半導体試料中の金属汚染評価方法および半導体基板の製造方法
【課題】半導体基板の金属汚染評価をＤＬＴＳ法によってより一層高感度に行うための手段を提供する。
【解決手段】半導体試料上の半導体接合に対して空乏層を形成するための逆方向電圧ＶRと該空乏層にキャリアを捕獲するための弱電圧Ｖ1とを交互かつ周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第一のＤＬＴＳスペクトルを得て、又上記半導体接合に対して、上記ＶRを周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第二のＤＬＴＳスペクトルを得て、第二のＤＬＴＳスペクトル、または第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られたスペクトルを補正用スペクトルとして、該補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得る。前記差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いる。
【解決手段】半導体試料上の半導体接合に対して空乏層を形成するための逆方向電圧ＶRと該空乏層にキャリアを捕獲するための弱電圧Ｖ1とを交互かつ周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第一のＤＬＴＳスペクトルを得て、又上記半導体接合に対して、上記ＶRを周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第二のＤＬＴＳスペクトルを得て、第二のＤＬＴＳスペクトル、または第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られたスペクトルを補正用スペクトルとして、該補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得る。前記差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体試料中の金属汚染評価方法に関するものであり、詳しくは、ＤＬＴＳ法（Deep-Level Transient Spectroscopy）により半導体試料中の微量の金属汚染の評価を可能とする金属汚染評価方法に関するものである。
更に本発明は、前記方法による評価結果に基づく品質管理がなされた製品基板を提供する半導体基板の製造方法にも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の金属汚染は、製品のデバイス特性に悪影響を及ぼす。例えばＦｅやＮｉなどの重金属は、Ｓｉ中に入るとバンドギャップ中に深い準位を作ってキャリア捕獲中心や再結合中心として働き、デバイス中のｐｎ接合リークやライフタイム低下の原因となる。したがって、金属汚染の少ない高品質な半導体基板を提供するために、半導体基板中の金属汚染を高い信頼性をもって評価する方法が求められている。
【０００３】
半導体基板の金属汚染評価方法としては様々な手法が提案され実用されているが、中でもＤＬＴＳ法（例えば特許文献１、２参照）は高感度であるため、特に近年のシリコンウェーハのクリーン化に伴い頻繁に使用されるようになってきている。
【０００４】
以下に、従来のＤＬＴＳ法の概要を説明する。下記で参照する図面には、ｐ型ＣＺシリコンに１ｍｍ2のショットキーダイオードを形成したものを試料とした例を示す。
【０００５】
１）評価対象の半導体試料上に形成した半導体接合（ショットキー接合またはｐｎ接合）に、空乏層を形成する逆方向電圧（ＶR）と空乏層にキャリアを捕獲するための０Ｖ近辺の弱電圧（Ｖ1）を交互、周期的に印加する（図１２上図に試料となるダイオードへの電圧印加条件を示す。図中、ＶR＝＋５Ｖ、Ｖ1＝＋１Ｖである。）。
２）その電圧に対応して発生するダイオードの容量(キャパシタンス)の過渡応答を測定する（図１２下図参照）。
３）上記１）、２）の電圧印加および容量の測定を、試料温度を所定温度範囲で掃引しながら行う。なおシリコンの場合は、３０−３００Ｋの範囲内での温度掃引が一般的に行われる。この容量の過渡応答は温度依存性を有する。温度依存性の模式図が、図１３である。
このとき、ＤＬＴＳ信号（ΔＣ）は、通常、以下のように定義される。
ΔＣ＝Ｃ（ｔ１）−Ｃ（ｔ２） …（１）
上記式（１）において、Ｃ（ｔ１）は電圧印加から所定期間経過した時間ｔ１における容量であり、Ｃ（ｔ２）はＣ（ｔ１）測定から所定期間経過した時間ｔ２における容量である。なお近年では、ロックインアンプを使って、過渡応答の前半と後半のそれぞれの積算値の差を取ってＤＬＴＳ信号とする方式（ロックイン式）もよく使われている。また、ＤＬＴＳ信号ΔＣは微小な信号であるため、通常は測定された値ΔＣをコンピュータに取り込んで各温度ごとに平均値を求めるが、温度掃引をリニアに行い、Ｔ±０．５ないし１［Ｋ］の範囲で取得したΔＣの平均値を、温度Ｔ［Ｋ］におけるΔＣとしている場合が多い。
【０００６】
逆方向電圧（ＶR）印加により形成される空乏層中に深い準位が存在する場合、ＤＬＴＳ信号ΔＣを温度との関係でプロットすると、図１４のようなＤＬＴＳスペクトルを得ることができる。なお図１４は、ｐ型ＣＺシリコンを測定周波数ｅ＝５４．２５／ｓ、ｅ＝５４２．５／ｓとなる二通りの条件で測定して得られたＤＬＴＳスペクトルである。図１４に示すような形状のスペクトルが得られる理由は、以下のようにキャリア放出の速さが温度に依存していることによる。
低温：深い準位からのキャリアの放出が遅いため、ΔＣ≒０
高温：深い準位からのキャリア放出が早く、ｔ＝ｔ１の以前に殆どキャリア放出がおわっており、結果として、ΔＣ≒０
このような関係から、深い準位の特性（活性化エネルギーＥａ、キャリアの捕獲断面積σ）、および測定条件に依存して、所定の温度にΔＣのピークが現れる。なお図１４は上記式（１）に従うデータ処理が行われているのでピークは下向き（下に凸）になるが、ΔＣ＝Ｃ（ｔ２）−Ｃ（ｔ１）としてデータ処理する場合もあり、その場合は深い準位による信号は上に凸になる。
【０００７】
以上により得られたＤＬＴＳスペクトルにおけるピークの高さから、例えば下記式（２）により深い準位の濃度（ＮT）を計算することができる。
ＮT≒２＊ＮD＊ΔＣMAX／Ｃ∞（／ｃｍ3） …（２）
ここで、ＮDはドーパント濃度、ΔＣMAXはピーク位置温度でのＤＬＴＳ信号の強度、Ｃ∞はＶR印加後、深い準位からのキャリアの放出がほぼ終了した後の空乏層容量である。従って、Ｃ∞＝Ｃ（Ｖ＝ＶR，ｔ＝∞）となる。
【０００８】
また、ｔ1／ｔ2の比を変えてＤＬＴＳ測定を行うと、それに応じてＤＬＴＳピーク位置がシフトする。
このとき、測定条件ｔ１，ｔ２によって、下記式（３）、（４）からキャリアの放出割合（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｅ）ｅを算出することができる。
τ＝（ｔ2−ｔ1）／ ｌｏｇ（ｔ2／ｔ1） …（３）
ｅ＝１／τ …（４）
【０００９】
更に、ピーク位置（温度）Ｔの逆数１／Ｔを横軸に、ｅ／Ｔ2を縦軸に取り、いわゆるアレニウスプロットを取ることで、プロットの傾き（ｙ切片）から深い準位のエネルギーレベル（ＥT）を求めることができる。なぜならば、諸々の特性値の間に、下記式（５）の関係が成立するからである。
ｌｎ（ｅ／Ｔ2）＝ｌｎ（γσ）・Ｅact／ｋＴ …（５）
ここで、ｋはボルツマン定数であり、γ、Ｅactは以下のとおりである。
ｎ型基板（多数キャリアが電子）の場合：γ＝１．９Ｅ２０［ｃｍ-2ｓ-1Ｋ-2］
Ｅact＝ ＥC−ＥT ［ｅＶ］
ｐ型基板（多数キャリアが正孔）の場合：γ＝１．８Ｅ２１［ｃｍ-2ｓ-1Ｋ-2］
Ｅact＝ＥT−ＥV［ｅＶ］
（上記において、ＥCは伝導帯の下端、ＥVは荷電子帯の上端である。）
【００１０】
また、過去の文献・論文で紹介されているＤＬＴＳ測定結果に基づくアレニウスプロットのライブラリーや、意図的に欠陥や金属汚染を導入した半導体基板でのＤＬＴＳ測定結果を蓄積して各自で作成したアレニウスプロットのライブラリーと照合することにより、今回の測定で検出された深い準位の正体（汚染金属種）を特定することもできる。例えば図１４では、測定周波数ｅ＝５４．２５／ｓ、ｅ＝５４２．５／ｓとなる二通りの条件において、それぞれ５２ｋ、６０ｋの位置にＤＬＴＳ信号のピークが検出された。図１５は、図１４の測定で得られたピーク位置（温度）とeの関係をアレニウスプロットし、測定器内蔵のライブラリーと照合した結果である。図１５から、図１４で検出されたＤＬＴＳ信号は、Ｆｅ−Ｂ対によるものである可能性が高いことが分かる。この結果から、汚染金属種をＦｅと特定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３，８５９，５８５号
【特許文献２】米国特許第４，４３７，０６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
半導体基板に含まれる汚染金属量が多い場合には、図１５に示すように、深い準位からのＤＬＴＳ信号が十分大きく、それに比べてベースラインの傾き・ウネリの影響は十分小さく無視できるためピークの検出は容易である。しかし近年、半導体デバイスの高性能化にともなって、シリコンウェーハ等の半導体基板のクリーン化（金属不純物濃度の低減）が進められているため、ＤＬＴＳ法には微量の金属汚染を評価するために更なる高感度化が求められている。しかしクリーン化された半導体基板では深い準位の形成要因となるような金属不純物量が少ないためＤＬＴＳ信号は極めて微弱である。このような場合、深い準位からのキャリア放出とは無関係なベースラインの傾き・うねり成分の大きさが、深い準位による真のＤＬＴＳ信号の強度に比べて無視できないほど大きくなり、ピーク位置や高さを精度良く検出する上での妨げとなる。また、いわゆるホワイトノイズが大きい上にベースラインのうねりなどがあると、信号（ピーク）を認識する上での妨げとなる。なお、上記のベースラインの傾き・うねりへの対処法としては、簡易的には、深い準位による信号の両肩を直線で結び、その直線をベースラインとして利用して解析する方法もあるが、複数のピークが重なり合うようにして現れる（または現れる可能性がある）場合、ピークの両肩を線で結ぶということ手順自体、確からしさが疑わしくなる。また、ベースラインが単純な直線で近似できないようなウネリを含んでいる場合もあるので、この方法では誤差が大きくなる懸念もある。
【００１３】
以上説明したように、ＤＬＴＳ法による半導体基板の金属汚染評価には、より一層の高感度化が求められていた。
【００１４】
そこで本発明の目的は、半導体基板の金属汚染評価をＤＬＴＳ法によってより一層高感度に行うための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、下記手段により達成された。
［１］ＤＬＴＳ法による半導体試料中の金属汚染評価方法であって、
評価対象の半導体試料上に形成した半導体接合に対して、空乏層を形成するための逆方向電圧ＶRと該空乏層にキャリアを捕獲するための弱電圧Ｖ1とを交互かつ周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第一のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
上記半導体接合に対して、上記ＶRを周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第二のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
第二のＤＬＴＳスペクトル、または第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られたスペクトルを補正用スペクトルとして、該補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得ること、
を含み、
前記差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いて前記半導体試料中の金属汚染評価を行うことを特徴とする、前記金属汚染評価方法。
［２］前記金属汚染評価は、前記評価用ＤＬＴＳスペクトルのピーク位置に基づき汚染金属種の特定を行うことを含む［１］に記載の金属汚染評価方法。
［３］前記補正用スペクトルは、第二のＤＬＴＳスペクトルの近似曲線である［１］または［２］に記載の金属汚染評価方法。
載の金属汚染評価方法。
［４］前記半導体接合に対して第一のＤＬＴＳスペクトルを得るためのＤＬＴＳ信号の測定と第二のＤＬＴＳスペクトルを得るためのＤＬＴＳ信号の測定を温度掃引しながら交互に行うことで、１回の温度掃引により第一のＤＬＴＳスペクトルおよび第二のＤＬＴＳスペクトルを得る［１］〜［３］のいずれかに記載の金属汚染評価方法。
［５］複数の半導体基板からなる半導体基板のロットを準備する工程と、
前記ロットから少なくとも１つの半導体基板を抽出する工程と、
前記抽出された半導体基板の金属汚染を評価する工程と、
前記評価された結果、金属汚染が許容レベル以下と判定された半導体基板と同一ロット内の他の半導体基板を製品基板として出荷する工程と、を含む半導体基板の製造方法であって、
前記抽出された半導体基板の金属汚染評価を、［１］〜［４］のいずれかに記載の方法によって行うことを特徴とする、前記製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
従来のＤＬＴＳ法では深い準位によるキャリアの捕獲・放出に起因しないベースラインの傾き・うねりが測定結果に含まれているため、深い準位のエネルギー準位（ＥＴ）、キャリアに対する捕獲断面積（σ）、準位密度（ＮＴ）の定量結果の誤差の要因となっている。これに対し本発明によれば、ベースラインの傾きやうねりを補正することによって、より正しく測定結果を得ることができる。本発明は、深い準位によるＤＬＴＳ信号がごく微弱で、ベースラインの傾き・うねりがもたらす誤差を無視できない場合に特に効果を発揮する。さらには、ベースラインの傾き・うねり、短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）に微弱なＤＬＴＳ信号が埋もれてしまうような場合に本発明を適用することで、ＤＬＴＳ法の深い準位に対する検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１で得られた第一のＤＬＴＳスペクトルである。
【図２】実施例１で得られた第二のＤＬＴＳスペクトルである。
【図３】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを線形近似した近似直線を示す。
【図４】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを対数関数で近似した近似曲線を示す。
【図５】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを３次多項式で近似した近似曲線を示す。
【図６】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを５次多項式で近似した近似曲線を示す。
【図７】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを５０Ｋごとに区切って線形近似して得た近似直線をつなげた結果を示す。
【図８】図６に示す近次曲線と図１に示す第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルである。
【図９】実施例２で得られた第一のＤＬＴＳスペクトルである。
【図１０】図９に示す第一のＤＬＴＳスペクトルと、実施例２で得た第二のＤＬＴＳスペクトルを４次多項式で近似した近似曲線との差分スペクトルである。
【図１１】ｎ型シリコンにおいて電子トラップとしてＤＬＴＳで検出される深い準位のライブラリーを示す。
【図１２】従来のＤＬＴＳ法の概要の説明図である。
【図１３】従来のＤＬＴＳ法の概要の説明図である。
【図１４】従来のＤＬＴＳ法の概要の説明図である。
【図１５】従来のＤＬＴＳ法の概要の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ＤＬＴＳ法による半導体試料中の金属汚染評価方法（以下、「本発明の評価方法」ともいう。）に関する。本発明の評価方法は、
評価対象の半導体試料上に形成した半導体接合に対して、空乏層を形成するための逆方向電圧ＶRと該空乏層にキャリアを捕獲するための弱電圧Ｖ1とを交互かつ周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第一のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
上記半導体接合に対して、上記ＶRを周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第二のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られた補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得ること、
を含むものであり、前記差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いて前記半導体試料中の金属汚染評価を行うことを特徴とする。
半導体接合に対してｐ型→ｎ型に向かう方向に電流が流れるように印加される電圧を順方向電圧といい、この逆の方向に印加される電圧が逆方向電圧である。当分野で周知のように、逆方向電圧の印加によっては半導体接合に電流が流れないため、半導体接合に空乏層が形成されることとなる。第一のＤＬＴＳスペクトル取得時には、０Ｖ近辺のＶ1印加により、ＶR印加によって形成された空乏層にキャリアが捕獲される。これは通常のＤＬＴＳ測定と同様であるが、本発明では上記第二のＤＬＴＳスペクトル取得時にはＶ1印加を行わないため、ＶR印加により広がる空乏層中の深い準位によるキャリアの捕獲も放出も起こらない。したがって、第二のＤＬＴＳスペクトルには、深い準位によるキャリアの捕獲・放出と無関係に生じるベースラインの傾き・うねり、短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）のみが含まれることとなる。したがって、この第二のＤＬＴＳスペクトルから得られた補正用スペクトルと第一のＤＬＴＳスペクトルの差分スペクトルには、深い準位によるキャリアの捕獲・放出による信号のみが含まれることとなるため、この差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いることで、深い準位による信号の強度や信号ピークの位置を正確に求めることができ、したがってＤＬＴＳ法の高感度化が可能となる。
以下、本発明の評価方法について、更に詳細に説明する。
【００１９】
本発明における評価対象の半導体試料としては、通常ＤＬＴＳ法が適用される各種半導体基板（例えばシリコンウェーハ）を挙げることができ、またＤＬＴＳ信号の測定およびＤＬＴＳスペクトル作成に使用する測定装置としては、通常のＤＬＴＳ測定装置をそのまま、または任意に改変して用いることができる。例えば、通常のＤＬＴＳ装置は１回の温度掃引について１つのＤＬＴＳスペクトルを取得するが、本発明では通常のＤＬＴＳ信号の測定と弱電圧Ｖ1印加を伴わないＤＬＴＳ信号の測定を交互に行いながら温度掃引することで、１回の温度掃引の中で第一のＤＬＴＳスペクトルと第二のＤＬＴＳスペクトルの取得の両方を行うことができるように、装置搭載のプログラムを変更した測定装置を用いることもできる。このように同一試料について第一のＤＬＴＳスペクトルと第二のＤＬＴＳスペクトルの取得を１回の温度掃引にて行ってもよく、または１回目の温度掃引において第一のＤＬＴＳスペクトルを取得し、次いで２回目の温度掃引において第二のＤＬＴＳスペクトルの取得を行ってもよく、またはこの逆の順に第一、第二のＤＬＴＳスペクトルの取得を行ってもよい。
【００２０】
本発明において第一のＤＬＴＳスペクトルの取得は、従来のＤＬＴＳ法と同様に行うことができる。その詳細は、先に説明した通りである。
【００２１】
第二のＤＬＴＳスペクトルの取得は、ＶRとＶ1を交互かつ周期的に印加することに代えてＶRの印加を繰り返す（即ちＶ1＝ＶRとする）点以外は、従来のＤＬＴＳ法と同様に行うことができる。こうして得られた第二のＤＬＴＳスペクトルは、先に説明したように深い準位によるキャリアの捕獲・放出と無関係に生じるベースラインの傾き・うねり、短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）のみが含まれることとなる。この第二のＤＬＴＳスペクトルを、そのまま補正用スペクトルとして用いることも可能である。ただし、第一のＤＬＴＳスペクトル、第二のＤＬＴＳスペクトルともに短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）を含んでいる。したがって、取得したスペクトル同士で差分を取ると、差分スペクトル上のホワイトノイズが大きくなるため、近似直線ないし近似曲線を、差分スペクトルを得るための補正用スペクトルとして用いることが好ましい。上記近似直線ないし近似曲線については、後述の実際例において更に説明する。
【００２２】
そして本発明では、上記第二のＤＬＴＳスペクトルまたは第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られたスペクトルを補正用スペクトルとして、該補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得る。差分スペクトルの取得は、ＤＬＴＳ測定装置のデータ解析部に適切なプログラムを導入することで容易かつ自動に行うことができる。
【００２３】
こうして得られた差分スペクトルは、先に説明したように、深い準位からのキャリア放出とは無関係なベースラインの傾き・うねり成分、短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）の影響が排除ないし低減されたものであり、深い準位によるキャリアの捕獲・放出による信号のみが含まれることとなる。したがって、この差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いることで、深い準位による信号の強度や信号ピークの位置を正確に求めることができ、ＤＬＴＳ法による金属汚染評価の信頼性を大きく高めることができる。ＤＬＴＳスペクトルを用いた金属汚染に関する各種評価は、通常のＤＬＴＳ法と同様に行うことができ、その詳細は先に説明した通りである。
【００２４】
更に本発明は、複数の半導体基板からなる半導体基板のロットを準備する工程と、前記ロットから少なくとも１つの半導体基板を抽出する工程と、前記抽出された半導体基板の金属汚染を評価する工程と、前記評価された結果、金属汚染が許容レベル以下と判定された半導体基板と同一ロット内の他の半導体基板を製品基板として出荷する工程と、を含む半導体基板の製造方法（以下、「本発明の製造方法」ともいう。）に関する。本発明の製造方法では、前記抽出された半導体基板の金属汚染評価を、本発明の評価方法によって行う。
【００２５】
前述のように、本発明の評価方法によれば、シリコンウェーハ等の半導体基板の金属汚染を、クリーン化され汚染量が少ない基板であっても高感度に測定することができる。よって、かかる評価方法により、金属汚染が許容レベル以下と判定された半導体基板、例えば、所定の金属による汚染がない、または汚染量が少ないと判定された良品の半導体基板と同一ロット内の半導体基板を製品基板として出荷することにより、高品質な製品基板を高い信頼性をもって提供することができる。なお、良品と判定する基準（金属汚染の許容レベル）は、基板の用途等に応じて基板に求められる物性を考慮して設定することができる。また１ロットに含まれる基板数および抽出する基板数は適宜設定すればよい。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を実施例に基づき更に説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。
【００２７】
［実施例１］
１）第１の工程：第一のＤＬＴＳスペクトルの取得
抵抗率１０Ω・ｃｍのｎ型シリコン基板に１ｍｍ2のＡｕ電極を形成し、ショットキーダイオードとした。基板裏面にＧａをすりつけ、それを試料台に置き、試料台を対向電極とした。ここでは、ロックイン式のＤＬＴＳ装置を使用した。
ＶR＝−３Ｖ、Ｖ1＝−１Ｖとし、測定周波数は２５ＨＺ（ｅ＝５４．２５／ｓ）として約３０Ｋ〜約３００Ｋの温度域で温度掃引を行いながらＤＬＴＳ信号を測定し、装置内臓のプログラムによりＤＬＴＳスペクトルを得た。得られたＤＬＴＳスペクトル（第一のＤＬＴＳスペクトル）を、図１に示す。図１に示すように、１５０〜２００Ｋの温度域に何らかの不純物準位のＤＬＴＳ信号が検出されているが、ベースラインの傾きが大きいためピークの帰属を正確に特定することは難しい。
【００２８】
２）第２の工程：第二のＤＬＴＳスペクトルの取得
１）で用いたものと同じ試料に対して、ＶR＝Ｖ1＝−３Ｖとした点以外は１）と同様の方法でＤＬＴＳスペクトルを得た。得られたＤＬＴＳスペクトル（第二のＤＬＴＳスペクトル）を、図２に示す。図２に示すＤＬＴＳスペクトルでは、キャリアの放出とは無関係な容量過渡応答が捉えられている。スペクトルは直線に近いが、厳密には直線ではなく、若干蛇行した曲線であることが分かる。
【００２９】
３）補正用スペクトルの作成
図３に示された直線は、図２に示すＤＬＴＳスペクトルを線形近似して得られた近似直線である。図４、図５、図６はそれぞれ、同スペクトルを対数関数、３次多項式、５次多項式で近似して得られた近似曲線である。直線（図３）や対数関数（図４）では、ＤＬＴＳスペクトルと近似直線（曲線）とが乖離している箇所が見られる。これらの直線や曲線を補正用スペクトルとして差分スペクトルを得ることも可能である。ただし上記した乖離した箇所に起因して差分スペクトル上に擬似的な信号が現れる場合がある。この点を考慮すると、相関係数Ｒ2が０．８５以上になる近似曲線を補正用スペクトルとして使用することが、評価の精度および信頼性を高めるうえで好ましい。また、本発明は一つの近似直線ないし曲線を使うことに限定されるものではなく、温度範囲をいくつかに区切り、各温度区間毎に線形近似し、得られた近似直線をつなげて補正用スペクトルを得ることも可能である。図７は、５０Ｋごとに区切って線形近似して得られた近似直線をつなげて得た補正用スペクトルである。
【００３０】
４）差分スペクトルの作成
上記３）で作成した補正スペクトルの中から、５次多項式に回帰して得られた図６に示す近次曲線を補正用スペクトルとして選択し、この補正用スペクトルと図１に示す第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを作成した。得られた差分スペクトルを、図８に示す。
【００３１】
図１に示す第一のＤＬＴＳスペクトルと図８に示す差分スペクトルのそれぞれについて、下向きのピークが現れている温度を読み取ると、第一のＤＬＴＳスペクトルのピーク位置：１５１Ｋ、差分スペクトルのピーク位置：１５３Ｋであった。このように２Ｋのずれが生じた理由は、第一のＤＬＴＳスペクトルではベースラインの傾きが右肩上がりであったため、ピークの位置が低温側にずれてしまったためである。このようなピークのシフトがあると、アレニウスプロット全体が低温側にずれてしまうため、過去の文献などを集めて作成されたライブラリーと照合して深い準位の形成要因を推定する上での妨げとなる。これに対し、図８に示す差分スペクトルにおいては、ベースラインの形状に起因するピーク位置のシフトが補正されているため、深い準位の形成要因に関する推定の信頼性は高まる。
図８で特定された１５３Ｋにピークを持つ深い準位は、シリコン中のＴｉ汚染に起因しているものと推定される。詳細は下記実施例２において説明する。また、８０Ｋ付近にピークのようなものが、図１に示す第一のＤＬＴＳスペクトル、図８に示す差分スペクトルの両方で確認できるが、図１では左右が非対称であり、ピーク両肩・頂点などの位置（温度）を判別することは困難である。これに対し、図８に示す差分スペクトルにおいては、８５Ｋを頂点として、その左右に約１０Ｋずつ広がりを持つ、深い準位に起因する信号であることを明確に判定することができる。
【００３２】
［実施例２］
実施例１で用いたものとは別の抵抗率１０Ω・ｃｍのｎ型シリコン基板上に、１ｍｍ2のＡｕショットキーダイオードを形成し、実施例１と同様の測定条件・解析を行なった。図９は第一のＤＬＴＳスペクトルであり、図１０は第二のＤＬＴＳスペクトルを４次多項式に回帰して求めた近似曲線を補正用スペクトルとして得られた差分スペクトルである。
図１１は、ｎ型シリコンにおいて電子トラップとしてＤＬＴＳで検出される深い準位のライブラリー（文献値）を示すが、このライブラリーに示したとおり、１５０Ｋ付近に現れる信号のみに注目していると、それがＴｉに起因するものであるか、またはＭｏ−２に起因するものであるか、即ち、汚染金属種がＴｉであるのかＭｏであるのか判断できない。このような場合には、Ｍｏ−２に伴って現れる、Ｍｏ−３やＭｏ−４が検出されたか否かに注目すればよい。しかし、Ｍｏ−３やＭｏ−４はＭｏ−２に比べて強度が低く、非常に微弱な信号であるためベースラインのノイズに埋もれてしまい検出されない可能性が高い。事実、図９では１５０Ｋ付近にピーク（以下、Ｅ１）を視認することはできるが、ベースラインのノイズ等の影響により、その他の信号を認識することは困難である。
これに対して、図１０に示す差分スペクトルでは、１５０Ｋ付近の信号のすぐ脇の１９０Ｋ（以下、Ｅ２）付近、および２７０Ｋ（以下、Ｅ３）付近に非常に微弱なピークがあることが確認できる。Ｍｏがドープされたｎ型シリコンに対してＤＬＴＳ測定を行った場合に、このような３つのピークが一組になって現れることが知られており（Ｔ． Ｈａｍａｏｕｃｈｉ ａｎｄ Ｙ． Ｈａｙａｍｉｚｕ，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１１Ａ，Ｌ１８３７−Ｌ１８３９，１９９１参照）、したがって図１０に示す差分スペクトルを用いることで初めて、実施例２で評価したシリコン基板は、微量なＭｏ汚染を受けていると推定することが可能となる。
Ｔｉ汚染がある場合も１５０Ｋ付近に信号が出ることが知られており、１５０Ｋ付近の信号にだけ注目していると、それがＴｉによる深い準位であるのか、またはＭｏのＥ１であるのかを区別することはきわめて困難である。即ち、図９に示す第一のＤＬＴＳスペクトルでは、Ｅ１以外の信号は確認できないため、Ｔｉ汚染とＭｏ汚染の判別は困難である。これに対し上記のように、１５０Ｋ付近の信号以外の、Ｅ２、Ｅ３の２つの信号に着目し、Ｅ２、Ｅ３も検出されればＭｏ、検出されなければＴｉ、といった判断が可能となる。なお前述の実施例１において差分スペクトルにて検出された１５３Ｋの信号は、その信号強度が実施例２のＥ１よりも高いにもかかわらず、ＭｏのＥ２、Ｅ３に相当する信号を伴っていないため、ＭｏでなくてＴｉによる深い準位である可能性が高い。
【００３３】
以上説明したように、本発明ではベースラインの傾き・うねり等を補正することにより、ごく微弱な信号も見逃さずに捉えることができるようになり、結果として、深い準位の形成要因（金属汚染）の同定の信頼性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、半導体基板の製造分野における品質または工程管理のために有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体試料中の金属汚染評価方法に関するものであり、詳しくは、ＤＬＴＳ法（Deep-Level Transient Spectroscopy）により半導体試料中の微量の金属汚染の評価を可能とする金属汚染評価方法に関するものである。
更に本発明は、前記方法による評価結果に基づく品質管理がなされた製品基板を提供する半導体基板の製造方法にも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の金属汚染は、製品のデバイス特性に悪影響を及ぼす。例えばＦｅやＮｉなどの重金属は、Ｓｉ中に入るとバンドギャップ中に深い準位を作ってキャリア捕獲中心や再結合中心として働き、デバイス中のｐｎ接合リークやライフタイム低下の原因となる。したがって、金属汚染の少ない高品質な半導体基板を提供するために、半導体基板中の金属汚染を高い信頼性をもって評価する方法が求められている。
【０００３】
半導体基板の金属汚染評価方法としては様々な手法が提案され実用されているが、中でもＤＬＴＳ法（例えば特許文献１、２参照）は高感度であるため、特に近年のシリコンウェーハのクリーン化に伴い頻繁に使用されるようになってきている。
【０００４】
以下に、従来のＤＬＴＳ法の概要を説明する。下記で参照する図面には、ｐ型ＣＺシリコンに１ｍｍ2のショットキーダイオードを形成したものを試料とした例を示す。
【０００５】
１）評価対象の半導体試料上に形成した半導体接合（ショットキー接合またはｐｎ接合）に、空乏層を形成する逆方向電圧（ＶR）と空乏層にキャリアを捕獲するための０Ｖ近辺の弱電圧（Ｖ1）を交互、周期的に印加する（図１２上図に試料となるダイオードへの電圧印加条件を示す。図中、ＶR＝＋５Ｖ、Ｖ1＝＋１Ｖである。）。
２）その電圧に対応して発生するダイオードの容量(キャパシタンス)の過渡応答を測定する（図１２下図参照）。
３）上記１）、２）の電圧印加および容量の測定を、試料温度を所定温度範囲で掃引しながら行う。なおシリコンの場合は、３０−３００Ｋの範囲内での温度掃引が一般的に行われる。この容量の過渡応答は温度依存性を有する。温度依存性の模式図が、図１３である。
このとき、ＤＬＴＳ信号（ΔＣ）は、通常、以下のように定義される。
ΔＣ＝Ｃ（ｔ１）−Ｃ（ｔ２） …（１）
上記式（１）において、Ｃ（ｔ１）は電圧印加から所定期間経過した時間ｔ１における容量であり、Ｃ（ｔ２）はＣ（ｔ１）測定から所定期間経過した時間ｔ２における容量である。なお近年では、ロックインアンプを使って、過渡応答の前半と後半のそれぞれの積算値の差を取ってＤＬＴＳ信号とする方式（ロックイン式）もよく使われている。また、ＤＬＴＳ信号ΔＣは微小な信号であるため、通常は測定された値ΔＣをコンピュータに取り込んで各温度ごとに平均値を求めるが、温度掃引をリニアに行い、Ｔ±０．５ないし１［Ｋ］の範囲で取得したΔＣの平均値を、温度Ｔ［Ｋ］におけるΔＣとしている場合が多い。
【０００６】
逆方向電圧（ＶR）印加により形成される空乏層中に深い準位が存在する場合、ＤＬＴＳ信号ΔＣを温度との関係でプロットすると、図１４のようなＤＬＴＳスペクトルを得ることができる。なお図１４は、ｐ型ＣＺシリコンを測定周波数ｅ＝５４．２５／ｓ、ｅ＝５４２．５／ｓとなる二通りの条件で測定して得られたＤＬＴＳスペクトルである。図１４に示すような形状のスペクトルが得られる理由は、以下のようにキャリア放出の速さが温度に依存していることによる。
低温：深い準位からのキャリアの放出が遅いため、ΔＣ≒０
高温：深い準位からのキャリア放出が早く、ｔ＝ｔ１の以前に殆どキャリア放出がおわっており、結果として、ΔＣ≒０
このような関係から、深い準位の特性（活性化エネルギーＥａ、キャリアの捕獲断面積σ）、および測定条件に依存して、所定の温度にΔＣのピークが現れる。なお図１４は上記式（１）に従うデータ処理が行われているのでピークは下向き（下に凸）になるが、ΔＣ＝Ｃ（ｔ２）−Ｃ（ｔ１）としてデータ処理する場合もあり、その場合は深い準位による信号は上に凸になる。
【０００７】
以上により得られたＤＬＴＳスペクトルにおけるピークの高さから、例えば下記式（２）により深い準位の濃度（ＮT）を計算することができる。
ＮT≒２＊ＮD＊ΔＣMAX／Ｃ∞（／ｃｍ3） …（２）
ここで、ＮDはドーパント濃度、ΔＣMAXはピーク位置温度でのＤＬＴＳ信号の強度、Ｃ∞はＶR印加後、深い準位からのキャリアの放出がほぼ終了した後の空乏層容量である。従って、Ｃ∞＝Ｃ（Ｖ＝ＶR，ｔ＝∞）となる。
【０００８】
また、ｔ1／ｔ2の比を変えてＤＬＴＳ測定を行うと、それに応じてＤＬＴＳピーク位置がシフトする。
このとき、測定条件ｔ１，ｔ２によって、下記式（３）、（４）からキャリアの放出割合（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｅ）ｅを算出することができる。
τ＝（ｔ2−ｔ1）／ ｌｏｇ（ｔ2／ｔ1） …（３）
ｅ＝１／τ …（４）
【０００９】
更に、ピーク位置（温度）Ｔの逆数１／Ｔを横軸に、ｅ／Ｔ2を縦軸に取り、いわゆるアレニウスプロットを取ることで、プロットの傾き（ｙ切片）から深い準位のエネルギーレベル（ＥT）を求めることができる。なぜならば、諸々の特性値の間に、下記式（５）の関係が成立するからである。
ｌｎ（ｅ／Ｔ2）＝ｌｎ（γσ）・Ｅact／ｋＴ …（５）
ここで、ｋはボルツマン定数であり、γ、Ｅactは以下のとおりである。
ｎ型基板（多数キャリアが電子）の場合：γ＝１．９Ｅ２０［ｃｍ-2ｓ-1Ｋ-2］
Ｅact＝ ＥC−ＥT ［ｅＶ］
ｐ型基板（多数キャリアが正孔）の場合：γ＝１．８Ｅ２１［ｃｍ-2ｓ-1Ｋ-2］
Ｅact＝ＥT−ＥV［ｅＶ］
（上記において、ＥCは伝導帯の下端、ＥVは荷電子帯の上端である。）
【００１０】
また、過去の文献・論文で紹介されているＤＬＴＳ測定結果に基づくアレニウスプロットのライブラリーや、意図的に欠陥や金属汚染を導入した半導体基板でのＤＬＴＳ測定結果を蓄積して各自で作成したアレニウスプロットのライブラリーと照合することにより、今回の測定で検出された深い準位の正体（汚染金属種）を特定することもできる。例えば図１４では、測定周波数ｅ＝５４．２５／ｓ、ｅ＝５４２．５／ｓとなる二通りの条件において、それぞれ５２ｋ、６０ｋの位置にＤＬＴＳ信号のピークが検出された。図１５は、図１４の測定で得られたピーク位置（温度）とeの関係をアレニウスプロットし、測定器内蔵のライブラリーと照合した結果である。図１５から、図１４で検出されたＤＬＴＳ信号は、Ｆｅ−Ｂ対によるものである可能性が高いことが分かる。この結果から、汚染金属種をＦｅと特定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３，８５９，５８５号
【特許文献２】米国特許第４，４３７，０６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
半導体基板に含まれる汚染金属量が多い場合には、図１５に示すように、深い準位からのＤＬＴＳ信号が十分大きく、それに比べてベースラインの傾き・ウネリの影響は十分小さく無視できるためピークの検出は容易である。しかし近年、半導体デバイスの高性能化にともなって、シリコンウェーハ等の半導体基板のクリーン化（金属不純物濃度の低減）が進められているため、ＤＬＴＳ法には微量の金属汚染を評価するために更なる高感度化が求められている。しかしクリーン化された半導体基板では深い準位の形成要因となるような金属不純物量が少ないためＤＬＴＳ信号は極めて微弱である。このような場合、深い準位からのキャリア放出とは無関係なベースラインの傾き・うねり成分の大きさが、深い準位による真のＤＬＴＳ信号の強度に比べて無視できないほど大きくなり、ピーク位置や高さを精度良く検出する上での妨げとなる。また、いわゆるホワイトノイズが大きい上にベースラインのうねりなどがあると、信号（ピーク）を認識する上での妨げとなる。なお、上記のベースラインの傾き・うねりへの対処法としては、簡易的には、深い準位による信号の両肩を直線で結び、その直線をベースラインとして利用して解析する方法もあるが、複数のピークが重なり合うようにして現れる（または現れる可能性がある）場合、ピークの両肩を線で結ぶということ手順自体、確からしさが疑わしくなる。また、ベースラインが単純な直線で近似できないようなウネリを含んでいる場合もあるので、この方法では誤差が大きくなる懸念もある。
【００１３】
以上説明したように、ＤＬＴＳ法による半導体基板の金属汚染評価には、より一層の高感度化が求められていた。
【００１４】
そこで本発明の目的は、半導体基板の金属汚染評価をＤＬＴＳ法によってより一層高感度に行うための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、下記手段により達成された。
［１］ＤＬＴＳ法による半導体試料中の金属汚染評価方法であって、
評価対象の半導体試料上に形成した半導体接合に対して、空乏層を形成するための逆方向電圧ＶRと該空乏層にキャリアを捕獲するための弱電圧Ｖ1とを交互かつ周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第一のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
上記半導体接合に対して、上記ＶRを周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第二のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
第二のＤＬＴＳスペクトル、または第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られたスペクトルを補正用スペクトルとして、該補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得ること、
を含み、
前記差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いて前記半導体試料中の金属汚染評価を行うことを特徴とする、前記金属汚染評価方法。
［２］前記金属汚染評価は、前記評価用ＤＬＴＳスペクトルのピーク位置に基づき汚染金属種の特定を行うことを含む［１］に記載の金属汚染評価方法。
［３］前記補正用スペクトルは、第二のＤＬＴＳスペクトルの近似曲線である［１］または［２］に記載の金属汚染評価方法。
載の金属汚染評価方法。
［４］前記半導体接合に対して第一のＤＬＴＳスペクトルを得るためのＤＬＴＳ信号の測定と第二のＤＬＴＳスペクトルを得るためのＤＬＴＳ信号の測定を温度掃引しながら交互に行うことで、１回の温度掃引により第一のＤＬＴＳスペクトルおよび第二のＤＬＴＳスペクトルを得る［１］〜［３］のいずれかに記載の金属汚染評価方法。
［５］複数の半導体基板からなる半導体基板のロットを準備する工程と、
前記ロットから少なくとも１つの半導体基板を抽出する工程と、
前記抽出された半導体基板の金属汚染を評価する工程と、
前記評価された結果、金属汚染が許容レベル以下と判定された半導体基板と同一ロット内の他の半導体基板を製品基板として出荷する工程と、を含む半導体基板の製造方法であって、
前記抽出された半導体基板の金属汚染評価を、［１］〜［４］のいずれかに記載の方法によって行うことを特徴とする、前記製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
従来のＤＬＴＳ法では深い準位によるキャリアの捕獲・放出に起因しないベースラインの傾き・うねりが測定結果に含まれているため、深い準位のエネルギー準位（ＥＴ）、キャリアに対する捕獲断面積（σ）、準位密度（ＮＴ）の定量結果の誤差の要因となっている。これに対し本発明によれば、ベースラインの傾きやうねりを補正することによって、より正しく測定結果を得ることができる。本発明は、深い準位によるＤＬＴＳ信号がごく微弱で、ベースラインの傾き・うねりがもたらす誤差を無視できない場合に特に効果を発揮する。さらには、ベースラインの傾き・うねり、短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）に微弱なＤＬＴＳ信号が埋もれてしまうような場合に本発明を適用することで、ＤＬＴＳ法の深い準位に対する検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１で得られた第一のＤＬＴＳスペクトルである。
【図２】実施例１で得られた第二のＤＬＴＳスペクトルである。
【図３】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを線形近似した近似直線を示す。
【図４】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを対数関数で近似した近似曲線を示す。
【図５】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを３次多項式で近似した近似曲線を示す。
【図６】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを５次多項式で近似した近似曲線を示す。
【図７】図２に示す第二のＤＬＴＳスペクトルを５０Ｋごとに区切って線形近似して得た近似直線をつなげた結果を示す。
【図８】図６に示す近次曲線と図１に示す第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルである。
【図９】実施例２で得られた第一のＤＬＴＳスペクトルである。
【図１０】図９に示す第一のＤＬＴＳスペクトルと、実施例２で得た第二のＤＬＴＳスペクトルを４次多項式で近似した近似曲線との差分スペクトルである。
【図１１】ｎ型シリコンにおいて電子トラップとしてＤＬＴＳで検出される深い準位のライブラリーを示す。
【図１２】従来のＤＬＴＳ法の概要の説明図である。
【図１３】従来のＤＬＴＳ法の概要の説明図である。
【図１４】従来のＤＬＴＳ法の概要の説明図である。
【図１５】従来のＤＬＴＳ法の概要の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ＤＬＴＳ法による半導体試料中の金属汚染評価方法（以下、「本発明の評価方法」ともいう。）に関する。本発明の評価方法は、
評価対象の半導体試料上に形成した半導体接合に対して、空乏層を形成するための逆方向電圧ＶRと該空乏層にキャリアを捕獲するための弱電圧Ｖ1とを交互かつ周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第一のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
上記半導体接合に対して、上記ＶRを周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第二のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られた補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得ること、
を含むものであり、前記差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いて前記半導体試料中の金属汚染評価を行うことを特徴とする。
半導体接合に対してｐ型→ｎ型に向かう方向に電流が流れるように印加される電圧を順方向電圧といい、この逆の方向に印加される電圧が逆方向電圧である。当分野で周知のように、逆方向電圧の印加によっては半導体接合に電流が流れないため、半導体接合に空乏層が形成されることとなる。第一のＤＬＴＳスペクトル取得時には、０Ｖ近辺のＶ1印加により、ＶR印加によって形成された空乏層にキャリアが捕獲される。これは通常のＤＬＴＳ測定と同様であるが、本発明では上記第二のＤＬＴＳスペクトル取得時にはＶ1印加を行わないため、ＶR印加により広がる空乏層中の深い準位によるキャリアの捕獲も放出も起こらない。したがって、第二のＤＬＴＳスペクトルには、深い準位によるキャリアの捕獲・放出と無関係に生じるベースラインの傾き・うねり、短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）のみが含まれることとなる。したがって、この第二のＤＬＴＳスペクトルから得られた補正用スペクトルと第一のＤＬＴＳスペクトルの差分スペクトルには、深い準位によるキャリアの捕獲・放出による信号のみが含まれることとなるため、この差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いることで、深い準位による信号の強度や信号ピークの位置を正確に求めることができ、したがってＤＬＴＳ法の高感度化が可能となる。
以下、本発明の評価方法について、更に詳細に説明する。
【００１９】
本発明における評価対象の半導体試料としては、通常ＤＬＴＳ法が適用される各種半導体基板（例えばシリコンウェーハ）を挙げることができ、またＤＬＴＳ信号の測定およびＤＬＴＳスペクトル作成に使用する測定装置としては、通常のＤＬＴＳ測定装置をそのまま、または任意に改変して用いることができる。例えば、通常のＤＬＴＳ装置は１回の温度掃引について１つのＤＬＴＳスペクトルを取得するが、本発明では通常のＤＬＴＳ信号の測定と弱電圧Ｖ1印加を伴わないＤＬＴＳ信号の測定を交互に行いながら温度掃引することで、１回の温度掃引の中で第一のＤＬＴＳスペクトルと第二のＤＬＴＳスペクトルの取得の両方を行うことができるように、装置搭載のプログラムを変更した測定装置を用いることもできる。このように同一試料について第一のＤＬＴＳスペクトルと第二のＤＬＴＳスペクトルの取得を１回の温度掃引にて行ってもよく、または１回目の温度掃引において第一のＤＬＴＳスペクトルを取得し、次いで２回目の温度掃引において第二のＤＬＴＳスペクトルの取得を行ってもよく、またはこの逆の順に第一、第二のＤＬＴＳスペクトルの取得を行ってもよい。
【００２０】
本発明において第一のＤＬＴＳスペクトルの取得は、従来のＤＬＴＳ法と同様に行うことができる。その詳細は、先に説明した通りである。
【００２１】
第二のＤＬＴＳスペクトルの取得は、ＶRとＶ1を交互かつ周期的に印加することに代えてＶRの印加を繰り返す（即ちＶ1＝ＶRとする）点以外は、従来のＤＬＴＳ法と同様に行うことができる。こうして得られた第二のＤＬＴＳスペクトルは、先に説明したように深い準位によるキャリアの捕獲・放出と無関係に生じるベースラインの傾き・うねり、短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）のみが含まれることとなる。この第二のＤＬＴＳスペクトルを、そのまま補正用スペクトルとして用いることも可能である。ただし、第一のＤＬＴＳスペクトル、第二のＤＬＴＳスペクトルともに短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）を含んでいる。したがって、取得したスペクトル同士で差分を取ると、差分スペクトル上のホワイトノイズが大きくなるため、近似直線ないし近似曲線を、差分スペクトルを得るための補正用スペクトルとして用いることが好ましい。上記近似直線ないし近似曲線については、後述の実際例において更に説明する。
【００２２】
そして本発明では、上記第二のＤＬＴＳスペクトルまたは第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られたスペクトルを補正用スペクトルとして、該補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得る。差分スペクトルの取得は、ＤＬＴＳ測定装置のデータ解析部に適切なプログラムを導入することで容易かつ自動に行うことができる。
【００２３】
こうして得られた差分スペクトルは、先に説明したように、深い準位からのキャリア放出とは無関係なベースラインの傾き・うねり成分、短周期のノイズ（いわゆるホワイトノイズ）の影響が排除ないし低減されたものであり、深い準位によるキャリアの捕獲・放出による信号のみが含まれることとなる。したがって、この差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いることで、深い準位による信号の強度や信号ピークの位置を正確に求めることができ、ＤＬＴＳ法による金属汚染評価の信頼性を大きく高めることができる。ＤＬＴＳスペクトルを用いた金属汚染に関する各種評価は、通常のＤＬＴＳ法と同様に行うことができ、その詳細は先に説明した通りである。
【００２４】
更に本発明は、複数の半導体基板からなる半導体基板のロットを準備する工程と、前記ロットから少なくとも１つの半導体基板を抽出する工程と、前記抽出された半導体基板の金属汚染を評価する工程と、前記評価された結果、金属汚染が許容レベル以下と判定された半導体基板と同一ロット内の他の半導体基板を製品基板として出荷する工程と、を含む半導体基板の製造方法（以下、「本発明の製造方法」ともいう。）に関する。本発明の製造方法では、前記抽出された半導体基板の金属汚染評価を、本発明の評価方法によって行う。
【００２５】
前述のように、本発明の評価方法によれば、シリコンウェーハ等の半導体基板の金属汚染を、クリーン化され汚染量が少ない基板であっても高感度に測定することができる。よって、かかる評価方法により、金属汚染が許容レベル以下と判定された半導体基板、例えば、所定の金属による汚染がない、または汚染量が少ないと判定された良品の半導体基板と同一ロット内の半導体基板を製品基板として出荷することにより、高品質な製品基板を高い信頼性をもって提供することができる。なお、良品と判定する基準（金属汚染の許容レベル）は、基板の用途等に応じて基板に求められる物性を考慮して設定することができる。また１ロットに含まれる基板数および抽出する基板数は適宜設定すればよい。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を実施例に基づき更に説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。
【００２７】
［実施例１］
１）第１の工程：第一のＤＬＴＳスペクトルの取得
抵抗率１０Ω・ｃｍのｎ型シリコン基板に１ｍｍ2のＡｕ電極を形成し、ショットキーダイオードとした。基板裏面にＧａをすりつけ、それを試料台に置き、試料台を対向電極とした。ここでは、ロックイン式のＤＬＴＳ装置を使用した。
ＶR＝−３Ｖ、Ｖ1＝−１Ｖとし、測定周波数は２５ＨＺ（ｅ＝５４．２５／ｓ）として約３０Ｋ〜約３００Ｋの温度域で温度掃引を行いながらＤＬＴＳ信号を測定し、装置内臓のプログラムによりＤＬＴＳスペクトルを得た。得られたＤＬＴＳスペクトル（第一のＤＬＴＳスペクトル）を、図１に示す。図１に示すように、１５０〜２００Ｋの温度域に何らかの不純物準位のＤＬＴＳ信号が検出されているが、ベースラインの傾きが大きいためピークの帰属を正確に特定することは難しい。
【００２８】
２）第２の工程：第二のＤＬＴＳスペクトルの取得
１）で用いたものと同じ試料に対して、ＶR＝Ｖ1＝−３Ｖとした点以外は１）と同様の方法でＤＬＴＳスペクトルを得た。得られたＤＬＴＳスペクトル（第二のＤＬＴＳスペクトル）を、図２に示す。図２に示すＤＬＴＳスペクトルでは、キャリアの放出とは無関係な容量過渡応答が捉えられている。スペクトルは直線に近いが、厳密には直線ではなく、若干蛇行した曲線であることが分かる。
【００２９】
３）補正用スペクトルの作成
図３に示された直線は、図２に示すＤＬＴＳスペクトルを線形近似して得られた近似直線である。図４、図５、図６はそれぞれ、同スペクトルを対数関数、３次多項式、５次多項式で近似して得られた近似曲線である。直線（図３）や対数関数（図４）では、ＤＬＴＳスペクトルと近似直線（曲線）とが乖離している箇所が見られる。これらの直線や曲線を補正用スペクトルとして差分スペクトルを得ることも可能である。ただし上記した乖離した箇所に起因して差分スペクトル上に擬似的な信号が現れる場合がある。この点を考慮すると、相関係数Ｒ2が０．８５以上になる近似曲線を補正用スペクトルとして使用することが、評価の精度および信頼性を高めるうえで好ましい。また、本発明は一つの近似直線ないし曲線を使うことに限定されるものではなく、温度範囲をいくつかに区切り、各温度区間毎に線形近似し、得られた近似直線をつなげて補正用スペクトルを得ることも可能である。図７は、５０Ｋごとに区切って線形近似して得られた近似直線をつなげて得た補正用スペクトルである。
【００３０】
４）差分スペクトルの作成
上記３）で作成した補正スペクトルの中から、５次多項式に回帰して得られた図６に示す近次曲線を補正用スペクトルとして選択し、この補正用スペクトルと図１に示す第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを作成した。得られた差分スペクトルを、図８に示す。
【００３１】
図１に示す第一のＤＬＴＳスペクトルと図８に示す差分スペクトルのそれぞれについて、下向きのピークが現れている温度を読み取ると、第一のＤＬＴＳスペクトルのピーク位置：１５１Ｋ、差分スペクトルのピーク位置：１５３Ｋであった。このように２Ｋのずれが生じた理由は、第一のＤＬＴＳスペクトルではベースラインの傾きが右肩上がりであったため、ピークの位置が低温側にずれてしまったためである。このようなピークのシフトがあると、アレニウスプロット全体が低温側にずれてしまうため、過去の文献などを集めて作成されたライブラリーと照合して深い準位の形成要因を推定する上での妨げとなる。これに対し、図８に示す差分スペクトルにおいては、ベースラインの形状に起因するピーク位置のシフトが補正されているため、深い準位の形成要因に関する推定の信頼性は高まる。
図８で特定された１５３Ｋにピークを持つ深い準位は、シリコン中のＴｉ汚染に起因しているものと推定される。詳細は下記実施例２において説明する。また、８０Ｋ付近にピークのようなものが、図１に示す第一のＤＬＴＳスペクトル、図８に示す差分スペクトルの両方で確認できるが、図１では左右が非対称であり、ピーク両肩・頂点などの位置（温度）を判別することは困難である。これに対し、図８に示す差分スペクトルにおいては、８５Ｋを頂点として、その左右に約１０Ｋずつ広がりを持つ、深い準位に起因する信号であることを明確に判定することができる。
【００３２】
［実施例２］
実施例１で用いたものとは別の抵抗率１０Ω・ｃｍのｎ型シリコン基板上に、１ｍｍ2のＡｕショットキーダイオードを形成し、実施例１と同様の測定条件・解析を行なった。図９は第一のＤＬＴＳスペクトルであり、図１０は第二のＤＬＴＳスペクトルを４次多項式に回帰して求めた近似曲線を補正用スペクトルとして得られた差分スペクトルである。
図１１は、ｎ型シリコンにおいて電子トラップとしてＤＬＴＳで検出される深い準位のライブラリー（文献値）を示すが、このライブラリーに示したとおり、１５０Ｋ付近に現れる信号のみに注目していると、それがＴｉに起因するものであるか、またはＭｏ−２に起因するものであるか、即ち、汚染金属種がＴｉであるのかＭｏであるのか判断できない。このような場合には、Ｍｏ−２に伴って現れる、Ｍｏ−３やＭｏ−４が検出されたか否かに注目すればよい。しかし、Ｍｏ−３やＭｏ−４はＭｏ−２に比べて強度が低く、非常に微弱な信号であるためベースラインのノイズに埋もれてしまい検出されない可能性が高い。事実、図９では１５０Ｋ付近にピーク（以下、Ｅ１）を視認することはできるが、ベースラインのノイズ等の影響により、その他の信号を認識することは困難である。
これに対して、図１０に示す差分スペクトルでは、１５０Ｋ付近の信号のすぐ脇の１９０Ｋ（以下、Ｅ２）付近、および２７０Ｋ（以下、Ｅ３）付近に非常に微弱なピークがあることが確認できる。Ｍｏがドープされたｎ型シリコンに対してＤＬＴＳ測定を行った場合に、このような３つのピークが一組になって現れることが知られており（Ｔ． Ｈａｍａｏｕｃｈｉ ａｎｄ Ｙ． Ｈａｙａｍｉｚｕ，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１１Ａ，Ｌ１８３７−Ｌ１８３９，１９９１参照）、したがって図１０に示す差分スペクトルを用いることで初めて、実施例２で評価したシリコン基板は、微量なＭｏ汚染を受けていると推定することが可能となる。
Ｔｉ汚染がある場合も１５０Ｋ付近に信号が出ることが知られており、１５０Ｋ付近の信号にだけ注目していると、それがＴｉによる深い準位であるのか、またはＭｏのＥ１であるのかを区別することはきわめて困難である。即ち、図９に示す第一のＤＬＴＳスペクトルでは、Ｅ１以外の信号は確認できないため、Ｔｉ汚染とＭｏ汚染の判別は困難である。これに対し上記のように、１５０Ｋ付近の信号以外の、Ｅ２、Ｅ３の２つの信号に着目し、Ｅ２、Ｅ３も検出されればＭｏ、検出されなければＴｉ、といった判断が可能となる。なお前述の実施例１において差分スペクトルにて検出された１５３Ｋの信号は、その信号強度が実施例２のＥ１よりも高いにもかかわらず、ＭｏのＥ２、Ｅ３に相当する信号を伴っていないため、ＭｏでなくてＴｉによる深い準位である可能性が高い。
【００３３】
以上説明したように、本発明ではベースラインの傾き・うねり等を補正することにより、ごく微弱な信号も見逃さずに捉えることができるようになり、結果として、深い準位の形成要因（金属汚染）の同定の信頼性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、半導体基板の製造分野における品質または工程管理のために有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＬＴＳ法による半導体試料中の金属汚染評価方法であって、
評価対象の半導体試料上に形成した半導体接合に対して、空乏層を形成するための逆方向電圧ＶRと該空乏層にキャリアを捕獲するための弱電圧Ｖ1とを交互かつ周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第一のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
上記半導体接合に対して、上記ＶRを周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第二のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
第二のＤＬＴＳスペクトル、または第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られたスペクトルを補正用スペクトルとして、該補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得ること、
を含み、
前記差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いて前記半導体試料中の金属汚染評価を行うことを特徴とする、前記金属汚染評価方法。
【請求項２】
前記金属汚染評価は、前記評価用ＤＬＴＳスペクトルのピーク位置に基づき汚染金属種の特定を行うことを含む請求項１に記載の金属汚染評価方法。
【請求項３】
前記補正用スペクトルは、第二のＤＬＴＳスペクトルの近似曲線である請求項１または２に記載の金属汚染評価方法。
載の金属汚染評価方法。
【請求項４】
前記半導体接合に対して第一のＤＬＴＳスペクトルを得るためのＤＬＴＳ信号の測定と第二のＤＬＴＳスペクトルを得るためのＤＬＴＳ信号の測定を温度掃引しながら交互に行うことで、１回の温度掃引により第一のＤＬＴＳスペクトルおよび第二のＤＬＴＳスペクトルを得る請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属汚染評価方法。
【請求項５】
複数の半導体基板からなる半導体基板のロットを準備する工程と、
前記ロットから少なくとも１つの半導体基板を抽出する工程と、
前記抽出された半導体基板の金属汚染を評価する工程と、
前記評価された結果、金属汚染が許容レベル以下と判定された半導体基板と同一ロット内の他の半導体基板を製品基板として出荷する工程と、を含む半導体基板の製造方法であって、
前記抽出された半導体基板の金属汚染評価を、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法によって行うことを特徴とする、前記製造方法。
【請求項１】
ＤＬＴＳ法による半導体試料中の金属汚染評価方法であって、
評価対象の半導体試料上に形成した半導体接合に対して、空乏層を形成するための逆方向電圧ＶRと該空乏層にキャリアを捕獲するための弱電圧Ｖ1とを交互かつ周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第一のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
上記半導体接合に対して、上記ＶRを周期的に印加することで発生するＤＬＴＳ信号を温度を変化させながら測定し第二のＤＬＴＳスペクトルを得ること、
第二のＤＬＴＳスペクトル、または第二のＤＬＴＳスペクトルを直線ないし曲線近似して得られたスペクトルを補正用スペクトルとして、該補正用スペクトルと前記第一のＤＬＴＳスペクトルとの差分スペクトルを得ること、
を含み、
前記差分スペクトルを評価用ＤＬＴＳスペクトルとして用いて前記半導体試料中の金属汚染評価を行うことを特徴とする、前記金属汚染評価方法。
【請求項２】
前記金属汚染評価は、前記評価用ＤＬＴＳスペクトルのピーク位置に基づき汚染金属種の特定を行うことを含む請求項１に記載の金属汚染評価方法。
【請求項３】
前記補正用スペクトルは、第二のＤＬＴＳスペクトルの近似曲線である請求項１または２に記載の金属汚染評価方法。
載の金属汚染評価方法。
【請求項４】
前記半導体接合に対して第一のＤＬＴＳスペクトルを得るためのＤＬＴＳ信号の測定と第二のＤＬＴＳスペクトルを得るためのＤＬＴＳ信号の測定を温度掃引しながら交互に行うことで、１回の温度掃引により第一のＤＬＴＳスペクトルおよび第二のＤＬＴＳスペクトルを得る請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属汚染評価方法。
【請求項５】
複数の半導体基板からなる半導体基板のロットを準備する工程と、
前記ロットから少なくとも１つの半導体基板を抽出する工程と、
前記抽出された半導体基板の金属汚染を評価する工程と、
前記評価された結果、金属汚染が許容レベル以下と判定された半導体基板と同一ロット内の他の半導体基板を製品基板として出荷する工程と、を含む半導体基板の製造方法であって、
前記抽出された半導体基板の金属汚染評価を、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法によって行うことを特徴とする、前記製造方法。
【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１５】
【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１５】
【公開番号】特開２０１３−４７９９（Ｐ２０１３−４７９９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５３８２（Ｐ２０１１−１３５３８２）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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