(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置の清浄度を評価する方法であって、
厚み１０００μｍ以上２０００μｍ以下（ただし、１０００μｍを除く）のシリコンウェーハを準備し、
前記気相成長装置を用いて、前記シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層を成長させたモニタウェーハを作製し、
前記モニタウェーハのライフタイム値を測定し、
前記測定したモニタウェーハのライフタイム値から前記気相成長装置の清浄度を評価することを特徴とする気相成長装置の清浄度評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の気相成長装置の清浄度評価方法により評価した気相成長装置を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造することを特徴とするシリコンエピタキシャル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、エピタキシャルウェーハを作製するために用いる気相成長装置の清浄度を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ中の金属不純物の検出方法として、ウェーハライフタイム（以下、略してＷＬＴと呼ぶことがある。）法がある（例えば非特許文献１参照）。このＷＬＴ法の代表的な方法として、マイクロ波光導電減衰法少数キャリアライフタイム法（以下、略してμＰＣＤ法）がある。この方法は、例えば試料（基板）に対して光を当てて、発生する少数キャリアの寿命をマイクロ波の反射率の変化で検出することで、試料中の金属不純物を評価するものである。
【０００３】
ウェーハ内に金属が取り込まれると、このＷＬＴ値が小さくなるため、熱処理や気相成長させたウェーハのＷＬＴ値を測定して評価することで、熱処理炉内の金属汚染の管理を行うことができる。つまり、汚染管理用のウェーハを準備して実工程で用いる熱処理炉で熱処理を行い、熱処理後のウェーハのＷＬＴ値を測定することで、熱処理炉が金属不純物に汚染されているかいないかを判定することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「シリコン結晶・ウエーハ技術の課題」（リアライズ社、平成６年１月３１日発行）２６５頁〜２６９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このＷＬＴ法は、簡便でありながら微量の汚染でも検出できるため、熱処理炉の汚染管理や気相成長装置（エピ成膜装置）の汚染管理に広く用いられている。特に気相成長装置の場合、Ｐ−やＮ−の導電型を持つシリコンウェーハを準備し、評価対象となる気相成長装置を用いてそのシリコンウェーハの上にシリコンエピタキシャル層を成膜し、そのエピタキシャルウェーハを上述のμＰＣＤ法でＷＬＴ値を測定することで気相成長装置の清浄度評価を行うことができる。
【０００６】
しかしながら、ライフタイムモニタリング用のエピタキシャルウェーハ（以下、モニタウェーハと呼ぶことがある）を用いてＷＬＴ法により気相成長装置の清浄度の評価を行っても、実際の清浄度が反映されていないことがあり、高感度に清浄度を評価できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、気相成長装置の清浄度を高感度で評価することができる清浄度評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、気相成長装置の清浄度を評価する方法であって、厚み１０００μｍ以上２０００μｍ以下のシリコンウェーハを準備し、前記気相成長装置を用いて、前記シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層を成長させたモニタウェーハを作製し、前記モニタウェーハのライフタイム値を測定し、前記測定したモニタウェーハのライフタイム値から前記気相成長装置の清浄度を評価することを特徴とする気相成長装置の清浄度評価方法を提供する。
【０００９】
このように、モニタウェーハの基板となるシリコンウェーハとして１０００μｍ以上２０００μｍ以下の厚みを有するものを用いることにより、モニタウェーハにおける少数キャリアの再結合のうち、表面再結合の割合を小さくすることができる。その結果、ウェーハライフタイムの検出上限値を上げることができるので、気相成長装置の清浄度を高感度で評価することができる。
【００１０】
また、本発明は、上記の気相成長装置の清浄度評価方法により評価した気相成長装置を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造することを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【００１１】
このようにしてシリコンエピタキシャルウェーハを製造すれば、汚染の少ない高品位なエピタキシャルウェーハを歩留まり良く製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る気相成長装置の清浄度評価方法によれば、ウェーハライフタイムの検出上限値を上げることができるので、気相成長装置の清浄度を高感度で評価することができる。そのため、不純物汚染レベルが低い場合であっても高感度に正確に評価できる。また、本発明に係る方法で汚染がないことを評価した気相成長装置でシリコンエピタキシャルウェーハを製造することにより、汚染の少ない高品位なシリコンエピタキシャルウェーハを歩留まりよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の気相成長装置の清浄度評価方法の概略を示すフロー図である。
【図２】二層構造を有するエピタキシャルウェーハ（モニタウェーハ）の断面模式図である。
【図３】本発明を適用した実施例、及び比較例のモニタウェーハのウェーハライフタイム値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１５】
上記のように、従来通りにモニタウェーハを用いてＷＬＴ法により気相成長装置の清浄度の評価を行っても、高感度に清浄度を評価できないという問題があった。
【００１６】
本発明者は、上記問題点について検討を重ねた。モニタウェーハにおいて、少数キャリアが拡散し表面に到達すると、そこで表面再結合してしまう。この表面再結合の割合が高くなると、正確なウェーハライフタイムが測定できない。それならば、表面再結合の割合を少なくするためにウェーハの厚みを厚くすればいいのではないかと考え、本発明に至った。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１８】
図１に、本発明に係る気相成長装置の清浄度評価方法の概略を示した。
【００１９】
本発明の気相成長装置の清浄度を評価する方法では、まず、図１（ａ）に示したように、モニタウェーハの基板となる、厚み１０００μｍ以上２０００μｍ以下のシリコンウェーハを準備する。厚みをこのような範囲とする詳細な理由は後述する。また、ここで準備するシリコンウェーハの直径、面方位、導電型、及び抵抗率等は特に制限されない。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示したように、評価対象の気相成長装置を用いて、準備したシリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層を成長させたモニタウェーハを作製する。図２に、２層からなるモニタウェーハ（エピタキシャルウェーハ）の構造を示した。モニタウェーハ１０は、シリコンウェーハ１１及びシリコンエピタキシャル層１２からなる。シリコンエピタキシャル層１２も、その直径、面方位、導電型、及び抵抗率等は特に制限されない。
【００２１】
次に、図１（ｃ）に示したように、作製したモニタウェーハのライフタイム値を測定する。ウェーハライフタイム値の測定方法は、公知の方法によることができ、特に制限されないが、簡単に測定を行えるμＰＣＤ法で行うことが好ましい。
【００２２】
次に、図１（ｄ）に示したように、測定したモニタウェーハのライフタイム値から評価対象の気相成長装置の清浄度を評価する。モニタウェーハのシリコンエピタキシャル層に不純物、特に金属が取り込まれるとライフタイム値が小さくなる。そのため、評価対象となる気相成長装置を用いてモニタウェーハを製造した結果、そのモニタウェーハが汚染されてライフタイム値が小さくなっている場合には、気相成長装置の清浄度が低いと評価できる。逆に、ライフタイム値の減少が小さければ、気相成長装置に由来するモニタウェーハの汚染は少ないと評価でき、気相成長装置の清浄度は高いと評価できる。
【００２３】
以下では、本発明において準備する厚いシリコンウェーハの厚みを１０００μｍ以上２０００μｍ以下とする理由を具体的に説明する。
【００２４】
ウェーハライフタイムは測定されるウェーハの厚みに強く影響される。その理由は、ウェーハ表面でのキャリア再結合のためである。上述のようμＰＣＤ法では、光によって少数キャリアを励起させる。その少数キャリアはウェーハ内を拡散し、やがてウェーハの汚染量に応じたライフタイムで再結合し消滅する。しかし、ウェーハの厚みが少数キャリアの拡散長に比べ小さい場合、励起された少数キャリアの多くがウェーハ内部で再結合する前に表面にまで達してしまう。この場合、ウェーハの汚染レベルに関係なく、ある表面再結合速度に応じて表面でキャリアの再結合が起きる。
【００２５】
従来のライフタイムモニタリング用のエピタキシャルウェーハ（モニタウェーハ）の構造は、直径２００ｍｍあるいは３００ｍｍのウェーハで７００μｍ程度の厚みを有する、基板となるシリコンウェーハの上に、１０μｍ程度のシリコンエピタキシャル層を成膜したものである。この場合、少数キャリアの拡散長に比べウェーハの厚みが小さいため、励起された少数キャリアがウェーハの表面まで簡単に達してしまう。そのため、ウェーハ表面でのキャリア再結合成分が多く含まれ、必要としているモニタウェーハ内部（バルク部）のライフタイム情報が薄まってしまう。この問題は、シリコン中での拡散速度が大きい金属不純物元素（例えば、Ｆｅ、Ｃｕ）に特に顕著である。
【００２６】
シリコンウェーハ中の少数キャリアの拡散長は以下の式で表される。
Ｌ＝√（Ｄ×τ）
Ｌ：少数キャリアの拡散長
Ｄ：少数キャリアの拡散係数
τ：ライフタイム
【００２７】
シリコン中における少数キャリアの拡散係数はおおよそ、正孔（ホール）の場合約１２．５ｃｍ２／ｓｅｃであり、電子の場合約３５．５ｃｍ２／ｓｅｃである。ライフタイムが１０００μｓｅｃの場合、拡散長は１０００〜２０００μｍとなる。モニタウェーハの厚みが、この拡散長と同程度かそれより長ければ、ウェーハ表面に拡散する少数キャリアの成分が少なくなり、表面再結合するキャリアも少なくなる。その結果、モニタウェーハ内部で再結合するキャリアの割合が増え、高感度に汚染を検出できるようになる。
【００２８】
また、基板となるシリコンウェーハの厚みは２０００μｍ以下とする。基板となるシリコンウェーハの厚みが厚ければ厚いほど、表面再結合する割合は少なくなり、汚染に関する情報成分は多くなる。しかしながら、厚くすると経済的に無駄が生じる。さらに、気相成長装置で用いられるウェーハ搬送装置も、あまりウェーハの厚みが厚いと搬送できなくなる。このような理由により、基板となるシリコンウェーハの厚みは、キャリアの拡散長と同程度の２０００μｍ以下の厚みとする。
【００２９】
以上のような理由により、本発明では、モニタウェーハのウェーハライフタイムにおける表面再結合による寄与を小さくするため、基板となるシリコンウェーハの厚みを厚く、具体的には１０００μｍ以上２０００μｍ以下とする。
【００３０】
一方、基板となるシリコンウェーハ上に形成するシリコンエピタキシャル層の厚みは特に限定されず、必要に応じて設定することができる。例えば、従来のように１〜２０μｍ程度、典型的には１０μｍ程度の薄いシリコンエピタキシャル層であっても、基板となるシリコンウェーハの厚みが１０００μｍ以上２０００μｍ以下と十分に厚いので、モニタウェーハ全体の厚みを、キャリアの表面再結合の影響を小さくするためには十分なものとすることができる。
【００３１】
さらに、以上のような本発明の気相成長装置の清浄度評価方法により評価した気相成長装置を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。本発明に係る清浄度評価方法で汚染がないことを評価した気相成長装置でシリコンエピタキシャルウェーハを製造することにより、汚染の少ない高品位なシリコンエピタキシャルウェーハを高歩留まりで製造することができる。特に、シリコン中での拡散速度が大きい金属の汚染が十分に反映された評価に基づいて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
【００３３】
（実施例）
まず、シリコンウェーハとして、直径が２００ｍｍ、抵抗率が１０Ωｃｍ、厚みが１５００μｍのＰ型シリコンウェーハを多数枚準備した。
【００３４】
次に、評価対象の気相成長装置を大気開放し、いわゆるメンテナンス作業を行った。なお、一般に、メンテナンス作業を行うと気相成長装置の反応器内が若干汚染され、メンテナンス後から、汚染源がほとんど除去されて汚染による影響がほぼ無くなる（汚染が枯れる）まで数日間を要する。
【００３５】
このように、メンテナンス作業を行った気相成長装置を準備し、この装置を使って、上記のように準備したシリコンウェーハの上に、抵抗率１０ΩｃｍのＰ型シリコンエピタキシャル層を１０μｍ堆積し、一日一枚の頻度でモニタウェーハを作製した。なお、モニタウェーハを作製していない間は、シリコンエピタキシャル層の成長を行うのと同じシーケンスで気相成長装置の加熱を行い、汚染源を除去する処理を行い続けた。
【００３６】
このようにして作製したモニタウェーハについて、ケミカルパッシベーションによる表面処理を行い、μＰＣＤ法によるウェーハライフタイム測定装置を使用して、ウェーハライフタイム値を測定した。図３中に、実施例におけるウェーハライフタイム値の日間推移を示した。メンテナンス直後に作製したモニタウェーハでは、ウェーハライフタイム値は約８００μｓｅｃであるが、その後日数の経過と共にウェーハライフタイム値は高くなり、ほぼ１０日目で４５００μｓｅｃ程度まで増加した。
【００３７】
（比較例）
次に、比較例として、シリコンウェーハの厚みが従来のように薄い（１０００μｍ未満）モニタウェーハを作製する例を示す。
【００３８】
まず、シリコンウェーハとして、直径が２００ｍｍ、抵抗率が１０Ωｃｍ、厚みが７２５μｍのＰ型シリコンウェーハを多数枚準備した。
【００３９】
実施例と同じメンテナンス作業を行った気相成長装置を準備し、メンテナンス後からの経過時間が実施例のモニタウェーハ作製と同じときに、比較例のモニタウェーハを作製した。このモニタウェーハ作製の際の条件は、シリコンウェーハの上に、抵抗率１０ΩｃｍのＰ型シリコンエピタキシャル層を１０μｍ堆積するというものである。
【００４０】
このようにして作製したモニタウェーハについて、ケミカルパッシベーションによる表面処理を行い、μＰＣＤ法によるウェーハライフタイム装置を使ってウェーハライフタイム値を測定した。図３中に、比較例におけるウェーハライフタイム値の日間推移を示した。メンテナンス直後に作製したモニタウェーハでは、ウェーハライフタイム値は約８００μｓｅｃであるが、その後日数の経過と共にウェーハライフタイムは高くなり、ほぼ２日目で１８００μｓｅｃ程度に落ち着いた。その後、１０日目まで大きな変化は無かった。
【００４１】
実施例と比べると、比較例では２日目以降、汚染レベルには変化がないように見える。これはすなわち、比較例は２日目以降の汚染レベルの低減が検出できていないことを示している。つまり、実施例の方が不純物の検出能力が高いことが確認された。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４３】
１０…モニタウェーハ（エピタキシャルウェーハ）、
１１…シリコンウェーハ、  １２…シリコンエピタキシャル層。
【図１】
0005630426.tif 000002
【図２】
0005630426.tif 000003
【図３】
0005630426.tif 000004