JPH04285100A - シリコンウェーハの品質検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンウェーハの品
質検査方法に関し、より詳しくはチョクラルスキー（Ｃ
Ｚ）法もしくはフロートゾーン（ＦＺ）法でシリコン融
液から育成されたシリコン半導体単結晶棒中の点欠陥の
一種であるＤ欠陥の評価をする検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、チョクラルスキー法もしくはフロ
ートゾーン引き上げ法によりシリコン半導体単結晶棒を
引上げた後、シリコン半導体単結晶棒の品質を評価する
手段としてそれらをポリッシュドウェーハ（ＰＷウェー
ハ）に加工した後、シリコンウェーハ表面を１１００℃
から１２００℃の間でスチーム蒸気中で酸化し、室温に
冷却しフッ酸で酸化膜を除去した後、Ｋ２　Ｃｒ２　Ｏ
７　とフッ酸と水の混合液で該ウェーハ表面を選択的に
２分間ほどエッチングする評価が行われてきた。この方
法はシリコンウェーハ上にデバイスを形成するのとほぼ
同等な熱処理シミュレーションができ、デバイス作成時
にウェーハ中に酸化誘起積層欠陥が生成しないかどうか
を検査することができるために重要な検査技術であると
されてきた。

【０００３】一方では、シリコン単結晶棒を育成するに
あたり点欠陥の集合体が導入されること事が知られてい
る（参考文献（１）阿部孝夫：応用物理５９（１９９０
）ｐ２７２）。なかでもよく知られているものとして、
格子間シリコンの集合体と考えられているＡ欠陥および
空孔型格子欠陥の集合体と考えられているＤ欠陥がある
。かかる点欠陥の集合体はデバイス作成時に酸化誘起積
層欠陥（ＯＳＦ）の原因となると考えられておりその評
価方法が必要とされてきた。先に述べた熱処理を伴う結
晶性評価における問題点として、酸化誘起積層欠陥でな
いとその評価ができず、結晶育成過程における点欠陥の
集合体を直接には検査できないこと、さらにその評価工
程に多大な時間が必要とされること、および、評価に要
する施設そのものに高価なものが必要とされることがあ
った。かかる点欠陥の集合体を評価する手段として従来
銅デコレーション法が採用されてきた。この方法は、あ
らかじめ硝酸銅水溶液をシリコンウェーハ表面に塗布し
た後１０００℃で数時間シンタリングし点欠陥の集合体
に銅をデコレートさせるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の銅デ
コレーション法によるかかる点欠陥の集合体の評価の問
題点として、■熱処理をする必要があること、■さらに
処理過程において格子欠陥そのものが変質する可能性が
あり、破壊検査であり、かつ、処理時間が長いこと、■
評価に要する設備に高価なものが必要とされること、が
あった。

【０００５】本発明は上記の点を解決しようとするもの
で、その目的はシリコン半導体単結晶成長後に切出すウ
ェーハを使用して迅速かつ安価に点欠陥の集合体の評価
を行える手法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のシリコンウェー
ハの品質評価方法は、チョクラルスキー法もしくはフロ
ートゾーン引き上げ法によりシリコン半導体単結晶棒を
引き上げた後、かかる単結晶棒を所定の厚さをもつウェ
ーハに切出し、該ウェーハの表面をフッ酸と硝酸の混合
液で表面をエッチングして歪を除去した後、Ｋ２　Ｃｒ
２　Ｏ７　とフッ酸と水の混合液中でその表面を選択的
にエッチングし、その表面に現れたさざ波模様の個数を
カウントし格子欠陥の結晶評価をすることを特徴とする
。

【０００７】本発明の評価方法において、ウェーハの厚
さは０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下が望ましく、またフッ酸
と硝酸の比率は表面を平滑にエッチングするには１：３
ほどのものが良い。

【０００８】また、Ｋ２　Ｃｒ２　Ｏ７　とフッ酸と水
の混合液中でのウェーハの選択的エッチングは常温にお
いて１０分以上６０分以下の時間前記混合液中に浸漬す
る事により行うのが望ましい。

【０００９】Ｋ２　Ｃｒ２　Ｏ７　とフッ酸と水の混合
液としてはＳＥＣＣＯ液（Ｆ．ＳｅｃｃｏＤ’Ａｒａｇ
ｏｎａ；Ｊ，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１９
（１９７２）９４８）がよく知られており、その組成は
０．１５ｍｏｌのＫ２　Ｃｒ２　Ｏ７　を溶かした水と
４９％のフッ酸を１：２の体積比となるようにしたもの
である。ＳＥＣＣＯ液は熱処理後の酸化誘起積層欠陥を
選択エッチングすることにより線状の欠陥像としてみた
り、インゴット育成中に入ったスリップ転位を見るなど
に使用されてきた。しかし、本発明におけるウェーハ上
のさざ波模様を見ることは知られていなかった。

【００１０】成長直後のシリコン半導体単結晶棒からウ
ェーハを切出しフッ酸と硝酸の混合液で表面をミラーエ
ッチングした後、さらにＫ２　Ｃｒ２　Ｏ７　とフッ酸
と水の混合液で表面をエッチングするとさざ波模様１の
先端に小さいピット２が見えるが、このさざ波模様はこ
のピット部において水素等のガスが化学反応により生じ
やすく、ガスが上方に逃れる時にエッチングむらが生じ
ることによりできるものである。このことは、ウェーハ
を溶液中に立てた時の鉛直方向の上方にさざ波模様が広
がることからもいえる。したがって、このさざ波模様は
、結晶が本来もっているある種の結晶欠陥に起因したも
のであると考えられる。

【００１１】上記評価手段によりあらかじめＤ欠陥とＡ
欠陥が現れるようなシリコン半導体単結晶棒を成長させ
た後、かかるインゴットよりシリコンウェーハを切出し
表面の歪層をフッ酸と硝酸の混合溶液でエッチングして
取除いた後、Ｋ２　Ｃｒ２　Ｏ７　とフッ酸と水の混合
液により、かかるさざ波模様の密度差をウェーハの表面
の場所毎にもつことを調べておいた後、かかるウェーハ
そのものからエッチングにより表面のＫ２　Ｃｒ２Ｏ７
　付着層を取除き、硝酸銅５％溶液中に５分間浸漬し、
次いで１０００℃に保持した均熱炉中で銅をデコレート
し室温に冷却後Ｘ線トポグラフ法で両者について良い相
関があることから実際にＰＷウェーハを作成して銅デコ
レーションすることなしに点欠陥の集合体の評価をする
ことができる。

【００１２】

【作用】成長直後のシリコン半導体結晶棒からウェーハ
を切出し、表面の歪層をフッ酸と硝酸の混合溶液でエッ
チングして取除いた後、Ｋ２　Ｃｒ２　Ｏ７　とフッ酸
と水の混合液によりピットおよびさざ波模様を生じさせ
、そのピットとさざ波模様の密度を調べ、かかるピット
とさざ波模様との密度と点欠陥の集合体の相関関係を利
用することにより点欠陥の集合体の評価を行う。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げて本発明を更に
詳細に説明する。ＣＺ法及びＦＺ法により直径１３０ｍ
ｍのシリコン半導体単結晶棒を複数本引き上げた。

【００１４】ＣＺ法には直径４５ｃｍの石英ルツボ中に
ボロンをドープし電気抵抗率が１０オームｃｍとなるよ
うに調整した。引き上げた単結晶棒の引き上げ方位はす
べて＜１００＞であった。ＣＺ法でシリコン半導体単結
晶棒を引き上げる際に、点欠陥の集合体の現れ方を振る
ために、引き上げ速度を１．３ｍｍ／ｍｉｎから急に０
．２ｍｍ／ｍｉｎまで落とし５ｃｍ結晶を引き上げた後
、再び引き上げ速度を１．３ｍｍ／ｍｉｎに戻した。 かかる操作をすることによりシリコン単結晶棒中に点欠
陥の集合体が生じる事は既に報告されている（上記参考
文献（１））。

【００１５】また、ＦＺ法には引き上げ速度２．６ｍｍ
／ｍｉｎで引き上げ方位＜１００＞のシリコン単結晶棒
をＢドープで成長させた。かかる引き上げ条件では点欠
陥の集合体が現れる事が既に知られている（上記参考文
献（１））。

【００１６】引き上がったシリコン半導体単結晶棒中よ
り１ｍｍ厚さのシリコンウェーハをダイヤモンドソーに
より輪切りにし試料に供した。かかるシリコンウェーハ
を前述のフッ酸と硝酸の混合液によりミラーエッチング
し、よく純水で水洗した後、ＳＥＣＣＯ液で表面を１分
から６０分の間選択エッチングした。１０分以上エッチ
ングすることによりウェーハを溶液中に立てた鉛直方向
上方に広がる図１に示したようなさざ波模様が観察され
た。６０分以上エッチングするとさざ波模様が重なり合
い、その密度をカウントするのに不都合となることがわ
かった。ちょうどよいと考えられる３０分間かかる液で
エッチングを行ない、ハロゲンランプの集光灯下で写真
撮影を行なうことによりその全体的な分布を調べた。ま
た、この時の密度のカウントを光学顕微鏡により行った
。さらに、再度かかるシリコンウェーハ表面を前述のフ
ッ酸と硝酸の混合液によりミラーエッチし、よく純水で
水洗して表面に付着したＫ２　Ｃｒ２　Ｏ７　を取除い
た後、硝酸銅５％溶液中に５分間浸漬し、１０００℃に
保持した均熱炉中で銅をデコレートし室温に冷却後Ｘ線
トポグラフ法で点欠陥の集合体の位置を特定した。

【００１７】かかるＣＺウェーハに対するＫ２　Ｃｒ２
　Ｏ７　とフッ酸と水の混合液でエッチング後に写真撮
影したものと銅デコレーション後のＸ線トポグラフ像を
図２に示した。Ｘ線トポグラフ上のＤ欠陥の領域ではさ
ざ波模様が生じてＤ欠陥として識別できることがわかっ
た。結晶成長速度と対比したものを図２に示した。図中
ではさざ波模様のカウントを密度で表した。結晶成長速
度が０．２ｍｍ／ｍｉｎではさざ波模様の密度は０個／
ｃｍ２　であるが、結晶成長速度が早くなるとさざ波模
様の密度が増大して行き、１．３ｍｍ／ｍｉｎの結晶成
長速度の領域ではさざ波模様の密度は約３０００個／ｃ
ｍ２　になり、本発明の評価方法が有効となることがわ
かった。

【００１８】ＦＺ法で作成したシリコンウェーハに対し
てもかかる評価法でさざ波模様が観察できた。その表面
密度は３０００個／ｃｍ２　となりＣＺウェーハよりも
若干密度が高いことがわかった。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、チョクラルスキー法もしくはフロートゾーン法
でシリコン融液から育成されたシリコン半導体単結晶棒
よりＰＷウェーハを作成して銅デコレーションすること
なしに、すなわち、単結晶棒を所定の厚さを持つウェー
ハに切出し、その表面をフッ酸と硝酸の混合液でエッチ
ングして歪を除去後、Ｋ２　Ｃｒ２　Ｏ７　とフッ酸と
水の混合液中で所定時間エッチングし、その表面に現れ
たさざ波模様の個数をカウントするだけで、点欠陥の集
合体の評価をすることができる。

【００２０】したがって、本発明によれば、ポリッシュ
ドウェーハを作成する手間や付随する評価工程に要する
時間、評価のための高価な設備等を要することなく、シ
リコン半導体単結晶成長後に切出しするウェーハを使用
して迅速かつ安価に点欠陥の集合体の評価をすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコンウェーハをミラーエッチングしＳＥＣ
ＣＯ液でエッチングした時のシリコンウェーハ表面のさ
ざ波模様のスケッチである。

【図２】（ａ）は引上げ途中で引上げ速度を１．３ｍｍ
／ｍｉｎから０．２ｍｍ／ｍｉｎまで急減させ、さらに
１．３ｍｍ／ｍｉｎに戻した時のＣＺシリコン棒を成長
軸に平行に縦切りし、かかるウェーハをミラーエッチし
ＳＥＣＣＯ液でエッチングした時のシリコンウェーハ表
面のさざ波模様の密度（ＳＥＣＣＯエッチピット密度）
と結晶引き上げ速度との対比であり、（ｂ）は（ａ）で
エッチング後のシリコンウェーハをさらに表面のＫ２　
Ｃｒ２　Ｏ７をフッ酸と硝酸の混合液でエッチングし銅
をデコレーションした時のＸ線トポグラフ像である。

【符号の説明】

１　　さざ波模様 ２　　ピット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　チョクラルスキー法もしくはフロート
   ゾーン引き上げ法によりシリコン半導体単結晶棒を引き
   上げた後、かかる単結晶棒を所定の厚さをもつウェーハ
   に切出し、該ウェーハの表面をフッ酸と硝酸の混合液で
   表面をエッチングして歪を除去した後、Ｋ２　Ｃｒ２　
   Ｏ７　とフッ酸と水の混合液中でその表面を選択的にエ
   ッチングし、その表面に現れたさざ波模様の個数をカウ
   ントし格子欠陥の結晶評価をすることを特徴とするシリ
   コンウェーハの品質検査方法。
2. 【請求項２】　　前記Ｋ２　Ｃｒ２　Ｏ７　とフッ酸と
   水の混合液で前記歪を除去した単結晶ウェーハを１０分
   から６０分間エッチングすることを特徴とする請求項１
   に記載のシリコンウェーハの品質検査方法。