存在しない場合に、前記第一領域を１つの「シャローピット集団」と定義する。
2. 前記故意汚染工程の前記条件が、前記汚染液に予め超音波を印加するか否か、前記スピンコーターの最高回転数、及び前記最高回転数までの所要時間の少なくとも一つである、請求項１に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
3. 前記故意汚染工程において、前記汚染液に予め超音波を印加しない、請求項２に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
4. 前記スピンコーターの最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）、及び、前記最高回転数までの所要時間ｔ（秒）が、以下の式（１）を満たす、請求項３に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
   Ｒ≧１．５８×１０^３×ｔ^{０．４０８} ・・・（１）
5. 前記スピンコーターの最高回転数をＲ（ｒｐｍ）、前記最高回転数までの所要時間をｔ（秒）として、
   ３０００≦Ｒ≦６０００、かつ、ｔ≦４
   ４０００≦Ｒ≦６０００、かつ、４≦ｔ≦９
   ５０００≦Ｒ≦６０００、かつ、９≦ｔ≦１５
   のいずれかを満たす、請求項３に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
6. 前記故意汚染工程において、前記汚染液に予め超音波を印加する、請求項２に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
7. 前記スピンコーターの最高回転数Ｒ（ｒｐｍ）、及び、前記最高回転数までの所要時間ｔ（秒）が、以下の式（２）を満たす、請求項６に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
   Ｒ≧５．９６×１０^２×ｔ^{０．４０８} ・・・（２）
8. 前記スピンコーターの最高回転数をＲ（ｒｐｍ）、前記最高回転数までの所要時間をｔ（秒）として、２０００≦Ｒ≦６０００、かつ、ｔ≦１５を満たす、請求項６に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
9. 前記金属不純物がニッケル（Ｎｉ）である、請求項１～８のいずれか一項に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
10. 前記シリコンウェーハがエピタキシャルシリコンウェーハであり、前記シリコンウェーハのおもて面が、前記エピタキシャルシリコンウェーハのエピタキシャル層の表面である、請求項１～８のいずれか一項に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。
11. 前記シリコンウェーハがエピタキシャルシリコンウェーハであり、前記シリコンウェーハのおもて面が、前記エピタキシャルシリコンウェーハのエピタキシャル層の表面である、請求項９に記載のシリコンウェーハのゲッタリング能力評価方法。

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