JP5504634B2 - ライフタイムの評価方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

「シリコン結晶・ウエーハ技術の課題」（リアライズ社、平成６年１月３１日発行）２６５頁〜２６９頁

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１０^９個／ｃｍ^３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、前記イオン注入は、ドーズ量が１×１０^１４〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の範囲とすることが好ましい。
このように、１×１０^１４〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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。

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。

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。

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。

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。

本発明と従来の拡散シリコン単結晶ウエーハのライフタイムの評価方法の概要を示した図である。 本発明の実施例・比較例の拡散シリコン単結晶ウエーハのライフタイムマップの一例を示した図である。 本発明の実施例・比較例のシリコン単結晶ウエーハのライフタイムを評価した際のμ波の反射強度の時間依存を電圧で示したグラフである。 シリコン単結晶ウエーハのライフタイムを測定するのに用いる測定器の一例を示した図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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τ_ｏｂｓは、バルクライフタイム（再結合ライフタイム）τ_ｂｕｌｋ、表面ライフタイムτ_ｓｕｒｆを用いて、
１／τ_ｏｂｓ ＝ １／τ_ｂｕｌｋ ＋ １／τ_ｓｕｒｆ
と表されるからである。
そしてバルクライフタイムτ_ｂｕｌｋ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τ_ｂｕｌｋ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。

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、τ_ｂｕｌｋは大きく（１〜２ｍｓｅｃ）、ウエーハの厚さが１ｍｍ以下ではτ_ｓｕｒｆがτ_ｏｂｓに大きく影響してしまう。そのため、何らかの手段でτ_ｓｕｒｆを大きくして（表面再結合速度を小さくして）τ_ｏｂｓ≒τ_ｂｕｌｋ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、τ_ｂｕｌｋ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。

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。

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１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１×１０^１４〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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。

ボロンが１×１０^１４〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (5)

1. 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。
2. 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を特徴とする請求項１に記載のライフタイムの評価方法。
3. 前記イオン注入は、ドーズ量が１×１０^１４〜１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の範囲とすることを特徴とする請求項２に記載のライフタイムの評価方法。
4. 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を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のライフタイムの評価方法。
5. 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。

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