JP6520782B2

JP6520782B2 - エピタキシャルウェーハの評価方法及び製造方法

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Publication number: JP6520782B2
Application number: JP2016056135A
Authority: JP
Inventors: 木村　明浩; 明浩木村
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2019-05-29
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Description

本発明は、エピタキシャルウェーハの評価方法及び製造方法に関する。

ＣＩＳ（ＣＭＯＳイメージセンサー）やパワーデバイス向けの半導体ウェーハでは高ライフタイム化の要求があり、ライフタイムの低下を避けるために、ウェーハの低炭素化が求められている。また、ウェーハ面内の抵抗率を均一化することも求められている。従って、これらの用途に用いられるエピタキシャルウェーハ（ＥＰＷと表されることがある）においては、エピタキシャル層（ＥＰ層と表されることがある）の炭素やドーパント（ボロン、リンなど）、欠陥、不純物などの高精度の評価が求められている。

エピタキシャル層の評価方法のうち、ＦＴ−ＩＲでは炭素濃度測定は可能だが、透過法のためエピタキシャル層のみの評価ができないうえに、昨今の要求レベルに比べると測定感度が悪い。それに比べ、低温フォトルミネッセンス（ＰＬ）法は高感度である。また低温ＰＬ法はボロン、リンの濃度をそれぞれ独立して求めることができるため（非特許文献１）、上記の評価に適していると考えられる。

ＰＬ法について、以下で説明する。まず、バンドギャップよりも大きいエネルギーの光を励起源に用いて、励起光をシリコンウェーハに照射すると、励起された電子正孔対が形成される。これらが準安定状態を経由して再結合する際の発光（ルミネッセンス）を検出して、シリコンウェーハに存在する欠陥及び不純物を評価、定量する方法がＰＬ法である。

ＰＬ法では、励起光の波長に応じた侵入深さでの評価が行えるため、エピタキシャル層成長用の基板（シリコンウェーハ）上に形成したエピタキシャル層の評価に適用できると考えられる。例えば、５３２ｎｍの波長のレーザー光のシリコンへの侵入深さは０．８〜０．９μｍであり、それより厚いエピタキシャル層であれば、エピタキシャル層のみの評価は可能と考えられる。しかしながら、ここでの励起光の侵入深さとはその強度が１／ｅになる深さのことであり、一部の光はより深い領域まで侵入する。また、形成された電子正孔対はシリコンウェーハ内を拡散する。従って、特にエピタキシャルウェーハの場合には、エピタキシャル層のみではなく、基板での発光までも検出されるとする文献が数多く存在する（特許文献１〜６）。

特許文献１には、基板をエッチングで除去してエピタキシャル層のみを残す方法が記載されている。特許文献２には、基板に低抵抗率基板を用いる方法が記載されている。特許文献３には、２種類の励起光でＰＬ測定を行い、拡散方程式を解いてエピタキシャル層のデータのみを抽出する方法が記載されている。特許文献４（段落００３３）には、励起光の波長を変える方法が記載されている。特許文献５には、欠陥深さ位置とＰＬ強度の関係を温度別にシミュレーションし、また温度別にＰＬ測定を実際に行い、その比較から欠陥または汚染が存在する深さを求める方法が記載されている。さらに、特許文献６には、表面と裏面からＰＬを検出して、それらの差分からエピタキシャル層の欠陥を評価する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では基板が無いのでエピタキシャル層のみの評価が可能であるが、基板が無い分、厚さが薄く、ハンドリングが難しい（エピタキシャル層が割れてしまう）。

特許文献２の方法では、基板表層の影響を受けるため、エピタキシャル層のみの評価はできない。

特許文献３の方法では、２種類の励起光でＰＬ測定するということは、測定工数が２倍掛かるということであり、拡散方程式を解くのも容易ではない。

特許文献４の方法では、上述のように励起光は侵入深さよりも深いところまで到達するし、また、電子正孔対はウェーハ内を拡散するので、励起光の波長を変えたところでエピタキシャル層のみの評価はできない。

特許文献５の方法では、温度別深さ依存グラフを作るのは手間が掛かるのに加え、その具体的な方法が開示されておらず、不明である。さらには、温度別にＰＬ測定することも多大な工数を要する。

特許文献６の方法では、表面から測定した時の測定深さと、裏面から測定した時の測定深さは当然異なっており、バルク（基板）の欠陥や汚染には深さ分布があるため、両面からのＰＬデータの差分を取っても、エピタキシャル層のデータとはならない。

特公平７−３２１８２号公報特開平８−１３９１４６号公報特開２００２−８３８５２号公報特開２０１４−１９９２５３号公報特開２０１１−６０８６１号公報特開２００８−１９８９１３号公報

ＪＩＳＨ０６１５

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、フォトルミネッセンス測定において、生成された電子正孔対の拡散を防ぎ、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の欠陥や汚染を正確かつ簡便に評価することができるエピタキシャルウェーハの評価方法を提供することを目的とする。また、本発明は、欠陥や汚染を低減したエピタキシャルウェーハを製造可能なエピタキシャルウェーハの製造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、本発明は、単結晶シリコンを有する成長用ウェーハの該単結晶シリコン上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハの評価方法であって、
前記成長用ウェーハとして、単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜と単結晶シリコンからなるＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを準備する工程と、
前記成長用ウェーハのＳＯＩ層上に評価対象のエピタキシャル層を成長して、エピタキシャルウェーハとする工程と、
前記評価対象のエピタキシャル層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、前記評価対象のエピタキシャル層の評価を行う工程と
を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの評価方法を提供する。

このように、評価対象のエピタキシャル層をＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に成長させて、かつそのエピタキシャル層側からフォトルミネッセンス測定を行うことで、エピタキシャル層内の励起光で生成された電子正孔対は埋め込み絶縁膜を通過することができずに、主にエピタキシャル層内で再結合する。このため、電子正孔対のベース基板への拡散の影響を排除することができ、正確かつ簡便にエピタキシャル層の評価を行うことができる。

このとき、前記成長用ウェーハにおけるＳＯＩ層の厚さを１μｍ以下とすることが好ましい。また、前記成長用ウェーハにおけるＳＯＩ層の厚さを０．５μｍ以下とすることがさらに好ましい。

このように、成長用ウェーハにおけるＳＯＩ層の厚さを１μｍ以下、特には０．５μｍ以下のように薄くすれば、ＳＯＩ層内で再結合する電子正孔対がより少なくなるので、より正確にエピタキシャル層の評価を行うことができる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法では、前記成長用ウェーハのＳＯＩ層上に前記評価対象のエピタキシャル層を成長する工程の前に、
調査用ＳＯＩウェーハとして、単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜と該ベース基板と導電型が異なる単結晶シリコンからなるＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを、該ＳＯＩ層の厚さが異なるようにして複数枚準備する工程を有し、
前記複数枚準備した調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行い、
該フォトルミネッセンス測定に用いられる励起光が、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板まで到達しないＳＯＩ層の厚さＡを求め、
前記成長用ウェーハのＳＯＩ層上に、前記Ａ以上の厚さで、前記評価対象のエピタキシャル層を成長させて、該評価対象のエピタキシャル層の評価を行うことが好ましい。

このように、励起光がベース基板まで到達しないＳＯＩ層の厚さＡを求め、Ａ以上の厚さで、評価対象のエピタキシャル層を成長させることで、成長用ウェーハにおけるベース基板に励起光が到達しないため、ベース基板内での発光の影響を排除することができ、より正確にエピタキシャル層の評価を行うことができる。

このとき、前記厚さＡを求める際に、前記調査用ＳＯＩウェーハに対するフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記ベース基板の抵抗率から求められるドーパント濃度の５％以下となる前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の厚さを求め、該厚さを前記厚さＡとすることができる。

このような基準でＳＯＩ層の厚さＡを求めて、その厚さ以上の評価対象のエピタキシャル層を成長させれば、成長用ウェーハのベース基板の影響をほとんど受けずに、評価対象のエピタキシャル層の不純物汚染や欠陥をより高精度に検出することができる。また、簡便に評価対象のエピタキシャル層の評価を行うことができる。

また、このとき、前記厚さＡを求める際に、前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面からフォトルミネッセンス測定を行うのに加えて、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板の表面からもフォトルミネッセンス測定を行い、
前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度の５％以下となる前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の厚さを求め、該厚さを前記厚さＡとすることもできる。

このような基準でＳＯＩ層の厚さＡを求めて、その厚さ以上の評価対象のエピタキシャル層を成長させれば、成長用ウェーハのベース基板の影響をほとんど受けずに、評価対象のエピタキシャル層の不純物汚染や欠陥をより高精度に検出することができる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法では、前記成長用ウェーハのＳＯＩ層上に成長させる前記評価対象のエピタキシャル層の厚さを、１０μｍ以上とすることが好ましい。

このように、評価対象のエピタキシャル層の厚さを１０μｍ以上とすれば、励起光はベース基板までほぼ到達しないため、評価対象のエピタキシャル層のみの評価を行うことができる。

また、前記成長用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層と該ＳＯＩ層上に形成する前記評価対象のエピタキシャル層の導電型を同一とすることが好ましい。

このようにＳＯＩ層とエピタキシャル層の導電型を同一とすれば、逆の導電型の場合にＳＯＩ層とエピタキシャル層の界面に形成されるＰＮジャンクションの影響などを考慮する必要がなくなり、簡易に評価を行うことができる。また、エピタキシャル層の評価において、ＳＯＩ層とエピタキシャル層の導電型とは逆の導電型のドーパントが検出された場合に、それはＳＯＩ層のメジャードーパントではなく、エピタキシャル層の成長工程で導入された汚染であると推定することができる。

このとき、前記成長用ＳＯＩウェーハのベース基板、ＳＯＩ層、及び該ＳＯＩ層上に形成する前記評価対象のエピタキシャル層の導電型を同一とすることが好ましい。

このように、成長用ＳＯＩウェーハのベース基板、ＳＯＩ層、及び該ＳＯＩ層上に形成する評価対象のエピタキシャル層の導電型を同一とすれば、ＳＯＩ層とエピタキシャル層の界面のＰＮジャンクションの影響などを考慮する必要がなくなり、簡易に評価を行うことができる。また、エピタキシャル層の評価において、ベース基板、ＳＯＩ層、及びエピタキシャル層の導電型とは逆の導電型のドーパントが検出された場合に、それはＳＯＩ層やベース基板のメジャードーパントではなく、エピタキシャル層の成長工程で導入された汚染であると推定することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、上述したエピタキシャルウェーハの評価方法で良品と判断されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の成長条件で、単結晶シリコンを有するウェーハの該単結晶シリコン上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。

このようなエピタキシャルウェーハの製造方法により、確実に欠陥や汚染を低減したエピタキシャルウェーハを提供することができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法によれば、成長用ウェーハ上に形成したエピタキシャル層のＰＬ測定において、成長用ウェーハの影響を排除して、エピタキシャル層のみの欠陥や汚染を正確かつ簡便に評価することができる。また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、確実に欠陥や汚染を低減したエピタキシャルウェーハを提供することができる。

本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の一態様の工程フローを示す図である。成長用ウェーハとエピタキシャル層の構成を示す概略図である。本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の別の態様の工程フローの一部を示す図である。調査用ＳＯＩウェーハの構成を示す概略図である。

以下、本発明について、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

まず、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の実施態様の一例（第１の実施態様）について、図１及び図２を参照して説明する。

本発明は、単結晶シリコンを有する成長用ウェーハの単結晶シリコン上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハの評価方法である。図１は、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の工程フローを示す図である。また、図２は、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法に適用する、成長用ウェーハ（ＳＯＩウェーハ）とそのＳＯＩ層上のエピタキシャル層の構成を示す概略図である。本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法では、まず、成長用ウェーハ１０として、単結晶シリコンからなるベース基板１と埋め込み絶縁膜３と単結晶シリコンからなるＳＯＩ層５とを有するＳＯＩウェーハを準備する（図１のＡ）。次に、成長用ウェーハ１０のＳＯＩ層５上に評価対象のエピタキシャル層７を成長して、エピタキシャルウェーハ１３とする（図１のＢ）。さらに、評価対象のエピタキシャル層７の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、評価対象のエピタキシャル層７の評価を行う（図１のＣ）。このとき、評価対象のエピタキシャル層７の成長は、実際に評価したい成長条件で行うことが好ましい。

図２に示すように、ＳＯＩウェーハのベース基板１とＳＯＩ層５の間には、埋め込み絶縁膜３が存在している。この埋め込み絶縁膜３としては、シリコン酸化膜（ＢｕｒｉｅｄＯｘｉｄｅ：ＢＯＸ）層を好適に用いることができる。励起光で励起された電子正孔対は絶縁膜（酸化膜）を透過できないので、埋め込み絶縁膜３の上の領域内で生成した電子正孔対は、その領域内で再結合する。従って、成長用ウェーハ１０のＳＯＩ層５上にエピタキシャル層７を成長させ、そのエピタキシャル層７の表面からＰＬ測定を行うことで、ほぼエピタキシャル層７のみの評価を行うことができる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法では、成長用ウェーハ１０におけるＳＯＩ層５の厚さを、１μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下とすることができる。このようなＳＯＩ層の厚さとすることで、埋め込み絶縁膜３上にあるＳＯＩ層５へのエピタキシャル層７からの電子正孔対の拡散や、ＳＯＩ層５内での電子正孔対の生成および再結合の影響を最小限にとどめることができる。このように、ＳＯＩ層５の厚さは、単結晶シリコンからなるエピタキシャル層が成長できる範囲内で薄いものであることが好ましい。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の別の実施態様（第２の実施態様）について、さらに、図３及び図４を参照して説明する。この実施態様では、第１の実施態様における評価対象のエピタキシャル層７を成長する際の適切な厚さを予め求める。図３は、本発明のこの態様によるエピタキシャルウェーハの評価方法の工程フローの一部を示す図である。また、図４はこの実施態様において用いる調査用ＳＯＩウェーハの構成を示す概略図である。図３に示す本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法では、まず、上記第１の実施態様における成長用ウェーハ１０のＳＯＩ層５上に評価対象のエピタキシャル層７を成長する工程（図１のＢ）の前に、調査用ＳＯＩウェーハ２０として、単結晶シリコンからなるベース基板２１と埋め込み絶縁膜２３と該ベース基板２１と導電型が異なる単結晶シリコンからなるＳＯＩ層２５とを有するＳＯＩウェーハ（図４の構造）を、該ＳＯＩ層２５の厚さｄが異なるようにして複数枚準備する工程を有している（図３のＡ）。このとき、ＳＯＩ層２５の厚さｄを変える方法として、ＳＯＩ層上にＳＯＩ層と同じ導電型のエピタキシャル層を厚さを変えて成長させても良い。そして、複数枚準備した調査用ＳＯＩウェーハ２０のＳＯＩ層２５の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行い（図３のＢ）、該フォトルミネッセンス測定に用いられる励起光が、調査用ＳＯＩウェーハ２０のベース基板２１まで到達しないＳＯＩ層２５の厚さＡを求め（図３のＣ）、成長用ウェーハ１０のＳＯＩ層５上に、Ａ以上の厚さで、評価対象のエピタキシャル層７を成長させて、該評価対象のエピタキシャル層７の評価を行う（図３のＤ）。このとき、評価対象のエピタキシャル層７の成長は、実際に評価したい成長条件で行うことが好ましい。

成長用ウェーハとしてＳＯＩウェーハを用いても、励起光の一部はＳＯＩ層を透過してベース基板まで到達することがあり、ベース基板内で電子正孔対が生成され、ベース基板内で再結合することがある。この場合、検出したＰＬには、ベース基板の欠陥や汚染の情報が含まれる。そこで、励起光の正確な到達深さ（励起光の強度が１／ｅになる深さではなく、励起光の強度がほぼゼロになる深さ）を把握しておくことが望ましい。

そのために、上記のように、調査用ＳＯＩウェーハ２０において、ＳＯＩ層２５とベース基板２１の導電型が異なり、かつ、ＳＯＩ層２５の厚さｄを変えたＳＯＩウェーハを用意する。例えば、ＳＯＩ層２５をＮ型、ベース基板２１をＰ型（埋め込み絶縁膜がシリコン酸化膜である場合、この構造はＮ／ＢＯＸ／Ｐと表記できる）とすることができる。このような構造により、ＳＯＩ層２５とベース基板２１の導電型が異なっているので、ＰＬ測定の際にどちらのドーパントであるかを容易に区別することができる。上記のＮ／ＢＯＸ／Ｐ構造の場合、ＳＯＩ層２５の表面からＰＬ測定を行い、Ｐ型のベース基板２１のドーパントであるボロン濃度の測定値が十分に低くなるＳＯＩ層２５の厚さＡを求める。ＳＯＩ層側からのＰＬ測定においてボロン濃度の測定値が十分に低くなることは、すなわち、励起光がベース基板２１まで到達せずに、ＳＯＩ層２５内でほぼ全て吸収されたことを意味する。このように、励起光が埋め込み絶縁膜２３を透過してベース基板２１まで到達したか否かを、ベース基板２１と同じ導電型を示すドーパント濃度の測定値を基準にして判断することができる。従って、次のステップで評価対象のエピタキシャル層７を評価する際には、可能な限り厚さの薄いＳＯＩ層５を有する成長用ＳＯＩウェーハ１０を新たに準備し、この上に上述した厚さＡ以上のエピタキシャル層７を成長させれば、励起光はベース基板１に到達せず、エピタキシャル層７のみの評価が可能となる。

ここで、上記の厚さＡを求める際のさらに具体的な態様について説明する。上記の厚さＡを求める際に、調査用ＳＯＩウェーハ２０に対するフォトルミネッセンス測定により検出された、ベース基板２１と同じ導電型を示すドーパント濃度が、ベース基板２１の抵抗率から求められるドーパント濃度の５％以下となる調査用ＳＯＩウェーハ２０のＳＯＩ層２５の厚さを求め、その厚さを上記の厚さＡとすることができる。

一例として、調査用ＳＯＩウェーハ２０として、上記Ｎ／ＢＯＸ／Ｐの構造のＳＯＩウェーハを用いた場合を説明する。この場合、ベース基板２１はＰ型なので、ボロン濃度に着目する。調査用ＳＯＩウェーハ２０の裏面（ベース基板２１の表面）のボロン濃度は、ベース基板２１の抵抗率によって決まる。そして、ＰＬ測定において、調査用ウェーハ２０の表面（ＳＯＩ層２５側）から検出したボロン濃度が、ベース基板２１の抵抗率から求めたボロン濃度の５％以下であれば、励起光はベース基板２１まで到達せず、埋め込み絶縁膜２３の上のＳＯＩ層２５のみを評価していると判断できる。

また、上記の厚さＡを求める際のさらに具体的な態様として上記と別の態様について説明する。この場合、調査用ＳＯＩウェーハ２０のＳＯＩ層２５の表面からフォトルミネッセンス測定を行うのに加えて、調査用ＳＯＩウェーハ２０のベース基板２１の表面からもフォトルミネッセンス測定を行うことができる。調査用ＳＯＩウェーハ２０のベース基板２１の表面のフォトルミネッセンス測定は、調査用ＳＯＩウェーハ２０を作製した後に、その裏面（すなわち、ベース基板２１の表面）について実施することもできるし、調査用ＳＯＩウェーハ２０を製造する前の状態のベース基板の表面について実施することもできる。

そして、調査用ＳＯＩウェーハ２０のＳＯＩ層２５の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、ベース基板２１と同じ導電型を示すドーパント濃度が、調査用ＳＯＩウェーハ２０のベース基板２１の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、ベース基板２１と同じ導電型を示すドーパント濃度の５％以下となる調査用ＳＯＩウェーハ２０のＳＯＩ層２５の厚さを求め、その厚さを上記の厚さＡとすることができる。

ここで、本発明者の調査によると、ＳＯＩ層とベース基板の導電型が異なるＳＯＩウェーハの該ＳＯＩ層上に、ＳＯＩ層の導電型と同じエピタキシャル層を厚さを振って形成し、エピタキシャル層の表面からＰＬ測定した場合に、このＰＬ測定で検出されたベース基板と同じ導電型のドーパント濃度の測定値が、エピタキシャル層の厚さが厚くなるにつれて減少し、ベース基板のドーパント濃度の５％以下となると、その減少は指数関数のように非常に緩やかになった。これは、励起光がベース基板に到達せず、ＢＯＸ上のＳＯＩ層やＳＯＩ層上のエピタキシャル層のみを評価していることを意味している。このため、ベース基板と同じ導電型のドーパント濃度がベース基板のドーパント濃度の５％以下であるか否かを判断基準とすることで、励起光がベース基板に到達していないか、又は、到達しているかを判断できる。さらに、ドーパントの濃度がベース基板のドーパント濃度の３％以下、もしくは１％以下であれば、より確実に励起光がベース基板に到達していないと判断できる。

また、成長用ウェーハ１０のＳＯＩ層５上に成長させる評価対象のエピタキシャル層７の厚さを、１０μｍ以上とすることができる。ＰＬ法の励起光として波長５３２ｎｍの光を用いた場合、ＳＯＩ層の厚さが１０μｍあればベース基板まで到達しないことを確認した。より好ましくは、評価対象のエピタキシャル層７の厚さを１５μｍ以上、さらには、２０μｍ以上とすることができる。これとともに上記のように、ＳＯＩ層５の厚さが１μｍ以下であれば、ＰＬ測定において、ＳＯＩ層５の影響をほとんど無視することができ、評価対象のエピタキシャル層７のみの評価がより確実に行えていると考えることができる。

また、成長用ＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層５と該ＳＯＩ層５上に形成する評価対象のエピタキシャル層７の導電型を同一とすることができる。これにより、ＳＯＩ層５とエピタキシャル層７の間でＰＮジャンクションが形成される影響などを考慮する必要が無くなる。また、エピタキシャル層７の評価で、エピタキシャル層７に導入されたドーパントと逆の導電型のドーパントが検出された場合、それはＳＯＩ層５のメジャードーパントではなく、評価対象のエピタキシャル層７の成長工程での汚染であると推定することができる。尚、エピタキシャル層７の導電型がＰ型の場合、逆の導電型のドーパントとはリン、ヒ素等であり、エピタキシャル層７の導電型がＮ型の場合、逆の導電型のドーパントとはボロン等である。

また、成長用ＳＯＩウェーハ１０のベース基板１、ＳＯＩ層５、及び該ＳＯＩ層５上に形成する評価対象のエピタキシャル層７の導電型を同一とすることができる。これにより、エピタキシャル層７の評価で、エピタキシャル層７に導入されたドーパントと逆の導電型のドーパントが検出された場合、それはＳＯＩ層５やベース基板１のメジャードーパントではなく、評価対象のエピタキシャル層７の成長工程での汚染であると推定することができる。

さらに、本発明では、上述したエピタキシャルウェーハの評価方法で良品と判断されたエピタキシャルウェーハ１３のエピタキシャル層７の成長条件で、単結晶シリコンを有するウェーハの該単結晶シリコン上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層の成長を行うエピタキシャルウェーハの製造方法が提供される。このようなエピタキシャルウェーハの製造方法で製造されたエピタキシャルウェーハであれば、エピタキシャル層において欠陥や汚染をより確実に軽減することができる。尚、ここでエピタキシャル層を成長させるウェーハは、単結晶シリコンを有するウェーハであればよく、例えば、単結晶シリコンウェーハ又はＳＯＩウェーハなどとすることができる。

以下、実施例及び比較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）
ＰＬ測定の励起光として波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザーを用いた。この波長の光のシリコンへの侵入深さ（強度が１／ｅになる深さ）は０．８〜０．９μｍである。ＰＬ測定のサンプルは液体ヘリウムで４．２Ｋに冷却し、いわゆる低温ＰＬ法で測定した。

まず、励起光の正確な到達深さ（強度が１／ｅになる深さではなく、励起光の強度がほぼゼロになる深さ）を把握するため、上記のＮ／ＢＯＸ／Ｐの構造の調査用ＳＯＩウェーハ２０を準備した。ベース基板２１の抵抗率は１０Ωｃｍであり、この時のベース基板２１のボロン濃度は１．３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。ＳＯＩ層２５の抵抗率も１０Ωｃｍであり、この時のＳＯＩ層２５のリン濃度は４．４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。尚、ベース基板２１はＰ型単結晶シリコン基板、埋め込み絶縁膜２３はシリコン酸化膜、ＳＯＩ層２５はＮ型単結晶シリコンとした。

上記の調査用ＳＯＩウェーハ２０におけるＳＯＩ層２５の厚さは４μｍ、１０μｍ、１５μｍの３水準とした。これらのＳＯＩ層２５を有するＳＯＩウェーハ２０についてＳＯＩ層２５の表面からＰＬ測定したところ、ＳＯＩ層２５の厚さが４μｍの場合はリンとボロンの両方が検出され、かつ、リンよりボロンの方が高濃度であった。この時のボロン濃度の測定値は３．３×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、ベース基板２１のボロン濃度の２５％であった。ＳＯＩ層２５の厚さが１０μｍ及び１５μｍではいずれもボロン濃度の測定値はベース基板２１のボロン濃度の５％以下で、リンはＳＯＩ層２５の抵抗率に対応した濃度で検出された。以上の結果は、ＳＯＩ層２５の厚さが４μｍでは励起光はベース基板２１まで侵入し、そのドーパント（ボロン）も検出していることを意味しており、ＳＯＩ層２５の厚さが１０μｍ以上では励起光はベース基板２１まで到達せず、ＳＯＩ層２５のみの評価が行えていることを意味している。

また、ＳＯＩ層２５の厚さが３μｍ及び１０μｍのＰ／ＢＯＸ／Ｎの構造の調査用ＳＯＩウェーハ２０（すなわち、ベース基板２１がＮ型単結晶シリコン、埋め込み絶縁膜２３がシリコン酸化膜、ＳＯＩ層２５がＰ型単結晶シリコンである。）も準備し、同様の評価を行った。ベース基板２１の抵抗率は１０Ωｃｍであり、リン濃度は４．４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。ＳＯＩ層２５の抵抗率も１０Ωｃｍであり、ボロン濃度は１．３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

これらのＳＯＩウェーハ２０のＳＯＩ層２５の表面からＰＬ測定を行った。ＳＯＩ層２５の厚さが３μｍの場合は、ボロンとリンの両方が検出され、かつ、ボロンよりリンの方が高濃度であった。この時のリン濃度の測定値は２．２×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、ベース基板２１のリン濃度の５０％であった。一方、ＳＯＩ層２５の厚さが１０μｍの場合は、リン濃度の測定値はベース基板２１のリン濃度の５％以下で、ボロンはＳＯＩ層２５の抵抗率に対応した濃度で検出された。すなわち、ＳＯＩ層２５の厚さが３μｍの場合は、励起光は埋め込み絶縁膜２３を透過してベース基板２１（Ｎ型、リンドープ）に到達するが、厚さが１０μｍの場合には、励起光はベース基板２１に到達せず、ＳＯＩ層２５のみの評価が行えていることが確認できた。

以上の結果から、励起光の波長が５３２ｎｍのＰＬ測定では、（薄い）ＳＯＩ層２５上にエピタキシャル層を１０μｍ以上成長させることで、埋め込み絶縁膜２３により電子正孔対の拡散が防止されるのに加え、ベース基板２１内で電子正孔対が生成されることがなく、ＰＬ法によるエピタキシャル層のみの評価が可能であることが分かった。

次に、成長用ウェーハ１０上に形成するエピタキシャル層７の厚さを１０μｍとすることで、ＰＬ法によりエピタキシャル層７のみの評価が行えていることを以下のようにして確認した。調査用ＳＯＩウェーハ２０とは別に、新たに、Ｐ／ＢＯＸ／Ｎの構造のＳＯＩウェーハを、成長用ウェーハ１０として準備した。成長用ウェーハ１０のＳＯＩ層５の厚さは０．２μｍとした。この成長用ウェーハ１０のＳＯＩ層５上に、Ｐ型のエピタキシャル層７を１０μｍの厚さで成長させた。エピタキシャル層７の表面（Ｐ型）とエピタキシャルウェーハ１３の裏面（ベース基板１の表面、Ｎ型）の両方からＰＬ測定を行ったところ、エピタキシャル層７の表面からはＰ型のドーパントであるボロンのみがエピタキシャル層７の抵抗率に対応した濃度で検出された。一方、エピタキシャルウェーハ１３の裏面（ベース基板１の表面）からはＮ型のドーパントであるリンのみがベース基板１の抵抗率に対応した濃度で検出された。以上より、ＳＯＩウェーハ上の評価対象のエピタキシャル層７の膜厚を１０μｍとすることで、評価対象のエピタキシャル層７のみの評価が行えていることが確認できた。

また、成長用ウェーハ１０として、上記したＰ／ＢＯＸ／Ｎの構造のＳＯＩウェーハとは別に、新たに、Ｐ／ＢＯＸ／Ｐの構造のＳＯＩウェーハを準備した。このＳＯＩウェーハのＳＯＩ層５の厚さは０．２μｍとした。エピタキシャル成長装置のリアクターのチャンバーメンテナンス前後のそれぞれの時点で、ここで準備した成長用ウェーハ１０上に、Ｐ型のエピタキシャル層７を１０μｍの厚さで成長させた。その後、低温ＰＬ法でエピタキシャル層７の表面からドーパント濃度を測定した。

成長用ウェーハ１０として上記したＳＯＩウェーハを用いた場合は、ＰＬ測定において、チャンバーメンテナンス前より後の方がエピタキシャル層７のリン濃度が低く、リアクターの清浄度が改善されたことが確認できた。

（比較例）
エピタキシャル層を成長させるウェーハとして、Ｐ型の単結晶シリコン基板を準備した。そして、実施例と同様にして、エピタキシャル成長装置のリアクターのチャンバーメンテナンス前後のそれぞれの時点で、準備したＰ型の単結晶シリコン基板上に、Ｐ型のエピタキシャル層を１０μｍの厚さで成長させた。その後、実施例と同様に励起光の波長が５３２ｎｍの低温ＰＬ法でエピタキシャル層の表面からドーパント濃度を測定した。

比較例では、チャンバーメンテナンス前後でリン濃度の測定値に違いは見られず、また実施例よりも高濃度にリンが検出された。これは比較例では埋め込み絶縁膜がないので、エピタキシャル層成長用の基板として用いたＰ型の単結晶シリコン基板に含まれている不純物のリンを検出したためと考えられる。

尚、ＰＬ測定における励起光が変われば、同様の方法で励起光の正確な到達深さを求め、それに応じた厚さのエピタキシャル層７をＳＯＩ層５上に成長させれば良い。例えば、紫外光などの波長の短い光を励起光に用いれば、シリコンへの到達深さ（及び侵入深さ）はより短くなり、より薄いエピタキシャル層７の評価も可能となる。

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。

１、２１…ベース基板、３、２３…埋め込み絶縁膜、５、２５…ＳＯＩ層、
７…（評価対象の）エピタキシャル層、１０…成長用ウェーハ、
１３…エピタキシャルウェーハ、２０…調査用ＳＯＩウェーハ。

Claims

単結晶シリコンを有する成長用ウェーハの該単結晶シリコン上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハの評価方法であって、
前記成長用ウェーハとして、単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜と単結晶シリコンからなるＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを準備する工程と、
前記成長用ウェーハのＳＯＩ層上に評価対象のエピタキシャル層を成長して、エピタキシャルウェーハとする工程と、
前記評価対象のエピタキシャル層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、前記評価対象のエピタキシャル層の評価を行う工程と
を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの評価方法。
前記成長用ウェーハにおけるＳＯＩ層の厚さを１μｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
前記成長用ウェーハにおけるＳＯＩ層の厚さを０．５μｍ以下とすることを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
前記成長用ウェーハのＳＯＩ層上に前記評価対象のエピタキシャル層を成長する工程の前に、
調査用ＳＯＩウェーハとして、単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜と該ベース基板と導電型が異なる単結晶シリコンからなるＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを、該ＳＯＩ層の厚さが異なるようにして複数枚準備する工程を有し、
前記複数枚準備した調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行い、
該フォトルミネッセンス測定に用いられる励起光が、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板まで到達しないＳＯＩ層の厚さＡを求め、
前記成長用ウェーハのＳＯＩ層上に、前記Ａ以上の厚さで、前記評価対象のエピタキシャル層を成長させて、該評価対象のエピタキシャル層の評価を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
前記厚さＡを求める際に、前記調査用ＳＯＩウェーハに対するフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記ベース基板の抵抗率から求められるドーパント濃度の５％以下となる前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の厚さを求め、該厚さを前記厚さＡとすることを特徴とする請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
前記厚さＡを求める際に、前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面からフォトルミネッセンス測定を行うのに加えて、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板の表面からもフォトルミネッセンス測定を行い、
前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度の５％以下となる前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の厚さを求め、該厚さを前記厚さＡとすることを特徴とする請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
前記成長用ウェーハのＳＯＩ層上に成長させる前記評価対象のエピタキシャル層の厚さを、１０μｍ以上とすることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
前記成長用ウェーハのＳＯＩ層と該ＳＯＩ層上に形成する前記評価対象のエピタキシャル層の導電型を同一とすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
前記成長用ウェーハのベース基板、ＳＯＩ層、及び該ＳＯＩ層上に形成する前記評価対象のエピタキシャル層の導電型を同一とすることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法で良品と判断されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の成長条件で、単結晶シリコンを有するウェーハの該単結晶シリコン上に単結晶シリコンからなるエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。