(57)【要約】【課題】ライフタイム測定ができない低抵抗のシリコン単結晶の金属汚染状況を速やかに確認することができるシリコン単結晶の金属汚染評価方法を提供する。【解決手段】ライフタイム測定ができない低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハを、金属汚染評価用ウェーハと同じ熱処理装置内で同時に熱処理を行って、前記評価用ウェーハに低抵抗シリコン単結晶の汚染金属をゲッタリングさせ、評価用ウェーハのライフタイムを測定することにより低抵抗シリコン単結晶の金属汚染状況を確認する。金属汚染の有無を判定する方法であり、評価用ウェーハとしてライフタイム測定が可能な抵抗（より望ましくは、抵抗率が１０Ωｃｍ前後）を有するウェーハを用い、また、熱処理を１０００〜１２００℃で行えば、金属汚染の評価を安定して確実に、しかも簡便に行うことができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライフタイム測定ができない低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハを、金属汚染評価用ウェーハと同じ熱処理装置内で同時に熱処理を行って、金属汚染評価用ウェーハに低抵抗シリコン単結晶の汚染金属を拡散によりゲッタリングさせ、前記金属汚染評価用ウェーハのライフタイムを測定することにより低抵抗シリコン単結晶の金属汚染状況を確認することを特徴とするシリコン単結晶の金属汚染評価方法。
【請求項２】
前記金属汚染評価用ウェーハはライフタイム測定が可能な抵抗を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の金属汚染評価方法。
【請求項３】
前記低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハと金属汚染評価用ウェーハを、重ね合わせて、または僅かに隙間を設けて熱処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン単結晶の金属汚染評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の金属汚染評価方法、詳しくは、ライフタイム測定が困難な低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の有無を簡便に確認することができるシリコン単結晶の金属汚染評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶中の金属不純物、特に鉄、銅、ニッケルなどの重金属は、酸化膜耐圧の劣化やリーク電流の増加を引き起こすなど、半導体デバイスの性能を劣化させる。この金属不純物による汚染の問題は、デバイスの微細化、高集積化が進むに従ってますます大きくなっている。
【０００３】
シリコン単結晶の金属汚染を評価する方法には、原子吸光分析法、ＤＬＴＳ法（Ｄｅｅｐ  Ｌｅｖｅｌ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、過渡容量分光法）、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ法）など様々なものがあり、ライフタイムの評価もその一つである。
【０００４】
ライフタイム評価に関する従来技術として、例えば、特許文献１には、ボロンをドーパントとするＰ型シリコン単結晶にレーザを照射したときの照射時間に対する前記単結晶のキャリアの再結合ライフタイムの変化率をマイクロ波光導電率減衰法（マイクロ波ＰＣＤ法）により求め、この変化率によって鉄の有無を検出する方法が記載されている。このライフタイムの変化（増加）は、結晶中に混入した鉄とボロンにより形成されているＦｅ−Ｂ対がレーザ照射によって解離し、Ｆｅ−Ｂ対のときとは異なる電子状態が形成されたことによるものである。さらに、ＤＬＴＳ法により鉄の濃度毎に再結合ライフタイムを示す検量線を作成しておくことにより、鉄汚染濃度を求めることができる。
【０００５】
また、特許文献２には、ボロン（Ｂ）ドープＰ型シリコンを試料とし、熱処理を施すことによりＦｅ−Ｂ対を解離させ、その前後のライフタイムτ０およびτ１を光導電減衰法により測定し、一方、同サンプルに対しＤＬＴＳ法或いはＳＰＶ法（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｖｏｌｔａｇｅ）でＦｅ濃度〔Ｆｅ〕を求めて下記式の比例定数αをあらかじめ決定しておき、以後の測定においては、ライフタイムτ０、τ１と比例定数αを用いてＦｅ濃度を導出する方法が開示されている。
【０００６】
〔Ｆｅ〕＝α〔（１／τ０）−（１／τ１）〕
【０００７】
しかし、前記特許文献１に記載される方法では、レーザ光の照射時間に対する再結合ライフタイムの変化率が鉄濃度だけでなく光照射により発生する過剰キャリアの濃度にも依存することから、鉄汚染の有無に関する安定的評価という面で問題があり、特許文献２に記載される方法では、Ｆｅ−Ｂの解離に熱処理を用いているため測定に時間と手間がかかると共に、熱処理の工程で新たな汚染が導入される危険性が高いという問題点があるとして、特許文献３では、Ｆｅ−Ｂの解離前の再結合ライフタイムτ１（前掲の特許文献２における符号との混同を避けるため、ここではτbdと表示する）と解離後の再結合ライフタイム（飽和値）τ２（同じく、τadと表示する）を測定して、以下のように鉄汚染濃度を評価する方法が提案されている。
【０００８】
すなわち、鉄に汚染されたＰ型シリコン半導体試料にシリコンの禁制帯以上のエネルギーをもつ光を連続的に照射すると、Ｆｅ−Ｂ対が次第に解離され、それに伴って測定される再結合ライフタイムは次第に増加し、Ｆｅ−Ｂが完全に解離されたときに再結合ライフタイムは飽和する。特許文献３に記載される方法では、Ｆｅ−Ｂの解離前の再結合ライフタイムτbdと解離後の再結合ライフタイム（飽和値）τadを測定し、それにより求められる評価値ＤＦｅを、ＤＦｅ＝（１／τbd）−（１／τad）とすると、ＤＦｅは鉄濃度と相関があることから、これを予め検量線として求めておき、τbdおよびτadを測定して評価値ＤＦｅを求め、前記検量線に照合して鉄汚染濃度を評価するのである。前記再結合ライフタイムの測定には光導電減衰法が用いられている。
【０００９】
なお、金属汚染に関連して、特許文献４には、半導体基板（ウェーハ）熱処理装置による処理の際に、その装置で使用される部材、特に熱処理チューブに含まれている金属によるウェーハの汚染を低減させるために、予め、熱処理チューブ内に金属汚染ゲッター基板（ダミーウェーハ）を投入して熱処理することにより、前記熱処理チューブを清浄化する方法が記載されている。この方法については、本発明との関連で、再度言及する。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２１８１７５号公報
【特許文献２】特開平６−６９３０１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８３１２３号公報
【特許文献４】特開２００２−２５２１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述のように、シリコン単結晶の金属汚染の評価にはキャリアのライフタイム測定が利用され、特に、光導電（率）減衰法（マイクロ波ＰＣＤ法）は、非破壊で迅速な測定が可能であることから、ウェーハの品質評価等に広く用いられている。
【００１２】
しかし、測定原理上、低抵抗（抵抗率１Ωｃｍ以下程度）のシリコン単結晶では、その抵抗率が非常に低いため、マイクロ波の反射率が極めて高くなる。そのため、マイクロ波ＰＣＤ検出器の出力が飽和したり、マイクロ波ノイズが重畳するため、過剰キャリア注入による反射率の変化を検出することが困難となり、Ｐ型、Ｎ型を問わず、ライフタイムの測定ができない。そのため、低抵抗のシリコン単結晶の金属汚染を評価する場合は、原子吸光分析法やＳＩＭＳ法を使うことになるが、コストが嵩み、評価に時間がかかり過ぎるため生産ラインで使用することはできないという問題があった。
【００１３】
本発明は、ライフタイム測定ができない低抵抗のシリコン単結晶の金属汚染状況、言い換えれば、シリコン単結晶が金属で汚染されているか否かを速やかに確認することができるシリコン単結晶の金属汚染評価方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
重金属の拡散係数はドーパント材であるボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）に比べ極めて大きい。常温でも拡散するため、金属汚染されたウェーハをウェーハ加工工程に流すと、工程ライン自体が汚染されることもある。熱処理工程ではさらに汚染金属の拡散が促進されるため、熱処理炉内が汚染される。
【００１５】
本発明者は、この汚染を逆に利用してライフタイム測定ができない低抵抗のシリコン単結晶の金属汚染状況を確認する、という着想を得た。前掲の特許文献４に記載されている熱処理チューブの清浄化のために使用する金属汚染ゲッターウェーハを、金属汚染の評価のために使うという考え方である。この着想の下に検討を重ねた結果、ライフタイム測定が可能な、比較的高抵抗のウェーハを金属汚染評価用ウェーハとし、このウェーハに、ライフタイム測定ができない低抵抗のシリコン単結晶の汚染金属を移行させる（つまり、汚染を“転写”させる）ことにより、低抵抗シリコン単結晶の金属汚染状況の評価ができることを確認した。
【００１６】
本発明の要旨は、ライフタイム測定ができない低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハを、金属汚染評価用ウェーハと同じ熱処理装置内で同時に熱処理を行って、金属汚染評価用ウェーハに低抵抗シリコン単結晶の汚染金属を拡散によりゲッタリングさせ、前記金属汚染評価用ウェーハのライフタイムを測定することにより低抵抗シリコン単結晶の金属汚染状況を確認することを特徴とするシリコン単結晶の金属汚染評価方法である。
【００１７】
前記の「低抵抗のシリコン単結晶」とは、抵抗率が１Ωｃｍ以下のシリコン単結晶をいう。金属汚染の評価対象である。
【００１８】
一方、「金属汚染評価用ウェーハ」とは、評価対象である低抵抗のシリコン単結晶の金属汚染状況を確認するために用いるウェーハである。なお、ここで言う「金属汚染状況の確認」とは、シリコン単結晶インゴットの製造工程、ウェーハ加工工程で金属による汚染があったか否かをチェック（検査）することを意味する。
【００１９】
本発明のシリコン単結晶の金属汚染評価方法において、金属汚染評価用ウェーハが、ライフタイム測定が可能な抵抗を有するウェーハであれば、低抵抗シリコン単結晶の金属汚染の評価を、安定して確実に行うことができる。
【００２０】
また、本発明のシリコン単結晶の金属汚染評価方法において、低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハと金属汚染評価用ウェーハを重ね合わせて、または僅かに隙間を設けて、例えば２枚並べた状態で熱処理を行うこととすれば、汚染金属の汚染評価用ウェーハへの移行（転写）を容易に行わせることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のシリコン単結晶の金属汚染評価方法によれば、従来、ライフタイムの測定ができないため原子吸光分析法やＳＩＭＳ法に依らざるを得ず、容易には行えなかった低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の評価を、短時間で、しかも低コストで簡便に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明のシリコン単結晶の金属汚染評価方法は、ライフタイム測定ができない低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハを、金属汚染評価用ウェーハと同じ熱処理装置内で同時に熱処理を行って、金属汚染評価用ウェーハに低抵抗シリコン単結晶の汚染金属を拡散によりゲッタリングさせ、前記金属汚染評価用ウェーハのライフタイムを測定することにより低抵抗シリコン単結晶の金属汚染状況を確認することを特徴とする方法である。
【００２３】
前記ライフタイム測定ができない低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハを金属汚染評価用ウェーハと同じ熱処理装置内で同時に熱処理を行うのは、汚染金属を低抵抗のシリコン単結晶から金属汚染評価用ウェーハに移行（転写）させるためである。同じ熱処理装置内で同時に高温処理することにより、低抵抗シリコン単結晶に含まれている汚染金属は評価用ウェーハにより短時間で容易にゲッタリングされる。
【００２４】
本発明の金属汚染評価方法では、前記のように汚染金属をゲッタリングさせた評価用ウェーハのライフタイムを測定することによって、単結晶インゴットの製造工程あるいはウェーハ加工工程での金属汚染の有無をチェックし、間接的に低抵抗シリコン単結晶の金属汚染状況を確認することができる。
【００２５】
熱処理温度について特に限定はない。温度の如何にかかわらず、熱処理することにより汚染金属の評価用ウェーハへの移行は進むので、低抵抗のシリコン単結晶の金属汚染状況を確認することが可能だからである。なお、従来からライフタイムの測定は１１００℃程度の温度域で行われており、また、温度が高いほど汚染金属の低抵抗シリコン単結晶から評価用ウェーハへの移行が促進される。したがって、熱処理条件を、１０００〜１２００℃で、１０分〜２時間保持することとするのが望ましい。保持時間が１０分未満では表面酸化膜の成長と汚染金属の評価用ウェーハへの移行が必ずしも十分ではなく、２時間を超えると、処理に時間がかかる上に、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）の発生によりキャリア発生速度が高められ、ライフタイムを低下させてしまう。
【００２６】
熱処理時の雰囲気についても特に限定はない。シリコン単結晶の製造工程、ウェーハ加工工程で通常使用されることが多いアルゴン雰囲気や、ドライ酸素（Ｏ2）雰囲気、その他、評価用ウェーハへの汚染が起こりにくい雰囲気であればよい。塩素（Ｃｌ2）や塩素化合物を含む雰囲気は避けるべきである。
【００２７】
熱処理装置内における低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハおよび汚染評価用ウェーハの配置（熱処理装置内における両ウェーハの位置関係）についても特に限定はない。金属の拡散（つまり、低抵抗シリコン単結晶から評価用ウェーハへの汚染金属の移行）は両ウェーハが非接触の状態でも起こるからである。
【００２８】
汚染評価用ウェーハは、前述のように、評価対象である低抵抗のシリコン単結晶の金属汚染状況を確認するために用いるウェーハであり、したがって、金属汚染がないことが明らかでありさえすればよく、どのようなウェーハを使用するかについて、何ら限定はない。例えば、評価用ウェーハは評価対象の低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハと同じサイズである必要はなく、ライフタイム測定が可能な大きさ、形状であればよい。ただ、ライフタイムを測定して低抵抗シリコン単結晶の汚染状況を評価するのであるから、使用する評価用ウェーハのライフタイムを事前に把握しておくことが必要である。
【００２９】
本発明のシリコン単結晶の金属汚染評価方法においては、前記評価用ウェーハをライフタイム測定が可能な抵抗を有するウェーハとする実施形態（これを、実施形態１と記す）を採ることが望ましい。低抵抗のシリコン単結晶はエピタキシャルウェーハの基板など特定の用途に用いられることが多く、通常の抵抗率のシリコン単結晶とは区別して管理されているので、この低抵抗シリコン単結晶から切り出されたウェーハが評価用ウェーハとして使用されることはないが、評価用ウェーハとして、ライフタイム測定が可能な抵抗（すなわち、ここで言う低抵抗ではなく、それよりも高い抵抗）を有するウェーハを使用することとすれば、低抵抗シリコン単結晶の金属汚染の評価を、常時安定して確実に行うことができる。
【００３０】
ライフタイム値の信頼性が高い、抵抗率が１０Ωｃｍ前後のものを評価用ウェーハとして使用すれば、低抵抗シリコン単結晶の汚染状況の評価の信頼性を高めることができるので、より望ましい。
【００３１】
ライフタイムの測定方法についても限定はない。例えば、非破壊で迅速な測定が可能な装置が市販され、ウェーハの品質評価等に広く使用されているマイクロ波ＰＣＤ法を用いればよい。
【００３２】
本発明の金属汚染評価方法ならびに前記の実施形態１の評価方法においては、さらに、低抵抗のシリコン単結晶から切り出したウェーハを汚染評価用ウェーハと同じ熱処理装置内で同時に熱処理するに際し、両ウェーハを重ね合わせて、または僅かに隙間を設けて、例えば２枚並べた状態で熱処理を行う実施形態（これを、実施形態２と記す）を採用することが望ましい。
【００３３】
この実施形態２における両ウェーハの並べ方は、それぞれの面の一部または全部を対向させる並べ方、周縁を近接させる並べ方のいずれでもよい。熱処理装置内での金属の拡散は、両者が非接触状態でも起こるが、両ウェーハを重ね合わせて密着させ、または隙間ができるだけ少ない状態で２枚並べて熱処理を行う方が、汚染金属の拡散（つまり、評価用ウェーハへの吸収）がより促進され、評価用ウェーハへの汚染金属の転写を容易に行わせることができる。
【００３４】
本発明のシリコン単結晶の金属汚染評価方法（実施形態１および２の評価方法を含む）は、低抵抗シリコン単結晶の金属汚染状況を確認する方法、すなわち金属汚染の有無を判定する方法であり、生産ラインで使用することも可能である。本発明の評価方法を実際に適用するに際しては、例えば、ウェーハ加工工程におけるある段階（工程）で、評価対象であるシリコン単結晶から切り出したウェーハが「金属汚染有り」と評価された場合、該当するシリコン単結晶を工程ラインから外してライン自体の汚染を防ぐとともに、ＳＩＭＳ法等で該シリコン単結晶の汚染状況について定量評価を行うこととなる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のシリコン単結晶の金属汚染評価方法は、低抵抗シリコン単結晶の汚染金属を拡散により金属汚染評価用ウェーハにゲッタリングさせ、前記評価用ウェーハのライフタイムを測定することによって低抵抗シリコン単結晶の金属汚染状況を確認する方法である。この評価方法によれば、従来、低抵抗であるためライフタイムの測定ができず、原子吸光分析法やＳＩＭＳ法に依らざるを得なかった低抵抗のシリコン単結晶における金属汚染の評価を、簡便に、しかも低コストで行うことができる。生産ラインでの適用も可能である。
【００３６】
したがって、本発明のシリコン単結晶の金属汚染評価方法は、半導体基板材料の製造分野において広く利用することができる。