(57)【要約】【課題】有害なクロムを含有しないクロムレスのエッチング液を用いて、優れた欠陥検出能力でＳＯＩ基板のＳＯＩ層の結晶欠陥を評価することができる結晶欠陥評価方法を提供する。【解決手段】ＳＯＩ基板を、少なくとも第１の溶液および第２の溶液に浸漬させてＳＯＩ層のエッチングを行い、該ＳＯＩ層の結晶欠陥を光学顕微鏡で観察することにより前記ＳＯＩ基板の結晶欠陥を評価する方法であって、前記第１の溶液をアンモニア過酸化水素水とし、前記第２の溶液をＨＦ溶液とし、前記第１の溶液による前記ＳＯＩ層のエッチング量を、該ＳＯＩ層の残膜厚さが２００ｎｍ以下または浸漬前の膜厚の半分以下とすることを特徴とするＳＯＩ基板の欠陥検出方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＩ基板を、少なくとも第１の溶液および第２の溶液に浸漬させてＳＯＩ層のエッチングを行い、該ＳＯＩ層の結晶欠陥を光学顕微鏡で観察することにより前記ＳＯＩ基板の結晶欠陥を評価する方法であって、
前記第１の溶液をアンモニア過酸化水素水とし、
前記第２の溶液をＨＦ溶液とし、
前記第１の溶液による前記ＳＯＩ層のエッチング量を、該ＳＯＩ層の残膜厚さが２００ｎｍ以下または浸漬前の膜厚の半分以下とすることを特徴とするＳＯＩ基板の欠陥検出方法。
【請求項２】
前記ＨＦ溶液を、濃度が１０％以上としたものを用いることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の欠陥検出方法。
【請求項３】
前記アンモニア過酸化水素水を、組成比が、体積比でアンモニア水（２９ｗｔ％）が０．０５〜２、過酸化水素水（３０ｗｔ％）が０．０１〜０．５、水が１０としたものを用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳＯＩ基板の欠陥検出方法。
【請求項４】
前記第１の溶液に浸漬させる前に、前記ＳＯＩ層を、ＣＭＰ研磨によって所望厚まで研磨することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＳＯＩ基板の欠陥検出方法。
【請求項５】
前記ＳＯＩ基板のハンドル基板に、シリコン、サファイア、アルミナ、石英、ＳｉＣ、窒化アルミ、ガラスのうちいずれかの材料を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＳＯＩ基板の欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の結晶欠陥を評価する方法に関し、より詳しくはＳＯＩ基板をエッチングして結晶欠陥を評価する評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気的に絶縁性のあるシリコン酸化膜の上にＳＯＩ層（シリコン層）が形成されたＳＯＩ構造を有するＳＯＩ基板が、デバイスの高速性、低消費電力性、高耐圧性、耐環境性等に優れていることから、電子デバイス用の高性能ＬＳＩ基板として特に注目されている。これは、ＳＯＩ基板では支持基板とシリコン活性層の間に絶縁体である埋め込み酸化膜が存在するため、ＳＯＩ層に形成される電子デバイスは耐電圧が高く、α線のソフトエラー率も低くなるという大きな利点を有するためである。
【０００３】
また、近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、高純度かつ低欠陥の半導体基板の製造が求められている。そのためには、半導体基板中に存在する結晶欠陥等の評価を正確に行うことが重要であり、これら半導体基板の欠陥を低減するために、その欠陥の実体を正確に把握し、それに対する適切な処置を施す必要がある。
【０００４】
シリコン単結晶基板の結晶欠陥を検出する方法としては、シリコン単結晶基板の表面を重クロム酸カリウムを含有するＳｅｃｃｏ液で選択エッチングして、エッチング後の基板表面を光学顕微鏡等で観察する方法（例えば非特許文献１参照）や、その改良法である四段Ｓｅｃｃｏエッチング法（例えば非特許文献２参照）がよく用いられる。またその他に、クロム酸を用いたエッチング液として、ジルトル液やライト液などが知られている。しかしながら、これらのエッチング液は、有害な物質であるクロムを含有するため、地球環境や人体に及ぼす影響や廃液処理について考慮しなければならないという問題があった。
【０００５】
上記のようなＳｅｃｃｏ欠陥検出法以外にも、ＨＦ欠陥検出（例えば非特許文献３参照）法などが考案されている。
しかし、このＨＦ欠陥検出法は感度がＳｅｃｃｏ欠陥検出法と比較して悪いので、精密な欠陥測定には不向きという欠点があった。
【０００６】
【非特許文献１】Ｊ．Ｍａｒｇａｉｌ，  Ｊ．Ｍ．Ｌａｍｕｎｅ，  ａｎｄ  Ａ．Ｍ．Ｐａｐｏｎ：”Ｄｅｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ＳＩＭＯＸ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ：  ｓｏｍｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ，”Ｍａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．ＢＩ２，ｐｐ．２７（１９９２）
【非特許文献２】Ｋ．Ｍｉｔａｎｉ，  Ｈ．Ａｇａ，  ａｎｄ  Ｍ．Ｎａｋａｎｏ：”Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ＫＯＨ  Ｅｔｃｈｉｎｇ  Ｐｒｉｏｒ  ｔｏ  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｓｅｃｃｏ  Ｅｔｃｈｉｎｇ  ｆｏｒ  Ａｎａｌｙｚｉｎｇ  Ｄｅｆｅｃｔｓ  ｉｎ  Ｔｈｉｎ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  （ＳＯＩ）  Ｗａｆｅｒｓ，”Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６，ｐｐ．１６４６−１６４９（１９９７）
【非特許文献３】Ｈ．Ａｇａ，  Ｍ．Ｎａｋａｎｏ，  ａｎｄ  Ｋ．Ｍｉｔａｎｉ：”Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ＨＦ  Ｄｅｆｅｃｔｓ  ｉｎ  Ｔｈｉｎ  Ｂｏｎｄｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｏｎ  Ｏｒｉｇｉｎａｌ  Ｗａｆｅｒｓ，”Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２９，ｐｐ２６９４−２６９８（１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、有害なクロムを含有しないクロムレスのエッチング液を用いて、優れた欠陥検出能力でＳＯＩ基板のＳＯＩ層の結晶欠陥を評価することができる結晶欠陥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】
上記課題を解決するため、本発明では、ＳＯＩ基板を、少なくとも第１の溶液および第２の溶液に浸漬させてＳＯＩ層のエッチングを行い、該ＳＯＩ層の結晶欠陥を光学顕微鏡で観察することにより前記ＳＯＩ基板の結晶欠陥を評価する方法であって、前記第１の溶液をアンモニア過酸化水素水とし、前記第２の溶液をＨＦ溶液とし、前記第１の溶液による前記ＳＯＩ層のエッチング量を、該ＳＯＩ層の残膜厚さが２００ｎｍ以下または浸漬前の膜厚の半分以下とすることを特徴とするＳＯＩ基板の欠陥検出方法を提供する（請求項１）。
【０００９】
このように、ＳＯＩ基板を先ずアンモニア過酸化水素水に浸漬させてＳＯＩ層を残膜厚さが２００ｎｍ以下または浸漬前の膜厚の半分以下になるようにエッチングし、その後ＨＦ溶液に浸漬させることによってＳＯＩ層の下にある絶縁層又はハンドル基板（以下下地とも記載）をエッチングする。
すなわち、アンモニア過酸化水素水によるエッチングでは、ＳＯＩ層に存在する結晶欠陥は周辺に比べて早くエッチングされるため、欠陥が存在するところでは、薄くなったＳＯＩ層を貫通した欠陥とすることができ、その後のＨＦ処理で、この貫通部を通して浸入したＨＦによりＳＯＩ層の下地をエッチングすることができる。これにより、欠陥部分を目立たせることができる。従って欠陥をより容易に検出することができ、よって高精度な結晶欠陥の評価を行うことができる。
また、Ｓｅｃｃｏ溶液に比べアンモニア過酸化水素水はエッチング速度が遅いため、面内を均一にエッチングすることができ、かつエッチング量を容易に制御することができるため、ＳＯＩ層の表面粗さや膜厚均一性を損なうことなく結晶欠陥の評価を行うことができる。
そして、Ｓｅｃｃｏ溶液を用いることなくＳＯＩ層の結晶欠陥を評価することができるため、有害なＣｒを用いずに済み、環境や人体に配慮した結晶欠陥の検出方法とすることができる。
【００１０】
また、前記ＨＦ溶液を、濃度が１０％以上としたものを用いることが好ましい（請求項２）。
このように、第２の溶液であるＨＦ溶液の濃度を１０％以上とすることで、ＳＯＩ層の下の下地を確実にエッチングすることができ、よってより容易に結晶欠陥を検出することができる。
【００１１】
また、前記アンモニア過酸化水素水を、組成比が、体積比でアンモニア水（２９ｗｔ％）が０．０５〜２、過酸化水素水（３０ｗｔ％）が０．０１〜０．５、水が１０としたものとすることが好ましい（請求項３）。
このように、上述のような組成のアンモニア過酸化水素水は、シリコンに対してＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の競争反応によってエッチングが起こるため、エッチング速度を容易に制御することができ、よってエッチング量をより容易に制御することができる。
【００１２】
また、前記第１の溶液に浸漬させる前に、前記ＳＯＩ層を、ＣＭＰ研磨によって所望厚まで研磨することが好ましい（請求項４）。
このように、エッチング速度が適度に遅いアンモニア過酸化水素水によってＳＯＩ層の大半をエッチングするのではなく、ＣＭＰ研磨によって予め所望厚まで研磨することによって、欠陥検出精度を低下させることなくＳＯＩ層のエッチング時間を短縮することができ、よって欠陥検出までの時間を短縮することができる。
【００１３】
また、前記ＳＯＩ基板のハンドル基板に、シリコン、サファイア、アルミナ、石英、ＳｉＣ、窒化アルミ、ガラスのうちいずれかの材料を用いることができる（請求項５）。
このように、本発明の欠陥検出方法では、適用するＳＯＩ基板は作製する半導体デバイスの目的に応じて適宜選択することができるため、上述のような材料をハンドル基板に用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明のＳＯＩ基板の欠陥検出方法によれば、結晶欠陥を周辺のバルク部に比べて早くエッチングすることができるため、薄膜ＳＯＩを欠陥部分では貫通させることができる。これによってこの貫通部を通してＨＦ溶液をＳＯＩ層の下にある絶縁層やハンドル基板に到達させて下地をエッチングさせることによって、欠陥部分を顕在化させることができ、よって結晶欠陥をより容易に検出することができ、よって高精度な結晶欠陥の評価を行うことができる。また、従来の溶液に比べエッチング速度を遅くすることができるため、面内を均一にエッチングすることができ、かつエッチング量を容易に制御することができるため、ＳＯＩ層の表面粗さや膜厚均一性を損なうことなく結晶欠陥の評価を行うことができる。そして、有害なＣｒを含有した溶液を用いることなくＳＯＩ層の結晶欠陥を評価することができ、環境や人体に配慮した結晶欠陥の検出方法とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、有害なクロムを含有しないクロムレスのエッチング液を用いて、優れた欠陥検出能力でＳＯＩ基板のＳＯＩ層の結晶欠陥を評価することのできる結晶欠陥評価方法の開発が待たれていた。
【００１６】
そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、アンモニア過酸化水素水にＳＯＩ層をエッチングさせると、結晶欠陥が周辺のバルク部に比べて早くエッチングされることを発見し、本発明を完成させた。
【００１７】
以下、本発明のＳＯＩ基板の欠陥検出方法を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
先ず、結晶欠陥の評価を行いたいＳＯＩ基板を準備する。評価対象となるＳＯＩ基板は、特に限定されないが、典型的には、シリコンウェーハ同士を酸化膜を介して結合したものや、シリコンウェーハと石英基板等の絶縁性基板を貼り合わせたものが挙げられる。
【００１８】
次に、準備したＳＯＩ基板をアンモニア過酸化水素水に浸漬させる。このとき、ＳＯＩ層のエッチング量が、該ＳＯＩ層の残膜厚さが２００ｎｍ以下または浸漬前の膜厚の半分以下になるようにする。
このようにＳＯＩ層の残膜厚さが２００ｎｍ以下または浸漬前の膜厚の半分以下となるようにエッチングしてＳＯＩ層を薄くする。これにより、十分にＳＯＩ層中の結晶欠陥を拡大することができ、ＳＯＩ層を貫通した欠陥とすることができる。
【００１９】
ここで、ＳＯＩ基板を浸漬させるアンモニア過酸化水素水は、組成比が、体積比でアンモニア水（２９ｗｔ％）が０．０５〜２、過酸化水素水（３０ｗｔ％）が０．０１〜０．５、水が１０としたものを用いることができる。
このように、上述のような組成比のアンモニア過酸化水素水では、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の競争反応によってＳＯＩ層のエッチングが起こるため、エッチング速度をより容易に制御することができ、よってエッチング量を更に容易に正確に制御することができる。
【００２０】
また、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層をアンモニア過酸化水素水に浸漬させる前に、予めＣＭＰ研磨によって所望厚まで研磨することができる。
このように、エッチング速度が適度に遅いアンモニア過酸化水素水によってＳＯＩ層の大半をエッチングするのではなく、ＣＭＰ研磨によって予め所望厚まで研磨することによって、ＳＯＩ層のエッチングにかける時間を短縮することができ、よって欠陥検出に要する時間の短縮を図ることができる。
【００２１】
その後、アンモニア過酸化水素水に浸漬させたＳＯＩ基板を、ＨＦ溶液に浸漬させる。
このように、ＨＦ溶液にＳＯＩ基板を浸漬させることによって、アンモニア過酸化水素水によるエッチングで拡大されたＳＯＩ層にある欠陥を通してＨＦが浸入し、ＳＯＩ層直下の下地層が選択的にエッチングされるため、ＳＯＩ基板がその部分で大きく横方向にエッチングされる。これによって、欠陥が顕在化し、光学顕微鏡によってＳＯＩ層の結晶欠陥が観察できるようになる。
【００２２】
ここで、ＨＦ溶液は、濃度が１０％以上としたものを用いることができる。
このように、ＨＦ溶液の濃度を１０％以上とすることで、ＳＯＩ層下部の下地をより速く確実にエッチングすることができ、よってより容易に結晶欠陥を検出することができるようになる。
【００２３】
その後、ＨＦ溶液に浸漬させた後のＳＯＩ層を、光学顕微鏡を用いて観察し、結晶欠陥を評価する。
【００２４】
ここで、ＳＯＩ基板のハンドル基板に、シリコン、サファイア、アルミナ、石英、ＳｉＣ、窒化アルミ、ガラスのうちいずれかの材料を用いることができる。
このように、本発明の欠陥の検出方法では、適用するＳＯＩ基板は作製する半導体デバイスの目的に応じて適宜選択することができるため、上述のような材料をハンドル基板に用いることができる。特に、ＨＦで侵され易いものを用いる場合の方が、本発明ではより欠陥を検出し易くなる。
【００２５】
このように、本発明では、ＳＯＩ基板を少なくともアンモニア過酸化水素水に浸漬させた後にＨＦ溶液に浸漬し、その後に、光学顕微鏡によって結晶欠陥を観察する。
ここでアンモニア過酸化水素水を用いた理由をさらに説明する。
Ｓｅｃｃｏ溶液やＫＯＨなどに代表される単純なアルカリ溶液では、エッチング速度が非常に早く（＞１００ｎｍ／ｍｉｎ．）、濃度を下げるもしくは温度を下げるなどでは、エッチング速度を制御するのが難しいことと、面内のエッチング速度を均一にすることが難しいことが挙げられる。しかしアンモニア過酸化水素水では、エッチング速度もＳｅｃｃｏ溶液や純アルカリ溶液と比べて適度に遅い（約４．０ｎｍ／ｍｉｎ．）ので、エッチング量を簡単に制御することができる。また面内を均一にエッチングすることができるため、エッチング後の面内膜厚均一性を確保することができる。これにより欠陥検出精度も上がる。
【００２６】
また、アンモニア過酸化水素水によるエッチングでは、シリコン単結晶中のＣＯＰや貫通転位などに代表される結晶欠陥を周辺のバルク部に比べて早くエッチングすることができるため、欠陥が存在するところでは、薄くなったＳＯＩ層を貫通した欠陥とすることができ、その後のＨＦ処理で、この貫通部を通してＨＦ溶液を下地まで侵入させて下地をエッチングさせることによって欠陥を顕在化させることができ、よって欠陥を従来に比べて目立たせることができる。従って、より容易に欠陥を検出することができるため、高精度な結晶欠陥の評価を行うことができる。
そして、有害なＣｒを含有した溶液を用いることなくＳＯＩ層の結晶欠陥を評価することができ、環境や人体に配慮した結晶欠陥の検出方法とすることができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明のＳＯＩ基板の欠陥検出方法について、実施例および比較例によりさらに具体的に説明するが、もちろんこれに限定されるものではない。
（実施例・比較例）
ＳＯＩ層となるドナー基板（シリコン基板）に通常のＣＺ基板、低欠陥ＣＺ基板、水素アニールを施したＣＺ基板、エピタキシャル基板を用いた４種類のＳＯＩ基板（ＳＯＩ層の膜厚は２００ｎｍ程度）をそれぞれ２枚用意した。
次に、これらの基板をＳＯＩ層の膜厚が８０ｎｍになるまでＣＭＰ研磨を行った。
【００２８】
その後、用意した４種類のＳＯＩ基板のうち１枚をアンモニア過酸化水素水に浸漬（実施例）させ、もう１枚をＳｅｃｃｏ溶液に浸漬（比較例）させた。
ここで、アンモニア過酸化水素水は、組成比を、体積比でＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：０．０１：１０とし、温度は８０℃とした。エッチング量はＳＯＩ層の膜厚が３０ｎｍとなるようにした。またこのときのエッチング速度は約４．０ｎｍ／ｍｉｎ．であった。
一方、Ｓｅｃｃｏ溶液の詳細は、Ｓｅｃｃｏ溶液（０．１５ｍｏｌ／ｌ）：ＨＦ（４９％）：Ｈ２Ｏ＝１：２：１５となるように混合し、ＳＯＩ層の残膜が３０ｎｍ程度になるようにエッチングした。このときのエッチング速度は約２５ｎｍ／ｍｉｎであった。また、温度は室温とした。
【００２９】
その後、実施例・比較例の４種類のＳＯＩ基板を濃度４９％のＨＦ溶液に３分間浸漬させた。
そして、各々のＳＯＩ基板を光学顕微鏡で観察し、ＳＯＩ層の結晶欠陥の数をカウントした。
【００３０】
図１に、実施例の欠陥検出方法によって観察したＳＯＩ層の結晶欠陥の光学顕微鏡像を示す。図１（ａ）は低欠陥ＣＺ基板、（ｂ）は通常ＣＺ基板のＳＯＩ層を観察したときの光学顕微鏡像である。
図２に、本発明の実施例と比較例の結晶欠陥の検出方法によって観察した各々のＳＯＩ基板のＳＯＩ層の結晶欠陥の数を比較した図を示す。
【００３１】
図１（ａ）、（ｂ）より、実施例の検出方法によればＳＯＩ層の結晶欠陥をはっきりと観察することができることが分かった。
【００３２】
また、図２に示したように、本発明である実施例と従来法である比較例の評価結果は、傾向が一致しており、極めて良い相関が得られ、本発明によって結晶欠陥を評価できることが分かった。また実施例の結晶欠陥の検出方法は比較例のそれと比べて結晶欠陥に対する感度がより高いことが分かった。
【００３３】
このように、本発明のＳＯＩ基板の欠陥検出方法によれば、Ｃｒを含まないエッチング溶液であっても高精度に結晶欠陥を評価することができることが分かった。
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例の欠陥検出方法によって観察したＳＯＩ層の結晶欠陥の光学顕微鏡像である。
【図２】本発明の実施例と比較例の結晶欠陥の検出方法によって観察した各々のＳＯＩ基板のＳＯＩ層の結晶欠陥の数を比較した図である。
【図１】
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【図２】
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