JP2010177241A - Evaluation method of lifetime - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン単結晶ウエーハのライフタイムを評価する方法に関し、具体的には、一方の表面にドーパント不純物の拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハの金属不純物による汚染を評価する方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the lifetime of a silicon single crystal wafer. Specifically, the present invention relates to a method for evaluating contamination of a silicon single crystal wafer having a dopant impurity diffusion layer formed on one surface due to metal impurities.
従来、高濃度のドーパント不純物がウエーハ表面に拡散された表面に低抵抗層を有するシリコン単結晶ウエーハのライフタイムの測定は、測定結果に信頼性がなく、殆ど行われてこなかった。
実際にイオン注入等により拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハのライフタイムを測定すると、本来のライフタイム値の10分の1程度の値を示す場合が多かった。
Conventionally, the measurement of the lifetime of a silicon single crystal wafer having a low resistance layer on the surface where a high concentration of dopant impurities is diffused on the wafer surface has been unreliable and has hardly been performed.
When the lifetime of a silicon single crystal wafer in which a diffusion layer was actually formed by ion implantation or the like was measured, it often showed a value of about one-tenth of the original lifetime value.
イオン注入層もしくは拡散層をエッチング等によって除去し、ケミカルパッシベーションを行った後にウエーハライフタイムを測ると本来のライフタイムが得られるため、イオン注入層や拡散層がライフタイム測定に影響を与え、正確なライフタイム測定が出来ないと考える人が多かった。 Since the original lifetime can be obtained by measuring the wafer lifetime after removing the ion-implanted layer or diffusion layer by etching, etc., and performing chemical passivation, the ion-implanted layer or diffusion layer affects the lifetime measurement and is accurate. Many people thought that it was impossible to measure the lifetime.
従って、イオン注入等により拡散層が形成された製品ウエーハそのものの汚染評価ではなく、モニターウエーハを用いて装置・機器の汚染管理を行うことで製品ウエーハの汚染を推定するといった間接的評価データによる汚染管理方法が広く用いられている。 Therefore, contamination based on indirect evaluation data, such as estimating contamination of product wafers by managing contamination of equipment / equipment using monitor wafers, rather than contamination assessment of product wafers with diffusion layers formed by ion implantation, etc. Management methods are widely used.
ここで、撮像素子等の半導体装置では、冗長回路を用いることが出来ず、また、不純物汚染にその電気特性が非常に敏感であるため、モニターウエーハによる徹底した汚染管理が行われてきた。
それでも、しばしば金属汚染起因と推定される素子特性の劣化が起こり、撮像素子の安定した製造を難しくしてきた。そして、モニターの汚染と製品ウエーハそのものの汚染が同じとの仮定が崩れる場合がしばしばあることが判っている。
Here, in a semiconductor device such as an image sensor, a redundant circuit cannot be used, and since its electrical characteristics are very sensitive to impurity contamination, thorough contamination management by a monitor wafer has been performed.
Even so, the deterioration of element characteristics, which is presumed to be caused by metal contamination, often occurs, making it difficult to stably manufacture the image pickup element. And it is often found that the assumption that the contamination of the monitor and the contamination of the product wafer itself is the same is broken.
しかし、微量金属の汚染を検出できる評価、検査手法は限られている。取り分け、短時間で測定が可能で、評価結果を工程にフィードバックできる手法は、μPCD法によるウエーハライフタイム測定、SPV(Surface Photo Voltage)法の2つの方法にほぼ限定されている(例えば非特許文献1参照)。
そしてSEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)で標準化されているのもこの2つの方法だけである。
However, evaluation and inspection methods that can detect trace metal contamination are limited. In particular, methods that can measure in a short time and can feed back the evaluation results to the process are almost limited to two methods of wafer lifetime measurement by the μPCD method and surface photovoltage (SPV) method (for example, non-patent document). 1).
And only these two methods are standardized by SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International).
しかし、これらの方法も、例えば低抵抗のシリコン単結晶ウエーハに対しては直接は適用できないと考えられ、イオン注入以降の工程を行ったシリコン単結晶ウエーハそのものを評価することはほとんど行われていなかった。 However, these methods are also considered to be not directly applicable to, for example, a low-resistance silicon single crystal wafer, and evaluation of the silicon single crystal wafer itself after the ion implantation process has hardly been performed. It was.
更に、近年、撮像素子等の分野では、特性の向上が進んできており、従来よりも、基板や工程中での金属汚染に敏感になってきている。時には、金属不純物を109個/cm3以下にするよう要求されることもある。しかし、そのための評価技術がその要求に追いつけていないといった面がある。 Furthermore, in recent years, improvement in characteristics has progressed in the field of image pickup devices and the like, and it has become more sensitive to metal contamination in the substrate and process than in the past. In some cases, it may be required that the metal impurities be 10 9 / cm 3 or less. However, there is an aspect that the evaluation technology for that has not kept up with the demand.
そして上述のような評価技術の制約から、製品ウエーハ本体そのものの汚染評価が出来ないため、モニターウエーハを用いてプロセス装置の汚染管理をしている。このため、時には、デバイス工程が終了し、最後に素子の特性を確認する段階で始めて汚染起因と思われる不良が発生するといったことも撮像素子等の半導体装置の製造においては起こっており、製造コストの悪化が生じている。 Since the evaluation of the contamination of the product wafer itself cannot be performed due to the limitations of the evaluation technique as described above, the contamination of the process apparatus is controlled using the monitor wafer. For this reason, sometimes the device process is completed, and the defect that seems to be caused by contamination occurs only at the stage of confirming the characteristics of the element at the end. Deterioration has occurred.
そのため、高感度で、迅速に測定結果を与えてくれるシリコン単結晶ウエーハのライフタイムの評価方法が望まれる。そしてその方法は、モニターによる装置の汚染状態の管理ではなく、製品ウエーハそのものの汚染を出来れば非破壊で評価できる技術であることが望まれている。 Therefore, a method for evaluating the lifetime of a silicon single crystal wafer that provides a measurement result with high sensitivity and speed is desired. The method is not a management of the contamination state of the apparatus by the monitor, but is desired to be a technique that can be evaluated non-destructively if the product wafer itself can be contaminated.
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、従来、無理と考えられてきたイオン注入拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハのライフタイムを、精度よく且つ簡易に測定するための評価方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is an evaluation for accurately and simply measuring the lifetime of a silicon single crystal wafer on which an ion-implanted diffusion layer, which has been conventionally considered impossible, is formed. It aims to provide a method.
上記課題を解決するため、本発明では、片面にドーパント不純物が拡散されたシリコン単結晶ウエーハのライフタイムを評価する方法であって、前記ライフタイムを評価する際に、前記拡散済シリコン単結晶ウエーハの全表面に対してパッシベーションを行い、その後、前記拡散面とは反対側の表面に対して励起光の照射と、高周波の入射及びその反射波の検出を行うことでライフタイムの評価をすることを特徴とするライフタイムの評価方法を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention is a method for evaluating the lifetime of a silicon single crystal wafer in which dopant impurities are diffused on one side, and the diffused silicon single crystal wafer is evaluated when the lifetime is evaluated. Passivation is performed on the entire surface, and then the lifetime is evaluated by irradiating the surface opposite to the diffusion surface with excitation light, incident high frequency, and detecting reflected waves. The lifetime evaluation method characterized by the above is provided.
このように、イオン注入による拡散層の形成を行う場合、回復熱処理が不活性ガス中で行われることが多く、ウエーハ表面にパッシベーション膜(酸化膜)が形成されないことが多い。その場合には、酸化膜形成もしくはケミカルパッシベーションによるパッシベーションを行う。その後、イオン注入拡散層が形成された側の表面とは反対側の全表面に対してキャリアを励起させるための励起光の照射を行うこととする。そして、注入したキャリアの寿命を評価するための高周波の入射及びその反射波の検出もイオン注入された表面とは反対の表面に対して行うこととする。
これによって、従来測定できなかった拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハのライフタイムを精度良く評価することができる。そしてこのような評価方法を、イオン注入拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハを製造する際のイオン注入後の金属不純物汚染の有無の評価に用いることによって、金属不純物濃度の低いイオン注入拡散層を有するシリコン単結晶ウエーハを低コストで歩留りよく製造することに効果的なものとなる。
Thus, when forming a diffusion layer by ion implantation, recovery heat treatment is often performed in an inert gas, and a passivation film (oxide film) is often not formed on the wafer surface. In that case, passivation by oxide film formation or chemical passivation is performed. Thereafter, the entire surface on the side opposite to the surface where the ion implantation diffusion layer is formed is irradiated with excitation light for exciting carriers. Then, high-frequency incidence and reflected wave detection for evaluating the lifetime of the injected carriers are performed on the surface opposite to the ion-implanted surface.
This makes it possible to accurately evaluate the lifetime of a silicon single crystal wafer on which a diffusion layer that cannot be measured conventionally is formed. And by using such an evaluation method for the evaluation of the presence or absence of metal impurity contamination after ion implantation when manufacturing a silicon single crystal wafer with an ion implantation diffusion layer formed, an ion implantation diffusion layer having a low metal impurity concentration It is effective to manufacture a silicon single crystal wafer having a low cost and high yield.
ここで、前記拡散シリコン単結晶ウエーハは、ボロン、リン、砒素、アンチモン、炭素のうち少なくとも1種類の元素がイオン注入されたものとすることが好ましい。
このように、ボロン、リン、砒素、アンチモン、炭素のうち少なくとも1種類の元素がイオン注入されたシリコン単結晶ウエーハは、基板からのキャリア拡散防止やゲッタリングに有効ではあるが、拡散層を形成する過程で、金属汚染が起こりやすくなるという問題があったが、従来は拡散層が形成されたウエーハそのもののライフタイムの評価を行うことが難しかった。また熱処理炉の清浄度を定期的にモニターウエーハ(鏡面ウエーハ)のライフタイムで管理するのが一般的であった。しかし本発明のライフタイムの評価方法によれば、このようなイオン注入拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハも評価することができる。
Here, it is preferable that at least one element of boron, phosphorus, arsenic, antimony, and carbon is ion-implanted in the diffusion silicon single crystal wafer.
As described above, a silicon single crystal wafer into which at least one element selected from boron, phosphorus, arsenic, antimony, and carbon is ion-implanted is effective in preventing carrier diffusion from the substrate and gettering, but forms a diffusion layer. In this process, there is a problem that metal contamination is likely to occur, but conventionally, it has been difficult to evaluate the lifetime of the wafer itself on which the diffusion layer is formed. In general, the cleanliness of the heat treatment furnace is regularly managed by the lifetime of the monitor wafer (mirror wafer). However, according to the lifetime evaluation method of the present invention, it is also possible to evaluate a silicon single crystal wafer in which such an ion implantation diffusion layer is formed.
また、前記イオン注入は、ドーズ量が1×1014〜1×1016atoms/cm2の範囲とすることが好ましい。
このように、1×1014〜1×1016atoms/cm2のドーズ量でイオン注入し、表層に十分抵抗率の低い拡散層を形成することにより、この拡散層がμPCD法によるライフタイム測定においてパッシベーション膜の役割を果たすようになる。また、高濃度にドーパント不純物が拡散された層は金属不純物に対するゲッタリング能力が高いものが多い。本発明のライフタイムの評価方法であれば、このようなイオン注入拡散層によるゲッタリング効果も含めた総合的な金属汚染状況を把握できる。このため、金属汚染に敏感なデバイス用の基板を製造する際に、本発明の評価方法は好適なものである。
The ion implantation is preferably performed at a dose in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 atoms / cm 2 .
Thus, ions are implanted at a dose of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 atoms / cm 2 to form a diffusion layer having a sufficiently low resistivity on the surface layer. In this case, it plays a role of a passivation film. Also, many layers in which dopant impurities are diffused at a high concentration often have high gettering ability for metal impurities. With the lifetime evaluation method of the present invention, it is possible to grasp the comprehensive metal contamination state including the gettering effect by such an ion implantation diffusion layer. For this reason, when manufacturing the board | substrate for devices sensitive to metal contamination, the evaluation method of this invention is suitable.
更に、前記拡散シリコン単結晶ウエーハは、イオン注入後拡散熱処理によって結晶性の回復がなされたもので、且つ表面から少なくとも5μm以下の深さに拡散層が形成されたものとすることができる。
このように、本発明のライフタイムの評価方法は、表面から少なくとも5μm以下の深さに拡散層が形成されたシート抵抗が10Ω/□以上のシリコン単結晶ウエーハに対して有効である。パッシベーション効果は、薄い表層領域に低抵抗の領域が形成された場合に大きくなり、シート抵抗が10Ω/□以上であれば、バルクの抵抗率変化を測定できるので、結果として高濃度なライフタイム評価を実施することができる。例えば撮像デバイス用のエピタキシャル層直下の低抵抗拡散層も薄く抵抗率が低いことが必要な場合が多いため、本発明の評価方法は好適なものである。
Further, the diffusion silicon single crystal wafer may be one whose crystallinity has been recovered by diffusion heat treatment after ion implantation, and in which a diffusion layer is formed at a depth of at least 5 μm or less from the surface.
Thus, the lifetime evaluation method of the present invention is effective for a silicon single crystal wafer having a sheet resistance of 10Ω / □ or more in which a diffusion layer is formed at a depth of at least 5 μm or less from the surface. The passivation effect increases when a low-resistance region is formed in a thin surface layer region. If the sheet resistance is 10 Ω / □ or more, the change in bulk resistivity can be measured, resulting in a high-concentration lifetime evaluation. Can be implemented. For example, the low resistance diffusion layer immediately below the epitaxial layer for the imaging device is often required to be thin and have a low resistivity, so that the evaluation method of the present invention is suitable.
また、本発明では、イオン注入された片面拡散ウエーハの拡散面側にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウエーハのライフタイムを評価する方法であって、前記ライフタイムを評価する際に、前記エピタキシャルウエーハの全表面に対してパッシベーションを行い、その後、前記拡散面とは反対側の表面に対して励起光の照射と、高周波の入射及びその反射波の検出を行うことでライフタイムの評価をすることを特徴とするエピタキシャルウエーハのライフタイムの評価方法を提供する。
この場合も、ケミカルパッシベーションなどでパッシベーション処理を行った後、拡散層及びエピタキシャル層が形成された表面とは反対側の表面から励起光及び高周波の照射を行い、ライフタイムを測定することで、エピタキシャルウエーハのバルクのライフタイム値を測定することができる。
このような本発明の評価方法であれば、拡散工程からエピタキシャル工程を通じて起こる金属不純物汚染を製品ウエーハのライフタイムによって総合的に評価することができるので、装置の汚染管理による汚染管理方法に比べて、高精度の管理が可能となる。
Further, the present invention is a method for evaluating the lifetime of an epitaxial wafer in which an epitaxial layer is formed on the diffusion surface side of an ion-implanted single-sided diffusion wafer, and when the lifetime is evaluated, Passivation is performed on the entire surface, and then the lifetime is evaluated by performing excitation light irradiation, high frequency incidence and detection of the reflected wave on the surface opposite to the diffusion surface. Provided is a method for evaluating the lifetime of a featured epitaxial wafer.
Also in this case, after performing a passivation process such as chemical passivation, an excitation light and a high frequency are irradiated from the surface opposite to the surface on which the diffusion layer and the epitaxial layer are formed, and the lifetime is measured. The lifetime value of the wafer bulk can be measured.
With such an evaluation method of the present invention, metal impurity contamination that occurs from the diffusion process through the epitaxial process can be comprehensively evaluated based on the lifetime of the product wafer. Highly accurate management is possible.
高感度な金属汚染の評価は、化学分析的手法も用いられており、それもエピタキシャルウエーハの汚染の評価に適用されてはいるが、測定・評価に1〜2日必要となるのが一般的である。しかし本発明の評価方法は、例えばケミカルパッシベーションを用いれば30分前後の時間でエピタキシャルウエーハの高精度な金属不純物汚染の評価が可能となる。
エピタキシャル工程を開始する際、抵抗率の制御が正しく行われているか確認する為の時間とさほど変わらない時間でライフタイムの測定が可能となるので、金属汚染評価の結果待ちで製造を長時間止める必要がなくなる為、量産工程に適用が十分行えるものである。
Chemical analysis methods are also used for highly sensitive evaluation of metal contamination, which is also applied to the evaluation of epitaxial wafer contamination, but generally requires 1 to 2 days for measurement and evaluation. It is. However, in the evaluation method of the present invention, for example, if chemical passivation is used, highly accurate metal impurity contamination of the epitaxial wafer can be evaluated in about 30 minutes.
When starting the epitaxial process, it is possible to measure the lifetime in a time that is not much different from the time for checking whether the resistivity is correctly controlled. Since it is not necessary, it can be applied to the mass production process.
以上説明したように、本発明によれば、特にその電気特性が不純物汚染に敏感な撮像素子等の半導体装置に用いられるイオン注入層もしくは拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハまたはその表面にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウエーハにおいて高精度の不純物汚染の評価を行うことが可能となる。
そしてこのような簡易・高精度な評価を行うことができる本発明の評価方法で、製品ウエーハ自体のライフタイムの測定が可能となり、汚染の原因、起源の把握や精度の高い汚染評価を行うことができ、低コストで高品質なシリコン単結晶ウエーハを安定して製造することが可能となる。
As described above, according to the present invention, a silicon single crystal wafer formed with an ion implantation layer or a diffusion layer used for a semiconductor device such as an imaging device whose electrical characteristics are sensitive to impurity contamination or epitaxially formed on the surface thereof. It becomes possible to evaluate impurity contamination with high accuracy in the epitaxial wafer in which the layer is formed.
In addition, with the evaluation method of the present invention capable of performing such simple and highly accurate evaluation, the lifetime of the product wafer itself can be measured, and the cause and origin of contamination can be ascertained and highly accurate contamination evaluation can be performed. Therefore, it becomes possible to stably manufacture a high-quality silicon single crystal wafer at a low cost.
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来、無理と考えられてきたイオン注入層や拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハのライフタイムを、精度よく且つ簡易に測定するための評価方法の開発が待たれていた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, the development of an evaluation method for accurately and simply measuring the lifetime of a silicon single crystal wafer formed with an ion implantation layer or diffusion layer, which has been conventionally considered impossible, has been awaited. .
デバイス工程では、重金属不純物の汚染を排除するために、様々な評価手法を用いているが、中でも簡便で感度が良い、μPCD法とSPV法が多く使われてきている。しかし、両者とも測定対象に様々な制約があり、製品本体の評価ではなく、モニターを用いた装置の汚染状況を間接的に管理しているのが実態である。 In the device process, various evaluation methods are used to eliminate contamination by heavy metal impurities. Among them, the μPCD method and the SPV method, which are simple and have good sensitivity, are often used. However, in both cases, there are various restrictions on the object to be measured, and the actual situation is that the contamination status of the apparatus using the monitor is indirectly managed rather than the evaluation of the product itself.
装置そのものの汚染管理では、主要装置での汚染はある程度まで把握できるが、製品ウエーハはその間にハンドリング、洗浄、検査などの処理がなされるが、これらの工程における汚染を把握することは極めて困難である。
製品を抜き取って汚染評価が出来れば、上述の製品ウエーハのハンドリング・洗浄・検査工程も含めた管理、モニターが可能になる。この結果と、装置管理モニターの結果を比較することで多くの工程中の汚染に関する知見が得られることになる。
In the contamination control of the equipment itself, the contamination of the main equipment can be grasped to a certain extent, but the product wafer is handled during that time, handling, cleaning, inspection, etc., but it is extremely difficult to grasp the contamination in these processes. is there.
If a product can be extracted and evaluated for contamination, it will be possible to manage and monitor the product wafer, including the handling, cleaning, and inspection processes. By comparing this result with the result of the device management monitor, knowledge about contamination in many processes can be obtained.
更に、可能ならば、製品を非破壊で測定できるような手法の確立が望まれる。コスト的にメリットが大きいこともさることながら、製品の清浄度を高精度で保証することができるようになる。そして継続的なデータ取得により、何かの異常が生じたとき直ちにそれを把握でき、原因の究明、対策を進められるようになる。 Furthermore, if possible, it is desirable to establish a technique that enables nondestructive measurement of products. In addition to the great merit in terms of cost, the cleanliness of the product can be assured with high accuracy. And by continuous data acquisition, when something abnormal occurs, it can be grasped immediately, and the cause can be investigated and countermeasures can be taken.
しかし、イオン注入層や拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハのライフタイムを直接測定することは殆どできなかったため行われてこなかったが、実際のウエーハは汚染状態をモニターされていない多くの装置により処理されてもいる。そのため、装置汚染のモニターでは全く問題ないにもかかわらず、実際のデバイス(特に撮像デバイス)でリーク等の金属汚染起因と推定される不良が発生することがしばしば起こっている。 However, since it was almost impossible to directly measure the lifetime of a silicon single crystal wafer on which an ion-implanted layer or a diffusion layer was formed, many devices in which actual wafers are not monitored for contamination It is also processed by. For this reason, although there is no problem in monitoring device contamination, defects that are presumed to be caused by metal contamination such as leaks often occur in actual devices (particularly imaging devices).
ここで、励起光をウエーハに照射すると、電子−正孔対生成が起こり、熱平衡状態以上にキャリアが増大する。つまり、抵抗が低くなる。そして光照射を止めると、ある一定の時定数で電子、正孔濃度が平衡状態に戻る。
この時定数は一般にライフタイムと呼ばれ、シリコン中に固溶する鉄などの重金属不純物の濃度に大きく依存する。ウエーハライフタイムの測定において問題になるのは、表面再結合である。なぜなら実質的に得られる減衰曲線から求まるτobsは、バルクライフタイム(再結合ライフタイム)τbulk、表面ライフタイムτsurfを用いて、
1/τobs = 1/τbulk + 1/τsurf
と表されるからである。
そしてバルクライフタイムτbulkからウエーハ中の不純物濃度を評価する。バルクライフタイムτbulkは、シリコンのような間接遷移型の半導体では、金属不純物が作る不純物準位(ディープレベル)の密度によってその大きさが主に決まる。
Here, when the wafer is irradiated with excitation light, electron-hole pair generation occurs, and carriers increase beyond the thermal equilibrium state. That is, the resistance is lowered. When the light irradiation is stopped, the electron and hole concentrations return to an equilibrium state with a certain time constant.
This time constant is generally called lifetime, and greatly depends on the concentration of heavy metal impurities such as iron dissolved in silicon. A problem in measuring the wafer lifetime is surface recombination. Because τ obs obtained from the attenuation curve substantially obtained is obtained by using bulk lifetime (recombination lifetime) τ bulk and surface lifetime τ surf .
1 / τ obs = 1 / τ bulk + 1 / τ surf
It is because it is expressed.
Then, the impurity concentration in the wafer is evaluated from the bulk lifetime τ bulk . The bulk lifetime τ bulk is mainly determined by the density of impurity levels (deep levels) produced by metal impurities in an indirect transition type semiconductor such as silicon.
そして、実質的な現状のシリコン単結晶ウエーハの金属汚染レベルでは、τbulkは大きく(1〜2msec)、ウエーハの厚さが1mm以下ではτsurfがτobsに大きく影響してしまう。そのため、何らかの手段でτsurfを大きくして(表面再結合速度を小さくして)τobs≒τbulkとする必要があり、そのため、酸化膜の形成が一般的に行われてきた。最近、より簡便で、τbulkをより大きくできるケミカルパッシベーション法が広く用いられるようになってきている。 And, at the metal contamination level of the present silicon single crystal wafer, τ bulk is large (1 to 2 msec), and τ surf greatly affects τ obs when the wafer thickness is 1 mm or less. For this reason, it is necessary to increase τ surf by some means (decrease the surface recombination rate) to satisfy τ obs ≈τ bulk, and therefore, an oxide film has generally been formed. Recently, chemical passivation methods that are simpler and can increase τ bulk have been widely used.
ここで、抵抗率の変化は、励起光を入射させた基板に対して高周波も入射させ、その反射波の反射率から求めるが、ウエーハに予め多数のキャリアが存在すると、光照射での熱平衡からの変化量が相対的に小さくなり、S/Nが悪化して精度よく抵抗率の減衰を計れなくなる。そのため、ウエーハライフタイム測定では、1〜3Ωcm以上の抵抗率のウエーハを用いる必要がある。 Here, the change in resistivity is obtained from the reflectance of the reflected wave by making a high frequency incident on the substrate on which the excitation light is incident, but if a large number of carriers are present in the wafer in advance, the thermal balance due to light irradiation The amount of change in the resistance becomes relatively small, the S / N deteriorates, and the resistance cannot be accurately attenuated. Therefore, in the wafer lifetime measurement, it is necessary to use a wafer having a resistivity of 1 to 3 Ωcm or more.
しかし、イオン注入層や拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハは、表層〜5μmの範囲に1018atoms/cm3前後の濃度のドーパント不純物が注入された層が存在する。そのため、ライフタイム測定において、照射光が拡散層で吸収されてバルクに入りにくくなることや、光励起によるキャリア濃度に対して平衡状態のキャリア濃度が拡散層のドーパント濃度分だけ大きくなるため、S/Nを悪化させてしまうという問題があった。また、μ波の拡散層からの反射成分が大きくなり、表層のキャリア濃度の変化を検出することになる。
このようなことから、通常の方法でライフタイムを測定すると拡散ウエーハでは1〜2桁小さなライフタイム値が得られることが大半であった。
However, a silicon single crystal wafer in which an ion-implanted layer and a diffusion layer are formed has a layer in which a dopant impurity having a concentration of about 10 18 atoms / cm 3 is implanted in the range of the surface layer to 5 μm. Therefore, in the lifetime measurement, the irradiation light is absorbed by the diffusion layer and hardly enters the bulk, and the carrier concentration in an equilibrium state with respect to the carrier concentration by photoexcitation increases by the dopant concentration of the diffusion layer. There was a problem of deteriorating N. Further, the reflection component of the μ wave from the diffusion layer increases, and the change in the carrier concentration of the surface layer is detected.
For this reason, when the lifetime is measured by a normal method, a lifetime value that is 1 to 2 orders of magnitude smaller in most cases is obtained with a diffusion wafer.
そこで本発明者らは、安定的な測定を阻んでいる原因を把握し、それを回避して、イオン注入層や拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハのライフタイムを精度よく且つ簡易に測定できないか鋭意検討を重ねた。 Therefore, the present inventors have grasped the cause that prevents stable measurement, avoided it, and accurately and easily measured the lifetime of a silicon single crystal wafer in which an ion implantation layer and a diffusion layer are formed. We studied hard to see if it could be done.
その結果、イオン注入層や注入イオンを拡散させた拡散層は、シリコン単結晶ウエーハの片面のみに対して形成されたものであることに着目して、形成されていない裏面側から励起光を照射し、高周波の入射及びその反射波も裏面側で行うことで、S/Nを確保してライフタイムの測定を行うことができることを発想した。
そしてこれによって、イオン注入層や拡散層の影響をほぼ避けることができ、よってウエーハライフタイムを評価できることを知見し、本発明を完成させた。
As a result, paying attention to the fact that the ion-implanted layer and the diffusion layer in which the implanted ions are diffused are formed only on one side of the silicon single crystal wafer, the excitation light is irradiated from the back side where it is not formed. In addition, the inventors have conceived that the lifetime can be measured while ensuring S / N by performing high-frequency incidence and reflected waves on the back side.
As a result, it has been found that the influence of the ion-implanted layer and the diffusion layer can be substantially avoided, so that the wafer lifetime can be evaluated, and the present invention has been completed.
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
まず最初に、簡単にμPCD法について説明する。
μPCD法によるウエーハライフタイム測定は、試料(ウエーハ)に対して光を当てて、発生する少数キャリアの寿命をマイクロ波の反射率の変化で検出することで、試料中の金属不純物を評価するものである。
First, the μPCD method will be briefly described.
Wafer lifetime measurement by the μPCD method evaluates metal impurities in a sample by irradiating the sample (wafer) with light and detecting the lifetime of the minority carriers generated by changes in the reflectance of the microwave. It is.
次に、一般に広く用いられているウエーハライフタイム測定装置の概要について、図4を参照して説明する。
ウエーハライフタイム測定装置10は、例えば、少なくとも、高周波(以下μ波もしくはマイクロ波とも記載(波長1.0〜10.0GHz))を導波管を用いて測定対象のシリコン単結晶ウエーハに照射するためのμ波発振器13と、10〜100Wのレーザーダイオードを用いてパルス光をウエーハに照射し、ウエーハのキャリア濃度を約2桁増加させるための励起光照射装置12と、シリコン単結晶ウエーハ16への入射高周波とそれからの反射波をアイソレートするためのサーキュレータ15と、シリコン単結晶ウエーハ16を移動させて数ミリピッチでウエーハ内の特定領域の光導電減衰(photo conductivity decay)曲線を測定し、少数キャリアライフタイムを演算処理により求めるための検出器14を有する。
Next, an outline of a wafer lifetime measuring apparatus that is generally widely used will be described with reference to FIG.
The wafer
そしてこのようなウエーハライフタイム測定装置10を用いた本発明のシリコン単結晶ウエーハのライフタイムの評価方法について図1を参照しながら具体的に説明するが、もちろんこれに限定されるものではない。
A method for evaluating the lifetime of the silicon single crystal wafer of the present invention using such a wafer
まずシリコン単結晶ウエーハを準備する。
この時準備するシリコン単結晶ウエーハは、一般的に用いられているもので良く、例えばCZ法で育成したシリコン単結晶棒からスライスして作製したものを用いればよい。またその導電型や結晶方位や結晶径等は、対象となる半導体装置に適したものとなるように適宜選択することができる。但し、抵抗率は1Ω・cm以上、より望ましくは5Ω・cm以上のものであることが望ましい。
First, a silicon single crystal wafer is prepared.
The silicon single crystal wafer prepared at this time may be a commonly used one, for example, a slice produced from a silicon single crystal rod grown by the CZ method may be used. The conductivity type, crystal orientation, crystal diameter, and the like can be appropriately selected so as to be suitable for the target semiconductor device. However, the resistivity is preferably 1 Ω · cm or more, more preferably 5 Ω · cm or more.
次に準備したシリコン単結晶ウエーハに対してイオン注入を行うことでイオン注入層を形成する。このイオン注入は例えば大電流イオン注入装置を用いればよい。
そして、イオン注入後に、拡散熱処理を行って、イオン注入層をイオン注入拡散層(拡散層)11aとし、拡散シリコン単結晶ウエーハ(拡散済シリコン単結晶ウエーハ)11を得る。
Next, an ion implantation layer is formed by performing ion implantation on the prepared silicon single crystal wafer. For example, a large current ion implantation apparatus may be used for this ion implantation.
Then, after the ion implantation, diffusion heat treatment is performed so that the ion implantation layer becomes an ion implantation diffusion layer (diffusion layer) 11a, and a diffusion silicon single crystal wafer (diffused silicon single crystal wafer) 11 is obtained.
ここで、注入するイオン種が、ボロン、リン、砒素、アンチモン、炭素のうち少なくとも1種類とし、また、注入するイオンのドーズ量を1×1014〜1×1016atoms/cm2の範囲に、製造しようとしている素子用の基板の仕様が入っていれば、製品ウエーハそのものを評価対象とすることができる。 Here, the ion species to be implanted is at least one of boron, phosphorus, arsenic, antimony, and carbon, and the dose amount of ions to be implanted is in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 atoms / cm 2 . If the specification of the substrate for the element to be manufactured is included, the product wafer itself can be evaluated.
ボロンが1×1014〜1×1016atoms/cm2のドーズ量で注入されたシリコン単結晶ウエーハは、金属不純物に対するゲッタリング能力が高いウエーハであるため、撮像素子などにおいては、ゲッタリングを目的として、イオン注入によりこれらの拡散層が形成されることもある。
上述のように本発明のライフタイムの評価方法であれば、このようなウエーハのライフタイムも評価することができるため、ゲッタリング能力を含めた総合的な金属汚染状態を短時間で且つ安価に評価することができる。
バイポーラIC、バイCMOSIC用の島状の領域に埋め込み拡散層が形成される、いわゆるパターン付き埋め込み拡散ウエーハに対しても、片面拡散であれば、本発明のライフタイムの評価方法を適用することができることはもちろんである。埋め込み層がn型低抵抗だけでなく、そこにp型の低抵抗層が形成された基板に対しても本発明のライフタイムの評価方法を適用することができる。
A silicon single crystal wafer into which boron is implanted at a dose of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 atoms / cm 2 is a wafer having a high gettering capability against metal impurities. For the purpose, these diffusion layers may be formed by ion implantation.
As described above, the lifetime evaluation method of the present invention can also evaluate the lifetime of such a wafer, so that a comprehensive metal contamination state including gettering ability can be achieved in a short time and at a low cost. Can be evaluated.
The lifetime evaluation method of the present invention can also be applied to a so-called patterned embedded diffusion wafer in which an embedded diffusion layer is formed in an island-shaped region for bipolar IC and bi-CMOS IC, as long as it is single-sided diffusion. Of course you can. The lifetime evaluation method of the present invention can be applied not only to an n-type low resistance buried layer but also to a substrate on which a p-type low resistance layer is formed.
また、イオン注入された側の表面にエピタキシャル層を形成することが一般的である。
このように、拡散層が形成された側の表面上にエピタキシャル層が形成されても、エピタキシャルウエーハをパッシベーション処理すれば、拡散層との境界でキャリアが表面再結合することは殆どないため、評価を行うことができる。
このような拡散層が形成された側の表面にエピタキシャル層が形成されたシリコン単結晶ウエーハは、撮像素子等の半導体装置の製造の基板としてよく用いられる。また、バイポーラIC、バイCMOSICでは、パターンは拡散層上のエピタキシャル層に形成される。このようなシリコン単結晶ウエーハを製造する際にも金属不純物濃度を評価することは非常に重要であり、本発明の評価方法はこのような場合にも好適であり、それによって低不純物濃度のエピタキシャルウエーハを得ることができる。
Also, it is common to form an epitaxial layer on the surface on the ion implanted side.
Thus, even if an epitaxial layer is formed on the surface on the side where the diffusion layer is formed, if the epitaxial wafer is passivated, carriers hardly recombine at the boundary with the diffusion layer. It can be performed.
A silicon single crystal wafer in which an epitaxial layer is formed on the surface on which such a diffusion layer is formed is often used as a substrate for manufacturing a semiconductor device such as an image sensor. In bipolar IC and bi-CMOS IC, the pattern is formed on the epitaxial layer on the diffusion layer. It is very important to evaluate the metal impurity concentration even when manufacturing such a silicon single crystal wafer, and the evaluation method of the present invention is also suitable in such a case, whereby an epitaxial with a low impurity concentration is formed. You can get a wafer.
その後、拡散シリコン単結晶ウエーハ11の全表面に対して、キャリアの表面再結合を抑制するためのパッシベーション膜11bを形成するため、パッシベーションを行う。
Thereafter, passivation is performed on the entire surface of the diffusion silicon
ここで、このパッシベーションとして熱酸化またはケミカルパッシベーションを行うことが望ましい。
ケミカルパッシベーションであれば、パッシベーション膜を短時間に容易に形成することができ、より迅速にウエーハのライフタイムを評価することができる。また、熱酸化であれば、界面準位が低い酸化膜を表面に形成することができる。このため、表面再結合を抑制することができ、高い感度で正確にウエーハライフタイムを評価することができる。
Here, it is desirable to perform thermal oxidation or chemical passivation as this passivation.
In the case of chemical passivation, a passivation film can be easily formed in a short time, and the lifetime of the wafer can be evaluated more quickly. Further, in the case of thermal oxidation, an oxide film having a low interface state can be formed on the surface. For this reason, surface recombination can be suppressed and wafer lifetime can be evaluated accurately with high sensitivity.
その後、パッシベーション膜11bが形成された拡散済シリコン単結晶ウエーハ11に対してライフタイム測定を行い、拡散済シリコン単結晶ウエーハ11中の金属汚染状態を評価する。
この時のライフタイム測定方法としては、μPCD法等が挙げられる。
そしてこの際、図1(a)に示したように、イオン注入拡散層11aが形成された表面とは反対側の表面に対して励起光を照射し、また高周波の入射及びその反射波の検出を行う。
Thereafter, lifetime measurement is performed on the diffused silicon
The lifetime measurement method at this time includes the μPCD method.
At this time, as shown in FIG. 1 (a), the surface opposite to the surface on which the ion
このように、イオン注入されてイオン注入拡散層が形成された側の表面とは反対側の表面に対して励起光の照射や高周波の入射及びその反射波の検出を行うことによって、励起光や反射波が拡散層によって影響を受けることを抑制し、入射強度や信号強度が減衰することを抑制する。これによって、拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハであっても、高精度に(つまり、長いライフタイムのウエーハに対しても)ライフタイムを評価することができる。
また、ウエーハライフタイムは、短時間に測定可能である為、ウエーハのライフタイム分布を高精度に測定ができるので、そのパターンから、汚染の原因が搬送ロボットのチャックであるとか、キャリアの接触部であるといったことが比較的容易に推察できる点が汚染管理に有効である。
In this way, by irradiating the surface opposite to the surface on which the ion-implanted diffusion layer is formed by the ion implantation, the excitation light is irradiated, the high frequency is incident, and the reflected wave is detected. The reflected wave is prevented from being affected by the diffusion layer, and the incident intensity and signal intensity are prevented from being attenuated. Thereby, even a silicon single crystal wafer in which a diffusion layer is formed, the lifetime can be evaluated with high accuracy (that is, even for a wafer having a long lifetime).
In addition, since the wafer lifetime can be measured in a short time, the wafer lifetime distribution can be measured with high accuracy. From the pattern, the cause of contamination is the chuck of the transfer robot, or the contact part of the carrier. It is effective for pollution control that it can be inferred relatively easily.
一方、図1(b)に示すように、従来はイオン注入が行われた表面に対して励起光の照射や高周波の入射及びその反射波の検出を行っていた。この場合、イオン注入によって形成されたイオン注入拡散層11aによって入射された励起光が吸収されてシリコン単結晶ウエーハのバルク部に一部のキャリアしか注入されないためライフタイムを評価することがほとんどできなかった。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, conventionally, irradiation of excitation light, incidence of high frequency, and detection of reflected waves have been performed on the surface on which ion implantation has been performed. In this case, since the excitation light incident on the ion
ここで、本発明では裏面側(励起光照射側)のパッシベーションは必要である。一方、表面(イオン注入面)側のパッシベーションについては、拡散層がバルクと接するため、従来の酸化膜やケミカルパッシベーションの効果は期待できない。しかし、多くの場合、拡散層そのものは、濃度等にもよるが、導電型によらずパッシベーション膜の役目を果たす。このことを利用して、比較的高精度にイオン注入拡散層を有したウエーハのウエーハライフタイムを測定することが可能となる。 Here, in the present invention, passivation on the back surface side (excitation light irradiation side) is necessary. On the other hand, with respect to passivation on the surface (ion implantation surface) side, since the diffusion layer is in contact with the bulk, the effect of the conventional oxide film and chemical passivation cannot be expected. However, in many cases, the diffusion layer itself serves as a passivation film regardless of the conductivity type, depending on the concentration and the like. By utilizing this fact, it becomes possible to measure the wafer lifetime of a wafer having an ion implantation diffusion layer with relatively high accuracy.
そして、本発明のライフタイムの評価方法は、例えばバイポーラIC等の埋め込み拡散構造を持ったウエーハに対しても行うことができる。これは、イオン注入等の裏面に拡散しない手法を用いた場合、裏面側からライフタイム測定用の励起光を照射すれば、照射面の反対側においては、イオン注入層や拡散層がパッシベーション膜の役割を果たし、注入領域もしくは拡散されていない領域である裏面は酸化膜が形成されているので、本発明を適用して同様にバルクライフタイムを測定することができる。 The lifetime evaluation method of the present invention can also be applied to a wafer having a buried diffusion structure such as a bipolar IC. This is because, when a technique such as ion implantation that does not diffuse on the back surface is used, if the excitation light for lifetime measurement is irradiated from the back surface side, the ion-implanted layer or diffusion layer on the opposite side of the irradiated surface is the passivation film. Since the oxide film is formed on the back surface, which plays a role and is an implanted region or an undiffused region, the bulk lifetime can be similarly measured by applying the present invention.
以下、実施例・比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例・比較例)
まず、シリコン単結晶ウエーハとして、約10Ωcmの直径200mm(厚さ725μm)p型鏡面ウエーハを準備した。
その後、ボロンをドーズ量1×1015atoms/cm2、90keVの加速エネルギーの条件でイオン注入し、そして洗浄を行った。
そして、1000℃、10分、窒素雰囲気中のアニールによって結晶性の回復を図り、またその後、酸素ガス雰囲気に切り換えて約300Å(30nm)の酸化膜を形成した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, of course, this invention is not limited to these.
(Examples and comparative examples)
First, a p-type mirror wafer having a diameter of about 200 Ωcm and a diameter of 200 mm (thickness: 725 μm) was prepared as a silicon single crystal wafer.
Thereafter, boron was ion-implanted under the conditions of a dose of 1 × 10 15 atoms / cm 2 and an acceleration energy of 90 keV, and cleaning was performed.
Then, the crystallinity was recovered by annealing in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 10 minutes, and thereafter, the oxide film was switched to an oxygen gas atmosphere to form an oxide film of about 300 mm (30 nm).
作製した拡散シリコン単結晶ウエーハに対して、図1(b)に示すような従来から行われているウエーハライフタイムの評価方法でウエーハライフタイムの測定を行った(比較例)。その後、そのウエーハを反転させ、図1(a)に示すように、イオン注入拡散層が形成された側の表面とは反対にあたる裏面側から励起光を照射して、先ほどと同様の条件でライフタイムの測定を行った(実施例)。その結果を図2(a)(b)に示す。この図2(b)が本発明の評価方法での測定結果である。
またこれら図2(a)(b)の測定条件は、モニターウエーハを測定する際に用いられている標準的な条件で行った。
With respect to the produced diffusion silicon single crystal wafer, the wafer lifetime was measured by a conventional wafer lifetime evaluation method as shown in FIG. 1B (comparative example). Thereafter, the wafer is inverted and, as shown in FIG. 1A, the excitation light is irradiated from the back side opposite to the surface on which the ion-implanted diffusion layer is formed. Time was measured (Example). The results are shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). This FIG.2 (b) is a measurement result by the evaluation method of this invention.
The measurement conditions in FIGS. 2A and 2B were standard conditions used when measuring the monitor wafer.
その結果、従来の評価方法で行った図2(a)の場合、ライフタイムは平均18μsec(最大23μsec・最小4μsec)であり、本発明の評価方法である図2(b)の場合、ライフタイムは平均286μsec(最大458μsec・最小122μsec)であった。
図2(a)、(b)に示すように、同じ拡散シリコン単結晶ウエーハに対して励起光の照射と高周波の入反射以外は同一の条件で行ったにも係わらず、ライフタイムの絶対値が大きく異なっている。
As a result, in the case of FIG. 2A performed by the conventional evaluation method, the average lifetime is 18 μsec (maximum 23 μsec · minimum 4 μsec). In the case of FIG. The average was 286 μsec (maximum 458 μsec, minimum 122 μsec).
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the absolute value of the lifetime is obtained even though the same diffusion silicon single crystal wafer is subjected to the same conditions except the excitation light irradiation and the high frequency incident / reflection. Are very different.
そしてこの2つの評価方法の測定結果のPCD(Photo Conductive Decay)波形を時間に対する電圧として出力させた。その結果を図3に示す。図3(a)は従来の評価方法、図3(b)は本発明の評価方法である。 A PCD (Photo Conductive Decay) waveform as a measurement result of the two evaluation methods was output as a voltage with respect to time. The result is shown in FIG. FIG. 3A shows a conventional evaluation method, and FIG. 3B shows an evaluation method of the present invention.
図3(a)に示すように、イオン注入拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハに対して従来の方法でライフタイムの測定を行うと、ノイズが多くなることと、マイクロ波の反射量の減衰初期に急峻な減衰が見られる。その結果、マイクロ波の反射量がe分の1となる時間、ライフタイムは短くなることが解った。
それに対して、図3(b)に示すように、本発明の評価方法の場合、減衰初期の表面の影響(表面再結合)により生ずる急峻な減少は見られなくなり、イオン注入拡散層が形成されていないシリコン単結晶ウエーハでのライフタイム測定のPCD波形と同様な減衰が得られるようになった。
As shown in FIG. 3A, when the lifetime is measured by a conventional method on a silicon single crystal wafer on which an ion implantation diffusion layer is formed, noise increases and the amount of reflected microwaves increases. A steep decay is observed at the beginning of the decay. As a result, it was found that the time and lifetime that the reflection amount of the microwave becomes 1 / e is shortened.
On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the evaluation method of the present invention, an abrupt decrease caused by the influence of the surface (surface recombination) at the initial stage of attenuation is not observed, and an ion implantation diffusion layer is formed. Attenuation similar to the PCD waveform of lifetime measurement on a silicon single crystal wafer that has not been obtained can be obtained.
そして確認のために、新たに鏡面ウエーハを準備してイオン注入を行い、イオン注入後の回復アニールを窒素雰囲気のみで行って、その後パッシベーションを行わなかった拡散シリコン単結晶ウエーハのライフタイムマップを図2(c)に示した。測定条件は図2(a)と同じとした。この時のライフタイムは平均27μsec(最大42μsec・最小6μsec)であった。
この場合は、励起光を照射する表面にパッシベーション膜としての酸化膜が形成されていないので、表面再結合の寄与が大きくなり、ライフタイムの絶対値は小さくなる。このように、この程度の低いライフタイム値しか得られない場合は、一般的には、局所汚染はS/Nの悪化により確認できなくなる。そして従来の評価方法と同様に、ライフタイムから不純物濃度を評価することはできなかった。
For confirmation, a new mirror-surface wafer is prepared, ion implantation is performed, recovery annealing after ion implantation is performed only in a nitrogen atmosphere, and then a lifetime map of a diffusion silicon single crystal wafer without passivation is shown. This is shown in 2 (c). The measurement conditions were the same as in FIG. The lifetime at this time was an average of 27 μsec (maximum 42 μsec, minimum 6 μsec).
In this case, since an oxide film as a passivation film is not formed on the surface irradiated with excitation light, the contribution of surface recombination is increased, and the absolute value of lifetime is decreased. As described above, when only such a low lifetime value is obtained, in general, local contamination cannot be confirmed due to the deterioration of S / N. As in the conventional evaluation method, the impurity concentration cannot be evaluated from the lifetime.
更に、本発明のライフタイムの評価方法が適切に評価できるものかどうかを確認するために、図2(a)、(b)の評価に用いた拡散シリコン単結晶ウエーハのイオン注入拡散層が形成された側に対して鏡面研磨を行い、表面から約5μmを除去してイオン注入拡散層を除去した。そして除去済みウエーハを洗浄し、更にHF水溶液で自然酸化膜を除去した後、プラスチックの袋を用い5%のヨウ素―エタノール溶液でウエーハ表面が濡れるようにしてパッシベーションを行った後、図2(a)〜(c)と同じ条件でウエーハライフタイムを測定して、図2(d)に示した。
この時のライフタイムは平均769μsec(最大1027μsec・最小188μsec)であった。
Further, in order to confirm whether or not the lifetime evaluation method of the present invention can be appropriately evaluated, an ion-implanted diffusion layer of the diffusion silicon single crystal wafer used for the evaluation of FIGS. 2 (a) and (b) is formed. The polished side was mirror-polished to remove about 5 μm from the surface and remove the ion implantation diffusion layer. Then, the removed wafer is washed, the natural oxide film is removed with an HF aqueous solution, and the wafer surface is wetted with a 5% iodine-ethanol solution using a plastic bag. ) To (c), the wafer lifetime was measured and shown in FIG.
The average lifetime was 769 μsec (maximum 1027 μsec · minimum 188 μsec).
図2(b)、(d)に示すように、同一拡散シリコン単結晶ウエーハのライフタイムマップを比較すると、絶対値については2倍程度の差があるが、分布のパターンは非常に類似しており、局所的な汚染状況は何れの場合も明確に検出されていることが判った。図2のライフタイム絶対値が異なるのは、主としてパッシベーションの差によるものである。金属汚染のないウエーハに対して、パッシベーションを行わない場合には1〜2μsec程度、酸化膜パッシベーションでは400〜600μsec、ケミカルパッシベーションでは800〜1500μsec程度のライフタイム値が得られるのが一般的である。
以上から、イオン注入拡散層が形成されたシリコン単結晶ウエーハに対して、本発明の評価方法によるライフタイム測定を行うことで、ウエーハに対する汚染を評価することが可能であることが確認できた。
As shown in FIGS. 2B and 2D, when the lifetime maps of the same diffusion silicon single crystal wafer are compared, there is a difference of about twice as much as the absolute value, but the distribution pattern is very similar. The local contamination status was clearly detected in all cases. The difference in the lifetime absolute value in FIG. 2 is mainly due to the difference in passivation. In general, a lifetime value of about 1 to 2 [mu] sec is obtained for a wafer free from metal contamination when passivation is not performed, about 400 to 600 [mu] sec for oxide film passivation, and about 800 to 1500 [mu] sec for chemical passivation.
From the above, it was confirmed that the contamination on the wafer can be evaluated by performing lifetime measurement by the evaluation method of the present invention on the silicon single crystal wafer on which the ion implantation diffusion layer is formed.
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。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
10…ウエーハライフタイム測定装置、
11…拡散シリコン単結晶ウエーハ、 11a…拡散層、 11b…パッシベーション膜、
12…励起光照射装置、
13…μ波発振器、
14…検出器、
15…サーキュレータ、
16…シリコン単結晶ウエーハ。
10: Wafer lifetime measuring device,
11 ... Diffusion silicon single crystal wafer, 11a ... Diffusion layer, 11b ... Passivation film,
12 ... Excitation light irradiation device,
13 ... μ wave oscillator,
14 ... detector,
15 ... circulator,
16: Silicon single crystal wafer.
Claims (5)
前記ライフタイムを評価する際に、前記拡散シリコン単結晶ウエーハの全表面に対してパッシベーションを行い、その後、前記拡散面とは反対側の表面に対して励起光の照射と、高周波の入射及びその反射波の検出を行うことでライフタイムの評価をすることを特徴とするライフタイムの評価方法。 A method for evaluating the lifetime of a silicon single crystal wafer in which dopant impurities are diffused on one side,
When evaluating the lifetime, the entire surface of the diffusion silicon single crystal wafer is passivated, and then the surface opposite to the diffusion surface is irradiated with excitation light, high frequency incident and A lifetime evaluation method characterized in that a lifetime is evaluated by detecting a reflected wave.
前記ライフタイムを評価する際に、前記エピタキシャルウエーハの全表面に対してパッシベーションを行い、その後、前記拡散面とは反対側の表面に対して励起光の照射と、高周波の入射及びその反射波の検出を行うことでライフタイムの評価をすることを特徴とするエピタキシャルウエーハのライフタイムの評価方法。 A method for evaluating the lifetime of an epitaxial wafer in which an epitaxial layer is formed on the diffusion surface side of an ion-implanted single-sided diffusion wafer,
When evaluating the lifetime, the entire surface of the epitaxial wafer is passivated, and then the surface opposite to the diffusion surface is irradiated with excitation light, high-frequency incidents and reflected waves thereof. A method for evaluating the lifetime of an epitaxial wafer, characterized in that the lifetime is evaluated by performing detection.
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