JP2007281119A - 熱処理評価用ウェーハ、熱処理評価方法、および半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高感度かつ簡便に熱処理プロセスの汚染評価を行うことができる手段を提供すること。
【解決手段】酸素濃度が１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であるシリコン基板と、該基板の少なくとも一方の面にシリコンエピタキシャル層を有する、熱処理評価用ウェーハ。前記熱処理評価用ウェーハを使用する熱処理評価方法および半導体ウェーハの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体ウェーハ製造工程における熱処理プロセスからの金属汚染を高精度かつ簡便に評価し得る熱処理評価用ウェーハ、前記ウェーハを使用する熱処理評価方法、および熱処理プロセスからの金属汚染の低減された半導体ウェーハを提供し得る、半導体ウェーハの製造方法に関する。

半導体ウェーハ中の不純物は、デバイス特性を劣化させ、デバイスの製造歩留まりに大きな影響を与える。中でも、金属不純物は、ウェーハ製造工程中の酸化、拡散、エピタキシャル成長等の各種熱処理において、ウェーハ内部へ容易に拡散し、析出物、転位、酸素誘起積層欠陥（ＯＳＦ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）等の結晶欠陥、少数キャリアのライフタイム低下、リーク電流の増大、酸化膜の絶縁破壊電圧劣化等を引き起こすおそれがある。そのため、熱処理プロセスにおける金属汚染を低減するために、通常、製品を熱処理する前に、使用する加熱炉のプロセス汚染量を評価用ウェーハを用いて試験的に評価し、この評価値に基づいて汚染を改善した後に、本格的な製品熱処理を行っている。また、日常の管理用として評価用のウェーハを製品とともに加熱炉へ投入し、評価、管理を行うこともある。

従来、このような評価用ウェーハの金属汚染を評価するためには、ＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｇｅ）法やライフタイム法が用いられていた。しかし、上記方法は簡便に評価を行うことはできるが、定量評価可能な金属はＦｅのみであり、Ｎｉ、Ｃｕといった半導体ウェーハ特性に悪影響を与える金属不純物を定量することはできなかった。

そこで、本発明者らは、熱処理プロセスでのＣｕ、Ｎｉ等の金属汚染を評価するためのウェーハとして、所定のシリコンウェーハ上に金属不純物を捕獲するゲッタリング層を備えた熱処理評価用ウェーハを提案した（特許文献１参照）。
特開平１０−２２３７１３号公報

特許文献１に記載のウェーハによれば、従来使用されていたＳＰＶ法やライフタイム法では評価することが困難な金属不純物を高感度に評価することができる。しかし、この方法では、金属不純物は層内に捕獲されるため、金属不純物を分析するためには、ゲッタリング層およびＳｉＯ₂層を溶解する必要がある。

かかる状況下、本発明の目的は、高感度かつ簡便に熱処理プロセスの汚染評価を行うことができる手段を提供することにある。

上記目的を達成する手段は、以下の通りである。
[１] 酸素濃度が１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であるシリコン基板と、該基板の少なくとも一方の面にシリコンエピタキシャル層を有する、熱処理評価用ウェーハ。
[２] 前記シリコンエピタキシャル層の厚さは１〜１０μｍの範囲である、[１]に記載の熱処理評価用ウェーハ。
[３] 前記シリコン基板は、４〜２０Ω・ｃｍの範囲の抵抗値を有する、[１]または[２]に記載の熱処理評価用ウェーハ。
[４] 前記シリコンエピタキシャル層は、６〜１０Ω・ｃｍの範囲の抵抗値を有する、[１]〜[３]のいずれかに記載の熱処理評価用ウェーハ。
[５] 前記シリコン基板は、前記シリコンエピタキシャル層の抵抗値より高い抵抗値を有する、[１]〜[４]のいずれかに記載の熱処理評価用ウェーハ。
[６] 前記シリコン基板およびシリコンエピタキシャル層は、ホウ素がドープされている、[１]〜[５]のいずれかに記載の熱処理評価用ウェーハ。
[７] 前記シリコン基板は、前記シリコンエピタキシャル層を鏡面加工された面上に有する、[１]〜[６]のいずれかに記載の熱処理評価用ウェーハ。
[８] 前記熱処理評価は、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における半導体ウェーハに対する金属汚染の有無および／または程度の評価である、[１]〜[７]のいずれかに記載の熱処理評価用ウェーハ。
[９] 前記金属は、Ｃｕおよび／またはＮｉである、[８]に記載の熱処理評価用ウェーハ。
[１０] [１]〜[９]のいずれかに記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
を含む熱処理評価方法。
[１１] 前記金属成分の回収は、テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後に行われる、[１０]に記載の熱処理評価方法。
[１２] [１]〜[９]のいずれかに記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜除去後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
を含む熱処理評価方法。
[１３] [１]〜[９]のいずれかに記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後、エピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第一の分析工程と、
前記金属成分回収後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第二の分析工程と、
を含む、熱処理評価方法。
[１４] 第一の分析工程において分析される金属成分はＮｉであり、第二の分析工程において分析される金属成分はＣｕである、[１３]に記載の熱処理評価方法。
[１５] 前記ウェーハの放置時間は、１２〜３６時間である、[１２]〜[１４]のいずれかに記載の熱処理評価方法。
[１６] 前記金属成分の回収は、弗酸、過酸化水素水および水の混合液を用いて行われる、[１１]〜[１５]のいずれかに記載の熱処理評価方法。
[１７] 前記熱処理評価は、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における半導体ウェーハに対する金属汚染の有無および／または程度の評価である、[１０]〜[１６]のいずれかに記載の熱処理評価方法。
[１８] [１]〜[９]のいずれかに記載の熱処理評価用ウェーハを含む複数の半導体ウェーハを加熱炉内で熱処理し、
前記熱処理後、前記熱処理評価用ウェーハの金属汚染の有無および／または程度を評価し、
金属汚染が目標値以下であった熱処理評価用ウェーハと同一加熱炉内で熱処理されたウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む、前記製造方法。

本発明によれば、高感度かつ容易に熱処理プロセスの汚染評価を行うことにより、金属汚染が低減された高品質な半導体ウェーハを提供することができる。

以下、本発明について更に詳細に説明する。

［熱処理評価用ウェーハ］
本発明の熱処理評価用ウェーハは、酸素濃度が１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であるシリコン基板と、該基板の少なくとも一方の面にシリコンエピタキシャル層を有する。本発明の熱処理評価用ウェーハを使用することにより評価される熱処理としては、半導体デバイス製造工程中の酸化、拡散、エピタキシャル成長等の各種熱処理を挙げることができる。評価対象となる熱処理の具体例としては、ドーパントを拡散させるプロセス、エピタキシャル成長、Ｈ₂アニール等を挙げることができる。

本発明の熱処理評価用ウェーハを評価対象となる熱処理雰囲気中で熱処理（加熱および冷却）すると、該雰囲気中に存在する金属不純物が基板中に捕獲される。本発明の熱処理評価用ウェーハは、シリコン基板上にシリコンエピタキシャル層を有し、基板とエピタキシャル層の間で圧力差が生じウェーハが反るため、この反りにより熱処理工程において基板中に捕獲された金属成分をエピタキシャル層側へ拡散させることができる。更に、エピタキシャル層は単結晶層であるため、金属成分はエピタキシャル層内に実質的に捕獲されず、最終的にエピタキシャル層表面に現れる。こうして、本発明の熱処理評価用ウェーハによれば、エピタキシャル層表面で金属成分を回収することができる。なお、本発明の熱処理評価用ウェーハでは、前記シリコン基板の少なくとも一方の面にシリコンエピタキシャル層を有するものであればよい。

前記シリコン基板の酸素濃度は１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下である。シリコン基板の酸素濃度が１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超えると、基板中に溶存していた酸素が析出を起こし、金属成分がこの析出物にゲッタリングされるため、エピタキシャル層側に金属成分を拡散させることが困難となる。また、前記シリコン基板の酸素濃度の下限値は特に限定されるものではないが、通常の製品シリコン基板の酸素濃度を考慮すると、例えば０．７×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³とすることができる。また、通常、エピタキシャル層の酸素濃度は検出限界以下である。

前記シリコン基板およびエピタキシャル層は、ホウ素がドープされていることが好ましい。ホウ素は、Ｃｕと強い相互作用を示すため、シリコン基板に所定量のホウ素をドープするとともに、エピタキシャル層中のホウ素濃度をシリコン基板中のホウ素濃度より低くすることにより、シリコン基板中に熱処理雰囲気中のＣｕを高回収率で捕獲するとともに、捕獲されたＣｕのエピタキシャル層表面への拡散を促進することができる。

特に、ホウ素がドープされた基板の場合、基板抵抗が過度に低い（ホウ素濃度が高い）とエピタキシャル層へのＣｕの拡散が妨げられ、他方、基板抵抗が過度に高い（ホウ素濃度が低い）と熱処理雰囲気中のＣｕを高回収率で捕獲することが困難となる。以上の観点から、前記シリコン基板の抵抗値は、４〜２０Ω・ｃｍの範囲であることが好ましい。これにより、熱処理雰囲気中の金属成分（特にＣｕ）を基板中に高回収率で捕獲し、かつエピタキシャル層側へ効率的に拡散させることが可能となる。同様の観点から、前記エピタキシャル層の抵抗値は、６〜１０Ω・ｃｍの範囲であることが好ましい。前記エピタキシャル層の抵抗値が上記範囲内であれば、金属成分（特にＣｕ）を基板中からエピタキシャル層表面へ拡散させることができる。また、基板のバルク内部に捕獲された金属成分をエピタキシャル層表面へ拡散させるためには、前記基板は、前記エピタキシャル層の抵抗値より高い抵抗値を有すること、即ち、シリコン基板のホウ素ドープ量がエピタキシャル層のホウ素ドープ量より少ないことが好ましい。

前記基板中に捕獲された金属成分を基板からエピタキシャル層表面へ効率的に拡散させるためには、前記エピタキシャル層の厚さは１〜１０μｍの範囲であることが好ましく、３〜５μｍの範囲であることが更に好ましい。また、前記基板の厚さは特に限定されず、通常の製品レベル（例えば、２００ｍｍウェーハでは７２５μｍ、３００ｍｍウェーハでは７７５μｍ）であればよい。

本発明の熱処理評価用ウェーハは、例えばｐ型シリコン基板ｐ−上にｐ型エピタキシャル層を形成したｐ／ｐ^-構造のエピタキシャルウェーハであることができる。前記エピタキシャルウェーハは、公知の方法、例えば、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から切り出されたシリコン基板上に高純度低欠陥層をエピタキシャル成長させる方法によって製造することができる。基板上にエピタキシャル層を形成する方法としては、通常用いられる方法を用いることができ、例えば、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂等のＳｉを含む原料ガスによるＣＶＤ法により所望の厚さの層が形成されるようエピタキシャル成長を行う方法を用いることができる。

前記シリコン基板は、エピタキシャル層を有する面が鏡面加工された面であることが好ましい。前記シリコン基板の鏡面加工された面上にエピタキシャル層を形成すれば、その界面に金属がゲッタリングされることなく高精度に評価を行うことができる。なお、鏡面加工は、公知の方法で行うことができる。

本発明の熱処理評価用ウェーハは、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における金属汚染（例えば加熱炉に存在する金属不純物による汚染）の有無および／または程度の評価のために用いることができる。本発明の熱処理評価用ウェーハによって評価可能な金属不純物としては、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ等を挙げることができる。特に、本発明の熱処理評価用ウェーハは、ＳＰＶ法やライフタイム法によって評価することが困難な金属であるＮｉおよびＣｕを分析するために好適に用いることができる。

［熱処理評価方法］
本発明の第一の熱処理評価方法（以下、「方法Ｉ」ともいう）は、
本発明の熱処理評価用ウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程を含む。

方法Ｉでは、テスト熱処理工程において評価対象となる熱処理を試験的に実施する。これにより、評価対象の熱処理により基板内部へ混入する金属不純物を高精度に定量および評価することが可能になる。
方法Ｉは、Ｎｉの分析に好適であるので、以下、方法Ｉを、金属不純物としてＮｉを分析する場合を例に取り説明する。但し、本発明の方法により分析される金属不純物は、Ｎｉに限定されるものではない。

前記テスト熱処理における加熱によってＮｉは基板のバルク内部へ拡散し、その後の冷却によりエピタキシャル層側へ拡散しエピタキシャル層表面にゲッタリングされる。こうしてエピタキシャル層表面にゲッタリングされたＮｉは、エピタキシャル層表面を回収液によって走査することにより容易に回収することができる。このように、方法Ｉによれば、Ｎｉは基板やエピタキシャル層の内部に捕獲されるのではなくエピタキシャル層表面に現れるため、基板やエピタキシャル層を溶解することなく、Ｎｉを回収することが可能である。

エピタキシャル層表面にゲッタリングされた金属成分の回収のためには、例えば酸性溶液を用いることができる。前記酸性溶液としては、弗酸、過酸化水素水および水の混合液、具体的には、２質量％弗酸／２質量％過酸化水素水／水の混合液を用いることができる。本発明の評価用ウェーハによれば、上記のような弱酸溶液による表面走査により金属成分を容易に回収することができる。

前記回収液中に回収された金属成分は、溶液中の金属成分を定量するために通常使用される各種分析方法によって分析することができる。そのような方法としては、原子吸光分光法（ＡＡＳ法：Ａｔｏｍｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ法：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を挙げることができる。

ＡＡＳ法、特に黒鉛炉加熱型ＡＡＳ法（ＧＦ−ＡＡＳ：Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｆｕｒｎａｃｅ ＡＡＳ）は、装置が簡単で操作も容易であることから、広く用いられている。ＧＦ−ＡＡＳ法では、試料溶液を黒鉛電気炉に導入し、その後、比較的低温で溶媒を気化してから、これを２０００〜２８００℃に加熱して金属元素を原子化する。次いで、原子化された金属を、外部光源から照射された各元素固有の光の吸収割合を測定することによって定量する。通常、光源としてはホローカソードランプが用いられる。測定元素ごとに光源を変更する必要はあるものの、このＧＦ−ＡＡＳ法は、試料溶液中濃度で〜数十ｐｐｔ（ｐｇ／ｍｌ）の分析感度を得ることができる。また、吸収測定時に磁場をかけ、Ｚｅｅｍａｎ効果の利用によりバックグランドを補正することにより、検出感度を更に向上することができる。

ＩＣＰ−ＭＳ法では、試料溶液をネブライザによってガス化またはエアロゾル化し、これを誘導結合コイルで印加した高周波電力によるアルゴンプラズマ中へ導入する。試料は、大気圧プラズマ中で６０００〜７０００Ｋ程度に加熱され、各元素は原子化、さらには９０％以上の効率でイオン化される。イオンは、スキマー（インターフェイス）を通過した後、イオンレンズ部によりエネルギ収束され、次いで＜１０^-6Ｐａの高真空状態に維持された質量分析計へ導かれ、質量分析される。これにより、溶液中の金属成分を定量することができる。ＩＣＰ−ＭＳ法によれば、微量金属成分を高感度に分析することができる。ＩＣＰ−ＭＳ法は、強酸溶液を分析することは困難であるが、本発明によれば、弱酸によって金属成分を回収することができるため、ＩＣＰ−ＭＳ法による金属成分の分析を容易に行うことができる。

なお、通常酸素雰囲気下で熱処理を行えば、ウェーハ表面には厚い酸化膜が形成される。また、非酸化雰囲気下で熱処理を行ったとしても、加熱炉へのウェーハ投入時の酸素巻き込み等により、ウェーハ表面には厚さ３０〜４０Å程度の酸化膜が形成される。方法Ｉでも、通常テスト熱処理後にエピタキシャル層表面に酸化膜が形成され、エピタキシャル層表面に拡散したＮｉは、この表面酸化膜の下に存在する。よって、前記エピタキシャル層表面のＮｉの回収は、この表面酸化膜を除去した後に行うことが好ましい。表面酸化膜の除去は、気相分解等の方法で行うことができる。

本発明の第二の熱処理評価方法（以下、「方法ＩＩ」ともいう）は、
本発明の熱処理評価用ウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜除去後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
を含む。

方法ＩＩは、特に金属成分としてＣｕを分析する方法として好適である。前述のように、テスト熱処理工程を行うと、通常ウェーハ表面に酸化膜が形成される。テスト熱処理工程により基板内部に捕獲されたＣｕは、表面酸化膜が存在するウェーハにおいてはウェーハ表面に拡散せず、表面酸化膜を除去することでウェーハ表面に徐々に拡散するという性質を有する。よって、方法ＩＩでは、この性質を利用し、テスト熱処理工程後のウェーハ表面から酸化膜を除去した後にウェーハを所定時間放置することで、テスト熱処理工程において熱処理雰囲気から基板内部に捕獲されたＣｕをエピタキシャル層表面に拡散させる。こうしてエピタキシャル層表面にゲッタリングされたＣｕは、エピタキシャル層表面を回収液によって走査することにより容易に回収することができる。このように、方法ＩＩによれば、ＳＰＶ法やライフタイム法によって評価することが困難なＣｕを分析することができる。

前記酸化膜除去後のウェーハの放置時間は、基板バルク内部のＣｕをエピタキシャル層表面で高回収率で回収できるように、ウェーハの物性（厚さ、抵抗値等）および熱処理雰囲気の汚染の程度等に応じて設定することが好ましい。前記放置時間は、好ましくは１２〜３６時間とすることができる。また、表面酸化膜除去後のウェーハを放置する雰囲気の温度は、好ましくは２０〜２５℃とすることができる。また、前記放置雰囲気は特に限定されないが、汚染防止のため、前記酸化膜除去後のウェーハをクリーンルーム内に保管することが好ましい。
また、方法ＩＩにおける他の工程の詳細は、先に方法Ｉについて述べた通りである。

本発明の第三の熱処理評価方法（以下、「方法ＩＩＩ」ともいう）は、
本発明の熱処理評価用ウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後、エピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第一の分析工程と、
前記金属成分回収後のウェーハを所定時間放置する工程と、
前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第二の分析工程とを含む。

方法ＩＩＩでは、テスト熱処理工程後にエピタキシャル層表面に現れた金属成分（例えばＮｉ）を回収および分析し、次いで酸化膜除去後にエピタキシャル層表面に現れた金属成分（例えばＣｕ）を回収および分析する。この方法によれば、Ｎｉのようにテスト熱処理工程後にエピタキシャル層表面に現れる金属成分と、酸化膜除去後にエピタキシャル層表面に現れるＣｕを順次分析することができる。方法ＩＩＩにおける各工程の詳細は、先に方法ＩおよびＩＩについて述べた通りである。

以上説明した方法Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩによれば、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における金属汚染の有無および／または程度を高精度かつ簡便に評価することができる。得られた評価結果に基づき、熱処理に使用する加熱炉の構成変更、洗浄強化等の汚染低減のための各種手段を取ることにより、熱処理における金属汚染の低減された高品質なウェーハを提供することができる。

［半導体ウェーハの製造方法］
本発明の半導体ウェーハの製造方法は、本発明の熱処理評価用ウェーハを含む複数の半導体ウェーハを加熱炉内で熱処理し、前記熱処理後、前記熱処理評価用ウェーハの金属汚染の有無および／または程度を評価し、金属汚染が目標値以下であった熱処理評価用ウェーハと同一加熱炉内で熱処理されたウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む。

前述のように、本発明の熱処理評価用ウェーハおよび熱処理評価方法によれば、熱処理雰囲気からウェーハへ混入するＮｉ、Ｃｕ等の金属成分を分析することにより、熱処理における金属汚染を高精度かつ簡便に評価することができる。本発明の半導体ウェーハの製造方法によれば、実際の製造工程における熱処理からの金属汚染を評価および確認した上で製品ウェーハを出荷することができるので、高品質な半導体ウェーハを高い信頼性をもって提供することができる。前記評価用ウェーハは、例えば、１つの加熱処理炉に対して１日１回投入することが好ましい。更に、本発明の熱処理評価用ウェーハによれば簡便かつ高精度に評価を行うことができるため、１回の熱処理に対して１枚の評価用ウェーハを用いて評価を行えば信頼性の高い評価結果を得ることができる。
また、前記目標値は、ウェーハの用途等に応じてウェーハに求められる物性を考慮して設定することができる。また、前記熱処理としては、半導体デバイス製造工程中の酸化、拡散、エピタキシャル成長等の各種熱処理を挙げることができ、その具体例としては、ドーパントを拡散させるプロセス、エピタキシャル成長、Ｈ₂アニール等を挙げることができる。

以下、本発明を実施例に基づき説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。

［実施例１］
熱処理評価用ウェーハの作製
ホウ素をドープしたシリコン基板（酸素濃度：１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（ＡＳＴＭ Ｆ−１２１ １９７９）、抵抗値：４Ω・ｃｍ）上に、ホウ素をドープしたエピタキシャル層（厚さ：３μｍ、抵抗値：６Ω・ｃｍ）を積層し、熱処理評価用エピタキシャルウェーハ（ｐ／ｐ^-）を作製した。

Ｎｉ回収率の評価
上記ウェーハを、Ｎｉで１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で既知汚染し、それを加熱処理し、表面酸化膜を除去した後に、ウェーハの表面上のＮｉを酸性回収液（ＨＦ（２質量％）／Ｈ₂Ｏ₂（２質量％）／Ｈ₂Ｏ）で回収し、ＩＣＰ−ＭＳで定量分析した。表面酸化膜の除去は、実施例２と同様に行った。
比較試料として、高抵抗ウェーハ（ｐ^-）、基板低抵抗エピタキシャルウェーハ（ｐ／ｐ⁺）を用いて同様の処理を行った。結果を図１に示す。

図１に示すように、実施例１のエピタキシャルウェーハによれば、Ｎｉを定量的に高回収率で評価することができる。それに対し、基板低抵抗（ハイドープ）のエピタキシャルウェーハでは、Ｎｉが基板のバルク内部に留まるため、エピタキシャル層表面に拡散するＮｉが少なく回収率が低下した。また、高抵抗ウェーハでは、Ｎｉの回収量は顕著に低下した。これは、高抵抗ウェーハでは、熱処理における冷却プロセスにおいてウェーハ表面へ拡散するものの、ウェーハ表面直下でニッケルシリサイドを形成するため弱酸では回収できないためと考えられる。

Ｃｕ回収率の評価
前述と同様の熱処理プロセス評価用ウェーハの表面をＣｕで１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で既知汚染し、それを加熱処理し、表面酸化膜の除去直後および表面酸化膜除去後室温で１日放置した後に、ウェーハの表面上のＣｕを酸性回収液（ＨＦ（２質量％）／Ｈ₂Ｏ₂（２質量％）／Ｈ₂Ｏ）で回収し、ＩＣＰ−ＭＳで定量分析した。表面酸化膜の除去は、実施例２と同様に行った。
比較試料として、前述の２種類のウェーハを用いて同様の処理を行った。結果を図２に示す。

図２に示すように、いずれのウェーハにおいても、酸化膜除去直後のＣｕ回収率は低かったが、実施例１のエピタキシャルウェーハによれば、１日放置後にはエピタキシャル層表面で、Ｃｕを高回収率で回収することができた。それに対し、比較試料では、１日放置後にもＣｕの回収率は低かった。この結果より、実施例１のエピタキシャルウェーハ（ｐ／ｐ−）は、熱処理プロセス後１日放置後で、Ｃｕを定量的に高回収率で評価可能であることが明らかとなった。

［実施例２］
熱処理の評価
（１）Ｎｉの分析
ホウ素をドープしたシリコン基板（酸素濃度：１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（ＡＳＴＭ Ｆ−１２１ １９７９）、抵抗値：４Ω・ｃｍ）に、ホウ素をドープしたエピタキシャル層（厚さ：３μｍ、抵抗値：６Ω・ｃｍ）を積層し、熱処理評価用エピタキシャルウェーハ（ｐ／ｐ^-）を作製した。

上記熱処理評価用ウェーハを、ＳｉＣのＣＶＤコートを施したボードを使用した加熱炉１とＳｉＣのＣＶＤコートを施していないボードを使用した加熱炉２で９００℃×１時間、９００℃×１０時間、１１００℃×１時間、１１００℃×１０時間の４条件にて、窒素雰囲気下で熱処理した。
熱処理後、熱処理を施したウェーハの表面酸化膜を気相分解するために、密閉した容器内に弗酸溶液を入れた。この弗酸蒸気で満たされた容器内に熱処理されたウェーハを汚染なきように入れ、約１分間放置し表面酸化膜を分解させた。
この表面酸化膜を除去したウェーハにＨＦ（２質量％）／Ｈ₂Ｏ₂（２質量％）／Ｈ₂Ｏの混合液１０００μｌを直接滴下し、この液滴をウェーハ表面全面に走査させ、表面上の金属成分を回収した。同様に裏面についても、金属成分の回収を行った。この回収液をＩＣＰ−ＭＳにて定量分析した。

（２）Ｃｕの分析
続いて、熱処理でのＣｕ汚染評価を行うために、前述のＮｉを回収したウェーハを１日室温で放置した。１日放置したウェーハの表面にＨＦ（２質量％）／Ｈ₂Ｏ₂（２質量％）／Ｈ₂Ｏの混合液１０００μｌを直接滴下し、この液滴をウェーハ表面全面に走査させ、表面上のＣｕ不純物を回収した。同様に裏面についても同手順でＣｕ不純物の回収を行った。これらの回収液をＩＣＰ−ＭＳにて定量分析した。
以上の結果を表１に示す。

表１より、ＳｉＣのＣＶＤコートを施したボートを使用した加熱炉１では、ＮｉおよびＣｕの汚染が低く、ＳｉＣのＣＶＤコートを施していないボートを使用した加熱炉２では、加熱炉１に比べてＮｉ、Ｃｕの汚染量が多いことが確認された。
この結果から、Ｎｉ、Ｃｕの汚染源は、ＳｉＣのＣＶＤコートされていないボートからの汚染であることが分かり、このＳｉＣのＣＶＤコートを施していないボートをＳｉＣのＣＶＤコートを施したボートに変更することで加熱プロセスでのＮｉ、Ｃｕ汚染を改善することができた。このように、本発明によれば、熱処理でのＮｉ、Ｃｕの定量評価が可能であり、評価結果に基づき熱処理プロセスを改善することができる。

本発明によれば、金属汚染の低減された高品質な半導体ウェーハを提供することができる。

実施例１におけるＮｉ回収率の評価結果を示す。 実施例１におけるＣｕ回収率の評価結果を示す。

Claims (18)

1. 酸素濃度が１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であるシリコン基板と、該基板の少なくとも一方の面にシリコンエピタキシャル層を有する、熱処理評価用ウェーハ。
2. 前記シリコンエピタキシャル層の厚さは１〜１０μｍの範囲である、請求項１に記載の熱処理評価用ウェーハ。
3. 前記シリコン基板は、４〜２０Ω・ｃｍの範囲の抵抗値を有する、請求項１または２に記載の熱処理評価用ウェーハ。
4. 前記シリコンエピタキシャル層は、６〜１０Ω・ｃｍの範囲の抵抗値を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱処理評価用ウェーハ。
5. 前記シリコン基板は、前記シリコンエピタキシャル層の抵抗値より高い抵抗値を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱処理評価用ウェーハ。
6. 前記シリコン基板およびシリコンエピタキシャル層は、ホウ素がドープされている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱処理評価用ウェーハ。
7. 前記シリコン基板は、前記シリコンエピタキシャル層を鏡面加工された面上に有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱処理評価用ウェーハ。
8. 前記熱処理評価は、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における半導体ウェーハに対する金属汚染の有無および／または程度の評価である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱処理評価用ウェーハ。
9. 前記金属は、Ｃｕおよび／またはＮｉである、請求項８に記載の熱処理評価用ウェーハ。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
    前記テスト熱処理工程後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
    を含む熱処理評価方法。
11. 前記金属成分の回収は、テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後に行われる、請求項１０に記載の熱処理評価方法。
12. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
    前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去する工程と、
    前記酸化膜除去後のウェーハを所定時間放置する工程と、
    前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する工程と、
    を含む熱処理評価方法。
13. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のウェーハを、評価対象の熱処理条件下において加熱し、次いで冷却するテスト熱処理工程と、
    前記テスト熱処理工程においてエピタキシャル層上に形成された酸化膜を除去した後、エピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第一の分析工程と、
    前記金属成分回収後のウェーハを所定時間放置する工程と、
    前記放置後のエピタキシャル層表面上の金属成分を回収し分析する第二の分析工程と、
    を含む、熱処理評価方法。
14. 第一の分析工程において分析される金属成分はＮｉであり、第二の分析工程において分析される金属成分はＣｕである、請求項１３に記載の熱処理評価方法。
15. 前記ウェーハの放置時間は、１２〜３６時間である、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の熱処理評価方法。
16. 前記金属成分の回収は、弗酸、過酸化水素水および水の混合液を用いて行われる、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の熱処理評価方法。
17. 前記熱処理評価は、半導体ウェーハ製造工程中の熱処理における半導体ウェーハに対する金属汚染の有無および／または程度の評価である、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の熱処理評価方法。
18. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱処理評価用ウェーハを含む複数の半導体ウェーハを加熱炉内で熱処理し、
    前記熱処理後、前記熱処理評価用ウェーハの金属汚染の有無および／または程度を評価し、
    金属汚染が目標値以下であった熱処理評価用ウェーハと同一加熱炉内で熱処理されたウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含む、前記製造方法。