JP3629694B2

JP3629694B2 - Silicon wafer evaluation method

Info

Publication number: JP3629694B2
Application number: JP05452598A
Authority: JP
Inventors: 正樹真島; 孝雄音川; 聡牛尾
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: JPH11238773A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハの評価方法に関する。より詳しくは、シリコンウェーハの電気特性を劣化させるフローパターン欠陥を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェーハの電気特性を劣化させるフローパターン欠陥を検出する方法としては、（Ｉ）シリコンウェーハの表面をエッチング液でエッチングする方法や、（ＩＩ）シリコンウェーハにレーザー光を照射する方法などがあった。
【０００３】
（Ｉ）の方法は、例えば特開平４−２８５１００号や特開平４−１９２３４５号に開示されるように、シリコンウェーハを重クロム酸カリウムを含有するセコ（ＳＥＣＣＯ）液に浸漬して結晶成長直後の結晶欠陥部分を選択的にエッチングし、シリコンウェーハの表面に現れた結晶欠陥を検出する方法である。この時、欠陥がさざ波模様で観察されるため、フローパターン欠陥と呼ばれている。また（ＩＩ）の方法は、例えば特開平９−１９９５６１号に開示されるように、赤外散乱トモグラフ法や赤外位相差顕微鏡法等のレーザー光による散乱または位相シフトを利用して非破壊で同じ欠陥を測定する方法である。このような欠陥評価により、電気的特性である酸化膜耐圧の評価を行うことができることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、（Ｉ）の方法では、簡便でウェーハの面内全面を観察できるものの、有害な物質である重クロム酸カリウムを含有する液を使用しなければならないという問題があった。また、（ＩＩ）の方法では、赤外散乱トモグラフ装置や赤外位相差顕微鏡装置を使用しなければならず、簡便性・迅速性に欠け、コスト高で更にウェーハ面内全ての評価ができないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決しようとするもので、シリコンウェーハの評価を安全、迅速且つ安価に行うことができる方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１記載の発明は、シリコンウェーハを、フッ酸、硝酸、ヨウ素又はヨウ化物及び水を含有するエッチング液に浸漬して結晶欠陥部分を選択的にエッチングし、該シリコンウェーハの表面に現れたフローパターンを検出することを特徴とするシリコンウェーハの評価方法を提供する。
【０００７】
本願の請求項２記載の発明は、請求項１において、エッチング液中のヨウ素又はヨウ化物の含有量が該エッチング液の総液量１リットルに対し０．０３ｇ以上であることを特徴とするシリコンウェーハの評価方法を提供する。
【０００８】
本願の請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２において、エッチング液中のフッ酸、硝酸及び水の容量比が（４００）：（４〜５）：（８０）であることを特徴とするシリコンウェーハの評価方法を提供する。ただし、フッ酸は５０重量％フッ酸、硝酸は６１重量％硝酸の溶液の容量比である。
【０００９】
本願の請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２において、エッチング液がさらに酢酸を含有することを特徴とするシリコンウェーハの評価方法を提供する。
【００１０】
本願の請求項５記載の発明は、請求項４において、エッチング液中のフッ酸、硝酸、酢酸及び水の容量比が（４００）：（４〜５）：（０〜４０）：（８０）であることを特徴とするシリコンウェーハの評価方法を提供する。
【００１１】
本願の請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、前記シリコンウェーハは鏡面研磨後のウェーハであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか記載のシリコンウェーハの評価方法。
【００１２】
本願の請求項７記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、エッチングによるシリコンウェーハのエッチオフ量が両面で３〜３０μｍであることを特徴とするシリコンウェーハの評価方法を提供する。
【００１３】
本願の請求項８記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかにおいて、エッチング液の浸漬開始温度を１０〜３０℃でエッチングを行うことを特徴とするシリコンウェーハの評価方法を提供する。
【００１４】
本願の請求項９記載の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかにおいて、エッチング液中でシリコンウェーハを撹拌しないで放置してエッチングすることを特徴とするシリコンウェーハの評価方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例の形態の一例を示す。まず、用いるシリコンウェーハの作製方法は、公知のシリコン単結晶基板作製方法で良い。例えば、チョクラルスキー法により引き上げたシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハを用いることができる。但し、シリコンウェーハの表面及び表面から深さ数μｍ程度はスライス等による加工歪みが残留していない状態が必要であるため、ケミカルエッチングを経て更に鏡面研磨工程を経たポリッシュドウェーハであることが望ましいが、鏡面研磨工程前のケミカルエッチング後のウェーハであっても良い。
【００１６】
このようにして得られたシリコンウェーハを、フッ酸、硝酸、ヨウ素又はヨウ化物及び水を含有するエッチング液に浸漬して結晶欠陥部分を選択的にエッチングし、該シリコンウェーハの表面に現れた結晶欠陥の密度を測定する。
【００１７】
エッチング液にヨウ素又はヨウ化物を添加するのは、ウェーハ表面に付着するしみ（ステイン膜）の発生を防止するのに効果があるためである。ステイン膜の発生を防止することで、フローパターンを明瞭且つ安定して確認できるとともに、反応開始時間の短縮、エッチング代の均一化につながり、評価精度が向上する。ヨウ素又はヨウ化物を添加しない場合は欠陥の検出が安定せず、本発明は成立しない。ヨウ化物としては例えばヨウ化カリウムなどが挙げられ、水溶液として添加しても良い。ヨウ素又はヨウ化物の添加量は、エッチング液の総液量１リットルに対して０．０３ｇ以上添加するのが望ましい。また、エッチング液中のフッ酸（５０重量％）、硝酸（６１重量％）及び水の容量比は、（４００）：（４〜５）：（８０）であるのが望ましい。このエッチング液にはさらに酢酸（９９．８重量％）を添加しても良く、この場合のフッ酸、硝酸、酢酸及び水の容量比は、（４００）：（４〜５）：（０〜４０）：（８０）であるのが望ましい。
【００１８】
上記エッチング液を用いたエッチングによるシリコンウェーハのエッチオフ量は両面で３０μｍ以下が望ましい。長時間エッチングするとシリコンウェーハの面状態が荒れてしまい、フローパターンの確認が困難となってしまうためである。また、両面で３μｍ以下ではエッチング量が少なく、欠陥が観察されないことがある。また、シリコンウェーハを浸漬するとエッチング液の温度が急激に上昇する。エッチングは５〜８０℃の温度範囲で行うことが可能であるが、安定した反応を得るため均一な取り代を維持するには、浸漬開始温度を１０〜３０℃の範囲で一定とし、浸漬中の温度も一定に保つ（温度の上昇傾向を一定にする、または任意温度にコントロールする）ことが好ましい。このエッチング液にシリコンウェーハを浸漬してエッチングする際には、シリコンウェーハを垂直に立てた状態でなおかつ撹拌しないで放置しておくことが望ましい。このようにすることで、図２に示すようなフローパターンの形が形成される。
【００１９】
上述した工程を実施することにより、従来技術と同様なフローパターン、つまりシリコンウェーハに存在する電気特性を劣化させる欠陥を検出することができる。特に、従来使用していた有害な物質である重クロム酸カリウムを含有する液を使用することもなく、また赤外散乱トモグラフ装置や赤外位相差顕微鏡装置を使用することなしに、簡便且つ迅速に低コストでウェーハ面内全ての評価を行うことができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。シリコンウェーハとして、表に示すような８種類の鏡面研磨工程を経たポリッシュドウェーハを用いた。これらのウェーハは、欠陥密度が異なるように製造されている。これらのサンプルウェーハを２分割又は４分割し、各ウェーハについて１枚ずつ又は２枚ずつを後述の実施例及び比較例の方法に従ってエッチングを行った。
【００２１】
【表１】

【００２２】
（実施例）
５０重量％フッ酸５０００ｍｌ、６１重量％硝酸５０ｍｌ、水１０００ｍｌ及び０．１モル／リットルのヨウ化カリウム水溶液１００ｍｌを全て混合してエッチング液を調製した。液の組成及び温度を安定化させる為、このエッチング液を１日放置した後、浸漬開始温度２３℃にて分割後の各サンプルウェーハを垂直に立てた状態で浸漬し、撹拌しないで５分から６０分放置した。この時の取り代は、両面で約３μｍから４０μｍであった。また、取り代を一定にするため、エッチング液の量、ウェーハの仕込み枚数、浸漬開始温度は、処理バッチ間で一定にした。
【００２３】
（比較例）
実施例において、エッチング液をセコ液（ＨＦ１００ｃｍ^３＋Ｋ_２Ｃｒ_２Ｏ_７（０．１５Ｍ）５０ｃｍ^３の混合比で調製）に替えた以外は同様にしてエッチングを行った。
【００２４】
上記各条件でエッチングを行った各サンプルウェーハについて、形成されたフローパターンを測定してその密度を求めた。フローパターンは、図２に示すように比較例では（ａ）、実施例では（ｂ）のように観察された。比較例では、フローパターン１１の先端にピット１２が見られる。実施例では、ピット１２ははっきりとは観察できないものの、フローパターン１は安定して観察できる。但し、エッチング代３０μｍ以上のものでは面粗れが生じ、観察しにくくなった。また、実施例と比較例ではエッチング速度が異なるため、フローパターン欠陥の数の評価はフローパターンの数をカウントし、エッチング代及びフローパターンを観察したエリアの面積より、単位体積当たりの数（密度）として規格化した。
【００２５】
図１は、各実施例で得られた本発明によるフローパターンの単位体積当たりの密度と各比較例で得られたセコエッチングによるフローパターン欠陥の単位体積当たりの密度との相関を示す。図から分かるように、本発明によるフローパターン密度はセコエッチングによるフローパターン欠陥密度とほぼ１：１の相関関係にあった。したがって、本発明の方法によれば、セコエッチングと同等の結果を得られることが分かった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、シリコンウェーハの電気特性を劣化させるフローパターン欠陥について、有害な物質である重クロム酸カリウムを含有するセコ液を使用することもなく、また赤外散乱トモグラフ装置や赤外位相差顕微鏡装置を使用することも無しに簡便且つ低コストでウェーハ面内全面の迅速な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフローパターンの単位体積当たりの密度とセコエッチングによるフローパターン欠陥の単位体積当たりの密度との相関を示すグラフである。
【図２】代表的なフローパターンの形状を示す図であり、（ａ）はセコエッチングによるもの、（ｂ）は本発明によるものである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon wafer evaluation method. More specifically, the present invention relates to a method for detecting a flow pattern defect that degrades the electrical characteristics of a silicon wafer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of detecting a flow pattern defect that deteriorates the electrical characteristics of a silicon wafer, there are (I) a method of etching the surface of the silicon wafer with an etching solution, and (II) a method of irradiating the silicon wafer with laser light. there were.
[0003]
In the method (I), as disclosed in, for example, JP-A-4-285100 and JP-A-4-192345, a silicon wafer is immersed in a SECCO solution containing potassium dichromate and immediately after crystal growth. This is a method for selectively etching a crystal defect portion of the silicon wafer and detecting a crystal defect appearing on the surface of the silicon wafer. At this time, since the defect is observed in a ripple pattern, it is called a flow pattern defect. The method (II) is nondestructive using scattering or phase shift by laser light such as infrared scattering tomography and infrared phase contrast microscopy as disclosed in, for example, JP-A-9-199561. It is a method for measuring the same defect. It is known that an oxide film breakdown voltage, which is an electrical characteristic, can be evaluated by such defect evaluation.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method (I) has a problem that a liquid containing potassium dichromate, which is a harmful substance, must be used, although the entire surface of the wafer can be observed easily. Further, in the method (II), an infrared scattering tomograph device or an infrared phase contrast microscope device must be used, and it is not easy and quick, and the cost is high, and all the evaluation within the wafer surface cannot be performed. There was a problem.
[0005]
An object of the present invention is to provide a method capable of safely, quickly and inexpensively evaluating a silicon wafer.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the invention according to claim 1 of the present application, a silicon wafer is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid, nitric acid, iodine or iodide and water to selectively etch a crystal defect portion, and on the surface of the silicon wafer. Provided is a method for evaluating a silicon wafer, wherein an appearing flow pattern is detected.
[0007]
The invention according to claim 2 of the present application is characterized in that, in claim 1, the content of iodine or iodide in the etching solution is 0.03 g or more with respect to 1 liter of the total amount of the etching solution. A wafer evaluation method is provided.
[0008]
The invention according to claim 3 of the present application is that in claim 1 or claim 2, the volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid and water in the etching solution is (400) :( 4-5) :( 80). A silicon wafer evaluation method is provided. However, hydrofluoric acid is a volume ratio of a solution of 50 wt% hydrofluoric acid and nitric acid is 61 wt% nitric acid.
[0009]
The invention according to claim 4 of the present application provides the silicon wafer evaluation method according to claim 1 or 2, wherein the etching solution further contains acetic acid.
[0010]
The invention according to claim 5 of the present application is that, in claim 4, the volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid and water in the etching solution is (400) :( 4-5) :( 0-40) :( 80) A method for evaluating a silicon wafer is provided.
[0011]
The invention according to claim 6 of the present application is any one of claims 1 to 5, wherein the silicon wafer is a mirror-polished wafer. Evaluation method of silicon wafer.
[0012]
The invention according to claim 7 of the present application provides the silicon wafer evaluation method according to any one of claims 1 to 6, wherein the etch-off amount of the silicon wafer by etching is 3 to 30 μm on both sides. To do.
[0013]
The invention according to claim 8 of the present application provides the silicon wafer evaluation method according to any one of claims 1 to 7, wherein etching is performed at an immersion start temperature of the etching solution of 10 to 30 ° C. .
[0014]
A ninth aspect of the present invention provides a method for evaluating a silicon wafer according to any one of the first to eighth aspects, wherein the silicon wafer is left to be etched in the etching solution without stirring. .
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an example of the embodiment of the present invention will be described. First, a known method for producing a silicon single crystal substrate may be used as a method for producing a silicon wafer. For example, a silicon wafer sliced from a silicon single crystal ingot pulled up by the Czochralski method can be used. However, since the surface of the silicon wafer and a depth of about several μm from the surface are required to be free of processing distortion due to slicing or the like, it is desirable that the wafer be a polished wafer that has undergone a mirror polishing process after chemical etching. However, it may be a wafer after chemical etching before the mirror polishing process.
[0016]
The silicon wafer thus obtained is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid, nitric acid, iodine or iodide and water to selectively etch crystal defects, and crystals appearing on the surface of the silicon wafer. Measure the density of defects.
[0017]
The reason why iodine or iodide is added to the etching solution is that it is effective in preventing the occurrence of stains (stain film) adhering to the wafer surface. By preventing the occurrence of a stain film, the flow pattern can be clearly and stably confirmed, leading to a reduction in reaction start time and a uniform etching allowance, thereby improving evaluation accuracy. When iodine or iodide is not added, detection of defects is not stable, and the present invention is not realized. Examples of the iodide include potassium iodide, and may be added as an aqueous solution. The amount of iodine or iodide added is desirably 0.03 g or more with respect to 1 liter of the total amount of the etching solution. The volume ratio of hydrofluoric acid (50% by weight), nitric acid (61% by weight) and water in the etching solution is preferably (400) :( 4-5) :( 80). Acetic acid (99.8% by weight) may be further added to this etching solution. In this case, the volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid and water is (400) :( 4-5) :( 0 40): (80) is desirable.
[0018]
The silicon wafer etch-off amount by etching using the above etchant is desirably 30 μm or less on both sides. This is because if the etching is performed for a long time, the surface state of the silicon wafer becomes rough and it is difficult to confirm the flow pattern. On the other hand, if the thickness is 3 μm or less on both sides, the etching amount is small and defects may not be observed. Further, when the silicon wafer is immersed, the temperature of the etching solution rises rapidly. Etching can be performed in a temperature range of 5 to 80 ° C., but in order to maintain a uniform removal allowance for obtaining a stable reaction, the immersion start temperature is kept constant in the range of 10 to 30 ° C. It is preferable to keep the temperature of the temperature constant (the temperature rising tendency is kept constant or controlled to an arbitrary temperature). When immersing and etching a silicon wafer in this etching solution, it is desirable to leave the silicon wafer standing vertically without stirring. By doing so, the shape of the flow pattern as shown in FIG. 2 is formed.
[0019]
By performing the above-described steps, it is possible to detect a flow pattern similar to that of the prior art, that is, a defect that deteriorates electrical characteristics existing in the silicon wafer. In particular, without using a liquid containing potassium dichromate, which is a harmful substance that has been used in the past, and without using an infrared scattering tomograph device or an infrared phase-contrast microscope device, it is simple and quick. In addition, the entire wafer surface can be evaluated at low cost.
[0020]
【Example】
Examples of the present invention will be described below. As a silicon wafer, a polished wafer having undergone eight kinds of mirror polishing processes as shown in the table was used. These wafers are manufactured with different defect densities. These sample wafers were divided into two or four, and one or two of each wafer was etched according to the methods of Examples and Comparative Examples described later.
[0021]
[Table 1]

[0022]
(Example)
An etching solution was prepared by mixing all 5000 ml of 50 wt% hydrofluoric acid, 50 ml of 61 wt% nitric acid, 1000 ml of water and 100 ml of 0.1 mol / liter potassium iodide aqueous solution. In order to stabilize the composition and temperature of the solution, this etching solution is allowed to stand for one day, and then the sample wafers after division are immersed vertically at an immersion start temperature of 23 ° C. Left for a minute. The machining allowance at this time was about 3 to 40 μm on both sides. Further, in order to make the machining allowance constant, the amount of the etching solution, the number of wafers to be charged, and the immersion start temperature were made constant between the processing batches.
[0023]
(Comparative example)
In the examples, etching was performed in the same manner except that the etching solution was changed to a Seco solution (HF 100 cm ³ + K ₂ Cr ₂ O ₇ (0.15M) prepared at a mixing ratio of 50 cm ³ ).
[0024]
About each sample wafer etched on each said conditions, the formed flow pattern was measured and the density was calculated | required. As shown in FIG. 2, the flow pattern was observed as (a) in the comparative example and (b) in the example. In the comparative example, a pit 12 is seen at the tip of the flow pattern 11. In the embodiment, although the pit 12 cannot be clearly observed, the flow pattern 1 can be observed stably. However, when the etching allowance was 30 μm or more, surface roughness occurred and it was difficult to observe. In addition, since the etching rate differs between the example and the comparative example, the number of flow pattern defects is evaluated by counting the number of flow patterns, and the number per unit volume (density) from the area of the area where the etching allowance and the flow pattern are observed. ).
[0025]
FIG. 1 shows the correlation between the density per unit volume of the flow pattern according to the present invention obtained in each example and the density per unit volume of the flow pattern defect caused by Secco etching obtained in each comparative example. As can be seen from the figure, the flow pattern density according to the present invention has a substantially 1: 1 correlation with the flow pattern defect density caused by the Secco etching. Therefore, according to the method of the present invention, it was found that the same result as that of Secco etching can be obtained.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a flow pattern defect that deteriorates the electrical characteristics of a silicon wafer can be used without using a seco liquid containing potassium dichromate, which is a harmful substance, and an infrared scattering tomograph device. In addition, it is possible to quickly measure the entire surface of the wafer at a simple and low cost without using an infrared phase contrast microscope apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a correlation between a density per unit volume of a flow pattern according to the present invention and a density per unit volume of a flow pattern defect caused by seco etching.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the shape of a typical flow pattern, in which FIG. 2A is obtained by Secco etching, and FIG. 2B is obtained by the present invention.

Claims

A silicon wafer is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid, nitric acid, iodine or iodide and water, and crystal defects are selectively etched to detect a flow pattern appearing on the surface of the silicon wafer. A silicon wafer evaluation method.

2. The method for evaluating a silicon wafer according to claim 1, wherein the content of iodine or iodide in the etching solution is 0.03 g or more with respect to 1 liter of the total amount of the etching solution.

3. The method for evaluating a silicon wafer according to claim 1, wherein the volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid and water in the etching solution is (400) :( 4-5) :( 80).

3. The silicon wafer evaluation method according to claim 1, wherein the etching solution further contains acetic acid.

5. The silicon wafer according to claim 4, wherein the volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid and water in the etching solution is (400) :( 4-5) :( 0-40) :( 80). Evaluation method.

6. The silicon wafer evaluation method according to claim 1, wherein the silicon wafer is a mirror-polished wafer.

The silicon wafer evaluation method according to claim 1, wherein an etch-off amount of the silicon wafer by the etching is 3 to 30 μm on both sides.

The silicon wafer evaluation method according to any one of claims 1 to 7, wherein the etching is performed at an immersion start temperature of 10 to 30 ° C.

9. The method for evaluating a silicon wafer according to claim 1, wherein the etching is performed by leaving the silicon wafer in the etching solution without stirring.