(57)【要約】【課題】  シリコン単結晶のインゴットに含まれるＯＳＦ欠陥の位置の特定を容易にする。【解決手段】  インゴットから切り出されたウェーハ（試料）に対して銅デコレーション法を施す。銅デコレーション法では、銅メッキ液へウェーハを浸漬することによってウェーハ表面に銅を付着させ、ウェーハを加熱することによってウェーハ内部に銅を拡散させ、ウェーハを冷却することによってウェーハ表面及びウェーハ内部の欠陥に銅化合物を析出させ、エッチングによってウェーハ表面から銅化合物を除去する。銅デコレーション法が施されたウェーハに赤外光源から赤外線を照射し、更に赤外線カメラでウェーハを撮像する。そして、撮像した画像に基づいて欠陥評価を行う。【選択図】  図１
2005197341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶の育成の際に結晶に導入される成長時導入欠陥を評価するシリコン単結晶の欠陥評価方法において、
シリコン単結晶から切り出された試料の表面に銅を付着させ、この試料を加熱して試料内部に銅を拡散させ、この試料を冷却して銅を試料表面及び成長時導入欠陥に析出させ、試料表面に析出した銅化合物を除去する銅デコレーション工程と、
前記銅デコレーション工程の後に、赤外線を用いて前記試料内部を撮像して成長時導入欠陥を観察する観察工程と、を備えたこと
を特徴とするシリコン単結晶の欠陥評価方法。
【請求項２】
前記観察工程では、赤外光源からの赤外光を前記試料に照射し、前記試料を赤外線カメラで撮像すること
を特徴とする請求項１記載のシリコン単結晶ウェーハの欠陥評価方法。
【請求項３】
前記赤外線カメラの解像度を調整し、ＯＳＦ欠陥のみを顕在化させること
を特徴とする請求項２記載のシリコン単結晶ウェーハの欠陥評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の育成の際に結晶に導入される結晶欠陥を評価するシリコン単結晶の欠陥評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶開発においては、ＦＺ(Float-Zone)法やＣＺ(Czochralski)法によってインゴット状のシリコン単結晶が育成される。このシリコン単結晶の育成の際に、結晶内には成長時導入欠陥が生ずる。この成長時導入欠陥、所謂ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、結晶の成長速度Ｖと融点近傍の温度勾配Ｇに応じて変化する。つまり、インゴット内の欠陥状態は成長速度Ｖと融点近傍の温度勾配Ｇの比Ｖ／Ｇに依存している。
【０００３】
図６はインゴット内の欠陥状態を示す図である。図６（ａ）はインゴットの成長速度の変化状況を示し、図６（ｂ）はＦＺ法により育成されるシリコンインゴットの断面を模式化して示し、図６（ｃ）はＣＺ法により育成されるシリコンインゴットの断面を模式化して示す。図６（ａ）の横軸と図６（ｂ）、（ｃ）の長手方向は対応している。つまり、図６（ｂ）、（ｃ）に示したインゴットは、図面右側に進むほど成長速度が低くされていることを示している。
【０００４】
図６（ｂ）から分かるように、例えば、ＦＺ法によるシリコン単結晶育成の際に成長速度を低下させていくと、空孔型欠陥（Ｄ欠陥）領域、空孔型無欠陥領域、格子間シリコン型無欠陥領域、格子間シリコン型欠陥（Ａ欠陥）領域、という各領域が順次現れる。なお、ＦＺ−Ｓｉインゴットの場合は、空孔型無欠陥領域と格子間シリコン型無欠陥領域の差が観察できないため、図６（ｂ）ではその境界が示されていない。
【０００５】
ＣＺ法においては上記各欠陥領域に酸素起因の欠陥領域が更に加わる。図６（ｃ）から分かるように、ＣＺ法によるシリコン単結晶育成の際に成長速度を低下させていくと、空孔型欠陥（Ｄ欠陥）領域、酸素起因欠陥、空孔型無欠陥領域、格子間シリコン型無欠陥領域、格子間シリコン型欠陥（Ａ欠陥）領域、という各領域が順次現れる。
【０００６】
この酸素起因欠陥は、ウェーハの熱酸化処理時に発生する積層欠陥(stacking fault)の起点となるため、ＯＳＦ欠陥（Oxidation-induced Stacking Fault）と呼ばれる。このＯＳＦ欠陥はインゴット断面にリング状に存在する。このため、インゴットから切り出されたウェーハ内でのＯＳＦ欠陥の所在を知れば、インゴット内における各欠陥領域の分布を把握することができる。したがって、ＯＳＦ欠陥はインゴットの品質を評価する指標の一つとされている。
【０００７】
ウェーハにおけるＯＳＦ欠陥の位置を把握するためには、大きくは次の三つの方法が採用されている。一つは、試料として切り出されたウェーハに選択エッチング（セコエッチング）を施して、ウェーハ内のＤ欠陥を顕在化させ評価する方法である。Ｄ欠陥が顕在化されれば、その外周にあるＯＳＦ欠陥を推定することができる。一つは、ウェーハに熱酸化処理を施して、ウェーハ内のＯＳＦ欠陥に酸素を析出させ、その後にＸ線トポグラフィーでウェーハ内の酸素析出の差を観察し評価する方法である。一つは、ウェーハに銅デコレーション法を施して、ウェーハ内のＯＳＦ欠陥に銅化合物を析出させ、その後にＸ線トポグラフィーでウェーハ内の銅化合物析出の差を観察し評価する方法である。
【０００８】
下記特許文献１に記載されているように、銅デコレーション法とは、表面に銅を付着させたウェーハを加熱してウェーハ内部に銅を拡散させ、このウェーハを冷却してウェーハ表面及びウェーハ内部の欠陥に銅化合物を析出させた後に、ウェーハ表面に析出した銅化合物を除去する、という一連の処理のことをいう。
【特許文献１】特開２００１−８１０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
選択エッチングで顕在化されるＤ欠陥は空孔である。空孔はＯＳＦ欠陥に近づくにつれて小さくなり、ＯＳＦ欠陥近傍（内径数mm程度の範囲）では、選択エッチングによっても顕在化されない程度の大きさとなる。したがって、ＯＳＦ欠陥と顕在化されない空孔の領域との境界が明確ではなく、結果としてＯＳＦ欠陥の位置を正確に把握することができない、という問題がある。
【００１０】
ウェーハを熱酸化処理した後にＸ線トポグラフィーで観察する方法は、各欠陥領域における酸素析出の差を利用する方法である。ところが、ウェーハが低酸素濃度（Ｏｉ＝１２×１０17atoms/cm3（OLD ASTM））である場合は酸素析出の差が表れにくいため、Ｘ線トポグラフィーでＯＳＦ欠陥を観察できない、という問題がある。
【００１１】
図２、図３はシリコン単結晶の欠陥評価で得た画像である。また図４は図２の画像の模式図であり、図５は図３の画像の模式図である。図２、図３はシリコン単結晶のインゴットから切り出されたウェーハの画像を４分割して示すものである。また図２は低酸素濃度（Ｏｉ＝１１×１０17atoms/cm3（OLD ASTM））のウェーハを示し、図３は高酸素濃度（Ｏｉ＝１４×１０17atoms/cm3（OLD ASTM））のウェーハを示す。
【００１２】
図２（＝４）に示すウェーハ１１、図３（＝５）に示すウェーハ３１は熱酸化処理したウェーハをＸ線トポグラフィーで撮像して得た画像である。図３（＝図５）によれば、ＯＳＦ欠陥４１を観察できる。しかし、図２（＝図４）によれば、ＯＳＦ欠陥を観察できない。
【００１３】
一方、銅デコレーション法は、酸素濃度に依存しないため高酸素、低酸素のウェーハに対して適用できる。図２（＝図４）に示すウェーハ１２、図３（＝図５）に示すウェーハ３２は銅デコレーション法を程顔したウェーハをＸ線トポグラフィーで撮像して得た画像である。図２（＝図４）、図３（＝図５）によれば、ＯＳＦ欠陥２２、４２を観察できる。しかしながら、銅デコレーション法を施した後にＸ線トポグラフィーで観察する方法には次のような問題がある。
【００１４】
図２（＝図４）、図３（＝図５）で示すように、銅デコレーション法を施したウェーハをＸ線トポグラフィーにて撮像した画像には、リング状のＯＳＦ欠陥２２、４２と共に同心のリング状の欠陥領域が複数映し出される。経験の浅い作業者にとっては、この複数のリング状の欠陥領域の中からＯＳＦ欠陥を特定することが困難である。
【００１５】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶のインゴットに含まれるＯＳＦ欠陥の位置の特定を容易にすることを解決課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１発明は、
シリコン単結晶の育成の際に結晶に導入される成長時導入欠陥を評価するシリコン単結晶の欠陥評価方法において、
シリコン単結晶から切り出された試料の表面に銅を付着させ、この試料を加熱して試料内部に銅を拡散させ、この試料を冷却して銅を試料表面及び成長時導入欠陥に析出させ、試料表面に析出した銅化合物を除去する銅デコレーション工程と、
前記銅デコレーション工程の後に、赤外線を用いて前記試料内部を撮像して成長時導入欠陥を観察する観察工程と、を備えたこと
を特徴とする。
【００１７】
また、第２発明は、第１発明において、
前記観察工程では、赤外光源からの赤外光を前記試料に照射し、前記試料を赤外線カメラで撮像すること
を特徴とする。
【００１８】
また、第３発明は、第２発明において、
前記赤外線カメラの解像度を調整し、ＯＳＦ欠陥のみを顕在化させること
を特徴とする。
【００１９】
本発明では、インゴットから切り出されたウェーハ（試料）に対して銅デコレーション法が施される。銅デコレーション法では、銅メッキ液へのウェーハの浸漬によってウェーハ表面に銅が付着され、ウェーハの加熱によってウェーハ内部に銅が拡散され、ウェーハの冷却によってウェーハ表面及びウェーハ内部の欠陥に銅化合物が析出され、エッチングによってウェーハ表面から銅化合物が除去される。銅デコレーション法が施されたウェーハには赤外光源から赤外線が照射され、更に赤外線カメラでウェーハが撮像される。そして、撮像した画像に基づいて欠陥評価が行われる。
【００２０】
なお、赤外線カメラでウェーハを撮像する際には、ＯＳＦ欠陥のみが顕在化されるように赤外線カメラの解像度を調整する。
【発明の効果】
【００２１】
Ｘ線トポグラフィーによると撮像して得た画像に複数のリング状の欠陥が映し出されるが、赤外線カメラによると撮像して得た画像にＯＳＦ欠陥のみを顕在化させることが可能である。したがって、経験の浅い作業者であってもＯＳＦ欠陥の位置を把握することが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本実施形態に係る処理フローである。  
図１に示すステップ１０からステップ４０までは銅デコレーション法による処理であり、ここでは銅デコレーション法による処理の一例を示している。
【００２４】
最初に、ＣＺ法によって成長させたシリコン単結晶のインゴットから試料とするウェーハを切り出す。このウェーハを銅メッキ液中に浸漬し、ウェーハ表面に銅を付着させる（ステップ１０）。このメッキ処理では、ＨＦ混合硫酸銅水溶液（銅：３０ppm、ＨＦ：２５％）を使用し、この水溶液中にウェーハを１５分間浸漬した。
【００２５】
次に、銅メッキ液から取り出したウェーハをボートに載置し、昇温した炉内にボートを入れる（ステップ２０）。この加熱処理では、窒素雰囲気で、昇温温度を１０００〜９００℃とし、加熱時間を１０〜１５分とした。
【００２６】
次に、炉内からボートを取り出し、ウェーハを冷却する（ステップ３０）。この冷却処理は常温雰囲気で行った。冷却によって銅の固溶度・拡散性は減少する。すると過飽和となった銅は、ウェーハ表裏面の酸化膜界面や酸素析出物や成長時導入欠陥を覆うようにシリサイドとして析出する。
【００２７】
次に、エッチングを行い、ウェーハ表面に形成された酸化膜やシリサイドを除去する（ステップ４０）。このエッチング処理では、混酸（硝酸とフッ酸の混合液）を使用した。エッチング処理後のウェーハは欠陥観察が容易になる。
【００２８】
次に、ウェーハに赤外光源から赤外線を照射し、赤外線カメラでウェーハを撮像する（ステップ５０）。ここでは赤外線ＣＣＤカメラを使用し、ＯＳＦ欠陥のみが顕在化されるようにカメラの解像度を調整する。赤外線ＣＣＤカメラで撮像されると、撮像データはリアルタイム画像改善装置で画像処理されビデオモニタに画像表示される。また、プリンタにて画像を印刷することも可能である。
【００２９】
図２（＝図４）に示すウェーハ１３、図３（＝図５）に示すウェーハ３３は銅デコレーション法を施したウェーハを赤外線カメラで撮像して得た画像である。ウェーハ１２、３２、すなわちＸ線トポグラフィーで撮像して得た画像にはＯＳＦ欠陥２２、４２の他に複数のリング状の欠陥が顕在化されているが、ウェーハ１３、３３、すなわち赤外線カメラで撮像して得た画像にはＯＳＦ欠陥２３、４３のリングのみが顕在化されている。
【００３０】
Ｘ線トポグラフィーには解像度を調整する機能がない。一方、赤外線カメラには解像度を調整する機能がある。したがって、目的に応じて最適な観察条件を設定すれば、より詳細な観察を行うことができる。つまり、本発明のように、ＯＳＦ欠陥のみを顕在化させることが可能であり、また、マッピング像を取得することも可能である。
【００３１】
Ｘ線トポグラフィーによると撮像して得た画像に複数のリング状の欠陥が映し出されるが、赤外線カメラによると撮像して得た画像にＯＳＦ欠陥のみを顕在化させることが可能である。したがって、経験の浅い作業者であってもＯＳＦ欠陥の位置を把握することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は本実施形態に係る処理フローである。
【図２】図２はシリコン単結晶の欠陥評価で得た画像である。
【図３】図３はシリコン単結晶の欠陥評価で得た画像である。
【図４】図４は図２の画像の模式図である。
【図５】図５は図３の画像の模式図である。
【図６】図６はインゴット内の欠陥状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１〜１３、３１〜３３  ウェーハ
２２、２３、４１〜４３  ＯＳＦ欠陥
【図１】
2005197341.tif 000003
【図２】
2005197341.tif 000004
【図３】
2005197341.tif 000005
【図４】
2005197341.tif 000006
【図５】
2005197341.tif 000007
【図６】
2005197341.tif 000008