(57)【要約】【課題】本発明は、エッチング液の種類によらず、シリコンウェハ表層部のＢＭＤを確度高く計数し、評価することができる検査方法を実現することを目的とする。【解決手段】本発明は、酸化膜が表面を覆っているシリコンウェハに窒化膜（フッ酸エッチングに対する高い耐性を有する膜）を形成することで、選択エッチングを行った際に表層部を保護し、表層部のＢＭＤ評価が可能となる技術を提供する。すなわち、本発明は、検査対象シリコンウェハ表面に窒化膜を形成した後、該シリコンウェハ表面を選択エッチングすることによりシリコンウェハ表層部に存在する微小な結晶欠陥を顕在化させて計数することを特徴とするシリコンウェハ表層部結晶欠陥検査方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェハ表面に窒化膜を形成した後、該シリコンウェハ表面を選択エッチングすることによりシリコンウェハ表層部に存在する微小な結晶欠陥を顕在化させて計数することを特徴とするシリコンウェハ表層部結晶欠陥検査方法。
【請求項２】
前記シリコンウェハ表面へ成膜する窒化膜が、０．０１〜０．５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェハ表層部結晶欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｓｉウェハの表面層から深さ方向に分布して存在している酸素析出物のような結晶欠縮を検査する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスに用いられるシリコンウェハは、主としてポリシリコン融液からＣＺ法により引上げられた単結晶インゴットをスライスして製造される。
【０００３】
ＣＺ法は、石英ルツボ内に供給された原料のポリシリコンを加熱溶融し、このシリコン融液に種結晶の先端を接触させ、なじませた後、シリコン単結晶インゴットを育成し引上げるものである。このようにして製造されたシリコンウェハには、各種の結晶欠陥が存在することが知られている。シリコン単結晶引上げ中に発生する結晶欠陥として、酸素析出物欠陥（ＢＭＤ）、酸化物誘起積層欠陥（ＯＳＦ）、積層欠陥、結晶起因パーティクル欠陥（ＣＯＰ）、金属析出物起因結晶欠陥（Ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｅｆｅｃｔ）などが知られている。
【０００４】
これらの結晶欠陥の内、金属析出物欠陥は、このシリコンウェハを使用して作製される半導体デバイスの特性を悪化させ、良品のデバイスの収率を低下させるために、この欠陥を消滅されることが行われている。すなわち、重金属などの不純物は、シリコンウェハに存在する結晶欠陥にトラップされる性質があり、これを利用した方法がＩＧ法（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）と呼ばれる方法である。このＩＧ法においては、通常ＢＭＤと呼ばれている酸素析出物欠陥が使用される。
【０００５】
ＢＭＤとは、前述したようにシリコン単結晶の結晶欠陥の一種であり、酸素析出物欠陥と呼ばれている。このＢＭＤは、シリコン単結晶の表層部から内部にまで分布して存在しているが、このＢＭＤは、シリコン単結晶中に存在する重金属元素を含む不純物をトラップして不活性化し、重金属汚染に基づくシリコンデバイス特性不良を改善するため、シリコン単結晶中には適切な範囲のＢＭＤが存在することが好ましいとされている。シリコンウェハの製造においいては、このＢＭＤを所要の範囲に管理することが求められており、製造したシリコンウェハについては、ＢＭＤを計数して、シリコンウェハ中のＢＭＤ密度を算出している。
【０００６】
通常ＢＭＤのような結晶欠陥の検査、すなわち単結晶を観察し、ＢＭＤの計数を行うには、シリコンウェハに析出熱処理（酸素雰囲気）を行った後、サンプルを劈開し、断面を後述する選択エッチング液を用いて、エッチングして行っていた（特許文献１参照）。通常、ＢＭＤのような結晶欠陥部分では、酸化速度が速く、欠陥部は凹状となる。エッチングによる凹部はエッチピットと呼ばれる。このエッチピットを光学顕微鏡で観察することにより、シリコンウェハの結晶欠陥を観察し計数評価することができる。
【０００７】
ところで、従来用いられている選択エッチング液は、主にフッ酸系のエッチング液が用いられている。これは、酸化クロム（ＣｒＯ３）や硝酸（ＨＮＯ３）のような強力な酸化剤、水（Ｈ２Ｏ）や酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）のような緩和剤、及び還元剤であるフッ酸（ＨＦ）から構成されている。
【０００８】
このような選択エッチング液は、まず酸化剤でシリコンウェハ表面を酸化し、続いてＨＦで酸化物（ＳｉＯ２）を溶解する。欠陥が選択的にエッチングされるのは、欠縮領域と他の完全領域でのシリコンの酸化速度が異なることによる。
【０００９】
ところでこのような従来の選択エッチング液を用いた方法では、シリコンウェハ中に存在するＢＭＤのような結晶欠陥部位を選択的にエッチングするが、同時にシリコンウェハ表層域もエッチングされてしまうため、表層部のＢＭＤを正しく計数し、観察評価することができないという欠点を有している。そのために、検査対象となるシリコンウェハについて、正確にサンプルのＤＺ幅を求めることが不可能であった。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２２７７２９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、本発明は、従来のＢＭＤ検査方法において、表層部のＢＭＤを正しく検査することができないという前記問題点を解決するもので、選択エッチング液の種類によらず、シリコンウェハ表層部のＢＭＤを確度高く計数し、評価することができる検査方法を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸化膜が表面を覆っているシリコンウェハに窒化膜（フッ酸エッチングに対する高い耐性を有する膜）を形成することで、選択エッチングを行った際に表層部を保護し、表層部のＢＭＤ評価が可能となる技術を提供する。
【００１３】
すなわち、本発明は、シリコンウェハ表面に窒化膜を形成した後、該シリコンウェハ表面を選択エッチングすることによりシリコンウェハ表層部に存在する微小な結晶欠陥を顕在化させて計数することを特徴とするシリコンウェハ表層部結晶欠陥検査方法である。
【００１４】
前記本発明において、前記シリコンウェハ表面への窒化膜の形成を、窒素雰囲気中で熱処理することにより行うか、あるいは、減圧化学気相成長またはプラズマＣＶＤ法によって行うことが好ましい。
【００１５】
また、前記本発明において、前記シリコンウェハ表面へ成膜する窒化膜が、０．０１〜０．５μｍの範囲にあることが望ましい。窒化膜の膜厚が、上記範囲を下回った場合、選択エッチングによりシリコンウェハ表層部までエッチングされ、表層部に存在する結晶欠陥を検査できない。一方、窒化膜の膜厚が上記範囲を上回った場合、それ以上の表面保護の効果も改善せず、窒化処理に時間がかかるばかりで実用的ではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシリコンウェハ表層部のＢＭＤを検査する方法について、説明する。
本発明を適用することができるシリコンウェハは、ＣＺ法によって引き上げられたシリコン単結晶をスライスし、研磨して作製されたシリコンウェハである。検査対象シリコンウェハとしては、さらに、シリコンウェハを水素処理したり、あるいは窒素ドープ処理したり、さらにエピタキシャル成長処理など各種処理を行ったシリコンウェハに適用することもできる。
【００１７】
本発明の検査方法は、検査対象となるシリコンウェハ表面に窒化膜を形成する工程、このシリコンウェハを劈開してシリコンウェハの表面から厚さ方向へのＢＭＤの分布を検査できるようにシリコンウェハサンプルを準備する工程、選択エッチング液でシリコンウェハの劈開面表面をエッチングする工程、及びこれによって生じたエッチングピットを観察及び計数する検査工程である。
以下この工程に従って順次説明する。
【００１８】
第１の工程は、検査対象となるシリコンウェハ表面に窒化膜を形成する工程である。
本発明において、採用することができる窒化膜の形成方法としては、熱窒化法、ＬＰＣＶＤ法、及び、プラズマＣＶＤ法等の公知のシリコンウェハの窒化膜形成方法を採用することができる。
【００１９】
熱窒化法は、シリコンウェハを窒素ガス雰囲気下で、１２００〜１３００℃で１０〜１５時間加熱することによりシリコンウェハ表面にＳｉＮｘ膜を形成するものである。この方法によれば、成膜に時間がかかるものの、簡便な方法であり、実用的である。
【００２０】
ＬＰＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法は、ＬＰＣＶＤ反応室内を１０〜１０３Ｐａに減圧し、７５０℃程度に加熱し、ＳｉＨ２Ｃｌ２あるいはＮＨ３を反応室内に環流させて、シリコン表面を窒化してＳｉＮｘ層を形成する方法である。この方法によって形成された窒化膜は、密度及び組織の特徴からＳｉ３Ｎ４に近い膜構造となっている。
【００２１】
また、プラズマＣＶＤ法は、２００〜３００℃で、０．２ＭＰａ（０．２Ｔｏｒｒ）程度の圧力の反応室内で、ＳｉＨ４−ＮＨ３ガス雰囲気中でプラズマ照射することによりシリコンウェハ表面を窒化するものである。この方法は比較的低温において成膜することができ、高温にさらすことができないウェハに適用することが好ましい。
【００２２】
前記各方法によって形成される窒化膜の膜厚は、０．０１〜０．５μｍの範囲が好ましい。窒化膜が前記範囲を下回った場合、後述するエッチング工程において、基板表面がエッチングされるのを阻止することができず、保護膜の機能を達成することができない。一方、窒化膜の膜厚が前記範囲を上回ったとしても、それ以上の表面保護の効果も改善せず、窒化処理に時間がかかるばかりで実用的ではない。
【００２３】
次に、本発明の第２の工程は、表面に窒化膜を形成したシリコンウェハの検査箇所においてシリコンウェハを機械的な打撃を加えて結晶を劈開する工程である。試料となるシリコンウェハの劈開する方向は、シリコンウェハの厚さ方向、すなわち、シリコンウェハ表面に垂直な方向に劈開することが望ましい。
【００２４】
次に、本発明の第３の工程は、前記工程で表面窒化膜を形成されたシリコンウェハ表面を、選択エッチングによりエッチングする工程である。
【００２５】
本発明において採用されるエッチング方法は、選択エッチングとして知られているフッ酸系の薬剤溶液を用いた湿式エッチング方法を採用することができる。これは、検査対象となるシリコンウェハをエッチング液に浸漬して、化学反応によってシリコンウェハをエッチングするものであり、具体的には室温〜５０℃のエッチング液に、検査対象のシリコンウェハを浸漬し、２０〜３０分間静置して、シリコン酸化物をエッチング除去する。このときに使用されるエッチング液としては、下記のような配合のエッチング液を用いることができる。
【００２６】
本発明において用いることができるエッチング液は、窒化膜を浸食せず、ＢＭＤを選択的にエッチングできる液であれば使用可能であるが、前述したようなフッ酸系のエッチング液を用いることができる。具体的には、このフッ酸系エッチング液は、酸化クロム（ＣｒＯ３）や硝酸（ＨＮＯ３）のような強力な酸化剤、水（Ｈ２Ｏ）や酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）のような緩和剤、及び還元剤であるフツ酸（ＨＦ）から構成されている。あるいは、これにヨウ素を添加することもできる。エッチング速度は、０．１μｍ／分以上とすることが好ましい。
エッチング処理したシリコンウェハは、純水で洗浄し乾燥させ、次の工程に移る。
【００２７】
本発明の第４の工程は、前記工程までで処理された検査対象のシリコンウェハを、目視検査あるいはＣＣＤカメラによる画像処理によって、エッチングピットを観測・計数して、シリコンウェハ劈開面に存在するエッチピットを計数することによりシリコンウェハのＢＭＤなどの数を検査する工程である。
【００２８】
目視検査は、エッチング処理したシリコンウェハを、顕微鏡を用いて目視によりＢＭＤ等の結晶欠陥に起因して生成したエッチピットの数を数えて、密度を算出する。あるいは、検査対象のシリコンウェハの表面の所定の領域をＣＣＤのような撮像装置を用いて撮影し、得られた画像をディジタル処理して選択エッチングの結果生じたエッチピットを検出して計数するものである。これらの手法は、たとえば、特開２０００−３３８０４７号公報などに見られるように公知の方法である。
【００２９】
【実施例】
（実施例）
結晶方位が、［００１］のＣＺシリコンウェハを使用し、これを１０００℃、１６時間加熱処理して、ウェハ表面の結晶欠陥を顕在化させた。そして、このシリコンウェハ表面に、ＬＰＣＶＤ法により、窒化膜を０．５μｍの厚さに形成した。次いでこのシリコンウェハを、打撃によって劈開し、さらに、このシリコンウェハを、５０℃に加熱したフッ酸、硝酸、及び酢酸からなるエッチングエッチング浴に浸漬し１７分間放置し、結晶欠陥を選択的にエッチング処理した。このエッチング処理中に、定期的に、シリコンウェハの厚さの変化を測定した。その結果を書き図１に示す。
【００３０】
エッチング浴中において１７分間静置したエッチング完了後、このシリコンウェハを純水で洗浄した後、顕微鏡を用いて、目視により、０．１ｍｍ２の領域に存在するエッチングピットを計数し、エッチングピットの密度を算出した。その結果、このシリコンウェハ表面には、１×１０９個／ｃｍ３のエッチングピットが見られた。
また、この処理を同一のシリコンウェハについて複数の箇所を行ったが、結晶欠陥密度の再現性がよく、極めて効率的なシリコンウェハＢＭＤの検査を行うことができた。
【００３１】
（比較例）
シリコンウェハの表面に窒化膜を形成しなかったこと以外は、前記実施例１と同様にして、エッチング処理を行い、シリコンウェハ厚みの変化を調べた。その結果を、図１に併せて示す。
【００３２】
図１に見られるように、シリコンウェハ表面に窒化膜を形成した実施例１のシリコンウェハは、エッチング前後を通じて厚さの変化がなかった。一方、窒化膜を形成しない比較例のシリコンウェハにおいては、エッチング開始後５分ですでに３μｍの厚さのシリコンウェハの厚さが減少していた。エッチングの終点とした１７分後においても、窒化膜を形成した実施例１のシリコンウェハは、エッチングによる厚さの減少は依然として認められなかった一方で、窒化膜を形成しなかった比較例１のシリコンウェハにおいては、約９．５μｍの厚さ変化が認められた。その結果、１７分エッチング処理したシリコンウェハにおいて、窒化膜を形成した本発明のシリコンウェハについて計数したエッチピットは、シリコンウェハ表面に存在していたＢＭＤ等の結晶欠陥に起因するものも評価できていると判断され、この方法によれば、ＢＭＤ結晶欠陥を精度よく検査できることが判明した。
【００３３】
上記実施例では、本発明の検査方法を、ＢＭＤの評価に用いたが、エッチングによって結晶欠陥を顕在化して計数する他の結晶欠陥の検査に適用しても、同等の効果を発揮することがあきらかとなった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は選択エッチング液の種類によらずシリコンウェハ表層部の微小な結晶欠縮を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】選択エッチング処理前後でのＳｉウェハ厚さの変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【図１】
2004279366.tif 000002