(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエーハを洗浄した後、水素分圧１０ｍｍＨ2Ｏ〜３０ａｔｍの雰囲気中、８００℃〜１３００℃で１分間以上アニール処理してシリコンウエーハに含まれる欠陥を成長させ、しかる後に、シリコンウエーハの欠陥を観察することを特徴とするシリコンウエーハの欠陥観察方法。
【請求項２】
観察対象のシリコンウエーハが、埋め込み酸化物層を有するＳＩＭＯＸ(Separation by Implanted Oxygen)ウエーハであることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエーハの欠陥観察方法。
【請求項３】
アニール処理後のシリコンウエーハを微分干渉顕微鏡で観察することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のシリコンウエーハの欠陥観察方法。
【請求項４】
アニール処理後のシリコンウエーハをＸ線トポグラフで観察することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のシリコンウエーハの欠陥観察方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリコンウエーハの欠陥観察方法に関し、特にＳＩＭＯＸ(Separation by Implanted Oxygen)ウエーハの品質評価に最適なシリコンウエーハの欠陥観察方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＩＭＯＸ(Separation by Implanted Oxygen)ウエーハは、例えばＵＬＳＩ等の製造に用いられる。
【０００３】
このＳＩＭＯＸウエーハの表面のシリコン層は、非常に薄肉である。このため、ＳＩＭＯＸウエーハに通常のエッチングを行っても、形成されるピットは相当小さなものとなる。また、その密度が小さくなると、追加のエッチングを施しても計数が容易でなかった。
【０００４】
従来、シリコン層と埋め込み酸化物層の界面付近における欠陥を検出するため、断面試料を作製して、様々な分析手段が試されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、両層の界面付近では欠陥密度が小さく、そのサイズも小さいため、欠陥を直接的に観察することは難しかった。
【０００６】
このように、ＳＩＭＯＸウエーハにおいて、表面シリコン層と埋め込み酸化物層の界面付近における欠陥の有無を知り、ウエーハの品質を評価する確実な方法は、これまでのところ確立されていない。
【０００７】
このため、ＳＩＭＯＸウエーハの品質は、ＵＬＳＩを形成した後のデバイス欠陥として、すなわち完成品の欠陥として事後的・間接的に知る以外に方法がなかったのである。
【０００８】
このような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、特にＳＩＭＯＸウエーハの表面シリコン層と埋め込み酸化物層の界面付近における欠陥の有無を的確に知ることが可能なシリコンウエーハの欠陥観察方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明は、シリコンウエーハを洗浄した後、水素分圧１０ｍｍＨ2Ｏ〜３０ａｔｍの雰囲気中、８００℃〜１３００℃で１分間以上アニール処理してシリコンウエーハに含まれる欠陥を成長させ、しかる後に、シリコンウエーハの欠陥を観察することを特徴とするシリコンウエーハの欠陥観察方法を要旨としている。
【００１０】
【実施例】
本発明のシリコンウエーハの欠陥観察方法は、シリコン単結晶格子に含まれる水素原子と結晶欠陥との相互作用を利用し、欠陥自体を強制的に拡大することによって、欠陥を直接的に観察できる構成になっている。以下、その詳細を説明する。
【００１１】
高純度シリコン結晶中では、水素は大部分原子状態で存在し、高温での水素原子濃度は、次の一般式で表される。
【００１２】
【数１】
0003639073.tif 000002
前記数式１において、ＰH2は雰囲気中での水素分圧、ｋはBoltzmann 定数、Ｔは熱力学温度である。シリコン結晶中に入っている水素原子は、シリコン表面層と埋め込み酸化物層との界面付近で、酸化物と化学反応を行うが、この反応が最も生じ易い場所（選択的にエッチングされる場所）はおそらく微小欠陥の付近であると考えられる。
【００１３】
さて、前記反応における生成物の一つは水であるが、シリコン中での水の存在確率は小さく、その拡散速度は不明である。しかし、生成された水は埋め込み酸化物中やシリコン層との界面で拡散可能であり、微小欠陥の付近で凝集状態になることが判った。
【００１４】
そこで、本発明者達は、水素原子の選択的エッチングと、生成物の水の凝集との両方を積極的に利用して微小欠陥を拡大することによって、微小欠陥を直接的に観察できることを見出したのである。観察装置としては、通常の微分光学顕微鏡やＸ線トポグラフ等を用いることができる。
【００１５】
本発明の評価方法は、シリコンウエーハを洗浄し、その後、水素分圧１０ｍｍＨ2Ｏ〜３０ａｔｍの雰囲気中、８００℃〜１３００℃で１分間以上アニール処理し、しかる後に、微小欠陥を観察することを特徴としている。
【００１６】
水素分圧を１０ｍｍＨ2Ｏ以上３０ａｔｍ以下とした理由を述べる。水素分圧が１０ｍｍＨ2Ｏ未満の場合には、前記数式１からも分かるようにシリコン格子間における水素濃度も低くなり、埋め込み酸化物との反応速度が遅くなるからである。また、水素分圧を３０ａｔｍ以下としたのは、３０ａｔｍを超える水素分圧を実現するためには大掛かりな熱処理装置を必要としコスト高となるからである。
【００１７】
処理温度を８００℃〜１３００℃とした理由を述べる。処理温度が８００℃未満の場合には、水素とシリコン酸化物との反応が生じ難いからである。また、処理温度が１３００℃を超える場合には、石英炉芯管の寿命が短くなり、その結果コスト高となるからである。
【００１８】
以下、本発明の実施例１を説明する。
【００１９】
先ず、６インチのシリコンウエーハに対して酸素イオンを１．８×１０18ｃｍ-2の密度で注入し、さらに酸化雰囲気で１３５０℃６時間のアニール処理を行い、その後、表面の酸化膜を除去してＳＩＭＯＸウエーハを得た。この試料の埋め込み酸化物層の厚さは３６０ｎｍ、その上層にあるシリコン表層の厚さは１８０ｎｍであった。
【００２０】
実施例１では、このＳＩＭＯＸウエーハを標準的に洗浄した後で、水素１００％、１気圧の雰囲気中で１２００℃２時間の熱処理を行った。
【００２１】
他方、前記水素処理を行わない以外は実施例１のウエーハと全く同じウエーハを準備し、比較例１とした。
【００２２】
そして、実施例１及び比較例１のウエーハを、微分干渉顕微鏡で観察した。
【００２３】
図１は、実施例１のウエーハの粒子構造を示す顕微鏡写真である。この写真から明らかなように、実施例１のウエーハには欠陥が観察された。この欠陥の密度を微分干渉顕微鏡で計数したところ、１〜２個／ｃｍ2であった。
【００２４】
これに対して、比較例１のウエーハでは、微分干渉顕微鏡で欠陥が観察されなかった。ここで注意すべきは、比較例１のウエーハにおいても、実施例１と同密度の微細な欠陥が存在していたはずであるが、微分干渉顕微鏡ではこれを観察できなかった点である。すなわち、実施例１では、微細な欠陥をある程度成長させることによって、これが観察可能になったのである。
【００２５】
さらに、実施例１及び比較例１のウエーハの欠陥を、Ｘ線トポグラフによって観察した。
【００２６】
その結果、実施例１のウエーハの欠陥の密度は、十数個／ｃｍ2であった。従って、実施例１のウエーハには、微分顕微鏡で観察できなかった欠陥が存在していたことが分かる。観察できなかった欠陥は、水素処理で成長したにも拘らず表面シリコン層を貫通しなかったものと考えられる。
【００２７】
一方、比較例１のウエーハをＸ線トポグラフによって観察したが、やはり欠陥は観察されなかった。
【００２８】
このように、本発明方法によれば、従来は事実上検出困難であったシリコンウエーハの欠陥を検出することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明方法によれば、特にＳＩＭＯＸウエーハの欠陥を視覚的に観察することが可能である。従って、デバイス工程を施しデバイス欠陥として事後的にウエーハ欠陥を知る前に、予めＳＩＭＯＸウエーハの品質を評価し、欠陥の有無を知ることができる。
【００３０】
なお、本発明は前述の実施例に限定されない。例えば、本発明方法は、Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ構造の接着ウエーハについても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例のシリコンウエーハの粒子構造を示す電子顕微鏡写真。
【図１】
0003639073.tif 000003