JP5659632B2 - ボロンドープｐ型シリコンウェーハの鉄濃度分析方法および分析装置、シリコンウェーハ、ならびにシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボロンドープｐ型シリコンウェーハの鉄濃度分析方法および分析装置に関するものであり、詳しくは、表面光起電力法（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｏｔｏ−Ｖｏｌｔａｇｅ：ＳＰＶ法）によりボロンドープｐ型シリコンウェーハの鉄濃度を高精度に求めることができる分析方法および分析装置に関するものである。
更に本発明は、前記分析方法による品質保証書付きシリコンウェーハ、および、鉄による汚染が低減されたボロンドープｐ型シリコンウェーハの製造方法にも関するものである。

シリコンウェーハの重金属汚染は、製品のデバイス特性に悪影響を及ぼす。特に、ウェーハ内のＦｅは、その汚染量は微量であっても再結合中心として働き、デバイスにおいてｐｎ接合の逆方向のリーク量の増加の原因やメモリー素子のリフレッシュ不良等の原因となる。そこで工程管理のためにウェーハ内のＦｅ汚染を正確に把握することが求められている。

Ｆｅは、ボロンドープｐ型シリコン中では、ボロンと静電力によって結合しＦｅ−Ｂペアを形成する。ボロンドープｐ型シリコンウェーハの鉄濃度の定量方法としては、このＦｅ−Ｂペアの乖離前後の少数キャリア拡散長の測定値の変化を利用する表面光起電力法（ＳＰＶ法）が広く用いられている（例えば特許文献１、２参照）。

特開２００５−６４０５４号公報 特開２００５−３１７５６２号公報

上記ＳＰＶ法は、鉄汚染が少ない高品質なボロンドープｐ型シリコンウェーハを安定供給するための品質保証方法および工程管理方法として、現在広く採用されている。ＳＰＶ法は、化学分析のような熟練の必要なく、自動測定が可能な優れた方法であるが、より高品質なシリコンウェーハを提供するためには、分析精度を更に向上することが求められる。

そこで本発明の目的は、ボロンドープｐ型シリコンウェーハの鉄濃度を、ＳＰＶ法を利用して高精度に測定するための手段を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、以下の新たな知見を得た。
ボロンドープｐ型シリコンウェーハでは、ＦｅとＢは結合しＦｅ−Ｂペアを形成しているが、光照射等により格子間Ｆｅと置換型Ｂに解離する。上記ＳＰＶ法は、Ｆｅ−Ｂペアと格子間Ｆｅとでは、少数キャリア拡散長に与える影響が大きく異なることを利用し、Ｆｅ−Ｂペアの乖離処理前と乖離処理後（Ｆｅ−Ｂペア結合中と乖離中）の少数キャリア拡散長の測定値の違いに基づきボロンドープｐ型シリコンウェーハ（以下、単に「シリコンウェーハ」または「ウェーハ」ともいう）の鉄濃度を求める方法である。ＳＰＶ法では乖離処理によって生じる現象はＦｅ−Ｂペアの乖離のみであることを前提としているが、本発明者らの検討の結果、この前提の下で測定を行うと以下の誤差要因により測定精度が低下することが明らかとなった。
ＳＰＶ法におけるＦｅ−Ｂペア乖離処理は、主に光照射により行われるが、太陽電池の分野では、シリコン中では製造工程から必然的に混入する酸素原子（格子間酸素）とドープされたボロン原子が光照射により結合しＢ−Ｏ欠陥（Ｂ１つに対してＯが２つ結合していると言われている）を形成することが報告されている（Schmidt, et. al. “PROGRESS IN UNDERSTANDING AND REDUCING THE LIGHT DEGRADATION OF CZ SILICON SOLAR CELLS”, the 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Glasgow May 1-5, 2000参照）。このＢ−Ｏ欠陥の存在は測定値を変化させるため（少数キャリア拡散長はＢ−Ｏ欠陥の存在により低下する）、光照射によりＢ−Ｏ欠陥が形成されたにもかかわらずＢ−Ｏ欠陥の存在を無視してＦｅ−Ｂペア乖離前後の測定値の変化から鉄濃度を求めると、形成されたＢ−Ｏ欠陥の分だけ鉄濃度を高めに算出してしまうことになる。
この点に関して本発明者らは、一度発生したＢ−Ｏ欠陥は、発生以降安定に存在することに着目した。即ち、光照射により形成されるＢ−Ｏ欠陥が少数キャリア拡散長の測定値に及ぼす影響は時間の経過とともに変化しないとみなすことができる。したがって、少数キャリア拡散長に対してＢ−Ｏ欠陥が与える一定の影響を考慮することにより、これを考慮しない従来法と比べて、より高精度に鉄濃度を測定することが可能となる。
そこで、Ｂ−Ｏ欠陥の影響を排除する方法として、Ｂ−Ｏ欠陥の安定性を利用し、光照射により分析対象ウェーハ内でＢ−Ｏ欠陥を形成した後に、上記光照射により乖離したＦｅ−Ｂペアが回復してから改めて通常のＳＰＶ法によってＦｅ−Ｂペア結合中と乖離中の少数キャリア拡散長の測定値の違いに基づき鉄濃度測定を行う方法が考えられる。上記方法によっても、Ｂ−Ｏ欠陥の影響を排除して高精度に鉄濃度を測定することが可能となるが、Ｆｅ−Ｂペアが回復するまで（例えば１時間〜１日）、分析対象ウェーハを放置する必要があり分析に長時間を要する。これに対し本発明者らは、Ｆｅ−Ｂペア再結合の時間依存性を考慮した較正を加えれば、Ｆｅ−Ｂペアの回復を待つ必要なく短時間でＢ−Ｏ欠陥の影響を低減ないし排除した信頼性の高い鉄濃度分析を行うことができることを見出すに至った。
本発明は、以上の知見に基づき完成された。

即ち、上記目的は、下記手段により達成された。
[１] 表面光起電力法により光照射によるＦｅ−Ｂペア乖離処理後の少数キャリア拡散長の変化に基づきボロンドープｐ型シリコンウェーハの鉄濃度を求める分析方法であって、
Ｆｅ−Ｂペアを含むボロンドープｐ型シリコンウェーハに光照射することにより、該ウェーハに含まれるＦｅ−Ｂペアの乖離処理および該ウェーハに含まれるボロン原子と酸素原子との結合体であるＢ−Ｏ欠陥の形成を行った後にＢ−Ｏ欠陥存在下で測定される少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ１と、
前記Ｌ_ＡＦ１測定後に、前記乖離処理により乖離したＦｅ−Ｂペアの再結合が開始した後にＢ−Ｏ欠陥の存在下で測定される少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ２と、
前記乖離処理により乖離したＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性と、
をパラメータとして含む算出式により前記鉄濃度を算出すること、および、
前記算出式は、下記式（６）であること、
を特徴とする、前記分析方法。
[式（６）中、Ｎ_Ｆｅは鉄濃度であり、Ｆ_ＡＦ１はＬ_ＡＦ１測定時における下記式（１）により算出されるＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性であり、Ｆ_ＡＦ２はＬ_ＡＦ２測定時における下記式（１）により算出されるＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性であり、Ｃ_ＦｅＢはＦｅ−Ｂペアにおける電子捕獲係数であり、Ｃ_ＦｅｉはＦｅｉにおける電子捕獲係数であり、Ｄ_ｎは電子の拡散定数である。]
[式（１）中、ＦはＦｅ−Ｂペア再結合の時間依存性であり、τｃは捕獲割合であり、ｔは光照射からの経過時間である。]
[２][１]に記載の分析方法に使用される分析装置であって、
前記光照射を行う光照射部と、
前記拡散長の測定を行う測定部と、
前記測定部と光照射部との間で分析対象シリコンウェーハを移動させる移動手段と、
を含むことを特徴とする、前記分析装置。
[３]複数のボロンドープｐ型シリコンウェーハからなるシリコンウェーハのロットを準備する工程と、
前記ロットから少なくとも１つのシリコンウェーハを抽出する工程と、
前記抽出されたシリコンウェーハの鉄濃度を求める工程と、
前記求められた鉄濃度が閾値以下と判定されたシリコンウェーハと同一ロット内の他のシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷する工程と、を含むボロンドープｐ型シリコンウェーハの製造方法であって、
前記抽出されたシリコンウェーハの鉄濃度を、[１]に記載の分析方法によって求めることを特徴とする、前記方法。

本発明によれば、ボロンドープｐ型シリコンウェーハ中の鉄濃度を、実質的にＢ−Ｏ欠陥の影響を受けることなく高精度に求めることができる。

本発明の分析装置の一例を示す。 ＳＰＶ法により得られた鉄濃度とホウ素濃度[Ｂ]と格子間酸素（Ｏｉ）濃度［Ｏｉ］の自乗との積[Ｂ］＊［Ｏｉ］^２との相関関係を示すグラフである。 ６Ｗ／ｃｍ^２の光照射による少数キャリア拡散長の経時変化を示すグラフである。 ３０ｍＷ／ｃｍ^２の光照射による少数キャリア拡散長の経時変化を示すグラフである。 ６Ｗ／ｃｍ^２の光照射後、室温放置中の少数キャリア拡散長の経時変化を示すグラフである。 実施例１、比較例１で得られた鉄濃度を、ホウ素濃度[Ｂ]と格子間酸素（Ｏｉ）濃度［Ｏｉ］の自乗との積[Ｂ］＊［Ｏｉ］^２に対してプロットしたグラフである。

本発明は、表面光起電力法により光照射によるＦｅ−Ｂペア乖離処理後の少数キャリア拡散長の変化に基づきボロンドープｐ型シリコンウェーハの鉄濃度を求める分析方法に関する。本発明の分析方法は、前記乖離処理後に測定される少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ１と、前記Ｌ_ＡＦ１測定から所定時間経過後に測定される少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ２と、前記乖離処理により乖離したＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性と、をパラメータとして含む算出式により前記鉄濃度を算出すること、および、前記算出式は、前記光照射により前記シリコンウェーハ中に存在するボロン原子と酸素原子が結合体（Ｂ−Ｏ欠陥）を形成し、該結合体がＬ_ＡＦ１とＬ_ＡＦ２に対して同じ影響を及ぼすと仮定して導出されたものであること、を特徴とするものである。これにより、光照射により形成されるＢ−Ｏ欠陥の影響を実質的に排除することが可能となり、かつＦｅ−Ｂペアの回復を待つことなく鉄濃度を求めることが可能となるため、より信頼性の高い鉄濃度分析を短時間で行うことができる。

本発明の分析方法は、主に、光照射によるＦｅ−Ｂペア乖離処理、上記乖離処理後の第一の拡散長（Ｌ_ＡＦ１）測定、第一の拡散長測定から所定時間経過後の第二の拡散長（Ｌ_ＡＦ２）測定、鉄濃度算出工程、からなる。
以下、上記工程について、順次説明する。

Ｆｅ−Ｂペア乖離処理
Ｆｅ−Ｂペア乖離処理は、通常のＳＰＶ法における光アクティベーション（高強度の白色光等の高エネルギー光照射）によって行うことができる。より詳しくは、分析対象のシリコンウェーハ表面にシリコンの禁制帯エネルギー１．１ｅＶ以上のエネルギーを有する単色光を連続的または断続的に照射することにより、Ｆｅ−Ｂペアを乖離することができる。Ｆｅ−Ｂペアを乖離するための光照射条件（光照射の輝度および照射時間）については、例えば、Lagowski, et.al., Appl. Phys. Lett., Vol.63, p.2902 (1993)等を参照できる。分析精度を高めるためには、Ｆｅ−Ｂペアが１００％乖離するように光照射条件を決定することが好ましい。なお、本発明では上記光照射によりシリコンウェーハ中に含まれるボロン原子と酸素原子が結合体（Ｂ−Ｏ欠陥）を形成すると仮定して鉄濃度を求めるが、Ｂ−Ｏ欠陥の形成が飽和するまで光照射を行うことは必須ではない。光照射を止めることによりＢ−Ｏ欠陥の形成も止まり、以降、形成されたＢ−Ｏ欠陥は安定に存在するためＢ−Ｏ欠陥が拡散長に与える影響は実質的に変化しないとみなすことができるからである。特に、Ｂ−Ｏ欠陥は０℃〜１００℃における安定性が高いため、光照射後にウェーハを放置および分析する際の雰囲気温度は０℃〜１００℃の範囲内とすることが好ましい。操作の簡便性の点からは、室温（２０〜２５℃程度）において光照射後のウェーハを放置および分析することが、温度制御が不要であるため好ましい。

拡散長（Ｌ _ＡＦ１ 、Ｌ _ＡＦ２ ）測定
上記乖離処理後に行われる拡散長Ｌ_ＡＦ１およびＬ_ＡＦ２の測定は、通常のＳＰＶ法にしたがい行うことができる。ＳＰＶ法による拡散長測定の詳細については、特開２００５−６４０５４号公報、特開２００５−３１７５６２号公報、JEITA規格「JEITA EM-3511表面光起電力法を利用したp型シリコンウェーハ中のFe濃度測定法」等を参照することができる。Ｌ_ＡＦ１測定からＬ_ＡＦ２測定までのウェーハ放置時間は、少数キャリア拡散長測定値に有意な差が現れる時間に設定すればよく、分析対象ウェーハの抵抗率（即ちボロン濃度）および放置時の温度等を考慮して決定することができる。例えば、ボロン濃度が１Ｅ１６ａｔｍｓ／ｃｍ^３程度のシリコンウェーハでは、室温において１０〜３０分程度放置すれば放置前後で少数キャリア拡散張の測定値に十分有意な差が現れ、光照射後３〜４時間の室温放置によって乖離したＦｅ−Ｂペアはほぼ１００％回復する。また、Ｆｅ−Ｂペアの回復を加速するためにウェーハを加熱することもできるが、その際の加熱温度はＢ−Ｏ欠陥の安定性が高い上記温度域（０℃〜１００℃）とすることが好ましい。

鉄濃度算出工程
本工程では、上記工程で求められた少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ１、Ｌ_ＡＦ２、および前記乖離処理により乖離したＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性をパラメータとして含む算出式により分析対象ウェーハ中の鉄濃度を算出する。ここで上記算出式を、前記光照射により前記シリコンウェーハ中に存在するボロン原子と酸素原子が結合体（Ｂ−Ｏ欠陥）を形成し、形成されたＢ−Ｏ欠陥がＬ_ＡＦ１とＬ_ＡＦ２に対して同じ影響を及ぼすと仮定して導出する。これは、光照射により形成されたＢ−Ｏ欠陥は、少数キャリア拡散長に影響を及ぼすが光照射後は安定に存在するため、その影響は時間経過とともに変化しないとみなすことができるからである。好ましくは、上記算出式として、Ｂ−Ｏ欠陥がＬ_ＡＦ１とＬ_ＡＦ２に及ぼす影響を差し引くことが可能な式（Ｂ−Ｏ欠陥の影響を排除する算出式）を導出する。これにより、Ｂ−Ｏ欠陥の影響を含まない、信頼性の高い算出値として鉄濃度を求めることができる。そのような算出式としては、以下の手順にしたがい導出される下記式（６）を挙げることができる。

Ｆｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性は、特開２００５−３１７５６２号公報の式（４）で示されている通り、下記式（１）により与えられる。

式（１）中、τｃは捕獲割合であって下記式（ａ）により求めることができる。ｔは光照射からの経過時間である。

式（ａ）中、Ｎ_Ｂは分析対象ウェーハ中のボロン濃度である。Ｒ_Ｃはクーロン捕獲係数、Ｄ_ｉｎｔはＦｅの真性拡散定数であり、それぞれ次のように表される。よって、Ｆｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性Ｆは、シリコンウェーハの温度とボロン濃度によって決定される。

[上記において、ｑは電子電荷＝１．６Ｅ−１９[Ｃ]、ｋ_Ｂはボルツマン定数＝１．３８Ｅ−２３[Ｊ／Ｋ]、Ｔはシリコンウェーハの温度（絶対温度、以下同様）、ε_ｓｉはシリコンの誘電率（シリコンの比誘電率は１２．０）である。]

一方、拡散長Ｌ_ＡＦ１およびＬ_ＡＦ２がＢ−Ｏ欠陥から同じ影響を受けると仮定するためには、以下の式（２）および式（３）を用いることができる。

まず、光照射によるＦｅ−Ｂペア乖離（光アクティべーション）から時間ｔ_１経過したときに測定される少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ１は、下記式（２）で表す。

一方、光アクティベーションからｔ_２（ｔ_１＜ｔ_２）経過したときに測定される少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ２は、下記式（３）で表す。

ここで、ｆ、ｆ’はそれぞれｔ_１、ｔ_２経過したときの格子間Ｆｅ（以降「Ｆｅｉ」と記載する）が分析対象ウェーハ中の全Ｆｅ濃度に占める割合：
である。Ｌ_{ｏｔｈｅｒｓ}はＦｅおよびＢ−Ｏ欠陥以外の要因による少数キャリア拡散長であり、これは光アクティベーションおよびその後の時間経過によって変化しないと仮定する。Ｌ_ＢＯはＢ−Ｏ欠陥が少数キャリア拡散長に及ぼす影響を表す。なお、上記Ｌ_ＢＯは、Ｂ−Ｏ欠陥以外に光照射によりその状態が変化するものを含んでも構わない。ただし、Ｂ−Ｏ欠陥と同様、その後の経過時間には依存しないものとする。Ｃ_ＦｅＢはＦｅ−Ｂペアにおける電子捕獲係数であり、Ｃ_ＦｅｉはＦｅｉにおける電子捕獲係数である。また、Ｄ_ｎは電子の拡散定数であり、抵抗率依存を考慮するならば、下記式（４）から求めることができる。

式（４）中、ｑは電子電荷、ｋ_Ｂはボルツマン定数、Ｔは分析対象ウェーハの温度である。μｅは、シリコンにおける移動度の抵抗率依存であり、「C. Jacoboni, Solid-State Electronics, vol.20, pp.77-89, 1977」に記載されているように、下記式（５）で与えられる。

上記式（５）中、Ｎ_Ｂは分析対象ウェーハ中のボロン濃度、フィッティングパラメータの値は、Ｎ_ｒｅｆ＝１．０×１０^１７ ［ｃｍ^−３］、α＝０．５である。この式を式（４）に代入することにより、電子の拡散係数の抵抗率依存を求めることができる。なお、この抵抗率依存を持った移動度から電子の拡散係数を求める手法は、当分野において広く用いられている。

よって、式（２）、（３）をＦｅ濃度Ｎ_Ｆｅについて解くことにより、下記式（６）が得られる。

[式（６）中、Ｎ_Ｆｅは鉄濃度であり、Ｆ_ＡＦ１はＬ_ＡＦ１測定時における式（１）により算出されるＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性であり、Ｆ_ＡＦ２はＬ_ＡＦ２測定時における式（１）により算出されるＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性であり、Ｃ_ＦｅＢはＦｅ−Ｂペアにおける電子捕獲係数であり、Ｃ_ＦｅｉはＦｅｉにおける電子捕獲係数であり、Ｄ_ｎは電子の拡散定数である。]

式（６）において、Ｃ_ＦｅＢ、Ｃ_Ｆｅｉとしては論文値等の既知の値を使用することができる。または、より分析精度を高めるためには、予めＤＬＴＳ法等により鉄濃度測定を行った鉄濃度既知のテストウェーハについて、既知の鉄濃度が上記式（６）により求められる鉄濃度と一致するようにフィッティングを行い、Ｃ_ＦｅＢおよびＣ_Ｆｅｉを決定することもできる。そしてＣ_ＦｅＢおよびＣ_Ｆｅｉが決定されれば、Ｆｅ濃度Ｎ_Ｆｅは、Ｆ_ＡＦ１およびＦ_ＡＦ２、ＳＰＶ法により測定されるＬ_ＡＦ１およびＬ_ＡＦ２、上記式により求められる電子の拡散定数Ｄ_ｎ、分析対象ウェーハ温度Ｔ、および該ウェーハのボロン濃度Ｎ_Ｂを式（６）に代入することで求めることができる。また、式（１）に示す通りＦ_ＡＦ１およびＦ_ＡＦ２は、Ｎ_Ｂ、ｔ_１、ｔ_２によって決定される。即ち、式（６）によれば、分析対象ウェーハ中の鉄濃度は、拡散長の測定値Ｌ_ＡＦ１およびＬ_ＡＦ２、光照射から拡散長測定までの経過時間ｔ_１、ｔ_２、測定時の分析対象ウェーハの温度Ｔ、該ウェーハのボロン濃度Ｎ_Ｂｓから求めることができる。そして、上記式（６）は、式（２）および式（３）を用いて導出されたものであるため、Ｂ−Ｏ欠陥が拡散長Ｌ_ＡＦ１およびＬ_ＡＦ２に及ぼす影響が排除されている。加えて、式（１）によりＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性による拡散長変化が考慮されているため、式（６）を使用することにより、Ｂ−Ｏ欠陥による影響を含む従来の測定方法と比べて、より高感度な鉄濃度分析を、Ｆｅ−Ｂペアの回復を待つことなく実施することが可能となる。

以上、式（６）により鉄濃度を算出する態様について説明したが、本発明の分析方法は、上記態様に限定されるものではない。光照射による乖離処理により乖離したＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性と光照射により形成されるＢ−Ｏ欠陥の影響を前述のように考慮可能な算出式であれば、公知の導出方法により導き出される算出式を何ら制限なく使用することができる。

本発明の分析方法は、例えば、ホウ素（ドーパント）濃度が１０^１６〜１０^１９ａｔｍｓ／ｃｍ^３程度であり、抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ超〜１０００ｍΩ・ｃｍ程度であるシリコンウェーハ（いわゆるｐ^＋ウェーハ）、ボロン濃度が１０^１６ａｔｍｓ／ｃｍ^３以下であり、抵抗率１Ω・ｃｍ超程度であるシリコンウェーハ（いわゆるｐ⁻ウェーハ）等のホウ素ドープｐ型シリコンウェーハに適用可能である。また、本発明は、算出値に対してＢ−Ｏ欠陥形成が影響を及ぼすことを防ぐことができるため、Ｂ−Ｏ欠陥が多く形成されやすいウェーハ、すなわち格子間酸素を比較的多く含むウェーハに対して適用することが好ましい。この点からは、本発明は、格子間酸素濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上（旧ＡＳＴＭ）のシリコンウェーハへの適用に適する。ただし、格子間酸素濃度が少ないウェーハであっても鉄汚染量が少ない高清浄度なウェーハでは、従来の方法では鉄濃度の測定値に対するＢ−Ｏ欠陥形成の影響が大きい分、測定精度が低下することになる。この点からは、Ｂ−Ｏ欠陥形成の影響を受けやすい、鉄濃度が低い（例えば鉄濃度が９乗台以下の）ウェーハであって、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満（旧ＡＳＴＭ）のウェーハに対しても、本発明の適用が有効である。

更に本発明は、本発明の分析方法に使用される分析装置であって、前記光照射を行う光照射部と、前記拡散長の測定を行う測定部と、前記測定部と光照射部との間で分析対象シリコンウェーハを移動させる移動手段と、を含む分析装置にも関する。本発明の分析装置を用いることにより、本発明の分析方法の自動化が可能となるため、複数のシリコンウェーハを連続的に分析に付すことができる。また、測定部と光照射部を別構成とすることにより、あるシリコンウェーハについて拡散長の測定値を求めている間に、他のシリコンウェーハに対してＦｅ−Ｂペア乖離のための光照射を行うことができるため、複数のウェーハを並行して迅速に処理することが可能となる。

本発明の分析装置における測定部、光照射部としては、例えば、ＳＰＶ測定装置を２台設置し、一方を測定部、他方を光照射部として装置組み込みの光照射機構によりＦｅ−Ｂペア乖離のための光照射を行うことができる。測定部と光照射部との間で測定対象シリコンウェーハを移動させる移動手段としては、ベルトコンベア、ロボットアーム等を用いることができる。また、必要に応じて、測定部、光照射部以外に、ウェーハ待機部（例えばチャンバーやボックス）を設け、上記移動手段により測定部または光照射部からウェーハ待機部に、ウェーハを移動させてもよい。このウェーハ待機部は、少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ１測定後、Ｌ_ＡＦ２測定までの間にウェーハを放置する空間として利用することもできる。そのような装置の一例を、図１に示す。図１中、ＳＰＶ測定装置が測定部、光照射用ボックスが光照射部、保管用ボックスがウェーハ待機部に相当する。各部間のウェーハの移動は、中央部に配置したウェーハハンドリングロボットによって行うことができる。

更に本発明は、本発明の分析方法により求められた鉄濃度が記載された品質保証書付きシリコンウェーハに関する。本発明の分析方法によって求められた鉄濃度が記載された品質保証書付きのシリコンウェーハは、Ｂ−Ｏ欠陥の影響が低減ないし解消された信頼性の高い分析値により品質が保証されたものであるため、高い信頼性をもって、デバイス作製等の各種用途に使用することができる。上記品質保証書は、例えば、シリコンウェーハのパッケージ表面に貼り付ける等の手段により、シリコンウェーハとともにユーザーに提供されるものである。

更に本発明は、複数のボロンドープｐ型シリコンウェーハからなるシリコンウェーハのロットを準備する工程と、前記ロットから少なくとも１つのシリコンウェーハを抽出する工程と、前記抽出されたシリコンウェーハの鉄濃度を求める工程と、前記求められた鉄濃度が閾値以下と判定されたシリコンウェーハと同一ロット内の他のシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷する工程と、を含むボロンドープｐ型シリコンウェーハの製造方法に関する。本発明の製造方法では、前記抽出されたシリコンウェーハの鉄濃度を、本発明の分析方法によって求める。

前述のように、本発明の分析方法によれば、シリコンウェーハ中の鉄濃度を、Ｂ−Ｏ欠陥の影響を低減ないし解消して高精度に測定することができる。よって、かかる分析方法により、鉄濃度が閾値以下と判定されたシリコンウェーハ、即ち鉄汚染量が少ない良品と判定されたシリコンウェーハと同一ロット内のシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷することにより、高品質な製品ウェーハを高い信頼性をもって提供することができる。なお、良品と判定する基準（閾値）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１ロットに含まれるウェーハ数および抽出するウェーハ数は適宜設定すればよい。

以下、本発明を実施例に基づき更に説明する。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。なお、以下に記載のボロン濃度は４探針法で求めた抵抗率から換算した値であり、格子間酸素濃度は、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)により求めた値（旧ＡＳＴＭ）である。

１．Ｂ−Ｏ欠陥形成の測定値への影響の確認
ボロン濃度および酸素濃度が異なり、鉄の混入がほぼ同レベルと見なせる条件で製作したＣＺシリコンウェーハ（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ）に対し、少数キャリア拡散長測定装置として、表面光電圧（ＳＰＶ）測定装置（ＳＤＩ社製ＦＡａＳＴ３３０−ＳＰＶ）を用いて、ウェーハ裏面でのキャリアの再結合を考慮した測定モードでＳＥＭＩ準拠のスタンダードモードで各シリコンウェーハ中の鉄濃度を測定した。Ｆｅ−Ｂペア乖離処理は、装置組み込みの光照射機構により６Ｗ／ｃｍ^２の照射強度で２分間行った。測定前に、５質量％のＨＦ溶液にシリコンウェーハを５分間浸漬し自然酸化膜を除去し、その後１０分間の超純水リンスを行い、乾燥後、クリーンルーム内雰囲気に１週間放置し、測定の前処理とした。
鉄濃度の算出には、ＳＰＶ法において通常採用されている、下記式（Ａ）を用いた。

［式（Ａ）中、［Ｆｅ］はＦｅ濃度（／ｃｍ^３）であり、Ｌ_１は光照射前の少数キャリア拡散長（μｍ）、Ｌ_２は光照射後の少数キャリア拡散長（μｍ）であり、係数Ｃは、通常採用される１×１０^１６μｍ^２ｃｍ^−３の値を用いた。］

太陽電池の分野では、Ｂ−Ｏ欠陥の発生量はボロン濃度に比例し、格子間酸素（Ｏｉ）濃度の自乗に比例することが報告されているため、ＳＰＶ法により得られた鉄濃度を、ボロン濃度[Ｂ]と格子間酸素（Ｏｉ）濃度［Ｏｉ］の自乗との積[Ｂ］＊［Ｏｉ］^２に対してプロットしたグラフを、図２に示す。

図２から、測定された鉄濃度（見かけ上の鉄濃度）は［Ｂ］＊［Ｏｉ］^２ときわめて強い相関があることが確認できる。このことは、従来のＳＰＶ法で鉄濃度測定を行うと、Ｂ−Ｏ欠陥の発生によって鉄濃度を高めに見積もってしまうことを意味する。このＢ−Ｏ欠陥の影響は、鉄濃度が低いウェーハほど顕在化するため、例えば鉄濃度が９乗台以下の高清浄度ウェーハでは、測定値に対するＢ−Ｏ欠陥形成の影響は無視できないほど大きくなると考えられる。特に、鉄濃度が低くボロン濃度が高いウェーハ（例えばボロン濃度が１×１０^１６／ｃｍ^３近辺またはそれ以上）では、ＳＰＶ値の測定値はＢ−Ｏ欠陥の発生を見ているに過ぎないという結果になるおそれがある。

２．光照射によるＢ−Ｏ欠陥の形成
Ｆｅが微量混入した、ボロン濃度が１．２×１０^１６ａｔｍｓ／ｃｍ^３、格子間酸素濃度が１×１０^１８ａｔｍｓ／ｃｍ^３のｐ型シリコンウェーハ（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ）表面に対して、上記１．と同様にＳＰＶ測定装置組み込みの光照射機構により６Ｗ／ｃｍ^２の照射強度で白色光を連続的に照射した後、上記１．と同様の方法で少数キャリア拡散長を求めた。光照射と少数キャリア拡散長の測定を、時間を置かず交互に繰り返した結果を図３に示す。
上記光照射によりＢ−Ｏ欠陥形成のほかにＦｅ−Ｂペアの乖離も起こるが、上記照射強度ではＦｅ−Ｂペアの乖離は１〜２分程度で完了するので、図３中のＦｅ−Ｂペア乖離完了後の拡散長低下は、もっぱらＢ−Ｏ欠陥形成による影響である。照射を１５分程度続けると少数キャリア拡散長の低下は緩やかになっていることから、本照射強度では１５分以上光照射すればＢ−Ｏ欠陥形成が飽和状態になることが確認できる。
上記と同様の操作を、白色光の照射強度を３０ｍＷ／ｃｍ^２に変更して得られた結果が、図４である。図４で照射時間１０時間程度で少数キャリア拡散長の低下が緩やかになっていることから、本照射強度では、１０時間以上光照射すれば、Ｂ−Ｏ欠陥の形成が飽和状態になることが確認できる。

３．Ｂ−Ｏ欠陥安定性の確認
Ｆｅが微量混入した、ボロン濃度が１．２×１０^１６／ｃｍ^３、格子間酸素濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３のｐ型シリコンウェーハ（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ）表面に対して、上記２．と同様に６Ｗ／ｃｍ^２の白色光を１５分間照射した。この光照射によりＢ−Ｏ欠陥が生じて少数キャリア拡散長が低下したシリコンウェーハを、室温（約２５℃）で約３日間放置した。
図５は、上記室温放置初期のシリコンウェーハの少数キャリア拡散長を示している。ここでの少数キャリア拡散長の測定は、上記１．と同様の方法で行った。図５中、少数キャリア拡散長の変化はほとんど見られないことから、一度発生したＢ−Ｏ欠陥は、発生以降安定に存在することが確認できる。なお、ここで使用したシリコンウェーハはきわめて清浄度が高くＦｅ汚染はわずかであると考えられる。そのため、Ｆｅ−Ｂペアへの再結合に伴う少数キャリア拡散長の変化は殆ど見受けられない。

［実施例１］
ボロン濃度が１×１０^１５〜１×１０^１６ａｔｍｓ／ｃｍ^３の範囲、格子間酸素濃度が１×１０^１８〜１．５×１０^１８ａｔｍｓ／ｃｍ^３の範囲で異なる複数のｐ型シリコンウェーハ（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ）の鉄濃度を、以下の方法で求めた。
（Ｉ）各シリコンウェーハに対して６Ｗ／ｃｍ^２の照射強度で白色光を１５分間照射した。
（ＩＩ）上記（Ｉ）の光照射から１０分後および３０分後の少数キャリア拡散長を、前述の１．と同様の方法で測定した後（測定時のウェーハ濃度：２５℃）、前記式（６）により鉄濃度を算出した。

［比較例１］
ホウ素濃度が１×１０^１５〜１×１０^１６ａｔｍｓ／ｃｍ^３の範囲、格子間酸素濃度が１×１０^１８〜１．５×１０^１８ａｔｍｓ／ｃｍ^３の範囲で異なる複数のｐ型シリコンウェーハ（直径２００ｍｍ、厚み７２５μｍ）の鉄濃度を、上記１．と同様の方法で式（Ａ）を使用して求めた。

得られた鉄濃度を、ホウ素濃度[Ｂ]と格子間酸素（Ｏｉ）濃度［Ｏｉ］の自乗との積[Ｂ］＊［Ｏｉ］^２に対してプロットしたグラフを、図６に示す。
実施例１、比較例１で使用したシリコンウェーハは、ホウ素濃度および格子間酸素濃度は異なるが、ほぼ同様のクリーン度で製造されたものであるため、鉄濃度は同レベルである。図６に示すように、比較例１では、ホウ素濃度・格子間酸素濃度が高いウェーハ（[Ｂ］＊［Ｏｉ］^２の大きいウェーハ）ほど鉄濃度が高く算出されているのに対し、実施例１では算出された鉄濃度は、ホウ素濃度・格子間酸素濃度にかかわらず、ほぼ同じ値であった。
以上の結果から、比較例１では見かけ上の鉄濃度に対してＢ−Ｏ欠陥の形成が支配的であったのに対し、実施例１ではＢ−Ｏ欠陥形成の影響を排除し、より正確な鉄濃度が求められたことが確認できる。

本発明の分析方法は、シリコンウェーハの品質管理のために有用である。

Claims (3)

1. 表面光起電力法により光照射によるＦｅ−Ｂペア乖離処理後の少数キャリア拡散長の変化に基づきボロンドープｐ型シリコンウェーハの鉄濃度を求める分析方法であって、
   Ｆｅ−Ｂペアを含むボロンドープｐ型シリコンウェーハに光照射することにより、該ウェーハに含まれるＦｅ−Ｂペアの乖離処理および該ウェーハに含まれるボロン原子と酸素原子との結合体であるＢ−Ｏ欠陥の形成を行った後にＢ−Ｏ欠陥存在下で測定される少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ１と、
   前記Ｌ_ＡＦ１測定後に、前記乖離処理により乖離したＦｅ−Ｂペアの再結合が開始した後にＢ−Ｏ欠陥の存在下で測定される少数キャリア拡散長Ｌ_ＡＦ２と、
   前記乖離処理により乖離したＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性と、
   をパラメータとして含む算出式により前記鉄濃度を算出すること、および、
   前記算出式は、下記式（６）であること、
   を特徴とする、前記分析方法。
   [式（６）中、Ｎ_Ｆｅは鉄濃度であり、Ｆ_ＡＦ１はＬ_ＡＦ１測定時における下記式（１）により算出されるＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性であり、Ｆ_ＡＦ２はＬ_ＡＦ２測定時における下記式（１）により算出されるＦｅ−Ｂペアの再結合の時間依存性であり、Ｃ_ＦｅＢはＦｅ−Ｂペアにおける電子捕獲係数であり、Ｃ_ＦｅｉはＦｅｉにおける電子捕獲係数であり、Ｄ_ｎは電子の拡散定数である。]
   [式（１）中、ＦはＦｅ−Ｂペア再結合の時間依存性であり、τｃは捕獲割合であり、ｔは光照射からの経過時間である。]
2. 請求項１に記載の分析方法に使用される分析装置であって、
   前記光照射を行う光照射部と、
   前記拡散長の測定を行う測定部と、
   前記測定部と光照射部との間で分析対象シリコンウェーハを移動させる移動手段と、
   を含むことを特徴とする、前記分析装置。
3. 複数のボロンドープｐ型シリコンウェーハからなるシリコンウェーハのロットを準備する工程と、
   前記ロットから少なくとも１つのシリコンウェーハを抽出する工程と、
   前記抽出されたシリコンウェーハの鉄濃度を求める工程と、
   前記求められた鉄濃度が閾値以下と判定されたシリコンウェーハと同一ロット内の他のシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷する工程と、を含むボロンドープｐ型シリコンウェーハの製造方法であって、
   前記抽出されたシリコンウェーハの鉄濃度を、請求項１に記載の分析方法によって求めることを特徴とする、前記方法。