KR20120130050A - 실리콘 웨이퍼의 평가 방법 및 제조 방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼의 평가 방법 및 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120130050A
KR20120130050A KR1020120051361A KR20120051361A KR20120130050A KR 20120130050 A KR20120130050 A KR 20120130050A KR 1020120051361 A KR1020120051361 A KR 1020120051361A KR 20120051361 A KR20120051361 A KR 20120051361A KR 20120130050 A KR20120130050 A KR 20120130050A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon wafer
plane distribution
evaluation
distribution information
intensity
Prior art date
Application number
KR1020120051361A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101318749B1 (ko
Inventor
신 우치노
마사타카 호우라이
야스오 고이케
류지 오노
Original Assignee
가부시키가이샤 사무코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 사무코 filed Critical 가부시키가이샤 사무코
Publication of KR20120130050A publication Critical patent/KR20120130050A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101318749B1 publication Critical patent/KR101318749B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6489—Photoluminescence of semiconductors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(과제) 기판 저항에 상관없이 실리콘 웨이퍼에 있어서의 산소 석출물의 유무 및 면 내 분포를 고정밀도로 평가하기 위한 수단을 제공하는 것.
(해결 수단) 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 대하여 당해 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서 포토루미네선스 강도의 면 내 분포를 나타내는 제1 면 내 분포 정보를 취득하는 것, 상기 제1 면 내 분포 정보 취득 후의 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 대하여 열산화 처리를 행한 후, 당해 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서 포토루미네선스 강도의 면 내 분포를 나타내는 제2 면 내 분포 정보를 취득하는 것, 제1 면 내 분포 정보와, 제2 면 내 분포 정보에 1 미만의 보정 계수에 의한 보정을 가하여 얻어진 제3 면 내 분포 정보와의 차분 정보를 얻는 것 및, 얻어진 차분 정보에 기초하여, 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 있어서의 산소 석출물의 유무 및 산소 석출물의 면 내 분포로 이루어지는 군으로부터 선택되는 평가 항목의 평가를 행하는 것을 포함하는 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.

Description

실리콘 웨이퍼의 평가 방법 및 제조 방법{METHOD OF EVALUATING SILICON WAFER AND METHOD OF MANUFACTURING SILICON WAFER}
본 발명은, 실리콘 웨이퍼의 평가 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 포토루미네선스(photoluminescence)를 이용하여 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 유무 및 면 내 분포를 평가하는 것이 가능한 실리콘 웨이퍼의 평가 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, 상기 평가 방법에 의한 품질 보증이 이루어진 고품질인 실리콘 웨이퍼를 제공 가능한 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 기판으로서 이용되고 있는 실리콘 웨이퍼에 존재하는 산소 석출물은, 디바이스 활성 영역에 존재하면 게이트 산화막의 절연 내압 저하나 접합 리크 전류(leak current)의 증대 등의 디바이스 특성 열화 요인이 되고, 다른 한편, 디바이스 활성 영역 이외의 벌크 중에 발생한 경우에는 디바이스 프로세스 중에 혼입된 중금속 오염을 포획하는 게터링(gettering)원으로서 유효하게 작용한다. 따라서, 실리콘 웨이퍼에 있어서 산소 석출물의 유무 및 그 면 내 분포를 파악하는 것은, 고품질인 디바이스를 제작하는데에 있어서 매우 중요하다.
종래, 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 평가 방법으로서는, 적외 간섭법이나 적외 산란법을 이용하는 방법이 널리 이용되어 왔다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
일본공개특허공보 2002-246429호
기판 저항이 비교적 높은 실리콘 웨이퍼이면, 기판의 적외선 투과율이 높기 때문에, 적외선을 이용하는 방법에 의해 산소 석출물의 평가를 고정밀도로 행할 수 있다. 그러나 저(低)저항의 p＋ 기판이나 p/p＋ 실리콘 웨이퍼(p＋ 기판 상에 p형의 에피택셜층을 가짐)로는, 기판의 적외선 투과율이 낮기 때문에, 적외선을 이용하는 방법으로는 내부 결함인 산소 석출물의 유무나 면 내 분포의 평가를 행하는 것은 곤란하다.
그래서 본 발명의 목적은, 기판 저항에 상관없이 실리콘 웨이퍼에 있어서의 산소 석출물의 유무 및 면 내 분포를 고정밀도로 평가하기 위한 수단을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 새로운 인식을 얻기에 이르렀다.
실리콘 웨이퍼에, 그 밴드 갭(band gap)보다 에너지가 큰 여기광(勵起光)을 조사하여 전자 정공쌍(electron hole pair)을 발생시키면, 이 전자 정공쌍이 재결합할 때에 발광한다. 이 현상은 포토루미네선스로 불리며, 최근, 반도체 웨이퍼의 평가에 이용되고 있다(예를 들면 문헌 A(일본공개특허공보 2003-45928호), 문헌 B(일본공개특허공보 평11-274257호), 문헌 C(Journal of The Electrochemical Society, 150(8) G436-G442, 2003), 문헌 D(일본공개특허공보 평6-18417호) 참조).
문헌 A에 기재되어 있는 바와 같이, 결함이나 오염이 존재하면, 그것들에 대응한 전자 준위가 밴드 갭 중에 형성된다. 이들 전자 준위가 밴드 갭 중에 있으면, 여기된 캐리어가 이 전자 준위를 통하여 재결합하기 때문에, 상대적으로 밴드 사이에서의 직접 재결합에 의한 발광의 비율은 감소한다. 문헌 A, B 및 D는, 이 현상을 이용하여 중금속 오염이나 산소 석출물 등의 내부 결함을 검출하는 방법을 제안하는 것이다.
그래서 이들 문헌의 교시에 기초하여, 포토루미네선스 강도(이하, 「PL 강도」라고도 함)의 면 내 분포 정보에 기초하여 PL 강도가 낮은 영역일수록 산소 석출물이 고농도로 존재하는 영역으로 판정하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 한편으로, 저항률이 낮아지면, PL 강도가 기판 저항에 의존하게 된다. 문헌 C의 Fig.7에 나타나 있는 바와 같이, 기판 저항이 0.1Ω?㎝ 이하가 되면 PL 강도의 저항률 의존성의 영향이 커져, PL 강도에 의해 산소 석출물의 유무나 면 내 분포를 정밀도 좋게 평가하는 것은 곤란해진다.
또한, 본 발명자들의 검토에 의해, 저저항 기판에서는, 이하의 점에서도 PL 강도에 의한 산소 석출물의 유무나 면 내 분포의 평가가 곤란해지는 경우가 있는 것이 판명되었다.
포토루미네선스법(이하, 「PL법」이라고도 함)에 사용되는 측정기로서, 문헌 A에 기재된 BIO-RAD사 제조(현재는 Nanometrics사로부터 판매되고 있음)의 상품명 SiPHER이 알려져 있다. 이 측정기는, 웨이퍼면 내의 PL 강도를 실온에서 맵핑하는 장치이며, 얻어지는 맵핑 프로파일에서는, PL 강도가 낮은 영역일수록 어둡게(검게), 높은 영역일수록 밝게(희게) 표시된다. 그러나 한편으로, 특히, 도펀트(dopant) 농도가 높은 저저항 실리콘 기판에서는, 도펀트 농도 불균일에 의해 면 내에서 저항률 변동이 발생하고, 이것이 원인으로 PL 강도의 맵핑 프로파일에 동심원 형상의 줄무늬(스트라이에이션(striation))가 나타나는 경우가 있다. 이러한 줄무늬가 나타난 맵핑 프로파일에서는, 검게 표시된 영역이 산소 석출물이 고농도로 존재하기 때문에 PL 강도가 저하된 영역인지, 저항률의 국소적인 변동에 의한 것인지 판별하는 것은 곤란하다.
이에 대하여 본 발명자들은,
(a) 열산화 처리를 행하면 표면 재결합이 억제되기 때문에 실리콘 웨이퍼의 표면 전체에서는 PL 강도는 상승한다,
(b) 산소 석출물이 존재하는 영역에서는 열처리에 의해 산소 석출물이 성장하기(사이즈가 커지기) 때문에 PL 강도는 저하된다,
(c) 열산화 처리에 의해 도펀트의 분포는 거의 변화하지 않는다,
는 점에 착안했다. 상기 (a)?(c)에 의하면, 열산화 처리 후에 PL 강도가 저하된 영역은 산소 석출물이 존재하는 영역으로 판정할 수 있고, 또한 열산화 처리에 의해 PL 강도는 전체적으로 상승하지만, PL 강도의 저항률 의존성 및 면 내의 국소적인 저항률 변동에 기인하는 PL 강도 분포는 실질적으로 변화하지 않는다고 간주할 수 있다. 따라서, 표면 재결합의 억제에 의한 PL 강도 상승분을 보정하기 위해 1 미만의 수치를 보정 계수로서 이용하여 열산화 전후의 포토루미네선스 강도의 면 내 분포 정보(예를 들면 라인 프로파일, 맵핑 프로파일)의 차분 정보를 얻음으로써, 저항률 및 면 내 저항률 변동의 영향을 저감 내지 배제하여, 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 있어서의 산소 석출물의 유무 및 산소 석출물의 면 내 분포를 평가할 수 있다.
본 발명은, 이상의 인식에 기초하여 완성되었다. 이러한 본 발명에 의하면, 기판 저항의 고저에 상관없이, PL 강도의 저항률 의존성이나 면 내 저항률 변동의 영향을 저감 내지 배제하여 실리콘 웨이퍼에 대해서 산소 석출물에 관한 평가를 행하는 것이 가능해진다.
즉, 상기한 목적은, 이하의 수단에 의해 달성되었다.
[1] 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 대하여 당해 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서 포토루미네선스 강도의 면 내 분포를 나타내는 제1 면 내 분포 정보를 취득하는 것,
상기 제1 면 내 분포 정보 취득 후의 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 대하여 열산화 처리를 행한 후, 당해 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서 포토루미네선스 강도의 면 내 분포를 나타내는 제2 면 내 분포 정보를 취득하는 것,
제1 면 내 분포 정보와, 제2 면 내 분포 정보에 1 미만의 보정 계수에 의한 보정을 가하여 얻어진 제3 면 내 분포 정보와의 차분(差分) 정보를 얻는 것 및,
얻어진 차분 정보에 기초하여, 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 있어서의 산소 석출물의 유무 및 산소 석출물의 면 내 분포로 이루어지는 군으로부터 선택되는 평가 항목의 평가를 행하는 것을 포함하는 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
[2] 상기 평가 대상 실리콘 웨이퍼는, 저항률 0.1Ω?㎝ 이하의 p＋ 기판, 또는 저항률 0.1Ω?㎝ 이하의 p＋ 기판 상에 p형의 에피택셜층을 갖는 p/p＋ 웨이퍼인 [1]에 기재된 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
[3] 상기 보정 계수로서, [(제1 면 내 분포 정보에 있어서의 기준 포토루미네선스 강도)/(제2 면 내 분포 정보에 있어서의 기준 포토루미네선스 강도)]로 하여 산출되는 값을 이용하는 [1] 또는 [2]에 기재된 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
[4] 상기 기준 포토루미네선스 강도로서, 최대 PL 강도를 이용하는 [3]에 기재된 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
[5] 상기 면 내 분포 정보는, 포토루미네선스 강도의 라인 프로파일 또는 맵핑 프로파일인 [1]?[4] 중 어느 것에 기재된 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
[6] 상기 포토루미네선스 강도는 밴드단(端) 발광 강도인 [1]?[5] 중 어느 것에 기재된 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
[7] 복수의 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 실리콘 웨이퍼의 로트를 준비하는 공정과,
상기 로트로부터 적어도 1개의 실리콘 웨이퍼를 추출하는 공정과,
상기 추출된 실리콘 웨이퍼를 평가하는 공정과,
상기 평가에 의해 양품(良品)으로 판단된 실리콘 웨이퍼와 동일 로트 내의 다른 실리콘 웨이퍼를 제품 웨이퍼로서 출하하는 것을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법으로서,
상기 추출된 실리콘 웨이퍼의 평가를, [1]?[6] 중 어느 것에 기재된 방법에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 상기 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 평가 대상 실리콘 웨이퍼의 기판 저항의 고저에 상관없이, 산소 석출물의 유무 및 면 내 분포를 평가할 수 있다.
도 1은 강(强)여기 현미(顯微) 포토루미네선스법에 기초하는 측정 장치의 개략도이다.
도 2는 실시예 1에 있어서의 열처리 전후의 PL 강도의 맵핑 프로파일(도 2 왼쪽 도면; 열처리 전, 도 2 오른쪽 도면; 열처리 후)을 나타낸다.
도 3은 도 2 중에 화살표가 붙은 직선으로 나타낸 라인 상에서의 PL 강도의 라인 프로파일이다.
도 4 왼쪽 도면은, 도 2 왼쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일로부터, 도 2 오른쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일 상의 PL 강도에 보정 계수 0.67을 곱하여 보정한 맵핑 프로파일을 뺀 차분 화상이며, 도 4 오른쪽 도면은, 왼쪽 도면의 화살표가 붙은 직선으로 나타낸 라인 상에서의 PL 강도의 라인 프로파일이다.
도 5는 실시예 2에 있어서의 열처리 전후의 PL 강도의 맵핑 프로파일(도 5 왼쪽 도면; 열처리 전, 도 5 오른쪽 도면; 열처리 후)을 나타낸다.
도 6은 도 5 중에 화살표가 붙은 직선으로 나타낸 라인 상에서의 PL 강도의 라인 프로파일이다.
도 7 왼쪽 도면은, 도 5 왼쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일로부터, 도 5 오른쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일 상의 PL 강도에 보정 계수 0.83을 곱하여 보정한 맵핑 프로파일을 뺀 차분 화상이며, 도 7 오른쪽 도면은, 왼쪽 도면의 화살표가 붙은 직선으로 나타낸 라인 상에서의 PL 강도의 라인 프로파일이다.
도 8은 실시예 1, 2에 있어서의 RIE 평가에 의한 평가 결과와 차분 화상과의 대비 결과를 나타낸다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명은, 실리콘 웨이퍼의 평가 방법에 관한 것이다. 본 발명의 평가 방법은, 이하의 공정을 포함하는 것이다.
(1) 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 대하여 당해 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서 포토루미네선스 강도의 면 내 분포를 나타내는 제1 면 내 분포 정보를 취득하는 것;
(2) 상기 제1 면 내 분포 정보 취득 후의 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 대하여 열산화 처리를 행한 후, 당해 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서 포토루미네선스 강도의 면 내 분포를 나타내는 제2 면 내 분포 정보를 취득하는 것;
(3) 제1 면 내 분포 정보와, 제2 면 내 분포 정보에 1 미만의 보정 계수에 의한 보정을 가하여 얻어진 제3 면 내 분포 정보와의 차분 정보를 취득하는 것; 및,
(4) 얻어진 차분 정보에 기초하여, 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 있어서의 산소 석출물의 유무 및 산소 석출물의 면 내 분포로 이루어지는 군으로부터 선택되는 평가 항목의 평가를 행하는 것.
이하, 본 발명의 평가 방법에 대해서, 더욱 상세하게 설명한다.
공정 (1)
본 공정에서는, 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 대하여 당해 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서 포토루미네선스 강도의 면 내 분포를 나타내는 제1 면 내 분포 정보를 취득한다. 여기에서 취득되는 면 내 분포 정보에는, 산소 석출물의 영향과 함께, 도펀트 농도가 높은 저저항 기판에 대해서는 저항률 의존성이나 면 내의 저항률의 국소적인 변동의 영향도 포함된다. 그래서 본 발명에서는, 저항률 의존성이나 면 내의 저항률의 국소적인 변동의 영향을 저감 내지 배제하기 위해, 공정 (2) 이후를 실시한다.
본 발명에 있어서의 PL 강도의 측정은, 포토루미네선스법에 의한 것이면 좋고 특별히 한정되는 것이 아니다. 조작의 간편성의 관점에서는, 온도 제어가 불필요한 실온 포토루미네선스법(실온 PL법)에 의해 행하는 것이 바람직하다. 실온 PL법에서는, 시료 웨이퍼 표면으로부터 입사시킨, 실리콘의 밴드 갭보다 에너지가 큰 여기광에 의해 표면 근방에서 발생시킨 전자 정공쌍(즉 캐리어)이, 웨이퍼 내부로 확산되면서 발광하여 소멸해 간다. 이 발광은, 밴드단 발광으로 불리며, 실온(예를 들면 20?30℃)에서의 파장이 약 1.15㎛의 발광 강도를 나타낸다. 통상, 포토루미네선스법에서는, 여기광으로서 가시광이 사용되기 때문에, PL 강도로서는, 파장 950㎚ 이상의 빛 강도를 측정하면 여기광으로부터 분리할 수 있기 때문에 고감도인 측정이 가능해진다. 이 점에서는, PL 강도로서 밴드단 발광 강도를 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 실온 PL법에 의한 PL 강도의 측정에 사용 가능한 장치의 일 예로서는, 강여기 현미 포토루미네선스법에 기초한 측정 방법을 들 수 있다. 강여기 현미 포토루미네선스법이란, 가시광 레이저에 의해 실리콘 중의 캐리어를 여기시키고, 추가로 여기된 캐리어가 직접, 밴드 갭 사이에서 재결합할 때에 발생하는 발광(밴드단 발광) 강도를 검출하는 것이다. 도 1은, 강여기 현미 포토루미네선스법에 기초하는 측정 장치의 개략도로서, 동(同) 도면에 있어서, 부호(10)는 측정 장치, 부호(12, 14)는 레이저 광원, 부호(16, 17)는 하프 미러, 부호(18)는 출력계, 부호(20)는 표면 산란광용 검출기, 부호(22)는 오토 포커스용 검출기, 부호(24)는 가동 미러, 부호(26)는 백색 광원, 부호(28)는 CCD 카메라, 부호(30)는 현미경 대물 렌즈, 부호(32)는 장파(長波) 패스 필터, 부호(34)는 포토루미네선스광용 검출기, 부호(W)는 측정 대상 시료(실리콘 웨이퍼)이다. 측정 대상 시료(W)는, 도시하지 않는 X?Y 스테이지 상에 올려놓여져 있고, X?Y 스테이지가 작동함으로써, 여기 레이저광이 웨이퍼면의 X 방향, Y 방향으로 스캐닝된다. 이에 따라 평가 대상 실리콘 웨이퍼의 PL 강도의 면 내 분포 정보가 취득된다. 취득되는 면 내 분포 정보는, PL 강도의 라인 프로파일이라도, 맵핑 프로파일이라도 좋다. 면 내 전역에 걸쳐 산소 석출물의 유무 및 분포를 평가하기 위해서는, 맵핑 프로파일을 취득하는 것이 바람직하다. 맵핑 프로파일에서는, PL 강도의 고?저를, 예를 들면 흑?백의 휘도(명암의 정도)로 할당함으로써 맵핑 화상의 명암에 의해 PL 강도의 고저를 평가할 수 있다.
공정 (2)
공정 (2)에 있어서의 열산화 처리는, 산소 석출물을 성장시키고, 그리고 표면 재결합을 억제하기에 충분한 조건으로 행하면 좋다. 예를 들면, 750?1000℃ 정도의 100％ 산소 분위기 중에서 30분?2시간 정도, 실리콘 웨이퍼를 방치함으로써 열산화 처리를 행할 수 있다.
열산화 처리 후의 실리콘 웨이퍼에 있어서의 PL 강도의 측정은, 공정 (1)과 동일하게 행할 수 있다.
공정 (3)
앞서 설명한 바와 같이 공정 (2)에 있어서의 열처리에 의해 산소 석출물이 존재하는 영역에서는 산소 석출물의 성장에 의해 PL 강도가 저하되고, 웨이퍼면 내에서는 전체적으로 표면 재결합 억제에 의해 PL 강도는 상승하지만, 열산화 처리 전후에서 PL 강도의 저항률 의존성 및 면 내의 국소적인 저항률 변동에 기인하는 PL 강도 분포는 실질적으로 변화하지 않는다고 간주할 수 있다. 그래서 본 발명에서는, 표면 재결합의 억제에 의한 PL 강도 상승분을 보정하기 위해 1 미만의 수치를 보정 계수로서 이용하고, 제1 면 내 분포 정보와, 제2 면 내 분포 정보에 보정 계수를 곱한 제3 면 내 분포 정보[＝보정 계수×(제2 면 내 분포 정보)]와의 차분 정보, 즉, [(제1 면 내 분포 정보)－보정 계수×(제2 면 내 분포 정보)]로 하여, 차분 정보를 취득한다. 이렇게 하여 얻어진 차분 정보는, PL 강도의 저항률 의존성 및 면 내의 국소적인 저항률 변동의 영향이 저감 내지는 배제된 것이 된다. 따라서, 당해 차분 정보에 있어서 PL 강도의 저하가 보이는 영역에는 산소 석출물이 존재하면 측정할 수 있다. 여기에서 적절한 보정을 행하기 위한 보정 계수로서는, [(제1 면 내 분포 정보에 있어서의 기준 PL 강도)/(제2 면 내 분포 정보에 있어서의 기준 PL 강도)]로 하여 산출되는 값을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 기준 PL 강도로서는, 예를 들면 제1, 제2 면 내 분포 정보에 있어서의 최대 PL 강도를 이용할 수 있지만, 평균 PL 강도 등의 다른 기준 PL 강도를 이용하는 것도 가능하다. 제3 면 내 분포 정보 및 상기 차분 정보는, PL 강도 측정에 사용하는 측정 장치에 내장되어 있는 프로그램에 보정 계수를 입력함으로써, 또는 적절한 프로그램을 사용함으로써, 용이하게 취득할 수 있다.
공정 (4)
앞서 설명한 바와 같이, 웨이퍼면 내에 있어서, 상기 공정 (3)에서 얻어진 차분 정보에서 PL 강도가 저하되어 있는 영역은, 열산화 처리에 의해 산소 석출물이 성장함으로써 PL 강도가 저하된 영역, 즉 산소 석출물이 존재하는 영역이다. 따라서 차분 정보에서 PL 강도가 저하된 영역이 존재하는지 아닌지에 의해, 평가 대상 실리콘 웨이퍼의 산소 석출물의 유무를 평가할 수 있고, 또한, PL 강도가 저하된 영역의 분포에 의해 산소 석출물이 존재하는 영역이 웨이퍼면 내의 어느 영역에 분포하고 있는지 평가할 수 있다.
이상 설명한 본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼에 있어서의 산소 석출물의 유무 및 면 내 분포에 관한 평가를, 기판 저항의 고저에 상관없이, PL법에 의해 고정밀도로 행하는 것이 가능해진다. 본 발명의 평가 방법은, PL 강도의 저항률 의존성이나 면 내의 국소적인 저항률 변동에 의한 영향이 현재화(顯在化)되는 경향이 있는 기판 저항이 낮은 실리콘 웨이퍼에 적용하는 것이 바람직하고, 산소 석출물에 관한 상기 평가를 PL 강도 측정에 기초하여 행하는 것이 종래 곤란했던, 저항률 0.1Ω?㎝ 이하의 p＋ 기판이나 저항률 0.1Ω?㎝ 이하의 p＋ 기판 상에 p형의 에피택셜층을 갖는 p/p＋ 웨이퍼에 적용하는 것이, 특히 바람직하다.
또한 본 발명은, 복수의 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 실리콘 웨이퍼의 로트를 준비하는 공정과, 상기 로트로부터 적어도 1개의 실리콘 웨이퍼를 추출하는 공정과, 상기 추출된 실리콘 웨이퍼를 평가하는 공정과, 상기 평가에 의해 양품으로 판단된 실리콘 웨이퍼와 동일 로트 내의 다른 실리콘 웨이퍼를 제품 웨이퍼로서 출하하는 것을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조 방법에서는, 상기 추출된 실리콘 웨이퍼의 평가를, 본 발명의 평가 방법에 의해 행한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 평가 방법에 의하면, 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 유무 및 면 내 분포를, 기판 저항에 의하지 않고 고정밀도로 평가할 수 있다. 따라서, 이러한 평가 방법에 의해, 산소 석출물의 유무나 면 내 분포 상태가 고품질인 디바이스를 제조하기 위해 사용 가능한 양품이라고 판정된 실리콘 웨이퍼와 동일 로트 내의 실리콘 웨이퍼를 제조 웨이퍼로서 출하함으로써, 고품질인 디바이스를 제작 가능한 제품 웨이퍼를 높은 신뢰성을 갖고 제공할 수 있다. 또한, 양품으로 판정하는 기준은, 웨이퍼의 용도 등에 따라서 웨이퍼에 요구되는 물성을 고려하여 설정할 수 있다. 또한 1로트에 포함되는 웨이퍼 수 및 추출하는 웨이퍼 수는 적절히 설정하면 좋다.
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 추가로 설명한다. 단, 본 발명은 실시예에 나타내는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
저항률이 5/1000?10/1000Ω?㎝의 범위의 p＋ 기판인 웨이퍼(1)의 디바이스 제작면이 되는 표면에 대해서, 도 1에 나타내는 장치로서, Nanometrics사 PL 측정 장치 SiPHER을 이용하고, 측정 레이저로서 파장 532㎚의 광원을 이용하고, 1mm의 분해능에 의한 밴드단 포토루미네선스 발광 강도 Map 측정을 행하여, 도 2 왼쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일(제1 면 내 분포 정보)을 얻었다. 맵핑 프로파일에서는, PL 강도가 낮은 부분일수록 어둡게(검게), 높은 영역일수록 밝게(희게) 표시된다. 도 2 왼쪽 도면에 나타내는 바와 같이, 맵핑 프로파일에서는 저항률의 국소적인 변동에 기인하는 동심원 형상의 줄무늬가 나타나기 때문에, 명암에 의해 산소 석출물의 존재나 분포 상태를 확인하는 것은 곤란하다.
상기 PL 측정 후에 웨이퍼(1)를 열처리 로(爐)(로 내 분위기 온도: 900℃, 로 내 분위기: 100％ 산소) 내에 60분간 방치함으로써 열산화 처리를 행한 후, 상기와 동일한 Map 측정을 행하여, 도 2 오른쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일(제2 면 내 분포 정보)을 얻었다.
도 2 중에 화살표가 붙은 직선으로 나타낸 라인 상에서의 PL 강도의 라인 프로파일이, 도 3이다. 웨이퍼 외주 영역에 있어서 PL 강도가 저하되어 있는 것을 확인할 수 있지만, 2개의 라인 프로파일에는, 각각 PL 강도의 저항률 의존성이나 저항률의 국소적인 면 내 변동의 영향도 포함되지만, 단순히 열산화 처리 전의 맵핑 프로파일로부터 열산화 처리 후의 맵핑 프로파일을 뺀 차분 화상을 취득해 버리면, 열산화 처리에 의한 표면 재결합 억제에 의한 PL 강도 상승분이 포함되어 버린다.
그래서 본 실시예에서는, 상기 상승분을 보정하기 위한 보정 계수로서, 열산화 처리 전후의 웨이퍼(1) 상에서 측정된 최대 PL 강도를 이용하는 것으로 했다. 「열산화 처리 전의 최대 PL 강도/열산화 처리 후의 최대 PL 강도」를 산출한 결과, 0.67이었다.
도 2 왼쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일(제1 면 내 분포 정보)로부터, 도 2 오른쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일(제2 면 내 분포 정보) 상의 PL 강도에 0.67을 곱하여 보정한 맵핑 프로파일(제3 면 내 분포 정보)을 뺀 차분 화상이, 도 4 왼쪽 도면이며, 도 4 왼쪽 도면의 화살표가 붙은 직선으로 나타낸 라인 상에서의 PL 강도의 라인 프로파일이, 도 4 오른쪽 도면이다.
[실시예 2]
평가 대상 웨이퍼로서, 저항률이 5/1000?10/1000Ω?㎝의 범위의 p＋ 기판인 웨이퍼(2)를 사용하여, 실시예 1과 동일한 측정 및 평가를 행했다. 도 5 왼쪽 도면은 열산화 처리 전의 맵핑 프로파일(제1 면 내 분포 정보), 도 5 오른쪽 도면은 열산화 처리 후의 맵핑 프로파일(제2 면 내 분포 정보), 도 6은 도 5 중에 화살표가 붙은 직선으로 나타낸 라인 상에서의 PL 강도의 라인 프로파일이다. 웨이퍼(2)에 대해서 「열산화 처리 전의 최대 PL 강도/열산화 처리 후의 최대 PL 강도」를 산출한 결과, 0.83이었다. 이 값을 보정 계수로서, 도 5 왼쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일(제1 면 내 분포 정보)로부터, 도 5 오른쪽 도면에 나타내는 맵핑 프로파일(제2 면 내 분포 정보) 상의 PL 강도에 0.83을 곱하여 보정한 맵핑 프로파일(제3 면 내 분포 정보)를 뺀 차분 화상이, 도 7 왼쪽 도면이며, 도 7 왼쪽 도면의 화살표가 붙은 직선으로 나타낸 라인 상에서의 PL 강도의 라인 프로파일이, 도 7 오른쪽 도면이다.
도 4 왼쪽 도면 및 도 7 왼쪽 도면에 있어서 검게 표시되어 있는 영역은, 차분 화상에 있어서 PL 강도의 저하가 보이고 있는 영역으로서, 이들 영역은 동 도면 오른쪽 도면의 라인 프로파일에 있어서 둥근 테두리 선으로 나타낸 부분에 대응하고 있다. 이들 차분 정보에 있어서 PL 강도의 저하가 보인 영역이 산소 석출물의 존재 영역과 대응하고 있는 것을 실증하기 위해, 도 8에, 상기 실시예 1, 2에 있어서의 평가 후의 웨이퍼(1, 2)에 대해서 RIE 평가를 행한 결과를 나타낸다. RIE 평가는, 이하의 방법으로 행했다.
우선, 불산 및 질산을 포함하는 수용액으로 웨이퍼 표면에서 깊이 3㎛까지의 영역을 에칭하고, 이 웨이퍼 표면을 세정하여 건조한 후에, 반응성 이온 에칭을 행했다. 이 반응성 이온 에칭은, 마그네트론 RIE 장치(Applied Materials사 제조, Precision 5000 ETCH)를 이용하여, Si/SiO2의 선택비가 높은 조건, 즉 SiO2가 에칭되기 어려운 조건으로 행했다. 이에 따라, 산소 석출물(산화 실리콘)이 바늘 형상 돌기로서 현재화된다. 또한 에칭 가스로서는, HBr 및 O2의 혼합 가스를 이용했다. 또한 Si/SiO2의 선택비가 120이 되도록 조건을 설정했다. 반응성 이온 에칭 후에 불산 수용액으로 세정을 행하여 반응성 이온 에칭시에 부착된 반응 생성물을 제거하고, 반응성 이온 에칭으로 에칭된 웨이퍼 표면에 대해서, CCD에 의해 산란광 화상을 취득했다.
RIE 평가에서는, 명암은 산소 석출물의 분포를 나타내는 것이 알려져 있고, 휘도가 낮은(검은) 영역은 산소 석출물이 고농도로 존재하는 영역이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, RIE 평가 결과와 차분 화상에서의 명암의 분포는 양호하게 대응하고 있는 점에서, 차분 화상에 있어서 PL 강도가 낮은 영역(검게 표시된 영역)은, 산소 석출물이 존재하는 영역인 것을 확인할 수 있었다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 의하면 기판 저항의 고저에 상관없이, PL법에 의해 실리콘 웨이퍼의 산소 석출물의 유무 및 면 내 분포에 관한 평가를 행하는 것이 가능하다는 것이 나타났다.
본 발명은, 반도체 장치 제조 분야에 유용하다.

Claims (7)

  1. 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 대하여 당해 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서 포토루미네선스 강도의 면 내 분포를 나타내는 제1 면 내 분포 정보를 취득하는 것,
    상기 제1 면 내 분포 정보 취득 후의 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 대하여 열산화 처리를 행한 후, 당해 실리콘 웨이퍼 표면에 있어서 포토루미네선스 강도의 면 내 분포를 나타내는 제2 면 내 분포 정보를 취득하는 것,
    제1 면 내 분포 정보와, 제2 면 내 분포 정보에 1 미만의 보정 계수에 의한 보정을 가하여 얻어진 제3 면 내 분포 정보와의 차분 정보를 얻는 것 및,
    얻어진 차분 정보에 기초하여, 평가 대상 실리콘 웨이퍼에 있어서의 산소 석출물의 유무 및 산소 석출물의 면 내 분포로 이루어지는 군으로부터 선택되는 평가 항목의 평가를 행하는 것을 포함하는 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평가 대상 실리콘 웨이퍼는, 저항률 0.1Ω?㎝ 이하의 p＋ 기판, 또는 저항률 0.1Ω?㎝ 이하의 p＋ 기판 상에 p형의 에피택셜층을 갖는 p/p＋ 웨이퍼인 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보정 계수로서, [(제1 면 내 분포 정보에 있어서의 기준 포토루미네선스 강도)/(제2 면 내 분포 정보에 있어서의 기준 포토루미네선스 강도)]로 하여 산출되는 값을 이용하는 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준 포토루미네선스 강도로서, 최대 포토루미네선스 강도를 이용하는 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 면 내 분포 정보는, 포토루미네선스 강도의 라인 프로파일 또는 맵핑 프로파일인 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포토루미네선스 강도는 밴드단(端) 발광 강도인 실리콘 웨이퍼의 평가 방법.
  7. 복수의 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 실리콘 웨이퍼의 로트를 준비하는 공정과,
    상기 로트로부터 적어도 1개의 실리콘 웨이퍼를 추출하는 공정과,
    상기 추출된 실리콘 웨이퍼를 평가하는 공정과,
    상기 평가에 의해 양품(良品)으로 판단된 실리콘 웨이퍼와 동일 로트 내의 다른 실리콘 웨이퍼를 제품 웨이퍼로서 출하하는 것을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법으로서,
    상기 추출된 실리콘 웨이퍼의 평가를, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 기재된 평가 방법에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
KR1020120051361A 2011-05-20 2012-05-15 실리콘 웨이퍼의 평가 방법 및 제조 방법 KR101318749B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011113173A JP5682858B2 (ja) 2011-05-20 2011-05-20 シリコンウェーハの評価方法および製造方法
JPJP-P-2011-113173 2011-05-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120130050A true KR20120130050A (ko) 2012-11-28
KR101318749B1 KR101318749B1 (ko) 2013-10-16

Family

ID=47174706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120051361A KR101318749B1 (ko) 2011-05-20 2012-05-15 실리콘 웨이퍼의 평가 방법 및 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8411263B2 (ko)
JP (1) JP5682858B2 (ko)
KR (1) KR101318749B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190015478A (ko) * 2016-07-19 2019-02-13 가부시키가이샤 사무코 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법, 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법, 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법, 실리콘 단결정 잉곳 및, 실리콘 웨이퍼
KR102099054B1 (ko) * 2018-10-15 2020-04-08 쇼와 덴코 가부시키가이샤 SiC 기판의 평가 방법 및 SiC 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10141413B2 (en) 2013-03-13 2018-11-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Wafer strength by control of uniformity of edge bulk micro defects
US9064823B2 (en) * 2013-03-13 2015-06-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for qualifying a semiconductor wafer for subsequent processing
JP5967019B2 (ja) * 2013-05-31 2016-08-10 信越半導体株式会社 半導体ウェーハの評価方法
US9354177B2 (en) 2013-06-26 2016-05-31 Kla-Tencor Corporation System and method for defect detection and photoluminescence measurement of a sample
JP2015185811A (ja) * 2014-03-26 2015-10-22 信越半導体株式会社 半導体基板の評価方法
JP6696729B2 (ja) 2015-03-18 2020-05-20 株式会社Sumco 半導体基板の評価方法及び半導体基板の製造方法
JP6531579B2 (ja) 2015-09-10 2019-06-19 株式会社Sumco ウェーハ検査方法およびウェーハ検査装置
JP6390577B2 (ja) * 2015-10-01 2018-09-19 信越半導体株式会社 シリコン単結晶基板の評価方法
JP6601119B2 (ja) * 2015-10-05 2019-11-06 株式会社Ｓｕｍｃｏ エピタキシャルウェーハ裏面検査装置およびそれを用いたエピタキシャルウェーハ裏面検査方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2683984B2 (ja) 1992-07-03 1997-12-03 信越半導体株式会社 半導体結晶中の深い準位欠陥の評価方法
JPH07297247A (ja) * 1994-04-20 1995-11-10 Toshiba Corp 基板の評価方法
JPH1019791A (ja) * 1996-07-08 1998-01-23 Sumitomo Metal Ind Ltd 半導体材料の検査方法及びその装置
JPH11274257A (ja) 1998-03-18 1999-10-08 Shin Etsu Handotai Co Ltd 半導体結晶の欠陥評価方法
JP3955441B2 (ja) * 2001-02-15 2007-08-08 信越半導体株式会社 シリコンウエーハの評価方法および窒素ドープアニールウエーハ
JP2003045928A (ja) 2001-07-31 2003-02-14 Shin Etsu Handotai Co Ltd 半導体シリコンウェーハ中のＣｕ汚染評価方法
GB0308182D0 (en) * 2003-04-09 2003-05-14 Aoti Operating Co Inc Detection method and apparatus
KR20080002483A (ko) * 2006-06-30 2008-01-04 주식회사 하이닉스반도체 Ｓｏｉ 웨이퍼의 결함 검사방법
KR20090074883A (ko) * 2008-01-03 2009-07-08 주식회사 실트론 산소적층결함 분석방법
CN104022056B (zh) * 2008-03-31 2017-04-12 Bt成像股份有限公司 用于晶片成像及处理的方法和设备
JP5477697B2 (ja) * 2009-08-31 2014-04-23 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハの表面または表層評価方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190015478A (ko) * 2016-07-19 2019-02-13 가부시키가이샤 사무코 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법, 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법, 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법, 실리콘 단결정 잉곳 및, 실리콘 웨이퍼
US11047800B2 (en) 2016-07-19 2021-06-29 Sumco Corporation Method of evaluating carbon concentration of silicon sample, method of evaluating silicon wafer manufacturing process, method of manufacturing silicon wafer, method of manufacturing silicon single crystal ingot, silicon single crystal ingot and silicon wafer
KR102099054B1 (ko) * 2018-10-15 2020-04-08 쇼와 덴코 가부시키가이샤 SiC 기판의 평가 방법 및 SiC 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP5682858B2 (ja) 2015-03-11
JP2012243975A (ja) 2012-12-10
US20120293793A1 (en) 2012-11-22
US8411263B2 (en) 2013-04-02
KR101318749B1 (ko) 2013-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101318749B1 (ko) 실리콘 웨이퍼의 평가 방법 및 제조 방법
CN107615470B (zh) 硅外延晶片的制造方法以及评价方法
KR20110055631A (ko) 결함 감지를 위한 방법 및 장치
JP6696729B2 (ja) 半導体基板の評価方法及び半導体基板の製造方法
JP5407212B2 (ja) 熱処理炉評価方法および半導体ウェーハの製造方法
US10872827B2 (en) Manufacturing method and evaluation method for SiC device
JP5343721B2 (ja) シリコン基板の評価方法及び半導体デバイスの製造方法
JP5720560B2 (ja) 半導体基板の評価方法
JP5967019B2 (ja) 半導体ウェーハの評価方法
JP5561245B2 (ja) 半導体基板の評価方法
TW201602553A (zh) 半導體基板表面之有機物污染的評估方法及其利用
JP6520782B2 (ja) エピタキシャルウェーハの評価方法及び製造方法
US10755989B2 (en) Semiconductor substrate manufacturing method
WO2016163500A1 (ja) 半導体ウェーハの製造方法および半導体ウェーハの評価方法
JP6292166B2 (ja) 半導体基板の評価方法
JP2007266258A (ja) シリコンウェーハのｂｍｄ密度評価方法
KR20010054916A (ko) 표면 광 전압을 이용한 에피택셜 웨이퍼의 소수 캐리어확산 거리 측정 방법
JP2015122408A (ja) 評価方法、評価装置、および半導体装置の製造方法
JPH01205436A (ja) 結晶欠陥の測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180928

Year of fee payment: 6