JPH09129523A - シリコンウエーハ及びこれを用いる定量測定法 - Google Patents

シリコンウエーハ及びこれを用いる定量測定法

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JPH09129523A
JPH09129523A JP28391495A JP28391495A JPH09129523A JP H09129523 A JPH09129523 A JP H09129523A JP 28391495 A JP28391495 A JP 28391495A JP 28391495 A JP28391495 A JP 28391495A JP H09129523 A JPH09129523 A JP H09129523A
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JP
Japan
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silicon wafer
silicon
concentration
silicon wafers
thickness
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JP28391495A
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Mariko Takeshita
真理子 竹下
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Sitix Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンウエーハ中の格子間酸素濃度及び置
換型炭素濃度を結晶各位置の抜き取りサンプルを用いず
に直接濃度測定ができるシリコンウエーハを製造するこ
とにより、煩雑な定量専用サンプル作製をすることな
く、より信頼性の高い濃度値の添付された品質の安定し
たシリコンウエーハを提供する。 【構成】厚みが731〜3500μmであるシリコンウ
エーハ。更に、表面に鏡面加工が施された面を備え、裏
面は鏡面加工が施された面又は、エッチング及び加工が
施された面を備えたこと。また、シリコンウエーハ中の
格子間酸素濃度及び置換型炭素濃度を測定するにあた
り、結晶各位置の抜き取りサンプルを用いずに直接、厚
みが731〜3500μmであるシリコンウエーハを用
いて、フーリエ変換赤外分光測定法にてシリコン結晶中
の格子間酸素濃度([Oi])又は置換型炭素濃度
([Cs])の定量測定を行うシリコンウエーハの定量
測定法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、フーリエ変換赤
外分光測定法によりシリコン結晶中の格子間酸素濃度及
び置換型炭素濃度の定量測定を直接行うことが可能なシ
リコンウエーハ及びその定量測定法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】シリコンウエーハ中の酸素及び炭素不純
物は、シリコンウエーハの品質を支配する重要な因子で
あるため、格子間酸素濃度及び置換型炭素濃度の定量は
シリコンウエーハ製造に欠かすことのできない重要な工
程の一つである。その定量法としてはフーリエ変換赤外
分光法が一般的に広く採用されている。従来の一般的な
シリコンウエーハの厚みは、コストや強度、加工要因等
により725μm以下に定められており、更にその裏面
状態については、特定の規定のないものがほとんどであ
る。
【0003】また、シリコンウエーハのような試料は、
赤外光を入射するとシリコンウエーハ表面で一部が反射
され、更に透過した光がシリコンウエーハ裏面で一部が
反射される。この二度反射した光と直進している光とが
干渉することにより山と谷が交互に出現する。これが多
重反射による干渉フリンジであり、この干渉フリンジが
発生すると、高精度の測定が行えなくなることが知られ
ている。
【0004】ところが、これらのシリコンウエーハは、
格子間酸素や置換型炭素の定量時の多重反射補正式の適
応不可の問題や、前述した干渉フリンジの発生等の問題
により、直接そのものの定量を正確に行うのは不可能で
あるため、シリコン結晶のインゴットの一部から抜き取
りで厚さ2mm両面鏡面加工もしくはそれと同等の面状
態を持つ[Oi],[Cs]定量専用サンプルを作成
し、これを用いて定量が行われているのが現状である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ここで、フーリエ変換
赤外分光測定法による厚さ2mm両面鏡面加工された試
料の[Oi],[Cs]定量法について更に詳しく説明
すると、まず、測定対象である結晶から得られた赤外吸
収スペクトルと、[Oi]測定の場合は結晶中の[O
i]が検出下限値以下のシリコン結晶の赤外吸収スペク
トル、及び[Cs]測定の場合は結晶中の[Cs]が検
出下限以下のシリコン結晶の赤外吸収スペクトルより、
差赤外吸収スペクトルを求める。この差吸収スペクトル
は結晶中の含有不純物によるものであり、このスペクト
ルの[Oi]測定の場合は格子間酸素の吸収である11
06cm-1の吸収を用いて、また、[Cs]測定の場合
は置換型炭素の吸収である607cm-1の吸収を用い
て、定量を行っている。
【0006】しかし、ここで用いられているフーリエ変
換赤外分光測定法は、試料に対して光を垂直に入射させ
ているため、多重反射効果を考慮する必要がある。
【0007】ここで、試料表面での多重反射効果を考慮
した場合、下記式1等(自由キャリヤーを考慮したもの
を用いることもある。)の式を用いて多重反射による加
算分を補正した吸収係数αIを求め、下記式2によって
格子間酸素濃度が算出されている。
【0008】
【数1】
【0009】
【数2】
【0010】しかし、ここで用いられている多重反射補
正式は、干渉性が成り立つ均一な面状態でのものである
ため、この式を用いるためには両面ともに鏡面加工され
た試料による測定が必要となる。仮に裏面状態が鏡面で
ない試料によって測定を行った場合、裏面での光の散乱
によるロスによる影響と、裏面が不均一であるため干渉
現象が場所によってことなり、そのため平均として干渉
がおさえられて干渉による影響が減少することにより、
多重反射補正式を適応することができない。従って、こ
れらのことにより高精度の[Oi]定量を行うことがで
きない。本発明は、これを解決することを目的とするも
のである。
【0011】また、フーリエ変換赤外分光測定法による
測定は、一定分解能によって行われるが、[Oi]測定
の場合は、Oiの吸収ピークの半値幅が32cm−1
広いため、通常は、3,4,6cm-1の分解能で測定が
行われている。一方、[Cs]測定の場合は、Cs吸収
の半値幅が6cm-1と狭いため、2cm-1以下の分解能
で測定が行われている。
【0012】ところが、前述した干渉フリンジは、試料
厚が薄く測定分解能が高分解能であるほど発生し易くな
る。そして、通常のシリコンウエーハの厚みである72
5μm以下の試料で、[Cs]測定の分解能である2c
-1以下での測定では、干渉フリンジが発生して高精度
の定量を行うことができない。本発明は、更にこれを解
決することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するためになされたもので、以下に述べる考察及び実
験に基づいて案出されたものである。
【0014】前記干渉フリンジは、試料の厚みdと物質
の屈折率nにより、下記式3に示す関係が成り立つ。
【0015】
【数3】
【0016】ここで、分解能は横軸の最低判別能力であ
るから、分解能と同じ波数域(波数幅)に山がなければ
干渉縞は発生しないことになる。具体的には、山が一つ
発生するときの厚みを求め、求められた厚みよりも試料
の厚みを厚くすれば干渉縞は発生しないということであ
る。従って、前記式に山の数(もしくは谷の数)m=
1、シリコンの屈折率n=3.42 更に、下記式4を
代入することにより、その測定分解能によるフリンジの
発生するシリコンウエーハの厚みを算出することができ
る。
【0017】
【数4】
【0018】その算出された厚みよりも測定するシリコ
ンウエーハの厚みが厚ければ、干渉フリンジが発生する
ことなく、高精度の測定を行うことができる。
【0019】従ってシリコンウエーハ中の[Oi],
[Cs]測定の場合、最高分解能が2cm-1であること
から、測定分解能2cm-1のときの干渉フリンジの発生
するウエーハ厚みを算出すると、下記式5が得られる。
【0020】
【数5】
【0021】すなわち、厚みが731μm以上のシリコ
ンウエーハであれば、干渉フリンジが発生することな
く、高精度の測定を行うことができるものである。
【0022】他方、シリコンウエーハは、次の理由によ
り、厚みの上限は3500μmとなる。すなわち、Cs
の605cm−1吸収ピークがSiの強い格子振動によ
る640〜600cm-1吸収の上に重なっており、ウエ
ーハの厚さが3500μmを超えるとSiの格子振動に
よる吸収が飽和状態に達し、Csの定量性がなくなり定
量できなくなってしまうからである。
【0023】従って、本発明は、厚みが731〜350
0μmである構成のシリコンウエーハを提供するもので
ある。
【0024】次に、裏面形状による多重反射補正式の不
適応の問題について考察する。
【0025】この問題は、補正式を適応できる裏面状態
を得ることが必要である。すなわち、鏡面もしくは干渉
性を失わないようなエッチング又は加工が施された裏面
状態のシリコンウエーハを製造することにより、濃度測
定専用の濃度算出法と同様に、多重反射補正式を用いて
製品シリコンウエーハによる高精度の濃度測定を行うこ
とができる。
【0026】また、裏面状態を鏡面加工を施した面状態
にすることは、前述した事項だけではなく、特にシリコ
ンウエーハの大口径化に伴う高集積化の流れにおいて、
その高清浄度化に関し、デバイスプロセスへの裏面から
の粒子その他の汚染不純物の持ち込みの防止策として、
非常に有効であり、十分加工費をカバーできる効果・性
質をも同時に提供することができる。更に本発明のシリ
コンウエーハにより実際に[Oi],[Cs]定量を行
うにあたっては、今現在使用されているフーリエ変換赤
外分光測定法による定量法をそのまま適応できるため、
更なる設備投資や測定手順等の内容変更を必要としない
利点がある。
【0027】そこで、本発明は、表面に鏡面加工が施さ
れた面を備え、裏面は鏡面加工が施された面又は、干渉
性を失わないようなエッチング及び加工が施された面を
備えたシリコンウエーハを提供するものである。
【0028】更に、本発明は、シリコンウエーハ中の格
子間酸素濃度及び置換型炭素濃度を測定するにあたり、
結晶各位置の抜き取りサンプルを用いずに直接、厚みが
731〜3500μmであるシリコンウエーハを用い
て、フーリエ変換赤外分光測定法にてシリコン結晶中の
格子間酸素濃度([Oi])又は置換型炭素濃度([C
s])の定量測定を行うシリコンウエーハの定量測定法
である。直接各々のシリコンウエーハ自体の[Oi],
[Cs]定量ができることについての有効性について
は、大口径化に伴いシリコンウエーハの単価が上昇する
にあたって、1枚1枚各々の正確な濃度品質を明らかに
でき、安定した品質を保証することができる。このこと
は、特に大口径化シリコンウエーハに適した性質を持
ち、今後要求されるであろう事項に対応できるシリコン
ウエーハとして将来非常に有望である。また、このシリ
コンウエーハを使用することにより、デバイスプロセス
投入前にそれぞれのシリコンウエーハの[Oi],[C
s]を直接確認することも可能であるため、その後の品
質把握や歩留まり等にも良い効果を及ぼすことが期待で
きる利点がある。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体例を説明す
る。
【0030】厚さ750μm両面鏡面加工のシリコンウ
エーハを用いて、その[Cs]測定分解能である分解能
2cm-1での赤外吸収スペクトルAと、分解能6cm-1
での透過スペクトルA’を得た。
【0031】他方、通常のシリコンウエーハの厚さであ
る厚さ675μmで、表面は鏡面、裏面は面形状に特定
の規定のないエッチング面のシリコンウエーハを用い
て、その[Cs]測定分解能である分解能2cm-1での
赤外吸収スペクトルBと、分解能6cm-1での透過スペ
クトルB’を得た。
【0032】これらを図1及び図2に示す。図1は、そ
れぞれの分解能2cm-1によるシリコンウエーハの赤外
吸収スペクトルであり、図2は、同様に分解能6cm-1
によるシリコンウエーハの赤外透過スペクトルである。
【0033】これらの結果から解るように、Aのスペク
トルには干渉によるフリンジは全く見られない。Bのス
ペクトルには干渉によるフリンジが見られる。
【0034】従って、通常のシリコンウエーハではフリ
ンジの影響により高精度の[Cs]定量はできないが、
本例のシリコンウエーハではフリンジの影響もなく高精
度な[Cs]定量を行うことができる。
【0035】また、スペクトルA’において、4000
〜1500cm-1にはシリコン格子による吸収がほとん
どないため、シリコン結晶の反射率のみを反映した赤外
光の透過率と、フラットなベースラインを示している
が、スペクトルB’においては、裏面の散乱による影響
によりスペクトル全体の透過率の低下と、ベースライン
のカーブが見られる。
【0036】この現象からも、従来のフーリエ変換赤外
分光測定法を使った定量は、本例によるシリコンウエー
ハでは可能であるが、従来のシリコンウエーハでは難し
いことが示される。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本願第1請求項に
記載した発明は、厚みが731〜3500μmである構
成のシリコンウエーハである。
【0038】従って、厚みが731〜3500μmであ
るシリコンウエーハは、干渉フリンジが発生することな
く、高精度の測定を行うことができるものである。
【0039】本願第2請求項に記載した発明は、前記第
1請求項の発明において、表面に鏡面加工が施された面
を備え、裏面は鏡面加工が施された面又は、エッチング
及び加工が施された面を備えた構成のシリコンウエーハ
である。
【0040】従って、従来のシリコンウエーハの裏面状
態では多重反射補正式には不適応であったのに対し、本
請求項のシリコンウエーハは、表面に鏡面を有し、裏面
が鏡面もしくは干渉性を失わないようなエッチング又は
加工面を有しているので、多重反射補正式に適応するこ
とができる。更に、このような表裏面を有するシリコン
ウエーハは、とりわけシリコンウエーハの大口径化に伴
う高集積化の流れにおいて、その高清浄度化に関し、デ
バイスプロセスへの裏面からの粒子その他の汚染不純物
の持ち込みの防止策として、非常に有効であり、十分加
工費をカバーできる効果・性質をも同時に提供すること
ができる。
【0041】更に本発明のシリコンウエーハにより実際
に[Oi],[Cs]定量を行うにあたっては、今現在
使用されているフーリエ変換赤外分光測定法による定量
法をそのまま適応できるため、更なる設備投資や測定手
順等の内容変更を必要としない利点がある。
【0042】本願第3請求項に記載した発明は、シリコ
ンウエーハ中の格子間酸素濃度及び置換型炭素濃度を測
定するにあたり、結晶各位置の抜き取りサンプルを用い
ずに直接、厚みが731〜3500μmであるシリコン
ウエーハを用いて、フーリエ変換赤外分光測定法にてシ
リコン結晶中の格子間酸素濃度([Oi])又は置換型
炭素濃度([Cs])の定量測定を行う構成のシリコン
ウエーハの定量測定法である。
【0043】これにより、大口径化が進み高集積化に伴
う高清浄度化に対応したシリコンウエーハが要求される
現在において、本請求項に記載した方法により、デバイ
スプロセスへの裏面からの粒子の持ち込みやその他汚染
不純物の少ないシリコンウエーハを供給することができ
る。従って、本測定法によるシリコンウエーハをデバイ
スプロセスに導入することにより、デバイスプロセス投
入前にも直接それぞれのシリコンウエーハの[Oi],
[Cs]を確認することができるため、その後の工程に
おいてもより品質の把握された汚染の少ないデバイスを
製造することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】分解能2cm-1によるシリコンウエーハの赤外
吸収スペクトルを示す図。
【図2】分解能6cm-1によるシリコンウエーハの赤外
吸収スペクトルを示す図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 厚みが731〜3500μmであること
    を特徴とするシリコンウエーハ。
  2. 【請求項2】 表面に鏡面加工が施された面を備え、裏
    面は鏡面加工が施された面又は、エッチング及び加工が
    施された面を備えたことを特徴とする請求項1記載のシ
    リコンウエーハ。
  3. 【請求項3】 シリコンウエーハ中の格子間酸素濃度及
    び置換型炭素濃度を測定するにあたり、結晶各位置の抜
    き取りサンプルを用いずに直接、厚みが731〜350
    0μmであるシリコンウエーハを用いて、フーリエ変換
    赤外分光測定法にてシリコン結晶中の格子間酸素濃度
    ([Oi])又は置換型炭素濃度([Cs])の定量測
    定を行うことを特徴とするシリコンウエーハの定量測定
    法。
JP28391495A 1995-10-31 1995-10-31 シリコンウエーハ及びこれを用いる定量測定法 Pending JPH09129523A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014529181A (ja) * 2011-07-27 2014-10-30 コミサリア ア レネルジー アトミック エ オ ゼネルジー アルテルナティブCommissariat Al’Energie Atomique Et Aux Energiesalternatives 補償シリコンサンプルのドーパント含有量の特定

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014529181A (ja) * 2011-07-27 2014-10-30 コミサリア ア レネルジー アトミック エ オ ゼネルジー アルテルナティブCommissariat Al’Energie Atomique Et Aux Energiesalternatives 補償シリコンサンプルのドーパント含有量の特定

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