JP2009302240A - Preprocessing method for recombination lifetime evaluation - Google Patents

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和宏 府瀬川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a preprocessing method for recombination lifetime evaluation in which a suitable recombination lifetime is measured by suppressing a recombination process on a wafer surface of a low-contamination and long-lifetime silicon wafer. <P>SOLUTION: Organic substances sticking on the silicon wafer surface are removed using a mixed liquid of ammonia and a hydrogen peroxide solution etc., a natural oxide film on the silicon surface is removed with an HF solution, and passivation is carried out by an iodine ethanol method, so that the recombination lifetime of a carrier is measured by a reflective microwave photoconduction attenuation method. For example, contaminations which are considered to be produced from a carrier box to stick and cannot be removed with the HF solution can be removed, so recombination of the carrier on the silicon surface is more suppressed to measure the recombination lifetime which is close to a bulk lifetime and from which the quality of the silicon wafer is evaluated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、反射マイクロ波光導電減衰法によるシリコンウェーハの少数キャリアの再結合ライフタイム測定の前処理方法に関し、特に、ヨウ素エタノール法による前処理方法に関する。   The present invention relates to a pretreatment method for measuring a recombination lifetime of minority carriers of a silicon wafer by a reflection microwave photoconductive decay method, and more particularly to a pretreatment method by an iodine ethanol method.

デバイスの性能に大きく影響するシリコンウェーハの重要な特性として、少数キャリアの再結合ライフタイムがある。
少数キャリアの再結合ライフタイムは、シリコンウェーハ中に結晶欠陥や金属不純物による汚染が生じると短くなるため、単結晶中の金属不純物の汚染量を評価する方法として一般的に用いられている。また、少数キャリアのライフタイムは、DRAMやCCDのような接合リーク電流が小さいことが要求されるデバイスでは長く、またpnダイオードのように高速スイッチングをさせるデバイスでは短くする必要があり、デバイスという観点からは、スイッチング速度やリーク電流を決定する重要な値である。
このように、少数キャリアの再結合ライフタイム測定は、デバイス材料としてのシリコンウェーハの重要な品質評価方法である。なお、デバイスプロセスの出発材料としては、一般的に再結合ライフタイムの長いシリコンウェーハが要望されている。
An important property of silicon wafers that significantly affects device performance is the minority carrier recombination lifetime.
The recombination lifetime of minority carriers is shortened when the silicon wafer is contaminated with crystal defects or metal impurities, and is therefore generally used as a method for evaluating the amount of metal impurity contamination in a single crystal. The lifetime of minority carriers must be long for devices that require a small junction leakage current, such as DRAMs and CCDs, and short for devices that perform high-speed switching such as pn diodes. Is an important value that determines the switching speed and leakage current.
Thus, minority carrier recombination lifetime measurement is an important quality evaluation method for silicon wafers as device materials. In general, a silicon wafer having a long recombination lifetime is desired as a starting material for the device process.

少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する方法のひとつとして、反射マイクロ波光導電減衰法がある。この方法は、シリコンウェーハにマイクロ波を照射し、マイクロ波の反射波の強度を測定し、その強度が一定の強度に減衰する時間を測定する方法である。反射波の強度は、シリコンウェーハの抵抗率(又は導電率)の関数となるため、これを測定することにより、マイクロ波の照射により励起された電子が再結合過程で消滅してしまうまでの時間、すなわち、キャリアの再結合ライフタイムを測定することができる。   One method for measuring minority carrier recombination lifetime is the reflected microwave photoconductive decay method. This method is a method of irradiating a silicon wafer with a microwave, measuring the intensity of the reflected wave of the microwave, and measuring the time during which the intensity attenuates to a constant intensity. Since the intensity of the reflected wave is a function of the resistivity (or conductivity) of the silicon wafer, the time until the electrons excited by the microwave irradiation disappear in the recombination process by measuring this. That is, the recombination lifetime of the carrier can be measured.

ところで、少数キャリアの再結合ライフタイム測定により適切にシリコンウェーハの品質を評価するためには、そのシリコンウェーハに固有のバルクライフタイム、すなわち、シリコンウェーハの内部に分布する再結合中心における再結合過程によるライフタイムを測定するのが適切である。しかしながら、通常、シリコンウェーハにおいては、表面で結晶の周期性が分断されることにより表面に局在する電子が表面準位を有する固有状態となり、これが再結合中心となって再結合過程が生じる。このシリコンウェーハ表面でのキャリアの再結合の割合は大きく、少数キャリアの再結合ライフタイムの測定結果に影響を与える。   By the way, in order to appropriately evaluate the quality of a silicon wafer by measuring the recombination lifetime of minority carriers, the bulk lifetime inherent to the silicon wafer, that is, the recombination process in the recombination centers distributed inside the silicon wafer. It is appropriate to measure the lifetime. However, normally, in a silicon wafer, the periodicity of the crystal is broken at the surface, so that electrons localized on the surface become an eigenstate having a surface level, which becomes a recombination center and a recombination process occurs. The ratio of carrier recombination on the surface of the silicon wafer is large, which affects the measurement result of the minority carrier recombination lifetime.

図1(A)〜図1(D)は、シリコンウェーハの表面再結合速度ごとのバルクライフタイムと測定ライフタイムとの関係を示す図であり、図1(A)はバルクライフタイムが0〜20000μsの範囲における、図1(B)はバルクライフタイムが0〜10000μsの範囲における、図1(C)はバルクライフタイムが0〜5000μsの範囲における、そして、図1(D)はバルクライフタイムが0〜2000μsの範囲における、バルクライフタイムと測定ライフタイムとの関係を示す図である。いずれの図においても、原点(左下)から右上への対角線に表されるグラフ(プロット)が、測定ライフタイムとバルクライフタイムとが略等しいことを示す状態であり、この対角線から離れるほど、すなわち、x軸(バルクライフタイムの変化方向)に近いグラフ(プロット)ほど、測定ライフタイムがバルクライフタイムから相違していることを示している。   1 (A) to 1 (D) are diagrams showing the relationship between the bulk lifetime and the measurement lifetime for each surface recombination velocity of the silicon wafer, and FIG. In the range of 20000 μs, FIG. 1 (B) shows the bulk lifetime in the range of 0 to 10,000 μs, FIG. 1 (C) shows the bulk lifetime in the range of 0 to 5000 μs, and FIG. 1 (D) shows the bulk lifetime. It is a figure which shows the relationship between a bulk lifetime and a measurement lifetime in the range of 0-2000 microseconds. In either figure, the graph (plot) represented by the diagonal line from the origin (lower left) to the upper right shows that the measured lifetime and the bulk lifetime are approximately equal, and the further away from the diagonal line, that is, The graph (plot) closer to the x-axis (bulk lifetime change direction) indicates that the measured lifetime is different from the bulk lifetime.

この測定ライフタイムとバルクライフタイムの差が、すなわちシリコンウェーハの表面での再結合過程の影響である。従って、シリコンウェーハの表面再結合速度が小さいほど、測定したライフタイムに対するシリコンウェーハ表面での再結合過程の影響が少なく、測定ライフタイムとバルクライフタイムとの差が小さくなっている。逆にシリコンウェーハの表面再結合速度が大きいほど、測定ライフタイムとバルクライフタイムとの差は大きくなっている。
このように、シリコンウェーハの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する際に、シリコンウェーハ表面での再結合過程の影響は大きく、シリコンウェーハの品質評価を適切に行うためには、シリコンウェーハ表面での再結合速度を十分低くする、換言すれば、シリコンウェーハの表面を不活性化、不動態化(パッシベーション)する必要がある。具体的には、図1(A)〜図1(D)から、シリコンウェーハの品質評価を適正に行うためには、シリコンウェーハの表面再結合速度は、10cm/s以下であることが要望される。
This difference between the measurement lifetime and the bulk lifetime is the influence of the recombination process on the surface of the silicon wafer. Therefore, the smaller the surface recombination speed of the silicon wafer, the less the influence of the recombination process at the silicon wafer surface on the measured lifetime, and the smaller the difference between the measured lifetime and the bulk lifetime. Conversely, the difference between the measurement lifetime and the bulk lifetime increases as the surface recombination rate of the silicon wafer increases.
Thus, when measuring the recombination lifetime of minority carriers in a silicon wafer, the influence of the recombination process on the surface of the silicon wafer is significant, and in order to properly evaluate the quality of the silicon wafer, It is necessary to make the recombination rate of the substrate sufficiently low, in other words, to inactivate and passivate the surface of the silicon wafer. Specifically, from FIG. 1 (A) to FIG. 1 (D), in order to properly evaluate the quality of the silicon wafer, the surface recombination speed of the silicon wafer is required to be 10 cm / s or less. The

シリコンウェーハの表面を不活性化する方法としては種々の方法があり、例えばシリコンウェーハ表面を熱酸化することにより表面再結合速度をコントロールする方法が知られている。しかし、ウェーハ表面を熱酸化する方法は、熱酸化処理の際にシリコンウェーハが汚染されたり、シリコンウェーハ表面に酸化膜を形成することによるウェーハ表面のポテンシャルの変化の影響を受けるという問題がある。   There are various methods for inactivating the surface of the silicon wafer. For example, a method of controlling the surface recombination rate by thermally oxidizing the surface of the silicon wafer is known. However, the method of thermally oxidizing the wafer surface has a problem that the silicon wafer is contaminated during the thermal oxidation process or is affected by a change in potential of the wafer surface due to the formation of an oxide film on the silicon wafer surface.

ウェーハ表面を熱酸化することなくシリコンウェーハの表面を不活性化、不動態化(パッシベーション)する方法として、ヨウ素エタノール法がある(例えば、特許文献1参照)。ヨウ素エタノール法は、シリコンウェーハの両サイドをヨウ素及びエタノールを含むパッシベーション液で覆うことにより、シリコンウェーハの表面再結合速度を十分低くし、この状態で反射マイクロ波光導電減衰法によるキャリアの再結合ライフタイムを測定することにより、シリコンウェーハ表面での再結合の影響を低減した再結合ライフタイム測定値が得る方法である。なお、ヨウ素エタノール法を用いる場合、シリコンウェーハをヨウ素及びエタノールを含むパッシベーション液で覆う前に、HF溶液によりシリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去する処理が一般的に行われている。
米国特許第5,580,828号
As a method of inactivating and passivating the surface of a silicon wafer without thermally oxidizing the wafer surface, there is an iodine ethanol method (for example, see Patent Document 1). In the iodine ethanol method, the surface recombination velocity of the silicon wafer is sufficiently lowered by covering both sides of the silicon wafer with a passivation solution containing iodine and ethanol, and in this state, the carrier recombination life by the reflection microwave photoconductive decay method is used. This is a method for obtaining a recombination lifetime measurement value in which the influence of recombination on the silicon wafer surface is reduced by measuring the time. When the iodine ethanol method is used, a process of removing a natural oxide film on the surface of the silicon wafer with an HF solution is generally performed before the silicon wafer is covered with a passivation solution containing iodine and ethanol.
US Pat. No. 5,580,828

前述したように、反射マイクロ波光導電減衰法により少数キャリアの再結合ライフタイム測定を行う際には、HF溶液によるシリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去、及び、ヨウ素エタノール法によるパッシベーションという前処理が実施されている。従来、シリコンウェーハの汚染レベルがある程度高い状態においては、このような前処理により、シリコンウェーハ表面でのキャリア再結合過程のライフタイム測定値への影響は、十分低くすることができた。   As described above, when measuring the recombination lifetime of minority carriers by the reflected microwave photoconductive decay method, the pretreatment of removing the natural oxide film on the silicon wafer surface by HF solution and passivation by iodine ethanol method is performed. It has been implemented. Conventionally, in a state where the contamination level of the silicon wafer is high to some extent, the effect of the carrier recombination process on the surface of the silicon wafer on the lifetime measurement value can be sufficiently reduced by such pretreatment.

しかしながら、近年、シリコンウェーハの汚染レベルが改善されたことにより再結合ライフタイムは高い値を示すようになってきた。
図1(A)〜図1(D)に示すように、測定ライフタイムとバルクライフタイムとの差、すなわちシリコンウェーハ表面での再結合過程の影響は、バルクライフタイム(測定ライフタイム)が短いほど小さく、バルクライフタイム(測定ライフタイム)が長くなるほど大きい。従って、シリコンウェーハの金属汚染レベルが低くなりシリコンウェーハの再結合ライフタイム(バルクライフタイム)が長くなったことにより、シリコンウェーハ表面でのキャリア再結合過程のライフタイム測定値への影響が相対的に大きくなった。その結果、ライフタイム測定値が本来の値より大幅に低く測定されることになり、シリコンウェーハの品質レベルを適切に評価することができないという問題が生じた。
However, in recent years, the recombination lifetime has become high due to the improved contamination level of silicon wafers.
As shown in FIGS. 1A to 1D, the difference between the measurement lifetime and the bulk lifetime, that is, the influence of the recombination process on the silicon wafer surface is short in the bulk lifetime (measurement lifetime). It is smaller and larger as the bulk lifetime (measurement lifetime) becomes longer. Therefore, the influence of the carrier recombination process on the surface of the silicon wafer on the lifetime measurement value is relatively low due to the low metal contamination level of the silicon wafer and the long recombination lifetime (bulk lifetime) of the silicon wafer. Became bigger. As a result, the lifetime measurement value is measured significantly lower than the original value, which causes a problem that the quality level of the silicon wafer cannot be properly evaluated.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、反射マイクロ波光導電減衰法により少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する場合において、より一層シリコンウェーハ表面における再結合過程の影響を低減し、汚染レベルが低い高ライフタイムのシリコンウェーハにおいても、ウェーハの品質の評価を適切に行えるバルクライフタイムに近い測定値を得ることができるような、再結合ライフタイム測定の前処理方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is to further recombine processes on the surface of a silicon wafer when the recombination lifetime of minority carriers is measured by the reflected microwave photoconductive decay method. Before recombination lifetime measurement, which can reduce the impact of the product and obtain a measurement value close to the bulk lifetime, which enables proper evaluation of the quality of the wafer, even for high-lifetime silicon wafers with low contamination levels It is to provide a processing method.

本願発明者は、夏季の長距離輸送後のウェーハに対して、ヨウ素エタノール法を経て再結合ライフタイム評価を行ったところ、通常レベルより低い値が得られた。このウェーハの表面をGC/MS分析したところ、キャリアボックスからと思われる有機物汚染が見られ、この汚染はHF処理の後も表面に認められることがわかった。これにより、本願発明者は、最結合ライフタイム測定値が低くなる原因は、ヨウ素エタノール液による被覆前に有機物がウェーハ表面に残留することにより、ヨウ素エタノール液でシリコン表面が十分にパッシベートされていないことによるものであることを見出した。そして本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、表層にダメージを残さないでこの有機物汚染を有効に除去する本発明に係る方法を見出した。 When this inventor performed recombination lifetime evaluation through the iodine ethanol method with respect to the wafer after long-distance transportation in the summer, the value lower than a normal level was obtained. When the surface of this wafer was analyzed by GC / MS, organic matter contamination that was thought to be from the carrier box was observed, and it was found that this contamination was observed on the surface even after HF treatment. As a result, the inventor of the present application has the reason that the measured value of the maximum binding lifetime is low because the organic substance remains on the wafer surface before coating with the iodine ethanol solution, and the silicon surface is not sufficiently passivated with the iodine ethanol solution. I found out that it was. As a result of extensive research, the present inventor has found a method according to the present invention that effectively removes this organic contamination without leaving any damage on the surface layer.

すなわち、本願発明に係る再結合ライフタイム測定の前処理方法は、反射マイクロ波光導電減衰法によるシリコンウェーハのキャリアの再結合ライフタイム測定の前処理方法であって、測定対象のシリコンウェーハの自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去工程と、前記自然酸化膜を除去した前記シリコンウェーハをヨウ素エタノール法によりパッシベーションするパッシベーション工程とを有し、前記自然酸化膜除去工程における自然酸化膜の除去の前に前記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を除去する有機物除去工程を有することを特徴とする。   That is, the pretreatment method for recombination lifetime measurement according to the present invention is a pretreatment method for silicon wafer carrier recombination lifetime measurement by the reflected microwave photoconductive decay method, and comprises a natural oxidation of a silicon wafer to be measured. A natural oxide film removing step for removing the film, and a passivation step for passivating the silicon wafer from which the natural oxide film has been removed by an iodine ethanol method, and before removing the natural oxide film in the natural oxide film removing step It has an organic substance removal process which removes the organic substance adhering to the surface of the silicon wafer.

好適には、前記有機物除去工程においては、アンモニア水と過酸化水素水との混合液、硫酸と過酸化水素水との混合液、あるいはオゾン水を用いたウェット処理により、前記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を除去することを特徴とする。   Preferably, in the organic substance removing step, the surface of the silicon wafer is formed by wet treatment using a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution, a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, or ozone water. It is characterized by removing attached organic matter.

本発明によれば、反射マイクロ波光導電減衰法により少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する場合において、より一層シリコンウェーハ表面における再結合過程の影響を低減し、汚染レベルが低い高ライフタイムのシリコンウェーハにおいても、ウェーハの品質の評価を適切に行えるバルクライフタイムに近い測定値を得ることができるような、再結合ライフタイム測定の前処理方法を提供することができる。   According to the present invention, when the recombination lifetime of minority carriers is measured by the reflection microwave photoconductive decay method, the influence of the recombination process on the silicon wafer surface is further reduced, and the high lifetime silicon having a low contamination level. Also for a wafer, it is possible to provide a pre-processing method for recombination lifetime measurement that can obtain a measurement value close to a bulk lifetime that can appropriately evaluate the quality of the wafer.

本発明の再結合ライフタイム測定の前処理方法の実施形態について、図2を参照して説明する。
図2は、本発明に係る前処理を含むシリコンウェーハの少数キャリアの再結合ライフタイム測定処理の流れを示す図である。
図2に示すように、本実施形態に係る再結合ライフタイム測定方法は、適切な測定が行えるように測定対象のシリコンウェーハの表面洗浄等を行う前処理工程(工程S10)と、実際に再結合ライフタイムを測定する工程(工程S20)とを有する。前処理工程S10としては、まず有機物除去処理を行い(工程S11)、次にHF溶液による自然酸化膜除去処理を行い(工程S12)、ヨウ素エタノール液法によるパッシベーションを行う(工程S13)。そして、ウェーハがパッシベートされた状態で、反射マイクロ波光導電減衰法により少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する(工程S20)。
An embodiment of the preprocessing method for recombination lifetime measurement of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the flow of the minority carrier recombination lifetime measurement process of the silicon wafer including the pretreatment according to the present invention.
As shown in FIG. 2, the recombination lifetime measurement method according to the present embodiment includes a pre-processing step (step S10) for cleaning the surface of a silicon wafer to be measured so that appropriate measurement can be performed, And a step of measuring the combined lifetime (step S20). As the pretreatment step S10, first, an organic substance removal process is performed (step S11), then a natural oxide film removal process using an HF solution is performed (step S12), and passivation by an iodine ethanol solution method is performed (step S13). Then, in a state where the wafer is passivated, the recombination lifetime of minority carriers is measured by the reflected microwave photoconductive decay method (step S20).

有機物除去処理S11においては、例えばキャリアボックス等から発せられてシリコンウェーハ表面に付着した有機汚染物質を、シリコンウェーハ表層にダメージを残さないように除去する。本実施形態においてこの有機汚染物の除去は、シリコンウェーハの表層にダメージを残さないように、ウェット処理により行う。具体的には、測定対象のシリコンウェーハを適切な処理液で洗浄することにより、表面に付着した有機物を除去する。処理液としては、有機物が除去できる処理液であれば任意の処理液でよいが、シリコンデバイス工程で一般的に使用されるアンモニア水と過酸化水素水の混合液、硫酸と過酸化水素水の混合液、あるいは、オゾン液が好適である。これらの溶液は、シリコンウェーハにダメージを与える可能性が無く、また、有機物を適切に除去できるからである。   In the organic substance removal processing S11, for example, organic contaminants emitted from a carrier box or the like and attached to the silicon wafer surface are removed so as not to leave damage on the silicon wafer surface layer. In this embodiment, this organic contaminant is removed by wet processing so as not to leave damage on the surface layer of the silicon wafer. Specifically, the organic substance adhering to the surface is removed by washing the silicon wafer to be measured with an appropriate treatment liquid. The treatment liquid may be any treatment liquid as long as it can remove organic matter. However, a mixed liquid of ammonia water and hydrogen peroxide water generally used in the silicon device process, sulfuric acid and hydrogen peroxide water, and the like. A mixed liquid or an ozone liquid is suitable. This is because these solutions have no possibility of damaging the silicon wafer and can appropriately remove organic substances.

なお、本発明の主旨としては、有機物の除去の方法はウェット処理に限定されるものではない。シリコンウェーハの表層にダメージを残さず、その処理がライフタイム測定値に影響を与えないのであれば、いわゆるウェット処理以外の処理で有機物を除去してもよい。但し、現在一般的に知られているドライ系の処理は、シリコンウェーハの表層にダメージを残し、そのダメージがライフタイム測定値を低下させる可能性があるため好ましくない。そのような観点から、現在一般的に知られている方法としては、前述のような溶液を用いたウェット処理が好適である。   In addition, as the gist of the present invention, the method for removing organic substances is not limited to wet treatment. If no damage is left on the surface layer of the silicon wafer and the treatment does not affect the lifetime measurement value, the organic matter may be removed by a treatment other than the so-called wet treatment. However, the dry process generally known at present is not preferable because it causes damage to the surface layer of the silicon wafer, and the damage may reduce the lifetime measurement value. From such a point of view, a wet process using a solution as described above is suitable as a method generally known at present.

自然酸化膜除去処理S12においては、工程S11において有機汚染物が除去されたシリコンウェーハをHF溶液に浸し、ウェーハ表面の自然酸化膜を除去する。HF溶液により自然酸化膜を除去したシリコンウェーハは、純水により洗浄し、次工程に供する。   In the natural oxide film removal process S12, the silicon wafer from which organic contaminants have been removed in step S11 is immersed in an HF solution to remove the natural oxide film on the wafer surface. The silicon wafer from which the natural oxide film has been removed with the HF solution is washed with pure water and used for the next step.

パッシベーション処理S13においては、ヨウ素エタノール法によるパッシベーションを行う。すなわち、ヨウ素及びエタノールを含むパッシベーション液によりシリコンウェーハを被覆して、シリコンウェーハ表面の不動態化(パッシベーション)を行う。そして、測定対象のシリコンウェーハは、このようにヨウ素エタノール液によりパッシベートされた状態で、少数キャリアの再結合ライフタイム測定処理S20に供される。   In the passivation process S13, passivation by an iodine ethanol method is performed. That is, a silicon wafer is covered with a passivation liquid containing iodine and ethanol, and the silicon wafer surface is passivated (passivation). Then, the silicon wafer to be measured is subjected to the minority carrier recombination lifetime measurement process S20 in a state of being passivated with the iodine ethanol solution in this way.

そして工程S20においては、反射マイクロ波光導電減衰法により、測定対象のシリコンウェーハの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する。すなわち、シリコンウェーハにマイクロ波を照射し、マイクロ波の反射波の強度を測定し、その強度の減衰曲線を検出し、得られた減衰曲線から再結合ライフタイム、すなわち反射マイクロ波の強度が一定の強度に減衰する時間を算出する。   In step S20, the recombination lifetime of minority carriers of the silicon wafer to be measured is measured by the reflected microwave photoconductive decay method. That is, the silicon wafer is irradiated with microwaves, the intensity of the reflected wave of the microwave is measured, the attenuation curve of the intensity is detected, and the recombination lifetime, that is, the intensity of the reflected microwave is constant from the obtained attenuation curve. The time to decay to the intensity of is calculated.

このような本発明の少数キャリアの再結合ライフタイムを測定方法によれば、HF溶液による自然酸化膜の除去処理(工程S12)の前に、シリコンウェーハ表面の有機汚染物を除去している。従って、後段の再結合ライフタイム測定の際に、これらの有機汚染物が再結合中心となってシリコンウェーハ表面における再結合過程を促進させるような状態を防ぐことができる。その結果、反射マイクロ波光導電減衰法により、バルクライフタイムに近く、シリコンウェーハの品質評価を適切に行えるような少数キャリアの再結合ライフタイムの測定値を得ることができる。   According to the method for measuring the recombination lifetime of minority carriers of the present invention, organic contaminants on the silicon wafer surface are removed before the natural oxide film removal process (step S12) with the HF solution. Therefore, it is possible to prevent a state in which these organic contaminants become recombination centers and promote the recombination process on the silicon wafer surface during the subsequent recombination lifetime measurement. As a result, it is possible to obtain a measurement value of the recombination lifetime of minority carriers that is close to the bulk lifetime and can appropriately evaluate the quality of the silicon wafer by the reflected microwave photoconductive decay method.

また、その有機汚染物除去の処理は、シリコンデバイス工程で一般的に使用されているアンモニア水と過酸化水素水の混合液、硫酸と過酸化水素水の混合液あるいはオゾン液等を用いたウェット処理により行っているので、シリコンウェーハにダメージを与える可能性が無く、有機物を適切に除去できる。その結果、上述のような作用効果を適切に得ることができる。   In addition, the organic contaminant removal treatment is performed by wet treatment using a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution, a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, or an ozone solution generally used in the silicon device process. Since it is performed by processing, there is no possibility of damaging the silicon wafer, and organic substances can be removed appropriately. As a result, the above effects can be obtained appropriately.

なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。   In addition, this embodiment is described in order to make an understanding of this invention easy, and does not limit this invention at all. Each element disclosed in the present embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention, and various suitable modifications can be made.

本発明に係る前処理方法を含むシリコンウェーハの少数キャリアの再結合ライフタイム測定方法の実施例について、図3及び図4を参照し、比較例とともに説明する。
汚染レベルの高いエピ炉(炉A)又は汚染レベルの低いエピ炉(炉B)でサンプル処理して得られたn型10Ωcmのシリコンウェーハ(サンプルウェーハ)を、以下の4つの条件(条件1〜条件4)を経た後にHF処理に供し、その後ヨウ素エタノール法によるパッシベーション処理を行って反射マイクロ波光導電減衰法による再結合ライフタイム測定を行った。
An example of a method for measuring a minority carrier recombination lifetime of a silicon wafer including a pretreatment method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4 together with a comparative example.
An n-type 10 Ωcm silicon wafer (sample wafer) obtained by sample processing in an epi furnace (furnace A) with a high contamination level or an epi furnace (furnace B) with a low contamination level is subjected to the following four conditions (conditions 1 to 1). After passing through the condition 4), it was subjected to HF treatment, and then subjected to passivation treatment by iodine ethanol method, and recombination lifetime measurement was performed by reflection microwave photoconductive decay method.

条件1:サンプル処理直後。
条件2:サンプル処理後、サンプルシリコンウェーハをシッピングケース内に保管し、夏季期間に長距離輸送をしたのに相当する環境に曝した後。
条件3:条件2のサンプルウェーハを、アンモニア過酸化水素水で洗浄し、その洗浄直後。
条件4:条件2のサンプルウェーハを、硫酸過酸化水素水で洗浄し、その洗浄直後。
Condition 1: Immediately after sample processing.
Condition 2: After sample processing, the sample silicon wafer is stored in a shipping case and exposed to an environment equivalent to long-distance transportation during the summer season.
Condition 3: The sample wafer of Condition 2 was cleaned with ammonia hydrogen peroxide solution and immediately after the cleaning.
Condition 4: The sample wafer of condition 2 is cleaned with sulfuric acid hydrogen peroxide solution, and immediately after the cleaning.

すなわち、条件1に係るシリコンウェーハのライフタイム測定は、炉A又は炉Bでn型10Ωcmシリコンウェーハをサンプル処理した直後に、HF溶液によるウェーハ表面の自然酸化膜の除去及び純粋リンス処理を行い、ヨウ素エタノール法によるパッシベーション処理を行って反射マイクロ波光導電減衰法により少数キャリアの再結合ライフタイム測定を行うものである。   That is, in the lifetime measurement of the silicon wafer according to the condition 1, immediately after sample processing of the n-type 10 Ωcm silicon wafer in the furnace A or B, the removal of the natural oxide film on the wafer surface with the HF solution and the pure rinse treatment are performed. The passivation treatment by the iodine ethanol method is performed, and the recombination lifetime measurement of minority carriers is performed by the reflection microwave photoconductive decay method.

また、条件2に係るシリコンウェーハのライフタイム測定は、炉A又は炉Bでn型10Ωcmシリコンウェーハをサンプル処理した後、そのサンプルウェーハをシッピングケース内に保管して夏季に長距離輸送をした場合と同様の環境に曝し、その後、HF溶液によるウェーハ表面の自然酸化膜の除去及び純粋リンス処理を行い、ヨウ素エタノール法によるパッシベーション処理を行って反射マイクロ波光導電減衰法による少数キャリアの再結合ライフタイム測定を行うものである。   In addition, silicon wafer lifetime measurement according to Condition 2 is performed when a sample of an n-type 10 Ωcm silicon wafer is processed in furnace A or furnace B, then stored in a shipping case, and transported over long distances in summer After that, the wafer surface is removed with a natural oxide film and pure rinse treatment with HF solution, passivation treatment with iodine ethanol method, and minority carrier recombination lifetime by reflection microwave photoconductive decay method. The measurement is performed.

条件3に係るシリコンウェーハのライフタイム測定は、条件2に係る処理のHF溶液による処理の前段に、アンモニア過酸化水素水による洗浄工程を行うようにしたものである。すなわち、炉A又は炉Bでn型10Ωcmシリコンウェーハをサンプル処理した後、そのサンプルウェーハをシッピングケース内に保管して夏季に長距離輸送をした場合と同様の環境に曝す。その後、まずアンモニア過酸化水素水洗浄を行ってウェーハ表面の有機物汚染を除去し、次にHF溶液によるウェーハ表面の自然酸化膜の除去及び純粋リンス処理を行い、ヨウ素エタノール法によるパッシベーション処理を行って反射マイクロ波光導電減衰法による少数キャリアの再結合ライフタイム測定を行う。   In the measurement of the lifetime of the silicon wafer according to condition 3, a cleaning step using ammonia hydrogen peroxide is performed before the treatment with the HF solution in the treatment according to condition 2. That is, after sample processing is performed on an n-type 10 Ωcm silicon wafer in furnace A or furnace B, the sample wafer is stored in a shipping case and exposed to the same environment as when transported over a long distance in summer. After that, cleaning with ammonia hydrogen peroxide is first performed to remove organic contamination on the wafer surface, then the natural oxide film on the wafer surface is removed with a HF solution, and a pure rinse treatment is performed, followed by a passivation treatment using an iodine ethanol method. Minority carrier recombination lifetime is measured by reflected microwave photoconductive decay.

また、条件4に係るシリコンウェーハは、条件3に係るシリコンウェーハの処理におけるアンモニア過酸化水素水の代わりに、硫酸過酸化水素水を用いてHF処理前の洗浄を行うようにしたものである。すなわち、炉A又は炉Bでn型10Ωcmシリコンウェーハをサンプル処理した後、そのサンプルウェーハをキャリアボックス内に保管して夏季に長距離輸送をした場合と同様の環境に曝す。その後、まず硫酸過酸化水素水洗浄を行ってウェーハ表面の有機物汚染を除去し、次にHF溶液によるウェーハ表面の自然酸化膜の除去及び純粋リンス処理を行い、ヨウ素エタノール法によるパッシベーション処理を行って反射マイクロ波光導電減衰法による少数キャリアの再結合ライフタイム測定を行う。   In addition, the silicon wafer according to condition 4 is such that cleaning before HF treatment is performed using sulfuric acid hydrogen peroxide solution instead of ammonia hydrogen peroxide solution in the treatment of the silicon wafer according to condition 3. That is, after sample processing is performed on an n-type 10 Ωcm silicon wafer in the furnace A or the furnace B, the sample wafer is stored in a carrier box and exposed to the same environment as when transported over a long distance in summer. After that, cleaning with sulfuric acid and hydrogen peroxide is first performed to remove organic contamination on the wafer surface. Next, a natural oxide film on the wafer surface is removed with a HF solution, and a pure rinse treatment is performed, followed by a passivation treatment using an iodine ethanol method. Minority carrier recombination lifetime is measured by reflected microwave photoconductive decay.

このような条件1〜条件4を含む少数キャリアの再結合ライフタイム測定の各処理に、炉A及び炉Bで処理された各々5枚ずつのシリコンウェーハを供し、再結合ライフタイムを測定した。炉Aでサンプル処理された各条件5枚ずつのウェーハのライフタイム測定結果を図3に、炉Bでサンプル処理された各条件5枚ずつのウェーハのライフタイム測定結果を図4に示す。   Five silicon wafers each treated in furnace A and furnace B were subjected to each treatment of minority carrier recombination lifetime measurement including conditions 1 to 4 and the recombination lifetime was measured. FIG. 3 shows the lifetime measurement results of five wafers subjected to the sample processing in the furnace A, and FIG. 4 shows the lifetime measurement results of five wafers subjected to the sample processing in the furnace B.

図3に示すように、炉Aで処理した汚染レベルの高いサンプルウェーハのライフタイム測定値は、どの条件でも1000μs前後の低い値となった。その中でも、条件2の処理を経たシリコンウェーハについては、他の条件1、3及び4の処理を経たシリコンウェーハと比較して、さらにライフタイム測定値が若干低くなっていることが認められた。しかしながら、その差は大きいものではなく、このような汚染レベルがある程度高いシリコンウェーハにおいては、シリコンウェーハに付着した有機物の少数キャリアの再結合ライフタイム測定値への影響は少ないことが認められる。   As shown in FIG. 3, the lifetime measured value of the sample wafer with a high contamination level processed in the furnace A was a low value of around 1000 μs under any condition. Among them, it was confirmed that the lifetime measurement value of the silicon wafer that had undergone the treatment of condition 2 was slightly lower than that of the silicon wafer that had undergone the treatments of other conditions 1, 3, and 4. However, the difference is not large, and it is recognized that such a silicon wafer having a somewhat high contamination level has little influence on the recombination lifetime measurement value of minority carriers of organic substances attached to the silicon wafer.

一方、図4に示すように、炉Bで処理した汚染レベルの低いサンプルウェーハのライフタイム測定値は、条件1、3及び4の処理を経たシリコンウェーハでは5000μs〜6000μsの値となり、条件2の処理を経たシリコンウェーハでも2000μs程度の値となっている。図4から、汚染レベルの低いシリコンウェーハにおいては、シリコンウェーハに有機物が付着することが少数キャリアの再結合ライフタイム測定値に大きな影響を与えることがわかる。そして、本発明に係る有機汚染物の除去処理を行うことにより、すなわち条件3及び4の処理を経ることにより、シリコンウェーハに付着した有機物を適切に除去し、サンプル処理直後に少数キャリアの再結合ライフタイムを測定したのと同様の有機物汚染の影響の無い少数キャリアの再結合ライフタイムを測定できることが認められた。   On the other hand, as shown in FIG. 4, the lifetime measurement value of the sample wafer with the low contamination level processed in the furnace B is a value of 5000 μs to 6000 μs for the silicon wafers subjected to the processing of the conditions 1, 3 and 4, and Even the processed silicon wafer has a value of about 2000 μs. From FIG. 4, it can be seen that, in a silicon wafer with a low contamination level, the adhesion of organic matter to the silicon wafer has a great influence on the recombination lifetime measurement of minority carriers. Then, by performing the organic contaminant removal process according to the present invention, that is, through the processes of conditions 3 and 4, the organic substance adhering to the silicon wafer is appropriately removed, and the minority carriers are recombined immediately after the sample process. It was found that the recombination lifetime of minority carriers can be measured without the influence of organic contamination similar to the measurement of lifetime.

シリコンウェーハの表面再結合速度ごとのバルクライフタイムと測定ライフタイムとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the bulk lifetime for every surface recombination velocity of a silicon wafer, and a measurement lifetime. 発明の実施形態に係る前処理工程を含むシリコンウェーハの少数キャリアの再結合ライフタイム測定処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the recombination lifetime measurement process of the minority carrier of the silicon wafer including the pre-processing process which concerns on embodiment of invention. 汚染レベルが高いシリコンウェーハに対する、前処理条件ごとのライフタイム測定結果を示す図である。It is a figure which shows the lifetime measurement result for every pre-processing condition with respect to the silicon wafer with a high contamination level. 汚染レベルが低いシリコンウェーハに対する、前処理条件ごとのライフタイム測定結果を示す図である。It is a figure which shows the lifetime measurement result for every pre-processing conditions with respect to the silicon wafer with a low contamination level.

Claims (5)

反射マイクロ波光導電減衰法によるシリコンウェーハのキャリアの再結合ライフタイム測定の前処理方法であって、
測定対象のシリコンウェーハの自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去工程と、
前記自然酸化膜を除去した前記シリコンウェーハをヨウ素エタノール法によりパッシベーションするパッシベーション工程と、を有し、
前記自然酸化膜除去工程における自然酸化膜の除去の前に前記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を除去する有機物除去工程を有することを特徴とする再結合ライフタイム測定の前処理方法。
A pre-processing method for measuring the recombination lifetime of silicon wafer carriers by the reflected microwave photoconductive decay method,
A natural oxide film removing step for removing the natural oxide film of the silicon wafer to be measured;
A passivation step of passivating the silicon wafer from which the natural oxide film has been removed by an iodine ethanol method,
A pretreatment method for recombination lifetime measurement, comprising: an organic substance removing step of removing an organic substance adhering to the surface of the silicon wafer before removing the natural oxide film in the natural oxide film removing step.
前記有機物除去工程においては、ウェット処理により前記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を除去することを特徴とする請求項1に記載の再結合ライフタイム測定の前処理方法。   The pretreatment method for recombination lifetime measurement according to claim 1, wherein in the organic matter removing step, the organic matter adhering to the surface of the silicon wafer is removed by wet treatment. 前記有機物除去工程におけるウェット処理においては、アンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いて、前記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を除去することを特徴とする請求項2に記載の再結合ライフタイム測定の前処理方法。   3. The recombination according to claim 2, wherein in the wet treatment in the organic matter removing step, the organic matter adhering to the surface of the silicon wafer is removed using a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution. A pre-processing method for lifetime measurement. 前記有機物除去工程におけるウェット処理においては、硫酸と過酸化水素水との混合液を用いて、前記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を除去することを特徴とする請求項2に記載の再結合ライフタイム測定の前処理方法。   3. The recombination life according to claim 2, wherein in the wet treatment in the organic matter removal step, the organic matter adhering to the surface of the silicon wafer is removed using a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution. Preprocessing method for time measurement. 前記有機物除去工程におけるウェット処理においては、オゾン水を用いて、前記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を除去することを特徴とする請求項2に記載の再結合ライフタイム測定の前処理方法。   The pretreatment method for recombination lifetime measurement according to claim 2, wherein in the wet treatment in the organic matter removal step, the organic matter adhering to the surface of the silicon wafer is removed using ozone water.
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