JP2024003336A - Semiconductor wafer impurity measurement method and impurity measurement jig - Google Patents

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大 梁取
Masaru Yanatori
誠司 谷池
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor wafer impurity measurement method and an impurity measurement jig that can accurately measure the impurity concentration of a semiconductor wafer in analyzing impurities contained in the semiconductor wafer.
SOLUTION: A semiconductor wafer impurity measurement method includes the steps of: creating a first test piece SL1 from which a main surface of a semiconductor wafer W is not removed and a second test piece SL2 from which a part of the main surface of the semiconductor wafer W is removed to a predetermined depth in a thickness direction; performing gas phase decomposition on the first test piece and the second test piece in a closed space; dissolving the first test piece and the second test piece that have been subjected to gas phase decomposition to form respective liquid samples; performing mass spectrometry on each of the two liquid samples; and measuring the impurity concentration from a difference between the mass spectrometry results for the two liquid samples.
SELECTED DRAWING: Figure 1
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Description

本発明は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハに含まれる金属不純物の濃度を測定する半導体ウェーハの不純物測定方法及び不純物測定用治具に関する。 The present invention relates to a semiconductor wafer impurity measurement method and an impurity measurement jig for measuring the concentration of metal impurities contained in a semiconductor wafer such as a silicon wafer.

従来から、シリコンウェーハ及び結晶の品質管理において、シリコンウェーハに含まれる金属不純物を原子吸光光度計、ICP発光分析計、またはICP質量分析計にて測定し、分析することが行われている。
例えば、シリコンウェーハに含まれる金属不純物の深さ方向の分析を評価する際には、エッチングにより表層部を除去し、その部分に含まれる金属不純物を測定している。
Conventionally, in quality control of silicon wafers and crystals, metal impurities contained in silicon wafers have been measured and analyzed using an atomic absorption spectrophotometer, an ICP emission spectrometer, or an ICP mass spectrometer.
For example, when evaluating the depth analysis of metal impurities contained in a silicon wafer, the surface layer is removed by etching and the metal impurities contained in that part is measured.

特許文献1(特開平7-333121号公報)には、密閉空間系を構成する密閉収容器内に、珪素質分析試料(シリコンウェーハの試料)を載置した分析試料容器(蒸発皿)及び試料分解用溶液(フッ化水素酸と硝酸の混酸)を、それぞれ接触させることなく隔離状態で収納した後、前記密閉収容器を加温し、珪素質分析試料を分解昇華(気相分解)させ、該分析試料容器内の残存物を回収し、これを分析することが記載されている。 Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-333121) discloses an analysis sample container (evaporation dish) in which a silicon analysis sample (silicon wafer sample) is placed in a closed container constituting a closed space system, and the sample. After storing the decomposition solution (mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid) in an isolated state without contacting each other, the sealed container is heated to decompose and sublimate (vapor phase decomposition) the siliceous analysis sample, It is described that the residue in the analysis sample container is collected and analyzed.

また、特許文献2(特開2007-208198号公報)には、半導体基板の主面を、開口を有する保護板でマスクし、前記保護板の開口内にエッチング液で満たし、前記半導体基板の表層をエッチングする第1の工程と、前記エッチング液を回収し(液相分解し)、半導体基板の表層中の不純物を分析する第2の工程とを有する不純物分析方法が開示されている。 Further, Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-open No. 2007-208198) discloses that the main surface of a semiconductor substrate is masked with a protective plate having an opening, the opening of the protective plate is filled with an etching solution, and the surface of the semiconductor substrate is An impurity analysis method is disclosed that includes a first step of etching the etching solution, and a second step of collecting the etching solution (liquid phase decomposition) and analyzing impurities in the surface layer of the semiconductor substrate.

特開平7-333121号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-333121 特開2007-208198号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-208198

特許文献1に開示されるように密閉容器内において、試料分解用溶液(フッ化水素酸と硝酸の混酸)による試料の気相分解を行う場合、試料の分解残渣は残り難いが、分解残渣が残った場合には、検出感度が低下するという課題があった。
また、特許文献2に開示されるようにエッチング液による液相分解を行う場合、酸薬液に含まれる金属不純物が試料溶液中に残り、検出の精度が悪化するという課題があった。
When performing gas phase decomposition of a sample using a sample decomposition solution (mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid) in a closed container as disclosed in Patent Document 1, decomposition residues of the sample are unlikely to remain; If it remains, there is a problem that the detection sensitivity decreases.
Further, when performing liquid phase decomposition using an etching solution as disclosed in Patent Document 2, metal impurities contained in the acid solution remain in the sample solution, resulting in a problem in that detection accuracy deteriorates.

本発明は、上記事情のもとになされたものであり、半導体ウェーハに含まれる不純物の分析において、半導体ウェーハの不純物濃度を精度良く測定することのできる半導体ウェーハの不純物測定方法及び不純物測定用治具を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the above circumstances, and provides a semiconductor wafer impurity measurement method and impurity measurement tool that can accurately measure the impurity concentration of a semiconductor wafer in the analysis of impurities contained in the semiconductor wafer. The purpose is to provide ingredients.

前記課題を解決するためになされた、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法は、面方向に同面積で複数形成され、厚さ方向に貫通する第1の開口を備える上部治具と、前記第1の開口の位置に合わせて形成され、厚さ方向に貫通する複数の第2の開口を備える下部治具との間に半導体ウェーハを挟むステップと、複数の前記第1の開口の一つにエッチング液を入れ、該第1の開口に面する半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に除去するステップと、複数の有底孔を有する蒸発皿の上に、前記複数の第2の開口の位置を合わせて前記下部治具を配置するステップと、前記半導体ウェーハを挟んだ前記上部治具と前記下部治具とを前記蒸発皿とともに密閉容器内に配置し、前記密閉容器の底部に試料分解用溶液を入れ、前記密閉容器を加温して前記第1の開口に面する半導体ウェーハを気相分解するステップと、前記気相分解により前記蒸発皿に回収された試料から形成した、半導体ウェーハの主面がエッチングされていない第1の液体試料と、半導体ウェーハの主面の一部がエッチングにより除去された第2の液体試料とについて質量分析測定を行うステップと、前記第1、第2の液体試料の測定結果の差分に基づき、エッチングにより除去された半導体ウェーハの表層の不純物分濃度を算出するステップと、を備えることに特徴を有する。 A method for measuring impurities in a semiconductor wafer according to the present invention, which has been made to solve the above problems, includes: an upper jig provided with a plurality of first openings formed with the same area in the surface direction and penetrating in the thickness direction; sandwiching the semiconductor wafer between a lower jig provided with a plurality of second apertures formed to match the position of the first aperture and penetrating in the thickness direction; and one of the plurality of first apertures. a step of removing a part of the main surface of the semiconductor wafer facing the first opening in the thickness direction; arranging the lower jig with the openings aligned; arranging the upper jig and the lower jig sandwiching the semiconductor wafer in a closed container together with the evaporation dish; a sample decomposition solution is poured into the container, and the semiconductor wafer facing the first opening is subjected to vapor phase decomposition by heating the closed container; , performing mass spectrometry measurements on a first liquid sample in which the main surface of the semiconductor wafer is not etched, and a second liquid sample in which a part of the main surface of the semiconductor wafer is removed by etching; , calculating the concentration of impurities in the surface layer of the semiconductor wafer removed by etching based on the difference between the measurement results of the second liquid sample.

或いは、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法は、面方向に同面積で複数形成され、厚さ方向に貫通する第1の開口を備える上部治具と、前記第1の開口の位置に合わせて形成され、厚さ方向に貫通する複数の第2の開口を備える下部治具との間に半導体ウェーハを挟むステップと、複数の前記第1の開口の一つにエッチング液を入れ、該第1の開口に面する半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に第1の深さだけ除去するステップと、複数の前記第1の開口の他の一つにエッチング液を入れ、該第1の開口に面する半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に第2の深さだけ除去するステップと、複数の有底孔を有する蒸発皿の上に、前記複数の第2の開口の位置を合わせて前記下部治具を配置するステップと、前記半導体ウェーハを挟んだ前記上部治具と前記下部治具とを前記蒸発皿とともに密閉容器内に配置し、前記密閉容器の底部に試料分解用溶液を入れ、前記密閉容器を加温して前記第1の開口に面する半導体ウェーハを気相分解するステップと、前記気相分解により前記蒸発皿に回収された試料から形成した、半導体ウェーハの主面の一部が第1の深さだけ除去された第1の液体試料と、半導体ウェーハの主面の一部が第2の深さだけ除去された第2の液体試料とについて質量分析測定を行うステップと、前記第1、第2の液体試料の測定結果の差分に基づき、半導体ウェーハの表層の不純物分濃度を算出するステップと、を備えることに特徴を有する。 Alternatively, the method for measuring impurities in a semiconductor wafer according to the present invention, which has been made in order to solve the above problems, includes: , sandwiching the semiconductor wafer between a lower jig provided with a plurality of second apertures formed to match the positions of the first apertures and penetrating in the thickness direction; filling one of the plurality of first openings with an etching solution and removing a part of the main surface of the semiconductor wafer facing the first opening by a first depth in the thickness direction; an evaporation dish having a plurality of bottomed holes; arranging the lower jig above with the plurality of second openings aligned; and placing the upper jig and the lower jig sandwiching the semiconductor wafer in a sealed container together with the evaporation dish. placing a sample decomposition solution in the bottom of the sealed container, heating the sealed container to perform vapor phase decomposition of the semiconductor wafer facing the first opening; a first liquid sample formed from a sample collected in , in which a portion of the main surface of the semiconductor wafer is removed by a first depth; and a first liquid sample in which a portion of the main surface of the semiconductor wafer is removed by a second depth; and calculating the concentration of impurities in the surface layer of the semiconductor wafer based on the difference between the measurement results of the first and second liquid samples. It has particular characteristics.

このような方法によれば、半導体ウェーハを劈開する必要がないため、容易に金属不純物の測定を行うことができる。
また、半導体ウェーハを気相分解するため、薬液に含まれる不純物の影響を受けず、液相分解による分析方法と比べて、検出感度を向上することができる。また、密閉空間において気相分解を行うため分解残渣が残りにくく、同一の半導体ウェーハから得た2つの試料に対し、同一処理空間内かつ同一条件下で気相分解するため、精度の高い測定結果を得ることができる。また、エッチングによる除去量を調節することで測定する深さを任意に設定することができる。
According to such a method, since there is no need to cleave the semiconductor wafer, metal impurities can be easily measured.
Furthermore, since the semiconductor wafer is subjected to gas phase decomposition, it is not affected by impurities contained in the chemical solution, and detection sensitivity can be improved compared to an analysis method using liquid phase decomposition. In addition, since gas phase decomposition is performed in a closed space, no decomposition residue remains, and two samples obtained from the same semiconductor wafer are subjected to gas phase decomposition in the same processing space and under the same conditions, resulting in highly accurate measurement results. can be obtained. Furthermore, the depth to be measured can be arbitrarily set by adjusting the amount removed by etching.

また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る不純物測定用治具は、前記半導体ウェーハの不純物測定方法に用いられ、底部に試料分解用溶液が入れられた密閉容器内に配置され、半導体ウェーハの気相分解に用いられる不純物測定用治具であって、面方向に同面積で複数形成され、厚さ方向に貫通する第1の開口を備える上部治具と、複数の前記第1の開口の位置に合わせて形成され、厚さ方向に貫通する複数の第2の開口を有し、前記上部治具との間で半導体ウェーハを挟む下部治具と、前記第2の開口の位置に合わせて形成された複数の有底孔を有する蒸発皿とを備え、前記上部治具の第1の開口は、前記半導体ウェーハに対し、任意の深さがエッチングされた試料の形成に用いられるとともに、前記試料分解用溶液の揮発による該第1の開口に面する半導体ウェーハの気相分解に用いられ、気相分解された試料が前記蒸発皿の有底孔に回収されることに特徴を有する。 Further, the impurity measuring jig according to the present invention, which was made to solve the above problem, is used in the method for measuring impurities in semiconductor wafers, and is placed in a closed container in which a sample decomposition solution is placed in the bottom. , an impurity measuring jig used for vapor phase decomposition of semiconductor wafers, comprising: an upper jig having a plurality of first openings formed with the same area in the surface direction and penetrating in the thickness direction; a lower jig that is formed to match the position of the first opening and has a plurality of second openings penetrating in the thickness direction, and that sandwiches the semiconductor wafer between the lower jig and the upper jig; and an evaporation dish having a plurality of bottomed holes formed in accordance with the positions, and the first opening of the upper jig is used for forming a sample etched to an arbitrary depth on the semiconductor wafer. and is used for vapor phase decomposition of the semiconductor wafer facing the first opening by volatilization of the sample decomposition solution, and the vapor phase decomposed sample is collected into the bottomed hole of the evaporation dish. has.

或いは、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法は、半導体ウェーハに含まれる不純物の分析を行う半導体ウェーハの不純物測定方法であって、前記半導体ウェーハの主面を除去していない第1の試験片と、前記第1の試験片と同面積であって、前記半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に所定の深さ除去した第2の試験片とを作成するステップと、前記第1の試験片と前記第2の試験片に対し密閉空間で気相分解を行うステップと、気相分解した前記第1の試験片と前記第2の試験片とを溶液とし、それぞれ液体試料を形成するステップと、前記2つの液体試料に対し、それぞれ質量分析を行うステップと、前記2つの液体試料に対する質量分析の結果の差分から不純物濃度を測定するステップと、を備えることに特徴を有する。 Alternatively, the method for measuring impurities in a semiconductor wafer according to the present invention, which has been made in order to solve the above problems, is a method for measuring impurities in a semiconductor wafer, which analyzes impurities contained in the semiconductor wafer. A first test piece that has not been removed, and a second test piece that has the same area as the first test piece and that has a part of the main surface of the semiconductor wafer removed to a predetermined depth in the thickness direction. a step of performing gas phase decomposition on the first test piece and the second test piece in a closed space; and a step of performing gas phase decomposition on the first test piece and the second test piece. and a step of forming a liquid sample by using the two liquid samples as a solution, a step of performing mass spectrometry on each of the two liquid samples, and a step of measuring the impurity concentration from the difference between the mass spectrometry results for the two liquid samples. It is characterized by comprising the following.

このような方法によれば、試験片を気相分解するため、薬液に含まれる不純物の影響を受けず、液相分解による分析方法と比べて、検出感度を向上することができる。また、密閉空間において試験片の気相分解を行うため分解残渣が残りにくく、同一の半導体ウェーハから得た2つの試料に対し、同一処理空間内かつ同一条件下で気相分解するため、精度の高い測定結果を得ることができる。また、エッチングによる除去量を調節することで測定する深さを任意に設定することができる。 According to such a method, since the test piece is subjected to gas phase decomposition, it is not affected by impurities contained in the chemical solution, and detection sensitivity can be improved compared to an analysis method using liquid phase decomposition. In addition, since the test piece is subjected to vapor phase decomposition in a closed space, it is difficult to leave decomposition residues, and two samples obtained from the same semiconductor wafer are subjected to vapor phase decomposition in the same processing space and under the same conditions, which improves accuracy. High measurement results can be obtained. Furthermore, the depth to be measured can be arbitrarily set by adjusting the amount removed by etching.

或いは、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法は、半導体ウェーハに含まれる不純物の分析を行う半導体ウェーハの不純物測定方法であって、前記半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に第1の深さだけ除去した第1の試験片と、前記第1の試験片と同面積であって、前記半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に第2の深さだけ除去した第2の試験片とを作成するステップと、前記第1の試験片と前記第2の試験片に対し密閉空間で気相分解を行うステップと、気相分解した前記第1の試験片と前記第2の試験片とを溶液とし、それぞれ液体試料にするステップと、前記2つの液体試料に対し、それぞれ質量分析を行うステップと、前記2つの液体試料に対する質量分析の結果の差分から不純物濃度を測定するステップと、を備えることに特徴を有する。 Alternatively, the method for measuring impurities in a semiconductor wafer according to the present invention, which has been made in order to solve the above problems, is a method for measuring impurities in a semiconductor wafer, which analyzes impurities contained in the semiconductor wafer. a first test piece in which a part of the main surface of the semiconductor wafer is removed in the thickness direction by a first depth; creating a second test piece from which only a second depth has been removed; performing gas phase decomposition on the first test piece and the second test piece in a closed space; A step of converting the first test piece and the second test piece into a solution and making each into a liquid sample, performing mass spectrometry on each of the two liquid samples, and mass spectrometry on the two liquid samples. and measuring the impurity concentration from the difference between the results.

このような方法によれば、2つの試料のエッチング深さを任意の異なる位置にすることにより、任意の深さ範囲における金属不純物の濃度を測定することができる。 According to such a method, the concentration of metal impurities in an arbitrary depth range can be measured by etching the two samples to arbitrary different positions.

本発明によれば、半導体ウェーハに含まれる不純物の分析において、半導体ウェーハの不純物濃度を精度良く測定することのできる半導体ウェーハの不純物測定方法及び不純物測定用治具を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor wafer impurity measurement method and an impurity measurement jig that can accurately measure the impurity concentration of the semiconductor wafer in analyzing impurities contained in the semiconductor wafer.

図1は、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法の第1の実施の形態に用いる処理容器の模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a processing container used in a first embodiment of the method for measuring impurities in semiconductor wafers according to the present invention. 図2は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第1の実施の形態の流れを示すフローである。FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the first embodiment of the method for measuring impurities in semiconductor wafers of the present invention. 図3は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第2の実施の形態の流れを示すフローである。FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the second embodiment of the method for measuring impurities in semiconductor wafers of the present invention. 図4は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第2の実施の形態を説明するための半導体ウェーハの模式的な断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer for explaining the second embodiment of the method for measuring impurities in a semiconductor wafer of the present invention. 図5は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第2の実施の形態において試料の気相分解に用いる処理容器の模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a processing container used for gas phase decomposition of a sample in the second embodiment of the method for measuring impurities in semiconductor wafers of the present invention. 図6は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第3の実施の形態の流れを示すフローである。FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the third embodiment of the method for measuring impurities in semiconductor wafers of the present invention. 図7は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第3の実施の形態を説明するための半導体ウェーハの模式的な断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer for explaining the third embodiment of the method for measuring impurities in a semiconductor wafer of the present invention. 図8は、実施例の結果を示す棒グラフである。FIG. 8 is a bar graph showing the results of the example.

以下、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法及び不純物測定用治具について図面を用いながら説明する。ただし、本発明の一例として本実施形態を説明するものであり、本発明はこれに限定されるものではない。また、本実施形態においては、シリコンウェーハを用いて説明するが、シリコンウェーハに限定されず、SiCウェーハやGaNウェーハ等の半導体ウェーハであっても良い。以下に説明する半導体ウェーハの不純物測定方法は、シリコンウェーハの表層部分に含まれる金属不純物を分析するものである。 Hereinafter, a method for measuring impurities in a semiconductor wafer and a jig for measuring impurities according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, this embodiment will be described as an example of the present invention, and the present invention is not limited thereto. Furthermore, although this embodiment will be described using a silicon wafer, it is not limited to a silicon wafer, and may be a semiconductor wafer such as a SiC wafer or a GaN wafer. The method for measuring impurities in semiconductor wafers described below is for analyzing metal impurities contained in the surface layer of a silicon wafer.

最初に、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法の第1の実施の形態について説明する。本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法の第1の実施の形態では、図1に示す処理容器20を用いる。
図1に示す処理容器20は、内部空間を有し上方が開口する下側外筒管21と、下方が開口し、下端内周部が下側外筒管21の上端外周部に例えば螺合により嵌合する上側外筒管22とを備える。下側外筒管21の底部中央には、載置台21aが配置されている。
載置台21aの上には、複数の有底孔23aを有する蒸発皿23が載置され、この蒸発皿23の上には、ウェーハ治具30が載置されるように構成されている(蒸発皿23とウェーハ治具30とにより本発明の不純物測定用治具が構成される)。
First, a first embodiment of a method for measuring impurities in a semiconductor wafer according to the present invention will be described. In the first embodiment of the method for measuring impurities in semiconductor wafers according to the present invention, a processing container 20 shown in FIG. 1 is used.
The processing container 20 shown in FIG. 1 includes a lower outer cylindrical tube 21 which has an internal space and is open at the top, and a lower outer cylindrical tube 21 which is open at the bottom and whose lower end inner circumferential portion is screwed, for example, to the upper end outer circumferential portion of the lower outer cylindrical tube 21. The upper outer cylindrical tube 22 is fitted with the upper outer cylindrical tube 22. At the center of the bottom of the lower outer cylindrical tube 21, a mounting table 21a is arranged.
An evaporation dish 23 having a plurality of bottomed holes 23a is placed on the mounting table 21a, and a wafer jig 30 is placed on this evaporation dish 23 (evaporation plate 23). The dish 23 and the wafer jig 30 constitute the impurity measuring jig of the present invention).

ウェーハ治具30は、下側治具31と上側治具32とからなり、それらの間にシリコンウェーハWを挟み込むように構成されている。また、下側治具31と上側治具32には、蒸発皿23の有底孔23aの位置に合わせて、上下に貫通し、同面積に形成された複数の開口31a(第1の開口)、32a(第2の開口)がそれぞれ形成されている。 The wafer jig 30 includes a lower jig 31 and an upper jig 32, and is configured to sandwich the silicon wafer W therebetween. Further, in the lower jig 31 and the upper jig 32, a plurality of openings 31a (first openings) are formed to vertically penetrate and have the same area in accordance with the position of the bottomed hole 23a of the evaporating dish 23. , 32a (second openings) are formed respectively.

図2は、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法の第1の実施の形態の流れを示すフローである。
先ず、ウェーハ治具30にシリコンウェーハWを挟み込み、上側治具32の複数の開口32aからフッ化水素酸と硝酸の混酸を滴下し、エッチングを行う。このとき、例えば2つの開口32aからそれぞれフッ化水素酸と硝酸の混酸を入れ(滴下し)、それら2つの各開口32aに対応する領域におけるエッチングの深さは、互いに異なる任意の深さとなるように設定する(図2のステップSt1)。
FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the first embodiment of the method for measuring impurities in semiconductor wafers according to the present invention.
First, the silicon wafer W is sandwiched between the wafer jigs 30, and a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid is dropped from the plurality of openings 32a of the upper jig 32 to perform etching. At this time, for example, a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid is poured (dropped) into each of the two openings 32a, and the depth of etching in the area corresponding to each of the two openings 32a is set to an arbitrary depth that is different from each other. (Step St1 in FIG. 2).

次いで、図1に示すようにシリコンウェーハWを挟んだウェーハ治具30を処理容器20内の蒸発皿23上に配置する(図2のステップSt2)。このとき、ウェーハ治具30の開口31a、32aと、蒸発皿23の有底孔23aの位置を合わせて配置する。
また、下側外筒管21の底部にフッ化水素酸と硝酸の混合液2(試料分解用溶液)を入れ、処理容器20を例えば150℃のホットプレート10上で48時間加熱し、気相分解処理を行う(図2のステップSt3)。即ち、フッ化水素酸と硝酸の混合液2(HF+HNO)が揮発し、HF+HNOの気化した気相がウェーハ治具30の開口32aからシリコンウェーハWの上面に接触する。シリコンウェーハWの珪素(Si)質は、ケイフッ化水素酸(HSiF)や四フッ化珪素(SiF)として昇華する。昇華したケイフッ化水素酸(HSiF)や四フッ化珪素(SiF)は、フッ化水素酸と硝酸の混合液2(HF+HNO)に吸収され、蒸発皿23の複数の有底孔23aには、それぞれ金属不純物が残存する。
Next, as shown in FIG. 1, the wafer jig 30 holding the silicon wafer W therebetween is placed on the evaporation dish 23 in the processing container 20 (step St2 in FIG. 2). At this time, the openings 31a and 32a of the wafer jig 30 are aligned with the bottomed hole 23a of the evaporation dish 23.
In addition, a mixed solution 2 of hydrofluoric acid and nitric acid (sample decomposition solution) is put in the bottom of the lower outer cylindrical tube 21, and the processing container 20 is heated for 48 hours on a hot plate 10 at 150° C., and the gas phase is heated. A decomposition process is performed (step St3 in FIG. 2). That is, the mixed liquid 2 of hydrofluoric acid and nitric acid (HF+HNO 3 ) is volatilized, and the vaporized gas phase of HF+HNO 3 comes into contact with the upper surface of the silicon wafer W through the opening 32 a of the wafer jig 30 . The silicon (Si) substance of the silicon wafer W sublimates as hydrofluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ) or silicon tetrafluoride (SiF 4 ). The sublimated hydrofluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ) and silicon tetrafluoride (SiF 4 ) are absorbed into the mixed solution 2 of hydrofluoric acid and nitric acid (HF+HNO 3 ), and are absorbed into the plurality of bottomed holes of the evaporating dish 23. Metal impurities remain in each of 23a.

続けて蒸発皿23を取り出して、150℃のホットプレート上で乾燥するまで加熱し、各有底孔23aに1%硝酸1mlを入れて定容する(図2のステップSt4)。
そして、各有底孔23aの定容溶液(第1の液体試料、第2の液体試料)をICP-MS等でそれぞれ測定し、例えば任意の2つの有底孔23aの定容溶液の測定値の差から、エッチングの差分に対応するウェーハ表層部分の金属不純物濃度を評価する(図2のステップSt5)。
Subsequently, the evaporating dish 23 is taken out and heated on a 150° C. hot plate until dry, and 1 ml of 1% nitric acid is poured into each bottomed hole 23a to a constant volume (Step St4 in FIG. 2).
Then, each constant volume solution (first liquid sample, second liquid sample) in each bottomed hole 23a is measured by ICP-MS or the like, and for example, the measured value of the constant volume solution in any two bottomed holes 23a is measured. Based on the difference in etching, the metal impurity concentration in the wafer surface layer corresponding to the etching difference is evaluated (step St5 in FIG. 2).

このように本発明に係る第1の実施の形態によれば、シリコンウェーハWを劈開する必要がないため、容易に金属不純物の測定を行うことができる。また、シリコンウェーハを部分的に気相分解するため、薬液に含まれる不純物の影響を受けず、液相分解による分析方法と比べて、検出感度を向上することができる。また、エッチングによる除去量を調節することで測定深さを任意に設定できる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, there is no need to cleave the silicon wafer W, so that metal impurities can be easily measured. Furthermore, since the silicon wafer is partially subjected to gas phase decomposition, it is not affected by impurities contained in the chemical solution, and detection sensitivity can be improved compared to an analysis method using liquid phase decomposition. Furthermore, the measurement depth can be set arbitrarily by adjusting the amount removed by etching.

尚、第1の実施の形態においては、エッチングの深さの互いに異なる領域の気相分解を行い、それら2つの試料の測定値の差から金属不純物濃度を求めるものとしたが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。
例えば、エッチングしていない領域とエッチングした領域の気相分解を行い、それら2つの試料の測定値の差から金属不純物濃度を求めるようにしてもよい。
In the first embodiment, gas phase decomposition is performed on regions with different etching depths, and the metal impurity concentration is determined from the difference between the measured values of these two samples. However, it is not limited to that form.
For example, the unetched region and the etched region may be subjected to vapor phase decomposition, and the metal impurity concentration may be determined from the difference between the measured values of these two samples.

続いて、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法の第2の実施の形態について説明する。
図3は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第2の実施の形態の流れを示すフローである。図4は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第2の実施の形態を説明するための半導体ウェーハの模式的な断面図である。
Next, a second embodiment of the method for measuring impurities in a semiconductor wafer according to the present invention will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the second embodiment of the method for measuring impurities in semiconductor wafers of the present invention. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer for explaining the second embodiment of the method for measuring impurities in a semiconductor wafer of the present invention.

先ず、図4(a)に示す厚さTのシリコンウェーハWの主面W1に対し、図4(b)に示すように一部の領域Ar1をエッチングにより任意の深さy1に形成する(図3のステップS1)。エッチングには、例えば、フッ化水素酸と硝酸の混酸を用いる。
次に、図4(c)に示すようにシリコンウェーハWを劈開し、図4(d)に示すようにエッチングしていない試験片SL1(第1の試験片)と、エッチングした試験片SL2(第2の試験片)とを作成する(図3のステップS2)。試験片SL1と試験片SL2とは、ウェーハ面方向において同面積である。
First, on the main surface W1 of a silicon wafer W having a thickness T shown in FIG. 4(a), a partial region Ar1 is formed to an arbitrary depth y1 by etching as shown in FIG. 4(b). 3 step S1). For example, a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid is used for etching.
Next, as shown in FIG. 4(c), the silicon wafer W is cleaved, and as shown in FIG. 4(d), an unetched test piece SL1 (first test piece) and an etched test piece SL2 ( A second test piece) is prepared (step S2 in FIG. 3). The test piece SL1 and the test piece SL2 have the same area in the wafer surface direction.

尚、前記のステップS1とステップS2との順番を逆にしてもよい。即ち、ステップS1のエッチングを行う前に、シリコンウェーハWを劈開して試験片SL1、SL2を取り出し、試験片SL2の主面W1側を例えばフッ化水素酸と硝酸の混酸でエッチングし、任意の深さ部分を除去してもよい。このようにしても、測定したい深さ部分が除去された試験片SL2及び除去されていない試験片SL1を作成することができる。 Note that the order of step S1 and step S2 may be reversed. That is, before performing the etching in step S1, the silicon wafer W is cleaved to take out the test pieces SL1 and SL2, and the main surface W1 side of the test piece SL2 is etched with, for example, a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid. The depth portion may be removed. Even in this manner, it is possible to create a test piece SL2 from which the depth portion to be measured has been removed and a test piece SL1 from which the depth portion to be measured has not been removed.

次に、2つの試験片SL1、SL2をそれぞれ図5の蒸発皿5に入れ、これら蒸発皿5を処理容器1内に配置する(図3のステップS3)。この処理容器1内の底部に、フッ化水素酸と硝酸の混合液2を入れ、処理容器1を例えば150℃のホットプレート10上で48時間加熱する(図3のステップS4)。これにより、試験片SL1、SL2を気相分解する。即ち、フッ化水素酸と硝酸の混合液2(HF+HNO)が揮発し、HF+HNOの気化した気相がシリコンウェーハの試験片SL1、SL2に接する。試験片SL1、SL2の珪素(Si)質は、ケイフッ化水素酸(HSiF)や四フッ化珪素(SiF)として昇華する。昇華したケイフッ化水素酸(HSiF)や四フッ化珪素(SiF)は、フッ化水素酸と硝酸の混合液2(HF+HNO)に吸収され、蒸発皿5内に金属不純物が残存する。 Next, the two test pieces SL1 and SL2 are placed in the evaporation dishes 5 of FIG. 5, respectively, and these evaporation dishes 5 are placed in the processing container 1 (step S3 of FIG. 3). A mixed solution 2 of hydrofluoric acid and nitric acid is put into the bottom of the processing container 1, and the processing container 1 is heated, for example, on a hot plate 10 at 150° C. for 48 hours (step S4 in FIG. 3). Thereby, the test pieces SL1 and SL2 are subjected to gas phase decomposition. That is, the mixed solution 2 of hydrofluoric acid and nitric acid (HF+HNO 3 ) is volatilized, and the vaporized gas phase of HF+HNO 3 comes into contact with the silicon wafer test pieces SL1 and SL2. The silicon (Si) of the test pieces SL1 and SL2 sublimates as hydrofluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ) and silicon tetrafluoride (SiF 4 ). The sublimed hydrofluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ) and silicon tetrafluoride (SiF 4 ) are absorbed by the mixture 2 of hydrofluoric acid and nitric acid (HF+HNO 3 ), and metal impurities remain in the evaporating dish 5. do.

続けて蒸発皿5を150℃のホットプレート上で乾燥するまで加熱し、1%硝酸1mlを入れて定容する(図3のステップS5)。
そして、試験片SL1と試験片SL2の定容溶液をICP-MS等でそれぞれ質量分析し、試験片SL1と試験片SL2の測定値の差からエッチングにより除去しておいた表層部分の金属不純物濃度を評価する(図3のステップS6)。
Subsequently, the evaporating dish 5 is heated on a hot plate at 150° C. until dry, and 1 ml of 1% nitric acid is added thereto to give a constant volume (step S5 in FIG. 3).
The constant volume solutions of test piece SL1 and test piece SL2 are each subjected to mass spectrometry using ICP-MS, etc., and the concentration of metal impurities in the surface layer portion that has been removed by etching is determined from the difference between the measured values of test piece SL1 and test piece SL2. (Step S6 in FIG. 3).

このように本発明に係る第2の実施の形態によれば、試験片SL1、SL2を気相分解するため、薬液に含まれる不純物の影響を受けず、液相分解による分析方法と比べて、検出感度を向上することができる。また、密閉空間において試験片SL1、SL2の気相分解を行うため分解残渣が残りにくく、同一のシリコンウェーハWから得た試料SL1、SL2に対し、同一処理空間内かつ同一条件下で気相分解するため、精度の高い測定結果を得ることができる。また、エッチングによる除去量を調節することで測定する深さを任意に設定することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, since the test pieces SL1 and SL2 are subjected to gas phase decomposition, they are not affected by impurities contained in the chemical solution, and compared to an analysis method using liquid phase decomposition, Detection sensitivity can be improved. In addition, because the gas phase decomposition of the test pieces SL1 and SL2 is performed in a closed space, it is difficult to leave decomposition residues, and the gas phase decomposition of the samples SL1 and SL2 obtained from the same silicon wafer W is performed in the same processing space and under the same conditions. Therefore, highly accurate measurement results can be obtained. Furthermore, the depth to be measured can be arbitrarily set by adjusting the amount removed by etching.

尚、前記した不純物測定方法について、劈開作業による汚染を除去するために、劈開後に例えばフッ化水素酸と硝酸の混酸で試験片SL1、SL2を同程度、両面エッチングしても構わない。 Regarding the impurity measurement method described above, in order to remove contamination caused by the cleavage operation, both sides of the test pieces SL1 and SL2 may be etched to the same extent after cleavage, for example, with a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid.

続いて、本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法の第3の実施の形態について説明する。
図6は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第3の実施の形態の流れを示すフローである。図7は、本発明の半導体ウェーハの不純物測定方法の第3の実施の形態を説明するための半導体ウェーハの模式的な断面図である。
Next, a third embodiment of the method for measuring impurities in a semiconductor wafer according to the present invention will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the third embodiment of the method for measuring impurities in semiconductor wafers of the present invention. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor wafer for explaining the third embodiment of the method for measuring impurities in a semiconductor wafer of the present invention.

先ず、図7(a)に示す厚さTのシリコンウェーハWの主面W1に対し、図7(b)に示すように一部の領域Ar2をエッチングにより任意の深さy3に形成し、領域Ar2とは別の領域Ar3をエッチングにより例えば深さy3より深い深さy4に形成する(図6のステップSp1)。エッチングには、例えば、フッ化水素酸と硝酸の混酸を用いる。
次に、図7(c)に示すようにシリコンウェーハWを劈開し、図7(d)に示すように深さy3だけエッチングした試験片SL3(第1の試験片)と、深さy4だけエッチングした試験片SL4(第2の試験片)とを作成する(図6のステップSp2)。試験片SL1と試験片SL2とは、ウェーハ面方向において同面積である。
First, as shown in FIG. 7(b), a partial region Ar2 is formed at an arbitrary depth y3 by etching on the main surface W1 of a silicon wafer W having a thickness T shown in FIG. 7(a). A region Ar3 different from Ar2 is formed by etching to a depth y4 that is deeper than the depth y3 (step Sp1 in FIG. 6). For example, a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid is used for etching.
Next, as shown in FIG. 7(c), the silicon wafer W is cleaved, and as shown in FIG. 7(d), a test piece SL3 (first test piece) etched to a depth of y3 and a test piece SL3 (first test piece) etched to a depth of y4 are obtained. An etched test piece SL4 (second test piece) is created (step Sp2 in FIG. 6). The test piece SL1 and the test piece SL2 have the same area in the wafer surface direction.

尚、前記のステップSp1とステップSp2との順番を逆にしてもよい。即ち、ステップSp1のエッチングを行う前に、シリコンウェーハWを劈開して試験片SL3、SL4を取り出し、試験片SL3の主面W1側を深さy1だけエッチングし、試験片SL4の主面W1側を深さy4だけエッチングしてもよい。このようにしても、測定したい深さ部分が除去された試験片SL3、SL4を作成することができる。 Note that the order of step Sp1 and step Sp2 may be reversed. That is, before performing the etching in step Sp1, the silicon wafer W is cleaved to take out the test pieces SL3 and SL4, the main surface W1 side of the test piece SL3 is etched to a depth y1, and the main surface W1 side of the test piece SL4 is etched. may be etched to a depth of y4. Even in this manner, it is possible to create test pieces SL3 and SL4 from which the depth portion to be measured has been removed.

次に、2つの試験片SL3、SL4を第1の実施の形態と同様に、それぞれ図5の蒸発皿5に入れ、これら蒸発皿5を処理容器1内に配置する(図6のステップSp3)。この処理容器1内の底部に、フッ化水素酸と硝酸の混合液2を入れ、処理容器1を例えば150℃のホットプレート10上で48時間加熱する(図6のステップSp4)。これにより、試験片SL3、SL4を気相分解する。即ち、フッ化水素酸と硝酸の混合液2(HF+HNO)が揮発し、HF+HNOの気化した気相がシリコンウェーハの試験片SL3、SL4に接する。試験片SL3、SL4の珪素(Si)質は、ケイフッ化水素酸(HSiF)や四フッ化珪素(SiF)として昇華する。昇華したケイフッ化水素酸(HSiF)や四フッ化珪素(SiF)は、フッ化水素酸と硝酸の混合液2(HF+HNO)に吸収され、蒸発皿5内に金属不純物が残存する。 Next, similarly to the first embodiment, the two test pieces SL3 and SL4 are respectively placed in the evaporation dishes 5 shown in FIG. 5, and these evaporation dishes 5 are placed in the processing container 1 (step Sp3 in FIG. 6). . A mixed solution 2 of hydrofluoric acid and nitric acid is put into the bottom of the processing container 1, and the processing container 1 is heated, for example, on a hot plate 10 at 150° C. for 48 hours (step Sp4 in FIG. 6). Thereby, the test pieces SL3 and SL4 are subjected to gas phase decomposition. That is, the mixed solution 2 of hydrofluoric acid and nitric acid (HF+HNO 3 ) is volatilized, and the vaporized gas phase of HF+HNO 3 comes into contact with the silicon wafer test pieces SL3 and SL4. The silicon (Si) of test pieces SL3 and SL4 sublimates as hydrofluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ) and silicon tetrafluoride (SiF 4 ). The sublimed hydrofluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ) and silicon tetrafluoride (SiF 4 ) are absorbed by the mixture 2 of hydrofluoric acid and nitric acid (HF+HNO 3 ), and metal impurities remain in the evaporating dish 5. do.

続けて蒸発皿5を150℃のホットプレート上で乾燥するまで加熱し、1%硝酸1mlを入れて定容する(図6のステップSp5)。
そして、試験片SL3と試験片SL4の定容溶液をICP-MS等でそれぞれ質量分析し、試験片SL3と試験片SL4の測定値の差からエッチングにより除去しておいた表層部分の金属不純物濃度を評価する(図6のステップSp6)。
Subsequently, the evaporating dish 5 is heated on a hot plate at 150° C. until dry, and 1 ml of 1% nitric acid is added thereto to give a constant volume (step Sp5 in FIG. 6).
Then, the fixed volume solutions of test piece SL3 and test piece SL4 are subjected to mass spectrometry using ICP-MS, etc., and the concentration of metal impurities in the surface layer portion that has been removed by etching is determined from the difference between the measured values of test piece SL3 and test piece SL4. (Step Sp6 in FIG. 6).

このように本発明に係る第3の実施の形態によれば、試料SL3、SL4のエッチング深さを任意の異なる位置にすることにより、任意の深さ範囲における金属不純物の濃度を測定することができる。
また、第2の実施の形態と同様に、試験片SL3、SL4を気相分解するため、薬液に含まれる不純物の影響を受けず、液相分解による分析方法と比べて、検出感度を向上することができる。また、密閉空間内において試験片SL3、SL4を気相分解するため分解残渣が残りにくく、同一のシリコンウェーハWから得た試料SL3、SL4に対し、同一処理空間内かつ同一条件下で気相分解するため、精度の高い測定結果を得ることができる。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, by setting the etching depths of the samples SL3 and SL4 to arbitrary different positions, it is possible to measure the concentration of metal impurities in an arbitrary depth range. can.
In addition, as in the second embodiment, since the test pieces SL3 and SL4 are subjected to gas phase decomposition, they are not affected by impurities contained in the chemical solution, and detection sensitivity is improved compared to an analysis method using liquid phase decomposition. be able to. In addition, since the test pieces SL3 and SL4 are subjected to vapor phase decomposition in a closed space, it is difficult to leave decomposition residues, and samples SL3 and SL4 obtained from the same silicon wafer W are subjected to vapor phase decomposition in the same processing space and under the same conditions. Therefore, highly accurate measurement results can be obtained.

本発明に係る半導体ウェーハの不純物測定方法及び不純物測定用治具について、実施例に基づきさらに説明する。 The method for measuring impurities in semiconductor wafers and the jig for measuring impurities according to the present invention will be further explained based on Examples.

(実施例1)
実施例1では、サンプルとなるシリコンウェーハに対し、その主面上の一部に38%フッ酸と68%硝酸を体積比で1:4となるように混合した溶液を3ml滴下し、ウェーハ表層部を2分間エッチングした(計2回実施した)。
その後、シリコンウェーハの劈開を行い、エッチングした部分(厚さ:505μm)の試験片とエッチングしていない部分(厚さ:775μm)の試験片を約1gずつ準備した。
図5に示した処理容器1の各蒸発皿5に両試験片を入れ、また、処理容器1の底部に38%フッ酸150ml、及び68%硝酸50mlからなる混合液を入れた。
次いで、処理容器1を150℃のホットプレート10上で48時間加熱することで気相分解を行った。
その後、蒸発皿5を取り出し、150℃のホットプレート上で乾燥するまで加熱し、1%硝酸1mlを入れて定容した。定容した溶液は、ICP-MSで金属不純物の測定をした。
実施例1の結果を表1に示す。表1では、Fe、Na、Mgの測定結果を示している。
(Example 1)
In Example 1, 3 ml of a solution containing 38% hydrofluoric acid and 68% nitric acid mixed at a volume ratio of 1:4 was dropped on a part of the main surface of a silicon wafer, which was a sample, to coat the surface of the wafer. The part was etched for 2 minutes (performed twice in total).
Thereafter, the silicon wafer was cleaved, and about 1 g each of a test piece of the etched portion (thickness: 505 μm) and a test piece of the unetched portion (thickness: 775 μm) were prepared.
Both test pieces were placed in each evaporation dish 5 of the processing container 1 shown in FIG. 5, and a liquid mixture consisting of 150 ml of 38% hydrofluoric acid and 50 ml of 68% nitric acid was placed in the bottom of the processing container 1.
Next, gas phase decomposition was performed by heating the processing container 1 on a hot plate 10 at 150° C. for 48 hours.
Thereafter, the evaporating dish 5 was taken out and heated on a hot plate at 150° C. until dry, and 1 ml of 1% nitric acid was added thereto to give a constant volume. Metal impurities in the fixed volume solution were measured by ICP-MS.
The results of Example 1 are shown in Table 1. Table 1 shows the measurement results for Fe, Na, and Mg.

Figure 2024003336000002
Figure 2024003336000002

表1に示すように、エッチングした試験片からは、Feが5.8E11、Naが9.0E10、Mgが1.6E12atoms/cm検出され、エッチングしていない試験片からは、Feが5.2E11、Naが2.4E11、Mgが2.9E12atoms/cm検出された。
各試験片の金属不純物濃度及び厚さからエッチングにより除去された部分の金属不純物濃度を次式1により求めたところ、Feが3.9E11atoms/cmで、Naが5.4E11atoms/cm、Mgが5.2E12atoms/cmであった。
As shown in Table 1, 5.8E11 of Fe, 9.0E10 of Na, and 1.6E12 atoms/ cm3 of Mg were detected in the etched test piece, and 5.8E11 of Fe was detected in the unetched test piece. 2E11, Na was detected at 2.4E11, and Mg was detected at 2.9E12 atoms/ cm3 .
The metal impurity concentration of the portion removed by etching was calculated from the metal impurity concentration and thickness of each test piece using the following formula 1. Fe was 3.9E11atoms/cm 3 , Na was 5.4E11atoms/cm 3 , Mg was 5.2E12atoms/ cm3 .

(式1)
エッチング除去部の金属不純物濃度=
((試験片Aの金属不純物濃度)×(試験片Aの厚さ)-(試験片Bの金属不純物濃度)×(試験片Bの厚さ))/((試験片Aの厚さ)-(試験片Bの厚さ))
(Formula 1)
Metal impurity concentration in the etched removed area =
((metal impurity concentration of test piece A) x (thickness of test piece A) - (metal impurity concentration of test piece B) x (thickness of test piece B)) / ((thickness of test piece A) - (Thickness of test piece B))

(実施例2)
実施例2では、サンプルとなるシリコンウェーハを図1に示したウェーハ治具30で挟み、上側治具32の貫通孔32a一つに38%フッ酸と68%硝酸を体積比で1:4となるように混合した溶液を3ml滴下し、ウェーハ表層部を2分間エッチングした(計2回実施した)。
その後、下側外筒管21の底部に38%フッ酸150ml及び68%硝酸50mlからなる混合液をいれ、混合液に接触しないように蒸発皿23及びウェーハ治具30を設置した。
次いで、処理容器20を150℃ホットプレート10上で48時間加熱することで気相分解を行った。
その後、蒸発皿23を取り出し、150℃のホットプレート上で乾燥するまで加熱し、1%硝酸1mlを入れて定容した。定容した溶液は、ICP-MSで金属不純物の測定をした。
実施例2の結果を表2に示す。表2では、Fe、Na、Mgの測定結果を示している。
(Example 2)
In Example 2, a silicon wafer as a sample is sandwiched between the wafer jigs 30 shown in FIG. 3 ml of the mixed solution was added dropwise, and the surface layer of the wafer was etched for 2 minutes (this was carried out twice in total).
Thereafter, a mixed solution consisting of 150 ml of 38% hydrofluoric acid and 50 ml of 68% nitric acid was poured into the bottom of the lower outer tube 21, and the evaporation dish 23 and wafer jig 30 were installed so as not to come into contact with the mixed solution.
Next, gas phase decomposition was performed by heating the processing container 20 on a 150° C. hot plate 10 for 48 hours.
Thereafter, the evaporating dish 23 was taken out and heated on a hot plate at 150° C. until dry, and 1 ml of 1% nitric acid was added thereto to give a constant volume. Metal impurities in the fixed volume solution were measured by ICP-MS.
The results of Example 2 are shown in Table 2. Table 2 shows the measurement results for Fe, Na, and Mg.

Figure 2024003336000003
Figure 2024003336000003

表2に示すように、エッチングした試験片からは、Feが5.8E11、Naが9.0E10、Mgが4.0E10atoms/cm検出され、エッチングしていない試験片からは、Feが5.2E11、Naが9.0E10、Mgが4.0E10atoms/cm検出された。
各試験片の金属不純物濃度及び厚さからエッチングにより除去された部分の金属不純物濃度を上記式1により求めたところ、Feが3.9E11atoms/cmで、Naが9.0E10atoms/cm、Mgが4.0E10atoms/cmであった。
As shown in Table 2, 5.8E11 of Fe, 9.0E10 of Na, and 4.0E10 atoms/ cm3 of Mg were detected in the etched test piece, and 5.8E11 of Fe was detected in the unetched test piece. 2E11, Na was detected at 9.0E10, and Mg was detected at 4.0E10 atoms/ cm3 .
The metal impurity concentration of the portion removed by etching was calculated from the metal impurity concentration and thickness of each test piece using the above formula 1, and it was found that Fe was 3.9E11 atoms/cm 3 , Na was 9.0E10 atoms/cm 3 , and Mg was 4.0E10atoms/ cm3 .

(比較例1)
比較例1では、サンプルとなるシリコンウェーハに対し、その上に38%フッ酸と68%硝酸を体積比で1:4となるように混合した溶液を3ml滴下し、ウェーハ表層部を2分間エッチングした(計2回実施した)。
エッチング液を回収し、これに20%塩酸を5ml添加した状態で、蒸発皿に投入した。その後、蒸発皿を150℃のホットプレート上で乾燥するまで加熱し、1%硝酸1mlを入れて定容した。
そして、定容した溶液をICP-MSで金属不純物濃度を測定した。この比較例1の結果、Feが1.0E13、Naが1.0E13、Mgが1.0E13atoms/cm検出された。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, 3 ml of a solution containing 38% hydrofluoric acid and 68% nitric acid mixed at a volume ratio of 1:4 was dropped onto a silicon wafer as a sample, and the surface layer of the wafer was etched for 2 minutes. (Conducted twice in total).
The etching solution was collected, and with 5 ml of 20% hydrochloric acid added thereto, it was poured into an evaporating dish. Thereafter, the evaporating dish was heated on a hot plate at 150° C. until dry, and 1 ml of 1% nitric acid was added thereto to give a constant volume.
Then, the metal impurity concentration of the fixed volume solution was measured by ICP-MS. As a result of Comparative Example 1, 1.0E13 atoms/cm3 of Fe, 1.0E13 Na, and 1.0E13 atoms/ cm3 of Mg were detected.

実施例1、2、及び比較例1の結果を図8の棒グラフに示す。
図8に示すように実施例1、2に比べ、比較例1では、金属不純物濃度が大きく高い値となった。これは、薬液中に含まれる金属不純物が測定されたものと考えられる。よって、本発明によれば、精度の高い不純物濃度の測定が可能であることを確認した。
The results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown in the bar graph of FIG.
As shown in FIG. 8, compared to Examples 1 and 2, the metal impurity concentration in Comparative Example 1 was much higher. This is considered to be due to the measurement of metal impurities contained in the chemical solution. Therefore, it was confirmed that according to the present invention, highly accurate measurement of impurity concentration is possible.

20 処理容器
21 下側外筒管
22 上側外筒管
23 蒸発皿(不純物測定用治具)
23a 有底孔
30 ウェーハ治具(不純物測定用治具)
31 上側治具
31a 開口
32 下側治具
32a 開口
SL1 試験片
SL2 試験片
SL3 試験片
SL4 試験片
W シリコンウェーハ(半導体ウェーハ)
20 Processing container 21 Lower outer tube 22 Upper outer tube 23 Evaporation dish (impurity measurement jig)
23a Bottomed hole 30 Wafer jig (impurity measurement jig)
31 Upper jig 31a Opening 32 Lower jig 32a Opening SL1 Test piece SL2 Test piece SL3 Test piece SL4 Test piece W Silicon wafer (semiconductor wafer)

Claims (5)

面方向に同面積で複数形成され、厚さ方向に貫通する第1の開口を備える上部治具と、前記第1の開口の位置に合わせて形成され、厚さ方向に貫通する複数の第2の開口を備える下部治具との間に半導体ウェーハを挟むステップと、
複数の前記第1の開口の一つにエッチング液を入れ、該第1の開口に面する半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に除去するステップと、
複数の有底孔を有する蒸発皿の上に、前記複数の第2の開口の位置を合わせて前記下部治具を配置するステップと、
前記半導体ウェーハを挟んだ前記上部治具と前記下部治具とを前記蒸発皿とともに密閉容器内に配置し、前記密閉容器の底部に試料分解用溶液を入れ、前記密閉容器を加温して前記第1の開口に面する半導体ウェーハを気相分解するステップと、
前記気相分解により前記蒸発皿に回収された試料から形成した、半導体ウェーハの主面がエッチングされていない第1の液体試料と、半導体ウェーハの主面の一部がエッチングにより除去された第2の液体試料とについて質量分析測定を行うステップと、
前記第1、第2の液体試料の測定結果の差分に基づき、エッチングにより除去された半導体ウェーハの表層の不純物分濃度を算出するステップと、
を備えることを特徴とする半導体ウェーハの不純物測定方法。
an upper jig including a plurality of first openings formed with the same area in the surface direction and penetrating in the thickness direction; and a plurality of second openings formed in accordance with the position of the first openings and penetrating in the thickness direction. sandwiching a semiconductor wafer between a lower jig having an opening;
filling one of the plurality of first openings with an etching solution and removing a part of the main surface of the semiconductor wafer facing the first opening in the thickness direction;
arranging the lower jig on an evaporating dish having a plurality of bottomed holes, aligning the plurality of second openings;
The upper jig and the lower jig sandwiching the semiconductor wafer are placed together with the evaporation dish in a closed container, a sample decomposition solution is put in the bottom of the closed container, and the closed container is heated to vapor phase decomposition of the semiconductor wafer facing the first opening;
A first liquid sample formed from the sample collected in the evaporation dish by the vapor phase decomposition, in which the main surface of the semiconductor wafer is not etched, and a second liquid sample, in which the main surface of the semiconductor wafer is partially removed by etching. performing mass spectrometry measurements on the liquid sample;
calculating the concentration of impurities in the surface layer of the semiconductor wafer removed by etching based on the difference between the measurement results of the first and second liquid samples;
A method for measuring impurities in a semiconductor wafer, comprising:
面方向に同面積で複数形成され、厚さ方向に貫通する第1の開口を備える上部治具と、前記第1の開口の位置に合わせて形成され、厚さ方向に貫通する複数の第2の開口を備える下部治具との間に半導体ウェーハを挟むステップと、
複数の前記第1の開口の一つにエッチング液を入れ、該第1の開口に面する半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に第1の深さだけ除去するステップと、
複数の前記第1の開口の他の一つにエッチング液を入れ、該第1の開口に面する半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に第2の深さだけ除去するステップと、
複数の有底孔を有する蒸発皿の上に、前記複数の第2の開口の位置を合わせて前記下部治具を配置するステップと、
前記半導体ウェーハを挟んだ前記上部治具と前記下部治具とを前記蒸発皿とともに密閉容器内に配置し、前記密閉容器の底部に試料分解用溶液を入れ、前記密閉容器を加温して前記第1の開口に面する半導体ウェーハを気相分解するステップと、
前記気相分解により前記蒸発皿に回収された試料から形成した、半導体ウェーハの主面の一部が第1の深さだけ除去された第1の液体試料と、半導体ウェーハの主面の一部が第2の深さだけ除去された第2の液体試料とについて質量分析測定を行うステップと、
前記第1、第2の液体試料の測定結果の差分に基づき、半導体ウェーハの表層の不純物分濃度を算出するステップと、
を備えることを特徴とする半導体ウェーハの不純物測定方法。
an upper jig including a plurality of first openings formed with the same area in the surface direction and penetrating in the thickness direction; and a plurality of second openings formed in accordance with the position of the first openings and penetrating in the thickness direction. sandwiching a semiconductor wafer between a lower jig having an opening;
filling one of the plurality of first openings with an etching solution, and removing a part of the main surface of the semiconductor wafer facing the first opening by a first depth in the thickness direction;
filling another one of the plurality of first openings with an etching solution, and removing a part of the main surface of the semiconductor wafer facing the first opening by a second depth in the thickness direction;
arranging the lower jig on an evaporating dish having a plurality of bottomed holes, aligning the plurality of second openings;
The upper jig and the lower jig sandwiching the semiconductor wafer are placed together with the evaporation dish in a closed container, a sample decomposition solution is put in the bottom of the closed container, and the closed container is heated to vapor phase decomposition of the semiconductor wafer facing the first opening;
a first liquid sample formed from the sample collected in the evaporation dish by the vapor phase decomposition, from which a portion of the main surface of the semiconductor wafer is removed by a first depth; and a portion of the main surface of the semiconductor wafer. a second liquid sample from which the liquid sample has been removed to a second depth;
Calculating the concentration of impurities in the surface layer of the semiconductor wafer based on the difference between the measurement results of the first and second liquid samples;
A method for measuring impurities in a semiconductor wafer, comprising:
請求項1または請求項2記載の半導体ウェーハの不純物測定方法に用いられ、底部に試料分解用溶液が入れられた密閉容器内に配置され、半導体ウェーハの気相分解に用いられる不純物測定用治具であって、
面方向に同面積で複数形成され、厚さ方向に貫通する第1の開口を備える上部治具と、
複数の前記第1の開口の位置に合わせて形成され、厚さ方向に貫通する複数の第2の開口を有し、前記上部治具との間で半導体ウェーハを挟む下部治具と、
前記第2の開口の位置に合わせて形成された複数の有底孔を有する蒸発皿とを備え、
前記上部治具の第1の開口は、前記半導体ウェーハに対し、任意の深さがエッチングされた試料の形成に用いられるとともに、前記試料分解用溶液の揮発による該第1の開口に面する半導体ウェーハの気相分解に用いられ、気相分解された試料が前記蒸発皿の有底孔に回収されることを特徴とする不純物測定用治具。
An impurity measuring jig used in the method for measuring impurities in a semiconductor wafer according to claim 1 or 2, disposed in a closed container containing a sample decomposition solution at the bottom, and used for vapor phase decomposition of the semiconductor wafer. And,
an upper jig comprising a plurality of first openings formed with the same area in the surface direction and penetrating in the thickness direction;
a lower jig having a plurality of second openings formed in accordance with the positions of the plurality of first openings and penetrating in the thickness direction, and sandwiching the semiconductor wafer between the lower jig and the upper jig;
an evaporation dish having a plurality of bottomed holes formed in accordance with the position of the second opening,
The first opening of the upper jig is used to form a sample etched to an arbitrary depth on the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer facing the first opening is used to form a sample etched to an arbitrary depth. 1. A jig for measuring impurities, which is used for vapor phase decomposition of wafers, and wherein a sample subjected to vapor phase decomposition is collected into a bottomed hole of the evaporation dish.
半導体ウェーハに含まれる不純物の分析を行う半導体ウェーハの不純物測定方法であって、
前記半導体ウェーハの主面を除去していない第1の試験片と、前記第1の試験片と同面積であって、前記半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に所定の深さ除去した第2の試験片とを作成するステップと、
前記第1の試験片と前記第2の試験片に対し密閉空間で気相分解を行うステップと、
気相分解した前記第1の試験片と前記第2の試験片とを溶液とし、それぞれ液体試料を形成するステップと、
前記2つの液体試料に対し、それぞれ質量分析を行うステップと、
前記2つの液体試料に対する質量分析の結果の差分から不純物濃度を測定するステップと、
を備えることを特徴とする半導体ウェーハの不純物測定方法。
A semiconductor wafer impurity measurement method for analyzing impurities contained in a semiconductor wafer, the method comprising:
A first test piece from which the main surface of the semiconductor wafer has not been removed; and a first test piece having the same area as the first test piece, where a part of the main surface of the semiconductor wafer is removed to a predetermined depth in the thickness direction. creating a second test piece,
performing gas phase decomposition on the first test piece and the second test piece in a closed space;
forming a solution of the first test piece and the second test piece that have been subjected to gas phase decomposition to form respective liquid samples;
performing mass spectrometry on each of the two liquid samples;
Measuring the impurity concentration from the difference between the mass spectrometry results for the two liquid samples;
A method for measuring impurities in a semiconductor wafer, comprising:
半導体ウェーハに含まれる不純物の分析を行う半導体ウェーハの不純物測定方法であって、
前記半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に第1の深さだけ除去した第1の試験片と、前記第1の試験片と同面積であって、前記半導体ウェーハの主面の一部を厚さ方向に第2の深さだけ除去した第2の試験片とを作成するステップと、
前記第1の試験片と前記第2の試験片に対し密閉空間で気相分解を行うステップと、
気相分解した前記第1の試験片と前記第2の試験片とを溶液とし、それぞれ液体試料にするステップと、
前記2つの液体試料に対し、それぞれ質量分析を行うステップと、
前記2つの液体試料に対する質量分析の結果の差分から不純物濃度を測定するステップと、
を備えることを特徴とする半導体ウェーハの不純物測定方法。
A semiconductor wafer impurity measurement method for analyzing impurities contained in a semiconductor wafer, the method comprising:
A first test piece obtained by removing a part of the main surface of the semiconductor wafer by a first depth in the thickness direction, and a first test piece having the same area as the first test piece and a part of the main surface of the semiconductor wafer. and a second test piece in which the portion is removed by a second depth in the thickness direction;
performing gas phase decomposition on the first test piece and the second test piece in a closed space;
A step in which the first test piece and the second test piece subjected to gas phase decomposition are made into a solution and each becomes a liquid sample;
performing mass spectrometry on each of the two liquid samples;
Measuring the impurity concentration from the difference between the mass spectrometry results for the two liquid samples;
A method for measuring impurities in a semiconductor wafer, comprising:
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