(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハにゲッタリング能力を付加するために施されるバックサイドダメージを評価する方法であり、バックサイドダメージを有するシリコンウェーハに熱処理を施した後に、転位密度を測定するシリコンウェーハの評価方法であって、前記シリコンウェーハがエピタキシャルウェーハの基板として用いられるバックサイドダメージを有するシリコンウェーハであり、基準シリコンウェーハについて、エピタキシャル工程を行わずに熱処理のみを行った場合の転位密度と、エピタキシャル工程と熱処理とを行った場合の転位密度の相関関係をあらかじめ求めておき、測定対象シリコンウェーハについて、熱処理のみを行った場合の転位密度から、エピタキシャル工程と熱処理とを行った場合の転位密度を求めることを特徴とするシリコンウェーハの評価方法。
【請求項２】
前記シリコンウェーハの抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載されたシリコンウェーハの評価方法。
【請求項３】
前記熱処理を１０００〜１２００℃で０．１〜２時間施すことを特徴とする請求項１又は２に記載されたシリコンウェーハの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ（以下、単にウェーハということがある。）にゲッタリング能力を付加するために施されるバックサイドダメージを評価する方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
シリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハ（以下、エピウェーハと略すことがある。）の品質の１つとして、デバイスプロセス中の重金属不純物を捕獲してデバイス活性層から除去する能力（ゲッタリング能力）がある。シリコンウェーハにゲッタリング能力を付加する手法の１つとして、ウェーハの裏面にシリカ等の粉末を吹き付けてダメージを与えるバックサイドダメージ（以下、ＢＳＤと呼ぶことがある。）が古くから用いられている。従来、ＢＳＤのゲッタリング能力は、酸化性雰囲気下で例えば１０００℃以上の熱処理を施した場合に発生する酸化誘起積層欠陥（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ-ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ：ＯＳＦ）の密度により評価されている。
【０００３】
しかしながら、ＯＳＦは窒化性雰囲気下の熱処理により収縮することが一般的に知られており、たとえデバイスプロセス中の酸化熱処理でＯＳＦが発生しても、その後に窒化熱処理が施されるとＯＳＦが収縮してしまう可能性がある。そのような場合は、ＢＳＤのデバイスプロセス中におけるゲッタリング能力を、ＯＳＦ密度では評価できないことになる。また、ＢＳＤを有するシリコンウェーハを基板として用いるエピウェーハの場合、ＢＳＤが高温のエピタキシャル工程（以下、エピ工程と略す場合がある。）において緩和され、デバイスプロセス中におけるゲッタリング能力が低下することが考えられる。そのような場合は、エピ工程前のＢＳＤの評価ではエピウェーハのＢＳＤの評価ができないことになる。
【０００４】
特に抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以下の低抵抗率ウェーハの場合、高抵抗率ウェーハの場合と比較すると、同じ条件でＢＳＤを施してもＯＳＦが発生しにくいという問題点がある。この理由は明確になっていないが、ボロン、砒素、アンチモンなどの高濃度添加による機械的強度の増大が関係していると思われる。
【０００５】
さらに、たとえ高密度のＯＳＦを発生させることができるＢＳＤを有するウェーハでも、デバイスプロセスの熱処理条件に依存してＯＳＦの発生及び収縮が生じるために、そのウェーハのゲッタリング能力は不安定であるという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＢＳＤの評価方法として従来一般的に行われていた、酸化熱処理後のＯＳＦ密度の測定では、デバイスプロセス中におけるゲッタリング能力を評価できない場合があることに鑑み為されたものである。
【０００７】
本発明は、シリコンウェーハ及びエピウェーハに施されたＢＳＤのゲッタリング能力を正しく把握することのできるシリコンウェーハの評価方法を提供することを目的とする。また、本発明の評価方法によってＢＳＤを評価することにより、デバイスプロセス中において安定に優れたゲッタリング能力を有するシリコンウェーハ及びエピウェーハの提供が実現化することを目的とする。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のシリコンウェーハの評価方法は、シリコンウェーハにゲッタリング能力を付加するために施されるバックサイドダメージを評価する方法であり、バックサイドダメージを有するシリコンウェーハに熱処理を施した後に、転位密度を測定するシリコンウェーハの評価方法であって、前記シリコンウェーハがエピタキシャルウェーハの基板として用いられるバックサイドダメージを有するシリコンウェーハであり、基準シリコンウェーハについて、エピタキシャル工程を行わずに熱処理のみを行った場合の転位密度と、エピタキシャル工程と熱処理とを行った場合の転位密度の相関関係をあらかじめ求めておき、測定対象シリコンウェーハについて、熱処理のみを行った場合の転位密度から、エピタキシャル工程と熱処理とを行った場合の転位密度を求めることを特徴とする。つまり、上記熱処理を施した際に発生する転位の密度によりＢＳＤのゲッタリング能力を評価するようにしたものである。
【０００９】
本発明者は、ＢＳＤに起因した転位は、窒化熱処理により収縮することがほとんどないので、デバイスプロセスの熱処理条件に依存することがなく、安定に存在できることを見出し、従って、転位密度によりＢＳＤのデバイスプロセス中におけるゲッタリング能力を把握することができるという知見を得、本発明に到達したものである。
【００１０】
本発明者は、また一方で、エピウェーハの場合は、エピ工程によりＢＳＤが緩和され、エピ工程後の転位密度がエピ工程前の転位密度よりも減少することを見出し、さらに、エピ工程前後の転位密度には良い相関関係があることを見出した。
【００１１】
従って、上記シリコンウェーハがエピウェーハの基板として用いられるバックサイドダメージを有するシリコンウェーハである場合には、エピ工程後に転位密度を測定すればよいし、また基準シリコンウェーハについてエピ工程前後における転位密度の相関関係をあらかじめ求めておき、測定対象シリコンウェーハについてエピ工程前に測定された転位密度からエピ工程後の転位密度を求めることもできる。
【００１２】
抵抗率が０．０１Ω・ｃｍ以下であるウェーハでは、ＯＳＦが発生しにくいが転位は発生するという理由により、本発明の評価方法が特に有効である。
【００１３】
ＢＳＤに起因して発生した転位は、デバイスプロセス条件に依存せず安定に存在するので、デバイスプロセス中におけるゲッタリング能力を正確に把握することができる。評価の際の熱処理条件は、１０００〜１２００℃、０．１〜２時間が好ましく、具体的には、例えば１０００℃／１時間とすることができ、雰囲気は問わない。熱処理後の転位密度は、化学的選択エッチング法により測定することができる。
【００１４】
ＢＳＤを有するシリコンウェーハを基板として用いたエピウェーハの場合は、高温のエピ工程によりＢＳＤが緩和されるために、転位密度が減少する。この場合は、エピ工程後の転位密度によってエピウェーハのＢＳＤを評価することにより、エピウェーハのゲッタリング能力を正確に把握することができる。エピ工程の熱処理のみで転位が発生するような場合は、評価のための熱処理を省略することができる。また、エピ工程前後の転位密度には良い相関関係があることから、あらかじめ両者の関係を求めておくことにより、エピ工程前の転位密度からエピ工程後の転位密度を求めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００１６】
図１は本方法の工程順の１例を示すフローチャート、図２は本方法の工程順の他の例を示すフローチャート、図３はエピ工程前後の転位密度相関図の作成手順を示すフローチャート及び図４は本発明方法の工程順の１例を示すフローチャートである。
【００１７】
図１のフローチャートにおいて、まず転位密度測定対象となるウェーハを準備する（ステップ１００）。そのウェーハに対してＢＳＤ処理を施し（ステップ１０２）、１０００〜１２００℃、０．１〜２時間程度の条件でこのＢＳＤを有するウェーハを熱処理する（ステップ１０４）。熱処理後のウェーハの転位密度を測定する（ステップ１０６）ことによってウェーハのＢＳＤの評価を行うことができる（ステップ１０８）。
【００１８】
図２のフローチャートは、ＢＳＤ処理（ステップ１０２）と熱処理（ステップ１０４）との間にエピ工程（ステップ１０３）が行われる点が図１のフローチャートと異なるのみである。図２の方法においても、図１の場合と同様に熱処理後のエピウェーハの転位密度を測定すること（ステップ１０６）によってエピウェーハのＢＳＤの評価を行うことができる（ステップ１０８）。
【００１９】
図３のフローチャートは、エピ工程前後におけるＢＳＤを有するウェーハの転位密度の相関図を作成する手順を示すものである。同図において、相関図作成のための転位密度測定対象である同種の基準ウェーハを複数枚準備し（ステップ２００）、次いでこれらの基準ウェーハに対し、様々な条件でＢＳＤ処理（ステップ２０２）を行う。
【００２０】
次にＢＳＤ処理が施された基準ウェーハを、ＢＳＤ処理条件毎に２つのグループに分け、一方のグループは図１のフローチャートの手順と同様に熱処理（ステップ２０４）及びエピ工程前転位密度測定（ステップ２０６）を行い、他方のグループは図２のフローチャートの手順と同様にエピ工程（ステップ２０８）、熱処理（ステップ２１０）及びエピ工程後転位密度測定（ステップ２１２）を行う。
【００２１】
相関図を作成する場合には、同種の基準ウェーハについてＢＳＤ処理条件毎に測定したエピ工程前後の転位密度の測定値をそれぞれ横軸及び縦軸として、後述する図８に示すように、グラフ上にプロットすることによって両者の相関関係を示す相関図を作成することができる（ステップ２１４）。
【００２２】
図４のフローチャートは、上述のようにして作成した相関図を用いて製品ウェーハのエピ工程後の転位密度を求める場合の手順を示すものである。同図において、転位密度測定対象となる製品ウェーハと同種のウェーハ（モニターウェーハ）を準備し（ステップ３００）、次いで製品ウェーハに施す条件と同一のＢＳＤ処理（ステップ３０２）を行った後、図１のフローチャートの手順と同様に熱処理（ステップ３０４）及びエピ工程前の転位密度測定（ステップ３０６）を行う。そして、モニターウェーハのエピ工程前の転位密度の測定値から、上記した相関図を用いてエピ工程後の転位密度を求め（ステップ３０８）、エピウェーハのＢＳＤの評価を行うものである（ステップ３１０）。すなわち、モニターウェーハにエピ工程を施すことなく、製品ウェーハのエピ工程後のＢＳＤの評価が可能となる。
【００２３】
なお、相関図を作成するために用いられる基準ウェーハとしては、測定対象とされるウェーハとの間に基準ウェーハの相関関係が反映される共通の特性（抵抗率やエピ工程条件など）を有するものが用いられることは勿論である。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００２５】
（実験例１）
直径５インチ、結晶方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのチョクラルスキー（ＣＺ）法で育成されたボロン添加シリコンウェーハを準備した。そのウェーハにＢＳＤを施した後、図５に示すデバイスプロセスを模擬した熱処理を施した。デバイスプロセスの途中段階における欠陥密度を評価するために、図５中のＡ、Ｂ、Ｃで示した各段階でウェーハを抜き取った。その後、選択エッチングを行い、光学顕微鏡観察により転位密度を測定した。
【００２６】
熱処理工程のＡ，Ｂ，Ｃの各段階における転位密度を図６に示す。転位密度は、熱処理工程中においてほとんど変化していないことがわかる。このように、ＢＳＤによる転位は、熱処理条件によらず安定に存在できることがわかる。
【００２７】
（比較実験例１）
実験例１とほぼ同様な条件でサンプルを作製して、デバイスプロセスの途中段階におけるＯＳＦ密度を評価した。
【００２８】
熱処理工程の各段階におけるＯＳＦ密度を図７に示す。ＯＳＦは、酸化熱処理後（Ａ）において高密度で発生しているが、窒化熱処理後（Ｂ）では観察されなかった。しかし、その後の酸化熱処理後（Ｃ）に再び高密度に観察された。このように、ＯＳＦは、その密度が熱処理条件により大きく変化し、デバイスプロセス中では不安定であることが示された。
【００２９】
（実施例１）
直径５インチ、結晶方位＜１１１＞、抵抗率約０．００４Ω・ｃｍのＣＺ法で育成された砒素添加シリコンウェーハを準備した。そのウェーハに対して、砥粒径、エアー（噴射）圧力、ベルト速度（ウェーハ送り速度）を変化させることによって種々の条件でＢＳＤを施した。一部のウェーハは鏡面加工を行い、１１３０℃で１０μｍ程度の厚みのエピ層を堆積した。エピ工程前後のウェーハに対して、酸素雰囲気下で１１００℃／１００分の熱処理を施した後、選択エッチングを行い、光学顕微鏡観察により転位密度を測定した。
【００３０】
エピ工程前後の転位密度の相関関係を図８に示す。エピ工程後において、転位密度が減少している。このことから、ＢＳＤを有するウェーハを基板に用いたエピウェーハの場合は、エピ工程後の転位密度によりＢＳＤを評価することが好ましいことがわかる。
【００３１】
但し、エピ工程前後の転位密度には良い相関関係があるので、あらかじめこのような相関関係を求めておけば、前述したようにエピ工程前の転位密度からエピ工程後の転位密度を求めることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、ＢＳＤを有するシリコンウェーハ及びエピウェーハのデバイスプロセス中におけるゲッタリング能力を正確に評価することができる。また、この評価方法によりウェーハを特定することにより、デバイスプロセス中において安定に優れたゲッタリング能力を発揮できるシリコンウェーハ及びエピウェーハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本方法の工程順の１例を示すフローチャートである。
【図２】  本方法の工程順の他の例を示すフローチャートである。
【図３】  エピ工程前後の転位密度相関図の作成手順を示すフローチャートである。
【図４】  本発明方法の工程順の１例を示すフローチャートである。
【図５】  実験例１及び比較実験例１における熱処理プロセスを示す模式図である。
【図６】  実験例１における熱処理プロセスの各段階における転位密度を示すグラフである。
【図７】  比較実験例１における熱処理プロセスの各段階におけるＯＳＦ密度を示すグラフである。
【図８】  エピ工程前後の転位密度の相関関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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