(57)【要約】      （修正有）【課題】エピタキシャル成長炉の金属汚染を高感度に評価する方法を提供する。【解決手段】評価対象のエピタキシャル成長炉においてボロンドープｐ型シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを得て、上記エピタキシャルウェーハをエピタキシャル層表面から厚み１μｍ以上除去し、上記除去後のウェーハを２００〜４００℃の加熱温度で熱処理し、上記熱処理後のウェーハの上記除去を行った表面に表面不活性化処理を施した後、上記表面不活性化処理後のウェーハ表面に励起光を照射し９×１０12Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2以上のキャリア注入を行いマイクロ波光導電減衰法により前記ウェーハのライフタイムを測定し、上記測定により得られた測定値に基づき前記エピタキシャル成長炉の金属（ただし、Ｆｅを除く）汚染を評価する。【選択図】図１
2014036122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル成長炉の評価方法であって、
評価対象のエピタキシャル成長炉においてボロンドープｐ型シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを得ること、
上記エピタキシャルウェーハをエピタキシャル層表面から厚み１μｍ以上除去すること、
上記除去後のウェーハを２００〜４００℃の加熱温度で熱処理すること、
上記熱処理後のウェーハの上記除去を行った表面に表面不活性化処理を施すこと、
上記表面不活性化処理後のウェーハ表面に励起光を照射し９×１０12Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2以上のキャリア注入を行いマイクロ波光導電減衰法により前記ウェーハのライフタイムを測定すること、および、
上記測定により得られた測定値に基づき前記エピタキシャル成長炉の金属（ただし、Ｆｅを除く）汚染を評価すること、
を特徴とする、前記評価方法。
【請求項２】
前記シリコン基板の基板抵抗は５〜２０Ω・ｃｍの範囲である請求項１に記載のエピタキシャル成長炉の評価方法。
【請求項３】
前記表面不活性化処理を、ケミカルパッシベーション法により行う請求項１または２に記載のエピタキシャル成長炉の評価方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の評価方法によりエピタキシャル成長炉の評価を行うこと、および、
評価の結果、金属汚染の程度が許容レベルと判定されたエピタキシャル成長炉において、または、評価の結果、金属汚染の程度が許容レベルを超えると判定されたエピタキシャル成長炉に金属汚染低減処理を施した後に該エピタキシャル成長炉において、エピタキシャル層を気相成長させること、
を含む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製造に使用されるエピタキシャル成長炉の評価方法および上記評価方法による汚染管理がなされたエピタキシャル成長炉を使用するエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャル成長を行う熱処理炉（エピタキシャル成長炉）の金属汚染に起因してエピタキシャルウェーハに金属不純物が混入することは、デバイス特性低下の原因となる。そこで、エピタキシャル成長炉の金属汚染を、同炉内で熱処理したモニターウェーハの金属汚染レベルから間接的に評価し、必要に応じて炉内の洗浄、部品交換等の金属汚染低減のための管理を行うことが、日常的に実施されている。
【０００３】
シリコンウェーハの金属汚染の評価方法としては、特許文献１、２等に記載されているマイクロ波光導電減衰法（以下、μ−ＰＣＤ法ともいう。）による再結合ライフタイム（以下、単にライフタイムとも記載する。）測定が広く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３０２２４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−４０８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、デバイスの高性能化に伴い、エピタキシャル成長炉の金属汚染管理への要求は、ますます厳しくなっている。例えば、ＣＣＤ・ＣＭＯＳイメージセンサーなどの撮像素子用エピタキシャルウェーハにおいては、撮像素子の高性能化に伴って、エピタキシャル層のわずかな金属汚染でも撮像素子の白キズ不良の原因となる場合があるため、高いクリーン度のエピタキシャル成長炉でエピタキシャル層の形成を行うことが求められるようになってきている。そのため、エピタキシャル成長炉の金属汚染評価には、わずかな金属汚染の検出も可能とするために更なる高感度化が要求されている。
【０００６】
そこで本発明の目的は、エピタキシャル成長炉の金属汚染を高感度に評価するための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ボロンドープｐ型シリコン基板をエピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するためのモニターウェーハとして使用する場合には、下記工程（Ａ）〜（Ｃ）を実施することにより、Ｆｅ以外の金属汚染の検出感度を大きく向上できるとの、新たな知見を得るに至った。
【０００８】
（Ａ）μ−ＰＣＤ法による少数キャリアの再結合ライフタイム測定前に、評価対象のエピタキシャル成長炉内で形成したエピタキシャル層の表面から所定深さまで、ウェーハ表層部を除去する。
評価対象のエピタキシャル成長炉で気相成長を行ったモニターウェーハの表層部には、何らかのライフタイム低下要因（ごく微小なクラック、欠陥等と考えられる）が存在し、これは通常のＳＣ１洗浄やＨＦ処理では十分除去することができないと推察される。工程（Ａ）により感度向上が可能となる理由は、上記のライフタイム低下要因が、気相成長後のモニターウェーハの表層部ごと除去されることにあると考えられる。
【０００９】
（Ｂ）上記除去後のウェーハを、所定温度で熱処理する。
ライフタイムは、ウェーハ表面から裏面までの、バルク全体における過剰注入キャリアの減衰の平均的な姿を反映している。ボロンドープｐ型シリコン基板にＦｅが混入すると、Ｆｅは気相成長のための熱処理中にバルクの奥深くまで拡散し、熱処理終了後室温に戻るとＦｅ−Ｂペアを形成する。Ｆｅ−Ｂペアは各種金属と比べて強力なライフタイムキラーであり、Ｆｅ汚染の大小がライフタイムの値に大きく影響してしまうため、Ｆｅ以外の金属、例えば拡散の遅いＭｏやＴｉなどによる汚染の有無や程度を評価したい場合、ライフタイム値に対するバルク汚染の影響は外乱となる。そこで、Ｆｅ−Ｂペアを乖離し得る温度で熱処理を行いＦｅを格子間Ｆｅとして存在させれば、ライフタイム測定前にＦｅ−Ｂペアによる外乱を低減ないし排除することができるため高感度測定が可能になると、本発明者らは推察している。
【００１０】
（Ｃ）再結合ライフタイム測定のためのキャリア注入量を所定値以上とする。
特許文献２には、感度向上のためにはキャリア注入量は低くすべきと記載されているが、上記工程（Ｂ）を行った後には、キャリア注入量を高くすることが感度向上につながることが、本発明者らの検討の結果、明らかとなった。この点について本発明者らは、以下のように推定している。
Ｆｅ−Ｂペアによる外乱はキャリア注入量が多いほど大きくなるため、Ｆｅ−Ｂペア乖離処理を行っていない状態ではキャリア注入量を低くすることがＦｅ−Ｂペアの外乱の影響を低減するためには好ましい。他方、Ｆｅが格子間Ｆｅとして存在するのであれば、キャリア注入量が大きいほどＦｅ汚染によるライフタイムへの影響は小さくなる。また、キャリア注入量が大きいほど表面再結合速度が小さくなりライフタイムの値は大きくなる。したがって、Ｆｅ−Ｂペアを乖離しＦｅを格子間Ｆｅとして存在させれば、キャリア注入量を大きくすることが、わずかな金属汚染の検出には有利である。したがって、上記工程（Ｂ）によりＦｅ−Ｂペアを乖離して格子間Ｆｅにすれば、キャリア注入量を多くするほどライフタイム測定によるＦｅ以外の金属汚染の検出感度を向上することができる。特に、上記工程（Ａ）により表層部を除去したうえで、工程（Ｂ）によりＦｅ−Ｂペアの影響を低減ないし排除することで、所定値以上の高注入量でキャリアを注入することによりＦｅ以外の金属汚染の検出感度の格段の向上が可能となることは、本発明者らにより新たに見出された知見である。
【００１１】
即ち、上記目的は、下記手段により達成された。
［１］エピタキシャル成長炉の評価方法であって、
評価対象のエピタキシャル成長炉においてボロンドープｐ型シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを得ること、
上記エピタキシャルウェーハをエピタキシャル層表面から厚み１μｍ以上除去すること、
上記除去後のウェーハを２００〜４００℃の加熱温度で熱処理すること、
上記熱処理後のウェーハの上記除去を行った表面に表面不活性化処理を施すこと、
上記表面不活性化処理後のウェーハ表面に励起光を照射し９×１０12Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2以上のキャリア注入を行いマイクロ波光導電減衰法により前記ウェーハのライフタイムを測定すること、および、
上記測定により得られた測定値に基づき前記エピタキシャル成長炉の金属（ただし、Ｆｅを除く）汚染を評価すること、
を特徴とする、前記評価方法。
［２］前記シリコン基板の基板抵抗は５〜２０Ω・ｃｍの範囲である［１］に記載のエピタキシャル成長炉の評価方法。
［３］前記表面不活性化処理を、ケミカルパッシベーション法により行う［１］または［２］に記載のエピタキシャル成長炉の評価方法。
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載の評価方法によりエピタキシャル成長炉の評価を行うこと、および、
評価の結果、金属汚染の程度が許容レベルと判定されたエピタキシャル成長炉において、または、評価の結果、金属汚染の程度が許容レベルを超えると判定されたエピタキシャル成長炉に金属汚染低減処理を施した後に該エピタキシャル成長炉において、エピタキシャル層を気相成長させること、
を含むエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エピタキシャル成長炉の金属汚染の有無や程度を感度よく評価することができる。更に、得られた評価結果に基づきエピタキシャル成長炉の金属汚染を管理することにより、金属汚染の少ない高品質なエピタキシャルウェーハを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】エピタキシャルウェーハの表層部除去および熱処理による測定感度向上効果を示す結果である。
【図２】図１に示す結果を得るために用いたシリコン基板のＳＰＶ測定によるバルクＦｅ濃度の算出値を示す。
【図３】表層部除去厚とライフタイム値との関係を示すグラフである。
【図４】μ−ＰＣＤ法によるライフタイム測定におけるキャリア注入量に関する検討結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、以下の工程を含む、エピタキシャル成長炉の評価方法に関する。
評価対象のエピタキシャル成長炉においてボロンドープｐ型シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを得ること、
上記エピタキシャルウェーハをエピタキシャル層表面から厚み１μｍ以上除去すること、
上記除去後のウェーハを２００〜４００℃の加熱雰囲気に配置して熱処理すること、
上記熱処理後のウェーハの上記除去を行った表面に表面不活性化処理を施すこと、
上記表面不活性化処理後のウェーハ表面に励起光を照射し９×１０12Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2以上のキャリア注入を行いマイクロ波光導電減衰法により前記ウェーハのライフタイムを測定すること、および、
上記測定により得られた測定値に基づき前記エピタキシャル成長炉の金属（ただし、Ｆｅを除く）汚染を評価すること。
以下、本発明の評価方法について、更に詳細に説明する。
【００１５】
本発明において、エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために使用するモニターウェーハは、ボロンドープｐ型シリコン基板である点以外、特に限定されるものではない。エピタキシャル成長炉の汚染金属の回収およびウェーハ内への拡散を良好に行う観点からは、上記シリコン基板の基板抵抗は、５〜２０Ω・ｃｍの範囲であることが好ましい。基板の厚さは、作業性等の観点から、５００〜１０００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００１６】
上記シリコン基板を評価対象のエピタキシャル成長炉に導入し基板上にエピタキシャル層を気相成長させると、炉内に存在していた金属不純物は、得られたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層またはシリコン基板に捕獲され、その後、気相成長のための熱処理中に、形成されたエピタキシャル層およびシリコン基板のバルク内部に拡散する。こうしてウェーハ内に取り込まれた金属不純物は、ライフタイム値を低下させるため、ライフタイム値の大小により金属汚染の有無や程度を判定することができるのであるが、エピタキシャル成長炉から取り出したエピタキシャルウェーハを、そのまま通常のμ−ＰＣＤ法によるライフタイム測定に付すと、エピタキシャル成長炉の金属汚染を感度よく正確に評価することは困難である。
これに対し本発明では、先に説明した工程（Ａ）および（Ｂ）を実施することで、感度低下要因を排除したうえで、前述の工程（Ｃ）において高キャリア注入量で励起光照射を行うことで、高感度評価を可能とする。なお、上記シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させる条件は、実製造における気相成長条件と同一ないし類似の条件とすることが、製品ウェーハにおいて発生し得るエピタキシャル成長炉に起因する金属汚染を正確に把握するために好ましい。
以下に、前述の工程（Ａ）〜（Ｃ）の詳細を、順次説明する。
【００１７】
工程（Ａ）は、エピタキシャル成長炉から取り出したエピタキシャルウェーハをエピタキシャル層表面から所定厚さ除去する工程である。除去厚みが１μｍ未満では、表層部を除去することによる効果を十分に得ることは困難であり、また均一な除去も困難である。したがって、除去厚みは１μｍ以上とする。エピタキシャル層をすべて除去してもよいため、最大除去厚さは、形成したエピタキシャル層の厚さ（例えば１０〜２０μｍ程度）であってもよい。エピタキシャル層をすべて除去したうえで更に基板表層部をエッチングにより除去することも可能ではあるが、拡散速度が遅くてエピタキシャル層に留まり、通常のμ−ＰＣＤ法による評価では高感度検出が困難な金属（例えばＭｏ、Ｔｉ）汚染を評価する場合には、基板までエッチングすることは好ましくない。また、除去厚みが厚いほど除去に時間を要し評価にかかる時間が長くなるため、除去厚みは、作業効率を維持しつつ均一な除去を行うことができる範囲とすることが好ましく、例えば２〜５μｍ程度とすることが好適である。エピタキシャルウェーハ表層部の除去は、酸エッチング等の公知の方法で行うことができる。こうして表層部を除去することで、表層部に存在するライフタイム低下要因を低減ないし排除し評価の感度を高めることができる。表層部を除去した後、ウェーハ表面を任意にＨＦ処理等の清浄化処理に付すこともできる。
【００１８】
Ｆｅは、結晶引き上げ等のシリコン基板の製造工程において混入する可能性の高い金属種であるが、前述の通り、ボロンドープｐ型シリコン基板では、強力なライフタイムキラーであるＦｅ−Ｂを形成してしまう。これに対し、本発明において表層部を除去した後のウェーハに施す熱処理は、Ｆｅ−Ｂペアを乖離する作用を果たしていると、本発明者らは考えている。Ｆｅは、Ｆｅ−Ｂペアを形成している状態と比べて格子間Ｆｅとして存在する方がライフタイム値への影響ははるかに小さいため、熱処理によりＦｅ−Ｂペアを格子間Ｆｅと置換型Ｂに乖離することで、ライフタイム測定による評価の感度を高めることができる。
Ｆｅ−Ｂペアは、２００℃以上の加熱温度で数分以内に乖離することが知られているため、加熱温度は２００℃以上とする。ただし、加熱温度が４００℃を超えると、サーマルドナーによるライフタイム値の変動が大きくなる。そこで本発明では、表層部を除去した後のウェーハを２００〜４００℃の範囲の温度で加熱することとする。なお、本発明における加熱温度とは、表層部除去側のウェーハ表面の温度をいうものとする。Ｆｅ−Ｂペアの乖離はごく短時間で起こるため、例えば１分間〜６０分間程度の加熱によりＦｅ−Ｂペアによる外乱を十分に低減ないし排除することができる。ウェーハの加熱は、加熱雰囲気への配置、ホットプレート上での加熱、等の公知の方法で実施することができる。
【００１９】
加熱により乖離したＦｅとＢがライフタイム測定を行うまでの間にリペアリング（再結合）することは、Ｆｅ−Ｂペアによる外乱を排除する観点から好ましくない。リペアリングに要する時間は、ウェーハ中のボロン濃度依存性がある。ボロン濃度に依存するＦｅ−Ｂペアリング速度については、当分野で多数報告されており、リペアリング速度とボロン濃度との間には、以下の関係式が成立することが知られている（D. H. Macdonald, L. J. Geerligs, and A. Azzizi, Journal of Applied Physics Vol. 95, No.3, 2004参照）。
【数１】
2014036122.tif 000003
［式中、ＮAはホウ素濃度；τassocはFe-Bペア形成の時定数；ｋBはボルツマン定数；ｋB＝8.62×10-5eV/°K；Tは絶対温度、である。］
上記式から、例えば、ボロン濃度が１×１０16ａｔｍｓ／ｃｍ3近辺のシリコンは室温（２０〜２５℃程度）であれば３〜４時間、８０℃程度であれば３０分〜１時間程度で、ほぼ１００％Ｆｅ−Ｂペアに戻ることが確認できる。したがって、上記加熱後にライフタイム測定を行うまでの時間は、上記の点を考慮し、リペアリングによるＦｅ−Ｂペアの再形成が多く生じない時間内とすることが好ましい。
【００２０】
上記加熱後のウェーハは、通常のμ−ＰＣＤ法によるライフタイム測定に付される。励起光照射前には、光照射されるウェーハ表面に、前処理として表面不活性化処理が施される。表面不活性化処理としては、熱酸化によりウェーハ表面に酸化膜を形成する方法（酸化法）とウェーハ表面をケミカルパッシベーション溶液と接触させる方法（ケミカルパッシベーション法）が知られている。酸化法では、酸化膜形成のために使用した熱処理炉の汚染がライフタイム値に影響を及ぼす可能性があるため、ケミカルパッシベーション法の使用が好ましい。ケミカルパッシベーション溶液としては、ヨウ素を含有するエタノール（ヨウ素エタノール液、例えば濃度0.02〜0.2 N）、HF水溶液（例えば濃度0.1〜20%）、キンヒドロンメタノール液（例えば濃度0.005〜0.05 N）、キンヒドロン・エタノール液（例えば濃度0.005〜0.05 N）等を用いることができる。
【００２１】
表面不活性化後、ウェーハの厚さに応じて、ウェーハ内ですべての光が吸収されるように励起光の波長を設定し、この設定波長において光パルスを発生させ、表面不活性化処理を施したウェーハ表面に対して照射すると、光パルスによりウェーハ表面および内部に発生した過剰キャリアによってウェーハの導電率が増加し、過剰キャリアが再結合によって消滅するに従い導電率が減少する。このときの反射マイクロ波のパワーの時間変化を検出、解析することで、再結合ライフタイムを求めることができる。ここで本発明では励起光照射によるキャリア注入量を９×１０12Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2以上とすることで、金属汚染の検出感度を高めることができる。キャリア注入量が多いほど検出感度は向上するため好ましいが、キャリアの表面再結合を抑制する観点からは、１×１０14Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2以下とすることが好ましい。
【００２２】
上記工程を経て測定されるライフタイム値は、Ｆｅ−Ｂペアやウェーハ表層部のライフタイム低下要因による影響が低減ないし排除されたものであるため、評価対象のエピタキシャル成長炉の金属汚染状態を良好に示すものであり、値が小さいほど、評価対象のエピタキシャル成長炉の金属汚染が多いと判定することができる。なお本発明において金属汚染を評価する金属種には、Ｆｅは含まれないものとする、
【００２３】
更に本発明は、本発明の評価方法によりエピタキシャル成長炉の評価を行うこと、および、評価の結果、金属汚染の程度が許容レベルと判定されたエピタキシャル成長炉において、または、評価の結果、金属汚染の程度が許容レベルを超えると判定されたエピタキシャル成長炉に金属汚染低減処理を施した後に該エピタキシャル成長炉において、エピタキシャル層を気相成長させること、を含むエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【００２４】
本発明のエピタキシャル成長炉の評価方法によれば、エピタキシャル成長炉の金属汚染を高感度に評価することができる。例えば、ライフタイム値が予め設定していた閾値に満たない場合には金属汚染の程度が許容レベルを超えていると判定する判定基準に基づき、エピタキシャル成長炉の金属汚染の有無を判定することとすれば、許容レベルと判定されたエピタキシャル成長炉は製品エピタキシャルウェーハの実製造に使用し、許容レベルを超えると判定されたエピタキシャル成長炉には、汚染原因を低減ないし排除するように炉内の洗浄、部品の交換等を行うことにより、エピタキシャル成長炉からの金属不純物の混入が抑制された高品質なエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。なお本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法には、製品エピタキシャルウェーハ製造時にエピタキシャル成長炉に評価用のモニターウェーハ（ボロンドープｐ型シリコン基板）を導入し、製品ウェーハと同じ炉内で気相成長を行った後に本発明の評価方法により評価し、エピタキシャル成長炉の汚染の程度が許容レベルであることが確認された炉内で製造されたエピタキシャルウェーハを、製品ウェーハとして出荷する態様も包含される。
上記における閾値（許容レベル）は、製品ウェーハに求められる品質に応じて適宜設定することができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。ただし本発明は、実施例に示す態様に限定されるものではない。以下に記載の「％」とは、質量％である。
【００２６】
１．表層部エッチングおよび熱処理による感度向上の確認
シリコン基板として、ｐ型（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ、比抵抗１０Ω・ｃｍ）のシリコンウェーハを用いて、クリーン度が互いに異なる３つのエピタキシャル成長炉内でそれぞれ厚さ１０μｍのエピタキシャル層を気相成長させた。以下では、上記３つのエピタキシャル成長炉を炉Ａ、Ｂ、Ｃと記載し、炉Ａ内でエピタキシャル層を形成したウェーハをサンプルＡ、炉Ｂ内でエピタキシャル層を形成したウェーハをサンプルＢ、炉Ｃ内でエピタキシャル層を形成したウェーハをサンプルＣと記載する。同一炉内で処理したシリコンウェーハは、同一ロット内から得たものであったため、バルクＦｅ濃度は同等とみなすことができる。
それぞれのサンプルを、フッ酸、硝酸および酢酸を、フッ酸（濃度５０％）：硝酸（濃度７５％）：酢酸（濃度９９％）＝１：１０：１０（体積比）で混合した酸エッチング液に６分間浸漬した。マイクロメーターでエッチング厚を測定したところ、ウェーハ両面のエッチング量は合計６μｍであり、エッチング量は両面でほぼ等しいと考えられるため、上記酸エッチングにより、各サンプルのエピタキシャル成長層の表層部が３μｍエッチングされたことになる。
エッチング後のサンプルは、同水準サンプルを熱処理あり・なしに分けて評価を行った。熱処理ありサンプルは、エッチング後にホットプレート上で２１０℃の加熱温度で１０分間熱処理した後、１時間以内に５％のＨＦ溶液に１０分間浸し、次いで０．０５ｍｏｌ／Ｌのヨウ素／エタノール溶液に浸漬しパッシベーション（ケミカルパッシベーション）を行った後、表層部を除去した側のウェーハ表面にレーザー光（励起光）を照射しμ−ＰＣＤ法によりライフタイムを測定した。熱処理なしのものは、熱処理を行わなかった点以外は上記と同様の処理を行い、ライフタイムを測定した。励起光は、キャリア注入量が１．５×１０13Ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ2となる条件で照射した。
上記とは別に、サンプルＡ、Ｂ、Ｃそれぞれについて、表層部エッチングおよび熱処理を行わずに、上記と同様のμ−ＰＣＤ法によるライフタイム測定を行った。ライフタイム測定後、サンプルのバルクＦｅ濃度を測定するためにライフタイム測定を行った面とは反対の面からＳＰＶ測定を行い、エピタキシャル層の重金属濃度を測定するためにＤＬＴＳ測定を行った。
ライフタイム測定の結果を図１に、ＳＰＶ測定によるバルクＦｅ濃度の算出値を図２に、ＤＬＴＳ測定によるエピタキシャル層のＴｉ定量結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図１（１）に示すように、従来法のライフタイム測定と同様に、表層部エッチングおよび熱処理を行わずに測定されたライフタイム値は、高い方から、サンプルＣ＞サンプルＢ＞サンプルＡの順番になった。図２に示したバルクＦｅ濃度の測定結果と対比すると、上記順番はＦｅ濃度が低い順番になっていることから、従来法のライフタイム測定ではバルクのＦｅ濃度の影響が強いことが確認できる。
一方、図１（２）に示した測定結果の中で、「エッチングなし」の測定結果は、サンプルＡ、Ｂ、Ｃすべて同等レベルであり、図１（１）に示した測定結果のようにバルクＦｅ濃度との相関が見られないことから、Ｆｅがライフタイム測定値に与える影響が熱処理により低減されたことが確認できる。これは前述のように、熱処理によりライフタイムキラーであるＦｅ−Ｂペアが乖離したことによるものと考えられる。ただし表１に示すＴｉ定量結果との相関は見られない。
これに対し、図１（２）に示す「エッチングあり」の測定結果は、ライフタイム値は高い方から、サンプルＡ＞サンプルＢ＞サンプルＣの順番になり、表１に示すようにＤＬＴＳ測定によりエピタキシャル層のＴｉ汚染が検出されたサンプルＣが最も金属汚染が多いことを示す結果となっている。
以上の結果から、ライフタイム測定の前処理として、最表層のエッチングおよび熱処理を行うことで、エピタキシャル層の金属汚染（上記の例ではＴｉ）の検出感度が向上し、信頼性の高い評価を行うことが可能となることが確認できる。
【００２９】
２．熱処理温度に関する検討
シリコン基板として、ｐ型（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ）のポリッシュドウェーハを、ホットプレート上に配置し加熱温度２１０℃、３５０℃、４５０℃の順番でそれぞれ４０分ずつ４０分間熱処理し、熱処理前および各熱処理後に四探針測定値により抵抗を測定した。結果を表２に示す。
表２に示すように４５０℃の熱処理後に抵抗が高くなった理由は、４００℃を超えると顕在化するサーマルドナーの影響と考えられる。抵抗変化はライフタイム値に影響を与えるため、サーマルドナーの影響を受けずにライフタイム測定を行うために、加熱温度は４００℃以下にすべきことが、表２に示す結果から確認できる。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
３．表層部除去厚に関する検討
シリコン基板として、ｐ型（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ、比抵抗１０Ω・ｃｍ）のシリコンウェーハを用いて、エピタキシャル成長炉内でノンドープのエピタキシャル層を厚さ６μｍ気相成長させエピタキシャルウェーハを得た。
このウェーハとは別に、シリコン基板として、ｐ型（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ、比抵抗２０Ω・ｃｍ）のポリッシュドウェーハを準備した。
これらのウェーハをエッチング前、および徐々にエッチングしながら、前記１．と同様のケミカルパッシベーション法でライフタイム測定を行った。エッチング液としては、フッ酸（濃度５０％）：硝酸（濃度７５％）：酢酸（濃度９９％）＝１：１０：１０（体積比）の混酸を使用し、エッチング液へのウェーハ浸漬時間（エッチング時間）は２分、＋３分、＋３分、＋５分として、４回エッチングを行った。マイクロメーターで測定した両面合わせたエッチング厚の半分の値を、片面のエッチング厚とした。
各ライフタイム測定では、４ｍｍピッチでマップ測定を行い相互の比較を行った。結果を、図３に示す。
図３に示すように、エピタキシャルウェーハのライフタイム値は、エッチング厚１μｍ未満では、エッチング前と同等かやや低めの値であり、厚さ１μｍ以上エッチングすると、エッチング前よりも高くなった。
ポリッシュドウェーハのライフタイム値は、エッチング厚１μｍ未満ではエッチング前より低い値であった。これは、厚さ１μｍ未満のエッチングではエッチングにムラがあり、ステインができていることに起因すると考えられる。
以上の結果から、表層部のライフタイム低下要因を除去し評価の感度を高めるためには、表層部の除去厚は１μｍ以上にすべきであることが確認できる。
【００３２】
４．キャリア注入量に関する検討
シリコン基板として、ｐ型（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ、比抵抗１０Ω・ｃｍ）のシリコンウェーハを用いて、２つの異なるエピタキシャル成長炉においてそれぞれ、ノンドープのエピタキシャル層を厚さ６μｍ気相成長させエピタキシャルウェーハを得た。得られた２枚のエピタキシャルウェーハ（以下、ＥＰ１、ＥＰ２と記載する。）をエッチングせずに、面内９点においてμ−ＰＣＤ法により一般的なキャリア注入量（１．２×１０13Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2：約８×１０15Ｐｈｏｔｏｎ／ｃｍ3）でライフタイム測定を行ったところ、ＥＰ１の方が高い結果になった。これら２枚のウェーハを２１０℃×１０ｍｉｎ．の熱処理を行い、励起光のキャリア注入量を１．５×１０13Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2から１．５×１０11Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2まで変化させて、ウェーハ間の差を調べた。その結果を図４（１）に示す。
次に、ＥＰ１、ＥＰ２をフッ酸（濃度５０％）：硝酸（濃度７５％）：酢酸（濃度９９％）＝１：１０：１０（体積比）の混酸に６分間浸漬し表層部をエッチングした。マイクロメーターにより測定したところ、エッチング厚は表側・裏側の合計が６μｍであり、エッチング量は表側と裏側でほぼ等しいと考えられるため、厚さ６μｍのエピタキシャル層のうちの、最表層３μｍをエッチングしたことになる。エッチング後も上記と同様に２１０℃×１０ｍｉｎ．の熱処理を行い、キャリア注入量を変化させてライフタイム測定を行いウェーハ間の差を調べた。その結果を図４（２）に示す。
図４（２）に示す結果から、９×１０12Ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ2以上の高キャリア注入量で励起光を照射することにより、ウェーハ間のライフタイム値の差（金属汚染の程度の差）を、有意な差として認識可能となる、即ち検出感度が向上することが確認できる。
また、図４（１）に示す結果と図４（２）に示す結果との対比により、エッチングにより表層部を除去したうえで高キャリア注入量での励起光照射を行うことにより、検出感度向上が可能となることも確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造分野に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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