(57)【要約】【課題】再結合ライフタイム測定により熱処理に起因するウェーハの金属汚染、エピタキシャル層の欠陥等の不良を高感度かつ高い信頼性をもって評価すること。【解決手段】１００〜１００００Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を有するシリコンウェーハであることを特徴とする熱処理炉評価用ウェーハ。上記熱処理炉評価用ウェーハを使用する熱処理炉評価方法および半導体ウェーハの製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００〜１００００Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を有するシリコンウェーハであることを特徴とする熱処理炉評価用ウェーハ。
【請求項２】
前記シリコンウェーハは、ボロンをドープしたｐ型ウェーハである請求項１に記載の熱処理炉評価用ウェーハ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱処理炉評価用ウェーハを、評価対象の熱処理炉内で加熱し、
上記加熱後のウェーハの再結合ライフタイムを測定し、測定された再結合ライフタイムによって上記熱処理炉を評価することを特徴とする熱処理炉評価方法。
【請求項４】
前記再結合ライフタイムは、前記ウェーハ表面を、ヨウ素を含有するエタノールに浸漬した後に測定される請求項３に記載の熱処理炉評価方法。
【請求項５】
前記再結合ライフタイムは、前記ウェーハ表面に酸化膜を形成した後に測定される請求項３に記載の熱処理炉評価方法。
【請求項６】
熱処理炉内の金属汚染の有無および／またはその程度を評価する請求項３〜５のいずれか１項に記載の熱処理炉評価方法。
【請求項７】
前記熱処理炉はエピタキシャル作製炉であり、該エピタキシャル作製炉内で形成されるエピタキシャル層の欠陥および／または金属汚染の有無および／またはその程度を評価する請求項３〜５のいずれか１項に記載の熱処理炉評価方法。
【請求項８】
請求項１または２に記載の熱処理炉評価用ウェーハを含む複数の半導体ウェーハを熱処理炉内で熱処理し、
前記熱処理後、前記熱処理炉評価用ウェーハの再結合ライフタイムを測定し、再結合ライフタイムが基準値以上であった熱処理炉評価用ウェーハと同一熱処理炉内で熱処理されたウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む半導体ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ製造工程における熱処理プロセスに使用される熱処理炉に起因するウェーハの汚染、欠陥等の不良を高精度かつ簡便に評価し得る熱処理炉評価用ウェーハ、前記ウェーハを使用する熱処理炉評価方法、および熱処理プロセスに使用される熱処理炉に起因する不良が低減された半導体ウェーハを提供し得る、半導体ウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハの加工工程や半導体製造工程において悪影響を及ぼす重金属等の不純物による汚染量の測定やエピタキシャル層の汚染や欠陥検出のために、μ−PCD法により再結合ライフタイムを測定することが広く行われている（例えば特許文献１、２参照）。μ−PCD法を利用した再結合ライフタイム測定では、まず、励起パルス光を入射してキャリアを励起させ、次にウェーハにマイクロ波を照射し、そのウェーハにより反射されたマイクロ波のパワーをサンプリングして装置に取り込み、パワーの減衰から再結合ライフタイムを測定する。この測定を行う場合、ウェーハ表面の影響を減らすため、前処理としてウェーハ表面に表面不活性化処理（パッシベーション）を施す必要がある。パッシベーションとしては、熱酸化処理で熱酸化膜形成する方法(以下、酸化法という)や電解溶液処理で、袋または容器にウェーハを挿入し、例えば、ヨウ素をエタノールなどのアルコールに溶かした溶液によりウェーハ表面を処理する方法(以下、CP（Chemical Passivation）法という)が一般的である。
【特許文献１】特開２０００−１８０３８５号公報
【特許文献２】特開２００２-２６１１０２号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体ウェーハ中の不純物は、デバイス特性を劣化させ、デバイスの製造歩留まりに大きな影響を与える。中でも、金属不純物は、ウェーハ製造工程中の酸化、拡散、エピタキシャル成長等の各種熱処理において、ウェーハ内部へ容易に拡散し、析出物、転位、酸素誘起積層欠陥（ＯＳＦ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）等の結晶欠陥、少数キャリアのライフタイム低下、リーク電流の増大、酸化膜の絶縁破壊電圧劣化等を引き起こすおそれがある。そのため、熱処理プロセスにおける金属汚染を低減するために、通常、製品を熱処理する前に、使用する加熱炉のプロセス汚染量を評価用ウェーハを用いて試験的に評価し、この評価値に基づいて汚染を改善した後に、本格的な製品熱処理を行っている。また、日常の管理用として評価用のウェーハを製品とともに加熱炉へ投入し、評価、管理を行うこともある。
【０００４】
しかし、μ−PCD法による再結合ライフタイム値は、パッシベーションの種類や条件によって値が変化する。例えば、酸化法の場合、熱酸化条件によりパッシベーション力が異なることが再結合ライフタイム値変化の原因となる。ＣＰ法は、一般的に熱酸化膜よりパッシベーション力が強いため、ＣＰ法の測定値は酸化法による測定値と比べて高くなる傾向がある。しかし、ＣＰ法では経時変化があり時間とともにパッシベーション力が低下する。更にパッシベーション溶液の濃度によっても値が異なる。このように、パッシベーションによってライフタイムの測定値が変わることが汚染に対する検出感度のばらつきの原因となっていた。更に、エピタキシャルウェーハについては、ＣＣＤやＣＩＳ等の撮像素子向けのエピウェーハでは、非常に微量な汚染や非常に微少な欠陥が影響するため従来のライフタイムのモニターでは管理できなくなっている。
【０００５】
そこで本発明の目的は、再結合ライフタイム測定により熱処理やエピタキシャル成長に起因する金属汚染、欠陥等の不良を高感度かつ高い信頼性をもって評価することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、従来再結合ライフタイム測定による熱処理炉の評価に使用されていたウェーハとしては汎用のウェーハが使用されており、その抵抗率は１０〜２０Ω・ｃｍ程度であることがパッシベーションの種類や条件による測定のばらつきや、エピタキシャル成長に起因する金属汚染や欠陥等を検出できないことの原因となっているとの新たな知見を得た。そして上記知見に基づき更に検討を重ね、１００〜１００００Ω・ｃｍときわめて高い抵抗率のウェーハを熱処理炉評価用ウェーハとして使用することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、上記目的は、下記手段により達成された。
［１］１００〜１００００Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を有するシリコンウェーハであることを特徴とする熱処理炉評価用ウェーハ。
［２］前記シリコンウェーハは、ボロンをドープしたｐ型ウェーハである［１］に記載の熱処理炉評価用ウェーハ。
［３］［１］または［２］に記載の熱処理炉評価用ウェーハを、評価対象の熱処理炉内で加熱し、
上記加熱後のウェーハの再結合ライフタイムを測定し、測定された再結合ライフタイムによって上記熱処理炉を評価することを特徴とする熱処理炉評価方法。
［４］前記再結合ライフタイムは、前記ウェーハ表面をヨウ素を含有するエタノールに浸漬した後に測定される［３］に記載の熱処理炉評価方法。
［５］前記再結合ライフタイムは、前記ウェーハ表面に酸化膜を形成した後に測定される［３］に記載の熱処理炉評価方法。
［６］熱処理炉内の金属汚染の有無および／またはその程度を評価する［３］〜［５］のいずれかに記載の熱処理炉汚染評価方法。
［７］前記熱処理炉はエピタキシャル作製炉であり、該エピタキシャル作製炉内で形成されるエピタキシャル層の欠陥および／または金属汚染の有無および／またはその程度を評価する［３］〜［５］のいずれかに記載の熱処理炉評価方法。
［８］［１］または［２］に記載の熱処理炉評価用ウェーハを含む複数の半導体ウェーハを熱処理炉内で熱処理し、
前記熱処理後、前記熱処理炉評価用ウェーハの再結合ライフタイムを測定し、再結合ライフタイムが基準値以上であった熱処理炉評価用ウェーハと同一熱処理炉内で熱処理されたウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む半導体ウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高感度かつ高い信頼性をもって熱処理炉内の汚染評価を行うことにより、金属汚染や微少欠陥が低減された高品質な半導体ウェーハを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
[熱処理炉評価用ウェーハ]
本発明の熱処理炉評価用ウェーハは、１００〜１００００Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を有するシリコンウェーハである。本発明の熱処理炉評価用ウェーハを使用することにより評価される熱処理炉としては、半導体デバイス製造工程中の酸化、拡散、エピタキシャル成長等の各種熱処理、具体的には、ドーパントを拡散させるプロセス、エピタキシャル成長、Ｈ２アニール等に使用される熱処理炉を挙げることができる。
【００１０】
本発明の熱処理炉評価用ウェーハは、抵抗率が１００〜１００００Ω・ｃｍの範囲であるシリコンウェーハである。抵抗率が１００Ω・ｃｍ未満のウェーハでは、再結合ライフタイム測定へのパッシベーションの種類や条件の影響が大きく、信頼性の高い測定を行うことは困難である。更に、測定されるライフタイム値が低く微量汚染金属や、エピタキシャル層中の微量な金属汚染や微小な欠陥等を高感度で検出することも困難となる。一方、上記抵抗率が１００００Ω・ｃｍを超えるウェーハを作製しようとするとインゴットの作製が困難になり、またわずかな外乱でp,nの特性が反転することがある。上記抵抗率は、好ましくは５００〜５０００Ω・ｃｍの範囲である。
【００１１】
本発明の熱処理炉評価用ウェーハは、真性半導体、ｐ型半導体、ｎ型半導体のいずれでもよいが、金属汚染に対する感度の点からｐ型が好ましい。特に、鉄による金属汚染を高感度評価するためには、ボロンをドープしたｐ型ウェーハが好ましい。また、本発明の熱処理炉評価用ウェーハのサイズは特に限定されず、通常の製品レベル（例えば、２００ｍｍウェーハでは厚さ７２５μｍ、３００ｍｍウェーハでは厚さ７７５μｍ）であればよい。
【００１２】
本発明の熱処理炉評価用ウェーハは、半導体ウェーハ製造工程中に使用される熱処理炉内の金属汚染（例えば炉内に存在する金属不純物による汚染）の有無および／または程度の評価のために用いることができる。本発明の熱処理炉評価用ウェーハによって評価可能な金属不純物としては、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ等を挙げることができる。
【００１３】
更に、本発明の熱処理炉評価用ウェーハは、エピタキシャル作製炉内で形成されるエピタキシャル層中の微量な金属汚染や微小な欠陥等の有無および／またはその程度を評価するために用いることもできる。本発明の熱処理炉評価用ウェーハによれば、高いライフタイム値が得られるため、従来の方法では検出困難であったエピタキシャルウェーハの微量な金属汚染や微小な欠陥を高感度検出することができる。
本発明の熱処理炉評価用ウェーハを使用した熱処理炉評価の詳細は後述する。
【００１４】
[熱処理炉評価方法]
本発明の熱処理炉評価方法は、本発明の熱処理炉評価用ウェーハを、評価対象の熱処理炉内で加熱し、上記加熱後のウェーハの再結合ライフタイムを測定し、測定された再結合ライフタイムによって上記熱処理炉を評価する。本発明の熱処理炉評価方法によれば、パッシベーションの種類や条件による測定誤差を低減すること、および、エピタキシャルウェーハの微量な金属汚染や微小な欠陥の検出が可能である。
【００１５】
評価対象の熱処理炉内での加熱後、ウェーハの再結合ライフタイム測定前には通常、ウェーハ表面に表面不活性化のための処理が施される。本発明によれば、表面不活性化を、酸化法、ケミカルパッシベーション法（ＣＰ法）のいずれの方法で行っても値にばらつきなく信頼性の高い測定が可能である。
【００１６】
ケミカルパッシベーション法による表面不活性化は、測定対象のウェーハをケミカルパッシベーション溶液に浸漬することにより行うことができる。ケミカルパッシベーション溶液としては、経時変化の小さい良好なパッシベーション特性（表面不活性化特性）が得られる溶液を用いることが好ましい。具体的には、ヨウ素を含有するエタノール（ヨウ素エタノール液、例えば濃度0.02〜0.2 N）、HF水溶液（例えば濃度0.1〜20%）、キンヒドロンメタノール液（例えば濃度0.005〜0.05 N）、キンヒドロン・エタノール液（例えば濃度0.005〜0.05 N）等を用いることができる。各溶液の濃度は、所望の表面再結合速度が得られるように適宜設定することができる。ケミカルパッシベーション溶液の詳細については、例えば、Appl. Surf. Sci. 63 (1993) 306、特許第３４９６０５８号明細書等を参照することができる。
【００１７】
酸化法による表面不活性化は、公知の熱酸化により行うことができる。形成される酸化膜の厚さは、例えば１０〜５０ｎｍ程度であるが、表面を不活性化できれば、厚さは特に限定されるものではない。
更に、上記酸化膜にコロナ放電処理を行い、コロナ放電により生成したイオンを酸化膜上に堆積させ、界面付近のキャリアをバルク中に押し込める方法を採用してもよい。
なお、評価対象の熱処理炉がエピタキシャル作製炉の場合、熱処理炉評価用ウェーハ上にはエピタキシャル層が形成されることとなる。通常、エピ処理炉には酸素は流さないので、酸化処理をするためには別の酸化炉に投入する必要がある。しかし、その場合は酸化炉の汚染の影響も受けてしまうため、エピタキシャル作製炉を評価する場合、表面不活性化は前述のＣＰ法により行うことが好ましい。
【００１８】
上記熱処理後の再結合ライフタイムの測定は、μ−ＰＣＤ法によって行うことができる。具体的には、ウェーハの厚さに応じて、ウェーハ内ですべての光が吸収されるように照射するレーザー光の波長を設定する。または、エピタキシャル層の厚さに応じてエピタキシャル層内ですべての光が吸収されるようにレーザー光の波長を設定する。設定波長は、例えば、300〜900ｎｍ程度とすることができる。この設定波長において光パルスを発生させ、ウェーハに対して照射すると、光パルスによりウェーハ表面および内部に発生した過剰キャリアによってウェーハの導電率が増加し、過剰キャリアが再結合によって消滅するに従い導電率が減少する。このときの反射マイクロ波のパワーの時間変化を検出、解析することで、再結合ライフタイムを求めることができる。
【００１９】
本発明の熱処理炉評価法により、熱処理炉内の金属汚染の有無および／またはその程度を評価することができる。測定された再結合ライフタイムの値が小さいほど、金属汚染が多いと判定することができる。また、本発明の熱処理炉評価方法により、熱処理炉としてエピタキシャル作製炉を評価する場合、エピタキシャル作製炉内で形成されるエピタキシャル層の欠陥および／または金属汚染の有無および／またはその程度を評価することができる。測定された再結合ライフタイムの値が小さいほど、エピタキシャル層の金属汚染および／または欠陥が多いと判定することができる。
【００２０】
[半導体ウェーハの製造方法]
本発明の半導体ウェーハの製造方法は、本発明の熱処理炉評価用ウェーハを含む複数の半導体ウェーハを熱処理炉内で熱処理し、前記熱処理後、前記熱処理炉評価用ウェーハの再結合ライフタイムを測定し、再結合ライフタイムが基準値以上であった熱処理炉評価用ウェーハと同一熱処理炉内で熱処理されたウェーハを製品ウェーハとして出荷する。
【００２１】
前述のように、本発明の熱処理炉評価用ウェーハおよび熱処理炉評価方法によれば、熱処理炉からウェーハへ混入する金属成分によるウェーハ汚染やエピタキシャル層の金属汚染や欠陥を高精度かつ高い信頼性をもって評価することができる。本発明の半導体ウェーハの製造方法によれば、実際の製造工程において使用される熱処理炉からの金属汚染を評価および確認した上で製品ウェーハを出荷することができるので、高品質な半導体ウェーハを高い信頼性をもって提供することができる。前記評価用ウェーハは、例えば、１つの加熱処理炉に対してロット毎に投入することが好ましい。更に、本発明の熱処理炉評価用ウェーハによれば簡便かつ高精度に評価を行うことができるため、１回の熱処理に対して１枚の評価用ウェーハを用いて評価を行えば信頼性の高い評価結果を得ることができる。
また、前記基準値は、ウェーハの用途等に応じてウェーハに求められる物性を考慮して設定することができる。また、前記熱処理炉としては、半導体デバイス製造工程中の酸化、拡散、エピタキシャル成長等の各種熱処理、具体例としては、ドーパントを拡散させるプロセス、エピタキシャル成長、Ｈ２アニール等に使用される熱処理炉を挙げることができる。本発明の半導体ウェーハの製造方法における再結合ライフタイム測定等の詳細は、先に本発明の熱処理評価方法について説明した通りである。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。
【００２３】
[実施例１]
図１に示すテストフローにより各種表面不活性化法により表面不活性化処理を施した後、再結合ライフタイムを測定した。以下に、その詳細を説明する。
抵抗率が2000Ω・cmで両面ミラーポリッシュしたシリコンウェーハをｐ型、n型共に数枚用意した。ｐ型ウェーハはボロンのドープしたものを使用した。それぞれのウェーハにスピンコートでFe汚染を行った。表面のFe濃度はICP-MSで測定した。
その後に図２に示すシーケンスで、熱処理炉内で熱処理、Drive-inおよび酸化を行った。これにより形成された酸化膜厚は30nm程度であった。まず初めに、酸化法でのライフタイム測定を行った。次に、酸化膜の上にコロナ放電処理を施し酸化膜の上に電荷(p型は負電荷,n型は正電荷)を乗せた後、ライフタイムを測定した(この方法を以下「コロナ法」と記載する)。さらに、5質量%のHF溶液に10分間浸して酸化膜を除去して、0.05mol/Lのヨウ素/エタノール溶液に浸漬しパッシベーション（ケミカルパッシベーション）を行った後、ライフタイムを測定した(CP法)。それぞれのライフタイム値の逆数をとり、ICP-MSの結果との相関を示したグラフを、p型の場合を図３に、n型の場合を図４に示す。図３および図４に示すように、酸化法、コロナ法、CP法ともにライフタイム値はほとんど変わらなかった。またライフタイム値の逆数はICP-MSの結果と相関があり、特にp型は1E9/cm2未満でも相関が見られ、高感度検出が可能であることが確認された。
【００２４】
[実施例２]
実施例１で使用したものと同様のｐ型シリコンウェーハ（抵抗率2000Ω・cm）を、実施例１と同様の条件で熱処理した後、ヨウ素濃度が、0.1mol/L、0.05mol/L、0.025mol/Lのヨウ素エタノール溶液に浸漬しパッシベーションを行った。その後、再結合ライフタイムを測定した。図５〜７に、ライフタイム測定結果のマップを示す。図５〜７に示すライフタイム値に有意差はなく、ヨウ素濃度依存性は見られない。
【００２５】
実施例１および実施例２の結果から、高抵抗率シリコンウェーハを使用することにより、パッシベーションを選ばず、Fe濃度を感度良く検知できることがわかる。
【００２６】
[実施例３]
エピタキシャル作製炉内で、抵抗率が700Ω・cmのシリコンウェーハに厚さ３μｍのエピタキシャル層が形成されるエピタキシャル処理を施した。エピタキシャル処理後のウェーハを、5質量%のHF溶液で自然酸化膜を除去し、次いで0.05mol/Lのヨウ素/エタノール溶液に浸漬しパッシベーション（ケミカルパッシベーション）を行った後、ライフタイムを測定した。上記測定後、エピタキシャル層をエッチングにより除去し、再度同様の方法で再結合ライフタイムを測定した。エッチング前後のライフタイム測定結果のマップを図８に示す。
【００２７】
[比較例１]
シリコンウェーハを抵抗率が10Ω・cmのものに変更した点以外は実施例３と同様の処理を施し再結合ライフタイムを測定した。エッチング前後のライフタイム測定結果のマップを図８に示す。
【００２８】
図８に示すように、エッチング前の実施例３のライフタイム測定結果のマップには異常パターンが確認できるのに対し、比較例１では異常パターンは見られない。エッチング後の実施例３のライフタイム測定結果のマップでは異常パターンが見られないことから、実施例３で使用した高抵抗率ウェーハにより、従来熱処理評価用に使用されていたウェーハでは検出できないエピタキシャル層の欠陥または汚染を感度よく検出できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、金属汚染の低減された高品質な半導体ウェーハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１のテストフローを示す。
【図２】実施例１の熱処理シーケンスを示す。
【図３】実施例１（ｐ型ウェーハ）の再結合ライフタイムの測定結果とICP-MSによる測定結果の相関を示す。
【図４】実施例１（ｎ型ウェーハ）の再結合ライフタイムの測定結果とICP-MSによる測定結果の相関を示す。
【図５】実施例２の評価結果（ヨウ素濃度0.1mol/L）を示す。
【図６】実施例２の評価結果（ヨウ素濃度0.05mol/L）を示す。
【図７】実施例２の評価結果（ヨウ素濃度0.025mol/L）を示す。
【図８】実施例３および比較例１の評価結果を示す。
【図１】
2010040793.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010040793.tif 000008
【図８】
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