(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め既知の重金属をシリコンウェーハ表面に拡散させる際、４００〜１２００℃の温度範囲での熱処理を施す熱処理工程、
予め既知の重金属を拡散させておいた前記シリコンウェーハ表面をＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏ溶液による）洗浄する洗浄工程、
異物検査装置により前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出する輝点検出工程、
該輝点の形状を顕微鏡等によって観察しておく輝点形状観察工程、
被検査用のシリコンウェーハに対する洗浄工程の前に、４００〜９００℃の温度範囲での熱処理を施しておく熱処理工程、
被検査用の前記シリコンウェーハ表面をＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏ溶液による）洗浄する洗浄工程、
異物検査装置により前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出する輝点検出工程、
該輝点の形状を前記顕微鏡等によって観察する輝点形状観察工程、
前記重金属を拡散させておいたシリコンウェーハ表面における重金属に起因する輝点の形状と、前記被検査用のシリコンウェーハ表面における前記輝点の形状とを比較することにより、前記被検査用のシリコンウェーハ表面に存在する重金属元素種を特定する重金属元素種特定工程
を含むことを特徴とするシリコンウェーハ表面の検査方法。
【請求項２】
予め既知の重金属をシリコンウェーハ表面に拡散させる際、４００〜１２００℃の温度範囲での熱処理を施す熱処理工程、
予め既知の重金属を拡散させておいた前記シリコンウェーハ表面を複数回ＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ２ Ｏ2、Ｈ2Ｏ溶液による）洗浄する洗浄工程、
異物検査装置により前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出する輝点検出工程、
該輝点の形状を顕微鏡等によって観察しておく輝点形状観察工程、
被検査用のシリコンウェーハに対する洗浄工程の前に、４００〜９００℃の温度範囲での熱処理を施しておく熱処理工程、
被検査用の前記シリコンウェーハ表面を複数回ＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏ溶液による）洗浄する洗浄工程、
異物検査装置により前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出する輝点検出工程、
該輝点の形状を前記顕微鏡等によって観察する輝点形状観察工程、
前記重金属を拡散させておいたシリコンウェーハ表面における重金属に起因する輝点の形状と、前記被検査用のシリコンウェーハ表面における前記輝点の形状とを比較することにより、前記被検査用のシリコンウェーハ表面に存在する重金属元素種を特定する重金属元素種特定工程
を含むことを特徴とするシリコンウェーハ表面の検査方法。
【請求項３】
前記４００〜９００℃の温度範囲での熱処理の前に、前記被検査用のシリコンウェーハ表面に存在する重金属を除去するための洗浄を行い、前記４００〜９００℃の温度範囲での熱処理の後に、前記被検査用のシリコンウェーハ表面の酸化膜を除去しておくことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のシリコンウェーハ表面の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ表面の検査方法に関し、より詳しくは、異物検査装置により検出される輝点を基に、汚染物質としての重金属不純物元素を特定するシリコンウェーハ表面の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンエピタキシャルウエーハまたは鏡面仕上げシリコンウェーハにＳＣ−１洗浄（ＮＨ4 ＯＨ，Ｈ2 Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏの混合溶液を用いた洗浄）を繰り返し行った後、異物検査装置で検出される輝点の形状を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）等の走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope ）、あるいは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope ）等の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ）で観察する検査方法は、既に提案されている。
【０００３】
従来、前記異物検査装置で検出される輝点としては、シリコンウェーハ上のパーティクルとシリコンウェーハの結晶品質に起因した各種表面ピット［ＣＯＰ（Crystal Originated Particles）、転位等］とが知られている。このうち、前記パーティクルはシリコンウェーハ表面で凸状に観察され、前記ＣＯＰはシリコンウェーハ表面で正方形［（１００）鏡面ウェーハ］や六角形［（１１１）鏡面ウェーハ］に観察されることから、前記パーティクルや前記ＣＯＰを輝点の原因とするものについてはその原因をある程度特定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリコンウェーハ表面近傍のバルク中に存在する各種金属不純物に起因する輝点の形状はいまだ報告されておらず、異物検査装置により検出された輝点の形状から重金属不純物の元素種類を特定することは不可能であった。
異物検査装置で検出される輝点の形成原因を知ることは、ウェーハ製造工程における改善のヒントを得ることに繋がり、ＬＳＩにおける酸化絶縁膜の信頼性や少数キャリアライフタイム等の品質特性を向上させる上で重要な意味を有している。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、シリコンウェーハ品質特性の劣化原因が重金属不純物にあるか否かの判定、あるいはシリコンウェーハ品質特性の劣化原因が重金属不純物にある場合はこの重金属不純物元素の種類の特定を簡易かつ迅速に行うことができるシリコンウェーハ表面の検査方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するために、本発明に係るシリコンウェーハ表面の検査方法（１）は、予め既知の重金属をシリコンウェーハ表面に拡散させる際、４００〜１２００℃の温度範囲での熱処理を施す熱処理工程、
予め既知の重金属を拡散させておいた前記シリコンウェーハ表面をＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏ溶液による）洗浄する洗浄工程、
異物検査装置により前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出する輝点検出工程、
該輝点の形状を顕微鏡等によって観察しておく輝点形状観察工程、
被検査用のシリコンウェーハに対する洗浄工程の前に、４００〜９００℃の温度範囲での熱処理を施しておく熱処理工程、
被検査用の前記シリコンウェーハ表面をＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏ溶液による）洗浄する洗浄工程、
異物検査装置により前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出する輝点検出工程、
該輝点の形状を前記顕微鏡等によって観察する輝点形状観察工程、
前記重金属を拡散させておいたシリコンウェーハ表面における重金属に起因する輝点の形状と、前記被検査用のシリコンウェーハ表面における前記輝点の形状とを比較することにより、前記被検査用のシリコンウェーハ表面に存在する重金属元素種を特定する重金属元素種特定工程
を含むことを特徴としている。
【０００７】
上記シリコンウェーハ表面の検査方法（１）によれば、異物検査装置により検出された輝点が、どのような重金属不純物元素に起因しているのかを簡便に且つ効率的に評価することができる。
また、前記二つのＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏ溶液による）洗浄により、前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出できるまでの洗浄を容易に行うことができる。
また、予め既知の重金属を前記シリコンウェーハ表面に拡散させる際、４００〜１２００℃の温度範囲での熱処理を施すことにより、シリコンウェーハ表面への前記重金属の拡散を均一的、かつ確実なものとすることができる。
また、検出対象がＦｅのようにシリコンウェーハバルク中に原子の状態で固溶しやすい重金属であったとしても、これを前記被検査用のシリコンウェーハの表面近傍のバルク中に析出させて、原子の状態で固溶しやすい重金属の検出を確実なものとすることができる。
【０００９】
また、本発明に係るシリコンウェーハ表面の検査方法（２）は、予め既知の重金属をシリコンウェーハ表面に拡散させる際、４００〜１２００℃の温度範囲での熱処理を施す熱処理工程、
予め既知の重金属を拡散させておいた前記シリコンウェーハ表面を複数回ＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏ溶液による）洗浄する洗浄工程、
異物検査装置により前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出する輝点検出工程、
該輝点の形状を顕微鏡等によって観察しておく輝点形状観察工程、
被検査用のシリコンウェーハに対する洗浄工程の前に、４００〜９００℃の温度範囲での熱処理を施しておく熱処理工程、
被検査用の前記シリコンウェーハ表面を複数回ＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏ溶液による）洗浄する洗浄工程、
異物検査装置により前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出する輝点検出工程、
該輝点の形状を前記顕微鏡等によって観察する輝点形状観察工程、
前記重金属を拡散させておいたシリコンウェーハ表面における重金属に起因する輝点の形状と、前記被検査用のシリコンウェーハ表面における前記輝点の形状とを比較することにより、前記被検査用のシリコンウェーハ表面に存在する重金属元素種を特定する重金属元素種特定工程
を含むことを特徴としている。
上記シリコンウェーハ表面の検査方法（２）によれば、前記異物検査装置により前記シリコンウェーハ表面における輝点を検出できるまでの洗浄を確実なものとすることができる。
【００１２】
また、本発明に係るシリコンウェーハ表面の検査方法（３）は、上記シリコンウェーハ表面の検査方法（１）又は（２）において、前記４００〜９００℃の温度範囲での熱処理の前に、前記被検査用のシリコンウェーハ表面に存在する重金属を除去するための洗浄を行い、前記４００〜９００℃の温度範囲での熱処理の後に、前記被検査用のシリコンウェーハ表面の酸化膜を除去しておくことを特徴としている。
上記シリコンウェーハ表面の検査方法（３）によれば、シリコンウェーハバルク中に原子の状態で固溶しやすい重金属以外の重金属の影響をなくし、シリコンウェーハバルク中に原子の状態で固溶しやすい重金属の検出を、より容易なものとすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリコンウェーハ表面の検査方法の実施の形態を説明する。
予めシリコンウェーハの表面に既知の元素からなる各種重金属を含む水溶液を滴下することにより、あるいはシリコンウェーハを既知の元素からなる各種重金属を含む水溶液中に浸漬すること等により、シリコンウェーハ表面に重金属汚染を生じさせておく。次に前記シリコンウェーハに乾燥酸素又は窒素雰囲気中、４００〜１２００℃の温度範囲で１時間程度の熱処理を施すことにより、前記重金属を該シリコンウェーハ中に拡散させ、シリコンウェーハ表面近傍のバルク中に前記重金属を析出させる。
【００１４】
次に前記シリコンウェーハに対して例えば（ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１：５）からなる溶液を用いたＳＣ−１洗浄を複数回繰り返し施し、その後、異物検査装置を用いてシリコンウェーハ表面における輝点を観察し、各輝点の座標を記憶手段に記憶させておく。
次に、前記座標を基に輝点の形状をＳＥＭあるいはＡＦＭ等を用いて観察しておく。
【００１５】
次に、シリコンウェーハの表面に重金属汚染処理を施していない未処理のシリコンエピタキシャルウェーハまたは鏡面仕上げシリコンウェーハに対し、前記ＳＣ−１洗浄を複数回繰り返し施す。その後、異物検査装置を用いて前記シリコンウェーハ表面における輝点を観察し、各輝点の座標を記憶手段に記憶させておく。
【００１６】
次に、前記座標を基に、前記輝点の形状をＳＥＭあるいはＡＦＭ等を用いて観察する。そして該輝点の形状を、先に観察しておいた前記重金属汚染に起因する輝点の形状と比較し、未処理のシリコンエピタキシャルウェーハまたは鏡面仕上げシリコンウェーハ表面に存在する重金属汚染元素種の特定を行う。
【００１７】
上記方法は、シリコンウェーハ表面近傍のバルク中に欠陥を形成しやすいＮｉやＣｕ等の重金属汚染物質の検出に極めて有効である。
しかしながら、Ｆｅのようにシリコンウェーハのバルク中に原子の状態で固溶しやすい重金属に対しては、上記した方法は有効でない場合も生じる。そこで、Ｆｅのようにシリコンウェーハバルク中に原子の状態で固溶しやすい重金属の検出には以下の方法を実施する。
【００１８】
まず、シリコンエピタキシャルウエーハまたは鏡面仕上げシリコンウェーハの表面に存在する重金属を除去するための洗浄をＳＣ−１洗浄やＳＣ−２洗浄を用いて行い、その後、シリコンウェーハの表面にＦｅ元素を含む水溶液を滴下することにより、あるいはシリコンウェーハをＦｅ元素を含む水溶液中に浸漬すること等により、シリコンウェーハの表面にＦｅ重金属汚染を生じさせておく。次に固溶しているＦｅ重金属を表面近傍バルク中に析出させるため、乾燥酸素又は窒素雰囲気中、比較的低温である４００〜９００℃の温度範囲で２時間程度の熱処理を施す。
【００１９】
次に前記シリコンウェーハに対して例えば（ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１：５）からなるＳＣ−１洗浄を複数回繰り返し施し、その後、異物検査装置を用いてシリコンウェーハ表面におけるＦｅ重金属に起因する輝点を観察し、各輝点の座標を記憶手段に記憶させておく。
次に、前記座標を基に、前記輝点の形状をＳＥＭあるいはＡＦＭ等を用いて観察しておく。
【００２０】
次に、シリコンウェーハの表面にＦｅ重金属汚染処理を施していない未処理のシリコンエピタキシャルウェーハまたは鏡面仕上げシリコンウェーハに対し、シリコンウェーハ表面上に存在する重金属を除去するための洗浄をＳＣ−１洗浄やＳＣ−２洗浄を用いて行う。次に、固溶しているＦｅ重金属をシリコンウェーハ表面近傍のバルク中に析出させるため、比較的低温である４００〜９００℃の熱処理を行う。
【００２１】
該シリコンウェーハ表面上に形成された酸化膜を希ＨＦ水溶液により除去した後、ＳＣ−１洗浄を複数回繰り返し施し、その後、異物検査装置を用いて輝点を観察し、各輝点の座標を記憶手段に記憶させておく。
【００２２】
次に、前記座標を基に、前記輝点の形状をＳＥＭあるいはＡＦＭ等を用いて観察し、該輝点の形状を、先に観察しておいた前記Ｆｅ重金属汚染に起因する輝点の形状と比較することにより、未処理のシリコンエピタキシャルウェーハまたは鏡面仕上げシリコンウェーハ表面におけるＦｅ重金属汚染の有無を確認する。
【００２３】
上記したシリコンウェーハ表面の検査方法を実施することにより、異物検査装置により検出された輝点が、どのような重金属不純物元素に起因するものであるかを簡便に且つ効率的に評価することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明に係るシリコンウェーハ表面の検査方法の実施例を説明する。    結晶方位が（１００）、ｐ型、抵抗率１０ΩｃｍのＣＺシリコンウェーハを使用し、該シリコンウェーハの表面にＮｉ、ＣｕまたはＦｅを含む水溶液を滴下し、その後スピン乾燥させることにより、Ｎｉ、ＣｕまたはＦｅのシリコンウェーハ表面における濃度が１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ になるように、定量的に汚染させた。
【００２５】
次に前記シリコンウェーハに、窒素雰囲気中、１０００℃の条件下で１時間の熱処理を施し、これら重金属元素をシリコンウェーハ中に拡散させ、シリコンウェーハ表面近傍のバルク中に前記重金属を析出させた。その後、前記シリコンウェーハに対し、ＮＨ4 ＯＨとＨ2 Ｏ2 とＨ2 Ｏとの配合比が（ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１：５）であるＳＣ−１洗浄を５回行った後、異物検査装置を用いて輝点を観察し、各輝点の座標を記憶手段に記憶させた。
【００２６】
次に、該記憶手段に記憶させた前記座標を基に、前記輝点の形状をＳＥＭあるいはＡＦＭ等によって観察した。図１にＡＦＭを用いて観察したＮｉで汚染させたシリコンウェーハ表面における輝点の形状を示す。〈１１０〉方向に平行、あるいは直交する方向にキズ状のピットが観察された。
【００２７】
図２にＳＥＭを用いて観察したＣｕで汚染させたシリコンウェーハ表面における輝点の形状を示す。〈１００〉方向あるいは〈１１０〉方向に平行、あるいは直交する方向にライン状のピットが集合的に観察された。
【００２８】
上記条件では、Ｆｅで汚染させたシリコンウェーハには輝点が観察されなかったので、Ｆｅで汚染させたシリコンウェーハには、前記窒素雰囲気中、１０００℃の条件下での熱処理の後、さらに前記窒素雰囲気中、６５０℃、２時間の熱処理を施した。この後、前記ＳＣ−１洗浄を５回行い、その後、異物検出装置を用いて輝点を観察し、各輝点の座標を記憶手段に記憶させた。
【００２９】
次に、該記憶手段に記憶させた前記座標を基に、前記輝点の形状をＳＥＭあるいはＡＦＭ等によって観察した。図３にＡＦＭを用いて観察したＦｅで汚染させたシリコンウェーハ表面における輝点の形状を示す。〈１１０〉方向に平行、あるいは直交する方向に棒状のピットが観察された。
以上、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅの各重金属汚染元素に特有の形状を有するピットを観察することができた。
【００３０】
次に、その表面に重金属汚染処理を施していない未処理のシリコンエピタキシャルウエーハまたは鏡面仕上げシリコンウェーハに、異物検査装置を用いた観察で輝点が検出されるまで、前記ＳＣ−１洗浄を複数回繰り返し、その後、各輝点の座標を記憶手段に記憶させた。
【００３１】
次に、該記憶手段に記憶させた前記座標を基に、前記輝点の形状をＳＥＭあるいはＡＦＭ等によって観察し、該輝点の形状を前記重金属起因の輝点の既知の形状と比較することにより重金属元素種を特定した。
【００３２】
既知の形状と相似するピットが観察されないシリコンウェーハの場合は、該シリコンウェーハ表面上に存在する重金属を除去するための洗浄をＳＣ−１洗浄及びＳＣ−２洗浄を用いて行い、その後、窒素雰囲気中、４００〜９００℃の温度範囲で２時間の熱処理を施した。次に、該シリコンウェーハの表面上に形成された酸化膜を希ＨＦ水溶液により除去し、その後、異物検査装置を用いた観察で輝点が検出されるまで、前記ＳＣ−１洗浄を複数回繰り返し、その後、各輝点の座標を記憶手段に記憶させた。
【００３３】
次に、該記憶手段に記憶させた前記座標を基に、前記輝点の形状をＳＥＭあるいはＡＦＭ等を用いて観察し、該輝点の形状を前記重金属起因の輝点の既知の形状と比較することによりＦｅを含む重金属元素種を特定した。
【００３４】
本実施例に係るシリコンウェーハ表面の検査方法を実施することにより、異物検査装置により検出された輝点が、どのような重金属不純物元素に起因するものであるかを簡便に且つ効率的に評価することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るシリコンウェーハ表面の検査方法において、シリコンウェーハ表面近傍の異物検査装置により検出したＮｉ汚染に起因する輝点をＡＦＭを用いて観察した顕微鏡写真である。
【図２】本発明の実施例に係るシリコンウェーハ表面の検査方法において、シリコンウェーハ表面近傍の異物検査装置により検出したＣｕ汚染に起因する輝点をＳＥＭを用いて観察した顕微鏡写真である。
【図３】本発明の実施例に係るシリコンウェーハ表面の検査方法において、シリコンウェーハ表面近傍の異物検査装置により検出したＦｅ汚染に起因する輝点をＡＦＭを用いて観察した顕微鏡写真である。
【図１】
0003899715.tif 000002
【図２】
0003899715.tif 000003
【図３】
0003899715.tif 000004