(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶から採取したウェーハに酸化雰囲気または不活性ガス雰囲気中で、１１００〜１３００℃の範囲で（但し、１１００℃を除く）、１分間以上、２４時間以下の熱処理を施した後、ウェーハ中に形成されたＢＭＤの密度に基づいて前記ウェーハの窒素濃度を評価することを特徴とするシリコンウェーハの窒素濃度の評価方法。
【請求項２】
上記熱処理の後、さらにＢＭＤ成長温度域での熱処理を施すことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの窒素濃度の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶から得られたウェーハ中の窒素濃度の評価方法に関し、さらに詳しくは、シリコンウェーハに熱処理を施すことによってウェーハ内に形成されるＢＭＤ（Bulk Micro Defect）の密度から結晶中の窒素濃度を間接的に決定するシリコンウェーハの窒素濃度の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の集積回路などデバイスに用いられるシリコン半導体用ウェーハは、主にチョクラルスキー法（以後、「ＣＺ法」という）によって育成されたシリコン単結晶から製造されている。ＣＺ法は、石英るつぼ内に供給された多結晶シリコンを加熱、溶融した溶融液に、種結晶を浸けて引上げ、シリコン単結晶インゴットを育成させるものである。
【０００３】
このように育成されたシリコン単結晶中には、grown-in欠陥と呼ばれる単結晶の引上げ育成で形成された結晶欠陥が存在する。その中でもＣＯＰ（Crystal Originated Particle）と呼ばれる欠陥は、結晶中に存在する空孔の集合体からなるものであり、デバイスプロセスでのパターン形成時において不良の原因となり、デバイスの品質特性を低下させる要因となっている。
【０００４】
近年の高集積化にともない、デバイスにおけるパターン寸法は、0.3μm以下と極めて微細構造が採用されている。このため、このようなパターン形成に用いられるシリコン半導体用ウェーハにおいては、寸法が0.1μmの結晶欠陥が存在していても、パターン不良の原因となってデバイスの歩留を低下させることになる。このため、シリコンウェーハ中に存在するＣＯＰの寸法を小さくすることが強く要請されている。
【０００５】
一方、ＣＺ法の育成過程でシリコン単結晶中に取り込まれた酸素は、その後のデバイスの製造工程における熱履歴により酸化物として析出してくるが、ウェーハ内部に生じた析出物はＢＭＤ（Bulk Micro Defect）とも呼ばれ、デバイスの製造過程でウェーハに侵入してその性能を劣化させる、金属不純物を捕獲するゲッタリング源として有効に作用する。この析出物がゲッタリング源として効果的に作用するためには、ある程度以上の量が存在する必要がある。
【０００６】
ところで、ＣＺ法によって結晶を育成する過程で微量の窒素をドープすると、育成された単結晶中に存在するＣＯＰの寸法が小さくなることが認識され、ＣＺ法で室素をドープした単結晶が注目されるようになってきた。その後の研究では、窒素をドープした単結晶ではＣＯＰの寸法が小さくなるだけでなく、ＢＭＤの形成を促進することが明らかになる。このような特性から、ＣＺ法で室素をドープした単結晶が多用されるようになってきた。
【０００７】
ＣＺ法によって育成される単結晶でドープされる窒素の濃度範囲は、上記したＣＯＰの小寸法化およびＢＭＤの形成促進を図るために、通常、１×10１８atoms/cm３以上は必要とされ、目的とする製品ウェーハに応じて、種々設定される。
【０００８】
一方、シリコン結晶中の窒素濃度を測定する手法として、２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）やフーリェ変換赤外分光（ＦＴ−ＩＲ）が一般的に用いられている。しかし、いずれの測定方法であっても窒素濃度測定における検出限界があり、窒素濃度が10×10１４atoms/cm３以下の測定は非常に困難であり、低窒素濃度の単結晶評価は実質的にできなかった。
【０００９】
このような観点から、特開2000−332074号公報では、シリコン単結晶に熱処理を施すことにより、窒素・酸素ドナーを形成させ、この窒素・酸素ドナー濃度を抵抗率測定から測定し、窒素・酸素ドナーの濃度に基づいて、シリコン単結晶ウェーハ中の窒素濃度を決定する方法が提案されている。
【００１０】
しかしながら、提案された窒素濃度の評価方法では、抵抗率から窒素・酸素ドナー濃度を求めるため、様々な抵抗率に対する窒素・酸素ドナー濃度の相関テーブルを予め用意しておく必要があり、非常に繁雑な手法である。加えて低抵抗率の単結晶評価にあっては、僅かな抵抗率の変化から正確に窒素・酸素ドナー濃度を求めることは困難であることから、評価精度において充分に期待できないと言う問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、窒素濃度が２×10１４atoms/cm３以下と低濃度の窒素をドープした単結晶であっても、確実に窒素濃度を決定することができるシリコンウェーハの窒素濃度の評価方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記（１）、（２）のシリコンウェーハの窒素濃度の評価方法を要旨としている。
（１）シリコン単結晶から採取したウェーハに酸化雰囲気または不活性ガス雰囲気中で、１１００〜１３００℃の範囲で（但し、１１００℃を除く）、１分間以上、２４時間以下の熱処理を施した後、ウェーハ中に形成されたＢＭＤの密度に基づいて前記ウェーハの窒素濃度を評価することを特徴とするシリコンウェーハの窒素濃度の評価方法。
（２）上記（１）の評価方法では、１１００℃以上の熱処理の後、さらにＢＭＤ成長温度域での熱処理を施すことが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
前述の通り、窒素をドープした単結晶は、窒素をドープしない単結晶に比べ、単結晶内に形成されるＢＭＤサイズが大きいという特徴を有している。したがって、窒素ドープした単結晶から作製されたシリコンウェーハは、高温熱処理を受けてもウェーハ内部に形成されたサイズの大きなＢＭＤはあまり消滅することがなく、高温熱処理後において十分なＢＭＤ密度を有し、高いゲッタリング能力を有している。
【００１４】
しかしながら、窒素をドープした単結晶は、単結晶内に形成される全てのＢＭＤが大きなサイズであるという訳ではなく、サイズの小さなＢＭＤも混在する。この小サイズのＢＭＤは、単結晶の成長過程で窒素の影響をあまり受けずに形成されたものと推測され、高温熱処理を受けた場合に消滅することとなる。
【００１５】
したがって、窒素ドープした単結晶から作製されたシリコンウェーハに高温熱処理を施した場合に、ウェーハ中に残存するＢＭＤは、結晶の成長過程で窒素の影響を受けて形成されたＢＭＤである。このことから、ＢＭＤ密度はウェーハ中の窒素濃度に依存し、結晶中の抵抗率に依存するものではない。よって、高温熱処理後のウェーハ中のＢＭＤ密度を測定することによって、簡便に窒素濃度を間接的に評価することができる。
【００１６】
本発明の評価方法において、ウェーハに1100℃以上の高温熱処理を施すのは、窒素濃度とＢＭＤ密度との相関関係を崩す外乱因子となる、窒素の影響をあまり受けずに形成された小サイズのＢＭＤを消去するためである。これにより、より正確なＢＭＤ密度と窒素濃度との相関関係を求めることかでき、評価精度を向上させることができる。
【００１７】
処理温度が１１００℃以上の熱処理であれば、小サイズのＢＭＤを十分に消去することができるが、あまり熱処理温度が高すぎると、熱処理炉への熱負担の増加による炉内構造物の消耗劣化が懸念されることから、１３００℃以下の熱処理温度に留める。
【００１８】
さらに、小サイズのＢＭＤを完全に消去する観点からは、熱処理時間として１分間以上の加熱時間を確保し、作業効率および熱処理炉への負荷の低減を図る観点からは、最大でも２４時間以内に留める。上記した高温熱処理は、酸化性ガス雰囲気または不活性ガス雰囲気のいずれの条件下で実施しても構わない。
【００１９】
また、本発明の評価方法においては、上記の高温熱処理後、さらにＢＭＤ成長温度域での熱処理を施すことが望ましい。上記の熱処理によって形成されるＢＭＤは、エッチピットとして観察できる大きさにまで成長していないことから、簡便な選択エッチングによるＢＭＤ密度測定が採用し難い。このため、ＢＭＤ密度の測定前に、一旦、ＢＭＤ成長温度域での熱処理を施すことにより、確実にＢＭＤ密度を測定することができる。ＢＭＤ成長温度域での熱処理条件としては、一般的にＢＭＤ検出に採用される1000℃×16hrの熱処理が最適である。
【００２０】
【実施例】
本発明の評価方法によるシリコンウェーハ中の窒素濃度の評価要領について、具体的な実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
ＣＺ法による単結晶の育成は、直径30インチの石英坩堝を用いて、原料である高純度の多結晶シリコンおよび窒化珪素を溶融し、直径12インチのシリコン単結晶を引き上げ速度を1.1mm/minとして実施した。育成後のシリコン単結晶中の酸素濃度は、10〜15×10１７atoms/cm３であった。
【００２１】
得られた単結晶からウェーハを採取して、Dry-O２雰囲気中で熱処理を行い、引き続いてＢＭＤ成長温度域での熱処理を施した後、ウェーハ中に形成されたＢＭＤを測定し、ＢＭＤの密度とウェーハ中の窒素濃度との相関を調査した。このときの熱処理条件を表１に示す。さらに、ＢＭＤの測定は、ウェーハを劈開し、Wright液に浸漬して表面を２μmエッチングした後、劈開断面を光学顕微鏡を用いてＢＭＤ密度を測定した。
【００２２】
【表１】
0003731553.tif 000002
【００２３】
図１は、シリコン単結晶から採取した後に異なる条件（表１中のａ〜ｃ）で熱処理を施したウェーハ中のＢＭＤ密度と窒素濃度との相関を示す図である。図１の(a)〜(c)は、表１中の熱処理条件に対応するものである。また、図１において、横軸の窒素濃度で1.00Ｅ＋13とするのは、1.00×10１３atoms/cm３を示し、縦軸の1.0Ｅ＋04とするのは、1.0×10４  個数/cm２を示している。
【００２４】
表１の区分(a)および(b)で示される低温（650℃および900℃）で熱処理を行ったウェーハでは、ＢＭＤ密度と窒素濃度との相関は見られなかったのに対し、区分(c)で示される高温（1140℃）の熱処理を行ったウェーハでは、ＢＭＤ密度と窒素濃度との相関が見られた。図１(c)に示される相関曲線が得られれば、ウェーハ中のＢＭＤ密度を測定して、その測定結果から、ウェーハ中の窒素濃度を評価することができる。
【００２５】
図１(c)に示される相関曲線から、窒素濃度が２×10１４atoms/cm３以下と低濃度の窒素をドープした単結晶であっても、窒素濃度を的確に評価できることが分かる。
（実施例２）
上記実施例１で採用したＣＺ法による単結晶の育成条件のうち、引き上げ速度を0.7mm/minに変更して育成を行い、得られた単結晶からウェーハを採取して、Dry-O２雰囲気中で、表１に示す(c)の条件で熱処理を施した。その後、実施例１と同様に、ウェーハ中に形成されたＢＭＤを測定し、ＢＭＤの密度とウェーハ中の窒素濃度との相関を調査した。
【００２６】
図２は、前記図１(c)の引き上げ速度が1.1mm/minの結果に、同速度を0.7mm/minに変更した結果（５データ）を加えた、ＢＭＤ密度と窒素濃度との相関を示す図である。図２の結果から、引き上げ速度による相関関係での差異は見られなかった。
【００２７】
このことから、引き上げ条件は、ＢＭＤ密度と窒素濃度との相関に殆ど影響を及ぼすことがないので、単結晶の育成条件に拘ることなく、ウェーハに1100℃以上の高温での熱処理を施すことによって形成されたＢＭＤ密度を測定すれば、ウェーハの窒素濃度を適切に評価できることが分かる。ひいては、単結晶中の窒素濃度分布の把握も可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のシリコンウェーハの窒素濃度の評価方法によれば、ウェーハに熱処理を施すことによって形成されるＢＭＤの密度から結晶中の窒素濃度を間接的に決定することができ、しかも、２×10１４atoms/cm３以下と低濃度の窒素をドープした単結晶であっても、確実に窒素濃度を評価することができるので、窒素ドープ単結晶の品質改善に有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコン単結晶から採取した後に異なる条件で熱処理を施したウェーハ中のＢＭＤ密度と窒素濃度との相関を示す図である。
【図２】図１(c)の引き上げ速度が1.1mm/minの結果に、同速度を0.7mm/minに変更した結果を加えた、ＢＭＤ密度と窒素濃度との相関を示す図である。
【図１】
0003731553.tif 000003
【図２】
0003731553.tif 000004