JPH06163662A - 半導体基板表面ラフネス値の測定方法 - Google Patents
半導体基板表面ラフネス値の測定方法Info
- Publication number
- JPH06163662A JPH06163662A JP30573792A JP30573792A JPH06163662A JP H06163662 A JPH06163662 A JP H06163662A JP 30573792 A JP30573792 A JP 30573792A JP 30573792 A JP30573792 A JP 30573792A JP H06163662 A JPH06163662 A JP H06163662A
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- JP
- Japan
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- surface roughness
- oxide film
- semiconductor substrate
- natural oxide
- wafer
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 半導体基板表面に均一な自然酸化膜を形成
し、エリプソメトリで測定される自然酸化膜厚より表面
ラフネス値を定量的に評価する方法である。 【効果】 半導体基板表面のラフネス値を、広範囲にわ
たり、再現性よく、容易に評価することが可能になる。
し、エリプソメトリで測定される自然酸化膜厚より表面
ラフネス値を定量的に評価する方法である。 【効果】 半導体基板表面のラフネス値を、広範囲にわ
たり、再現性よく、容易に評価することが可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板表面の表面ラ
フネス値の測定方法に関するもので、特に半導体集積回
路製造工程に於ける半導体基板の表面状態の評価に使用
されるものである。
フネス値の測定方法に関するもので、特に半導体集積回
路製造工程に於ける半導体基板の表面状態の評価に使用
されるものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路製造工程では、半導体基
板の表面ラフネス増加によって種々の素子特性が劣化す
ることが知られており、製造工程に於ける表面ラフネス
の抑制技術、測定技術が重要である。半導体基板表面ラ
フネスの評価方法として、現在、一般に使用されている
のは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）、又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて
表面ラフネス値を測定する方法であり、半導体基板の表
面ラフネス値を数オングストロームの精度で測定するこ
とが可能である。
板の表面ラフネス増加によって種々の素子特性が劣化す
ることが知られており、製造工程に於ける表面ラフネス
の抑制技術、測定技術が重要である。半導体基板表面ラ
フネスの評価方法として、現在、一般に使用されている
のは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）、又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて
表面ラフネス値を測定する方法であり、半導体基板の表
面ラフネス値を数オングストロームの精度で測定するこ
とが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の表面ラフネ
ス計測方法に於ける問題点として、以下の事項が上げら
れる。
ス計測方法に於ける問題点として、以下の事項が上げら
れる。
【０００４】１．ＡＦＭ、ＳＴＭによる表面ラフネス測
定では、測定条件、探針の形状等に測定が影響されやす
く、測定値の再現性が得られにくい。
定では、測定条件、探針の形状等に測定が影響されやす
く、測定値の再現性が得られにくい。
【０００５】２．ＴＥＭによる表面ラフネス測定では、
試料作成に手間がかかり、測定のために熟練を要する。
試料作成に手間がかかり、測定のために熟練を要する。
【０００６】３．ＡＦＭ、ＳＴＭ、ＴＥＭによる表面ラ
フネス測定では、きわめて狭い領域の測定しか行なえな
い。例えば、数オングストロームの表面ラフネスを評価
する場合、ＡＦＭ、ＳＴＭでは数１０ミクロン平方程度
の領域、ＴＥＭでは０．１ミクロン程度の断面しか一度
に測定できない。
フネス測定では、きわめて狭い領域の測定しか行なえな
い。例えば、数オングストロームの表面ラフネスを評価
する場合、ＡＦＭ、ＳＴＭでは数１０ミクロン平方程度
の領域、ＴＥＭでは０．１ミクロン程度の断面しか一度
に測定できない。
【０００７】本発明は、半導体基板面のラフネス値を、
再現性よく、広範囲にわたり、簡易に測定する方法を提
供することを目的とするものである。
再現性よく、広範囲にわたり、簡易に測定する方法を提
供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】半導体基板表面の中心線
平均荒らさ等の表面ラフネス値Ｒを測定するための本発
明の方法（図１）を以下に説明する。
平均荒らさ等の表面ラフネス値Ｒを測定するための本発
明の方法（図１）を以下に説明する。
【０００９】異なった表面ラフネス値Ｒ1 ，Ｒ2（Ｒ2＞
Ｒ1とする）を有し、これらの値が既知の半導体基板
と、表面ラフネス値Ｒが未知の半導体基板表面に、酸化
作用を有し、エッチング作用のない薬品中で、表面に均
一な薄い自然酸化膜を形成する。上記方法で形成した自
然酸化膜の膜厚をエリプソメトリで酸化膜の屈折率を一
定値に固定して測定すると、表面ラフネス値に比例し
て、自然酸化膜厚が増加することを、実験で確認した。
この現象は、エリプソメトリで測定される自然酸化膜の
膜厚が、表面ラフネスの変化によって、見かけ上変化す
るためであると考えられる。したがって、上記測定より
得られる、表面ラフネス値Ｒ1 ，Ｒ2 を有する半導体基
板の自然酸化膜厚をそれぞれｄ1 ，ｄ2 、表面ラフネス
値Ｒが未知の半導体基板の自然酸化膜厚をｄとして、未
知の表面ラフネス値Ｒを、Ｒ＝Ｒ1＋（ｄ−ｄ1）・（Ｒ
2−Ｒ1）／（ｄ2−ｄ1）より求めることが可能である。
Ｒ1とする）を有し、これらの値が既知の半導体基板
と、表面ラフネス値Ｒが未知の半導体基板表面に、酸化
作用を有し、エッチング作用のない薬品中で、表面に均
一な薄い自然酸化膜を形成する。上記方法で形成した自
然酸化膜の膜厚をエリプソメトリで酸化膜の屈折率を一
定値に固定して測定すると、表面ラフネス値に比例し
て、自然酸化膜厚が増加することを、実験で確認した。
この現象は、エリプソメトリで測定される自然酸化膜の
膜厚が、表面ラフネスの変化によって、見かけ上変化す
るためであると考えられる。したがって、上記測定より
得られる、表面ラフネス値Ｒ1 ，Ｒ2 を有する半導体基
板の自然酸化膜厚をそれぞれｄ1 ，ｄ2 、表面ラフネス
値Ｒが未知の半導体基板の自然酸化膜厚をｄとして、未
知の表面ラフネス値Ｒを、Ｒ＝Ｒ1＋（ｄ−ｄ1）・（Ｒ
2−Ｒ1）／（ｄ2−ｄ1）より求めることが可能である。
【００１０】
【実施例】表面ラフネス値が異なる３枚のＰ型シリコン
ウェハ表面の中心線平均荒らさＲａを原子間力顕微鏡で
測定したところ、ウェハ１→０．２２ｎｍ、ウェハ２→
１．２３ｎｍ、ウェハ３→２．０５ｎｍであった。これ
らのシリコンウェハを、純水で１／５に希釈した過酸化
水素水Ｈ2Ｏ2（原液濃度３０％）に３分間浸漬して、純
水リンス、スピンドライ乾燥を行い、均一な自然酸化膜
１を形成した。これらのシリコンウェハの自然酸化膜の
膜厚をエリプソメトリで屈折率を熱酸化膜の値である
１．４６に固定して測定したところ、ウェハ１→０．９
７Å、ウェハ２→１５．８６Å、ウェハ３→３３．１３
Åであった。図２は、Ｒａと自然酸化膜厚の関係を示し
たものである。Ｒａと自然酸化膜厚に比例関係があるこ
とが確かめられる。
ウェハ表面の中心線平均荒らさＲａを原子間力顕微鏡で
測定したところ、ウェハ１→０．２２ｎｍ、ウェハ２→
１．２３ｎｍ、ウェハ３→２．０５ｎｍであった。これ
らのシリコンウェハを、純水で１／５に希釈した過酸化
水素水Ｈ2Ｏ2（原液濃度３０％）に３分間浸漬して、純
水リンス、スピンドライ乾燥を行い、均一な自然酸化膜
１を形成した。これらのシリコンウェハの自然酸化膜の
膜厚をエリプソメトリで屈折率を熱酸化膜の値である
１．４６に固定して測定したところ、ウェハ１→０．９
７Å、ウェハ２→１５．８６Å、ウェハ３→３３．１３
Åであった。図２は、Ｒａと自然酸化膜厚の関係を示し
たものである。Ｒａと自然酸化膜厚に比例関係があるこ
とが確かめられる。
【００１１】Ｐ型シリコンウェハを、硝酸ＨＮＯ3（原
液濃度６０％）、フッ酸ＨＦ（原液濃度５０％）、純水
を体積比４００：１：７０で混合した液中に、２０，４
０，６０，８０，１００，１２０，１４０秒浸漬して表
面を荒れさせた。これらのシリコンウェハ上に、上記処
理後に形成される自然酸化膜を希フッ酸（１％）でエッ
チングした後、前記と同様に、純水で１／５に希釈した
過酸化水素水に３分間浸漬して、純水リンス、スピンド
ライ乾燥を行い、均一な自然酸化膜厚を形成して、膜厚
をエリプソメトリで屈折率を１．４６に固定して測定し
た。図３に、ＨＮＯ3 、ＨＦ、Ｈ2Ｏ混合液へのウェハ
の浸漬時間と、上記処理後の自然酸化膜厚との関係を示
す。浸漬時間が長くなる程、みかけ上の自然酸化膜厚が
増加しており、表面ラフネスが大きくなっていることを
知ることができた。
液濃度６０％）、フッ酸ＨＦ（原液濃度５０％）、純水
を体積比４００：１：７０で混合した液中に、２０，４
０，６０，８０，１００，１２０，１４０秒浸漬して表
面を荒れさせた。これらのシリコンウェハ上に、上記処
理後に形成される自然酸化膜を希フッ酸（１％）でエッ
チングした後、前記と同様に、純水で１／５に希釈した
過酸化水素水に３分間浸漬して、純水リンス、スピンド
ライ乾燥を行い、均一な自然酸化膜厚を形成して、膜厚
をエリプソメトリで屈折率を１．４６に固定して測定し
た。図３に、ＨＮＯ3 、ＨＦ、Ｈ2Ｏ混合液へのウェハ
の浸漬時間と、上記処理後の自然酸化膜厚との関係を示
す。浸漬時間が長くなる程、みかけ上の自然酸化膜厚が
増加しており、表面ラフネスが大きくなっていることを
知ることができた。
【００１２】エリプソメトリの自然酸化膜厚測定領域に
約１ｃｍ2 であり、ＡＦＭ、ＴＥＭの測定領域に比べ広
範囲のラフネスを評価することが可能になる。また、エ
リプソメトリの再現性は±１％以下であり、再現性よく
表面ラフネス値を評価することが可能である。
約１ｃｍ2 であり、ＡＦＭ、ＴＥＭの測定領域に比べ広
範囲のラフネスを評価することが可能になる。また、エ
リプソメトリの再現性は±１％以下であり、再現性よく
表面ラフネス値を評価することが可能である。
【００１３】図４に、本発明の手順により表面ラフネス
を評価する測定装置構成の一例を示す。
を評価する測定装置構成の一例を示す。
【００１４】チャンバー１０１内に保持されたウェハ１
０２を、回転機１０３によって回転させながら、ノズル
１０４より、希フッ酸（ＨＦ）、純水、過酸化水素水
（Ｈ2Ｏ2）、純水を順次滴下し、ウェハ表面の不均一な
自然酸化膜をエッチングして、均一な自然酸化膜を形成
する。各薬液と純水はドレイン１０５より排液され、ウ
ェハは回転機による表面の純水の振切によって乾燥させ
られる。この後、レーザー光源１０６、偏光子１０７、
１／４波長板１０８、検光子１０９、受光素子１１０に
よって構成されるエリプソメトリによって、ウェハの自
然酸化膜厚を測定する。このとき、レーザー光線はチャ
ンバー側面に設けた窓１１１よりウェハ表面に照射され
る。以上の手順により、他のウェハを測定する。膜厚デ
ータはデータ処理部１１２に記録され、特許請求の範囲
に示した関係で処理を行い、各ウェハの表面ラフネス値
を算出する。
０２を、回転機１０３によって回転させながら、ノズル
１０４より、希フッ酸（ＨＦ）、純水、過酸化水素水
（Ｈ2Ｏ2）、純水を順次滴下し、ウェハ表面の不均一な
自然酸化膜をエッチングして、均一な自然酸化膜を形成
する。各薬液と純水はドレイン１０５より排液され、ウ
ェハは回転機による表面の純水の振切によって乾燥させ
られる。この後、レーザー光源１０６、偏光子１０７、
１／４波長板１０８、検光子１０９、受光素子１１０に
よって構成されるエリプソメトリによって、ウェハの自
然酸化膜厚を測定する。このとき、レーザー光線はチャ
ンバー側面に設けた窓１１１よりウェハ表面に照射され
る。以上の手順により、他のウェハを測定する。膜厚デ
ータはデータ処理部１１２に記録され、特許請求の範囲
に示した関係で処理を行い、各ウェハの表面ラフネス値
を算出する。
【００１５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の半
導体基板表面ラフネス値の測定方法によれば、半導体基
板表面のラフネス値を、広範囲にわたり、再現性よく、
容易に評価することが可能になるものである。
導体基板表面ラフネス値の測定方法によれば、半導体基
板表面のラフネス値を、広範囲にわたり、再現性よく、
容易に評価することが可能になるものである。
【図１】本発明の測定方法のフローチャートである。
【図２】Ｐ型シリコン基板表面の中心線平均荒らさ（Ｒ
ａ）と、みかけ上の自然酸化膜厚との関係を示す図であ
る。
ａ）と、みかけ上の自然酸化膜厚との関係を示す図であ
る。
【図３】Ｐ型シリコン基板のＨＮＯ3 、ＨＦ，Ｈ2Ｏ混
合液への浸漬時間と、みかけ上の自然酸化膜厚との関係
を示す図である。
合液への浸漬時間と、みかけ上の自然酸化膜厚との関係
を示す図である。
【図４】本発明に係る測定装置の構成例を示す図であ
る。
る。
１０２ ウェハ １０６ レーザー光源 １０７ 偏光子 １０８ １／４波長板 １０９ 検光子 １１０ 受光素子 １１２ データ処理部
Claims (1)
- 【請求項１】 異なった表面ラフネス値Ｒ1 ，Ｒ2（Ｒ2
＞Ｒ1）を有する表面ラフネスが既知の半導体基板と、
表面ラフネス値Ｒが未知の半導体基板の表面に、酸化作
用を有する薬品中でで、表面に均一な薄い自然酸化膜を
形成すること、上記方法で形成した自然酸化膜の膜厚を
エリプソメトリで酸化膜の屈折率を一定値に固定して測
定すること、及び上記測定より得られる表面ラフネス値
Ｒ1 ，Ｒ2 を有する半導体基板の自然酸化膜厚をそれぞ
れｄ1 ，ｄ2 、表面ラフネス値Ｒが未知の半導体基板の
自然酸化膜厚をｄとして、未知の表面ラフネス値Ｒを、
Ｒ＝Ｒ1＋（ｄ−ｄ1）・（Ｒ2−Ｒ1）／（ｄ2−ｄ1）よ
り求めることを特徴とする、半導体基板表面ラフネス値
の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30573792A JPH06163662A (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 半導体基板表面ラフネス値の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30573792A JPH06163662A (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 半導体基板表面ラフネス値の測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163662A true JPH06163662A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=17948739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30573792A Pending JPH06163662A (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | 半導体基板表面ラフネス値の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06163662A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100332123B1 (ko) * | 1999-12-24 | 2002-04-10 | 박종섭 | 반도체 소자의 연마 방법 |
| US6453263B1 (en) | 1999-07-14 | 2002-09-17 | International Business Machines Corporation | Surface analysis using ellipsometry |
| WO2024105945A1 (ja) * | 2022-11-15 | 2024-05-23 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハの洗浄方法、シリコンウェーハの製造方法、及びシリコンウェーハ |
-
1992
- 1992-11-17 JP JP30573792A patent/JPH06163662A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6453263B1 (en) | 1999-07-14 | 2002-09-17 | International Business Machines Corporation | Surface analysis using ellipsometry |
| KR100332123B1 (ko) * | 1999-12-24 | 2002-04-10 | 박종섭 | 반도체 소자의 연마 방법 |
| WO2024105945A1 (ja) * | 2022-11-15 | 2024-05-23 | 株式会社Sumco | シリコンウェーハの洗浄方法、シリコンウェーハの製造方法、及びシリコンウェーハ |
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