JPH098088A - Silicon wafer analyzing method - Google Patents
Silicon wafer analyzing methodInfo
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- JPH098088A JPH098088A JP15890995A JP15890995A JPH098088A JP H098088 A JPH098088 A JP H098088A JP 15890995 A JP15890995 A JP 15890995A JP 15890995 A JP15890995 A JP 15890995A JP H098088 A JPH098088 A JP H098088A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン半導体デバイ
スにおけるシリコンウェハ中の不純物やウェハプロセス
での微量重金属汚染など、半導体素子の特性に関係する
元素分析に係わるシリコンウェハ分析方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon wafer analysis method relating to elemental analysis related to characteristics of semiconductor elements such as impurities in silicon wafers in silicon semiconductor devices and trace heavy metal contamination in a wafer process.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体の高集積化に伴って、シリコンウ
ェハ上の不純物汚染の低減がますます重要になってきて
いる。これは、特に金属汚染は接合リーク、酸化誘起欠
陥、酸化膜絶縁耐圧などに影響するためで、製造プロセ
スでの不純物が歩留り低下の大きな要因になっている。2. Description of the Related Art With the high integration of semiconductors, it is becoming more and more important to reduce impurity contamination on silicon wafers. This is particularly because metal contamination affects junction leakage, oxidation-induced defects, oxide film withstand voltage, and the like, and impurities in the manufacturing process are a major factor of yield reduction.
【0003】また、電力用半導体デバイス等のパワーデ
バイスにおいては基本的に縦型のデバイスであるため、
シリコンウェハ上の不純物汚染のほかに、シリコン材料
中のppbレベルの極微量不純物量およびその分布が大
きく影響する。これは、酸化・拡散プロセス中での金属
汚染は、それ自体が電荷の発生・再結合中心として働き
デバイス不良の原因となる。その上、デバイス製造工程
の残留ダメージや歪みと相乗され、結晶欠陥を誘起する
原因にもなる。結晶欠陥が導入されると、リーク電流の
増大や信頼性劣化などの不良を招く。しかも、汚染はプ
ロセス初期からの蓄積効果があるためそれ以前の工程か
らの汚染の影響を受ける。In addition, since power devices such as power semiconductor devices are basically vertical devices,
In addition to impurity contamination on the silicon wafer, the ppb level trace amount of impurities in the silicon material and its distribution have a great influence. This is because metal contamination in the oxidation / diffusion process itself acts as a charge generation / recombination center, causing device failure. In addition, it is synergistic with residual damage and strain in the device manufacturing process, which causes crystal defects. When crystal defects are introduced, defects such as increase of leak current and deterioration of reliability are caused. Moreover, since the pollution has an accumulation effect from the early stage of the process, it is affected by the pollution from the previous steps.
【0004】すなわち、ウェハ作製段階からの汚染の多
少が、製造歩留りを左右する傾向がより顕著になってい
る。製造ラインにおいては、これを制御するため、金属
量10 10atoms/cm2 レベルを定量下限とするシリコンウェ
ハの微量金属分析法が求められている。また、シリコン
ウェハは、金属シリコン(純度97〜99%)に塩化水素を
反応させ、トリクロロシラン(SiHCl3)を得る。これを
精留したのち、水素還元あるいは熱溶解反応により、高
純度多結晶シリコンを作る。次に再溶融して単結晶イン
ゴットにする。この場合、純度100 %のシリコンは 260
000 Ω・cmの高い抵抗率を示す。半導体としての働き
をさせるためには、適当なドープ剤 ( B、P 、As、Sbな
ど)を極微量加え抵抗率を制御する。ドープ剤以外の不
純物の混入は極力防止する必要があり、例えば元素の性
質で8つの族に分類される周期律表の3族元素は 0.3pp
b 以下、5族元素は 1.5ppb 以下、重金属は 0.1ppb 以
下、その他炭素、酸素以外の元素は 0.001以下でなけれ
ばならないと言われている。That is, there is a large amount of contamination from the wafer manufacturing stage.
However, the tendency to influence the manufacturing yield becomes more remarkable.
You. In order to control this on the production line, metal
Quantity 10 Tenatoms / cm2 Silicon wafer with level as the lower limit of quantification
Ha trace metal analysis method is required. Also silicon
The wafer has hydrogen chloride on metallic silicon (purity 97-99%).
React and react with trichlorosilane (SiHClThreeGet) this
After rectification, the hydrogen content is reduced by hydrogen reduction or thermal dissolution reaction.
Make pure polycrystalline silicon. Then re-melt and single crystal
Turn it into a got. In this case, 260% pure 100% silicon
It shows a high resistivity of 000 Ω · cm. Function as a semiconductor
In order to obtain the appropriate doping agent (B, P, As, Sb
To control the resistivity. Other than the doping agent
It is necessary to prevent the mixture of pure substances as much as possible.
Group 3 elements of the Periodic Table classified into 8 groups by quality are 0.3pp
b or less, Group 5 elements less than 1.5 ppb, heavy metals less than 0.1 ppb
Below, other elements other than carbon and oxygen must be 0.001 or less.
It is said that it must be done.
【0005】このインゴットをウェハ状(厚さ 500〜75
0 μm)に切断、研磨加工して鏡面ウェハにする。この
ウェハを主材料として半導体素子が製作される。This ingot is formed into a wafer (thickness 500 to 75
0 μm) and polished to make a mirror surface wafer. A semiconductor element is manufactured using this wafer as a main material.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上のことから、シリ
コンウェハ表面酸化膜とそのシリコン基板中の金属量
(濃度)に対して ppt〜ppb レベルを定量下限とする微
量分析方法が求められている。しかも、ウェハプロセス
途中での汚染源を推定するためには、シリコンウェハの
表面からの深さ方向の不純物分布を知ること、すなわち
階層的分析評価は重要である。In light of the above, there is a demand for a microanalysis method in which the ppt to ppb level is the lower limit of quantification for the amount of metal (concentration) in the silicon wafer surface oxide film and its silicon substrate. . Moreover, in order to estimate the contamination source during the wafer process, it is important to know the impurity distribution in the depth direction from the surface of the silicon wafer, that is, the hierarchical analysis and evaluation.
【0007】一般に半導体材料のシリコン中の極微量不
純物分析法としては、発光分析、固体質量分析、放射化
分析、赤外分光、蛍光X線分析とライフタイム測定(電
気的手法)の一般的な方法が日本分析化学会編「分析化
学便覧」改定四版(1991)に述べられている。そのほかに
は、シリコンウェハ表面を分析対象とした微量金属分析
法としては、全反射蛍光X線分析、気相溶解法と組み合
わせた原子吸光法やプラズマ質量分析法などが一般に行
われている。[0007] Generally, as a method for analyzing an extremely small amount of impurities in silicon of a semiconductor material, general methods such as emission analysis, solid mass spectrometry, activation analysis, infrared spectroscopy, fluorescent X-ray analysis and lifetime measurement (electrical method) are used. The method is described in "Analytical Chemistry Handbook", 4th edition (1991), edited by Japan Society for Analytical Chemistry. In addition, as a trace metal analysis method for analyzing the surface of a silicon wafer, a total reflection X-ray fluorescence analysis, an atomic absorption method combined with a gas phase dissolution method, a plasma mass spectrometry method and the like are generally performed.
【0008】しかしながら、上述の一般的なシリコン中
の微量分析方法は、試料のシリコンを1〜2mmの小片
または1〜10g程度を必要とするシリコン基材につい
ての金属分析法であることやシリコン単結晶中の酸素・
炭素分析法およびシリコンウェハ表面のみの金属分析法
であり、シリコンウェハ表面酸化膜と拡散領域層とシリ
コン基材の階層的分析評価には適さない。[0008] However, the above-mentioned general trace analysis method for silicon is a metal analysis method for a silicon base material which requires a piece of silicon of 1 to 2 mm or about 1 to 10 g of silicon of a sample, and a silicon single analysis method. Oxygen in crystals
It is a carbon analysis method and a metal analysis method only for the silicon wafer surface, and is not suitable for hierarchical analysis and evaluation of the silicon wafer surface oxide film, diffusion region layer, and silicon substrate.
【0009】さらに、この分析目的を達成するために重
要な分析試料調製方法には定まった最適な方法がないこ
とから、本分析には適さない。この発明は上述の点に鑑
みてなされ、その目的は、鉄、銅、クロム、ニッケルな
どの重金属成分の高感度かつ高精度な微量金属分析評価
方法に適した、シリコンウェハから各層別にサンプリン
グするシリコンウェハ分析方法を提供することにある。Furthermore, since there is no fixed optimum method for the analytical sample preparation method important for achieving this analytical purpose, it is not suitable for this analysis. The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is suitable for a highly sensitive and highly accurate trace metal analysis and evaluation method of heavy metal components such as iron, copper, chromium, and nickel, and silicon sampled for each layer from a silicon wafer. It is to provide a wafer analysis method.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、最表面に酸化膜を有し、その下層に拡散領域層を
有するシリコンウェハについて金属元素を定量分析する
シリコンウェハ分析方法において、酸化膜全てを溶解溶
液化し、次いで金属拡散領域層を所定の厚さ溶解溶液化
し、次いでシリコンウェハの残部を1または複数回所定
の厚さまたは所定の重量溶解溶液化し、これらの各溶解
溶液を原子吸光方法により定量分析することとする。In order to achieve the above object, in a silicon wafer analysis method for quantitatively analyzing a metal element in a silicon wafer having an oxide film on the outermost surface and a diffusion region layer under the oxide film, The entire oxide film is dissolved into a solution, then the metal diffusion region layer is dissolved into a solution having a predetermined thickness, and then the remainder of the silicon wafer is dissolved into a solution having a predetermined thickness or a predetermined weight one or more times. Quantitative analysis will be performed by the atomic absorption method.
【0011】前記溶解溶液化の方法は、シリコンウェハ
の表面酸化膜をフッ化水素酸を滴下して溶解溶液化す
る、前記酸化膜の溶解除去した後、拡散領域層をフッ化
水素酸と硝酸の混酸を用いて、溶解溶液化する、前記拡
散領域層の溶解除去した後、シリコンウェハの残部をフ
ッ化水素酸と硝酸の混酸を用いて、溶解溶液化する、こ
ととする。The dissolution solution is formed by dropping hydrofluoric acid onto the surface oxide film of the silicon wafer to form a dissolution solution. After removing the oxide film by dissolution, the diffusion region layer is hydrofluoric acid and nitric acid. It is assumed that the mixed solution is used as a solution, and after the diffusion region layer is dissolved and removed, the remaining portion of the silicon wafer is made into a solution using a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid.
【0012】前記拡散領域層の溶解溶液化に用いる前記
混酸は、その濃度がフッ化水素酸18〜22%、硝酸3
0〜40%であると良い。前記シリコンウェハの残部の
溶解溶液に用いる前記混酸の濃度は20〜25%であ
り、かつ密閉容器で加熱溶解溶液化すると良い。前記溶
解溶液化は、平板に複数の高さが一定の突起を有する治
具を用い、突起の上に置かれたシリコンウェハと平板と
の間だけに溶解溶液を保持して行うと良い。The mixed acid used for dissolving the diffusion region layer has a concentration of hydrofluoric acid of 18 to 22% and nitric acid of 3%.
It is good to be 0 to 40%. The concentration of the mixed acid used in the solution of the remainder of the silicon wafer is 20 to 25%, and the solution may be heated and dissolved in a closed container. It is preferable that the dissolving solution is formed by using a jig having a plurality of protrusions having a constant height on a flat plate and holding the dissolving solution only between the silicon wafer and the flat plate placed on the protrusions.
【0013】[0013]
【作用】本発明によれば、最表面に酸化膜を有し、その
下層に拡散領域層を有するシリコンウェハについて、酸
化膜全てを溶解溶液化し、次いで金属拡散領域層を所定
の厚さ溶解溶液化し、次いでシリコンウェハの残部を1
または複数回所定の厚さまたは所定の重量溶解溶液化
し、これらの各溶解溶液を原子吸光方法により定量分析
することとしたために、酸化層、拡散領域層および残部
の各層毎の溶解量が明確であり、原子吸光方法により高
精度に分析できる。According to the present invention, for a silicon wafer having an oxide film on the outermost surface and a diffusion region layer underneath it, the entire oxide film is dissolved into a solution and then the metal diffusion region layer is dissolved into a solution of a predetermined thickness. And then the rest of the silicon wafer to 1
Alternatively, since the solution was made into a solution having a predetermined thickness or a predetermined weight by multiple times and each of these solutions was quantitatively analyzed by the atomic absorption method, the amount of dissolution for each layer of the oxide layer, the diffusion region layer and the rest was clear. Yes, it can be analyzed with high accuracy by the atomic absorption method.
【0014】また、表面酸化膜はSiO2 が主体のもの
であるからフッ化水素酸(HF)によって酸化膜のみの
溶解溶液化ができる。反応式は次式で表される。Further, since the surface oxide film is mainly composed of SiO 2, only the oxide film can be dissolved and made into a solution by hydrofluoric acid (HF). The reaction formula is represented by the following formula.
【0015】[0015]
【化1】 また、拡散領域層はSiが主体のもので微量重金属を含
むものであるから、これを溶液化する試料調製は、HF
と硝酸(HNO3 )の混酸によって溶解溶液化ができ
る。ここで用いる混酸の作用は次式で表される。Embedded image Further, since the diffusion region layer is mainly composed of Si and contains a trace amount of heavy metal, the sample preparation for making it into a solution is performed with HF.
And it is a lysis solution by mixed acid of nitric acid (HNO 3). The action of the mixed acid used here is represented by the following formula.
【0016】[0016]
【化2】 いずれの場合も、反応生成物質のH2 SiF6 が主体の
溶液化した試料液には目的とする、鉄、銅、ニッケル、
クロムなどの金属が同時に溶解している。この調製方法
は、表面から約50μm の厚さを溶解するため突起部の
あるフッ素系樹脂(ポリテトラフルオロエチレン)治具
と前記の混酸からなるものに処理する面を下向きにして
接触させて行なうことで可能になる。表面から約50μ
mの厚さを溶解するには、混酸の濃度と接触時間を調製
して行なうので簡便にできる。Embedded image In any case, the target sample solution containing H 2 SiF 6 as a reaction product is iron, copper, nickel,
Metals such as chromium are melting at the same time. This preparation method is carried out by contacting the fluororesin (polytetrafluoroethylene) jig having protrusions with the jig made of the above mixed acid so that the surface to be treated faces downward so as to dissolve a thickness of about 50 μm from the surface. It will be possible. About 50μ from the surface
To dissolve the thickness of m, the concentration of the mixed acid and the contact time are adjusted so that it can be easily performed.
【0017】さらに、シリコンウェハ残部そのもののS
iの溶解溶液化は、微量金属分析のため約1g程度の試
料を溶液化するが、前記同様にHFとHNO3 の混酸を
用い、かつ密閉容器による方法にしたため、溶解が迅速
でかつ雰囲気からの汚染を防止することができる。Further, the S of the rest of the silicon wafer itself
The solution of i as a solution is to dissolve about 1 g of sample for the analysis of trace metals. However, as in the above case, a mixed acid of HF and HNO 3 is used and a closed container is used. The pollution of can be prevented.
【0018】[0018]
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、本発明の実施例に係わる分析試料調製手
順を示す流れ図である。このシリコンウェハは、GTO
(Gate Turn Off) サイリスタなどのウェハプロセスに用
いられるもので、表面酸化膜、拡散領域層、シリコンウ
ェハ基材からなる。各層部位の微量重金属分析を目的に
試料調製法と測定法によって評価できるようにした流れ
図を示した。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow chart showing an analytical sample preparation procedure according to an example of the present invention. This silicon wafer is GTO
(Gate Turn Off) Used in wafer processes such as thyristors, consisting of a surface oxide film, diffusion region layer, and silicon wafer base material. The flow charts that enable evaluation by the sample preparation method and the measurement method for the purpose of trace heavy metal analysis of each layer site are shown.
【0019】分析試料調製手順について説明する。 (1)シリコンウェハの表面酸化膜中の微量金属を定量
分析するには、表面の膜が、SiO2 であるからHFに
よって酸化膜のみが溶解溶液化ができ、この処理液につ
いて、フレームレス原子吸光法により分析できる。手順
は、例えば試料の4インチ・シリコンウェハの表面にH
Fを 400μl滴下する。HFは高純度試薬(濃度38%)
のものをマイクロピペットで 100μlづつ、ウェハ中心
部から縦横左右に滴下し、HFが全面に広がってから5
分間放置して酸化膜を完全に溶液化する。この液と次に
ウェハ表面の洗浄を超純水を滴下して全面を洗い流し、
フッ素系樹脂製容器に回収して全量が3mlになるよう
に定容する。この方法の化学反応は次式で表される。A procedure for preparing an analytical sample will be described. (1) For quantitative analysis of trace metals in the surface oxide film of a silicon wafer, since the surface film is SiO 2 , only the oxide film can be dissolved and dissolved by HF. It can be analyzed by an absorption method. The procedure is, for example, H
Add 400 μl of F dropwise. HF is a high-purity reagent (concentration 38%)
100 μl of each of them was dropped from the center of the wafer horizontally, vertically, horizontally, and 5 times after the HF spread over the entire surface.
Leave it for a minute to completely dissolve the oxide film. To wash the surface of this liquid and then the wafer, rinse the entire surface with ultrapure water.
Collect in a container made of fluororesin and adjust the total volume to 3 ml. The chemical reaction of this method is represented by the following formula.
【0020】[0020]
【化3】 ウェハの酸化膜のみが溶解溶液化でき、かつ膜中の重金
属も同時に溶解されて回収される。このように、HF滴
下溶解溶液化の試料調製が容易にできる。その後は、分
液の工程を経て微量重金属の測定が行われる。 (2)シリコンウェハ拡散領域層の微量金属を定量分析
するには、前記シリコンウェハの酸化膜を溶解除去した
ものを用いる。その表面はSiが主体であるから、これ
を溶液化する試料調製は、HFとHNO3 の混酸によっ
て溶解溶液化ができ、この処理液について、フレームレ
ス原子吸光法により分析できる。Embedded image Only the oxide film of the wafer can be dissolved and the heavy metal in the film is also dissolved and recovered at the same time. In this way, the sample preparation for HF dropping dissolution solution can be easily performed. After that, a trace amount of heavy metals is measured through a liquid separation process. (2) To quantitatively analyze a trace amount of metal in the silicon wafer diffusion region layer, a silicon wafer obtained by dissolving and removing the oxide film is used. Since its surface is mainly composed of Si, the sample preparation for making it into a solution can be made into a solution by dissolving with a mixed acid of HF and HNO 3 , and this treatment liquid can be analyzed by the flameless atomic absorption method.
【0021】手順は、例えば表面酸化膜を除去したもの
を予め超純水で洗浄する。次に乾燥するが、この時の汚
染を防止するため、クリーンベンチ内で自然乾燥する。
拡散領域層の溶解は、表面から約50μmの厚さを溶解
するため、突起部のあるフッ素系樹脂の治具へHFとH
NO3 の混酸の所定量を入れたものに処理する面を下向
きにして接触させる。ここで用いる混酸との反応は次式
で表される。As the procedure, for example, the product from which the surface oxide film has been removed is washed beforehand with ultrapure water. Next, it is dried, but it is naturally dried in a clean bench to prevent contamination at this time.
Since the diffusion region layer is melted to a thickness of about 50 μm from the surface, HF and H
A predetermined amount of NO 3 mixed acid is put into contact with the surface to be treated facing downward. The reaction with the mixed acid used here is represented by the following formula.
【0022】[0022]
【化4】 混酸の濃度は、HF20%、HNO3 35%のもので、
混酸との接触時間は 100秒間で行う。溶解溶液化した試
料液は、容量 100mlの白金製の蒸発皿に移し、濃縮す
る。この液をフッ素系樹脂製容器に回収して全量が3m
lになるように定容する。Embedded image The concentration of mixed acid is HF 20%, HNO 3 35%,
The contact time with mixed acid is 100 seconds. Transfer the dissolved sample solution to a platinum evaporation dish with a volume of 100 ml and concentrate. This liquid was collected in a container made of fluorine resin and the total amount was 3 m.
Adjust the volume to l.
【0023】この方法によって、ウェハの拡散領域層の
厚さ約50〜60μmが溶解溶液化ができ、微量金属も
同様に溶解されて回収される。その後は、微量金属の測
定が行われる。 (3)シリコンウェハ基板の微量金属を定量分析するに
は、前記シリコンウェハの拡散領域層を溶解除去したも
のを用いる。シリコンウェハ残部そのものを溶液化する
試料調製は、HFとHNO3 の混酸によって溶解溶液化
ができ、この処理液について、フレームレス原子吸光法
により分析できる。By this method, the diffusion region layer of the wafer having a thickness of about 50 to 60 μm can be dissolved into a solution, and trace metals are similarly dissolved and recovered. After that, measurement of trace metals is performed. (3) To quantitatively analyze a trace amount of metal on the silicon wafer substrate, a silicon wafer obtained by dissolving and removing the diffusion region layer is used. The sample preparation in which the remainder of the silicon wafer itself is made into a solution can be made into a solution by dissolving with a mixed acid of HF and HNO 3 , and this treatment liquid can be analyzed by the flameless atomic absorption method.
【0024】手順は、例えば拡散領域層を除去したもの
を予め超純水で洗浄する。次に乾燥するが、この時の汚
染を防止するため、クリーンベンチ内で自然乾燥する。
シリコンウェハ残部(バルク)の溶解は、微量金属分析
のため約1g程度の試料を溶液化するが、その試料の粉
砕はクリーンベンチ内で操作し、破砕はサイズ約2mm
程度とする。この洗浄は、HFで約1分間の浸漬洗浄
し、次いで超純水で仕上げ洗浄を行う。As the procedure, for example, the one from which the diffusion region layer is removed is washed with ultrapure water in advance. Next, it is dried, but it is naturally dried in a clean bench to prevent contamination at this time.
To dissolve the rest of silicon wafer (bulk), about 1 g of sample is solubilized for trace metal analysis. Grinding of the sample is operated in a clean bench, and crushing is about 2 mm in size.
The degree. This cleaning is performed by immersion cleaning with HF for about 1 minute, and then finish cleaning with ultrapure water.
【0025】次に、前記同様の乾燥を行い所定量を秤量
して溶解溶液化する。溶解に用いるHFとHNO3 の混
酸の濃度が20〜25%であり、かつ密閉容器で加熱溶
解する。この方法は、マイクロウェーブ溶解装置・方法
を適用し、処理雰囲気からの汚染を防止している。次に
試料液は、容量 100mlの白金製の蒸発皿に移し、濃縮
する。濃縮操作はクリーンドラフト内で行い汚染を防止
している。この液をフッ素系樹脂製容器に回収して全量
が3mlになるように定容する。その後は、微量金属の
測定が行われる。Next, the same drying as described above is performed, and a predetermined amount is weighed to form a solution. The concentration of the mixed acid of HF and HNO 3 used for dissolution is 20 to 25%, and it is dissolved by heating in a closed container. This method uses a microwave melting device / method to prevent contamination from the processing atmosphere. Then transfer the sample solution to a platinum evaporation dish with a volume of 100 ml and concentrate. The concentration operation is performed in a clean draft to prevent contamination. This liquid is collected in a container made of a fluororesin and adjusted to a constant volume of 3 ml. After that, measurement of trace metals is performed.
【0026】この方法によって、シリコンウェハ残部の
溶解溶液化ができ、微量金属も同時に溶解され回収され
る。このように、約1g程度の量を溶解溶液化するのに
密閉容器による方法で、迅速かつ処理雰囲気からの汚染
が防止できるようにした。なお、試料処理工程は、処理
雰囲気からの汚染を防止するため、クリーンルーム内で
クリーンドラフトおよびクリーンベンチを用い、清浄度
を高めている。By this method, the remainder of the silicon wafer can be dissolved into a solution, and trace metals can be dissolved and collected at the same time. In this way, a method using a closed container was used to form a solution of about 1 g in an amount so that the contamination from the processing atmosphere could be prevented quickly. In the sample processing step, in order to prevent contamination from the processing atmosphere, a clean draft and a clean bench are used in the clean room to improve cleanliness.
【0027】(4)次に、元素の測定方法について説明
する。図2は、本発明の実施例に係わるフレームレス原
子吸光装置の構成を示す図である。前記試料のシリコン
ウェハの各層部位の微量元素分析を目的に前処理調製し
た処理液について、各元素の測定を行うためのものであ
る。(4) Next, the method for measuring the elements will be described. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a flameless atomic absorption spectrometer according to an embodiment of the present invention. This is for measuring each element of the treatment liquid prepared in advance for the purpose of trace element analysis of each layer portion of the silicon wafer of the sample.
【0028】フレームレス原子吸光法は、原子化部が黒
鉛炉3からなる現在最も高感度化に有用な原子化法であ
る。この特徴は、管状の黒鉛炉に極少量の試料を注入
し、これを完全に気化させることによって高感度が得ら
れることにある。この場合、試料液Sの5〜50μlレ
ベルを黒鉛炉3の上部の小孔にマイクロピペット4から
注入される。電極2は黒鉛炉3に電流を流して発生する
ジュール熱で加熱するためのものである。中空陰極管1
の光源から発せられた照射光Lは、黒鉛炉3内の原子化
された状態に照射され、分光器5を経て検出器6に至
り、検出器6で光の吸収が測定される。次いで、信号処
理部7を経て表示部8に吸光度が出力される。The flameless atomic absorption method is currently the most useful atomization method in which the atomization part is composed of the graphite furnace 3 and which has the highest sensitivity. This feature is that high sensitivity can be obtained by injecting a very small amount of sample into a tubular graphite furnace and completely vaporizing it. In this case, a 5 to 50 μl level of the sample solution S is injected from the micropipette 4 into the small hole in the upper part of the graphite furnace 3. The electrode 2 is for heating with the Joule heat generated by passing an electric current through the graphite furnace 3. Hollow cathode tube 1
The irradiation light L emitted from the light source is irradiated to the atomized state in the graphite furnace 3, reaches the detector 6 through the spectroscope 5, and the light absorption is measured by the detector 6. Then, the absorbance is output to the display unit 8 via the signal processing unit 7.
【0029】フレームレス原子吸光法での加熱サイクル
は、試料液注入後に乾燥、灰化、原子化の過程を通るプ
ログラムを予め設定しておく。吸光シグナルは原子化後
直ちに出現しそのピーク値あるいは積分値が記録され
る。この吸光シグナル強度は、試料液中の元素濃度に比
例するので、この関係を標準液について検量線にして、
元素の定量分析が行われる。For the heating cycle in the flameless atomic absorption method, a program that goes through the processes of drying, ashing, and atomization after injecting the sample solution is set in advance. The absorption signal appears immediately after atomization and its peak value or integrated value is recorded. This absorption signal intensity is proportional to the element concentration in the sample solution, so use this relationship as a calibration curve for the standard solution,
Quantitative analysis of elements is performed.
【0030】このフレームレス原子吸光・黒鉛炉原子化
法の利点は次の通りである。多くの元素の検出限界が
フレーム原子吸光法に比べて優れている、μlレベル
の少量試料量で分析ができる、分析測定時における干
渉制御法、バックグランド補正法、自動制御機能を有
し、高感度元素分析法として適している。このようにし
て、次のような測定条件で、微量金属の吸光度と濃度と
の関係から最小二乗法により検量線が作成される。The advantages of this flameless atomic absorption / graphite furnace atomization method are as follows. The detection limit of many elements is superior to that of flame atomic absorption method, analysis with a small sample amount of μl level is possible, interference control method during analysis measurement, background correction method, automatic control function, high Suitable as a sensitive elemental analysis method. In this way, a calibration curve is created by the least-squares method from the relationship between the absorbance and the concentration of trace metals under the following measurement conditions.
【0031】表1は本発明に係る目的とする金属元素に
対する測定条件を示す。Table 1 shows the measurement conditions for the target metallic element according to the present invention.
【0032】[0032]
【表1】 [Table 1]
【0033】図3は本発明に係るFeの検量線を示す線
図である。図4は本発明に係るCuの検量線を示す線図
である。図5は本発明に係るNiの検量線を示す線図で
ある。図6は本発明に係るCrの検量線を示す線図であ
る。この時の検量線は、直線性の良好なものが得られて
いる。図3ないし図6中の検量線係数は、吸光度を求め
る式で示しており、その濃度を求める実験式は次の各式
通りである。液中の濃度X(元素)の単位はppbであ
RI,yは吸光度である。FIG. 3 is a diagram showing a calibration curve of Fe according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a calibration curve of Cu according to the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a Ni calibration curve according to the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a Cr calibration curve according to the present invention. The calibration curve obtained at this time has good linearity. The calibration curve coefficients in FIGS. 3 to 6 are represented by the formulas for determining the absorbance, and the empirical formulas for determining the concentrations are as follows. The unit of the concentration X (element) in the liquid is ppb, RI, y is the absorbance.
【0034】[0034]
【数1】X(Fe)=75.0075 y + 0.00 ×10-3 ,相
関係数=0.9826## EQU1 ## X (Fe) = 75.0075 y + 0.00 × 10 -3 , correlation coefficient = 0.9826
【0035】[0035]
【数2】X(Cu)=79.9361 y + 2.72 ×10-3 ,相
関係数=0.9998[Equation 2] X (Cu) = 79.9361 y + 2.72 × 10 −3 , correlation coefficient = 0.998
【0036】[0036]
【数3】X(Ni)=401.501 y + 5.95 ×10-3 ,相
関係数=0.9932[Formula 3] X (Ni) = 401.501 y + 5.95 × 10 −3 , correlation coefficient = 0.9932
【0037】[0037]
【数4】X(Cr)=31.0451 y − 8.42 ×10-4 ,相
関係数=0.9993 吸光度と液中の各元素濃度との相関係数は、0.9826以上
で良好であることが分かる。表2に、標準溶液を調合し
た試料を用い、前記検量線を適用して繰り返し分析精度
の検討を行った結果を示す。液中濃度50ppb以下の
レベルで繰り返し分析精度は、変動係数で1%以下で極
めて良好であることが分かる。## EQU4 ## X (Cr) = 31.0451 y-8.42 × 10 -4 , correlation coefficient = 0.9993 It is understood that the correlation coefficient between the absorbance and each element concentration in the liquid is 0.9826 or more. Table 2 shows the results of repeated examination of the analysis accuracy by using the sample prepared by preparing the standard solution and applying the calibration curve. It can be seen that the repetitive analysis accuracy is extremely good when the coefficient of variation is 1% or less at the concentration of 50 ppb or less in the liquid.
【0038】[0038]
【表2】 [Table 2]
【0039】実試料の分析を行い、本発明に係る分析方
法の有効性を確認した。シリコンウェハはGTO(Gate
Turn Off) サイリスタなどのウェハプロセスに用いられ
るもので、表面酸化膜、拡散領域層、未拡散部からなる
4インチサイズのシリコンウェハである。同じロットの
2枚のウェハに同じ条件でB(ホウ素)をイオン注入し
た後、真空拡散を行ったウェハ(A)と酸素雰囲気中拡
散を行ったウェハ(B)とを上記の検量線を用いて分
析、比較した。An actual sample was analyzed to confirm the effectiveness of the analysis method according to the present invention. Silicon wafer is GTO (Gate
Turn Off) Used in wafer processes such as thyristors, it is a 4-inch size silicon wafer consisting of a surface oxide film, a diffusion region layer, and a non-diffusion part. B (boron) was ion-implanted into two wafers in the same lot under the same conditions, and then a wafer (A) vacuum-diffused and a wafer (B) diffused in an oxygen atmosphere were subjected to the above calibration curve. It analyzed and compared.
【0040】表3に真空拡散を行ったウェハ(A)と酸
素雰囲気中拡散を行ったウェハ(B)の分析結果を示
す。Table 3 shows the analysis results of the wafer (A) subjected to vacuum diffusion and the wafer (B) subjected to diffusion in an oxygen atmosphere.
【0041】[0041]
【表3】 [Table 3]
【0042】4インチシリコンウェハの各層部位を処理
した液の分析では、微量金属が0.02〜56.1 ppbで定量で
きた。さらに前記データをもとに、単位面積および単位
体積あたりの原子数の評価ででは、シリコンウェハの表
面層、拡散領域層で、109 〜1015atoms/cm2 の評価と、
シリコンウェハ残部(バルク)で、1012〜1014atoms/cm
3 の評価ができる。In the analysis of the liquid obtained by treating each layer portion of the 4-inch silicon wafer, trace metals could be quantified at 0.02 to 56.1 ppb. Furthermore, based on the above data, in the evaluation of the number of atoms per unit area and unit volume, in the surface layer of the silicon wafer, the diffusion region layer, the evaluation of 10 9 to 10 15 atoms / cm 2 ,
Remaining silicon wafer (bulk), 10 12 to 10 14 atoms / cm
Can be evaluated as 3 .
【0043】また、真空拡散のウェハ(A)では、拡散
領域層のライフタイムが6.5μsと小さかったが、上
記分析の結果は拡散領域層は数10ppbの重金属に汚
染されていることが判り、真空拡散のウェハ(A)で
は、拡散領域層のライフタイムが6.5μsと小さかっ
たことと対応している。この発明によれば、シリコンウ
ェハの各層部位の微量金属分析が可能となったので、半
導体ウェハプロセスの重金属評価に適用できる極めて実
用的な方法と言える。In the vacuum diffusion wafer (A), the lifetime of the diffusion region layer was as small as 6.5 μs, but the results of the above analysis showed that the diffusion region layer was contaminated with several tens of ppb of heavy metal. In the vacuum diffusion wafer (A), the lifetime of the diffusion region layer was as small as 6.5 μs. According to the present invention, since it is possible to analyze a trace amount of metal in each layer portion of a silicon wafer, it can be said that it is an extremely practical method applicable to heavy metal evaluation in a semiconductor wafer process.
【0044】[0044]
【発明の効果】この発明によれば、最表面に酸化膜を有
し、その下層に拡散領域層を有するシリコンウェハにつ
いて金属元素を定量分析するシリコンウェハ分析方法に
おいて、酸化膜全てを溶解溶液化し、次いで金属拡散領
域層を所定の厚さ溶解溶液化し、次いでシリコンウェハ
の残部を1または複数回所定の厚さまたは所定の重量溶
解溶液化する試料調製工程と、これらの各溶解溶液を原
子吸光方法により定量分析する定量工程よりなるように
したため、シリコンウェハの酸化膜、拡散領域層、残部
を階層的にサンプリングでき、高精度で微量金属の定量
ができる。According to the present invention, in a silicon wafer analysis method for quantitatively analyzing a metal element in a silicon wafer having an oxide film on the outermost surface and a diffusion region layer below the oxide film, all of the oxide film is dissolved into a solution. Then, a sample preparation step in which the metal diffusion region layer is dissolved into a solution having a predetermined thickness and then the rest of the silicon wafer is dissolved into a solution having a predetermined thickness or a predetermined weight one or more times, and each of these dissolution solutions is subjected to atomic absorption. Since the method comprises the quantitative step of quantitative analysis by the method, the oxide film of the silicon wafer, the diffusion region layer, and the rest can be hierarchically sampled, and the trace metal can be quantitatively determined with high accuracy.
【0045】前記溶解溶液化は、底面に複数の高さが一
定の突起を有する浅い容器の突起高さまで溶解用液を張
り、その上にシリコンウェハの溶解する面のみが前記液
に接するようにシリコンウェハを置くことにより行われ
ると良い。分析試料調製工程と定量工程を有し、分析試
料調製工程はシリコンウェハ材料の各層部位ごとに階層
的に調製するようにしたため、各層部位ごとの微量金属
の評価ができる。The above-mentioned dissolution into solution is performed by pouring the solution for dissolution to the height of the projections of a shallow container having a plurality of projections having a constant height on the bottom surface, and only the surface of the silicon wafer to be dissolved is in contact with the solution. This is preferably done by placing a silicon wafer. Since the analysis sample preparation step and the quantification step are included, and the analysis sample preparation step is hierarchically prepared for each layer portion of the silicon wafer material, it is possible to evaluate a trace amount of metal for each layer portion.
【0046】この調製方法は、HFを酸化膜上に滴下し
て膜全体に接触するように傾斜する操作を行い、この液
を回収するので簡便である。定量工程は、微量金属の分
析をフレームレス原子吸光法の分析条件を最適化するこ
とによってppt〜ppbレベルが定量できる。また、
SiO2 主体の表面酸化膜とシリコン主体の拡散領域
層、残部では溶解溶液化する際の性質が異なるが、これ
ら各層ごとに対応する溶解溶液化法を確立したので、こ
れら各層ごとの分析評価ができる。This preparation method is simple in that HF is dropped onto the oxide film and tilted so as to contact the entire film, and this solution is recovered. In the quantification step, the level of ppt to ppb can be quantified by optimizing the analysis conditions of the flameless atomic absorption method for the analysis of trace metals. Also,
Although the surface oxide film mainly composed of SiO 2, the diffusion region layer mainly composed of silicon, and the rest have different properties when dissolved into solution, a solution solution method corresponding to each of these layers has been established. it can.
【図1】この発明の実施例に係わる分析試料の調製手順
と元素の測定手順を 示す流れ図FIG. 1 is a flow chart showing a procedure for preparing an analytical sample and a procedure for measuring elements according to an embodiment of the present invention.
【図2】この発明の実施例に係わるフレームレス原子吸
光光度計装置の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a flameless atomic absorption spectrophotometer device according to an embodiment of the present invention.
【図3】Feの検量線を示す線図FIG. 3 is a diagram showing a calibration curve of Fe.
【図4】Cuの検量線を示す線図FIG. 4 is a diagram showing a calibration curve of Cu.
【図5】Niの検量線を示す線図FIG. 5 is a diagram showing a calibration curve of Ni.
【図6】Crの検量線を示す線図FIG. 6 is a diagram showing a calibration curve of Cr.
1 中空陰極管 2 電極 3 黒鉛炉 4 マイクロピペット 5 分光器 6 検出器 7 信号処理部 8 表示部 S 試料液 L 照射光 1 Hollow Cathode Tube 2 Electrode 3 Graphite Furnace 4 Micropipette 5 Spectrometer 6 Detector 7 Signal Processing Section 8 Display Section S Sample Liquid L Irradiation Light
Claims (5)
域層を有するシリコンウェハについて金属元素を定量分
析するシリコンウェハ分析方法において、酸化膜全てを
溶解溶液化し、次いで金属拡散領域層を所定の厚さ溶解
溶液化し、次いでシリコンウェハの残部を1または複数
回所定の厚さまたは所定の重量溶解溶液化し、これらの
各溶解溶液を原子吸光方法により定量分析することを特
徴とするシリコンウェハ分析方法。1. A silicon wafer analysis method for quantitatively analyzing a metal element in a silicon wafer having an oxide film on the outermost surface and a diffusion region layer below the oxide film. To a predetermined thickness, and then the remaining portion of the silicon wafer is made into a predetermined thickness or a predetermined weight dissolution solution one or more times, and each of these dissolution solutions is quantitatively analyzed by the atomic absorption method. Wafer analysis method.
において、前記溶解溶液化の方法は、 シリコンウェハの表面酸化膜をフッ化水素酸を滴下して
溶解溶液化する、 前記酸化膜の溶解除去した後、拡散領域層をフッ化水素
酸と硝酸の混酸を用いて、溶解溶液化する、 前記拡散領域層の溶解除去した後、シリコンウェハの残
部をフッ化水素酸と硝酸の混酸を用いて、溶解溶液化す
る、 ことであることを特徴とするシリコンウェハ分析方法。2. The method for analyzing a silicon wafer according to claim 1, wherein the dissolution solution is formed by dissolving hydrofluoric acid on the surface oxide film of the silicon wafer to form a dissolution solution. After the removal, the diffusion region layer is made into a solution using a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid. After the diffusion region layer is dissolved and removed, the remainder of the silicon wafer is mixed with hydrofluoric acid and nitric acid. A method for analyzing a silicon wafer is characterized in that it is dissolved into a solution.
において、前記拡散領域層の溶解溶液化に用いる前記混
酸は、その濃度がフッ化水素酸18〜20%、硝酸30
〜40%であることを特徴とするシリコンウェハ分析方
法。3. The method for analyzing a silicon wafer according to claim 2, wherein the mixed acid used for dissolving the diffusion region layer into a solution has a hydrofluoric acid concentration of 18 to 20% and a nitric acid concentration of 30%.
The method for analyzing silicon wafers is characterized in that it is -40%.
において、シリコンウェハの残部の溶解溶液に用いる前
記混酸の濃度は20〜25%であり、かつ密閉容器で加
熱溶解溶液化することを特徴とするシリコンウェハ分析
方法。4. The method for analyzing a silicon wafer according to claim 2, wherein the concentration of the mixed acid used in the solution for the rest of the silicon wafer is 20 to 25%, and the solution is heated and dissolved in a closed container. Silicon wafer analysis method.
において、前記溶解溶液化は、平板に複数の高さが一定
の突起を有する治具を用い、突起の上に置かれたシリコ
ンウェハと平板との間だけに溶解溶液を保持して行うこ
とを特徴とするシリコンウェハ分析方法。5. The method for analyzing a silicon wafer according to claim 2, wherein the dissolution and solution is performed by using a jig having a plurality of protrusions having a constant height on a flat plate, and a silicon wafer placed on the protrusions. A method for analyzing a silicon wafer, characterized in that the dissolution solution is held only between the flat plate and the plate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15890995A JPH098088A (en) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | Silicon wafer analyzing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15890995A JPH098088A (en) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | Silicon wafer analyzing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH098088A true JPH098088A (en) | 1997-01-10 |
Family
ID=15682004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP15890995A Pending JPH098088A (en) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | Silicon wafer analyzing method |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH098088A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003037142A (en) * | 2001-07-19 | 2003-02-07 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method for measuring concentration of boron adsorbed on surface of wafer and method for evaluating boron level in environmental atmosphere |
JP2017044591A (en) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | 住友金属鉱山株式会社 | Quantitative analysis method for sample solutions using x-ray fluorescence analyzer |
-
1995
- 1995-06-26 JP JP15890995A patent/JPH098088A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003037142A (en) * | 2001-07-19 | 2003-02-07 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method for measuring concentration of boron adsorbed on surface of wafer and method for evaluating boron level in environmental atmosphere |
JP2017044591A (en) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | 住友金属鉱山株式会社 | Quantitative analysis method for sample solutions using x-ray fluorescence analyzer |
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