JP3767116B2 - Evaluation method of heavy metal contamination on silicon wafer surface - Google Patents
Evaluation method of heavy metal contamination on silicon wafer surface Download PDFInfo
- Publication number
- JP3767116B2 JP3767116B2 JP26803597A JP26803597A JP3767116B2 JP 3767116 B2 JP3767116 B2 JP 3767116B2 JP 26803597 A JP26803597 A JP 26803597A JP 26803597 A JP26803597 A JP 26803597A JP 3767116 B2 JP3767116 B2 JP 3767116B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon wafer
- heavy metal
- contamination
- carrier concentration
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエーハ表層の重金属汚染についての定性・定量的な評価を行うための評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコンウエーハ中の重金属汚染を評価するための方法としては、▲１▼μ−ＰＣＤ法、▲２▼ＳＰＶ法、および▲３▼ＭＯＳ Ｃ−ｔ法の３つの方法が挙げられ、これらの方法による少数キャリアライフタイム測定により評価が行われてきた。
ここで、この３つの方法を簡単に説明する。
【０００３】
▲１▼μ−ＰＣＤ法（Microwave Detected Photoconductive Decay Method 、マイクロ波検知光導電減衰法）
この方法は、ウエーハ内部に照射された光により発生した過剰キャリアの減衰状態、言い換えれば再結合ライフタイムをマイクロ波の反射で検出する方法である。一般には表面再結合速度を低減させるため熱酸化膜を形成したり、あるいは化学的表面パッシベーションを行った後、測定を行う。分析能力としては、汚染元素がＦｅである場合のみに同定可能である。
【０００４】
▲２▼ＳＰＶ法(Surface Photovoltage Method、表面光電圧法）
この方法は、ウエーハ内部に照射された光により発生した過剰少数キャリアを表面近傍の空乏層または反転層により電圧として検出する方法である。測定によって少数キャリアの拡散長が得られるが、測定可能な拡散長の値はウエーハの厚さで制限される。汚染元素がＦｅ、Ｃｒの場合のみ定量評価が可能である。
【０００５】
▲３▼ＭＯＳ Ｃ−ｔ法(MOS Capacitance-time 法)
この方法は、シリコンウエーハ上に形成したＭＯＳキャパシタに深い空乏(deep depletion)状態になるようにパルス電圧を印加した時、空乏層中でのキャリアの熱的発生により強い反転(strong inversion)状態へ緩和するが、この際の容量の過渡変化を解析することにより発生ライフタイムを求める方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなμ−ＰＣＤ法やＳＰＶ法による評価は、非接触でありかつ簡便に重金属汚染の評価を行うことができることから、現在広く使用されている。また、ＭＯＳ Ｃ−ｔ法は、空乏層中での少数キャリアの発生ライフタイムを測定しているため、ウエーハ表面の重金属汚染評価に有効な手段である。
【０００７】
しかし、何れの技術もシリコンウエーハ中のＦｅ、Ｃｒ汚染評価以外は汚染元素の特定ができないという問題がある。また、ＭＯＳ Ｃ−ｔ法はＭＯＳ形成が必要であるため簡便ではない。
さらに、デバイス特性に悪影響を与えると考えられているＣｕ汚染は、Ｐ型シリコンウエーハ中のライフタイムを低下させない為、上述したような従来技術では評価できない。このため、シリコンウエーハ表層のＣｕ汚染評価には化学分析を用いているが、化学分析は破壊検査である上、前処理に時間がかかるため簡便ではない。
【０００８】
このように、従来の重金属に関する評価方法は、少数キャリアライフタイムを利用する評価方法と、化学的に分析する評価方法との２種類の方法があるが、上述したように、前者にはＣｕ汚染を評価できないという問題点があり、後者には破壊検査であり簡便でないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、少数キャリアライフタイムの測定や化学分析といった従来の重金属汚染評価方法とは原理的に異なる評価方法であって、Ｃｕ汚染も評価可能でありかつ非破壊で簡便な新しい重金属汚染評価方法を提供することを主目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以前より、ウエーハ表層の重金属不純物が表層のキャリア濃度に影響を与えることが知られていた。Ｐ型半導体シリコンウエーハにおいては、加工時やエッチング時に表層に侵入した水素によりドーパントであるボロンが不活性化され、表層のキャリア濃度が低下することが知られているが（A.Schnegg. et al., Proceeding of the 5th International Symposium on Silicon Materials Science and Technology (1986)198を参照）、例えば、研磨中にＣｕのように水素がボロンを不活性化することを妨げるような重金属不純物が存在した場合、表層のキャリア濃度は回復することが、ヘレン・プリッジ等の文献(Helene Prigge et al., J. Electrochem. Soc., 138(1991)1385) に示されている。
【００１１】
そこで本発明者等は、シリコンウエーハ表層に侵入した水素により、例えばボロン等のドーパントを不活性化する量が、不純物である重金属の有無、もしくはその量により変化する点から重金属汚染を評価することができるのではないかという発想に基づいて研究を重ねた結果、本発明を完成させるに至ったものである。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、本発明は、シリコンウエーハ表面に前処理を施し、非接触式でＣ−Ｖ（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ−Ｖｏｌｔａｇｅ）測定を行い、得られたＣ−Ｖ曲線よりシリコンウエーハ表層の重金属汚染の評価を行うことを特徴とするシリコンウエーハ表層の重金属汚染評価方法である。
【００１３】
このように、非接触式でＣ−Ｖ測定を行い、得られたＣ−Ｖ曲線に注目すると、重金属で汚染されたシリコンウエーハのＣ−Ｖ曲線と重金属で汚染されていないシリコンウエーハのＣ−Ｖ曲線とは、例えば図１に示すようにその形状が異なるものとなる。したがって、Ｃ−Ｖ曲線の形状に注目することによりシリコンウエーハが重金属汚染されているか否かを定性的に評価することができる。
【００１４】
この場合、上記Ｃ−Ｖ曲線よりΔＣを求め、このΔＣの値によりシリコンウエーハ表層の重金属汚染の評価を行うことが好ましい。
このように、後述する算出方法によりＣ−Ｖ曲線から高印加電圧側での容量の違いであるΔＣを求め、この値により重金属汚染の評価を行うことにより、Ｃ−Ｖ曲線の形状を数値化することができる。これにより、より正確に重金属汚染の評価を行うことができる。
また、予め既知の濃度の重金属で汚染された複数のシリコンウエーハのΔＣを測定しておき、重金属の濃度とΔＣの値との関係（例えば検量線等）を求めておくことにより、重金属汚染の定量的な評価を行うことが可能となる。
【００１５】
そして、本発明は、シリコンウエーハ表面に前処理を施し、非接触式でシリコンウエーハ表層におけるキャリア濃度の測定を行い、このキャリア濃度からシリコンウエーハ表層の重金属汚染の評価を行うことを特徴とするシリコンウエーハ表層の重金属汚染評価方法である。
本発明においては、Ｃ−Ｖ曲線からのみではなくキャリア濃度からもシリコンウエーハ表層の重金属汚染の評価を行うことができる。このキャリア濃度は、Ｃ−Ｖ測定の値から算出することも可能であり、また他の方法、例えばＳＰＶ法の原理による測定器による測定等により得ることができる。
【００１６】
この場合、シリコンウエーハ表層におけるキャリア濃度の深さ方向の分布を測定することにより重金属汚染の評価を行ってもよいし、またシリコンウエーハ表層における所定の深さにおけるキャリア濃度を測定することにより重金属汚染の評価を行ってもよい。
前者、すなわちキャリア濃度のシリコンウエーハ表層における深さ方向の分布を求めて評価する場合は、例えば図６に示すような分布の違いにより汚染の有無を評価することができる。また、重金属汚染の有無によりどの深さにおけるキャリア濃度が異なるかが予め分かっている場合は、後者のようにその深さにおけるキャリア濃度を測定することにより簡便に重金属汚染の評価を行うことができる。
【００１７】
また、Ｃ−Ｖ曲線により評価する場合、あるいはキャリア濃度により評価する場合のいずれの場合であっても、まずシリコンウエーハの表面の前処理が行われる。この前処理は、シリコン表面の自然酸化膜がない状態のシリコンウエーハ（以下、ベアウエーハとすることがある。）を得るために行われるものである。
本発明においてはこの前処理が、ＨＦ洗浄であることが好ましい。
ＨＦ洗浄により前処理を行うことにより、簡便に上述した目的の前処理が行えるからである。
【００１８】
さらに、Ｃ−Ｖ曲線により評価する場合、キャリア濃度により評価する場合のいずれの場合であっても、評価される重金属汚染がＣｕ汚染であることが本発明にとって特に有効である。
Ｃｕ汚染は、上述したように従来の評価方法では評価することが困難であった重金属汚染であり、しかもデバイス特性に悪影響を与えるＣｕ汚染を簡便に評価することができることが本発明の利点の一つでもあるからである。
【００１９】
さらにまた、上記いずれの場合であっても、評価するシリコンウエーハがＰ型半導体シリコンウエーハである場合に、本発明は特に有効である。
これは、明確ではないが、本発明の重金属汚染の評価方法が、シリコンウエーハ表層における水素、ボロン、およびＣｕ等の重金属の相互作用を利用するものであると考えられていることから、Ｐ型半導体シリコンウエーハの重金属汚染の評価を行う際に用いた場合に、本発明は特に有効であると考えられるためである。
【００２０】
また、シリコンウエーハ表面に前処理を施してから２０〜３０時間放置した後、Ｃ−Ｖ測定もしくはキャリア濃度測定を行うことが好ましい。
これは、シリコンウエーハ表面は、前処理を施した後の表面状態が不安定であることから経時的に変化するためであり、前処理後２０〜３０時間放置した後が、重金属汚染の有無を確認するのに好ましい状態となるためである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明のシリコンウエーハ表層の重金属汚染評価方法は、上述したようにＣ−Ｖ曲線から評価する方法（以下、第１の方法とすることがある。）とキャリア濃度の測定値より評価する方法（以下、第２の方法とすることがある。）との二つの方法に分けることができる。
【００２２】
まず、上記第１の方法について説明する。
本発明の第１の方法は、シリコンウエーハ表面に前処理を施し、非接触式でＣ−Ｖ測定を行い、得られたＣ−Ｖ曲線よりシリコンウエーハ表層の重金属汚染の評価を行うシリコンウエーハ表層の重金属汚染評価方法である。
このように、本発明の第１の方法においては、まずシリコンウエーハの表面に前処理を施し、次いで、前処理が行われたシリコンウエーハの表面を、非接触式でＣ−Ｖ測定を行う。この非接触式のＣ−Ｖ法を用いる測定は、一般的な接触式のＣ−Ｖ法を用いた測定と原理的には同じである。
【００２３】
この非接触式のＣ−Ｖ法は、あらかじめ用意した測定電極をサンプル表面にサブミクロン距離まで近づけ、非接触状態を保ってＣ−Ｖ測定やＣ−ｔ測定を行い、従来通りのＭＩＳ理論で解析するものである。
このような非接触式で行ったＣ−Ｖ測定から得られる結果は、図１に示すように印加電圧Ｖに対する容量Ｃ、つまりＣ−Ｖ曲線である。
ここで 図１は、各印加電圧に対する容量Ｃを、印加電圧−８０Ｖでの容量Ｃ（＝Ｃacc ）で割って、縦軸をＣ／Ｃacc の形でグラフにしたものである。
【００２４】
図１中のＡ、Ｂに示すように、汚染無し、汚染有りのＰ型半導体シリコンのベアウエーハを、非接触式でＣ−Ｖ測定を行った場合、Ｃ−Ｖ曲線に差がみられる。図１のＡは汚染がない場合の典型的なＣ−Ｖ曲線であり、Ｂは汚染がある場合の典型的なＣ−Ｖ曲線である。
このような重金属汚染の有無によるＣ−Ｖ曲線の形の相違が起こるのは、明確ではないが以下の理由によるものと考えられている。
【００２５】
すなわち、このＣ−Ｖ曲線は、表層に侵入した水素がドーパントであるボロンを不活性化する量によりその形に変化が生ずるものと考えられる。ここで、例えばＣｕのような重金属不純物が存在した場合、水素によるボロンの不活性化が阻害され、表層のキャリア濃度が回復する。その結果、図１中のＢに示すように、重金属不純物が存在する場合は、重金属不純物が存在しない場合のＣ−Ｖ曲線の形とは異なる形のＣ−Ｖ曲線となるのである。
このように、Ｃ−Ｖ曲線の形の違いから、汚染の定性的な評価を行うことができる。
【００２６】
また、第１の方法においては、ΔＣを算出し、これを評価することにより、定性的な評価のみならず定量的な評価も可能となる。
このΔＣは、以下のような式より算出される。
ΔＣ＝（Ｃat10V −Ｃat80V ）／Ｃat10V ・・・・・(1)
ここで、
Ｃat10V ：印加電圧１０Ｖでの容量Ｃ
Ｃat80V ：印加電圧８０Ｖでの容量Ｃ
【００２７】
上記式(1) では、ΔＣの値は、印加電圧８０Ｖでの容量Ｃの値を用いて算出しているが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、印加電圧５０Ｖ以上での容量Ｃの値であれば上記式(1) に用いることができ、このような値を用いて算出したΔＣの値を本発明に用いることができる。
【００２８】
このように、高印加電圧側での容量の変化量をΔＣという値に数値化した場合には、上述したＣ−Ｖ曲線の形状で重金属汚染の評価を行う場合に比較して、正確な評価が下せる。
【００２９】
さらに、このΔＣを用いることにより、重金属汚染の定量的な評価を行うことができる。
すなわち、上記ΔＣは、例えば図２に示すようにウエーハ表層のＣｕの汚染濃度との間に正の相関がある。したがって、既知の濃度で重金属汚染、例えばＣｕ汚染されているシリコンウエーハを測定し、図２に示すような検量線を予め作成しておくことにより、未知の汚染されているシリコンウエーハの表層における重金属の濃度、すなわち汚染の程度を定量的に測定することができるのである。
なお、汚染がない場合にはこのΔＣはほぼ零もしくは負の値になる。
【００３０】
本発明の第１の方法においては、上述したようにＣ−Ｖ測定を行う前に、前処理を行う必要がある。これは、次にシリコンウエーハ表層のＣ−Ｖ測定を行う関係上、表面の自然酸化膜を取り除く必要があるためである。
したがって、この前処理は、自然酸化膜が除去できる前処理であれば特に限定されるものではないが、簡便である等の理由によりＨＦ洗浄が好ましい。
【００３１】
本発明の第１の方法においては、上記前処理後、Ｃ−Ｖ測定を行う前に所定の時間シリコンウエーハを放置することが好ましい。
これは、前処理方法にもよるが、前処理直後にＣ−Ｖ測定したのでは、重金属汚染の評価が安定しないことがあるためである。
【００３２】
以下、この点について詳しく説明する。
図３は、前処理であるＨＦ洗浄直後に測定したＣ−Ｖ曲線を示し、図４はＨＦ洗浄後１日経過後に測定したＣ−Ｖ曲線を示し、図５はＨＦ洗浄後２日経過後に測定したＣ−Ｖ曲線を示すものである。
図より明らかなように、ＨＦ洗浄直後（図３）、およびＨＦ洗浄から２日経過した場合（図５）は、重金属汚染されたシリコンウエーハのＣ−Ｖ曲線と、汚染されていないシリコンウエーハのＣ−Ｖ曲線とは、ほとんど形状に差がない状態となっている。
【００３３】
このように、前処理直後に測定した場合は、図３に示すように、重金属汚染が無い状態のシリコンウエーハであっても、場合によっては重金属汚染がある時と同じ傾向を示すことから、間違った評価を行う可能性がある。これは、ＨＦ洗浄後のシリコンウエーハの表面状態が不安定であるためと思われる。
しかし、この状態は経時的に変化し、重金属汚染のないシリコンウエーハのＣ−Ｖ曲線は、すぐに図１のＡに示す形状に回復する。それに対し、重金属汚染されたシリコンウエーハのＣ−Ｖ曲線は、汚染されていないものと比較して、回復するのに所定の時間を必要とする場合がある。
【００３４】
一方、重金属汚染されたシリコンウエーハを前処理後長く放置しすぎると、例えば図５に示すように、重金属汚染のあるシリコンウエーハのＣ−Ｖ曲線も回復してしまい、重金属汚染の無い状態のＣ−Ｖ曲線として評価される可能性がある。この原因ははっきりしないが、自然酸化膜や界面準位の影響が強すぎて、汚染の影響が現れにくいためと思われる。
【００３５】
このように、前処理後のＣ−Ｖ曲線が経時的に変化することから、実際に非接触Ｃ−Ｖ法で測定するのは、前処理が行われてから所定の時間が経過して重金属汚染のないものが回復した状態（定常状態、図１中のＡの状態）になり、かつ重金属汚染のあるもののＣ−Ｖ曲線の形状が変化していない状態（図１中のＢの状態）、すなわち図４に示す状態で評価することが、正確な測定を行う見地から望ましい。
【００３６】
したがって、上述したように、前処理後、非接触Ｃ−Ｖ測定を行う前に所定の時間シリコンウエーハを放置することが好ましいのである。
実際にはウエーハの表面状態、ＨＦ洗浄の条件、汚染の度合いなどでこの所定の時間、すなわち放置時間を適宜決め、なるべく最短の時間に決定することが望ましい。このためには、各種条件毎に予め重金属汚染されたものと汚染されていないもののシリコンウエーハを用意し、予備実験を行いこの時間を決定しておけばよい。
【００３７】
第１の方法において、種々の条件で検討したところ、前処理後、約１日程度、すなわち２０時間〜３０時間放置した後Ｃ−Ｖ測定を行えば、種々の条件の違いによる影響を受けずに本発明の評価を行えることがわかった。
このように、上述した理由により、第１の方法においては前処理を施してから２０〜３０時間放置後Ｃ−Ｖ測定を行うことが好ましく、特に好ましくは２２〜２６時間放置した後測定する場合である。
このとき、外部からの汚染がないようにクリーンルーム（あるいはクリーンベンチ）、ポリプロピレンボックス中に保管することが好ましい。
【００３８】
次に、本発明の第２の方法について説明する。
本発明の第２の方法は、シリコンウエーハ表面に前処理を施し、非接触式でシリコンウエーハ表層におけるキャリア濃度の測定を行い、このキャリア濃度からシリコンウエーハ表層の重金属汚染の評価を行うシリコンウエーハ表層の重金属汚染評価方法である。
【００３９】
この第２の方法の特徴は、第１の方法がＣ−Ｖ曲線からシリコンウエーハ表層の重金属汚染を評価したのに対し、シリコンウエーハ表層におけるキャリア濃度によりシリコンウエーハ表層の重金属汚染を評価するところにある。
このシリコンウエーハ表層のキャリア濃度を測定する方法は、上記第１の方法で用いた非接触のＣ−Ｖ測定から算出することも可能であるが、これに限定されるものではなく、他の方法であってもよい。
【００４０】
上記非接触のＣ−Ｖ測定からキャリア濃度を求めるには、以下の式(2) を用いることができる。
【００４１】
このように、Ｃ−Ｖ測定によりキャリア濃度を求めることができるが、この方法により得た、キャリア濃度のシリコンウエーハ表層深さ方向の分布を図６に示す。なお、この場合のＣ−Ｖ測定は、通常のＣ−Ｖ曲線を得るために測定するモードとは異なり、直接キャリア濃度を求めるためのモードで測定しているが、Ｃ−Ｖ測定の原理自体は同じである。
【００４２】
図６から明らかなように、シリコンウエーハ表層におけるキャリア濃度の深さ方向の分布は、重金属汚染がない場合（Ａ）と重金属汚染がある場合（Ｂ）とで異なる。
重金属汚染がある場合は、シリコンウエーハ表層のキャリア濃度の低下領域の幅が異なる。すなわち、金属汚染が有る場合（図６中のＢ）は金属汚染が無い場合（図６中のＡ）と比較して、キャリア濃度の低下領域の分布の幅が狭く、また、キャリア濃度の深さ方向の分布を示す曲線の変位点が、浅い位置となる。
【００４３】
このように、シリコンウエーハ表層におけるキャリア濃度の深さ方向の分布を求め、その分布の形を調べることにより、重金属汚染の有無を評価することができる。
【００４４】
さらに、シリコンウエーハ表層のある特定の深さにおけるキャリア濃度を求めることによっても、シリコンウエーハ表層の重金属汚染を評価することができる。
これは、図６からも明らかなように、ある特定の深さでは（図６では、約１μｍ〜約２μｍ）重金属汚染がある場合と無い場合でキャリア濃度が異なる。したがって、予めこのキャリア濃度が異なる深さを調べておくことにより、その深さにおけるキャリア濃度の測定値から重金属汚染の評価をすることができる。
【００４５】
この重金属汚染が有る場合と無い場合でキャリア濃度が異なるようになるシリコンウエーハ表面からの特定の深さは、ウエーハの表面状態、前処理の条件、汚染の度合い等の諸条件により異なるものであるが、シリコンウエーハ表層から１〜３μｍの深さの範囲内でキャリア濃度を測定すれば重金属汚染の評価を行うことができる。
この方法は、キャリア濃度の深さ方向の分布を測定し、この分布の形から重金属汚染を評価する方法に比較して、所定の深さのみのキャリア濃度を測定すれば重金属汚染を評価できるので、より簡便に評価できるという利点を有するものである。
【００４６】
また、Ｃ−Ｖ測定からキャリア濃度を求める場合は、上述した第１の方法と同様の理由から前処理を施してから２０〜３０時間放置後Ｃ−Ｖ測定を行うことが好ましく、特に好ましくは２２〜２６時間放置した後測定する場合である。
【００４７】
上述したように、第２の方法におけるキャリア濃度の測定は、Ｃ−Ｖ測定以外の非接触式の方法でシリコンウエーハ表層のキャリア濃度を測定した場合でも、得られるキャリア濃度の深さ方向の分布の違い、もしくは特定深さにおけるキャリア濃度の違いにより、重金属汚染を評価することができる。
【００４８】
例えばＳＰＶ法の原理を用いた測定器で測定した結果を用いたものであってもよい。このＳＰＶ方法では、例えばＨＦ洗浄等の前処理によりシリコンウエーハ表層を空乏化させ、レーザーで空乏層内を励起し、その時に発生する表面光電圧から、まず空乏層幅を算出する。この空乏層幅（最大空乏層幅と仮定する。）からキャリア濃度を求めるものである。この方法では、シリコンウエーハ表層の深さ方向としては空乏層内（およそ１μｍ）の平均化したキャリア濃度を評価しており、非接触式のＣ−Ｖ測定がシリコンウエーハ表層より２〜３μｍの領域を評価しているものとは異なるものである。
【００４９】
また、ＳＰＶ法によるキャリア濃度の測定法では経時変化の影響は少ないと考えられる。特に長時間放置したもの、例えばＨＦ洗浄後、２週間程度経過してから測定を行っても汚染の有無は確認できる。これは、評価している領域が異なるためと思われる。
【００５０】
このような、キャリア濃度を測定して、シリコンウエーハ表層の重金属汚染を評価する場合でも、定性的な評価のみならず定量的な評価をも行うことができる。
すなわち、予め既知の濃度で重金属汚染、例えばＣｕ汚染されているシリコンウエーハの表層のキャリア濃度を測定し、検量線を予め作成しておくことにより、未知の汚染されているシリコンウエーハの表層における重金属の濃度、すなわち汚染の程度を定量的に測定することができるのである。
このような定量的な評価は、測定領域の関係からＳＰＶ法によりキャリア濃度を測定した場合に、特に有効であるが、これに限定されるものではない。
【００５１】
なお、キャリア濃度の違いで重金属汚染を評価する場合は、シリコンウエーハの抵抗率を揃えて置くことが必要となる。これはこの評価方法がキャリア濃度を評価するものであるためであり、シリコンウエーハの抵抗率が異なれば当然キャリア濃度も異なるためである。
【００５２】
また、第２の方法においても、自然酸化膜除去の必要性より前処理を行う必要がある。この場合も、自然酸化膜除去と同時にウエーハ表層を十分に空乏化させるため、ＨＦ洗浄を用いることが好ましい。
【００５３】
本発明の第１の方法および第２の方法のいずれにおいても、シリコンウエーハ表層のＣ−Ｖ測定及び他の方法でのキャリア濃度の測定は、非接触式であることが好ましい。これは、接触式、例えば水銀プローブ等のショットキー構造を有する測定機等によるＣ−Ｖ測定では、表層から数μｍの浅い部分での測定に問題があるのに対し、非接触式の測定法の方が、表層の極めて浅いところから測定が可能で有り、本発明の評価法に用いるのに好ましいためである。
【００５４】
また、本発明のいずれの方法においても、Ｐ型半導体シリコンウエーハの重金属汚染を評価する場合に用いることが有効である。これは、明確ではないが、本発明を導いた原理が重金属汚染によるキャリア濃度及びΔＣの違いが表層での水素、ボロン、Ｃｕ等の重金属の相互作用によるものと考えられ、これはＰ型特有の現象であるからである。
【００５５】
さらに、いずれの方法においても、評価する重金属としては、Ｃｕが特に有効である。Ｃｕは従来の評価方法では評価することができなかった重金属であり、評価方法の確立が待ち望まれていた点、またシリコンウエーハ中での拡散スピードが早く、かつデバイス特性に悪影響を与えていると考えられているＣｕ汚染の非破壊で簡便な評価法が必要とされている点等から、Ｃｕ汚染の評価を行えることは本発明の大きな利点の一つだからである。
【００５６】
本発明のいずれの方法においても、シリコンウエーハ表層の重金属汚染の評価とは、シリコンウエーハ表層に重金属が存在するかどうかの定性分析、及び例えばΔＣまたはキャリア濃度等を利用した定量分析を意味するものである。
【００５７】
なお、キャリア濃度低下領域が、重金属汚染の有無により差を生じ、この差がΔＣに反映されていることを考慮すると、本発明の第１の方法及び第２の方法とも同様に評価できることは言うまでもないが、第２の方法のようにキャリア濃度の低下領域の幅の違い（キャリア濃度の深さ方向分布の違い）から評価するよりも、第１の方法で用いるΔＣで評価したほうが数値化できることから感度的に優れていると思われる。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例を挙げて説明する。
実施例１．Ｃ−Ｖ曲線（ΔＣ）による重金属汚染評価
ウエーハ加工時に故意にＣｕ汚染を施したＰ型半導体シリコンウエーハと汚染を施さなかったＰ型半導体シリコンウエーハとを評価した。
前処理としてＨＦ洗浄（濃度２％、洗浄時間１分）、純水リンス１０分、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）乾燥を行い、Ｐ．Ｐ．Ｂｏｘ（ポリプロピレンボックス）内にて保存し、クリーンルーム（あるいはクリーンベンチ）に２４時間放置した後、非接触でＣ−Ｖ測定を行った。
【００５９】
非接触式のＣ−Ｖ測定機としては、ＣＶ８０００（大日本スクリーン製造社製、商品名）を用いた。得られたこのＣ−Ｖ曲線よりΔＣを評価した。その結果を図７に示す。
これより、Ｃｕ汚染を施したサンプル２〜４ではΔＣが10〜20％であり、汚染を施さなかったサンプル１はΔＣが０以下であった。
この結果から明らかなように、Ｃｕに汚染されたシリコンウエーハの場合、ΔＣがある正の値をとることから、このΔＣを測定することによりＣｕ汚染の有無を評価することができる。
【００６０】
実施例２．キャリア濃度による重金属汚染評価
ウエーハ加工時に故意にＣｕ汚染を施したＰ型半導体シリコンウエーハを、汚染の濃度を変化させて複数枚準備し、これらをＨＦ洗浄を施した後、放置した（条件は実施例１と同様である。）。これらのシリコンウエーハ表層のキャリア濃度を非接触法で評価した。非接触式のキャリア濃度測定には、サーフェスチャージプロファイラー（"Surface Charge Profiler" QC Solutions社製) を用いた。この装置の測定原理はＳＰＶ法であり、Ｃ−Ｖ法とは異なるキャリア濃度測定原理で測定したものである。
【００６１】
図８にＣｕ汚染濃度と、シリコンウエーハ表層のキャリア濃度との相関を示す。
図８から明らかなように、Ｃｕ汚染濃度はシリコンウエーハ表層のキャリア濃度に影響を及ぼすことがわかる。したがって、このように基準となるキャリア濃度とＣｕ汚染濃度との検量線があれば、キャリア濃度からも定量分析が可能である。
【００６２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００６３】
【発明の効果】
本発明は、シリコンウエーハ表面に前処理を施し、非接触式でＣ−Ｖ測定を行い、得られたＣ−Ｖ曲線よりシリコンウエーハ表層の重金属汚染の評価を行うシリコンウエーハ表層の重金属汚染評価方法、もしくはシリコンウエーハ表面に前処理を施し、非接触式でシリコンウエーハ表層におけるキャリア濃度の測定を行い、このキャリア濃度からシリコンウエーハ表層の重金属汚染の評価を行うシリコンウエーハ表層の重金属汚染評価方法であるので、非破壊かつ簡便にシリコンウエーハ表層の重金属汚染評価を行うことができる。特に、Ｐ型半導体シリコンウエーハのＣｕ汚染の評価に用いると有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコンウエーハ表層における重金属汚染がある場合と無い場合の典型的なＣ−Ｖ曲線を示すグラフである。
【図２】非接触Ｃ−Ｖ測定で得られたΔＣと、Ｃｕ汚染量との関係を示すグラフである。
【図３】ＨＦ洗浄直後のＣ−Ｖ曲線を示すグラフである。
【図４】ＨＦ洗浄後、１日経過した際のＣ−Ｖ曲線を示すグラフである。
【図５】ＨＦ洗浄後、２日経過した際のＣ−Ｖ曲線を示すグラフである。
【図６】シリコンウエーハ表層における重金属汚染がある場合と無い場合の典型的なキャリア濃度の深さ方向の分布を示すグラフである。
【図７】Ｃｕ汚染がある場合と無い場合のΔＣの測定結果を示すグラフである。
【図８】シリコンウエーハ表層のキャリア濃度とＣｕ汚染量との関係を測定した結果を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an evaluation method for qualitatively and quantitatively evaluating heavy metal contamination on the surface layer of a silicon wafer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there are three methods for evaluating heavy metal contamination in silicon wafers: (1) μ-PCD method, (2) SPV method, and (3) MOS Ct method. Evaluation has been made by minority carrier lifetime measurement by the above method.
Here, these three methods will be briefly described.
[0003]
(1) μ-PCD method (Microwave Detected Photoconductive Decay Method)
This method is a method of detecting the attenuation state of excess carriers generated by light irradiated inside the wafer, in other words, the recombination lifetime by reflection of microwaves. In general, measurement is performed after a thermal oxide film is formed to reduce the surface recombination rate or chemical surface passivation is performed. The analysis capability can be identified only when the contaminating element is Fe.
[0004]
(2) SPV method (Surface Photovoltage Method)
In this method, excess minority carriers generated by light irradiated inside the wafer are detected as a voltage by a depletion layer or an inversion layer near the surface. Although the minority carrier diffusion length is obtained by measurement, the measurable diffusion length value is limited by the thickness of the wafer. Quantitative evaluation is possible only when the contaminating element is Fe or Cr.
[0005]
(3) MOS Ct method (MOS Capacitance-time method)
In this method, when a pulse voltage is applied to a MOS capacitor formed on a silicon wafer so as to be in a deep depletion state, a strong inversion state is caused by thermal generation of carriers in the depletion layer. Although this is mitigated, it is a method of obtaining the occurrence lifetime by analyzing the transient change of the capacity at this time.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Such evaluation by μ-PCD method or SPV method is widely used because it is non-contact and can easily evaluate heavy metal contamination. The MOS Ct method is an effective means for evaluating heavy metal contamination on the wafer surface because the lifetime of minority carrier generation in the depletion layer is measured.
[0007]
However, each technique has a problem that it is impossible to specify a contaminating element other than evaluation of Fe and Cr contamination in a silicon wafer. In addition, the MOS C-t method is not simple because MOS formation is required.
Furthermore, Cu contamination, which is considered to have an adverse effect on device characteristics, does not reduce the lifetime in the P-type silicon wafer, and thus cannot be evaluated by the conventional technology as described above. For this reason, although chemical analysis is used for Cu contamination evaluation of the silicon wafer surface layer, chemical analysis is not simple because it is a destructive inspection and pre-processing takes time.
[0008]
As described above, there are two conventional methods for evaluating heavy metals: an evaluation method using a minority carrier lifetime and an evaluation method for chemical analysis. As described above, the former includes Cu contamination. Cannot be evaluated, and the latter has a problem that it is a destructive inspection and is not easy.
[0009]
The present invention has been made in view of such problems, and is an evaluation method that is different in principle from conventional heavy metal contamination evaluation methods such as minority carrier lifetime measurement and chemical analysis, and can also evaluate Cu contamination. The main purpose is to provide a new heavy metal contamination assessment method that is simple and non-destructive.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
It has been known for some time that heavy metal impurities on the surface of a wafer affect the carrier concentration of the surface. In P-type semiconductor silicon wafers, it is known that boron, which is a dopant, is inactivated by hydrogen that has entered the surface layer during processing or etching, and the carrier concentration in the surface layer is reduced (A. Schnegg. Et al , Proceeding of the 5th International Symposium on Silicon Materials Science and Technology (1986) 198), for example, when there is a heavy metal impurity such as Cu that prevents hydrogen from deactivating boron during polishing It has been shown in the literature by Helen Prigge et al., J. Electrochem. Soc., 138 (1991) 1385 that the carrier concentration in the surface layer is restored.
[0011]
Therefore, the present inventors evaluate heavy metal contamination from the point that the amount of inactivating dopants such as boron due to hydrogen that has penetrated into the surface of the silicon wafer varies depending on the presence or absence of heavy metals as impurities, or the amount thereof. As a result of repeated research based on the idea that it may be possible, the present invention has been completed.
[0012]
The present invention has been made to solve the above-described problems. Tomorrow The silicon is characterized in that the silicon wafer surface is pretreated, CV (Capacitance-Voltage) measurement is performed in a non-contact manner, and heavy metal contamination on the surface of the silicon wafer is evaluated from the obtained CV curve. This is a method for evaluating heavy metal contamination on the wafer surface.
[0013]
In this way, when CV measurement is performed in a non-contact manner, and attention is paid to the obtained CV curve, the CV curve of the silicon wafer contaminated with heavy metal and the C− of the silicon wafer not contaminated with heavy metal are obtained. The V curve has a different shape as shown in FIG. 1, for example. Therefore, it is possible to qualitatively evaluate whether or not the silicon wafer is contaminated with heavy metals by paying attention to the shape of the CV curve.
[0014]
in this case ,Up It is preferable to obtain ΔC from the CV curve and evaluate heavy metal contamination on the surface layer of the silicon wafer based on the value of ΔC.
In this way, ΔC, which is the difference in capacity on the high applied voltage side, is obtained from the CV curve by a calculation method described later, and the shape of the CV curve is quantified by evaluating heavy metal contamination using this value. can do. Thereby, evaluation of heavy metal contamination can be performed more accurately.
Further, by measuring ΔC of a plurality of silicon wafers contaminated with a heavy metal having a known concentration in advance, the relationship between the heavy metal concentration and the value of ΔC (for example, a calibration curve) is obtained. A quantitative evaluation can be performed.
[0015]
And this departure Tomorrow The silicon wafer surface is pretreated, the carrier concentration in the silicon wafer surface layer is measured in a non-contact manner, and the heavy metal contamination on the silicon wafer surface layer is evaluated from this carrier concentration. It is an evaluation method.
In the present invention, the heavy metal contamination of the silicon wafer surface layer can be evaluated not only from the CV curve but also from the carrier concentration. This carrier concentration can also be calculated from the value of CV measurement, and can be obtained by other methods, for example, measurement with a measuring instrument based on the principle of the SPV method.
[0016]
in this case , Heavy metal contamination may be evaluated by measuring the carrier concentration distribution in the depth direction on the surface of the recon wafer. T The heavy metal contamination may be evaluated by measuring the carrier concentration at a predetermined depth on the surface of the recon wafer.
When the former, ie, the distribution of the carrier concentration in the depth direction of the silicon wafer surface is obtained and evaluated, the presence or absence of contamination can be evaluated by the difference in distribution as shown in FIG. In addition, when it is known in advance at which depth the carrier concentration differs depending on the presence or absence of heavy metal contamination, the heavy metal contamination can be easily evaluated by measuring the carrier concentration at that depth as in the latter case. .
[0017]
In addition, in either case of evaluation using a CV curve or evaluation using a carrier concentration, the surface of the silicon wafer is first pretreated. This pretreatment is performed in order to obtain a silicon wafer without a natural oxide film on the silicon surface (hereinafter sometimes referred to as a bare wafer).
In the present invention, this pretreatment is performed. , H F cleaning is preferred.
This is because the pretreatment for the purpose described above can be easily performed by performing the pretreatment by HF cleaning.
[0018]
further , C It is particularly effective for the present invention that the heavy metal contamination to be evaluated is Cu contamination regardless of whether the evaluation is based on the −V curve or the carrier concentration.
One of the advantages of the present invention is that Cu contamination is heavy metal contamination that has been difficult to evaluate by conventional evaluation methods as described above, and Cu contamination that adversely affects device characteristics can be easily evaluated. Because there is also one.
[0019]
Furthermore, in any of the above cases , Review The present invention is particularly effective when the silicon wafer to be charged is a P-type semiconductor silicon wafer.
Although this is not clear, it is considered that the method for evaluating heavy metal contamination of the present invention uses the interaction of heavy metals such as hydrogen, boron, and Cu in the surface layer of the silicon wafer. This is because the present invention is considered to be particularly effective when used for evaluating heavy metal contamination of a semiconductor silicon wafer.
[0020]
Also , It is preferable to perform CV measurement or carrier concentration measurement after leaving the recon wafer surface pretreated for 20 to 30 hours.
This is because the surface of the silicon wafer changes with time because the surface state after pre-treatment is unstable. After leaving the pre-treatment for 20 to 30 hours, the presence or absence of heavy metal contamination is confirmed. This is because a preferable state is obtained for confirmation.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not limited to these.
As described above, the method for evaluating heavy metal contamination of the surface layer of the silicon wafer of the present invention is a method of evaluating from a CV curve (hereinafter, sometimes referred to as a first method) and a method of evaluating from a measured value of carrier concentration ( Hereinafter, the second method may be used).
[0022]
First, the first method will be described.
In the first method of the present invention, the silicon wafer surface is subjected to pretreatment, CV measurement is performed in a non-contact manner, and heavy metal contamination of the silicon wafer surface layer is evaluated from the obtained CV curve. It is a heavy metal contamination evaluation method.
Thus, in the first method of the present invention, first, the surface of the silicon wafer is pretreated, and then the surface of the silicon wafer that has been pretreated is subjected to CV measurement in a non-contact manner. The measurement using the non-contact CV method is in principle the same as the measurement using the general contact CV method.
[0023]
In this non-contact CV method, a measurement electrode prepared in advance is brought close to the sample surface to a submicron distance, and C-V measurement and C-t measurement are performed in a non-contact state, and the conventional MIS theory is used. To analyze.
The result obtained from the CV measurement performed in such a non-contact manner is a capacitance C with respect to the applied voltage V, that is, a CV curve as shown in FIG.
FIG. 1 is a graph in which the capacitance C for each applied voltage is divided by the capacitance C (= Cacc) at an applied voltage of −80 V, and the vertical axis is graphed in the form of C / Cacc.
[0024]
As shown by A and B in FIG. 1, when the CV measurement is performed in a non-contact manner on a bare wafer of P-type semiconductor silicon with no contamination and contamination, there is a difference in the CV curve. A in FIG. 1 is a typical CV curve when there is no contamination, and B is a typical CV curve when there is contamination.
Such a difference in the shape of the CV curve depending on the presence or absence of heavy metal contamination is considered to be due to the following reasons, although it is not clear.
[0025]
That is, this CV curve is considered to change in its shape depending on the amount of hydrogen that has penetrated into the surface layer inactivates boron as a dopant. Here, when heavy metal impurities such as Cu are present, boron inactivation by hydrogen is inhibited, and the carrier concentration in the surface layer is recovered. As a result, as shown by B in FIG. 1, when heavy metal impurities are present, the CV curve is different from the shape of the CV curve when heavy metal impurities are not present.
Thus, the qualitative evaluation of contamination can be performed from the difference in the shape of the CV curve.
[0026]
In the first method, ΔC is calculated and evaluated to allow not only qualitative evaluation but also quantitative evaluation.
This ΔC is calculated from the following equation.
ΔC = (C at10V -C at80V ) / C at10V (1)
here,
C at10V : Capacitance C at an applied voltage of 10V
C at80V : Capacity C at an applied voltage of 80V
[0027]
In the above formula (1), the value of ΔC is calculated using the value of the capacitance C at an applied voltage of 80 V, but the present invention is not limited to this, and the capacitance at an applied voltage of 50 V or more is used. Any value of C can be used in the above equation (1), and the value of ΔC calculated using such a value can be used in the present invention.
[0028]
In this way, when the amount of change in capacitance on the high applied voltage side is quantified to a value of ΔC, the evaluation is more accurate than when evaluating heavy metal contamination with the shape of the CV curve described above. Can be lowered.
[0029]
Furthermore, quantitative evaluation of heavy metal contamination can be performed by using this ΔC.
That is, the ΔC has a positive correlation with the contamination concentration of Cu on the wafer surface as shown in FIG. Therefore, by measuring a silicon wafer contaminated with a heavy metal at a known concentration, such as Cu, and preparing a calibration curve as shown in FIG. 2, the heavy metal on the surface layer of the unknown contaminated silicon wafer is obtained. It is possible to quantitatively measure the concentration of, that is, the degree of contamination.
When there is no contamination, this ΔC becomes almost zero or a negative value.
[0030]
In the first method of the present invention, it is necessary to perform pre-processing before performing CV measurement as described above. This is because it is necessary to remove the natural oxide film on the surface in order to perform CV measurement on the surface layer of the silicon wafer.
Therefore, this pretreatment is not particularly limited as long as it is a pretreatment that can remove the natural oxide film, but HF cleaning is preferred for reasons such as simplicity.
[0031]
In the first method of the present invention, it is preferable to leave the silicon wafer for a predetermined time after the pretreatment and before performing the CV measurement.
This is because, although it depends on the pretreatment method, if the CV measurement is performed immediately after the pretreatment, the evaluation of heavy metal contamination may not be stable.
[0032]
Hereinafter, this point will be described in detail.
FIG. 3 shows a CV curve measured immediately after HF cleaning as a pretreatment, FIG. 4 shows a CV curve measured 1 day after HF cleaning, and FIG. 5
As apparent from the figure, immediately after HF cleaning (FIG. 3) and when 2 days have passed since HF cleaning (FIG. 5), the CV curve of the silicon wafer contaminated with heavy metal and the uncontaminated silicon wafer The shape is almost the same as the CV curve.
[0033]
Thus, when measured immediately after pretreatment, as shown in FIG. 3, even a silicon wafer without heavy metal contamination shows the same tendency as when there is heavy metal contamination. May be evaluated. This is presumably because the surface state of the silicon wafer after HF cleaning is unstable.
However, this state changes with time, and the CV curve of the silicon wafer free from heavy metal contamination immediately recovers to the shape shown in FIG. In contrast, CV curves for silicon wafers contaminated with heavy metals may require a certain amount of time to recover compared to those that are not contaminated.
[0034]
On the other hand, if the silicon wafer contaminated with heavy metal is left too long after the pretreatment, the CV curve of the silicon wafer contaminated with heavy metal is recovered as shown in FIG. It may be evaluated as a -V curve. The cause of this is not clear, but it is thought that the influence of contamination is not likely to appear because the influence of the natural oxide film and the interface state is too strong.
[0035]
Thus, since the CV curve after pretreatment changes with time, the non-contact CV method actually measures heavy metal after a predetermined time has elapsed since the pretreatment was performed. A state in which there is no contamination is in a recovered state (steady state, state A in FIG. 1), and there is heavy metal contamination, but the shape of the CV curve has not changed (state B in FIG. 1). That is, evaluation in the state shown in FIG. 4 is desirable from the viewpoint of accurate measurement.
[0036]
Therefore, as described above, it is preferable to leave the silicon wafer for a predetermined time after the pretreatment and before performing the non-contact CV measurement.
Actually, it is desirable to appropriately determine the predetermined time, that is, the standing time, depending on the surface condition of the wafer, the conditions of HF cleaning, the degree of contamination, and the like, and determine the shortest possible time. For this purpose, it is only necessary to prepare silicon wafers that have been contaminated with heavy metals and those that have not been contaminated in advance under various conditions, and perform preliminary experiments to determine this time.
[0037]
In the first method, when examined under various conditions, if the CV measurement is performed after pretreatment for about 1 day, that is, after standing for 20 to 30 hours, it is not affected by the difference in various conditions. It was found that the present invention can be evaluated.
Thus, for the reasons described above, in the first method, it is preferable to perform CV measurement after leaving for 20 to 30 hours after the pretreatment, and particularly preferably when measuring after standing for 22 to 26 hours. It is.
At this time, it is preferable to store in a clean room (or clean bench) or a polypropylene box so that there is no contamination from the outside.
[0038]
Next, the second method of the present invention will be described.
The second method of the present invention is a silicon wafer surface layer in which a silicon wafer surface is pretreated, the carrier concentration in the silicon wafer surface layer is measured in a non-contact manner, and heavy metal contamination on the silicon wafer surface layer is evaluated from the carrier concentration. It is a heavy metal contamination evaluation method.
[0039]
The feature of the second method is that, while the first method evaluated heavy metal contamination on the silicon wafer surface layer from the CV curve, the heavy metal contamination on the silicon wafer surface layer was evaluated based on the carrier concentration in the silicon wafer surface layer. is there.
The method for measuring the carrier concentration of the silicon wafer surface layer can be calculated from the non-contact CV measurement used in the first method, but is not limited to this, and other methods are possible. It may be.
[0040]
In order to obtain the carrier concentration from the non-contact CV measurement, the following equation (2) can be used.
[0041]
As described above, the carrier concentration can be obtained by CV measurement, and the distribution of the carrier concentration in the depth direction of the silicon wafer surface layer obtained by this method is shown in FIG. In this case, the CV measurement is performed in a mode for directly obtaining the carrier concentration, unlike the mode in which measurement is performed in order to obtain a normal CV curve, but the principle of CV measurement itself. Are the same.
[0042]
As is apparent from FIG. 6, the distribution in the depth direction of the carrier concentration in the surface layer of the silicon wafer is different when there is no heavy metal contamination (A) and when there is heavy metal contamination (B).
When there is heavy metal contamination, the width of the carrier concentration decrease region of the silicon wafer surface layer is different. That is, when there is metal contamination (B in FIG. 6), the distribution width of the carrier concentration decrease region is narrower than when there is no metal contamination (A in FIG. 6), and the carrier concentration is deep. The displacement point of the curve indicating the distribution in the vertical direction is a shallow position.
[0043]
Thus, the presence or absence of heavy metal contamination can be evaluated by obtaining the distribution of the carrier concentration in the depth direction on the surface layer of the silicon wafer and examining the shape of the distribution.
[0044]
Furthermore, the heavy metal contamination of the silicon wafer surface layer can also be evaluated by determining the carrier concentration at a specific depth of the silicon wafer surface layer.
As is clear from FIG. 6, the carrier concentration differs depending on whether there is heavy metal contamination or not at a certain depth (in FIG. 6, about 1 μm to about 2 μm). Therefore, by examining the depth at which the carrier concentration is different in advance, heavy metal contamination can be evaluated from the measured value of the carrier concentration at that depth.
[0045]
The specific depth from the silicon wafer surface where the carrier concentration differs depending on whether or not this heavy metal contamination is present differs depending on various conditions such as the surface condition of the wafer, pretreatment conditions, and the degree of contamination. However, heavy metal contamination can be evaluated by measuring the carrier concentration within a depth range of 1 to 3 μm from the surface layer of the silicon wafer.
This method measures the distribution of the carrier concentration in the depth direction, and can evaluate heavy metal contamination by measuring the carrier concentration only at a predetermined depth compared to the method of evaluating heavy metal contamination from the shape of this distribution. It has the advantage that it can be more easily evaluated.
[0046]
Moreover, when calculating | requiring a carrier density | concentration from CV measurement, it is preferable to perform CV measurement after leaving for 20 to 30 hours after giving pre-processing for the same reason as the 1st method mentioned above, Especially preferably. In this case, the measurement is performed after being left for 22 to 26 hours.
[0047]
As described above, the carrier concentration measurement in the second method is a distribution in the depth direction of the obtained carrier concentration even when the carrier concentration of the silicon wafer surface layer is measured by a non-contact method other than CV measurement. Heavy metal contamination can be evaluated based on the difference in carrier density or carrier concentration at a specific depth.
[0048]
For example, a result obtained by measuring with a measuring instrument using the principle of the SPV method may be used. In this SPV method, for example, the silicon wafer surface layer is depleted by pretreatment such as HF cleaning, the inside of the depletion layer is excited by a laser, and the depletion layer width is first calculated from the surface photovoltage generated at that time. The carrier concentration is obtained from this depletion layer width (assuming the maximum depletion layer width). In this method, the averaged carrier concentration in the depletion layer (approximately 1 μm) is evaluated as the depth direction of the silicon wafer surface layer, and the non-contact CV measurement is a region of 2 to 3 μm from the silicon wafer surface layer. It is different from the one that evaluates.
[0049]
Further, it is considered that the influence of the change with time is small in the carrier concentration measurement method by the SPV method. In particular, the presence or absence of contamination can be confirmed by performing measurement after being left for a long time, for example, about 2 weeks after HF cleaning. This seems to be due to different areas being evaluated.
[0050]
Even when such a carrier concentration is measured to evaluate heavy metal contamination on the surface layer of the silicon wafer, not only qualitative evaluation but also quantitative evaluation can be performed.
That is, by measuring the carrier concentration of the surface layer of a silicon wafer contaminated with a known concentration of heavy metal, for example, Cu contamination, and preparing a calibration curve in advance, the heavy metal on the surface layer of an unknown contaminated silicon wafer It is possible to quantitatively measure the concentration of, that is, the degree of contamination.
Such quantitative evaluation is particularly effective when the carrier concentration is measured by the SPV method from the relationship of the measurement region, but is not limited thereto.
[0051]
When heavy metal contamination is evaluated based on the difference in carrier concentration, it is necessary to arrange the silicon wafers with the same resistivity. This is because this evaluation method evaluates the carrier concentration, and naturally, if the resistivity of the silicon wafer is different, the carrier concentration is also different.
[0052]
Also in the second method, it is necessary to perform a pretreatment rather than the necessity of removing the natural oxide film. In this case also, it is preferable to use HF cleaning in order to sufficiently deplete the wafer surface layer simultaneously with the removal of the natural oxide film.
[0053]
In any of the first method and the second method of the present invention, the CV measurement of the silicon wafer surface layer and the measurement of the carrier concentration by other methods are preferably non-contact methods. This is because a contact type, for example, a CV measurement using a measuring instrument having a Schottky structure such as a mercury probe has a problem in measurement at a shallow portion of several μm from the surface layer, whereas a non-contact type measurement method is used. This is because measurement is possible from an extremely shallow surface layer, which is preferable for use in the evaluation method of the present invention.
[0054]
In any of the methods of the present invention, it is effective to use when evaluating heavy metal contamination of a P-type semiconductor silicon wafer. This is not clear, but the principle that led to the present invention is that the difference in carrier concentration and ΔC due to heavy metal contamination is considered to be due to the interaction of heavy metals such as hydrogen, boron, and Cu on the surface, which is p-type specific This is because of this phenomenon.
[0055]
Further, in any method, Cu is particularly effective as a heavy metal to be evaluated. Cu is a heavy metal that could not be evaluated by the conventional evaluation method. The establishment of the evaluation method was awaited, the diffusion speed in the silicon wafer was fast, and the device characteristics were adversely affected. This is because it is one of the great advantages of the present invention that Cu contamination can be evaluated because, for example, a simple non-destructive evaluation method for Cu contamination is required.
[0056]
In any of the methods of the present invention, evaluation of heavy metal contamination on the silicon wafer surface means qualitative analysis as to whether heavy metal is present on the silicon wafer surface and quantitative analysis using, for example, ΔC or carrier concentration. It is.
[0057]
In addition, it goes without saying that the first method and the second method of the present invention can be evaluated in the same manner in consideration of the fact that the carrier concentration decrease region varies depending on the presence or absence of heavy metal contamination, and this difference is reflected in ΔC. However, rather than evaluating from the difference in the width of the carrier concentration decreasing region (difference in the distribution in the depth direction of the carrier concentration) as in the second method, the evaluation can be made numerically by using ΔC used in the first method. It seems that sensitivity is excellent.
[0058]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples.
Example 1. Heavy metal contamination assessment by CV curve (ΔC)
P-type semiconductor silicon wafers intentionally contaminated with Cu during wafer processing and P-type semiconductor silicon wafers not contaminated were evaluated.
As pretreatment, HF cleaning (
[0059]
CV8000 (Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd., trade name) was used as a non-contact type CV measuring machine. ΔC was evaluated from the obtained CV curve. The result is shown in FIG.
From this, ΔC was 10 to 20% in
As is clear from this result, in the case of a silicon wafer contaminated with Cu, ΔC takes a certain positive value. Therefore, the presence or absence of Cu contamination can be evaluated by measuring ΔC.
[0060]
Example 2 Heavy metal contamination assessment by carrier concentration
A plurality of P-type semiconductor silicon wafers intentionally contaminated with Cu at the time of wafer processing were prepared by changing the concentration of contamination, and these were left to stand after HF cleaning (conditions are the same as in Example 1). .) The carrier concentration of the surface layer of these silicon wafers was evaluated by a non-contact method. A surface charge profiler ("Surface Charge Profiler" manufactured by QC Solutions) was used for non-contact type carrier concentration measurement. The measurement principle of this apparatus is the SPV method, which is measured by a carrier concentration measurement principle different from the CV method.
[0061]
FIG. 8 shows the correlation between the Cu contamination concentration and the carrier concentration of the silicon wafer surface layer.
As can be seen from FIG. 8, the Cu contamination concentration affects the carrier concentration of the silicon wafer surface layer. Therefore, if there is a calibration curve between the reference carrier concentration and the Cu contamination concentration, quantitative analysis can be performed from the carrier concentration.
[0062]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has the same configuration as the technical idea described in the scope of claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. Are included in the technical scope.
[0063]
【The invention's effect】
The present invention relates to a method for evaluating heavy metal contamination of a silicon wafer surface layer by pre-treating the silicon wafer surface, performing CV measurement in a non-contact manner, and evaluating heavy metal contamination of the silicon wafer surface layer from the obtained CV curve. Alternatively, the silicon wafer surface is pretreated, the carrier concentration in the silicon wafer surface layer is measured in a non-contact manner, and the heavy metal contamination evaluation method on the silicon wafer surface layer is performed from this carrier concentration. Therefore, the heavy metal contamination evaluation of the silicon wafer surface layer can be performed easily and non-destructively. In particular, it is effective when used for evaluating Cu contamination of a P-type semiconductor silicon wafer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing typical CV curves with and without heavy metal contamination on the surface layer of a silicon wafer.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between ΔC obtained by non-contact CV measurement and the amount of Cu contamination.
FIG. 3 is a graph showing a CV curve immediately after HF cleaning.
FIG. 4 is a graph showing a CV curve when one day has passed after HF cleaning.
FIG. 5 is a graph showing a CV curve when two days have passed after HF cleaning.
FIG. 6 is a graph showing a typical carrier concentration distribution in the depth direction with and without heavy metal contamination on the surface layer of a silicon wafer.
FIG. 7 is a graph showing the measurement results of ΔC with and without Cu contamination.
FIG. 8 is a graph showing the results of measuring the relationship between the carrier concentration of the silicon wafer surface layer and the amount of Cu contamination.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26803597A JP3767116B2 (en) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Evaluation method of heavy metal contamination on silicon wafer surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26803597A JP3767116B2 (en) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Evaluation method of heavy metal contamination on silicon wafer surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1187447A JPH1187447A (en) | 1999-03-30 |
| JP3767116B2 true JP3767116B2 (en) | 2006-04-19 |
Family
ID=17452978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26803597A Expired - Fee Related JP3767116B2 (en) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Evaluation method of heavy metal contamination on silicon wafer surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3767116B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4894104B2 (en) * | 2001-07-27 | 2012-03-14 | 信越半導体株式会社 | Method for measuring carrier concentration of silicon epitaxial layer |
| JP4353121B2 (en) * | 2005-03-25 | 2009-10-28 | 信越半導体株式会社 | Method for evaluating dopant contamination of semiconductor wafers |
| JP5477697B2 (en) * | 2009-08-31 | 2014-04-23 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | Silicon wafer surface or surface layer evaluation method |
| CN112908876A (en) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 上海新昇半导体科技有限公司 | Silicon chip metal pollution testing method and device |
-
1997
- 1997-09-12 JP JP26803597A patent/JP3767116B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1187447A (en) | 1999-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6265890B1 (en) | In-line non-contact depletion capacitance measurement method and apparatus | |
| US5943552A (en) | Schottky metal detection method | |
| Linnros | Carrier lifetime measurements using free carrier absorption transients. II. Lifetime mapping and effects of surface recombination | |
| US5298860A (en) | Method of analyzing metal impurities in surface oxide film of semiconductor substrate | |
| KR101186072B1 (en) | Calibration of non-vibrating contact potential difference measurements to detect surface variations that are perpendicular to the direction of sensor motion | |
| JP4783801B2 (en) | Semiconductor inspection system and apparatus using non-vibrating contact potential difference sensor and controlled irradiation | |
| JP3767116B2 (en) | Evaluation method of heavy metal contamination on silicon wafer surface | |
| US5471293A (en) | Method and device for determining defects within a crystallographic substrate | |
| Diebold et al. | A survey of non‐destructive surface characterization methods used to insure reliable gate oxide fabrication for silicon IC devices | |
| EP0702204B1 (en) | A method of evaluating silicon wafers | |
| US5535005A (en) | Method and system for inspecting polished surface texture | |
| JP5817236B2 (en) | Method for evaluating metal contamination in semiconductor sample and method for manufacturing semiconductor substrate | |
| JPH0862122A (en) | Method for evaluating oxygen precipitation defect density of silicon water | |
| JP4640203B2 (en) | Semiconductor wafer evaluation method | |
| US7405580B2 (en) | Self-calibration in non-contact surface photovoltage measurement of depletion capacitance and dopant concentration | |
| EP1024369B1 (en) | Characterization of a semiconductor-dielectric interface by photocurrent measurements | |
| CN108680850B (en) | Minority carrier lifetime detection device and detection method | |
| CN115754358A (en) | Device and method for detecting metal pollution on surface of wafer | |
| Murali et al. | A novel technique for in-line monitoring of micro-contamination and process induced damage | |
| Airaksinen | Epitaxial layer characterization and metrology | |
| KR100862312B1 (en) | Method for measuring wafer defect in semiconductor device | |
| Hill | Detection of latent scratches and swirl on silicon wafers by scanned surface photoresponse | |
| KR100489994B1 (en) | A method for inspecting defects of semiconductor device | |
| Stacey et al. | Using surface charge analysis to characterize the radiation response of Si/SiO/sub 2/structures | |
| Lee et al. | Gate oxide integrity and minority‐carrier lifetime correlated with Si wafer polish damage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040924 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041130 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050126 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050405 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050603 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050719 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050914 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060110 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060123 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090210 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090210 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |