(57)【要約】【課題】デバイスの特性悪化による歩留まりの低下を抑制することが可能になるシリコンウエーハの評価方法および検査方法を提供する。【解決手段】Ｐ型シリコンウエーハ中の金属不純物による深い準位の濃度をＤＬＴＳ法によって評価するＰ型シリコンウエーハの評価方法であって、前記ＤＬＴＳ法による評価において、温度を変化させながら静電容量の変化を測定して、該静電容量の変化がピークを示すピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物による深い準位の濃度を評価するＰ型シリコンウエーハの評価方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型シリコンウエーハ中の金属不純物による深い準位の濃度をＤＬＴＳ法によって評価するＰ型シリコンウエーハの評価方法であって、
前記ＤＬＴＳ法による評価において、温度を変化させながら静電容量の変化を測定して、該静電容量の変化がピークを示すピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物による深い準位の濃度を評価することを特徴とするＰ型シリコンウエーハの評価方法。
【請求項２】
前記ピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物をＮｂとすることを特徴とする請求項１に記載のＰ型シリコンウエーハの評価方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＰ型シリコンウエーハの評価方法により、Ｐ型シリコンウエーハ中の金属不純物による深い準位の濃度を評価し、該ＤＬＴＳ法による評価結果に基づいてウエーハを検査して選別することを特徴とするＰ型シリコンウエーハの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｐ型シリコンウエーハ中の金属不純物による深い準位の濃度をＤＬＴＳ（Ｄｅｅｐ  Ｌｅｖｅｌ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法によって評価するＰ型シリコンウエーハの評価方法および検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ中に存在する金属不純物は、再結合中心の深い準位をつくり、特に金属不純物がウェーハ表面あるいは表層に存在するとデバイス特性に悪影響を及ぼすと考えられている。
【０００３】
これらウェーハ中の金属不純物を検査する方法はいくつかある。具体的にはウェーハライフタイム測定、ＤＬＴＳ法、ＩＣＰ−ＭＳ化学分析がよく用いられる。
ウェーハライフタイム測定はマイクロ波を照射しシリコンウェーハ中にキャリアを発生させたときのキャリアの減衰率から金属不純物を評価する。しかしこの手法では、不純物汚染の有無は判定できるが、その種類と濃度を正確に得ることは難しい。加えて、ウェーハライフタイムはライフタイム低下に起因しない金属不純物を評価することができない。
【０００４】
ＩＣＰ−ＭＳ化学分析法は多元素の不純物分析は可能であるが、検出感度はウェーハライフタイム測定等、他の電気測定には及ばない。加えて、ウェーハ面内の詳細な分布を得ることは難しい。
【０００５】
ＤＬＴＳ法は電極形成、測定に時間を要するものの、デバイス活性領域であるウェーハの表層の金属不純物の評価が可能である。ただし、Ｐ型シリコン（ホールトラップ）におけるバンドギャップから検出される信号に関する知見はいくつか得られているが（例えば特許文献１参照）、同定できていない金属不純物元素が多数ある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１６３１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、デバイスの特性悪化による歩留まりの低下を抑制することが可能になるシリコンウエーハの評価方法を提供することを目的とする。
また、上記評価方法を用いたＰ型シリコンウエーハの検査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】
上記目的を達成するために、本発明は、Ｐ型シリコンウエーハ中の金属不純物による深い準位の濃度をＤＬＴＳ法によって評価するＰ型シリコンウエーハの評価方法であって、前記ＤＬＴＳ法による評価において、温度を変化させながら静電容量の変化を測定して、該静電容量の変化がピークを示すピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物による深い準位の濃度を評価することを特徴とするＰ型シリコンウエーハの評価方法を提供する。
【０００９】
上記のように、デバイスを作製したときのデバイス特性を悪化させる要因となり得る金属不純物の存在が懸念されていたが、本発明者らは、ＤＬＴＳ法による評価において、温度を変化させながら静電容量の変化を測定して、該静電容量の変化がピークを示すピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物が該当することを発見した。そして、上記本発明によって、そのような金属不純物による深い準位の濃度（Ｄｅｅｐ  Ｌｅｖｅｌ濃度）を評価することができる。
したがってＰ型シリコンウエーハにおいて、デバイス特性の悪化による歩留りを大幅に改善することができる高品質のウエーハを選別することができる。
【００１０】
このとき、前記ピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物をＮｂとすることができる。
【００１１】
本発明者が研究を行ったところ、ピーク温度が９０Ｋのときのピーク強度とＰ型シリコンウェーハにドープしたＮｂの量の間に相関関係があること（すなわち、ピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物がＮｂであること）を発見した。Ｎｂはシリコンウェーハやデバイス製造時に汚染として混入する可能性があり、例えばこれらの製造装置の構成部品等からの汚染混入が考えられる。
【００１２】
また、本発明のＰ型シリコンウエーハの評価方法により、Ｐ型シリコンウエーハ中の金属不純物による深い準位の濃度を評価し、該ＤＬＴＳ法による評価結果に基づいてウエーハを検査して選別することを特徴とするＰ型シリコンウエーハの検査方法を提供する。
【００１３】
このように、本発明の検査方法によってウエーハを検査して選別することによって、デバイス特性の悪化による歩留りの低下を改善することが可能なＰ型シリコンウエーハを得ることができる。すなわちＤＬＴＳ法によるウエーハの品質管理によりデバイス不良率の少ない製品の製造、出荷が可能となる。
シリコンエピタキシャル工程などの後に本発明の評価方法を行い、デバイス特性に重大な影響を引き起こすと言える金属不純物の汚染濃度を管理し、例えば一定値以上の汚染濃度が発生した場合には次工程に投入しないことで、デバイス作製の歩留まりが著しく向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＰ型シリコンウエーハの評価方法および検査方法であれば、デバイスを作製したときのデバイス特性を悪化させる要因となり得る金属不純物（特にはＮｂ）による深い準位の濃度を評価することができる。これにより、デバイス特性の悪化により歩留りが低下することのない高品質のウエーハを選別して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】測定温度（９０Ｋ付近）とＤＬＴＳ信号強度（Ｄｅｅｐ  Ｌｅｖｅｌ濃度）の関係を示すグラフである。（ａ）Ｎｂの表面濃度が１．５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の場合、（ｂ）１．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の場合、（ｃ）２．５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の場合である。
【図２】Ｎｂドープ量とＤＬＴＳ信号強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来より、シリコンウエーハ中の金属不純物を評価する方法としてＤＬＴＳ法が知られている。しかしながら、Ｐ型シリコンウエーハの表層の金属不純物の評価に関し、同定できていない金属不純物元素が多数ある。
【００１７】
また一方で、現在、単結晶シリコンウエーハを用いたＣＣＤ／ＣＩＳ構造の撮像素子用電子デバイスにおいて、暗電流による動作不良が大きな問題になっている。その原因の多くは、製造装置起因の金属不純物がシリコンウエーハ中に取り込まれることにより発生する。これら製造装置は耐腐食性を考えた場合のためステンレス鋼が広く使用されており、その構成元素は主にＦｅである。しかし、微量にＮｂが添加されていることが多い。
【００１８】
このようなＮｂがシリコンウエーハ中に思いがけず導入された場合、検査工程でＮｂを検出する方法は非常に限られる。例えば、全溶解化学分析法では大きな体積が必要であったり、前述したようにウェーハライフタイム測定では金属不純物汚染の有無はわかるが定量や定性は難しい。また全反射蛍光Ｘ線分析では、ウェーハ表面に付着した成分しか検出できない。ＳＩＭＳ分析では検出下限が高く、微量汚染の場合対応できない。
【００１９】
そこでまず本発明者はＤＬＴＳ法に着目し、また、ＤＬＴＳ法において同定できておらず、デバイス特性を悪化させる金属不純物として特にＮｂに着目した。
そして、そのような金属不純物とＤＬＴＳ法により検出される信号強度（Ｄｅｅｐ  Ｌｅｖｅｌ濃度）との関係、さらにはデバイス特性の不良の引き起こし、デバイス歩留りとの関係を確立するための調査を行った。
【００２０】
なお、ここでＤＬＴＳ法による測定について説明する。
ＤＬＴＳ測定の測定原理は、ショットキー接合あるいはｐ−ｎ接合に逆バイアス電圧を印加し、接合部に生じる空乏層を広げ、周期的なパルスの導入で変化する空乏層の静電容量変化（ΔＣ）を巧妙に測定し、そのΔＣの温度依存性から深い準位に関する情報を得るものである。具体的にはシリコンの場合、３００Ｋ以下の低温領域を掃引し、ピークが形成されれば、そのピークはある深い準位の存在を示す。その際、ピーク温度から大まかに深い準位のエネルギーが判明し、ピーク高さ（ΔＣ）が理論的に深い準位の密度を示す。
【００２１】
本発明者は、上記調査を行うにあたって、Ｐ型シリコンウエーハ中に、ドープ量を変えてＮｂをドープして意図的に汚染した試料を複数作成した。ここではドープ量が異なる３種の試料を作製した。そして、該汚染したＰ型シリコンウエーハについてＤＬＴＳ法による測定を行った。
より具体的には以下の通りである。本発明者は、抵抗率１０Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハの表面にＮｂ汚染を行い、それらのウェーハを１０００℃で１時間の熱処理を施し、ウェーハ内へＮｂを拡散させた後、ウエーハ表層についてＤＬＴＳ法の温度スキャン測定を行った。
【００２２】
なお、上記のようにウエーハ表面にＮｂ汚染を行った際、全反射蛍光Ｘ線分析を行い、ウエーハ表面におけるＮｂ汚染濃度についても調査した。全反射蛍光Ｘ線分析の結果、３種の試料におけるＮｂの表面濃度は、１．５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（汚染濃度が大ということがある）、１．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（汚染濃度が中と言うことがある）、２．５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（汚染濃度が小と言うことがある）であった。
【００２３】
またＤＬＴＳ法の測定結果（測定温度とＤＬＴＳ信号強度の関係）を図１に示す。図１において、（ａ）は汚染濃度が大の試料、（ｂ）は汚染濃度が中の試料、（ｃ）は汚染濃度が小の試料の場合を示している。
【００２４】
まず図１は９０Ｋ付近における測定結果である。図１に示すように、（ａ）−（ｃ）のいずれのＮｂ表面濃度の場合においても９０Ｋにピークが検出された。
ＤＬＴＳ信号強度は、（ａ）では２．７×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、（ｂ）では７．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、（ｃ）では６．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【００２５】
そして、このときのＮｂドープ量（ここでは全反射蛍光Ｘ線分析におけるＮｂの表面濃度を基準にする）とＤＬＴＳ信号強度との関係を図２に示す。
図２に示すように、Ｎｂのドープ量と９０Ｋにおいて検出されたＤＬＴＳ信号強度との間に相関関係があることがわかる。Ｎｂの表面濃度の増加、つまりはＮｂのドープ量の増加に伴い、ＤＬＴＳ信号強度も大きくなっている。すなわち、ＤＬＴＳ法により９０Ｋでピーク温度を示す金属不純物がＮｂであることを本発明者は確認することができた。
【００２６】
次に、本発明者らは、ＮｂがドープされたＰ型シリコンウエーハに関し、ＤＬＴＳ法による測定で、ＤＬＴＳ信号強度がどのような値のときに、該ウエーハを用いてデバイスを製造した場合にデバイスの歩留りが低下するかについて調査した。ここでは、撮像素子デバイス品について調べた。
すなわち、Ｎｂのドープ量を変えた試料を用意し、該試料についてＤＬＴＳ法による測定を行ってＤＬＴＳ信号強度の値を得るとともに、同様の試料を用いて撮像素子デバイス品を製造してその歩留りを調べた。
具体的には、９０ＫにおけるＤＬＴＳ信号強度が１．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、５．０×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のときの歩留りを調べた。
【００２７】
以上の測定結果について表１にまとめた。
表１に示すように、９０ＫにおけるＤＬＴＳ信号強度が５．０×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のとき、製造した撮像素子デバイスの歩留りは概ね１００％であり、良好であった。
一方、これに対して、９０ＫにおけるＤＬＴＳ信号強度が１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のとき、歩留りは９０％程度に下がってしまう。そしてさらに１．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のとき、歩留りは８０％程度に下がってしまい、ＤＬＴＳ信号強度が大きくなるにつれてデバイス歩留りは著しく小さくなっていくことがわかる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
このように、ＤＬＴＳ信号強度の大小（つまりはＮｂによる汚染濃度の大小）によってデバイス歩留りに大きな差が生じることを本発明者は見出した。さらに、このＤＬＴＳ信号強度を基準にして検査を行い、デバイス特性に重大な影響を引き起こすウエーハであるか否かを判定して選別することができ、デバイス歩留りの向上を図ることができることを見出した。
【００３０】
なお、上記の歩留りの調査結果は一例であり、例えば規格や顧客の要望する品質によって、デバイス歩留りの判定基準等は適宜決定することができる。
【００３１】
以上の調査結果より、本発明者らはＰ型シリコンウエーハのＤＬＴＳ測定において、ピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物による深い準位の濃度の値は重要であり、デバイスの歩留りに大きな影響を与えること、該深い準位の濃度の値に基づいてウエーハを選別することで歩留まりの優れたデバイスを作製することが可能になること、さらにはピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物がＮｂであることを見出した。
【００３２】
そして、本発明者らは、ＤＬＴＳ法を用いたＰ型シリコンウエーハの評価方法であり、ピーク温度が９０Ｋとなる金属不純物によるＤｅｅｐ  Ｌｅｖｅｌ濃度を評価する本発明を完成させた。
【００３３】
本発明においては、ＤＬＴＳ法における測定条件（９０Ｋのピーク温度における金属不純物によるＤｅｅｐ  Ｌｅｖｅｌ濃度を評価すること）に特徴があるのであり、その他のＤＬＴＳ法の具体的な手順、測定条件等は、例えば従来法と同様のものとすることができる。
【００３４】
さらには、このような本発明の評価方法によって、例えばシリコンエピタキシャル工程等において、ウエーハ中の上記金属不純物（Ｎｂ）によるＤｅｅｐ  Ｌｅｖｅｌ濃度の評価を行い、該評価結果に基づいてウエーハを検査して、良品であるか等の判定をして選別を行えば、デバイス特性の悪化により歩留まりが低下することのないＰ型シリコンウエーハを提供することができる。判定基準、選別基準等は、前述したように適宜決定することができる。
【００３５】
したがって、このような本発明の評価方法、検査方法を用いることによって、優れた品質のシリコンウエーハを選別することができ、これを例えば撮像素子用として用いれば、撮像素子を歩留り良く製造することができる。
【００３６】
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。
【図１】
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【図２】
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