JPH0758304A - Manufacture of semiconductor wafer and analysis thereof by sims - Google Patents

Manufacture of semiconductor wafer and analysis thereof by sims

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JPH0758304A
JPH0758304A JP5217985A JP21798593A JPH0758304A JP H0758304 A JPH0758304 A JP H0758304A JP 5217985 A JP5217985 A JP 5217985A JP 21798593 A JP21798593 A JP 21798593A JP H0758304 A JPH0758304 A JP H0758304A
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Abstract

PURPOSE:To accurately measure impurity on the surface of sample wafer by SIMS by solving problems accompanied in the manufacturing steps of a sample for analysis. CONSTITUTION:A cap wafer 11 having an SOI structure is placed in close contact on the surface 2 of a semiconductor substrate (sample wafer) 1 to form a coupled wafer 21 through the heat treatment for two hours at 350 deg.C under the N2 atmosphere. Thereafter, in regard to the cap wafer, the basic Si layer 12 is etched with a mixed solution of fluoric acid, nitric acid and pure water and the SiO layer 13 is then etched by fluoric acid to manufacture a semiconductor wafer 31 having the structure that a thin film Si layer 14 is provided on the surface 2 of the semiconductor substrate 1. This semiconductor wafer 31 is then subjected to analysis by SIMS. Since the semiconductor substrate is quickly capped, contamination of the semiconductor substrate surface can be prevented. Moreover, since coupling can be done with a low temperature heat treatment, impurity at the semiconductor substrate surface is never diffused into the inside and vaporization of substances which may be vaporized at a comparatively lower temperature during manufacture of sample can also be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエーハ表面の
不純物(汚染物質)を二次イオン質量分析法(以下、S
IMS法という)により分析する方法に関し、詳しく
は、SIMS分析にかける半導体ウエーハの製造方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects impurities (pollutants) on the surface of a semiconductor wafer by secondary ion mass spectrometry (hereinafter referred to as S).
The present invention relates to a method of analysis by an IMS method), and more specifically, to a method of manufacturing a semiconductor wafer to be subjected to SIMS analysis.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シリコン単結晶ウエーハ等の半導
体ウエーハ表面の不純物を分析する方法として、SIM
S法が広く用いられている。この分析法は、一次イオン
ビームにより試料表面をスパッタし、そのスパッタ面か
ら放出される二次イオンを質量分析するものであり、半
導体ウエーハ表面の元素の種類・濃度を分析することが
できるうえ、スパッタリング現象により、半導体ウエー
ハの深さ方向の不純物元素プロファイル測定も可能であ
るという長所を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, SIM has been used as a method for analyzing impurities on the surface of a semiconductor wafer such as a silicon single crystal wafer.
The S method is widely used. In this analysis method, the sample surface is sputtered with a primary ion beam, and the secondary ions emitted from the sputtered surface are subjected to mass spectrometry.In addition to being able to analyze the type and concentration of elements on the semiconductor wafer surface, Due to the sputtering phenomenon, it is possible to measure the impurity element profile in the depth direction of the semiconductor wafer.

【0003】ところが、このSIMS法では試料最表面
での二次イオン化率が不安定であり、試料から放出され
る二次イオンが安定するまでに、ある程度の時間を要す
るので、二次イオンが安定してきた頃には既に分析した
い表面はスパッタにより削り取られ、表面よりも内側に
掘り込まれた状態になってしまうため、試料最表面の不
純物を再現性良く分析するのは困難であった。
However, in this SIMS method, the secondary ionization rate on the outermost surface of the sample is unstable, and it takes some time for the secondary ions emitted from the sample to stabilize, so the secondary ions are stable. At that time, it was difficult to analyze the impurities on the outermost surface of the sample with good reproducibility, because the surface to be analyzed had already been scraped off by sputtering and became in a state of being dug inside the surface.

【0004】このような問題を解決するための方法とし
て、例えば、図6に示すように、試料ウエーハ61の表
面すなわち被測定面62〔図6(a)〕にCVD法(Ch
emi-cal Vapor Deposition)で所定膜厚のポリシリコン
層63を堆積する時、例えば650℃・2時間の条件で
堆積して試料を作製し〔図6(b)〕、このポリシリコ
ン層63で予備的なスパッタ時間をかせぐことにより、
試料ウエーハ61の最表面から安定した二次イオンが放
出されるようにしたもの(以下、PC−SIMS法とい
う)が知られている。
As a method for solving such a problem, for example, as shown in FIG. 6, the surface of a sample wafer 61, that is, the surface to be measured 62 [FIG.
When a polysilicon layer 63 having a predetermined film thickness is deposited by emi-cal vapor deposition, a sample is prepared by depositing under conditions of, for example, 650 ° C. and 2 hours [FIG. 6 (b)]. By earning a preliminary sputtering time,
It is known that a stable secondary ion is emitted from the outermost surface of the sample wafer 61 (hereinafter referred to as a PC-SIMS method).

【0005】別の方法として、特願平2−253937
号明細書(発明の名称:半導体ウエーハの清浄化方法及
び半導体ウエーハ表面の分析方法)には、図7(a)〜
(d)に示すように、鏡面研磨された表面(被測定面)
72を有する試料ウエーハ71のほかに、前記表面72
被覆用のシリコンウエーハとして鏡面研磨面82を有す
るキャップウエーハ81を用意し〔図7(a)〕、鏡面
研磨面82を試料ウエーハ71の表面72に重ね合わせ
て密着させ、これらを熱処理により接合して接合ウエー
ハ91とし〔図7(b)〕、この接合ウエーハ91の上
半部について研削〔図7(c)〕、次いで研磨(ポリッ
シュ)を行ってキャップウエーハ81を薄膜化し〔図7
(d)〕、この薄膜Si層83の表面から一次イオンビ
ームを照射するもの(以下、直接貼合わせ法という)が
提案されている。
As another method, Japanese Patent Application No. 2-253937
The specification (title of the invention: method for cleaning semiconductor wafer and method for analyzing semiconductor wafer surface) includes FIG.
As shown in (d), the mirror-polished surface (measurement surface)
In addition to the sample wafer 71 having 72, the surface 72
A cap wafer 81 having a mirror-polished surface 82 is prepared as a silicon wafer for coating [FIG. 7 (a)], the mirror-polished surface 82 is superposed on and closely adhered to the surface 72 of the sample wafer 71, and these are bonded by heat treatment. To form a bonded wafer 91 [FIG. 7 (b)], the upper half of the bonded wafer 91 is ground [FIG. 7 (c)], and then polished (polished) to make the cap wafer 81 thin [FIG.
(D)], a method of irradiating a primary ion beam from the surface of the thin film Si layer 83 (hereinafter referred to as a direct bonding method) has been proposed.

【0006】この方法も前記PC−SIMS法と同様
に、試料ウエーハ71の最表面から二次イオンが安定し
て放出されるまでの時間を、薄膜Si層83によりかせ
ぐものであって、一次イオンビームによる試料表面のス
パッタが開始される時点では既に二次イオンの放出が安
定した状態になっているようにしたものである。
In this method, similarly to the PC-SIMS method, the time required for the secondary ions to be stably released from the outermost surface of the sample wafer 71 is obtained by the thin film Si layer 83. The secondary ion emission is already in a stable state at the time when the sputtering of the sample surface by the beam is started.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記P
C−SIMS法では、試料をCVD炉に仕込むまでに時
間がかかるため、また、CVD膜の成長中に、試料表面
に汚染が生じる可能性が高い。ポリシリコン層の堆積を
2層に行うことでCVD炉からの汚染は測定できるもの
の、試料を炉に仕込む前の試料本来の不純物を測定する
のは難しいという問題があった。また、ポリシリコンが
試料ウエーハの表面を被覆するまでの間に比較的低温で
気化する性質のある物質は気化しやすいため、試料本来
の気化しやすい成分を正確に分析するのは困難であっ
た。
However, the above-mentioned P
In the C-SIMS method, it takes time to load the sample into the CVD furnace, and there is a high possibility that the sample surface is contaminated during the growth of the CVD film. Although the contamination from the CVD furnace can be measured by depositing the polysilicon layer in two layers, there is a problem that it is difficult to measure the original impurities of the sample before charging the sample into the furnace. Further, since a substance having a property of being vaporized at a relatively low temperature before polysilicon is coated on the surface of the sample wafer is easily vaporized, it is difficult to accurately analyze a component which is originally vaporizable in the sample. .

【0008】一方、直接貼合わせ法では、前記研削時ま
たは研磨時の接合面での剥離を防止するため十分な接合
強度にする必要があり、そのためには前記熱処理を高温
・長時間の条件(例えば1100℃以上、約2時間)で
行わなければならない。ところが、このような苛酷な条
件の熱処理では試料表面の不純物が試料内部に拡散して
しまい、本来の濃度を正確に測定できなくなる問題があ
り、特に水素や銅など拡散速度の速い元素では重大な問
題があった。
On the other hand, in the direct bonding method, it is necessary to make the bonding strength sufficient to prevent peeling at the bonding surface during the grinding or polishing, and for that purpose, the heat treatment is performed under conditions of high temperature and long time ( For example, it should be performed at 1100 ° C. or higher for about 2 hours. However, such heat treatment under severe conditions has a problem that impurities on the surface of the sample diffuse into the inside of the sample, making it impossible to accurately measure the original concentration, which is particularly important for elements with a high diffusion rate such as hydrogen and copper. There was a problem.

【0009】本発明は、半導体基板(試料ウエーハ)と
SOI構造を有するキャップウエーハを低温の熱処理で
接合し、薬液によるエッチングでキャップウエーハの基
体Si層およびSiO2 層を除去し、試料表面上にキャ
ップウエーハのSOI構造部Si層のみを残した形態の
ウエーハを試料とすることにより、SIMS法に供する
ウエーハ試料の作製工程に伴う上記従来の問題点を解決
することを目的とするものである。
According to the present invention, a semiconductor substrate (sample wafer) and a cap wafer having an SOI structure are joined by a low temperature heat treatment, the base Si layer and SiO 2 layer of the cap wafer are removed by etching with a chemical solution, and the sample surface is It is an object of the present invention to solve the above-mentioned conventional problems associated with the step of manufacturing a wafer sample to be subjected to the SIMS method by using a wafer having a form in which only the Si structure SOI layer of the cap wafer is left as a sample.

【0010】また本発明は、半導体基板(試料ウエー
ハ)とキャップウエーハとしてのエピタキシャル成長ウ
エーハとを低温の熱処理で接合し、薬液によるエッチン
グでキャップウエーハのエピタキシャル成長層を残して
該キャップウエーハを除去し、試料表面を前記エピタキ
シャル成長層により被覆した形態のウエーハを試料とす
ることにより、上記従来の問題点を解決したものであ
る。
Further, according to the present invention, a semiconductor substrate (sample wafer) and an epitaxial growth wafer as a cap wafer are joined by a low temperature heat treatment, and the cap wafer is removed by etching with a chemical solution leaving an epitaxial growth layer of the cap wafer, By using a wafer whose surface is covered with the epitaxial growth layer as a sample, the above conventional problems are solved.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の半導体
ウエーハの製造方法は、半導体基板の表面に、2層以上
の特性の異なる層よりなるキャップウエーハを重ね合わ
せて密着させ、熱処理により接合した後、適宜の薬液に
よるキャップウエーハ部のエッチングを行って接合面上
に薄膜を残し、半導体基板上に半導体薄膜を有する半導
体ウエーハを得ることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor wafer, wherein a cap wafer composed of two or more layers having different characteristics is superposed on the surface of a semiconductor substrate, and the cap wafer is bonded by heat treatment. After that, the cap wafer portion is etched with an appropriate chemical solution to leave a thin film on the bonding surface, and a semiconductor wafer having a semiconductor thin film on a semiconductor substrate is obtained.

【0012】請求項2に記載の半導体ウエーハの製造方
法は、半導体基板の表面に、キャップウエーハとしてS
OI構造を有するウエーハを重ね合わせて密着させ、熱
処理により接合し、この接合ウエーハにおけるキャップ
ウエーハの基体Si層を適宜の薬液でエッチング除去
し、次いでSiO2 層をSiO2 層除去用エッチャント
によりエッチング除去して接合面上にSOI構造部Si
薄膜を残し、半導体基板上にSi薄膜を有する半導体ウ
エーハを得ることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor wafer, wherein an S wafer is used as a cap wafer on the surface of a semiconductor substrate.
Wafers having an OI structure are superposed and adhered to each other and bonded by heat treatment, and the base Si layer of the cap wafer in this bonded wafer is removed by etching with an appropriate chemical solution, and then the SiO 2 layer is removed by etching with a SiO 2 layer removing etchant. Then, the SOI structure Si is formed on the bonding surface.
It is characterized in that a thin film is left and a semiconductor wafer having a Si thin film on a semiconductor substrate is obtained.

【0013】請求項3に記載の半導体ウエーハの製造方
法は、ボロンを低濃度にドープしたSiエピタキシャル
基板上に高濃度ボロンドープSi層をエピタキシャル成
長させたキャップウエーハを半導体基板表面に、前記高
濃度ボロンドープSi層を介して重ね合わせて密着さ
せ、熱処理により接合し、この接合ウエーハにおける前
記キャップウエーハの低濃度ボロンドープSiエピタキ
シャル基板部をKOH液でエッチング除去して半導体基
板上に高濃度ボロンドープSi層を残し、半導体基板上
にSi薄膜層を有する半導体ウエーハを得ることを特徴
とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor wafer, wherein a cap wafer having a high-concentration boron-doped Si layer epitaxially grown on a Si epitaxial substrate doped with boron at a low concentration is formed on the surface of the semiconductor substrate, and the high-concentration boron-doped Si layer is formed. The layers are superposed and closely contacted with each other via a layer and bonded by a heat treatment, and the low-concentration boron-doped Si epitaxial substrate portion of the cap wafer in the bonded wafer is removed by etching with a KOH solution to leave a high-concentration boron-doped Si layer on the semiconductor substrate. A semiconductor wafer having a Si thin film layer on a semiconductor substrate is obtained.

【0014】請求項4に記載の半導体ウエーハの製造方
法は、請求項3において、Siエピタキシャル基板のボ
ロン濃度が1019atoms/cm3 未満であり、高濃度ボロン
ドープSi層のボロン濃度が1019atoms/cm3 以上であ
ることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor wafer according to the third aspect, the Si epitaxial substrate has a boron concentration of less than 10 19 atoms / cm 3 , and the high-concentration boron-doped Si layer has a boron concentration of 10 19 atoms. / cm 3 or more.

【0015】請求項5に記載の半導体ウエーハの製造方
法は、請求項1,2または3において、前記接合ウエー
ハの接合面外周部を耐薬液性のシール剤でシールした
後、キャップウエーハ部のエッチングを行うことを特徴
とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor wafer according to the first, second or third aspects, wherein the outer peripheral portion of the joint surface of the joint wafer is sealed with a chemical resistant sealant and then the cap wafer portion is etched. It is characterized by performing.

【0016】請求項6に記載のSIMSによる分析方法
は、請求項1,2,3において製造された半導体ウエー
ハの薄膜層表面から一次イオンビームを照射して質量分
析を行うことを特徴とする。
The analysis method by SIMS described in claim 6 is characterized in that a primary ion beam is irradiated from the surface of the thin film layer of the semiconductor wafer manufactured in claims 1, 2 and 3 to perform mass spectrometry.

【0017】以下、請求項1,請求項2,請求項6に記
載の発明を、図1(a)〜(d)を参照しながら更に詳
細に説明する。図1はSIMS分析にかける試料の作製
手順を示しており、まず半導体基板(試料ウエーハ)1
と、SOI構造を有するキャップウエーハ11とを用意
する〔図1(a)〕。この場合、半導体基板1の表面す
なわち被測定面2は鏡面研磨面にしておく。キャップウ
エーハ11は、基体Si層12上に膜厚1μmのSiO
2 層13と、このSiO2 層上に膜厚の薄いSi層14
を重層した形態を有し、この薄膜Si層14の表面が鏡
面研磨されたものとする。このようなキャップウエーハ
11の作製方法としては、上記特願平2−253937
号明細書の実施例2に記載されている方法と類似のも
の、すなわち片面に熱酸化膜を形成したシリコンウエー
ハと、熱酸化膜を有しないシリコンウエーハとを貼合わ
せ、この貼合わせウエーハを熱処理して接合強度を高め
た後、熱酸化膜を挟むSi層の一方を研削および研磨に
より薄膜化する方法が採用できる。
The inventions described in claims 1, 2 and 6 will be described in more detail below with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (d). FIG. 1 shows a procedure for preparing a sample for SIMS analysis. First, a semiconductor substrate (sample wafer) 1
And a cap wafer 11 having an SOI structure are prepared [FIG. 1 (a)]. In this case, the surface of the semiconductor substrate 1, that is, the surface to be measured 2 is a mirror-polished surface. The cap wafer 11 is made of SiO 2 with a film thickness of 1 μm on the base Si layer 12.
2 layer 13 and Si layer 14 with a thin film thickness on this SiO 2 layer
And the surface of this thin film Si layer 14 is mirror-polished. As a method for producing such a cap wafer 11, the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2-253937.
Similar to the method described in Example 2 of the specification, that is, a silicon wafer having a thermal oxide film formed on one surface and a silicon wafer having no thermal oxide film are bonded together, and this bonded wafer is heat treated. Then, after increasing the bonding strength, one of the Si layers sandwiching the thermal oxide film can be thinned by grinding and polishing.

【0018】そして、これら半導体基板1の表面2と、
キャップウエーハ11の薄膜Si層14を外気からの汚
染を防止するべく速やかに重ね合わせ密着させた後、窒
素雰囲気内で例えば350℃・2時間、熱処理を行って
試料ウエーハ1とキャップウエーハ11を接合し、キャ
ップウエーハ11により半導体基板1の表面2を被覆し
た構造の接合ウエーハ21とする〔図1(b)〕。
Then, the surface 2 of these semiconductor substrates 1 and
The thin film Si layer 14 of the cap wafer 11 is quickly overlapped and adhered to prevent contamination from the outside air, and then heat-treated in a nitrogen atmosphere at 350 ° C. for 2 hours to bond the sample wafer 1 and the cap wafer 11 together. Then, a bonded wafer 21 having a structure in which the surface 2 of the semiconductor substrate 1 is covered with the cap wafer 11 is formed (FIG. 1B).

【0019】所望により接合ウエーハ21の接合面外周
部に適宜のシール剤(シリコンシーラントワックス等)
を塗布して接合面をシールした後(図示せず)、薬液、
例えばフッ酸と硝酸と酢酸の混合液(3:5:3)によ
り接合ウエーハ21についてキャップウエーハ11の基
体Si層12を全層エッチング除去する〔図1
(c)〕。この場合、SiO2 層13のエッチレイトが
小さいので、Si層12のエッチング除去が終了すると
自動的にエッチストップがかかる。次いでSiO2 層1
3を稀フッ酸等によりエッチングする〔図1(d)〕。
If desired, an appropriate sealant (silicone sealant wax or the like) is applied to the outer peripheral portion of the bonding surface of the bonding wafer 21.
After applying the sealant to seal the joint surface (not shown),
For example, the base Si layer 12 of the cap wafer 11 of the bonded wafer 21 is completely removed by etching with a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid (3: 5: 3) [FIG.
(C)]. In this case, since the etching rate of the SiO 2 layer 13 is small, the etching stop is automatically applied when the removal of the Si layer 12 by etching is completed. Then SiO 2 layer 1
3 is etched with diluted hydrofluoric acid or the like [FIG. 1 (d)].

【0020】これにより、半導体基板(試料ウエーハ)
1の表面2上に薄膜Si層14が形成された構造の半導
体ウエーハ31が得られる。このようにして作製された
半導体ウエーハ31を試料として、常法によりSIMS
分析を行う。
As a result, the semiconductor substrate (sample wafer)
A semiconductor wafer 31 having a structure in which the thin film Si layer 14 is formed on the surface 2 of 1 is obtained. Using the semiconductor wafer 31 thus manufactured as a sample, SIMS
Perform an analysis.

【0021】つぎに、請求項1,請求項3,請求項4,
請求項6に記載の発明について具体的に説明すると、ま
ず半導体基板(試料ウエーハ)と、ボロンを低濃度にド
ープしたSiエピタキシャル基板上に高濃度ボロンドー
プSi層をエピタキシャル成長させたキャップウエーハ
とを用意する。この場合、半導体基板の表面は鏡面研磨
面にしておく。一方、キャップウエーハは、ボロンを濃
度1019atoms/cm3 未満程度にドープしたSiエピタキ
シャル基板上に濃度1019atoms/cm3 以上程度のボロン
を含有するシリコン層を膜厚1.0μmでエピタキシャ
ル成長させたものとし、このエピタキシャル層の表面が
鏡面研磨されたものとする。
Next, claim 1, claim 3, claim 4,
Explaining the invention of claim 6 in detail, first, a semiconductor substrate (sample wafer) and a cap wafer in which a high-concentration boron-doped Si layer is epitaxially grown on a Si epitaxial substrate doped with boron at a low concentration are prepared. . In this case, the surface of the semiconductor substrate is a mirror-polished surface. On the other hand, the cap wafer, boron is epitaxially grown silicon layer containing boron degree concentration 10 19 atoms / cm 3 or more concentrations 10 19 atoms / cm 3 less than about a doped Si epitaxial substrate in a thickness of 1.0μm It is assumed that the surface of this epitaxial layer is mirror-polished.

【0022】そして、これら半導体基板の表面と、キャ
ップウエーハのエピタキシャル層を外気からの汚染を防
止するべく速やかに重ね合わせ密着させた後、窒素雰囲
気内で例えば350℃・2時間、熱処理を行って半導体
基板とキャップウエーハを接合し、キャップウエーハに
より半導体基板の表面を被覆した構造の接合ウエーハと
する。
Then, the surfaces of these semiconductor substrates and the epitaxial layer of the cap wafer are quickly superposed and brought into close contact with each other to prevent contamination from the outside air, and then heat-treated in a nitrogen atmosphere at 350 ° C. for 2 hours, for example. A semiconductor wafer and a cap wafer are bonded to each other, and the cap wafer is used to cover the surface of the semiconductor substrate to form a bonded wafer.

【0023】所望によりこの接合ウエーハの接合面外周
部に適宜のシール剤を塗布して接合面をシールした後、
濃度10%以上のKOH水溶液により接合ウエーハにお
けるキャップウエーハの低濃度ボロンドープSiエピタ
キシャル基板部を全層エッチング除去する。この場合、
KOH水溶液は高濃度ボロンドープSiエピタキシャル
層のエッチレイトが小さいので、低濃度ボロンドープS
iエピタキシャル基板のエッチング除去が終了すると自
動的にエッチストップがかかる。
If desired, an appropriate sealing agent is applied to the outer peripheral portion of the joint surface of the joint wafer to seal the joint surface,
The low-concentration boron-doped Si epitaxial substrate portion of the cap wafer in the bonded wafer is completely removed by etching with a KOH aqueous solution having a concentration of 10% or more. in this case,
Since the KOH aqueous solution has a small etch rate for the high-concentration boron-doped Si epitaxial layer,
When the i-epitaxial substrate is completely removed by etching, an etch stop is automatically applied.

【0024】これにより、半導体基板(試料ウエーハ)
の表面上に薄膜の高濃度ボロンドープSiエピタキシャ
ル層が形成された構造の半導体ウエーハが得られる。こ
のようにして作製された半導体ウエーハを試料として、
常法によりSIMS分析を行う。
As a result, the semiconductor substrate (sample wafer)
A semiconductor wafer having a structure in which a thin film high concentration boron-doped Si epitaxial layer is formed on the surface of is obtained. Using the semiconductor wafer thus manufactured as a sample,
SIMS analysis is performed by a conventional method.

【0025】[0025]

【作用】請求項1に記載の半導体ウエーハの製造方法で
は、従来の直接貼合わせ法と違って、半導体基板表面を
被覆するキャップウエーハを研削・研磨により除去する
ものではなく、薬液でエッチングするので、接合ウエー
ハの接合強度はそれほど大きくなくても良く、従って、
接合ウエーハの作製工程において高温の熱処理は不要で
あり、低温処理で接合可能である。このため、接合ウエ
ーハの作製工程で半導体基板表面の不純物が内部に拡散
するのを防止することができる。しかも、キャップウエ
ーハは2層以上の特性(エッチレート)の異なる層より
なるので、エッチレートの大きい層のエッチング除去終
了とともにエッチストップがかかり、エッチレートの小
さい層のエッチングは実質上進まなくなるので、エッチ
ング時間の管理が簡単となり、あらかじめキャップウエ
ーハの半導体基板と接合する層の膜厚を設定しておくこ
とで、半導体ウエーハにおける半導体基板上の薄膜の膜
厚を所望の値にすることができる。
In the method for manufacturing a semiconductor wafer according to claim 1, unlike the conventional direct bonding method, the cap wafer covering the surface of the semiconductor substrate is not removed by grinding or polishing, but is etched by a chemical solution. , The bonding strength of the bonded wafer does not have to be so great, therefore,
High-temperature heat treatment is not required in the bonded wafer manufacturing process, and bonding can be performed by low-temperature processing. Therefore, it is possible to prevent impurities on the surface of the semiconductor substrate from diffusing inward in the process of manufacturing the bonded wafer. Moreover, since the cap wafer is composed of two or more layers having different characteristics (etch rates), an etching stop is applied when the etching removal of the layer having a high etching rate is completed, and the etching of the layer having a low etching rate does not substantially progress. The etching time can be easily controlled, and the thickness of the thin film on the semiconductor substrate of the semiconductor wafer can be set to a desired value by setting the thickness of the layer of the cap wafer to be joined to the semiconductor substrate in advance.

【0026】請求項2に記載の半導体ウエーハの製造方
法では、従来の直接貼合わせ法と違って、半導体基板表
面を被覆するSOI構造を有するキャップウエーハを研
削・研磨により除去するものではなく、薬液でエッチン
グするので、接合ウエーハの作製工程において高温の熱
処理は不要であり、低温処理で接合可能である。このた
め、接合ウエーハの作製工程で半導体基板表面の不純物
が内部に拡散するのを防止することができる。しかも、
キャップウエーハにおける基体Si層のエッチング除去
終了と同時に自動的にエッチストップがかかり、SiO
2 層のエッチングは行われないのでエッチング時間の管
理が簡単となり、あらかじめキャップウエーハのSOI
構造部のSi層(図1の符号14で示す部分に相当す
る)の膜厚を設定しておくことで、半導体ウエーハにお
ける薄膜Si層の膜厚を所望の値にすることができる。
また、従来のPC−SIMS法と異なり、貼合わせによ
り迅速に半導体基板をキャップすることが可能である。
さらに、半導体基板の表面をキャップした状態で熱処理
するので、比較的低い温度で気化しやすい物質の気化を
防止することができる。
In the method for manufacturing a semiconductor wafer according to claim 2, unlike the conventional direct bonding method, the cap wafer having the SOI structure for covering the surface of the semiconductor substrate is not removed by grinding / polishing, but a chemical solution. Since the etching is carried out by the above method, high temperature heat treatment is not required in the manufacturing process of the bonded wafer, and bonding can be carried out by the low temperature processing. Therefore, it is possible to prevent impurities on the surface of the semiconductor substrate from diffusing inward in the process of manufacturing the bonded wafer. Moreover,
At the same time as the etching removal of the base Si layer on the cap wafer is completed, the etch stop is automatically applied to
Since the etching of two layers is not performed, the management of the etching time is simplified, and the SOI of the cap wafer is prepared in advance.
By setting the film thickness of the Si layer (corresponding to the portion indicated by reference numeral 14 in FIG. 1) of the structure portion, the film thickness of the thin film Si layer in the semiconductor wafer can be set to a desired value.
Further, unlike the conventional PC-SIMS method, the semiconductor substrate can be quickly capped by bonding.
Further, since the surface of the semiconductor substrate is heat-treated in a capped state, it is possible to prevent vaporization of substances that are likely to vaporize at a relatively low temperature.

【0027】請求項3に記載の半導体ウエーハの製造方
法における作用は請求項1の発明と同様であり、半導体
基板表面を被覆するキャップウエーハを薬液でエッチン
グするので、接合ウエーハの作製工程において高温の熱
処理は不要であり、低温処理で接合可能である。このた
め、接合ウエーハの作製工程で半導体基板表面の不純物
が内部に拡散するのを防止することができる。また、キ
ャップウエーハ部のエッチングでは自動的にエッチスト
ップがかかり、高濃度ボロンドープSiエピタキシャル
層のエッチングは行われないのでエッチング時間の管理
が簡単となり、あらかじめキャップウエーハの高濃度ボ
ロンドープSiエピタキシャル層の膜厚を設定しておく
ことで、半導体ウエーハにおける半導体基板上のSi薄
膜層の膜厚を所望の値にすることができる。
The operation in the method of manufacturing a semiconductor wafer according to claim 3 is the same as that of the invention of claim 1, and since the cap wafer covering the surface of the semiconductor substrate is etched with a chemical solution, a high temperature is used in the manufacturing process of the bonding wafer. No heat treatment is required, and bonding can be performed by low temperature treatment. Therefore, it is possible to prevent impurities on the surface of the semiconductor substrate from diffusing inward in the process of manufacturing the bonded wafer. In addition, since the etching of the cap wafer is automatically stopped and the high-concentration boron-doped Si epitaxial layer is not etched, the etching time can be easily controlled, and the thickness of the high-concentration boron-doped Si epitaxial layer of the cap wafer can be controlled in advance. By setting, the film thickness of the Si thin film layer on the semiconductor substrate in the semiconductor wafer can be set to a desired value.

【0028】請求項4に記載の半導体ウエーハの製造方
法においては、Siエピタキシャル基板のボロン濃度が
1019atoms/cm3 未満であり、高濃度ボロンドープSi
層のボロン濃度が1019atoms/cm3 以上であり、高濃度
ボロンドープSiエピタキシャル層と低濃度ボロンドー
プSiエピタキシャル基板との間にボロンの濃度差が明
確についているために、エッチレイトが二つの層間で明
確に異なることになり、低濃度ボロンドープSiエピタ
キシャル基板のエッチング終了後のエッチストップが確
実に実現できる。
In the method of manufacturing a semiconductor wafer according to claim 4, the boron concentration of the Si epitaxial substrate is less than 10 19 atoms / cm 3 , and the high-concentration boron-doped Si is used.
Since the boron concentration of the layer is 10 19 atoms / cm 3 or more and the difference in boron concentration between the high-concentration boron-doped Si epitaxial layer and the low-concentration boron-doped Si epitaxial substrate is clear, the etch rate is between the two layers. Since the difference is clearly different, it is possible to surely realize the etching stop after the etching of the low-concentration boron-doped Si epitaxial substrate is completed.

【0029】請求項5に記載の半導体ウエーハの製造方
法においては、接合ウエーハの接合外周面(側面)をエ
ッチング用薬液に対し耐久性のあるシール剤でシールし
てエッチングするので、たとえ接合面の接合強度が幾分
低い場合であっても、前記薬液が接合面に侵入すること
がなくなるので、半導体基板とキャップウエーハの剥離
がなくなる。
In the method of manufacturing a semiconductor wafer according to the fifth aspect, since the bonding outer peripheral surface (side surface) of the bonding wafer is sealed with a sealant having durability against the etching chemical, etching is performed. Even if the bonding strength is somewhat low, the chemical solution does not enter the bonding surface, so that the semiconductor substrate and the cap wafer are not separated.

【0030】請求項6に記載のSIMSによる分析方法
は、請求項1,2,3において製造された半導体ウエー
ハの薄膜層表面から一次イオンビームを照射して質量分
析を行うので、SIMS分析に適した試料によるSIM
S分析が可能になり、半導体基板(試料ウエーハ)表面
の不純物の分析がより正確にできるようになる。
The analysis method by SIMS according to claim 6 is suitable for SIMS analysis, because mass spectrometry is performed by irradiating a primary ion beam from the surface of the thin film layer of the semiconductor wafer manufactured in claims 1, 2 and 3. SIM by the sample
The S analysis becomes possible, and the impurities on the surface of the semiconductor substrate (sample wafer) can be analyzed more accurately.

【0031】請求項1乃至請求項3に記載の半導体ウエ
ーハの製造方法によれば、SIMSによる分析方法の試
料に好適な半導体ウエーハを製造することができる。
According to the semiconductor wafer manufacturing method of the first to third aspects, it is possible to manufacture a semiconductor wafer suitable as a sample for the analysis method by SIMS.

【0032】[0032]

【実施例】次に、本発明の実施例について、従来法と比
較しながら説明する。 実施例1 通常の加工工程により片面鏡面研磨までの処理がなされ
た半導体基板(試料ウエーハ)と、SOI構造を有する
キャップウエーハをそれぞれ複数枚用意し、これらのウ
エーハを以下の条件で洗浄した後、図1に示す手順によ
り半導体ウエーハを作製して試料とし、ウエーハの洗浄
表面にどのような不純物軽元素が残留しているかを測定
した。 (1)HF洗浄 : 濃度は5重量%で、温度は常温 (2)SC1洗浄: 組成はNH4 OH:H2 2 :H
2 O=1:1:6で、温度は80℃ (3)SC2洗浄: 組成はHCl:H2 2 :H2
=1:1:6で、温度は80℃
EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described in comparison with the conventional method. Example 1 A plurality of semiconductor wafers (sample wafers) that have been processed up to single-sided mirror polishing by a normal processing step and a plurality of cap wafers each having an SOI structure are prepared, and after cleaning these wafers under the following conditions, A semiconductor wafer was prepared according to the procedure shown in FIG. 1 and used as a sample, and what impurity light element remained on the cleaned surface of the wafer was measured. (1) HF cleaning: Concentration is 5% by weight, temperature is normal temperature (2) SC1 cleaning: Composition is NH 4 OH: H 2 O 2 : H
2 O = 1: 1: 6, temperature is 80 ° C. (3) SC2 cleaning: Composition is HCl: H 2 O 2 : H 2 O
= 1: 1: 6, temperature is 80 ℃

【0033】前記半導体基板(試料ウエーハ)およびキ
ャップウエーハとしてはN型シリコンウエーハを用い、
接合ウエーハ作製のための貼合わせは洗浄終了後、約1
分以内にクラス1000のクリーンルーム内で行った。
接合のための熱処理は、いずれの洗浄処理品においても
600℃・2時間、N2 雰囲気内で行い、接合ウエーハ
におけるキャップウエーハをエッチングすることによ
り、半導体基板(試料ウエーハ)の表面上に膜厚1.5
μmの薄膜Si層を設けた。
An N-type silicon wafer is used as the semiconductor substrate (sample wafer) and the cap wafer,
Bonding for bonding wafer is about 1 after cleaning.
It took less than a minute in a class 1000 clean room.
The heat treatment for bonding is performed at 600 ° C. for 2 hours in an N 2 atmosphere in any of the cleaned products, and the cap wafer in the bonding wafer is etched to form a film on the surface of the semiconductor substrate (sample wafer). 1.5
A μm thin film Si layer was provided.

【0034】比較例1(PC−SIMS法) 前記洗浄後の半導体基板(試料ウエーハ)の表面上に、
図6の工程に従いCVDにより膜厚1.5μmのポリシ
リコン層を650℃・2時間で設けた。
Comparative Example 1 (PC-SIMS Method) On the surface of the semiconductor substrate (sample wafer) after the cleaning,
According to the process shown in FIG. 6, a polysilicon layer having a film thickness of 1.5 μm was formed by CVD at 650 ° C. for 2 hours.

【0035】標準的に行ったSIMS測定条件を〔表
1〕に示す。また、RSF(RelativeSensitivity Fact
or )の算出式(P.M.kahora and F.A.Stevei, in SIMS
VII,pp.143を参照)を基に表面濃度への換算を行った。
換算式を〔数1〕に示す。
The standard SIMS measurement conditions are shown in [Table 1]. In addition, RSF (Relative Sensitivity Fact
or) calculation formula (PMkahora and FAStevei, in SIMS
VII, pp.143)) and converted to the surface concentration.
The conversion formula is shown in [Equation 1].

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】[0037]

【数1】 [Equation 1]

【0038】 RSF:体積濃度での換算係数(atoms/cm3) D:測定深さ(cm) ΣIi:不純物イオン総カウント Ib:不純物のバックグラウンド(CPS) C:測定サイクル Im:マトリクス元素の強度(CPS)RSF: Conversion factor in volume concentration (atoms / cm 3 ) D: Measurement depth (cm) ΣIi: Total count of impurity ions Ib: Background of impurities (CPS) C: Measurement cycle Im: Strength of matrix element (CPS)

【0039】図2に実施例1によるSIMSのチャート
を、図3に比較例1によるSIMSのチャートを、それ
ぞれ示す。これらを比較して明らかなように、実施例1
では比較例1に比べてかなり鋭いピークを有するチャー
トが得られた。ピークが鋭いということはSN比が良い
ということであり検出感度が極めて高い。このような鋭
いピークは、半導体基板(試料ウエーハ)の表面を覆っ
ているSi層がポリシリコンではなく単結晶なので、ク
レータ底の粗さが抑えられているためであると思われ
る。
FIG. 2 shows a SIMS chart according to Example 1, and FIG. 3 shows a SIMS chart according to Comparative Example 1. As is clear by comparing these, Example 1
In comparison with Comparative Example 1, a chart having a considerably sharper peak was obtained. The sharp peak means that the SN ratio is good and the detection sensitivity is extremely high. Such a sharp peak is considered to be because the Si layer covering the surface of the semiconductor substrate (sample wafer) is a single crystal, not polysilicon, and thus the roughness of the crater bottom is suppressed.

【0040】実施例1による分析結果を図4に示す。半
導体基板(試料ウエーハ)の鏡面研磨面とキャップウエ
ーハの鏡面研磨面との接合部に酸化膜が形成されてい
る、SC1およびSC2洗浄の接合ウエーハの該接合部
からはBが検出されているが、酸化膜を持たないHF洗
浄試料からはBは検出されなかった。クリーンルーム内
雰囲気との接触時間はHF洗浄試料と、SC1およびS
C2洗浄の試料とでは同一なので、Bは酸化膜のないS
i表面には付着しにくいものと考えられる。HF洗浄試
料とSC1洗浄試料からは多量のFが検出された。Al
はSC1洗浄試料からのみ検出され、他の分析(VPD
−AAS)法と同様の結果を示した。ClはSC2洗浄
試料から検出されたが、これは酸化膜中にHClからの
Clが混入したためと考えられる。
The analysis results according to Example 1 are shown in FIG. An oxide film is formed at the joint between the mirror-polished surface of the semiconductor substrate (sample wafer) and the mirror-polished surface of the cap wafer. B is detected from the joint of the SC1 and SC2 cleaned joint wafers. , B was not detected in the HF washed sample having no oxide film. The contact time with the atmosphere in the clean room depends on the HF cleaning sample, SC1 and S
Since it is the same as the sample of C2 cleaning, B is S without oxide film.
It is considered that it is hard to adhere to the i surface. A large amount of F was detected in the HF washed sample and the SC1 washed sample. Al
Was detected only in SC1 washed samples, and other analyzes (VPD
-AAS) method showed the same result. Cl was detected from the SC2 washed sample, but it is considered that this is because Cl from HCl was mixed in the oxide film.

【0041】実施例2 実施例1で用いたものと同一の半導体基板(試料ウエー
ハ)および、キャップウエーハを複数枚用意し、前者に
ついては薬液洗浄ののちクリーンルーム内に放置し、後
者については薬液洗浄を行った。これらのウエーハを用
いて、図1に示す手順により図1(d)に示す半導体ウ
エーハを作製し、クリーンルーム内放置によるボロン
(B)汚染の評価を行った。
Example 2 A plurality of semiconductor substrates (sample wafers) and cap wafers identical to those used in Example 1 were prepared. The former was cleaned with a chemical solution and then left in a clean room, and the latter was cleaned with a chemical solution. I went. Using these wafers, the semiconductor wafer shown in FIG. 1 (d) was produced by the procedure shown in FIG. 1, and boron (B) contamination was evaluated by leaving it in a clean room.

【0042】すなわち、前記半導体基板(試料ウエー
ハ)についてはSC1洗浄、SC2洗浄、SC1洗浄
(薬液の組成等は実施例1と同一)の順に洗浄処理し、
乾燥を行った後、クラス1000のクリーンルーム内
に、放置時間を種々に変えて放置した。また、キャップ
ウエーハについてはHF洗浄(組成等は実施例1と同
一)を行い、これらのウエーハを図1に示す手順で半導
体ウエーハを作製した。
That is, the semiconductor substrate (sample wafer) was cleaned in the order of SC1 cleaning, SC2 cleaning and SC1 cleaning (the composition of the chemical solution and the like are the same as those in Example 1).
After drying, the sample was left in a class 1000 clean room with various periods of time. Further, the cap wafer was subjected to HF cleaning (the composition and the like are the same as those in Example 1), and a semiconductor wafer was manufactured from these wafers by the procedure shown in FIG.

【0043】前記貼合わせはキャップウエーハのHF洗
浄終了直後に行ったので、各接合ウエーハにおけるキャ
ップウエーハ表面酸化膜の膜厚はほぼ一定と考えられ
る。接合のための熱処理はRTA炉によりN2 雰囲気
内、600℃・2時間の条件で行った。そして、接合ウ
エーハにおけるキャップウエーハ部をエッチングするこ
とにより、半導体基板(試料ウエーハ)の表面上に膜厚
1.5μmの薄膜Si層を設けた。
Since the bonding was carried out immediately after the HF cleaning of the cap wafer was completed, it is considered that the film thickness of the cap wafer surface oxide film on each bonded wafer was substantially constant. The heat treatment for joining was performed in an RTA furnace in an N 2 atmosphere at 600 ° C. for 2 hours. Then, the cap wafer portion of the bonded wafer was etched to form a thin film Si layer having a thickness of 1.5 μm on the surface of the semiconductor substrate (sample wafer).

【0044】図5に半導体基板のクリーンルーム放置時
間と、接合ウエーハの接合界面におけるボロン濃度の関
係を示す。この図から、放置時間の増大と共にボロン濃
度が上昇しており、クリーンルーム大気からの汚染があ
ることが確認できた。また、25秒という短時間の放置
でも4×1010atoms/cm2と、かなり多量のボロンが検
出された。このことから、本発明による分析方法におい
ても4×1010atoms/cm2以下の表面ボロンを測定する
場合には、ボロン汚染対策を施した環境でウエーハの貼
合わせを行う必要があると考えられる。
FIG. 5 shows the relationship between the time during which the semiconductor substrate is left in a clean room and the boron concentration at the bonding interface of the bonding wafer. From this figure, it was confirmed that the boron concentration increased with the increase of the standing time and that there was pollution from the clean room atmosphere. In addition, a considerably large amount of boron, 4 × 10 10 atoms / cm 2 , was detected even after being left for a short time of 25 seconds. From this, it is considered that the wafer bonding should be performed in the environment where the boron contamination countermeasure is taken when the surface boron of 4 × 10 10 atoms / cm 2 or less is measured also in the analysis method according to the present invention. .

【0045】なお、PC−SIMS法で表面ボロンを測
定する場合、通常1×1012atoms/cm2以上のボロンが
検出されることが多い。また、測定時に試料ウエーハの
クリーンルーム大気に曝される時間が5分以上かかって
しまうのが現状なので、PC−SIMS法による測定可
能はボロン濃度は、おおよそ図5の斜線を施した領域と
なる。
When the surface boron is measured by the PC-SIMS method, boron of 1 × 10 12 atoms / cm 2 or more is usually detected. In addition, since it takes 5 minutes or more to expose the sample wafer to the clean room atmosphere at the time of measurement, the boron concentration that can be measured by the PC-SIMS method is approximately the shaded area in FIG.

【0046】このように、PC−SIMS法ではポリシ
リコン堆積ウエーハの作製プロセス中に高濃度のボロン
汚染が生じるために、ポリシリコン層を堆積する前の試
料ウエーハ本来の低濃度表面ボロンの測定は不可能であ
る。これに対し本発明では、上記のように表面ボロンの
検出限界をPC−SIMS法に比べて大幅に下げること
ができるうえ、C,Cl,F等の軽元素の測定も可能で
ある。また、接合のための熱処理条件を350℃・2時
間として試料を作製しても、上記と同様の結果が得られ
ている。
As described above, in the PC-SIMS method, since high-concentration boron contamination occurs during the manufacturing process of the polysilicon-deposited wafer, the original low-concentration surface boron of the sample wafer before the deposition of the polysilicon layer cannot be measured. It is impossible. On the other hand, in the present invention, the detection limit of surface boron can be significantly reduced as compared with the PC-SIMS method as described above, and light elements such as C, Cl and F can be measured. Further, the same result as above was obtained even when the sample was prepared under the heat treatment condition for joining at 350 ° C. for 2 hours.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明で明らかように、請求項1に
記載の半導体ウエーハの製造方法によれば、半導体基板
に2層以上の特性の異なる層よりなるキャップウエーハ
を接合した後、薬液でエッチングして半導体基板表面上
に薄膜を形成した形態としたものであり、また、請求項
2に記載の半導体ウエーハの製造方法によれば、半導体
基板にSOI構造を有するウエーハを接合した後、薬液
でエッチングして半導体基板表面上にSiの薄膜を形成
した形態としたものであり、さらに、請求項3に記載の
半導体ウエーハの製造方法では、半導体基板に高濃度ボ
ロンドープSiエピタキシャル層を設けた構造のウエー
ハを接合した後、薬液でエッチングして半導体基板表面
上に前記エピタキシャル層を形成した形態としたもので
あるから、これらの半導体ウエーハを用いてSIMS分
析をすると、以下のとおりの優れた効果が得られる。 (1)接合ウエーハの所要接合強度は直接貼合わせ法の
場合に比べて大幅に低下させることができるので、その
作製工程において高温の熱処理は不要であり、低温処理
による接合で十分であるため、接合ウエーハの作製工程
において半導体基板表面の不純物が内部に拡散するのを
防止することができる。従って高感度の分析ができる
し、拡散しやすい水素の分析も可能となる。 (2)貼合わせにより迅速に半導体基板をキャップする
ことにより半導体基板表面の汚染を防止することができ
るため、正確な分析が可能である。 (3)半導体基板表面をキャップした状態で熱処理する
ため、比較的低い温度で気化しやすい物質の気化を防止
することができるので、正確な分析が可能である。 (4)PC−SIMS法と異なり、請求項1の方法では
半導体基板の表面を覆うSi層が単結晶であるため、急
峻でSN比の高いピークを有するSIMSチャートが得
られので、ボロン等の元素の検出限界を大幅に下げるこ
とができる。 (5)PC−SIMS法と異なり、半導体基板表面不純
物の拡散も極めて小さく、また、半導体ウエーハ作製工
程中の汚染も極めて少ない。従って、測定面における分
析が正確になる。 (6)C,Cl,F等の軽元素の測定も可能である。 請求項3,請求項4に記載の半導体ウエーハの製造方法
によれば、Siエピタキシャル基板のボロン濃度が10
19atoms/cm3 未満であり、高濃度ボロンドープSi層の
ボロン濃度が1019atoms/cm3 以上であり、高濃度ボロ
ンドープSiエピタキシャル層と低濃度ボロンドープS
iエピタキシャル基板との間にボロンの濃度差が明確に
ついているために、エッチレイトが二つの層間で明確に
異なることになり、低濃度ボロンドープSiエピタキシ
ャル基板のエッチング除去終了後のエッチストップが確
実に実現できる。請求項5に記載の半導体ウエーハの製
造方法によれば、接合ウエーハの外周面(側面)をエッ
チング用薬液に対し耐久性のあるシール剤でシールして
エッチングするので、たとえ接合面の接合強度が多少低
い場合であっても、薬液が接合面に侵入することがなく
なる。従って、測定データの精度および再現性が高まる
うえ、所望により接合ウエーハの作製工程における熱処
理を、シール剤を用いない場合に比べて低温で行うこと
もできる。請求項1乃至請求項5に記載の半導体ウエー
ハの製造方法によれば、SIMS分析のための試料に好
適な半導体ウエーハを製造することができる。請求項6
に記載のSIMSによる分析方法は、請求項1,2,3
において製造された半導体ウエーハの薄膜層表面から一
次イオンビームを照射して質量分析を行うので、SIM
S分析に適した試料によるSIMS分析が可能になり、
半導体基板表面の不純物の分析がより正確にできるよう
になる。
As is clear from the above description, according to the method of manufacturing a semiconductor wafer of the first aspect, a cap wafer composed of two or more layers having different characteristics is bonded to a semiconductor substrate and then a chemical solution is used. A semiconductor wafer is formed by etching to form a thin film on the surface of the semiconductor substrate. Further, according to the method of manufacturing a semiconductor wafer according to claim 2, after the wafer having the SOI structure is bonded to the semiconductor substrate, the chemical solution is used. The method for producing a semiconductor wafer according to claim 3, wherein the semiconductor wafer is provided with a high concentration boron-doped Si epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate. These wafers are bonded together and then etched with a chemical solution to form the epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate. When the SIMS analysis using a semiconductor wafer is obtained excellent effects as follows. (1) Since the required bonding strength of the bonded wafer can be significantly reduced as compared with the case of the direct bonding method, high temperature heat treatment is not necessary in the manufacturing process, and bonding by low temperature treatment is sufficient. Impurities on the surface of the semiconductor substrate can be prevented from diffusing inside during the process of manufacturing the bonded wafer. Therefore, highly sensitive analysis can be performed, and hydrogen that easily diffuses can also be analyzed. (2) Since the semiconductor substrate surface can be prevented from being contaminated by quickly capping the semiconductor substrate by bonding, accurate analysis is possible. (3) Since the heat treatment is performed with the surface of the semiconductor substrate being capped, it is possible to prevent vaporization of substances that are likely to vaporize at a relatively low temperature, and therefore accurate analysis is possible. (4) Unlike the PC-SIMS method, in the method of claim 1, since the Si layer covering the surface of the semiconductor substrate is a single crystal, a SIMS chart having a sharp peak with a high SN ratio can be obtained. The detection limit of elements can be significantly reduced. (5) Unlike the PC-SIMS method, the diffusion of impurities on the surface of the semiconductor substrate is extremely small, and the contamination during the semiconductor wafer manufacturing process is also extremely small. Therefore, the analysis on the measurement surface is accurate. (6) It is also possible to measure light elements such as C, Cl and F. According to the method for manufacturing a semiconductor wafer according to any one of claims 3 and 4, the boron concentration of the Si epitaxial substrate is 10 or less.
Less than 19 atoms / cm 3 , the boron concentration of the high-concentration boron-doped Si layer is 10 19 atoms / cm 3 or more, the high-concentration boron-doped Si epitaxial layer and the low-concentration boron-doped S
Since the difference in boron concentration between the i-epitaxial substrate and the i-epitaxial substrate is clear, the etch rate is clearly different between the two layers, and an etch stop after the removal of the low-concentration boron-doped Si epitaxial substrate is surely achieved. it can. According to the method of manufacturing a semiconductor wafer according to claim 5, since the outer peripheral surface (side surface) of the bonded wafer is sealed with a sealant having durability against the etching chemical solution and etched, even if the bonding strength of the bonded surface is Even if it is slightly low, the chemical solution will not enter the joint surface. Therefore, the accuracy and reproducibility of the measurement data can be improved, and the heat treatment in the manufacturing process of the bonded wafer can be carried out at a lower temperature than the case where no sealant is used, if desired. According to the method of manufacturing a semiconductor wafer according to any one of claims 1 to 5, a semiconductor wafer suitable for a sample for SIMS analysis can be manufactured. Claim 6
The analysis method by SIMS according to claim 1,
Since the mass spectrometry is performed by irradiating the primary ion beam from the surface of the thin film layer of the semiconductor wafer manufactured in
SIMS analysis with a sample suitable for S analysis becomes possible,
The impurities on the surface of the semiconductor substrate can be analyzed more accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による試料作製工程の説明図であり、ウ
エーハの断面図で示したものである。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a sample manufacturing process according to the present invention, and is a sectional view of a wafer.

【図2】本発明の実施例1によるSIMSのチャートで
ある。
FIG. 2 is a SIMS chart according to Example 1 of the present invention.

【図3】比較例1(PC−SIMS法)によるSIMS
のチャートである。
FIG. 3 SIMS according to Comparative Example 1 (PC-SIMS method)
Is a chart of.

【図4】実施例1による各種元素の分析結果を示すグラ
フである。
FIG. 4 is a graph showing analysis results of various elements according to Example 1.

【図5】実施例2によるボロンの分析結果を示すグラフ
である。
FIG. 5 is a graph showing the results of analyzing boron according to Example 2.

【図6】PC−SIMS法による試料作製工程の説明図
であり、ウエーハの断面図で示したものである。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a sample preparation process by a PC-SIMS method, and is a sectional view of a wafer.

【図7】従来の直接貼合わせ法による試料作製工程の説
明図であり、ウエーハの断面図で示したものである。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a sample manufacturing process by a conventional direct bonding method, and is a sectional view of a wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,61,71 半導体基板(試料ウエーハ) 2,62,72 表面(被測定面) 11,81 キャップウエーハ 12 基体Si層 13 SiO2 層 14,83 薄膜Si層 21,91 接合ウエーハ 31 半導体ウエーハ 63 ポリシリコン層 82 鏡面研磨面1, 61, 71 Semiconductor substrate (sample wafer) 2, 62, 72 Surface (measurement surface) 11, 81 Cap wafer 12 Base Si layer 13 SiO 2 layer 14, 83 Thin film Si layer 21, 91 Bonding wafer 31 Semiconductor wafer 63 Polysilicon layer 82 Mirror polished surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/66 L 7630−4M (72)発明者 竹中 卓夫 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 21/66 L 7630-4M (72) Inventor Takuo Takenaka 2-13, Isobe, Annaka-shi, Gunma No. 1 Shin-Etsu Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor Isobe Laboratory

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面に、2層以上の特性の
異なる層よりなるキャップウエーハを重ね合わせて密着
させ、熱処理により接合した後、適宜の薬液によるキャ
ップウエーハ部のエッチングを行って接合面上に薄膜を
残し、半導体基板上に半導体薄膜を有する半導体ウエー
ハを得ることを特徴とする半導体ウエーハの製造方法。
1. A surface of a semiconductor substrate, a cap wafer composed of two or more layers having different characteristics are superposed and adhered to each other, bonded by heat treatment, and then the cap wafer portion is etched with an appropriate chemical solution to form a bonded surface. A method of manufacturing a semiconductor wafer, which comprises leaving a thin film on the top and obtaining a semiconductor wafer having a semiconductor thin film on a semiconductor substrate.
【請求項2】 半導体基板の表面に、キャップウエーハ
としてSOI構造を有するウエーハを重ね合わせて密着
させ、熱処理により接合し、この接合ウエーハにおける
キャップウエーハの基体Si層を適宜の薬液でエッチン
グ除去し、次いでSiO2 層をSiO2 層除去用エッチ
ャントによりエッチング除去して接合面上にSOI構造
部Si薄膜を残し、半導体基板上にSi薄膜を有する半
導体ウエーハを得ることを特徴とする請求項1に記載の
半導体ウエーハの製造方法。
2. A wafer having an SOI structure as a cap wafer is superposed on and adhered to the surface of a semiconductor substrate and bonded by heat treatment, and the base Si layer of the cap wafer in the bonded wafer is removed by etching with an appropriate chemical solution. then leaving the SOI structure Si thin SiO 2 layer on the bonding surface on the etched away by the SiO 2 layer removing etchant according to claim 1, characterized in that to obtain a semiconductor wafer having a Si thin film on a semiconductor substrate Manufacturing method of semiconductor wafer.
【請求項3】 ボロンを低濃度にドープしたSiエピタ
キシャル基板上に高濃度ボロンドープSi層をエピタキ
シャル成長させたキャップウエーハを半導体基板表面
に、前記高濃度ボロンドープSi層を介して重ね合わせ
て密着させ、熱処理により接合し、この接合ウエーハに
おける前記キャップウエーハの低濃度ボロンドープSi
エピタキシャル基板部をKOH液でエッチング除去して
半導体基板上に高濃度ボロンドープSi層を残し、半導
体基板上にSi薄膜層を有する半導体ウエーハを得るこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエーハの製造
方法。
3. A cap wafer, which is obtained by epitaxially growing a high-concentration boron-doped Si layer on a Si epitaxial substrate lightly doped with boron, is superposed on the surface of a semiconductor substrate via the high-concentration boron-doped Si layer so as to be in close contact therewith, and then heat treated. And the low-concentration boron-doped Si of the cap wafer on the bonded wafer.
The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the epitaxial substrate portion is removed by etching with a KOH solution to leave a high-concentration boron-doped Si layer on the semiconductor substrate, and a semiconductor wafer having a Si thin film layer on the semiconductor substrate is obtained. Production method.
【請求項4】 Siエピタキシャル基板のボロン濃度が
1019atoms/cm3 未満であり、高濃度ボロンドープSi
層のボロン濃度が1019atoms/cm3 以上であることを特
徴とする請求項3に記載の半導体ウエーハの製造方法。
4. The high-concentration boron-doped Si having a boron concentration of the Si epitaxial substrate of less than 10 19 atoms / cm 3.
The method for producing a semiconductor wafer according to claim 3, wherein the boron concentration of the layer is 10 19 atoms / cm 3 or more.
【請求項5】 前記接合ウエーハの接合面外周部を耐薬
液性のシール剤でシールした後、前記キャップウエーハ
部のエッチングを行うことを特徴とする請求項1,2ま
たは3に記載の半導体ウエーハの製造方法。
5. The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the outer peripheral portion of the joint surface of the joint wafer is sealed with a chemical-resistant sealant, and then the cap wafer portion is etched. Manufacturing method.
【請求項6】 請求項1,2,3において製造された半
導体ウエーハの薄膜層表面から一次イオンビームを照射
して質量分析を行うことを特徴とするSIMSによる分
析方法。
6. An analysis method by SIMS, which comprises irradiating a primary ion beam from the surface of the thin film layer of the semiconductor wafer manufactured in any one of claims 1, 2 and 3 to perform mass spectrometry.
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