JP4211643B2 - 結晶欠陥の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板中などに存在する微小な結晶欠陥を検出して評価する方法に関し、より詳しくは結晶欠陥の密度とサイズの深さ方向分布をより正確かつ簡便に評価する方法に関する。

半導体デバイスの材料となる基板、例えばシリコンウエーハ（以下Ｓｉウエーハと称することがある）は、一般的にチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｏｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏｄ：以下ＣＺ法と称する）で成長したシリコン単結晶を切断し、研磨する等の工程を経て製作される。

このＳｉウエーハには通常７〜１８×１０¹⁷（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）（ＪＥＩＤＡ；日本電子工業振興協会規格）程度の酸素が過飽和状態で含まれている。このため、これらの過飽和酸素はデバイス製造プロセスの熱処理中に結晶欠陥である酸素析出物（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ；以下ＢＭＤと称する）として析出する。この析出物はデバイス活性領域に発生すると、接合リークの低下等のデバイス特性に悪影響を及ぼすが、他方、デバイス活性領域以外のバルク中に発生すると、デバイスプロセス中に混入した金属元素を捕獲するゲッタリングサイトとして機能するため有効である。

特に近年、デバイスの微細化とデバイス製造プロセスの低温化に伴い、デバイス製造プロセスにおいてＳｉウエーハ中に発生するＢＭＤサイズも小さくなる傾向にある。また、デバイス製造プロセスの低温化は、製造プロセスにおいてＳｉウエーハが金属等の汚染を受けた場合に、汚染原子の拡散距離が短くなることを意味している。そのため、ＢＭＤ等のゲッタリングサイトはデバイス活性領域のできる限り近傍にあることが望ましい。

前述したように、デバイス活性領域にＢＭＤが存在すると、デバイス特性に悪影響を及ぼす。そのため、デバイス活性領域であるＳｉウェーハ表面近傍には無欠陥層（Ｄｅｎｕｔｅｄ Ｚｏｎｅ；以下ＤＺ層という）を形成する必要があるが、汚染原子の拡散距離が短くなると、ゲッタリングのためＢＭＤが存在する領域をよりデバイス活性領域に近くする必要があるため、無欠陥層の深さ方向の幅をより精密に制御する必要がある。このようなことからＤＺ層の深さ方向の幅を正確に把握するために、極小のＢＭＤを評価することは重要である。また、深さ方向のＢＭＤ密度分布やＢＭＤサイズ分布を評価することはＳｉウェーハの品質を評価する上で必要不可欠である。

ＢＭＤの評価方法としては、化学薬品による選択エッチングが広く知られているが、欠陥サイズが１μｍ以上でないと検出できないため、近年のデバイス工程の低温化に伴い、発生するＢＭＤサイズが小さくなっている状況では、感度的に不足してきている。また、選択エッチングより高感度のＢＭＤ検出方法として、赤外線レーザーを用いた赤外散乱法があるが、検出限界は２０ｎｍ程度である。しかも、この方法では、赤外線の散乱を用いていることから、ＢＭＤ密度が１×１０¹⁰（ｃｍ^-3）以上では欠陥が重複し、分離が不可能なため観測されるＢＭＤ密度は飽和してしまい、ＢＭＤ密度を正確に測定することはできない。

このような赤外散乱法等では検出困難な微小欠陥を検出する方法として、高選択比の異方性エッチングを用いて、基板又は所定層をエッチングする方法が提案された（例えば特許文献１参照）。

特許文献１で開示された結晶欠陥の評価方法について、図５を参照して説明する。
図５（ａ）は、熱処理によってＢＭＤ２が形成されたＳｉウエーハ１である。
そして、このＳｉウエーハ１を、市販のＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いて、ハロゲン系混合ガス（例えばＨＢｒ／Ｃｌ₂／Ｈｅ＋Ｏ₂）雰囲気中で、Ｓｉウエーハ１内に含まれるＢＭＤ２に対して高選択比の異方性エッチングによってＳｉウエーハ１の主表面からエッチングすると、図５（ｂ）に示すようになる。すなわち、ＢＭＤ２に起因した円錐状突起物がエッチング残渣（ヒロック）３として形成される。したがって、このヒロック３に基づいて結晶欠陥を評価することができる。
例えば、得られたヒロック３の数を数えれば、エッチングした範囲のＳｉウエーハ１中のＢＭＤの密度を求めることができる。

また、Ｓｉウエーハ１の表面からのＢＭＤ２の深さ方向の分布は、例えば以下のように求めることができる。
図６は、ヒロック３の拡大図である。図６中において、Ｗはエッチング取代、ＤはＢＭＤ２の表面からの位置、ｄはヒロック３の底面直径、θはヒロック３の底角をそれぞれ示す。
エッチング条件が同一でかつエッチング取代Ｗを測定しておけば、ヒロック３の底角θは一定であるため、ヒロック３の底面直径ｄを例えば電子顕微鏡を用いて測定すれば、ＢＭＤ２の表面からの位置Ｄは以下の数式（１）により求めることができるため、ＢＭＤ２の深さ方向の分布を求めることができる。
Ｄ＝Ｗ−（ｄ／２）ｔａｎθ ・・・・（１）

しかしながら、この方法では、エッチング取代Ｗの測定とヒロック３の底面直径ｄの測定を行う必要があり、これらの測定には長時間必要であるので簡便ではないという問題がある。

さらに、より正確にＢＭＤ２のウェーハ表面からの位置Ｄを求めるための方法として、異方性エッチングする際、試料の少なくとも一部表面をマスキングして残し、この残った領域と、異方性エッチング後の試料との段差を触針式の段差測定装置を用いて測定することも記載されている。しかし、この測定も、やはり長時間かかり、簡便でないという問題がある。

また、ウェーハの主表面から所望深さまでのＳｉウエーハ中のＢＭＤ２の深さ方向分布を測定するには、所望する深さまでエッチングを行う必要があり、主表面からより深い位置まで測定するためには長時間のエッチングが必要であった。さらには、エッチング取代Ｗを例えば２０μｍより多くすると、ＢＭＤ２の存在位置からほぼ円錐形にＳｉがエッチングされるためヒロック３の体積が大きくなり、一つのヒロック３内に別のＢＭＤ２が重複してしまうといった不具合や、一つのヒロックに別のヒロックが重なってしまうといった不具合のためヒロック３の底面直径ｄを正確に測定できないといった問題が生じる（図７参照）。
すなわち、主表面からより深い位置のＢＭＤを測定しようとしても、ＢＭＤの深さ方向の位置を正確に特定することができない不具合があった。

さらに、より深い位置のＢＭＤ２について測定しようとする場合、以下の問題もある。すなわち、図８に示すように、ＢＭＤ２からのエッチング量が６μｍ以下である場合には、ヒロック３は円錐形状３ａであり一定の底角θで形成されるが、ＢＭＤ２からのエッチング量が６μｍより多くなると底角は徐々に大きくなり、釣鐘形状３ｂになることが、発明者の検討の結果明らかになった。このことはＢＭＤ２からのエッチング量が６μｍより多くなると、ヒロック３の底面直径からだけではＢＭＤ２の表面からの位置を上記数式（１）により単純に算出できなくなることを意味している。

この場合にも、ヒロックの高さを直接測定すればＢＭＤの表面からの位置を特定可能であるが、ヒロックの高さ測定は、ヒロックの底面の直径測定よりも遥かに長時間必要であり、検査コストの大幅な増加を招く。さらに、エッチング量を大きくしてゆくとＢＭＤ自身もエッチングレートが遅いとはいえエッチングされるため、あるエッチング量以上になるとＢＭＤが完全にエッチングされてしまうことになる。この結果ヒロックの頂点ではＳｉが表面にあらわれるためエッチングの選択性がなくなる。一方、エッチング量を大きくしてゆくと、ＢＭＤ直下のＳｉがエッチング除去されて、ＢＭＤも除去されてしまうということもある。
したがってこれ以上エッチングした場合には、ヒロックの高さからＢＭＤの表面からの位置を算出することはできなくなってしまうといった問題点があった。

このため従来の評価法では正確に評価可能な範囲は主表面から６μｍ程度、あるいは、せいぜい１０μｍ程度の範囲に限定されてしまうという問題点があった。

特開２０００−５８５０９号公報

本発明は、これらの問題点に鑑みなされたものであり、異方性エッチングによって基板又は所定層をエッチングし、結晶欠陥に起因したエッチング残渣を露出させ、前記エッチング残渣に基づいて結晶欠陥を評価する方法において、基板等の主表面近傍のみならず、基板内部のより深い位置の結晶欠陥の密度とサイズ分布を、簡便かつより高精度に評価する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、異方性エッチングによって基板又は所定層をエッチングし、結晶欠陥に起因したエッチング残渣を露出させ、前記エッチング残渣に基づいて結晶欠陥を評価する方法において、少なくとも、前記基板又は所定層を斜め研磨又は劈開することにより前記基板内又は所定層内の断面を露出させる加工を施す工程と、前記基板又は所定層の主表面を保護する手段を設ける工程を行い、その後前記露出させた断面を異方性エッチングする工程を行うことを特徴とする結晶欠陥の評価方法が提供される（請求項１）。

このように、前記基板又は所定層を斜め研磨又は劈開することにより前記基板内又は所定層内の断面を露出させる加工を施す工程と、前記基板又は所定層の主表面を保護する手段を設ける工程を行い、その後前記露出させた断面を異方性エッチングする工程を行うことで、基板又は所定層の深さ方向の結晶欠陥の評価を簡便かつより高精度で行うことができる。すなわち、単純に、露出させた断面で観察できる結晶欠陥の個数をカウント等することで、その観察位置の深さの結晶欠陥の密度分布等を評価できる。
特に、本発明は、基板等を斜め研磨して断面を露出させる場合は、深さ方向を拡大して見ることができ、深さ方向の結晶欠陥を簡便かつより正確に測定することができるし、あるいは、基板等を劈開して断面を露出させる場合は、例えば＜１１０＞方向の面等が、断面として、鏡面に近い状態できれいに露出され、結晶欠陥の測定がやり易く、測定精度が上がる。また、従来のように主表面からエッチングする場合には、エッチング取代を計測するために、一部領域をマスキングして残すことがあるが、本発明では、断面から観察するのでその必要もない。

さらに、本発明では、主表面を保護する手段を設けているので、主表面がエッチングされるのを防ぐことができ、斜め研磨又は劈開により露出させた断面のみを異方性エッチングすることができる。したがって、断面を異方性エッチングすると主表面からも異方性エッチングが進み、主表面近傍の結晶欠陥の測定ができなくなるという不具合もなく、深さ方向の結晶欠陥を、表面近傍から、より深い位置まで、より正確に測定することができる。
尚、ここで所定層とは、基板上に形成された層であって、本発明の方法により結晶欠陥の評価をしようとする層をいう。また、ここで主表面とは、基板又は所定層の、表面及び裏面をいい、断面に対する語である。

この場合、前記主表面を保護する手段を、耐エッチング性の保護膜、金属製治具、セラミックス製冶具のいずれかとするのが好ましい（請求項２）。

このように、前記主表面を保護する手段を、耐エッチング性の保護膜、金属製治具、セラミックス製冶具のいずれかとすることで、前記基板又は所定層の主表面部分がエッチング除去されてしまうことを確実に防ぐことができ、前記基板内又は所定層内の深さ方向の結晶欠陥の分布を主表面近傍を含めより正確に評価することができる。

尚、前記保護膜を、酸化膜、窒化膜、高分子膜のいずれか１つ以上の膜とすることができる（請求項３）。

このように、前記保護膜を、酸化膜、窒化膜、高分子膜の少なくとも１つとすれば、容易かつ確実に主表面に保護膜を形成することができるので、前記基板内又は所定層内の深さ方向の結晶欠陥の分布をより安価に、より正確に評価することができる。

この場合、前記露出させた断面の異方性エッチングを、前記基板または所定層の主表面と平行な方向から行うことが好ましい（請求項４）。

このように、前記露出させた断面の異方性エッチングを、前記基板または所定層の主表面と平行な方向から行えば、従来方法のようにヒロックの高さや底面の直径を測定する必要が無くなり、深さ方向のＢＭＤ位置を簡単かつ一義的に決定することができるため、より短時間での測定が可能となる。また結晶欠陥の深さ方向の位置を正確に求めることが可能となる。

この場合、前記基板又は所定層を、シリコン単結晶基板又はシリコン層とすることができる（請求項５）。

近年、特に半導体基板として有用なシリコン単結晶基板等の結晶欠陥を正確かつ簡便に評価できる方法が強く求められているが、本発明の方法は、そのような要求を十分に満たす優れた方法である。

この場合、前記異方性エッチングは、シリコンのエッチング速度が、結晶欠陥であるシリコン酸化物のエッチング速度の５０倍以上の速度であるのが好ましい（請求項６）。

このように、シリコンのエッチング速度が、結晶欠陥であるシリコン酸化物のエッチング速度の少なくとも５０倍となる異方性エッチングを用いることで、エッチング残渣を確実に形成することができる。特に、１００倍以上とすることでより確実にエッチング残渣を形成することができる。

この場合、前記異方性エッチングにおけるシリコンのエッチング量を、０．１〜２０μｍとするのが好ましい（請求項７）。

このように、斜め研磨又は劈開により被検体の深さ方向の面が露出しているので、シリコンのエッチング量を０．１〜２０μｍ、より好ましくは３〜１０μｍとすることで、エッチング残渣を確実に形成することができる。

以上、本発明によれば、基板等の主表面近傍のみならず、より深い位置の結晶欠陥の密度とサイズ分布を、簡便かつより高精度に評価することができる。特に従来の方法では困難であった基板又は所定層の主表面から６μｍ以上深い位置にある結晶欠陥の密度とサイズ分布を高精度に評価することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者は、基板又は所定層における深さ方向のＢＭＤを上述した従来方法よりも、さらに正確かつ簡便に検出する方法について検討を行った。
そのために、先ず、基板等を斜め研磨又は劈開して断面を露出させ、その断面を異方性エッチングすることでＢＭＤの評価を行う方法についての検討を行った。しかし、断面を異方性エッチングしようとすると主表面からもエッチングが進むという問題が生じることが判った。このように主表面からもエッチングが進むと、主表面近傍のＢＭＤは、断面から観察できず、例えば上述の引用文献１に記載した方法で主表面から測定し、評価する必要があることとなり、簡便ではない。
そこで、本発明者は、このような問題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、主表面に保護手段を設ければ良いことに想到し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の結晶欠陥の評価方法は、異方性エッチングによって基板又は所定層をエッチングし、結晶欠陥に起因したエッチング残渣を露出させ、前記エッチング残渣に基づいて結晶欠陥を評価する方法において、少なくとも、前記基板又は所定層を斜め研磨又は劈開することにより前記基板内又は所定層内の断面を露出させる加工を施す工程と、前記基板又は所定層の主表面を保護する手段を設ける工程を行い、その後前記露出させた断面を異方性エッチングする工程を行うものである。
尚、基板又は所定層を斜め研磨又は劈開することにより基板内又は所定層内の断面を露出させる加工を施す工程と、基板又は所定層の主表面を保護する手段を設ける工程とは、いずれの工程を先に行い、いずれの工程を後に行っても良いが、斜め研磨又は劈開する工程を後に行った方が、自然酸化膜や保護膜形成時の取り扱いによる汚れや傷のないきれいな断面が形成できるのでより好ましい。そして、これらの両工程を行った後に、露出させた断面を異方性エッチングする工程を行う。

基板等を斜め研磨する方法は特に限定されるものではないが、例えば、３０’〜３０°の浅い斜め研摩用治具に基板等をワックスで固定し、市販されている鏡面加工装置を用いて、研磨剤として例えばコロイダルシリカを供給しながら、基板と人工皮革の研磨クロスの間に一定加重と相対速度を与えながら研磨を行うことで斜め研磨することができる。
また、基板等を劈開する方法は特に限定されるものではないが、例えば、基板が面方位（１００）のＳｉウエーハである場合、先端にダイヤモンドが埋め込まれたペン型治具（ダイヤモンドペン）を面方位（１００）のＳｉウエーハのエッジ部に当て、結晶方位＜１１０＞方向に応力を加えることによって、（１００）面に垂直で劈開しやすい（１１０）面に沿ってシリコンウエーハを劈開することができる。

以下、このような本発明の結晶欠陥の評価方法について図面を参照して説明する。
図１は、本発明における斜め研磨により断面を露出させた場合の結晶欠陥の評価方法の一例を示すフローチャートである。
まず、基板として図１（ａ）に示すようなＳｉウェーハ１を準備する。ちなみに、この時点では、主表面（上面及び下面）は、シリコン酸化膜で覆われていない。
次に、図１（ｂ）に示すように、Ｓｉウェーハ１中の酸素を析出させてＢＭＤ２を形成させるための熱処理を施す。該熱処理は、酸素を含有する雰囲気中で行うことにより、
Ｓｉウェーハ１の内部に、ＢＭＤ２を形成すると同時に、Ｓｉウェーハの主表面に、保護膜としてシリコン酸化膜４を形成することができるという利点がある。このように、この例では、Ｓｉウェーハの主表面を保護する手段である保護膜として、シリコン酸化膜を形成する。

引き続き、図１（ｃ）に示す工程で、少なくとも１つの断面が露出するようにＳｉウェーハ１を切断または劈開し、サンプル１ａを作製する。
次に、図１（ｄ）に示すようにサンプル１ａをウェーハ主表面と角度θになるように斜め研磨する。斜め研磨により露出した断面が、異方性エッチングする面である。通常Ｓｉウェーハ１の主表面には自然酸化膜が数Å程度形成されているが斜め研磨により自然酸化膜の無い、断面を形成することができる。

次に、サンプル１ａをＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置中にセットし、斜め研磨により露出した断面の異方性エッチングを行う。異方性エッチングはどの方向から行っても良いが、基板または保護膜の主表面に対して平行な方向から行うことが特に好ましい。基板または保護膜の主表面と平行な方向から異方性エッチングを行うには、図１（ｃ）に示すように、Ｓｉウェーハ１の両端をウェーハの主表面と垂直な方向に切断または劈開して短冊状のサンプル１ａを形成し、図１（ｄ）に示すように断面を斜め研磨した後、図１（ｅ）に示すように、サンプル１ａの酸化膜で被膜されたウェーハ主表面が垂直になるように金属製の支持冶具（ここでは図示せず）でサンプル１ａを固定し、主表面がＲＩＥ装置の２つの電極に垂直になるようにＲＩＥ装置にセットし、異方性エッチングを行う。

ＲＩＥ装置としては市販のＲＩＥ装置（例えばＡＭＡＴ製Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ５０００ＥＴＣＨ）を用いることができる。エッチングの雰囲気はハロゲン系混合ガス（ＨＢｒ／Ｃｌ₂／Ｈｅ＋Ｏ₂混合ガス）等を用いることが好適である。エッチングの選択比はＳｉとＳｉＯ_２が５０：１以上、より好ましくは１００：１以上になるように条件を設定する。このようにＳｉのエッチング速度が、ＳｉＯ_２のエッチング速度の５０倍以上の速度であれば、エッチング残渣を確実に形成することができるし、１００倍以上の速度であれば、より確実にエッチング残渣を形成することができる。

また、エッチング量としては好ましくは０．１〜２０μｍであり、より好ましくは３〜１０μｍである。エッチング量が、０．１μｍ以上であれば、エッチングにより形成されるＢＭＤを頂点とするヒロック３が十分に大きくなるので、ヒロック３を顕微鏡等で検出することが容易になる。また、エッチング量が、２０μｍ以下であれば、ヒロック３の体積がそれほど大きくならず、ヒロック内に別のＢＭＤが重複してしまうといった不具合が生じる可能性が少ないため、十分な検出感度を確保できる。

また、図２は、本発明の劈開により断面を露出させた場合の結晶欠陥の評価方法の一例を示すフローチャートである。
まず、図２（ａ）に示すように、図１（ａ）と同様のＳｉウエーハ１を準備する。
次に、図２（ｂ）に示すように、図１（ｂ）と同様に熱処理を施し、Ｓｉウエーハ１の内部にＢＭＤ２を形成すると同時に、Ｓｉウエーハの主表面に保護膜として酸化膜４を形成する。

引き続き、図２（ｃ）に示す工程で、少なくとも１つの断面が露出するようにＳｉウエーハ１を劈開し、サンプル１ａを作製する。この劈開により露出した断面が、異方性エッチングする面である。通常Ｓｉウエーハ１の主表面には自然酸化膜が数Å程度形成されているが劈開により自然酸化膜の無い、断面を形成することができる。

次に、サンプル１ａをＲＩＥ装置中にセットし、劈開により露出した断面の異方性エッチングを行う。異方性エッチングはどの方向から行っても良いが、基板または保護膜の主表面に対して平行な方向から行うことが好ましい。基板または保護膜の主表面と平行な方向から異方性エッチングを行うためには、図２（ｃ）に示すように、例えばサンプル１ａが短冊状になるように劈開によって２つの断面を得た後、図２（ｄ）に示すように、サンプル１ａの酸化膜で被膜された主表面が垂直になるように金属製の支持冶具（ここでは図示せず）でサンプル１ａを固定し、劈開により露出した断面がＲＩＥ装置の２つの電極に平行になるようにＲＩＥ装置にセットし、異方性エッチングを行う。

また、本発明の結晶欠陥の評価方法によれば、自然酸化膜のない断面をエッチングするため、従来の方法のように異方性エッチングする前にＳｉウエーハの主表面に形成されている自然酸化膜を除去する必要がないという利点がある。
また、Ｓｉウエーハの主表面には、保護膜としてシリコン酸化膜を形成しているので、主表面からはエッチングが進行せず、エッチングは断面に平行にのみ進む。よって、主表面近傍を含め、表面から裏面までのＳｉウエーハの深さ方向全面のＢＭＤを簡便に評価できるという利点がある。

さらに本発明の評価方法は、エッチングする領域が極めて小さくできる点において、従来の方法より以下の点で有利である。
すなわち、ドライエッチング等による異方性エッチングの場合、エッチング面積が小さいほど短時間で均一なエッチングが行える。
例えば直径８インチ（約２００ｍｍ）、厚さ０．７５ｍｍのＳｉウエーハの主表面を異方性エッチングし、ウエーハの直径方向のＢＭＤ面内分布を評価する場合には、Ｓｉウエーハを加工して最低でも幅３ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍ、奥行き２００ｍｍのサンプルを作製する必要がある。これはサンプルをＳｉウエーハから切り出す際に発生するＳｉ屑がＳｉウエーハの表面に多く付着するため、このままで主表面からエッチングを行うとＳｉ屑の付着したところとそうでないところで段差を生じてしまう。そのためあらかじめこの表面に付着したＳｉを洗浄で除去する必要がある。洗浄をおこなうためには、通常、幅３ｍｍ程度のサンプルを作成する必要がある。ここまでは、本発明の方法でも従来方法でも同じである。
しかし、従来方法の場合は、主表面から異方性エッチングするため、エッチング面積は６００ｍｍ²（２００ｍｍ×３ｍｍ）であるのに対して、劈開により形成された断面から異方性エッチングする本発明の場合は、エッチング面積は例えば１５０ｍｍ²（２００ｍｍ×０．７５ｍｍ）と、従来方法の場合の１／４の面積となる。この結果、本発明の方法では、従来方法と比較して、短時間かつ高い選択比でしかも均一にエッチング可能となるのである。そして、従来方法よりも、短時間で精度の高いＢＭＤ評価が可能となる。

ＢＭＤ密度は、エッチング済のサンプルを断面から光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡等で観察し、ヒロックの個数をカウントし、カウントしたヒロックの個数から密度を算出して求める。断面の奥行き（直径）方向のＢＭＤ密度分布を測定したい場合は、顕微鏡の視野が奥行き方向の所望の位置になるようにサンプルの位置を調整して、ヒロックの個数をカウントし、密度を算出すればよい。

このような、本発明の結晶欠陥の評価方法による作用効果の一つは、ＢＭＤの主表面からの深さ位置は、断面を観察し、観察できた位置で一義的に決まるため、従来方法のようにヒロックの高さや底面の直径を測定する必要がなく、単純にヒロックの個数をカウントすればその観察位置の深さのＢＭＤ分布が評価できる点である。
図１（ｅ）を例にすると、ウェーハ主表面と斜め研磨により露出した断面のなす角θであるので、該主表面と斜め研磨された断面の交線からヒロック頂点までのの距離がＸの場合、当該ヒロック、すなわち、ＢＭＤの主表面からの深さＤは
Ｄ＝Ｘｓｉｎθ・・・・・（２）
で与えられる。
また、図２（ｄ）の場合では、ウェーハの主表面に垂直な断面を、該主表面に平行な方向からエッチングしているため、該主表面からヒロックまでの距離が、ヒロックすなわちＢＭＤの該主表面からの深さに相当することになる。

このことは、上述したようにヒロックと別のヒロックの一部が重なりあい、各々のヒロックの底面の直径が測定できないとしても、ヒロックの個数として分離可能であればＢＭＤとして正確に評価できることを意味している。

このように、本発明では、基板又は所定層の表面から裏面までの深さ方向の広い領域のＢＭＤ分布を簡単かつ短時間で評価できる。また、従来方法では、主表面から６μｍ程度の深さまでしかＢＭＤの評価ができなかったが、本発明では表面から裏面までの全域のＢＭＤの評価が簡単かつ確実にできる。

図３は、本発明における斜め研磨により断面を露出させた場合の結晶欠陥評価方法の別の例を示すフローチャートである。
先ず、図３（ａ）に示すようなＳｉウェーハ１を準備する。このＳｉウェーハ１内部には既にＢＭＤ２が発生している。このため図１で示した例のような酸素析出のための熱処理は不要である。

次に、図３（ｂ）に示す工程で、少なくとも１つの断面が露出するように、このＳｉウェーハ１を切断または劈開し、サンプル１ｂを作製する。そして、図３（ｃ）に示すように、サンプル１ｂの主表面に、高分子材料を塗布して乾燥させることにより、耐エッチング性の保護膜として高分子膜５を形成させる。高分子材料としては、例えば一般的に広く市販されているレジスト材料を用いることで、容易に高分子膜を形成することができる。例えば、レジスト材料を、刷毛を用いて主表面に塗った後、ホットプレートで乾燥させることにより高分子膜を形成させることができる。

次に、図３（ｄ）に示すようにサンプル１ｂをウェーハ主表面と角度θになるように斜め研磨する。これにより露出した断面が、異方性エッチングする面である。通常Ｓｉウェーハ１の主表面には自然酸化膜が数Å程度形成されているが斜め研磨により自然酸化膜の無い、断面を形成することができる。

次に、サンプル１ｂをＲＩＥ装置中にセットし斜め研磨により露出した断面の異方性エッチングを行う。異方性エッチングを行う方向としては、図１の場合と同様ウェーハの主表面に平行な方向で行うことが好ましく、そのためには図３（ｂ）に示すように、Ｓｉウェーハ１の両端をウェーハの主表面と垂直な方向に切断または劈開してサンプル１ｂを作製し、図３（ｃ）に示すように該主表面に保護膜として高分子膜５を形成した後、図３（ｅ）に示すように、サンプル１ｂの高分子膜を形成したウェーハ主表面が垂直になるように金属製の支持冶具（ここでは図示せず）でサンプル１ｂを固定し、該主表面がＲＩＥ装置の２つの電極に垂直になるようにＲＩＥ装置にセットし、異方性エッチングを行う。

また、図４は、本発明の劈開により断面を露出させた場合の結晶欠陥の評価方法の別の例を示すフローチャートである。
先ず、図４（ａ）に示すように図３（ａ）と同様のＳｉウエーハ１を準備する。

次に、図４（ｂ）の工程で、少なくとも１つの断面が露出するように、このＳｉウエーハ１を劈開し、サンプル１ｂを作製する。この劈開により露出した断面が、異方性エッチングする面である。通常、Ｓｉウエーハ表面には自然酸化膜が数Å程度形成されているが劈開により自然酸化膜の無い、断面を形成することができる。

次に、図４（ｃ）に示すように、図３（ｃ）と同様にしてサンプル１ｂの主表面に、高分子材料を塗布して乾燥させることにより、耐エッチング性の保護膜として高分子膜５を形成させる。

次に、サンプル１ｂをＲＩＥ装置中にセットし、劈開により露出した断面の異方性エッチングを行う。異方性エッチングを行う方向として、ウェーハの主表面に平行な方向で行うことが好ましく、そのため図４（ｂ）に示すように、例えばサンプル１ｂが短冊状になるように劈開によって２つの断面を得た後、図４（ｄ）に示すように、サンプル１ｂの高分子膜を形成した主表面が垂直になるように金属製の支持冶具（ここでは図示せず）でサンプル１ｂを固定し、劈開により露出した断面がＲＩＥ装置の２つの電極に平行になるようにＲＩＥ装置にセットし、異方性エッチングを行う。

エッチング後のサンプルのヒロック３の個数を光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡等で観察してカウントする。そして、カウントしたヒロックの個数からＢＭＤ密度を算出する。深さ方向のＢＭＤ密度分布を測定したい場合は、顕微鏡の視野が所望の深さの位置になるようにサンプルの位置を調整して、ヒロックの個数をカウントすればよい。

尚、主表面を保護する手段として、上記４つの例では耐エッチング性の保護膜である、酸化膜、高分子膜を挙げているが、他に保護膜としては、窒化膜等を挙げることができる。また、保護膜に限らず、耐エッチング性の金属製治具、セラミックス製冶具を用いて主表面をマスクすることによって保護することもできる。このような保護手段であれば、前記基板又は所定層の主表面近傍の部分がエッチング除去されてしまうことを確実に防ぐことができ、前記基板内又は所定層内の深さ方向の結晶欠陥の密度とサイズ分布をより正確に評価することができる。

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示すフローチャートに従い、結晶欠陥の評価を行った。
まず、面方位（１００）、直径８インチ（２００ｍｍ）、厚さ０．７５ｍｍのＳｉウェーハ１を準備した（図１（ａ））。
次に、酸素を含有する雰囲気中で、上記準備したＳｉウェーハ１に熱処理を施し、Ｓｉウェーハ１の内部に、ＢＭＤ２を形成すると同時に、Ｓｉウェーハの主表面に酸化膜４を形成した（図１（ｂ））。
続いて、酸化膜４及びＢＭＤ２を形成したＳｉウェーハ１を（１１０）面に沿って劈開して、幅５ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍ、奥行き２００ｍｍの短冊状のサンプル１ａを作製した。（図１（ｃ））。次にサンプル１ａを主表面と角度２°５２‘の斜め研磨用治具にサンプル１ａをワックスで固定し、市販されている鏡面加工装置を用いて、研磨剤としてコロイダルシリカを供給しながら、サンプルと人工皮革の研磨クロスの間に一定加重と相対速度を与えながら研磨を行った（図１（ｄ））。研磨後にサンプルを斜め研磨用冶具から外して、洗浄した。
そして、作製したサンプル１ａの主表面が垂直になるように金属製の支持冶具でサンプル１ａを固定し、主表面がＲＩＥ装置（ＡＭＡＴ製Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ５０００ＥＴＣＨ）の２つの電極に垂直になるようにＲＩＥ装置にセットした。エッチング雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ₂／Ｈｅ＋Ｏ₂混合ガスとし、エッチング選択比はＳｉとＳｉＯ_２が５０：１になるように条件を設定し、さらに、エッチング量は、５μｍとし、サンプル１ａの露出した断面を異方性エッチングした（図１（ｅ））。

エッチング後、サンプルの斜め研磨により現れた断面が水平になるようにするため、斜め研磨に用いた冶具にサンプルを積載して、冶具ごとマニュピレーターに積載した。光学顕微鏡で該サンプルの断面を観察してヒロック３の個数をカウントした。当該ヒロックのサンプル主表面と断面界面からの距離はマニュピレーターに付属しているマイクロメーターで計測した。そして、カウントしたヒロックの個数および主表面と断面界面からの距離からＢＭＤ密度を算出した。
その結果、従来の方法においてＢＭＤの深さ方向の密度分布を測定するために必要な時間が約１０時間であるのに対して実施例１による方法では２．５時間と大幅に短縮された。また従来の方法では表面から６μｍ程度の深さまでしかＢＭＤの評価ができなかったが本発明の方法では表面から裏面までの全域のＢＭＤの評価ができた。

（実施例２）
図２に示すフローチャートに従い、結晶欠陥の評価を行った。
まず、面方位（１００）、直径８インチ（２００ｍｍ）、厚さ０．７５ｍｍのＳｉウエーハ１を準備した（図２（ａ））。
次に、酸素を含有する雰囲気中で、上記準備したＳｉウエーハ１に熱処理を施し、Ｓｉウエーハ１の内部に、ＢＭＤ２を形成すると同時に、Ｓｉウエーハの主表面に酸化膜４を形成した（図２（ｂ））。
次に、酸化膜４及びＢＭＤ２を形成したＳｉウエーハ１を（１１０）面に沿って劈開して、幅３ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍ、奥行き２００ｍｍの短冊状のサンプル１ａを作製した。（図２（ｃ））。そしてこのサンプルを洗浄した。
次に、作製したサンプル１ａの主表面が垂直になるように金属製の支持冶具でサンプル１ａを固定し、劈開により露出した断面がＲＩＥ装置（ＡＭＡＴ製Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ５０００ＥＴＣＨ）の２つの電極に平行になるようにＲＩＥ装置にセットした。そして、エッチング雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ₂／Ｈｅ＋Ｏ₂混合ガスとし、エッチング選択比はＳｉとＳｉＯ_２が５０：１になるように条件を設定し、さらに、エッチング量は、２０μｍとし、サンプル１ａの露出した断面を異方性エッチングした（図２（ｄ））。

エッチング後、光学顕微鏡で断面を観察してヒロック３の個数をカウントした。そして、カウントしたヒロックの個数からＳｉウエーハの深さ方向のＢＭＤ密度分布を算出した。
その結果、従来の方法においてＢＭＤの深さ方向の密度分布を測定するために必要な時間が約１０時間であるのに対して実施例２による方法では１．５時間と大幅に短縮された。また従来の方法では表面から６μｍ程度の深さまでしかＢＭＤの評価ができなかったが本発明の方法では表面から裏面までの全域のＢＭＤの評価ができた。

（実施例３）
図３に示すフローチャートに従い、結晶欠陥の評価を行った。
まず、面方位（１００）、直径８インチ（２００ｍｍ）、厚さ０．７５ｍｍのＳｉウェーハ１を準備した（図３（ａ））。このＳｉウェーハ１内部には既にＢＭＤ２が発生していた。
次に、Ｓｉウェーハ１を劈開して、幅５ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍ、奥行き２００ｍｍの短冊状のサンプル１ｂとした（図３（ｂ））。そして、サンプル１ｂの主表面にレジスト材料を刷毛を用いて塗った後、ホットプレートで乾燥させることにより、高分子膜５を形成させた（図３（ｃ））。
続いて、サンプル１ｂを主表面と角度２°５２‘の斜め研磨用治具にワックスで固定し、市販されている鏡面加工装置を用いて、研磨剤としてコロイダルシリカを供給しながら、サンプルと人工皮革の研磨クロスの間に一定加重と相対速度を与えながら研磨を行った（図３（ｄ））。研磨後にサンプルを斜め研磨用冶具から外して、洗浄した。
そして、サンプル１ｂの主表面が垂直になるように金属製の支持冶具でサンプル１ｂを固定し、主表面がＲＩＥ装置（ＡＭＡＴ製Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ５０００ＥＴＣＨ）の２つの電極に垂直になるようにＲＩＥ装置にセットした。エッチング雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ_２／Ｈｅ＋Ｏ_２混合ガスとし、エッチング選択比はＳｉとＳｉＯ_２が５０：１になるように条件を設定し、さらに、エッチング量は、５μｍとし、露出した断面を異方性エッチングした（図３（ｅ））。

エッチング後、サンプルの斜め研磨により現れた断面が水平になるようにするため、斜め研磨に用いた冶具にサンプルを積載して、冶具ごとマニュピレーターに積載した。光学顕微鏡で該サンプルの断面を観察してヒロック３の個数をカウントした。当該ヒロックのサンプル主表面と断面界面からの距離はマニュピレーターに付属しているマイクロメーターで計測した。そして、カウントしたヒロックの個数および主表面と断面界面からの距離からＢＭＤ密度を算出した。
その結果、従来の方法においてＢＭＤの深さ方向の密度分布を測定するために必要な時間が約１０時間であるのに対して実施例３による方法では３時間と大幅に短縮された。また従来の方法では表面から６μｍ程度の深さまでしかＢＭＤの評価ができなかったが本発明の方法では表面から裏面までの全域のＢＭＤの評価ができた。

（実施例４）
図４に示すフローチャートに従い、結晶欠陥の評価を行った。
まず、面方位（１００）、直径８インチ（２００ｍｍ）、厚さ０．７５ｍｍのＳｉウエーハ１を準備した（図４（ａ））。このＳｉウエーハ１内部には既にＢＭＤ２が発生していた。
次に、Ｓｉウエーハ１を劈開して、幅３ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍ、奥行き２００ｍｍの短冊状のサンプル１ｂとした（図４（ｂ））。そして、サンプル１ｂの主表面にレジスト材料を刷毛を用いて塗った後、ホットプレートで乾燥させることにより、高分子膜５を形成させた（図４（ｃ））。
次に、サンプル１ｂの主表面が垂直になるように金属製の支持冶具でサンプル１ｂを固定し、劈開により露出した断面がＲＩＥ装置（ＡＭＡＴ製Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ５０００ＥＴＣＨ）の２つの電極に平行になるようにＲＩＥ装置にセットした。そして、エッチング雰囲気はＨＢｒ／Ｃｌ₂／Ｈｅ＋Ｏ₂混合ガスとし、エッチング選択比はＳｉとＳｉＯ_２が５０：１になるように条件を設定し、さらに、エッチング量は、２０μｍとし、露出した断面を異方性エッチングした（図４（ｄ））。

エッチング後、光学顕微鏡で断面を観察してヒロック３の個数をカウントした。カウントしたヒロックの個数からＢＭＤ密度を算出した。
その結果、従来の方法においてＢＭＤの深さ方向の密度分布を測定するために必要な時間が約１０時間であるのに対して実施例４による方法では１．５時間と大幅に短縮された。また従来の方法では表面から６μｍ程度の深さまでしかＢＭＤの評価ができなかったが本発明の方法では表面から裏面までの全域のＢＭＤの評価ができた。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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思想に包含される。

例えば、上記実施例３及び４では、Ｓｉウエーハを劈開した後にレジスト材料を塗布し、乾燥して高分子膜を形成したが、レジスト材料を主表面に塗布し、乾燥して高分子膜を形成した後にＳｉウエーハを劈開するようにしてもよい。

本発明の斜め研磨により断面を露出させた場合の結晶欠陥の評価方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の劈開により断面を露出させた場合の結晶欠陥の評価方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の斜め研磨により断面を露出させた場合の結晶欠陥の評価方法の別の例を示すフローチャートである。 本発明の劈開により断面を露出させた場合の結晶欠陥の評価方法の別の例を示すフローチャートである。 従来の結晶欠陥の評価方法におけるＳｉウエーハの断面状態を示す図である。（ａ）エッチング前、（ｂ）エッチング後。 従来方法により円錐状エッチング残渣に基づいて結晶欠陥（ＢＭＤ）の表面からの位置を求める原理を示す図である。 主表面からより深い位置の結晶欠陥（ＢＭＤ）を測定する場合の問題について説明する説明図である。 ＢＭＤからのエッチング量を６μｍより多くした場合のエッチング残渣の形状を示す説明図である。

符号の説明

１…Ｓｉウエーハ、 １ａ，１ｂ…サンプル、 ２…ＢＭＤ、 ３…ヒロック、
４…酸化膜、 ５…高分子膜、
Ｗ…エッチング取代、 Ｄ…ＢＭＤの表面からの位置、 ｄ…ヒロックの底面直径、
θ…ヒロックの底角。

Claims (7)

1. 異方性エッチングによって基板又は所定層をエッチングし、結晶欠陥に起因したエッチング残渣を露出させ、前記エッチング残渣に基づいて結晶欠陥を評価する方法において、少なくとも、前記基板又は所定層を斜め研磨又は劈開することにより前記基板内又は所定層内の断面を露出させる加工を施す工程と、前記基板又は所定層の主表面を保護する手段を設ける工程を行い、その後前記露出させた断面を異方性エッチングする工程を行うことを特徴とする結晶欠陥の評価方法。
2. 前記主表面を保護する手段を、耐エッチング性の保護膜、金属製治具、セラミックス製冶具のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の結晶欠陥の評価方法。
3. 前記保護膜を、酸化膜、窒化膜、高分子膜のいずれか１つ以上の膜とすることを特徴とする請求項２に記載の結晶欠陥の評価方法。
4. 前記露出させた断面の異方性エッチングを、前記基板または所定層の主表面と平行な方向から行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の結晶欠陥の評価方法。
5. 前記基板又は所定層を、シリコン単結晶基板又はシリコン層とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の結晶欠陥の評価方法。
6. 前記異方性エッチングは、シリコンのエッチング速度が、結晶欠陥であるシリコン酸化物のエッチング速度の５０倍以上の速度であることを特徴とする請求項５に記載の結晶欠陥の評価方法。
7. 前記異方性エッチングにおけるシリコンのエッチング量を、０．１〜２０μｍとすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の結晶欠陥の評価方法。

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