(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピ欠陥の発生の有無をエピタキシャル成長プロセス前に判断することで不良エピタキシャルウエーハを作製することを回避するための半導体ウエーハの評価方法であって、半導体ウエーハにエピタキシャル成長プロセスを施すことにより発生するエピタキシャル層の欠陥の発生の有無と前記エピタキシャル成長プロセスを施す前の半導体ウエーハ中に存在するＯＳＦの発生位置と最大密度により判断するＯＳＦの分布との関係を予め求めておく工程と、評価対象である半導体ウエーハ中に存在する前記ＯＳＦの分布を測定し、該ＯＳＦの分布と前記関係に基づいて、評価対象である半導体ウエーハにエピタキシャル成長プロセスを施した後のエピタキシャル層の欠陥の発生の有無を予測する工程とを有することを特徴とする半導体ウエーハの評価方法。
【請求項２】
前記半導体ウエーハは、窒素がドープされたシリコンウエーハであることを特徴とする請求項１に記載した半導体ウエーハの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハに特定のプロセスを施すことにより発生し得るプロセス誘起欠陥の発生の有無を、半導体ウエーハ中に存在する特定の結晶欠陥に基づいて、プロセスに投入する前に予測することができる半導体ウエーハの評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体素子の高集積化に伴い、半導体ウエーハに施される熱処理や膜形成などのプロセスも複雑化している。このような各種プロセスを経ることにより、そのプロセスに起因したプロセス誘起欠陥が半導体素子形成領域に発生し、素子特性を劣化させることがある。従って、半導体素子が形成される半導体ウエーハ表面および表面近傍のプロセス誘起欠陥の低減は非常に重要になってきている。
【０００３】
一方、チョクラルスキー法（ＣＺ法）を用いて作製されたシリコン単結晶から作製されたシリコンウエーハの場合、結晶が育成される際に導入される欠陥（グローイン欠陥）が素子特性を劣化させることが知られているので、そのようなグローイン欠陥に基づく有害な欠陥のないエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエーハの需要が年々高まってきている。
【０００４】
ところで、エピタキシャルウエーハは、シリコンウエーハに対してエピタキシャル成長というプロセスを行うほかに、各種熱処理を行うことが多い。その際、高温でのエピタキシャル成長プロセスの間に、シリコンウエーハ中に元々存在していた酸素析出核が消滅してしまい、その後のデバイス熱処理で酸素析出物が形成・成長しにくいためにゲッタリング能力が不十分となる。そこでこれを補うため、ウエーハ裏面にポリシリコン膜を成膜するプロセスを必要とする。
【０００５】
また、抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以下のｐ型の低抵抗率ウエーハ上に、数Ω・ｃｍ程度のｐ型のエピタキシャル層を形成したｐ／ｐ+ エピタキシャルウエーハの場合は、ウエーハ中に含まれる高濃度のボロンのためにゲッタリング能力は高まるが、エピタキシャル成長中のボロンのオートドーピングによりエピタキシャル層の抵抗率の制御が難しくなる。そこでオートドーピングを避けるためにウエーハ裏面に酸化膜を成膜するプロセスを必要とする。このような追加熱処理の経費は、エピタキシャルウエーハの製造コストの上昇を招く。
【０００６】
これに対し、最近、シリコン単結晶中に窒素をドープすると酸素析出が促進され、このようなシリコンウエーハを用いたエピタキシャルウエーハは、従来の窒素がドープされていないエピタキシャルウエーハよりゲッタリング能力が高いことが明らかになった（相原他；第４６回応用物理学関係連合講演会（１９９９春）２９ａ−ＺＢ−５、戸部他；第４６回応用物理学関係連合講演会（１９９９春）２９ａ−ＺＢ−６）。これにより、裏面にポリシリコン膜を成膜するプロセスが不要となり、製造コストの上昇を伴うことなく品質も向上することになった。
【０００７】
ところが、酸素析出物が形成され易いウエーハの場合、熱酸化することによりＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔｓ：酸化誘起積層欠陥）と呼ばれる欠陥がウエーハ表面に発生し易く、このようなＯＳＦが発生する部分にはそのＯＳＦの発生核（以下、ＯＳＦ核と呼ぶ）となる微小な酸素析出物等の欠陥が存在することが知られている。
【０００８】
このようなウエーハにエピタキシャル層を形成すると、エピタキシャル層に結晶欠陥（以下、エピ欠陥と呼ぶ）が発生する場合があるため、このエピ欠陥発生の有無をエピタキシャル成長プロセス前に簡便な方法で検査し、エピ欠陥が発生すると判断されるウエーハにはエピタキシャル成長プロセスを施さないか、エピ欠陥の発生しにくいエピタキシャル成長条件を選択することによって不良を低減することが望まれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、例えば、エピタキシャルウエーハのエピタキシャル成長プロセスにおいてエピ欠陥が発生するか否かを、エピタキシャル成長プロセス前のシリコンウエーハあるいはシリコン単結晶の段階において、製造工程に取り入れられるほどの簡便さで評価する方法を確立することを主たる目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウエーハの評価方法に関する発明は、半導体ウエーハに特定のプロセスを施すことにより発生するプロセス誘起欠陥と前記特定のプロセスを施す前の半導体ウエーハ中に存在する結晶欠陥の分布との関係を予め求めておく工程と、評価対象である半導体ウエーハ中に存在する前記結晶欠陥の分布を測定し、該結晶欠陥の分布から前記関係に基づいて、評価対象である半導体ウエーハに特定のプロセスを施した後のプロセス誘起欠陥の発生の有無を予測する工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
このように、予めプロセス誘起欠陥とプロセスを施す前の結晶欠陥の分布との関係を求めておけば、特定のプロセスを施す前の結晶欠陥の分布を求めるだけで、そのプロセスを施した後のプロセス誘起欠陥の発生の有無を予測することができる。特に分布については、例えば欠陥の位置を目視、ＣＣＤ等で簡単に判断できるので、製造工程に取り入れて、評価作業の著しいコスト低減を図ることも可能である。
【００１２】
この場合、特定のプロセスがエピタキシャル成長であり、プロセス誘起欠陥がエピタキシャル層の欠陥であり、結晶欠陥の分布をＯＳＦの分布とすることができる。また、ＯＳＦの分布として、ＯＳＦの発生位置と最大密度により判断することが望ましい。
このように、特定のプロセスがエピタキシャル成長であり、プロセス誘起欠陥がエピ欠陥であり、結晶欠陥の分布がＯＳＦの分布とした場合には、ＯＳＦの分布だけでエピ欠陥の発生の有無を判断できるので非常に簡便に評価することができるとともに、不良エピタキシャルウエーハを作製することを回避することができ、極めて有効である。
【００１３】
さらにこの場合、半導体ウエーハは、窒素がドープされたシリコンウエーハであることが望ましい。
このように、ＣＺ法により窒素がドープされたシリコン単結晶棒を加工して得られたシリコン単結晶ウエーハは、優れたＩＧ能力を有するエピタキシャル成長用に適したシリコン単結晶ウエーハである。従って、この窒素がドープされたシリコンウエーハ上にエピタキシャル成長する時にエピタキシャル層に発生する結晶欠陥を抑制することができれば、極めて有意義である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、半導体ウエーハとして窒素がドープされたシリコンウエーハ上にエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエーハを例に挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
先ず窒素ドープ単結晶の引上げ方法について説明する。
ここで使用される単結晶引上げ装置は、通常のＣＺ法単結晶引上げ装置である。
まず、ルツボ内でシリコンの高純度多結晶原料を融点（約１４２０°Ｃ）以上に加熱して融解する。窒素ドープは、例えば原料シリコン中に窒化膜付きシリコンウエーハを投入することによって行うことができる。次に、融液の表面略中心部に種結晶の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボを適宜の方向に回転させるとともに、種結晶を回転させながら引上げることにより、単結晶育成が開始される。以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の窒素ドープ単結晶棒を得ることができる。
【００１６】
別に、最近では引上げ室の水平方向の外側に磁石を設置し、シリコン融液に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるＭＣＺ法が用いられることも多い。
【００１７】
得られた単結晶棒を通常の方法により、ワイヤーソー等で切り出してウエーハとし、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等を施すことによって、エピタキシャル成長用に適した窒素ドープシリコンウエーハとすることができる。
【００１８】
以上のようにして、まず、エピ欠陥の発生に影響を与えるパラメータであるシリコンウエーハ中の窒素濃度や引上げ速度等の条件を変えた様々な窒素ドープシリコンウエーハを予め作製し、これらのウエーハに熱酸化を施した後選択エッチングをしてＯＳＦを顕在化させ、各ウエーハ面内のＯＳＦの分布を数値化する。
【００１９】
一方、ＯＳＦの分布を観察するウエーハと同一条件で作製された他の窒素ドープシリコンウエーハに対し、ある特定の条件でエピタキシャル層を形成し、その表面のエピ欠陥の発生の有無を評価し、ＯＳＦの分布とエピ欠陥の発生との相関関係を求めておく。数値化するＯＳＦ分布の具体的なパラメータとしては、ＯＳＦリングの発生位置（ウエーハ周辺からの距離）や最大密度などが挙げられる。
【００２０】
次に、製品としてのエピタキシャルウエーハを製造するための製造工程において、引上げられたシリコン単結晶インゴットの両端からウエーハまたはスラブを切り出し、この両ウエーハに熱酸化を施した後選択エッチングをしてＯＳＦを顕在化させて観察する。
【００２１】
具体的には、例えば、シリコン単結晶インゴットを長さ２０ｃｍ程度のブロックに切り出し、そのブロックの両端から厚さ２ｍｍ程度のスラブを切り出す。これに１１５０℃で１００分の熱酸化処理を施した後、選択エッチングを施し、集光灯および光学顕微鏡によりＯＳＦの分布を観察する。
【００２２】
そして、このＯＳＦ分布の観察結果を前記相関関係と比較することにより、エピタキシャル成長を行った場合に、転位ループ等のエピ欠陥の発生の有無を判断し、エピ欠陥が発生しないと判断されたブロックのみをエピタキシャル層を形成するシリコンウエーハに加工すればよい。このようにすることにより、エピタキシャルウエーハの不良を確実に低減することができる。
【００２３】
このように、予めエピ欠陥のようなプロセス誘起欠陥とプロセスを施す前のＯＳＦのような結晶欠陥の分布の関係を求めておけば、特定のプロセスを施す前の結晶欠陥の分布を求めるだけで、そのプロセスを施した後のプロセス誘起欠陥の発生の有無を予測することができる。特に結晶欠陥の分布については欠陥の位置を目視、ＣＣＤ等で簡単に判断できるので、手間もかからず、製造工程に取り入れることも可能であり、評価作業のコスト低減を図ることができる。
【００２４】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
特に、ここでは熱処理条件、エッチング条件、ＯＳＦ密度のしきい値等を明記したが、ＯＳＦ密度のしきい値は熱処理条件やエッチング条件により変化するものである。また、熱処理条件、エッチング条件等はこれに限定されない。さらに、ブロック、スラブの厚さも任意であり、これに限定されない。
【００２５】
（実施例）
引上げ速度を１．３ｍｍ／ｍｉｎに固定し、窒素濃度が１×１０13〜５×１０14／ｃｍ3 の範囲で窒素がドープされた直径６インチのＣＺシリコン単結晶を数本引上げ、これを加工して窒素ドープシリコンウエーハを作製した。
【００２６】
そしてこれらのシリコンウエーハに１１５０℃で１００分間の熱酸化処理を施した。その後、選択エッチング（フッ酸・硝酸系の選択エッチング液を使用）を施し、５μｍ程度エッチングした後、集光灯下で輝点を観察してＯＳＦが発生している位置を確認し、その部分を光学顕微鏡でスキャンすることによりＯＳＦが最も密集している点を見定め、その部分（１点のみ）のＯＳＦ密度を測定し、ＯＳＦの最大密度と定義した。また、発生しているＯＳＦリングの内側の位置からウエーハ外周端までの距離を測定し、ＯＳＦの発生位置と定義した。
【００２７】
一方、これらＯＳＦの分布を観察するウエーハと全く同一条件で作製された他の窒素ドープシリコンウエーハに対し、１１２５℃で３μｍのエピタキシャル層を形成した後、ＫＬＡテンコール社製の表面検査装置ＳＰ１を用いて欠陥サイズが０．１１μｍ以上のエピ欠陥の有無を観察し、上記で測定したＯＳＦ分布（最大密度と発生位置）との関係を図１に示した。
【００２８】
図１の結果より、上記の熱酸化条件およびエッチング条件においては、エピ欠陥の発生するＯＳＦ分布は、最大密度が７０００個／ｃｍ2 以上で、かつ、発生位置が６ｍｍ以上であることが判明した。
このようにして得られた相関関係を、実際のエピタキシャルウエーハ製品を量産する製造工程中の１検査手法に適用することができる。
【００２９】
実際に窒素ドープシリコンウエーハにエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウエーハの製品を作製する際には、エピタキシャル層を形成する窒素ドープシリコンウエーハに要求されるゲッタリング能力（酸素析出物密度）およびエピタキシャル層の品質（欠陥密度）によりシリコン単結晶の製造条件（窒素濃度、酸素濃度、引上げ速度など）が決定される。
【００３０】
仮にエピ欠陥が発生しないようなシリコン単結晶の製造条件を選択して単結晶を引上げたとしても、シリコン単結晶を何本も引上げ、シリコンウエーハを大量生産する場合には、引上げ結晶毎に、あるいは作製されたウエーハ毎にある程度の特性のバラツキは生ずるものである。
【００３１】
そこで、引上げられたシリコン単結晶インゴットを２０ｃｍ程度のブロックに切り出し、その両端から厚さ２ｍｍのスラブを切り出し、これに上記の熱酸化条件およびエッチング条件を施してＯＳＦ分布を測定し、上記相関関係に基づいてエピ欠陥の発生の有無を判断するという本発明の評価方法を、その製造工程中の検査手法として用いれば、エピ欠陥が発生しないと判断されたブロックのみをエピタキシャル層を形成するシリコンウエーハに加工することが可能となるため、エピ欠陥が発生する可能性のある不良品を低減することができる。また、エピ欠陥が発生すると判断されたブロックについては、モニターウエーハ等の別の用途に転用して材料を有効利用できるため、コストメリットが得られる。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３３】
例えば、上記では、特定のプロセスとしてはエピタキシャル成長とし、プロセス誘起欠陥としてはエピ欠陥とし、結晶結晶の分布としてはＯＳＦの分布とした場合につき例を示して説明したが、本発明はこれには限定されず、プロセス誘起欠陥と結晶欠陥の分布を求める工程と、前記関係に基づいてプロセス後の欠陥の発生の有無を予測する工程を有する半導体ウエーハの評価方法であれば、本発明に含まれる。
【００３４】
また、上記実施形態においては、直径６インチのシリコン単結晶ウエーハにつき例を挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、直径６インチ以下または直径８〜１６インチあるいはそれ以上の半導体ウエーハにも適用できる。
また、本発明は、多結晶融液に水平磁場、縦磁場、カスプ磁場等を印加するいわゆるＭＣＺ法で得られた半導体ウエーハにも適用できることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明した通り本発明によれば、実際にエピタキシャル成長等のプロセスを行わなくても、プロセス誘起欠陥の発生の有無が容易に予測できるようになり、量産ウエーハの製造工程における評価方法として非常に有益であり、大幅なコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例におけるＯＳＦ分布とエピ欠陥の関係を示した結果図である。
【図１】
0004683171.tif 000002