JP2005291993A

JP2005291993A - シリコンウェーハの表層分析方法

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Publication number: JP2005291993A
Application number: JP2004109050A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsuda; 賢治松田; Akiko Shibayama; 明子柴山; Shigeaki Sugizaki; 重明杉崎
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】この発明は、シリコンウェーハ表層の測定しようとする部分を、シリコン溶解液と近接させて対面させることによって、常温で溶解液から発生する蒸気によりシリコンウェーハの表層部をエッチングし、その液滴を分析して簡便でかつ高精度にシリコンウェーハの表層部の金属不純物を測定しようとするものである。
【解決手段】シリコンウェーハの分析面を、フッ酸と硝酸の混合液からなるシリコン溶解液の液面に、常温下で近接させて対面させることによってシリコンウェーハの表層部をエッチングし、そのエッチング液を回収して分析することを特徴とするシリコンウェーハの表層分析方法である。
【選択図】図１

Description

この発明は、シリコンウェーハの表層分析方法に関する。

近年、半導体ウェーハの高集積化が進み、シリコンウェーハの金属不純物の低減がますます重要になっている。これは金属不純物が、接合リーク、酸化誘起欠陥、酸化膜絶縁耐圧などに悪影響を及ぼすためで、製造プロセスでの歩留まり低下の大きな要因となっている。それにともなって、シリコンウェーハの不純物分析も非常に高度な分析が要求されている。特に、シリコンウェーハ表層の不純物分析は重要で、表層分析法を用いて濃度管理がなされている。

シリコンウェーハの表層分析法としては、従来から各種の方法が提案されている。例えば、硝酸とフッ化水素酸の混酸をエッチング液とし、シリコンウェーハの表層を直接溶解し、エッチング溶液に含まれる金属不純物を測定することでウェーハ表面の不純物量を測定する方法がある（特許文献１）。また、別の先行技術として、シリコンウェーハの分析面をフッ酸と硝酸の混合液面に対面させ、シリコンウェーハをその分析面の裏側から加熱して、これによって発生する蒸気により分析面にケイフッ化化合物（ケイフッ化アンモニウム）の薄膜を生成させ、このケイフッ化化合物の薄膜を溶解し、それに基いて金属不純物量を測定する方法がある（特許文献２）。さらに、別の先行技術として、上記の先行技術と同じように、シリコンウェーハの分析面をフッ酸と硝酸の混合液面に対面させる。これに揮発性冷媒を用いて分析面の裏面からシリコンウェーハを冷却して分析面に酸蒸気を凍結付着させ、さらに凍結した酸を常温で溶かし分析面をエッチングして金属不純物を測定する方法がある（特許文献３）。
特許第２８４３６００号公報（特許請求の範囲）特開２００２−３９９２７号公報（特許請求の範囲）特開昭２００３−１８８２２２号公報（特許請求の範囲）

前記の特許文献１（特許第２８４３６００号）の方法は、シリコンウェーハを直接溶解して、その液滴中の不純物を分析するもので簡便であり、またエッチングに要する時間も短時間であるが、この方法はシリコンウェーハを溶解した酸を含めて測定するために、酸自体に含まれている不純物によって定量下限が高くなる欠点があって、極微量の金属不純物の分析には必ずしも適しないものであった。こうした問題を改善するために提案されたものが特許文献２（ウェーハ表面の不純物量を測定する方法）である。この方法は、シリコンウェーハの分析面をフッ酸と硝酸の混合液面に対面させ、シリコンウェーハを分析面の裏側から加熱して蒸気を発生させて分析面に薄膜を形成してこれを分析するものであるから、酸自体に含まれる不純物の影響を受けず、上記の直接法に比べて空試験値を飛躍的に低減させ、高感度な不純物の分析が可能となるものである。しかしながら、この方法では、Ｃｕなど低温でも拡散速度大きい元素が加熱中に拡散移動してしまうために、測定結果としてはシリコンウェーハの本来の分布を示さず、これらの拡散速度の大きい元素の測定には適用することが困難であった。また、この加熱を行うことによる治具からの不純物溶出や治具の変形といった問題も生じていた。こうした問題を解消するものとした特許文献３は、シリコンウェーハ裏面を揮発性冷媒で冷却し、シリコンウェーハの分析面の酸素蒸気を凍結付着させ、この凍結した酸を常温で溶かし分析面をエッチングするので、Ｃｕなどの移動がなくしかも空試験値を飛躍的に低減させるものである。しかし、この場合は揮発性冷媒で酸を冷やすので、同じ深さにエッチングをするには処理時間が長くかかり、さらに１層ごとに溶解液を交換するなどの対処が必要であった。さらに、特許文献１および特許文献２のいずれの方法においても、シリコンウェーハ裏面がヒータや揮発性冷媒によって汚染されてしまうために、ウェーハ両面を表層分析することは不可能であった。

この発明は、シリコンウェーハ表層の測定しようとする部分を、シリコン溶解液と近接させて対面させることによって、常温で溶解液から発生する蒸気によりシリコンウェーハの表層部をエッチングし、その液滴を分析して簡便でかつ高精度にシリコンウェーハの表層部の金属不純物を測定しようとするものである。

この発明は、シリコンウェーハの分析面を、フッ酸と硝酸の混合液からなるシリコン溶解液の液面に、常温下で近接させて対面させることによってシリコンウェーハの表層部をエッチングし、そのエッチング液を回収して分析することを特徴とするシリコンウェーハの表層分析方法（請求項１）、前記エッチング液を硫酸白煙処理による蒸発濃縮を行った後の、誘導結合プラズマ質量分析装置又はフレームレス原子吸光装置を用いて金属元素を定量することを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの表層分析方法（請求項２）およびシリコンウェーハの分析面と、シリコン溶解液の液面とを６mm以内に近接させることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコンウェーハの表層分析方法（請求項３）である。

この発明によると、常温で簡便にウェーハ表面を均一にかつミクロンオーダーまでエッチングすることが出来るとともに、Ｃｕなどの低温でも拡散速度が大きい元素の分析にも適応することが可能である。また、この発明は常温でのエッチングを採用しているので、従来のようのヒータによる加熱や揮発性冷媒による冷却などの処理が必要がなく、短時間に分析が行われてルーチン分析に用いることが可能である。さらに、この発明は、シリコンウェーハに溶解液を近接させるだけでよく、シリコンウェーハをヒータで加熱したり或いは揮発性冷媒で冷却することがないので、シリコンウェーハ両面の表層分析を行うことが出来るものである。

図１は、この発明の一実施例になるシリコンウェーハの表層分析方法のフローチャートを示したものである。また、図２は、この発明の表層分析方法で用いるエッチング治具の一例を示したものである。図１の工程を図２に示すエッチング治具を参照しながら説明すると次の通りである。

図１で最初の工程として、溶解容器にフッ酸と硝酸の混合液を入れる。図２で１がエッチング治具の全体を示し、２がその溶解容器である。この溶解容器２に溶解液３を充填する。この溶解液３は、例えばＨＮＯ_３：ＨＦ＝5:1,100mlの混酸である。次に、シリコンウェーハＷの分析面を上記の混酸に近接して対面する。シリコンウェーハＷの分析面と上記の混酸液との距離は１０mmとし、好ましくは６mm以内であるが、この実施例では５mmとした。このエッチングにおいて、エッチング深さ（μｍ）とエッチング時間との関係を求めたところ図３に示す通りで、エッチング深さはエッチング時間とほぼ比例して、またエッチングは比較的短時間で行えることも確認されたものである。

その後、エッチング液を回収して、さらにこれを濃縮した。エッチング液の濃縮は、硫酸白煙処理で行った。その後、これを誘導結合プラズマ質量分析装置を用いて金属元素を定量した。その結果、この方法の分析方法の回収率は、表１の通りであった。

表１の結果から、いずれの金属元素も回収率はほぼ１００％であった。

また、この分析方法による定量下限を求めたところ表２の通りであった。

表２の結果から、同じく常温での分析が可能な直接溶解法と比べて約２桁程度定量下限を改善することが可能であることが分かった。

図３は、シリコンウェーハの局所表層を分析するためのエッチング治具５である。このエッチング治具５は図２に示すエッチング治具１と同様で、ここに用いる溶解容器２の代わりに局所分析用溶解容器６を用いる点が異なるだけである。この局所分析用溶解容器６は、シリコンウェーハの非分析部分をマスクしてエッチングされないようにするために、溶解容器６にシリコンウェーハの該個所に当接するようなマスキング用突起８を設けたものである。

このような局所分析用溶解容器６にフッ酸と硝酸の溶解液７を入れ、シリコンウェーハの分析面を上記の混酸に近接して対面すると、シリコンウェーハの突起８に当接した部分はエッチングされずに残り、その他の部分はエッチングされてシリコンウェーハの局所表層の分析を行うことが出来るようになる。

この発明のシリコンウェーハの表層分析法の工程を示すフロー。この発明のシリコンウェーハの表層分析法で用いるエッチング治具の側面を示す説明図。フッ酸と硝酸の混合溶液によるエッチング時間とエッチング深さの関係を示す線図。この発明のシリコンウェーハの局所表層分析法で用いるエッチング治具の側面を示す説明図。

符号の説明

１，５…エッチング治具、２、７…溶解容器、３…溶解液、６…局所分析用溶解容器、８…マスキング用突起、Ｗ…ウェーハ。

Claims

シリコンウェーハの分析面を、フッ酸と硝酸の混合液からなるシリコン溶解液の液面に、常温下で近接させて対面させることによってシリコンウェーハの表層部をエッチングし、そのエッチング液を回収して分析することを特徴とするシリコンウェーハの表層分析方法。
前記エッチング液を硫酸白煙処理による蒸発濃縮を行った後、誘導結合プラズマ質量分析装置又はフレームレス原子吸光装置を用いて金属元素を定量することを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの表層分析方法。
シリコンウェーハの分析面と、シリコン溶解液の液面とを６mm以内に近接させることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコンウェーハの表層分析方法。