JPH0888257A - シリコンウエーハの評価方法 - Google Patents

シリコンウエーハの評価方法

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JPH0888257A
JPH0888257A JP6248458A JP24845894A JPH0888257A JP H0888257 A JPH0888257 A JP H0888257A JP 6248458 A JP6248458 A JP 6248458A JP 24845894 A JP24845894 A JP 24845894A JP H0888257 A JPH0888257 A JP H0888257A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンウエーハの表面形状の変化を敏感
に捉えることができ、シリコンウエーハの表面近傍の結
晶品質の評価を可能とするシリコンウエーハの評価方法
を提供する。 【構成】 シリコンウエーハ上の複数の測定点における
基準面からの高さx(i=1,2,…,N)をAFM
(Atomic Force Microscope)
を用いて測定し、下記数式 を表す。)で表される自己相関関数Rを求め、該自己
相関関数Rjの中から相関の強い値を任意の数だけ選定
し、Rj=0の点と該選定した相関の強いRjの点との距離
とから、前記シリコンウエーハ上のマイクロラフネスを
解析する。

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エーハの評価
方法に関する。さらに詳しくは、シリコンウエーハの表
面近傍の結晶品質をマイクロラフネス解析により評価す
る方法に関する。
【0002】
【発明の背景技術】半導体装置の製造に用いるシリコン
ウエーハは、その表面近傍にデバイスが形成される。従
って、このデバイスの活性領域となるシリコンウエーハ
の表面近傍の平坦性が要求される。また、マイクロラフ
ネスと呼ばれる原子レベルの凹凸は、結晶品質を反映す
ると考えられるので、このマイクロラフネスについて従
来より様々な方法で評価が行われてきた。
【0003】また、水酸化アンモニウム(NH4OH)
及び過酸化水素(H22)の混合水溶液からなる洗浄
液、特にシリコンウエーハに対して比較的弱いエッチン
グ作用を持つ洗浄液で処理した後のシリコンウエーハ上
のマイクロラフネスの悪化挙動は、結晶品質を反映する
ものと考えられる。しかし、このエッチング作用が弱い
ことから、その観察手段は極めて高い精度が要求され
る。このため、原子レベルの観察もでき得る測定法が必
要となる。
【0004】シリコンウエーハ上のマイクロラフネスの
測定方法としては、一般に原子間力顕微鏡(Atomi
c Force Microscope、以下「AF
M」と言う。)や走査型トンネル顕微鏡(Scanni
ng TunnellingMicroscope、以
下「STM」と言う。)により測定する方法が挙げられ
る。
【0005】AFMは、ファンデルワールス力に代表さ
れる原子間に働くミクロの力を検出し、これらの力が原
子間の距離の僅かな差によって変化するのを検出して表
面の凹凸を測定するものであり、試料表面を破壊するこ
となく極めて正確に凹凸を測定することができることか
ら、マイクロラフネスの測定には最適である。AFMで
測定した結果を評価する方法としては、従来、RMS
(Root MeanSquare)、P−V(Pea
k to Valley)等による方法が採用されてい
た。RMSは、N個の測定点での基準面からの高さをx
i(i=1,2,…,N)とした場合、以下の式で表さ
れる。
【数式3】
【数式4】 を表す。) また、P−Vは、以下の数式で表される。
【数式5】P−V=[ximax−[x imin (但し、[ximaxはxiの最大値を、[x iminはx i
の最小値を表す。)
【0006】シリコンウエーハをNH4OH/H22
O=1:1:5で構成される洗浄液で処理した後、
前記洗浄液による処理によって生じるシリコンウエーハ
上のマイクロラフネス悪化をSTMで評価した例として
は、CZ結晶、FZ結晶、エピタキシャル成長層等の種
々の結晶品質とRa評価によるマイクロラフネスとの関
係についての報告がなされている(T.Ohmi et
al. J.Electrochem.Soc.,V
ol.39,pp2133−2142(1992))。
【0007】ここでRaとは、以下の数式
【数式6】
【数式7】 を表す。)に示す通り、RMSに類似したマイクロラフ
ネス評価値である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記評価方法では、一
定の観察面積での測定を数点行うが、シリコウエーハ上
のマイクロラフネスを評価する場合、その観察面積を変
えて測定すると、それぞれのシリコン結晶によってRM
Sの挙動が異なることが明らかとなっている。
【0009】図3は、上記評価方法における観察面積
(縦軸)とRMS(横軸)との関係を示す。図におい
て、○の試料は熱処理を施さなかったものでヘイズレベ
ル7(BIT)のもの、□の試料は1000℃20分の
熱処理を施したものでヘイズレベル16(BIT)のも
の、△の試料は1100℃数時間の熱処理を施したもの
でヘイズレベル107(BIT)のものである。ここで
ヘイズレベルとは、ラフネスの指標の一つであり、ヘイ
ズレベルの値が大きいことはラフネスの悪化が大きいこ
とを意味する。図から分かるように、観察面積によって
評価結果が異なり、ヘイズレベルとの良好な相関が得ら
れない。
【0010】このように、上記評価方法はある固定した
観察面積でのRMS、Raによるマイクロラフネス評価
とならざるを得ないが、このようなある固定した観察面
積でのRMSによるマイクロラフネス評価は、その結晶
品質評価に対して一面的であり、適当ではない。すなわ
ち、AFM測定の観察領域が非常に小さいために、RM
Sのような算出法でシリコン表面形状を捉えることは困
難である。
【0011】また、酸化膜耐圧による結晶品質評価方法
では、測定のためにウエーハの洗浄、酸化膜形成、電極
膜形成等、複雑で手間のかかる工程が必要となる。
【0012】そこで本発明は、上記の点を解決しようと
するもので、シリコンウエーハの表面形状の変化を敏感
に捉え、これに基づいてシリコンウエーハの結晶品質を
評価する方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコンウエ
ーハ上の複数の測定点における基準面からの高さx
i(i=1,2,…,N)をAFMを用いて測定し、下
記数式
【数式8】
【数式9】 を表す。)で表される自己相関関数Rjを求め、該自己
相関関数Rjの中から相関の強い値を任意の数だけ選定
し、R j=0の点と該選定した相関の強いR jの点までの距
離とから、前記シリコンウエーハ上のマイクロラフネス
を解析することにより、シリコンウエーハの結晶品質を
評価するようにした。前記「任意の数」は、特に限定さ
れないが、2以上で且つコンピュータ等による処理が可
能な範囲の数が実際的と考えられる。
【0014】前記シリコンウエーハは、水酸化アンモニ
ウム(NH4OH)及び過酸化水素(H22)の混合水
溶液からなる洗浄液による処理を行った後に前記AFM
による測定を行うのが好ましい。またこの洗浄液は、N
4OH:H22:H2Oの比が1:1:5であるのが好
ましい。
【0015】
【作用】本発明は、AFM測定におけるシリコンウエー
ハ上のマイクロラフネスの周期性に注目し、自己相関関
数を用いることによって各シリコン結晶間の表面形状を
捉え、その結晶品質を評価する方法である。
【0016】シリコンウエーハ上のマイクロラフネスの
周期性については従来全く注目されていなかったが、本
発明者らはマイクロラフネスについても周期性があるこ
とを見出した。従って、従来はランダムな凹凸と考えら
れていたマイクロラフネスについて各凹凸間の相関を自
己相関関数を用いて解析することにより、AFMで測定
した原子レベルのマイクロラフネスを周期的関数として
評価することが可能となった。
【0017】
【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。結晶品質
が異なると考えられる結晶引き上げ速度の異なるCZシ
リコン単結晶ウエーハ(引き上げ速度0.4mm/mi
nの低速及び1.1mm/minの高速引き上げにより
育成したウエーハ)を、洗浄液(NH4OH:H22
2O=1:1:5)に0分、30分、60分及び90
分浸漬した。
【0018】次に、各ウエーハ上の複数の測定点におけ
る基準面からの高さxi(i=1,2,…,N)をAF
Mを用いて測定し、下記数式
【数式10】
【数式11】 を表す。)で表される自己相関関数Rjを求めた。
【0019】次に、自己相関関数Rjの中から相関の強
いもの5点を選択して相対強度(Relative P
ower)とし、選定した5点において、Rj=0の点と
該選定した相関の強いRjの点までの距離を各々相関距
離(CorrelationDistance)とし、
低速引き上げ(0.4mm/min)ウエーハについて
は図1に、高速引き上げ(1.1mm/min)ウエー
ハについては図2に、それぞれ相関距離と自己相関関数
jとの関係を示した。
【0020】図1及び図2の横軸は相関距離すなわちマ
イクロラフネスの周期を表し、縦軸は自己相関関数Rj
の値すなわちその周期における相関の強さを表してい
る。ここで、相関の強さが大きいことは、その周期を持
つマイクロラフネスの悪化が大きいことを示す。図2か
ら分るように、高速引き上げウエーハにおいては相関距
離400nm以下の短周期のラフネス悪化が急速に進む
のに対して、図1から分るように、低速引き上げウエー
ハでは、特定の周期のラフネスの進行は見られない。こ
れは、低速引き上げウエーハが前記洗浄液に対してエッ
チングされにくく、結晶品質が相対的に良好であること
を示しているものと考えられる。
【0021】以上の結果から分るように、ウエーハの結
晶製造条件とマイクロラフネスの悪化挙動には緻密な関
係があり、本評価方法は、酸化膜耐圧による複雑で手間
のかかる従来の評価方法に代わり、シリコンウエーハの
表面近傍の結晶品質を敏感に捉えることができる方法で
あると言える。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リコンウエーハ上のマイクロラフネスの周期性を考慮す
ることにより、従来法では得られなかったシリコンウエ
ーハの表面形状の変化を敏感に捉えることができ、シリ
コンウエーハの表面近傍の結晶品質の評価を可能とし
た。また、本発明により、水酸化アンモニウム及び過酸
化水素の混合水溶液からなる洗浄液による処理によって
生じるマイクロラフネスの周期についての情報も得るこ
とができるようになった。さらに、酸化膜耐圧評価のよ
うな手間のかかる作業をしなくても、比較的短時間で迅
速に評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】低速引き上げウエーハのマイクロラフネスの周
期とその重みを示す図である。
【図2】高速引き上げウエーハのマイクロラフネスの周
期とその重みを示す図である。
【図3】シリコンウエーハのマイクロラフネスをAFM
で測定し、RMSで評価する場合の観測面積とRMSの
関係を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンウエーハ主面上の複数の測定点
    における基準面からの高さxi(i=1,2,…,N)
    を原子間力顕微鏡(Atomic Force Mic
    roscope、以下「AFM」と言う。)を用いて測
    定し、下記数式 【数式1】 【数式2】 を表す。)で表される自己相関関数Rjを求め、該自己
    相関関数Rjの中から相関の強い値を任意の数だけ選定
    し、R j=0の点と該選定した相関の強いR jの点までの距
    離とから、前記シリコンウエーハ上のマイクロラフネス
    を解析することにより、シリコンウエーハの結晶品質を
    評価することを特徴とするシリコンウエーハの評価方
    法。
  2. 【請求項2】 前記シリコンウエーハは水酸化アンモニ
    ウム(NH4OH)及び過酸化水素(H22)の混合水
    溶液からなる洗浄液による処理を行った後に前記AFM
    による測定を行うことを特徴とする請求項1記載のシリ
    コンウエーハの評価方法。
  3. 【請求項3】 前記洗浄液はNH4OH:H22:H2
    の比が1:1:5であることを特徴とする請求項2記載
    のシリコンウエーハの評価方法。
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