JPH1019747A - 不純物分析方法 - Google Patents

不純物分析方法

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JPH1019747A
JPH1019747A JP8173819A JP17381996A JPH1019747A JP H1019747 A JPH1019747 A JP H1019747A JP 8173819 A JP8173819 A JP 8173819A JP 17381996 A JP17381996 A JP 17381996A JP H1019747 A JPH1019747 A JP H1019747A
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JP
Japan
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liquid
substrate
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silicon
silicon substrate
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JP8173819A
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Inventor
Fumitoshi Sugimoto
文利 杉本
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面の不純物の成分及びその存在量を精
度良く測定する。 【解決手段】 1)シリコンと接触して二量体に変化す
る液体をシリコン基板上に滴下して該シリコン基板表面
を一定時間覆い, 次いで該液体を回収し該液体を分析す
る, 2)シリコンと接触して二量体に変化する液体の蒸気を
シリコン基板表面と一定時間接触させ,次いで該蒸気を
濃縮して液体として回収して該液体を分析する。 3)前記回収した液体の二量体の量を基準にして不純物
量を定量する, 4)前記液体がアセトンである,

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコン基板上に付
着した汚染物(不純物)の存在量を測定する方法に関す
る。
【0002】電子材料, 磁性材料, 光学材料, セラミッ
クス等の多くの製造プロセスで,基板上に付着または吸
着した汚染物量を測定する必要がある。特に半導体装置
の製造工程において半導体基板の表面に付着あるいは吸
着した汚染物量の測定は必須となってきた。
【0003】近年, 半導体デバイスの高速化, 高密度化
により, 高精度の半導体基板が必要となってきた。その
ために,半導体基板の製造工程においては,その最終工
程で, 基板の表面不純物を極力除去することが要求され
る。そのために, 基板の表面不純物の成分と存在量を求
めることが重要となる。基板の表面不純物の成分と存在
量がわかれば, それに対応する効果的な洗浄手段を施す
ことにより,表面不純物を除去することができる。
【0004】
【従来の技術】一般的に半導体デバイスに使用されるシ
リコン(Si)基板上の不純物は極微量である。従って, シ
リコン基板上の微量の不純物を分析するためには, なん
らかの濃縮手段が採られている。
【0005】従来は,(1) 弗酸で表面の酸化膜を溶解す
る, (2) 硝酸, 過酸化水素水, 弗酸等で基板表面をエッ
チングする, (3)基板を加熱して不純物を気化する等の
方法により, 不純物を液体または気体中に回収し,それ
を濃縮する方法が用いられてきた。
【0006】そして,濃縮した液体または気体を分析機
器で分析することにより, 不純物の成分を分析してい
た。不純物を定量するためには,標準となる物質を一定
量含む酸を用いたり, エッチングされたシリコンを基準
としていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来方法による不純物
の成分と存在量を測定する方法では,それぞれ一長一短
があり,不純物の成分と存在量を同時に測定することは
困難であった。
【0008】例えば, 強酸を用いて基板をエッチングし
て,強酸内に溶けた不純物を測定する場合は,強酸が活
性な液体であるため,基板以外の測定容器や測定装置の
内壁をもエッチングする可能性が多い。そのため,強酸
中に基板以外からの不純物が混入し,不純物の成分分析
の精度が低下する。
【0009】また,不純物の各々を分析するのは時間が
かかり,さらに,基板をエッチングした強酸の全量を調
べると分析のスルーブットが低下する。従って,強酸の
一部を調べてその結果より,強酸内に溶けた不純物の全
量を推定する方法が考えられるが,強酸の一部を正確な
量だけ取るのが難しいため(これは強酸が蒸発等により
体積が変化するため),存在量分析の精度が低下する。
【0010】また,例えば,基板を加熱してガス成分と
して離脱する不純物を測定する場合は,加熱により不純
物が分解したり,また,加熱してもガス成分にならない
不純物が基板表面に残る可能性がある。
【0011】そのため,ガス成分は基板表面に存在する
不純物成分と異なることがあり,不純物の成分分析及び
その存在量分析の精度が落ちる。また,不純物分析に使
用される薬品は高度に純粋化されており,この薬品にリ
ファレンスを含ませたものを調整するためには,リファ
レンス自身も高度に純粋化しなければならず,リファレ
ンスを含む薬品の調整は困難である。さらに,これを予
め作製しておくと,雰囲気との反応等により変化を起こ
す可能性が出てくる。
【0012】また,エッチングされたシリコンを基準に
する場合は,エッチング量を精密に測ったり,エッチン
グ液の組成や濃度や使用量を正確に定めておく必要があ
り,誤差を生じやすい。
【0013】本発明は,基板表面の不純物の成分及びそ
の存在量を精度良く測定することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は, 1)シリコンと接触して二量体に変化する液体をシリコ
ン基板上に滴下して該シリコン基板表面を一定時間覆
い, 次いで該液体を回収し該液体を分析する不純物分析
方法,あるいは 2)シリコンと接触して二量体に変化する液体の蒸気を
シリコン基板表面と一定時間接触させ,次いで該蒸気を
濃縮して液体として回収して該液体を分析する不純物分
析方法,あるいは 3)前記回収した液体の二量体の量を基準にして不純物
量を定量する前記1記載の不純物分析方法,あるいは 4)前記液体がアセトンである前記1記載の不純物分析
方法により達成される。
【0015】また,前記1〜4において,気密容器内で
減圧して前記液体を気化して分析する。前記1〜4にお
いて,気密容器内で加熱して前記液体を気化して分析す
る。
【0016】前記1〜4において,気密容器内で減圧し
て固体状の前記液体を液化にして分析する。前記1〜4
において,気密容器内で減加熱て固体状の前記液体を液
化して分析する。
【0017】本発明は,シリコンと接触して二量体生じ
る液体(またはそのような液体の蒸気)をシリコンに一
定時間接触させて不純物を回収し,このようにして生じ
た二量体を基準として不純物の分析を行う。
【0018】図1は本発明の原理説明図で,本発明によ
る基板の表面不純物の測定装置である。図において,基
板 1が挿入された容器 2に, 薬液 3が滴下する薬液供給
口 4が設けられている。また,容器 2には薬液採取口 5
と, それにつながる分析装置 6が備えられている。
【0019】基板 1の表面に薬液 3を滴下して, 基板 1
の表面を薬液で覆い,一定時間放置する。その間に, 基
板 1の表面に存在する不純物 7が薬液 3の中に溶け込
む。また,薬液 3の一部が基板 1の表面と反応して, 薬
液 3が基板 1に接している表面積に比例した量の反応生
成物 8が生じる。
【0020】不純物 7と反応生成物 8を含む薬液 3の一
部を薬液採取口 5から採取し,分析機器 6で質量分析等
の分析を行う。以上の操作により, 不純物の成分を精度
良く分析することができる。
【0021】次に, 本発明の作用について説明する。本
発明ではシリコンに接触して二量体を生じる液体または
その蒸気に不純物を溶解して回収している。本発明者は
アセトン等のこのような性質を持つ液体では, 生じる二
量体の量は, 液体の量ではなく液体とシリコンが接触し
ている面積に比例することを見出した。
【0022】これにより,液体の量の正確な制御をする
ことなく, リファレンスとなる二量体の量を正確に定め
ることが可能になる。アセトンをシリコン基板に接触さ
せて生成する二量体は接触単位面積当たり, 2 ng/cm-2
である。
【0023】具体的な作用を, 図1を用いて説明する。
反応生成物 8は薬液 3の供給量に依存しないで, 薬液 3
が基板 1に接する面積に比例した量だけ生成する。
【0024】供給された薬液 3の量に対し, 基板 1の表
面において薬液 3と反応する部位は非常に少なく, ま
た, 基板 1の表面において薬液 3と反応する部位と薬液
3の分子は一対一の反応をするために, 基板 1の表面積
で反応生成物 8の生成量は決まる。
【0025】次に, 清浄な基板と薬液を用いて, 予め,
反応生成物 8の全発生量を求めておく。従って, 薬液 3
の一部を採取して分析機器 6の結果より得られた反応生
成物 8の量と, 上記の清浄な基板で予め求めた反応生成
物 8の全生成量を比較することができる。
【0026】これにより,採取した薬液量が, 滴下され
た全薬液量に占める割合を正確に求めることができる。
このように, 不純物を回収する液体内にリファレンスが
作り込まれているので,微量の不純物分析を精度良く行
うことができる。
【0027】さらに,本発明では,薬液とシリコンを接
触させて一定時間保持する間に薬液の一部が蒸発するこ
とにより, 薬液中に溶解した不純物が濃縮されて反応生
成物の相対濃度が上がり, より高精度の分析が可能とな
る。
【0028】シリコンを接触して二量体を作る液体とし
て,アセトンを例にとりその生成過程の化学式を次に示
す。
【0029】
【化1】
【0030】アセトン分子ではC=O基の両隣がアルキ
ル基(CとHだけで構成される官能基)であるため,C
=O基のCが活性化されていて,他の分子から攻撃を受
けやすい。そのため,アセトン分子同士が反応して二量
体となる。
【0031】アセトン二量体では,C=O基の二つ目の
CにOH基があるため,C=O基が活性化されない。従
って,アセトン二量体がこれ以上反応することはない。
【0032】
【発明の実施の形態】図1の装置を用いて行った実施の
形態を説明する。まず,6インチのシリコン基板を容器
内に置き,アセトン約 500μl をシリコン基板の表面に
滴下する。アセトンは自然に広がりシリコン基板の表面
を覆う。そのまま4分間放置する。
【0033】次に,スポイト等で,シリコン基板の表面
を覆ったアセトンを適量(およそ数10μl )採取し,ガ
スクロマトグラフ質量分析器に挿入して分析を行う。こ
こで,表面積の異なる清浄なシリコン基板を用いてアセ
トンとシリコン基板との反応により生成する反応生成物
の量を調べた。
【0034】6インチのシリコン基板の表面にアセトン
を 300μl 滴下後, 全量採取して調べた結果を図2の実
線に,4インチのシリコン基板の表面にアセトンを 300
μl滴下後, 全量採取して調べた結果を図2の点線に示
す。
【0035】図2ではピークの高さが,それぞれの基板
にたいする存在量の絶対量を表す。アセトンを同量滴下
したにも関わらず,反応生成物の生成量はシリコン基板
の表面積に比例する。
【0036】また,アセトンの滴下量を 100〜1000μl
に変化させて調べた結果も同様の結果が得られた。この
ことから,反応生成物の生成量は, シリコン基板の表面
積(シリコンと薬液との接触面積) で決定されることが
わかる。
【0037】次に,2種類の炭化水素系不純物で,等し
く汚染されたシリコン基板を2枚用意して,上記の方法
で不純物の成分と存在量を調べた。シリコン基板上に滴
下したアセトンを約50μl 採取して調べた結果を図3に
示し,シリコン基板上に滴下したアセトンを約10μl 採
取して調べた結果を図4に示す。
【0038】図中で,で示したピークがアセトンとシ
リコン基板との反応生成物であり,とで示したピー
クは不純物である。また,ピークの高さはそれぞれの存
在量の絶対量を表す。
【0039】図2の清浄な6インチのシリコン基板表面
と反応した生成物全量のピーク高とのピーク高を調べ
ることにより,図3では滴下量の1/5 を採取でき,図4
では1/18を採取できたことがわかった。
【0040】その結果, 滴下したアセトンの一部を適当
に採取しても, 図3のシリコン基板と図4のシリコン基
板は,同じ成分で等しい量だけ不純物が存在することが
分析できた。
【0041】また,表面積の異なるシリコン基板を等し
く汚染させて調べたが,同様の結果が得られた。この実
施の形態では,シリコンと接触して二量体を作る液体と
してアセトンを用いたが,これ以外のシリコンと接触し
て二量体を作る有機溶剤(例,アセトフェノン C6H5COC
H3),または水溶性の溶剤(例,アセトアルデヒド CH3
COH ) であってもよい。
【0042】また,シリコンと接触して二量体を作る薬
品が常温(10〜45℃) で気体または固体であるものを使
用するときは以下のようにする。例えば, 気密容器内で
加圧して操作できる場合は気体を濃縮して液体として回
収してこの液体を分析するか,または気密容器内で加熱
して操作できる場合は固体を液化して分析する。
【0043】
【発明の効果】本発明によれば,基板表面の不純物の成
分及びその存在量を精度良く且つ簡便に測定することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の実施の形態の説明図(1)
【図3】 本発明の実施の形態の説明図(2)
【図4】 本発明の実施の形態の説明図(3)
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 容器 3 薬液 4 薬液供給口 5 薬液採取口 6 分析機器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンと接触して二量体に変化する液
    体をシリコン基板上に滴下して該シリコン基板表面を一
    定時間覆い, 次いで該液体を回収し該液体を分析するこ
    とを特徴とする不純物分析方法。
  2. 【請求項2】 シリコンと接触して二量体に変化する液
    体の蒸気をシリコン基板表面と一定時間接触させ,次い
    で該蒸気を濃縮して液体として回収して該液体を分析す
    ることを特徴とする不純物分析方法。
  3. 【請求項3】 前記回収した液体の二量体の量を基準に
    して不純物量を定量することを特徴とする請求項1記載
    の不純物分析方法。
  4. 【請求項4】 前記液体がアセトンであることを特徴と
    する請求項1又は2又は3記載の不純物分析方法。
JP8173819A 1996-07-03 1996-07-03 不純物分析方法 Withdrawn JPH1019747A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19901014C1 (de) * 1999-01-13 2000-06-21 Wacker Siltronic Halbleitermat Verfahren zur Bestimmung des Tiefenprofils von metallischen Verunreinigungen in einer Halbleiterscheibe
CN107993962A (zh) * 2017-11-21 2018-05-04 长江存储科技有限责任公司 酸槽制程干燥能力的验证方法及验证装置

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