JP3331106B2 - Method for analyzing impurities in semiconductor thin film or semiconductor substrate - Google Patents

Method for analyzing impurities in semiconductor thin film or semiconductor substrate

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JP3331106B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜または
半導体基板の不純物分析方法に関し、特にシリコン半導
体薄膜またはシリコン半導体基板中に存在する、金属不
純物の化学分析方法に関する。
The present invention relates to a method for analyzing impurities in a semiconductor thin film or a semiconductor substrate, and more particularly to a method for analyzing metal impurities present in a silicon semiconductor thin film or a silicon semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】半導
体薄膜や半導体基板に存在するNaやFeをはじめとす
る金属不純物は、一般に酸化膜耐圧の劣化や結晶欠陥を
もたらし、半導体デバイス特性に大きな影響を与える。
そのためデバイス製造工程においては、洗浄やゲッタリ
ングなどにより金属不純物を除去することが行われてい
る。近年の半導体デバイスの高集積化・微細化そして高
性能化により、許容される金属不純物濃度はより一層低
くなり、それに伴い汚染の把握管理のため不純物分析手
法に関してもより一層の高感度化が求められている。
2. Description of the Related Art Metal impurities such as Na and Fe present in a semiconductor thin film and a semiconductor substrate generally cause deterioration of oxide film breakdown voltage and crystal defects, and greatly affect semiconductor device characteristics. give.
Therefore, in the device manufacturing process, metal impurities are removed by washing, gettering, or the like. Due to the recent high integration, miniaturization and high performance of semiconductor devices, the allowable metal impurity concentration has been further lowered, and accordingly, higher sensitivity has also been required for impurity analysis methods to grasp and control contamination. Have been.

【0003】半導体薄膜や基板の不純物分析手法として
は、表1に示すような化学分析手法が主に用いられてい
る。これらの手法は、使用する試薬を蒸留する、分解溶
液を濃縮する、といった工夫をすることにより分析感度
の向上を図っているが、まだ必ずしも十分な感度とはい
えない。現在の化学分析における感度の律則要因のひと
つとして、測定装置(原子吸光装置など)の感度不足が
挙げられる。そのため不純物分析感度の向上には、半導
体試料の分解量を増やし金属不純物の絶対量を高めるこ
とが有効であると考えられる。
As a technique for analyzing impurities in a semiconductor thin film or a substrate, a chemical analysis technique as shown in Table 1 is mainly used. These techniques attempt to improve the analytical sensitivity by devising, for example, distilling the reagent to be used and concentrating the decomposition solution, but they are not necessarily sufficient yet. One of the limiting factors of sensitivity in current chemical analysis is insufficient sensitivity of a measuring device (such as an atomic absorption device). Therefore, to improve the sensitivity of impurity analysis, it is considered effective to increase the amount of decomposition of the semiconductor sample and increase the absolute amount of metal impurities.

【0004】しかしながら、多量の試料を分解するため
にはより多くの試薬が必要となり、試薬からの汚染が生
じる。一方、使用する試薬量を極力少なくすると多量の
ケイ素化合物が残留し、液体試料によって測定を行う場
合の再溶解するための試薬量が増加するといった問題が
あり、簡単に分析感度を向上させることは難しい。例え
ばM.B.Shabaniらは1gの試料分解による基
板中の金属不純物濃度分析を報告しているが(分析化学
会 秋期討論会予稿集2H09p405(199
5))、理論上(装置上)の検出限界値が示されている
だけで実際の分析結果の報告はまだ報告されていない。
表1にこのような従来技術をまとめて示す。
[0004] However, in order to decompose a large amount of sample, more reagent is required, and contamination from the reagent occurs. On the other hand, if the amount of reagent used is reduced as much as possible, a large amount of silicon compound remains, and there is a problem that the amount of reagent for re-dissolving when performing measurement with a liquid sample increases, and it is not easy to improve the analysis sensitivity. difficult. For example, M. B. Shabani et al. Report the analysis of the concentration of metal impurities in a substrate by decomposing 1 g of a sample (Analytical Society of Japan Fall Meeting 2H09p405 (199)
5)) Only the theoretical (on-apparatus) detection limit values are shown, but no actual analysis results have been reported yet.
Table 1 summarizes such prior art.

【0005】[0005]

【表1】 本発明の目的は、多量の半導体薄膜または半導体基板を
必要最少限の試薬によって分解し、半導体の分解の際に
多量の残渣を生ずることなく金属不純物濃度を高感度に
分析できる方法を提供することである。
[Table 1] An object of the present invention is to provide a method capable of decomposing a large amount of a semiconductor thin film or a semiconductor substrate with a minimum necessary amount of reagents and analyzing the concentration of metal impurities with high sensitivity without generating a large amount of residues upon decomposition of the semiconductor. It is.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、フッ化水
素酸および硝酸を特定比率で含有する酸性溶液を半導体
薄膜または半導体基板の分解の際に用いることによっ
て、またはフッ化水素酸をふくんでなる酸性溶液を分解
の際に用い、その後硝酸を用いて分解することで上記課
題が解決できることを知った。
Means for Solving the Problems The present inventors use an acidic solution containing hydrofluoric acid and nitric acid at a specific ratio when decomposing a semiconductor thin film or a semiconductor substrate, or use hydrofluoric acid. It has been found that the above problem can be solved by using an acidic solution containing the solution at the time of decomposition and then decomposing with nitric acid.

【0007】すなわち、本発明は、半導体薄膜または半
導体基板を、フッ化水素酸および硝酸を含んでなり、か
つ、フッ化水素酸対硝酸の混合比が重量濃度比で0.3
〜0.6である酸性溶液によって分解して液状化する工
程と、前記分解によって得られた液体を加熱し、揮発さ
せることにより濃縮する工程と前記濃縮工程の後に生ず
る残渣から分析試料を調製する工程と、前記分析試料を
分析する工程とを具備することを特徴とする、半導体薄
膜または半導体基板の不純物分析方法である。
That is, according to the present invention, a semiconductor thin film or a semiconductor substrate comprises hydrofluoric acid and nitric acid, and the mixing ratio of hydrofluoric acid to nitric acid is 0.3% by weight.
Preparing an analysis sample from the residue obtained after the step of decomposing and liquefying the liquid obtained by the decomposition, heating and evaporating the liquid obtained by the decomposition, and the step of concentrating the liquid obtained by the decomposition. A method for analyzing impurities in a semiconductor thin film or a semiconductor substrate, comprising: a step of analyzing a sample to be analyzed;

【0008】本発明の別の態様にあっては、フッ化水素
酸を含む酸性溶液によって前記基板または薄膜を分解し
たのち、濃縮工程において硝酸を添加してもよい。
In another aspect of the present invention, nitric acid may be added in the concentration step after decomposing the substrate or the thin film with an acidic solution containing hydrofluoric acid.

【0009】本発明の好適態様としては、前記薄膜また
は前記基板を前記酸性溶液中に浸漬することによって、
前記薄膜または前記基板を分解して液状化してもよく、
また、前記薄膜または前記基板を前記酸性溶液の蒸気に
接触させることによって、前記薄膜または前記基板を分
解して液状化してもよい。
According to a preferred aspect of the present invention, the thin film or the substrate is immersed in the acidic solution,
The thin film or the substrate may be decomposed and liquefied,
The thin film or the substrate may be decomposed and liquefied by bringing the thin film or the substrate into contact with the vapor of the acidic solution.

【0010】さらに、前記濃縮工程において、硫酸を添
加してもよい。また前記分析試料の分析は、好ましくは
原子吸光分析装置、高周波誘導プラズマ質量分析装置、
または全反射蛍光X線分光分析装置によって行う。
Further, sulfuric acid may be added in the concentration step. The analysis of the analysis sample is preferably an atomic absorption spectrometer, a high frequency induction plasma mass spectrometer,
Alternatively, it is performed by a total reflection X-ray fluorescence spectrometer.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明者らは、シリコン半導体薄
膜あるいはシリコン半導体基板(本明細書においては単
に、シリコン基板、基板またはウエハーということもあ
る)をフッ化水素酸および硝酸を含む硝酸溶液によって
分解する際に生じる残渣を調べたところ、その主成分が
ジアンモニウムヘキサフルオロシリケート(NH4
2 SiF6 であり、その他に分析対象である微量の
金属不純物をなどを含有することを確認した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors prepared a silicon semiconductor thin film or a silicon semiconductor substrate (also simply referred to as a silicon substrate, a substrate or a wafer in this specification) using a nitric acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid. When the residue generated when decomposed by the reaction was examined, the main component was diammonium hexafluorosilicate (NH 4 ).
2 SiF 6 , and also confirmed to contain trace amounts of metal impurities to be analyzed.

【0012】図1にその残渣のX線回折スペクトルを、
表2にその残渣の核磁気共鳴スペクトルを示す。これら
はいずれもジアンモニウムヘキサフルオロシリケートの
存在を示している。この残渣の量を低減させることで、
最終的に分析する試料中の金属不純物の濃度を高めるこ
とができ、高感度な金属不純物の分析を行うことができ
る。
FIG. 1 shows an X-ray diffraction spectrum of the residue.
Table 2 shows the nuclear magnetic resonance spectrum of the residue. These all indicate the presence of diammonium hexafluorosilicate. By reducing the amount of this residue,
The concentration of metal impurities in a sample to be finally analyzed can be increased, and highly sensitive analysis of metal impurities can be performed.

【0013】[0013]

【表2】 図2に、T.J.Meyerらによって提唱されている
亜硝酸イオンの自己還元反応によるジアンモニウムヘキ
サフルオロシリケート(NH4 2 SiF6 の生成
機構(化学と工業 日本化学会誌 KAKTAF 48
(4)(1995))を示す。一般に、フッ化水素酸と
硝酸によるシリコン半導体基板などの分解の際にはこの
反応が起きていると推定される。分解の際に硝酸量が少
ない場合には、図2に示す反応により、亜硝酸イオンの
自己還元反応が起こりアンモニア、続いてアンモニウム
イオンが生成し、最終的に(NH4 2 SiF6
が生成する。しかし、硝酸量が多くなると亜硝酸イオン
の自己還元反応が抑制されてアンモニアはほとんど生成
せず、(NH4 2 SiF6 量も少なくなること
がわかる。
[Table 2] FIG. J. Mechanism of formation of diammonium hexafluorosilicate (NH 4 ) 2 SiF 6 by the self-reduction reaction of nitrite ion proposed by Meyer et al. (Chemistry and Industry, Chemical Society of Japan, KAKTAF 48)
(4) (1995)). In general, it is presumed that this reaction occurs when a silicon semiconductor substrate or the like is decomposed by hydrofluoric acid and nitric acid. If the amount of nitric acid is small at the time of decomposition, the reaction shown in FIG. 2 causes a self-reduction reaction of nitrite ions to produce ammonia and subsequently ammonium ions, and finally (NH 4 ) 2 SiF 6
Is generated. However, it can be seen that when the amount of nitric acid increases, the self-reduction reaction of nitrite ions is suppressed, ammonia is hardly generated, and the amount of (NH 4 ) 2 SiF 6 also decreases.

【0014】図3に典型的なシリコン半導体基板の分解
手順の一例を示す。図3(a)のように、シリコン半導
体基板301を、テフロン製のビーカ303中のフッ化
水素酸と硝酸の混合溶液302に浸漬し、分解する。そ
の後図3(b)のように、溶解した金属不純物304を
含む分解溶液を濃縮する。さらに濃縮を続けると、図3
(c)に示すように、分解溶液が乾固し残渣305が生
成する。その残渣305を純水306によって再溶解し
分析試料を調製する。このような方法におけるフッ化水
素酸および硝酸の好適な混合比を検討した。
FIG. 3 shows an example of a typical silicon semiconductor substrate disassembling procedure. As shown in FIG. 3A, the silicon semiconductor substrate 301 is immersed in a mixed solution 302 of hydrofluoric acid and nitric acid in a Teflon beaker 303 to be decomposed. Thereafter, as shown in FIG. 3B, the decomposition solution containing the dissolved metal impurities 304 is concentrated. When the concentration was further continued, FIG.
As shown in (c), the decomposition solution is dried and a residue 305 is generated. The residue 305 is redissolved in pure water 306 to prepare an analysis sample. A suitable mixing ratio of hydrofluoric acid and nitric acid in such a method was studied.

【0015】なお、本明細書においてフッ化水素酸対硝
酸の混合比は、{(使用したフッ化水素酸の濃度、重量
%)×(使用したフッ化水素酸の量mL)}/{(使用
した硝酸の濃度、重量%)×(使用した硝酸の量m
L)}で表す。
In the present specification, the mixing ratio of hydrofluoric acid to nitric acid is {(concentration of hydrofluoric acid used, weight%) × (amount of hydrofluoric acid used mL)} / {( Concentration of used nitric acid, weight%) x (amount of used nitric acid m
L)}.

【0016】図4はその結果であって、濃フッ化水素酸
(38重量%)および濃硝酸(68重量%)の混合比を
変え、シリコン半導体基板の分解溶液を濃縮した後に生
ずる残渣の中のケイ素化合物((NH4 2 SiF
6 など)の量を詳細に調べた結果を示す相関図である。
残渣の中のケイ素化合物の重量を直接測定することは困
難であったため、残渣を溶解させるのに必要であった純
水の最小量によって評価を行い、100μL以下の水に
よって溶解した場合を少量の残渣と判定し、100μL
を超える場合を多量の残渣と評価した。図4に示すよう
に、Si量が1g、2gいずれであっても、フッ化水素
酸対硝酸の混合比(HF/HNO3 )が0.6より大
きい場合、多量の残渣が生じ、0.3より小さい場合に
は、完全には分解しなかった。したがって、フッ化水素
酸および硝酸の混合比が0.3〜0.6の範囲の場合に
シリコン半導体基板が分解されかつ(NH4 2
iF6 自体からなる残渣が少なくなることがわかる。
なお、混合比が、0.3未満または0.6より大きい場
合であっても、ある程度のフッ化水素酸および硝酸が含
まれており、酸性溶液が特に多量であれば、シリコン半
導体基板などが分解され、かつ(NH4 2 SiF
6 自体からなる残渣が少なくなることがあるが、使用
した酸による汚染が大きくなるため好ましくない。
FIG. 4 shows the results, in which the mixing ratio of concentrated hydrofluoric acid (38% by weight) and concentrated nitric acid (68% by weight) was changed, and the residue generated after concentrating the decomposition solution of the silicon semiconductor substrate was removed. Silicon compound ((NH 4 ) 2 SiF
FIG. 6 is a correlation diagram showing the result of examining the amount of ( 6 ) in detail.
Since it was difficult to directly measure the weight of the silicon compound in the residue, the evaluation was performed based on the minimum amount of pure water required to dissolve the residue. Judge as residue, 100μL
The case where it exceeded was evaluated as a large amount of residue. As shown in FIG. 4, when the mixing ratio of hydrofluoric acid to nitric acid (HF / HNO 3 ) is larger than 0.6, a large amount of residue is generated regardless of whether the amount of Si is 1 g or 2 g. When it was less than 3, it did not completely decompose. Therefore, when the mixing ratio of hydrofluoric acid and nitric acid is in the range of 0.3 to 0.6, the silicon semiconductor substrate is decomposed and (NH 4 ) 2 S
It can be seen that the residue consisting iF 6 itself is reduced.
In addition, even when the mixing ratio is less than 0.3 or greater than 0.6, a certain amount of hydrofluoric acid and nitric acid is contained, and if the amount of the acidic solution is particularly large, the silicon semiconductor substrate or the like may be used. Decomposed and (NH 4 ) 2 SiF
Although the residue composed of 6 itself may decrease, it is not preferable because contamination by the used acid increases.

【0017】このように、HF/HNO3 混合比が
0.3〜0.6の範囲のフッ化水素酸および硝酸の混合
溶液によってシリコン基板を分解し、その分解溶液を加
熱濃縮すれば、(NH4 2 SiF6 自体からな
る残渣量が低減化し、再溶解して分析試料を作成する際
の溶媒が少量ですむので、高感度の金属不純物分析が可
能となる。
As described above, if the silicon substrate is decomposed by the mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid having the HF / HNO 3 mixing ratio in the range of 0.3 to 0.6, and the decomposed solution is heated and concentrated, Since the amount of the residue composed of NH 4 ) 2 SiF 6 itself is reduced and a small amount of solvent is required for re-dissolving to prepare an analysis sample, highly sensitive analysis of metal impurities becomes possible.

【0018】本発明において用いることのできるフッ化
水素酸および硝酸は、これらの酸からの汚染による分析
精度の悪化を防ぐため、高純度試薬を用いる必要があ
り、分析用の高純度試薬を用いることが好ましいが、場
合によっては、電子工業用の試薬を用いることもでき
る。使用する酸の濃度は特に制限されず、希釈されてい
てもかまわないが、分解時間や濃縮時間を考慮すると濃
フッ化水素酸および濃硝酸を用いることが好ましい。硝
酸は、前記のように、分解溶液に用いるほか、分解途
中、濃縮工程の前、濃縮工程の途中または濃縮工程の後
に添加することができ、それによって(NH42
iF6 そのものの残渣の量を減少させることができる。
Hydrofluoric acid and nitric acid that can be used in the present invention require the use of a high-purity reagent in order to prevent deterioration of analysis accuracy due to contamination from these acids. However, in some cases, reagents for the electronics industry can be used. The concentration of the acid to be used is not particularly limited and may be diluted, but it is preferable to use concentrated hydrofluoric acid and concentrated nitric acid in consideration of the decomposition time and the concentration time. As described above, nitric acid can be used in the decomposition solution, or can be added during decomposition, before the concentration step, during the concentration step, or after the concentration step, whereby (NH 4 ) 2 S
The amount of residue of iF 6 itself can be reduced.

【0019】分解温度は分解に用いる酸性溶液が液体で
あれば反応速度、安全性などの必要性に応じて適宜選択
できる。
The decomposition temperature can be appropriately selected according to the necessity of the reaction rate, safety and the like if the acidic solution used for the decomposition is a liquid.

【0020】分解は酸性溶液に浸漬することに限らず蒸
気によって行っても良い。浸漬による分解は、多量のシ
リコン半導体基板を簡便かつ迅速に溶解させる場合に好
ましく、蒸気による分解は、酸性溶液に起因する金属不
純物が、分析の精度に問題となる場合に好ましい。蒸気
による分解の際、蒸気の発生は、例えば酸性溶液を加熱
することによって行うことができる。加熱は、例えば酸
性溶液の入った容器を室温以上、230℃以下に、例え
ば200℃に加熱することによって行うことができる。
The decomposition is not limited to immersion in an acidic solution, but may be performed by steam. Decomposition by immersion is preferable when a large amount of a silicon semiconductor substrate is simply and quickly dissolved, and decomposition by steam is preferable when metal impurities caused by an acidic solution pose a problem in analysis accuracy. In the case of decomposition by steam, generation of steam can be performed, for example, by heating an acidic solution. The heating can be performed, for example, by heating a container containing the acidic solution to a temperature of from room temperature to 230 ° C., for example, to 200 ° C.

【0021】図5に示すように、蒸気によって分解を行
う場合は、分解時間を長くすることにより(NH4
2 SiF6 量の低減をすることが可能であり、この
例では、3時間以上の分解で分解が完了するが、残渣が
多く、長時間分解するにつれて残渣が減少し、8時間以
上かけて分解した場合は、(NH4 2 SiF6
らなる残渣がなかった。
As shown in FIG. 5, when the decomposition is carried out by steam, the decomposition time is lengthened to make (NH 4 )
It is possible to reduce the amount of 2 SiF 6. In this example, the decomposition is completed by decomposition for 3 hours or more. In this case, there was no residue composed of (NH 4 ) 2 SiF 6 .

【0022】なお、(NH4 2 SiF6 自体から
なる残渣が極微量となる場合は(目視で観察されない程
度、例えば2ng以下)、硫酸を添加して濃縮すること
が好ましい。これは、金属不純物が完全に乾固して金属
が酸化物になると純水に溶解しにくくなり回収率が低下
するが、硫酸を添加すると金属が溶液状態(イオン)で
存在するため、純水にもよく溶解し、回収率の低下が防
止できるからであると考えられる。この場合、濃度や添
加量は特に限定されないが、例えば、33重量%の硫酸
を10μL加えることを行う。また、(NH4 2
SiF6 からなる残渣が存在するときは、硫酸を加え
なくても特に回収率は低下しない。
When the residue consisting of (NH 4 ) 2 SiF 6 itself is extremely small (to the extent that it is not observed visually, for example, 2 ng or less), it is preferable to add sulfuric acid and concentrate. This is because when the metal impurities are completely dried and the metal is converted into an oxide, the metal is hardly dissolved in pure water and the recovery rate is reduced. However, when sulfuric acid is added, the metal exists in a solution state (ion). This is considered to be due to the fact that it can be dissolved well, and a decrease in the recovery rate can be prevented. In this case, the concentration and the amount of addition are not particularly limited. For example, 10 μL of 33% by weight sulfuric acid is added. Also, (NH 4 ) 2
When there is a residue composed of SiF 6, the recovery rate does not decrease even without adding sulfuric acid.

【0023】本発明の方法による分析対象元素は、特に
限定されないが、好ましくは、Na,Al,Ca,C
r,Mn,Fe,Cu,Ti,Mo,Au,Ag,W、
より好ましくは、Na,Al,Ca,Cr,Mn,F
e,Cuである。
The element to be analyzed by the method of the present invention is not particularly limited, but is preferably Na, Al, Ca, C
r, Mn, Fe, Cu, Ti, Mo, Au, Ag, W,
More preferably, Na, Al, Ca, Cr, Mn, F
e, Cu.

【0024】本発明においては、原子吸光分析装置、高
周波誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP−MS)ま
たは全反射蛍光X線分光分析装置(TREX)を用いて
金属不純物濃度の測定を行うことができる。
In the present invention, the metal impurity concentration can be measured using an atomic absorption spectrometer, a high-frequency inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) or a total reflection X-ray fluorescence spectrometer (TREX). .

【0025】原子吸光分析装置により分析を行う場合
は、濃縮後の残渣を100μL程度の純水で希釈し、分
析試料を調製する。この装置の場合、感度がサブppb
オーダーであり、特にNa,Cu,Znに関しては高感
度であり、マトリックスに含まれるSiの影響を受けに
くいといった長所がある。ただし、1元素ごとの破壊測
定であるため測定可能な元素数、および測定回数は限ら
れる。
When analysis is performed by an atomic absorption spectrometer, the residue after concentration is diluted with about 100 μL of pure water to prepare an analysis sample. In this device, the sensitivity is sub-ppb
It is of the order, and has the advantage that it is highly sensitive to Na, Cu, and Zn, and is not easily affected by Si contained in the matrix. However, since the destructive measurement is performed for each element, the number of measurable elements and the number of measurements are limited.

【0026】ICP−MSによって分析を行う場合は、
原子吸光分析装置の場合と同様に分析試料を調製する。
導入系としてETV(エレクトロサーマルベーパライゼ
ーション)を用いた場合、100μL程度の試料量でよ
いため好ましい。原子吸光分析装置よりさらに高感度
(ppt〜数百ppt)の分析が可能であり、原子吸光
分析装置では測定不可能な重金属(Mo,Au,Ag,
W)の測定、同時多元素の測定も可能である長所があ
る。マトリックスの影響を受けやすく、高濃度で残渣を
含む試料の測定が困難なため、従来は適用に制限があっ
たが、本発明によって、残渣を減少させ、マトリックス
の影響を低下できるので、本発明において、好適に用い
ることができる。
When performing analysis by ICP-MS,
An analysis sample is prepared as in the case of the atomic absorption spectrometer.
It is preferable to use ETV (electrothermal vaporization) as the introduction system because a sample volume of about 100 μL is sufficient. Analysis with higher sensitivity (ppt to hundreds of ppt) is possible than an atomic absorption spectrometer, and heavy metals (Mo, Au, Ag, Ag,
There is an advantage that measurement of W) and measurement of multiple elements simultaneously are possible. Conventionally, the application was limited because the sample was easily affected by the matrix and it was difficult to measure a sample containing a residue at a high concentration.However, the present invention can reduce the residue and reduce the influence of the matrix. , Can be suitably used.

【0027】TREXによって分析を行う場合は、分解
溶液を予め1mL以下まで濃縮し、この濃縮液を十分清
浄なSiウエハー上で加熱することにより完全に乾固さ
せる。その後この濃縮点について蛍光X線分析を行う。
K,Ca,Ti,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,C
u,Znの同時分析が高感度で行える長所があるが、残
渣が多いと測定が困難となるため、従来は適用に制限が
あったが、本発明によって、残渣を減少させることがで
きるので、本発明において、好適に用いることができ
る。
In the case of performing analysis by TREX, the decomposition solution is concentrated in advance to 1 mL or less, and the concentrated solution is completely dried by heating on a sufficiently clean Si wafer. Thereafter, fluorescent X-ray analysis is performed on this concentration point.
K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, C
Although there is an advantage that the simultaneous analysis of u and Zn can be performed with high sensitivity, measurement is difficult if there are many residues, and there has been a limitation on the application in the past. However, the present invention can reduce the residues. In the present invention, it can be suitably used.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて説明する。 <実施例1> シリコン基板中の金属不純物濃度分析 図3に示した方法によりシリコン基板の分解を行った。
シリコン基板は、熱処理1として、O2 およびN2 雰囲
気下で、1190℃において24時間処理を行ったも
の、熱処理2として、O2 雰囲気下で、780℃ににお
いて3時間、その後1000℃において16時間熱処理
したものを分析した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments. Example 1 Analysis of Metal Impurity Concentration in Silicon Substrate The silicon substrate was decomposed by the method shown in FIG.
The silicon substrate was subjected to a heat treatment 1 at 1190 ° C. for 24 hours in an O 2 and N 2 atmosphere, and a heat treatment 2 was carried out in an O 2 atmosphere at 780 ° C. for 3 hours and then at 1000 ° C. for 16 hours. Heat treated for hours was analyzed.

【0029】シリコン基板2g(301)を入れたテフ
ロン製ビーカ303に、濃フッ化水素酸(HF38重量
%、多摩化学製、超高純度分析試薬、TAMAPURE-AA シリ
ーズ)と濃硝酸(HNO3 68重量%、多摩化学製、超
高純度分析試薬、TAMAPURE-AA シリーズ)の混合比0.
45の酸性溶液45mLを3回に分けて入れ、室温にて
0.5時間かけてシリコン基板の分解を行った。分解終
了後、分解溶液を200℃で加熱し濃縮した。濃縮後残
渣305を純水100μL(306)で希釈し、金属不
純物304の濃度分析を原子吸光分析装置あるいは高周
波誘導結合プラズマ質量分析装置にて行った。
[0029] the silicon substrate 2 g (301) Teflon beaker 303 placed, hydrofluoric acid (HF38 wt%, Tama Chemical Co., ultra-high purity analytical reagents, TAMAPURE-AA series) and concentrated nitric acid (HNO 3 68 Weight%, Tama Chemical Co., Ltd., ultra high purity analytical reagent, TAMAPURE-AA series)
Forty-five milliliters of 45 acidic solution of No. 45 was put in three times, and the silicon substrate was decomposed at room temperature for 0.5 hours. After the decomposition was completed, the decomposition solution was heated at 200 ° C. and concentrated. After concentration, the residue 305 was diluted with 100 μL (306) of pure water, and the concentration analysis of the metal impurities 304 was performed by an atomic absorption spectrometer or a high frequency inductively coupled plasma mass spectrometer.

【0030】表3は前記の異なる熱処理を行ったシリコ
ン基板中の金属不純物濃度の原子吸光分析装置による分
析結果である。熱処理条件によってシリコン基板の汚染
形態が異なることがこの方法によって測定できることが
わかる。このように本発明により、少量の液量でも残渣
量を低減化することが可能となり、検出限界が8×10
11cm-3とステップ・エッチング法の感度1×1013cm-3
と比較して2桁も向上し、従来ではわからなかった低濃
度の汚染の把握が可能となった。
Table 3 shows the results of analysis of the concentration of metal impurities in the silicon substrate subjected to the different heat treatments by an atomic absorption spectrometer. It can be seen that this method can measure that the contaminant form of the silicon substrate differs depending on the heat treatment conditions. As described above, according to the present invention, the amount of residue can be reduced even with a small amount of liquid, and the detection limit is 8 × 10
11 cm -3 and sensitivity of step etching method 1 × 10 13 cm -3
It is possible to grasp low-concentration contamination, which was unknown in the past, by two orders of magnitude.

【0031】[0031]

【表3】 表4にあらかじめ既知量の汚染を添加したシリコン基板
について本手法を適用し、回収率を求めた結果を示す。
Zn以外の元素、Na,Cr,Fe,Cuは全て95%
以上の回収率が得られており、本手法の信頼性に問題が
ないことが明らかとなった。
[Table 3] Table 4 shows the results obtained by applying this method to a silicon substrate to which a known amount of contamination has been added in advance and determining the recovery rate.
Elements other than Zn: 95% for Na, Cr, Fe and Cu
The above recovery rates were obtained, and it was clear that there was no problem in the reliability of this method.

【0032】[0032]

【表4】 <実施例2> 窒化膜中の金属不純物濃度分析 図6に示す気相分解法によりシリコン基板601上のシ
リコン窒化膜(半導体薄膜)602をフッ化水素酸の蒸
気603により分解する。フッ化水素酸蒸気は密閉容器
内でフッ化水素酸を蒸発(室温)させることにより発生
させ、シリコン窒化膜を2時間蒸気にさらして分解を行
う。分解されて生じた溶液604には多量のケイ素が溶
解しているためそのまま濃縮すると(NH4 2
iF6が白色固体として残留する。そこで分解溶液60
4に濃硝酸(605)1mLを添加し、シリコン基板6
01を加熱、分解溶液604を濃縮乾固する。乾燥後、
濃縮部位の残渣(金属不純物)606をTREXにて分
析し、窒化膜の金属不純物濃度分析を行う。
[Table 4] Example 2 Analysis of Metal Impurity Concentration in Nitride Film A silicon nitride film (semiconductor thin film) 602 on a silicon substrate 601 is decomposed by a hydrofluoric acid vapor 603 by a vapor phase decomposition method shown in FIG. Hydrofluoric acid vapor is generated by evaporating (at room temperature) hydrofluoric acid in a closed container, and the silicon nitride film is exposed to the vapor for 2 hours to decompose. Since a large amount of silicon is dissolved in the solution 604 generated by the decomposition, the solution 604 is concentrated as it is (NH 4 ) 2 S
iF 6 remains as a white solid. Therefore, the decomposition solution 60
4 was added with 1 mL of concentrated nitric acid (605).
01 is heated, and the decomposition solution 604 is concentrated to dryness. After drying,
The residue (metal impurity) 606 at the enrichment site is analyzed by TREX to analyze the metal impurity concentration of the nitride film.

【0033】表5はその分析結果である。従来は乾燥後
存在する(NH4 2 SiF6によって全反射条件
が満たされずTREXでの分析は不可能であったが、濃
縮時に分解溶液に硝酸を添加することによって(NH4
2 SiF6 の残留をなくしTREXでの分析が
可能となった。
Table 5 shows the results of the analysis. Conventionally, the total reflection condition was not satisfied by (NH 4 ) 2 SiF 6 existing after drying, and analysis by TREX was impossible. However, by adding nitric acid to the decomposition solution at the time of concentration, (NH 4)
2 ) The residual SiF 6 was eliminated and analysis by TREX became possible.

【0034】[0034]

【表5】 [Table 5]

【0035】[0035]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体薄膜または半導体基板を分解する際に生じる残渣の
主成分であるジアンモニウムヘキサフルオロシリケート
(NH4 2 SiF6 の生成を抑制低減化でき
る。したがって必要最少量の試薬量で過度の汚染や多量
の残渣を生じることなく高感度な半導体薄膜あるいは基
板の金属不純物濃度分析手法を提供できる。さらに、ジ
アンモニウムヘキサフルオロシリケート(NH4 2
SiF6 の生成を防ぐことにより、これまで測定不
可能であったTREX法による金属不純物分析も可能と
なる。
As described above in detail, according to the present invention, the production of diammonium hexafluorosilicate (NH 4 ) 2 SiF 6 , which is a main component of residues generated when a semiconductor thin film or a semiconductor substrate is decomposed, is suppressed. Can be reduced. Therefore, it is possible to provide a highly sensitive method for analyzing the metal impurity concentration of a semiconductor thin film or a substrate with a minimum necessary amount of reagent and without causing excessive contamination or a large amount of residue. Further, diammonium hexafluorosilicate (NH 4 ) 2
By preventing the generation of SiF 6 , metal impurity analysis by the TREX method, which has been impossible to measure, can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】半導体を分解した溶液を濃縮乾固した後の残渣
のX線回折スペクトルである。
FIG. 1 is an X-ray diffraction spectrum of a residue obtained by concentrating and drying a solution obtained by decomposing a semiconductor.

【図2】亜硝酸イオンの自己還元反応による、ジアンモ
ニウムヘキサフルオロシリケート(NH4 2 Si
6 の生成機構の説明図である。
FIG. 2 Diammonium hexafluorosilicate (NH 4 ) 2 Si by a self-reduction reaction of nitrite ions
FIG. 4 is an explanatory diagram of a generation mechanism of F 6 .

【図3】半導体基板の分析方法の一例を説明する図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for analyzing a semiconductor substrate.

【図4】分解するシリコン基板量とフッ化水素酸と硝酸
の混合比、分解液量と残渣との相関図である。
FIG. 4 is a correlation diagram between the amount of a silicon substrate to be decomposed, the mixing ratio of hydrofluoric acid and nitric acid, and the amount of a decomposed liquid and a residue.

【図5】2gのシリコン基板の分解において、フッ化水
素酸と硝酸蒸気による分解時間と残留した(NH4
2 SiF6 量との相関図である。
FIG. 5 shows the decomposition time of hydrofluoric acid and nitric acid vapor and the residual (NH 4 ) in the decomposition of a 2 g silicon substrate.
2 is a correlation diagram between SiF 6 content.

【図6】本発明の半導体薄膜または半導体基板の不純物
分析方法の一例を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a method for analyzing impurities of a semiconductor thin film or a semiconductor substrate according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

301 シリコン基板 302 フッ化水素酸と硝酸の混合溶液 303 テフロン製ビーカ 304 金属不純物 305 分解溶液を濃縮乾固した後の(NH4 2
SiF6 を含む残渣 306 純水 601 シリコン基板 602 シリコン窒化膜 603 フッ化水素酸蒸気 604 窒化膜を分解した溶液 605 硝酸 606 分解溶液を濃縮乾固した後の残渣
301 silicon substrate 302 mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid 303 beaker made of Teflon 304 metal impurity 305 (NH 4 ) 2 after the decomposition solution is concentrated to dryness
Residue containing SiF 6 306 Pure water 601 Silicon substrate 602 Silicon nitride film 603 Hydrofluoric acid vapor 604 Solution obtained by decomposing nitride film 605 Nitric acid 606 Residue after concentration and drying of decomposed solution

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 1/28 G01N 23/223 G01N 27/62 H01L 21/66 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 1/28 G01N 23/223 G01N 27/62 H01L 21/66 JICST file (JOIS)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体薄膜または半導体基板を、フッ化水
素酸および硝酸を含んでなり、かつ、フッ化水素酸対硝
酸の混合比が重量濃度比で0.3〜0.6である酸性溶
液によって分解して液状化する工程と、前記分解によっ
て得られた液体を加熱し、揮発させることにより濃縮す
る工程と前記濃縮工程の後に生ずる残渣から分析試料を
調製する工程と、前記分析試料を分析する工程とを具備
することを特徴とする、半導体薄膜または半導体基板の
不純物分析方法。
An acidic solution comprising a semiconductor thin film or a semiconductor substrate containing hydrofluoric acid and nitric acid and having a mixing ratio of hydrofluoric acid to nitric acid of 0.3 to 0.6 by weight concentration. Decomposing and liquefying, heating the liquid obtained by the decomposition, concentrating by volatilizing, preparing an analytical sample from a residue generated after the concentrating step, analyzing the analytical sample A method for analyzing impurities in a semiconductor thin film or a semiconductor substrate.
【請求項2】半導体薄膜または半導体基板を、フッ化水
素酸を含んでなる酸性溶液によって分解して液状化する
工程と、前記分解によって得られた液体を加熱し、揮発
させることにより濃縮するに際して、硝酸を添加する工
程と、前記濃縮工程の後に生ずる残渣から分析試料を調
製する工程と、前記分析試料を分析する工程とを具備す
ることを特徴とする、半導体薄膜または半導体基板の不
純物分析方法。
2. A step of decomposing a semiconductor thin film or a semiconductor substrate with an acidic solution containing hydrofluoric acid to liquefy the liquid, and heating and volatilizing the liquid obtained by the decomposition to concentrate the liquid. A step of adding nitric acid, a step of preparing an analytical sample from a residue generated after the concentration step, and a step of analyzing the analytical sample. .
【請求項3】前記薄膜または前記基板を前記酸性溶液の
液中に浸漬することによって、前記薄膜または前記基板
を分解して液状化する、請求項1または2に記載の半導
体薄膜または半導体基板の不純物分析方法。
3. The semiconductor thin film or the semiconductor substrate according to claim 1, wherein the thin film or the substrate is immersed in a solution of the acidic solution to decompose and liquefy the thin film or the substrate. Impurity analysis method.
【請求項4】前記薄膜または前記基板を前記酸性溶液の
蒸気に接触させることによって、前記薄膜または前記基
板を分解して液状化する、請求項1または2に記載の半
導体薄膜または半導体基板の不純物分析方法。
4. An impurity in a semiconductor thin film or a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the thin film or the substrate is brought into contact with vapor of the acidic solution to decompose and liquefy the thin film or the substrate. Analysis method.
【請求項5】前記濃縮工程において硫酸を添加すること
を特徴とする、請求項1〜4いずれか1項に記載の半導
体薄膜または半導体基板の不純物分析方法。
5. The method for analyzing impurities in a semiconductor thin film or a semiconductor substrate according to claim 1, wherein sulfuric acid is added in said concentration step.
【請求項6】前記分析試料の分析を、原子吸光分析装
置、高周波誘導プラズマ質量分析装置、または全反射蛍
光X線分光分析装置によって行う、請求項1〜5いずれ
か1項に記載の半導体薄膜または半導体基板の不純物分
析方法。
6. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein the analysis of the analysis sample is performed by an atomic absorption spectrometer, a high frequency induction plasma mass spectrometer, or a total reflection X-ray fluorescence spectrometer. Or a method for analyzing impurities in a semiconductor substrate.
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