(57)【要約】【課題】  気相成長装置の清浄度を高感度で評価することができる清浄度評価方法を提供する。【解決手段】  気相成長装置の清浄度を評価する方法であって、前記気相成長装置を用いて、シリコンウェーハ上に、該シリコンウェーハの厚みに対する割合が２０％以上１００％以下である厚みを有するシリコンエピタキシャル層を成長させたモニタウェーハを作製し、前記モニタウェーハのライフタイム値を測定し、前記測定したモニタウェーハのライフタイム値から前記気相成長装置の清浄度を評価することを特徴とする気相成長装置の清浄度評価方法。【選択図】  図１
2013105914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置の清浄度を評価する方法であって、
前記気相成長装置を用いて、シリコンウェーハ上に、該シリコンウェーハの厚みに対する割合が２０％以上１００％以下である厚みを有するシリコンエピタキシャル層を成長させたモニタウェーハを作製し、
前記モニタウェーハのライフタイム値を測定し、
前記測定したモニタウェーハのライフタイム値から前記気相成長装置の清浄度を評価することを特徴とする気相成長装置の清浄度評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の気相成長装置の清浄度評価方法により評価した気相成長装置を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造することを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェーハを作製するために用いる気相成長装置の清浄度を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ中の金属不純物の検出方法として、ウェーハライフタイム（以下、略してＷＬＴと呼ぶことがある。）法がある（例えば非特許文献１参照）。このＷＬＴ法の代表的な方法として、マイクロ波光導電減衰法少数キャリアライフタイム法（以下、略してμＰＣＤ法）がある。この方法は、例えば試料（基板）に対して光を当てて、発生する少数キャリアの寿命をマイクロ波の反射率の変化で検出することで、試料中の金属不純物を評価するものである。
【０００３】
ウェーハ内に金属が取り込まれると、このＷＬＴ値が小さくなるため、熱処理や気相成長させたウェーハのＷＬＴ値を測定して評価することで、熱処理炉内の金属汚染の管理を行うことができる。つまり、汚染管理用のウェーハを準備して実工程で用いる熱処理炉で熱処理を行い、熱処理後のウェーハのＷＬＴ値を測定することで、熱処理炉が金属不純物に汚染されているかいないかを判定することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「シリコン結晶・ウエーハ技術の課題」（リアライズ社、平成６年１月３１日発行）２６５頁〜２６９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このＷＬＴ法は、簡便でありながら微量の汚染でも高感度に検出できるため、熱処理炉の汚染管理や気相成長装置（エピ成膜装置）の汚染管理に広く用いられている。特に気相成長装置の場合、Ｐ−やＮ−の導電型を持つシリコンウェーハを準備し、評価対象となる気相成長装置を用いてそのシリコンウェーハの上にシリコンエピタキシャル層を成膜し、そのエピタキシャルウェーハを上述のμＰＣＤ法でＷＬＴ値を測定することで気相成長装置の清浄度評価を行うことができる。
【０００６】
しかしながら、ライフタイムモニタリング用のエピタキシャルウェーハ（以下、モニタウェーハと呼ぶことがある）を用いてＷＬＴ法により気相成長装置の清浄度の評価を行っても、実際の清浄度が反映されていないことがあり、高感度に清浄度を評価できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、気相成長装置の清浄度を高感度で評価することができる清浄度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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、気相成長装置の清浄度を評価する方法であって、前記気相成長装置を用いて、シリコンウェーハ上に、該シリコンウェーハの厚みに対する割合が２０％以上１００％以下である厚みを有するシリコンエピタキシャル層を成長させたモニタウェーハを作製し、前記モニタウェーハのライフタイム値を測定し、前記測定したモニタウェーハのライフタイム値から前記気相成長装置の清浄度を評価することを特徴とする気相成長装置の清浄度評価方法を提供する。
【０００９】
このように、シリコンエピタキシャル層の厚みを、シリコンウェーハの厚みに対する割合が２０％以上１００％以下である厚みとすることにより、モニタウェーハ全体の厚みに対するシリコンエピタキシャル層の厚みの比率が高くなり、気相成長装置の清浄度を高感度で評価することができる。
【００１０】
また、本発明は、上記の気相成長装置の清浄度評価方法により評価した気相成長装置を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造することを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【００１１】
このようにしてシリコンエピタキシャルウェーハを製造すれば、汚染の少ない高品位なエピタキシャルウェーハを歩留まり良く製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る気相成長装置の清浄度評価方法によれば、モニタウェーハの厚みに対するシリコンエピタキシャル層の厚みの比率が高くなり、従来の薄いシリコンエピタキシャル層の厚みでのモニタリングよりも、効果的にシリコンエピタキシャル層の汚染を検出できるため、気相成長装置の清浄度を高感度で評価することができる。また、本方法では、特に、シリコン中で拡散速度が小さい高融点金属による汚染を高感度に正確に評価できる。また、本発明に係る方法で汚染がないことを評価した気相成長装置でシリコンエピタキシャルウェーハを製造することにより、汚染の少ない高品位なシリコンエピタキシャルウェーハを歩留まりよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の気相成長装置の清浄度評価方法の概略を示すフロー図である。
【図２】二層構造を有するエピタキシャルウェーハ（モニタウェーハ）の断面模式図である。
【図３】本発明を適用した実施例、及び比較例のモニタウェーハのウェーハライフタイム値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１５】
上記のように、従来通りにモニタウェーハを用いてＷＬＴ法により気相成長装置の清浄度の評価を行っても、高感度に清浄度を評価できないという問題があった。
【００１６】
本発明者は、上記問題点について検討を重ねた。その結果、本発明者は、拡散速度が小さい高融点金属の場合、エピタキシャルウェーハ内の汚染は、主にシリコンエピタキシャル層内に集中して留まっていると考えた。そうであるならば、金属汚染のあるシリコンエピタキシャル層の厚みを増やすことで検出感度が上がるはずである。さらに、シリコンエピタキシャル層を成長させるための基板であるシリコンウェーハの厚みを薄くすることによっても相対的にシリコンエピタキシャル層のライフタイムに関する情報が増えることになり、結果的に拡散速度の遅い金属の検出感度が上がると考え、本発明に至った。
【００１７】
このことを具体的な数値を挙げて説明すると以下の通りである。従来の一般的なライフタイムモニタリング用のエピタキシャルウェーハの構造は、７００μｍ程度の厚みのシリコンウェーハの上に１０μｍ程度のシリコンエピタキシャル層を成膜したものである。この場合、シリコンウェーハの厚みに比べてシリコンエピタキシャル層の厚みが約１．４％程度と非常に薄い。このため、気相成長装置に汚染があり、エピタキシャル層に不純物が入り込んだとしても、モニタリング用のエピタキシャルウェーハ全体に対するその影響度は非常に低く、影響度が薄まってしまっていたのである。特に、拡散の遅い高融点の不純物金属元素（例えば、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ）は基板となるシリコンウェーハ側に拡散することがほとんどなく、大部分はシリコンエピタキシャル層中のみに滞在する。そのため、モニタリング用エピタキシャルウェーハ全領域の中で、不純物汚染がある層は実質的にシリコンエピタキシャル層のみとなってしまう。すなわち、汚染があっても全体への影響度は１％程度しかなく、その影響度が薄まることで検出感度が落ちてしまっていた。また、高融点不純物金属元素に限らず、その他の不純物元素でも程度の差があるものの、同様の傾向があった。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１９】
図１に、本発明に係る気相成長装置の清浄度評価方法の概略を示した。
【００２０】
本発明の気相成長装置の清浄度を評価する方法では、まず、図１（ａ）に示したように、評価対象の気相成長装置を用いて、シリコンウェーハ上に、該シリコンウェーハの厚みに対する割合が２０％以上１００％以下である厚みを有するシリコンエピタキシャル層を成長させたモニタウェーハを作製する。図２に、２層からなるモニタウェーハ（エピタキシャルウェーハ）の構造を示した。モニタウェーハ１０は、シリコンウェーハ１１及びシリコンエピタキシャル層１２からなる。シリコンウェーハ１１及びシリコンエピタキシャル層１２の直径、面方位、導電型、及び抵抗率等は特に制限されない。
【００２１】
なお、シリコンエピタキシャル層１２は必ずしも１層からなるものとする必要はなく、２層以上からなるものとしてもよい。その場合は、２層以上からなるシリコンエピタキシャル層１２全体の厚みを、シリコンウェーハ１１の厚みに対して２０％以上１００％以下の割合とする必要がある。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示したように、作製したモニタウェーハのライフタイム値を測定する。ウェーハライフタイム値の測定方法は、公知の方法によることができ、特に制限されないが、簡単に測定を行えるμＰＣＤ法で行うことが好ましい。
【００２３】
次に、図１（ｃ）に示したように、測定したモニタウェーハのライフタイム値から評価対象の気相成長装置の清浄度を評価する。モニタウェーハのシリコンエピタキシャル層に不純物、特に金属が取り込まれるとライフタイム値が小さくなる。そのため、評価対象となる気相成長装置を用いてモニタウェーハを製造した結果、そのモニタウェーハが汚染されてライフタイム値が小さくなっている場合には、気相成長装置の清浄度が低いと評価できる。逆に、ライフタイム値の減少が小さければ、気相成長装置に由来するモニタウェーハの汚染は少ないと評価でき、気相成長装置の清浄度は高いと評価できる。
【００２４】
以下では、本発明において気相成長装置を用いてモニタウェーハを作製する際に、シリコンウェーハ上に、該シリコンウェーハの厚みに対する割合が２０％以上１００％以下である厚みを有するシリコンエピタキシャル層を成長させる理由を説明する。
【００２５】
図２のように層状に積み重なったエピタキシャルウェーハ（モニタウェーハ）１０の構造の場合、各層の厚みを無視すると、ウェーハライフタイム値は、以下のように、近似的には各層のライフタイム値の逆数結合で表される（以下の数式では、図２のようにエピタキシャルウェーハが２層からなる場合を示している）。
１／Ｔｗ  ＝  １／Ｔ１  ＋  １／Ｔ２
Ｔｗ：  エピタキシャルウェーハ１０全体でのウェーハライフタイム値
Ｔ１：  シリコンウェーハ１１のライフタイム値
Ｔ２：  シリコンエピタキシャル層１２のライフタイム値
【００２６】
このため、図２のようにいくつかの層が積み重なっている場合、最もライフタイム値の低い層が、ウェーハライフタイム値に対し支配的になる。
【００２７】
但し、実際には各層の厚みもウェーハライフタイム値には影響を及ぼす。例えば厚みが薄い層はウェーハライフタイム値全体への寄与度も小さくなり、厚みが厚い層は寄与度が大きくなる。そこで、基板の厚みに対して各エピタキシャル層の厚みをウェーハライフタイム寄与度Ｒと定義した。
Ｒｉ＝ｔｉ  ／  ｔｓ
Ｒｉ：  第ｉエピタキシャル層のウェーハライフタイム寄与度
ｔｉ：  第ｉエピタキシャル層の厚み
ｔｓ：  基板（シリコンウェーハ）の厚み
【００２８】
このウェーハライフタイム寄与度Ｒは、図２に示したように、シリコンエピタキシャル層が１層からなる場合には以下のように表される。
Ｒｅ＝ｔｅ  ／  ｔｓ
Ｒｅ：  シリコンエピタキシャル層１２のウェーハライフタイム寄与度
ｔｅ：  シリコンエピタキシャル層１２の厚み
ｔｓ：  シリコンウェーハ１１の厚み
【００２９】
本発明では、シリコンエピタキシャル層のウェーハライフタイム寄与度、すなわち基板であるシリコンウェーハの厚みに対するシリコンエピタキシャル層の厚みの比率を高く、具体的には２０％以上にすることで、シリコンエピタキシャル層の汚染レベルを感度良く検出することができる。
【００３０】
さらに、本発明ではこのシリコンエピタキシャル層のウェーハライフタイム寄与度は１００％以下にする。寄与度が１００％まで、すなわち、基板であるシリコンウェーハと同じ厚みまでで、十分にシリコンエピタキシャル層の汚染レベルを評価することができる。そのように上限を決めることで、シリコンエピタキシャル層をむやみに厚く成膜する必要がなくなり、モニタウェーハ作製時の使用ガス量や電気代、機器占有時間を抑えることができ、結果としてコストを抑えることができる。
【００３１】
さらに、以上のような本発明の気相成長装置の清浄度評価方法により評価した気相成長装置を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。本発明に係る清浄度評価方法で汚染がないことを評価した気相成長装置でシリコンエピタキシャルウェーハを製造することにより、汚染の少ない高品位なシリコンエピタキシャルウェーハを高歩留まりで製造することができる。特に、シリコン中での拡散速度が小さい高融点金属の汚染が十分に反映された評価に基づいて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
【００３３】
（実施例）
まず、シリコンウェーハとして、直径が２００ｍｍ、抵抗率が１０Ωｃｍ、厚みが５００μｍのＰ型シリコンウェーハを多数枚準備した。
【００３４】
次に、評価対象の気相成長装置を大気開放し、いわゆるメンテナンス作業を行った。なお、一般に、メンテナンス作業を行うと気相成長装置の反応器内が若干汚染され、メンテナンス後から、汚染源がほとんど除去されて汚染による影響がほぼ無くなる（汚染が枯れる）まで数日間を要する。
【００３５】
このように、メンテナンス作業を行った気相成長装置を準備し、この装置を使って、上記のように準備したシリコンウェーハの上に、抵抗率１０ΩｃｍのＰ型シリコンエピタキシャル層を１００μｍ堆積し、一日一枚の頻度でモニタウェーハを作製した。この場合のシリコンウェーハの厚みに対するシリコンエピタキシャル層の厚みの割合は２０％である。なお、モニタウェーハを作製していない間は、シリコンエピタキシャル層の成長を行うのと同じシーケンスで気相成長装置の加熱を行い、汚染源を除去する処理を行い続けた。
【００３６】
このようにして作製したモニタウェーハについて、ケミカルパッシベーションによる表面処理を行い、μＰＣＤ法によるウェーハライフタイム測定装置を使用して、ウェーハライフタイム値を測定した。図３中に、実施例におけるウェーハライフタイム値の日間推移を示した。メンテナンス直後に作製したモニタウェーハでは、ウェーハライフタイム値は約５０μｓｅｃであるが、その後日数の経過と共にウェーハライフタイム値は高くなり、ほぼ８日目で２０００μｓｅｃ程度に落ち着いた。このことから、本実施例ではメンテナンスによる汚染源が除去されるまでに約８日間かかることがわかった。
【００３７】
（比較例）
次に、比較例として、シリコンウェーハの厚みに対するシリコンエピタキシャル層の厚みが相対的に小さいモニタウェーハを作製する例を示す。
【００３８】
まず、シリコンウェーハとして、直径が２００ｍｍ、抵抗率が１０Ωｃｍ、厚みが７２５μｍのＰ型シリコンウェーハを多数枚準備した。
【００３９】
実施例と同じメンテナンス作業を行った気相成長装置を準備し、メンテナンス後からの経過時間が実施例のモニタウェーハ作製と同じときに、比較例のモニタウェーハを作製した。このモニタウェーハ作製の際の条件は、シリコンウェーハの上に、抵抗率１０ΩｃｍのＰ型シリコンエピタキシャル層を１０μｍ堆積するというものである。この場合、シリコンウェーハの厚みに対するシリコンエピタキシャル層の厚みの割合は、１．４％である。
【００４０】
このようにして作製したモニタウェーハについて、ケミカルパッシベーションによる表面処理を行い、μＰＣＤ法によるウェーハライフタイム装置を使ってウェーハライフタイム値を測定した。図３中に、比較例におけるウェーハライフタイム値の日間推移を示したものである。メンテナンス直後に作製したモニタでは、ウェーハライフタイム値は約８００μｓｅｃであるが、その後日数の経過と共にウェーハライフタイムは高くなり、ほぼ２日目で２０００μｓｅｃ程度に落ち着いた。
【００４１】
実施例と比べると、比較例では２日目以降、汚染レベルには変化がないように見える。これはすなわち、比較例は２日以降の汚染レベルの低減が検出できていないことを示している。つまり、実施例の方が不純物の検出能力が高いことが確認された。
【００４２】
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。
【符号の説明】
【００４３】
１０…モニタウェーハ（エピタキシャルウェーハ）、
１１…シリコンウェーハ、  １２…シリコンエピタキシャル層。
【図１】
2013105914.tif 000003
【図２】
2013105914.tif 000004
【図３】
2013105914.tif 000005