(57)【要約】【課題】シリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長を短時間かつ高い信頼性をもって測定する手段を提供すること。【解決手段】表面光電圧法によりシリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長を測定する方法。前記測定は、前記シリコンウェーハに表面処理を施し、次いで、酸素含有雰囲気下で前記表面処理を施したシリコンウェーハ表面に対して紫外線を照射した後に行われる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面光電圧法によりシリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長を測定する方法であって、
前記測定は、前記シリコンウェーハに表面処理を施し、次いで、酸素含有雰囲気下で前記表面処理を施したシリコンウェーハ表面に対して紫外線を照射した後に行われる、前記測定方法。
【請求項２】
前記紫外線照射後のシリコンウェーハ表面には酸化膜が形成される、請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記酸化膜の厚さは１〜３ｎｍの範囲である、請求項２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記紫外線照射は、前記表面処理後のシリコンウェーハ表面に炭素含有化合物を付着させた後に行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項５】
前記紫外線の波長は１００〜３８０ｎｍの範囲である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項６】
前記紫外線のエネルギーは、１００〜８００ｋＪ／ｍｏｌの範囲である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項７】
前記シリコンウェーハはｐ型シリコンウェーハである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項８】
前記表面処理はHF処理である、請求項７に記載の測定方法。
【請求項９】
前記シリコンウェーハはホウ素がドープされたシリコンウェーハであり、かつ汚染金属として鉄を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１０】
前記酸素含有雰囲気中の酸素濃度は、５〜１００体積％の範囲である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１１】
シリコンウェーハに表面処理を施した後、表面光電圧法により少数キャリアの拡散長を測定して、少数キャリア拡散長から求められる汚染金属濃度が目標値以下のシリコンウェーハを選択する工程を含むシリコンウェーハの製造方法であって、
前記拡散長の測定を、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法によって行う、前記製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面光電圧法によりシリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長を測定する際に、表面処理を施したシリコンウェーハ表面を早期に安定化させることにより、少数キャリア拡散長を高精度かつ迅速に測定することができる方法、および前記方法を使用するシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ（以下ウェーハともいう）中に結晶欠陥が存在したり、ウェーハが金属不純物で汚染されていると、製品のデバイス特性に悪影響を及ぼす。そのため、それらを簡易的に評価するために、ウェーハ中の少数キャリアの拡散長や再結合ライフタイム等の電気特性を測定することが提案されている。
【０００３】
これらの電気特性評価のうち、表面光電圧（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｈｏｔｏ−Ｖｏｌｔａｇｅ：ＳＰＶ）法による拡散長の評価は、Ｆｅなどの深い準位を作る汚染金属による汚染の評価等に広く用いられている（特許文献１参照）。このＳＰＶ法は測定時間が短い上に、ウェーハと非接触かつ非破壊で測定することができる優れた測定方法である。
【特許文献１】特開平６−６９３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長をＳＰＶ法によって測定する方法の概要は、以下の通りである。
まずシリコンウェーハに対して表面処理（表面電荷処理）を行う。表面処理は、例えば、p型ウェーハの場合、シリコンウェーハをＨＦに所定時間浸漬することによって行われる。この表面処理により、表面近傍にバンドの曲がりが生じる。この状態で、シリコンのバンドギャップより大きいエネルギーの光をシリコン表面より照射することにより、励起された少数キャリアはバンドの曲がりにより生じた電界で表面に集められ、表面に表面光電圧(SPV)が発生する。光よるキャリアの注入量があまり多くない場合（一般的に1E10〜1E13/cm^3）は、表面の過剰な少数キャリア密度に比例してSPVは発生する。ここで照射する光の波長を変えると、その光の侵入深さ(光の吸収係数α)に応じて発生する少数キャリア密度、即ちSPV値が変わる。それぞれ波長での光量(φF)とSPV及び光の吸収係数αの関係が、φF/SPV∝1/αとなる光量を選ぶ。この関係をプロットした際に、φF/SPV=0における1/α軸との交点として少数キャリアの拡散長を求めることができる。
【０００５】
ここで、ウェーハ中に金属不純物が含まれていると、少数キャリアの拡散長は短くなる。しかし、例えば金属不純物として鉄（Ｆｅ）を含む、ホウ素がドープされたｐ型シリコンウェーハ中では、Ｆｅは静電力によってＦｅ−Ｂペアを形成するため、少数キャリア拡散長に対してほとんど影響を及ぼさない。それに対し、シリコンウェーハ表面に光照射等を行い、ドーパントと汚染金属とが静電力によって結合したペア（例えばＦｅ−Ｂペア）を解離させると、Ｆｅが少数キャリア拡散長に影響を及ぼすようになり、少数キャリア拡散長は短くなる。このような解離処理前後の少数キャリア拡散長の違いにより、汚染金属の有無やその濃度を求めることが可能となる。
【０００６】
しかし、上記表面処理直後のウェーハ表面は安定していないため、表面処理直後に拡散長を測定すると、正しい測定値を得ることができない。そのため、通常、表面処理後のウェーハを所定時間放置してウェーハ表面を安定化させた後に測定を行う。しかし、ウェーハ表面が安定化するまでには、通常数時間を要するため、迅速な測定の妨げとなっている。しかも、どの程度の期間ウェーハを放置すれば、ウェーハ表面が安定化するか判断することは困難であり、ウェーハ表面が十分安定化しない状態で測定を行った場合には信頼性の高いデータを得ることができないという問題もある。
【０００７】
かかる状況下、本発明の目的は、シリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長を短時間かつ高い信頼性をもって測定する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する手段は、以下の通りである。
[１]  表面光電圧法によりシリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長を測定する方法であって、
前記測定は、前記シリコンウェーハに表面処理を施し、次いで、酸素含有雰囲気下で前記表面処理を施したシリコンウェーハ表面に対して紫外線を照射した後に行われる、前記測定方法。
[２]  前記紫外線照射後のシリコンウェーハ表面には酸化膜が形成される、[１]に記載の測定方法。
[３]  前記酸化膜の厚さは１〜３ｎｍの範囲である、[２]に記載の測定方法。
[４]  前記紫外線照射は、前記表面処理後のシリコンウェーハ表面に炭素含有化合物を付着させた後に行われる、[１]〜[３]のいずれかに記載の測定方法。
[５]  前記紫外線の波長は１００〜３８０ｎｍの範囲である、[１]〜[４]のいずれかに記載の測定方法。
[６]  前記紫外線のエネルギーは、１００〜８００ｋＪ／ｍｏｌの範囲である、[１]〜[５]のいずれかに記載の測定方法。
[７]  前記シリコンウェーハはｐ型シリコンウェーハである、[１]〜[６]のいずれかに記載の測定方法。
[８]  前記表面処理はHF処理である、[７]に記載の測定方法。
[９]  前記シリコンウェーハはホウ素がドープされたシリコンウェーハであり、かつ汚染金属として鉄を含む、 [１]〜[８]のいずれかに記載の測定方法。
[１０]  前記酸素含有雰囲気中の酸素濃度は、５〜１００体積％の範囲である、[１]〜[９]のいずれかに記載の測定方法。
[１１]  シリコンウェーハに表面処理を施した後、表面光電圧法により少数キャリアの拡散長を測定して、少数キャリア拡散長から求められる汚染金属濃度が目標値以下のシリコンウェーハを選択する工程を含むシリコンウェーハの製造方法であって、
前記拡散長の測定を、[１]〜[１０]のいずれかに記載の方法によって行う、前記製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＳＰＶ法によってシリコンウェーハ中の少数キャリアの拡散長を測定する際に、表面処理後のシリコンウェーハ表面を早期に安定化させることができ、これにより、ウェーハ中の少数キャリア拡散長を迅速に、かつ高い信頼性をもって測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、表面光電圧法によりシリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長を測定する方法に関する。本発明の測定方法において、前記測定は、前記シリコンウェーハに表面処理を施し、次いで、酸素含有雰囲気下で前記表面処理を施したシリコンウェーハ表面に対して紫外線を照射した後に行われる。
【００１１】
表面光電圧法（ＳＰＶ法）においては、少数キャリア拡散長の測定に先立ち、シリコンウェーハに対して表面処理（表面電荷処理）を行う。しかし、上記表面処理直後のウェーハ表面は安定していないため、表面処理直後に拡散長を測定すると、正しい測定値を得ることができない。また、表面処理後、どの程度の期間ウェーハを放置すれば、信頼性の高い測定ができるか判断することは困難であるため、ウェーハ表面が十分安定化しない状態で測定を行った場合には、信頼性の高いデータを得ることができないという問題があった。
それに対し、本発明の測定方法では、表面処理後のシリコンウェーハ表面に対して酸素含有雰囲気下で紫外線を照射する。これにより、表面処理後のウェーハ表面を早期に安定させることができ、測定時間を短縮することができる。更に、表面が安定した状態で測定を行うことができるため、信頼性の高いデータを得ることができるという利点もある。これは、酸素含有雰囲気下で紫外線照射することにより、オゾンが発生しウェーハ表面に薄い酸化膜が形成されることに起因すると考えられる。
【００１２】
前記酸素含有雰囲気中の酸素濃度は、例えば５〜１００体積％であり、１５〜８０体積％とすることが好ましい。前記酸素含有雰囲気は、例えば大気中であることができる。また、前記雰囲気は、酸素以外に、例えば窒素、アルゴン等を含むことができる。また、前記紫外線照射条件としては、照射する紫外線の波長は、例えば１００〜３８０ｎｍであり、１５０〜２６０ｎｍであることが好ましく、そのエネルギーは、例えば１００〜８００ｋＪ／ｍｏｌであり、好ましくは酸素結合の結合エネルギー（１４０ｋＪ／ｍｏｌ）以上である。紫外線照射時間は、例えば１５〜７５秒、好ましくは３０〜４５秒である。紫外線照射雰囲気中の酸素濃度、紫外線照射条件を上記範囲とすることにより、表面処理後のウェーハ表面を早期に安定させることができる。
【００１３】
前記表面処理は、ＳＰＶ法によって少数キャリア拡散長を測定するために、ウェーハ表面近傍に空乏層または反転層を形成するために行われる処理である。空乏層または反転層を形成するためには、多数キャリアと同符号の電荷をウェーハ表面に付着させる。例えば、前記表面処理は、ｎ型シリコンウェーハに対してはウェーハをＨ2Ｏ2水溶液中でボイリングすることによって行われ、ｐ型シリコンウェーハに対しては、ウェーハをＨＦ処理または熱酸化処理することによって行われる。前記ＨＦ処理は、例えば、シリコンウェーハをＨＦ（例えば０．５〜５０質量％ＨＦ）に、例えば１〜１０分間浸漬し、次いで、このシリコンウェーハを純水で洗浄した後にスピン乾燥することにより行うことができる。この表面処理により、ｐ型シリコンウェーハ表面がプラスに帯電するため、シリコンウェーハ表面近傍に空乏層または反転層を形成することができる。また、前記熱酸化処理は、公知の方法で行うことができる。本発明の測定方法は、ｎ型ウェーハ、ｐ型ウェーハのいずれにも適用可能であるが、ｐ型シリコンウェーハに対して適用することが好ましく、ＨＦ処理したｐ型シリコンウェーハに適用することが特に好ましい。
【００１４】
ｐ型シリコンウェーハとしては、ホウ素、ガリウム、好ましくはホウ素をドープしたシリコンウェーハを用いることができる。ドープ量は、例えば４×１０13〜３×１０18ａｔｍｓ／ｃｍ3であることができる。シリコンウェーハの抵抗は、例えば０．０３〜３００Ω・ｃｍであることができる。このようなシリコンウェーハは、公知の方法で製造することができる。また、前記少数キャリアは、ｐ型ウェーハの場合は電子、ｎ型ウェーハの場合は正孔である。ウェーハ中に含まれる汚染金属は、例えば鉄、ニッケル、銅であることができるが、少数キャリア拡散長から汚染の程度を評価するためには、本発明の測定方法は、鉄を汚染金属として含むウェーハに適用することが好ましい。
【００１５】
本発明の測定方法では、前記表面処理後に酸素含有雰囲気下での紫外線照射を行うが、表面処理後のウェーハ表面の安定性を更に高めるためには、前記紫外線照射前に、ウェーハ表面に炭素含有化合物を付着させる（以下、「炭素付着処理」ともいう）ことが好ましい。酸素含有雰囲気中で紫外光を照射することにより、酸素分子を紫外光で分解させて原子状の酸素を発生させ、薄い酸化膜（例えば０．５〜３ｎｍ程度、好ましくは１〜３ｎｍ程度）を形成することができる。この際、あらかじめ炭素含有化合物を付着させていることにより、炭素を含有する酸化膜が形成され、安定した正電荷（例えば０．１Ｖ以上、好ましくは０．１５〜０．５Ｖ）を帯電させることができ、これにより表面処理後のウェーハ表面の安定性を更に高めることができる。
【００１６】
前記炭素含有化合物としては、炭素を含むものであれば特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、ｐ−テルト−オクチルフェノキシポリエチル等を用いることができる。前記炭素含有化合物は、一種のみを用いてもよく、複数を組み合わせて使用することも可能である。
【００１７】
前記炭素付着処理は、表面処理後のウェーハ表面に、炭素含有化合物を含む溶液を塗布し、乾燥させることによって行うことができる。前記溶液は、炭素含有化合物を、水、アルコール等の適当な溶媒に溶解することによって調製することができる。また、前記溶液には、必要に応じて界面活性剤等の他の成分を添加することもできる。前記溶液中の炭素含有化合物の濃度は、ウェーハ表面の所望の炭素含有化合物量および帯電状態等を考慮し適宜設定すればよい。また、前記溶液としては、市販の炭素含有化合物を含む溶液を用いることもできる。
【００１８】
前記表面処理から紫外線照射処理（好ましくは炭素付着処理と紫外線照射処理）を行うまでの時間は特に限定されないが、前記紫外線照射処理は、表面処理後のウェーハ表面をより迅速に安定化するためには、表面処理後速やかに行うことが好ましい。
【００１９】
本発明では、前記紫外線照射処理を施したシリコンウェーハについて、表面光電圧法により少数キャリアの拡散長を測定する。前記紫外線照射処理によって表面処理後のウェーハ表面を早期に安定化させることができるため、前記紫外線照射後のウェーハを直ちに測定に付することができる。
【００２０】
ＳＰＶ法による拡散長の測定には、公知のＳＰＶ装置、例えば、SDI(Semiconductor Diagnostics Ins)社製のFAaST 330を用いることができる。拡散長の測定は、面内数点で行うことが、測定の信頼性を高める上では好ましい。
【００２１】
ＳＰＶ法による拡散長の測定によりウェーハ中の汚染金属を分析するためには、前述の表面処理後、光照射や加熱処理によってウェーハ内部の汚染金属−ドーパントペア（例えばＦｅ−Ｂペア）解離させる。解離処理は、例えば、シリコンウェーハ表面にシリコンウェーハの禁制帯エネルギー１．１ｅＶ以上のエネルギーをもつ単色光を断続的に照射するか、または、シリコンウェーハを２００℃以上の雰囲気中に５〜１５分間程度保持した後、冷却する（例えば０．１〜３．０℃／秒の降温速度）ことによって行うことができる。この解離処理によってＦｅ−Ｂペアリングが解離すると、Ｆｅが少数キャリア拡散長に影響を及ぼすようになるため、解離処理前後の少数キャリア拡散長の違いから、ウェーハ中の汚染金属（Ｆｅ等）の有無やその濃度を求めることができる。ＳＰＶ法によって測定された拡散長から、汚染金属濃度を求める方法としては、公知の方法を用いることができる。具体的には、特開平６−６９３０１号公報、特開平８−６４６５０号公報、特開２００５−６４０６４号公報等に記載の方法を用いることができる。なお、通常のＳＰＶ装置には、光解離前後の少数キャリアの拡散長からウェーハ中のＦｅ濃度を算出する機能が組み込まれているため、前記拡散長の測定により、ウェーハ中のＦｅ濃度を求めることができる。
【００２２】
更に、本発明は、
シリコンウェーハに表面処理を施した後、表面光電圧法により少数キャリアの拡散長を測定して、少数キャリア拡散長から求められる汚染金属濃度が目標値以下のシリコンウェーハを選択する工程を含むシリコンウェーハの製造方法であって、
前記拡散長の測定を、本発明の測定方法によって行う、前記製造方法
に関する。
【００２３】
先に説明したように、本発明の少数キャリアの拡散長測定方法によれば、ＨＦ処理等の表面処理後のシリコンウェーハ表面を早期に安定化させることができるため、測定に要する時間を短縮し、作業性を向上させることができる。また、従来の方法では、表面処理後にシリコンウェーハ表面が安定化するまでの時間を判断することが困難であったので、安定化前に測定を行ったために測定精度が低下するという問題があった。それに対し、本発明の測定方法によれば、前記紫外線照射処理によって表面処理後のウェーハ表面を速やかに安定化することができるため、信頼性の高いデータを得ることができる。そして、本発明のシリコンウェーハの製造方法では、上記方法によってシリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長を測定するため、早期に信頼性の高いデータを得ることにより、高品質なウェーハを高い生産性をもって提供することができる。なお、ＳＰＶ法によって測定された拡散長から、汚染金属濃度を求める方法については、先に述べた通りである。こうして、シリコンウェーハ中の汚染金属（例えば鉄）の濃度を求め、汚染金属濃度が目標値以下のシリコンウェーハを選択することにより、金属による汚染の少ない高品質なシリコンウェーハを得ることができる。なお、汚染金属濃度の目標値は、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】
【００２４】
以下、本発明を実施例により更に説明する。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。
【００２５】
[比較例１]
処理の異なる３種類のシリコンウェーハ（ホウ素ドープｐ型シリコンウェーハ）を用意した。それぞれ、汚染炉で高温でアニールして故意に炉から汚染させたウェーハ(故意汚染ウェーハ)、ウェーハ表面をミラーポリッシュしたウェーハ(ポリッシュウェーハ)、アニール処理もミラーポリッシュもしていないウェーハ(エッチングウェーハ)であった。各ウェーハについて、HF処理を行った後、24時間放置してSPV測定を行った。その時のFe濃度マップを図1に示す。
【００２６】
[実施例１]
次に上記比較例でＳＰＶ測定を行った各ウェーハを、一週間放置した後に再度HF処理し、ｐ−テルト−オクチルフェノキシポリエチル（炭素含有化合物）が溶解されてなる希釈液を満たした槽に5秒間浸した。その後N2パージで乾燥させた。希釈液は、原液を水で１０００倍に希釈したものである。この原液は、ｐ−テルト−オクチルフェノキシポリエチルを２５〜３０質量％、水を３０〜４０質量％、エチレングリコールを３７質量％含む混合液である。その後、上記処理後のウェーハ表面に対し、酸素含有雰囲気中（大気中）で紫外光（波長１８５〜２５４ｎｍ、強度８ｍＷ程度）を45sec.照射した後、直ちにSPV測定を行った。紫外線のエネルギーは、波長１８５ｎｍのときが６４７ｋＪ／ｍｏｌであり、波長２５４ｎｍのときが４７２ｋＪ／ｍｏｌであった。この状態でのウェーハ表面近傍のバンドの曲がりをSDI社の酸化膜測定評価(非接触C-V測定) モデル FAaST 330により測定すると、約0.2Vであった。この場合、酸化膜の厚さが1〜3nmと薄いため、ウェーハ表面の電荷量は上記測定値とほぼ同一とみなすことができる。このときウェーハ表面には厚さ１〜３ｎｍ程度の酸化膜が成長していた。その時のFe濃度マップを図2に示す。HF処理からSPV測定を始めるまでに要した時間は1時間未満であった。また、光解離前のセンターでの拡散長の値をそれぞれ表１に示す。表１に示すように、実施例と比較例で拡散長に有意差は見られなかった。この結果から、表面処理を施したシリコンウェーハ表面に対し、炭素含有化合物を付着させた後酸素含有雰囲気下で紫外線を照射することにより、ウェーハ表面を早期に安定化させ、信頼性の高いデータを得ることができることがわかる。
【００２７】
[比較例２]
比較例１と同様のポリッシュウェーハに対し、HF処理から1時間後にSPV測定を行ったときと24時間後に測定を行ったときのFe濃度マップの違いを図3に示す。また、ウェーハセンターでの拡散長の前処理からの時間依存性を表2に示す。
図3で見られるように、表面が安定しない状態で測定を行うと、測定エラーが多くなり、Fe濃度が表示されない箇所が多くなる。それに対し、図2では図1に比べてFe濃度が表示されない箇所は多くなっておらず、表面処理から測定までの時間が短いにもかかわらず、ウェーハ表面が安定していると考えられる。また、表2と比較することにより、実施例１で測定された拡散長は、ウェーハ表面が十分安定化した後に測定されたと判断することができる。
【００２８】
【表１】
2007281331.tif 000002
【００２９】
【表２】
2007281331.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、シリコンウェーハ中の汚染金属濃度を迅速に、かつ高い信頼性をもって測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】比較例１においてＳＰＶ測定により得られたＦｅ濃度マップを示す。
【図２】実施例１においてＳＰＶ測定により得られたＦｅ濃度マップを示す。
【図３】比較例２においてＨＦ処理から１時間後にＳＰＶ測定を行って得られたＦｅ濃度マップと２４時間後にＳＰＶ測定を行って得られたＦｅ濃度マップを示す。
【図１】
2007281331.tif 000004
【図２】
2007281331.tif 000005
【図３】
2007281331.tif 000006