JP3368732B2 - シリコン中の不純物分析方法 - Google Patents

シリコン中の不純物分析方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、シリコンまたは
シリコン酸化物(SiO2等)中の不純物金属の分析に
おいて、測定の障害となるシリコンを除去する方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】一般に、シリコン中の不純物の分析方法
としては、以下の方法が用いられている。すなわち、分
析対象となるシリコンウェーハやSiO2を、HF溶液
またはHF/HNO3溶液でエッチングし、エッチング
後の溶液を回収し、その回収溶液をAAS(原子吸光分
析)で分析するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この場合、分析液中に
溶け出したシリコンは、測定装置でのバックグラウンド
レベルを悪くしたり、その測定精度に悪影響を及ぼして
いた。特に、高感度分析のために液の濃縮を行ったり、
シリコンウェーハの全部を溶解して分析をする等の場
合、液中のシリコン含有量が増加し、この影響はより顕
著になる。このため、エッチング後の回収液中に含まれ
るシリコン量を測定装置での所定の限界値内に抑える必
要がある。この結果、シリコンウェーハ表面から数μm
までの深さの分析を行うのが限度であった。
【0004】一方、シリコンウェーハをエッチングした
回収液を乾燥してTXRF(全反射蛍光X線分析)など
で分析する場合には、不純物とともに回収液中のシリコ
ンが析出するため、測定・分析することができない。
【0005】また、他の分析方法としてSIMS(2次
イオン質量分析)が用いられることがある。しかしなが
ら、このSIMS測定では、この種の不純物分析につい
ては感度不足である。SIMSでの検出下限は、1016
atoms/cm3程度であるからである。
【0006】
【発明の目的】シリコンまたはSiO2中の不純物金属
の分析するには、通常HF/HNO3またはHF溶液を
使ってシリコンを溶解し、その溶解液をAASまたはT
XRFで分析する。この際、液中のシリコンにより検出
下限が悪化する。また、溶液を乾燥した際に生じる残留
シリコン固形物によりTXRFは使用できない。そこ
で、発明者は、鋭意研究の結果、溶解液中のシリコンを
除去する方法を案出したものである。したがって、この
発明の目的は、シリコン中の不純物金属の分析の感度・
精度をともに向上させることである。また、この発明の
目的は、いままでできなかったTXRFでの分析を可能
とすることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、HF溶液またはHF/HNO3溶液を用いてシリコ
ンまたはシリコン化合物をエッチングするエッチング工
程と、エッチング後の溶液を回収し、この回収液に少量
のH2SO4を添加する添加工程と、この回収液から水分
を蒸発させ、H2SiO3を析出させる析出工程と、析出
したH2SiO3を溶解する溶解工程と、この溶解液を3
00〜500℃で加熱し、H2SiO3を蒸発させる加熱
工程と、その残留物を分析する分析工程とを、備えたシ
リコン中の不純物分析方法である。
【0008】請求項2に記載の発明は、上記溶解液を清
浄なシリコンウェーハ上に滴下し、このシリコンウェー
ハ上で加熱する請求項1に記載のシリコン中の不純物分
析方法である。
【0009】
【作用】請求項1に記載の発明では、例えばシリコンウ
ェーハをHF溶液またはHF/HNO3溶液に浸漬して
その表面を所定量だけエッチングする。このエッチング
後の回収液に少量のH2SO4を添加しておく。そして、
このエッチングによる溶解液を例えばテフロン(商品
名)製のビーカに入れ、例えばホットプレートを使用し
て加熱し、水分を蒸発させる。この結果、残留固形物と
してH2SiO3が析出する。この析出物に、少量のHN
3を加えて、溶解する。この溶解液を、例えば清浄な
シリコンウェーハ上に滴下し、シリコン残留物(H2
iO3)がなくなるまで300〜500℃の温度で加熱
する。例えば30分間加熱する。この結果、不純物のみ
が固化されて残る。そして、TXRFの場合は、そのま
ま測定・分析することができる。または、AASの場合
は、例えばシリコンチップ上に溶解液を滴下後、加熱
し、これに少量のHNO3を滴下してから分析を行う。
いずれも容易に残留シリコンを除去することができる。
【0010】また、請求項2に記載の発明方法にあって
は、300〜500℃の加熱により残留シリコンは蒸発
してなくなるが、他の不純物はそのまま残る。このと
き、清浄なシリコンウェーハ上で加熱することにより、
治具からの汚染を完全に防ぐことができる。また、残留
シリコンがなくなるので、AASの分析感度も向上し、
TXRFでの不純物の分析も可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図1
〜図7を参照して説明する。図1はこの発明の一実施例
に係る不純物分析方法を示すフローチャートである。ま
ず、HF/HNO3混合溶液(またはHF溶液)中に分
析対象であるシリコンウェーハを所定時間だけ浸漬す
る。この結果、シリコンウェーハの表面から所定深さの
部分までエッチングされて溶け出す。例えば二酸化シリ
コン膜が存在すれば、この二酸化シリコン膜も溶出す
る。このエッチングによりシリコン等が溶け出した液
(エッチング液)をテフロン(商品名)製のビーカに回
収し、この回収液中に例えば10〜100μl程度の少
量のH2SO4を添加する(A)。
【0012】そして、この回収液を入れたビーカをホッ
トプレート上に載置し、100℃程度に加熱して水分を
蒸発させる(B)。この結果、H2SiO3を含む残留固
形物が析出する。そして、この残留固形物に少量(1m
l程度の)のHNO3を加えて、再び固形物を溶解させ
る(C)。
【0013】さらに、この液を清浄なシリコンウェーハ
上に滴下し(E1)、このシリコンウェーハをホットプ
レート上で約500℃でシリコン残留物がなくなるまで
加熱する。含まれるシリコン量にもよるが、30分程度
で完了する。この結果、不純物のみがシリコンウェーハ
上に残る(E2)。よって、TXRFにより、そのまま
この不純物を測定・分析することができる(E3)。
【0014】また、AASを用いる場合は清浄なシリコ
ンチップを使い、このシリコンチップ上に上記溶解液
(C)を滴下する(D1)。同様にホットプレート上で
500℃に加熱し、残留シリコンを蒸発させる(D
2)。この結果、不純物のみが載置されたシリコンチッ
プが得られる。このシリコンチップをビーカに入れて、
少量のHNO3を滴下して溶解する(D3)。この溶解
液をAAS分析する(D4)。
【0015】以上示した方法にあっては、500℃の加
熱により残留シリコンは蒸発して消滅するが、他の不純
物はそのまま残存する。そこで、この不純物を分析すれ
ば、高感度での不純物分析を行うことができる。また、
清浄に管理したシリコンウェーハ上で加熱することによ
り、加熱時において治具からの汚染をなくすことができ
る。さらに、分析する対象物に残留シリコンを含むこと
がないため、AASでの分析感度も向上し、TXRFで
のウェーハ中の不純物の分析も可能となる。
【0016】図2には、各元素のAASによる従来法で
の検出下限とこの発明方法での検出下限との比較を示し
ている。このグラフは、清浄なシリコンウェーハをHF
/HNO3溶液でエッチングして分析した結果を示して
いる。従来法ではウェーハ表面から10μmの深さまで
を溶かして分析した結果を、この発明方法ではウェーハ
全部を溶かして分析した結果で示している。すなわち、
従来法では、5mlのHF/HNO3(1:1)溶液を
テフロンプレート上に滴下し、これにウェーハを置き、
エッチング後、その液をAASで分析した。また、この
発明方法では、図3に示すように、シリコン片(1cm
×1cm)を1つ切り出し、100μlのH2SO4、5
0mlのHF/HNO3(1:1)溶液で溶解して図1
に示す手順でAAS分析を行った。この場合、ともに使
用したシリコンウェーハには不純物を含まないものであ
る。その結果、この発明方法によれば、不純物の検出下
限は、1012atoms/cm3である。これは、従来
の方法では不可能であったウェーハ全部についての不純
物分析ができることを示している。
【0017】図3は、この発明方法の有効性を証明する
ための手順を示すものである。すなわち、この発明方法
による不純物分析ではシリコンの影響を受けないことを
示すものである。具体的には、シリコンおよび微量不純
物を含む溶液に硫酸を添加し、300〜500℃の加熱
を行う場合、この加熱の前後での不純物量の変化を調査
するものである。まず、清浄な(不純物を含まない)シ
リコンウェーハから切り出したチップをHF/HNO3
で全量エッチングし、このエッチングした溶液中にN
a,Fe,Niを10ngづつ添加する。そして、硫酸
(10〜100μl程度の少量のH2SO4)を添加す
る。加熱して残留した固形物を溶解し、AAS分析する
ものである。この発明方法により、シリコンをとばして
分析した結果を次の表に示す。この表は、500℃の加
熱の前後での不純物量の変化を示すものである。この表
に示すように、この発明方法での処理による500℃加
熱前後での各元素の増減もなく、同一値を示した。この
ことは、この発明方法が、外部からの不純物汚染や、加
熱による不純物の蒸発もなく、不純物を正確に測定でき
ることを示している。
【0018】
【表】
【0019】図4は、Na,Fe,Niを10ngづつ
50mlのHF/HNO3(1:1)溶液が入ったビー
カに入れ、これにシリコン片(1cm×1cm)を入れ
たものを2つ準備する。そして、これらのビーカにH2
SO4100μlを加えたものと、加えないものとに分
けて、図1に示す手順で分析した結果を示している。こ
れは、シリコンウェーハの溶解液に少量(10〜100
μl)のH2SO4を添加することの有効性を示してい
る。すなわち、H2SO4を添加した場合には、添加しな
い場合と比較して、不純物の回収率が明らかに高くなっ
ていることがわかる。このH2SO4の添加により、シリ
コンウェーハの溶解反応時に目的の不純物が蒸発してし
まうことを防いでいる。換言すると、H2SO4を添加し
ていない場合は不純物はシリコンとともに加熱により蒸
発してしまうことを示している。
【0020】図5は、50mlのHF/HNO3(1:
1)溶液が入ったビーカにシリコン片(1cm×1c
m)を入れ溶解する。ビーカの重量は予め測定してお
き、100℃に加熱して水分を蒸発させる。この後、ビ
ーカと残留シリコンの重量を測定し、残留シリコンの重
量を求める。各温度で加熱した後、重量を測り、蒸発し
たシリコンの割合を求める。これは、残留固形シリコン
を効率的に蒸発させるための加熱温度とその蒸発量との
関係を示している。図5に示すように、加熱温度は、3
00〜500℃が適当である。300℃未満だとシリコ
ン全量の蒸発に時間を要する。500℃を越えると、外
部からの汚染を受けやすくなり、かつ、不純物が、加熱
時に支持するシリコンウェーハ中に拡散するおそれが生
じる。
【0021】図6はこの加熱温度と、シリコン蒸発時間
・バルク中への拡散量との関係を示している。図7には
加熱温度と外部からの汚染との関係を示している。
【0022】
【発明の効果】この発明では、シリコン中の不純物金属
の分析の感度・精度をともに向上させることができる。
また、いままでできなかったTXRFでの分析も可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る不純物分析方法を示
すフローチャートである。
【図2】この発明の一実施例に係る不純物分析方法での
不純物の検出下限を示すグラフである。
【図3】この発明の一実施例に係る不純物分析方法での
不純物の蒸発量を検査するための手順を示すフローチャ
ートである。
【図4】この発明の一実施例に係る不純物分析方法での
硫酸添加の効果を示すグラフである。
【図5】この発明の一実施例に係る不純物分析方法での
加熱温度とシリコン蒸発量との関係を示すグラフであ
る。
【図6】この発明の一実施例に係る不純物分析方法での
加熱温度とシリコン蒸発時間との関係を示すグラフであ
る。
【図7】この発明の一実施例に係る不純物分析方法での
加熱温度と外部からの汚染との関係を示すグラフであ
る。
フロントページの続き (72)発明者 吉見 年弘 東京都千代田区大手町1丁目5番1号 三菱マテリアルシリコン株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−224275(JP,A) 特開 平2−272359(JP,A) 特開 平3−266445(JP,A) 特開 平7−72056(JP,A) 特開 平7−229864(JP,A) 特開 平7−130808(JP,A) 特開 平7−176580(JP,A) 特公 平5−25068(JP,B2) 特公 平3−57422(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 1/00 - 1/44 G01N 23/223 G01R 31/26 H01L 21/66 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 HF溶液またはHF/HNO3溶液を用
    いてシリコンまたはシリコン化合物をエッチングするエ
    ッチング工程と、 エッチング後の溶液を回収し、この回収液に少量のH2
    SO4を添加する添加工程と、 この回収液から水分を蒸発させ、H2SiO3を析出させ
    る析出工程と、 析出したH2SiO3を溶解する溶解工程と、 この溶解液を300〜500℃で加熱し、H2SiO3
    蒸発させる加熱工程と、 その残留物を分析する分析工程とを、備えたシリコン中
    の不純物分析方法。
  2. 【請求項2】 上記溶解液を清浄なシリコンウェーハ上
    に滴下し、このシリコンウェーハ上で加熱する請求項1
    に記載のシリコン中の不純物分析方法。
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