JPH11330043A

JPH11330043A - シリコンウエーハの評価方法

Info

Publication number: JPH11330043A
Application number: JP15362298A
Authority: JP
Inventors: Masaki Mashima; 正樹真島; Takao Otogawa; 孝雄音川
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコンウエーハの測定のための手間のかか
る前処理や高額装置を必要とせず、安全、簡便、低コス
ト、迅速にウエーハ面内全面について重金属汚染の有無
及びライフタイムの低下等を信頼性高く評価出来るシリ
コンウエーハの評価方法を提供する。【解決手段】シリコンウエーハをアルカリ水溶液でエ
ッチングし、その後シリコンウエーハの表面状態を観察
することを特徴とするシリコンウエーハの評価方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエーハ
の評価方法に関する。より詳しくは本発明は、ウエーハ
の手間のかかる前処理や高価な装置を必要とせず、安
全、簡便、低コスト、迅速にウエーハ面内全面について
重金属汚染の有無及びライフタイムの低下等を信頼性高
く評価出来るシリコンウエーハの評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デバイス製造の原料となるシリコンウエ
ーハの製造工程で、特に単結晶製造直後又は鏡面ウエー
ハの状態で、重金属不純物や結晶欠陥を見つけ出すこと
は、その後のデバイス製造プロセスでの歩留り等を考え
ると大変重要である。そのため、シリコンウエーハに対
しては、重金属等による不純物汚染の有無、ライフタイ
ムの低下、更には結晶欠陥の有無等の評価が行なわれ
る。

【０００３】従来、重金属不純物の汚染度の評価方法と
しては、ＤＬＴＳ（Deep LevelTransient Spectromet
ry）等により電気的に不純物汚染度を定量評価したり、
Ｘ線を用いた全反射蛍光Ｘ線分析法（ＴＲＸＦ）や原子
吸光分析法、原子発光分析法、二次イオン質量分析法
（ＳＩＭＳ）等により定量分析する方法がある。しか
し、これらはウエーハの面内全面測定するには非常に時
間と手間がかかったり高額な分析装置が必要であるとい
う問題がある。

【０００４】また、ライフタイムを評価する方法として
は、シリコンウエーハに前処理、例えばケミカルパッシ
ベーション（ＣＰ）処理、酸化熱処理、クロム酸処理等
を施した後、ライフタイム測定装置、例えば光導電減衰
法、マイクロ波検出光導電減衰法、あるいは容量−時間
法等を用いた測定装置により、ライフタイム測定を行な
う方法がある。しかし、これらの方法は上記のような手
間のかかる前処理が必要であったり、ライフタイム測定
装置が必要であるという問題がある。

【０００５】結晶欠陥の評価法では、セコ液（Secco E
tchant）［ＨＦ：１００体積部＋０．１５ＭのＫ₂ Ｃｒ
₂O ₇：５０体積部の混合液］による選択エッチング（セ
コエッチング）後ウエーハを検査する方法がよく用いら
れている。この方法は、結晶欠陥のエッチピット或は面
粗れを検知し、間接的に評価する方法である。しかし、
有害な重クロム酸カリウムを含有する液を使用しなけれ
ばならず、廃水処理もやっかいである。

【０００６】また、フッ酸、硝酸、酢酸、水からなる混
酸液による選択エッチングによる評価も検討されてい
る。これは、エッチピットの他にスリップ転位、ＯＳＦ
（酸化誘起積層欠陥）等の結晶性についての評価にも用
いられている。しかし、セコ液に比べ元来面が粗れやす
い傾向があり観察しずらく、本来のエッチピット或は特
に面粗れに対する信頼性に欠けるという問題がある。別
の結晶欠陥の評価法としては、Ｘ線トポグラフによる方
法があるが、これも高額な分析装置が必要であるという
問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に鑑みなされたもので、ウエーハの重金属汚染等の
測定のための手間のかかる前処理や高額測定装置を必要
とせず、安全、簡便、低コスト、迅速にウエーハ面内全
面について重金属汚染の有無及びライフタイムの低下等
を信頼性高く評価出来るシリコンウエーハの評価方法を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、請求項１に記載した発明
は、シリコンウエーハをアルカリ水溶液でエッチング
し、その後シリコンウエーハの表面状態を観察すること
を特徴とするシリコンウエーハの評価方法である。

【０００９】このように、シリコンウエーハをアルカリ
水溶液でエッチングすることにより、ウエーハ表面中の
重金属汚染部等は短周期の面粗れを起こし、その結果そ
の部分が「くもる」ようになり、目視により容易にウエ
ーハの全面について重金属汚染等の有無を確認できるよ
うになる。また、スリップ転位、ＯＳＦ等の発生してい
るウエーハでは、くもりは観察されないものの、集光灯
下又は光学顕微鏡で観察するとピット状の欠陥が確認出
来る。

【００１０】この場合、請求項２に記載したように、上
記アルカリ水溶液はＮａＯＨ及び／又はＫＯＨ水溶液と
するのが好ましい。これらの水溶液は入手が非常に容易
であり、又廃水処理においても、簡単に中和・無害化出
来るので有利である。

【００１１】また、請求項３に記載したように、本発明
においては上記シリコンウエーハの表面状態の観察を蛍
光灯又は集光灯下、目視により行うことが出来る。即
ち、本発明では目視による表面状態の観察をすればよい
ので、従来の評価方法のようにウエーハ前処理等の手間
や時間、高価な特殊装置等を必要とせず、安全、簡便、
低コスト、迅速にウエーハ面内全面について重金属汚染
の有無及びライフタイムの低下等を信頼性高く評価出来
る。

【００１２】次に、請求項４に記載したように、本発明
においては、エッチング速度を０．０１〜１．５μｍ／
min とするのが好ましい。このようにエッチング速度を
通常のエッチング速度より遙かに小さくすれば、重金属
汚染等によるシリコンウエーハの表面異常の程度に応じ
てエッチング速度に選択性を生じさせることが出来、
「くもり」の程度に差異が生じるようになり、簡単に目
視でも観察出来るようになる。

【００１３】本発明では、請求項５に記載したように、
アルカリ水溶液の液温を１０〜８０℃、濃度を１〜４０
重量％としてエッチングすることができる。このような
条件にすることによって例えば、上記エッチング速度が
達成され、くもりの検出感度が良好となる。

【００１４】また、請求項６に記載したように、エッチ
ング量を０．２〜１．５μｍとするのが好ましい。エッ
チング量が余りに少ないと「くもり」自体が生じず、逆
にエッチング量が多過ぎると評価したい表面近傍領域が
除去されてしまい正確な評価が出来なくなると共に「く
もり」に差異が生じなくなり、共に目視による確認が困
難となる。

【００１５】請求項７に記載したように、本発明ではシ
リコンウエーハ表面を撥水性にする前処理をした後に、
アルカリエッチングするのが好ましい。シリコンウエー
ハの表面を撥水性にしておくことでエッチング反応の開
始を安定させることが出来、「くもり」を安定的に観察
することが出来るからである。請求項８に記載したよう
に、本発明のシリコンウエーハの評価方法においては、
重金属汚染の有無及びライフタイムの低下を評価するの
に特に適している。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明はこれに限定されない。本発明の
評価方法で評価されるシリコンウエーハとしては、公知
のシリコン単結晶基板作製方法により作製したものであ
ればいずれでも適用でき、特にその作製方法は問わな
い。例えば、チョコラルスキー法により引き上げたシリ
コン単結晶インゴットをスライスして作製したものを本
発明のシリコンウエーハの評価方法に付すことが出来
る。

【００１７】ただし、シリコンウエーハの表面から深さ
数μｍ程度までに残留する加工歪みは、予め酸エッチン
グ等により除去しておくのが好ましい。このような加工
歪みが表面に存在すると、「くもり」（面粗れ）を観察
しにくくなる。更に、シリコンウエーハは鏡面研磨工程
後のものが好ましい。表面が鏡面であることから歪みも
無く、表面状態を観察し易いからである。また、ウエー
ハ製造工程の最終段階であり、評価の必要性も高い。

【００１８】本発明のシリコンウエーハの評価方法にお
いては、簡単な前処理により予め上記シリコンウエーハ
表面を撥水性にした後に、アルカリエッチングするのが
好ましい。前処理は、例えば希薄なＨＦ水溶液により行
なえばよい。これにより、ウエーハ表面に形成されてい
る自然酸化膜が除去され、ウエーハ表面は撥水性とな
る。ウエーハ表面を撥水性としておけば、エッチング反
応の開始を安定させることが出来、「くもり」を安定的
に観察することが出来る。

【００１９】次に、アルカリエッチングに使用するアル
カリ水溶液としては、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液、
又はこれらの混合液が挙げられる。エッチング速度は、
０．０１〜１．５μｍ／min とするのが好ましい。上記
エッチング速度は、例えばアルカリ水溶液の液温を１０
〜８０℃とすることにより達成される。特に、１５〜２
５℃の常温で行なえば、加熱設備や温度コントローラ等
による温度管理の手間を必要としないのでより好まし
い。アルカリ水溶液の濃度は、１〜４０重量％、特に１
０〜２０重量％が好ましい。

【００２０】通常、シリコンウエーハを加工歪み除去の
目的でアルカリエッチングする場合にはエッチング速度
がフッ酸と硝酸の混酸で行う酸エッチングに比べて遅い
ため、液温６０〜８０℃と高温にし且つ濃度を４０〜６
０重量％と濃い状態で使用している。それに対して本発
明では、温度又は濃度あるいはその両方を低くし、エッ
チング速度を更に遅くすることで、重金属汚染等による
シリコンウエーハの表面異常の程度に応じてエッチング
速度に選択性を生じさせるようにする。その結果「くも
り」の程度に差異が生じるようになり、目視でも容易に
観察出来るようになるため本発明の作用効果を発揮する
ようになる。

【００２１】アルカリエッチングは、シリコンウエーハ
をアルカリ水溶液中に浸漬して行なう。浸漬の方法は通
常の方法で良い。即ち、シリコンウエーハを例えばフッ
素樹脂製のキャリアに入れてアルカリ水溶液中に漬け
る。アルカリ水溶液を入れる容器は、昇温する必要がな
ければ塩化ビニル製のもので十分であり、昇温する場合
は石英、パイレックス等の容器が用いられる。浸漬中
は、撹拌をしてもしなくてもよい。アルカリ水溶液は、
前記セコ液又は混酸液等の酸性水溶液の場合のような撹
拌をしないとエッチングムラができてしまうということ
がないからである。

【００２２】次に本発明では、エッチングによる除去量
を、０．２〜１．５μｍとするのが好ましい。エッチン
グ量が０．２μｍより少ないと十分に目視確認出来るほ
どくもりが発生しないことがあり、逆に１．５μｍより
多いと評価したい表面近傍領域が除去されてしまう可能
性がある。

【００２３】上記アルカリエッチング終了後、必要に応
じシリコンウエーハを洗浄・乾燥し、シリコンウエーハ
の表面状態を観察する。本発明においては、アルカリエ
ッチングにより重金属汚染等があると高感度でウエーハ
にくもりが発生するので、単に蛍光灯又は集光灯下、目
視により観察を行うことができる。この場合、重金属汚
染部は蛍光灯下、目視で確認することが出来るし、スリ
ップ転位等によるエッチピット等は集光灯下、目視で確
認することが出来る。また、顕微鏡観察すればＯＳＦ等
の欠陥も確認できる。

【００２４】このように本発明においては単に蛍光灯又
は集光灯下、目視観察するだけであり、従来のように高
価な分析・観察装置を必要としない。しかし、たとえ従
来の分析・観察装置、例えば光学顕微鏡等を使用した場
合でも、従来の場合よりもはっきりと高感度で重金属汚
染部やエッチピット、ＯＳＦ等を確認することが出来
る。

【００２５】本発明のシリコンウエーハの評価方法にお
いて、上記蛍光灯又は集光灯下で目視観察した結果、シ
リコンウエーハに「くもり」が無ければ、そのシリコン
ウエーハは「重金属汚染されておらず、ライフタイムの
低下も無く且つスリップ転位等の結晶性異常も無い」、
と評価出来る。一方、シリコンウエーハに「くもり」が
あれば、そのシリコンウエーハは「重金属汚染されてい
る」、と評価出来る。更に、重金属はシリコンウエーハ
中で再結合中心になるので、重金属汚染があると必然的
にシリコンウエーハのライフタイムが低下する。従っ
て、シリコンウエーハに「くもり」があれば、そのシリ
コンウエーハは「ライフタイムが低下している」、と評
価出来る。更に、エッチピット等の結晶性異常は、集光
灯下、目視観察又は顕微鏡観察によって確認出来る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。（実施例１）チョクラルスキー法により製造された直径
２００ｍｍ、面方位＜１００＞、導電型Ｐ型、抵抗率約
１３Ωｃｍの鏡面研磨シリコンウエーハで、金属汚染し
た可能性のあるもの及び無いものの２種類のウエーハを
サンプルとしてそれぞれ複数枚用意し、各シリコンウエ
ーハを本発明のシリコンウエーハの評価方法により評価
した。

【００２７】先ず、液温２０℃、濃度１１．４重量％の
ＫＯＨ水溶液を、塩化ビニル製容器に入れた。これに、
キャリアに収容した上記２種類の各シリコンウエーハを
浸漬し、撹拌することなくエッチング速度０．０８μｍ
／min で、エッチング量片面で１．２μｍになるまで、
エッチングした。その後、各シリコンウエーハを洗浄後
乾燥し、蛍光灯下、表面状態を目視観察した。

【００２８】その結果、図１（ａ）に示すように、面粗
れを起こし「くもり」が発生していたシリコンウエーハ
のグループと、面粗れを起こさず「くもり」の発生は見
られなかったシリコンウエーハのグループとに、二分さ
れた。

【００２９】従って、面粗れを起こし「くもり」が発生
していたシリコンウエーハについては、「重金属汚染さ
れており且つライフタイムが低下している」と評価し
た。一方、面粗れを起こさず「くもり」の発生は見られ
なかったシリコンウエーハについては「重金属汚染され
ておらず且つライフタイムは低下していない」と評価し
た。このことを確認するために、以下のライフタイム及
び重金属不純物濃度の各測定を行なった。

【００３０】上記各シリコンウエーハについて、ＳＰＶ
（ＳｕｒｆａｃｅＰｈｏｔｏＶｏｌｔａｇｅ）法に
よりライフタイムを測定した。その結果、図２に示すよ
うに、「くもり」が発生していたグループの各シリコン
ウエーハは、「くもり」の発生が見られなかったグルー
プの各シリコンウエーハに比し、ライフタイムが約１／
２〜１／５に低下していた。尚、ＳＰＶ法での評価では
酸素析出物が形成している場合もライフタイムが低下す
るが、本実施例で用いたサンプルは特に高温の熱処理は
行っておらず、析出物は形成されていないことを確認し
てある。

【００３１】また、上記各シリコンウエーハについて、
重金属不純物（Ｆｅ）濃度を測定した。その結果、「く
もり」が発生していたグループの各シリコンウエーハの
重金属不純物（Ｆｅ）濃度は約１×１０¹⁰ａｔｍ／ｃｍ
³ レベルと高かったが、「くもり」の発生は見られなか
ったグループの各シリコンウエーハはいずれも検出下限
以下であった。更に、上記各シリコンウエーハについ
て、ＤＬＴＳ法により重金属不純物（Ｎｉ）濃度を測定
した。その結果、「くもり」が発生していたグループの
各シリコンウエーハの重金属不純物（Ｎｉ）濃度は１．
７２×１０¹¹〜２．０５×１０¹¹ａｔｍ／ｃｍ³ も検出
されたが、「くもり」の発生は見られなかったグループ
の各シリコンウエーハはいずれも検出下限以下であっ
た。

【００３２】又、図１（ｂ）に示すように、「くもり」
が発生していたシリコンウエーハの代表的なものを光学
顕微鏡（５００倍率）で観察したところ面粗れの状態が
従来より非常に高感度ではっきり観察出来た。一方、
「くもり」の発生は見られなかったシリコンウエーハの
代表的なものについては、面粗れは殆ど観察されなかっ
た。従って、本発明により検出されるくもりと、重金属
汚染あるいはライフタイム低下は明らかに対応がとれる
ことが判った。

【００３３】（実施例２）濃度１１．４重量％のＫＯＨ
水溶液、エッチング速度０．０８μｍ／min 、エッチン
グ量１．２μｍの替わりに、それぞれ濃度１２．７重量
％のＮａＯＨ水溶液、エッチング速度０．０４６μｍ／
min 、エッチング量片面で０．９２μｍとした以外は実
施例１と同様にして、本発明のシリコンウエーハの評価
方法により評価を行なった。

【００３４】その結果、実施例１と同様に、面粗れを起
こし「くもり」が発生していたシリコンウエーハのグル
ープと、面粗れを起こさず「くもり」の発生は見られな
かったシリコンウエーハのグループとに、二分された。

【００３５】従って、「くもり」が発生していたシリコ
ンウエーハについては、「重金属汚染されており且つラ
イフタイムが低下している」と評価した。一方、「くも
り」の発生は見られなかったシリコンウエーハについて
は「重金属汚染されておらず且つライフタイムは低下し
ていない」と評価した。このことを確認するために、実
施例１と同様のライフタイム及び重金属不純物濃度、顕
微鏡観察の各測定を行なった。その結果、実施例１と同
様に、評価の正しさが立証出来た。

【００３６】（実施例３）実施例１のサンプルの替わり
にチョクラルスキー法により製造された直径２００ｍ
ｍ、面方位＜１００＞、導電型Ｎ型、抵抗率２０Ωｃｍ
の鏡面研磨シリコンウエーハで、スリップ転位の発生し
ている可能性のあるシリコンウエーハをサンプルとして
使用し、液温２０℃、エッチング速度０．０８μｍ／mi
n 、エッチング量１．２μｍの替わりに、それぞれ液温
２３℃、エッチング速度０．０５μｍ／min 、エッチン
グ量片面で１．０μｍとした以外は実施例１と同様にし
て、アルカリエッチングを行ない、洗浄後乾燥した。次
いで、このシリコンウエーハを集光灯下、目視観察し
た。その結果、シリコンウエーハ表面には明確な「くも
り」は観察されないものの、ウエーハ周辺部にくっきり
とスリップ転位を見出すことができた。従って、本発明
によりシリコンウエーハに結晶異常がある場合も評価で
きることが判った。上記評価が正しいことを確認するた
めに、光学顕微鏡（５００倍率）で観察したところ、図
３に示すようにスリップ転位に沿って四角のピットが従
来より高感度ではっきりと確認出来た。

【００３７】（実施例４）実施例３のサンプルの替わり
にチョクラルスキー法により製造された直径２００ｍ
ｍ、面方位＜１００＞、導電型Ｎ型、抵抗率約２０Ωｃ
ｍの鏡面研磨シリコンウエーハをサンプルとして使用
し、液温２３℃、エッチング量１．０μｍの替わりにそ
れぞれ、液温１８℃、エッチング量片面で１．５μｍと
した以外は実施例３と同様にして、アルカリエッチング
を行ない、洗浄後乾燥した。次いで、このシリコンウエ
ーハを集光灯下、目視観察した。その結果、シリコンウ
エーハ表面には「くもり」は観察されなかった。また、
ライフタイムの低下も見られなかった。

【００３８】但し、このウエーハを、光学顕微鏡（５０
０倍率）で観察したところ、図４に示すように四角のピ
ットが高感度ではっきりと確認出来た。尚、このピット
は面内でサイズの異なるものがあり、深さ方向に分布を
持っていることがわかった。又、このウエーハではスリ
ップ転位は観察されておらず、従って本発明ではスリッ
プ転位以外の未知の結晶欠陥も感度良く評価出来ること
が判った。このように、ライフタイムの低下は「くも
り」の発生により簡便に評価できるが、「くもり」が発
生しない場合でも顕微鏡を用いて更に詳しく観察するこ
とにより他の結晶欠陥を評価することが出来る。

【００３９】（実施例５）実施例３のサンプルの替わり
にチョクラルスキー法により製造された直径１００ｍ
ｍ、面方位＜１１１＞、導電型Ｎ型、抵抗率０．０１９
Ωｃｍの鏡面研磨シリコンウエーハで、酸化熱処理によ
りＯＳＦの発生しているシリコンウエーハをサンプルと
して使用し、エッチング量１．０μｍ、エッチング速度
０．０５μｍ／min の替わりにそれぞれ、エッチング量
片面で０．６μｍ、エッチング速度０．０３μｍ／min
とした以外は実施例３と同様にして、アルカリエッチン
グを行ない、洗浄後乾燥した。次いで、このシリコンウ
エーハを光学顕微鏡（５００倍率）で観察したところ、
図５に示すように楕円形のピットが従来より高感度では
っきりと確認出来た。従って、本発明によりＯＳＦの検
出も可能であることがわかった。

【００４０】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。

【００４１】例えば、上記では蛍光灯又は集光灯下、目
視による観察を中心に説明したが、本発明は、この場合
に限定されるものではなく、従来の分析・観察装置、例
えば光学顕微鏡等を使用して観察しても、従来の場合よ
りもはっきりと高感度で重金属汚染部やエッチピット等
を確認することが出来るという利点を有するものであ
る。また、Ｃｕ等の重金属不純物による汚染についても
評価出来る。

【００４２】

【発明の効果】本発明のシリコンウエーハの評価方法に
より、ウエーハの手間のかかる前処理や高額測定装置を
必要とせず、安全、簡便、低コスト、迅速にウエーハ面
内全面について重金属汚染の有無及びライフタイムの低
下等を信頼性高く評価出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の結果図である。（ａ）は本発明の評
価法によりシリコンウエーハを評価した結果図である。
（ｂ）は対応する顕微鏡観察図である。

【図２】「くもり」発生シリコンウエーハ及び「くも
り」未発生シリコンウエーハのライフタイム比較図であ
る。

【図３】実施例３の顕微鏡による観察図である。

【図４】実施例４の顕微鏡による観察図である。

【図５】実施例５の顕微鏡による観察図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンウエーハをアルカリ水溶液でエ
ッチングし、その後シリコンウエーハの表面状態を観察
することを特徴とするシリコンウエーハの評価方法。
【請求項２】前記アルカリ水溶液をＮａＯＨ及び／又
はＫＯＨ水溶液とすることを特徴とする請求項１記載の
シリコンウエーハの評価方法。
【請求項３】前記表面状態の観察を蛍光灯又は集光灯
下、目視により行うことを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載のシリコンウエーハの評価方法。
【請求項４】エッチング速度を０．０１〜１．５μｍ
／ｍｉｎとすることを特徴とする請求項１乃至請求項３
のいずれか１項に記載のシリコンウエーハの評価方法。
【請求項５】アルカリ水溶液によるエッチングを液温
１０〜８０℃、濃度１〜４０重量％で行なうことを特徴
とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシ
リコンウエーハの評価方法。
【請求項６】エッチング量を０．２〜１．５μｍとす
る請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のシリコ
ンウエーハの評価方法。
【請求項７】シリコンウエーハ表面を撥水性にする前
処理をした後に、アルカリエッチングすることを特徴と
する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のシリ
コンウエーハの評価方法。
【請求項８】前記請求項１乃至請求項７のいずれか１
項に記載のシリコンウエーハの評価方法において、重金
属汚染の有無及びライフタイムの低下を評価することを
特徴とするシリコンウエーハの評価方法。