本发明涉及一种半导体基板的缺陷区域的评价方法。
背景技术：
：作为集成电路的基板，通常使用半导体硅晶圆(以下称为晶圆)。尤其是用于形成集成电路的元件的区域优选为无缺陷的区域。作为晶圆内含有的缺陷，有例如在通过CZ法等制造半导体单晶时引入内部的Grown-in缺陷。作为该缺陷，有原子不在常规的晶格位置上的缺陷(空位)、原子位于晶格位置之间的缺陷(晶格间硅)。将含有较多空位的区域称作V区域、含有较多晶格间硅的区域称作I区域，在V区域与I区域之间存在没有(或是有极少)空位及晶格间硅的N区域。空位、晶格间硅的浓度由CZ法中结晶提拉速度(生长速度)与结晶中固液界面附近的温度梯度的关系确定。另外，在N区域中，也有发生被称作氧化诱生层错(OSF)的缺陷的区域。对于制作集成电路的元件，优选未发生OSF的N区域。在制造半导体单晶时，对这些结晶缺陷区域进行控制是很重要的，因此需要对Grown-in缺陷进行检验和评价的技术。已提出有多种对Grown-in缺陷进行检验和评价的方法。例如，存在如下方法，即，如专利文献1、专利文献2中所示的方法那样，对晶圆片进行热处理，测定晶圆内部的氧析出物密度，通过其值来判别结晶缺陷区域。此外，还存在如下方法，即如专利文献3中所示的方法那样，用Fe污染晶圆表面，通过目测来判定单晶硅的无缺陷区域的方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-139396号公报专利文献2：日本特开2002-201093号公报专利文献3：日本特开2006-278892号公报技术实现要素：(一)要解决的技术问题然而，专利文献1-3中的方法存在需要实施多次热处理或强制污染表面等复杂处理的问题。另外，以往的评价方法是通过是否有氧析出、评价污染后的吸杂(gettering)能力来判定Ni区域(虽然是N区域但晶格间缺陷占优势的区域)、Nv区域(虽然是N区域但空位缺陷占优势的区域)，但是晶圆中的氧浓度若偏低，则氧难以析出，因此存在难以判定缺陷区域的问题。本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种即使氧浓度低也能够以简便的方法对半导体基板的缺陷区域进行判定的半导体基板的缺陷区域的评价方法。(二)技术方案为了实现上述目的，本发明提供一种半导体基板的缺陷区域的评价方法，其根据形成于半导体基板上的MOS结构的C-V特性来评价半导体基板的缺陷区域，该方法的特征在于，预先使用已知缺陷区域的类型的半导体基板，在与评价作为评价对象的半导体基板的缺陷区域时相同的热处理条件、以及C-V特性评价条件下，求出缺陷区域与平带电压或固定电荷密度的关系，在对作为评价对象的半导体基板的缺陷区域的评价中，根据由形成于半导体基板上的MOS结构的C-V特性求出的平带电压或固定电荷密度，基于预先求出的缺陷区域与平带电压或固定电荷密度的关系，对作为评价对象的半导体基板的缺陷区域进行判定。这样，根据由形成于半导体基板上的MOS结构的C-V特性求出的平带电压或固定电荷密度，对半导体基板的缺陷区域进行判定，由此，即使半导体基板的氧浓度低，也能够以简便的方法高精度地对半导体基板的缺陷区域进行判定。此时，对作为评价对象的半导体基板的缺陷区域的所述判定可以为如下判定，即，判定缺陷区域为空位缺陷占优势的V区域、虽然是N区域但空位缺陷占优势的Nv区域、虽然是N区域但晶格间缺陷占优势的Ni区域、晶格间缺陷占优势的I区域中的哪一个。关于对作为评价对象的半导体基板的缺陷区域的判定，能够适宜地进行这样的判定。(三)有益效果如上所述，根据本发明，即使半导体基板的氧浓度低，也能够以简便的方法高精度地对半导体基板的缺陷区域进行判定。附图说明图1为表示本发明的半导体基板的缺陷区域的评价方法的流程图。图2为表示形成于具有各种缺陷区域的半导体基板上的MOS电容的C-V特性的图。图3为将图2的C-V特性的上升部分放大的图。图4为表示具有各种缺陷区域的半导体基板的平带电压(Vfb)的图。图5为表示具有各种缺陷区域的半导体基板的固定电荷密度(Qd)的图。图6为表示固定电荷密度与缺陷区域的关系的图。具体实施方式下面，作为关于本发明的实施方式的一例，参照附图进行详细说明，但是本发明并不限定于此。如上所述，制造半导体单晶时，对结晶缺陷区域进行控制是很重要的，为此，需要对Grown-in缺陷进行检验和评价的技术。已提出有多种对Grown-in缺陷进行检验和评价的方法，虽然有专利文献1-3所示的方法，但这些方法存在需要实施多次热处理或强制污染表面等复杂处理的问题。另外，以往的评价方法是通过是否有氧析出、评价污染后的吸杂能力来判定Ni区域、Nv区域，但是晶圆中的氧浓度若偏低，则氧难以析出，因此存在难以判定缺陷区域的问题。因此，本发明人对即使氧浓度低也能够以简便的方法对半导体基板的缺陷区域进行判定的半导体基板的缺陷区域的评价方法进行了多次潜心研究。本发明人首先着眼于以下这些方面，即，在半导体基板的杂质浓度相同的情况下，MOS(Metal-Oxide-Silicon)电容的C-V特性中平带电压(Vfb)的变化量是由氧化膜中的固定电荷密度决定的；以及，氧化膜中的固定电荷来源于氧化膜中的晶格间硅。在此，对平带电压(Vfb)进行说明。首先，在理想状态下，MOS结构的能带图在不从外部施加电压的情况下，能带没有弯曲，是平整的(水平的)，从外部施加电压的情况下，能带会弯曲。在此，理想状态是指电极的功函数与半导体基板的费米能级没有差异，且氧化膜中不存在固定电荷的状态。然而，与理想状态不同，在通常的MOS电容中，其金属电极的功函数与半导体基板的费米能级有差异，而且氧化膜中存在固定电荷，因此，即使在没有从外部施加电压的状态下，其能带也会弯曲。平带电压(Vfb)是指，为消除上述能带的弯曲使其水平所需要的从外部施加的电压。关于平带电压(Vfb)，在将金属电极的功函数设为Wm，半导体基板的费米能级设为Ef，氧化膜的厚度设为dox，氧化膜中的固定电荷量设为Qs时由式(1)可得。Vfb＝(Wm-Ef)+(Qs/dox)···(1)金属电极的功函数Wm是由其金属电极的材质决定的值，半导体基板的费米能级Ef如式(2)所示。Ei-Ef＝(kT/q)·log(Nsub/ni)···(2)在此，Ef是费米能级，Ei是本征费米能级，k是玻尔兹曼常数，T是温度，q是基本电荷，Nsub是半导体基板的杂质浓度，ni是本征载流子浓度。由式(2)可知，在温度一定的条件下，费米能级Ef是由半导体基板的杂质浓度Nsub决定的值。平带状态的MOS电容的容量C是氧化膜容量Cox与耗尽层容量Cd的串联结(日语：直列接合)，由式(3)表示。C＝Cox·Cd/(Cox+Cd)···(3)另外，氧化膜容量Cox、耗尽层容量Cd、平带时的耗尽层宽度Ld的值分别如式(4)、式(5)、式(6)所示。Cox＝ε0·S/dox···(4)Cd＝ε·S/Ld···(5)Ld＝(kT·ε/Nsub·q2)1/2···(6)在此，S是电容的面积，ε0、ε分别是氧化膜的介电常数、半导体基板的介电常数。平带电压Vfb、半导体基板的杂质浓度Nsub能够根据C-V特性的结果来算出，因此若能求得C-V特性，则能够由式(1)、式(2)算出固定电荷量Qs，进而能够算出式(7)所示的固定电荷密度Qd。Qd＝Qs/(S·q)···(7)接着对固定电荷与基板中的结晶缺陷的关系进行说明。氧化膜中的固定电荷通常是正电荷，如以下化学式(8)所示，一般认为是在对单晶硅进行热氧化而形成氧化膜时发生的晶格间硅的一部分留在氧化膜中所成。Si+O2→SiO2+(Si+)···(8)作为氧化膜的形成方法，最常见的有在氧气气氛或水蒸气气氛下进行高温处理。在该方法中，消耗基板中的硅来形成氧化膜。在此，本发明人认为：氧化膜中的固定电荷来源于晶格间硅，进一步在热氧化等、消耗基板中的硅来形成氧化膜的情况下，氧化膜中的固定电荷与基板中含有的晶格间硅、空位的量之间存在相关关系。更进一步，本发明人认为：如上所述，由于固定电荷密度能够通过使用C-V特性的平带电压来算出，因此能够由C-V特性的平带电压的值或固定电荷密度的值来估算单晶硅中的晶格间硅和空位的量，本发明人发现：根据由形成于半导体基板上的MOS结构的C-V特性求出的平带电压或固定电荷密度，对半导体基板的缺陷区域进行判定，由此，即使半导体基板的氧浓度低，也能够以简便的方法高精度地对半导体基板的缺陷区域进行判定，以至完成了本发明。下面，参照图1对本发明的半导体基板的缺陷区域的评价方法的实施方式的一例进行说明。首先，使用已知缺陷区域的类型的半导体基板，在与评价作为评价对象的半导体基板的缺陷区域时相同的热处理条件、以及C-V特性评价条件下，对形成于半导体基板上的MOS结构的C-V特性进行测定(参照图1的步骤S11)。此外，关于在步骤S11中对C-V特性进行测定的半导体基板的缺陷区域的类型，例如能够使用专利文献1所示的评价方法算出氧析出物的密度，并基于氧析出物的密度，预先对切出半导体基板的单晶硅锭的缺陷区域的类型进行判定。另外，关于MOS结构，能够通过例如在半导体基板上形成热氧化膜，并在热氧化膜上形成规定面积的金属电极来制作，在C-V特性的测定中使用水银探针的情况下，能够省略金属电极的形成。接着，由在步骤S11中测定的C-V特性求出平带电压或固定电荷密度(参照图1的步骤S12)。具体而言，平带电压Vfb、半导体基板的杂质浓度Nsub能够根据C-V特性的结果来算出，因此若能求出C-V特性，则能够算出平带电压Vfb，知道了平带电压Vfb后，就能够由式(1)、式(2)算出固定电荷量Qs，进而也能够算出式(7)所示的固定电荷密度Qd。接着，求出缺陷区域与平带电压或固定电荷密度的关系(参照图1的步骤S13)。具体而言，基于在步骤S12中求出的平带电压Vfb或固定电荷密度Qd，将缺陷区域的类型与平带电压Vfb或固定电荷密度Qd的值的范围关联起来。在此，作为缺陷区域的类型，例如可举出：空位缺陷占优势的V区域、虽然是N区域但空位缺陷占优势的Nv区域、虽然是N区域但晶格间缺陷占优势的Ni区域、晶格间缺陷占优势的I区域。接着，对形成于作为评价对象的半导体基板上的MOS结构的C-V特性进行测定(参照图1的步骤S14)。关于作为评价对象的半导体基板的MOS结构，能够通过例如在半导体基板上形成热氧化膜，并在热氧化膜上形成规定面积的金属电极来制作，在C-V特性的测定中使用水银探针的情况下，能够省略金属电极的形成。接着，由在步骤S14中测定的C-V特性求出平带电压或固定电荷密度(参照图1的步骤S15)。具体而言，与步骤S12同样地，由C-V特性算出平带电压Vfb或固定电荷密度Qd。接着，根据在步骤S15中求出的平带电压或固定电荷密度，基于在步骤S13中预先求出的缺陷区域与平带电压或固定电荷密度的关系，对作为评价对象的半导体基板的缺陷区域进行判定(参照图1的步骤S16)。此外，对作为评价对象的半导体基板的缺陷区域的判定可以为如下判定，即，判定缺陷区域为空位缺陷占优势的V区域、虽然是N区域但空位缺陷占优势的Nv区域、虽然是N区域但晶格间缺陷占优势的Ni区域、晶格间缺陷占优势的I区域中的哪一个。关于对作为评价对象的半导体基板的缺陷区域的判定，能够适宜地进行这样的判定。根据参照图1如上所说明的本发明的半导体基板的缺陷区域的评价方法，即使半导体基板的氧浓度低，也能够以简便的方法高精度地对半导体基板的缺陷区域进行判定。实施例下面，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但是本发明并不限定于此。(实施例)首先，用CZ法制作直径为300mm、轴取向为<100>、电阻率为10～30Ω·cm、氧浓度为15ppma(JEIDA)的p型单晶硅锭。用CZ法制作时，通过使提拉速度变化、使结晶内的缺陷的浓度变化，分别制作空位缺陷占优势的区域(V区域)、虽然是N区域但空位缺陷占优势的区域(Nv区域)、虽然是N区域但晶格间缺陷占优势的区域(Ni区域)、晶格间缺陷占优势的区域(I区域)，使用该单晶锭通过切片工序、研磨工序制作了抛光晶圆(半导体基板)。关于对各晶圆的缺陷区域的判定，使用专利文献1所示的评价方法算出氧析出物的密度，并基于氧析出物的密度进行了判定。接着，利用RCA清洗对这些晶圆进行清洗，在立式热处理炉中在900℃、氧气气氛下进行热处理，在晶圆表背面形成了25nm的热氧化膜。之后，使用HF蒸汽去除这些晶圆的背面的氧化膜。接着，使用FourDIMENSIONS公司制的水银探针CVmap92对这些晶圆进行了高频C-V特性的测定。测定部位为各晶圆的中心部，测定条件为：测定频率为1MHz而电压从4V到-4V进行变化。缺陷区域分别为V区域、Nv区域、Ni区域、I区域的晶圆的C-V特性曲线如图2所示。横轴表示偏压Vg，纵轴表示按电容面积标准化的容量C/S。虽然各缺陷区域的C-V特性曲线的形状几乎相同，但可以看出上升的位置是错开的。图3对图2所示C-V特性曲线的上升部分进行放大表示。在图3中，可以看出不同的缺陷区域的曲线的上升位置更明确地错开，越是晶格间硅较多且空位较少的缺陷区域，其C-V特性曲线就越向负方向偏移。进一步，根据图2、3所示的C-V特性曲线，按上述方法分别算出各结晶的平带电压Vfb以及固定电荷密度Qd。将结果示于图4及图5中。在此，进一步增加样本数量，基于得到的结果，如图6那样对固定电荷密度Qd与缺陷区域的类型的关系进行定义。此外，对于平带电压Vfb与缺陷区域的类型的关系，也能够与图6同样地进行定义。接下来，对于作为评价对象的晶圆(作为评价对象的半导体基板)1～5，通过如上所述的方法制作MOS结构，并通过如上所述的方法取得C-V特性曲线，由平带电压Vfb算出固定电荷密度Qd，基于图6所示的固定电荷密度Qd与缺陷区域的类型的关系，确定缺陷区域的类型。将结果示于表1中。此外，若平带电压Vfb与缺陷区域的类型的关系被定义，则能够同样地由平带电压Vfb确定缺陷区域的类型。另外，对于分别与作为评价对象的晶圆1～5相同的结晶的晶圆，使用专利文献1所示的评价方法算出氧析出物的密度，并基于算出的氧析出物的密度确定缺陷区域的类型。将结果示于表1中。[表1]本发明的判定根据氧析出的判定晶圆1I区域I区域晶圆2Ni区域Ni区域晶圆3I区域I区域晶圆4Nv区域Nv区域晶圆5V区域V区域由表1可知，本发明的判定结果与使用专利文献1所示的评价方法根据氧析出物的密度进行判定的结果是一致的。因此可知，通过本发明的使用固定电荷密度的评价方法，能够高精度地进行缺陷区域的判定。另外，该方法算出氧化膜中的固定电荷密度，并基于算出的固定电荷密度进行判定，因此，无论作为评价对象的半导体基板的氧浓度如何，都能够对缺陷区域进行判定。此外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示，凡具有与本发明的权利要求书中记载的技术思想实质性相同的结构，并起到同样作用效果的方式均包含在本发明的技术范围内。当前第1页1 2 3