シリコンウェーハの評価方法、製造方法、および、シリコンウェーハ
【課題】ＢＭＤ存在状態を効率よく測定するとともにこのＢＭＤ存在状態のウェーハ面内方向均一化を図る。
【解決手段】ウェーハＷを切断片Ｗ１に切断する工程と、
切断片Ｗ１をその断面Ｗ２が略面一になるように積み重ねて積片体Ｓとする工程と、
積片体Ｓの断面Ｓ０を画像処理手段Ｃで観測し、ＢＭＤ存在状態を評価する工程と、
前記評価に基づいてフィードバックし、ＢＭＤ存在状態がウェーハＷ面内方向に均一化するように製造条件を設定する工程と、
を有する。
【解決手段】ウェーハＷを切断片Ｗ１に切断する工程と、
切断片Ｗ１をその断面Ｗ２が略面一になるように積み重ねて積片体Ｓとする工程と、
積片体Ｓの断面Ｓ０を画像処理手段Ｃで観測し、ＢＭＤ存在状態を評価する工程と、
前記評価に基づいてフィードバックし、ＢＭＤ存在状態がウェーハＷ面内方向に均一化するように製造条件を設定する工程と、
を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハの評価方法、その評価方法を使用する製造方法、および、その製造方法により製造されたシリコンウェーハに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺ（チョクラルスキー）法または磁場を印加した引上法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して作製されたシリコンウェーハは、酸素不純物を多く含んでおり、この酸素不純物は転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物(ＢＭＤ:Bulk Micro Defect)となる。この酸素析出物がデバイスが形成される表面にある場合、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等の原因になって半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。
【０００３】
このため、特許文献１などには、シリコンウェーハ表面に対し、１０５０℃以上の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealing）を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に高濃度の原子空孔（Vacancy：以下、単に空孔と称す）を形成し、急冷により凍結するとともに、この後の熱処理で表面において空孔を外方拡散させることによりＤＺ層（無欠陥層）を形成する方法が用いられている。そして、上記ＤＺ層形成後に、上記温度より低温で熱処理を施すことで、内側に酸素析出核を形成・安定化してゲッタリング効果を有するＢＭＤ層（欠陥層）を形成する工程が採用されている。
【特許文献１】特許第１６４３３６４号公報
【非特許文献１】H.MIYAIRI:Jpn.J.Appl.Phys.31(1992)Pt.2,No.9B
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のシリコンウェーハにおいては、上記ＢＭＤ存在状態（分布）がウェーハ面内方向に均一でない場合があり、このようなＢＭＤ存在状態、例えば、ＤＺ層の深さ等がウェーハ面内方向に均一にならないことによって、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼすという問題があった。
【０００５】
半導体デバイス特性、すなわち、シリコンウェーハ品質を特徴づけるＢＭＤ存在状態を分析・評価する方法としては、非特許文献１に記載されるように、ウェーハ断面を顕微鏡等により観察する方法が知られている。この技術では、シリコンウェーハの直径に沿った方向におけるＢＭＤ存在状態を観測することが可能である。
しかし、非特許文献１には、ウェーハ断面での深さ方向（厚さ方向）におけるＢＭＤ密度ピーク位置を計測するという記載はなく、さらに、ＢＭＤ密度ピーク位置等ＢＭＤ存在状態のウェーハ面内方向全域のデータを得ることという思想が記載あるいは示唆されてはいない。
【０００６】
このため、非特許文献１の技術では、一断面の評価は容易におこない得るが、ウェーハ全体におけるＢＭＤ存在状態のマップ情報（ウェーハ深さ方向のデータをウェーハ面内方向全体のデータとしてもの）が得られないため、ウェーハ全体の評価ができないという問題があった。
さらに、非特許文献１に記載されたような方法を適応して、ウェーハ深さ方向のデータをウェーハ全体にわたるＢＭＤ存在状態として分析・評価しようとした場合、時間がかかかりすぎるため実際的でないという問題がある。
【０００７】
また、ウェーハの量産段階に至ると、その品質改善・維持を果たす上で、ウェーハ状態を評価することが重要であるが、部分的なＢＭＤのデータのみならず、ウェーハ面内方向全面データとしてのＢＭＤ存在状態データ、あるいはこれにかえてウェーハ全面を代表することが可能なデータを評価することが必要となってきた。
【０００８】
このような、シリコンウェーハ面内方向全体（全面）における評価データは、後工程での半導体デバイス製造における歩留まりを最適化する上で非常に重要なものである。
また、ＢＭＤ層やＤＺ層はデバイス工程で顕在化するため、デバイス工程前に、相当する熱処理をおこない評価をおこなったり、デバイスプロセス中にモニタウェーハを入れ析出状態を確認する方法があるが、いずれの場合も、ウェーハ全体にわたってのＢＭＤ存在状態の評価が重要となる。
【０００９】
そして、上述した不均一なＢＭＤ存在状態は、ＣＺ法によってインゴットを引き上げる際の条件、熱処理条件、熱処理治具、さらには、後工程の熱処理不具合等に起因すると考えられるが、根本的にこれらを改善するための技術は知られていなかった。
また、歩留まり改善のためにデバイス工程後にまとめるコンポジットマップ（後述）があるが、この不良位置とＢＭＤ存在状態との関連性を考慮して、上記の不良原因を改善し、その対策によって歩留まり改善を為すことはおこなわれていなかった。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、シリコンウェーハにおいて、ＢＭＤ存在状態（分布）を効率よく測定して評価可能とすること、また、この評価に基づいてＢＭＤ存在状態の均一化を向上するという目的を達成しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のシリコンウェーハの評価方法は、ウェーハを平面視して短冊状の切断片に切断する工程と、
前記切断片の切断面が略面一の断面となるようにこれら切断片を積み重ねて積片体とする工程と、
前記断面を画像処理手段で観測し、ＢＭＤ存在状態を評価する工程と、
を有することにより上記課題を解決した。
また、本発明の前記断面を表面処理することが好ましい。
また、本発明は、前記画像処理手段において、観測した各切断片における前記ＢＭＤ存在状態を、前記ウェーハにおける平面位置に対応して３次元的に描画して評価することが可能である。
本発明は、前記画像処理手段において、複数のウェーハにおける前記ＢＭＤ存在状態を基に、シリコン単結晶軸方向における各ウェーハのＢＭＤ存在状態を評価することができる。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記の評価方法によってウェーハのＢＭＤ存在状態を評価する評価工程と、
この評価工程に基づいてウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間でＢＭＤ存在状態が均一化するようにウェーハの製造条件を設定する工程と、
を有することにより上記課題を解決した。
本発明は、前記ＢＭＤ存在状態とデバイス工程上での不良チップのコンポジットマップ図とを関連させ、
ウェーハ品質レベルの不具合が、デバイス工程、ウェーハ熱処理工程および単結晶製造工程のどの工程に起因するか解析し、これらの改善条件を設定することが望ましい。
本発明においては、前記ＢＭＤ存在状態の評価工程の評価に基づいて、
デバイス工程におけるゲッタリング効果の最適化を図るようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整する手段か、または、ＤＺ層深さ寸法を最適化するようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整する手段を採用することが可能である。
本発明のシリコンウェーハは、上記のシリコンウェーハの製造方法によって製造され、
ウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間で均一なＢＭＤ存在状態を有することにより上記課題を解決した。
【００１２】
本発明のシリコンウェーハの評価方法においては、本体ロットから試験評価用に抜き取ったウェーハを矩形（短冊状）に切断してその切断片を積み重ねて、切断片の切断面が面一になるように断面を形成して、この断面をＣＣＤカメラの付属した光学顕微鏡等の画像処理手段（撮影装置）で一度撮影し、この画像を画像処理手段（演算装置）で処理して各切断片の切断前位置に対応するウェーハ面内方向における各位置のデータとしてのＢＭＤ存在状態（分布）データとし、このウェーハ全体のデータを評価することで、ウェーハ全体に対して、ＢＭＤがどのような状態で存在しているかという状態を把握して、ウェーハの品質を評価することが可能となる。
さらに、この評価方法は、上述の非特許文献１のようにウェーハの断面を最長直径と同じ長さでスキャンする必要があり、かつ、全ての切断面ごとにこのスキャンする必要があったものと比べて、ウェーハ評価の処理時間を大幅に短縮することができる。
【００１３】
ここで、「切断する」とは、劈開すること等切断片を形成する切断以外の方法をも含むものとされ、また、「切断面」とは、切断または劈開等によって形成された面を示し、また、「切断片」とは上記の「切断」によって断片化されたウェーハの破片を示すものとする。
また、「積み重ねる」とは、切断片を積層するとの意味で、各切断片を接着・固定して次の断面を形成するようにする手段であれば他の方法をも含むものとされるとともに、「断面」とは、上記の切断面を連続して形成される積層体の側面を示すものとする。
また、「画像処理手段」とは、ＣＣＤカメラ等の撮像装置および、この撮像装置によって取得した画像の画像処理をする演算装置・記憶装置・出力装置（表示装置）等を含むものとする。撮像装置の使用例としては画像解析装置 ライカ製Ｑ５００ＩＷ−ＥＸ（ＣＣＤカメラ：ソニー製ＸＣ−７５ＣＥ）等がある。
【００１４】
さらに、本明細書中、ＢＭＤ存在状態とは、ウェーハ面内方向における所定の位置におけるＢＭＤがどのように存在しているかという状態を示すもので、具体的には、ウェーハ面内方向の所定位置においてＢＭＤがウェーハ深さ方向のどの位置に位置しているか、また密度はどの程度か、密度の深さ方向における変化度合いはどうか、密度の深さ方向ピーク位置がどうか、これらを含むＢＭＤ層とＤＺ層との状態はどのような分布状態かという情報（ＢＭＤデータ）と、これらの情報のウェーハ面内方向における配置をも含む情報（マップデータ）、特に、ウェーハ面内方向における、ＢＭＤ深さ分布、ＢＭＤ密度深さ分布、ＢＭＤピーク位置深さ分布、ウェーハ裏面および表面近傍のＢＭＤピークに挟まれた部分のＢＭＤ密度分布、および、ＤＺ層深さ（厚さ）分布を含むものとされ、このようなＢＭＤの位置・分布等に関する情報を全て含んだデータとすることができる。
また、ＢＭＤ存在状態の均一化と云った場合には、ウェーハ面内方向における均一化および、複数ウェーハ間における均一化を意味することができる。
【００１５】
また、本発明のシリコンウェーハの評価方法においては、ウェーハ切断面を複数回スキャンすることなく、一度だけ前記断面を撮影することで一枚のウェーハ面内方向全体における各位置のＢＭＤデータを測定することができるため、処理時間を短縮することができる。また、ウェーハ面内方向各位置のＢＭＤデータから画像処理手段により、ウェーハ面内方向全体のＢＭＤ存在状態を算出して、画像処理手段の記憶装置等に記憶し、その後にマップデータとして出力装置等に表示するなどの出力をおこなうことができる。
【００１６】
ここで、画像処理は演算装置でおこなわれるものとされ、撮像装置等によって得られた画像データにおいて、ＢＭＤの部分またはＢＭＤ密度の高い部分がそうでない部分より色が濃い（画面が暗い）ことから、この画像データの明暗を変換し、これをウェーハ深さ方向におけるＢＭＤデータとして統計処理して、ＢＭＤ存在状態を評価するという手段を採用することができる。
また、この画像処理においては、あらかじめ設定されたピクセル数および所定のアスペクト比によって規定される複数画素のグループ毎に、上述するように欠陥の状態を判断することで、画像データをＢＭＤデータに変換することもでき、例えば、ＣＣＤカメラの各画素ごとにその明るさにより欠陥有無を判断し、このことから、画像データをＢＭＤデータに変換することもできる。
【００１７】
このとき、画像データをＢＭＤ存在状態とする画像処理においては、カメラとサンプル（積片体）との相対位置の座標を記憶し、さらにこの深さ方向のＢＭＤデータを切断前のウェーハの面内分布となるように統計処理して、ＢＭＤ存在状態を評価することができる。
【００１８】
また、本発明の前記断面を表面処理することにより、画像処理手段によるＢＭＤデータの取得をより容易にすることができる。
ここで、表面処理とは、上記の画像処理（撮影）の前処理として、例えば、表面粗研磨、鏡面研磨した上、セコ液やライト液といった選択エッチング液に浸してＢＭＤの顕在化のためにおこなう処理を意味する。
これにより、前記断面の凹凸を減らして滑らかにし断面全体における画像データの正確性を向上するものとされ、特に、劈開により積片体を形成した場合などには有効である。その結果、画像処理手段における、光学顕微鏡を介してＣＣＤカメラが捉えるＢＭＤ像をより鮮明にし、画像処理時の２値化を容易にすることができる。
【００１９】
また、本発明のシリコンウェーハの評価方法では、前記画像処理手段において、観測した各切断片における前記ＢＭＤ存在状態を、前記ウェーハにおける平面位置に対応して３次元的に描画することで、ＢＭＤ存在状態をウェーハ面内方向全体におけるマップデータとして評価することが可能である。
これにより、ウェーハ製造における検査工程における自動的な合格／不合格処理判断や統計処理のデータや、あるいは、欠陥マップ、欠陥イメージ、コンポジットマップ等の欠陥データ解析、または、歩留まり解析システム等の解析システムの結果と、マップデータとしてのＢＭＤ存在状態と、を関連して評価することが容易になり、より正確な原因解析をおこなうことを可能とすることができる。
さらに、これらの原因解析によりデバイス欠陥やウェーハとしての不具合が、どの工程に起因するか、また、熱処理工程、デバイス工程などの工程のうち、どの要因に因るものかを解析することが可能となる。
【００２０】
ここで、コンポジットマップとは、ある評価対象ロットの各ウェーハにおけるデバイス工程上の不良チップ位置データを、ロット中の各ウェーハのデータにわたって一枚のマップに加算したもので、例えば、コンポジットマップでウェーハ周縁一部分のみに不良チップが集中していた場合には、その部分への製造工程中の汚染源の存在等が考えられる、というものである。
【００２１】
本発明のシリコンウェーハの評価方法では、前記画像処理手段において、本体ロットから試験評価用に抜き取った複数のウェーハ間における各ウェーハのＢＭＤ存在状態を比較評価することにより、シリコン単結晶軸方向における各ウェーハのＢＭＤ存在状態を評価することができ、単結晶製造工程に起因する欠陥の原因解析をおこなうことが可能となる。
【００２２】
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記の評価方法によってウェーハのＢＭＤ存在状態を評価する評価工程と、この評価工程に基づいてウェーハ面内方向でＢＭＤ存在状態が均一化するようにウェーハの製造条件を設定する工程と、を有することにより、ＢＭＤ存在状態評価結果からフィードバックしてウェーハの処理条件を設定して、ＢＭＤ存在状態がウェーハ面内方向に均一化したウェーハを提供することが容易になる。特に、ウェーハ品質に影響のあるファクターとして、ＤＺ層の深さ寸法、深さ方向のＢＭＤ密度ピーク分布をウェーハ面内方向で所定の適性値範囲に設定したウェーハを提供することが容易になる。
これにより、素子製造後のリーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼしてしまうことを防止できるとともに、ウェーハにおけるゲッタリング効果を最適化することが可能となる。従って、ウェーハ製造における歩留まりを向上することが可能となる。
【００２３】
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記の評価方法によってウェーハのＢＭＤ存在状態を評価する評価工程と、この評価工程に基づいて複数ウェーハ間でＢＭＤ存在状態が均一化するようにウェーハの製造条件を設定する工程と、を有することにより、所定のロットにおける複数ウェーハ間におけるＢＭＤ存在状態評価結果からフィードバックしてウェーハの処理条件を設定してＢＭＤ存在状態が均一化された複数ウェーハを提供することが容易になる。同時に、ＢＭＤ存在状態評価結果からフィードバックして単結晶製造条件を設定してＢＭＤ存在状態が複数ウェーハ間で不均一になることを低減することが容易になる。
【００２４】
これにより、素子製造後のリーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に及ぼす影響を低減して、ゲッタリング効果を最適化したウェーハを提供することが可能となる。従って、ウェーハ製造における歩留まりを向上することが可能となる。
また、デバイスプロセス固有の要求ＢＭＤ存在状態を提供することで、デバイスプロセスに最適な品質のウェーハを提供でき、これにより、最大のデバイス収率を得られるという効果を奏する。
【００２５】
本発明は、前記ウェーハ面内方向におけるＢＭＤ存在状態とデバイス工程上での不良チップのコンポジットマップ図とを関連させ、ウェーハ品質レベルの不具合が、デバイス工程、ウェーハ熱処理工程および単結晶製造工程のどの工程に起因するか解析し、これらの対策のためのプロセス条件改善や最適化を図ることができる。ここで、ウェーハ品質レベルでの不具合とは、デバイス工程後の不良チップの割合をウェーハとして評価したものとする。
【００２６】
上記プロセス条件改善や最適化とは、ウェーハ面内方向ＢＭＤ存在状態の評価に基づくフィードバックとして、ウェーハ面内方向ＢＭＤ存在状態均一化を図るために、材料結晶の選択、単結晶成長条件の変更あるいは後述するウェーハの処理条件を設定することを示す。
【００２７】
ウェーハ処理条件とは、ＲＴＡ温度条件、同昇温速度、同降温速度、保持温度およびこれらの処理時間等を意味するものである。
これらの条件は、例えば、ＢＭＤ存在状態のフィードバックの結果として、ウェーハ表面付近に位置するＤＺ層の深さを３μｍ程度以上５０μｍ程度以下の所定値に設定するとともに、ＤＺ層の内側にあるＢＭＤ層におけるＢＭＤ分布を、図３に示すようなウェーハ表面・裏面のＤＺ層を越えた深さにピークを有する状態に設定することができる。また、ＢＭＤ層におけるＢＭＤ密度を、１０６ 個／ｍｍ３ 〜１０１１ 個／ｍｍ３ とすることがこのましい。
【００２８】
このようなＢＭＤ存在状態を得るようにフィードバックすることにより、デバイスの活性領域に形成された半導体素子の接合リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼしてしまうことを防止するとともに、充分なゲッタリング効果を有するウェーハを提供することが可能となる。
【００２９】
本発明においては、前記ＢＭＤ存在状態の評価工程の評価に基づいて、デバイス工程におけるゲッタリング効果の最適化を図るようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整する手段か、または、ＤＺ層深さ寸法を最適化するようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整する手段を採用することが可能である。
具体的には、ＤＺ層が薄すぎる場合には、熱処理温度を下げる、また、ＤＺ層が厚すぎる場合には、熱処理温度を上げる、ＢＭＤ層が薄すぎる場合には、熱処理温度を下げるか、降温速度のレート（急冷）を下げる、また、ＢＭＤ層が厚すぎる場合には、熱処理温度を上げる、ＢＭＤ密度が充分でない場合には、ＲＴＡ処理温度を上昇させることにより、ＢＭＤ密度を最適化する、また、ＢＭＤ密度過多の場合、素材単結晶の酸素濃度を下げる、というように、製造条件へのフィードバックをおこない、ＢＭＤ存在状態の最適化をおこなうことができる。
【００３０】
本発明のシリコンウェーハは、上記のシリコンウェーハの製造方法によって製造され、ウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間で均一なＢＭＤ存在状態を有することによりウェーハ品質のよいウェーハを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のシリコンウェーハの評価方法および製造方法によれば、ウェーハを切断片として積み重ね、この断面をＣＣＤカメラ等の画像処理手段で一度撮影し、この画像を画像処理して評価することで、従来の方法に比べて、その処理時間を大幅に短縮することができ、上記の評価方法によって、ウェーハ面内方向データとしてのＢＭＤ存在状態を評価し、この結果をフィードバックしてウェーハの製造条件を設定することで、ＢＭＤ存在状態がウェーハ面内方向に不均一になることを低減して、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼすことを防止できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係るシリコンウェーハの評価方法、製造方法、および、シリコンウェーハの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の評価方法を示す模式図であり、ウェーハ切断状態と積片体を示すものであり、図２は、本実施形態の評価方法を示す斜視図である。図において、符号Ｗはウェーハ（シリコンウェーハ）、Ｗ１は切断片である。
【００３３】
本実施形態のシリコンウェーハの製造方法においては、図７に示すフローチャートのように、ステップＳ３〜Ｓ６で示すシリコンウェーハの評価方法によってウェーハＷを評価し、この評価に基づいて製造するものである。したがって、評価方法を先に説明する。
【００３４】
本実施形態の評価方法においては、ウェーハＷのＢＭＤ存在状態を評価するものである。
このために、本実施形態においては、図７において、ステップＳ３で示されるウェーハ切断工程として、図１に示すように、ウェーハＷを平面視して略矩形の切断片Ｗ１，Ｗ１に切断し、次に、ステップＳ４で示される積片体形成工程（切断片積重工程）として、これら切断片Ｗ１，Ｗ１を積み重ねて積片体Ｓとする。
この切断工程において、（１，１，０）面からの劈開を利用して、各切断片Ｗ１をウェーハＷから切断することがもできる。
【００３５】
このとき、例えば切断片Ｗ１の同一方向の切断面、つまり、図１のウェーハＷにおいて、各切断片Ｗ１の上側の切断面Ｗ２が略面一になるように積層するとともに、平面視して切断面（断面）Ｗ２と直交するウェーハＷの中心線Ｌが一致するようにして積み重ねて接着し積片体Ｓを形成する。ここで、接着方法としては、アダルタイト等の接着剤を用いることができる。
さらに、図１、図２に示すように、この積片体Ｓの断面Ｓ０を鏡面状に研磨し、選択エッチングしておく。
【００３６】
次いで、ステップＳ５で示される断面測定工程として、この切断面Ｗ２，Ｗ２で形成された積片体Ｓの側面（断面）Ｓ０を、図２に示すように、画像処理手段における撮像装置としてのカメラＣで観測し、ＢＭＤ分布を評価する。この画像処理手段の撮像装置は、光学顕微鏡付きのＣＣＤカメラ等とされ、ウェーハＷ切断面で得られる一定の画像信号処理により、ウェーハ端を検出して測定を開始できるエッジ検出機能を有するものとされる。
【００３７】
ここで、切断片Ｗ１，Ｗ１はそれぞれ、ウェーハＷを平面視して幅０．５〜１．０ｃｍ程度の寸法に切断することが好ましい。
また、積片体Ｓとして重ね合わせるものは、デバイスとして実際に使用する部分のみでよく、略円形のウェーハＷのうち、図１に示すように縁部の切断片Ｗ１’は、その切断面Ｗ２が隣り合う切断片Ｗ１の相当する切断面Ｗ２で評価をおこなうことが可能なため、使用しないこともできる。このとき、この各切断片Ｗ１，Ｗ１のウェーハＷにおける切断前の位置と、各切断片Ｗ１，Ｗ１を積片体Ｓとして積層した順番とを画像処理手段の記録装置等に記録しておく。
【００３８】
側面Ｓ０を画像処理手段のカメラＣで撮影した後、この映像を画像処理手段の画像処理装置により画像処理することで、ＢＭＤ存在状態を評価する。このとき、ＣＣＤカメラの所定の画素部分に対応する画像信号が明視野では黒くなっている状態の場合、これをＢＭＤが存在するものだと判断し、そうでない状態の場合、ＢＭＤがないと判断する。このように撮影された映像を示す模式図を図４に示す。
ここで、所定の画素部分とは、連続するあらかじめ設定したアスペクト比に対応した形状とされる画素部分、例えば連続する上下２つの画素を一つの単位画像部分とすることができる。
【００３９】
図４はウェーハＷまたは切断片Ｗ１の表面に対応した図であり、ウェーハＷの裏面に対応した場合も同様の状態とすることができる。図においては、ウェーハＷまたは切断片Ｗ１の表面側に対応してＤＺ層Ｄが存在し、その内側（図では下側）にＢＭＤの存在するＢＭＤ層Ｂが存在する。
図において、黒班で示すものがＢＭＤを表している。また、ＤＺ層の深さとは、図４に示すように所定の間隔Δｘごとに黒班の領域を結んで仮想包絡線Ｋを形成し、ウェーハ表面からこの仮想包絡線Ｋまでの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３・・・をそれぞれ図３に示すＤＺ層深さとする。
【００４０】
ここで、画像処理におけるスキャンニングは、図２において示すように積片体Ｓとして積層した切断片Ｗ１，Ｗ１をその長さが最小となるようにスキャンするものとする。例えば、図２に示す側面Ｓ０において、最上部に積層された切断片Ｗ１の左端側から右端側に向かってスキャンし、続けてそのすぐ下側に位置する切断片Ｗ１を右端側から左端側に向かってスキャンし、同様にそのすぐ下側に位置する切断片Ｗ１の左端側から右端側に向かってスキャンする・・・というように、全ての切断片Ｗ１にわたってスキャンするものとする。
【００４１】
このような画像データからＤＺ層Ｄの深さ寸法、ＢＭＤ層Ｂの深さ寸法、およびＢＭＤ密度、ＢＭＤ密度ピーク位置等を算出し、これをウェーハＷの深さ方向分布として、数値データに変換する。そして、このデータを先に記憶した切断片Ｗ１の切断前の位置に応じて並べ替えるように変換し、ウェーハｗの面内方向分布データとしてマップデータ化し、ＢＭＤ存在状態とする。
【００４２】
図５、図６は本実施形態におけるＢＭＤデータをマップデータとしたものである。
図５において、ＢＭＤ存在状態の一例として、ウェーハ面内方向（Ｘ−Ｙ方向）に対する各短冊状に切断した切断片Ｗ１のＤＺ層深さデータ、つまりウェーハＷ面内方向におけるＤＺ層深さデータをＺ方向にＤｘとしたものを示す。このＤＺ層深さＤｘは、図４におけるＤ１，Ｄ２，・・を連続したものに対応している。
図６は、ＢＭＤ存在状態の一例として、ウェーハＷ面内方向におけるＢＭＤピークの表面からの深さをデータとしてＺ軸方向にプロットしたものであり、図において、ＢｐはＢＭＤピーク深さを示す。
【００４３】
次いで、ステップＳ６に示すように、これらの数値から評価対象であるウェーハＷを評価する。
【００４４】
つまり、評価対象であるウェーハＷに対して、ＢＭＤ存在状態の値がウェーハ面内全体で所定の範囲内にあるか否かをそれぞれチェックして、対象ウェーハＷの面内方向における各数値が上記の範囲内にある場合には、出荷可能な製品として評価する。また、これらの数値が、上記の範囲内にない場合には、後述するように製造工程の条件をフィードバックして改善するという評価とする。
このＢＭＤ存在状態が所定の範囲とされる例としては、例えば、ＤＺ層Ｄの深さＤｘが３μｍ程度以上５０μｍ程度以下に設定されることや、ＢＭＤ層Ｂピーク密度の値が１０８ｍｍ３程度以上１０１２ｍｍ３ 程度以下の範囲の所定値に設定されることができる。
【００４５】
これは、上記ＢＭＤ存在状態の各値がその範囲に設定されていない場合には、充分なゲッタリング効果を得ることができない可能性や、接合リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼしてしまう可能性があり好ましくないためである。
デバイス工程でのウェーハ評価法としては、さらに、ウェーハ面内のチップ不良分布と、あるいはそれらの分布をウェーハ間でまとめ、より不良が再現されやすいコンポジットマップとし、このようなデバイス不良分布データと、上記のＢＭＤ存在状態との相互評価をおこない、最適化を図るためのデータとすることができる。
【００４６】
次に、上記の評価方法からフィードバックをおこなうシリコンウェーハの製造方法を説明する。
【００４７】
本実施形態のシリコンウェーハの製造方法では、ＣＺ法により引き上げたインゴットからウェーハＷを切り出し、図７のステップＳ１に示す単結晶製造品質確認工程として、ウェーハＷを切りだしたインゴットの成長時における酸素濃度等の結晶成長条件を確認するとともに、このウェーハＷがインゴットの軸方向におけるどの位置にあったのかを確認する。
【００４８】
次いで、ステップＳ２に示す熱処理工程として、まず、アルゴンガス等の不活性ガス又は水素ガス等の還元性ガスの雰囲気中で、１０５０℃以上１２５０℃以下の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理（ＲＴＡ）を施し、内部に高濃度の空孔（Vacancy）を形成し、急冷により凍結する。このときの熱処理時間は１〜６０ｓｅｃとされ、昇温速度は、例えば、３０〜７０℃／ｓｅｃとされ、また、降温速度は５〜５００℃／ｓｅｃとされる。
【００４９】
この熱処理（ＲＴＡ処理）後に、該熱処理より低い温度で、空孔への酸素析出をおこなうために熱処理（例えば、８００℃４時間の熱処理に連続して１０００℃１６時間の熱処理）を熱処理炉などでほどこすことにより、表層では、空孔の外方拡散と酸化膜形成にともなう格子間Ｓｉの注入による空孔と格子間Ｓｉによる対消滅によって表層にＤＺ層Ｄを形成するとともに、内部（特に表面近傍）に酸素析出による高ＢＭＤ密度のＢＭＤ層Ｂを形成する。
【００５０】
上記酸素析出のための熱処理により、図４に示すように、深さ方向のＢＭＤ密度はＭ型の分布となり、表面近傍に最大値（ＢＭＤピーク密度）を有するとともに深さ方向の中間部分に極小値（ＢＭＤバルク密度）を有する。そして、このＢＭＤピーク密度は、ＢＭＤバルク密度に対して２倍以上となるよう設定する。ＢＭＤピーク密度は、ＢＭＤバルク密度に対して３倍以上となるよう設定してもかまわない。
【００５１】
次に、ウェーハＷの評価をおこなうために、前述のステップＳ３〜Ｓ６の各工程をおこなう。ステップＳ６の評価により、ＯＫとされた場合には、ステップＳ８の製品化工程を経て製品として出荷されるとともに、ＮＯとされた場合には、その状態に応じてフィードバックし、ステップＳ７に示すように、ウェーハ処理条件としての熱処理工程Ｓ２における条件で改善可能なものは、各条件を修正、あるいは、結晶特性値条件、例えば、酸素濃度レベル制御をおこなう。またステップＳ７において、ステップＳ２の熱処理で改善不可能な状態であれば、ステップＳ１に戻って、インゴットの選定をやりなおすかまたは単結晶（インゴット）製造工程の製造条件を修整する。
【００５２】
ここで、ステップＳ２に戻って改善されるウェーハ処理条件としては、ＲＴＡ温度条件、同昇・降温速度、酸素析出熱処理温度条件、各処理時間等が挙げられる。
これらの条件を修正することにより、ＢＭＤ存在状態が適性な範囲になるようにする。
【００５３】
例えば、ステップＳ６において、図５に示すＤＺ層深さＤｘが所定の範囲から逸脱している場合には、どの工程に起因するものかを判断し、ステップＳ７において、熱処理工程Ｓ２に起因するものだと判断した場合には、次のように製造条件にフィードバックする。
例えば、図５に示すＤＺ層深さＤｘの所定の範囲からの逸脱が、熱処理中に発生した欠陥に起因するものだと判断された場合には、熱処理治具の形状対策を施すことができる。
また、図６の情報から、ＢＭＤ存在状態が所定のウェーハ品質に対して適合しているかどうかを判断してウェーハを評価し、この条件を図５の例と同様に製造条件にフィードバックすることにより、最適なＢＭＤ存在状態やゲッタリング能力制御をおこなうことができる。
【００５４】
また、具体的に各条件をフィードバックして修正する例としては、次のようのものがある。
１． ＤＺ層Ｄの深さが２μｍ程度の部分が存在する等薄すぎる場合には、熱処理温度を下げて調節する。
２． ＤＺ層Ｄの深さが１０μｍ程度以上である等厚すぎる場合には、熱処理温度を上げて調節する。
３． また、ＢＭＤ層Ｂピーク深さが５０μｍ以上と厚すぎる場合には、熱処理温度を上げて調節する。
４． ＢＭＤ層Ｂピーク深さが１０μｍ程度と薄すぎる場合には、熱処理温度を下げるか、降温速度のレート（急冷）を下げて調節する。
５． また、ＢＭＤ層ＢにおけるＢＭＤ密度が充分でない場合には、ＲＴＡ処理温度を上昇させる。
【００５５】
本実施形態のシリコンウェーハの評価方法においては、ウェーハＷを矩形の切断片Ｗ１として積み重ねて積片体Ｓとし、この積片体Ｓ１のＳ０をＣＣＤカメラＣで一度撮影し、この画像を画像処理して評価することで、ウェーハＷの面内方向全体のデータであるＢＭＤ存在状態を評価することが可能となる。これにより、従来のようにウェーハＷの断面を最長直径と同じ長さでスキャンするだけではウェ−ハの全体にわたるＤＺ層深さ分布やＢＭＤ密度ピーク深さ分布などの重要な分布情報が得られず、デバイスの所望するＢＭＤ存在状態制御が充分におこない得なかった状態を改善することができる。また、正確なＢＭＤ存在状態、例えばウェーハＷ面内のＤＺ層深さ分布、ＢＭＤ密度ピーク深さ分布等を把握することができ、これらの分布から、熱処理条件、熱処理治具形状、結晶特性、結晶製造条件へのフィードバックをおこなうことができるため、デバイスの所望する最適品質を有するウェーハを得ることが可能となる。
【００５６】
また、全ての切断片Ｗ１切断面ごとにこのスキャンをおこなう必要がないため、処理時間を大幅に短縮することが可能となる。さらに、ウェーハＷの切断面を複数回スキャンすることなく、一度だけ側面Ｓ０を撮影することでウェーハＷ面内方向データであるＢＭＤ存在状態を測定することができ、処理時間を短縮することができる。
【００５７】
本実施形態のシリコンウェーハの製造方法は、上記の評価方法によって、ＢＭＤ存在状態を評価し、この結果をフィードバックしてウェーハ製造工程の熱処理工程における処理条件を設定することで、ウェーハ面内でＢＭＤ存在状態の均一化を図ることができ、ＤＺ層Ｄの深さ寸法ＤｘおよびＢＭＤ層Ｂの深さ寸法Ｂｐ等のＢＭＤ存在状態をウェーハ面内方向全体で適性な値の範囲とすることが容易になる。これにより、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼすことのないシリコンウェーハＷを製造することができる。
【００５８】
なお、本実施形態においては、シリコンウェーハの評価方法によってウェーハＷの熱処理条件にフィードバックをおこなった例を示したが、インゴット製造の工程における酸素濃度レベル、酸素濃度分布等の条件にフィードバックすることもできる。
【００５９】
具体的には、ステップＳ６，Ｓ７において、図５に示すＤＺ層深さＤｘの所定の範囲からの逸脱が、リング状の分布で結晶の酸素濃度分布、あるいは、欠陥分布起因であれば、素材料結晶の品質特性にフィードバックして、インゴットの選択をおこなうか、インゴットの引き上げ時の条件にフィードバックすることにより分布改善を図ることができる。
また、図６の情報から、ＢＭＤ存在状態が所定のウェーハ品質に対して適合しているかどうかを判断してウェーハを評価し、この条件を図５の例と同様に、材料結晶の選択、成長条件の変更等製造条件にフィードバックすることにより、最適なＢＭＤピーク位置の制御をおこなうことができる。
【００６０】
この場合には、以下のような条件でフィードバックをおこなうことができる。
１． ＤＺ層Ｄの深さが２μｍ程度の部分が存在する等薄すぎる場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で下げることにより制御できる。
２． ＤＺ層Ｄの深さが１０μｍ程度以上である等厚すぎる場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で上げることにより制御できる。
３． また、ＢＭＤ層Ｂのピーク位置深さが５０μｍ程度と厚すぎる場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で上げることにより制御できる。
４． ＢＭＤ層Ｂのピーク位置深さが５μｍ程度と浅すぎる場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で下げることにより制御できる。
５． また、ＢＭＤ層ＢにおけるＢＭＤ密度が充分でない場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で上げることにより制御できる。
【００６１】
（実施例）
以下、本発明に係る実施例を説明する。
図８は、図４の模式図に対応したウェーハ断面を示す実際の画像であり、（ａ）では全体にＢＭＤが分布する例であり、（ｂ）および（ｃ）は表面側にＤＺ層が形成されかつ厚み方向中央部分にＩＧ層（ＢＭＤ層）が形成された例である。
これら図８の画像において、黒くなっている部分、および、そうでない部分が明確に判別でき、これらの画像から、ＢＭＤが存在する部分とＢＭＤがない部分とを判断することで、ＢＭＤ存在状態を評価すること、例えば、表面側のＤＺ層（無欠陥層）の存在が判別可能なことがわかる。
【００６２】
図９は上述した図２に示す実施形態のように、積片体Ｓの断面Ｓ０を鏡面状に研磨して選択エッチングした後、図７のステップＳ５で示される断面測定工程として、この切断面Ｗ２，Ｗ２で形成された積片体Ｓの側面（断面）Ｓ０を、撮像装置としてのカメラＣで観測した画像である。
図１０は、図９における積層体Ｓの断面Ｓ０を拡大したものであり、ウェーハＷ１の上下にある黒い層は接着剤によって形成された接着層である。
【００６３】
図１１は、ウェーハＷ１におけるＢＭＤ存在状態の値を算出する画像の例であり、実際には、図１１のように各データセグメントｄｔｓのように領域を分割し、この各データセグメントｄｔｓ内におけるＢＭＤを算出する。
セグメントごとのウェーハ断面内ＢＭＤ値を表１に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
この表１でａ，ｂ，ｃ・・・は図１１のような各列のデータセグメントｄｔｓに対応し、１，２，３・・・は図１１の各行のようなデータセグメントｄｔｓに対応する。
図１２は、表１のデータセグメントｄｔｓごとのＢＭＤ値を表したグラフである。
【００６６】
図１３は、本発明の評価方法を適応するシリコンウェーハ断面のＢＭＤ画像であり、ウェーハ中心から、０ｍｍ，２５ｍｍ，５０ｍｍ，７５ｍｍ，９０ｍｍの位置におけるウェーハ断面のＢＭＤ画像データであり、図１４は、上記の評価方法からフィードバックをおこなったシリコンウェーハ断面のＢＭＤ画像である。
図１３におけるウェーハはアンモニア雰囲気におけるＲＴＡ処理温度が１１５０℃であり、このウェーハのけるＢＭＤ分布では、表面付近におけるＢＭＤが多すぎてＤＺ層（無欠陥層）厚さ寸法が小さいため、上記のフィードバックとして、ＲＴＡ温度を１１４０℃とした例である。これにより、ウェーハ表面におけるＤＺ層厚さが大きくなったことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係るシリコンウェーハの評価方法および製造方法の一実施形態を示すウェーハの平面図、切断片および積片体を示す模式斜視図である。
【図２】本発明に係るシリコンウェーハの評価方法および製造方法の一実施形態を示す模式斜視図である。
【図３】シリコンウェーハ深さ方向Ｔにおける裏面から表面までのＢＭＤ存在状態を示すグラフである。
【図４】シリコンウェーハの切断面において、表面近傍の一部分でのＢＭＤ存在状態を示す模式図である。
【図５】本実施形態のシリコンウェーハの評価方法におけるウェーハ面内方向におけるＤＺ層深さ分布を示すものである。
【図６】本実施形態のシリコンウェーハの評価方法におけるウェーハ面内方向におけるＢＭＤピーク位置分布を示すものである。
【図７】本発明に係るシリコンウェーハの評価方法および製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例を示すもので、図４の模式図に対応したウェーハ断面を示す実際の画像である。
【図９】本発明の実施例を示すもので、積片体Ｓの側面Ｓ０を、撮像装置としてのカメラＣで観測した画像である。
【図１０】本発明の実施例を示すもので、図９における積層体Ｓの断面Ｓ０を拡大したものである。
【図１１】本発明の実施例を示すもので、ウェーハＷ１におけるＢＭＤ存在状態の値を算出する画像の例である。
【図１２】本発明の実施例を示すもので、データセグメントｄｔｓごとのＢＭＤ値を表したグラフである。
【図１３】本発明の実施例を示すもので、本発明の評価方法を適応するシリコンウェーハ断面のＢＭＤ画像である。
【図１４】本発明の実施例を示すもので、本発明の評価方法からフィードバックをおこなったシリコンウェーハ断面のＢＭＤ画像である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｗ ウェーハ
Ｗ１ 切断片
Ｗ２ 切断面
Ｓ 積片体
Ｓ０ 側面
Ｂ ＢＭＤ層
Ｃ 画像処理手段
Ｄ ＤＺ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハの評価方法、その評価方法を使用する製造方法、および、その製造方法により製造されたシリコンウェーハに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺ（チョクラルスキー）法または磁場を印加した引上法で引上成長されたシリコン単結晶を加工して作製されたシリコンウェーハは、酸素不純物を多く含んでおり、この酸素不純物は転位や欠陥等を生じさせる酸素析出物(ＢＭＤ:Bulk Micro Defect)となる。この酸素析出物がデバイスが形成される表面にある場合、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等の原因になって半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼす。
【０００３】
このため、特許文献１などには、シリコンウェーハ表面に対し、１０５０℃以上の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealing）を所定の雰囲気ガス中で施し、内部に高濃度の原子空孔（Vacancy：以下、単に空孔と称す）を形成し、急冷により凍結するとともに、この後の熱処理で表面において空孔を外方拡散させることによりＤＺ層（無欠陥層）を形成する方法が用いられている。そして、上記ＤＺ層形成後に、上記温度より低温で熱処理を施すことで、内側に酸素析出核を形成・安定化してゲッタリング効果を有するＢＭＤ層（欠陥層）を形成する工程が採用されている。
【特許文献１】特許第１６４３３６４号公報
【非特許文献１】H.MIYAIRI:Jpn.J.Appl.Phys.31(1992)Pt.2,No.9B
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のシリコンウェーハにおいては、上記ＢＭＤ存在状態（分布）がウェーハ面内方向に均一でない場合があり、このようなＢＭＤ存在状態、例えば、ＤＺ層の深さ等がウェーハ面内方向に均一にならないことによって、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼすという問題があった。
【０００５】
半導体デバイス特性、すなわち、シリコンウェーハ品質を特徴づけるＢＭＤ存在状態を分析・評価する方法としては、非特許文献１に記載されるように、ウェーハ断面を顕微鏡等により観察する方法が知られている。この技術では、シリコンウェーハの直径に沿った方向におけるＢＭＤ存在状態を観測することが可能である。
しかし、非特許文献１には、ウェーハ断面での深さ方向（厚さ方向）におけるＢＭＤ密度ピーク位置を計測するという記載はなく、さらに、ＢＭＤ密度ピーク位置等ＢＭＤ存在状態のウェーハ面内方向全域のデータを得ることという思想が記載あるいは示唆されてはいない。
【０００６】
このため、非特許文献１の技術では、一断面の評価は容易におこない得るが、ウェーハ全体におけるＢＭＤ存在状態のマップ情報（ウェーハ深さ方向のデータをウェーハ面内方向全体のデータとしてもの）が得られないため、ウェーハ全体の評価ができないという問題があった。
さらに、非特許文献１に記載されたような方法を適応して、ウェーハ深さ方向のデータをウェーハ全体にわたるＢＭＤ存在状態として分析・評価しようとした場合、時間がかかかりすぎるため実際的でないという問題がある。
【０００７】
また、ウェーハの量産段階に至ると、その品質改善・維持を果たす上で、ウェーハ状態を評価することが重要であるが、部分的なＢＭＤのデータのみならず、ウェーハ面内方向全面データとしてのＢＭＤ存在状態データ、あるいはこれにかえてウェーハ全面を代表することが可能なデータを評価することが必要となってきた。
【０００８】
このような、シリコンウェーハ面内方向全体（全面）における評価データは、後工程での半導体デバイス製造における歩留まりを最適化する上で非常に重要なものである。
また、ＢＭＤ層やＤＺ層はデバイス工程で顕在化するため、デバイス工程前に、相当する熱処理をおこない評価をおこなったり、デバイスプロセス中にモニタウェーハを入れ析出状態を確認する方法があるが、いずれの場合も、ウェーハ全体にわたってのＢＭＤ存在状態の評価が重要となる。
【０００９】
そして、上述した不均一なＢＭＤ存在状態は、ＣＺ法によってインゴットを引き上げる際の条件、熱処理条件、熱処理治具、さらには、後工程の熱処理不具合等に起因すると考えられるが、根本的にこれらを改善するための技術は知られていなかった。
また、歩留まり改善のためにデバイス工程後にまとめるコンポジットマップ（後述）があるが、この不良位置とＢＭＤ存在状態との関連性を考慮して、上記の不良原因を改善し、その対策によって歩留まり改善を為すことはおこなわれていなかった。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、シリコンウェーハにおいて、ＢＭＤ存在状態（分布）を効率よく測定して評価可能とすること、また、この評価に基づいてＢＭＤ存在状態の均一化を向上するという目的を達成しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のシリコンウェーハの評価方法は、ウェーハを平面視して短冊状の切断片に切断する工程と、
前記切断片の切断面が略面一の断面となるようにこれら切断片を積み重ねて積片体とする工程と、
前記断面を画像処理手段で観測し、ＢＭＤ存在状態を評価する工程と、
を有することにより上記課題を解決した。
また、本発明の前記断面を表面処理することが好ましい。
また、本発明は、前記画像処理手段において、観測した各切断片における前記ＢＭＤ存在状態を、前記ウェーハにおける平面位置に対応して３次元的に描画して評価することが可能である。
本発明は、前記画像処理手段において、複数のウェーハにおける前記ＢＭＤ存在状態を基に、シリコン単結晶軸方向における各ウェーハのＢＭＤ存在状態を評価することができる。
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記の評価方法によってウェーハのＢＭＤ存在状態を評価する評価工程と、
この評価工程に基づいてウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間でＢＭＤ存在状態が均一化するようにウェーハの製造条件を設定する工程と、
を有することにより上記課題を解決した。
本発明は、前記ＢＭＤ存在状態とデバイス工程上での不良チップのコンポジットマップ図とを関連させ、
ウェーハ品質レベルの不具合が、デバイス工程、ウェーハ熱処理工程および単結晶製造工程のどの工程に起因するか解析し、これらの改善条件を設定することが望ましい。
本発明においては、前記ＢＭＤ存在状態の評価工程の評価に基づいて、
デバイス工程におけるゲッタリング効果の最適化を図るようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整する手段か、または、ＤＺ層深さ寸法を最適化するようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整する手段を採用することが可能である。
本発明のシリコンウェーハは、上記のシリコンウェーハの製造方法によって製造され、
ウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間で均一なＢＭＤ存在状態を有することにより上記課題を解決した。
【００１２】
本発明のシリコンウェーハの評価方法においては、本体ロットから試験評価用に抜き取ったウェーハを矩形（短冊状）に切断してその切断片を積み重ねて、切断片の切断面が面一になるように断面を形成して、この断面をＣＣＤカメラの付属した光学顕微鏡等の画像処理手段（撮影装置）で一度撮影し、この画像を画像処理手段（演算装置）で処理して各切断片の切断前位置に対応するウェーハ面内方向における各位置のデータとしてのＢＭＤ存在状態（分布）データとし、このウェーハ全体のデータを評価することで、ウェーハ全体に対して、ＢＭＤがどのような状態で存在しているかという状態を把握して、ウェーハの品質を評価することが可能となる。
さらに、この評価方法は、上述の非特許文献１のようにウェーハの断面を最長直径と同じ長さでスキャンする必要があり、かつ、全ての切断面ごとにこのスキャンする必要があったものと比べて、ウェーハ評価の処理時間を大幅に短縮することができる。
【００１３】
ここで、「切断する」とは、劈開すること等切断片を形成する切断以外の方法をも含むものとされ、また、「切断面」とは、切断または劈開等によって形成された面を示し、また、「切断片」とは上記の「切断」によって断片化されたウェーハの破片を示すものとする。
また、「積み重ねる」とは、切断片を積層するとの意味で、各切断片を接着・固定して次の断面を形成するようにする手段であれば他の方法をも含むものとされるとともに、「断面」とは、上記の切断面を連続して形成される積層体の側面を示すものとする。
また、「画像処理手段」とは、ＣＣＤカメラ等の撮像装置および、この撮像装置によって取得した画像の画像処理をする演算装置・記憶装置・出力装置（表示装置）等を含むものとする。撮像装置の使用例としては画像解析装置 ライカ製Ｑ５００ＩＷ−ＥＸ（ＣＣＤカメラ：ソニー製ＸＣ−７５ＣＥ）等がある。
【００１４】
さらに、本明細書中、ＢＭＤ存在状態とは、ウェーハ面内方向における所定の位置におけるＢＭＤがどのように存在しているかという状態を示すもので、具体的には、ウェーハ面内方向の所定位置においてＢＭＤがウェーハ深さ方向のどの位置に位置しているか、また密度はどの程度か、密度の深さ方向における変化度合いはどうか、密度の深さ方向ピーク位置がどうか、これらを含むＢＭＤ層とＤＺ層との状態はどのような分布状態かという情報（ＢＭＤデータ）と、これらの情報のウェーハ面内方向における配置をも含む情報（マップデータ）、特に、ウェーハ面内方向における、ＢＭＤ深さ分布、ＢＭＤ密度深さ分布、ＢＭＤピーク位置深さ分布、ウェーハ裏面および表面近傍のＢＭＤピークに挟まれた部分のＢＭＤ密度分布、および、ＤＺ層深さ（厚さ）分布を含むものとされ、このようなＢＭＤの位置・分布等に関する情報を全て含んだデータとすることができる。
また、ＢＭＤ存在状態の均一化と云った場合には、ウェーハ面内方向における均一化および、複数ウェーハ間における均一化を意味することができる。
【００１５】
また、本発明のシリコンウェーハの評価方法においては、ウェーハ切断面を複数回スキャンすることなく、一度だけ前記断面を撮影することで一枚のウェーハ面内方向全体における各位置のＢＭＤデータを測定することができるため、処理時間を短縮することができる。また、ウェーハ面内方向各位置のＢＭＤデータから画像処理手段により、ウェーハ面内方向全体のＢＭＤ存在状態を算出して、画像処理手段の記憶装置等に記憶し、その後にマップデータとして出力装置等に表示するなどの出力をおこなうことができる。
【００１６】
ここで、画像処理は演算装置でおこなわれるものとされ、撮像装置等によって得られた画像データにおいて、ＢＭＤの部分またはＢＭＤ密度の高い部分がそうでない部分より色が濃い（画面が暗い）ことから、この画像データの明暗を変換し、これをウェーハ深さ方向におけるＢＭＤデータとして統計処理して、ＢＭＤ存在状態を評価するという手段を採用することができる。
また、この画像処理においては、あらかじめ設定されたピクセル数および所定のアスペクト比によって規定される複数画素のグループ毎に、上述するように欠陥の状態を判断することで、画像データをＢＭＤデータに変換することもでき、例えば、ＣＣＤカメラの各画素ごとにその明るさにより欠陥有無を判断し、このことから、画像データをＢＭＤデータに変換することもできる。
【００１７】
このとき、画像データをＢＭＤ存在状態とする画像処理においては、カメラとサンプル（積片体）との相対位置の座標を記憶し、さらにこの深さ方向のＢＭＤデータを切断前のウェーハの面内分布となるように統計処理して、ＢＭＤ存在状態を評価することができる。
【００１８】
また、本発明の前記断面を表面処理することにより、画像処理手段によるＢＭＤデータの取得をより容易にすることができる。
ここで、表面処理とは、上記の画像処理（撮影）の前処理として、例えば、表面粗研磨、鏡面研磨した上、セコ液やライト液といった選択エッチング液に浸してＢＭＤの顕在化のためにおこなう処理を意味する。
これにより、前記断面の凹凸を減らして滑らかにし断面全体における画像データの正確性を向上するものとされ、特に、劈開により積片体を形成した場合などには有効である。その結果、画像処理手段における、光学顕微鏡を介してＣＣＤカメラが捉えるＢＭＤ像をより鮮明にし、画像処理時の２値化を容易にすることができる。
【００１９】
また、本発明のシリコンウェーハの評価方法では、前記画像処理手段において、観測した各切断片における前記ＢＭＤ存在状態を、前記ウェーハにおける平面位置に対応して３次元的に描画することで、ＢＭＤ存在状態をウェーハ面内方向全体におけるマップデータとして評価することが可能である。
これにより、ウェーハ製造における検査工程における自動的な合格／不合格処理判断や統計処理のデータや、あるいは、欠陥マップ、欠陥イメージ、コンポジットマップ等の欠陥データ解析、または、歩留まり解析システム等の解析システムの結果と、マップデータとしてのＢＭＤ存在状態と、を関連して評価することが容易になり、より正確な原因解析をおこなうことを可能とすることができる。
さらに、これらの原因解析によりデバイス欠陥やウェーハとしての不具合が、どの工程に起因するか、また、熱処理工程、デバイス工程などの工程のうち、どの要因に因るものかを解析することが可能となる。
【００２０】
ここで、コンポジットマップとは、ある評価対象ロットの各ウェーハにおけるデバイス工程上の不良チップ位置データを、ロット中の各ウェーハのデータにわたって一枚のマップに加算したもので、例えば、コンポジットマップでウェーハ周縁一部分のみに不良チップが集中していた場合には、その部分への製造工程中の汚染源の存在等が考えられる、というものである。
【００２１】
本発明のシリコンウェーハの評価方法では、前記画像処理手段において、本体ロットから試験評価用に抜き取った複数のウェーハ間における各ウェーハのＢＭＤ存在状態を比較評価することにより、シリコン単結晶軸方向における各ウェーハのＢＭＤ存在状態を評価することができ、単結晶製造工程に起因する欠陥の原因解析をおこなうことが可能となる。
【００２２】
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記の評価方法によってウェーハのＢＭＤ存在状態を評価する評価工程と、この評価工程に基づいてウェーハ面内方向でＢＭＤ存在状態が均一化するようにウェーハの製造条件を設定する工程と、を有することにより、ＢＭＤ存在状態評価結果からフィードバックしてウェーハの処理条件を設定して、ＢＭＤ存在状態がウェーハ面内方向に均一化したウェーハを提供することが容易になる。特に、ウェーハ品質に影響のあるファクターとして、ＤＺ層の深さ寸法、深さ方向のＢＭＤ密度ピーク分布をウェーハ面内方向で所定の適性値範囲に設定したウェーハを提供することが容易になる。
これにより、素子製造後のリーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼしてしまうことを防止できるとともに、ウェーハにおけるゲッタリング効果を最適化することが可能となる。従って、ウェーハ製造における歩留まりを向上することが可能となる。
【００２３】
本発明のシリコンウェーハの製造方法は、上記の評価方法によってウェーハのＢＭＤ存在状態を評価する評価工程と、この評価工程に基づいて複数ウェーハ間でＢＭＤ存在状態が均一化するようにウェーハの製造条件を設定する工程と、を有することにより、所定のロットにおける複数ウェーハ間におけるＢＭＤ存在状態評価結果からフィードバックしてウェーハの処理条件を設定してＢＭＤ存在状態が均一化された複数ウェーハを提供することが容易になる。同時に、ＢＭＤ存在状態評価結果からフィードバックして単結晶製造条件を設定してＢＭＤ存在状態が複数ウェーハ間で不均一になることを低減することが容易になる。
【００２４】
これにより、素子製造後のリーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に及ぼす影響を低減して、ゲッタリング効果を最適化したウェーハを提供することが可能となる。従って、ウェーハ製造における歩留まりを向上することが可能となる。
また、デバイスプロセス固有の要求ＢＭＤ存在状態を提供することで、デバイスプロセスに最適な品質のウェーハを提供でき、これにより、最大のデバイス収率を得られるという効果を奏する。
【００２５】
本発明は、前記ウェーハ面内方向におけるＢＭＤ存在状態とデバイス工程上での不良チップのコンポジットマップ図とを関連させ、ウェーハ品質レベルの不具合が、デバイス工程、ウェーハ熱処理工程および単結晶製造工程のどの工程に起因するか解析し、これらの対策のためのプロセス条件改善や最適化を図ることができる。ここで、ウェーハ品質レベルでの不具合とは、デバイス工程後の不良チップの割合をウェーハとして評価したものとする。
【００２６】
上記プロセス条件改善や最適化とは、ウェーハ面内方向ＢＭＤ存在状態の評価に基づくフィードバックとして、ウェーハ面内方向ＢＭＤ存在状態均一化を図るために、材料結晶の選択、単結晶成長条件の変更あるいは後述するウェーハの処理条件を設定することを示す。
【００２７】
ウェーハ処理条件とは、ＲＴＡ温度条件、同昇温速度、同降温速度、保持温度およびこれらの処理時間等を意味するものである。
これらの条件は、例えば、ＢＭＤ存在状態のフィードバックの結果として、ウェーハ表面付近に位置するＤＺ層の深さを３μｍ程度以上５０μｍ程度以下の所定値に設定するとともに、ＤＺ層の内側にあるＢＭＤ層におけるＢＭＤ分布を、図３に示すようなウェーハ表面・裏面のＤＺ層を越えた深さにピークを有する状態に設定することができる。また、ＢＭＤ層におけるＢＭＤ密度を、１０６ 個／ｍｍ３ 〜１０１１ 個／ｍｍ３ とすることがこのましい。
【００２８】
このようなＢＭＤ存在状態を得るようにフィードバックすることにより、デバイスの活性領域に形成された半導体素子の接合リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼしてしまうことを防止するとともに、充分なゲッタリング効果を有するウェーハを提供することが可能となる。
【００２９】
本発明においては、前記ＢＭＤ存在状態の評価工程の評価に基づいて、デバイス工程におけるゲッタリング効果の最適化を図るようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整する手段か、または、ＤＺ層深さ寸法を最適化するようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整する手段を採用することが可能である。
具体的には、ＤＺ層が薄すぎる場合には、熱処理温度を下げる、また、ＤＺ層が厚すぎる場合には、熱処理温度を上げる、ＢＭＤ層が薄すぎる場合には、熱処理温度を下げるか、降温速度のレート（急冷）を下げる、また、ＢＭＤ層が厚すぎる場合には、熱処理温度を上げる、ＢＭＤ密度が充分でない場合には、ＲＴＡ処理温度を上昇させることにより、ＢＭＤ密度を最適化する、また、ＢＭＤ密度過多の場合、素材単結晶の酸素濃度を下げる、というように、製造条件へのフィードバックをおこない、ＢＭＤ存在状態の最適化をおこなうことができる。
【００３０】
本発明のシリコンウェーハは、上記のシリコンウェーハの製造方法によって製造され、ウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間で均一なＢＭＤ存在状態を有することによりウェーハ品質のよいウェーハを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のシリコンウェーハの評価方法および製造方法によれば、ウェーハを切断片として積み重ね、この断面をＣＣＤカメラ等の画像処理手段で一度撮影し、この画像を画像処理して評価することで、従来の方法に比べて、その処理時間を大幅に短縮することができ、上記の評価方法によって、ウェーハ面内方向データとしてのＢＭＤ存在状態を評価し、この結果をフィードバックしてウェーハの製造条件を設定することで、ＢＭＤ存在状態がウェーハ面内方向に不均一になることを低減して、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼすことを防止できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係るシリコンウェーハの評価方法、製造方法、および、シリコンウェーハの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の評価方法を示す模式図であり、ウェーハ切断状態と積片体を示すものであり、図２は、本実施形態の評価方法を示す斜視図である。図において、符号Ｗはウェーハ（シリコンウェーハ）、Ｗ１は切断片である。
【００３３】
本実施形態のシリコンウェーハの製造方法においては、図７に示すフローチャートのように、ステップＳ３〜Ｓ６で示すシリコンウェーハの評価方法によってウェーハＷを評価し、この評価に基づいて製造するものである。したがって、評価方法を先に説明する。
【００３４】
本実施形態の評価方法においては、ウェーハＷのＢＭＤ存在状態を評価するものである。
このために、本実施形態においては、図７において、ステップＳ３で示されるウェーハ切断工程として、図１に示すように、ウェーハＷを平面視して略矩形の切断片Ｗ１，Ｗ１に切断し、次に、ステップＳ４で示される積片体形成工程（切断片積重工程）として、これら切断片Ｗ１，Ｗ１を積み重ねて積片体Ｓとする。
この切断工程において、（１，１，０）面からの劈開を利用して、各切断片Ｗ１をウェーハＷから切断することがもできる。
【００３５】
このとき、例えば切断片Ｗ１の同一方向の切断面、つまり、図１のウェーハＷにおいて、各切断片Ｗ１の上側の切断面Ｗ２が略面一になるように積層するとともに、平面視して切断面（断面）Ｗ２と直交するウェーハＷの中心線Ｌが一致するようにして積み重ねて接着し積片体Ｓを形成する。ここで、接着方法としては、アダルタイト等の接着剤を用いることができる。
さらに、図１、図２に示すように、この積片体Ｓの断面Ｓ０を鏡面状に研磨し、選択エッチングしておく。
【００３６】
次いで、ステップＳ５で示される断面測定工程として、この切断面Ｗ２，Ｗ２で形成された積片体Ｓの側面（断面）Ｓ０を、図２に示すように、画像処理手段における撮像装置としてのカメラＣで観測し、ＢＭＤ分布を評価する。この画像処理手段の撮像装置は、光学顕微鏡付きのＣＣＤカメラ等とされ、ウェーハＷ切断面で得られる一定の画像信号処理により、ウェーハ端を検出して測定を開始できるエッジ検出機能を有するものとされる。
【００３７】
ここで、切断片Ｗ１，Ｗ１はそれぞれ、ウェーハＷを平面視して幅０．５〜１．０ｃｍ程度の寸法に切断することが好ましい。
また、積片体Ｓとして重ね合わせるものは、デバイスとして実際に使用する部分のみでよく、略円形のウェーハＷのうち、図１に示すように縁部の切断片Ｗ１’は、その切断面Ｗ２が隣り合う切断片Ｗ１の相当する切断面Ｗ２で評価をおこなうことが可能なため、使用しないこともできる。このとき、この各切断片Ｗ１，Ｗ１のウェーハＷにおける切断前の位置と、各切断片Ｗ１，Ｗ１を積片体Ｓとして積層した順番とを画像処理手段の記録装置等に記録しておく。
【００３８】
側面Ｓ０を画像処理手段のカメラＣで撮影した後、この映像を画像処理手段の画像処理装置により画像処理することで、ＢＭＤ存在状態を評価する。このとき、ＣＣＤカメラの所定の画素部分に対応する画像信号が明視野では黒くなっている状態の場合、これをＢＭＤが存在するものだと判断し、そうでない状態の場合、ＢＭＤがないと判断する。このように撮影された映像を示す模式図を図４に示す。
ここで、所定の画素部分とは、連続するあらかじめ設定したアスペクト比に対応した形状とされる画素部分、例えば連続する上下２つの画素を一つの単位画像部分とすることができる。
【００３９】
図４はウェーハＷまたは切断片Ｗ１の表面に対応した図であり、ウェーハＷの裏面に対応した場合も同様の状態とすることができる。図においては、ウェーハＷまたは切断片Ｗ１の表面側に対応してＤＺ層Ｄが存在し、その内側（図では下側）にＢＭＤの存在するＢＭＤ層Ｂが存在する。
図において、黒班で示すものがＢＭＤを表している。また、ＤＺ層の深さとは、図４に示すように所定の間隔Δｘごとに黒班の領域を結んで仮想包絡線Ｋを形成し、ウェーハ表面からこの仮想包絡線Ｋまでの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３・・・をそれぞれ図３に示すＤＺ層深さとする。
【００４０】
ここで、画像処理におけるスキャンニングは、図２において示すように積片体Ｓとして積層した切断片Ｗ１，Ｗ１をその長さが最小となるようにスキャンするものとする。例えば、図２に示す側面Ｓ０において、最上部に積層された切断片Ｗ１の左端側から右端側に向かってスキャンし、続けてそのすぐ下側に位置する切断片Ｗ１を右端側から左端側に向かってスキャンし、同様にそのすぐ下側に位置する切断片Ｗ１の左端側から右端側に向かってスキャンする・・・というように、全ての切断片Ｗ１にわたってスキャンするものとする。
【００４１】
このような画像データからＤＺ層Ｄの深さ寸法、ＢＭＤ層Ｂの深さ寸法、およびＢＭＤ密度、ＢＭＤ密度ピーク位置等を算出し、これをウェーハＷの深さ方向分布として、数値データに変換する。そして、このデータを先に記憶した切断片Ｗ１の切断前の位置に応じて並べ替えるように変換し、ウェーハｗの面内方向分布データとしてマップデータ化し、ＢＭＤ存在状態とする。
【００４２】
図５、図６は本実施形態におけるＢＭＤデータをマップデータとしたものである。
図５において、ＢＭＤ存在状態の一例として、ウェーハ面内方向（Ｘ−Ｙ方向）に対する各短冊状に切断した切断片Ｗ１のＤＺ層深さデータ、つまりウェーハＷ面内方向におけるＤＺ層深さデータをＺ方向にＤｘとしたものを示す。このＤＺ層深さＤｘは、図４におけるＤ１，Ｄ２，・・を連続したものに対応している。
図６は、ＢＭＤ存在状態の一例として、ウェーハＷ面内方向におけるＢＭＤピークの表面からの深さをデータとしてＺ軸方向にプロットしたものであり、図において、ＢｐはＢＭＤピーク深さを示す。
【００４３】
次いで、ステップＳ６に示すように、これらの数値から評価対象であるウェーハＷを評価する。
【００４４】
つまり、評価対象であるウェーハＷに対して、ＢＭＤ存在状態の値がウェーハ面内全体で所定の範囲内にあるか否かをそれぞれチェックして、対象ウェーハＷの面内方向における各数値が上記の範囲内にある場合には、出荷可能な製品として評価する。また、これらの数値が、上記の範囲内にない場合には、後述するように製造工程の条件をフィードバックして改善するという評価とする。
このＢＭＤ存在状態が所定の範囲とされる例としては、例えば、ＤＺ層Ｄの深さＤｘが３μｍ程度以上５０μｍ程度以下に設定されることや、ＢＭＤ層Ｂピーク密度の値が１０８ｍｍ３程度以上１０１２ｍｍ３ 程度以下の範囲の所定値に設定されることができる。
【００４５】
これは、上記ＢＭＤ存在状態の各値がその範囲に設定されていない場合には、充分なゲッタリング効果を得ることができない可能性や、接合リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼしてしまう可能性があり好ましくないためである。
デバイス工程でのウェーハ評価法としては、さらに、ウェーハ面内のチップ不良分布と、あるいはそれらの分布をウェーハ間でまとめ、より不良が再現されやすいコンポジットマップとし、このようなデバイス不良分布データと、上記のＢＭＤ存在状態との相互評価をおこない、最適化を図るためのデータとすることができる。
【００４６】
次に、上記の評価方法からフィードバックをおこなうシリコンウェーハの製造方法を説明する。
【００４７】
本実施形態のシリコンウェーハの製造方法では、ＣＺ法により引き上げたインゴットからウェーハＷを切り出し、図７のステップＳ１に示す単結晶製造品質確認工程として、ウェーハＷを切りだしたインゴットの成長時における酸素濃度等の結晶成長条件を確認するとともに、このウェーハＷがインゴットの軸方向におけるどの位置にあったのかを確認する。
【００４８】
次いで、ステップＳ２に示す熱処理工程として、まず、アルゴンガス等の不活性ガス又は水素ガス等の還元性ガスの雰囲気中で、１０５０℃以上１２５０℃以下の高温で短時間の急速加熱・急冷の熱処理（ＲＴＡ）を施し、内部に高濃度の空孔（Vacancy）を形成し、急冷により凍結する。このときの熱処理時間は１〜６０ｓｅｃとされ、昇温速度は、例えば、３０〜７０℃／ｓｅｃとされ、また、降温速度は５〜５００℃／ｓｅｃとされる。
【００４９】
この熱処理（ＲＴＡ処理）後に、該熱処理より低い温度で、空孔への酸素析出をおこなうために熱処理（例えば、８００℃４時間の熱処理に連続して１０００℃１６時間の熱処理）を熱処理炉などでほどこすことにより、表層では、空孔の外方拡散と酸化膜形成にともなう格子間Ｓｉの注入による空孔と格子間Ｓｉによる対消滅によって表層にＤＺ層Ｄを形成するとともに、内部（特に表面近傍）に酸素析出による高ＢＭＤ密度のＢＭＤ層Ｂを形成する。
【００５０】
上記酸素析出のための熱処理により、図４に示すように、深さ方向のＢＭＤ密度はＭ型の分布となり、表面近傍に最大値（ＢＭＤピーク密度）を有するとともに深さ方向の中間部分に極小値（ＢＭＤバルク密度）を有する。そして、このＢＭＤピーク密度は、ＢＭＤバルク密度に対して２倍以上となるよう設定する。ＢＭＤピーク密度は、ＢＭＤバルク密度に対して３倍以上となるよう設定してもかまわない。
【００５１】
次に、ウェーハＷの評価をおこなうために、前述のステップＳ３〜Ｓ６の各工程をおこなう。ステップＳ６の評価により、ＯＫとされた場合には、ステップＳ８の製品化工程を経て製品として出荷されるとともに、ＮＯとされた場合には、その状態に応じてフィードバックし、ステップＳ７に示すように、ウェーハ処理条件としての熱処理工程Ｓ２における条件で改善可能なものは、各条件を修正、あるいは、結晶特性値条件、例えば、酸素濃度レベル制御をおこなう。またステップＳ７において、ステップＳ２の熱処理で改善不可能な状態であれば、ステップＳ１に戻って、インゴットの選定をやりなおすかまたは単結晶（インゴット）製造工程の製造条件を修整する。
【００５２】
ここで、ステップＳ２に戻って改善されるウェーハ処理条件としては、ＲＴＡ温度条件、同昇・降温速度、酸素析出熱処理温度条件、各処理時間等が挙げられる。
これらの条件を修正することにより、ＢＭＤ存在状態が適性な範囲になるようにする。
【００５３】
例えば、ステップＳ６において、図５に示すＤＺ層深さＤｘが所定の範囲から逸脱している場合には、どの工程に起因するものかを判断し、ステップＳ７において、熱処理工程Ｓ２に起因するものだと判断した場合には、次のように製造条件にフィードバックする。
例えば、図５に示すＤＺ層深さＤｘの所定の範囲からの逸脱が、熱処理中に発生した欠陥に起因するものだと判断された場合には、熱処理治具の形状対策を施すことができる。
また、図６の情報から、ＢＭＤ存在状態が所定のウェーハ品質に対して適合しているかどうかを判断してウェーハを評価し、この条件を図５の例と同様に製造条件にフィードバックすることにより、最適なＢＭＤ存在状態やゲッタリング能力制御をおこなうことができる。
【００５４】
また、具体的に各条件をフィードバックして修正する例としては、次のようのものがある。
１． ＤＺ層Ｄの深さが２μｍ程度の部分が存在する等薄すぎる場合には、熱処理温度を下げて調節する。
２． ＤＺ層Ｄの深さが１０μｍ程度以上である等厚すぎる場合には、熱処理温度を上げて調節する。
３． また、ＢＭＤ層Ｂピーク深さが５０μｍ以上と厚すぎる場合には、熱処理温度を上げて調節する。
４． ＢＭＤ層Ｂピーク深さが１０μｍ程度と薄すぎる場合には、熱処理温度を下げるか、降温速度のレート（急冷）を下げて調節する。
５． また、ＢＭＤ層ＢにおけるＢＭＤ密度が充分でない場合には、ＲＴＡ処理温度を上昇させる。
【００５５】
本実施形態のシリコンウェーハの評価方法においては、ウェーハＷを矩形の切断片Ｗ１として積み重ねて積片体Ｓとし、この積片体Ｓ１のＳ０をＣＣＤカメラＣで一度撮影し、この画像を画像処理して評価することで、ウェーハＷの面内方向全体のデータであるＢＭＤ存在状態を評価することが可能となる。これにより、従来のようにウェーハＷの断面を最長直径と同じ長さでスキャンするだけではウェ−ハの全体にわたるＤＺ層深さ分布やＢＭＤ密度ピーク深さ分布などの重要な分布情報が得られず、デバイスの所望するＢＭＤ存在状態制御が充分におこない得なかった状態を改善することができる。また、正確なＢＭＤ存在状態、例えばウェーハＷ面内のＤＺ層深さ分布、ＢＭＤ密度ピーク深さ分布等を把握することができ、これらの分布から、熱処理条件、熱処理治具形状、結晶特性、結晶製造条件へのフィードバックをおこなうことができるため、デバイスの所望する最適品質を有するウェーハを得ることが可能となる。
【００５６】
また、全ての切断片Ｗ１切断面ごとにこのスキャンをおこなう必要がないため、処理時間を大幅に短縮することが可能となる。さらに、ウェーハＷの切断面を複数回スキャンすることなく、一度だけ側面Ｓ０を撮影することでウェーハＷ面内方向データであるＢＭＤ存在状態を測定することができ、処理時間を短縮することができる。
【００５７】
本実施形態のシリコンウェーハの製造方法は、上記の評価方法によって、ＢＭＤ存在状態を評価し、この結果をフィードバックしてウェーハ製造工程の熱処理工程における処理条件を設定することで、ウェーハ面内でＢＭＤ存在状態の均一化を図ることができ、ＤＺ層Ｄの深さ寸法ＤｘおよびＢＭＤ層Ｂの深さ寸法Ｂｐ等のＢＭＤ存在状態をウェーハ面内方向全体で適性な値の範囲とすることが容易になる。これにより、リーク電流増大や酸化膜耐圧低下等、半導体デバイスの特性に大きな影響を及ぼすことのないシリコンウェーハＷを製造することができる。
【００５８】
なお、本実施形態においては、シリコンウェーハの評価方法によってウェーハＷの熱処理条件にフィードバックをおこなった例を示したが、インゴット製造の工程における酸素濃度レベル、酸素濃度分布等の条件にフィードバックすることもできる。
【００５９】
具体的には、ステップＳ６，Ｓ７において、図５に示すＤＺ層深さＤｘの所定の範囲からの逸脱が、リング状の分布で結晶の酸素濃度分布、あるいは、欠陥分布起因であれば、素材料結晶の品質特性にフィードバックして、インゴットの選択をおこなうか、インゴットの引き上げ時の条件にフィードバックすることにより分布改善を図ることができる。
また、図６の情報から、ＢＭＤ存在状態が所定のウェーハ品質に対して適合しているかどうかを判断してウェーハを評価し、この条件を図５の例と同様に、材料結晶の選択、成長条件の変更等製造条件にフィードバックすることにより、最適なＢＭＤピーク位置の制御をおこなうことができる。
【００６０】
この場合には、以下のような条件でフィードバックをおこなうことができる。
１． ＤＺ層Ｄの深さが２μｍ程度の部分が存在する等薄すぎる場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で下げることにより制御できる。
２． ＤＺ層Ｄの深さが１０μｍ程度以上である等厚すぎる場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で上げることにより制御できる。
３． また、ＢＭＤ層Ｂのピーク位置深さが５０μｍ程度と厚すぎる場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で上げることにより制御できる。
４． ＢＭＤ層Ｂのピーク位置深さが５μｍ程度と浅すぎる場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で下げることにより制御できる。
５． また、ＢＭＤ層ＢにおけるＢＭＤ密度が充分でない場合には、素材結晶の酸素濃度をＯＬＤ ＡＳＴＭ値０．１×１０１８atoms／ｃｍ３ 単位で上げることにより制御できる。
【００６１】
（実施例）
以下、本発明に係る実施例を説明する。
図８は、図４の模式図に対応したウェーハ断面を示す実際の画像であり、（ａ）では全体にＢＭＤが分布する例であり、（ｂ）および（ｃ）は表面側にＤＺ層が形成されかつ厚み方向中央部分にＩＧ層（ＢＭＤ層）が形成された例である。
これら図８の画像において、黒くなっている部分、および、そうでない部分が明確に判別でき、これらの画像から、ＢＭＤが存在する部分とＢＭＤがない部分とを判断することで、ＢＭＤ存在状態を評価すること、例えば、表面側のＤＺ層（無欠陥層）の存在が判別可能なことがわかる。
【００６２】
図９は上述した図２に示す実施形態のように、積片体Ｓの断面Ｓ０を鏡面状に研磨して選択エッチングした後、図７のステップＳ５で示される断面測定工程として、この切断面Ｗ２，Ｗ２で形成された積片体Ｓの側面（断面）Ｓ０を、撮像装置としてのカメラＣで観測した画像である。
図１０は、図９における積層体Ｓの断面Ｓ０を拡大したものであり、ウェーハＷ１の上下にある黒い層は接着剤によって形成された接着層である。
【００６３】
図１１は、ウェーハＷ１におけるＢＭＤ存在状態の値を算出する画像の例であり、実際には、図１１のように各データセグメントｄｔｓのように領域を分割し、この各データセグメントｄｔｓ内におけるＢＭＤを算出する。
セグメントごとのウェーハ断面内ＢＭＤ値を表１に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
この表１でａ，ｂ，ｃ・・・は図１１のような各列のデータセグメントｄｔｓに対応し、１，２，３・・・は図１１の各行のようなデータセグメントｄｔｓに対応する。
図１２は、表１のデータセグメントｄｔｓごとのＢＭＤ値を表したグラフである。
【００６６】
図１３は、本発明の評価方法を適応するシリコンウェーハ断面のＢＭＤ画像であり、ウェーハ中心から、０ｍｍ，２５ｍｍ，５０ｍｍ，７５ｍｍ，９０ｍｍの位置におけるウェーハ断面のＢＭＤ画像データであり、図１４は、上記の評価方法からフィードバックをおこなったシリコンウェーハ断面のＢＭＤ画像である。
図１３におけるウェーハはアンモニア雰囲気におけるＲＴＡ処理温度が１１５０℃であり、このウェーハのけるＢＭＤ分布では、表面付近におけるＢＭＤが多すぎてＤＺ層（無欠陥層）厚さ寸法が小さいため、上記のフィードバックとして、ＲＴＡ温度を１１４０℃とした例である。これにより、ウェーハ表面におけるＤＺ層厚さが大きくなったことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係るシリコンウェーハの評価方法および製造方法の一実施形態を示すウェーハの平面図、切断片および積片体を示す模式斜視図である。
【図２】本発明に係るシリコンウェーハの評価方法および製造方法の一実施形態を示す模式斜視図である。
【図３】シリコンウェーハ深さ方向Ｔにおける裏面から表面までのＢＭＤ存在状態を示すグラフである。
【図４】シリコンウェーハの切断面において、表面近傍の一部分でのＢＭＤ存在状態を示す模式図である。
【図５】本実施形態のシリコンウェーハの評価方法におけるウェーハ面内方向におけるＤＺ層深さ分布を示すものである。
【図６】本実施形態のシリコンウェーハの評価方法におけるウェーハ面内方向におけるＢＭＤピーク位置分布を示すものである。
【図７】本発明に係るシリコンウェーハの評価方法および製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例を示すもので、図４の模式図に対応したウェーハ断面を示す実際の画像である。
【図９】本発明の実施例を示すもので、積片体Ｓの側面Ｓ０を、撮像装置としてのカメラＣで観測した画像である。
【図１０】本発明の実施例を示すもので、図９における積層体Ｓの断面Ｓ０を拡大したものである。
【図１１】本発明の実施例を示すもので、ウェーハＷ１におけるＢＭＤ存在状態の値を算出する画像の例である。
【図１２】本発明の実施例を示すもので、データセグメントｄｔｓごとのＢＭＤ値を表したグラフである。
【図１３】本発明の実施例を示すもので、本発明の評価方法を適応するシリコンウェーハ断面のＢＭＤ画像である。
【図１４】本発明の実施例を示すもので、本発明の評価方法からフィードバックをおこなったシリコンウェーハ断面のＢＭＤ画像である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｗ ウェーハ
Ｗ１ 切断片
Ｗ２ 切断面
Ｓ 積片体
Ｓ０ 側面
Ｂ ＢＭＤ層
Ｃ 画像処理手段
Ｄ ＤＺ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハを平面視して短冊状の切断片に切断する工程と、
前記切断片の切断面が略面一の断面となるようにこれら切断片を積み重ねて積片体とする工程と、
前記断面を画像処理手段で観測し、ＢＭＤ存在状態を評価する工程と、
を有することを特徴とするシリコンウェーハの評価方法。
【請求項２】
前記断面を表面処理することを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの評価方法。
【請求項３】
前記画像処理手段において、観測した各切断片における前記ＢＭＤ存在状態を、前記ウェーハにおける平面位置に対応して３次元的に描画して評価することを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの評価方法。
【請求項４】
前記画像処理手段において、複数のウェーハにおける前記ＢＭＤ存在状態を基に、シリコン単結晶軸方向における各ウェーハのＢＭＤ存在状態を評価することを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの評価方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載される評価方法によってウェーハのＢＭＤ存在状態を評価する評価工程と、
この評価工程に基づいてウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間でＢＭＤ存在状態が均一化するようにウェーハの製造条件を設定する工程と、
を有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載されるシリコンウェーハの製造方法において、
前記ＢＭＤ存在状態とデバイス工程上での不良チップのコンポジットマップ図とを関連させ、
ウェーハ品質レベルの不具合が、デバイス工程、ウェーハ熱処理工程および単結晶製造工程のどの工程に起因するか解析し、これらの改善条件を設定することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載されるシリコンウェーハの製造方法において、
前記ＢＭＤ存在状態の評価工程の評価に基づいて、デバイス工程におけるゲッタリング効果の最適化を図るようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項８】
請求項５または６に記載されるシリコンウェーハの製造方法において、
前記ＢＭＤ存在状態の評価工程の評価に基づいて、ＤＺ層深さ寸法を最適化するようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれかに記載されるシリコンウェーハの製造方法によって製造され、
ウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間で均一なＢＭＤ存在状態を有することを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項１】
ウェーハを平面視して短冊状の切断片に切断する工程と、
前記切断片の切断面が略面一の断面となるようにこれら切断片を積み重ねて積片体とする工程と、
前記断面を画像処理手段で観測し、ＢＭＤ存在状態を評価する工程と、
を有することを特徴とするシリコンウェーハの評価方法。
【請求項２】
前記断面を表面処理することを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの評価方法。
【請求項３】
前記画像処理手段において、観測した各切断片における前記ＢＭＤ存在状態を、前記ウェーハにおける平面位置に対応して３次元的に描画して評価することを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの評価方法。
【請求項４】
前記画像処理手段において、複数のウェーハにおける前記ＢＭＤ存在状態を基に、シリコン単結晶軸方向における各ウェーハのＢＭＤ存在状態を評価することを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの評価方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載される評価方法によってウェーハのＢＭＤ存在状態を評価する評価工程と、
この評価工程に基づいてウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間でＢＭＤ存在状態が均一化するようにウェーハの製造条件を設定する工程と、
を有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載されるシリコンウェーハの製造方法において、
前記ＢＭＤ存在状態とデバイス工程上での不良チップのコンポジットマップ図とを関連させ、
ウェーハ品質レベルの不具合が、デバイス工程、ウェーハ熱処理工程および単結晶製造工程のどの工程に起因するか解析し、これらの改善条件を設定することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載されるシリコンウェーハの製造方法において、
前記ＢＭＤ存在状態の評価工程の評価に基づいて、デバイス工程におけるゲッタリング効果の最適化を図るようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項８】
請求項５または６に記載されるシリコンウェーハの製造方法において、
前記ＢＭＤ存在状態の評価工程の評価に基づいて、ＤＺ層深さ寸法を最適化するようにウェーハ全体のＢＭＤ存在状態を調整することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項９】
請求項５から８のいずれかに記載されるシリコンウェーハの製造方法によって製造され、
ウェーハ面内方向および／または複数ウェーハ間で均一なＢＭＤ存在状態を有することを特徴とするシリコンウェーハ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２０７８７７（Ｐ２００７−２０７８７７Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８３３（Ｐ２００６−２２８３３）
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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