(57)【要約】【課題】  シリコン基板中の結晶欠陥量を正確に測定すること。【解決手段】  本発明では、以下の各工程が順に実施される。（１）結晶欠陥が形成されているシリコン基板１０を用意する工程（Ｓ２）。（２）シリコン基板１０に形成されている自然酸化膜１４を除去する工程（Ｓ４）。（３）シリコン基板１０を水素ガス雰囲気中に配置する工程（Ｓ６）。（４）シリコン基板１０の表面１２ａをアンモニア過水で洗浄する工程（Ｓ８）。（５）シリコン基板１０に含まれる水素量を測定して結晶欠陥量を算出する工程（Ｓ１０）。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に含まれる結晶欠陥量を測定する方法であり、
半導体基板の表面に水素を供給することによって半導体基板の内部に水素を侵入させる侵入工程と、
その侵入工程の後に実行され、半導体基板の表面に付着している水素を除去する水素除去工程と、
その水素除去工程の後に実行され、半導体基板に含まれる水素量を測定する水素量測定工程と
を備える結晶欠陥量測定方法。
【請求項２】
前記侵入工程の前に実行され、半導体基板の表面に形成されている酸化膜を除去する酸化膜除去工程をさらに備えることを特徴とする請求項１の結晶欠陥量測定方法。
【請求項３】
前記水素除去工程は、アンモニア過水又は硫酸過水で半導体基板を洗浄することによって実行されることを特徴とする請求項１又は２の結晶欠陥量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に含まれる結晶欠陥量を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に含まれる結晶欠陥量を測定することが行なわれている。特許文献１の技術では、結晶欠陥が形成されているシリコン基板を水素雰囲気中に配置する。これにより、シリコン基板の表面からシリコン基板の内部に水素が侵入し、結晶欠陥を形成しているシリコン未結合手（ダングリングボンド）に水素が結合する。なお、本明細書では、結晶欠陥を形成するダングリングボンドに水素が結合することを「結晶欠陥に水素がパッシベートされる」と表現することがある。次いで、結晶欠陥にパッシベートされた水素量を測定する。この水素量は、結晶欠陥量に比例する。従って、結晶欠陥にパッシベートされた水素量を測定することによって、シリコン基板に含まれる結晶欠陥量を知ることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５５４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
結晶欠陥に水素をパッシベートさせる際に、半導体基板の表面に水素が付着する。即ち、結晶欠陥にパッシベートされていない水素が半導体基板の表面に存在する。この状態で測定される水素量は、結晶欠陥にパッシベートされておらず半導体基板の表面に単に付着している水素量を含むことになる。この結果、半導体基板に含まれる結晶欠陥量を正確に測定することができない。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、半導体基板に含まれる結晶欠陥量を正確に測定することができる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】
【０００６】
本明細書によって開示される結晶欠陥量測定方法は、侵入工程と、その侵入工程の後に実行される水素除去工程と、その水素除去工程の後に実行される水素量測定工程とを備える。侵入工程では、半導体基板の表面に水素を供給することによって半導体基板の内部に水素を侵入させる。例えば、半導体基板を水素ガス雰囲気中に配置することによって侵入工程を行なうことができる。また、例えば、半導体基板の一部に水素（水素イオン等）を侵入させ、その水素を半導体基板内で拡散させることによって侵入工程を行なうこともできる。水素除去工程では、半導体基板の表面に付着している水素を除去する。例えば、半導体基板の表面を所定の液体（水素を除去することができる液体）で洗浄することによって水素除去工程を行なうことができる。なお、他の手法を利用して水素除去工程を行なってもよい。水素量測定工程では、半導体基板の内部に含まれる水素量を測定する。例えば、二次イオン質量分析法、フーリエ変換赤外分光分析法、昇温脱離ガス分析法等を利用して水素量測定工程を行なうことができる。なお、他の手法を利用して水素量測定工程を行なってもよい。
【０００７】
上記の方法では、半導体基板の表面に付着している水素が除去され、その後に水素量測定工程が行なわれる。このために、結晶欠陥にパッシベートされておらず半導体基板の表面に単に付着している水素量が水素量測定工程で測定されない。結晶欠陥にパッシベートされている水素量を正確に測定することができる。この結果、半導体基板に含まれる結晶欠陥量を正確に測定することができる。
【０００８】
半導体基板の表面に自然に酸化膜（以下では自然酸化膜と呼ぶ）が形成されることがある。結晶欠陥に水素をパッシベートさせる際に、自然酸化膜の内部（特に酸化膜と半導体基板の間）に水素が付着することがある。この水素も、結晶欠陥にパッシベートされているものではなく、結晶欠陥量を測定する際のノイズになる。このノイズを除去するために、半導体基板の表面に形成されている酸化膜を除去する酸化膜除去工程を侵入工程の前に実行することが好ましい。このようにすると、結晶欠陥にパッシベートされている水素量をより正確に測定することができる。
【０００９】
上記の水素除去工程は、アンモニア過水又は硫酸過水で半導体基板を洗浄することによって実行されてもよい。アンモニア過水は、アンモニア水と過酸化水素水とを含む液体である。また、硫酸過水は、硫酸と過酸化水素水とを含む液体である。これらの液体を用いると、半導体基板の表面に付着している水素を効果的に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ここでは、以下の実施例に記載されている特徴を列記しておく。
（形態１）半導体基板は、シリコン単結晶によって構成されている。
（形態２）酸化膜除去工程は、半導体基板の表面にフッ酸を供給することによって行なわれる。
（形態３）侵入工程は、半導体基板を常温以下の水素雰囲気中に配置することによって行なわれる。
（形態４）水素量測定工程では、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ；Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometery）が利用される。
（形態５）水素量測定工程では、フーリエ変換赤外分光分析法（ＦＴ−ＩＲ；Fourier Transform InfraRed Spectrometery）が利用される。
（形態６）水素量測定工程では、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ；Thermal Desorption Spectroscopy）が利用される。
【実施例】
【００１１】
（第１実施例）
図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、本実施例の結晶欠陥量測定方法のフローチャートを示す。まず、結晶欠陥が形成されているシリコン基板（ウェハ）を用意する工程が実行される（Ｓ２）。シリコン基板に結晶欠陥を形成する手法は公知であるために、説明を省略する。
【００１２】
図２は、シリコン基板１０の一例を示す。シリコン基板１０は、シリコン単結晶層１２を有する。シリコン単結晶層１２には、複数の結晶欠陥２０（図２では１つの結晶欠陥２０のみが示されている）が形成されている。１つの結晶欠陥２０は、存在するべき位置にシリコン原子が存在せずに４つの未結合手２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが存在している状態を意味する。シリコン単結晶層１２の表面１２ａには、酸化膜１４が形成されている。酸化膜１４は、積極的に形成されたものではなく自然に形成されたものである。
【００１３】
シリコン基板１０が用意された後に、酸化膜１４を除去する工程が実行される（図１のＳ４参照）。この工程は、シリコン基板１０をフッ酸で洗浄することによって行なわれる。この結果、図３に示されるように、酸化膜１４が除去される。
【００１４】
続いて、シリコン基板１０を水素雰囲気中に配置する工程が実行される（図１のＳ６）。図４は、水素ガスが充満しているボックス３０の一例を示す。ボックス３０内にシリコン基板１０が配置される。ボックス３０の内部の温度は、できる限り低い温度に設定されている。例えば、常温以下（例えば２５℃以下）に設定されている。ボックス３０内にシリコン基板１０を配置しておくと、シリコン基板１０の表面に水素が供給され、その水素がシリコン基板１０の内部に侵入する。この結果、結晶欠陥２０（図２参照）を形成していた４つの未結合手２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのそれぞれに水素３２が結合する。即ち、結晶欠陥２０に水素３２がパッシベートされる。なお、シリコン単結晶層１２の表面１２ａにも水素３４が付着する。この水素３４は、結晶欠陥２０にパッシベートされたものではなく、表面１２ａに単に付着しているものである。
【００１５】
次に、シリコン基板１０の表面１２ａをアンモニア過水（アンモニア水と過酸化水素水の混合溶液）で洗浄する工程が実行される（図１のＳ８参照）。図５は、シリコン基板１０にアンモニア過水を供給する様子を示す。この結果、シリコン単結晶層１２の表面１２ａに付着していた水素３４が除去される。図６に示されるように、シリコン単結晶層１２の表面１２ａには、ケミカル酸化膜４０が形成される。なお、アンモニア過水に代えて硫酸過水（硫酸と過酸化水素水の混合溶液）が利用されてもよい。
【００１６】
次いで、シリコン基板１０に含まれる水素量を測定する工程が実行される（図１のＳ１０参照）。本実施例では、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を利用して水素量を測定する。ＳＩＭＳは公知の手法であるために、詳しい説明を省略する。ＳＩＭＳを利用すると、シリコン基板１０の深さ方向の水素濃度分布が得られる。図７は、ＳＩＭＳによって得られる水素濃度分布の一例を示す。水素濃度分布を積分することによって水素総量Ｓ１を得ることができる。また、水素総量Ｓ１をシリコン基板１０の体積Ｖ１で除することによって平均水素濃度ＳＡ１を得ることができる。上述した図２に示されるように、１つの結晶欠陥２０には４つの未結合手２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが存在しており、これらのそれぞれに水素３２が結合する。従って、水素総量Ｓ１を４で除することによって結晶欠陥総量を得ることができる。また、平均水素濃度ＳＡ１を４で除することによって平均結晶欠陥濃度を得ることができる。
【００１７】
本実施例によると、シリコン基板１０の表面１２ａに付着している水素３４が除去される。この結果、シリコン基板１０の内部の結晶欠陥２０にパッシベートされている水素量のみを測定することができ、結晶欠陥量を正確に測定することができる。
また、結晶欠陥２０に水素をパッシベートさせる前にシリコン基板１０に形成されている自然酸化膜１４が除去される。このために、酸化膜１４（特にシリコン単結晶層１２と酸化膜１４の間）に水素が付着することを防止することができ、その水素が水素量測定工程（図１のＳ１０参照）で測定されるという事象を防止することができる。結晶欠陥量を正確に測定することができる。
【００１８】
（第２実施例）
本実施例では、水素量測定工程（図１のＳ１０参照）の内容が第１実施例と異なる。本実施例では、フーリエ変換赤外分光分析法（ＦＴ−ＩＲ）を利用して水素量を測定する。ＦＴ−ＩＲは公知の手法であるために、詳しい説明を省略する。結晶欠陥２０に水素３２がパッシベートされた後のシリコン基板１０（図１のＳ８を終えたシリコン基板１０）の赤外吸収スペクトルをＦＴ−ＩＲによって測定する。図８は、この赤外吸収スペクトルの一例を示す。また、結晶欠陥２０に水素３２がパッシベートされる前のシリコン基板１０（図１のＳ２で用意されたシリコン基板１０）の赤外吸収スペクトルをＦＴ−ＩＲによって測定しておく。図９は、この赤外吸収スペクトルの一例を示す。図８の赤外吸収スペクトルから図９の赤外吸収スペクトルを減算する。これにより、結晶欠陥２０に関与しているＳｉ−Ｈ結合以外の様々な要因（Ｓｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｓｉ結合等）の赤外吸収のノイズを除去することができる。図１０は、減算によって得られた赤外吸収スペクトルの一例を示す。
【００１９】
Ｓｉ−Ｈ結合の赤外吸収は、２２２３ｃｍ-1の波数によって得られることが知られている。このために、２２２３ｃｍ-1の波数に対応する吸光度Ａ１（図１０参照）は、シリコン基板１０のＳｉ−Ｈ結合に起因するものである。また、図１１のグラフを予め用意しておく。図１１は、シリコン基板中の結晶欠陥にパッシベートされている平均水素濃度と、Ｓｉ−Ｈ結合に起因する吸光度（具体的には２２２３ｃｍ-1の波数に対応する吸光度をシリコン基板の厚み（水素の拡散深さ）で除算した値）との関係を示すグラフである。このグラフは、結晶欠陥にパッシベートされている水素濃度がわかっている数種類のシリコン基板（異なる水素濃度の複数のシリコン基板）について、Ｓｉ−Ｈ結合に起因する吸光度を測定することによって作成することができる。吸光度Ａ１がシリコン基板１０の厚みＤ１（水素の拡散深さ）によって除算された値Ａ１／Ｄ１に対応する平均水素濃度ＳＡ２を図１１のグラフから得ることができる。また、平均水素濃度ＳＡ２にシリコン基板１０の体積Ｖ１を乗算することによって、シリコン基板１０の水素総量Ｓ２を得ることができる。水素総量Ｓ２を４で除することによって結晶欠陥総量を得ることができる。また、平均水素濃度ＳＡ２を４で除することによって平均結晶欠陥濃度を得ることができる。
【００２０】
本実施例のようにＦＴ−ＩＲを利用しても、シリコン基板１０の結晶欠陥量を正確に測定することができる。
【００２１】
（第３実施例）
本実施例では、水素量測定工程（図１のＳ１０参照）の内容が第１実施例と異なる。本実施例では、昇温脱ガス分析法（ＴＤＳ）を利用して水素量を測定する。図１２は、ＴＤＳを行なう装置を簡単に示す。ＴＤＳ装置５０は、ヒータ５２と水素ガス検出器５４を備える。結晶欠陥２０に水素３２がパッシベートされた後のシリコン基板１０（図１のＳ８を終えたシリコン基板１０）は、ヒータ５２の上面に載置される。ヒータ５２を昇温させていくと、シリコン基板１０の内部の水素３２が水素ガスとなってシリコン基板１０の外部に移動する。水素ガス検出器５４は、水素ガス量を測定する。図１３は、水素ガス検出器５４の測定結果の一例を示す。このグラフは、ヒータ５２の温度と水素ガスの信号強度との関係を示す。図１３のグラフを積分することによって得られる積分値Ｉ１は、シリコン基板１０中の水素総量に比例する。
【００２２】
図１４のグラフを予め用意しておく。図１４は、シリコン基板中の結晶欠陥にパッシベートされている平均水素濃度と、ＴＤＳの測定結果の積分値Ｉとの関係を示すグラフである。このグラフは、結晶欠陥にパッシベートされている水素濃度がわかっている数種類のシリコン基板（異なる水素濃度の複数のシリコン基板）について、ＴＤＳを利用して水素ガスの信号強度を測定することによって作成することができる。積分値Ｉ１に対応する平均水素濃度ＳＡ３を図１４のグラフから得ることができる。また、平均水素濃度ＳＡ３にシリコン基板１０の体積Ｖ１を乗算することによって、シリコン基板１０の水素総量Ｓ３を得ることができる。水素総量Ｓ３を４で除することによって結晶欠陥総量を得ることができる。また、平均水素濃度ＳＡ３を４で除することによって平均結晶欠陥濃度を得ることができる。
【００２３】
本実施例のようにＴＤＳを利用しても、シリコン基板１０の結晶欠陥量を正確に測定することができる。
【００２４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記の実施例では、半導体基板の材料としてシリコンを用いた例を説明したが、それ以外の半導体材料を用いてもよい。例えば、半導体材料に窒化ガリウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素などを用いてもよい。
【００２５】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例の結晶欠陥量測定方法のフローチャートを示す。
【図２】自然酸化膜が形成されているシリコン基板の一例を示す。
【図３】自然酸化膜が除去された後のシリコン基板の一例を示す。
【図４】シリコン基板が水素雰囲気中に配置されている様子を示す。
【図５】シリコン基板の表面に水素が付着している様子を示す。
【図６】表面から水素が除去された後のシリコン基板の一例を示す。
【図７】ＳＩＭＳの測定結果の一例を示す。
【図８】結晶欠陥に水素がパッシベートされているシリコン基板の赤外吸収スペクトルの一例を示す。
【図９】結晶欠陥に水素がパッシベートされていないシリコン基板の赤外吸収スペクトルの一例を示す。
【図１０】図８の赤外吸収スペクトルから図９の赤外吸収スペクトルを減算することによって得られる赤外スペクトルの一例を示す。
【図１１】平均水素濃度とＳｉ−Ｈ結合に起因する吸光度との関係を示すグラフの一例を示す。
【図１２】ＴＤＳ装置の一例を示す。
【図１３】ＴＤＳの測定結果の一例を示す。
【図１４】平均水素濃度とＴＤＳの測定結果の積分値との関係を示すグラフの一例を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１０：シリコン基板
１２：シリコン単結晶層
１４：自然酸化膜
２０：結晶欠陥
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ：未結合手
３２：結晶欠陥にパッシベートされている水素
３４：シリコン基板の表面に付着している水素
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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