(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの金属、特に、鉄の汚染を簡便に評価する。【解決手段】気相成長装置１を用いてシリコン単結晶基板Ｗに気相成長させたシリコン単結晶薄膜の金属汚染をＳＰＶ法により評価するための金属汚染評価方法である。先ず、気相成長炉２内でシリコン単結晶基板にボロンをドーパントとして含有するシリコン単結晶薄膜を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する気相成長工程（ステップＳ４）を行う。次に、気相成長炉から取り出し徐冷したシリコンエピタキシャルウェーハを、熱処理炉３内でＦｅ−Ｂペアの解離する温度に加熱する加熱工程（ステップＳ９）を行う。続いて、シリコンエピタキシャルウェーハを急冷する冷却工程（ステップＳ１１）を行う。最後に、シリコンエピタキシャルウェーハのシリコン単結晶薄膜のＦｅ濃度を算出する濃度算出工程（ステップＳ１３）を行う。【選択図】        図１
2004335529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置を用いて半導体基板に気相成長させた薄膜の金属汚染をＳＰＶ法により評価するための金属汚染評価方法において、
前記気相成長装置の気相成長炉内に前記半導体基板を搬入する搬入工程と、
前記気相成長炉内で前記半導体基板にボロンをドーパントとして含有する薄膜を気相成長させて半導体ウェーハを製造する気相成長工程と、
前記気相成長炉から取り出し徐冷した前記半導体ウェーハを、前記気相成長装置の熱処理炉内でＦｅ−Ｂペアの解離する温度に加熱する加熱工程と、
前記半導体ウェーハを急冷する冷却工程と、
前記気相成長装置から前記半導体ウェーハを搬出する搬出工程と、
前記半導体ウェーハの薄膜のＦｅ濃度を算出する濃度算出工程と、
をこの順に行うことを特徴とする金属汚染評価方法。
【請求項２】
内部に配された半導体基板にボロンをドーパントとして含有する薄膜を気相成長させて半導体ウェーハを製造するための気相成長炉と、
前記半導体ウェーハをＦｅ−Ｂペアの解離する温度に加熱するための熱処理炉と、
前記熱処理炉にて加熱された前記半導体ウェーハを冷却するための冷却具と、
を備えることを特徴とする気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属汚染評価方法及び気相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの金属汚染を評価する方法の一つとして、半導体ウェーハの表層部における鉄等の重金属濃度を測定するＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｖｏｌｔａｇｅ；表面光電圧）法が知られている。
【０００３】
このＳＰＶ法は、例えば、ボロン（Ｂ）をドーパントとして含有するシリコン薄膜中の鉄（Ｆｅ）濃度を、Ｆｅ−Ｂペアの解離反応を利用して測定するものである（例えば、特許文献１参照。）。
具体的には、気相成長装置の気相成長炉内にて薄膜が気相成長された半導体ウェーハを気相成長装置の外に一旦搬出して室温まで冷却させた後、当該半導体ウェーハを例えば２１０℃で５分間程度加熱する。その後、前記半導体ウェーハを急冷すると、薄膜中のＦｅ−Ｂペアが、以下の式（１）に示すように解離する。
【数１】
2004335529.tif 000003
そこで、Ｆｅ−Ｂペアの解離前後のボロンの拡散長を測定することで、Ｆｅ濃度を求める。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−６９３０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１等の場合、薄膜の気相成長後に、半導体ウェーハを室温からＦｅ−Ｂペアが解離する温度まで加熱するためには、気相成長装置内から半導体ウェーハを一旦取り出した後に、当該半導体ウェーハをホットプレート等の加熱装置に載置する必要があり、その作業が煩雑である。また、加熱装置は気相成長装置外に配され、且つ、当該加熱装置に対しての半導体ウェーハの載置を手作業で行うことも、作業の煩雑さを助長している。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、半導体ウェーハの金属、特に、鉄の汚染を簡便に評価することができる金属汚染評価方法及び気相成長装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の金属汚染評価方法は、気相成長装置を用いて半導体基板に気相成長させた薄膜の金属汚染をＳＰＶ法により評価するための金属汚染評価方法において、気相成長装置の気相成長炉内に半導体基板を搬入する搬入工程と、気相成長炉内で半導体基板にボロン（Ｂ）をドーパントとして含有する薄膜を気相成長させて半導体ウェーハを製造する気相成長工程と、気相成長炉から取り出し徐冷した半導体ウェーハを、気相成長装置の熱処理炉内でＦｅ（鉄）−Ｂペアの解離する温度に加熱する加熱工程と、半導体ウェーハを急冷する冷却工程と、気相成長装置から半導体ウェーハを搬出する搬出工程と、半導体ウェーハの薄膜のＦｅ濃度を算出する濃度算出工程と、をこの順に行うことを特徴としている。
【０００８】
本発明の気相成長装置は、内部に配された半導体基板にボロン（Ｂ）をドーパントとして含有する薄膜を気相成長させて半導体ウェーハを製造するための気相成長炉と、半導体ウェーハをＦｅ−Ｂペアの解離する温度に加熱するための熱処理炉と、熱処理炉にて加熱された半導体ウェーハを冷却するための冷却具と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、金属汚染を評価するためのＳＰＶ測定に係る半導体ウェーハの加熱とその後の急冷を、一つの気相成長装置内にて予め自動的に行うことができる。従って、半導体ウェーハの金属、特に、鉄の汚染の評価を簡便に行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１１】
本実施の形態では、本発明に係る金属汚染評価方法を、シリコンエピタキシャルウェーハ中の金属、特に、鉄（Ｆｅ）の汚染評価に適用した場合について説明する。
【００１２】
シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷは、例えば、図３に示す気相成長装置１を用いて、半導体基板としてのシリコン単結晶基板Ｗの主表面に、ボロン（Ｂ）をドーパントとして含有するシリコン単結晶薄膜を気相成長させることにより製造したものであるが、製造の過程で、鉄の汚染を受け易いため、シリコン単結晶薄膜の気相成長後に、金属汚染を評価する方法の一つであるＳＰＶ法によって、シリコン単結晶薄膜中の鉄の汚染レベルを評価する。
【００１３】
本実施の形態では、気相成長炉２（図３参照）内で製造されたシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷをＦｅ−Ｂペアの解離する温度に加熱する熱処理炉３（図３参照）と、この熱処理炉３にて加熱されたシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを冷却する冷却具５２（図３参照）とを備える気相成長装置１を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの製造並びに製造後のシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの加熱とその後の急冷を、一つの気相成長装置１の内部にて行う。
【００１４】
以下に、図３を参照して、本発明に係る気相成長装置の好適な一例としての枚葉式の気相成長装置１の構成について、さらに詳細に説明する。
【００１５】
図３に示すように、気相成長装置１は、シリコン単結晶基板Ｗを内部に配して、このシリコン単結晶基板Ｗの主表面上にボロンをドーパントとして含有するシリコン単結晶薄膜を気相成長させるための気相成長炉２と、気相成長後のシリコン単結晶基板Ｗ、即ちシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷをＦｅ−Ｂペアの解離する温度に加熱する熱処理炉３と、気相成長前のシリコン単結晶基板Ｗを気相成長装置１内に搬入するためのロードロック室４ａと、気相成長後のシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを気相成長装置１外に搬出するためのロードロック室４ｂと、気相成長炉２とロードロック室４ａ、４ｂ並びに熱処理炉３とロードロック室４ａ、４ｂとを清浄な雰囲気に保ちながら相互に連通可能な搬送室５と、シリコン単結晶基板Ｗ又はシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを搬送するためのハンドラ５１と、シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを急冷するための冷却具５２と、搬送室５と気相成長炉２との間、搬送室５と熱処理炉３との間、搬送室５とロードロック室４ａとの間並びに搬送室５とロードロック室４ｂとの間をそれぞれ開閉するためのゲートバルブ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄとを備えて概略構成されている。
【００１６】
熱処理炉３の内部の温度は、例えば、所定の加熱装置による加熱によって、常時、Ｆｅ−Ｂペアの解離する温度（例えば、２００℃）に保持されている。
【００１７】
冷却具５２は、略室温に保たれた搬送室５内に備え付けられ、例えば、その上部がシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを載置可能な略平面状のステージとされている。また、冷却具５２は、例えば、ＳｉＣのように熱伝導率の高い材料（２７３ＫにおけるＮドープＳｉＣの熱伝導率：５００Ｗ／（ｍ・ｋ））から構成された部材である。従って、冷却具５２は、そのステージ上に、熱処理炉３内でＦｅ−Ｂペアの解離する温度まで加熱されたシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷが載置されることで、当該シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを略室温まで急冷可能となっている。
【００１８】
ハンドラ５１は、搬送室５内に備え付けられ、ロードロック室４ａと気相成長炉２との間、気相成長炉２と熱処理炉３との間、熱処理炉３とロードロック室４ｂとの間並びに気相成長炉２とロードロック室４ｂとの間で、シリコン単結晶基板Ｗ又はシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを搬送可能に構成されている。また、ハンドラ５１によるシリコン単結晶基板Ｗ及びシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの搬送は、例えば、ベルヌーイチャック式となっている。即ち、ハンドラ５１は、そのチャック５１ａの中央部から端部にかけて、例えば窒素ガスを勢いよく吹き出すように構成されており、このガスのベルヌーイ効果によって、シリコン単結晶基板Ｗ及びシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷをチャック５１ａの下面近傍にて非接触的に吸着・保持可能となっている。
【００１９】
なお、ロードロック室４ａ、４ｂは、相互に代用可能であるが、本実施の形態では、簡単のため、ロードロック室４ａはシリコン単結晶基板Ｗの投入用としてのみ用い、ロードロック室４ｂはシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの搬出用としてのみ用いることとする。
【００２０】
次に、本発明に係る金属汚染評価方法が適用されたシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの金属汚染評価方法について、図１及び図２を参照して説明する。
【００２１】
先ず、図１に示すように、基板投入温度（例えば６５０℃程度；図２（ａ）参照）に設定した気相成長炉２内に、ハンドラ５１によりロードロック室４ａ及び搬送室５を介してシリコン単結晶基板Ｗを搬入する搬入工程を行う（ステップＳ１）。
次に、気相成長炉２内を水素熱処理温度（例えば１１００〜１１８０℃程度；図２（ａ）参照）に加熱（昇温）し（ステップＳ２）、水素熱処理を行うことによりシリコン単結晶基板Ｗの表面の自然酸化膜を水素によりエッチングして除去する（ステップＳ３）。
【００２２】
次に、気相成長工程を行う（ステップＳ４）。この気相成長工程では、先ず、気相成長炉２内を成長温度（例えば１０６０〜１１５０℃程度；図２（ａ）参照）に設定し、当該気相成長炉２内にシリコン原料ガス（例えばトリクロロシラン等）とともにドーパントガスとして、例えばＨ２ガスで希釈したジボランガスを導入し、シリコン単結晶基板Ｗの主表面上に供給する。
これにより、シリコン単結晶基板Ｗの主表面上に、ボロンがドーピングされたシリコン単結晶薄膜を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを製造する。
【００２３】
次に、気相成長炉２内を取出温度（例えば上記の基板投入温度と同じく６５０℃程度；図２（ａ）参照）に冷却（降温）する（ステップＳ５）。
【００２４】
続けて、ハンドラ５１を介して、シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを気相成長炉２内から搬送室５内に取り出す（ステップＳ６）。ここで、ハンドラ５１によるシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの取出は、ベルヌーイチャック式で行われるので、チャック５１ａからシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの表面に対して、例えば略室温の窒素ガスが吹き付けられる。窒素ガスの熱伝導率は３００Ｋにおいて、０．０２６Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、ＳｉＣの熱伝導率に比べて非常に小さいので、シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷをチャック５１ａで保持し続けると、シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの温度は略室温まで徐々に低下する（ステップＳ７）。
或いは、シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを気相成長炉２から取り出した後、冷却具５２よりも熱伝導率の小さい材料から構成された部材（例えば、パイレックス（登録商標）ガラス；２７３Ｋにおける熱伝導率：１．０Ｗ／（ｍ・ｋ））の上に載置しても良い。
このようにして、シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを略室温まで徐冷させる。
【００２５】
その後、内部が窒素（Ｎ２）ガス雰囲気とされるとともにＦｅ−Ｂペアの解離する温度（例えば、２００℃；図２（ｂ）参照）に設定された熱処理炉３内に、ハンドラ５１を介して前記シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを投入し（ステップＳ８）、当該シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを所定時間（例えば、１０分間）加熱する加熱工程を行う（ステップＳ９）。
【００２６】
そして、所定時間の経過後、ハンドラ５１を介して、熱処理炉３内から搬送室５内にシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを取り出して（ステップＳ１０）、例えばＳｉＣにより構成された冷却具５２のステージ上に載置することで、当該シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを急冷する冷却工程を行う（ステップＳ１１）。これにより、シリコン単結晶薄膜中のＦｅ−Ｂペアが解離した状態となる（上記数式（１）参照）。ここで、ステップＳ１１の冷却温度域において、ステップＳ７とステップＳ１１とを比較すると、ステップＳ１１の冷却速度の方が大きくなっている。
その後、ハンドラ５１により、搬送室５からロードロック室４ｂを介して気相成長装置１外にシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを搬出する搬出工程を行う（ステップＳ１２）。
【００２７】
次に、シリコン単結晶薄膜中のＦｅ−Ｂペアの解離後のボロンの拡散長を図示しないＳＰＶ装置を用いて測定し、測定されたＦｅ−Ｂペアの解離後のボロンの拡散長と、予め測定されているＦｅ−Ｂペアの解離前のボロンの拡散長を用いて、Ｆｅ濃度を算出する濃度算出工程を行う（ステップＳ１３）。
なお、Ｆｅ濃度の具体的な算出方法は、例えば、「Ｆｅ−Ｂ解離反応を利用してＰ−Ｓｉ中のＦｅ濃度をＳＰＶ装置により測定する方法」（Ｇ．Ｚｏｔｈ  ａｎｄ  Ｗ．Ｂｅｒｇｈｏｉｚ：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，６７（１９９０）６７６４）に記載されている。
【００２８】
以上のような実施の形態によれば、気相成長炉２から取り出して室温まで徐冷したシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを熱処理炉３内でＦｅ−Ｂペアの解離する温度に加熱した後、冷却具５２のステージ上に載置することで当該シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを急冷することができる。即ち、シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの金属、特に、鉄の汚染を評価するためのＳＰＶ測定に係るシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの加熱とその後の急冷を、一つの気相成長装置１内にて予め自動的に行うことができる。
従って、シリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷの金属、特に、鉄の汚染の評価を簡便に行うことができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、例えば、半導体基板としてシリコン単結晶基板Ｗを例示し、半導体ウェーハとしてシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを例示したが、これに限られるものではなく、半導体基板であれば如何なるものであっても良く、また、半導体ウェーハであれば如何なるものであっても良い。
また、冷却具５２は、Ｆｅ−Ｂペアの解離する温度まで加熱されたシリコンエピタキシャルウェーハＥＰＷを急冷可能であれば、如何なる構成であっても良い。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の金属汚染評価方法及び気相成長装置によれば、気相成長と、金属汚染を評価するためのＳＰＶ測定に係る半導体ウェーハの加熱とその後の急冷を、一つの気相成長装置内にて予め自動的に行うことができる。従って、半導体ウェーハの金属、特に、鉄の汚染の評価を簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属汚染評価方法が適用された好適な一例としてのシリコンエピタキシャルウェーハの金属汚染評価方法の各工程を説明するための図である。
【図２】図２（ａ）は、気相成長に係る各工程と気相成長炉内の温度との対応を示す図であり、図２（ｂ）は、熱処理に係る各工程と熱処理炉内の温度との対応を示す図である。
【図３】本発明に係る気相成長装置の一例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１        気相成長装置
２        気相成長炉
３        熱処理炉
５２      冷却具
ＥＰＷ    シリコンエピタキシャルウェーハ（半導体ウェーハ）
Ｗ        シリコン単結晶基板（半導体基板）
【図１】
2004335529.tif 000004
【図２】
2004335529.tif 000005
【図３】
2004335529.tif 000006