(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属汚染を評価するための金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法であって、少なくとも、
ＣＺ法によって、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上となるように単結晶インゴットを成長し、
該成長した単結晶インゴットからＣＺシリコン基板を切り出して、
その後、該ＣＺシリコン基板をくり抜き加工して外周部を除去することを特徴とする金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法。
【請求項２】
前記ＣＺシリコン基板の直径を３００ｍｍとし、前記ＣＺシリコン基板の外周部の除去量を該外周部から少なくとも２０ｍｍ以上として、直径２００ｍｍの前記金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することを特徴とする請求項１に記載の金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法。
【請求項３】
前記ＣＺシリコン基板の直径を２００ｍｍとし、前記ＣＺシリコン基板の外周部の除去量を該外周部から少なくとも１５ｍｍ以上として、直径１５０ｍｍの前記金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することを特徴とする請求項１に記載の金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法。
【請求項４】
前記ＣＺシリコン基板の外周部の除去は、前記ＣＺシリコン基板のオリフラまたはノッチに対して所定の方向に、該ＣＺシリコン基板の中心から５ｍｍ以上偏芯させて縮径することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法。
【請求項５】
前記単結晶インゴットから前記ＣＺシリコン基板を切り出した後に、前記ＣＺシリコン基板を少なくとも１枚以上抜き取り、該抜き取ったＣＺシリコン基板の表面にケミカルパッシベーションによりパッシベーション膜を形成してＰＣＤ法によってウエーハライフタイムを測定し、該ウエーハライフタイムが該抜き取ったＣＺシリコン基板の外周部も含めて６００μｓｅｃ以上となっていることを確認した後、前記ＣＺシリコン基板の外周部を除去することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエーハの取り扱い時の金属汚染を評価、モニターするために用いる金属汚染評価用シリコンウエーハとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエーハを用いて様々なデバイスが作製されているが、デバイスの製造工程中での意図しない不純物による汚染が生ずると、デバイスの電気的特性が劣化することが多い。そのため、様々な形で、汚染が生じていないかをチェックしながら材料基板の製造やデバイスの製造が行われている。
このうち金属元素による汚染は、とりわけ極めて微量な汚染でも素子の電気特性に悪影響を及ぼすため、半導体製造工程では極めて高純度な材料や高度な洗浄が行われるのが一般的である。
【０００３】
それにもかかわらず、実際の半導体デバイスの製造工程では、金属の汚染による電気特性の劣化や歩留りの低下が起こることがある。
そのため、金属の汚染が生じていないことを確認しながらデバイスの製造が進められることが一般的である。
【０００４】
ウエーハの金属汚染を高感度に評価する方法には様々な手法があるが、測定時間が短く、感度的に優れた方法として、ウエーハのライフタイムや拡散長を測定する方法が広く用いられている。
このライフタイムや拡散長を測定する方法は、汚染金属が作る深い準位による過剰マイノリティーキャリアの減衰速度や拡散長を電気的に測定することによって汚染レベルをモニターするものであり、汚染で問題になりやすい電気特性であるＰＮ接合のリーク電流と直接関連することから、有効な手法として知られている。
【０００５】
しかし、実際の製品ウエーハのライフタイムや拡散長を直接測定することは、様々な要因が入り込むため測定が難しく、殆ど行われていない。
また、金属汚染は多くの場合熱処理工程で発生する。そのため、装置からの汚染がないことを確認することで汚染管理が行われる。
具体的には、装置にモニターウエーハを投入して熱処理を行い、そのウエーハのライフタイムや拡散長を測定して装置が清浄に保たれていることを確認することが多い。
【０００６】
このように金属汚染を管理する場合には、所定の管理基準、管理値を設定することが運用上で必要となるので、この汚染管理に用いられるシリコンウエーハについては、それなりに管理されたものが用いられてきている。
【０００７】
このライフタイム測定用モニターウエーハは、本来、金属汚染がないウエーハでなければならない。
しかし、パーテイクル汚染をモニターするウエーハは汚染があっても利用できるので再生加工が広く行われているが、ライフタイム用のモニターウエーハは再生加工は基本的に行われていない。
【０００８】
更に、過剰なマイノリティーキャリアを誘起して電気抵抗を変化させる必要があるので、比較的高抵抗のウエーハを用いる必要がある。そして、ウエーハ表面、裏面にマイノリティーキャリアの再結合を促進させる表面準位を有するゲッタリング処理（例えば、ポリシリコン膜の形成）がされた基板は利用できない。
また、比較的高温、長時間の熱処理が施される熱処理工程においては、結晶中に溶存している酸素が析出物となり、ライフタイムを低下させ（ライフタイムが短くなり）、金属汚染評価の感度が低減するため、モニターウエーハには比較的酸素濃度の低いウエーハが用いられることが多い。
【０００９】
ところで、最近は、シリコン中に溶存する鉄（Ｆｅ）原子の量を１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度以下のレベルで管理することが求められてきており、測定器の性能の改善も様々な形で進められている。
特に、従前行われていた熱酸化膜形成による表面パッシベーションから熱処理を伴わないＳＰＶ（表面光起電力；ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｈｏｔｏ  ｖｏｌｔａｇｅ）測定やケミカルパッシベーションによるＰＣＤ（光導電減衰；ｐｈｏｔｏ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｄｅｃａｙ）が広く用いられるようになり、高感度測定が可能になっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｆ、Ｂｕｒｋｅｅｎ  ｅｔ．ａｌ．    “Ｖｉｓｕａｌｉｚｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｗａｆｅｒ’ｓ  Ｅｄｇｅ”Ｓｐｒｉｎｇ  ２００７，  Ｙｉｅｌｄ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  ｐ１８  ，ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ
【非特許文献２】Ｍｉｌｉｎｄ  Ｓ  Ｋｕｌｋａｒｎｉ，ｅｔ．ａｌ．  “Ｔｈｅ  ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ｓｅｌｆ−ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌｓ  ｉｎ  ｇｒｏｗｉｎｇ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃｒｙｓｔａｌｓ”  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２８４  （２００５）３５３−３６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、シリコンウエーハの金属汚染を評価するためのＰＣＤ法やＳＰＶ法の測定感度が上がっているが、その結果として、評価対象ウエーハ外周部に熱処理に起因すると思われる汚染が観測されることが多くなっている。
しかしその一方で、その汚染源を明確に把握することが出来ない場合が多くなっている。
【００１２】
ところで、デバイスの歩留りは周辺で悪いのが一般的である（非特許文献１参照）。
【００１３】
このように、シリコンウエーハの外周部は、ボートやハンドリング冶具に接触する部分からのパーテイクルの発生が多い部位であることから、外周部の歩留り対策としての汚染対策は、必ずしも積極的に進められてこなかった面がある。
【００１４】
また、外周部の金属汚染対策が進まない背景には、評価の信頼性が低いことがある。
このような外周部の汚染評価の信頼性を低下させてきた理由の一つには、ＰＣＤ測定で表面再結合の影響を除去するためのパッシベーションが酸化処理により行われてきたため、外周汚染がその熱酸化の際に発生すると判断することが多かったためと考えられる。
【００１５】
ここで、汚染評価において、ＳＰＶやケミカルパッシベーションによるＰＣＤ等の熱処理を行わない評価手法が最近になって広く用いられるようになってきているが、外周部の汚染評価の信頼性は向上しているとはいえない。
【００１６】
このように、デバイスプロセスでのモニターウエーハに汚染が確認されても、測定段階での汚染が生じないにも拘らず、汚染が当たり前とされることも多い。
しかし、デバイス製造の歩留りを向上させるためには、ウエーハ外周部の汚染評価の信頼性向上は本質的課題であるといえる。
【００１７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、半導体プロセス中の汚染管理のためのＰＣＤ、ＳＰＶ等による金属不純物汚染の評価における、モニターウエーハ外周部の測定結果の信頼性向上を実現することができる金属汚染評価用シリコンウエーハとその製造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】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明では、金属汚染を評価するための金属汚染評価用シリコンウエーハであって、該金属汚染評価用シリコンウエーハは、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上であるＣＺシリコンウエーハであり、該ＣＺシリコンウエーハは、成長インゴットの直径に対して、縮径して外周部が除去されたものであることを特徴とする金属汚染評価用シリコンウエーハを提供する。
【００１９】
酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上であるＣＺシリコンウエーハは、その中の酸素濃度が低く、例えば１１００℃・１時間前後の熱処理を行っても、酸素析出がライフタイムや拡散長に影響を与える程度にはならず、また抵抗率も１Ωｃｍ以上であるため、高感度のＰＣＤ、ＳＰＶ等によるライフタイムや拡散長の評価を行うことができるものである。
そして、成長インゴットの直径に対して縮径して外周部が除去されたものであるため、結晶インゴット成長中の外部雰囲気からの不純物が多く含まれ、またライフタイムや拡散長の著しい低下が見られるＯＳＦリングの外側の領域が除去されたＣＺシリコンウエーハとなり、特にウエーハ外周部における金属不純物汚染の評価の精度を従来に比べて大幅に向上させることができる。よって、熱処理により促進されやすいウエーハ外周部の酸素析出起因のライフタイム低下や拡散長の低下が排除された、従来に比べて高い信頼性を持って金属不純物汚染の評価を行うことができるモニターウエーハに好適な金属汚染評価用シリコンウエーハとなっているものである。
【００２０】
なお、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より多い場合、酸素析出が多くなってライフタイムや拡散長の測定に大きな影響が出ることになる。
そして抵抗率が１Ωｃｍより低抵抗率であると、ライフタイムや拡散長の正確な測定が困難となる。
そのため、本発明のＣＺシリコンウエーハは、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上のウエーハからなるものとする。
【００２１】
また、本発明では、金属汚染を評価するための金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法であって、少なくとも、ＣＺ法によって、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上となるように単結晶インゴットを成長し、該成長した単結晶インゴットの外周部を除去して縮径し、その後、該縮径後のインゴットからシリコンウエーハを切り出して、前記金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することを特徴とする金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法を提供する。
【００２２】
このように、ＣＺ法によって、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上となるように成長した単結晶インゴットの外周部を除去して縮径すると、コストが上昇して定常的な汚染管理用モニターにはさほど適さなくなるが、このような方法で作製した金属汚染評価用シリコンウエーハを実際のデバイス工程に流すことによって、製品の電気特性や歩留りを通常の３００ｍｍウエーハを用いて製造した場合と比較して、外周部の歩留り低下の原因が結晶の性質に起因するものか、プロセス条件に起因するのかを、容易でありながら確実に確認することができるようになる。
すなわち、外周部の歩留り低下の原因が金属汚染か、ウエーハの結晶特性かを直接的に評価するためのモニターウエーハとして用いることができるという、従来に比べてウエーハ外周部の不純物評価の信頼性を大きく向上させることができる金属汚染評価用シリコンウエーハを効率よく製造することができる。
【００２３】
ここで、前記成長する単結晶インゴットの直径を３２０ｍｍ以上とし、前記単結晶インゴットの外周部の除去量を該外周部から少なくとも幅１０ｍｍ以上として、直径３００ｍｍの前記金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することができ、また前記成長する単結晶インゴットの直径を２２０ｍｍ以上とし、前記単結晶インゴットの外周部の除去量を該外周部から少なくとも幅１０ｍｍ以上として、直径２００ｍｍの前記金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することができる。
【００２４】
直径３００ｍｍのモニター用の金属汚染評価用シリコンウエーハについては、４５０ｍｍウエーハを用いて外周部を除外することによっても作製可能であるが、成長させる単結晶インゴットを３００ｍｍより２０ｍｍ程度大口径（直径３２０ｍｍ以上）にして、その外周部を少なくとも幅１０ｍｍ以上除去することで３００ｍｍウエーハを製造することにより、ウエーハ外周部から酸素析出が生じやすい部分を除去した汚染評価用ウエーハをより容易に製造することができる。
また、直径２００ｍｍの金属汚染評価用シリコンウエーハについても、直径３００ｍｍの金属汚染評価用シリコンウエーハと同様に、直径２２０ｍｍ以上の単結晶インゴットの外周部を少なくとも幅１０ｍｍ以上除去することによって作製することができ、所望の直径となった高信頼性の金属汚染評価用シリコンウエーハを製造することができる。
【００２５】
更に、本発明では、金属汚染を評価するための金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法であって、少なくとも、ＣＺ法によって、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上となるように単結晶インゴットを成長し、該成長した単結晶インゴットからＣＺシリコン基板を切り出して、その後、該ＣＺシリコン基板の外周部を除去することを特徴とする金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法を提供する。
【００２６】
大口径のＣＺシリコン基板の外周部を除去する方法であれば、その生産数量的には限定されるが、規格外品を用いることによりコストに関する問題はなくなるので、現実的に十分容易に対応することが可能である。
このように、大口径のＣＺシリコン基板の外周部を除去することによって、無駄が少なく、かつ酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下と十分に低く、抵抗率が１Ωｃｍ以上と十分に高い、従来に比べて評価精度を向上させることができる金属汚染評価用シリコンウエーハを容易かつ安価に製造することができる。
【００２７】
ここで、前記ＣＺシリコン基板の直径を３００ｍｍとし、前記ＣＺシリコン基板の外周部の除去量を該外周部から少なくとも２０ｍｍ以上として、直径２００ｍｍの前記金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することができ、また前記ＣＺシリコン基板の直径を２００ｍｍとし、前記ＣＺシリコン基板の外周部の除去量を該外周部から少なくとも１５ｍｍ以上として、直径１５０ｍｍの前記金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することができる。
【００２８】
このように、直径２００ｍｍ用の汚染評価用の金属汚染評価用シリコンウエーハに関しては、直径３００ｍｍの酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下で、抵抗率が１Ωｃｍ以上のＣＺシリコン基板の例えば規格外品の外周部を除去することによって製造することが可能であり、このようなＣＺシリコン基板の中心部を残すことにより、直径３００ｍｍＣＺシリコン基板の酸素析出が起こりやすい外周部を除外するだけで対応できるので、製造自体は容易である。
同様に、直径１５０ｍｍ用の金属汚染評価用シリコンウエーハに関しても、直径２００ｍｍの酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下で、抵抗率が１Ωｃｍ以上のＣＺシリコン基板の例えば規格外品の外周部を除去することによって製造することが可能である。
【００２９】
また、前記ＣＺシリコン基板の外周部の除去は、前記ＣＺシリコン基板のオリフラまたはノッチに対して所定の方向に、該ＣＺシリコン基板の中心から５ｍｍ以上偏芯させて縮径することが好ましい。
【００３０】
現実に、金属汚染評価用シリコンウエーハによって金属汚染の有無を評価した場合に、ウエーハ周辺部でライフタイムが低下した場合、金属汚染起因か結晶起因かの判断に迷うことになる。
それに対して、このように所定の方向に一定の距離偏芯させて外周部を除去して金属汚染評価用のシリコンウエーハを作製することにより、もし、酸素析出が原因でライフタイムの低下が起った場合には、ライフタイムの分布がウエーハ中心から所定の方向にずれたものとなるので、熱処理による汚染パターンと分離して汚染原因を明確に判断できるようになる。よって、更に高い信頼性を持って金属不純物汚染の有無の評価を行うことができるモニター用金属汚染評価用シリコンウエーハを製造することができるようになる。
【００３１】
そして、前記単結晶インゴットから前記ＣＺシリコン基板を切り出した後に、前記ＣＺシリコン基板を少なくとも１枚以上抜き取り、該抜き取ったＣＺシリコン基板の表面にケミカルパッシベーションによりパッシベーション膜を形成してＰＣＤ法によってウエーハライフタイムを測定し、該ウエーハライフタイムが該抜き取ったＣＺシリコン基板の外周部も含めて６００μｓｅｃ以上となっていることを確認した後、前記ＣＺシリコン基板の外周部を除去することが好ましい。
【００３２】
金属汚染評価用シリコンウエーハは、結晶成長中の外周部の汚染も含め、ウエーハ工程終了段階で、十分長いライフタイムを有することが保証されていることが望ましい。そこで、ウエーハライフタイムが６００μｓｅｃ以上、すなわちＦｅ濃度として１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを確認することで、更に高い信頼性を持って金属汚染の有無の評価を行うことができるモニターウエーハが得られる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、デバイスの高度化、或いは、プロセス中の金属汚染に敏感な撮像素子の生産が増えているが、このような状況の中では、半導体プロセスにおける汚染モニターの高感度化が益々重要になってきている。
そして半導体関係の公的機関のロードマップでも、金属汚染はデバイスの微細化に伴って大きく低減するよう目標設定されている。
しかし、ウエーハ周辺部は搬送時にロボットアーム等との接触の機会が多く、発塵や汚染による歩留りの低下を招き易い部位であるため、その部位の汚染評価の信頼性の向上は重要課題である。
【００３４】
そして、本発明によれば、ウエーハ外周部の汚染評価の信頼性を従来に比べて大きく向上させることができ、その汚染対策を適切に行うことができるようになる。そして半導体プロセス中の汚染をより正確に評価でき、適切な対策を取ることができることから、半導体デバイスの特性、歩留りの向上が可能となる金属汚染評価用シリコンウエーハとその製造方法が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】長時間の熱処理を行ったシリコンウエーハのライフタイム分布の一例を示した図である。
【図２】酸素析出に起因するライフタイムの低下と、金属汚染に起因するライフタイムの低下が同時に現れたシリコンウエーハのライフタイム分布の一例を示した図である。
【図３】シリコンウエーハの鉄濃度と少数キャリア寿命（ライフタイム）や拡散長との関係を示した図である。
【図４】実施例１と比較例１のシリコンウエーハのライフタイム分布の評価結果を示した図である。（Ａ）が比較例１、（Ｂ）が実施例１である。
【図５】実施例２と比較例２のシリコンウエーハのライフタイム分布の評価結果を示した図である。（Ａ）が比較例２、（Ｂ）が実施例２である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係る金属汚染評価用シリコンウエーハとその製造方法、並びにそれらの効果について、具体的に説明する。
【００３７】
ＰＣＤやＳＰＶを用いて実際の製品ウエーハの汚染評価をしようとすると、抵抗率の低いウエーハやドーパントが拡散されたウエーハでは、ＰＣＤ信号、ＳＰＶ信号が低下するためノイズが大きくなる。また、ある程度熱処理工程が進んだシリコンウエーハでは、酸素析出が影響するようになり、製品ウエーハの汚染を直接評価できなくなる。
【００３８】
そのため、熱処理が施されていないモニターウエーハを特定の熱処理工程に流し、その工程の汚染のレベルを評価するのが一般的となっている。
また、金属汚染の大半は熱処理工程中に生ずるので、モニターウエーハを評価しようとするプロセスに投入して製品と概ね同等の熱処理を行って、ＳＰＶやライフタイムの測定を行うことにより金属汚染の有無が評価される。
【００３９】
ところが、比較的高温で長時間の熱処理工程の汚染評価を行うと、酸素析出によるライフタイムや拡散長の低下がスワール状に生ずることがある。
そして、ライフタイムやＳＰＶが酸素析出の影響を受ける場合、外周部でそれが顕著になることが多いが、その一方で、時として外周部のライフタイムが高くなることもある。
【００４０】
例えば、長時間の熱処理を行ったシリコンウエーハのライフタイム特性の例を図１に示すが、図１に示すように、ライフタイムの長い領域４は結晶のＯＳＦリングに対応しており、その外側では、ライフタイムのやや短い領域２、ライフタイムの短い領域１が存在しており、ライフタイムの低下が起っている。また、中心部でも若干の酸素析出が生じているためか、酸素析出が生じにくいＯＳＦリング領域よりもライフタイムが低くなっており、ライフタイムのやや長い領域３が存在している。
このＯＳＦリングの外側のライフタイムの著しい低下は、酸素析出に起因するもので、この領域では、欠陥エッチング等で結晶内部に観察される酸素析出と良く対応することが判った。すなわち、この図１のようなライフタイム分布は、金属汚染ではなく、結晶特性を反映しているといえる。
【００４１】
また、図２は、本発明が解決しようとする、酸素析出に起因するライフタイムの低下と、金属汚染に起因するライフタイムの低下が同時に観察されたために、汚染起因か、モニターウエーハ起因かの判断が難しくなる場合のシリコンウエーハのライフタイム分布の一例を示した図である。
図２に示すように、ウエーハの外周部にのみライフタイム低下（ライフタイムの短い領域１）が見られる。
このライフタイム低下が、熱処理炉の炉体からの汚染であるならば、オリエンテーションフラット部でのライフタイム低下は、オリエンテーションフラットに沿うはずである。しかし、この場合には、ライフタイムが低下した領域は、リング状の形状をしており、結晶に起因していると判断されるべきものである。
【００４２】
このシリコンウエーハの前後にも同じ仕様のシリコンウエーハが配列された状態で熱処理炉に仕込まれているが、オリエンテーションフラットが完全に揃っているわけではない。当然、インゴット成長時にインゴット外周部が汚染されていないことは、結晶成長完了段階の検査で確認されている。
このため、熱処理炉からの金属汚染があるのか、モニターウエーハの特性によるものかの判断がこのデータからだけでは出来ないということが判る。
【００４３】
従って、ウエーハ外周部の汚染評価の信頼性を向上させるためには、ウエーハの酸素析出を極力抑制したモニターウエーハを用いて熱処理工程のＰＣＤ、ＳＰＶによる金属汚染の評価を行うことが重要である。
【００４４】
ここで、直接的に酸素析出の影響を抑えて、ウエーハ外周部まで一様な酸素析出特性を持たす、つまり外周部に酸素析出が生じやすい領域を持たないウエーハを実現するためには、酸素濃度の低い結晶を用いることが実現しやすい対処法である。
しかし、モニターウエーハは、コスト低減の観点から、極力安価なウエーハを使いたいということもあり、ウエーハの酸素濃度を厳しく管理されてこなかった。本来の目的を果たすためには、特に、外周部の汚染評価のためには低酸素濃度基板の利用が必要であるといえる。ただ、確実に外周部の酸素析出を抑制するためには、酸素濃度の極めて低い結晶（例えば、＜０．４５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を製造することが必要となる。
【００４５】
また、外周部での酸素析出の影響を無くそうとすると、析出特性のバラツキが大きいため、酸素濃度を極端に低くしなければならなくなるが、結晶製造での技術、コスト面の制約が非常に大きくなるので、モニターウエーハに対しての適用には課題が多く残されている。
【００４６】
近年のシミュレーション技術の発達により、シリコン結晶の成長速度と結晶中の空孔やその凝集体（ボイド）、空孔による酸素析出の促進等の現象が半定量的に解析されてきている。
しかし、結晶成長方向についての議論がもっぱらで、インゴット外周部の特性については、十分な議論や制御方法は確立されているとは言えない（非特許文献２参照）。
【００４７】
また、熱処理中の金属汚染をモニターをするシリコンウエーハは、汚染がなければ、熱処理前後に対しても一様なライフタイム特性を有することが求められる。
しかし、熱処理を加えることにより結晶の性質が変化し、それに伴ってライフタイム特性も変化することが、ライフタイム測定の感度の向上と共に顕在化してきている。
【００４８】
このような事例の解消をするため、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、モニターウエーハの酸素析出を抑制するためには、結晶中の酸素濃度は低い方が良く、現状のＩＣプロセスの低温化を考慮すると、１１００℃、１時間前後の熱処理で酸素析出がライフタイムに影響を与えない０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であればウエーハ中心部に関しては問題なく、かつ結晶成長も比較的容易にできること、熱処理条件の低温・長時間化が進んでいることから、ウエーハ外周部での酸素析出が非常に起こりやすくなる傾向に鑑み、その影響を確実に排除するために、大口径結晶を成長した後、結晶インゴットを削り込むことを発想した。
【００４９】
実際に直径制御の精度に限界があるため、単結晶インゴットを成長させた段階で、数ミリ程度の削りこみは行われているが、それ以上研削することはロスやコストが大きくなり、比較的多量に用いられるモニターウエーハの製造を目的として行うことは現実的ではないと考えられていた。
【００５０】
しかし、ＣＺウエーハの酸素析出を完全に制御する技術は確立されていないことを考慮すると、結晶育成プロセスに影響が出ない程度に結晶中の酸素濃度を低減（酸素濃度を０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする）し、また抵抗率も１Ωｃｍ以上として、更に成長インゴットに対して、縮径して外周部を除去することが、ウエーハ外周部の影響を最も小さくでき、これによって従来に比べて、金属汚染評価の信頼性を大幅に向上させることができると発想し、本発明を完成させた。
【００５１】
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の金属汚染を評価するための金属汚染評価用シリコンウエーハは、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上である、成長インゴットの直径に対して、縮径して外周部が除去されたＣＺシリコンウエーハからなるものである。
【００５２】
このように、本発明の金属汚染評価用シリコンウエーハは、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上であるＣＺシリコンウエーハからなるものであり、ウエーハ中の酸素濃度が低いため、例えば１１００℃・１時間前後の熱処理を行っても、酸素析出がライフタイムや拡散長に影響を与える程度にはならないと言う利点を有するものである。また、その抵抗率も１Ωｃｍ以上であるため、高感度のＰＣＤ、ＳＰＶ等によるライフタイムや拡散長の評価を行うことができるものになっている。
【００５３】
そして、成長インゴットの直径に対して縮径して外周部が除去されたＣＺシリコンウエーハであり、結晶インゴット成長中の外部雰囲気からの不純物が多く含まれ、またライフタイムや拡散長の著しい低下が見られるＯＳＦリングの外側の領域が除去されたものである。そのため、ウエーハ外周部における結晶起因のライフタイムや拡散長の低下が見られず、従来のような成長インゴットの直径に対して縮径せずに外周部が除去されてないシリコンウエーハからなるモニター用金属汚染評価用シリコンウエーハに比べて、ウエーハ全体で高い精度で金属汚染の有無を評価できるものとなる。
【００５４】
すなわち、熱処理等の半導体プロセスにおける金属不純物による汚染の有無を従来より高い精度で評価できるモニターウエーハであり、このような本発明の金属汚染評価用シリコンウエーハを用いて金属汚染の有無を評価することによって、半導体プロセスの金属汚染の評価の信頼性を大幅に向上させることができ、金属汚染の少ないシリコンウエーハを高歩留りで製造することができるようになる。
【００５５】
なお、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３より高いＣＺシリコンウエーハでは、外周部が除去されて縮径されたものであっても酸素析出が多く、ライフタイムや拡散長の測定に大きな影響が出る。また、抵抗率が１Ωｃｍより低いと、同様にライフタイムや拡散長の正確な測定が困難となる。
従って、本発明の金属汚染評価用シリコンウエーハは、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上であるＣＺシリコンウエーハからなるものとする。
【００５６】
上記のような、本発明の金属汚染評価用シリコンウエーハは、以下に示す様な本発明の金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法によって製造することができ、その一例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５７】
まず、ＣＺ法によって、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上となるように単結晶インゴットを成長させる。
ここで成長させる単結晶インゴットは、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上となるようにする以外の規格（導電型等）は特に限定されず、一般的な条件とすればよい。
【００５８】
そして、先に成長させた単結晶インゴットの外周部を除去して縮径する。
この外周部の除去による成長インゴットの直径に対する縮径の方法も、一般的な直径を揃えるための円筒研削工程と同様の方法を用いることができ、その方法は特に限定されない。
ここで、この単結晶インゴットの外周部の除去量は、一般的な円筒研削工程における除去量よりも多い８ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００５９】
そして、成長する単結晶インゴットの直径を３２０ｍｍ以上とし、単結晶インゴットの外周部の除去量を外周部から少なくとも幅１０ｍｍ以上として、直径３００ｍｍの金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することができる。
直径３００ｍｍのモニター用の金属汚染評価用シリコンウエーハは、直径３００ｍｍ以上、例えば直径４５０ｍｍのシリコンウエーハの外周部を除外すること等によって作製することもできるが、上述のように、成長させる単結晶インゴットを直径３２０ｍｍ以上にして、その外周部を少なくとも幅１０ｍｍ以上除去することで作製することができる。
これによって、ライフタイムや拡散長の低下の原因となるウエーハ外周部が確実に除去された、高い精度で金属汚染の有無を評価することができる直径３００ｍｍ用の金属汚染評価用シリコンウエーハをより容易かつ確実に製造することができるようになる。
【００６０】
また、直径２００ｍｍの金属汚染評価用シリコンウエーハについても、直径３００ｍｍ用金属汚染評価用シリコンウエーハと同じ様に、直径２２０ｍｍ以上の単結晶インゴットの外周部を少なくとも幅１０ｍｍ以上除去することによって作製することができ、所望の直径となった高信頼性の金属汚染評価用シリコンウエーハを製造することができる。
【００６１】
その後、縮径後のインゴットからシリコンウエーハを切り出して、金属汚染評価用シリコンウエーハを作製する。
ここでは、例えば縮径されて外周部が除去されたインゴットからウエーハ状のシリコンウエーハを切り出し（スライス加工）、切り出したシリコンウエーハの周辺部の角を落とすために面取り（ベベリング加工）を施すことができる。更に、このシリコンウエーハ表面の凹凸を無くし、平坦度を高め、スライス時の加工歪を最小にする為にラッピング加工を施すことができる。その後、ラッピング加工時に半導体ウエーハの表面層に形成された加工歪み層を混酸エッチングにより除去することもできる（エッチング）。
【００６２】
このように、ＣＺ法によって、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上となるように成長した単結晶インゴットの外周部を除去して縮径すると、単結晶インゴット外周部の除去を行うためにウエーハの製造コストが上昇して、コスト面からは定常的な汚染管理用モニターにはあまり適さなくなる。
しかしながら、そのような不利な点を差し引いても以下に示す様な大きな利点がある。
例えば、このような方法で作製した金属汚染評価用シリコンウエーハを実際のデバイス工程に流すことによって、製品の電気特性や歩留りを通常の３００ｍｍウエーハを用いて評価した場合と比較して、外周部の歩留り低下の原因が結晶の性質に起因するものか、プロセス条件に起因するのかを、容易かつ確実に把握することができ、金属汚染の少ないシリコンウエーハであるかを高い信頼性で確認することができる。
よって、外周部の歩留り低下の原因が、金属汚染かウエーハの結晶特性に起因するものかを直接的かつ高い信頼性で評価することができるモニターウエーハが得られる。従って、工程の改善、デバイス製造歩留りの向上に確実に寄与することができる。
【００６３】
また、本発明の金属汚染評価用シリコンウエーハは、以下に示す様な金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法によっても製造することができるが、もちろんこれにも限定されない。
【００６４】
まず、ＣＺ法によって、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上となるように単結晶インゴットを成長させる。
ここで成長させる単結晶インゴットは、酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、抵抗率が１Ωｃｍ以上となるようにする以外の規格（導電型等）は特に限定されず、一般的な条件とすればよい。
【００６５】
そして、先に成長させた単結晶インゴットからＣＺシリコン基板を切り出す。
この切り出しも一般的な条件とすることができ、例えば内周刃スライサあるいはワイヤソー等の切断装置によってスライスすることができる。また、この後にラッピング・エッチング・研磨のうち少なくとも１つ以上を行うことができる。
【００６６】
その後、先に切り出したＣＺシリコン基板の外周部を所定量だけ除去し、所望の直径の金属汚染評価用シリコンウエーハとする。
ここで、このＣＺシリコン基板の外周部の除去量は、上述のように８ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００６７】
インゴットの円筒研削による縮径ではなく、ウェーハ段階での縮径も適用可能である。例えば厚さ７７５μｍの３００ｍｍウェーハをくり抜き加工して、２００ｍｍ鏡面ウェーハに加工することにより、インゴット外周部を除外したウェーハを得られる。
【００６８】
このような場合には、ＣＺシリコン基板の直径を３００ｍｍとし、ＣＺシリコン基板の外周部の除去量を外周部から少なくとも２０ｍｍ以上として、直径２００ｍｍの金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することができる。
このように、直径２００ｍｍ用の汚染評価用の金属汚染評価用シリコンウエーハに関しては、例えば直径３００ｍｍの酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下で、抵抗率が１Ωｃｍ以上のＣＺシリコン基板のうち、規格外品等のデバイス製造工程に回さない分を選択し、この選択したＣＺシリコン基板の外周部を除去することによって製造することが可能である。
この方法であれば、直径３００ｍｍＣＺシリコン基板のうち、不純物濃度が高かったり、酸素析出が起こりやすい外周部を除外するだけで高信頼性の金属汚染評価用シリコンウエーハを製造することができるので、製造自体は非常に容易である。
【００６９】
またＣＺシリコン基板の直径を２００ｍｍとし、ＣＺシリコン基板の外周部の除去量を外周部から少なくとも１５ｍｍ以上として、直径１５０ｍｍの金属汚染評価用シリコンウエーハを作製することができる。
直径１５０ｍｍ用の金属汚染評価用シリコンウエーハに関しても、同様に直径２００ｍｍの酸素濃度が０．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下で、抵抗率が１Ωｃｍ以上のＣＺシリコン基板のうち、規格外品等のデバイス製造工程に回さない分を選択し、この選択したＣＺシリコン基板の外周部を除去することによって製造することが可能である。
【００７０】
また、ＣＺシリコン基板の外周部の除去は、ＣＺシリコン基板のオリフラまたはノッチに対して所定の方向に、ＣＺシリコン基板の中心から５ｍｍ以上偏芯させて縮径することとすることができる。
【００７１】
従来の金属汚染評価用シリコンウエーハによって金属汚染の有無を評価すると、ウエーハ周辺部でライフタイムが低下した場合では、金属汚染起因か結晶起因かの判断に迷うことになる。
それに対して、本発明のように成長インゴットの直径に対して縮径されて外周部が除去され、かつその縮径の方法がＣＺシリコン基板のオリフラまたはノッチに対して所定の方向に、ＣＺシリコン基板の中心から５ｍｍ以上偏芯させて縮径するものであれば、もし万が一に酸素析出が原因でライフタイムの低下が起った場合であっても、外周部の除去方法が偏芯されているため、ライフタイムの分布がウエーハ中心から所定の方向にずれたものとなる。よって、酸素析出起因であるのか熱処理による汚染起因によるものかを明確に把握することができ、汚染原因を容易に判断できるようになる。
従って、更に高い信頼性を持って金属不純物汚染の有無の評価を行うことができるモニター用金属汚染評価用シリコンウエーハが得られる。
【００７２】
そして、単結晶インゴットからＣＺシリコン基板を切り出した後に、ＣＺシリコン基板を少なくとも１枚以上抜き取り、抜き取ったＣＺシリコン基板の表面にケミカルパッシベーションによりパッシベーション膜を形成してＰＣＤ法によってウエーハライフタイムを測定し、ウエーハライフタイムが抜き取ったＣＺシリコン基板の外周部も含めて６００μｓｅｃ以上となっていることを確認した後、ＣＺシリコン基板の外周部を除去することができる。
【００７３】
金属汚染評価用シリコンウエーハに関しては、結晶成長中の外周部の汚染も含め、ウエーハ工程終了段階で、十分長いライフタイムを有することが保証されていることが望ましい。
例えば、デザインルールが０．１μｍの高集積デバイス用のシリコンウエーハの金属汚染量は、関連団体のロードマップではＦｅ濃度で１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にするよう定められているが、この要求をライフタイムに換算するとおおよそ６００μｓｅｃに対応する（図３参照）。
そこで、この水準の金属汚染を管理するためには、金属汚染管理用シリコンウエーハが熱処理前のウエーハ段階で最低でも６００μｓｅｃ以上のライフタイムを持つ必要がある。ここで、ＣＺシリコン基板の外周部を除去する本発明の金属汚染評価用シリコンウエーハの製造方法によれば、熱処理後であっても、結晶起因によるライフタイム・拡散長の低下がないため、ウエーハ面内でばらつきの少ない測定を行うことができるモニターウエーハが製造される。
そのため、ウエーハ加工工程終了段階で、抜き取りで熱処理を伴わないケミカルパッシベーション後のＰＣＤ法によってライフタイムを検査し、ライフタイムが６００μｓｅｃ以上であることを確認することによって、ライフタイムモニターとしての品質を、インゴットロット単位で明確に保証できる。そして、このインゴットから得られたＣＺシリコン基板の外周部を除去することで、高感度な金属不純物評価を行うことができるモニター用金属汚染評価用シリコンウエーハを効率よく製造することができるようになる。
なお、図３は、シリコンウエーハの鉄濃度と、少数キャリア寿命（ライフタイム）や拡散長との関係を示した図である。
【００７４】
このように、大口径のＣＺシリコン基板の外周部を除去する方法であれば、その生産数量的には限定されるが、例えば規格外品となったＣＺシリコン単結晶を用いることができるため、モニターウエーハの製造コストに関する問題を、単結晶インゴットの外周部を除去して縮径する場合に比べて小さくすることができる。よって、その実施は非常に容易であり、コスト的にも十分実施することが可能である。
【実施例】
【００７５】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより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。
（実施例１、比較例１）
直径１５０ｍｍのライフタイム測定用の金属汚染評価用シリコンウエーハを２種類準備した。
１種類目は、一般的に用いられている、ＣＺ法で作製された導電型がＰ型、ボロンドープの直径１５０ｍｍの結晶面（１００）結晶であり、格子間酸素濃度は１３．０ｐｐｍａ（０．６５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、抵抗率は約８．０Ωｃｍのものである。このシリコンウエーハの裏面はエッチング後に鏡面研磨を行っており、加工歪は形成されていないものである（比較例１）。
２種類目は、ＣＺ法で作製された直径２００ｍｍ、結晶面（１００）、格子間酸素濃度は１３．０ｐｐｍａ（０．６５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、抵抗率は規格中心が７．５ΩｃｍのＣＺシリコン基板の中心部を切り出して直径１５０ｍｍに加工したウエーハで、厚さは１５０ｍｍウエーハと同じ６２５μｍに加工した。なお、このシリコンウエーハの裏面はエッチング後に鏡面研磨を行っており、加工歪は形成されていないものである（実施例１）。
【００７６】
この２種類のシリコンウエーハに対して、標準的なＳＣ１、ＳＣ２洗浄を行った後、窒素雰囲気中で７００℃の条件の酸化炉に投入し、１，０５０℃で１２０分の熱処理を行った後、７００℃に冷却してから酸化炉から取り出した。なお、これらのシリコンウエーハの前後にはダミーウエーハを各５枚仕込んでおいた。
【００７７】
次に、フッ酸で表面の酸化膜を除去し、ケミカルパッシベーション（ヨウ素−エタノール溶液にディップ）により、ウエーハライフタイムの測定を行った。
ウエーハライフタイムの測定は、近赤外光励起、１ＧＨｚマイクロ波反射によるＰＣＤ法のウエーハライフタイム測定器を用いた。これらの結果を図４に示した。
【００７８】
従来より使用されているような、成長インゴットの直径に対して縮径されずに外周部が除去されていない比較例１のシリコンウエーハを用いて熱処理炉の金属汚染を評価のためにライフタイム測定を行うと、図４（Ａ）に示すように、シリコンウエーハ外周部のライフタイムが低下し、そこに汚染があるように思われる結果となった。
しかし、図４（Ｂ）に示すように、成長インゴットの直径に対して縮径された実施例１のシリコンウエーハを用いて同様にライフタイム測定を行うと、外周部でのライフタイムの低下は、外周部から僅かな範囲にとどまり、それ以外の部分でのライフタイムの低下は僅かなものとなった。
すなわち、実施例１のシリコンウエーハを用いた評価では、熱処理中の汚染が殆どないと判断される結果となった。
【００７９】
このように、同じ熱処理炉に対する金属汚染評価であっても、モニターウエーハの性質の違いにより異なった結果が得られた。
そのため、比較例１のシリコンウエーハを用いた従来の方法では問題にしているシリコンウエーハ外周部のライフタイムの低下があっても、異常と判断せずに、判断保留とされることが多いが、実施例１のシリコンウエーハを用いた結果から、酸化炉の金属汚染によるライフタイムの低下ではないことがはっきりと解った。
このように、実施例１のような成長インゴットに対して縮径されたシリコンウエーハを用いることによって、結晶起因なのか金属汚染によるライフタイムの低下なのかを正確に評価でき、またウエーハ外周部の金属汚染の有無を評価できることが判った。
【００８０】
（実施例２、比較例２）
実施例１と同程度の酸素濃度、抵抗率のＣＺ法で作製された直径３００ｍｍのＣＺシリコン基板の中心部を切り出して、直径２００ｍｍのシリコンウエーハを作製した。このＣＺシリコン基板の切り出しでは、直径３００ｍｍのＣＺシリコン基板の中心に対して、２００ｍｍウエーハの中心を直径３００ｍｍウエーハの中心から、ノッチ方向に４０ｍｍずらして切り出した。その後、ウエーハの厚さを７２５μｍになるようにエッチング・研磨して、直径２００ｍｍのモニターウエーハを作製した（実施例２）。
また、前述の直径３００ｍｍウエーハと同程度の酸素濃度・抵抗率の直径２００ｍｍの通常モニターウエーハを準備した（比較例２）。
【００８１】
上記２種類のシリコンウエーハに対して、標準的なＳＣ１，ＳＣ２洗浄を行って、並べてボートに仕込み、横型拡散炉で熱処理を行った。熱処理の雰囲気ガスは３％の酸素を含む窒素ガスで、８００℃で炉に投入し、１１５０℃に昇温して１２０分の熱処理を行った。そして８００℃まで冷却して炉から取り出した後に、酸化膜をフッ酸でエッチングした後、ヨウ素エタノール液によるケミカルパッシベーションを行い、ＰＣＤ法でライフタイムの測定を行った。これら２種類のシリコンウエーハのライフタイム測定の結果を図５に示した。
【００８２】
図５（Ａ）に示すように、比較例２のシリコンウエーハでは、外周部全体にライフタイムの低い領域が見られた。
これに対し、図５（Ｂ）に示すように、３００ｍｍウエーハから、偏芯、切り出しした実施例２のシリコンウエーハを用いた場合では、ノッチ側では外周極僅かな部分にのみライフタイムの低下が見られ、ノッチと反対側では３００ｍｍウエーハの外周部に対応する領域でライフタイムの低下が見られた。
【００８３】
このように、比較例２のシリコンウエーハでは、ウエーハ中心部に粒子からの汚染と思われるスポット状のライフタイムの低下部位とウエーハ外周部全体にライフタイムが大きく低下した領域が見られたが、実施例２のシリコンウエーハでは見られなかった。
これらの結果から、何れも外周部のライフタイムの低下は、結晶の特性を反映したものであり、炉体からの金属汚染ではないことが解った。そして偏芯の方向、およびその大きさを適切に選べば、より結晶の特性からのライフタイム低下を、金属汚染起因のライフタイム低下と区別できることも判った。
【００８４】
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】
【００８５】
１…ライフタイムの短い領域、
２…ライフタイムがやや短い領域、
３…ライフタイムがやや長い領域、
４…ライフタイムが長い領域。
【図１】
0005467923.tif 000002
【図２】
0005467923.tif 000003
【図３】
0005467923.tif 000004
【図４】
0005467923.tif 000005
【図５】
0005467923.tif 000006