JP7230661B2

JP7230661B2 - シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性の評価方法

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Inventors: 淳藤瀬; 敏昭小野
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Description

本発明は、シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性を評価する方法に関する。

従来、半導体デバイスを作製するための基板として、シリコンウェーハが広く使用されている。シリコンウェーハは、例えばチョクラルスキー法（Czochralski、ＣＺ）法によって単結晶シリコンインゴットを育成し、得られた単結晶シリコンインゴットに対してウェーハ加工を施すことによって得られる。

シリコンウェーハには、様々な状況でスリップ転位が発生しうる。例えば、近年、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やパワーデバイスなどにおいては、シリコンウェーハ上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハが基板として用いられている。エピタキシャルウェーハの製造工程において、シリコンウェーハの裏面や外周部に、サセプタや保持具などの異種材との接触による傷が形成されることがある。こうした傷が形成されたシリコンウェーハに熱応力が負荷されると、傷を起点としてスリップ転位が発生する場合がある。

また、デバイス形成工程において、シリコンウェーハには様々なデバイスが作り込まれる。例えば、半導体デバイスのＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造端部などにおいて局所的に大きな応力が発生し、スリップ転位が発生する場合がある。

このように、シリコンウェーハには、ウェーハ製造工程からデバイス形成工程までの様々な工程で様々な位置にスリップ転位が発生しうる。スリップ転位は、半導体デバイスのオーバーレイ不良やリーク不良の原因となるため、スリップ転位が発生しないような方途を検討する必要があることは言うまでもない。一方で、シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性（以下、「スリップ耐性」とも言う。）を向上させることも重要であり、そのための評価方法が求められている。

このような背景の下、特許文献１には、ＲＴＡ装置を用いてシリコンウェーハに対して短時間の熱処理を施し、シリコンウェーハに発生したスリップ転位の長さを測定することにより、酸素析出などの影響を低減してシリコンウェーハのスリップ耐性を評価する方法が記載されている。

特開２００３－１４２５４５号公報

特許文献１には、加熱条件について特段の記載がない。このことから、ＲＴＡ装置を用いたシリコンウェーハの熱処理の際には従来の加熱条件、つまり、シリコンウェーハの面内方向の温度分布が均一となるような条件に制御していると考えられる。

しかしながら、上述のようなウェーハ面内方向の温度分布が均一となるような熱処理では、シリコンウェーハに生じる熱応力が比較的小さい。そのため、シリコンウェーハ中の酸素濃度などの条件を変更してスリップ耐性を向上させる処理を施してから、この方法で評価しても、条件の変更に対する感度が低く、評価結果に反映されにくい問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性を、従来よりも高感度に評価することができる方法を提案することにある。

上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性を評価する方法であって、
評価に供するシリコンウェーハの表面の所定の位置に圧痕を形成する第１工程と、
圧痕を形成した前記シリコンウェーハを枚葉式の熱処理装置に導入し、前記シリコンウェーハを加熱して熱処理を施す第２工程と、
前記圧痕から発生したスリップ転位の長さに基づいて、前記シリコンウェーハの前記所定の位置でのスリップ転位に対する耐性を評価する第３工程と、
を有し、
前記第２工程は、前記シリコンウェーハの径方向に温度差を与えるように行うことを特徴とするシリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性の評価方法。

［２］前記第２工程は、前記熱処理装置における複数の加熱手段の出力を相違させることによって前記シリコンウェーハを加熱する、前記［１］に記載の評価方法。

［３］前記複数の加熱手段は、前記シリコンウェーハのおもて面側および裏面側のそれぞれについて、互いに平行、かつ前記シリコンウェーハの表面に平行に配置されている、前記［２］に記載の評価方法。

［４］前記第２工程は、前記複数の加熱手段のうち、前記シリコンウェーハの一方の表面側の加熱手段の出力のみを相違させて行う、前記［２］または［３］に記載の評価方法。

［５］前記熱処理装置は、高速昇降温が可能な装置である、前記［１］～［４］のいずれか一項に記載の評価方法。

［６］前記第２工程は、前記シリコンウェーハを、該シリコンウェーハの中心を通り、かつ該シリコンウェーハの表面に垂直な軸の周りに回転させながら行う、前記［１］～［５］のいずれか一項に記載の評価方法。

本発明によれば、シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性を、従来よりも高感度に評価することができる。また、本発明によれば、シリコンウェーハ上の様々な位置について、スリップ転位に対する耐性を評価することができる。

圧痕形成装置の一例を示す図である。圧痕の光学顕微鏡像の一例を示す図である。ＲＴＡ装置の一例における加熱手段付近の構成を示す模式図である。圧痕の形成位置を説明する図である。加熱ランプの出力を示す図である。加熱ランプの出力差と圧痕から発生したスリップ転位の長さとの関係を示す図である。発明例３～７および従来例１～５に対する、シリコンウェーハの酸素濃度と圧痕から発生したスリップ転位の長さとの関係を示す図である。発明例８～１０に用いたシリコンウェーハのウェーハ径方向の酸素濃度を示す図である。発明例８～１０に対する、圧痕から発生したスリップ転位の長さを示す図であり、（ａ）はウェーハ外周端から５ｍｍの位置に形成された圧痕、（ｂ）はウェーハ外周端とウェーハ中心との中点（Ｒ／２）の位置に形成された圧痕に関するものである。加熱ランプの出力パターンを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明によるシリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性を評価する方法は、評価に供するシリコンウェーハの表面の所定の位置に圧痕を形成する第１工程と、圧痕を形成したシリコンウェーハを枚葉式の熱処理装置に導入し、シリコンウェーハを加熱して熱処理を施す第２工程と、圧痕から発生したスリップ転位の長さに基づいて、シリコンウェーハの上記所定の位置でのスリップ転位に対する耐性を評価する第３工程とを有する。ここで、上記第２工程は、シリコンウェーハの径方向に温度差を与えるように行うことを特徴とする。以下、各工程について説明する。

＜第１工程＞
まず、第１工程において、評価に供するシリコンウェーハの表面の所定の位置に圧痕を形成する。上記シリコンウェーハとしては、ＣＺ法や浮遊帯溶融法（ＦＺ法）などの方法によって単結晶シリコンインゴットを育成し、得られた単結晶シリコンインゴットに対してウェーハ加工を施して得られたものを用いることができる。

シリコンウェーハの導電型や直径、ドーパントの種類、抵抗率、面方位などについては、シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性（以下、「スリップ耐性」とも言う。）を評価する条件に合わせて適切に設定することができる。

また、上記シリコンウェーハとしては、上述のようなシリコンウェーハ（バルクシリコンウェーハ）の表面にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハを用いることもできる。

シリコンウェーハの表面に形成する圧痕は、スリップ転位の起点として形成するものである。圧痕を形成する位置は、スリップ耐性を評価したいシリコンウェーハ表面上の任意の位置とすることができる。

圧痕の数は、特に限定されないが、後述する第２工程において用いる熱処理装置の内部の温度が必ずしも一定ではないことや、データのばらつきを低減する目的などから、シリコンウェーハ上の等価な位置に複数設けることが好ましい。例えば、面方位が（００１）面のシリコンウェーハを用いる場合には、その表面には４つの等価な位置が存在する。そこで、好ましくはこれら４つの位置のうちの複数の位置、最も好ましくは４つの全ての位置に圧痕を形成し、後述する第３工程において、複数の圧痕からのスリップ転位の長さを測定し、その平均値に基づいてスリップ耐性を評価することが好ましい。

圧痕の形状は、特に限定されないが、圧痕から＜１１０＞方向（＜１１０＞方向と等価な方向を含む）にスリップ転位が発生しやすい形状を有していることが好ましい。このような圧痕の形状としては、四角形や三角形等の多角形が挙げられ、頂点からスリップ転位が＜１１０＞方向と等価な方向に発生して進展するよう、多角形の少なくとも１つの角の二等分線が＜１１０＞方向と等価な方向に向いていることが好ましい。例えば、菱形の場合には、４つの角のうちの少なくとも１つの角の二等分線が＜１１０＞方向に向いていることが好ましい。また、三角形の場合には、少なくとも頂点の１つの垂直二等分線が＜１１０＞方向に向いていることが好ましい。

上記圧痕は、任意の適切な方法により形成することができる。例えば、ビッカース硬度計やロックウェル硬度計などの硬度計を用いて形成することができる。また、圧痕は、図１に示すような圧痕形成装置を用いて形成することができる。図１に示した圧痕形成装置は、上下方向に移動可能な支持部材の下面に、ロードセルを介して圧痕を形成するための圧子が設けられている。そして、支持部材を下方に移動させて圧子をシリコンウェーハに押しつけた際に、シリコンウェーハに押しつける荷重がロードセルに伝達し、図示しない表示器に表示されるように構成されている。シリコンウェーハの表面上への圧痕の形成は、上記支持部材を下方に移動させ、ウェーハ設置ステージ上に載置されたシリコンウェーハに圧子を接触させた後、所定の荷重を負荷することにより形成することができる。シリコンウェーハに負荷される荷重は、ロードセルに接続された表示器から読み取ることができる。

圧痕を形成する際にシリコンウェーハに負荷する荷重は、特に限定されないが、シリコンウェーハの外周部に接触傷や搬送傷が形成される際に負荷される荷重と同程度にすることが好ましい。具体的には、１０～２０００ｇｆ程度とすることが好ましい。

なお、シリコンウェーハ表面上の様々な位置に対するスリップ耐性を調べたり、シリコンウェーハ中の酸素濃度などの条件を変更してスリップ耐性を調べたりする際には、全ての圧痕を同一の荷重を負荷して形成することが好ましい。これにより、評価結果を定量的に比較することができる。

図２は、図１に示した装置を用いて形成した圧痕の光学顕微鏡像の一例を示している。図２に示した菱形の圧痕においては、菱形の頂点からクラックが発生しており、クラックは＜１１０＞方向に延びている。このような圧痕を有するシリコンウェーハにスリップ転位が発生する臨界せん断応力を超える熱応力が負荷されると、上記クラックの先端からスリップ転位が発生して進展する。

＜第２工程＞
次いで、第２工程において、圧痕を形成したシリコンウェーハを枚葉式の熱処理装置に導入し、シリコンウェーハを加熱して熱処理を施す。ここで、第２工程は、シリコンウェーハの径方向に温度差を与えるように行うことが肝要である。

上述のように、熱処理装置を用いてシリコンウェーハに対して熱処理を施す場合には、シリコンウェーハ全域について均一な特性が得られるように、ウェーハ面内方向の温度が均一となるように行うのが一般的である。

しかし、シリコンウェーハに対して上述のように面内方向の均一になるように熱処理を施すと、シリコンウェーハに生じる熱応力が比較的小さい。そのため、圧痕の形成位置を変更したり、シリコンウェーハ中の酸素濃度を変更したりして評価を行っても、こうした条件の変化に対する感度が低く、評価結果に反映されにくい。

本発明者らは、シリコンウェーハのスリップ耐性を従来よりも高感度に評価する方法について鋭意検討した。その結果、シリコンウェーハの径方向に温度差を与え、シリコンウェーハに従来よりも大きな熱応力を意図的に発生させることに想到し、本発明を完成させたのである。

シリコンウェーハに対してウェーハ面内方向に温度差を与えるように熱処理を施すことによって、シリコンウェーハにおいて従来よりも大きな熱応力が発生する。よって、後述する実施例に示すように、シリコンウェーハのスリップ耐性を従来よりも高感度に評価することができるようになる。

なお、本発明において、「第２工程は、シリコンウェーハの径方向に温度差を与えるように行う」とは、シリコンウェーハに対して、シリコンウェーハの中心部と外周部とで１℃以上の温度差を与えるように熱処理を施すことを意味している。具体的には、第２工程において、シリコンウェーハに対して、シリコンウェーハの中心での温度と外周端から１ｍｍの位置での温度の差が１℃以上となるように熱処理を施すことを意味している。その際、ウェーハ外周部の温度は、ウェーハ外周端から１ｍｍの位置で測定することに限定されない。例えば、第２工程において、シリコンウェーハの中心と外周端から２ｍｍの位置とで２℃の温度差がある場合や、シリコンウェーハの中心と外周端から０．５ｍｍの位置とで３℃の温度差があり、シリコンウェーハの中心とウェーハ外周端から１ｍｍの位置とで１℃以上の温度差がある蓋然性が高い場合には、第２工程は、シリコンウェーハの径方向に温度差を与えるように行っていると見なすことができる。

本発明に使用する熱処理装置としては、シリコンウェーハの径方向に温度差を与えることができる枚葉式のものであれば、特に限定されないが、例えば複数の加熱手段を有し、これらの出力を相違させることができる装置であることが好ましい。また、熱処理装置としては、高速昇降温が可能な装置であることが好ましい。これにより、酸素析出などの影響を排除してスリップ耐性を評価することができる。こうした高速昇降温が可能な装置としては、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置やエピタキシャル成長装置などを挙げることができる。

図３は、本発明に用いることが可能なＲＴＡ装置における加熱手段付近の構成の模式図を示している。図３に例示した加熱手段は、シリコンウェーハのおもて面側および裏面側のそれぞれに配置された２８本の線状の加熱ランプで構成されている。そして、これらの加熱ランプは、互いに平行かつ等間隔で、シリコンウェーハの表面に対して平行に配置されている。また、加熱ランプの上方には、シリコンウェーハの中心付近の温度を制御するための放射温度計、および外周部付近の温度を監視するための放射温度計がそれぞれ設けられている。

上述のようなＲＴＡ装置における複数の加熱ランプの出力を相違させることによって、シリコンウェーハの径方向に温度差が生じる。それによって、シリコンウェーハに従来よりも大きな熱応力を発生させることができる。

例えば、シリコンウェーハの中心付近に配置された加熱ランプの出力を比較的大きくし、シリコンウェーハの外周部付近に配置された加熱ランプの出力を比較的小さくする。具体的には、シリコンウェーハの中心付近を所定温度にするためのランプ出力を１００％とした場合、外周部付近のランプ出力を６０％にすることにより、シリコンウェーハの外周部に大きな熱応力を発生させることができる。

シリコンウェーハの径方向の温度差については、例えばウェーハ中心部とウェーハ外周部との間に温度差を与える場合には、ウェーハ中心部とウェーハ外周部との温度差を４℃以上１２℃以下とすることが好ましい。温度差をこの範囲とすることによって、シリコンウェーハのスリップ耐性をより高感度に評価することができる。

なお、図３に示した加熱ランプを用いて、シリコンウェーハの中心付近の加熱ランプと外周部付近の加熱ランプとで出力を相違させる場合、加熱ランプの延在方向に対して垂直な方向に対しては出力差に応じた温度差が生じる一方、加熱ランプの延在方向に対する温度差はほとんど生じない。

よって、熱処理装置内において、シリコンウェーハ表面上に形成された圧痕とウェーハ中心とを結ぶ線分が、加熱ランプの延在方向に対して垂直となるようにシリコンウェーハを配置することが好ましい。これにより、圧痕が形成された領域に大きな熱応力を発生させることができる。

ただし、圧痕を複数形成する場合には、上述の対処では対応できない場合がある。こうした場合には、熱処理の間にシリコンウェーハを回転させることにより、ウェーハ周方向に均一に加熱することができるため、全ての圧痕に対して大きな熱応力を与えることができるようになる。

さらに、シリコンウェーハのおもて面側および裏面側のいずれか一方の加熱手段のみ出力を相違させることによって、より大きな熱応力を発生させて、シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性をより高感度に評価することができる。

なお、後述する実施例に示すように、シリコンウェーハに発生する熱応力は、加熱ランプの出力差に依存し、出力差が大きい方がシリコンウェーハに発生する熱応力が大きくなるため、スリップ転位に対する耐性をより高感度に評価することができる。しかし、加熱ランプ間の出力差が大きすぎる場合には、シリコンウェーハに発生する応力が大きくなり、反りが生じるなどして熱処理自体がエラーとなる場合があるため、加熱ランプ間の出力差は適切に設定することが好ましい。

また、後述する実施例に示すように、加熱ランプの出力を相違させる場合に、加熱ランプの延在方向に垂直な方向に、加熱ランプの出力を徐々に相違させるよりも、不連続に大きく相違させた場合の方が、シリコンウェーハに発生する熱応力が大きく、圧痕から発生するスリップ転位の長さが長くなり、シリコンウェーハのスリップ耐性を高感度に評価することできる。

シリコンウェーハに対する熱処理は、枚葉式のエピタキシャル成長装置を熱処理装置として用いて行うこともできる。枚葉式のエピタキシャル装置（例えば、アプライドマテリアルズ株式会社製Centura）では、同心円状（内側と外側に二段）に楕円形のハロゲンランプが配置されている（例えば、特開２０１５－００２２８６公報の図１参照）。よって、内側のランプの出力と外側のランプの出力を相違させることによって、シリコンウェーハのウェーハ径方向に温度差を与えることができる。

＜第３工程＞
続いて、第３工程では、シリコンウェーハの所定の位置（圧痕の形成位置）において、圧痕から発生したスリップ転位の長さに基づいて、スリップ転位に対する耐性を評価する。具体的には、圧痕から発生したスリップ転位の長さが短いほど、スリップ転位に対する耐性が高いと評価することができる。なお、各圧痕から発生したスリップ転位の長さの平均値に基づいて、上記スリップ耐性を評価することもできる。

こうして、シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性を、従来よりも高感度に評価することができる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。

＜加熱条件の検討＞
（発明例１）
まず、評価に供するシリコンウェーハ（直径：３００ｍｍ、面方位：（００１）、酸素濃度：１０．３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（ＡＳＴＭＦ１２１－１９７９））を用意し、その表面に、図４に示すような、シリコンウェーハの外周端から５ｍｍの４カ所に圧痕を形成した。その際、圧痕の形成は図１に示した圧痕形成装置を用いて行い、シリコンウェーハに負荷する荷重は１００ｇｆとした。

次に、圧痕を形成したシリコンウェーハを図３のような線状の加熱ランプを備えるＲＴＡ装置に導入してシリコンウェーハに対して熱処理を施した。雰囲気はＡｒとした。熱処理中はウェーハを７５ｒｐｍで回転させた。シリコンウェーハ中心付近の温度を１２５０℃まで５０℃／秒で昇温させ、１２５０℃３０秒の保持、その後５０℃／秒で室温まで降温させた。その際、圧痕が形成されている側の加熱ランプについて、図５に示すように、１１番目～１８番目の加熱ランプの出力を１００％として、１番目～１０番目および１９番目～２８番目の加熱ランプの出力を８０％とした。なお、圧痕が形成されていない側の加熱ランプについては、全ての加熱ランプの出力を１００％とした。

上記熱処理を施したシリコンウェーハをＲＴＡ装置から取り出し、光学顕微鏡を用いて各圧痕から発生したスリップ転位の長さを測定し、４つの圧痕について平均値を求めた。

（発明例２）
発明例１と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハの熱処理時に、１番目～１０番目および１９番目～２８番目の加熱ランプの出力を６０％とした。その他の条件は発明例１と全て同じである。

（発明例３）
発明例１と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハの熱処理時に、１番目～１０番目および１９番目～２８番目の加熱ランプの出力を３０％とした。その他の条件は発明例１と全て同じである。

（比較例）
発明例１と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハの熱処理時に、１番目～１０番目および１９番目～２８番目の加熱ランプの出力を０％とした。その他の条件は発明例１と全て同じである。

（従来例１）
発明例１と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハの熱処理時に、全ての加熱ランプの出力を１００％とした。その他の条件は発明例１と全て同じである。

図６は、加熱ランプの出力差と圧痕から発生したスリップ転位の長さとの関係を示している。図６から明らかなように、全ての加熱ランプの出力を１００％とした従来例１に比べて、ウェーハ外周部付近の加熱ランプの出力を低減することによって、圧痕から発生したスリップ転位の長さが長くなることが分かる。また、ウェーハ中心部付近の加熱ランプの出力と、ウェーハ外周部付近の加熱ランプの出力との差が大きいほど、スリップ転位の長さが長いことが分かる。なお、比較例の条件では、ＲＴＡ装置のインターロック機構が作動して熱処理ができなかった。しかしながら、もし熱処理できていた場合には、発明例３よりもスリップ転位が長くなるものと考えられる。

従来例および発明例１～３について、シリコンウェーハの中心部と外周部との温度差を測定した。具体的には、温度制御用の中心付近の放射温度計の他に外周部監視用の放射温度計を設け、それぞれの温度を読み取って差を求めた。その結果、シリコンウェーハの中心部と外周部との温度差は、０．８℃（従来例）、４．３℃（発明例１）、８．６℃（発明例２）、１１．８℃（発明例３）だった。

＜酸素濃度が異なるシリコンウェーハの評価＞
（発明例４）
発明例３と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハは、その酸素濃度が５．８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のものを用いた。その他の条件は発明例３と全て同じである。

（発明例５）
発明例３と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハは、その酸素濃度が８．０×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のものを用いた。その他の条件は発明例３と全て同じである。

（発明例６）
発明例３と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハは、その酸素濃度が１１．３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のものを用いた。その他の条件は発明例３と全て同じである。

（発明例７）
発明例３と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハは、その酸素濃度が１７．１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のものを用いた。その他の条件は発明例３と全て同じである。

（従来例２）
従来例１と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハは、その酸素濃度が５．８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のものを用いた。その他の条件は従来例１と全て同じである。

（従来例３）
従来例１と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハは、その酸素濃度が８．０×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のものを用いた。その他の条件は従来例１と全て同じである。

（従来例４）
従来例１と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハは、その酸素濃度が１１．３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のものを用いた。その他の条件は従来例１と全て同じである。

（従来例５）
従来例１と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、シリコンウェーハは、その酸素濃度が１７．１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³のものを用いた。その他の条件は従来例１と全て同じである。

図７は、発明例３～７および従来例１～５について、シリコンウェーハの酸素濃度と圧痕から発生したスリップ転位の長さとの関係を示している。発明例および従来例のいずれについても、シリコンウェーハの酸素濃度が増加すると、スリップ転位の長さは短くなる。この傾向は、シリコンウェーハの酸素濃度が高いほど転位の拡散が抑制されるという、一般的に知られている知見を再現している。しかし、従来例については、例えば従来例１と従来例３とを比較すると、シリコンウェーハの酸素濃度が異なっているにもかかわらず、スリップ転位の長さはほぼ同じである。また、従来例４と従来例５とを比較すると、シリコンウェーハの酸素濃度が異なっているにもかかわらず、いずれについてもスリップ転位は発生しない（つまり、スリップ転位の長さはゼロ）。つまり、従来例の評価方法は、従来例１と従来例３との間の酸素濃度の違いや、従来例４と従来例５との間の酸素濃度の違いを評価するのに十分な感度を有していない。これに対して、発明例については、シリコンウェーハの酸素濃度の増加とともにスリップ転位の長さは単調に減少しているため、各発明例間の酸素濃度の違いが評価結果に反映されている。以上から、本発明の方法では、従来の方法よりも、シリコンウェーハのスリップ耐性を高感度に評価できるといえる。

＜径方向で酸素濃度分布が異なるシリコンウェーハの評価＞
（発明例８）
発明例３と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、中心付近の酸素濃度が１２．０×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³で、酸素濃度分布が、図８に示すようなシリコンウェーハを用いた。また、圧痕は、外周から５ｍｍ、の位置および外周端と中心との中央（以後、Ｒ／２）に形成した。その他の条件は発明例３と全て同じである。

（発明例９）
発明例３と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、発明例８と同様に中心付近の酸素濃度が１２．０×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であるが、図８に示すように、酸素濃度分布が発明例８と異なったシリコンウェーハを用いた。また、圧痕は、外周から５ｍｍ、およびＲ／２に形成した。その他の条件は発明例３と全て同じである。

（発明例１０）
発明例３と同様に、シリコンウェーハのスリップ耐性を評価した。ただし、発明例８と同様に中心付近の酸素濃度が１２．０×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であるが、図８に示すように、酸素濃度分布が発明例８、発明例９と異なったシリコンウェーハを用いた。また、圧痕は、外周から５ｍｍ、およびＲ／２に形成した。その他の条件は発明例３と全て同じである。

図８に示すように、酸素濃度はウェーハ径方向でばらついている。例えば、外周端から５ｍｍの位置では、発明例１０で酸素濃度が最も高く、次いで発明例９、発明例８の順に高い。一方、Ｒ／２においては、発明例９で酸素濃度が最も高く、次いで発明例８、発明例１０の順に高い。

図９は、発明例８～１０について、圧痕から発生したスリップ転位の長さを示している。ここで、（ａ）は外周端から５ｍｍ、（ｂ）はＲ／２の結果である。図９（ａ）を見ると、スリップ転位の長さは発明例８が最も長く、次いで発明例９、発明例１０の順に長い。これは、図８に示された外周端から５ｍｍの位置での酸素濃度の高さとは逆の順序となっている。また、図９（ｂ）を見ると、スリップ転位の長さは、発明例１０が最も長く、次いで発明例８、発明例９の順に長い。この場合についても、図８に示されたＲ／２の位置での酸素濃度の高さとは逆の順序となっている。このように、本発明により、シリコンウェーハのスリップ耐性を正確に評価することができる。

＜加熱ランプの出力パターンの検討＞
加熱ランプの出力パターンと圧痕から発生するスリップ転位の長さとの関係について調べた。具体的には、まず、シリコンウェーハ（直径：３００ｍｍ、外周部酸素濃度：１０．２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）を６枚用意し、各シリコンウェーハの表面上に対して、図４に示したように、ウェーハ外周端から５ｍｍの位置に４つの圧痕を形成した。次いで、６つのシリコンウェーハに対して、図１０に示す６つの出力パターンで熱処理を施した。熱処理後、各シリコンウェーハについて、光学顕微鏡を用いて圧痕から発生したスリップ転位の長さを測定し、４つの圧痕についてスリップ転位の長さの平均値を求めた。その結果、スリップ転位の長さの平均値は、３．７ｍｍ（第１パターン）、４．７ｍｍ（第２パターン）、７．１ｍｍ（第３パターン）、４．９ｍｍ（第４パターン）、５．５ｍｍ（第５パターン）、１４．９ｍｍ（第６パターン）となった。このように、加熱ランプの出力パターンを第６パターンとした場合に、スリップ転位の長さが最も長くなることが分かった。

本発明によれば、シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性を、従来よりも高感度に評価することができ、また、シリコンウェーハ上の様々な位置について、スリップ転位に対する耐性を評価することができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。

Claims

シリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性を評価する方法であって、
評価に供するシリコンウェーハの表面の所定の位置に圧痕を形成する第１工程と、
圧痕を形成した前記シリコンウェーハを枚葉式の熱処理装置に導入して前記シリコンウェーハを石英支持ピンで支持し、前記シリコンウェーハを加熱して熱処理を施す第２工程と、
前記圧痕から発生したスリップ転位の長さに基づいて、前記シリコンウェーハの前記所定の位置でのスリップ転位に対する耐性を評価する第３工程と、
を有し、
前記第２工程は、前記熱処理装置における複数の加熱ランプの出力を相違させることによって、前記シリコンウェーハの中心部と外周部との温度差を８．６℃以上１１．８℃以下とすることを特徴とするシリコンウェーハのスリップ転位に対する耐性の評価方法。
前記複数の加熱ランプは、前記シリコンウェーハのおもて面側および裏面側のそれぞれについて、互いに平行、かつ前記シリコンウェーハの表面に平行に配置されている、請求項１に記載の評価方法。
前記第２工程は、前記複数の加熱ランプのうち、前記シリコンウェーハの一方の表面側の加熱ランプの出力のみを相違させて行う、請求項１または２に記載の評価方法。
前記熱処理装置は、RTA（Rapid Thermal Annealing）装置またはエピタキシャル成長装置である、請求項１～３のいずれか一項に記載の評価方法。
前記第２工程は、前記シリコンウェーハを、該シリコンウェーハの中心を通り、かつ該シリコンウェーハの表面に垂直な軸の周りに回転させながら行う、請求項１～４のいずれか一項に記載の評価方法。