(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の品質をフォトルミネッセンス測定により評価する半導体基板の評価方法であって、
前記フォトルミネッセンス測定による評価は、評価対象半導体基板の表面に前処理を施した後に励起光を照射し、該励起光が照射された表面から得られる発光を検出することを含み、
前記評価は、前記励起光が照射された表面の一部から得られた発光の発光強度もしくは前記励起光が照射された表面の面内各部から得られた発光の発光強度の平均値を指標として行われるか、または前記励起光が照射された表面から得られた発光の発光強度の面内分布情報に基づき行われ、且つ、
前記前処理は、前記励起光が照射される評価対象半導体基板の表面に酸化膜形成処理を施すこと及び形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させることを含む、前記半導体基板の評価方法。
【請求項２】
前記半導体基板は、ｐ型半導体基板である請求項１に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項３】
前記半導体基板は、ｎ型半導体基板である請求項１に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項４】
前記コロナ放電により、前記酸化膜の表面をプラスに帯電させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項５】
前記評価される品質は、半導体基板の金属汚染である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項６】
前記酸化膜形成処理を、乾式酸化により行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項７】
前記酸化膜形成処理を、熱酸化により行う請求項６に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項８】
前記半導体基板は、シリコン基板である請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項９】
複数の半導体基板を含む半導体基板のロットを準備すること、
前記ロットから少なくとも１つの半導体基板を抽出すること、
前記抽出された半導体基板を評価すること、及び、
前記評価により良品と判定された半導体基板と同一ロットに含まれていた少なくとも１つの半導体基板を製品基板として出荷すること、
を含み、且つ
前記抽出された半導体基板の評価を、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法によって行う、半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の評価方法及び半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の評価方法として、フォトルミネッセンス（Photoluminescence；以下、「ＰＬ」とも記載する。）測定を利用する方法（以下、「ＰＬ法」と記載する。）が、例えば特許文献１に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５４６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＬ法によれば、半導体基板の表面に励起光を照射し、この励起光により励起された電子正孔対（キャリア）が再結合する際に生じる発光を検出することにより、半導体基板の品質に関する情報、例えば不純物汚染や欠陥の存在等の各種結晶欠陥に関する情報を得ることができる。
【０００５】
上記ＰＬ法に関し、特許文献１には、シリコンウェーハにおけるＰＬ測定の前処理として、フッ酸洗浄及びその後の純水リンス（以下、「ＨＦ処理」と記載する。）を行うことが提案されている。
【０００６】
特許文献１に記載されているＨＦ処理は、シリコンウェーハ表面を水素終端状態とすることにより（特許文献１の段落０００８参照）、ＰＬ測定による評価の感度を高めるための１つの手段である。しかるに近年、半導体基板には、デバイスの高性能化等に伴い、より一層高い品質を有することが要求されている。かかる高品質化の要求に応えるためには、半導体基板の品質評価の感度を更に高めることが求められる。そしてそのためには、ＰＬ測定により得られる発光強度（ＰＬ強度）を高めることが望ましい。ＰＬ強度を高めることにより、不純物汚染や欠陥の存在が低レベルであっても検出することが可能となる、即ち高感度化が可能となるからである。
【０００７】
また、半導体基板の品質評価の信頼性を向上するためには、評価結果の経時的な変化は少ないこと（評価結果の時間の経過に伴うばらつきが少なく評価の精度が高いこと）が望ましい。しかるに、特許文献１に記載されているＨＦ処理では、水素終端状態としたシリコンウェーハ表面が周辺雰囲気からの影響で経時変化することが予想されるため、ＨＦ処理からの経過時間によって測定結果にばらつきが生じてしまうと考えられる。
【０００８】
そこで本発明の目的は、高感度且つ高精度での評価が可能な、ＰＬ測定による半導体基板の評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、ＰＬ測定の前処理として、酸化膜形成及び形成した酸化膜へのコロナ放電処理を行うことにより、特許文献１に記載されているＨＦ処理による前処理を行った場合と比べて、ＰＬ強度が高まり、且つ測定結果の時間の経過に伴うばらつきが低減されることを新たに見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
即ち、上記目的は、下記手段によって達成された。
［１］半導体基板の品質をフォトルミネッセンス測定より評価する半導体基板の評価方法であって、
前記フォトルミネッセンス測定による評価は、評価対象半導体基板の表面に前処理を施した後に励起光を照射し、該励起光が照射された表面から得られる発光を検出することを含み、且つ、
前記前処理は、前記励起光が照射される評価対象半導体基板の表面に酸化膜形成処理を施すこと及び形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させることを含む、前記半導体基板の評価方法。
［２］前記半導体基板は、ｐ型半導体基板である［１］に記載の半導体基板の評価方法。
［３］前記半導体基板は、ｎ型半導体基板である［１］に記載の半導体基板の評価方法。
［４］前記コロナ放電により、前記酸化膜の表面をプラスに帯電させる［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体基板の評価方法。
［５］前記評価される品質は、半導体基板の金属汚染である［１］〜［４］のいずれかに記載の半導体基板の評価方法。
［６］前記酸化膜形成処理を、乾式酸化により行う［１］〜［５］のいずれかに記載の半導体基板の評価方法。
［７］前記酸化膜形成処理を、熱酸化により行う［６］に記載の半導体基板の評価方法。
［８］前記半導体基板は、シリコン基板である［１］〜［７］のいずれかに記載の半導体基板の評価方法。
［９］複数の半導体基板を含む半導体基板のロットを準備すること、
前記ロットから少なくとも１つの半導体基板を抽出すること、
前記抽出された半導体基板を評価すること、及び、
前記評価により良品と判定された半導体基板と同一ロットに含まれていた少なくとも１つの半導体基板を製品基板として出荷すること、
を含み、且つ
前記抽出された半導体基板の評価を、［１］〜［８］のいずれかに記載の方法によって行う、半導体基板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体基板の金属汚染等の品質を、ＰＬ測定による評価によって高感度且つ高精度に評価することができる。更にこれにより、高品質な半導体基板を安定供給することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】強励起顕微フォトルミネッセンス法に基づく測定装置の概略図である。
【図２】実施例１及び比較例１で得られた、ＰＬ強度と金属汚染濃度との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［半導体基板の評価方法］
本発明の一態様は、半導体基板の品質をフォトルミネッセンス測定により評価する半導体基板の評価方法に関する。本発明の半導体基板の評価方法において、前記フォトルミネッセンス測定による評価は、評価対象半導体基板の表面に前処理を施した後に励起光を照射し、該励起光が照射された表面から得られる発光を検出することを含み、且つ、前記前処理は、前記励起光が照射される評価対象半導体基板の表面に酸化膜形成処理を施すこと及び形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させることを含む。
以下、本発明の半導体基板の評価方法（以下、単に「評価方法」とも記載する。）について、更に詳細に説明する。
【００１４】
＜評価対象半導体基板＞
評価対象半導体基板は、例えばシリコン基板（シリコンウェーハ）である。ただし、評価対象基板はシリコン基板に限定されるものではなく、例えば化合物半導体基板にも、本発明の評価方法は適用可能である。
【００１５】
半導体基板の導電型は、ｐ型であってもｎ型であってもよい。評価対象半導体基板がいずれの導電型の半導体基板であっても、本発明の評価方法によれば、高感度且つ高精度に、その品質を評価することができる。半導体基板の導電型を問わず適用可能であることは、本発明の評価方法の利点の１つである。また、後述するようにコロナ放電による帯電は、プラスであってもよくマイナスであってもよい。本発明の評価方法では、評価対象半導体基板の導電型によってコロナ放電条件（プラスの帯電をもたらすかマイナスの帯電をもたらすか）を変えることを要さないため、コロナ処理装置の設定を測定の度に変更せずとも評価を行うことができる。また、ｐ型とｎ型の半導体基板が混在しているサンプル群であっても一括して前処理を行うことができる。以上の点も、本発明の評価方法の利点である。なお評価対象半導体基板のサイズは、例えば直径２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍであることができるが、これより小さくても大きくてもよく、特に限定されるものではない。また、その基板抵抗値も特に限定されるものではない。
【００１６】
＜ＰＬ測定前の前処理＞
詳細を後述するように、ＰＬ測定による評価では、評価対象半導体基板のいずれか一方の表面（以下、「被照射表面」ともいう。）に励起光を照射し、この励起光が照射された表面から得られる発光を検出する。本発明の評価方法では、かかる励起光照射前に、前処理として、被照射表面に酸化膜形成処理を施し、その後、形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させる。これにより表面再結合を抑制できることがＰＬ強度を高めることに寄与し、且つ上記前処理後の表面は経時変化が少ないことが評価結果の時間の経過に伴うばらつきを低減することに寄与すると、本発明者らは推察している。
以下、上記の酸化膜形成及びコロナ放電について更に詳細に説明する。
【００１７】
（酸化膜形成）
酸化膜形成では、評価対象半導体基板の少なくとも被照射表面に酸化膜を形成すればよく、被照射表面以外の部分に酸化膜が形成されてもよい。酸化膜形成は、乾式酸化（ドライ酸化）、湿式酸化（ウェット酸化）のいずれによって行ってもよい。測定精度の更なる向上の観点からは、形成される酸化膜の均質性や膜厚の面内均一性は高いことが好ましい。この点からは、湿式酸化に比べて乾式酸化が有利である。
【００１８】
乾式酸化は、熱酸化、プラズマ処理等の処理液に依らずに酸化膜の形成が可能な各種方法によって行うことができ、熱酸化が好ましい。熱酸化は、加熱された酸化性雰囲気中に半導体基板を配置することにより行うことができる。ここで酸化性雰囲気とは、酸素を少なくとも含む雰囲気であり、酸素を例えば１０体積％〜１００体積％含む雰囲気であることができる。酸化性雰囲気の雰囲気温度（加熱温度）は例えば７００〜１３００℃とすることができ、加熱時間は例えば１〜１０００分間とすることができるが、酸化膜を形成することができればよく、上記範囲の加熱温度及び加熱時間に限定されるものではない。
【００１９】
上記酸化膜形成処理によって形成される酸化膜の厚さは、例えば２ｎｍ〜１μｍの範囲とすることができるが、特に限定されるものではない。なお酸化膜形成前の被照射表面には自然酸化膜が存在する場合がある。そのような自然酸化膜を除去した後に上記酸化膜形成処理を施してもよく、除去せずに酸化膜形成処理を施してもよい。自然酸化膜の除去は、例えば特許文献１に記載されているようなＨＦ処理によって行うことができる。ただしＨＦ処理は湿式処理であるため、面内で処理のばらつきが発生しやすい傾向がある。この点を考慮すると、自然酸化膜を除去せずに上記酸化膜形成処理を施すことが、より好ましい。
【００２０】
（コロナ放電）
本発明の評価方法では、上記酸化膜形成処理により形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させる。コロナ放電は、市販のコロナ処理装置を用いる等の従来公知のコロナ放電処理法によって行うことができる。コロナ放電により酸化膜表面を帯電させることにより表面再結合が抑制されることが、ＰＬ強度を高めることに寄与すると本発明者らは推察している。
【００２１】
上記酸化膜表面は、コロナ放電によりプラスに帯電してもよく、マイナスに帯電してもよい。コロナ放電によりプラスイオンを発生させれば酸化膜表面をプラスに帯電させることができ、マイナスイオンを発生させれば酸化膜表面をマイナスに帯電させることができる。ＰＬ強度をより高める観点及び測定結果の時間の経過に伴うばらつきをより低減する観点からは、上記酸化膜表面をプラスに帯電させることが好ましい。
以下は本発明者らによる推察であって本発明を何ら限定するものではないが、本発明者らは、コロナ放電により酸化膜表面を帯電させることにより、半導体基板表面のエネルギーバンドを曲げることができることが、表面再結合を抑制しＰＬ強度を高めること及び測定結果の時間の経過に伴うばらつきをより低減することに寄与していると考えている。詳しくは、プラスに帯電させることにより表面のバンドは負方向に曲がり、表面のエネルギー準位が電子によって埋められることが、再結合を抑制するように作用すると本発明者らは考えている。また、マイナスに帯電させることにより表面のバンドは正方向に曲がり、電子が表面に近づくことを阻害することが、再結合を抑制するように作用すると本発明者らは考えている。以上の表面バンドモデルによれば、表面のエネルギー準位を電子によって埋めることにより表面再結合を抑制する方が（プラスに帯電させる方が）、表面のバンドを曲げることで電子が表面に近づくことを阻害するよりも（マイナスに帯電させるよりも）、表面再結合をより効果的に抑制することができると考えられる。ただし上記の通り、以上は本発明者らによる推察であり、また本発明における酸化膜表面の帯電は、上記の通りプラスであってもマイナスであってもよい。
【００２２】
＜ＰＬ測定＞
本発明の評価方法では、以上の酸化膜形成処理及びコロナ放電を行った後に、ＰＬ測定が行われる。ＰＬ測定は、公知の方法で行うことができ、特に限定されるものではない。操作の簡便性の観点からは、温度制御が不要な室温フォトルミネッセンス測定（室温ＰＬ測定）により行うことが好ましい。シリコン基板を例にとると、室温ＰＬ法では、試料基板表面から入射させた、シリコンのバンドギャップよりエネルギーの大きな励起光により表面近傍で発生させた電子正孔対（すなわちキャリア）が、基板内部に拡散しながら発光して消滅していく。この発光は、バンド端発光と呼ばれ、室温（例えば２０〜３０℃）での波長が約１．１５μｍの発光強度を示す。通常、フォトルミネッセンス測定では、励起光として可視光が使用されるため、ＰＬ強度としては、波長９５０ｎｍ以上の光強度を測定すれば励起光から分離することができるため高感度な測定が可能となる。この点からは、ＰＬ強度としてバンド端発光強度を測定することが好ましい。ここで、不純物や欠陥の存在や存在量によって、ＰＬ強度の高低の違いが生じるため、例えば評価対象半導体基板の被照射表面の一部で測定されるＰＬ強度や面内各部で測定されるＰＬ強度の平均値等により、不純物汚染の有無や程度、欠陥の存在の有無や存在量を、評価することができる。また、面内各部でのＰＬ強度の高低の違いによって、不純物や欠陥の面内分布を評価することもできる。
【００２３】
室温ＰＬ測定によるＰＬ強度の測定に使用可能な装置の一例としては、強励起顕微フォトルミネッセンス法に基づいた測定装置を挙げることができる。強励起顕微フォトルミネッセンス法とは、可視光レーザーによりシリコン中のキャリアを励起させ、さらに励起されたキャリアが直接、バンドギャップ間で再結合する際に発生する発光（バンド端発光）強度を検出するものである。図１は、強励起顕微フォトルミネッセンス法に基づく測定装置の概略図であり、同図において、１０は測定装置、１はレーザー光源、２はハーフミラー、３はフォトルミネッセンス検出器、４はオートフォーカス用検出器、５はバンドパスフィルター、６は入力計、７は出力計、８は表面散乱光検出器、Ｗは測定対象試料（半導体基板）である。測定対象試料Ｗは、図示しないＸ・Ｙステージ上に載置されており、Ｘ・Ｙステージが作動することで、励起レーザー光が基板面のＸ方向、Ｙ方向にスキャニングされる。これにより評価対象半導体基板のＰＬ強度情報を取得することができる。ＰＬ強度情報は、評価対象半導体基板の被照射表面の全面において取得してもよく、一部において取得してもよい。また、ＰＬ強度情報としてＰＬ面内分布情報を取得する場合、取得される面内分布情報は、ＰＬ強度のラインプロファイルであっても、マッピングプロファイルであってもよい。面内全域にわたり品質評価を行うためには、マッピングプロファイルを取得することが好ましい。マッピングプロファイルでは、ＰＬ強度の高〜低を、例えば黒〜白の輝度（明暗の度合い）に割り当てることでマッピング画像の明暗によりＰＬ強度の高低を評価することができる。
【００２４】
＜評価対象の品質＞
本発明の評価方法において評価対象となる品質は、半導体基板に含まれることでＰＬ強度の変化をもたらす各種結晶欠陥の有無や程度、存在量であることができる。例えば、金属、ドーパント等の不純物による汚染の有無や程度；点欠陥、線欠陥、面欠陥等の構造欠陥の有無や存在量；酸素析出物、微小空洞等の微小欠陥の有無や存在量；等の各種結晶欠陥の有無や存在量を、評価対象とすることができる。これらの結晶欠陥は、評価対象半導体基板の表面、表層部、又はバルクに存在し得る。ここで表層部とは、半導体基板の表面から深さ１μｍ程度の領域をいい、バルクとは半導体基板の表面から深さ１μｍ超より更に深い領域又は半導体基板全体をいうものとする。本発明の評価方法によれば、表面、表層部、又はバルクの各種結晶欠陥の有無や程度、存在量を評価することができる。
【００２５】
［半導体基板の製造方法］
本発明の更なる態様は、
複数の半導体基板を含む半導体基板のロットを準備すること、
前記ロットから少なくとも１つの半導体基板を抽出すること、
前記抽出された半導体基板を評価すること、及び、
前記評価により良品と判定された半導体基板と同一ロットに含まれていた少なくとも１つの半導体基板を製品基板として出荷すること、
を含み、且つ
前記抽出された半導体基板の評価を、本発明の半導体基板の評価方法によって行う、半導体基板の製造方法、
に関する。
【００２６】
上述の本発明の半導体基板の評価方法によれば、半導体基板の品質を高感度且つ高精度に評価することができる。よって、かかる評価方法により品質評価した結果、例えば不純物汚染の有無や程度、又は欠陥の有無や存在量が、高品質なデバイスを製造するために使用可能な良品として許容されるレベルであると判定（良品と判定）された半導体基板と同一ロット内の半導体基板を製品基板として出荷することにより、高品質なデバイスを作製可能な製品基板を、高い信頼性をもって提供することができる。なお、良品と判定する基準は、半導体基板の用途等に応じて基板に求められる物性を考慮して設定することができる。また１ロットに含まれる基板数及び抽出する基板数は適宜設定すればよい。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例により更に説明する。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。
【００２８】
以下のＰＬ測定では、図１に示す装置として、Nanometrics社製のＰＬ測定装置SiPHERを用い、測定レーザーとして波長５３２ｎｍの光源を利用し、５００μｍピッチでバンド端フォトルミネッセンス発光強度マップ測定を行った。
【００２９】
［前処理の違いによるＰＬ強度及び経時的な変化の確認］
（１）評価対象半導体基板の準備
直径２００ｍｍのｐ型、ｎ型のシリコンウェーハ（抵抗：１０Ω・ｃｍ）を、各導電型についてそれぞれ８枚用意した。
（２）ＰＬ測定用試料の準備
以下、ｐ型シリコンウェーハ８枚を、試料ｐ−１、ｐ−２、ｐ−３、ｐ−４、ｐ−５、ｐ−６、ｐ−７、ｐ−８と呼ぶ。ｎ型シリコンウェーハ８枚も同様に、試料ｎ−１〜ｎ−８とする。
試料ｐ−１、ｎ−１は、前処理なしでＰＬ測定を行った。他の試料は、それぞれ下記表１に示す前処理を施した後に、ＰＬ測定を行った。
表１に示す「酸化膜形成」は、熱酸化炉内で熱酸化処理である（酸素１００％雰囲気、炉内雰囲気温度１１００℃、処理時間１０分間、形成された酸化膜の厚さは約４０ｎｍ）。
表１に示す「コロナ（＋）」は、被処理表面をプラスに帯電させるコロナ放電処理（プラスのコロナ放電処理）である。
表１に示す「コロナ（−）」は、被処理表面をマイナスに帯電させるコロナ放電処理（マイナスのコロナ放電処理）である。
表１に示す「ＨＦ」とは、試料を５質量％フッ化水素酸水溶液に１０分間浸漬した後に１０分間純粋でリンスする処理（ＨＦ処理）である。
また、表１中、「→」とは、→の左側に記載の処理の後、右側に記載の処理を施したことを意味する。
（３）ＰＬ測定
上記各試料の表面（前処理を施した試料については前処理が施された表面）において上記マップ測定を５回繰り返し、各回の面内平均値を当該回のＰＬ強度とした。こうして求められた各回のＰＬ強度、及び５回のＰＬ強度の平均値、変動係数ＣＶ（Coefficient of variation；（標準偏差／平均値）×１００）を求めた。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0006696729.tif 000002
【００３１】
表１に示す結果から、ｐ型シリコンウェーハ、ｎ型シリコンウェーハとも、ＰＬ測定の前処理として酸化膜形成及びコロナ放電処理を行うことにより、ＰＬ強度が高まること、及び繰り返し測定における測定結果の時間の経過に伴うばらつき（経時的な変化）が低減されること（変動係数ＣＶが低下すること）が確認された。
また、表１に示す結果から、ｐ型シリコンウェーハ、ｎ型シリコンウェーハとも、コロナ放電により酸化膜表面をプラスに帯電させた場合、マイナスに帯電させた場合と比べてＰＬ強度が高まり、且つ測定結果の時間の経過に伴うばらつき（経時的な変化）が低減されることも確認された。
【００３２】
［実施例１、比較例１（金属汚染評価への適用）］
表面を既知濃度のタングステンＷで汚染した直径２００ｍｍのｎ型シリコンウェーハを、各汚染水準についてそれぞれ２枚準備した。
各汚染水準のシリコンウェーハについて、ＰＬ測定の前処理として、１枚のシリコンウェーハには上述の「酸化膜形成→コロナ（＋）」を施し、他の１枚には上述のＨＦ処理を施した後、上述の方法によりＰＬ強度を求めた。
既知の金属汚染濃度（タングステン濃度）を横軸に取り、縦軸にＰＬ強度を取ったグラフが、図２に示すグラフである。図２に示すグラフを最小二乗法によりフィッティングしたところ、図２に示す直線が得られた。相関係数の二乗Ｒ２が１に近いほど、タングステン量と求められたＰＬ強度との間に強い相関があることを意味する。
図２に示すように、ＰＬ測定の前処理として酸化膜形成及びコロナ放電処理を行った結果、ＨＦ処理を行った場合と比べて、いずれの汚染水準でもＰＬ強度は高く、且つ相関係数Ｒ２は１に近かった。
以上の結果から、本発明の評価方法により金属汚染の高感度測定が可能であることが確認できる。また、表１に示すように、本発明の評価方法によれば、測定結果の時間の経過に伴うばらつき（経時的な変化）が少なく、高精度での評価も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、半導体基板の製造分野において有用である。
【図１】
0006696729.tif 000003
【図２】
0006696729.tif 000004