(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の表面層を、重量比で、水酸化アンモニウム（ＮＨ4 ＯＨ ）：過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）：水（Ｈ2 Ｏ）＝１：（１．３〜２．６５）：（２７５〜４３３）の割合で混合した溶液でエッチングする工程と、
前記エッチングする工程で表面層をエッチングされたシリコン基板の表面に現れたピットの密度を計測する工程と
を有するシリコン基板の評価方法。
【請求項２】
前記エッチングする工程でエッチングする厚さが、３０ｎｍ以上である請求項１に記載のシリコン基板の評価方法。
【請求項３】
シリコン基板の表面層を、アンモニアと過酸化水素と水との混合液を用いてエッチングする工程と、
前記エッチングする工程で表面層をエッチングされたシリコン基板の表面を酸化する第１の酸化工程と、
前記第１の酸化工程で酸化されたシリコン基板を、前記第１の酸化工程における酸化温度よりも高温で熱処理する工程と、
熱処理されたシリコン基板の表面を酸化する第２の酸化工程と、
前記第２の酸化工程を経たシリコン基板の表面に現れたピットの密度を計測する工程と
を有するシリコン基板の評価方法。
【請求項４】
前記熱処理する工程において、不活性ガス雰囲気下で熱処理する請求項３に記載のシリコン基板の評価方法。
【請求項５】
前記第１の酸化工程において形成される酸化シリコン膜の厚さが２０〜５０ｎｍである請求項３に記載のシリコン基板の評価方法。
【請求項６】
前記第１の酸化工程において、ハロゲン化水素を含む酸素雰囲気中で酸化を行う請求項３〜５のいずれかに記載のシリコン基板の評価方法。
【請求項７】
前記第２の酸化工程において、水素と酸素との混合雰囲気中で酸化を行う請求項３〜６のいずれかに記載のシリコン基板の評価方法。
【請求項８】
複数のシリコン基板からなるシリコン基板のロットを準備する工程と、
前記ロットから、一部のシリコン基板を抽出する工程と、
抽出されたシリコン基板の表面層を、重量比で、水酸化アンモニウム（ＮＨ4 ＯＨ ）：過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）：水（Ｈ2 Ｏ）＝１：（１．３〜２．６５）：（２７５〜４３３）の割合で混合した溶液でエッチングする工程と、
前記エッチングする工程で表面層をエッチングされたシリコン基板の表面に現れたピットの密度を計測する工程と、
前記ピットの密度を計測する工程で計測された結果に基づいてシリコン基板の良否を判断する工程と、
前記良否を判断する工程で良と判断された場合には、同一ロット内の他のシリコン基板を用いて半導体装置を作製する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項９】
複数のシリコン基板からなるシリコン基板のロットを準備する工程と、
前記ロットから、一部のシリコン基板を抽出する工程と、
抽出されたシリコン基板の表面層を、アンモニアと過酸化水素と水との混合液を用いてエッチングする工程と、
前記エッチングする工程で表面層をエッチングされたシリコン基板の表面を酸化する第１の酸化工程と、
前記第１の酸化工程で酸化されたシリコン基板を、前記第１の酸化工程における酸化温度よりも高温、かつ不活性ガス雰囲気下で熱処理する工程と、
熱処理されたシリコン基板の表面を酸化する第２の酸化工程と、
前記第２の酸化工程を経たシリコン基板の表面に現れたピットの密度を計測する工程と、
前記ピットの密度を計測する工程で計測された結果に基づいてシリコン基板の良否を判断する工程と、
前記良否を判断する工程で良と判断された場合には、同一ロット内の他のシリコン基板を用いて半導体装置を作製する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板の評価方法に関し、特に半導体集積回路装置の歩留り低下を予防することが可能なシリコン基板の評価方法に関する。
【０００２】
近年のダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等の高集積化、微細化に伴い、シリコン基板の表面の微細な加工歪、結晶欠陥、及び表面不純物の低減に対する要求が厳しくなってきている。シリコン基板表面の微細な加工歪、結晶欠陥、及び表面不純物の密度を事前に評価する技術が求められている。
【０００３】
【従来の技術】
シリコン基板表面の結晶不完全性の評価方法として、酸化処理後に酸化膜を除去し、酸性の選択性エッチャントによるエッチングを行ったのち、基板表面に現れるピットを検出する方法、及びシリコン基板表面層のＸ線回折のロッキングカーブの半値幅を測定する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
酸性の選択性エッチャントを用いたエッチングによる方法、及びＸ線回折のロッキングカーブによる方法では十分な評価を行うことができず、半導体集積回路の製造工程中の不具合が発生して始めてシリコン基板の結晶不完全性が顕在化する場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、シリコン基板に対する製造工程に入る前にシリコン基板の結晶性等を評価し、シリコン基板を用いた半導体装置の歩留り低下を回避することが可能なシリコン基板の評価方法を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、上記評価方法を用いて半導体装置の歩留り低下を回避することが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、シリコン基板の表面層を、重量比で、水酸化アンモニウム（ＮＨ4 ＯＨ ）：過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）：水（Ｈ2 Ｏ）＝１：（１．３〜２．６５）：（２７５〜４３３）の割合で混合した溶液でエッチングする工程と、前記エッチングする工程で表面層をエッチングされたシリコン基板の表面に現れたピットの密度を計測する工程とを有するシリコン基板の評価方法が提供される。
【０００８】
上記溶液を用いてエッチングを行うと、結晶欠陥等に対応してピットが現れる。ピットの密度を計測することにより、シリコン基板の結晶性等の評価を行うことができる。
【０００９】
本発明の他の観点によると、シリコン基板の表面層を、アンモニアと過酸化水素と水との混合液を用いてエッチングする工程と、前記エッチングする工程で表面層をエッチングされたシリコン基板の表面を酸化する第１の酸化工程と、前記第１の酸化工程で酸化されたシリコン基板を、前記第１の酸化工程における酸化温度よりも高温、かつ不活性ガス雰囲気下で熱処理する工程と、熱処理されたシリコン基板の表面を酸化する第２の酸化工程と、前記第２の酸化工程を経たシリコン基板の表面に現れたピットの密度を計測する工程とを有するシリコン基板の評価方法が提供される。
【００１０】
第１の酸化工程、熱処理、第２の酸化工程を行うことにより、ピットを計測し易くすることができる。これにより、比較的容易にシリコン基板の結晶性等の評価を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を説明する前に、従来の評価方法を用いてシリコン基板を評価した結果について説明する。まず、チョクラルスキー法で製造された（１００）面が表出したシリコン基板を適正な研磨圧力で研磨した適正基板、適正な研磨圧力とは異なる圧力で研磨した非適正基板、及び適正基板の表面に濃度１００ｐｐｂ程度のＣｕを含む界面活性剤を噴霧した後に最終洗浄を行った銅汚染基板の３種類の評価基板を準備した。銅汚染基板の表面のＣｕ濃度は、１×１０8 ｃｍ-2以下であった。
【００１２】
図１（Ａ）は、３種類の評価基板を酸性の選択性エッチャントを用いてエッチングし、基板表面に現れたピットの密度を示す。縦軸は、ピットの密度を単位ｃｍ-2で表す。ピットの密度は、微分干渉型顕微鏡を用いて計測した。酸性の選択性エッチャントを用いたエッチングとして、例えば、ＨＦとＫ2 Ｃｒ2 Ｏ7 とを用いたセコエッチング、及びＨＦとＣｒＯ3 とを用いたサートルエッチングが知られている。
【００１３】
適正基板、非適正基板、及び銅汚染基板を使用した場合に、ピット密度はそれぞれ約４００ｃｍ-2、４４０ｃｍ-2、及び４１５ｃｍ-2であり、有為な差は見られなかった。
【００１４】
図１（Ｂ）は、３種類の評価基板を用いて最小線幅０．４μｍのＤＲＡＭを作製した場合の歩留りを示す。縦軸は、適正基板を用いた場合の歩留りを基準とした相対値を表す。非適正基板及び銅汚染基板を用いた場合の相対歩留りは、それぞれ０．９５及び０．２であった。非適正基板を用ると、適正基板を用いた場合に比べて歩留りがやや低下し、特に銅汚染基板を用いた場合に歩留りが大きく低下することがわかる。
【００１５】
歩留りの低下を予防するためには、ＤＲＡＭ製造工程に入る前に非適正基板及び銅汚染基板を抽出し、除去しておくことが必要となる。しかし、図１（Ａ）で行った従来のシリコン基板の評価方法では、非適正基板及び銅汚染基板を特定することが困難である。
【００１６】
次に、非適正基板及び銅汚染基板を特定することができる第１の実施例について説明する。
【００１７】
アンモニアと過酸化水素と水とを混合したエッチャントを用い、評価対象のシリコン基板の表面層を所定の厚さ、例えば５０ｎｍ程度エッチングする。エッチャントに用いたアンモニア及び過酸化水素の濃度は、それぞれ２９重量％及び３１重量％である。このアンモニアと過酸化水素と水とを、容積比で１：２：１１０になるように混合し、エッチャントを作製した。このアンモニアの密度は０．９０ｇ／ｃｍ3 、過酸化水素の密度は１．１１ｇ／ｃｍ3 であるため、作製されたエッチャントの水酸化アンモニウム（ＮＨ4 ＯＨ ）と過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）と水（Ｈ2 Ｏ）との重量比が約１：２．６４：４３０になる。また、エッチング時のエッチャントの温度は８０℃とした。
【００１８】
シリコン基板の表面層をエッチングすることにより、その表面にピットが現れる。レーザ光を使用した欠陥検出装置を用い、０．１μｍ以上のパーティクルを検出する条件でピットの数を計測してピット密度を求めた。
【００１９】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれエッチャントによるエッチングの厚さを１０ｎｍとした第１の比較例及び５０ｎｍとした第１の実施例による評価結果を示す。ここで用いたウエハの直径は１５０ｍｍである。エッチングの厚さを１０ｎｍとした場合には、適正基板、非適正基板、及び銅汚染基板のピット密度がそれぞれ２９０個／ウエハ、３００個／ウエハ、及び３１０個／ウエハとなり、３種類の評価基板のピット密度に有為な差が見られなかった。エッチングの厚さを５０ｎｍとすると、適正基板、非適正基板、及び銅汚染基板のピット密度は、それぞれ約１５００個／ウエハ、１×１０4 個／ウエハ、及び１×１０5 個／ウエハであった。
【００２０】
このように、エッチングの厚さを５０ｎｍとすると、エッチングの厚さを１０ｎｍとした場合に比べて、計測可能なピットの密度が急激に増加するとともに、３種類の評価基板の間でピット密度に大きさ差が現れた。このため、上記エッチャントを用い、エッチングの厚さを５０ｎｍとすることにより、非適正基板及び銅汚染基板を特定することができる。
【００２１】
エッチング量が少ない場合にはピットが小さすぎるため、３種類の評価基板のピット密度の差が顕在化しないものと考えられる。非適正基板及び銅汚染基板を特定するためには、エッチングの厚さを３０ｎｍ以上とすることが好ましいであろう。
【００２２】
次に、エッチングの厚さを５０ｎｍとし、エッチャントの混合比を変えて評価基板の評価を行った。下表にその結果を示す。
【００２３】
【表１】
0003690563.tif 000002
【００２４】
表中の丸印は、３種類の評価基板を特定することができた場合、バツ印は、３種類の評価基板を特定することができなかった場合を表す。
【００２５】
図３に、表１のうちエッチャントの混合比を１：１：５とした場合の評価結果を示す。３種類の評価基板のすべてに対してピット密度が約１５００個／ウエハとなり、非適正基板と銅汚染基板とを特定することができない。
【００２６】
上記の評価結果から、エッチャントの混合比を、容積比で、アンモニア：過酸化水素：水＝１：（１〜２）：（７０〜１１０）となるようにすることが好ましいことがわかる。この好適な容積比を重量比であらわすと、ＮＨ4 ＯＨ ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：（１．３〜２．６５）：（２７５〜４３３）となる。なお、エッチャントの混合比を重量比で１：（１．３〜５．３）：（２７５以上）としても効果があると推測される。
【００２７】
次に、第２の実施例について説明する。まず、第１の実施例で用いたエッチャントと同様の、混合比１：２：１１０のエッチャントを用いて、評価基板の表面層をエッチングする。
【００２８】
表面層のエッチング後、第１の熱酸化を行う。酸化条件は、酸素ガス流量１５ｓｌｍ、基板温度１０００℃である。
【００２９】
第１の熱酸化後、評価基板の熱処理を行う。熱処理条件は、窒素雰囲気、窒素ガス流量１５ｓｌｍ、基板温度１２００℃、熱処理時間３〜１２時間である。
【００３０】
熱処理後、第２の熱酸化を行う。酸化条件は、ウェット酸素雰囲気、水素ガス流量９ｓｌｍ、酸素ガス流量６ｓｌｍ、基板温度９００℃である。
【００３１】
以上の工程終了後、レーザ光を使用した欠陥検査装置を用い、０．２μｍ以上の表面異物を検出する条件でピット数を計測してピット密度を求めた。
【００３２】
図４（Ａ）〜（Ｄ）に、第２の実施例によるシリコン基板の評価方法の評価結果を示す。各図に対応する評価条件を下表に示す。
【００３３】
【表２】
0003690563.tif 000003
【００３４】
図４（Ａ）と（Ｂ）とを比較すると、第１の熱酸化の雰囲気中にＨＣｌを添加することにより、酸素のみの雰囲気の場合に比べて３種類の評価基板の間でピット密度の差が大きくなることがわかる。このため、第１の熱酸化の雰囲気に塩化水素（ＨＣｌ）を添加することにより、比較的容易に非適正基板及び銅汚染基板を抽出することができる。なお、塩化水素の代わりに、塩化水素以外のハロゲン化水素を添加してもよいであろう。
【００３５】
図４（Ａ）と（Ｃ）とを比較すると、第１の熱酸化で形成される酸化膜厚を３０ｎｍとすることにより、その膜厚を５０ｎｍとした場合に比べて３種類の評価基板の間でピット密度の差が大きくなることがわかる。ただし、第１の熱酸化工程において形成される酸化シリコン膜の厚さは、少なくとも２０〜５０ｎｍの範囲で有効である。
【００３６】
図４（Ｄ）に示すように、エッチングの厚さを１０ｎｍとしても３種類の評価基板の間でピット密度に大きな差が現れている。図２（Ａ）で説明した第１の比較例の場合には、ピット密度に有為な差が見られなかったが、第２の実施例の場合に大きな差が見られるのは、以下の理由によるものと思われる。
【００３７】
第２の実施例では、アンモニア、過酸化水素、及び水の混合液によるエッチング後、第１の熱酸化、熱処理、及び第２の熱酸化を行っている。第２の熱酸化を行った後の評価基板の表面を詳細に観察すると、ピットからシリコン基板表面の＜１１０＞方向に延在する長さ数μｍの溝が形成されていることがわかった。この溝が、銅汚染や結晶欠陥に起因するピットを観測し易くしているため、３種類の評価基板の間でピット密度に大きな差が生じたと思われる。
【００３８】
上記第２の実施例では、第１の熱酸化を行った後、１２００℃の温度で熱処理したが、熱処理の効果を顕在化させるためには、熱処理温度は、第１の熱酸化温度よりも高い温度であればよいであろう。
【００３９】
上記実施例では、チョクラルスキー法で作製した（１００）面のシリコン基板を用いた場合を説明したが、その他の結晶面が表出した基板を用いた場合でも同様の効果が得られるであろう。また、上記実施例では、表面を研磨したシリコン基板を用いた場合について説明したが、水素アニール基板、エピタキシャル成長基板等を用いた場合にも同様の効果が得られる。
【００４０】
次に、上記第１及び第２の実施例による評価方法を用いた半導体装置の製造方法の一例を説明する。
【００４１】
まず、複数のシリコン基板からなるシリコン基板のロットを準備する。このロットから、一部のシリコン基板を抽出する。抽出されたシリコン基板を、第１若しくは第２の実施例による評価方法で評価する。評価結果が良好である場合には、同一ロット内の他のシリコン基板を用いて半導体装置を作製する。評価結果が否である場合には、同一ロット内のシリコン基板を使用しない。このように、半導体装置の製造工程に入る前に、不適当なシリコン基板を除去することにより、歩留りの向上を図ることができる。
【００４２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アンモニアと過酸化水素と水との混合液でシリコン基板の表面をエッチングし、表面に現れたピットの密度でシリコン基板の評価を行う。これにより、半導体装置用基板として不適当なシリコン基板を特定し、半導体装置の製造歩留りの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のシリコン基板の評価方法を用いて３種類の評価基板を評価した結果を示すグラフ、及び３種類の評価基板を用いてＤＲＡＭを製造した場合の歩留りを示すグラフである。
【図２】第１の比較例及び第１の実施例による方法で評価基板を評価した結果を示すグラフである。
【図３】エッチャント混合比を変えた比較例による方法で評価基板を評価した結果を示すグラフである。
【図４】第２の実施例による方法で評価基板を評価した結果を示すグラフである。
【図１】
0003690563.tif 000004
【図２】
0003690563.tif 000005
【図３】
0003690563.tif 000006
【図４】
0003690563.tif 000007