(57)【要約】【課題】ゲッタリング能力を簡易な手法で評価することのできる半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法を提供する。【解決手段】本発明による半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法は、炭素を構成元素に含むイオンの注入により形成されてなるゲッタリング層が内部に形成されたシリコンウェーハに対し、フーリエ赤外分光法を用いて、前記半導体ウェーハの吸光度スペクトルを測定する第１工程と、前記吸光度スペクトルにおけるＳｉ−Ｃ結合に起因する吸光度ピークを求める第２工程と、前記吸光度ピークに基づき、前記半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価する第３工程と、を含む。【選択図】図１
2019160874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲッタリング層が内部に形成されたシリコンウェーハを備える半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法であって、
前記ゲッタリング層は、炭素を構成元素に含むイオンの注入により形成され、
フーリエ赤外分光法を用いて、前記半導体ウェーハの吸光度スペクトルを測定する第１工程と、
前記吸光度スペクトルにおけるＳｉ−Ｃ結合に起因する吸光度ピークを求める第２工程と、
前記吸光度ピークに基づき、前記半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価する第３工程と、を含むことを特徴とする半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【請求項２】
前記第１工程乃至第３工程に先立ち、前記半導体ウェーハと同種の半導体ウェーハから測定される前記吸光度ピークのピーク値と、前記同種の半導体ウェーハの表面を不純物金属元素で汚染させた後、前記同種の半導体ウェーハに捕獲される前記不純物金属元素の濃度との相関関係を求める準備工程をさらに含み、
前記第３工程において、前記相関関係に基づき前記ゲッタリング能力を定量評価する、請求項１に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【請求項３】
前記半導体ウェーハは、前記シリコンウェーハからなり、
前記第１工程に先立ち、前記Ｓｉ−Ｃ結合を顕在化するための熱処理を行う、請求項１または２に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【請求項４】
前記半導体ウェーハは、前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハである、請求項１または２に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【請求項５】
前記イオンはクラスターイオンである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの特性を劣化させる要因として、金属汚染が挙げられる。例えば、裏面照射型固体撮像素子では、この素子の基板となる半導体ウェーハに混入した金属が、固体撮像素子の暗電流を増加させる要因となり、白傷欠陥と呼ばれる欠陥を生じさせる。
【０００３】
半導体素子基板への金属の混入は、種々の製造工程（基板製造工程およびデバイス製造工程）において生じる。そのため、半導体ウェーハに金属を捕獲するためのゲッタリング層が形成される。
【０００４】
ゲッタリング層を形成する技術として、半導体ウェーハに炭素を含むイオンを注入する技術が知られている。そして、炭素イオンの注入ドーズ量と、ゲッタリング能力とには相関関係があることも知られている。例えば特許文献１および特許文献２では、炭素イオン注入された半導体エピタキシャルウェーハのゲッタリング能力を評価するため、不純物金属で故意汚染し、ゲッタリング層に捕獲される不純物金属の濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定している。
【０００５】
また、特許文献３では、炭素クラスターイオン注入を経て形成される黒点状欠陥の欠陥密度をＴＥＭ断面写真から観察しており、当該黒点状欠陥の欠陥密度はゲッタリング能力に対し、相関関係を示す。そのため、ＴＥＭ断面写真を取得することでも、ゲッタリング能力を評価することは可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１３０３９７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１２２７６２号公報
【特許文献３】特開２０１５−１３０４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３に開示されるように、汚染後のウェーハをＳＩＭＳ測定することによってゲッタリング能力を評価したり、ＴＥＭ断面観察により形成される欠陥密度を求めるなどの手法が現状用いられている。特許文献１のように、炭素イオンの注入ドーズ量と、ゲッタリング能力とには相関関係があることも知られるものの、例えば注入炭素のドーズ量が同じであったとしても、特許文献２に開示されているように、基板温度が異なるなど、ドーズ量以外の要因により、実際に得られるゲッタリング能力が異なる場合もある。
【０００８】
そのため、ゲッタリング能力を評価するためには、イオン注入ウェーハを故意汚染をしてＳＩＭＳ測定を行ったり、ＴＥＭ断面写真を取得するなどの破壊検査を行う必要があり、ゲッタリング能力の評価には時間を有する。ゲッタリング能力を簡易な手法で評価することのできる半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法の確立が期待される。
【０００９】
そこで本発明は、ゲッタリング能力を簡易に評価することのできる半導体ウェーハのゲッタリング能力評価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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討した。そして、本発明者は、フーリエ赤外分光（ＦＴＩＲ：Fourier transform infrared spectrometer）法を用いて、炭素を構成元素に含むイオン注入を経た半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価することを試みた。
【００１１】
そこで、本発明者は以下の実験を行った。まず、シリコンウェーハに、炭素および水素を構成元素とするＣ3Ｈ5からなるクラスターイオンを注入した。そして、ＦＴＩＲ法を用いて、注入後のシリコンウェーハの吸光度スペクトルを測定した。また、エピタキシャル成長を模擬した熱処理として、８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃の熱処理を窒素雰囲気下で３０分行い、熱処理後のシリコンウェーハの吸光度スペクトルも併せて測定した。図１に、この吸光度スペクトルを示す。
【００１２】
図１によれば、熱処理を経たシリコンウェーハにおいては、波数８２０ｃｍ-1〜８３０ｃｍ-1の範囲内に吸光度ピークの形成が確認される。そして、この吸光度ピークは、Ｓｉ−Ｃ結合に起因する吸光度ピークであり、熱処理温度によって吸光度ピークのピーク値も有意に変化する。そこで、このＳｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークをゲッタリング能力の指標とできることを本発明者は着想した。本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
【００１３】
（１）ゲッタリング層が内部に形成されたシリコンウェーハを備える半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法であって、前記ゲッタリング層は、炭素を構成元素に含むイオンの注入により形成され、フーリエ赤外分光法を用いて、前記半導体ウェーハの吸光度スペクトルを測定する第１工程と、前記吸光度スペクトルにおけるＳｉ−Ｃ結合に起因する吸光度ピークを求める第２工程と、前記吸光度ピークに基づき、前記半導体ウェーハのゲッタリング能力を評価する第３工程と、を含むことを特徴とする半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【００１４】
（２）前記第１工程乃至第３工程に先立ち、前記半導体ウェーハと同種の半導体ウェーハから測定される前記吸光度ピークのピーク値と、前記同種の半導体ウェーハの表面を不純物金属元素で汚染させた後、前記同種の半導体ウェーハに捕獲される前記不純物金属元素の濃度との相関関係を求める準備工程をさらに含み、前記第３工程において、前記相関関係に基づき前記ゲッタリング能力を定量評価する、上記（１）に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【００１５】
（３）前記半導体ウェーハは、前記シリコンウェーハからなり、前記第１工程に先立ち、前記Ｓｉ−Ｃ結合を顕在化するための熱処理を行う、上記（１）または（２）に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【００１６】
（４）前記半導体ウェーハは、前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハである、上記（１）または（２）に記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【００１７】
（５）前記イオンはクラスターイオンである、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ゲッタリング能力を簡易な手法で評価することのできる半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明者の実験による吸光度スペクトルを示すグラフである。
【図２】本発明の第１実施形態において評価対象とする半導体ウェーハ１００を示す模式断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態において評価対象とする半導体ウェーハ２００を示す模式断面図である。
【図４】実施例の実験例１における、注入炭素ドーズ量と、吸光度との関係を示す具タフである。
【図５】実施例の実験例２における、吸光度と、炭素注入層に捕獲される鉄（Ｆｅ）の濃度との関係を示すグラフである。
【図６Ａ】実施例の実験例３における、吸光度スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｂ】実施例の実験例３における、ゲッタリング能力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図２，３の模式断面図を参照しつつ、本発明に従う半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法の実施形態を説明する。図２を参照し、第１実施形態として、シリコンウェーハ１０からなる半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力評価方法を説明する。そして、図３を参照し、シリコンウェーハ１０の表面にエピタキシャル層２０が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハからなる半導体ウェーハ２００のゲッタリング能力評価方法を説明する。第２実施形態における半導体ウェーハ２００は、シリコンウェーハ表面にエピタキシャル層が形成された所謂エピタキシャルウェーハであるのに対し、第１実施形態における半導体ウェーハ１００は、シリコンウェーハ表面にエピタキシャル層が形成されていない、所謂「バルク」のシリコンウェーハに相当する。なお、図２，３では説明の便宜上、実際の厚さの割合とは異なり、シリコンウェーハ１０に対してゲッタリング層１８およびエピタキシャル層２０の厚さを誇張して示す。また、また、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。
【００２１】
（第１実施形態：半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力評価方法）
本発明の第１実施形態に従う半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力評価方法は、ゲッタリング層１８が内部に形成されたシリコンウェーハを備える半導体ウェーハ１００を評価するものであり、このゲッタリング層１８は、炭素を構成元素に含むイオンの注入により形成される。そして、第１実施形態では、フーリエ赤外分光法を用いて、半導体ウェーハ１００の吸光度スペクトルを測定する第１工程と、この吸光度スペクトルにおけるＳｉ−Ｃ結合に起因する吸光度ピークを求める第２工程と、この吸光度ピークに基づき、半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力を評価する第３工程と、を行う。以下、各構成及び各工程の詳細を順次説明する。
【００２２】
まず、本実施形態による評価対象となる半導体ウェーハ１００について説明する。シリコンウェーハ１０としては、シリコン単結晶からなる単結晶シリコンウェーハを用いることができる。単結晶シリコンウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたものを使用することができる。また、シリコンウェーハ１０に炭素および／または窒素が添加されもよいし、シリコンウェーハ１０に任意のドーパントが所定濃度添加された、いわゆるｎ＋型もしくはｐ＋型、またはｎ−型もしくはｐ−型の基板を用いることも可能である。
【００２３】
ゲッタリング層１８は、炭素を構成元素に含むイオンの注入をシリコンウェーハ１０に注入することにより、当該シリコンウェーハ１０の内部に形成される。炭素を構成元素に含むイオンであれば、イオンの形態は任意であり、単原子イオンとしての炭素イオンや、単分子イオンとしての一酸化炭素イオンであっても構わない。炭素を構成元素に含むイオンとして、クラスターイオンを用いることが特に好ましい。クラスターイオンの形態で注入される炭素は強力なゲッタリングサイトを形成するため、これにより形成されたゲッタリング層１８のゲッタリング能力の評価のために本発明を適用することは好ましい態様である。なお、分子イオンまたはクラスターイオンの形態で炭素をイオン注入する場合、イオンの構成元素は炭素以外の元素として水素を含んでもよいし、ボロン、リン、ヒ素、アンチモン、酸素などの元素を含んでもよい。
【００２４】
ゲッタリング層１８は、注入されるイオンのイオン形態および加速電圧などに応じて形成される深さおよび厚みが異なる。単原子イオンとしての炭素イオン注入であれば、加速電圧にも依存するものの、シリコンウェーハ１０の表面から、おおよそ５０〜３００ｎｍ程度の範囲内を厚み中心とする、厚み１００〜６００ｎｍ程度のゲッタリング層１８が形成される。クラスターイオンの形態での炭素注入であれば、シリコンウェーハ１０の表面から、おおよそ５０〜３００ｎｍ程度までの範囲内を厚み中心とする、厚み５０〜４００ｎｍ程度のゲッタリング層１８が形成される。
【００２５】
なお、本明細書における「クラスターイオン」とは、電子衝撃法により、ガス状分子に電子を衝突させてガス状分子の結合を解離させることで種々の原子数の原子集合体とし、フラグメントを起こさせて当該原子集合体をイオン化させ、イオン化された種々の原子数の原子集合体の質量分離を行って、特定の質量数のイオン化された原子集合体を抽出して得られる。すなわち、クラスターイオンは、原子が複数集合して塊となったクラスターに正電荷または負電荷を与え、イオン化したものであり、炭素イオンなどの単原子イオンや、一酸化炭素イオンなどの単分子イオンとは明確に区別される。
【００２６】
本実施形態では、こうして得られる半導体ウェーハ１００に対して、以下に詳細を説明する第１乃至第３工程を行うことで、半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力を評価する。
【００２７】
＜第１工程＞
まず、第１工程として、フーリエ赤外分光法（以下、「ＦＴＩＲ法」）を用いて、半導体ウェーハ１００の吸光度スペクトルを測定する。ＦＴＩＲ法としては透過法および反射法のいずれも適用し得るものの、透過法を用いることがより好ましい。反射法はウェーハ表面の状態を分析するのには有効な手法であるが、ウェーハバルク中の状態を分析するのには不向きである。つまり、エピタキシャル層を形成したサンプルにおいてはゲッタリング層の状態を分析し難い。また、ウェーハ内部を多数回反射させて分析を行う多重内部反射法があるものの、ウェーハをプリズム加工する必要があり、非破壊での分析を行うためであれば不適である。なお、ＦＴＩＲ法による吸光度スペクトルの測定は、市販のフーリエ変換型赤外分光光度計を用いることができる。
【００２８】
なお、測定対象としては、波数８２０ｃｍ-1〜８３０ｃｍ-1の範囲内を含む赤外領域を測定するものとすることが好ましい。Ｓｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークは通常８２４±１ｃｍ-1の範囲内で観察される。これらの領域を含めば、吸光度スペクトルの測定範囲は何ら制限されない。
【００２９】
また、吸光度スペクトルの測定にあたり、半導体ウェーハ１００そのものを対象として測定してもよい。また、半導体ウェーハ１００のダイシングするなどして一部を取り出したサンプルを測定対象することもできる。
【００３０】
＜第２工程＞
次に、第２工程として、第１工程により得られた吸光度スペクトルにおけるＳｉ−Ｃ結合に起因する吸光度ピークを求める。前述のとおり、Ｓｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークは通常８２４±１ｃｍ-1の範囲内で観察されるため、波数８２０ｃｍ-1〜８３０ｃｍ-1の範囲内に位置するピーク形成の有無を確認すれば、Ｓｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークを同定することができる。
【００３１】
最後に、第３工程として、第２工程により得られた吸光度ピークに基づき、半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力を評価する。例えば、吸光度スペクトルにおけるＳｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークの形成有無により、半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力を定性的に評価することができる。吸光度ピークが形成されていれば、半導体ウェーハ１００は優れたゲッタリング能力を有すると判断することができるし、反対に、Ｓｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークの形成されていなければ、半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力は不十分と判断することができる。
【００３２】
他にも、イオン注入条件などの製造条件が異なる半導体ウェーハ１００同士で吸光度ピークのピーク値を対比するなどして、ゲッタリング能力の高低を相対的に評価することも可能である。こうした製造条件としては、イオン注入条件として注入ドーズ量、加速電圧、ビーム電流、注入時のシリコンウェーハ温度など、シリコンウェーハ種の条件として基板の酸素濃度（ASTM F121-1979基準）およびドーパント濃度など、熱処理条件などを例示することが可能である。
【００３３】
また、上記吸光度ピークのピーク値を用いて、以下のとおりにすることにより、ゲッタリング能力の定量評価をすることも可能である。すなわち、本実施形態において、前述の第１工程乃至第３工程に先立ち、半導体ウェーハ１００と同種の半導体ウェーハ（以下、「評価用ウェーハ」）から測定される吸光度ピークのピーク値と、評価用ウェーハの表面を不純物金属元素で汚染させた後、評価用ウェーハに捕獲される当該不純物金属元素の濃度との相関関係を求める準備工程を行うことが好ましい。そして、第３工程において、準備工程により得られた吸光度ピークのピーク値と、評価用ウェーハに捕獲される当該不純物金属元素の濃度との相関関係に基づき、半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力を定量評価する。なお、ここで言う「同種」であるとは、上記相関関係を求めるのに適切であれば構わず、例えば同一ロットの半導体ウェーハなどを用いることができる。
【００３４】
＜準備工程＞
以下、上記の準備工程について、より詳細に説明する。評価用ウェーハの吸光度ピーク値は、第１工程乃至第２工程と同様にして求めればよい。一方、評価用ウェーハに捕獲される不純物金属元素の濃度を求めるには、以下の手順で行うことができる。
【００３５】
まず、評価用ウェーハの表層部を、不純物金属元素により強制汚染する。強制汚染は任意の方法により行うことができ、例えばスピンコート汚染法、ディップ法などが挙げられる。スピンコート汚染法の場合、評価用ウェーハの表面に不純物金属元素を高濃度に含む汚染液（例えば金属硝酸溶液）を表面塗布して、当該不純物金属元素でウェーハ表面を強制的に汚染する。ディップ法の場合、金属硝酸液等に評価用ウェーハを浸漬して、不純物金属元素を強制的に汚染することができる。
【００３６】
汚染液は、汚染する不純物金属元素に応じて定まる。不純物金属元素の具体例としては、ニッケル（Ｎｉ），鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ），リチウム（Ｌｉ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選択された１種または２種以上の金属元素を挙げることができる。本実施形態を適用する金属不純物は遷移金属であることが好ましく、また、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＣｏおよびＺｎのいずれかであることも好ましく、中でもＦｅまたはＮｉであることが好ましい。また、汚染液に含まれる金属不純物の濃度は、例えば１．０×１０10〜１．０×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2程度とすることができ、下限を１．０×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2程度とすることが好ましい。
【００３７】
なお、汚染後の評価用ウェーハに含まれる金属不純物を十分に拡散させるために拡散熱処理を施すことも好ましい。この場合、評価用ウェーハを６００〜１２００℃程度の温度範囲で、３０分〜２４時間程度加熱することで、強制汚染した不純物金属元素を拡散することができる。なお、拡散熱処理を行う好適な加熱時間は不純物金属元素の元素によって異なり、上記範囲で適宜選択すればよい。
【００３８】
そして、強制汚染を行った後の評価用ウェーハに二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定を行い、厚み方向における不純物金属元素の濃度プロファイルを得れば、当該測定結果に基づき、不純物金属元素の捕獲量（捕獲濃度）を定量測定することができる。吸光度ピークのピーク値と、評価用ウェーハに捕獲される当該不純物金属元素の濃度とは、相関関係を示すことが本発明者により実験的に確認された。したがって、当該相関関係を求めておけば、吸光度ピークのピーク値に基づき、ゲッタリング能力を定量的に評価することが可能である。
【００３９】
なお、図１を参照して既述のとおり、イオン注入直後ではＳｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークが観察され難い場合がある。そのため、本実施形態では、ＦＴＩＲ法により吸光度スペクトルを測定する第１工程に先立ち、Ｓｉ−Ｃ結合を顕在化するための熱処理を行うことが好ましい。Ｓｉ−Ｃ結合を顕在化するための熱処理としては、イオン注入によりゲッタリング層１８が形成された半導体ウェーハ１００に対して、例えば９００℃以上の熱処理を５分〜３０分程度行うことが好ましい。こうした熱処理は、エピタキシャル成長を模擬した熱処理であると言うこともできる。
【００４０】
以上のとおり、第１実施形態により、半導体ウェーハ１００のゲッタリング能力を簡易な手法で評価することができる
【００４１】
（第２実施形態：半導体ウェーハ２００のゲッタリング能力評価方法）
本発明の第１実施形態に従う半導体ウェーハ２００のゲッタリング能力評価方法は、ゲッタリング層１８が内部に形成されたシリコンウェーハ１０の表面にエピタキシャル層２０が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハを評価するものであり、エピタキシャル層２０がシリコンウェーハ１０の表面に形成されているか否かの点で第１実施形態と異なる。第２実施形態も、第１実施形態と同様に、フーリエ赤外分光法を用いて、半導体ウェーハ２００の吸光度スペクトルを測定する第１工程と、この吸光度スペクトルにおけるＳｉ−Ｃ結合に起因する吸光度ピークを求める第２工程と、この吸光度ピークに基づき、半導体ウェーハ２００のゲッタリング能力を評価する第３工程と、を行う。
【００４２】
なお、第２実施形態では、エピタキシャル層２０を形成する際に伴う熱処理によりＳｉ−Ｃ結合が必然的に顕在化するため、第１実施形態のように、ＦＴＩＲ法により吸光度スペクトルを測定する第１工程に先立ち、Ｓｉ−Ｃ結合を顕在化するための熱処理を別途行う必要はない。ただし、エピタキシャル層２０を形成する前に結晶性回復等の目的でプレアニール処理が行われても構わない。
【００４３】
また、シリコンウェーハ１０のゲッタリング層１８上に形成されるエピタキシャル層２０はとしては、例えばシリコンエピタキシャル層が挙げられ、一般的な条件により形成することができる。この場合、例えば、水素をキャリアガスとして、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのソースガスをチャンバー内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、１０００〜１２００℃の範囲の温度でＣＶＤ法によりシリコンウェーハ１０上にエピタキシャル成長させることができる。エピタキシャル層２０は、厚さが１〜１５μｍの範囲内とすることが一般的であるが、厚みは何ら制限されない。エピタキシャル層２０が形成されていても、ＦＴＩＲ法により、Ｓｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークを得ることは可能である。また、形成するエピタキシャル層はシリコンエピタキシャル層に限らず、シリコンゲルマニウム層などのヘテロエピタキシャル成長を行っても構わない。
【００４４】
第２実施形態によっても、半導体ウェーハ２００のゲッタリング能力を簡易な手法で評価することができる。
【００４５】
以下で、本発明に適用可能なクラスターイオンの具体的態様についてさらに説明する。イオン化させる化合物も特に限定されないが、イオン化に適した化合物を列挙すると、炭素源としては、エタン、メタン、プロパン、ジベンジル（Ｃ14Ｈ14）、二酸化炭素（ＣＯ2）などが挙げられ、ホウ素源としては、ジボラン、デカボラン（Ｂ10Ｈ14）などを挙げることができる。例えば、ジベンジルとデカボランを混合したガスを材料ガスとした場合、炭素、ホウ素および水素が集合した水素化合物クラスターを生成することができる。また、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）を材料ガスとすれば、炭素および水素からなるクラスターイオンを生成することができる。また、炭素源化合物としては、特に、ピレン（Ｃ16Ｈ10）、ジベンジル（Ｃ14Ｈ14）などより生成したクラスターＣnＨm（３≦ｎ≦１６，３≦ｍ≦１０）を用いることが好ましい。これは、小サイズのクラスターイオンビームを形成しやすいためである。また、例えばジエチルエーテル（Ｃ4Ｈ10Ｏ）、エタノール（Ｃ2Ｈ6Ｏ）、ジエチルケトン（Ｃ5Ｈ10Ｏ）などを用いれば、ＣnＨmＯl（ｌ，ｍ，ｎは互いに独立で有り、１≦ｎ≦１６，１≦ｍ≦１６，１≦ｌ≦１６）のクラスターイオンを生成することもできる。
【００４６】
また、クラスターサイズは２〜１００個、好ましくは６０個以下、より好ましくは５０個以下で適宜設定することができる。クラスターサイズの調整は、ノズルから噴出されるガスのガス圧力および真空容器の圧力、イオン化する際のフィラメントへ印加する電圧などを調整することにより行うことができる。なお、クラスターサイズは、四重極高周波電界による質量分析またはタイムオブフライト質量分析によりクラスター個数分布を求め、クラスター個数の平均値をとることにより求めることができる。
【００４７】
クラスターイオンの加速電圧として、０ｋｅＶ/Cluster超え２００ｋｅＶ/Cluster未満とすることができ、１００ｋｅＶ/Cluster以下とすることが好ましく、８０ｋｅＶ/Cluster以下とすることがさらに好ましい。さらに、炭素のドーズ量は、１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下の範囲内とすることができる。クラスターイオンの加速電圧を調整するには、（１）静電加速、（２）高周波加速の２方法が一般的に用いられる。前者の方法としては、複数の電極を等間隔に並べ、それらの間に等しい電圧を印加して、軸方向に等加速電界を作る方法がある。後者の方法としては、イオンを直線状に走らせながら高周波を用いて加速する線形ライナック法がある。
【００４８】
また、クラスターイオンのビーム電流値は５０μＡ以上５０００μＡ以下とすればよい。なお、クラスターイオンのビーム電流値は、例えば、イオン源における原料ガスの分解条件を変更することなどにより調整することができる。
【００４９】
以上、本発明の代表的な実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００５０】
［実験例１］
（サンプル１１）
ＣＺ単結晶シリコンインゴットから得たシリコンウェーハ（直径：３００ｍｍ、厚さ：７２５μｍ、ドーパント種類：リン、抵抗率：１０Ω・ｃｍ）を用意した。次いで、クラスターイオン発生装置（日新イオン機器社製、型番：ＣＬＡＲＩＳ（登録商標））を用いて、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）をクラスターイオン化したＣ3Ｈ5のクラスターイオンをシリコンウェーハ表面に注入した。なお、注入条件として、加速電圧を８０ｋｅＶ／Ｃｌｕｓｔｅｒとし、クラスターイオンによる注入炭素ドーズ量を１．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とした。
【００５１】
次に、上記シリコンウェーハを窒素ガス雰囲気下で１１００℃、３０分の熱処理を行い、Ｓｉ−Ｃ結合を顕在化させ、サンプル１１とした。
【００５２】
（サンプル１２，１３）
サンプル１１における注入炭素ドーズ量：１．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2を、３．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、１．０×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2に変えた以外は、サンプル１１と同様にしてクラスターイオン注入および熱処理を行い、それぞれサンプル１２，１３とした。
【００５３】
サンプル１１〜１３に対し、透過法のＦＴＩＲにより吸光度スペクトルを測定した。そして、それぞれの吸光度スペクトルから、波数８２０ｃｍ-1〜８３０ｃｍ-1の範囲内に観察されるＳｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークのピーク値を求めた。なお、上記ＦＴＩＲによる吸光度スペクトル測定において、まず、イオン注入を行っていない校正用のシリコンウェーハに対し、イオン注入ウェーハと同等の熱処理を行い、上記ＦＴＩＲ測定器で分解能４ｃｍ-1、積算４００回の条件で校正用ウェーハの吸光度スペクトルを得た。次いで、サンプル１１〜１３のイオン注入ウェーハについても、熱処理後に、同様の条件にてＦＴＩＲ測定を行い、吸光度スペクトルを得た。そして、サンプル１１〜１３のそれぞれの吸光度スペクトルと、校正用ウェーハのスペクトルとでスペクトル差をとり、差スペクトルを得た。
【００５４】
サンプル１１〜１３における、注入炭素ドーズ量と、吸光度ピーク値との関係を図４に示す。ここで一般的に、注入ドーズ量が大きいほど、ゲッタリング能力も高い。したがって、Ｓｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークを指標とすることで、ゲッタリング能力を評価できることが確認できた。
【００５５】
［実験例２］
（サンプル２１）
ＣＺ単結晶シリコンインゴットから得たシリコンウェーハ（直径：３００ｍｍ、厚さ：７２５μｍ、ドーパント種類：リン、抵抗率：１０Ω・ｃｍ、酸素濃度：１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ASTM F121-1979、以下酸素濃度について同じ））を用意した。
【００５６】
次いで、実験例１と同様に、クラスターイオン発生装置を用いて、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）をクラスターイオン化したＣ3Ｈ5のクラスターイオンをシリコンウェーハ表面に注入した。注入条件も実験例１と同様とし、加速電圧：８０ｋｅＶ／Ｃｌｕｓｔｅｒであり、注入炭素ドーズ量：１．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とした。また、実験例１と同様に、窒素ガス雰囲気下で１１００℃、３０分の熱処理を行い、サンプル２１とした。
【００５７】
（サンプル２２，２３）
サンプル２１におけるシリコンウェーハの酸素濃度：１．４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3を、３．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、２．０×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下に変えた以外は、サンプル２１と同様にしてクラスターイオン注入および熱処理を行い、それぞれサンプル２２，２３とした。
【００５８】
サンプル２１〜２３に対し、実験例１と同様にして透過法のＦＴＩＲにより吸光度スペクトルを測定した。そして、それぞれの吸光度スペクトルから、波数８２０ｃｍ-1〜８３０ｃｍ-1の範囲内に観察されるＳｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークのピーク値を求めた。
【００５９】
さらに、サンプル２１〜２３のそれぞれに対して、ウェーハ表面を、Ｆｅ汚染液（１．０×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）を用いてスピンコート汚染法により強制的に汚染し、次いで、窒素雰囲気中において１０５０℃で２時間の拡散熱処理を施した。その後、各ウェーハについてＳＩＭＳ測定を行い、クラスターイオン注入層（本評価では、簡便のため基板界面から８０ｎｍとした。）における鉄（Ｆｅ）濃度のプロファイルをそれぞれ測定した。そして、イオン注入層におけるＦｅの捕獲量（ＳＩＭＳプロファイルにおけるＦｅ濃度の積分値に相当）を求めた。
【００６０】
サンプル２１〜２３における、Ｓｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークのピーク値と、注入層に捕獲された鉄（Ｆｅ）濃度との関係を図５に示す。注入ドーズ量が同じであっても、ゲッタリング能力は変わり得るところ、Ｓｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークのピーク値を指標とすれば、ゲッタリング能力を精度良く評価することも可能である。また、こうして求めた吸光度ピークのピーク値と、不純物金属元素が捕獲された濃度との相関関係を用いれば、異なる注入条件でクラスターイオンを注入しても、少なくともクラスターイオンの構成元素が同じであれば、得られる吸光度ピーク値に基づき、炭素注入起因のゲッタリング能力を定量評価できることも確認できる。
【００６１】
［実験例３］
（サンプル３１）
実験例１と同様のシリコンウェーハを用意した。次いで、実験例１と同様に、クラスターイオン発生装置（日新イオン機器社製、型番：ＣＬＡＲＩＳ（登録商標））を用いて、シクロヘキサン（Ｃ6Ｈ12）をクラスターイオン化したＣ3Ｈ5のクラスターイオンをシリコンウェーハ表面に注入した。注入条件は実験例１のサンプル１２と同様とし、加速電圧：８０ｋｅＶ／Ｃｌｕｓｔｅｒであり、注入炭素ドーズ量：３．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とした。
【００６２】
次いで、熱処理条件を１０００℃、３０分とした以外は、実験例１と同様にして熱処理を行い、サンプル３１とした。
【００６３】
（サンプル３２）
サンプル３１における熱処理条件１０００℃、３０分を、８００℃、５分に変えた以外は、サンプル３１と同様にしてクラスターイオン注入および熱処理を行い、サンプル３２とした。
【００６４】
サンプル３１，３２に対し、実験例１と同様にして透過法のＦＴＩＲにより吸光度スペクトルを測定した。サンプル３１，３２の吸光度スペクトルを図６Ａに示す。
【００６５】
さらに、サンプル３１，３２のそれぞれに対して、ウェーハ表面を、Ｎｉ汚染液（１．０×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）を用いてスピンコート汚染法により強制的に汚染し、次いで、窒素雰囲気中において７００℃で１０分間の拡散熱処理を施した。その後、各ウェーハについてＳＩＭＳ測定を行い、クラスターイオン注入層（本評価では、簡便のため基板界面から８０ｎｍとした。）におけるニッケル（Ｎｉ）濃度のプロファイルをそれぞれ測定した。そして、イオン注入層におけるＮｉの捕獲量（ＳＩＭＳプロファイルにおけるＮｉ濃度の積分値に相当）を求めた。サンプル３１ではＮｉ汚染液の全量がクラスターイオン注入層に捕獲されたのに対して、サンプル３２では、Ｎｉ汚染液の４５％がクラスターイオン注入層に捕獲された。結果を図６Ｂのグラフに併せて示す。
【００６６】
図６Ａ，６Ｂより、ＦＴＩＲ法を用いてＳｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークが観察される場合、良好なゲッタリング能力を有すると判断することが簡便な手法により確認できた。さらに、イオン注入条件以外の条件（本実験例３では熱処理条件）に起因するゲッタリング能力の相違も、ＦＴＩＲ法を用いてＳｉ−Ｃ結合起因の吸光度ピークを対比することにより、簡便に評価することができた。
【００６７】
なお、実験例１〜３では、エピタキシャル層の形成を行っていないバルクのシリコンウェーハに対して本発明を適用した。しかしながら、実験例１〜３ではエピタキシャル層の形成を模擬した熱処理に相当する熱処理を行っているため、エピタキシャルシリコンウェーハに対しても本発明を適用可能であることは理解される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明によれば、ゲッタリング能力を簡易な手法で評価することのできる半導体ウェーハのゲッタリング能力評価方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０    半導体ウェーハ
１８    改質層
２０    エピタキシャル層
１００  半導体ウェーハ
２００  半導体ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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