JP2006208314A - シリコン単結晶ウエーハの結晶欠陥の評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン単結晶ウエーハの結晶欠陥を赤外散乱トモグラフ法により評価する方法であって、少なくとも、シリコン単結晶ウエーハにレーザー光を照射し、該シリコン単結晶ウエーハの内部に侵入した光を結晶欠陥で散乱させ、該散乱光を検出することにより、前記シリコン単結晶ウエーハ内部のDSOD(Direct Surface Oxide Defect)及び該DSODより小さなVoid欠陥を評価することを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの結晶欠陥の評価方法。
【選択図】図1
Description
上記のようにDSODは、15〜20nm程度の微小な欠陥であるが、該DSODよりも小さなVoid欠陥(10〜15nm程度)がシリコン単結晶ウエーハの表層に存在することがある。この微小なVoid欠陥も、シリコン単結晶ウエーハの表層に形成する集積回路の特性に影響を与えることがある。そのため、このDSODよりも小さなVoid欠陥についても正確かつ簡便に評価できる方法の開発も求められていた。
前述のように、DSODは、サイズが20nm以下、特には、15〜20nm程度の極めて微小な欠陥であるため、通常の結晶欠陥の評価に用いられるパーティクルカウンター等では検出できず、従来、Cuデポジション法により評価されていた。しかし、Cuデポジション法には、簡便性、コスト、検出精度等に改善すべき問題があった。そこで、本発明者は、より簡便かつ低コストで、しかも、より高精度でDSODを評価できる方法を開発すべく鋭意検討を重ねた。
ここで、結晶欠陥の評価のために赤外散乱トモグラフ法が使用される場合があった。これは一般的に熱処理後の酸素析出を評価するために用いられている評価方法である。
本発明者は、この赤外散乱トモグラフ法に着目し、赤外散乱トモグラフ法により、極微小欠陥であるDSODが評価できないか鋭意実験を重ねた。すなわち、従来この赤外散乱トモグラフ法ではDSODを検出できることは全く知られていなかったが、レーザー光の強度を高めることで散乱光の強度を増し、結晶欠陥の検出感度を上げることにより、Cuデポジッション法で観察されるDSOD欠陥ような結晶起因の極微小欠陥、更にDSODよりも小さなVoid欠陥も赤外散乱トモグラフ法により評価可能であることを見出し、本発明を完成させた。
図1(a)は、斜視図であり、図1(b)は、(a)中の円で囲った部分を拡大した図である。
ここで使用したシリコン単結晶ウエーハ10は、中央部を劈開したものである。このシリコン単結晶ウエーハ10を赤外散乱トモグラフ装置のステージに載置し、ウエーハの主面10bに赤外線レーザー光を照射する。ウエーハ10の内部に結晶欠陥があると光の散乱が生じるため散乱光を劈開面10aの方位に設置したディテクター11で検出することで結晶欠陥の数、大きさを評価できる。この際、赤外線レーザー光の強度は通常BMD(Bulk Micro Defect)等の欠陥評価で採用されている値(100mW以下)より強い値、例えば、300 mW以上に設定する。
ここで、図6は、レーザー光の強度を変えて欠陥を評価した実験結果を示すグラフである。DSOD及び該DSODより小さなVoid欠陥は、レーザー光の強度が100mW以下ではあまり検出できないものの、レーザー光の強度を300 mW以上とすることで確実に検出することができることが判る。
(実験1)
本発明の赤外散乱トモグラフ法により検出される結晶欠陥と従来のCuデポジション法により検出される結晶欠陥の関係についての調査を行った一例を示す。
まず、CZ法により直径300mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶の引き上げを行った。結晶成長条件は、FPDは存在せず、DSODだけが存在するように成長速度を選定して単結晶を製造した。
この単結晶ブロックのコーン側から約1mmのウエーハをスライサーによって切り出し、このウエーハを平面研削により表面を約300 μm研削したあと、フッ酸、硝酸、酢酸の混合液でエッチングした。次に、エッチングしたウエーハの中心部を通るようにダイヤモンドペン等でキズをつけてからウエーハを2分割に劈開した。
次に、赤外線レーザー光を劈開面に平行(主面に垂直)に照射した。赤外線レーザー光は、シリコン単結晶ウエーハの中心から外周に向かって2mm照射した後、8mm間を開けて、また、2mm照射するという具合に15箇所を照射した。この時照射させた赤外線レーザー光は、波長1064nm、強度1000mWで、照射部の直径は約10μmであった。そして、ウエーハの劈開面に垂直な位置に散乱光を検出するためにCCDを設置し、赤外線レーザー光を照射し、結晶欠陥で散乱させた散乱光を検出できるようにした。
このように検出した散乱光の強度分布を、図2に示す(図2の折れ線グラフB)。
ここで、図2中、例えば、「1.00E+08」は、「1.00×108」を示す。
すなわち、酸化膜を形成したウエーハをCuイオンが存在する溶液の中に浸漬し、ウエーハ表面に形成した酸化膜に電圧を加えた。これにより、DSODが存在する部分の酸化膜が劣化して電流が流れ、CuイオンがCuとなって析出した。そして、このCuの析出部を集光ランプ下で、直接に肉眼で観察した。
このようにして得たウエーハ面内の欠陥密度分布を、図2に示す(図2の折れ線グラフA)。また、Cuデポジション法により顕在化したウエーハ表面のDSODの写真を、図3に示す。
次に、本発明の赤外散乱トモグラフ法により検出される結晶欠陥と従来のCuデポジション法により検出される結晶欠陥の関係についての調査を行った別の例を示す。
CZ法により製造した直径300mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶から、実験1と同様に、2つの単結晶ブロック(A、B)を切断し、さらに、この単結晶ブロック(A,B)から、シリコン単結晶ウエーハを切り出した。
そして、実験1と同様にして評価用のシリコン単結晶ウエーハを作製し、赤外散乱トモグラフ法による結晶欠陥の評価、及びCuデポジション法による結晶欠陥の評価を行った。
図4中、折れ線グラフA-1は、ブロックAのウエーハをCuデポジション法により評価した時のウエーハ面内の欠陥密度分布である。尚、Cuデポジション法により顕在化したウエーハ表面のDSODの写真を、図5に示す。また、折れ線グラフA-2はブロックAのウエーハを赤外散乱トモグラフ法により評価した時のウエーハ面内の散乱光の強度分布である。
一方、図4中、折れ線グラフB-1は、ブロックBのウエーハをCuデポジション法により評価した時のウエーハ面内の欠陥密度分布である。また、折れ線グラフB-2は、ブロックBのウエーハを赤外散乱トモグラフ法により評価した時のウエーハ面内の散乱光の強度分布である。
さらに、電子顕微鏡による観察も合わせて行った結果、300mW以上の強度のレーザー光を用いる赤外線散乱トモグラフ法によってDSODよりも小さなVoid欠陥(サイズ10〜15nm)も評価できることが判った。
Claims (6)
- シリコン単結晶ウエーハの結晶欠陥を赤外散乱トモグラフ法により評価する方法であって、少なくとも、シリコン単結晶ウエーハにレーザー光を照射し、該シリコン単結晶ウエーハの内部に侵入した光を結晶欠陥で散乱させ、該散乱光を検出することにより、前記シリコン単結晶ウエーハ内部のDSOD及び該DSODより小さなVoid欠陥を評価することを特徴とするシリコン単結晶ウエーハの結晶欠陥の評価方法。
- 前記照射するレーザー光の強度を、300 mW以上とすることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶ウエーハの結晶欠陥の評価方法。
- 前記散乱光の検出を、CCDで行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコン単結晶ウエーハの結晶欠陥の評価方法。
- 前記評価するシリコン単結晶ウエーハを、少なくとも、シリコン単結晶からシリコン単結晶ウエーハを切り出し、該切り出したシリコン単結晶ウエーハに対して平面研削又はラッピングを施し、該平面研削又はラッピングを施したシリコン単結晶ウエーハをエッチングすることにより、鏡面研磨を行わずに作製したもの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単結晶ウエーハの結晶欠陥の評価方法。
- 前記評価するシリコン単結晶ウエーハを、中央部を劈開したものとし、前記レーザー光を、該シリコン単結晶ウエーハの主面に照射し、該シリコン単結晶ウエーハの劈開面から散乱光を検出する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単結晶ウエーハの結晶欠陥の評価方法。
- 前記レーザー光を、シリコン単結晶ウエーハの主面に一定間隔ごとに照射しながら、走査することを特徴とする請求項5に記載のシリコン単結晶ウエーハの結晶欠陥の評価方法。
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