JP2023161361A - Method for producing standard sample for surface metal contamination evaluation - Google Patents

Method for producing standard sample for surface metal contamination evaluation Download PDF

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Kenji Araki
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Abstract

To provide a method for producing a standard sample for surface metal contamination evaluation, which suppresses generation of an oxide film or attachment of an organic substance such as hydrocarbons on a surface, and is excellent in repeatability and quantitativity.SOLUTION: A method for producing a standard sample quantitatively contaminated with predetermined metal impurities used in surface metal contamination analysis, includes a wafer surface cleaning step of removing the surface impurities of a silicon wafer for the standard sample, an oxidation reduction potential adjustment step of dissolving the metal impurities in an HF aqueous solution to reduce oxidation reduction potential until the metal impurities come into a neutral atom state, then a step of immersing the silicon wafer after the wafer surface cleaning step in the HF aqueous solution, and then a rinse step of removing the HF aqueous solution attached to the silicon wafer, and a step of drying the silicon wafer. The method for producing the standard sample for surface metal contamination evaluation is for producing the standard sample quantitatively contaminated with the predetermined metal impurities on the surface of the silicon wafer for the standard sample.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、シリコンウェーハの表面金属汚染分析(表面金属汚染評価)において用いられる所定の金属種(金属不純物)を定量汚染させた標準試料(標準ウェーハ)の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a standard sample (standard wafer) that is quantitatively contaminated with a predetermined metal species (metal impurity) used in surface metal contamination analysis (surface metal contamination evaluation) of silicon wafers.

半導体デバイスの微細化に伴い、シリコンウェーハ表面の清浄度は要求が厳しくなっている。特に、金属汚染はデバイスの動作不良や素子特性の悪化をもたらす原因となり、厳しく管理されている。
一方、シリコンウェーハ表面に存在する金属汚染を定量分析する場合は、ウェーハ表面を予め所定量の金属不純物で汚染させた標準試料が必要である。
With the miniaturization of semiconductor devices, requirements for the cleanliness of silicon wafer surfaces are becoming stricter. In particular, metal contamination is a cause of device malfunction and deterioration of element characteristics, and is therefore strictly controlled.
On the other hand, when quantitatively analyzing metal contamination present on the surface of a silicon wafer, a standard sample in which the wafer surface is contaminated in advance with a predetermined amount of metal impurities is required.

このため、標準試料の作製法として従来は、一定濃度の金属不純物を含むアルカリ性過酸化水素水溶液にウェーハを浸漬する方法(特許文献1)、ウェーハ表面をアンモニア-過酸化水素水溶液→フッ化水素酸水溶液→塩酸-過酸化水素水溶液の処理により親水面とし、表面に一定濃度の金属不純物を含む溶液を滴下して、一定時間保持後、ウェーハを高速回転させてウェーハに残留する溶液を除去する方法(特許文献2)、ウェーハ表面に揮発性アルコールを含む金属不純物溶液を所定量汚染させる汚染処理と汚染させた金属不純物に対する酸化・還元・化学反応処理等を行う方法(特許文献3)、所望の金属酸化物の溶解度積に基づくpH調整により金属不純物の表面付着量を制御する方法(特許文献4)が開示されている。 For this reason, conventional methods for preparing standard samples include immersing a wafer in an alkaline hydrogen peroxide aqueous solution containing a certain concentration of metal impurities (Patent Document 1), and dipping the wafer surface in an ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution → hydrofluoric acid. A method in which the surface is made hydrophilic by treatment with an aqueous solution → hydrochloric acid-hydrogen peroxide solution, a solution containing a certain concentration of metal impurities is dropped onto the surface, and after holding for a certain period of time, the wafer is rotated at high speed to remove the solution remaining on the wafer. (Patent Document 2), a method of contaminating a wafer surface with a predetermined amount of a metal impurity solution containing volatile alcohol, and a method of performing oxidation, reduction, chemical reaction treatment, etc. on the contaminated metal impurities (Patent Document 3), A method (Patent Document 4) has been disclosed in which the amount of metal impurities attached to the surface is controlled by pH adjustment based on the solubility product of metal oxides.

特開平6-249764号公報Japanese Patent Application Publication No. 6-249764 特開平2-156636号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-156636 特開2000-243798号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-243798 特開平10-178077号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-178077

ウェーハ表面金属汚染を二次イオン質量分析装置で分析する場合、特に、飛行時間型二次イオン質量分析装置(以下、TOF-SIMSと記す)を用いて分析する場合は、汚染濃度の均一性や汚染面の表面状態や分析時の安定性が極めて重要となる。具体的には、試料表面が酸化膜のような絶縁物に覆われているとチャージアップ(帯電)による質量分解能の悪化や検出強度のばらつきが生じ、炭化水素類等の有機物が多量に存在すると質量干渉による誤検出や検出強度のばらつきが生じる問題がある。したがって、酸化膜や炭化水素類の影響の無い金属汚染標準試料が必要となる。 When analyzing metal contamination on the wafer surface using a secondary ion mass spectrometer, especially when using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (hereinafter referred to as TOF-SIMS), it is important to check the uniformity of the contamination concentration. The surface condition of the contaminated surface and its stability during analysis are extremely important. Specifically, if the sample surface is covered with an insulating material such as an oxide film, charge-up (electrification) will cause deterioration in mass resolution and variation in detection intensity, and if a large amount of organic substances such as hydrocarbons are present, There are problems with false detection and variations in detection strength due to mass interference. Therefore, a metal contamination standard sample that is free from the influence of oxide films and hydrocarbons is required.

しかし特許文献1の方法に依れば、アルカリ性過酸化水素水溶液で処理を行うためウェーハ表面には酸化膜が生成されると共に、金属不純物は酸化物や水酸化物として生成された酸化膜中に包埋される問題がある。また、特許文献2の方法に依れば、ウェーハをアンモニア-過酸化水素水溶液→フッ化水素酸水溶液→塩酸-過酸化水素水溶液の処理によりウェーハ表面には酸化膜が生成され、その上に金属不純物が吸着している状態である。これらの特許文献1、2の方法では共にウェーハ表面には酸化膜が存在するため、前述した影響を受ける問題がある。また、特許文献3の方法に依れば、ウェーハ表面に揮発性アルコールを含む金属不純物溶液を汚染させる工程によりウェーハ表面は高濃度の炭化水素類が残留する恐れがあり、また、還元処理により酸化膜を除去してもNiやCuのような拡散の速い金属は、処理条件(温度、時間)に起因するウェーハバルク中への不純物の拡散により試料表面濃度は想定とは異なる濃度となるため、標準試料には適さないと考えられる。さらに、特許文献4の方法に依れば、溶媒は塩酸、硝酸、水酸化アンモニウム、過酸化水素水のいずれかを単独または複数で使用することでpH調整を行うが、いずれも処理時に酸化膜が生成され、金属酸化物は酸化膜中に包埋されるか酸化膜上に吸着するという問題がある。 However, according to the method of Patent Document 1, an oxide film is generated on the wafer surface because the treatment is performed with an alkaline hydrogen peroxide aqueous solution, and metal impurities are contained in the oxide film generated as oxides and hydroxides. There are hidden issues. Furthermore, according to the method of Patent Document 2, an oxide film is generated on the wafer surface by treating the wafer with an ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution → a hydrofluoric acid aqueous solution → a hydrochloric acid-hydrogen peroxide aqueous solution, and a metal This is a state in which impurities are adsorbed. In both of the methods of Patent Documents 1 and 2, since an oxide film exists on the wafer surface, there is a problem that they are affected by the above-mentioned problems. Furthermore, according to the method of Patent Document 3, there is a risk that a high concentration of hydrocarbons will remain on the wafer surface due to the step of contaminating the wafer surface with a metal impurity solution containing volatile alcohol, and the reduction process may cause oxidation. Even if the film is removed, the concentration of fast-diffusing metals such as Ni and Cu on the sample surface will be different from the expected concentration due to the diffusion of impurities into the wafer bulk due to processing conditions (temperature, time). It is considered unsuitable as a standard sample. Furthermore, according to the method of Patent Document 4, the pH is adjusted by using one or more of hydrochloric acid, nitric acid, ammonium hydroxide, and hydrogen peroxide as solvents, but in any case, an oxide film is formed during the treatment. is generated, and there is a problem that the metal oxide is embedded in the oxide film or adsorbed onto the oxide film.

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、表面への酸化膜の生成や炭化水素類などの有機物の付着が抑制され、再現性および定量性に優れた表面金属汚染評価用標準試料の作製方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a standard for surface metal contamination evaluation that suppresses the formation of oxide films on the surface and the adhesion of organic substances such as hydrocarbons, and has excellent reproducibility and quantitative properties. The purpose is to provide a method for preparing samples.

上記目的を達成するために、本発明は、シリコンウェーハの表面金属汚染分析において用いられる所定の金属不純物を定量汚染させた標準試料の作製方法であって、
前記標準試料用に用意したシリコンウェーハの表面不純物を除去するウェーハ表面洗浄工程と、
前記所定の金属不純物をフッ化水素酸水溶液中に溶解し、該フッ化水素酸水溶液中の前記所定の金属不純物が中性原子の状態になるまで酸化還元電位を下げる酸化還元電位調整工程と、
該酸化還元電位調整工程後のフッ化水素酸水溶液中に、前記ウェーハ表面洗浄工程後のシリコンウェーハを浸漬処理する工程と、
該浸漬処理工程後のシリコンウェーハに付着したフッ化水素酸水溶液を除去するリンス工程と、
該リンス工程後のシリコンウェーハを乾燥する工程を有し、
前記標準試料用のシリコンウェーハの表面に前記所定の金属不純物を定量汚染させた標準試料を作製することを特徴とする表面金属汚染評価用標準試料の作製方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for preparing a standard sample that is quantitatively contaminated with predetermined metal impurities used in surface metal contamination analysis of silicon wafers, comprising:
a wafer surface cleaning step of removing surface impurities from the silicon wafer prepared for the standard sample;
A redox potential adjustment step of dissolving the predetermined metal impurity in a hydrofluoric acid aqueous solution and lowering the redox potential until the predetermined metal impurity in the hydrofluoric acid aqueous solution becomes a neutral atom state;
A step of immersing the silicon wafer after the wafer surface cleaning step in the hydrofluoric acid aqueous solution after the oxidation-reduction potential adjustment step;
a rinsing step for removing the hydrofluoric acid aqueous solution adhering to the silicon wafer after the immersion treatment step;
A step of drying the silicon wafer after the rinsing step,
A method for preparing a standard sample for surface metal contamination evaluation is provided, which comprises preparing a standard sample in which the surface of a silicon wafer for use as a standard sample is contaminated with a quantitative amount of the predetermined metal impurity.

このような本発明の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法により、シリコンウェーハの表面に、酸化膜を生成させることなく、かつ、炭化水素系イオン等の有機物の付着も抑制した、再現性および定量性に優れた表面金属汚染評価用標準試料を提供することができる。特には飛行時間型二次イオン質量分析装置を用いるような精密質量分析にかけたとしても、表面に酸化膜の形成や有機物の付着が無い(または抑制されている)ことから、それらによる分析への影響が抑制され、表面の金属不純物の分析値がばらつき無く一定量の標準試料を得ることできる。 The method for preparing a standard sample for evaluating surface metal contamination of the present invention allows for high reproducibility, without forming an oxide film on the surface of a silicon wafer, and suppressing the adhesion of organic substances such as hydrocarbon ions. A standard sample for evaluating surface metal contamination with excellent quantitative properties can be provided. In particular, even when subjected to accurate mass spectrometry using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer, the formation of oxide films and the adhesion of organic substances on the surface are absent (or suppressed), making it difficult to perform analysis using such methods. The influence is suppressed, and a constant amount of standard sample can be obtained without variation in the analysis value of surface metal impurities.

このとき、前記酸化還元電位調整工程において、前記フッ化水素酸水溶液中に水素ガスブローにより水素ガスをバブリングさせてフッ化水素酸水溶液を還元して酸化還元電位を下げることができる。 At this time, in the oxidation-reduction potential adjustment step, the oxidation-reduction potential can be lowered by bubbling hydrogen gas into the aqueous hydrofluoric acid solution by blowing hydrogen gas to reduce the aqueous hydrofluoric acid solution.

このようにすれば、pHの変動もほぼ無く効果的にフッ化水素酸水溶液における酸化還元電位を下げることができる。 In this way, the oxidation-reduction potential in the hydrofluoric acid aqueous solution can be effectively lowered with almost no pH fluctuation.

また、前記酸化還元電位調整工程において、前記フッ化水素酸水溶液中に溶解する前記所定の金属不純物を、Ni、Co、Snのいずれか1つ以上とすることができる。 Further, in the redox potential adjustment step, the predetermined metal impurity dissolved in the hydrofluoric acid aqueous solution can be any one or more of Ni, Co, and Sn.

Ni、Coはスタンバイ時のリーク不良の原因となり、また、Snは酸化膜特性不良の原因となるため、これらは定量分析で定量化して汚染状態を調査する必要がある金属不純物である。 Ni and Co cause leak failure during standby, and Sn causes poor oxide film properties, so these are metal impurities that need to be quantified by quantitative analysis to investigate the contamination state.

また、前記乾燥工程後のシリコンウェーハの表面の前記所定の金属不純物を二次イオン質量分析装置により定量し、該定量したシリコンウェーハを前記二次イオン質量分析装置の標準試料とすることができる。 Further, the predetermined metal impurities on the surface of the silicon wafer after the drying step can be quantified using a secondary ion mass spectrometer, and the quantified silicon wafer can be used as a standard sample for the secondary ion mass spectrometer.

このように二次イオン質量分析装置での定量分析用の標準試料とすることができる。 In this way, it can be used as a standard sample for quantitative analysis in a secondary ion mass spectrometer.

このとき、前記二次イオン質量分析装置を飛行時間型二次イオン質量分析装置とすることができる。 At this time, the secondary ion mass spectrometer can be a time-of-flight secondary ion mass spectrometer.

このように、特には、精密質量分析が可能な飛行時間型二次イオン質量分析装置での定量分析に適した標準試料とすることができる。 In this way, the standard sample can be particularly suitable for quantitative analysis using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer capable of accurate mass spectrometry.

本発明の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法により、シリコンウェーハ表面に、酸化膜を生成させることなく、かつ、炭化水素系イオンの付着も抑制した、再現性および定量性に優れた表面分析用金属標準試料を提供することができる。 The method for preparing a standard sample for surface metal contamination evaluation of the present invention enables surface analysis with excellent reproducibility and quantitative properties, without forming an oxide film on the silicon wafer surface and suppressing the adhesion of hydrocarbon ions. We can provide standard metal samples for

本発明の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法における工程を示すフロー図である。FIG. 3 is a flowchart showing steps in the method for producing a standard sample for surface metal contamination evaluation of the present invention. 25℃の水溶液中におけるNiの酸化還元電位-pHの関係を示す相関図である。FIG. 2 is a correlation diagram showing the relationship between the oxidation-reduction potential and pH of Ni in an aqueous solution at 25°C. 1%HF水溶液中(25℃)のNi濃度に対する表面Ni濃度(溶液電位:-0.4V、pH:2.8に固定)を示すグラフである。2 is a graph showing the surface Ni concentration (solution potential: −0.4 V, pH: fixed at 2.8) versus Ni concentration in a 1% HF aqueous solution (25° C.). 1%HF水溶液中(25℃)のCo濃度に対する表面Co濃度(溶液電位:-0.42V、pH:2.8に固定)を示すグラフである。It is a graph showing the surface Co concentration (solution potential: −0.42 V, pH: fixed at 2.8) versus the Co concentration in a 1% HF aqueous solution (25° C.). 1%HF水溶液中(25℃)のSn濃度に対する表面Sn濃度(溶液電位:-0.4V、pH:2.8に固定)を示すグラフである。It is a graph showing the surface Sn concentration (solution potential: -0.4V, pH: fixed at 2.8) versus the Sn concentration in a 1% HF aqueous solution (25° C.). TOF-SIMSによる58Ni質量スペクトル(実施例)の測定結果である。This is the measurement result of 58 Ni mass spectrum (Example) by TOF-SIMS. TOF-SIMSによる59Co質量スペクトル(実施例)の測定結果である。This is the measurement result of 59 Co mass spectrum (Example) by TOF-SIMS. TOF-SIMSによる120Sn質量スペクトル(実施例)の測定結果である。This is the measurement result of 120 Sn mass spectrum (Example) by TOF-SIMS. TOF-SIMSによる58Ni質量スペクトル(比較例1)の測定結果である。This is a measurement result of 58 Ni mass spectrum (Comparative Example 1) by TOF-SIMS. 10試料を測定したときの積分強度の平均値の比較(実施例vs比較例1)を示すグラフである。It is a graph showing a comparison (Example vs. Comparative Example 1) of average values of integrated intensities when measuring 10 samples. 10試料を測定したときの積分強度の平均値のばらつきの比較(実施例vs比較例1)を示すグラフである。It is a graph showing a comparison (Example vs. Comparative Example 1) of variations in the average value of integrated intensity when measuring 10 samples. TOF-SIMSによる59Co質量スペクトル(比較例2)の測定結果である。This is the measurement result of 59 Co mass spectrum (Comparative Example 2) by TOF-SIMS. TOF-SIMSによる120Sn質量スペクトル(比較例2)の測定結果である。This is the measurement result of 120 Sn mass spectrum (Comparative Example 2) by TOF-SIMS. 10試料を測定したときの積分強度の平均値の比較(実施例vs比較例2)を示すグラフである。It is a graph showing a comparison (Example vs. Comparative Example 2) of average values of integrated intensities when measuring 10 samples. 10試料を測定したときの積分強度の平均値のばらつきの比較(実施例vs比較例2)を示すグラフである。It is a graph showing a comparison of variations in the average value of integrated intensity when measuring 10 samples (Example vs. Comparative Example 2).

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、本発明における表面金属汚染評価用標準試料の作製方法の工程の一例を示したフロー図である。大きく分けてウェーハ表面洗浄工程、酸化還元電位調整工程(溶液電位調整工程)、浸漬処理工程、リンス工程、乾燥工程、ウェーハ表面の金属不純物の評価工程からなっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is a flow diagram showing an example of the steps of the method for producing a standard sample for surface metal contamination evaluation in the present invention. The process is broadly divided into a wafer surface cleaning process, an oxidation-reduction potential adjustment process (solution potential adjustment process), an immersion treatment process, a rinsing process, a drying process, and a process for evaluating metal impurities on the wafer surface.

(ウェーハ表面洗浄工程)
表面金属汚染評価用標準試料を作製するには、まず、標準試料用にシリコンウェーハを用意し(標準試料用ウェーハ)、該シリコンウェーハを洗浄して表面に金属等の不純物が無い状態にする。
ここで使用するシリコンウェーハは、例えば、シリコン基板製造工程において、最終洗浄まで行われた鏡面シリコンウェーハであって、ウェーハ表面や内部の金属汚染が無いものを指し、抵抗率が0.1Ω・cm以上のp型またはn型のシリコンウェーハとすることが好ましい。
(Wafer surface cleaning process)
To prepare a standard sample for surface metal contamination evaluation, first, a silicon wafer is prepared for the standard sample (standard sample wafer), and the silicon wafer is cleaned to make the surface free of impurities such as metals.
The silicon wafer used here is, for example, a mirror-finished silicon wafer that has been subjected to final cleaning in the silicon substrate manufacturing process, has no metal contamination on the wafer surface or inside, and has a resistivity of 0.1 Ω・cm. It is preferable to use the above p-type or n-type silicon wafer.

この標準試料用ウェーハを洗浄により清浄な状態にするため、例えば80℃のアンモニア-過酸化水素水溶液に入れてパーティクル等を除去し、つぎに1%のフッ化水素酸水溶液(以下、HF水溶液とも言う)で金属不純物の含んだ自然酸化膜を除去し、つぎに80℃の塩酸-過酸化水素水溶液に入れて金属不純物を除去した後、最後に1%のHF水溶液で自然酸化膜を除去する。 In order to make this standard sample wafer clean by cleaning, it is placed in an ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution at 80°C to remove particles, and then immersed in a 1% hydrofluoric acid aqueous solution (hereinafter also referred to as HF aqueous solution). ) to remove the natural oxide film containing metal impurities, then put it in a hydrochloric acid-hydrogen peroxide aqueous solution at 80°C to remove the metal impurities, and finally remove the natural oxide film with a 1% HF aqueous solution. .

(酸化還元電位調整工程)
次に、標準試料用ウェーハの表面に所定の金属不純物を所定量汚染させる汚染処理を行う。
このとき、その金属不純物を別途用意したHF水溶液中に溶解し、例えばそのHF水溶液中に水素ガスブローにより水素ガスをバブリングさせてHF水溶液を還元するなどして、HF水溶液中の上記金属不純物が中性原子の状態になるまで酸化還元電位を下げる。HF水溶液の酸化還元電位を下げることができればよく、その手法は特に限定されないが、上記のように水素ガスブローで行えば、pH変化もほとんどなく効果的に酸化還元電位を下げることができる。
(Oxidation-reduction potential adjustment step)
Next, a contamination treatment is performed to contaminate the surface of the standard sample wafer with a predetermined amount of a predetermined metal impurity.
At this time, the metal impurities in the HF aqueous solution are dissolved in a separately prepared HF aqueous solution, and the HF aqueous solution is reduced by bubbling hydrogen gas into the HF aqueous solution. The redox potential is lowered until it becomes a atomic state. The method is not particularly limited as long as the redox potential of the HF aqueous solution can be lowered, but if hydrogen gas blowing is performed as described above, the redox potential can be effectively lowered with almost no pH change.

上記の所定の金属不純物(すなわち汚染金属)としては、例えばNi、Co、Snのいずれか1つ以上であることが好ましい。理由は、Ni、Coはスタンバイ時のリーク不良原因、Snは酸化膜特性不良原因となるため、定量分析にはNi、Co、Snが精度良く汚染された定量汚染ウェーハが必要となるからである。
他方、通常、HF水溶液中ではNi、Co、Snはイオン化しており、このままの状態では、次の浸漬処理工程においてNi、Co、Snを標準試料用ウェーハに付着させることができないが、上記のようにHF水溶液中のNi、Co、Snイオンを中性原子の状態になるまで還元することでウェーハ表面への付着が可能になり、定量汚染ウェーハとして作製することができる。
The above-mentioned predetermined metal impurity (ie, contaminating metal) is preferably one or more of Ni, Co, and Sn, for example. The reason is that Ni and Co cause leak failure during standby, and Sn causes poor oxide film properties, so quantitative analysis requires quantitatively contaminated wafers that are accurately contaminated with Ni, Co, and Sn. .
On the other hand, Ni, Co, and Sn are usually ionized in the HF aqueous solution, and in this state, Ni, Co, and Sn cannot be attached to the standard sample wafer in the next immersion process. By reducing the Ni, Co, and Sn ions in the HF aqueous solution to the state of neutral atoms, they can be attached to the wafer surface, and a wafer with quantitative contamination can be produced.

ここで、水溶液のpHと酸化還元電位(溶液電位)と金属の形態についてNiを例に説明する。図2は、Niを1ppm含んだ25℃の水溶液における酸化還元電位-pH図である。この図2は、水溶液のpHと溶液電位がある値のとき、水溶液中のNiの形態がどのようなものかを示したものである。 Here, the pH of the aqueous solution, the oxidation-reduction potential (solution potential), and the form of the metal will be explained using Ni as an example. FIG. 2 is an oxidation-reduction potential-pH diagram of an aqueous solution at 25° C. containing 1 ppm of Ni. FIG. 2 shows the form of Ni in an aqueous solution when the pH and solution potential of the aqueous solution are at certain values.

例えば、1%のHF水溶液のpHは約3.0であり、そのときの溶液電位は+0.6Vとなるため、水溶液中のNiの形態はNi2+であり、HF水溶液中にNi2+イオンとして存在していることを示している。つまり、Niが水溶液中でイオンとして存在している場合、水溶液中にシリコンウェーハ(標準試料用ウェーハ)が存在してもNiはシリコンウェーハに付着せずに水溶液中に留まることを意味しており、このまま浸漬処理等を行っても定量汚染試料を作製することができない。
水溶液中の金属をシリコンウェーハに付着させるには、水溶液中のNiの形態を中性原子の状態にする必要がある。水溶液の溶媒にHFを用いる場合、酸性領域のpHを示すため、HF水溶液中でNi2+の状態で存在しているものをNi(中性Ni原子)にするには、溶液電位をNi2+とNiの境界電位より下げる(還元する)必要がある。
For example, the pH of a 1% HF aqueous solution is approximately 3.0, and the solution potential at that time is +0.6V, so the form of Ni in the aqueous solution is Ni 2+ , and it is present as Ni 2+ ions in the HF aqueous solution. shows that it exists. In other words, if Ni exists as ions in an aqueous solution, even if a silicon wafer (standard sample wafer) is present in the aqueous solution, Ni will remain in the aqueous solution without adhering to the silicon wafer. , it is not possible to prepare a quantitatively contaminated sample even if immersion treatment or the like is performed as it is.
In order to attach metal in an aqueous solution to a silicon wafer, it is necessary to change the form of Ni in the aqueous solution to a neutral atomic state. When HF is used as a solvent for an aqueous solution, the pH is in the acidic range. Therefore, in order to convert Ni 2+ in the HF aqueous solution to Ni 0 (neutral Ni atoms), the solution potential must be changed to Ni 2+ It is necessary to lower (reduce) the potential below the boundary potential between Ni0 and Ni0 .

水溶液中のNi2+とNiの境界電位は、以下のネルンストの式から算出することができる。
E=E0+(2.303×RT/nF)×logA
ある条件におけるNiの溶液電位Eは、上記式と、
E0:Ni(Ni2+⇔Ni)の標準酸化還元電位:-0.257V
R:気体定数(8.314J/K/mol)
T:温度(K)
F:ファラデー定数(96485C/mol)
A:濃度(mol/L)
n:電子移動数
から求めることができる。
例えば、25℃の1ppmのNiのHF水溶液の溶液電位Eは-0.398Vとなり、図2に示すように酸化還元電位(溶液電位)Eを-0.398Vより下げるようにHF水溶液を還元すれば、HF水溶液中でNiはNiの状態で存在することを示している。
The boundary potential between Ni 2+ and Ni 0 in an aqueous solution can be calculated from the Nernst equation below.
E=E0+(2.303×RT/nF)×logA
The solution potential E of Ni under certain conditions is expressed by the above formula,
E0: Standard redox potential of Ni (Ni 2+Ni 0 ): -0.257V
R: gas constant (8.314J/K/mol)
T: Temperature (K)
F: Faraday constant (96485C/mol)
A: Concentration (mol/L)
n: Can be determined from the number of electron transfers.
For example, the solution potential E of a 1 ppm Ni HF aqueous solution at 25°C is -0.398V, and the HF aqueous solution must be reduced to lower the oxidation-reduction potential (solution potential) E below -0.398V as shown in Figure 2. For example, it is shown that Ni exists in the state of Ni 0 in an HF aqueous solution.

そこで、溶液電位を測定しながら、上述したようにHF水溶液中に水素ガスブローにより水素ガスをバブリングさせ、HF水溶液の酸化還元電位を下げることを行う。水素ガスは水中には僅かに溶存するが、pHの変化はほとんど起こさない。一方、溶液電位を-0.45V程度まで下げることができるため、この方法を用いると、HF水溶液中においてもシリコンウェーハにNiを効果的に定量汚染することができる。
また、この方法はNiに限らず、Niのようにイオン化/中性原子の標準酸化還元電位における境界電位が-0.4V程度であれば、同様にそれらの金属を定量汚染できることを示している。さらに、HF水溶液中で処理するため、標準試料用ウェーハには酸化膜が生成せず、有機物も付着しない利点がある。
Therefore, while measuring the solution potential, the oxidation-reduction potential of the HF aqueous solution is lowered by bubbling hydrogen gas into the HF aqueous solution as described above. Although hydrogen gas is slightly dissolved in water, it causes almost no change in pH. On the other hand, since the solution potential can be lowered to about -0.45V, by using this method, it is possible to effectively quantitatively contaminate a silicon wafer with Ni even in an HF aqueous solution.
In addition, this method is not limited to Ni, but it has been shown that it is also possible to quantitatively contaminate other metals, such as Ni, if the boundary potential at the standard redox potential of ionized/neutral atoms is around -0.4V. . Furthermore, since the process is carried out in an HF aqueous solution, there is an advantage that no oxide film is formed on the standard sample wafer and no organic matter is attached to it.

本発明において標準試料を作製するにあたり、上記のようにウェーハ表面に炭化水素等の有機物(妨害イオン)の付着もないので、それらが影響して上記のNi等の検出対象の元素イオンのスペクトルに干渉し、本来(実際の汚染量)より高めの強度で検出されるのを防ぐことができる。
また、金属汚染させる際にウェーハ表面に酸化膜が生成されることもないので、チャージアップ(帯電)による影響を受けて表面の金属不純物の分析精度に影響が生じるのを防ぐことができる。そのため、分析値にばらつきが生じるのを防いだり、質量分解能の低下により妨害イオンの影響が増大するのを防ぐことができる。
In preparing the standard sample in the present invention, as mentioned above, since there is no organic matter (interfering ion) such as hydrocarbons attached to the wafer surface, these substances affect the spectrum of the elemental ions to be detected such as Ni mentioned above. interference and can prevent detection at a higher intensity than the original (actual amount of contamination).
Furthermore, since no oxide film is generated on the wafer surface when metal contamination occurs, it is possible to prevent the accuracy of analysis of metal impurities on the surface from being affected by charge-up (electrification). Therefore, it is possible to prevent variations in analysis values and to prevent an increase in the influence of interfering ions due to a decrease in mass resolution.

(浸漬処理工程)
上記工程でHF水溶液中の金属不純物が中性原子の状態になるまで酸化還元電位を下げてから、標準試料用ウェーハを所定時間浸漬する。この浸漬時間は特に限定されないが、例えば3~5分間も浸漬すれば、ウェーハ表面に金属不純物を十分に付着させることができる。
(Soaking treatment process)
In the above step, the oxidation-reduction potential is lowered until the metal impurities in the HF aqueous solution become neutral atoms, and then the standard sample wafer is immersed for a predetermined time. The immersion time is not particularly limited, but if the wafer is immersed for 3 to 5 minutes, metal impurities can be sufficiently attached to the wafer surface.

(リンス工程)
次に、純水を用いてリンスで標準試料用ウェーハの表面に付着したHF水溶液(汚染処理溶液)を洗い流す。リンス方法は特に限定されず、例えばウェーハをスピンさせた状態で純水をかけ流して行うことができる。
(rinsing process)
Next, the HF aqueous solution (contamination treatment solution) adhering to the surface of the standard sample wafer is washed away by rinsing using pure water. The rinsing method is not particularly limited, and can be performed by, for example, spun the wafer and pouring pure water over it.

(乾燥工程)
次に、ウェーハを乾燥させる。
なお、乾燥方法は、スピン乾燥でも自然乾燥でも構わないが、アルコール溶媒を用いずに乾燥させるのが好適である。ウェーハ表面に炭化水素類が多量に付着するのを防止するためである。
(drying process)
Next, the wafer is dried.
Note that the drying method may be spin drying or natural drying, but it is preferable to dry without using an alcohol solvent. This is to prevent a large amount of hydrocarbons from adhering to the wafer surface.

(ウェーハ表面の金属不純物の評価)
乾燥工程後の標準試料用ウェーハを二次イオン質量分析装置(SIMS)で所定の金属不純物について定量を行い、この定量した標準試料用ウェーハを二次イオン質量分析装置の標準試料とする。その中でも飛行時間型二次イオン質量分析装置(TOF-SIMS)で定量し、その標準試料とすることができる。このようにして精密質量分析系に最適な標準試料を得ることができる。
(Evaluation of metal impurities on the wafer surface)
After the drying process, the standard sample wafer is subjected to quantitative determination of predetermined metal impurities using a secondary ion mass spectrometer (SIMS), and the quantified standard sample wafer is used as a standard sample for the secondary ion mass spectrometer. Among these, it can be quantified using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS) and used as a standard sample. In this way, a standard sample optimal for an accurate mass spectrometry system can be obtained.

特にTOF-SIMSによるウェーハ表面金属不純物の定量分析を行う場合、重要なのは対象となる金属二次イオンに対する妨害二次イオンの影響が小さく、かつウェーハ表面が酸化膜等の絶縁物に覆われチャージアップによる質量分解能の悪化や検出強度のばらつきが少ない標準試料を必要とすることである。本発明では、表面に酸化膜や有機物が無く、TOF-SIMSによるウェーハ表面金属の定量分析に特に適した、再現性や定量性に優れた標準試料を提供することができる。 In particular, when performing quantitative analysis of metal impurities on the wafer surface using TOF-SIMS, it is important that the influence of interfering secondary ions on the target metal secondary ions is small, and that the wafer surface is covered with an insulating material such as an oxide film, leading to charge build-up. This requires a standard sample with less deterioration in mass resolution and less variation in detection intensity. According to the present invention, it is possible to provide a standard sample with excellent reproducibility and quantitative performance, which has no oxide film or organic matter on the surface and is particularly suitable for quantitative analysis of wafer surface metals by TOF-SIMS.

ところで前述したように、例えば25℃の1ppmのNiのHF水溶液の溶液電位Eは-0.398Vであり、酸化還元電位(溶液電位)Eを-0.398Vより下げるようにHF水溶液を還元すれば、HF水溶液中でNiは中性原子の状態になり、浸漬した標準試料用ウェーハを汚染できるわけだが、他の金属不純物においてもイオン化/中性原子の標準酸化還元電位における境界電位が-0.4V程度であれば、同様にそれらの金属不純物を定量汚染できる。以下ではこの点について、金属不純物としてNi、Co、Snで汚染した実験例を挙げてさらに説明する。
また、汚染濃度の制御の仕方(HF水溶液中の金属不純物の濃度と汚染濃度との関係)についても実験例を挙げて説明する。
By the way, as mentioned above, for example, the solution potential E of a 1 ppm Ni HF aqueous solution at 25°C is -0.398V, and the HF aqueous solution must be reduced to lower the oxidation-reduction potential (solution potential) E below -0.398V. For example, Ni becomes a neutral atom in an HF aqueous solution and can contaminate the immersed standard sample wafer, but other metal impurities also have a boundary potential of -0 in the standard redox potential of ionized/neutral atoms. If it is about .4V, these metal impurities can be quantitatively contaminated in the same way. This point will be further explained below using experimental examples in which the metal impurities were contaminated with Ni, Co, and Sn.
Furthermore, how to control the contamination concentration (the relationship between the concentration of metal impurities in the HF aqueous solution and the concentration of contamination) will also be explained using experimental examples.

(実験1)
1ppmのNiを含む1%HF水溶液中(25℃)に、水素ガスブローにより水素ガスをバブリングさせ、溶液電位が異なるように溶液電位を調整した。このときの溶液電位とpHを測定し、そこに清浄な直径150mmのp型シリコンウェーハ(抵抗率10Ω・cm)を浸漬処理した。そして純水で10分間水洗し、3000rpmで20秒間のスピン乾燥を施した。
そしてHFガスでウェーハ表面を気相分解後、2%HFと2%Hの混合水溶液でウェーハ全面を走査し、ウェーハ表面のNiを回収し、回収液中のNi濃度を誘導結合プラズマ質量分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製ELEMENT2。以下、ICP-MSと記す。)で分析することで、表面Ni濃度を得た。
上記のような処理および分析を10枚のウェーハについて行ったときの平均Ni濃度とばらつき(RSD)を表1に示す。
(Experiment 1)
Hydrogen gas was bubbled into a 1% HF aqueous solution (25° C.) containing 1 ppm Ni by blowing hydrogen gas, and the solution potentials were adjusted so that the solution potentials were different. The solution potential and pH at this time were measured, and a clean p-type silicon wafer (resistivity: 10 Ω·cm) with a diameter of 150 mm was immersed therein. Then, it was washed with pure water for 10 minutes and spin-dried at 3000 rpm for 20 seconds.
After gas-phase decomposition of the wafer surface with HF gas, the entire surface of the wafer is scanned with a mixed aqueous solution of 2% HF and 2% H 2 O 2 to recover Ni on the wafer surface, and the Ni concentration in the recovered liquid is determined by inductively coupled plasma. The surface Ni concentration was obtained by analyzing with a mass spectrometer (ELEMENT 2 manufactured by Thermo Fisher Scientific, hereinafter referred to as ICP-MS).
Table 1 shows the average Ni concentration and variation (RSD) when 10 wafers were subjected to the above-mentioned processing and analysis.

表1に示すように、溶液電位が-0.4V以下では表面Ni付着量は3.60×1013atoms/cmあたりでほぼ一定となる。また、分析値のばらつきも比較的小さいと言える。このように金属不純物の中性原子の状態への溶液電位の調整によって一定量で汚染できることが分かる。 As shown in Table 1, when the solution potential is −0.4 V or less, the amount of Ni deposited on the surface is approximately constant at around 3.60×10 13 atoms/cm 2 . Furthermore, it can be said that the variation in analytical values is relatively small. In this way, it can be seen that contamination can be achieved with a certain amount by adjusting the solution potential to the state of neutral atoms of metal impurities.

(実験2)
つぎに、溶液電位を-0.4Vに固定し、pHを2.8に固定した1%HF水溶液中(25℃)のNi濃度を変化させたときの表面Ni濃度について、上記の実験1と同様の方法で回収し、ICP-MSで測定した結果を図3に示す。
図3に示すように、HF水溶液中のNi濃度が上がるほど、表面Ni濃度を上げることができる。このようにHF水溶液中のNi濃度を変化させることにより表面Ni濃度を制御することができる。本発明で標準試料を作製する際、所望の汚染濃度に応じてHF水溶液中のNi濃度を適宜決定すれば良い。
(Experiment 2)
Next, we investigated the surface Ni concentration when changing the Ni concentration in a 1% HF aqueous solution (25°C) with the solution potential fixed at -0.4 V and the pH fixed at 2.8. Figure 3 shows the results of recovery using a similar method and measurement using ICP-MS.
As shown in FIG. 3, as the Ni concentration in the HF aqueous solution increases, the surface Ni concentration can be increased. By changing the Ni concentration in the HF aqueous solution in this way, the surface Ni concentration can be controlled. When preparing a standard sample in the present invention, the Ni concentration in the HF aqueous solution may be appropriately determined depending on the desired contamination concentration.

(実験3、4)
Niの代わりにCo(実験3)、Sn(実験4)をそれぞれ1ppm含む1%HF水溶液中(25℃)に、実験1と同様にして、水素ガスブローにより水素ガスをバブリングさせ、溶液電位が異なるように溶液電位を調整した。なおCo、Snのイオン化/中性原子の境界電位(25℃)は、Coが-0.417V、Snが-0.282Vである。
このときの溶液電位とpHを測定し、そこに清浄な直径150mmのp型シリコンウェーハ(抵抗率10Ω・cm)を浸漬処理した。そして純水で10分間水洗し、3000rpmで20秒間のスピン乾燥を施した。
そして当該ウェーハをHFガスでウェーハ表面を気相分解し、2%HFと2%Hの混合水溶液でウェーハ全面を走査し、ウェーハ表面のCoとSnを回収し、回収液中のCo濃度とSn濃度をICP-MSで分析することで、表面Co濃度および表面Sn濃度を得た。
上記のような処理および分析を10枚のウェーハについて行ったときのCoとSnの平均濃度とばらつき(RSD)をそれぞれ表2~表3に示す。
(Experiments 3 and 4)
In a 1% HF aqueous solution (25°C) containing 1 ppm each of Co (Experiment 3) and Sn (Experiment 4) instead of Ni, hydrogen gas was bubbled by hydrogen gas blowing in the same manner as in Experiment 1, and the solution potentials were different. The solution potential was adjusted as follows. Note that the ionization/neutral atom boundary potential (25° C.) of Co and Sn is −0.417V for Co and −0.282V for Sn.
The solution potential and pH at this time were measured, and a clean p-type silicon wafer (resistivity: 10 Ω·cm) with a diameter of 150 mm was immersed therein. Then, it was washed with pure water for 10 minutes and spin-dried at 3000 rpm for 20 seconds.
Then, the wafer surface is subjected to vapor phase decomposition using HF gas, and the entire surface of the wafer is scanned with a mixed aqueous solution of 2% HF and 2% H 2 O 2 to recover Co and Sn on the wafer surface, and the Co in the recovery liquid. By analyzing the concentration and Sn concentration by ICP-MS, the surface Co concentration and the surface Sn concentration were obtained.
Tables 2 and 3 show the average concentrations and variations (RSD) of Co and Sn when the above-described processing and analysis were performed on 10 wafers.

表2に示すように、溶液電位が-0.42V以下では表面Co付着量は3.30×1013atoms/cmあたりでほぼ一定で、ばらつきも比較的小さい。
また表3に示すように、溶液電位が-0.3V以下では表面Sn付着量は5.00×1013atoms/cmあたりでほぼ一定で、ばらつきも比較的小さい。
As shown in Table 2, when the solution potential is −0.42 V or less, the amount of Co deposited on the surface is approximately constant at around 3.30×10 13 atoms/cm 2 and the variation is relatively small.
Further, as shown in Table 3, when the solution potential is −0.3 V or less, the surface Sn adhesion amount is approximately constant at around 5.00×10 13 atoms/cm 2 and the variation is relatively small.

(実験5、6)
また、溶液電位を-0.42Vに、pHを2.8に固定した1%HF水溶液中(25℃)のCo(実験5)の濃度や、溶液電位を-0.4Vに、pHを2.8に固定した1%HF水溶液中(25℃)のSn(実験6)の濃度をそれぞれ変化させたときの表面Co濃度や、表面Sn濃度について、実験3、4と同様の方法で回収し、ICP-MSで測定した結果を図4~図5に示す。
図4、図5に示すように、実験2のNiと同様、HF水溶液中のCo濃度、Sn濃度を変化させることにより表面Co濃度、表面Sn濃度を制御することができる。
(Experiments 5 and 6)
In addition, the concentration of Co (Experiment 5) in a 1% HF aqueous solution (25°C) with a solution potential of -0.42V and a pH of 2.8, and a solution potential of -0.4V and a pH of 2. The surface Co concentration and the surface Sn concentration were collected using the same method as Experiments 3 and 4 when changing the concentration of Sn (Experiment 6) in a 1% HF aqueous solution (25 °C) fixed at .8. , the results measured by ICP-MS are shown in FIGS. 4 and 5.
As shown in FIGS. 4 and 5, similarly to Ni in Experiment 2, the surface Co concentration and surface Sn concentration can be controlled by changing the Co concentration and Sn concentration in the HF aqueous solution.

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例)
実施例として、本発明におけるNi、Co、Snの表面金属汚染評価用標準試料の作製方法、およびTOF-SIMSによる表面金属分析結果について記す。
表面金属汚染評価用標準試料としてのウェーハは、シリコン基板製造工程において、最終洗浄まで行われた直径150mmの抵抗率9~12Ω・cmのp型PWウェーハを用いた。
(ウェーハ表面洗浄工程)
このウェーハをまず清浄な状態にするため、80℃のアンモニア-過酸化水素水溶液に入れパーティクル等を除去し、つぎに1%のHF水溶液で金属不純物の含んだ自然酸化膜を除去、つぎに80℃の塩酸-過酸化水素水溶液に入れて金属不純物を除去した後、最後に1%のHF水溶液で自然酸化膜を除去する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail by showing Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
(Example)
As an example, a method for preparing a standard sample for evaluating surface metal contamination of Ni, Co, and Sn in the present invention and results of surface metal analysis by TOF-SIMS will be described.
The wafer used as a standard sample for surface metal contamination evaluation was a p-type PW wafer with a diameter of 150 mm and a resistivity of 9 to 12 Ω·cm that had been subjected to final cleaning in the silicon substrate manufacturing process.
(Wafer surface cleaning process)
In order to make this wafer clean, it is first placed in an ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution at 80°C to remove particles, etc., then the native oxide film containing metal impurities is removed in a 1% HF aqueous solution, and then After removing metal impurities by placing it in a hydrochloric acid-hydrogen peroxide aqueous solution at 10°C, the natural oxide film is finally removed with a 1% HF aqueous solution.

(酸化還元電位調整工程~浸漬処理工程)
上記洗浄工程とは別に、一定量の金属不純物を含む下記のHF水溶液を準備した。
25℃の1%HF水溶液に、富士フィルム和光純薬製1000ppm標準液のNi(NO、CoCl、SnClがそれぞれ10ppbとなるように調整するとともに、水素ガスを1L/minの流量で当該HF水溶液中にブローしてバブリングさせ、攪拌して溶液電位を調整しながら、溶液電位とpHを測定した。溶液電位およびpHは、HORIBA製マルチデジタル水質計WQ-300を用いて測定した。溶液電位がNi、Snをそれぞれ含むHF水溶液では-0.4V、Coを含むHF水溶液では-0.42Vとなるまで水素ガスブローを続けてから、上記ウェーハを3分間浸漬処理した。
(Oxidation-reduction potential adjustment process ~ immersion treatment process)
Apart from the above washing step, the following HF aqueous solution containing a certain amount of metal impurities was prepared.
Ni(NO 3 ) 2 , CoCl 2 , and SnCl 4 in 1000 ppm standard solution manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries were adjusted to 10 ppb each in a 1% HF aqueous solution at 25°C, and hydrogen gas was added at a flow rate of 1 L/min. The solution potential and pH were measured while blowing and bubbling into the HF aqueous solution and adjusting the solution potential by stirring. The solution potential and pH were measured using a multi-digital water quality meter WQ-300 manufactured by HORIBA. Hydrogen gas blowing was continued until the solution potential became -0.4 V for the HF aqueous solution containing Ni and Sn, and -0.42 V for the HF aqueous solution containing Co, and then the wafer was immersed for 3 minutes.

(リンス工程~乾燥工程)
上記の浸漬処理をしたウェーハを超純水で10分間水洗し、最後に3000rpmで20秒間スピン乾燥した。
それらの試料表面のNi、Co、Sn濃度は、前述の図3~図5の各溶液濃度0.01ppmに示すとおりである。
上記試料を10枚作製した。
(Rinse process - drying process)
The wafer subjected to the above immersion treatment was washed with ultrapure water for 10 minutes, and finally spin-dried at 3000 rpm for 20 seconds.
The Ni, Co, and Sn concentrations on the surfaces of these samples are as shown in the respective solution concentrations of 0.01 ppm in FIGS. 3 to 5 described above.
Ten of the above samples were produced.

(金属不純物の評価工程)
つぎに作製した試料をTOF-SIMS(アルバック・ファイ社製nano-TOF II)に導入し、Biイオン源による正二次イオンの分析を行った。分析は、Ni(質量数58)、Co(質量数59)、Sn(質量数120)とし、それぞれの質量スペクトルを取得した。その結果を図6~図8に示す。
(Metal impurity evaluation process)
Next, the prepared sample was introduced into TOF-SIMS (nano-TOF II manufactured by ULVAC-PHI), and positive secondary ions were analyzed using a Bi ion source. The analysis was performed on Ni (mass number 58), Co (mass number 59), and Sn (mass number 120), and mass spectra were obtained for each. The results are shown in FIGS. 6 to 8.

質量スペクトルを取得する場合に重要なのが、試料表面が導電性か否か、対象イオンの近くに妨害イオンの存在があるか否かであり、特に、試料表面が非導電性で、近くに妨害イオンが存在し、且つ妨害イオン強度が高い場合は、質量干渉や試料電位の変動により質量スペクトルの各質量ピークがブロードとなり、定量性が悪化する問題がある。酸化膜の形成や有機物の付着が生じる従来法ではこのような問題がある。
しかし本発明においては、HF処理を行っているため試料表面に酸化膜は存在せず、また、有機溶媒も用いていないため過剰な有機成分も検出されず、対象イオン(Ni、Co、Sn)と妨害イオン(29Si28SiCHO、C)がきちんと分離しており、定量性には問題ないことを示している。また、後述するように比較例1、2と比べて分析値のばらつきが小さく、再現性は十分高いと言える。
What is important when acquiring a mass spectrum is whether the sample surface is conductive or not, and whether there are interfering ions near the target ions. When ions are present and the interfering ion intensity is high, each mass peak in the mass spectrum becomes broad due to mass interference and fluctuations in sample potential, resulting in a problem of poor quantitative performance. Conventional methods that cause formation of oxide films and adhesion of organic substances have such problems.
However, in the present invention, since HF treatment is performed, there is no oxide film on the sample surface, and since no organic solvent is used, excessive organic components are not detected, and target ions (Ni, Co, Sn) and interfering ions ( 29 Si 2 , 28 SiCH 3 O, C 6 O 3 ) were properly separated, indicating that there was no problem in quantitative performance. Furthermore, as will be described later, the variation in analysis values is smaller than in Comparative Examples 1 and 2, and it can be said that the reproducibility is sufficiently high.

こうして得られたウェーハをTOF-SIMSの標準試料として用いることにより、実際に評価対象のシリコンウェーハの金属汚染を評価する場合に精度の高い不純物評価が可能になる。 By using the wafer thus obtained as a standard sample for TOF-SIMS, highly accurate impurity evaluation is possible when actually evaluating metal contamination of a silicon wafer to be evaluated.

(比較例1)
比較例1として、特許文献1に記載の方法について記す。
表面金属汚染評価用標準試料としてのウェーハは、実施例と同様のシリコンウェーハを用いた。
このウェーハをまず清浄な状態にするため、80℃のアンモニア-過酸化水素水溶液に10分間入れパーティクル等を除去し、つぎに1%のHF水溶液に5分間入れ金属不純物を含んだ自然酸化膜を除去、つぎに80℃の塩酸-過酸化水素水溶液に10分間入れ金属不純物を除去するとともに、ウェーハ表面に自然酸化膜を形成した。
(Comparative example 1)
As Comparative Example 1, the method described in Patent Document 1 will be described.
The same silicon wafer as in the example was used as a wafer as a standard sample for surface metal contamination evaluation.
To clean this wafer, it was first placed in an ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution at 80°C for 10 minutes to remove particles, and then placed in a 1% HF aqueous solution for 5 minutes to remove the natural oxide film containing metal impurities. The wafer was then placed in a hydrochloric acid-hydrogen peroxide aqueous solution at 80° C. for 10 minutes to remove metal impurities and form a natural oxide film on the wafer surface.

上記処理とは別に一定量の金属不純物を含むアルカリ性過酸化水素水溶液(29%アンモニア水と31%過酸化水素水の混合水溶液)にNi(NOが10ppbとなるように調整し、溶液を80℃に加熱した。加熱した溶液に上記ウェーハを入れ、10分間浸漬処理した。
浸漬処理したウェーハを取り出し、純水中で10分間水洗した後、3000rpmで20秒間スピン乾燥した。
上記試料を10枚作製し、実施例と同様にTOF-SIMSで分析した結果を図9に示す。また、分析値(積分強度)に関して、10枚の平均値とそのばらつきを実施例と比較例1とで比較した結果を図10~図11に示す。
Apart from the above treatment, Ni(NO 3 ) 2 was adjusted to 10 ppb in an alkaline hydrogen peroxide aqueous solution (mixed aqueous solution of 29% ammonia water and 31% hydrogen peroxide water) containing a certain amount of metal impurities. was heated to 80°C. The wafer was placed in a heated solution and immersed for 10 minutes.
The immersed wafer was taken out, washed in pure water for 10 minutes, and then spin-dried at 3000 rpm for 20 seconds.
Ten of the above samples were prepared and analyzed by TOF-SIMS in the same manner as in the example. The results are shown in FIG. Furthermore, regarding the analysis value (integrated intensity), the results of comparing the average value of 10 sheets and its variation between Example and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 10 and 11.

比較例1における試料では酸化膜中あるいは酸化膜表面に汚染金属が存在しているが、TOF-SIMS分析では酸化膜(絶縁膜)の存在によりチャージアップによって試料電位の変動の影響を受け、質量スペクトルの各質量ピークがブロードとなり質量干渉している(図9参照)。そのため、本来の値(実施例)よりも高い分析値となっている(図10参照)。また、同理由から酸化膜が存在しない実施例の場合に比べて分析値がばらついていると考えられる(図11参照)。 In the sample in Comparative Example 1, contaminant metal exists in the oxide film or on the surface of the oxide film, but in TOF-SIMS analysis, due to the presence of the oxide film (insulating film), the sample potential is affected by charge-up, and the mass Each mass peak in the spectrum becomes broad and causes mass interference (see FIG. 9). Therefore, the analysis value is higher than the original value (Example) (see FIG. 10). Furthermore, for the same reason, it is considered that the analytical values are more dispersed than in the case of the example in which no oxide film is present (see FIG. 11).

(比較例2)
つぎに、比較例2として、特許文献3に記載の方法について記す。
表面金属汚染評価用標準試料としてのウェーハは、実施例と同様のシリコンウェーハを用いた。
このウェーハをまず清浄な状態にするため、25℃の1%のHF水溶液で5分間浸漬処理後、純水リンスを10分間行い、65℃のアンモニア―過酸化水素水溶液(1%アンモニア/5%過酸化水素)で10分間浸漬処理後、純水リンスを10分間行い、ウェーハを自然乾燥させた。
(Comparative example 2)
Next, as Comparative Example 2, the method described in Patent Document 3 will be described.
The same silicon wafer as in the example was used as a wafer as a standard sample for surface metal contamination evaluation.
To make this wafer clean, first, it was immersed in a 1% HF aqueous solution at 25°C for 5 minutes, then rinsed with pure water for 10 minutes, and then rinsed in a 65°C ammonia-hydrogen peroxide solution (1% ammonia/5% After the wafer was immersed in hydrogen peroxide (hydrogen peroxide) for 10 minutes, the wafer was rinsed with pure water for 10 minutes, and then air-dried.

つぎにこのウェーハに対し、CoCl溶液、SnCl溶液がそれぞれ10ppbとなるように調整したイソプロパノール含有溶液1mLをウェーハ表面に滴下し自然乾燥させた後、当該ウェーハを150℃の水素ガス雰囲気中で還元処理を行った。
また、上記試料を10枚作製し、実施例と同様にTOF-SIMSで分析した結果を図12~図15に示す。
Next, 1 mL of an isopropanol-containing solution containing 10 ppb of each of CoCl 2 solution and SnCl 4 solution was dropped onto the wafer surface and air-dried, and then the wafer was placed in a hydrogen gas atmosphere at 150°C. Reduction processing was performed.
Furthermore, ten of the above samples were prepared and analyzed by TOF-SIMS in the same manner as in the example. The results are shown in FIGS. 12 to 15.

比較例2における試料では還元処理によりウェーハ表面の自然酸化膜が消失するとともに、各金属塩化物は中性金属に変化したと同文献から推測される。一方、還元処理によりイソプロパノールを構成する有機成分は揮発したと思われるが、TOF-SIMS測定の結果からCo分析における妨害分子イオンであるSiCHOや、Sn分析における妨害分子イオンであるCが、ばらつきがありながらも何れも実施例よりも高い濃度で検出され、Co、Snそれぞれに質量干渉を起こしている(図12、図13参照)。そしてそれが本来の値(実施例)よりも高い分析値の原因や(図14参照)、分析値のばらつきの原因となっていると考えられる(図15参照)。 It is presumed from the same document that in the sample of Comparative Example 2, the natural oxide film on the wafer surface disappeared due to the reduction treatment, and each metal chloride changed to a neutral metal. On the other hand, the organic components constituting isopropanol are thought to have volatilized due to the reduction treatment, but the results of TOF-SIMS measurements show that SiCH 3 O, which is an interfering molecular ion in Co analysis, and C 6 O, which is an interfering molecular ion in Sn analysis, 3 was detected at a higher concentration than in the example, although there were variations, causing mass interference with each of Co and Sn (see FIGS. 12 and 13). This is considered to be the cause of the analysis value being higher than the original value (example) (see FIG. 14) and the cause of variation in the analysis value (see FIG. 15).

本明細書は、以下の態様を包含する。
[1]: シリコンウェーハの表面金属汚染分析において用いられる所定の金属不純物を定量汚染させた標準試料の作製方法であって、
前記標準試料用に用意したシリコンウェーハの表面不純物を除去するウェーハ表面洗浄工程と、
前記所定の金属不純物をフッ化水素酸水溶液中に溶解し、該フッ化水素酸水溶液中の前記所定の金属不純物が中性原子の状態になるまで酸化還元電位を下げる酸化還元電位調整工程と、
該酸化還元電位調整工程後のフッ化水素酸水溶液中に、前記ウェーハ表面洗浄工程後のシリコンウェーハを浸漬処理する工程と、
該浸漬処理工程後のシリコンウェーハに付着したフッ化水素酸水溶液を除去するリンス工程と、
該リンス工程後のシリコンウェーハを乾燥する工程を有し、
前記標準試料用のシリコンウェーハの表面に前記所定の金属不純物を定量汚染させた標準試料を作製する表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。
[2]: 前記酸化還元電位調整工程において、前記フッ化水素酸水溶液中に水素ガスブローにより水素ガスをバブリングさせてフッ化水素酸水溶液を還元して酸化還元電位を下げる上記[1]の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。
[3]: 前記酸化還元電位調整工程において、前記フッ化水素酸水溶液中に溶解する前記所定の金属不純物を、Ni、Co、Snのいずれか1つ以上とする上記[1]または上記[2]の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。
[4]: 前記乾燥工程後のシリコンウェーハの表面の前記所定の金属不純物を二次イオン質量分析装置により定量し、該定量したシリコンウェーハを前記二次イオン質量分析装置の標準試料とする上記[1]から上記[3]のいずれかの表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。
[5]: 前記二次イオン質量分析装置を飛行時間型二次イオン質量分析装置とする上記[4]の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。
The specification includes the following aspects.
[1]: A method for preparing a standard sample that is quantitatively contaminated with a predetermined metal impurity used in surface metal contamination analysis of silicon wafers, the method comprising:
a wafer surface cleaning step of removing surface impurities from the silicon wafer prepared for the standard sample;
A redox potential adjustment step of dissolving the predetermined metal impurity in a hydrofluoric acid aqueous solution and lowering the redox potential until the predetermined metal impurity in the hydrofluoric acid aqueous solution becomes a neutral atom state;
A step of immersing the silicon wafer after the wafer surface cleaning step in the hydrofluoric acid aqueous solution after the oxidation-reduction potential adjustment step;
a rinsing step for removing the hydrofluoric acid aqueous solution adhering to the silicon wafer after the immersion treatment step;
A step of drying the silicon wafer after the rinsing step,
A method for producing a standard sample for surface metal contamination evaluation, comprising producing a standard sample in which the surface of a silicon wafer for the standard sample is contaminated with a quantitative amount of the predetermined metal impurity.
[2]: In the redox potential adjustment step, the surface metal of [1] above, in which hydrogen gas is bubbled into the hydrofluoric acid aqueous solution by hydrogen gas blowing to reduce the hydrofluoric acid aqueous solution and lower the redox potential. Method for preparing standard samples for contamination evaluation.
[3]: In the redox potential adjustment step, the predetermined metal impurity dissolved in the hydrofluoric acid aqueous solution is any one or more of Ni, Co, and Sn. ] Method for preparing standard samples for surface metal contamination evaluation.
[4]: The predetermined metal impurity on the surface of the silicon wafer after the drying step is quantified by a secondary ion mass spectrometer, and the quantified silicon wafer is used as a standard sample for the secondary ion mass spectrometer. The method for preparing a standard sample for surface metal contamination evaluation according to any one of [1] to [3] above.
[5]: The method for preparing a standard sample for surface metal contamination evaluation according to [4] above, wherein the secondary ion mass spectrometer is a time-of-flight secondary ion mass spectrometer.

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 Note that the present invention is not limited to the above embodiments. The above-mentioned embodiments are illustrative, and any embodiment that has substantially the same configuration as the technical idea stated in the claims of the present invention and has similar effects is the present invention. within the technical scope of the invention.

Claims (12)

シリコンウェーハの表面金属汚染分析において用いられる所定の金属不純物を定量汚染させた標準試料の作製方法であって、
前記標準試料用に用意したシリコンウェーハの表面不純物を除去するウェーハ表面洗浄工程と、
前記所定の金属不純物をフッ化水素酸水溶液中に溶解し、該フッ化水素酸水溶液中の前記所定の金属不純物が中性原子の状態になるまで酸化還元電位を下げる酸化還元電位調整工程と、
該酸化還元電位調整工程後のフッ化水素酸水溶液中に、前記ウェーハ表面洗浄工程後のシリコンウェーハを浸漬処理する工程と、
該浸漬処理工程後のシリコンウェーハに付着したフッ化水素酸水溶液を除去するリンス工程と、
該リンス工程後のシリコンウェーハを乾燥する工程を有し、
前記標準試料用のシリコンウェーハの表面に前記所定の金属不純物を定量汚染させた標準試料を作製することを特徴とする表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。
A method for preparing a standard sample contaminated with a predetermined metal impurity quantitatively for use in surface metal contamination analysis of silicon wafers, the method comprising:
a wafer surface cleaning step of removing surface impurities from the silicon wafer prepared for the standard sample;
A redox potential adjustment step of dissolving the predetermined metal impurity in a hydrofluoric acid aqueous solution and lowering the redox potential until the predetermined metal impurity in the hydrofluoric acid aqueous solution becomes a neutral atom state;
A step of immersing the silicon wafer after the wafer surface cleaning step in the hydrofluoric acid aqueous solution after the oxidation-reduction potential adjustment step;
a rinsing step for removing the hydrofluoric acid aqueous solution adhering to the silicon wafer after the immersion treatment step;
A step of drying the silicon wafer after the rinsing step,
A method for producing a standard sample for evaluating surface metal contamination, comprising producing a standard sample in which the surface of a silicon wafer for use as a standard sample is contaminated with a quantitative amount of the predetermined metal impurity.
前記酸化還元電位調整工程において、前記フッ化水素酸水溶液中に水素ガスブローにより水素ガスをバブリングさせてフッ化水素酸水溶液を還元して酸化還元電位を下げることを特徴とする請求項1に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 2. The method according to claim 1, wherein in the redox potential adjustment step, hydrogen gas is bubbled into the hydrofluoric acid aqueous solution by hydrogen gas blowing to reduce the hydrofluoric acid aqueous solution and lower the redox potential. Method for preparing standard samples for surface metal contamination evaluation. 前記酸化還元電位調整工程において、前記フッ化水素酸水溶液中に溶解する前記所定の金属不純物を、Ni、Co、Snのいずれか1つ以上とすることを特徴とする請求項1に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 The surface according to claim 1, wherein in the redox potential adjustment step, the predetermined metal impurity dissolved in the hydrofluoric acid aqueous solution is any one or more of Ni, Co, and Sn. Method for preparing standard samples for metal contamination evaluation. 前記酸化還元電位調整工程において、前記フッ化水素酸水溶液中に溶解する前記所定の金属不純物を、Ni、Co、Snのいずれか1つ以上とすることを特徴とする請求項2に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 The surface according to claim 2, wherein in the redox potential adjustment step, the predetermined metal impurity dissolved in the hydrofluoric acid aqueous solution is any one or more of Ni, Co, and Sn. Method for preparing standard samples for metal contamination evaluation. 前記乾燥工程後のシリコンウェーハの表面の前記所定の金属不純物を二次イオン質量分析装置により定量し、該定量したシリコンウェーハを前記二次イオン質量分析装置の標準試料とすることを特徴とする請求項1に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 A claim characterized in that the predetermined metal impurity on the surface of the silicon wafer after the drying step is quantified by a secondary ion mass spectrometer, and the quantified silicon wafer is used as a standard sample for the secondary ion mass spectrometer. A method for preparing a standard sample for surface metal contamination evaluation according to item 1. 前記乾燥工程後のシリコンウェーハの表面の前記所定の金属不純物を二次イオン質量分析装置により定量し、該定量したシリコンウェーハを前記二次イオン質量分析装置の標準試料とすることを特徴とする請求項2に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 A claim characterized in that the predetermined metal impurity on the surface of the silicon wafer after the drying step is quantified by a secondary ion mass spectrometer, and the quantified silicon wafer is used as a standard sample for the secondary ion mass spectrometer. A method for preparing a standard sample for surface metal contamination evaluation according to item 2. 前記乾燥工程後のシリコンウェーハの表面の前記所定の金属不純物を二次イオン質量分析装置により定量し、該定量したシリコンウェーハを前記二次イオン質量分析装置の標準試料とすることを特徴とする請求項3に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 A claim characterized in that the predetermined metal impurity on the surface of the silicon wafer after the drying step is quantified by a secondary ion mass spectrometer, and the quantified silicon wafer is used as a standard sample for the secondary ion mass spectrometer. A method for preparing a standard sample for surface metal contamination evaluation according to item 3. 前記乾燥工程後のシリコンウェーハの表面の前記所定の金属不純物を二次イオン質量分析装置により定量し、該定量したシリコンウェーハを前記二次イオン質量分析装置の標準試料とすることを特徴とする請求項4に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 A claim characterized in that the predetermined metal impurity on the surface of the silicon wafer after the drying step is quantified by a secondary ion mass spectrometer, and the quantified silicon wafer is used as a standard sample for the secondary ion mass spectrometer. A method for preparing a standard sample for surface metal contamination evaluation according to item 4. 前記二次イオン質量分析装置を飛行時間型二次イオン質量分析装置とすることを特徴とする請求項5に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 6. The method for preparing a standard sample for evaluating surface metal contamination according to claim 5, wherein the secondary ion mass spectrometer is a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. 前記二次イオン質量分析装置を飛行時間型二次イオン質量分析装置とすることを特徴とする請求項6に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 7. The method for preparing a standard sample for evaluating surface metal contamination according to claim 6, wherein the secondary ion mass spectrometer is a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. 前記二次イオン質量分析装置を飛行時間型二次イオン質量分析装置とすることを特徴とする請求項7に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 8. The method for preparing a standard sample for evaluating surface metal contamination according to claim 7, wherein the secondary ion mass spectrometer is a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. 前記二次イオン質量分析装置を飛行時間型二次イオン質量分析装置とすることを特徴とする請求項8に記載の表面金属汚染評価用標準試料の作製方法。 9. The method for preparing a standard sample for evaluating surface metal contamination according to claim 8, wherein the secondary ion mass spectrometer is a time-of-flight secondary ion mass spectrometer.
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