(57)【要約】      （修正有）【課題】広い面積の半導体材に対しても高精度かつ簡易に結晶欠陥検出を実現する。【解決手段】少なくともＣｌ２とＯ２とを含むエッチングガスにより、結晶欠陥検出対象となる半導体材に含まれる結晶欠陥に対して、高選択比の異方性エッチングを行って、エッチング底面に、前記半導体材中の結晶欠陥を頂点として形成されていく半導体材突起を露出させ、結晶欠陥をこの突起に基づいて顕在化させて検出する。エッチング室へのＣｌ２流量９に対し、Ｏ２の流量は、約０．８から約１の範囲に設定する。ＳＦ６を含んでも良く、Ｃｌ２流量９に対し、０以上０．４以下、又はＯ２流量に対して２分の１以下の流量に設定する。【選択図】図１
2010278363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶欠陥検出方法であって、
少なくともＣｌ２とＯ２とを含むエッチングガスにより、結晶欠陥検出対象となる半導体材に含まれる結晶欠陥に対して、高選択比の異方性エッチングを行って、エッチング底面に、前記半導体材中の結晶欠陥を頂点として形成されていく半導体材突起を露出させ、
結晶欠陥を該半導体材突起に基づいて顕在化させて検出することを特徴とする結晶欠陥検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の結晶欠陥検出方法において、
エッチング室への前記Ｃｌ２の流量７に対し、前記Ｏ２の流量は、約０．６から約１の範囲に設定されていることを特徴とする結晶欠陥検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の結晶欠陥検出方法において、
エッチングガスは、さらにＳＦ６を含み、
前記エッチング室への前記ＳＦ６の流量は、前記Ｏ２の流量の２分の１以下から０より大きい範囲に設定されていることを特徴とする結晶欠陥検出方法。
【請求項４】
請求項１に記載の結晶欠陥検出方法において、
エッチングガスは、さらにＳＦ６を含み、
前記エッチング室への前記Ｃｌ２の流量７に対し、前記Ｏ２の流量は、約０．６以上約１．０以下の範囲、前記ＳＦ６の流量は、０より多く約０．４以下の範囲に設定されていることを特徴とする結晶欠陥検出方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の結晶欠陥検出方法において、
前記エッチングを行うエッチング室内の圧力は、２０ｍＴｏｒｒ以上３０ｍＴｏｒｒ以下に設定されていることを特徴とする結晶欠陥検出方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の結晶欠陥検出方法において、
前記エッチングを行うエッチング室内に配置されるカソード電極温度は、５０℃以上９０℃未満に設定されていることを特徴とする結晶欠陥検出方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の結晶欠陥検出方法において、
前記エッチングを行う前に、前記半導体材に対し、３時間以上１６時間以下の熱処理を施すことを特徴とする結晶欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板中などに存在する微小な結晶欠陥を検出して評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ単結晶等の半導体材を基板として用いたＬＳＩにおいて、結晶欠陥は、ＬＳＩ製造プロセスの様々な段階で問題となり、素子の特性や信頼性に影響を与える。特に、微細化の進展するＬＳＩプロセスでは、信頼性向上、歩留り向上を図る上で、欠陥制御は重要であり研究が行われている。
【０００３】
従来、結晶欠陥の一種である酸素析出欠陥の最も簡便な評価法として、薬液による選択エッチングが採用されていた。しかし、この薬液による選択エッチングは、欠陥サイズが１．０μｍ程度ないとピットとして顕在化しない。
【０００４】
より微小な酸素析出物の評価法としては、赤外レーザーを用いた方法（赤外レーザー明視野干渉法；ＯＰＰ:Optical Precipitate Profiler，赤外トモグラフ法）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等がある。しかし、赤外レーザーを用いた方法ではウエハ１枚を評価するのに２時間程度要してしまう。また、赤外レーザーを用いた方法では、原理的に深さ方向の分解能が２μｍ程度しかない。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、数ｎｍ程度の極微小な欠陥を検出できるが、試料作製に大変な手間がかかり、欠陥密度が１０１０ｃｍ−３以上でないと観測が困難である。
【０００５】
本出願人は、薬液による選択エッチングや赤外レーザーを用いた方法では検出できない微小な酸素析出欠陥を検出可能とし、また、簡易にこのような欠陥検出が可能な方法を、特許文献１に提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５８５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、結晶欠陥に対して高選択比であるエッチングをすることで結晶欠陥を頂点とした突起を形成することで、感度良くかつ簡易に結晶欠陥を検出することができる。しかし、半導体ウエハの大面積化が進んでおり、より大面積の半導体ウエハなどに対し、より効率的に欠陥検査を実行することが望まれる。
【０００８】
また、半導体装置の低コスト化への一層の要求が進む中、欠陥検査についても、より少なく簡易で工程数の少ないことが望まれる。例えば、検査に用いるエッチングガスの除害処理数をできるだけ減らすことなどが望まれる。
【０００９】
本発明は、大面積の半導体材であっても、その微小な結晶欠陥を簡便かつ高精度に評価する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る結晶欠陥検出方法は、少なくともＣｌ２とＯ２とを含むエッチングガスにより、結晶欠陥検出対象となる半導体材に含まれる結晶欠陥に対して、高選択比の異方性エッチングを行って、エッチング底面に、前記半導体材中の結晶欠陥を頂点として形成されていく半導体材突起を露出させ、結晶欠陥を該半導体材突起に基づいて顕在化させて検出する。
【００１１】
本発明の他の態様では、上記結晶欠陥検出方法において、エッチング室への前記Ｃｌ２の流量７に対し、前記Ｏ２の流量は、約０．６から約１の範囲に設定されている。
【００１２】
本発明の他の態様では、上記結晶欠陥検出方法において、エッチングガスは、さらにＳＦ６を含み、前記エッチング室への前記ＳＦ６の流量は、前記Ｏ２の流量の２分の１以下から０より大きい範囲に設定されている。
【００１３】
本発明の他の態様では、上記結晶欠陥検出方法において、エッチングガスは、さらにＳＦ６を含み、前記エッチング室への前記Ｃｌ２の流量７に対し、前記Ｏ２の流量は、約０．６以上約１．０以下の範囲、前記ＳＦ６の流量は、０より多く約０．４以下の範囲に設定されている。
【００１４】
本発明の他の態様では、上記結晶欠陥検出方法において、前記エッチングを行うエッチング室内の圧力は、２０ｍＴｏｒｒ以上３０ｍＴｏｒｒ以下に設定されている。
【００１５】
本発明の他の態様では、上記結晶欠陥検出方法において、前記エッチングを行うエッチング室内に配置されるカソード電極温度は、５０℃以上９０℃未満に設定されている。
【００１６】
本発明の他の態様では、上記結晶欠陥検出方法において、前記エッチングを行う前に、前記半導体材に対し、３時間以上１６時間以下の熱処理を施す。
【発明の効果】
【００１７】
以上示したように、本発明の結晶欠陥検出方法では、半導体材に対し、少なくともＣｌ２とＯ２とを含むエッチングガスを用いたエッチングを実行することで、結晶欠陥に対して高選択比であり、かつ結晶欠陥を頂点とした突起形状を維持しながら、エッチング底面に結晶欠陥に起因した錐体状の突起を精度良く形成することができる。このため、面積の大きい半導体材に対しても、得られた突起に基づいて結晶欠陥の検出を実行することができる。
【００１８】
また、さらにエッチングガスにＳＦ６を加えることもできる。酸素析出欠陥やエッチング反応物である半導体材の酸化物のエッチング速度、検出感度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態において用いる結晶欠陥顕在化の手順を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態において用いる結晶欠陥評価方法を示す図である。
【図３】本発明の実施形態で得られる結晶欠陥を頂点とした突起から結晶欠陥の深さ方向の位置を求める方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる所定エッチングガスの組成によって得られた突起のＳＥＭ写真による観察図である。
【図５】本発明の実施形態に係るエッチングによって突起の先端部分のＳＥＭ写真による観察図である。
【図６】図５の突起の先端形状の形成原理を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態にかかる各種エッチングガス組成によってエッチングして得られた突起のＳＥＭ写真による観察図である。
【図８】本発明の実施形態にかかる酸素ガスの流量を変更した場合の結晶欠陥検出結果及び突起のＳＥＭ写真による観察図である。
【図９】本発明の実施形態にかかるソースパワーとカソード電極温度とが突起に及ぼす影響を示す突起のＳＥＭ写真による観察図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るエッチング前の熱処理時間が異なる条件でエッチングした後のＳｉ試料表面の観察図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る欠陥検出原理を示し、図２は、結晶欠陥評価手順、図３は、得られる突起に基づいて、結晶欠陥の表面から深さ（位置）を求める方法を示す。
【００２２】
本実施形態において、半導体材としては、Ｓｉウエハ（以下、Ｓｉ試料）を用い、このＳｉ試料内に存在する結晶欠陥をこの結晶欠陥に対して高選択比のドライエッチングを施すことで、図１に示すように結晶欠陥を頂点とする錐体状の突起をエッチング底面に露出させていく。
【００２３】
エッチングは、具体的には、ＲＩＥ（reactive ion etching）法を採用する。エッチングガスとしては、Ｓｉ試料内に存在する酸素析出欠陥や、空洞欠陥などの欠陥に対し、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）に対してエッチングレートが低く（選択比が高く）、かつ結晶欠陥を頂点とした突起形状を維持する機能を備えたガスを用いる。このようなエッチングガスとして、本実施形態では、少なくとも塩素（Ｃｌ２）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとを採用する。塩素ガスは、Ｓｉ試料に対するエッチング機能を備える。酸素ガスは、結晶欠陥に対して高選択比でありかつＳｉ試料に対する異方性エッチング機能を備え、結晶欠陥を頂点とする突起の側面にシリコン酸化層を形成して、突起形状を維持する機能を有する。また、シリコン酸化物のエッチング機能を備える六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスを採用し、結晶欠陥の検出感度やノイズ（エッチング生成物の付着による欠陥に起因しない突起の形成）を調整することも可能である。
【００２４】
以下、本実施形態に係る欠陥検出の方法について説明する。まず、結晶欠陥の顕在化エッチングの前には、Ｓｉ試料に対して熱処理を施す（Ｓ１）。この熱処理により、図１（ａ）及び（ｂ）のように欠陥核から酸素析出欠陥を析出させる。この熱処理は、処理時間が長いほど、酸素析出欠陥核から成長する欠陥数及び面積も大きくなる。その結果、エッチングによって酸素析出欠陥を頂点として形成される突起の数が増え、また突起の先端面積が大きくなる。よって、処理時間を長くすることで検出感度を高めることができる。Ｓｉ試料中に含まれると想定される酸素濃度に起因した酸素析出欠陥濃度が低い場合や、検出対象となるＳｉ試料が実用時に長時間の熱処理に晒される可能性がある場合など、高感度の欠陥検出が要求される場合には、熱処理時間を長くすることが好適である。
【００２５】
この熱処理は、少なくとも３時間以上実行することが好適であり、例えば４時間以上とすると後述するように非常に高い検出精度が実現される。一方、Ｓｉ試料中の酸素濃度が高い場合などには、熱処理時間が長すぎると結晶欠陥を頂点とする突起が重なってしまい、欠陥数や密度の評価精度に影響を与える。また検出処理時間全体が長くなるため、例えば、１６時間程度以下とすることが好ましい。なお、この工程は、熱処理を実施しない状態のＳｉ試料を評価する場合には省略する。
【００２６】
熱処理後、結晶欠陥検出エッチングの前には、熱処理時にＳｉ試料の表面に形成された自然酸化膜を除去する（Ｓ２）。自然酸化膜の除去は、一例として、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥ方法によって実行することができる。ＨＦ液などのウエットエッチングによって除去することも可能であるが、ドライエッチング、特に、ＲＩＥ法によって除去することで、採用するエッチングガスを変更すれば後述する結晶欠陥の顕在化のためのエッチングとエッチング装置を共用することができる。
【００２７】
本実施形態では、以上のように自然酸化膜を除去した後、結晶欠陥顕在化のためのエッチングを実行する（図１（ｃ）、（ｄ）および図２のＳ３）。
【００２８】
結晶欠陥顕在化のためのエッチングガスは、上記のように、少なくともＣｌ２ガス、Ｏ２ガスを採用する。ガス組成は、エッチング室への流量比で表現すると、例えば、Ｃｌ２流量７に対し、Ｏ２流量約０．６以上〜１．０以下の範囲に設定することが好適である。さらに、ＳＦ６流量は、上記Ｃｌ２流量９に対し、０以上〜約０．４以下の範囲とする。ＳＦ６流量は、Ｏ２流量４−５に対しては２〜０の範囲と、２分の１以下とする。なお、ＳＦ６流量を０とするとは、即ち、エッチングガスとしてＳＦ６を含有しないことである。
【００２９】
塩素ガスは、Ｓｉ結晶を選択的にエッチングする作用を備える。
【００３０】
酸素ガスは、結晶欠陥に対して高選択比であり、かつＳｉ試料に対する異方性エッチング機能を備え、エッチング室内において、半導体材であるシリコンと反応して、シリコン酸化物を形成し、反応生成物（ＳｉＯ２）が、結晶欠陥を頂点として形成される錐体状突起の側面に付着する。上記塩素ガスを主体とする異方性エッチングにおいて、この錐体側面に付着した反応生成物が保護膜として機能することで、エッチングが進んでも錐体形状が維持される。
【００３１】
また、六フッ化硫黄ガスは、シリコン酸化物のエッチング機能を備えており、このガスを採用することで酸化物のエッチングレートを高めることができる。よって、六フッ化硫黄ガスの濃度により結晶欠陥の顕在化エッチングの感度調整をすることができる。ここで、シリコン酸化物のエッチング機能を備えるガスとして、従来より用いられているＮＦ３を採用すると、エッチング反応物の除害のために、塩素ガスとは別の除害工程が必要となる。しかし、この六フッ化硫黄ガスは、エッチング反応物の除害を、上記塩素ガスによって生ずる反応物の除害と同時に実行することができる。
【００３２】
エッチング室内の圧力は、数１０ｍＴｏｒｒ（数Ｐａ）以下の低い圧力においてＲＩＥの反応性イオンの平均自由行程が長くなってイオンの運動方向が揃い、エッチングの異方性が高くなる。よって、結晶欠陥を頂点とした突起の形成に好適である。しかし、圧力が低くなると、プラズマ気相中の、反応生成物（結晶欠陥を頂点とした突起部に堆積し、エッチングから保護する膜を形成する）の密度が低下するため、欠陥を保護する膜の堆積速度が低下し、検出感度の低下を招く場合がある。よって、エッチング室内圧力は、例えば、２０ｍＴｏｒｒ（２．６７Ｐａ）以上、３０ｍＴｏｒｒ（４．０Ｐａ）以下、より好適には２１ｍＴｏｒｒ（２．７９Ｐａ）以上、２５ｍＴｏｒｒ（３．３３Ｐａ）以下に設定する。
【００３３】
エッチング室内に配置されるカソード電極温度は、５０℃程度から９０℃未満が好適である。本実施形態において、ＲＩＥ装置のカソード電極の上には、エッチング対象となるＳｉ試料が配置されるため、カソード電極温度はＳｉ試料の温度に大きな影響を与える。そして、このカソード電極温度が高くなると、反応生成物の側壁への付着量が減少するため、反応ガスの分解が進み、側壁保護膜の形成速度が低下し突起の底角が大きくなり、急峻な突起が得られる。一方で、温度が高すぎると突起形状の維持が難しくなるが、結晶欠陥密度の高い試料においては、突起の底角が大きくなることから、結晶欠陥の測定分解能が改善される。よって、カソード電極温度は、５０℃〜７０℃程度までの間に設定することが好適である。
【００３４】
エッチングソースのパワー（Ｗ:ワット）は、７５０Ｗ〜８２５Ｗ程度の間に設定することが好適である。ソースパワーを増加することにより、プラズマ中の電子密度が増加し、ガスの解離が促進されるため、反応性の強いプラズマとなる。従って、ソースパワーを高くするほどＳｉのエッチング速度が速くなるが、一方で反応を阻害する反応生成物のプラズマ内密度も増加するため、側壁の保護膜が厚くなり突起の底角は小さくなる。８２５Ｗを超過する場合には、Ｓｉのエッチングも停止してしまう。また、ソースパワー増加による電子密度の増加は、プラズマのシース領域（ウエハとバルクプラズマ間）の電位差を小さくする効果があり、ウエハに入射されるイオンのエネルギーを下げる効果がある。この結果、物理的なイオンスパッタリングを抑制できるため、結晶欠陥の検出感度は増加する。
【００３５】
エッチングを行う装置には、市販されているものが利用可能であり、例えばチャンバ（エッチング室）において、３００ｍｍ以上のシリコンウエハを投入して全面を一括エッチングすることができるものが好適である。そして、本実施形態では、結晶欠陥顕在化エッチングとして、上記条件を採用することにより、例えば３００ｍｍ直径のウエハ全面に対し、同時、同一条件で、高感度に結晶欠陥を頂点とした突起を形成し、結晶欠陥を顕在化することが可能となる。
【００３６】
結晶欠陥を頂点とした突起を形成した後、この突起に基づいて結晶欠陥の検出処理を実行するが、突起形状の正確な検出を可能とするため、本実施形態では、この検出処理前に、錐体側面に形成されている側壁保護膜を除去する（Ｓ４）。側壁保護膜の除去は、例えば、希フッ酸を用いたウエットエッチングにより行うことができる。但し、この保護膜の除去処理は、省略することもできる。
【００３７】
保護膜を除去した後、錐体状突起を捕捉して観察を行い、例えば、突起の底面部の大きさを評価する（Ｓ５）。この突起の捕捉、観察には、光学顕微鏡、ＳＥＭ等が用いられる。光学顕微鏡によって試料をその上方（エッチング方向）から観察し、データ処理装置やパーティクルカウンタ等により、錐体状の突起のエッチング露出面内の数を計測することができる。また、例えば光学顕微鏡やＳＥＭ等で得た画像データから錐体の底面の径（円錐の場合は直径、円錐以外の錐体の場合は辺の長さ又は底面の斜辺の長さ）ｄを計測することもできる。
【００３８】
錐体の底角θについても光学顕微鏡やＳＥＭを用いて測定することができる。なお、Ｓｉ試料に施す高選択比異方性エッチングの条件が同じであれば、このエッチングによって結晶欠陥を頂点として形成される錐体状の突起の底角θは、錐体の大きさによらずほぼ一定となる。よって、行われた異方性エッチング条件に対応する錐体底角θが既知の場合には、ＳＥＭ等を利用した底角θの算出処理は、必ずしも必要ではない。
【００３９】
エッチング前の半導体材の表面からのエッチング深さＤは、図１に示すようにエッチング時にＳｉ試料の表面の一部が残るようにマスクし、表面からエッチング露出面までの距離を測定することで求めるか、または用いるエッチングガスに応じた既知のエッチング速度と、処理したエッチング時間とから演算により求める。以上のように、得られた計測、演算値を用い、図３に示すような算出原理に基づき、下記式（１）
ＸＯＸ＝Ｄ−（ｄ／２）ｔａｎθ  ・・・（１）
を演算することにより、結晶欠陥の表面からの深さ（位置）ＸＯＸを求める。
【００４０】
このような手法の採用により、平面方向における分布の他、深さ方向における結晶欠陥の分布を求めることができる。得られた結果は、プリンタやモニタなどの出力装置に出力され（Ｓ６）、評価者は、その出力結果から結晶欠陥の分布などを知ることができ、結晶欠陥評価を行うことができる。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る高選択比エッチング条件によって、１６時間の熱処理（８００℃）を実行したＳｉ試料に対し、結晶欠陥顕在化エッチングを施した場合のＳｉ試料のエッチング露出面のＳＥＭ写真である。エッチング条件は、Ｃｌ２（Ｏ２ガスの流量の９倍）、Ｏ２（基準流量）、ＳＦ６（Ｏ２ガスの流量の１／１０倍）、エッチング室圧力２５ｍＴｏｒｒ、ソースパワー７５０Ｗ、カソード電極温度５０℃とした。なお、この写真に示される試料は側壁保護膜は付着したままの状態である。
【００４２】
図４の写真はエッチング露出面の拡大像である。図４にも示されるように、錐体状の突起は、その先端が良好に残っており、また錐体形状も維持され、突起の高さによらず、底角θがほぼ一致している。したがって、底面の大きさｄと、底角θに基づいてその突起の高さを求めれば、結晶欠陥の深さＸＯＸを正確に求めることができる。
【００４３】
また、上記条件で３００ｍｍ直径のＳｉウエハを高選択比異方性エッチングを実行し、エッチング底面の平坦度を測定すると底面全体での誤差は±３％以内であり、３００ｍｍというような大面積の半導体材に対する結晶欠陥検出方法として、上述のような高選択比異方性エッチングが有効である。
【００４４】
図５は、Ｓｉ試料中の結晶欠陥（酸素析出欠陥、空洞欠陥）に起因して高選択比異方性エッチングによって形成される錐体状突起の先端部分のＳＥＭ写真による観察図の一例を示している。図５（ａ）は、Ｓｉ試料中に存在する空洞欠陥に起因した突起の先端を示す。明確に現れてはいないが、円錐状突起の先端において、２つの４角錐がその底角付近で互いに接合した形状の窪みが形成されている。また、図５（ｂ）は、Ｓｉ試料中に存在する板状の酸素析出物に起因した突起の先端を示す。図５（ｂ）に示す突起の先端は、窪まずに平板形状を維持している。
【００４５】
Ｓｉ試料に酸素析出欠陥や空洞欠陥が存在する場合、本実施形態にかかる高選択異方性エッチングを実行すると、図６（ａ）に示すように、まずこの欠陥４０を頂点として錐体状突起４０ｅが形成される。欠陥４０がエッチングによりなくなると、その時点のエッチング露出面１０ｅ１から更にエッチング露出面１０ｅ２に向かってエッチングが進むと、側壁は侵食されずに錐体が更に掘り進められていくこととなる。この際、突起４０ｅの先端４２は、突起４０ｅの最上面から錐体の内部に向かい、結晶欠陥４０の種類に応じた形状に選択的にエッチングが進む。この突起４０ｅの先端部４２の形状は、欠陥の種別に応じて異なり、例えば、シリコン結晶の＜１１０＞面に沿った酸素析出欠陥の場合、図５（ｂ）に示されるような四角錐となる。シリコン結晶の＜１１１＞に沿った空洞欠陥の場合は、図５（ａ）に示されるような四角錐が２つ接合したような八面体構造となる。さらに、平板状の酸素析出欠陥で欠陥４０が残留する場合には、この平板を頂点として突起が形成されるため、突起の先端は図５（ｂ）のような平面となる。
【００４６】
以上のように、突起の形状が維持される結晶欠陥顕在化エッチング条件を採用することで、Ｓｉ試料中の結晶欠陥の分布だけでなく、突起の先端形状の観察から結晶欠陥の種別を判定することが可能となる。また、結晶欠陥の種別毎の深さ方向及びＳｉ試料の平面方向での分布を求めることもできる。
【実施例】
【００４７】
以下、結晶欠陥エッチング条件についての実施例及びその評価について説明する。
【００４８】
下記表１に、エッチング前の熱処理時間を３時間、４時間、８時間、１６時間とした場合のＳｉ試料に対し、Ｏ２ガスの流量、ＳＦ６ガスの流量及びエッチング室内の圧力条件を変化させた場合の結晶欠陥顕在化エッチングの結果を示す。
【００４９】
【表１】
2010278363.tif 000003
【００５０】
（評価１：Ｏ２ガス及びＳＦ６ガスの流量）
表１（ａ）において、Ｏ２ガスの流量は、基準流量（±０）、基準流量より−１０％、−２０％に設定した。この場合のＣｌ２ガス流量はＯ２ガスの基準流量の９倍（Ｃｌ２ガスの基準流量）、ＳＦ６ガス流量はＯ２ガスの基準流量の１／１０（ＳＦ６ガスの基準流量）としている。また、エッチング室内の圧力は２５ｍＴｏｒｒ、カソード電極温度は５０℃、ソースパワーは７５０Ｗである。
【００５１】
表１（ａ）から、３時間の熱処理のＳｉ試料に対しては、いずれのＯ２ガス流量条件の場合も、突起（ＢＭＤ：bulk micro defects）は観察できない（ＢＭＤ−ａ［３ｈ］）。しかし、４時間の熱処理のＳｉ試料（ＢＭＤ−ｂ［４ｈ］）に対しては、Ｏ２ガス±０の場合、結晶欠陥に起因した突起の存在とその形状が確認できた（△）。但し、他のＯ２ガス流量の条件では、確認できなかった（×）。
【００５２】
８時間の熱処理のＳｉ試料（ＢＭＤ−ｃ［８ｈ］）に対しては、Ｏ２ガス流量±０、流量−１０％の場合、結晶欠陥に起因した突起の存在及びその形状が良く確認でき（○）、流量−２０％の場合にも、存在の確認ができた（△）。１６時間の熱処理のＳｉ試料（ＢＭＤ−ｄ［１６ｈ］）に対しては、いずれのＯ２ガス基準流量±０、−１０％、−２０％の場合についても、結晶欠陥に起因した突起の存在が良く確認できた（○）。
【００５３】
表１（ｂ）は、ＳＦ６ガスの流量についてＳＦ６ガスの基準流量（±０）、基準流量より−１００％（０：供給しない）、＋１５０％（２．５倍）、＋３００％（４倍）に設定してエッチングした結果を示す。Ｃｌ２ガス流量はその基準流量（Ｏ２ガス流量の９倍）、Ｏ２ガス流量はその基準流量、エッチング室内の圧力は２５ｍＴｏｒｒ、カソード電極温度は５０℃、ソースパワーは７５０Ｗである。
【００５４】
表１（ｂ）から、ＳＦ６ガスの流量は、供給しない場合が最も感度が良く、３時間熱処理のＳｉ試料においても突起の存在が確認された。このＳＦ６ガスの流量は、増えるほど結晶欠陥に起因した突起の側壁保護膜のエッチングが進むため、突起が検出されにくくなる。
【００５５】
図７（ａ）〜（ｄ）は、上記Ｏ２ガスとＳＦ６ガスの流量比を変更してエッチングを行った場合のＳｉ試料のＳＥＭ写真を示している。なお、図７（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、右側の写真は左側よりも高倍率で観察したＳＥＭ写真である。なお、図７の各Ｓｉ試料のエッチングにおいて、熱処理時間は１６時間、Ｃｌ２ガス流量はその基準流量、エッチング室内の圧力は２５ｍＴｏｒｒ、カソード電極温度は５０℃、ソースパワーは７５０Ｗである。
【００５６】
図７（ａ）、（ｂ）の比較から理解できるように、Ｏ２ガス流量がその基準流量で一定の場合に、ＳＦ６ガスが増加すると、突起の先端がエッチング除去され、また突起の錐体形状は維持されにくくなる。このため、ＳＦ６ガス流量が少ない方が結晶欠陥の検出感度を高めることができることが分かる。
【００５７】
図７（ｃ）、（ｄ）のようにＳＦ６ガスを０とし、Ｏ２ガス流量を減少させた場合、Ｏ２ガス流量の少ない図７（ｄ）の方が、突起の先端部分のエッチングが進行する。これは、Ｏ２ガスが錐体の側壁保護層の形成量に影響を及ぼすためと考えられる。
【００５８】
図８は、Ｏ２ガスが結晶欠陥検出エッチングに及ぼす影響を、その流量を増加させて評価した結果を示す。この評価では、図８（ａ）に示すようにＯ２ガス流量を基準流量（±０）とし、＋１０％、＋２０％と増加させた。図８（ｂ）、（ｃ）はそれぞれＯ２ガス流量が基準流量の場合、＋１０％としてＳｉ試料をエッチングした後の試料の上面ＳＥＭ写真である。
【００５９】
図８（ｂ）と比較すると分かるように、図８（ｃ）では、紙面上、試料の中央上よりにシミ状の領域が確認される。このシミ状の領域は、Ｏ２ガスが過多になることで、本来欠陥の無い領域にＯ２ガスとＳｉとの反応物であるシリコン酸化物が付着した領域である。
【００６０】
Ｏ２ガス流量が＋２０％の場合は、図８（ｃ）よりもさらに多くの反応物の付着が確認された。
【００６１】
上述のように、Ｏ２ガスは、突起の側壁保護膜を形成し、突起の形状を維持する上で重要であるが、流量が多くなると、余分な反応酸化物を生じ、誤検出の原因となる。このため、本実施形態の例では、Ｏ２ガス流量は、上述のようにＣｌ２ガス流量７に対し、０．６〜約１の範囲とすることが好適である。
【００６２】
なお、図８の評価において、Ｃｌ２ガス流量は基準流量、ＳＦ６ガス流量は０（−１００％）とし、さらに、エッチング室内の圧力２５ｍＴｏｒｒ、ソースパワー７５０Ｗ、カソード電極温度５０℃の条件を採用している。
【００６３】
Ｓｉ試料など半導体材が例えば３００ｍｍよりも大きくなった場合、エッチングガスの内の上記Ｏ２ガスは、シリコン酸化物の原料となるシリコンのエッチング室内での存在量が増えることとなる。よって、この場合には、エッチングガスの内のＯ２ガス流量を減らすことが好適である。減らさずにＳＦ２流量を増やしてもよい。
【００６４】
（評価２：エッチング室内の圧力）
次に、エッチング室内の圧力についての評価結果を説明する。上述の表１（ｃ）には、熱処理３時間、４時間、８時間、１６時間の各Ｓｉ試料に対し、結晶欠陥検出エッチング時におけるエッチング室内の圧力を変更した結果を示す。圧力は、２５ｍＴｏｒｒを基準（±０）とし、−２ｍＴｏｒｒ（２３ｍＴｏｒｒ）、−４ｍＴｏｒｒ（２１ｍＴｏｒｒ）とした。表１（ｃ）に示すように、いずれの圧力においても結晶欠陥の検出が可能であるが、減少すると結晶欠陥の検出感度が低下する傾向を示すことが分かる。なお、表１（ｃ）の評価時における他の条件については、Ｃｌ２ガス流量は基準流量（Ｏ２ガスの９倍）、Ｏ２ガス流量は基準流量、ＳＦ６ガス流量は０とし、ソースパワー７５０Ｗ、カソード電極温度５０℃の条件を採用した。
【００６５】
次に、圧力を増大させた場合の影響について、表２を参照して説明する。
【００６６】
【表２】
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【００６７】
表２において、Ｓｉ試料としては、１６時間の熱処理をしたウエハを用い、エッチングガスは、Ｃｌ２ガス流量（基準流量）、Ｏ２ガス流量（基準流量）、ＳＦ６ガス流量０とし、ソースパワーは７５０Ｗ、カソード電極温度は５０℃とした。この条件の下、表２（ｄ）のように、エッチング室内の圧力について２５ｍＴｏｒｒを基準（±０）とし、＋２ｍＴｏｒｒ（２７ｍＴｏｒｒ）、＋４ｍＴｏｒｒ（２９ｍＴｏｒｒ）とした。
【００６８】
ここで、表２の○×表記は、本来欠陥のない領域が、Ｏ２とＳｉとの反応副生成物により、エッチングが阻害されてしまわないかどうかを示す。すなわち、×は、本来Ｓｉがエッチングされるべき結晶欠陥のない領域にて、エッチングが進行しなくなってしまうことから、欠陥検出に用いることができないプロセス領域を意味する。
【００６９】
従って、表２（ｄ）から、欠陥検出に用いるプロセスは、基準条件より、圧力は+２ｍＴｏｒｒ未満とすべきことがわかる。
【００７０】
（評価３：エッチングソースパワー、カソード電極温度の評価）
反応性イオンをエッチング室内に供給するソースパワーの評価結果を上記表２（ｅ）に示す。表２（ｅ）において、ソースパワー７５０Ｗを基準とし（±０）、他の条件については一定として、パワーを＋７５Ｗ（８２５Ｗ）、＋１５０Ｗ（９００Ｗ）とした。この結果、ソースパワーは、基準条件より＋１５０Ｗ未満とすべきことがわかる。
【００７１】
また、エッチング室内で、エッチングする試料を配置するカソード電極温度の評価結果は、上記表２（ｆ）に示す。表２（ｆ）において、カソード電極温度は５０℃を基準とし（±０）、他の条件については一定として、エッチング室内のヒータを動作させることでカソード電極温度を＋２０℃（７０℃）、＋４０℃（９０℃）として評価した。ここで、カソード電極温度は、このカソード電極の上に搭載されるＳｉ試料の温度に対応する。そして、表２（ｆ）から、カソード電極温度は、基準温度（５０℃）より＋４０℃未満とすべきことが理解できる。
【００７２】
図９は、結晶欠陥を頂点とした突起の底角θ（テーパ角）と、上記ソースパワー（Ｘ）及びカソード電極温度（Ｙ）との関係を、各熱処理時間のＳｉ試料（ＢＭＤ−ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を用いて評価した結果を示す。なお、図中「Ｙ＝ＯＦＦ」は、ヒータをオフさせ、カソード電極温度を基準の５０℃としたことを表している。図９において、ソースパワー、カソード電極温度及び熱処理時間以外の条件は固定であり、Ｃｌ２ガス流量（基準流量）、Ｏ２ガス流量（基準流量）、ＳＦ６ガス流量０とし、エッチング室内の圧力は、２５ｍＴｏｒｒとしている。図９（ａ）は、ソースパワー７５０Ｗ、カソード電極温度５０℃とした場合の各Ｓｉ試料の突起のＳＥＭ写真、図９（ｂ）は、カソード電極温度は５０℃で、ソースパワーを８２５Ｗ（＋７５Ｗ）とした場合の各Ｓｉ試料の突起のＳＥＭ写真である。図９（ａ），（ｂ）の条件によってエッチングして得られる突起の底角θは、概ね同一であり、底角θに対してソースパワーの及ぼす影響は比較的低いことが分かる。
【００７３】
図９（ｃ）は、ソースパワーは７５０Ｗとし、カソード電極温度を７０℃（＋２０℃）とした場合の各Ｓｉ試料の突起のＳＥＭ写真である。図９（ｃ）と、上記図９（ａ）との比較から、カソード電極温度が上昇すると、いずれの熱処理時間のＳｉ試料の突起についても、底角θが大きくなり、かつ、熱処理時間の異なるＳｉ試料での突起の底角θの差が小さくなることが理解できる。
【００７４】
以上の結果から、ソースパワーは８２５Ｗ以下、カソード電極温度は７０℃以下で適正に結晶欠陥顕在化エッチングを実行することができると共に、カソード電極温度により結晶欠陥の検出分解能を調整できることが理解できる。得られる底角θが大きいと、突起の底面積を小さくできる。よって、Ｓｉ試料中の酸素濃度が高く、多数の結晶欠陥が存在する場合などにおいても、複数の突起が重なりにくく、多数の結晶欠陥のそれぞれを頂点として独立した形状の突起を形成しやすくなる。このため、検出感度を向上させることができる。
【００７５】
（評価４：熱処理時間）
次に、エッチング処理前にＳｉ試料に対して実行する熱処理時間について説明する。図１０は、共通のエッチング条件を採用し、エッチング前に実行する熱処理時間をそれぞれ３時間（図１０（ａ））、４時間（同（ｂ））、８時間（同（ｃ））、１６時間（同（ｄ））としたＳｉ試料のエッチング後の上面を撮影した写真である。なお、エッチング条件は、Ｃｌ２ガス流量（基準流量）、Ｏ２ガス流量（基準流量）、ＳＦ６ガス流量０、エッチング室内の圧力２５ｍＴｏｒｒ、ソースパワー７５０Ｗ、カソード電極温度５０℃とした。
【００７６】
図１０（ａ）〜（ｄ）のいずれも、シリコンウエハの中心から同心円状に複数の筋が存在していることが把握できる。結晶欠陥を頂点とした突起が複数形成された領域が、この筋として観察され、ウエハの面内にこれらの写真に示されるような同心円状に結晶欠陥が発生している。また、熱処理時間が長くなるほどその筋の濃さが増しており、熱処理によって酸素析出欠陥核が欠陥として広がることが把握できる。また、この結果から、半導体プロセス中で発生しうる結晶欠陥の検出精度を高める必要がある場合には、結晶欠陥検出エッチングの前に行う熱処理時間を長くすることが有効であることが理解できる。
【００７７】
また、図１０の結果から、エッチング後のＳｉ試料表面の観察を行うことで結晶欠陥の試料の平面方向の分布を簡単に検出することができることがわかる。なお、図１０の各Ｓｉ試料の表面を上述のように拡大し、個別の突起形状（高さ、底角、先端形状）を観察することで試料の深さ方向への分布、欠陥種別などを評価することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０  半導体材（Ｓｉ試料）、４０  結晶欠陥、４０ｅ  結晶欠陥に起因した突起、４２  突起の先端部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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