(57)【要約】【課題】高濃度にボロンを添加したシリコン単結晶において、ＯＳＦを顕在化させて良好に評価することのできるシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法を提供すること。【解決手段】ボロンをドーパントとして含み、抵抗率１０ｍΩｃｍ以上、５０ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶から切り出した試料を用いてＯＳＦの評価を行うシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法は、試料を、６００℃以上、７００℃以下の温度で、２時間以上、６時間以下の熱処理を行う第１の熱処理工程Ｓ１と、第１の熱処理工程Ｓ１の後、１１００℃以上、１１５０℃以下の温度で、１時間以上、２時間以下の熱処理を行う第２の熱処理工程Ｓ２と、第２の熱処理工程Ｓ２後、試料表面に顕在化したＯＳＦ領域を計測する計測工程Ｓ５とを実施する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボロンをドーパントとして含み、抵抗率１０ｍΩｃｍ以上、５０ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶から切り出した試料を用いてＯＳＦの評価を行うシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法であって、
前記試料を、６００℃以上、７００℃以下の温度で、２時間以上、６時間以下の熱処理を行う第１の熱処理工程と、
前記第１の熱処理工程の後、１１００℃以上、１１５０℃以下の温度で、１時間以上、２時間以下の熱処理を行う第２の熱処理工程と、
前記第２の熱処理工程後、前記試料表面に顕在化したＯＳＦ領域を計測する計測工程と
を実施することを特徴とするシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法により、前記試料のＯＳＦ領域のＯＳＦ密度を計測し、前記ＯＳＦ領域の発生幅および最大密度を求める工程と、
前記試料に隣接する位置から切り出したシリコンウェーハの表面にエピタキシャル成長膜を積層する工程と、
積層されたエピタキシャル成長膜の表面に発生した表層欠陥を計測し、前記ＯＳＦ領域の許容値を算出する工程と
を実施することを特徴とするエピタキシャルウェーハの検査方法。
【請求項３】
ボロンをドーパントとして含み、抵抗率１０ｍΩｃｍ以上、５０ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法であって、
請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの検査方法を実施して、前記ＯＳＦ領域の許容値を算出する工程と、
算出された前記ＯＳＦ領域の発生幅および最大密度に基づいて、前記シリコン単結晶の引き上げ条件を設定する工程と、
設定された前記シリコン単結晶の引き上げ条件に基づいて、前記シリコン単結晶の引き上げを行う工程と
を実施することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶のＯＳＦ評価方法、エピタキシャルウェーハの検査方法、およびシリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタやＩＣ等の半導体装置には、ＣＺ法により製造されたシリコン単結晶ウェーハが一般的に使用される。ＣＺ法により製造される結晶には結晶成長時に製造装置のるつぼ材質から酸素原子が格子間酸素として結晶中に混入するが、この格子間酸素はデバイスプロセスにおいて、転位の固着作用及び析出物によるＩＧ（Intrinsic Gettering）効果をもたらすため、結晶中の格子間酸素の濃度や分布を制御することはデバイス特性にとって重要である。
【０００３】
一方、結晶中の格子間酸素が過飽和であると、格子間酸素が酸素析出物として析出する。さらにその中の一部が大きな酸素析出物となり、デバイスプロセス後においてウェーハの表面近傍に、酸素誘起積層欠陥（以下、ＯＳＦ（Oxidation induced Stacking Fault）という）を形成して、デバイス特性の劣化や歩留りを低下させることがある。そのため、デバイスプロセス前にシリコン単結晶中のＯＳＦを把握することが重要である。
このため、特許文献１には、３５０℃から１２００℃までウェーハの熱処理を行うに際し、低温域から高温域の５段階の熱処理を順次行うことにより、ウェーハ表面のＯＳＦを顕在化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５４０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高濃度にボロンを添加した抵抗率１０ｍΩｃｍ以上、５０ｍΩｃｍ以下のｐ＋シリコン単結晶では、ＯＳＦのサイズが小さなため、高温で熱処理すると消失してしまい、エッチピットとして表面観察すると、ＯＳＦをうまく発見できないという課題がある。なお、抵抗率１０ｍΩｃｍ未満では、ＯＳＦは結晶中心で消滅してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、高濃度にボロンを添加したシリコン単結晶において、ＯＳＦを顕在化させて良好に評価することのできるシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法、このＯＳＦ評価方法を利用したエピタキシャルウェーハの検査方法、およびシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法は、ボロンをドーパントとして含み、抵抗率１０ｍΩｃｍ以上、５０ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶から切り出した試料を用いてＯＳＦの評価を行うシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法であって、前記試料を、６００℃以上、７００℃以下の温度で、２時間以上、６時間以下の熱処理を行う第１の熱処理工程と、前記第１の熱処理工程の後、１１００℃以上、１１５０℃以下の温度で、１時間以上、２時間以下の熱処理を行う第２の熱処理工程と、前記第２の熱処理工程後、前記試料表面に顕在化したＯＳＦを計測する計測工程とを実施することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、第１の熱処理工程を実施することにより、ボロンをドーパントとした高ドープシリコン単結晶中のＯＳＦを成長させることができるため、シリコン単結晶から切り出した試料の表面に顕在化したＯＳＦ領域を、高精度に計測することができる。
【０００９】
本発明のエピタキシャルウェーハの検査方法は、前述したシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法により、前記試料のＯＳＦ領域のＯＳＦ密度を計測し、前記ＯＳＦ領域の発生幅および最大密度を求める工程と、前記試料に隣接する位置から切り出したシリコンウェーハの表面にエピタキシャル成長膜を積層する工程と、積層されたエピタキシャル成長膜の表面に発生した表層欠陥を計測し、前記ＯＳＦ領域の許容値を算出する工程とを実施することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル成長膜を積層し、積層されたエピタキシャル成長膜の表層欠陥を計測するために、シリコンウェーハ表面のＯＳＦ領域により、エピタキシャル成長膜の表層欠陥として顕在化するか否かを判定できる。そして、シリコンウェーハ表面のＯＳＦ領域が、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル成長膜の表面に顕在化しない許容値を算出することができる。したがって、エピタキシャル成長膜の積層工程において、ＯＳＦ領域が顕在化するインゴットを除外して、エピタキシャル成長膜の積層工程における無駄を排除することができる。
【００１１】
本発明のシリコン単結晶の製造方法は、ボロンをドーパントとして含み、抵抗率１０ｍΩｃｍ以上、５０ｍΩｃｍ以下のシリコン単結晶を引き上げるシリコン単結晶の製造方法であって、前述したエピタキシャルウェーハの検査方法を実施して、前記ＯＳＦ領域の許容値を算出する工程と、算出された前記ＯＳＦ領域の発生幅および最大密度に基づいて、前記シリコン単結晶の引き上げ条件を設定する工程と、設定された前記シリコン単結晶の引き上げ条件に基づいて、前記シリコン単結晶の引き上げを行う工程とを実施することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、シリコン単結晶のＯＳＦ領域の許容値を算出することにより、エピタキシャル成長膜を積層した際、エピタキシャル成長膜表面に結晶欠陥を顕在化させないＯＳＦ領域の発生幅および最大密度を把握することができる。したがって、ＯＳＦ領域の発生幅および最大密度以内の引き上げ条件を設定することができるため、エピタキシャル成長膜表面に結晶欠陥が生じないシリコンウェーハを、エピタキシャル成長膜積層工程に送ることができ、エピタキシャル成長膜積層工程における不良品の発生を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るシリコン単結晶内に生じる欠陥分布を示す引き上げ方向の断面図。
【図２】図１のＡ線における断面図。
【図３】前記実施形態におけるシリコン単結晶のＯＳＦ評価方法を示すフローチャート。
【図４】前記実施形態におけるエピタキシャルシリコンウェーハの検査方法を示すフローチャート。
【図５】前記実施形態におけるＯＳＦ領域許容値を算出することを説明するための模式図。
【図６】前記実施形態におけるＯＳＦ領域許容値を算出することを説明するための模式図。
【図７】前記実施形態におけるシリコン単結晶の製造方法を示すフローチャート。
【図８】本発明の実施例および比較例の結果を示すグラフ。
【図９】本発明の実施例および比較例の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［１］シリコン単結晶Ｓ内に生じる欠陥分布
図１には、引き上げ速度に応じてシリコン単結晶Ｓ内に生じる欠陥分布が示されている。なお、図１はシリコン単結晶Ｓの長手方向に切り出したシリコン単結晶Ｓの中心から外周端部までの断面Ｂの模式図である。
シリコン単結晶Ｓの引き上げ速度が速い場合、空孔型欠陥領域であるＣＯＰ領域が支配的となる。一方、シリコン単結晶Ｓの引き上げ速度が遅い場合、格子間シリコン型欠陥優勢領域が支配的となる。シリコン単結晶Ｓは、ｐ＋結晶であり、抵抗率は１０ｍΩｃｍ以上、５０ｍΩｃｍ以下となっている。
【００１５】
ＯＳＦ領域は、ＣＯＰ領域と格子間シリコン型欠陥優勢領域の間の引き上げ速度で形成される。なお、図示を略したが、ＯＳＦ領域と格子間シリコン型欠陥優勢領域の間には、無欠陥領域が形成される。
図２には、図１のＡ線における断面、すなわちシリコン単結晶Ｓの長手方向に直交する断面が、シリコン単結晶Ｓの全体径の状態で示されている。図２に示すように、リング状のＯＳＦ領域を有するシリコンウェーハは、内側のＣＯＰ領域と、外側の格子間シリコン型欠陥優勢領域との間にリング状に形成される。
抵抗率１０ｍΩｃｍ以上、抵抗率５０ｍΩｃｍ以下の高濃度ボロン領域では、その濃度の影響による格子間シリコン型結晶欠陥であるＬ／ＤＬ（Large Dislocation Loop）は発生せず、単に格子間シリコン型欠陥優勢領域となる。
【００１６】
［２］シリコン単結晶ＳのＯＳＦ評価方法
このようなリング状のＯＳＦ領域のＯＳＦ評価を行う場合、シリコン単結晶Ｓから切り出した２枚の試料Ｗを、それぞれ１／４の試験片に分割する。そして、図３に示すように、それぞれの試験片に、第１の熱処理工程Ｓ１、第２の熱処理工程Ｓ２、酸化膜除去工程Ｓ３、および選択エッチング処理工程Ｓ４を行った後、それぞれの試験片の表面を、スキャン計測工程Ｓ５によって計測する。なお、試料Ｗは、引き上げられたシリコン単結晶Ｓを複数のインゴットブロックに切り出す際に得ることができる。
【００１７】
［2-1］第１の熱処理工程Ｓ１
第１の熱処理工程Ｓ１は、試料Ｗの試験片を、６００℃以上、７００℃以下の温度で、２時間以上、６時間以下熱処理を行うことにより実施される。熱処理は、水蒸気を用いないドライ雰囲気での熱処理でも、水蒸気を用いた酸化熱処理でもよい。第１の熱処理工程Ｓ１により、試料Ｗの表面に形成されたリング状のＯＳＦ領域の酸素析出核の成長を促し、ＯＳＦ領域のみ密度を増大させることができる。
【００１８】
第１の熱処理工程Ｓ１における熱処理温度が６００℃未満の場合には、熱処理温度が低すぎるため、ＯＳＦ領域の酸素析出核の成長を十分に促すことができない。
一方、第１の熱処理工程Ｓ１における熱処理温度が７００℃を超える場合には、リング状のＯＳＦ領域以外、たとえばＣＯＰ領域の酸素析出物核の成長も促進されるため、リング状のＯＳＦ領域を特定することが困難となる。
【００１９】
［2-2］第２の熱処理工程Ｓ２
第２の熱処理工程Ｓ２は、一般的なＯＳＦ評価熱処理と同様の条件により行う。具体的には、第２の熱処理工程Ｓ２は、第１の熱処理工程Ｓ１を経た試料Ｗの試験片を、１１００℃以上、１１５０℃以下の温度で、１時間以上、２時間以下の熱処理を行うことにより実施される。熱処理は、水蒸気を用いないドライ雰囲気での熱処理でも、水蒸気を用いた酸化熱処理でもよい。
【００２０】
［2-3］酸化膜除去工程Ｓ３
酸化膜除去工程Ｓ３は、試料Ｗの試験片を、フッ化水素酸を純水で希釈した溶液に浸漬することにより、試料Ｗの試験片の表面に付着した酸化膜を除去する。溶液の濃度としては、体積比でフッ化水素酸１に対して、純水が０．２５から３．０の範囲で行う。
【００２１】
［2-4］選択エッチング処理工程Ｓ４
選択エッチング処理工程Ｓ４は、酸化膜除去工程Ｓ３により酸化膜が除去された試料Ｗの試験片に顕在化させたＯＳＦを、選択エッチングすることにより、エッチピットとして視覚により確認できるようにするための工程である。
エッチング液としては、たとえば、Wright液を用いることができる。Wright液の配合比は、体積比でフッ化水素酸：硝酸：氷酢酸：硝酸銅水和物：酸化クロム：純水＝１２．５：１０．７：２２．５：０．５５：４．３８：４９．４である。
【００２２】
［2-5］スキャン計測工程Ｓ５
スキャン計測工程Ｓ５は、選択エッチング処理した試料Ｗの試料表面に顕在化したＯＳＦを計測する。具体的には、スキャン計測工程Ｓ５は、電子顕微鏡を用いて半径方向に５ｍｍ間隔で走査し、計測したエッチピットの個数からＯＳＦ平方密度に換算することにより行われる。
【００２３】
［３］エピタキシャルウェーハの検査方法
本発明のエピタキシャルウェーハの検査方法は、図４に示すように、前述したシリコン単結晶ＳのＯＳＦ評価方法によりＯＳＦ領域の発生幅および最大密度を求める工程Ｓ１―Ｓ５と、試料Ｗに隣接するシリコンウェーハにエピタキシャル成長膜を積層するエピタキシャル成長膜積層工程Ｓ６と、エピタキシャル成長膜の表面に発生した表層欠陥を計測し、ＯＳＦ領域の許容値を算出するＯＳＦ領域許容値算出工程Ｓ７とを実施する。
【００２４】
［3-1］エピタキシャル成長膜積層工程Ｓ６
前述した工程Ｓ１−Ｓ５によって評価した試料Ｗに隣接する位置のシリコンウェーハの表面にエピタキシャル成長膜を積層する。エピタキシャル成長膜は、シリコンウェーハをエピタキシャル炉の中で約１２００℃まで加熱し、エピタキシャル炉内に気化した四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、三塩化シラン（トリクロルシラン、ＳｉＨＣｌ３）を流すことにより積層することができる。
【００２５】
［3-2］ＯＳＦ領域許容値算出工程Ｓ７
エピタキシャル成長膜積層工程Ｓ６により、表面にエピタキシャル膜が形成されたシリコンウェーハＷ２に対して、レーザ面検査器（KLT-Tenchor社製）を用いて、パーティクル分離条件をＬＰＤ−Ｎ（Light Point Defect-Non Cleaning）による計測を実施する。
許容値の算出は、図５および図６に示すように、ＯＳＦ評価を行った試料Ｗに隣接するシリコンウェーハＷ２、Ｗ３に対して、レーザ面検査器により計測によりエピタキシャル成長膜を形成したエピタキシャルシリコンウェーハＥＷ２、ＥＷ３の計測を行い、エピタキシャル成長膜表層にＯＳＦに起因する欠陥が生じているか否かを判定することにより行う。
【００２６】
引き上げ速度の遅い条件でシリコン単結晶Ｓの引き上げを行うと、図５に示すように、シリコンウェーハＷ２におけるＯＳＦ領域の発生幅は大きく、また、ＯＳＦ密度も高密度であった。この場合、エピタキシャル成長膜を形成したエピタキシャルシリコンウェーハＥＷ２の表面にも、ＯＳＦ起因の表層欠陥が生じてしまう。
【００２７】
これに対して、引き上げ速度の速い条件でシリコン単結晶Ｓの引き上げを行うと、図６に示すように、シリコンウェーハＷ３におけるＯＳＦ領域の発生幅は小さく、また、ＯＳＦ密度も低密度であった。この場合、エピタキシャル成長膜を形成したエピタキシャルシリコンウェーハＥＷ３の表面には、ＯＳＦ起因の表層欠陥が生じることがない。したがって、図６に示すシリコンウェーハＷ２のＯＳＦ領域の発生幅、ＯＳＦ密度であれば、エピタキシャル成長膜を形成しても、エピタキシャル成長膜表面に、ＯＳＦ起因の表層欠陥が生じることがない。
【００２８】
［４］シリコン単結晶Ｓの製造方法
本発明のシリコン単結晶Ｓの製造方法は、図７に示すように、前述したエピタキシャルシリコンウェーハＥＷ２の検査方法Ｓ１−Ｓ７を実施した後、シリコン単結晶Ｓの引き上げ条件を設定する工程Ｓ８と、シリコン単結晶Ｓを引き上げる工程Ｓ９とを実施する。
シリコン単結晶Ｓの引き上げ条件の設定する工程Ｓ８は、図１に示す引き上げ速度に応じてシリコン単結晶Ｓ内に生じる欠陥分布の状態を参照して行う。具体的には、引き上げ条件の設定は、図６に示されるエピタキシャルシリコンウェーハＥＷ３の検査方法Ｓ１−Ｓ７により得られたＯＳＦ領域の発生幅と同じ発生幅となるように、引き上げ速度を設定する。
シリコン単結晶Ｓを引き上げる工程Ｓ９は、工程Ｓ８において設定された引き上げ速度により、シリコン単結晶Ｓの引き上げを行う。
【００２９】
シリコン単結晶Ｓの製造方法をこのような工程を経て実施することにより、エピタキシャルシリコンウェーハＥＷ３のエピタキシャル層に表層欠陥を生じさせることのないシリコンウェーハＷ３を作り込むことが可能となる。したがって、シリコン単結晶Ｓを引き上げる工程Ｓ９の次工程となるエピタキシャル成長膜積層工程において、表層欠陥が生じるシリコンウェーハＷ２を送ることがなく、エピタキシャル成長膜形成工程における工程の無駄を軽減することができる。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されたものではない。
ボロンをドーパントとした酸素濃度１１．０×１０１７atoms／ｃｍ３の隣接したφ２００ｍｍ径の試料２枚を、それぞれ１／４に分割し、８水準の評価熱処理を実施した。その後、フッ化水素酸を純水で希釈した溶液で酸化膜を除去した後、Wright液により２μｍの選択エッチング処理を行い、半径方向に５ｍｍ間隔でＯＳＦ密度をスキャン計測した。
熱処理条件を表１に、評価結果を図８および図９に示す。なお、横軸は、シリコンウェーハの中心から端部までの距離であり、中心が０ｍｍであり、外周端部が１００ｍｍである。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
図８および図９に示すように、水準１および水準２では、シリコンウェーハの中心から外周にわたり、ＯＳＦ密度が１０２ｃｍ−２前後の値を示し、リング状のＯＳＦ領域を判別
することができないことが確認された。
水準１の場合、第１の熱処理工程Ｓ１を行っていないため、リング状のＯＳＦ領域の酸素析出核の成長の促進が行われず、リング状のＯＳＦ領域が消失してしまい、リング状のＯＳＦ領域の酸素析出核を判別することが困難となったものと考えられる。
【００３３】
水準２の場合、第１の熱処理工程Ｓ１における熱処理温度が低すぎるため、リング状のＯＳＦ領域の酸素析出核を、十分に成長させることができず、水準１の場合と同様にＯＳＦ領域の酸素析出核を判別することが困難となったものと考えられる。
また、水準８についても、水準１および水準２と同様に、リング状のＯＳＦ領域を判別することができなかった。
水準８の場合、第１の熱処理工程Ｓ１の温度が高すぎるため、リング状のＯＳＦ領域およびＣＯＰ領域の酸素析出核がともに成長してしまい、リング状のＯＳＦ領域の酸素析出核を判別することが困難となったものと考えられる。
【００３４】
これに対して、水準３から水準７では、３０ｍｍから５０ｍｍの間にＯＳＦ密度のピークが認められ、リング状のＯＳＦ領域を判別することができる。
したがって、１１４０℃で行う第２の熱処理工程の前に、６００℃以上、７００℃以下で、２時間以上、６時間以下の第１の熱処理工程Ｓ１を行うことにより、リング状のＯＳＦ領域の酸素析出核の成長を促すことができる。このため、その後、第２の熱処理工程を実施しても、リング状のＯＳＦ領域を判別できることが確認された。
【符号の説明】
【００３５】
ＥＷ２…エピタキシャルシリコンウェーハ、ＥＷ３…エピタキシャルシリコンウェーハ、Ｓ…シリコン単結晶、Ｓ１…第１の熱処理工程、Ｓ２…第２の熱処理工程、Ｓ３…酸化膜除去工程、Ｓ４…選択エッチング処理工程、Ｓ５…スキャン計測工程、Ｓ６…エピタキシャル成長膜積層工程、Ｓ７…ＯＳＦ領域許容値算出工程、Ｓ８…引き上げ条件を設定する工程、Ｓ９…シリコン単結晶を引き上げる工程、Ｗ…試料、Ｗ２…シリコンウェーハ、Ｗ３…シリコンウェーハ。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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