(57)【要約】【課題】ウェーハ検査における評価の安定性・再現性向上を図る。【解決手段】上部及び下部電極１０，１２を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜３４を形成したウェーハ３０を装着して、析出装置内に銅イオンを含むメタノール溶液Ｍを注入し、上部及び下部電極１０，１２に外部電圧を印加し、ウェーハ３０の欠陥部位３５上に銅を析出させる銅析出法において、  メタノール溶液Ｍの上部電極１２−下部電極１０間における抵抗値Ｒｍを所定の値に設定した状態で銅析出処理をおこなう。【選択図】図１
2010056577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空孔型点欠陥の凝集体の存在しない完全結晶育成条件で育成された結晶から作成されたシリコンウェーハにおける０．０６μｍ以下の微小な空孔型欠陥の凝集体の存在の有無の検査方法であって、
上部及び下部電極を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成した前記シリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法により前記シリコンウェーハ表面の結晶欠陥を検査する方法において、
前記銅析出法は、ベアウェーハ上面上に厚さ２５ないし１５０ｎｍの範囲内の酸化膜とされる絶縁膜を形成させる段階と、前記ウェーハ裏面の酸化膜を剥離する段階と、前記ウェーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を絶縁破壊して欠陥部位に銅を析出する段階とを備え、
前記銅の析出を遂行する段階は、外部電圧を印加できる銅でできた上部及び下部プレートと、側壁とで構成された容器形状の銅の析出装置内にダミーウェーハを装着する段階と、前記析出装置内に溶媒を注入する段階と、前記上部及びダミーウェーハを装着した下部プレートに外部電圧を印加し、銅イオンを溶出するダミー処理をおこなう段階と、前記ダミーウェーハを銅の析出装置から脱着する段階と、前記銅の析出装置内に目的のウェーハを装着する段階及び前記上部及び下部プレートに外部電圧を印加し、目的のウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる段階とを備え、
前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量と、
前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値を設定して、
前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する３〜６ＭＶ／ｃｍの範囲に設定した状態で銅析出処理をおこなうとともに、
同一電解質溶液で複数回の処理をおこなう際に、前記電解質溶液抵抗値のばらつきを５％以内に設定し、かつ、前記シリコンウェーハに照射される光量を一定に設定することを特徴とするシリコンウェーハの検査方法。
【請求項２】
前記電解質溶液抵抗値は、複数回の検査を通じて、各検査時で一定に維持するために、前記電解質溶液抵抗値が低すぎる場合は、新液を追加すること、前記電解質溶液抵抗値が高すぎる場合は、前記ダミー処理を追加することで所定値の範囲に調整し、前記電解質溶液抵抗値のばらつきを５％以内に設定することを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの検査方法。
【請求項３】
前記ウェーハに照射される光の照度を一定にするための光源として、特にｐ型ウェーハの場合、より精密な管理を行うためにシリコン中に電子正孔対を発生させるに必要なエネルギー以上の単色光源を用いて光量による管理を行い、電子正孔対の単位時間単位体積当たりの発生量を管理することで、前記上部および下部プレートに外部電圧を印加した際にウェーハ表面の熱酸化膜の直下に低抵抗層である反転層を介して出現する空乏層の抵抗値を管理することを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの検査方法。
【請求項４】
前記上部及び下部プレート間に印加する電圧から、前記電解質溶液抵抗値による電圧降下分を差し引いた電圧が、前記酸化膜の抵抗値と前記空乏層の抵抗値とに印加されることより、前記酸化膜の膜厚と印加される電圧との比である実効電界（酸化膜に印加される電圧／酸化膜厚）が、異常絶縁破壊の生ずる条件である前記空乏層の抵抗を０とした場合に最大で６ＭＶ／ｃｍを超えないように制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか記載のシリコンウェーハの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの欠陥評価方法である銅析出法（Ｃｕ析出法）によって、主にＣＺ（チョクラルスキー）法によるシリコンウェーハの検査方法および装置に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、シリコンウェーハ上で、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域をレーザースキャッタリング粒子計数機（ＬＳＰＣ；Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）を用いる技術に替わり正確に測定する方法として銅析出法を挙げている。この方法は、ＬＳＰＣの検出限界以下である、０．０６μｍ程度以下でも感度があり有益な方法である。
【０００３】
しかし、空孔型点欠陥の凝集体の存在しない完全結晶育成条件で育成された結晶から作成されたウェーハの検査（ＬＳＰＣにより検出されない微小な空孔型欠陥の凝集体の存在の有無の検査）に用いる場合、空孔型点欠陥の凝集体の密度が低く、かつ凝集体の存在しない完全結晶領域との境界が従来結晶より不明瞭である。そのため、検査精度を高める必要があり、銅析出感度の精密な制御が必要になる。また、酸化膜の異常破壊に伴う欠陥性ではない銅析出が生ずる条件の存在が判明したため、検査を正確に行うために条件の考慮が必要である。この現象は完全結晶ウェーハの検査の場合に顕著であるため重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２４１２９６号明細書
【特許文献２】特開平８−２６１９５７号公報
【特許文献３】特開２０００−９１１７２号公報
【特許文献４】特開２００２−８３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
銅析出法では、検査対象サンプルであるウェーハの銅析出を行う前に、ダミーウェーハを処理し、純銅製の上部電極からメタノール中に銅イオンを溶出させるが、従来結晶を評価する場合は、従来方法にあるダミー処理の条件で管理すれば充分であった。
しかし、完全結晶ウェーハの検査のように高い検査精度が要求される場合には、検査結果の再現性が乏しいという問題のあることがわかった。
前記従来の方法では銅析出時の照度が管理対象とされていなかった。従来結晶を評価する場合は、照度が異なっても検出感度が変化してしまうことはなかったが、完全結晶ウェーハの検査のように高い検査精度が要求される場合には、検査結果の再現性が乏しいという問題のあることがわかった。
従来方法では、完全結晶ウェーハの検査を行う場合、完全結晶であるにもかかわらず、欠陥のあるウェーハより銅析出数が高くなる場合があり、検査結果が安定しないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．ウェーハ検査の要求精度向上に対する対応を図ること。
２．検査における評価の安定性・再現性向上を図ること。
３．複数枚のウェーハに対して同一メタノール溶液での検査を可能とするとともに、同一感度で実施可能とすること。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のシリコンウェーハの検査方法は、空孔型点欠陥の凝集体の存在しない完全結晶育成条件で育成された結晶から作成されたシリコンウェーハにおける０．０６μｍ以下の微小な空孔型欠陥の凝集体の存在の有無の検査方法であって、
上部及び下部電極を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成した前記シリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法により前記シリコンウェーハ表面の結晶欠陥を検査する方法において、
前記銅析出法は、ベアウェーハ上面上に厚さ２５ないし１５０ｎｍの範囲内の酸化膜とされる絶縁膜を形成させる段階と、前記ウェーハ裏面の酸化膜を剥離する段階と、前記ウェーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を絶縁破壊して欠陥部位に銅を析出する段階とを備え、
前記銅の析出を遂行する段階は、外部電圧を印加できる銅でできた上部及び下部プレートと、側壁とで構成された容器形状の銅の析出装置内にダミーウェーハを装着する段階と、前記析出装置内に溶媒を注入する段階と、前記上部及びダミーウェーハを装着した下部プレートに外部電圧を印加し、銅イオンを溶出するダミー処理をおこなう段階と、前記ダミーウェーハを銅の析出装置から脱着する段階と、前記銅の析出装置内に目的のウェーハを装着する段階及び前記上部及び下部プレートに外部電圧を印加し、目的のウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる段階とを備え、
前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量と、
前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値を設定して、
前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する３〜６ＭＶ／ｃｍの範囲に設定した状態で銅析出処理をおこなうとともに、
同一電解質溶液で複数回の処理をおこなう際に、前記電解質溶液抵抗値のばらつきを５％以内に設定し、かつ、前記シリコンウェーハに照射される光量を一定に設定することにより上右記課題を解決した。
本発明は、前記電解質溶液抵抗値は、複数回の検査を通じて、各検査時で一定に維持するために、前記電解質溶液抵抗値が低すぎる場合は、新液を追加すること、前記電解質溶液抵抗値が高すぎる場合は、前記ダミー処理を追加することで所定値の範囲に調整し、前記電解質溶液抵抗値のばらつきを５％以内に設定することができる。
本発明は、前記ウェーハに照射される光の照度を一定にするための光源として、特にｐ型ウェーハの場合、より精密な管理を行うためにシリコン中に電子正孔対を発生させるに必要なエネルギー以上の単色光源を用いて光量による管理を行い、電子正孔対の単位時間単位体積当たりの発生量を管理することで、前記上部および下部プレートに外部電圧を印加した際にウェーハ表面の熱酸化膜の直下に低抵抗層である反転層を介して出現する空乏層の抵抗値を管理することが好ましい。
本発明は、前記上部及び下部プレート間に印加する電圧から、前記電解質溶液抵抗値による電圧降下分を差し引いた電圧が、前記酸化膜の抵抗値と前記空乏層の抵抗値とに印加されることより、前記酸化膜の膜厚と印加される電圧との比である実効電界（酸化膜に印加される電圧／酸化膜厚）が、異常絶縁破壊の生ずる条件である前記空乏層の抵抗を０とした場合に最大で６ＭＶ／ｃｍを超えないように制御することがある。
【０００８】
本発明のシリコンウェーハの検査方法は、上部及び下部電極（プレート）を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極（プレート）に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法において、
前記電解質溶液（銅イオンを含んだメタノール溶液）の上部電極−下部電極間における抵抗値を所定の値に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンウェーハの検査方法は、上部及び下部電極（プレート）を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極（プレート）に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法において、
前記シリコンウェーハに照射される光量（照度）を所定の範囲に設定することによって、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンウェーハの検査方法は、上部及び下部電極（プレート）を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極（プレート）に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法において、
前記電解質溶液（銅イオンを含んだメタノール溶液）の上部電極−下部電極間における抵抗値と、
前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量（照度）と、
前記上部電極−下部電極間に印加する印加電圧とを設定して、
前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する範囲に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより上記課題を解決した。
また、本発明において、前記絶縁膜に印加される実効電界が６ＭＶ／ｃｍ以下の範囲に設定される手段を採用することもできる。
本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、
外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する銅析出検査装置であって、
銅析出処理をおこなう際に、前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値を所定の値に設定可能とされてなることにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、
外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する銅析出検査装置であって、
銅析出処理をおこなう際に、前記シリコンウェーハに照射される光量（照度）を所定の範囲に設定することによって、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定可能とされてなることにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、
外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する銅析出検査装置であって、
銅析出処理をおこなう際に、
前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値と、
前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量（照度）と、
前記上部電極−下部電極間に印加する印加電圧とを設定して、
前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する範囲に設定可能とされてなることにより上記課題を解決した。
本発明は、前記絶縁膜に印加される実効電界が６ＭＶ／ｃｍ以下の範囲に設定可能とされてなることが好ましい。
【０００９】
本発明にかかる銅析出法は、ベアウェーハ上面上に所定の厚さの絶縁膜を形成させる段階と、前記ウェーハ裏面の酸化膜を剥離する段階と、前記ウェーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を絶縁破壊して欠陥部位に銅を析出する段階とを備えるものである。ここで、前記絶縁膜は熱酸化による酸化膜であることが可能であり、前記銅を析出する段階は特定の電解質溶液内にウェーハを入れた後、前記ウェーハの上部及び下部に電圧を印加して行うことが好ましく、前記絶縁膜の厚さと電圧の強さとを調節して遂行する。
【００１０】
一方、前記ウェーハ裏面の酸化膜を剥離する工程は、ウェーハ裏面の一部に対してのみ行
うもので、作業時間を短くすることができ、望ましくはＨＦ蒸気を利用して行うことがで
きる。
【００１１】
一方、前記銅の析出を遂行する段階は、より具体的に、外部電圧を印加できる銅でできた上部及び下部プレートと、側壁とで構成された容器形状の銅の析出装置内にダミーウェーハ（Ｄｕｍｍｙ  ｗａｆｅｒ  ）を装着する段階と、前記析出装置内に溶媒を注入する段階と、前記上部及び下部プレートに外部電圧を印加し、銅イオンを溶出する段階と、前記ダミーウェーハを銅の析出装置から脱着する段階と、前記銅の析出装置内に目的のウェーハを装着する段階及び前記上部及び下部プレートに外部電圧を印加し、目的のウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる段階とを備えるものである。
【００１２】
前記ダミーウェーハとして、その上面に酸化膜が形成されたものを使用して、前記電解質溶液の溶媒としてはメタノールを用いることが好ましい。
前記銅イオンを溶出させる段階で、前記上部及び下部プレートに印加される電圧は、１０〜２００Ｖの範囲内であり、また前記銅を析出させる段階での前記上部及び下部プレートに印加する電圧の強度は、後述するように絶縁膜に印加する実効電界が６ＭＶ／ｃｍ以下、より好ましくは、３〜６ＭＶ／ｃｍの範囲内になるように設定する。
【００１３】
そして、さらなる検査精度の要求にともない、本願発明者は、検査の安定性に関る要因の考察および調査を行った。
【００１４】
酸化膜に印加される電圧は、上下電極間に印加される印加電圧が、メタノール溶液Ｍの抵抗値Ｒｍ’、絶縁膜（熱酸化膜）３４の抵抗値Ｒ、絶縁膜３４下に存在する移動電荷のない空乏層（空乏領域）３２（ｐ型のみ）の抵抗値Ｒｈで分圧され決定される（図１参照）。
一方、酸化膜３４の絶縁破壊は、酸化膜に印加される実効電界（酸化膜に印加される電圧／酸化膜厚）で決まることが、ポリシリコン電極を用いた酸化膜絶縁破壊検査より分かっているので、この酸化膜３４に印加される電圧を一定になるように管理すれば、精度の高い検査が可能となることを予見した。
これを実現するために、本願発明は、メタノール溶液Ｍの抵抗値Ｒｍ’および空乏領域Ｒｈの抵抗値を一定になるような管理を行うものである。
【００１５】
＜メタノール抵抗値の管理＞
ダミー処理の条件で管理を行う従来方法で、メタノール溶液Ｍを１０回調整し、上部電極（銅電極）１２と下部電極１０との間でメタノール抵抗値Ｒｍ（以下メタノール抵抗値）のばらつきを調べた。
その結果、ＣＶ値（標準偏差／平均値）で１５％程度のばらつきが見られた。
また、そのメタノール抵抗値Ｒｍの平均値と、銅析出時の上下電極１０，１２間に流れる電流値から見積もった（酸化膜３４の抵抗値）Ｒ＋（空乏領域３２の抵抗値）Ｒｈの比（メタノールの抵抗値／酸化膜と空乏層の抵抗値）＝（Ｒｍ／Ｒ＋Ｒｈ）は０．１３であることが判った。酸化膜３４の抵抗は通常ＧΩｃｍ２以上のオーダーであるが、実際、銅析出を行っているときはＦＮ電流が流れてＭΩｃｍ２  台に抵抗値が下がっているため、メタノール抵抗値と一桁程度の差しかないことが判明した。
なお、ＦＮ（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）電流とは、絶縁膜である酸化膜に高い電圧を加えた場合に流れるトンネルリーク電流をいう。
【００１６】
これより、メタノールの抵抗値のばらつきは、酸化膜３４に印加される実効電界に大きく影響を与えるので、メタノール抵抗値Ｒｍの管理を厳密に行う必要のあることが判った。
【００１７】
メタノール抵抗値Ｒｍの管理方法としては、メタノール抵抗値Ｒｍが低すぎる場合は、新液を追加すること、メタノール抵抗値Ｒｍが高すぎる場合は、銅イオン溶出処理を追加することで管理値の範囲に調整を行った。具体的にはメタノール抵抗値Ｒｍの測定を行い、上記方法で調整の後、管理値内であることを確認してから、銅析出処理を実施することとした。調整作業に習熟すれば、管理値の５％以内で制御することは容易であることがわかった。
なお、ここで、この、メタノール抵抗値Ｒｍを所定の管理値に対して、５％以内に設定することが好ましい。
また、この方法を用いれば、同一メタノール溶液Ｍで複数回の銅析出処理を、経時変化なく同一感度のままで実施できる事が判った。
【００１８】
メタノール抵抗値Ｒｍを決める要因は、主に銅イオンＣｕ２＋濃度であるが、溶媒であるメタノールまたは大気中から溶け込んだ水分が電気分解して生ずるイオンもメタノール抵抗値Ｒｍに影響を与えることが予想される。しかし、上下電極１０，１２間のメタノール抵抗値Ｒｍの管理を行っておけば、酸化膜３４に印加される実効電界は一定になるので、酸化膜絶縁破壊の感度は定まる。
銅析出は、酸化膜３４の絶縁破壊点に流れるリーク電流で生ずるので、銅イオン濃度によらず、銅析出点４０の数は決まってしまう。したがって、メタノール抵抗値Ｒｍの管理を行っておけば、銅イオン濃度に多少の変動はあったとしても検査結果には影響を与えることは無く、精度の高い評価が行えることが判った。
【００１９】
また、特許文献４には銅イオン濃度をある一定値以上になるように導電率で管理することが記述されているが、このような導電率管理では、メタノールの蒸発による温度変化により、テフロン（登録商標）等で構成された銅析出槽の寸法が変化することによる上部電極（銅電極）１２−ウェーハ３０間の距離変化が、メタノールでの電圧降下分の誤差要因になる。
本願発明のように、上部電極１２と下部電極１０間でメタノール抵抗値Ｒｍを直接管理した状態にすれば、上部下部電極間の距離が変化してもメタノールでの電圧降下は一定になるため、導電率管理より優れた方法である。
【００２０】
＜照度の管理＞
本願発明ではメタノールの抵抗値Ｒｍ管理により検査の精度が高まったが、異なる実施場所において上記の検査方法を実施した際に、双方での検査結果に差が生ずる不具合が発生することがわかった。原因を調査した結果、双方の銅析出時の環境照度が異なることが判明した。
空乏層３２の抵抗値は、空乏層３２中で熱的もしくは光照射により発生する電子正孔対の生成量により決まることが半導体理論より予想されることより、銅析出時の照度のばらつきをなくすことが酸化膜３４に印加される電圧の安定化に必要なことがわかった。そして、このように照度を合わせ、管理した結果、双方の検査結果は一致し、問題は解決した。
【００２１】
特許文献２には照度により銅析出サイズが変化するため照度を変えて付着量を制御することが記述されているが、本願発明では、照度を変えても析出サイズはほとんど変化無く、銅析出点数のみが変化することが判った。
【００２２】
また、本願発明者らは、照度が低い場合に銅析出サイズが小さくなり、目視検査により見落としているのではないことを光学顕微鏡で確認した。また、上記特許文献は、ＴＥＭ観察による欠陥の位置検出法としての応用であり、印加電圧が小さく、流れる電流量も本願発明の銅析出に比べて６桁も少ない条件であり、酸化膜の絶縁破壊を生じさせない条件であること、照度により付着量の差が生ずる原因として、メタノール中の銅イオン形態の違いを発明者が推測していることより、本件とは、全く異なる現象である。
銅析出数が照度により増減するのは、照度が高いほど空乏領域３２の抵抗が低下し、その結果、酸化膜に印加される電圧が増加したため絶縁破壊点が増加したと判断できる。
【００２３】
以上、照度依存性は、ｐ型ウェーハでは、銅析出処理時に酸化膜下の表面近傍に高抵抗の空乏領域が存在するために顕著に現れるが、ｎ型ウェーハでは銅析出処理時に空乏領域が存在せず、シリコンウェーハの抵抗がメタノール抵抗値、酸化膜の抵抗値と比較して充分に低いため、照度による影響は少ないと考えられる。しかし照度によりシリコンウェーハの抵抗値も理論上変化するので、照度管理を行うことが望ましい。また、特にｐ型の場合、より精密な管理を行うためには、シリコン中に電子正孔対を発生させるに必要なエネルギー以上の単色光源を用い、光量による管理を行い、電子正孔対の単位時間単位体積当たりの発生量を管理し、空乏層の抵抗値を管理するのが望ましいのは、本発明より容易に類推されることである。
【００２４】
また、メタノール抵抗および照度を管理することの重要性は、表面欠陥が無い完全結晶ウェーハや、表層のみ完全な領域を持つ、水素アニール、アルゴンアニール、エピタキシャルなどのウェーハを検査対象とする場合、特に重要であることが判明した。
【００２５】
つまり、メタノール抵抗値Ｒｍや照度が管理されていない状態で、仮に、メタノール抵抗値Ｒｍが低下する、もしくは、照度が増加すると、異常銅析出が起きる条件があることを見出した。完全結晶の場合は、特に極端にこの現象が生じ、欠陥のあるウェーハよりも品質が悪いとの誤判断をしてしまうことがあることが判った。このように、適正な条件を設定していないと、表面欠陥が無いにも関らず、銅析出が生じてしまう場合があることが判った。
【００２６】
特許文献３には、これと類似の現象が報告されているが、本願発明とは異なる現象に基づくものと判断できる。特許文献３には、ＦＺ、エピ、水素アニールＣＺ、ＩＧウェーハにおいて、電界強度５ＭＶ／ｃｍを越える条件とした場合ＦＮ電流に起因する銅析出が生じてしまいウェーハの評価ができなくなるため、５ＭＶ／ｃｍ以下の条件に設定することが記載されている。さらに、特許文献３には、これらの品種のウェーハを５ＭＶ／ｃｍを越える条件で銅析出をおこなうと、ＣＺウェーハのような酸化膜が絶縁破壊による銅析出とは異なり、ＦＮ電流による銅析出が生じることが開示されている。
しかし、本願発明者らは、本願発明で実施した条件では、酸化膜に印加する実効電界が４〜６ＭＶ／ｃｍ程度でも、１μＡ／ｃｍ２以上のＦＮ電流が流れており、その状態でも銅析出は生じていないことを確認している。また、本願発明者らは、６ＭＶ／ｃｍ程度以上で、酸化膜の異常絶縁破壊による銅析出が始まる現象を見出している。このことは、本願発明にかかる発見が、上記現象とは全く異なる現象であることを示すと考えられる。
【００２７】
比較のため、引上げ条件がわずかに外れて空孔型点欠陥の凝集体のある結晶から作製したウェーハと、完全結晶ウェーハを、異常絶縁破壊の生ずる条件で銅析出を行い、両ウェーハの銅析出部を光学顕微鏡で観察したが、欠陥によるものか、異常絶縁破壊によるものか、形状による区別はつかなかった。
【００２８】
さらに、銅析出部を、硝酸、フッ酸で銅、酸化膜を順に剥離し、高分解能ＳＥＭで観察した結果、０．１μｍサイズの四角錐形状のピットが一律に観察され、やはり区別がつかなかった。
ここで、０．１μｍサイズのピットや空孔型点欠陥の凝集体がウェーハ表面もしくは表層部に存在すれば、ＬＳＰＣ，ＬＳＴＤで検出されるはずであるので、銅析出前にはこれらのピットは存在していなかったと考えられる。したがって、このピットは、銅析出時に生じたものであると結論づけられる。
【００２９】
一方、この完全結晶ウェーハをポリシリコン電極の酸化膜絶縁破壊検査にかけると、全く問題がなく、特にＴＤＤＢ試験においても真性破壊と思われる破壊しか生じていないことが確認された。
【００３０】
異常絶縁破壊の生ずる条件は、空乏領域３２の抵抗を０とした場合、酸化膜３４に印加される実効電界（酸化膜に印加される電圧／酸化膜厚）が、６ＭＶ／ｃｍ程度より大きい場合であると考えられる。
これは、上下電極１０，１２間に印加する電圧から、メタノール溶液Ｍにおける電圧降下分を差し引いた電圧が、酸化膜３４と空乏領域（ｐ型）３２に印加されることより推定されるものである。
【００３１】
このような６ＭＶ／ｃｍ程度という低電界で、酸化膜３４の絶縁破壊が起こるとは考え難いが、銅イオンが酸化膜３４の表面に付着し、それが酸化膜３４中を拡散し、膜質の劣化を引き起こしている可能性が示唆される現象である。
【００３２】
以上より、銅析出法によるウェーハ３０の評価では、異常絶縁破壊による異常な銅析出を起こさないような、照度条件、メタノール抵抗条件および上下電極間の印加電圧条件の設定が重要である。
【００３３】
上記したように、異常絶縁破壊が生じる条件は、完全結晶ウェーハのような高品質ウェーハの検査には適用できないことが判明した。
【００３４】
仮に完全結晶ウェーハの異常絶縁破壊が起きる条件で、従来結晶からなるウェーハの欠陥密度の検査をしても、観察される銅析出が欠陥性のものか、異常絶縁破壊によるものか破壊痕を見ても区別がつかないので、この条件は、適用するべきではないと考えられる。
【００３５】
なお、完全結晶条件で育成した結晶より作製したウェーハでは、最新のＬＳＰＣ，ＬＳＴＤを用いても、空孔型点欠陥の凝集体サイズが小さすぎ、品質検査ができない。また同じ理由でＦＰＤとして検出されることも無い。実用的な空孔型点欠陥の凝集体の検出可能な評価手法は、現在、酸化膜絶縁破壊検査と銅析出法のみである。
【００３６】
本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する構成とされ、
銅析出処理をおこなう際に、前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値を所定の値に設定可能とされてなることや、
または、銅析出処理をおこなう際に、前記シリコンウェーハに照射される光量（照度）を所定の範囲に設定することによって、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定可能とされてなることや、
あるいは、銅析出処理をおこなう際に、前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値と、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量（照度）と、前記上部電極−下部電極間に印加する印加電圧とを設定して、前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する範囲に設定可能とされてなることや、
さらに、前記絶縁膜に印加される実効電界が６ＭＶ／ｃｍ以下の範囲に設定可能とされてなることにより、上記の検査方法を適応することが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のシリコンウェーハの検査方法および装置によれば、以下の効果を奏する。
（１）  前記電解質溶液（銅イオンを含んだメタノール溶液）の上部電極−下部電極間における抵抗値を所定の値に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより、銅析出時に表面絶縁膜に印加される実効電界を一定にし、欠陥検査精度とその安定性を向上することが可能となる。
（２）  前記シリコンウェーハに照射される光量（照度）を所定の範囲に設定することによって、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより、空乏層の抵抗値を一定に設定にすることができ、これによって、絶縁膜に印加される実効電界を安定化して、検査結果にばらつきが生じることを防止できる。
（３）  前記電解質溶液（銅イオンを含んだメタノール溶液）の上部電極−下部電極間における抵抗値と、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量（照度）と、前記上部電極−下部電極間に印加する印加電圧とを設定して、前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する６ＭＶ／ｃｍ以下の範囲に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより、検査の正確性を維持するとともに、完全結晶ウェーハのような高品質ウェーハの検査にも適用することが可能となる。
（４）  本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する構成とされ、上記の条件（状態）を設定可能とされるため、本発明の検査方法を実施することを可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るシリコンウェーハの検査方法の一実施形態を示す模式断面である。
【図２】本発明に係るシリコンウェーハの検査装置の一実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明の実施例における銅析出カウント値とメタノール抵抗値の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例における銅析出カウント値と照度の関係（サンプルＡ：  空孔型点欠陥の凝集体あり）を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例における銅析出カウント値と照度の関係（サンプルＢ：  完全結晶）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明に係るシリコンウェーハの検査方法および装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００４０】
本実施形態における被検査ウェーハとしては、チョクラルスキー法によって結晶成長されたベアウェーハが適用される。ウェーハには、前処理としてウェーハ上に存在するパーティクル等の外部汚染源を除去するために、ウェーハ洗浄を実施する。
【００４１】
続いて、ウェーハを電気炉等の拡散装置に投入し、熱酸化（thermal oxidation ）を行い、ウェーハ上に酸化膜を形成する。この熱酸化膜の厚さは２５ないし１５０ｎｍの範囲内で選択され、このような厚さの酸化膜を用いることにより、どのような来歴のウェーハであるかにかかわらず、続けて行われる銅の析出を良好に達成することができる。
【００４２】
続いて、表面が熱酸化膜という絶縁膜で覆われたウェーハに対して、後述する銅析出時においてウェーハの下部と下部電極との間に電気的な通路を確保するために、ウェーハ裏面の酸化膜の一部を剥離する。ウェーハの裏面全体を剥離することもできるが、最小の電気的な通路を確保することだけで十分である。なお、剥離はフッ化水素(ＨＦ)の蒸気を用いて実施する。
【００４３】
次に、ウェーハを純水で洗浄して、エッチングガス等残留物を除去する。
その後、酸化膜が形成された前記の目的ウェーハに対して銅の析出を実施する。
【００４４】
本実施形態における検査装置は、銅の析出を行うための銅の析出装置であり、この検査装置は、図１，図２に示すように、金メッキを施した銅でできた下部プレート（電極板）１０と、光をウェーハ面上に照射できるように等間隔に小さい穴を多数あけた純銅製の上部プレート（電極板）１２とを有し、これらのプレート１０，１２が、スペーサ１６によって所定の間隔を設定するように配置されるとともに、これらのプレート１０，１２を平面視して囲む側壁部１４と共にその内部に所定の空間を構成し、この空間がウェーハを載置するウェーハ安着部２０となる。
前記下部のプレート１０と上部のプレート１２には各々接続端子が連結され、外部電源１８によって可変可能に電圧が上、下部プレートに印加される。
【００４５】
前記ウェーハ安着部２０は、ウェーハを入れたり、出したりするのに十分な空間として構成される。前記側壁部１４とスペーサ１６とはテフロン（登録商標）等の絶縁性の材料で製作される。
【００４６】
以下、本実施形態におけるシリコンウェーハの検査方法の工程を説明する。
【００４７】
まず、図２に示す銅の析出装置にダミーウェーハを前記下部プレート１０の上に装着する。ダミーウェーハは５０ｎｍの厚さの酸化膜が形成されたものを使用する。ダミーウェーハは銅の析出装置の上部プレート１２を持ち上げた後、装着される。
続いて、上部プレート１０を設置し、この上部プレート１０が没する程度まで、銅析出装置内に電解質溶液の溶媒として、例えば、メタノールを注入する。
【００４８】
次に、メタノールに浸されている純銅製の上部プレート１０に、下部プレート１２に対して正の電圧を加え銅イオンをメタノール中に溶出する。前記銅イオンを溶出する段階で、前記上部及び下部のプレートに印加される電圧の値は、本実施形態では、５０Ｖで３０分の間持続した。
【００４９】
その次に、ダミーウェーハを脱着した後、所定の抵抗値となるように、前記方法にてメタノール抵抗値の調整をおこなった。続いて、被検査ウェーハ３０をウェーハ安着部２０内に装着する。このウェーハ３０は、図１に示すように、絶縁膜である熱酸化層（酸化膜）３４を有するものとされる。
【００５０】
次に、前記上、下部のプレート１０，１２に外部電圧を印加すると、基体３１表面の熱酸化膜３４の直下に低抵抗層である反転層３３、その直下に高抵抗の空乏領域（空乏層）３２が出現する。同時に、電圧印加により、絶縁破壊を起こして酸化膜に低抵抗の電流パスができた点３５に銅イオンＣｕ２＋が析出銅４０としてウェーハ３０表面に析出する。前記析出銅４０を析出させる段階で上下プレート１０，１２間に印加する電圧の強度は、後述するように絶縁膜３４に印加する実効電界が６ＭＶ／ｃｍ以下、より好ましくは、３〜６ＭＶ／ｃｍの範囲内になるように設定する。
【００５１】
このように、ウェーハ３０の表面にピットのような結晶欠陥があるとその周囲に沿って、熱酸化工程により局部的な酸化膜３４のシーニング現象が生じ、前記下部プレート１０に負の電圧が加えられると、シーニング現象が生じた部位で酸化膜３４の絶縁破壊が発生して、その部位を流れるリーク電流（電子電流）によって電解質溶液の中の銅の陽イオンＣｕ２＋が還元され、その欠陥部位３５に銅Ｃｕが析出銅４０として析出する。
【００５２】
そして、銅の析出装置の中で被検査ウェーハ３０上に銅の析出を行った後、ウェーハ上の欠陥部位の分布、密度等に関して分析を実施する。
【００５３】
ここで、本実施形態においては、前記絶縁膜３４に印加される実効電界を上記の範囲に設定したのは、前記電解質溶液（銅イオンＣｕ２＋を含んだメタノール溶液）Ｍの上部電極１２−下部電極１０間における抵抗値Ｒｍと、前記シリコン層（空乏層）３２の抵抗値Ｒｈと、前記上部電極１２−下部電極１０間に印加する印加電圧とをそれぞれ設定して、前記絶縁膜３４に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避するように銅析出処理をおこなうためである。
ここで、空乏層３２の抵抗値Ｒｈは、前記空乏領域（空乏層）３２内で発生する電子正孔対の生成量に従い変化するので、これを設定するために、銅析出時において前記シリコンウェーハ３０に照射される光Ｌの照度を制御することになる。
【００５４】
さらに、メタノール抵抗値Ｒｍは、複数回の検査を通じて、各検査時で一定に維持することが好ましい。
【００５５】
ここで、メタノール抵抗値Ｒｍにばらつきが生じた状態で銅析出をおこなった場合には、酸化膜３４の抵抗値Ｒがメタノール抵抗値Ｒｍと一桁程度の差しかないため、絶縁膜３４に印加される電圧が一定にならず、酸化膜３４に印加される実効電界に大きく影響を与えるので、絶縁破壊を起こす酸化膜欠陥数が変化し検査結果が安定しないため好ましくない。
さらに、絶縁膜３４に印加される電圧が一定にならなかった場合には、この実効電界を所定の範囲に制御できなくなる可能性があり、この場合、絶縁膜３４に印加される実効電界が閾値を超えて異常絶縁破壊に起因する銅析出が発生し、検査対象である欠陥部位３５以外にも絶縁破壊が生じ、破壊点に銅析出が生じ、所望の検査結果を得られない可能性があるため好ましくない。
【００５６】
メタノール抵抗値Ｒｍの管理方法としては、メタノール抵抗値Ｒｍが低すぎる場合は、新液を追加すること、メタノール抵抗値Ｒｍが高すぎる場合は、ダミー処理を追加することで所定値の範囲に調整することができる。具体的にはメタノール抵抗値Ｒｍの測定値を、例えば、初期値Ｒｍ０  に対して誤差（ΔＲｍ／Ｒｍ０  ）が５％以内に設定する、または、（Ｒｍ／Ｒ＋Ｒｈ）が０．１３程度なのでこの値に対して５％以内に設定することなどが好ましい。
【００５７】
メタノール抵抗値Ｒｍを一定に設定することで、酸化膜３４に印加される電圧を一定にし、検査精度（感度）とその安定性を向上することが可能となる。
【００５８】
また、ウェーハ３０に照射される光Ｌの照度を一定にすることにより、空乏層３２中で光照射により発生する電子正孔対の生成量を一定にすることができるので、銅析出時の照度のばらつきをなくすことで、空乏層３２の抵抗値Ｒｈを一定に設定にすることができ、これによって、絶縁膜３４に印加される電圧を安定化することが可能となる。その結果、検査結果にばらつきが生じることを防止できる。
【００５９】
ここで、光源としては、特にｐ型の場合、より精密な管理を行うためにシリコン中に電子正孔対を発生させるに必要なエネルギー以上の単色光源を用い、光量による管理を行い、電子正孔対の単位時間単位体積当たりの発生量を管理し、空乏層３２の抵抗値を管理するのが望ましい。
【００６０】
また、メタノール抵抗値Ｒｍおよび照度を管理することによって、表面欠陥が無い完全結晶ウェーハや、表層のみ完全な領域を持つ、水素アニール、アルゴンアニール、エピタキシャルなどのウェーハを検査対象とする場合、表面欠陥が無いにも関らず銅析出が生じることを防止することができ特に重要である。
【００６１】
つまり、上下プレート１０，１２間に印加する電圧から、メタノール抵抗値Ｒｍ’による電圧降下分を差し引いた電圧が、酸化膜３４の抵抗値Ｒと空乏層３２の抵抗値Ｒｈとに印加されることより、酸化膜３４に印加される実効電界（酸化膜に印加される電圧／酸化膜厚）が、異常絶縁破壊の生ずる条件である、「空乏層３２の抵抗Ｒｈを０とした場合に最大で６ＭＶ／ｃｍ程度」を超えないように制御することが可能となる
【００６２】
このような６ＭＶ／ｃｍ程度を超えると酸化膜の表面に付着した銅イオンが酸化膜中３４を拡散して、膜質が劣化して異常絶縁破壊を引き起こす可能性があるため好ましくない。
本実施形態の銅析出法によるウェーハの検査方法では、ウェーハ３０の照度条件、メタノール抵抗値Ｒｍ条件および上下電極板１０，１２間の印加電圧条件を異常絶縁破壊による異常な銅析出を起こさないように設定することで、完全結晶ウェーハのような高品質ウェーハの検査にも適用することが可能となる。
【実施例】
【００６３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００６４】
実施例１として、８”完全結晶の引上げ条件よりわずかに引上げ速度が早い条件で育成した結晶（ｐ型，抵抗率：１０Ωｃｍ）より作成したウェーハを用い、乾燥酸素中９５０℃、１４０分間の酸化処理にて５０ｎｍの熱酸化膜を形成した後、裏面酸化膜をＨＦ蒸気で剥離し、メタノールの抵抗値を２．６４ＭΩｃｍ２ 、３．２７ＭΩｃｍ２ 、３．９０ＭΩｃｍ２ 、銅析出時の照度条件を４．８Ｌｕｘ（蛍光灯、ウェーハ面上）、上下電極間の印加電圧を３５Ｖで１０分間の銅析出を行った。
その結果を図３に示す。
【００６５】
図３から、銅析出の数は、メタノール抵抗値の増加とともに減少することがわかった。また、銅析出分布は、酸化膜絶縁破壊マップや引上げ速度を変化させ育成した結晶の引上げ軸方向にスライスしたサンプルの熱処理後の酸素析出物分布より予想される空孔型点欠陥の凝集体の分布形状であるディスクとリング形状が全てのメタノール抵抗値で見られていた。
【００６６】
実施例２として、８”完全結晶の引上げ条件よりわずかに引上げ速度が早い条件で育成した結晶（ｐ型，抵抗率：１０Ωｃｍ）より作成したウェーハ（サンプルＡ）と、完全結晶より作製したウェーハ（サンプルＢ）とを、それぞれ乾燥酸素中９５０℃、１４０分間の酸化処理にて５０ｎｍの熱酸化膜を形成した後、裏面酸化膜をＨＦ蒸気で剥離し、メタノールの抵抗値を３．２７ＭΩｃｍ２ ，銅析出時の照度条件を２．１Ｌｕｘ，４．８Ｌｕｘ，９．１Ｌｕｘ，１３．８Ｌｕｘ，２３．６Ｌｕｘ（蛍光灯、ウェーハ面上）、上下電極間の印加電圧を３５Ｖ，２５Ｖで１０分間の銅析出を行った。
その結果を図４，図５に示す。
【００６７】
ここで、酸化膜に印加される実効電界は、照度条件により空乏層の電圧降下分が異なるため変化する。そこで、この電圧降下分を考慮し、実効電界範囲を求めると、メタノール抵抗値３．２７ＭΩｃｍ２ の場合、銅析出時に流れる初期電流値は、印加電圧３５Ｖの条件で１．６μＡ／ｃｍ２ 、２５Ｖの条件で１．３μＡ／ｃｍ２ であったこと、そして、シリコンウェーハの抵抗値１０Ωｃｍの場合に、熱的に反転層が充分に生成されるバンドベンド量０．８７Ｖとなる場合、および、に光照射により電子正孔対が充分に生成し電圧降下分が０となる場合とから、酸化膜に印加される実効電界の範囲を求めると、３５Ｖでは、５．９〜６．１ＭＶ／ｃｍであり、２５Ｖでは４．１〜４．３ＭＶ／ｃｍである。
【００６８】
図４から、銅析出数は照度の増加とともに増加していることがわかる。そして、印加電圧３５Ｖでは２５Ｖよりも銅析出数が多かった。また、サンプルＡでは、銅析出分布は、予想される空孔型点欠陥の凝集体の分布形状であるディスクとリング形状が全ての照度条件で見られた。
図５から、サンプルＢでは、銅析出分布は、３５Ｖで、２．１Ｌｕｘ，４．８Ｌｕｘでは銅析出はほとんど見られないが、４．８Ｌｕｘと９．１Ｌｕｘの間で、急激に数が増加していることがわかる。また、銅析出分布は面内均一であった。
【００６９】
ところが、このサンプルＢでは、２５Ｖにおける全ての照度条件で銅析出は見られなかった。
上記サンプルＢは、ポリシリコン電極を使用した酸化膜絶縁破壊検査（ＴＤＤＢ電極被覆率８０％）で欠陥は検出されなかったサンプルである。表層のみ完全結晶である水素アニールウェーハ、エピタキシャルウェーハでも同様な結果が得られることを確認していることより、上記３５Ｖでの銅析出部の起源はピットや加工キズのような欠陥性のものではないと判断できる。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 下部プレート（電極）
１２ 上部プレート（電極）
１４ 側壁部
１６ スペーサ
１８ 外部電源
２０ ウェーハ安着部
３０ ウェーハ
３２  空乏層
３４  絶縁膜（酸化層）
【図１】
2010056577.tif 000003
【図２】
2010056577.tif 000004
【図３】
2010056577.tif 000005
【図４】
2010056577.tif 000006
【図５】
2010056577.tif 000007