JP3465007B2 - シリコンウェーハの表面欠陥の評価方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体用シリコン
ウェーハを製造するプロセス及び半導体用シリコンウェ
ーハを加工してシリコンデバイスを製造するプロセスに
おいて生じるシリコンウェーハの表面欠陥、汚染により
形成される表面準位等の表面欠陥の程度及び分布を評価
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンデバイスの製造プロセスにおい
ては、熱処理等の際に有害な汚染金属がウェーハ表面の
結晶欠陥に引きつけられて析出することが良く知られて
いる。これを利用して、デバイス活性領域以外に意図的
に結晶欠陥を作って、ここに有害金属を集めるゲッタリ
ング技術が知られている。しかし、ウェーハ表面に欠陥
があると、ここに有害金属が析出して補足されてデバイ
ス不良化の原因となる。ところが、このような結晶欠陥
に補足される程度は結晶欠陥の種類や程度により異な
る。通常半導体工場において結晶欠陥と関わりのあるシ
リコンデバイス製造上の有害な金属はCu、Fe、Niのよう
な重金属、Na、Caのようなアルカリ金属、アルカリ土類
金属が代表的であり、プロセス清浄化の主対象となって
いる。

【０００３】従って、シリコンウェーハ表面の結晶欠陥
の評価は、半導体の表面評価を行う場合における主要項
目となっている。代表的な結晶欠陥の評価方法として
は、例えば、結晶欠陥部分にエッチング反応が集中的に
起きやすいことを利用し、選択的なエッチング法により
シリコンウェーハ中の結晶欠陥を顕在化させてこれを顕
微鏡で観察する方法がある。また、電子顕微鏡を使用し
てシリコンウェーハ表面の結晶欠陥部分を直接観察する
ことも行われている。結晶格子のみだれを直接観測する
方法としては、Ｘ線ラング法のようなＸ線回折を利用す
る方法がある。またシリコンウェーハ表面に光を投射
し、その反射率や複素屈折率スペクトルを測定すること
により結晶欠陥を評価する方法等も試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの評価
方法は、大部分がシリコンウェーハ表面において微視的
或いは局所的に存在する結晶欠陥を評価するのに適する
ものであり、シリコンウェーハ表面の全体的な結晶欠陥
分布を把握するには適しないものが多い。例えば前記の
エッチング法を使用した評価方法では、シリコンウェー
ハ表面に強度の構造欠陥であるスリップが発生した場合
や、大量の転位や微小欠陥がくもり状になって顕れた場
合以外は、シリコンウェーハ全表面の欠陥分布を肉眼で
観察することはできない。またＸ線ラング法は、線欠陥
や面欠陥などの構造欠陥を評価するのに適し、そしてシ
リコンウェーハ全表面のこのような構造欠陥の分布を写
真上で観察することはできるものの、イオン注入欠陥の
ような非結晶化した欠陥部分や点欠陥の集合体の検査方
法としては有効ではない。さらに、上述の方法は、結晶
欠陥の有無にかかわらず、シリコンウェーハ表面に付着
した有機物を初めとする不純物汚染に起因する表面準位
を一般的には検出することができない。

【０００５】本発明の目的は、シリコンウェーハ全表面
の結晶欠陥及び汚染により形成される表面準位等の表面
欠陥、特にシリコンデバイス製造プロセスの清浄化の対
象となる有害な汚染元素を捕捉する全て表面欠陥の程度
及び分布を、画像により一瞥で把握することができ、し
かも表面欠陥の程度を数量的に表すことができる、シリ
コンウェーハの表面欠陥の評価方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するものとして、 (A)半導体を製造するプロセスにおいて有害である汚染
元素に対応した放射性同位元素を含有する半導体処理液
を調製し、 (B)結晶表面を露出したシリコンウェーハを前記の半導
体処理液と接触させ、前記の汚染元素に対応した放射性
同位元素を吸着させて有害元素吸着ウェーハを得、 (C)前記の有害元素吸着ウェーハ表面の放射能強度分布
のパターンを輝尽性蛍光体層に潜像として記憶させ、 (D)前記の輝尽性蛍光体層に記憶された放射能強度分布
のパターンを画像として読み出し、該画像に示された有
害元素吸着ウェーハ表面の放射能強度分布を測定する、
ことからなるシリコンウェーハの表面欠陥の評価方法を
提供する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において、表面欠陥とは、シリコンウェーハ表
面の結晶欠陥及び不純物汚染により形成される表面準位
を含む用語である。結晶欠陥しては、空孔、格子間シリ
コン、格子間不純物、置換型不純物のような点欠陥の集
合体、種々の転位よりなる線欠陥、粒界、双晶、積層欠
陥のような面欠陥、非晶化領域、並びにヘイズを生じる
ような微細凹凸がある。また、不純物汚染を起こす不純
物としては、例えば、Cu、Fe、Ni、Au等の重金属、Na等
のアルカリ金属、Ca、Mg等のアルカリ土類金属及び種々
の有機物が挙げられる。

【０００８】(A) 工程 本発明では、先ず、半導体製造プロセスにおいて有害で
ある汚染元素を放射性同位元素で標識して半導体処理液
に添加する。本発明で使用される放射性同位元素は、半
導体製造プロセスの代表的な有害な汚染元素、即ちCu、
Fe、Ni、Na、Ca、Au等の有害金属に対して、⁶⁴Cu、 ⁶¹
Cu、⁵⁹Fe、⁵⁷Ni、²²Na、²⁴Na、⁴⁵Ca、¹⁹⁸Au 等である。
また、例えば、含フッ酸処理液中にシリコンウェーハを
浸漬した場合には、該処理液の主成分元素であるＦ自体
のウェーハ表面への吸着も結晶欠陥で加速される。Ｆイ
オンはデバイス構造に必要なＳｉＯ₂ 膜に対して活性が
強いので、得られるデバイスが不良品となるおそれもあ
る。従って、本発明の評価方法では、¹⁸Ｆのような非金
属放射性元素も前記放射性同位元素の対象となる。

【０００９】本発明に用いる半導体処理液としては、実
際の半導体製造プロセスで一般的に広く使われている液
が望ましく、例えば、アンモニア・過酸化水素洗浄剤
（以下、ＳＣ−１という）；塩酸・過酸化水素洗浄剤
（以下、ＳＣ−２という）；稀フッ酸、フッ化アンモニ
ウム緩衝フッ酸等の含フッ酸処理液等が挙げられる。特
に含フッ酸処理液は、標識として⁶⁴Ｃｕ，⁶¹Ｃｕ， ¹⁹⁸
Ａｕ，¹⁸Ｆ等を用いた評価方法に適している。またＳＣ
−１は、標識として⁵⁹Ｆｅを用いた評価方法に適してい
る。前記の汚染元素は、その種類に応じて適宜の状態
で、例えば金属の場合、塩化物、酢酸塩、硝酸塩等の水
溶性の塩の状態で半導体処理液に添加すればよい。

【００１０】汚染元素に対応した放射性同位元素の半導
体処理液への添加量は、Ｃｕ、Ｆｅのような金属不純物
を使う場合には半導体処理液に対して、０．１〜１０ｐ
ｐｂ程度でよい。¹⁸Ｆの場合にはＨＦ濃度１０〜１００
０ｐｐｍの純水を用い、添加量は液の放射能が１０００
Ｂｑ／ｍＬ程度となるようにする。

【００１１】(B)工程 結晶表面を露出したシリコンウェーハを前記の半導体処
理液に接触させ（例えば、浸漬により）、前記の汚染元
素に対応した放射性同位元素をシリコンウェーハ吸着さ
せた有害元素吸着ウェーハを得る。前記のシリコンウェ
ーハが、シリコンウェーハ製造時又はシリコンデバイス
製造時のシリコンウェーハである場合には、前記の汚染
元素に対応した放射性同位元素を吸着させる前に該シリ
コンウェーハを加熱処理するのが好ましく、特に酸化雰
囲気で熱酸化するのが好ましい。このように該シリコン
ウェーハを加熱処理することにより、シリコン結晶中の
潜在的欠陥をウェーハ表面の結晶欠陥として顕現させる
ことができる。そして、こうしてウェーハ表面に顕現さ
せた結晶欠陥に汚染元素に対応した放射性同位元素の吸
着加速が認められれば、単結晶製造時に起因する欠陥の
ウェーハ表面への影響も知ることができる。なお、熱酸
化したシリコンウェーハを使用する場合には、シリコン
ウェーハの表面に生じた酸化膜をフッ酸等を用いて除去
してから前記の半導体処理液に浸漬する必要がある。

【００１２】また、結晶欠陥に捕捉される汚染元素がＣ
ｕであり、シリコンウェーハを浸漬する処理液が含フッ
酸液の場合には、Ｃｕのシリコンウェーハ表面への吸着
はシリコンウェーハ上に付着した有機物により著しく影
響を受ける。

【００１３】従って、このようなシリコンウェーハ表面
の結晶欠陥を評価する場合には、該ウェーハに紫外線を
照射して発生したオゾンにより該有機物を分解する方法
や該ウェーハをＳＣ−１で洗浄する方法等によりウェー
ハに付着した有機物を予め除去しておく。こうするとに
より、有機物吸着により形成される表面準位による効果
と分離して結晶欠陥を評価することができるし、また測
定結果の再現性が向上する。

【００１４】一方、シリコンウェーハ表面の表面欠陥全
体、即ち、結晶欠陥及び有機物等の吸着により形成され
た表面準位とを同時に、総合的に評価する場合には、ウ
ェーハ表面に汚染が存在するままで本工程に供すればよ
い。（有機物汚染による影響は図１、２及び３の領域４
参照）。

【００１５】また、本発明の評価方法では、このように
して有害元素吸着ウェーハを得た後、該有害元素吸着ウ
ェーハに吸着した放射性同位元素の大部分（少なくとも
８０％、実際的には８０〜９８％程度、より代表的には
８５〜９６％程度）を除く洗浄処理を行った後に、該ウ
ェーハを次の (C)工程に施すことが好ましい。放射性同
位元素の大部分を除く洗浄処理に用いる洗浄液として
は、半導体製造プロセスで一般に使われているＳＣ−１
や、ＳＣ−２で十分である。このような洗浄処理を行う
ことにより、後述する放射能強度分布を表す画像におい
て、結晶性が良好な領域と結晶欠陥が存在する領域との
濃度差が著しく強調される。従って、前記の濃度差の比
較が容易になって、結晶欠陥が特定の汚染元素を捕捉す
る程度を明瞭に把握することができ、結晶欠陥の分布も
確認しやすくなる。洗浄によりウェーハ表面に残す放射
線同位元素量はＰ型では４％程度あればよく、Ｎ型では
もう少し少なくてもよい。

【００１６】(C)工程 本工程では、前記の有害元素吸着ウェーハ表面の放射能
強度分布を輝尽性蛍光体層に潜像として記憶させる。以
下の(C) 〜(D) の工程は、医療用診断技術として既に確
立されているコンピューテッドラジオグラフィ(CR)（di
gital radiography by imaging plateともいう）を応用
するものである。

【００１７】「輝尽性蛍光体」とは、放射線を当てると
そのエネルギーが蓄積され、その後に可視光を当てると
再度励起され最初に当てた放射線の強度に比例した強度
を有し、寿命の短い輝尽発光（Photostimulated fluore
scence, PSF ）を生じる蛍光体である。このような輝尽
性螢光体としては、例えば、Eu⁺²をドープしたハロゲン
化フッ化バリウム（代表的なものはBaFBr ）が知られて
いる。

【００１８】該蛍光体にあてる放射線に強度分布がある
とその分布に応じて蛍光体内に潜像（即ち、蓄積エネル
ギーの分布）を生じる。該蛍光体に可視光を当てると再
度励起され最初に当てた放射線に比例した輝尽発光（Ph
otostimulated fluorescence, PSF ）を生じるが、この
発光は寿命が短いので、読取装置により、可視光を走査
し、輝尽発光量を光電子増倍管で検量すれば、潜像を画
像化することが出来る。輝尽性螢光体層を例えばポリエ
ステル製の基板上に形成したものがイメージングプレー
ト（IP）として知られ、富士写真フィルム（株）より市
販されている。

【００１９】この(C)工程では、(B)工程で汚染元素に対
応した放射性同位元素を吸着させたシリコンウェーハ面
にイメージングプレートの輝尽性螢光体層を密着させて
露光すると、該ウェーハ表面における放射性同位元素の
濃度分布のパターンが輝尽性螢光体層に潜像として記憶
される。

【００２０】(D)工程 本工程では、前記の輝尽性蛍光体層に記憶された放射能
強度分布を可視性の画像として読み出し、該画像におい
て示される有害元素吸着ウェーハ表面の結晶性の良好な
領域及び結晶欠陥が存在する領域に対応する部分の放射
能強度を比較する。

【００２１】輝尽性蛍光体層に記憶されたウェーハ表面
の放射能強度分布の読み出しは、通常、輝尽性螢光体層
表面を赤色レーザーで走査することにより行う。このレ
ーザー走査により記憶された放射線量（潜像）に比例し
た青色が発光する（輝尽発光）ので、この青光を色フィ
ルタで分離して測定することによりウェーハ表面の放射
能強度分布を知ることができる。

【００２２】例えば、富士写真フィルム（株）により販
売のイメージングアナライザーBAS2000 を用いると、発
光した青色は電気信号に変えられ一旦磁気ディスクに記
録され、記録されたデータは次にアナライザーのブラウ
ン管面で画像化される。即ち、ウェーハ面上の放射性同
位元素標識汚染物質の濃度分布が画像として得られる。
画像上では放射能強度（BAS2000 ではPSL という相対単
位で示される）を計測する領域を指定することにより、
自動的に解析が行われ、その指定領域内の放射能強度は
バックグランドPSL 値（BGと表示）を差し引いて１mm²
当たりの強度（PSL-BG) として画面上に表示される。同
一の放射性同位元素の既知量を含む標準ウェーハを有害
元素吸着ウェーハと同時に露光し、その標準ウェーハに
ついて同様にして（PSL-BG) 値を求めれば、有害元素吸
着ウェーハの（PSL-BG) 値との比較で、有害元素吸着ウ
ェーハの指定領域の元素濃度を定量することができる。

【００２３】表面欠陥を多く有する領域が表面欠陥の存
在しない或いは少ない領域に比べて汚染元素の吸着が多
いことに基づき、表面欠陥の分布のパターンが汚染元素
の吸着分布のパターンに翻訳され、さらに輝尽性蛍光体
層にそのパターンが潜像として転写され、さらに例えば
ディスプレイ上に可視性の画像として表面欠陥の分布が
顕現化される。こうしてシリコンウェーハ上の表面欠陥
の分布（各部分の程度も）を測定することができ、評価
することができる。

【００２４】

【実施例】次に実施例について詳細に説明するが、本発
明はこの実施例に限定されるものではない。本発明は、
半導体用シリコンウェーハを製造するプロセス及びそれ
を加工してシリコンデバイスを製造するプロセスにおい
て生じるシリコンウェーハ表面の結晶欠陥を評価する方
法である。そして、この評価方法は半導体の製造プロセ
スを管理するのに有用な方法である。従って、本発明の
実施例としては、実際の半導体の製造プロセスにおいて
生じる結晶欠陥に基づいて評価を行った実施例を提供す
るのが好ましい。しかし、本発明の適用が特に有効な、
シリコンデバイスを製造するプロセスにおいて生じる結
晶欠陥については、デバイス構造が微細でかつ複雑なた
め本発明を具体的に説明しにくい。そこで本実施例で
は、実際の製造プロセスにおいて結晶欠陥が発生する過
程をシミュレートしたテストウエーハを作成し、これを
用いて本発明をさらに具体的に説明する。

【００２５】実施例１ 半導体製造工程で一般的なリソグラフィ手法を利用する
ことにより、図１に模式的に示すように、正方形の選択
的イオン注入領域１〜３を有するテストシリコンウェー
ハ（Ｎ型）を作成した。前記領域１にはＡｒが、領域２
にはＡｓが、領域３にはＢ（ＢＦ²⁺イオンを使用）がそ
れぞれ同一のドーズ量（５×１０¹⁴イオン／ｃｍ² ）で
イオン注入されている。そして、これらの領域１〜３に
は公知のイオン注入欠陥が発生している。なお、領域４
はイオン注入を行っていない結晶性の良好な、即ち表面
に結晶欠陥がないかほとんど存在しない領域である。こ
のテストウェーハを、フッ化アンモニウム緩衝フッ酸に
⁶⁴Ｃｕで標識したＣｕを０．５ｐｐｂ加えた溶液に１０
分間浸漬した。次いで、該テストウェーハを引き上げ、
純水で５分間リンスして乾燥し有害元素吸着ウェーハを
作成した。

【００２６】次に、有害元素吸着ウェーハの領域１〜４
を有する面と、イメージングプレート〔富士写真フィル
ム（株）製〕の輝尽性螢光体層を有する面とを密着さ
せ、該イメージングプレートを露光した。

【００２７】次に、露光したイメージングプレートに記
録したウェーハの放射能強度分布をイメージングアナラ
イザーＢＡＳ２０００で読み取った。そのときのイメー
ジングプレートの画像を図１に示す。なお、図１中、黒
く写っている領域ほどＣｕの吸着量が多いことを意味し
ている。また、領域１〜４の⁶⁴Ｃｕ濃度をイメージング
アナライザーＢＡＳ２０００で測定されたＰＳＬをＣｕ
濃度既知の標準ウェーハのＰＳＬと比較して求めた。そ
の結果、領域１〜３の⁶⁴Ｃｕ濃度は、Ａｒ注入領域が
３．６×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であり、領域２のＡ
ｓ注入領域が３．７×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であ
り、領域３のＢ注入領域が３．７×１０¹¹ａｔｏｍｓ／
ｃｍ²であった。また、イオン注入欠陥のない領域４の
⁶⁴Ｃｕ濃度は２．０×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であ
り、前記領域１〜３の⁶⁴Ｃｕ濃度に比し明らかに少なか
った。本発明によれば、結晶欠陥のない又はほとんどな
い領域と結晶欠陥存在領域との濃度差の比較により、シ
リコンウェーハ表面の結晶欠陥の程度と分布が一瞥で把
握され数量的にも評価することができる。

【００２８】他の図からもわかるように、⁶⁴Ｃｕは結晶
状態が良好な領域にも見られる。これらの領域は実施例
７で後述するように有機物汚染が生じ、これにより表面
準位が形成され、ごく弱い欠陥として⁶⁴Ｃｕの吸着に影
響したものと考えられる。

【００２９】実施例２ 実際のシリコンデバイスを製造するプロセスにおいて
は、イオン注入による欠陥を除くために必ずイオン注入
後シリコンウェーハを加熱処理（アニール）を行う。欠
陥の除去の程度は、注入領域の電気伝導度を測定し、そ
の回復の程度で確認することが広く行われている。そこ
で、実施例１と同様にして作成したテストウェーハに対
して９００℃でアニールを行った。このアニール条件
は、欠陥を除去することができるものとして確認された
条件である。

【００３０】次に、このテストウェーハを用いた以外
は、実施例１と同様にして有害元素吸着ウェーハを作成
し、該有害元素吸着ウェーハを用いてイメージングプレ
ートを露光し、露光したイメージングプレートに記録し
た有害元素吸着ウェーハの放射能強度分布をイメージン
グアナライザーＢＡＳ２０００で読み取った。そのとき
のイメージングプレートの画像を図２に示す。また、実
施例１と同様にして、領域１〜４の⁶⁴Ｃｕ濃度を測定し
た。その結果、領域１のＡｒ注入領域の⁶⁴Ｃｕ濃度は、
２．７×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であり、領域２のＡ
ｓ注入領域では３．３×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ² であ
り、領域３のＢ注入領域では３．９×１０¹⁰ａｔｏｍｓ
／ｃｍ²であった。また、イオン注入欠陥のない領域４
の⁶⁴Ｃｕ濃度は２．３×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であ
った。前記の電気伝導度の測定値を検討した限りでは、
前記のアニールによりイオン注入欠陥は概ね消滅してい
るはずであるが、本実施例における欠陥の評価結果で
は、Ａｓをイオン注入した領域２とＡｒをイオン注入し
た領域１において、Ｃｕの捕捉に関与する欠陥がかなり
存在していることが確認できた。一方、Ｂをイオン注入
した領域３においては、非注入領域４に比べ、１桁程度
⁶⁴Ｃｕ濃度が低下しており、ウェーハ表面にＣｕ吸着を
抑制するタイプの欠陥が存在しているものと推定され
る。

【００３１】実施例３ 実施例１において、Ｎ型のテストシリコンウェーハに代
えてＰ型のシリコンウェーハを用い、そして、それぞれ
のイオン注入のドーズ量を１桁少なくした以外は、実施
例１と同様してテストウェーハを作成した。そして、こ
のテストウェーハを用いた以外は、実施例１と同様にし
て有害元素吸着ウェーハを作成し、該有害元素吸着ウェ
ーハを用いてイメージングプレートを露光し、露光した
イメージングプレートに記録した有害元素吸着ウェーハ
の放射能強度分布をイメージングアナライザーＢＡＳ２
０００で読み取った。そのときのイメージングプレート
の画像を図３に示す。また、実施例１と同様にして、領
域１〜４の⁶⁴Ｃｕ濃度を測定した。その結果、領域１の
Ａｒ注入領域の⁶⁴Ｃｕ濃度は、２．２×１０¹¹ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ²であり、領域２のＡｓ注入領域では３．２×
１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ² であり、領域３のＢ注入領域
では１．９×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であった。ま
た、イオン注入欠陥のない領域４の⁶⁴Ｃｕ濃度は２．３
×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であった。Ｐ型のシリコン
ウェーハを使用し、ドーズ量が５×１０¹³イオン／ｃｍ
² のイオン注入を行った場合には、Ａｓ注入領域２だけ
が⁶⁴Ｃｕの吸着加速が認められるのに対し、Ｂ注入領域
３では、逆にＣｕ吸着抑制型の欠陥が存在していると推
測される。

【００３２】実施例４ 実施例３と同様にしてテストウェーハを作成した。次
に、該ウェーハのイオン注入欠陥を減少させるために該
ウェーハに対し９００℃でアニールを行った。次に、こ
のテストウェーハを用いた以外は、実施例３と同様にし
て有害元素吸着ウェーハを作成し、該有害元素吸着ウェ
ーハを用いてイメージングプレートを露光し、露光した
イメージングプレートに記録した有害元素吸着ウェーハ
の放射能強度分布をイメージングアナライザーＢＡＳ２
０００で読み取った。また、実施例１と同様にして、領
域１〜４の⁶⁴Ｃｕ濃度を測定したが、測定値は実施例３
とほとんど変わらなかった。

【００３３】実施例３及び４ではイオン注入されたイオ
ン量が少なかったため、イオン注入による結晶欠陥発生
量は少なく（したがってアニールの効果も小さかっ
た）、高濃度に格子置換したＡｓとＢの欠陥効果として
上記の現象が生じたものと推定される。

【００３４】実施例５ 実施例１と同様の有害元素吸着ウェーハを作成し、該ウ
ェーハを洗浄剤ＳＣ−１（ＮＨ₄ ＯＨ：Ｈ₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂
Ｏ＝１容：１容：５容、温度７０℃）を用いて１０分間
洗浄した。実施例１で用いた有害元素吸着ウェーハに代
えて、前記の洗浄した有害元素吸着ウェーハを用いた以
外は、実施例１と同様にして、イメージングプレートを
露光し、露光したイメージングプレートに記録した有害
元素吸着ウェーハの放射能強度分布をイメージングアナ
ライザーＢＡＳ２０００で読み取った。そして、実施例
１と同様にして、領域１〜４の⁶⁴Ｃｕ濃度を測定した。
その結果を表１に示す。

【００３５】実施例６ 実施例２と同様の有害元素吸着ウェーハを作成し、該ウ
ェーハを洗浄剤ＳＣ−１（ＮＨ₄ ＯＨ：Ｈ₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂
Ｏ＝１容：１容：５容、温度７０℃）を用いて１０分間
洗浄した。実施例２で用いた有害元素吸着ウェーハに代
えて、前記の洗浄した有害元素吸着ウェーハを用いた以
外は、実施例２と同様にして、イメージングプレートを
露光し、露光したイメージングプレートに記録した有害
元素吸着ウェーハの放射能強度分布をイメージングアナ
ライザーＢＡＳ２０００で読み取った。そして、実施例
１と同様にして、領域１〜４の⁶⁴Ｃｕ濃度を測定した。
その結果を表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１から明らかなように、実施例１及び実
施例２においては、イオン注入領域１〜３の⁶⁴Ｃｕ濃度
／非注入領域４の⁶⁴Ｃｕ濃度比（吸着量比）が、１．８
〜１．２程度（３６／２０〜２７／２３）である（但
し、実施例２の９００℃でアニールした場合のＢ注入領
域３を除く）。これに対し、本例のように洗浄処理を行
った場合には、９００℃でアニールを行った実施例６の
Ａｓ注入領域を除いて前記吸着量比が数百倍になり、濃
度差が著しく強調され、結晶欠陥の評価が容易になる。

【００３８】実施例７ 実験により、シリコンウェーハを浸漬する半導体処理液
の容器としてポリプロピレン材質のものを用いると、引
き上げたシリコンウェーハの洗浄が十分でない場合に
は、⁶⁴Ｃｕ吸着量が著しく増大することが判明した。こ
の原因はプラスチック添加剤のステアリン酸石鹸にある
ことを見出し、さらに検討を続けたところ、結晶欠陥を
評価しようとするシリコンウェーハの表面がステアリン
酸や機械油のような有機質で汚染されていると、同様に
⁶⁴Ｃｕ吸着が加速されることが判明した。この加速は有
機物汚染により表面準位が生じたためと推測される。

【００３９】このような異常現象はシリコンウェーハ表
面の有機汚染に対し強力な除去能力のあるＳＣ−１洗浄
を施した実施例５及び実施例６の場合には全く認められ
なかった。そこで、実験において、使用したテストウェ
ーハの全てについて波長１８４．９ｎｍ及び２５３．７
ｎｍの紫外線を照射し、発生したオゾンにより有機物を
分解除去した。そして、十分に洗浄して清浄化したポリ
カーボネート製製容器内で該テストウェーハを浸漬処理
することにより、⁶⁴Ｃｕ吸着の再現性が著しく向上し、
ウェーハ表面の結晶欠陥の評価が容易になった。

【００４０】実施例８ シリコンウェーハ上に形成した酸化膜に対してリソグラ
フィ技術を適用して５ｍｍ間隔の井桁状に酸化膜を除去
してシリコン結晶露出部を作成した。次に、残った酸化
膜をマスクとし、リアクティブイオンエッチングを行っ
て、シリコンウェーハ表面に深さ０．５μｍの井桁状の
溝を形成した。次に、フッ酸を用いて前記の酸化膜を除
いて、シリコンウェーハ全面がシリコン結晶面となるよ
うにしたテストウェーハを作成した。次に、このテスト
ウェーハを、１：１００稀フッ酸水溶液に⁶⁴Ｃｕで標識
したＣｕを０．５ｐｐｂ加えた溶液に３分間浸漬した。
次いで、該ウェーハを引き上げ、純水で５分間リンスし
て乾燥し有害元素吸着ウェーハを作成した。実施例１で
用いた有害元素吸着ウェーハに代えて、本例の有害元素
吸着ウェーハを用いた以外は、実施例１と同様にして、
イメージングプレートを露光し、露光したイメージング
プレートに記録した有害元素吸着ウェーハの放射能強度
分布をイメージングアナライザーＢＡＳ２０００で読み
取った。そして、リアクティブイオンエッチングによる
結晶欠陥領域及び結晶性のよい非エッチング領域の⁶⁴Ｃ
ｕ濃度をイメージングアナライザーＢＡＳ２０００で測
定されたＰＳＬをＣｕ濃度既知の標準ウェーハのＰＳＬ
と比較して求めた。その結果、該結晶欠陥領域の⁶⁴Ｃｕ
濃度は、１×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であったのに対
し、非エッチング領域の⁶⁴Ｃｕ濃度は（７〜８）×１０
⁹ ａｔｏｍｓ／ｃｍ²程度であった。この⁶⁴Ｃｕ濃度を
比較することにより、欠陥領域の評価を容易に行うこと
ができる。

【００４１】実施例９ 半導体製造工程で用いられる一般的なリソグラフィ手法
により、シリコンウェーハ（Ｎ型）表面にＡｓのイオン
注入領域（１ｃｍ×１ｃｍ）を選択的に多数形成してテ
ストウェーハを作成した。なお、イオン注入のドーズ量
は、実施例１と同程度であった。次に、このテストウェ
ーハを、稀薄なＳＣ−１洗浄液（ＮＨ₄ ＯＨ：Ｈ
₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂ Ｏ＝０．１容：１容：５容）に⁵⁹Ｆｅで標
識したＦｅ０．５ｐｐｂを添加した溶液（温度７０℃）
に１０分間浸漬した。次いで、該ウェーハを引き上げ、
純水で１０分間リンスして乾燥し有害元素吸着ウェーハ
を作成した。実施例１で用いた有害元素吸着ウェーハに
代えて、本例の有害元素吸着ウェーハを用いた以外は、
実施例１と同様にして、イメージングプレートを露光
し、露光したイメージングプレートに記録した有害元素
吸着ウェーハの放射能強度分布をイメージングアナライ
ザーＢＡＳ２０００で読み取った。そして、イオン注入
領域及び非注入領域の⁵⁹Ｆｅ濃度をイメージングアナラ
イザーＢＡＳ２０００で測定されたＰＳＬを⁵⁹Ｆｅ濃度
既知の標準ウェーハのＰＳＬと比較して求めた。その結
果、非注入領域の⁵⁹Ｆｅ濃度は、（７〜１０）×１０¹¹
ａｔｏｍｓ／ｃｍ²であるのに対し、イオン注入領域の
⁵⁹Ｆｅ濃度は、（２〜４）×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²
であった。本例で用いたテストウェーハには、実施例２
に見られたような金属吸着抑制型の欠陥が生じているも
のと推測される。

【００４２】実施例１０ シリコン単結晶成長時に発生する有害欠陥であるスワー
ル(swirl) 欠陥をもつシリコンウェーハを用意した。こ
のシリコンウェーハを酸化雰囲気下に１０００℃で８時
間熱処理を行った。そして、シリコンウェーハ表面に生
じた酸化膜をフッ酸を用いて除去してテストウェーハを
作成した。そして、実施例８で用いたテストウェーハに
代えて、本例で作成したテストウェーハを用いた以外
は、実施例８と同様にしてイメージングプレートによる
画像を観察した。その結果、該画像には、明らかに渦巻
状の不規則な⁶⁴Ｃｕ吸着部分が認められた。本発明の評
価方法では、このような熱処理によってシリコンウェー
ハ中の表面近傍に潜在する結晶欠陥をも顕現させて評価
ができることが判明した。

【００４３】

【発明の効果】本発明の評価方法は、従来の方法では不
可能であった、シリコンウェーハの表面欠陥の分布の視
覚的な画像化に成功し、その結果シリコンウェーハ全表
面の表面欠陥の程度と分布が一瞥で把握することができ
る。また、表面欠陥の程度を数量的にも評価することが
できる。

【００４４】この方法は、不良品の発生に直結するシリ
コンウェーハの表面欠陥を検出することができるので、
シリコンウェーハ及びシリコンデバイスの製造プロセス
において、ウェーハ及びデバイスの歩留まりの向上、品
質の維持のような管理面において大きな有用性を有する
ものと期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１において、イメージングプレートに記
録したウェーハの放射能強度分布をイメージングアナラ
イザーＢＡＳ２０００で読み取った画像を写した図面代
用写真である。

【図２】実施例２において、イメージングプレートに記
録したウェーハの放射能強度分布をイメージングアナラ
イザーＢＡＳ２０００で読み取った画像を写した図面代
用写真である。

【図３】実施例３において、イメージングプレートに記
録したウェーハの放射能強度分布をイメージングアナラ
イザーＢＡＳ２０００で読み取った画像を写した図面代
用写真である。

【符号の説明】

１：Ａｒのイオン注入領域 ２：Ａｓのイオン注入領域 ３：Ｂのイオン注入領域 ４：非注入領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/66 G01N 23/223 H01L 21/265

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (A) 半導体を製造するプロセスにおいて
   有害である汚染元素に対応した放射性同位元素を含有す
   る半導体処理液を調製し、 (B)結晶表面を露出したシリコンウェーハを前記の半導
   体処理液と接触させ、前記の汚染元素に対応した放射性
   同位元素を吸着させて有害元素吸着ウェーハを得、 (C)前記の有害元素吸着ウェーハ表面の放射能強度分布
   のパターンを輝尽性蛍光体層に潜像として記憶させ、 (D)前記の輝尽性蛍光体層に記憶された放射能強度分布
   のパターンを画像として読み出し、該画像に示された有
   害元素吸着ウェーハ表面の放射能強度分布を測定する、
   ことからなるシリコンウェーハの表面欠陥の評価方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法であって、前記の
   表面欠陥が、シリコンウェーハ表面の結晶欠陥、不純物
   汚染により形成された表面準位、又はそれらの組み合わ
   せである評価方法。
3. 【請求項３】 前記の(A) 工程に用いる放射性同位元素
   が、⁶⁴Cu、⁶¹Cu、⁵⁹Fe、⁵⁷Ni、²²Na、²⁴Na、⁴³Ca、¹⁹⁸A
   u 又は¹⁸Ｆである請求項１又は２に記載の評価方法。
4. 【請求項４】 前記の(B)工程において、得られた有害
   元素吸着ウェーハに対して吸着させた前記の汚染元素に
   対応した放射性同位元素の80〜98％を除去する洗浄処理
   を施した後、該ウェーハを前記の(C)工程に供する、請
   求項１に記載の評価方法。
5. 【請求項５】 前記の (B)工程に用いるシリコンウェー
   ハが、シリコンウェーハ製造時又はシリコンデバイス製
   造時のシリコンウェーハに加熱処理を施したものである
   請求項１に記載の評価方法。