(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面をエッチングする工程と、
異物検査装置により前記エッチングした基板表面における輝点を検出する工程と
を含む半導体基板の品質評価方法であって、
前記エッチングをドライエッチングによって行い、
前記半導体基板の品質を、前記検出される輝点の数および分布パターンからなる群から選ばれる評価項目に基づき評価し、
前記検出された輝点の元素分析を走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡とエネルギー分散型X線分光分析を用いて行うことによって基板に含まれる汚染金属種を特定することを更に含むことを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
前記評価される品質は、金属汚染の有無および金属汚染の程度からなる群から選ばれる、請求項１に記載の半導体基板の品質評価方法。
【請求項３】
半導体基板表面をエッチングする工程と、
異物検査装置により前記エッチングした基板表面における輝点を検出する工程と
を含む半導体基板の品質評価方法であって、
前記エッチングをドライエッチングによって行い、
前記評価される品質は、基板に含まれる汚染金属の種類であり、
前記汚染金属の種類を、前記検出された輝点の元素分析を走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡とエネルギー分散型X線分光分析を用いて行うことによって特定することを特徴とする、前記方法。
【請求項４】
前記ドライエッチングを、熱処理を施した半導体基板表面に行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体基板の品質評価方法。
【請求項５】
前記熱処理は、１００〜１２００℃の範囲の温度で行われる、請求項４に記載の半導体基板の品質評価方法。
【請求項６】
前記ドライエッチングを、前記半導体基板表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を剥離した後に行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体基板の品質評価方法。
【請求項７】
前記半導体基板は、表面に鏡面加工を施したシリコンウェーハである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体基板の品質評価方法。
【請求項８】
複数の半導体基板からなる半導体基板のロットを準備する工程と、
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工程と、
前記抽出された半導体基板の品質を評価する工程と、
前記品質評価により良品と判定された半導体基板と同一ロット内の他の半導体基板を製品基板として出荷することを含む、半導体基板の製造方法であって、
前記抽出された半導体基板の品質評価を、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法によって行うことを特徴とする、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の品質評価方法に関し、特に、金属による基板内の汚染を評価する方法に関する。更に、本発明は、前記品質評価方法を用いて良品を判定することにより、高品質な半導体基板を提供し得る半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンエピタキシャルウェーハや鏡面仕上げウェーハ等の品質評価方法として、半導体基板表面において異物検査装置によって検出される輝点を観察する検査方法が提案されている。この検査方法では、基板上のパーティクルやＣＯＰ（Crystal Originated Particles）、転位等、基板の結晶品質に起因した各種表面ピットが輝点として検出される。基板上のパーティクルは凸状に、表面ピットは凹状に観察されるため、パーティクルおよび表面ピットを原因とする輝点については、その原因をある程度特定することができる。
【０００３】
一方、鏡面仕上げウェーハでは、鏡面研磨において使用するスラリーに含まれる金属イオンが鏡面研磨加工中にウェーハ内に拡散し、表面近傍のバルクに混入するという問題がある。このように金属汚染されたウェーハは、表面で結晶欠陥や面あれが発生し、品質低下を引き起こす。そのため、半導体基板の表面近傍のバルク中に存在する各種金属不純物の元素種を特定することは、その発生原因を解明する手がかりとなり、ひいては製造工程の改善につながる。しかし、この金属汚染による結晶欠陥や面あれは、基板表面に凹凸として現れないため、通常の異物検査装置を用いた検査では輝点として検出されず、良品として出荷されてしまうおそれがあった。
【０００４】
そこで、洗浄後の基板表面の輝点の形状を異物検査装置によって観察し、既知の重金属を拡散させた洗浄済の参照ウェーハ上の輝点形状と比較することにより、基板表面近傍のバルク中の汚染金属種を特定する方法が提案された（特許文献１）。しかし、特許文献１に記載の方法は、各輝点の形状を観察し、更に参照ウェーハの輝点形状と比較するという煩雑な工程を要するため、評価に長時間を要し、実用性に乏しいという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１９３５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる状況下、本発明は、実用性に優れた半導体基板の品質評価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】
上記目的を達成する手段は、以下の通りである。
[１] 半導体基板表面をエッチングする工程と、
異物検査装置により前記エッチングした基板表面における輝点を検出する工程と
を含む半導体基板の品質評価方法であって、
前記エッチングをドライエッチングによって行い、
前記半導体基板の品質を、前記検出される輝点の数および分布パターンからなる群から選ばれる評価項目に基づき評価し、
前記検出された輝点の元素分析を走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡とエネルギー分散型X線分光分析を用いて行うことによって基板に含まれる汚染金属種を特定することを更に含むことを特徴とする、前記方法。
[２] 前記評価される品質は、金属汚染の有無および金属汚染の程度からなる群から選ばれる、[１]に記載の半導体基板の品質評価方法。
[３] 半導体基板表面をエッチングする工程と、
異物検査装置により前記エッチングした基板表面における輝点を検出する工程と
を含む半導体基板の品質評価方法であって、
前記エッチングをドライエッチングによって行い、
前記評価される品質は、基板に含まれる汚染金属の種類であり、
前記汚染金属の種類を、前記検出された輝点の元素分析を走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡とエネルギー分散型X線分光分析を用いて行うことによって特定することを特徴とする、前記方法。
[４] 前記ドライエッチングを、熱処理を施した半導体基板表面に行う、[１]〜[３]のいずれかに記載の半導体基板の品質評価方法。
[５] 前記熱処理は、１００〜１２００℃の範囲の温度で行われる、[４]に記載の半導体基板の品質評価方法。
[６] 前記ドライエッチングを、前記半導体基板表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を剥離した後に行う、[１]〜[３]のいずれかに記載の半導体基板の品質評価方法。
[７] 前記半導体基板は、表面に鏡面加工を施したシリコンウェーハである、[１]〜[６]のいずれかに記載の半導体基板の品質評価方法。
[８] 複数の半導体基板からなる半導体基板のロットを準備する工程と、
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工程と、
前記抽出された半導体基板の品質を評価する工程と、
前記品質評価により良品と判定された半導体基板と同一ロット内の他の半導体基板を製品基板として出荷することを含む、半導体基板の製造方法であって、
前記抽出された半導体基板の品質評価を、[１]〜[７]のいずれかに記載の方法によって行うことを特徴とする、前記方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板に含まれる汚染金属種を容易かつ正確に特定することができる。これにより、本発明によれば、高品質な製品基板を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の半導体基板の品質評価方法は、２つの態様を含む。
いずれの態様も、半導体基板表面をエッチングする工程と、異物検査装置により前記エッチングした基板表面における輝点を検出する工程とを含む半導体基板の品質評価方法であって、前記エッチングをドライエッチングによって行う。ウェットエッチング後に基板表面で検出される輝点は、輝点が除去された痕、即ち凹形状となる。一方、ドライエッチングによれば、輝点周囲の基板（シリコン基板の場合はシリコン）がエッチングされ、輝点自体はエッチングされにくく残る。
そして、第一の態様（以下、「方法１」ともいう）では、前記半導体基板の品質を、前記検出される輝点の数および分布パターンからなる群から選ばれる評価項目に基づき評価する。一方、第二の態様（以下、「方法２」ともいう）では、前記評価される品質は、基板に含まれる汚染金属の種類であり、前記汚染金属の種類を、前記検出された輝点の元素分析を行うことによって特定する。
第一の態様では、ドライエッチング後の基板表面において検出される輝点の数および分布パターンからなる群から選ばれる評価項目から、基板表面、表面近傍またはそれらの両方の金属汚染の有無や程度を評価することが可能となる。これは、ドライエッチングによれば基板表面および表面近傍に存在する汚染金属がエッチング後も基板から脱落せずにエッチング面に残存するからである。
一方、第二の態様によれば、基板に含まれる汚染金属の種類を特定することが可能である。これは、基板のエッチングをドライエッチングによって行うことにより、前述のように基板中の汚染金属がエッチング後も基板から脱落せずにエッチング面に残存するからである。このようにエッチング面に残存、露出した金属不純物は、異物検査装置によって輝点として検出される。そして、この検出された輝点の元素分析を行うことにより、汚染金属種を容易かつ正確に特定することができる。このように、汚染金属種を正確に特定できることは、製造工程における汚染原因の特定および製造工程の改善のために非常に有益である。
【０００９】
本発明において品質評価を行う半導体基板は、例えば、シリコンエピタキシャルウェーハ、シリコンウェーハを鏡面加工して得られた製品シリコンウェーハ、鏡面加工したシリコンウェーハを水素雰囲気またはアルゴン雰囲気中で熱処理した製品ウェーハである。特に、本発明の品質評価方法は、鏡面研磨時に使用するスラリーに含まれる金属イオンが基板中に拡散することに起因する、基板表面近傍のバルク中に存在する汚染金属種の特定に有効である。よって、本発明の品質評価方法は、表面に鏡面加工を施したシリコンウェーハに適用することが特に好ましい。
【００１０】
方法１、方法２のいずれにおいても、エッチングはドライエッチングによって行われる。ドライエッチングは、公知の方法、例えば、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching; RIE)、プラズマエッチング等を用いることができる。プラズマエッチングは、例えば、電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance: ECR)プラズマエッチング装置を用いて行うことができる。エッチング深さは、適宜設定すればよいが、基板表面や表面近傍のバルクに存在する金属汚染の有無や程度を評価するためには、０．１〜０．５μｍとすることが好ましい。エッチング条件は、所望のエッチング深さに応じて適宜設定することができる。
【００１１】
上記ドライエッチングは、品質評価対象となる基板表面に直接行うこともできるが、エッチング前に、基板表面に熱処理を行うことが好ましい。この熱処理により、バルク中に含まれる不純物金属が表面近傍に移動するため、少ないエッチング量でバルク中の汚染金属種を特定することが可能となる。
前記熱処理の条件は、基板の汚染の程度に応じて設定することが好ましい。熱処理温度は、例えば１００〜１２００℃、熱処理時間は５分〜２時間とすることができる。また、前記熱処理は、非酸化性雰囲気下、例えば窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下、水素雰囲気下で行うことが好ましい。
【００１２】
また、本発明では、前記ドライエッチングを、評価対象の半導体基板の表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を剥離した後に行うこともできる。これにより、剥離時に汚染原因物質が除去され凹状の痕跡が残り、更にドライエッチングすることにより凹部の大きさが拡大することにより、異物検査装置による輝点の検出が容易になるという利点がある。
前記酸化膜の形成は、例えば、８００〜１０００℃程度の乾燥酸化またはウェット酸化によって行うことができる。形成された酸化膜の剥離は、例えばフッ酸水溶液を用いて行うことができる。フッ酸水溶液の濃度は、０．５〜５体積％であることが好ましい。
【００１３】
次に、方法１、方法２における品質評価の詳細について説明する。
方法１では、上記のようにドライエッチングを行った基板表面において、異物検査装置により輝点の検出を行った後、検出される輝点の数および分布パターンからなる群から選ばれる評価項目に基づいて基板の品質を評価する。方法１により、金属による汚染の有無、金属による汚染の程度、または金属による汚染の有無および程度、具体的には、基板表面、表面近傍またはそれらの両方に存在する金属汚染の有無およびその程度からなる群から選ばれる評価項目を評価することができる。例えば、検出される輝点の数が多いほど、重度に金属汚染されていると判定することができ、また、面内の一部に輝点が密集した異常な分布パターンを示す場合には、金属汚染されていると判定することができる。更に、輝点の分布パターンから、汚染の発生原因を推定することもできる。例えば、輝点の分布パターンが同心円状であれば、結晶引き上げ時の汚染と推定され、また、外周に特徴的なパターンがあれば、熱処理時のボートからの汚染もしくは検査装置との接触に起因する汚染と推定することができる。
なお、方法１においても、後述する方法２と同様、検出される輝点の元素分析を行うことにより、基板に含まれる汚染金属種を特定する。
【００１４】
一方、方法２では、ドライエッチング後の基板表面において、異物検査装置によって検出される輝点の元素分析を行うことにより、基板に含まれる汚染金属の種類を特定する。前記元素分析は、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって輝点を観察し、該輝点において、エネルギー分散型Ｘ線分光分析により行う。方法２では、エッチング方法としてドライエッチングを採用しているため、エッチング後も金属不純物が基板から脱落せずに残留するので、このような元素分析が可能となる。
また、方法２においても、前記元素分析による汚染金属種特定と併せて、前述の方法１と同様、異物検査装置によって検出される輝点の数および分布パターンからなる評価項目に基づき基板の品質を評価することも可能である。
【００１５】
更に、本発明は、半導体基板の製造方法に関する。
本発明の半導体基板の製造方法は、
複数の半導体基板からなる半導体基板のロットを準備する工程と、
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工程と、
前記抽出された半導体基板の品質を評価する工程と、
前記品質評価により良品と判定された半導体基板と同一ロット内の他の半導体基板を製品基板として出荷することを含み、
前記抽出された半導体基板の品質評価を、前述の本発明の半導体基板の品質評価方法を用いて行うものである。
前述のように、本発明の半導体基板の品質評価方法によれば、金属汚染の有無およびその程度からなる群から選ばれる評価項目の評価、汚染金属種の特定、更には汚染の発生原因の推定が可能である。よって、かかる品質評価方法により、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、高品質な製品基板を高い信頼性をもって提供することが可能となる。なお、良品と判定する基準は、ウェーハの用途等に応じてウェーハに求められる物性を考慮して設定することができる。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明を実施例に基づき更に説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。
【００１７】
[参考例１]
反応性イオンエッチング装置を用いて、鏡面研磨後のSi半導体ウェーハを0.1μm深さでドライエッチングした後、輝点の分布パターンを異物検査装置で観察した。エッチング条件は、以下の通りであった。
パワー；70W、ガス；SF6、圧力；26.6Pa、周波数；13.56MHz
輝点の分布パターンを図１に示す。図１に示すように、評価したウェーハでは異常な分布をもつパターンは観察されず、汚染のないウェーハであることが観察された。
【００１８】
[実施例２]
鏡面研磨後のSi半導体ウェーハをNi水溶液でスピンコーターにより意図的に汚染した後、1000℃、10分間窒素雰囲気下で熱処理し、ウェーハ表面近傍にNiシリサイドを形成した以外は、実施例１と同様の処理を行った。処理後のウェーハ表面の輝点の分布パターンを異物検査装置で観察した。結果を図２に示す。図２に示すように、表面近傍を意図的にNiで汚染したウェーハでは、パターンは均一であった。しかし、実施例１のウェーハと比べ輝点の密度が増加した。
増加した輝点をSEM観察すると図３のように＜１１０＞の方向性を有する突起物が見られ、エネルギー分散型X線分光分析をすると該突起物から図４に示すようにNiが分析された。これらの情報から観察された突起物はNiシリサイドの内のNiSi2と考えられる。
【００１９】
[参考例３]
鏡面研磨時にスラリー中にＣｕを５０ｐｐｂ混入させ、ウェーハ表面にＣｕシリサイドを意図的に形成した以外は参考例１と同様の処理を行った。処理後のウェーハ表面の輝点の分布パターンを、異物検査装置で観察した。結果を図５に示す。図５に示すように、表面および表面近傍のバルクを意図的にＣｕで汚染したウェーハでは外周に輝点が密集するパターンが観察された。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明によれば、金属汚染の有無および／またはその程度の評価、ならびに汚染金属の種類を特定することができる。本発明は、製造工程の改善に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】参考例１におけるウェーハ上の輝点の分布パターンを示す。
【図２】実施例２におけるウェーハ上の輝点の分布パターンを示す。
【図３】実施例２におけるSEM観察の結果を示す。
【図４】実施例２におけるエネルギー分散型X線分光分析の結果を示す。
【図５】参考例３におけるウェーハ上の輝点の分布パターンを示す。
【図１】
0004784420.tif 000002
【図２】
0004784420.tif 000003
【図３】
0004784420.tif 000004
【図４】
0004784420.tif 000005
【図５】
0004784420.tif 000006