JPH0921785A

JPH0921785A - 不純物検出方法

Info

Publication number: JPH0921785A
Application number: JP7172187A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Takenaka; みゆき竹中; Hideki Matsunaga; 秀樹松永; Hiroshi Yamaguchi; 博山口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】能率的に半導体基板中の金属不純物等の捕集
を行い、かつ環境からの汚染を極めて少なくすることが
可能な分析用試料の調製・準備法およびこれを用いた不
純物の測定方法を得る。【解決手段】半導体基板等の比測定物に比べて金属の
拡散係数が同等あるいはそれ以下の物質（ＴｉＳｉＮ，
ＳｉＮ，Ｐドープドポリシリコンなど）の不純物捕集用
被膜にて半導体基板を被覆し、この半導体基板を熱処理
することにより、半導体基板中の不純物を不純物捕集用
被膜に捕集し、その後、遠紫外線を用いた光励起エッチ
ング等のドライ・エッチングにより不純物を捕集・蓄積
した不純物捕集用被膜をエッチング・分解し、このエッ
チング反応生成物を含むガスを質量分析する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン（Ｓｉ）
結晶やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウム燐（Ｇａ
Ｐ）結晶のような半導体結晶中の極微量の金属不純物を
分析するための方法に係り、特に試料を準備・調製し、
具体的に分析機器へ導入する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素
（ＧａＡｓ）単結晶が各種の集積回路（ＩＣ）およびデ
ィスクリート・デバイス等の半導体装置基板として使用
されている。この半導体結晶中にナトリウム（Ｎａ）や
カリウム（Ｋ）、鉄（Ｆｅ）などの不純物が存在する
と、その存在量が極微量であっても、これら結晶を基礎
として形成される半導体装置の電気的特性が不安定にな
るなどの大きな影響を与えることが知られている。一方
で、半導体基板の表面を洗浄する場合、フッ化水素酸や
アンモニア、硫酸など多くの薬液が用いられ半導体装置
製造プロセスの各段階、たとえば洗浄工程やエッチング
工程に用いられている。これらの洗浄工程等において表
面にハロゲンやアミンなどが残存しやすいため、これら
の残存不純物に起因した問題が生じている。たとえば残
存不純物により半導体基板上に欠陥が発生、増殖し、半
導体基板表面上にエッチピットなどの欠陥が観測される
ことが知られている。したがって、半導体素子の特性を
高めるには、これら半導体基板のバルク中、あるいは表
面に残存する不純物の含有量を可能な限り低く押えるこ
とが必要とされる。

【０００３】このための処置をとる前提として、半導体
結晶中の不純物密度を正確に分析し、モニタリングする
ことが不可欠になる。

【０００４】従来、半導体基板中、あるいは表面の不純
物分析方法としてはフレームレス原子吸光装置（例え
ば、パーキンエルマー社製：５１００ＺＬ）や誘導結合
プラズマ質量分析装置（例えば、セイコー電子工業社
製：ＳＰＱ６５００）を用いた分析方法が広く適用され
ている。また、深さ方向分析方法においては、二次イオ
ン質量分析装置（例えば、カメカ社製ＩＭＦ−４）を用
いた方法が従来用いられている。

【０００５】この際の前処理手法としては、各種半導体
材料を直接酸分解し、その試料溶液を噴霧器等で霧状に
して原子吸光分析する方法や、さらに超微量不純物含有
量を測定するためには、図７に示す構造のウェット処理
（ウェットエッチング）による分解装置が用いられてい
た。

【０００６】図７において、例えばシリコン結晶を深さ
方向に分解する場合、密閉容器１０１中において結晶試
料Ｍを１０ｍｌの超純水Ｗと共にテフロン容器１０３に
収納し、酸液Ａとしてそれぞれ５０％フッ化水素酸４０
０ｍｌと６０％硝酸４００ｍｌとを別々に容器１０９
Ａ，１０９Ｂに収納する。この酸液Ａを加熱手段（ヒー
タプレート）１０７Ａ，１０７Ｂを作動して、２１０℃
で１５０分間加熱し、得られた酸蒸気１１９Ａ，１１９
Ｂにより試料Ｍを分解する方法が用いられいる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各種半
導体材料の不純物分析のための試料作成あるいは前処理
方法として、図７に示すような試料溶液の調整法を用い
る場合、密閉容器内１０１を酸蒸気１１９Ａ，１１９Ｂ
で飽和させるまでに大変長い時間を要する上、分解に要
する時間も長く、極めて非効率的なものであった。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、上述した従来の分解方法および装置による場合より
も、はるかに能率的に試料の分解を行う方法を提供し、
かつ周囲の環境からの汚染が極めて少ない分析試料を調
整・準備することにより、高感度な不純物分析を行う方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は被測定物中、又は被測定物の表面の不純物を
検出する方法であって、図４に示すように被測定物７１
の表面に、不純物の拡散定数が被測定物中における値と
同等もしくはそれ以下の値である不純物捕集用被膜７２
を形成し、熱処理等により被測定物中の不純物７９を外
方拡散し、不純物捕集用被膜７２に捕集させ、不純物捕
集用被膜７２に捕集された不純物を、その後、不純物捕
集用被膜７２を、例えば図３に示すような装置を用いた
光励起エッチング法等のドライ・エッチング法によりエ
ッチング・分解し、このエッチングによる反応生成物を
分析することを特徴とする。

【００１０】より具体的には本発明は次の各工程からな
る不純物検出方法であることを特徴とする。すなわち本
発明は、（イ）被測定物７１の表面に、対象とする不純
物の拡散定数の値が被測定物中の値と同等もしくはそれ
以下の値を有した不純物捕集被膜７２を形成する第１工
程、（ロ）被測定物を図１又は図２に示すような熱処理
炉を用いて熱処理することにより、不純物を不純物捕集
被膜７２に捕集する第２工程、および、（ハ）不純物捕
集被膜７２をドライ・エッチングし、エッチング反応生
成物を分析する第３工程、例えば図３に示すようなエッ
チング装置を用いて光励起エッチング法によりエッチン
グし、エッチング反応生成物を分析する第３工程、の第
１〜第３の工程を少なくとも含むことを特徴とする。好
ましくは被膜測定物はシリコン（Ｓｉ）やガリウム硅素
（ＧａＡｓ）等の半導体基板であり、不純物捕集被膜は
窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化チ
タン（ＴｉＮ）、窒化珪素チタン（ＴｉＳｉＮ）、珪化
チタン（ＴｉＳｉ₂）、およびポリシリコンからなるグ
ループのうちから選ばれた所定の被膜であることを特徴
する。

【００１１】より好ましくは、図３に示す光励起エッチ
ング法はエキシマレーザ（ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ）
等の波長３１０ｎｍ以下の紫外線レーザを用いることを
特徴とする。この光励起エッチング法のエッチングガス
はＳＦ₆又はＮＦ₆等のフッ素化合物ガスを少なくとも
含むことが好ましく、エッチング後の反応物の分析はＩ
ＣＰ質量分析器や４重極質量分析器等の質量分析器を用
いることが好ましい。

【００１２】また、本発明の対象とする不純物は、特に
半導体装置製造プロセスで問題となるＮａ、Ｋ等のアル
カリ金属又はＦｅ，Ｃｒ，Ａｕ等の重金属、金属である
ことを特徴とする。

【００１３】図４は、本発明の原理説明用の模式断面図
である。上記のような構成による本発明の方法において
は図４に示すように、例えば金属等の不純物の不純物捕
集被膜７２として、被測定物７１としてのシリコン（Ｓ
ｉ）基板７１の表面に、シリコンに比べて金属の拡散定
数が２ケタ程小さい窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜７２をＣ
ＶＤ法により所定の厚さに形成した構造を用いる。

【００１４】そして、この不純物捕集被膜７２で全面を
被覆されたＳｉ基板７１を図１又は図２示す石英製反応
管６１内に配置し、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス等を流
しながら、通常の熱処理条件、たとえば、１０００℃〜
１２００℃程度の高温での熱処理を所定の時間行う。熱
処理時間は表面からどの深さの不純物情報を必要として
いるかに応じて、拡散定数を考慮して決めればよい。そ
うすると、Ｓｉ基板７１中の金属等の不純物は窒化珪素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜７２の表面に外方拡散し、移動・付着
し、さらにこのＳｉ₃Ｎ₄膜の内部に拡散していくが、
この際Ｓｉ₃Ｎ₄膜の拡散定数が非常に小さいので、金
属不純物はＳｉ₃Ｎ₄膜を通過することなく、Ｓｉ₃Ｎ
₄膜に高濃度に蓄積捕集される。

【００１５】この高濃度に不純物が蓄積されたＳｉ₃Ｎ
₄膜を光励起エッチング、プラズマエッチング、あるい
はガスエッチング等のドライ・エッチングによりエッチ
ング除去し、エッチングにより生じた反応生成物に含ま
れる高濃度の不純物を分析をすればよいので、シリコン
基板を直接エッチングした場合に比して１〜２桁以上の
高感度の分析が可能となる。すなわち市販の高分解能Ｉ
ＣＰ質量分析装置の分析感度以上の不純物分析が可能と
なる。

【００１６】ドライ・エッチングのうちでも光励起エッ
チングが不純物汚染が少ない点で好ましく、光励起エッ
チングは、不純物捕集用被膜のエッチングに適したエッ
チング用ガスと、光の波長が選ばれる。すなわち、Ｓｉ
₃Ｎ₄膜の場合は、Ｓｉ₃Ｎ₄膜は波長λが２５０ｎｍ
以下のような短波長の光を良く吸収するため、ＡｒＦ
（λ＝１９３ｎｍ），ＫｒＦ（λ＝２４９ｎｍ）等のガ
スを用いたエキマレーザ等の遠紫外レーザによって励起
することができ、光励起されたＳｉ₃Ｎ₄膜は昇温して
フッ素化合物を含むエッチングガスを分解させ、反応性
に富むフッ素原子（フッ素ラジカル）を発生させてＳｉ
₃Ｎ₄膜をエッチングする。光励起エッチングはプラズ
マエッチングのような過剰なエネルギーによる反応室の
壁面からの汚染の心配もなく、ガスエッチングのような
加熱による反応管からの汚染の心配もない。この蒸気を
そのまま四重極質量分析装置あるいは高分解能ＩＣＰ質
量分析装置に導入することにより高感度な測定が可能と
なる。すなわち溶液を用いないドライプロセスによって
分析をすることが可能なため、周囲の環境からの汚染も
極めて少なくなり、さらに高感度が担保できることとな
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係
る不純物検出方法に用いる金属捕集用熱処理炉である。
金属不純物を捕集する物質としては、金属の拡散定数が
可能な限り小さいものが好ましい。そのための物質とし
て、半導体基板に対して金属の拡散定数が２ケタ程度小
さい窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜や１０ケタ程度小さい炭
化珪素（ＳｉＣ）膜を用い、可能な限りこれらの膜厚を
薄くし半導体基板表面に形成することが望ましい。その
厚さとしては５〜１０ｎｍ以上あればよく、５０ｎｍ以
上厚くすることは、その後のドライ・エッチングの時間
が必要以上に長くなるので、好ましくない。ただし、測
定対象とする金属不純物の種類、あるいは後述する熱処
理条件に応じて膜厚を選定すべきことはもちろんであ
る。少なくとも不純物がＳｉ₃Ｎ₄膜を抜けて気相中に
拡散しないような厚みに選ぶことが好ましい。

【００１８】図１に示す本発明の第１の実施の形態で
は、半導体基板としてシリコン基板を用いた場合で、ま
ずシリコン基板の表面・裏面および側面上に２０ｎｍの
Ｓｉ₃Ｎ₄膜を付着堆積させ金属捕集用被膜としこれを
反応管６１内に配置された石英ボート６３内にセットす
る。次に、石英製反応管６１内にＡｒガスを通じて１２
００℃に昇温し１時間の高温熱処理を行うことによりシ
リコンウェハ内の金属不純物をＳｉ₃Ｎ₄膜内に拡散蓄
積する。熱処理後、このウェハをフッ素化合物等のエッ
チングガス中で遠紫外線レーザを照射して、Ｓｉ₃Ｎ₄
膜を選択的に光励起エッチングする。遠紫外線レーザに
関しては、シリコンおよびＳｉ₃Ｎ₄膜における光吸収
係数の大きい波長が３１０ｎｍ以下の光を用い、図３に
示したエッチング装置を用いて行う。図３においてエッ
チング室１内に設置された基板保持台２上にシリコン基
板３を載せる。上記エッチング室１の壁面の一部にはレ
ーザを導入するためのサファイア等の光導入窓４が設け
られ、ＡｒＦ（λ＝１９３ｎｍ）などのエキマレーザ等
の遠紫外線レーザ発振機５で発生した遠紫外光をエッチ
ング室１内のシリコン基板３上に照射する。エキシマレ
ーザ以外でも、アルゴンレーザのＵＶラインやＨｇラン
プ、Ｈｇ−Ｘｅランプの遠紫外光を用いてもよい。エッ
チング室１には、反応ガスを吸気するための吸気管６お
よび排気するための排気管７が取り付けられ、エッチン
グガスなどの雰囲気ガスをマスフローコントローラや、
圧力制御バルブ等を用いて所定の圧力、流速に制御して
供給する。通常、常圧でエッチングすればよく、代表的
には０．０１ｎｍ／ｍｉｎ程度のエッチングレートでエ
ッチングできる。加圧してエッチングしてもよい。

【００１９】上記エッチング装置において、シリコン基
板３上にポリシリコンが形成されている場合、まずエッ
チング室内にモノシラン（ＳｉＨ₄）ガスとＮＨ₃ガス
を流すとともにシリコン基板３にレーザ照射し光ＣＶＤ
を行う。すなわち、ＳｉＨ₄分子とＮＨ₃分子はレーザ
を吸収し、光分解し、シリコン基板表面に窒化膜が光反
応により形成される。その後、基板保持台内部に内蔵さ
れた加熱ヒータ８により所定の温度、所定の時間熱処理
し、不純物を窒化膜中に捕集する。次に、エッチング室
内のガスを光ＣＶＤ用のＳｉＨ₄ガスおよびＮＨ₃ガス
から光エッチング用のフッ素化合物であるＳＦ₆あるい
はＮＦ₃ガスに切り替えて、再びレーザを照射する。レ
ーザ照射された窒化膜は光励起されて昇温し、窒化膜近
傍のＳＦ₆あるいはＮＦ₃等のエッチングガスを励起し
て分解させ、反応性に富んだフッ素原子あるいはフッ素
ラジカルを発生させて上記シリコン窒化膜をエッチング
する。このとき、エッチングの反応生成物を含むガスを
直接ＩＣＰ質量分析装置に導入することにより、高感度
に金属元素を定量できる。

【００２０】本発明の適用範囲は、シリコン（Ｓｉ）に
限られるものではなく、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＳｂ，
ＩｎＡｓ等の化合物半導体やＷＳｉ_x、ＭｏＳｉ₂のよ
うな金属シリサイド等の他の各種材料でもよく、これら
各種材料とそれを分解する能力を有するエッチングガス
を組み合わせた種々の場合であっても適用できること
は、上述した原理からして極めて明瞭である。またエッ
チングは光励起エッチング以外のプラズマエッチングや
ガスエッチングでもよいことも、もちろんである。Ｓｉ
₃Ｎ₄のプラズマエッチングにはＣＦ₄等のガスを用い
てもよい。

【００２１】また、図２は、本発明の第２の実施の形態
に係る不純物検出方法に用いる金属捕集用熱処理炉の模
式断面図である。この実施の形態においては、金属等の
不純物捕集被膜として、ＴｉＳｉＮ膜７３を用いた。Ｔ
ｉＳｉＮ膜７３は、アモルファス構造を有するため、４
５０℃くらいで容易に相変位を起こし、Ｓｉ基板中の不
純物であるＦｅやＣｕがＴｉＳｉＮ膜内に拡散蓄積す
る。本発明の第２の実施の形態においては、まず、厚さ
５ｎｍのＴｉＳｉＮ膜７３を表面に被覆・堆積したＳｉ
ウェハ３を石英製反応管６１内に配置する。そして、石
英製反応管６１内に図２に示すようにＡｒガスを通じて
４００℃に昇温し、３０分の熱処理を行う。その結果、
シリコンウェハ表面の金属不純物はＴｉＳｉＮ膜７３に
拡散蓄積される。熱処理後、このウェハをドライ・エッ
チングし、高分解能ＩＣＰ質量分析を行う。たとえば、
本発明の第１の実施の形態と同様に図３に示すエッチン
グ装置を用いて遠紫外線レーザを照射して、光エッチン
グを行ない、エッチング後の反応生成物を含むガスを高
分解能ＩＣＰ質量分析装置９に導入し、金属元素の定量
を行う。図２の石英製反応管６１中にセットしたまま、
エッチングガスを流してガスエッチングを行って、反応
ガスを直接高分解能ＩＣＰ質量分析装置９に導入すれ
ば、されに周辺からの汚染は少なくできる。また、本発
明の第１および第２の実施の形態のように、微量の不純
物を測定する際には反応ガス自体の不純物量を低減させ
る必要があるが、例えば特願平７−６７２６３号に示さ
れる方法で反応ガスを精製すれば良い。

【００２２】すなわち図８に示すように石英管からなる
円筒容器４１，４２にそれぞれＮａＯＨ粒子４３，Ｔｉ
Ｎ膜４４を挿入し、ＴｉＮをヒータ４５等で加熱しなが
ら円筒容器４１，４２に反応ガスを通過させることでＳ
Ｆ₆，ＮＦ₃等の反応ガス中の不純物をＮａＯＨ粒子４
３，ＴｉＮ膜４４に吸着させ、不純物量を低減させるこ
とができる。同様にＳｉＨ₄ガス，ＮＨ₃ガスを精製す
ることにより光ＣＶＤされる窒化膜も高純度化される。

【００２３】表１に本発明の第１および第２の実施の形
態によって定量した結果、および比較例として図７に示
した方法によりウェット・エッチングにより分解して試
料をネブライザー／高分解能ＩＣＰ質量分析装置および
加熱気化／四重極ＩＣＰ質量分析装置によって得られた
値を示す。

【００２４】

【表１】この表から明らかのように、金属の拡散係数の小さいＳ
ｉ₃Ｎ₄膜やＴｉＳｉＮ膜を金属不純物の不純物捕集用
被膜として用い、レーザ・エッチング等のドライ・エッ
チングにより不純物捕集用被膜をエッチング・分解する
手法により、従来法と比較して、２〜３００倍の高感度
な検出を行うことが可能である。

【００２５】表１に明らかなように、本発明はＳｉ中の
金属不純物を１０⁹ｃｍ^-3オーダーで測定でき、ｐｐｔ
以下の超微量不純物の分析が可能である。したがって測
定時の雰囲気からの汚染には十分な注意が必要である。
本発明の第１および第２の実施の形態では、熱処理後シ
リコンウェハ３を一旦大気中に出し、その後光励起エッ
チング室１にシリコンウェハ（シリコン基板）３をセッ
トする例を主に説明したが、大気に露出することや、ウ
ェハ・ハンドリング時に表面が汚染される心配がある。
図５は、本発明の第３の実施の形態に係り、熱処理と光
励起エッチングを同一反応管６１の内部で行うことによ
り、周辺からの汚染をなくし、さらに高感度な測定を可
能とするものである。

【００２６】図５に示す本発明の第３の実施の形態で
は、第１の実施の形態と同様に被測定物としてシリコン
基板３を用いた場合で、まずシリコン基板の表面・裏面
および側面上に２０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄膜を付着堆積させ
金属捕集用被膜としこれを反応管６１内に配置する。次
に、石英製反応管６１内にバルブ５２を開け、Ａｒガス
を通じて赤外線加熱ランプ１８でシリコンウェハを加熱
し、１２００℃に昇温し１時間の高温熱処理を行うこと
によりシリコンウェハ内の金属不純物をＳｉ₃Ｎ₄膜内
に拡散蓄積する。熱処理後、バルブ５２を閉じ、バルブ
５３を開け、ＳＦ₆等のフッ素化合物のエッチングガス
を流し、サファイア窓４を介して遠紫外線レーザを照射
して、Ｓｉ₃Ｎ₄膜を選択的に光励起エッチングする。
ＳＦ₆ガスは図８に示すようなガス精製装置で純化すれ
ばよい。図８のＮａＯＨ粒子４３の代わりにゼオライト
等の多孔質物質を用いてもよい。また図８の精製装置と
ゼオライト系の精製装置を直列に接続してもよい。他の
金属触媒系の精製装置を用いてもよい。遠紫外線レーザ
に関しては、シリコンおよびＳｉ₃Ｎ₄膜における光吸
収係数の大きい波長が３１０ｎｍ以下の光、すなわちＸ
ｅＣｌ（λ＝３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（λ＝２４９ｎ
ｍ）、あるいはＡｒＦ（λ＝１９３ｎｍ）などのエキマ
レーザ発振機５で発生した遠紫外光をシリコン基板３上
に照射する。Ｈｇランプや、Ｈｇ−Ｘｅランプを用いて
光励起エッチングしてもよい。反応管６１には、反応ガ
スを吸気するための吸気管６および排気するための排気
管７が取り付けられ、排気管７に取り付けられたバルブ
６１を開け、エッチング生成物を高分解能ＩＣＰ質量分
析装置９へ導入し定量分析を行う。

【００２７】本発明の第３の実施の形態によれば、熱処
理後Ｓｉウェハ３を大気中に露出することなく、同一反
応管６１中で質量分析まで行えるので、周辺の大気から
の汚染やウェハ・ハンドリングに伴う汚染は極めて少な
くなる。

【００２８】図６は本発明の第４の実施の形態に係る分
析装置を示す概略図で、同一反応室１内で光ＣＶＤ，熱
処理，光エッチングの全工程が可能となり、さらに周辺
の大気中からの汚染やウェハ・ハンドリングに伴う汚染
を少なくできるものである。図６では、まず反応室１内
の基板保持台２の上にシリコンウェハ（シリコン基板）
３を配置し、次にこの反応室内にバルブ５５とバルブ５
４を開け、図８に例示するような所定の精製装置を用い
て純化されたモノシラン（ＳｉＨ₄）ガスとＮＨ₃ガス
を流すとともにシリコン基板３に光導入用窓４を介して
レーザ照射し光ＣＶＤを行う。ＳｉＨ₄ガスと同時にＮ
₂ガスあるいはＨ₂ガスをキャリアガスとして流しても
よい。この時赤外線ランプ２８からの赤外線も同時に光
導入用窓４を介してシリコン基板３上に照射して基板を
１５０〜３００℃に加熱してもよい。すなわち、ＳｉＨ
₄分子およびＮＨ₃分子はレーザを吸収し、光分解し、
シリコン基板３表面に窒化膜７２が光反応により形成さ
れる。次に、バルブ５５とバルブ５４とを閉じ、反応室
１内のガスを熱処理用のガスに切り換える。すなわちバ
ルブ５２を開けＡｒガスを流しながら、赤外線加熱ラン
プ２８で１０００℃〜１２５０℃の所定の温度までシリ
コン基板３を加熱する。この熱処理条件はシリコン基板
３の表面から、どの深さまでの不純物情報を必要とする
かに応じて、決めればよい。すなわち、熱処理条件を変
えることにより、深さ方向の不純物プロファイルも測定
可能となる。なお、赤外線加熱ランプ用ミラー２７とし
て回転楕円体のミラーを用い、シリコン基板３をランプ
と共焦点配置とすれば１３００℃程度まで容易に加熱で
きる。この後バルブ５２を閉じ、バルブ５３あるいはバ
ルブ５６を開けて光エッチング用のフッ素化合物である
ＳＦ₆あるいはＮＦ₃ガスに切り替えて、再びエキシマ
レーザ光を照射する。レーザ照射された窒化膜は光励起
されて昇温し、窒化膜近傍のＳＦ₆あるいはＮＦ₃等の
エッチングガスを励起して分解させ、反応性に富んだフ
ッ素原子あるいはフッ素ラジカルを発生させてシリコン
窒化膜７２をエッチングする。ＳＦ₆ガスやＮＦ₃ガス
も所定の精製装置により所定の純度に純化されたものを
用いる。このとき、エッチングの反応生成物を含むガス
をバルブ６１を開けて直接ＩＣＰ質量分析装置に導入す
ることにより、高感度に金属元素を定量できる。ＩＣＰ
質量分析装置９の内部は油回転ポンプ３９とバルブ５１
を用いて排気する。また光ＣＶＤ中、および熱処理中は
バルブ６１を閉じ、ＩＣＰ質量分析装置９が汚染される
のを防ぐ。光ＣＶＤ中、および熱処理中はバルブ６５あ
るいはバルブ６４を開けてＮＨ₃ガス等を排気する。図
６に示した装置を用いて光ＣＶＤ，熱処理，光エッチン
グを同一反応室１内で行えば、周辺の大気からの汚染等
は全く受けることがなくなるので、ｐｐｔレベルの不純
物分析を簡単に行うことができる。なお、窒化膜をガス
エッチングやプラズマエッチングでエッチングしてもよ
く、プラズマエッチングの場合は油回転ポンプ３９の代
わりにメカニカル・ブースター・ポンプやターボ分子ポ
ンプを用い、ＩＣＰ質量分析装置９の代わりに高感度４
重極質量分析装置を用いてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば金
属不純物を測定時の周辺部からの汚染の影響を受けるこ
となく、かつ高感度に検出することが可能である。従っ
て、本発明は、アルカリ金属、重金属等が素子特性に大
きな影響を与える各種半導体装置の製造歩留まりの向上
および信頼性の向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る不純物捕集用
熱処理炉の模式断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る不純物捕集用
熱処理炉の模式断面図である。

【図３】本発明のエッチング・分析装置の概略図であ
る。

【図４】本発明の原理を説明する図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る分析装置の概
略図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係る分析装置の概
略図である。

【図７】従来のウェット・処理を示す図である。

【図８】本発明に用いる反応ガスの精製装置の断面図で
ある。

【符号の説明】

１エッチング室（反応室）２基板保持台３基板（Ｓｉ基板など）４光導入用窓５遠紫外線レーザ発振器６吸気管７排気管８加熱ヒータ９高分解能ＩＣＰ質量分析装置１７，２７赤外線加熱ランプ用ミラー１８，２８赤外線加熱ランプ３９油回転ポンプ（真空排気ポンプ）４１，４２円筒容器４３ＮａＯＨ粒子４４ＴｉＮ膜４５ヒータ５１，５２，５３，５４，５５，５６，６１，６２，６
３バルブ６１石英反応管６２ヒーター（カンタル線など）６３石英ボート７１被測定物７２不純物捕集用被膜７３ＴｉＳｉＮ膜（不純物捕集用被膜）１０１密閉容器１０３テフロン容器１０７Ａ，１０７Ｂ加熱手段１０９Ａ，１０９Ｂ容器１１９Ａ，１１９Ｂ酸蒸気

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物中、又は被測定物の表面の不純
物を検出する方法であって、該被測定物の表面に該不純物の拡散定数が該被測定物中
における値と同等もしくはそれ以下の値である不純物捕
集用被膜を形成し、該不純物捕集用被膜をドライ・エッチングし、エッチン
グによる反応生成物を分析することにより該不純物捕集
用被膜に捕集された不純物を検出することを特徴とする
不純物検出方法。
【請求項２】次の各工程からなる不純物検出方法。（イ）被測定物の表面に対象とする不純物の拡散定数の
値が被測定物中の値と同等もしくはそれ以下の値を有し
た不純物捕集被膜を形成する第１工程（ロ）該被測定物を熱処理することにより、不純物を不
純物捕集用被膜に捕集する第２工程（ハ）該不純物捕集被膜をドライ・エッチングし、エッ
チング反応生成物を分析する第３工程
【請求項３】前記ドライ・エッチングは光励起エッチ
ングであることを特徴とする請求項１又は２記載の不純
物検出方法。