JP2024078489A - Method for removing device patterns and method for evaluating crystal defects in silicon wafers using this method - Google Patents

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Abstract

【課題】シリコンウェーハのデバイスパターン(デバイス構造膜)を、シリコンウェーハの表面を傷つけることなく、短時間に、剥離(除去)すること。【解決手段】半導体デバイスプロセスを経て、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハから前記デバイスパターンを除去する、デバイスパターンの除去方法において、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.05%重量濃度以上、0.1%以下の重量濃度のフッ酸と、69%以上71%以下重量濃度の硝酸との溶液を用いたフッ硝酸溶液に、5秒以上1分以下浸漬することにより、前記デバイスパターンを除去することを特徴としている。【選択図】なし[Problem] To peel off (remove) a device pattern (device structure film) from a silicon wafer in a short time without damaging the surface of the silicon wafer. [Solution] In a method for removing a device pattern from a silicon wafer on which a device pattern has been formed after a semiconductor device process, the device pattern is removed by immersing the silicon wafer on which the device pattern has been formed in a hydrofluoric-nitric acid solution using a solution of hydrofluoric acid with a weight concentration of 0.05% or more and 0.1% or less and nitric acid with a weight concentration of 69% or more and 71% or less for 5 seconds or more and 1 minute or less. [Selected Figure] None

Description

本発明は、デバイスパターン(デバイス構造膜)が形成されたシリコンウェーハからデバイスパターンを除去する方法、及びこの方法を用いたシリコンウェーハの結晶欠陥評価方法に関する。 The present invention relates to a method for removing a device pattern (device structure film) from a silicon wafer on which the device pattern is formed, and a method for evaluating crystal defects in a silicon wafer using this method.

シリコンウェーハ(以下、半導体基板ともいう)は、一般的に、チョクラルスキー(Czochralski,CZ)法やフローティングゾーン(Floating Zone,FZ)法により円柱状の単結晶インゴットを作製し、単結晶インゴットを薄板状に切断(スライシング)してウェーハを作製した後、得られたウェーハに、研削、エッチング、研磨を行うことにより製造される。
このように製造されたシリコンウェーハが半導体デバイスプロセスを経て、シリコンウェーハにデバイスパターン(デバイス構造膜)が形成されることにより、メモリーやLSI等が製造される。
Silicon wafers (hereinafter also referred to as semiconductor substrates) are generally manufactured by producing a cylindrical single crystal ingot by the Czochralski (CZ) method or the floating zone (FZ) method, cutting (slicing) the single crystal ingot into thin plates to produce wafers, and then grinding, etching, and polishing the obtained wafers.
The silicon wafer thus manufactured undergoes a semiconductor device process, and a device pattern (device structure film) is formed on the silicon wafer, thereby manufacturing memories, LSIs, and the like.

ところで、近年、NAND型フラッシュメモリ等の半導体回路は、その集積度が著しく向上してデバイスパターン(素子)が微細化している。
そのため、性能・信頼性・歩留まりの高い回路を得るため、ウェーハ表面および表層部は、高純度かつ転位等が少ない低欠陥であり、またウェーハ内部には高密度のBMD(bulk micro defect)のゲッタリング層が形成された、高品質の半導体基板であることが求められている。
Incidentally, in recent years, the integration density of semiconductor circuits such as NAND type flash memories has improved significantly, leading to miniaturization of device patterns (elements).
Therefore, in order to obtain circuits with high performance, reliability, and yield, it is required that the wafer surface and surface layer be high-purity and have few defects such as dislocations, and that the wafer interior be a high-quality semiconductor substrate having a gettering layer of high-density BMDs (bulk micro defects) formed therein.

半導体基板が高品質である否かの一つの評価は、結晶欠陥を評価することにより行われるが、デバイスパターン(デバイス構造膜)が形成されたシリコンウェーハの結晶欠陥を評価するには、まず、シリコンウェーハの表面に形成されている、デバイスパターン(デバイス構造膜)を除去する必要がある。
このデバイス構造膜はシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜、金属膜などであり、従来から、エッチング、研削によりデバイスパターン(デバイス構造膜)の除去が行われている。
One way to evaluate whether a semiconductor substrate is of high quality is to evaluate crystal defects. In order to evaluate crystal defects of a silicon wafer on which a device pattern (device structure film) is formed, it is first necessary to remove the device pattern (device structure film) formed on the surface of the silicon wafer.
This device structure film is a silicon nitride film, a silicon oxide film, a polysilicon film, a metal film, or the like, and conventionally, the device pattern (device structure film) has been removed by etching or grinding.

そして、デバイスパターン(デバイス構造膜)を除去した後、選択エッチング液によって、シリコンウェーハを選択エッチングした後、ウェーハ表面及び断面のピットを観察することにより、OSF(oxidation-induced stacking fault)や転位等の結晶欠陥の評価が行われる。
尚、この選択エッチング用のエッチング液としては、JIS規格のJISH0609としてクロムを使用しない溶液が標準化されている。
Then, after removing the device pattern (device structure film), the silicon wafer is selectively etched with a selective etching solution, and then pits on the wafer surface and cross section are observed to evaluate crystal defects such as OSFs (oxidation-induced stacking faults) and dislocations.
As an etching solution for this selective etching, a solution that does not contain chromium is standardized as JIS H0609 of the JIS standard.

更に、このシリコンウェーハに形成されたデバイスパターン(デバイス構造膜)、あるいは薄膜を除去(剥離)する方法について、特許文献1~5を例にとって説明する。
特許文献1には、シリコンウェーハに形成された薄膜を除去(剥離)する方法として、温めた水酸化カリウムによってポリシリコン膜をエッチングし、またフッ酸・塩酸混合液を用いて、二酸化シリコン膜をエッチングすることが提案されている。
Furthermore, methods for removing (peeling off) device patterns (device structure films) or thin films formed on the silicon wafer will be described with reference to Patent Documents 1 to 5 as examples.
Patent Document 1 proposes a method for removing (peeling off) a thin film formed on a silicon wafer, in which a polysilicon film is etched with heated potassium hydroxide, and a silicon dioxide film is etched with a mixture of hydrofluoric acid and hydrochloric acid.

また、特許文献1と同様なウェットエッチングによる、デバイスパターン(デバイス構造膜)の除去(剥離)方法として、特許文献2には、NHFもしくは33%~49%のHFに15分から30分浸漬した後に、希HFに30分浸漬することで、デバイスパターンを剥離し、選択エッチングで表面の欠陥を観察可能とする技術が提案されている。 Furthermore, as a method for removing (peeling off) a device pattern (device structure film) by wet etching similar to that in Patent Document 1, Patent Document 2 proposes a technique in which a substrate is immersed in NH 4 F or 33% to 49% HF for 15 to 30 minutes, and then immersed in dilute HF for 30 minutes to peel off the device pattern, thereby making it possible to observe surface defects by selective etching.

また、特許文献3には、エッチングと機械洗浄を組み合わせた方法として、デバイス膜が形成されたシリコン基板を20%以上50%以下の重量濃度のフッ酸に浸漬した後、該シリコン基板の表面を、吸水性を有する樹脂製のブラシ等に純水を吸収させた状態で機械的に洗浄することにより、前記デバイス膜を除去して、シリコン基板表面を露出させ、その後、選択エッチングによる欠陥観察を行う方法が提案されている。 Patent Document 3 also proposes a method of combining etching and mechanical cleaning, in which a silicon substrate on which a device film has been formed is immersed in hydrofluoric acid with a weight concentration of 20% to 50%, and then the surface of the silicon substrate is mechanically cleaned with a water-absorbent resin brush or the like that has absorbed pure water, thereby removing the device film and exposing the silicon substrate surface, and then performing defect observation by selective etching.

更に、上記したようなウェットエッチングによる剥離方法の他、特許文献4、5に示されているように、研削やサンドブラストによる方法がシリコンウェーハのデバイスパターン(デバイス構造膜))の除去(剥離)の方法として提案されている。 In addition to the above-mentioned wet etching peeling method, methods using grinding and sandblasting have been proposed as methods for removing (peeling) device patterns (device structure films) from silicon wafers, as shown in Patent Documents 4 and 5.

特開平07-122532号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-122532 特開2004-179638号公報JP 2004-179638 A 特開2003-318242号公報JP 2003-318242 A 特開2011-211012号公報JP 2011-211012 A 特開2020-061515号公報JP 2020-061515 A

ところで、半導体デバイスプロセスを経たシリコンウェーハ(半導体基板)表面の欠陥を観察する際、デバイスパターン(デバイス構造膜)の除去(剥離)方法として、特許文献1に記載された方法を用いた場合、アルカリ溶液に浸した後にフッ酸塩酸溶液を使った除去(剥離)作業が行われる。
そのため、アルカリと酸の二つのエッチング溶液槽が必要となり、また夫々のエッチング溶液を洗浄する洗浄装置が必要となり、装置が大型化するという課題があった。
Incidentally, when observing defects on the surface of a silicon wafer (semiconductor substrate) that has been subjected to a semiconductor device process, if the method described in Patent Document 1 is used as a method for removing (peeling) a device pattern (device structure film), a removal (peeling) operation is performed using a hydrofluoric acid solution after immersion in an alkaline solution.
This requires two etching solution tanks, one for alkali and one for acid, and cleaning devices for cleaning the respective etching solutions, which results in an increase in the size of the equipment.

また、特許文献2に記載された方法についても同様であり、デバイスパターン(デバイス構造膜)を除去(剥離)するために、二つのエッチング溶液槽が必要なうえ、処理時間が1時間以上も必要となり、作業効率が悪いという課題があった。 The same is true for the method described in Patent Document 2, which requires two etching solution baths to remove (peel off) the device pattern (device structure film), and the processing time is more than one hour, resulting in poor work efficiency.

また、特許文献3に記載された方法を用いた場合には、フッ酸溶液に浸したのち、純水を浸したブラシで、デバイスパターンを剥離することになるため、シリコンウェーハ(半導体基板)表面に傷がつき、微細な結晶欠陥と区別がつきにくく、結晶欠陥の観察ができない虞があった。 In addition, when using the method described in Patent Document 3, the device pattern is peeled off with a brush soaked in pure water after immersion in a hydrofluoric acid solution, which can scratch the surface of the silicon wafer (semiconductor substrate), making it difficult to distinguish from minute crystal defects and making it difficult to observe the crystal defects.

また、特許文献4,5に記載されたサンドブラストまたは平面研削により、膜を除去する方法もあるが、やはりシリコンウェーハ(半導体基板)表面に傷がつき、微細な結晶欠陥と区別がつきにくく、結晶欠陥の観察ができない虞があった。 There are also methods for removing the film by sandblasting or surface grinding, as described in Patent Documents 4 and 5, but these methods also leave scratches on the surface of the silicon wafer (semiconductor substrate), which can be difficult to distinguish from minute crystal defects, and there is a risk that the crystal defects cannot be observed.

本発明者らは、上記課題を解決するために、シリコンウェーハに形成されたデバイスパターン(デバイス構造膜)の除去(剥離)方法について誠意研究した。
その際、装置が大型化しないこと、処理時間が長時間化しないこと、機械的手段により表面に傷をつけないことを前提に研究を重ねた。
その結果、本発明者らは、シリコンウェーハのデバイスパターン(デバイス構造膜)の除去(剥離)の際、シリコンウェーハを、強力な酸化能力を持つ硝酸溶液と希フッ酸に浸すことで、デバイスパターン(デバイス構造膜)とシリコン基板の間に、酸化膜を形成し、このケミカル酸化膜を溶解することで、デバイスパターン(デバイス構造膜)を除去(剥離)することを見出し、本発明を想到するに至った。
In order to solve the above problems, the present inventors have earnestly studied a method for removing (peeling off) a device pattern (device structure film) formed on a silicon wafer.
In this study, we conducted extensive research under the premise that the size of the equipment should not increase, the processing time should not be long, and the surface should not be damaged by mechanical means.
As a result, the inventors discovered that when removing (peeling) a device pattern (device structure film) from a silicon wafer, an oxide film is formed between the device pattern (device structure film) and the silicon substrate by immersing the silicon wafer in a nitric acid solution and dilute hydrofluoric acid, both of which have strong oxidizing properties, and the device pattern (device structure film) can be removed (peeled) by dissolving this chemical oxide film, which led to the invention.

本発明は、上記状況にもとなされた発明であり、シリコンウェーハのデバイスパターン(デバイス構造膜)を、シリコンウェーハの表面を傷つけることなく、短時間に、剥離(除去)することができるデバイスパターンの除去方法、及びこの方法を用いたシリコンウェーハの結晶欠陥評価方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in light of the above situation, and aims to provide a method for removing a device pattern that can peel off (remove) a device pattern (device structure film) from a silicon wafer in a short time without damaging the surface of the silicon wafer, and a method for evaluating crystal defects in a silicon wafer using this method.

上記の課題を解決するためになされた、本発明のデバイスパターンの除去方法は、半導体デバイスプロセスを経て、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハから前記デバイスパターンを除去する、デバイスパターンの除去方法において、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.05%重量濃度以上、0.1%以下の重量濃度のフッ酸と、69%以上71%以下重量濃度の硝酸との溶液を用いたフッ硝酸溶液に、5秒以上1分以下浸漬することにより、前記デバイスパターンを除去することを特徴とする。 The device pattern removal method of the present invention, which has been made to solve the above problems, is a method for removing a device pattern from a silicon wafer on which a device pattern has been formed after a semiconductor device process, characterized in that the device pattern is removed by immersing the silicon wafer on which the device pattern has been formed in a hydrofluoric-nitric acid solution using a solution of hydrofluoric acid with a weight concentration of 0.05% or more and 0.1% or less and nitric acid with a weight concentration of 69% or more and 71% or less for 5 seconds or more and 1 minute or less.

本発明にあっては、デバイスパターン(デバイス構造膜)が形成されたシリコンウェーハを、所定濃度のフッ硝酸溶液に短時間(5秒~1分)浸すことで、デバイスパターン(デバイス構造膜)を除去(剥離)する。
即ち、シリコンウェーハのデバイスパターン(デバイス構造膜)の除去(剥離)の際、シリコンウェーハを、強力な酸化能力を持つ硝酸溶液と希フッ酸の混合液に浸す。このことで、デバイスパターン(デバイス構造膜)とシリコンウェーハの間に、ケミカル酸化膜が形成される。そして、このケミカル酸化膜を溶解することで、デバイスパターン(デバイス構造膜)を除去(剥離)する。
In the present invention, a silicon wafer on which a device pattern (device structure film) has been formed is immersed in a fluoronitric acid solution of a predetermined concentration for a short period of time (5 seconds to 1 minute) to remove (peel off) the device pattern (device structure film).
That is, when removing (peeling) the device pattern (device structure film) of a silicon wafer, the silicon wafer is immersed in a mixture of a nitric acid solution and dilute hydrofluoric acid, both of which have strong oxidizing power. This forms a chemical oxide film between the device pattern (device structure film) and the silicon wafer. Then, the device pattern (device structure film) is removed (peeled) by dissolving this chemical oxide film.

ここで、前記フッ硝酸溶液は、0.05%重量濃度以上、0.1%以下の重量濃度のフッ酸と、69%以上71%以下重量濃度の硝酸の溶液が用いられる。
このように、フッ酸濃度が希薄な溶液で処理されるため、シリコンウェーハの表面(表層部)が、必要以上にエッチングされ難く、面荒れし難い。
The hydrofluoric and nitric acid solution used herein is a solution containing hydrofluoric acid with a weight concentration of 0.05% or more and 0.1% or less, and nitric acid with a weight concentration of 69% or more and 71% or less.
In this manner, since the treatment is performed with a solution having a dilute concentration of hydrofluoric acid, the surface (surface layer) of the silicon wafer is unlikely to be etched more than necessary, and is unlikely to become rough.

また、本発明にあっては、シリコンウェーハのデバイスパターン(デバイス構造膜)を、一つのエッチング溶液槽で行うことができため、装置を大型化させることない。
また、フッ硝酸溶液の浸漬時間が短時間であるため、シリコンウェーハの表面(表層部)がエッチングされて、面荒れすることもなく、短時間に、効率的に、デバイスパターン(デバイス構造膜)を除去することができる。
Furthermore, in the present invention, the device pattern (device structure film) of the silicon wafer can be formed in one etching solution tank, so that the size of the apparatus does not need to be increased.
In addition, since the immersion time in the fluoronitric acid solution is short, the surface (surface layer) of the silicon wafer is not etched and roughened, and the device pattern (device structure film) can be removed efficiently in a short time.

上記の課題を解決するためになされた、本発明のシリコンウェーハの結晶欠陥評価方法は、上記デバイスパターンの除去方法を用いて、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハから前記デバイスパターンを除去した後、選択エッチング液によって、シリコンウェーハの結晶欠陥を顕在化させて、結晶欠陥の観察、評価を行うことを特徴とする。 The silicon wafer crystal defect evaluation method of the present invention, which has been made to solve the above problems, is characterized in that after removing a device pattern from a silicon wafer on which the device pattern is formed using the above device pattern removal method, the crystal defects in the silicon wafer are made visible using a selective etching solution, and the crystal defects are observed and evaluated.

このように、フッ酸濃度が希薄な溶液で、デバイスパターンの除去が短時間でなされるため、シリコンウェーハはほとんどエッチングされず、面荒れが生じ難い。
そのため、デバイスパターンを除去した後に、選択エッチングすることにより、シリコンウェーハ表面の結晶欠陥の観察、評価を容易に行うことができる。
In this way, since the device pattern is removed in a short time using a solution with a low concentration of hydrofluoric acid, the silicon wafer is hardly etched and surface roughness is unlikely to occur.
Therefore, by performing selective etching after removing the device pattern, crystal defects on the silicon wafer surface can be easily observed and evaluated.

ここで、前記選択エッチング液が、少なくともフッ酸および硝酸を含み、更に、酢酸を含むものであることが望ましい。
尚、この結晶欠陥の評価方法は、シリコンウェーハ表面に存在するOSFまたは転位ピットを観察、評価するのに、好適である。
Here, it is preferable that the selective etching solution contains at least hydrofluoric acid and nitric acid, and further contains acetic acid.
This method for evaluating crystal defects is suitable for observing and evaluating OSFs or dislocation pits present on the surface of a silicon wafer.

本発明によれば、シリコンウェーハのデバイスパターン(デバイス構造膜)を、シリコンウェーハの表面を傷つけることなく、短時間に、剥離(除去)することができるデバイスパターンの除去方法、及びこの方法を用いたシリコンウェーハの結晶欠陥評価方法を得ることができる。 The present invention provides a method for removing a device pattern that can peel off (remove) a device pattern (device structure film) from a silicon wafer in a short time without damaging the surface of the silicon wafer, and a method for evaluating crystal defects in a silicon wafer using this method.

実施例1における、選択エッチング後のシリコンウェーハの表面状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a surface state of a silicon wafer after selective etching in Example 1. 比較例1における、選択エッチング後のシリコンウェーハの表面状態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a surface state of a silicon wafer after selective etching in Comparative Example 1.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiment described below.

(デバイスパターンの除去方法)
本発明にかかるデバイスパターンの除去方法は、半導体デバイスプロセスを経て、デバイスパターン(デバイス構造膜)が形成されたシリコンウェーハから、デバイスパターン(デバイス構造膜)を除去する方法である。
このデバイスパターンの除去方法について一例を示すと、デバイスパターン(デバイス構造膜)が形成されたシリコンウェーハを、所定濃度のフッ硝酸溶液に5秒以上1分以下浸漬して、デバイスパターンを除去する方法がある。
(Method of removing device patterns)
The method for removing a device pattern according to the present invention is a method for removing a device pattern (device structure film) from a silicon wafer on which the device pattern (device structure film) has been formed through a semiconductor device process.
One example of a method for removing this device pattern is to immerse a silicon wafer on which a device pattern (device structure film) has been formed in a fluoronitric acid solution of a predetermined concentration for 5 seconds to 1 minute to remove the device pattern.

このデバイスパターンを除去方法は、上記したように、半導体デバイスプロセスを経て、デバイスパターン(デバイス構造膜)が形成されたシリコンウェーハに対して、実行される。
そして、シリコンウェーハからデバイスパターン(デバイス構造膜)を除去し、シリコンウェーハの表面を露出させる。更に、シリコンウェーハの表面を露出させた後、シリコンウェーハに選択エッチングが行われ、シリコンウェーハの表面欠陥の観察、評価が行われる。
即ち、デバイスパターン(デバイス構造膜)を除去し、シリコンウェーハの表面欠陥を観察、評価することにより、シリコンウェーハ上の欠陥が、結晶起因の欠陥か、あるいは半導体デバイスプロセス起因のストレスや汚染による欠陥なのかを明らかにすることができる。
As described above, this method for removing a device pattern is carried out on a silicon wafer on which a device pattern (device structure film) has been formed through a semiconductor device process.
Then, the device pattern (device structure film) is removed from the silicon wafer to expose the surface of the silicon wafer. After the surface of the silicon wafer is exposed, the silicon wafer is selectively etched, and surface defects of the silicon wafer are observed and evaluated.
That is, by removing the device pattern (device structure film) and observing and evaluating the surface defects of the silicon wafer, it is possible to clarify whether the defects on the silicon wafer are defects caused by crystals or defects caused by stress or contamination due to the semiconductor device process.

このデバイスパターン(デバイス構造膜)の除去(剥離)は、上記したように、シリコンウェーハを、強力な酸化能力を持つ硝酸溶液と希フッ酸の混合液に浸すことで行われる。
硝酸溶液と希フッ酸の混合液に浸漬することで、デバイスパターン(デバイス構造膜)とシリコンウェーハの間に、ケミカル酸化膜が形成される。
そして、その形成されたケミカル酸化膜を、フッ酸の作用により、溶解することで、デバイスパターン(デバイス構造膜)が除去されると考えられる。
As described above, the device pattern (device structure film) is removed (peeled off) by immersing the silicon wafer in a mixture of a nitric acid solution and dilute hydrofluoric acid, both of which have strong oxidizing properties.
By immersing the wafer in a mixture of nitric acid and dilute hydrofluoric acid, a chemical oxide film is formed between the device pattern (device structure film) and the silicon wafer.
It is believed that the formed chemical oxide film is dissolved by the action of hydrofluoric acid, thereby removing the device pattern (device structure film).

シリコンウェーハが浸漬されるフッ硝酸溶液の濃度は、処理時間(浸漬時間)に影響を与える。浸漬時間としては、デバイスパターン(デバイス構造膜)が除去の効率化からして、5秒以上1分以下が望ましい。 The concentration of the fluoronitric acid solution in which the silicon wafer is immersed affects the processing time (immersion time). From the perspective of efficient removal of device patterns (device structure films), an immersion time of 5 seconds or more and 1 minute or less is desirable.

浸漬時間として5秒以上1分以下で行うためには、例えば、フッ硝酸溶液としては、0.05%重量濃度以上、0.1%以下の重量濃度のフッ酸と、69%以上71%以下重量濃度の硝酸の混合溶液が用いられる。
このように、前記フッ硝酸溶液を用いることにより、短時間でデバイスパターン(デバイス構造膜)が除去できる。また、フッ酸濃度が希薄な溶液で処理されるため、シリコンウェーハの表面(表層部)が、エッチングされ難く、面荒れし難い。
その結果、デバイスパターンを除去した後に、選択エッチングすることにより、シリコンウェーハ表面の結晶欠陥の観察、評価を容易に行うことができる。
In order to set the immersion time to 5 seconds or more and 1 minute or less, for example, a mixed solution of hydrofluoric acid having a weight concentration of 0.05% or more and 0.1% or less and nitric acid having a weight concentration of 69% or more and 71% or less is used as the hydrofluoric-nitric acid solution.
In this way, by using the hydrofluoric nitric acid solution, the device pattern (device structure film) can be removed in a short time. In addition, since the treatment is performed with a solution with a low concentration of hydrofluoric acid, the surface (surface layer) of the silicon wafer is less likely to be etched and less likely to become rough.
As a result, by performing selective etching after removing the device pattern, crystal defects on the silicon wafer surface can be easily observed and evaluated.

具体的には、0.1%重量濃度を超えるフッ酸を含有する場合には、フッ酸硝酸混合液による反応が激しくなり面荒れの原因となるために、好ましくない。
一方、0.05%未満の重量濃度のフッ酸を含有する場合には、反応が散漫となり、処理時間が長くかかり、好ましくない。
また、69%重量濃度未満の硝酸を含有する場合には、反応が散漫となり、好ましくない。一方、71%を超える重量濃度の硝酸を含有する場合は電子工業用では使われない特殊仕様となるので、好ましくない。
Specifically, if the hydrofluoric acid concentration exceeds 0.1% by weight, the reaction with the hydrofluoric acid-nitric acid mixture becomes intense, which is undesirable as it can cause surface roughening.
On the other hand, if the hydrofluoric acid concentration is less than 0.05% by weight, the reaction becomes diffuse and the treatment time becomes long, which is undesirable.
Also, if the nitric acid concentration is less than 69% by weight, the reaction becomes diffuse, which is not preferable, whereas if the nitric acid concentration is more than 71% by weight, it is not preferable because it is a special specification that is not used in the electronics industry.

(シリコンウェーハの結晶欠陥評価方法)
デバイスパターンの除去方法を実施し、シリコンウェーハからデバイスパターンを除去した後、水による洗浄を行い、選択エッチング液にて選択エッチングを行い、その後、シリコンウェーハ表面を観察、評価する。
(Method for evaluating crystal defects in silicon wafers)
After the device pattern is removed from the silicon wafer by carrying out the device pattern removing method, the silicon wafer is washed with water and selectively etched with a selective etching solution, and then the surface of the silicon wafer is observed and evaluated.

この選択エッチングは、シリコンウェーハ表面に存在する結晶欠陥を顕在化させるためのものであり、選択エッチング液には、シリコンウェーハの結晶欠陥を選択的にエッチングして顕在化できるものであれば、特に制限なく用いることができる。
特に、前記選択エッチング液が、少なくともフッ酸および硝酸を含み、更に、酢酸を含むものであることが望ましい。
This selective etching is intended to expose crystal defects present on the surface of the silicon wafer, and any selective etchant can be used without particular limitation as long as it can selectively etch and expose the crystal defects in the silicon wafer.
In particular, it is desirable that the selective etching solution contains at least hydrofluoric acid and nitric acid, and further contains acetic acid.

具体的には、JIS規格のJIS H0609に記載された選択エッチング液が好ましく、シリコンウェーハの抵抗が0.05Ωcm以下(ただし、0.02Ω以上)の場合は、SatoB液やSatoG液を用いることができるが、特にシリコンウェーハの抵抗が0.02Ωcm以下の場合はSatoG液を用いるのが好ましい。
因みに、SatoB液は、容積比でHF:HNO:CHCOOH:HO=1:12.7:3:5.7で、SatoB液を用いた場合の処理時間は1.5~2.0分であり、SatoG液は、容積比でHF:HNO:HO=1:12.7:6.3で、SatoG液を用いた場合の処理時間は1~3分である。
Specifically, a selective etching solution described in JIS H0609 of the JIS standard is preferred. When the resistance of the silicon wafer is 0.05 Ωcm or less (but 0.02 Ω or more), Sato B solution or Sato G solution can be used, but when the resistance of the silicon wafer is 0.02 Ωcm or less, it is particularly preferred to use Sato G solution.
Incidentally, the volume ratio of Sato B solution is HF:HNO 3 :CH 3 COOH:H 2 O = 1:12.7:3:5.7, and the treatment time when Sato B solution is used is 1.5 to 2.0 minutes, while the volume ratio of Sato G solution is HF:HNO 3 :H 2 O = 1:12.7:6.3, and the treatment time when Sato G solution is used is 1 to 3 minutes.

このような選択エッチング液を用いて、シリコンウェーハに選択エッチング処理を行うことで、結晶欠陥を顕在化して、結晶欠陥を観察、評価する。
これにより、シリコンウェーハ上の欠陥が、結晶起因の欠陥か、あるいは半導体デバイスプロセス起因のストレスや汚染による欠陥なのかを明らかにすることができる。
By performing selective etching on a silicon wafer using such a selective etching solution, crystal defects are made apparent and the crystal defects are observed and evaluated.
This makes it possible to clarify whether defects on silicon wafers are defects caused by crystals or by stress or contamination resulting from semiconductor device processes.

上記処理を施したシリコンウェーハの結晶欠陥の評価は、一般的方法を用いることができ、例えば、OSFまたは転位ピットを光学顕微鏡で観察することにより行う。これにより、低コストで迅速かつ高精度にシリコン単結晶基板の品質を評価することができる。 Crystal defects in silicon wafers that have been subjected to the above-mentioned treatment can be evaluated using standard methods, for example by observing OSFs or dislocation pits with an optical microscope. This allows the quality of silicon single crystal substrates to be evaluated quickly, at low cost, and with high accuracy.

〔実施例〕
(実施例1)
実施例1として、0.05%重量濃度のフッ酸と、70%重量濃度の硝酸の混合溶液に、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、5秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。
浸漬後のシリコンウェーハの表面状態は、デバイスパターンが除去され、きれいな光沢面であった。その後、選択エッチング液(SatoB液)にて、1.5分エッチング処理した。そして、微分干渉顕微鏡を用いて、シリコンウェーハの表面を観察した。その結果、選択エッチングによるピットが観察された(図1)。
〔Example〕
Example 1
In Example 1, a silicon wafer on which a device pattern was formed was immersed for 5 seconds in a mixed solution of hydrofluoric acid with a concentration of 0.05% by weight and nitric acid with a concentration of 70% by weight, and then thoroughly washed with water.
After immersion, the surface of the silicon wafer was clean and shiny, with the device pattern removed. The wafer was then etched for 1.5 minutes with a selective etching solution (Sato B solution). The surface of the silicon wafer was then observed using a differential interference microscope. As a result, pits due to selective etching were observed (Figure 1).

(比較例1)
比較例1として、実施例1と同一のデバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、濃度50%のフッ酸に48時間浸した後、実施例1と同一の選択エッチング液で、実施例1と同一条件でエッチング処理した。
その後、十分水洗を行った。浸漬後のシリコンウェーハの表面状態は、デバイスパターンが除去しきれず、多くが残留した状態であった。
その後、選択エッチング液(SatoB液)にて、1.5分エッチング処理した。そして、微分干渉顕微鏡を用いて、シリコンウェーハの表面を観察した。その結果、取り切れていない膜に邪魔されて欠陥が十分観察できなかった(図2)。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a silicon wafer on which the same device pattern as in Example 1 was formed was immersed in 50% hydrofluoric acid for 48 hours, and then etched with the same selective etching solution as in Example 1 under the same conditions as in Example 1.
After that, the silicon wafer was thoroughly rinsed with water. After immersion, the surface condition of the silicon wafer was such that the device pattern had not been completely removed, with most of it remaining.
After that, the silicon wafer was etched for 1.5 minutes with a selective etching solution (Sato B solution). The surface of the silicon wafer was then observed using a differential interference microscope. As a result, the defects could not be observed sufficiently due to the remaining film (Figure 2).

(実施例2~5、比較例2~5)
更に、フッ酸の濃度を変えて、この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。
実施例2は、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.05%重量濃度のフッ酸と、70%重量濃度の硝酸の混合溶液に、5秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。その結果を表1に示す。
(Examples 2 to 5, Comparative Examples 2 to 5)
Furthermore, the surface state of the silicon wafer after immersion in hydrofluoric acid was examined by changing the concentration of the hydrofluoric acid.
In Example 2, a silicon wafer on which a device pattern was formed was immersed in a mixed solution of 0.05% by weight hydrofluoric acid and 70% by weight nitric acid for 5 seconds. The wafer was then thoroughly rinsed with water. The surface condition of the silicon wafer after this immersion was examined. The results are shown in Table 1.

実施例3は、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.05%重量濃度のフッ酸と、70%重量濃度の硝酸の混合溶液に、60秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。その結果を表1に示す。 In Example 3, a silicon wafer on which a device pattern was formed was immersed in a mixed solution of 0.05% hydrofluoric acid by weight and 70% nitric acid by weight for 60 seconds. It was then thoroughly rinsed with water. The surface condition of the silicon wafer after this immersion was examined. The results are shown in Table 1.

実施例4は、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.1%重量濃度のフッ酸と、70%重量濃度の硝酸の混合溶液に、5秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。その結果を表1に示す。 In Example 4, a silicon wafer on which a device pattern was formed was immersed for 5 seconds in a mixed solution of 0.1% hydrofluoric acid by weight and 70% nitric acid by weight. The wafer was then thoroughly rinsed with water. The surface condition of the silicon wafer after this immersion was examined. The results are shown in Table 1.

実施例5は、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.1%重量濃度のフッ酸と、70%重量濃度の硝酸の混合溶液に、60秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。その結果を表1に示す。 In Example 5, a silicon wafer on which a device pattern was formed was immersed in a mixed solution of 0.1% hydrofluoric acid by weight and 70% nitric acid by weight for 60 seconds. It was then thoroughly rinsed with water. The surface condition of the silicon wafer after this immersion was examined. The results are shown in Table 1.

比較例2は、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.05%重量濃度のフッ酸と、70%重量濃度の硝酸の混合溶液に、3秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。その結果を表1に示す。 In Comparative Example 2, a silicon wafer on which a device pattern was formed was immersed for 3 seconds in a mixed solution of 0.05% hydrofluoric acid by weight and 70% nitric acid by weight. It was then thoroughly rinsed with water. The surface condition of the silicon wafer after this immersion was examined. The results are shown in Table 1.

比較例3は、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.05%重量濃度のフッ酸と、70%重量濃度の硝酸の混合溶液に、90秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。その結果を表1に示す。 In Comparative Example 3, a silicon wafer on which a device pattern was formed was immersed in a mixed solution of 0.05% hydrofluoric acid by weight and 70% nitric acid by weight for 90 seconds. It was then thoroughly rinsed with water. The surface condition of the silicon wafer after this immersion was examined. The results are shown in Table 1.

比較例4は、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.1%重量濃度のフッ酸と、70%重量濃度の硝酸の混合溶液に、3秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。その結果を表1に示す。 In Comparative Example 4, a silicon wafer on which a device pattern was formed was immersed for 3 seconds in a mixed solution of 0.1% hydrofluoric acid by weight and 70% nitric acid by weight. It was then thoroughly rinsed with water. The surface condition of the silicon wafer after this immersion was examined. The results are shown in Table 1.

比較例5は、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、0.1%重量濃度のフッ酸と、70%重量濃度の硝酸の混合溶液に、90秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。その結果を表1に示す。 In Comparative Example 5, a silicon wafer on which a device pattern was formed was immersed in a mixed solution of 0.1% hydrofluoric acid by weight and 70% nitric acid by weight for 90 seconds. It was then thoroughly rinsed with water. The surface condition of the silicon wafer after this immersion was examined. The results are shown in Table 1.

また、比較例6~9にあっては、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、表1に示す重量濃度のフッ酸及び硝酸の混合溶液に、30秒間浸漬した。その後、十分水洗を行った。この浸漬後のシリコンウェーハの表面状態を検証した。その結果を表1に示す。尚、71%を超える硝酸は、電子工業用途で使用されないため、検証を行わなかった。 In Comparative Examples 6 to 9, silicon wafers on which device patterns were formed were immersed for 30 seconds in a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid with the weight concentrations shown in Table 1. After that, they were thoroughly rinsed with water. The surface condition of the silicon wafers after this immersion was examined. The results are shown in Table 1. Note that nitric acid with a concentration of more than 71% was not examined because it is not used in the electronics industry.

Figure 2024078489000001
Figure 2024078489000001

上記実施例、比較例から、0.05%重量濃度以上、0.1%以下の重量濃度のフッ酸と、69%以上71%以下重量濃度の硝酸との溶液を用いたフッ硝酸溶液に、5秒以上1分以下浸漬することにより、前記デバイスパターンを除去できることが確認された。 From the above examples and comparative examples, it was confirmed that the device pattern can be removed by immersing for 5 seconds to 1 minute in a hydrofluoric-nitric acid solution using a solution of hydrofluoric acid with a weight concentration of 0.05% or more and 0.1% or less and nitric acid with a weight concentration of 69% to 71% or less.

Claims (4)

半導体デバイスプロセスを経て、デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハから前記デバイスパターンを除去する、デバイスパターンの除去方法において、
デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハを、
0.05%重量濃度以上、0.1%以下の重量濃度のフッ酸と、69%以上71%以下重量濃度の硝酸との溶液を用いたフッ硝酸溶液に、
5秒以上1分以下浸漬することにより、
前記デバイスパターンを除去することを特徴とする、デバイスパターンの除去方法。
1. A method for removing a device pattern from a silicon wafer on which a device pattern has been formed through a semiconductor device process, comprising the steps of:
The silicon wafer on which the device pattern is formed is
A hydrofluoric acid solution containing 0.05% or more and 0.1% or less by weight of hydrofluoric acid and 69% or more and 71% or less by weight of nitric acid is used.
By immersing for 5 seconds or more and up to 1 minute,
A method for removing a device pattern, comprising removing the device pattern.
前記請求項1に記載されたデバイスパターンの除去方法を用いて、
デバイスパターンが形成されたシリコンウェーハから前記デバイスパターンを除去した後、
選択エッチング液によって、シリコンウェーハの結晶欠陥を顕在化させて、結晶欠陥の観察、評価を行うことを特徴とするシリコンウェーハの結晶欠陥評価方法。
Using the device pattern removal method described in claim 1,
After removing the device pattern from the silicon wafer on which the device pattern is formed,
A method for evaluating crystal defects in a silicon wafer, comprising the steps of: making crystal defects in a silicon wafer visible by using a selective etching solution; and observing and evaluating the crystal defects.
前記選択エッチング液が、少なくともフッ酸および硝酸を含み、更に、酢酸を含むものであることを特徴とする請求項2に記載のシリコンウェーハの結晶欠陥評価方法。 The method for evaluating crystal defects in silicon wafers according to claim 2, characterized in that the selective etching solution contains at least hydrofluoric acid and nitric acid, and further contains acetic acid. 前記評価が行われる結晶欠陥は、シリコンウェーハ表面に存在するOSFまたは転位ピットであることを特徴とする請求項2に記載のシリコンウェーハの結晶欠陥評価方法。 The method for evaluating crystal defects in silicon wafers according to claim 2, characterized in that the crystal defects evaluated are OSFs or dislocation pits present on the silicon wafer surface.
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