JP5614390B2 - シリコンウェーハのニッケル濃度測定方法 - Google Patents
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Description
製造されたシリコン単結晶棒は、ウェーハに加工するため、種々の手法にて厚さ1mm以下程度まで切断され、また表面を鏡面にするため研磨される。こうして出来たシリコンウェーハに半導体デバイスが作製されていく。
上記のように、シャローピット観察とその密度測定は、従来ニッケルの存在を確認する方法として使われてきた。しかし、シャローピット密度からニッケルの具体的な濃度に換算することは非常に困難であった。実質的にシャローピット密度からニッケル濃度への換算を妨げている原因は、ニッケル濃度とシャローピット密度が逆相関しているという事実であり、非特許文献1に挙げた資料に詳しい記述がある。
本発明のシリコンウェーハのニッケル濃度測定方法は、シリコンウェーハに熱処理を施す工程を有する(図1(A))。
本発明における「熱処理」は、シリコンウェーハにニッケルが導入されるものであればよく、例えば、シリコンウェーハ表面にデバイスを作製する際に施す熱処理や、シリコンウェーハ作製時に施す熱処理を含むものである。この熱処理工程でニッケルを含む金属元素が半導体シリコンウェーハ中に汚染、拡散する。本発明は、このような熱処理を施したニッケル汚染が疑われるシリコンウェーハに関してニッケル濃度を測定するものである。
選択エッチングの方法は特に限定されるものではなく、例えば、選択エッチング液として混酸(HF、HNO3系)やSecco液等を用いてシリコンウェーハを10秒から30分間浸漬させることによって、容易に選択エッチングを行うことができる。この選択エッチングによって、ウェーハ表面に形成されたニッケルシリサイドを浅いピット(シャローピット)として顕在化させる。
このように、シャローピットの密度だけでなくサイズの因子も考慮することで、正確にシリコンウェーハ中に固溶しているニッケル濃度を求めることができる。
そこで、これら一連の処理を一括して行うプログラムを作成し、用いることが好ましい。このプログラムを用いることで、シャローピットを撮影した複数枚の画像データを一括処理し、シャローピット密度とサイズの積値の情報を得ることができる。このプログラムを用いて、実際に作成した検量線を図3に示す。横軸のシャローピットの密度と面積の積値は、シャローピットを撮影した写真に占める全シャローピットの割合(シャローピット部分の面積比)を求めたものであり、この値に対し、縦軸に示すニッケル汚染濃度が単調増加の関係にあることから、画像処理プログラムとこの図を用いて実ニッケル濃度を知ることができる。また、図3における切片値から本発明のニッケル濃度測定方法による実ニッケル濃度検出下限は1×1010cm−2と判った。
CZ法により、直径200mm(8インチ)、初期酸素濃度14ppma(JEIDA)、方位<100>のシリコン単結晶棒を引き上げた。この結晶棒を加工してできたシリコンウェーハの裏面に対し、1×1012cm−2(初期汚染濃度)のニッケルを塗布し、800℃で15分の熱処理を施し、室温まで冷却した。この初期汚染濃度は、熱処理を施す前にTXRF法で測定している。続いて、選択エッチングを行い、ウェーハ表面に形成したニッケルシリサイドをシャローピットとして顕在化させた後、ウェーハ表面を光学顕微鏡で観察し、シャローピット数を数え、その密度を測定したところ、7×106cm−2であった。その後、観察画像を電子データとして保存し、本発明の手法を自動処理するプログラムを用いて、シャローピット密度と面積の積値を得たところ、2.0%であった。この値は図3に示す検量線から約1.5×1012cm−2のニッケル汚染濃度に相当し、実ニッケル汚染濃度とほぼ一致したことから、この評価法で実ニッケル汚染濃度がほぼ的確に求められることがわかった。
CZ法により、直径200mm(8インチ)、初期酸素濃度14ppma(JEIDA)、方位<100>のシリコン単結晶棒を引き上げた。この結晶棒を加工してできたシリコンウェーハの裏面に対し、2×1010cm−2(初期汚染濃度)のニッケルを塗布し、800℃で15分の熱処理を施し、室温まで冷却した。この初期汚染濃度は、熱処理を施す前にTXRF法で測定している。続いて、選択エッチングを行い、ウェーハ表面に形成したニッケルシリサイドをシャローピットとして顕在化させた後、ウェーハ表面を光学顕微鏡で観察し、シャローピット数を数え、その密度を測定したところ、5×106cm−2であり、実施例1で得られた1×1012cm−2の汚染の場合のシャローピット密度7×106cm−2とほとんど変わらなかった。その後、観察画像を電子データとして保存し、本発明の手法を自動処理するプログラムを用いて、シャローピット密度と面積の積値を得たところ、0.5%であった。この値は図3に示す検量線から約3×1010cm−2のニッケル汚染濃度に相当し、実ニッケル汚染濃度とほぼ一致したことから、この評価法で実ニッケル汚染濃度がほぼ的確に求められたことがわかった。
CZ法により、直径200mm(8インチ)、初期酸素濃度14ppma(JEIDA)、方位<100>のシリコン単結晶棒を引き上げた。この結晶棒を加工してできたシリコンウェーハの裏面に対し、2×1010cm−2(初期汚染濃度)のニッケルを塗布し、800℃で15分の熱処理を施し、室温まで冷却した。この初期汚染濃度は、熱処理を施す前にTXRF法で測定している。続いて、選択エッチングを行い、ウェーハ表面に形成したニッケルシリサイドをシャローピットとして顕在化させた後、ウェーハ表面を光学顕微鏡で観察し、シャローピット数を数え、その密度を測定したところ、5×106cm−2の密度であった。図2のシャローピット密度と実汚染濃度との相関図にこの値を参照すると、2×1010cm−2の汚染濃度であるか、あるいは1×1012cm−2の汚染濃度である可能性が示されたのみであり、いずれの汚染濃度が正しいのかを求めることはできなかった。
Claims (2)
- シリコンウェーハのニッケル濃度を測定する方法であって、
前記シリコンウェーハに熱処理を施す工程と、
該熱処理を施したシリコンウェーハに選択エッチングを行うことで前記シリコンウェーハ表面にシャローピットを顕在化させる工程と、
該顕在化させたシャローピットの密度とサイズの積値からシリコンウェーハのニッケル濃度を求める工程とを含むことを特徴とするシリコンウェーハのニッケル濃度測定方法。 - 前記シャローピットの密度とサイズの積値からシリコンウェーハのニッケル濃度を求める工程を、前記顕在化させたシャローピットを撮影した画像データにデジタル処理を施すことによって前記シャローピットの密度と前記シャローピットのサイズの積値を求め、該求めた積値からシリコンウェーハのニッケル濃度を求めることを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハのニッケル濃度測定方法。
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