JPH1137992A - シリコンウエハの表層分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウエハ表面を均一にエッチング可能
であり、高感度・高精度でシリコンウエハ表層の金属不
純物を評価できる分析方法を提供する。 【解決手段】 シリコンウエハの分析面をフッ酸と硝酸
の混合溶液（必要に応じて塩酸を加える）に対面させ、
シリコンウエハを分析面の裏側から加熱し、その熱で混
合溶液から蒸気を発生させ、この蒸気により分析面をエ
ッチングして分析面表面にケイフッ化化合物の薄膜を生
成させ、生成したケイフッ化化合物薄膜を溶解し、それ
に基いて金属不純物量を測定するシリコンウエハの表層
分析方法。

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、シリコンウエハ
の表層分析方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化・微細化に伴
い、材料中の不純物濃度を可能な限り低く押えることが
要求されている。特に、ウエハ表面から基板内部にかけ
て存在する金属不純物はデバイス特性に大きな影響を与
えるため、この領域における金属元素濃度を低減するこ
とは重要である。

【０００３】シリコンウエハの表層分析方法の１つとし
て、硝酸とフッ化水素酸の混酸をエッチング溶液とし、
シリコンウエハの表層を直接溶解し、エッチング溶液に
含まれる金属不純物量を測定する方法がある。

【０００４】また、フッ酸と硝酸の蒸気を用いてシリコ
ンウエハの表層を１μｍ程度エッチングし、表面に凝縮
した液中の金属不純物量を測定する方法もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記第１の方法では、
エッチング液で溶解させる条件を適宜設定することによ
り、エッチング厚さを０．０１〜１０μｍまで変化させ
ることが可能である。

【０００６】しかし、この方法では、シリコンウエハを
溶解した酸を測定に供するため、酸自体に含まれる不純
物によって定量下限が高くなる欠点があった。また、エ
ッチング反応中に気泡が発生し、表面を均一にエッチン
グできない問題もあった。

【０００７】前記第２の方法では、酸自体に含まれる不
純物の影響は少なくなる。

【０００８】しかし、この方法では、蒸気が凝縮した部
分からエッチングが進むため、表面を均一にエッチング
できない難点や、ウエハを直接加熱しないため、エッチ
ングプレートが１μｍ以下と非常に少ない難点があっ
た。

【０００９】以上のような従来技術の問題点に鑑み、本
発明は、シリコンウエハ表面を均一にエッチング可能で
あり、高感度・高精度でシリコンウエハ表層の金属不純
物を評価できる分析方法を提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願発明は、シリコンウ
エハの分析面をフッ酸と硝酸の混合溶液に対面させ、シ
リコンウエハを分析面の裏側から加熱し、その熱で混合
溶液から蒸気を発生させ、この蒸気により分析面をエッ
チングして分析面表面にケイフッ化化合物の薄膜を生成
させ、生成したケイフッ化化合物薄膜を溶解し、それに
基いて金属不純物量を測定することを特徴とするシリコ
ンウエハの表層分析方法を要旨としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】本願発明のシリコンウエハの表層
分析方法は、シリコンウエハの分析面をフッ酸と硝酸の
混合溶液（さらに必要に応じて塩酸を加える）に対面さ
せ、シリコンウエハを分析面の裏側から加熱し、その熱
で混合溶液から蒸気を発生させ、この蒸気により分析面
をエッチングして分析面表面にケイフッ化化合物の薄膜
を生成させ、生成したケイフッ化化合物薄膜を溶解し、
それに基いて金属不純物量を測定するものである。

【００１２】このように、シリコンウエハを直接加熱す
ることにより、フッ酸と硝酸（場合によっては塩酸）の
蒸気の凝縮を防止し、均一なケイフッ化化合物薄膜を形
成することができる。

【００１３】フッ酸と硝酸の混合比率は、フッ酸の比率
が硝酸よりも多くなることが好ましい。また、塩酸を加
える場合は、全体の１〜２割程度となることがが好まし
い。

【００１４】加熱温度と加熱時間は、１００℃以上、２
００℃以下、時間は求めるエッチング厚さによって適
宜、増減することが好ましい。

【００１５】ケイフッ化化合物薄膜を生成させる操作
は、密閉した空間内で行うことが望ましい。

【００１６】密閉空間でエッチングを行って、ケイフッ
化化合物薄膜を生成させることにより、試薬や外部から
の汚染を防止でき、定量下限を低くすることができる。

【００１７】フッ酸と硝酸の混合溶液（必要に応じて塩
酸を加える）を容器に収容し、そのふたの部分にシリコ
ンウエハを設置し、シリコンウエハの上面から加熱を行
うことができる。

【００１８】溶解したケイフッ化化合物薄膜は、溶解
後、加熱濃縮し、定容とし、加熱気化導入ＩＣＰ（誘導
結合高周波プラズマ）質量分析装置によって金属不純物
量を測定することができる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００２０】図１は、本発明によるシリコンウエハの表
層分析方法を示す説明図である。

【００２１】容器１１はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロ
エチレン）製で、皿状に形成されている。容器内には、
フッ酸と硝酸の混合溶液１２（必要に応じて塩酸を加え
る）が収容されている。

【００２２】容器１１のふたの部分には、シリコンウエ
ハ１３が配置され、容器内は気密に保たれる。シリコン
ウエハ１３の分析面１５は、フッ酸と硝酸の混合溶液１
２（必要に応じて塩酸を加える）に対面している。

【００２３】この状態で、シリコンウエハ１３を分析面
１５の裏側から加熱する。図１では、加熱の様子が矢印
１４で示されている。

【００２４】加熱によって、フッ酸と硝酸（塩酸を加え
た場合は塩酸）の蒸気が発生し、シリコンウエハ１３の
分析面１５がエッチングされる。そして、エッチングの
進行により、分析面１５の表面にケイフッ化化合物の薄
膜が生成する。

【００２５】エッチングの厚さは、加熱温度と加熱時間
により適宜調整できる。

【００２６】しかる後に、シリコンウエハ１３を容器１
１から取り外し、回収液を用いて生成した薄膜を溶解す
る。回収液としては、例えば、硝酸、塩酸、純水を１：
１：８で混合したものを用いることができる。

【００２７】薄膜を溶解して得られた液を加熱濃縮し、
定容とし、加熱気化導入ＩＣＰ（誘導結合高周波プラズ
マ）質量分析装置にて、金属不純物量を測定する。

【００２８】シリコンウエハ１３の分析面表層中の金属
不純物は、エッチングにより生成したケイフッ化化合物
の薄膜中に残るため、薄膜を溶解して分析することによ
り、分析面１５の表層中の金属不純物量を定量できる。

【００２９】実施例１〜３ 以下の条件でシリコンウエハの金属不純物量を測定し
た。

【００３０】実験条件 フッ酸、硝酸、塩酸は、フッ酸（５０％）２５ｍｌ、硝
酸（７０％）１０ｍｌ、塩酸（３５％）５ｍｌ及び純水
１０ｍｌを混合した。フッ酸は、ＵＬＳＩ用高純度フッ
化水素酸（商品名ＳＨ−１６、ダイキン工業製）を用い
た。硝酸は、電子工業用硝酸（関東化学製）を用いた。
塩酸は原子吸光分析用塩酸（関東化学製）を用いた。

【００３１】加熱はホットプレートを用いて、１６０℃
で３０分間加熱した。

【００３２】エッチング量 エッチング重量及び薄膜重量は、シリコンウエハの重量
から求めた。エッチング厚さは、エッチングした重量と
シリコンウエハの露出面積から計算した。実施例１〜３
のエッチング量を表１に示す。

【００３３】回収率 清浄なシリコンウエハ上に既知量の不純物を滴下し、乾
燥させ、本法に従って分析を行い、不純物の回収率を求
めた。シリコンウエハ表面に生成した薄膜は、硝酸（６
８％）：塩酸（２０％）：純水＝１：１：８の回収液５
ｍｌにて回収した。

【００３４】不純物回収率（％）を表２に示す。

【００３５】定量下限 ６インチウエハ、１０μｍエッチング条件での定量下限
を、本発明法と直接酸分解法により求めた。

【００３６】試薬（商品名ＴＡＭＡＰＵＲＥ−ＡＡ−１
０、多摩化学工業製）を使用し、溶液のブランクをＩＣ
Ｐ−ＭＳにて測定し、ブランク値の標準偏差×３の値か
ら定量下限（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ ）を計算した。

【００３７】本発明法では、硝酸：塩酸：純水＝１：
１：８の回収液５ｍｌを濃縮し、純水０．１ｍｌで定容
した。

【００３８】直接酸分解法では、フッ酸：硝酸＝１：２
の溶液１０ｍｌを濃縮し、純水０．２５ｍｌで定容し
た。

【００３９】結果を表３に示す。

【００４０】本発明方法では、直接酸分解法に比べて、
定量下限を大幅に低くできることが確認された。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【発明の効果】本発明のシリコンウエハの表層分析方法
によれば、密閉容器内でエッチングに酸の蒸気を用いる
ため、外部環境からの汚染や酸自体からの汚染を少なく
でき、定量下限を低くできる。

【００４５】また、ウエハ全面を均一にエッチングで
き、エッチング後の表面を平坦に保つことができる。

【００４６】また、ウエハを直接加熱するため、フッ酸
と硝酸蒸気の凝縮がなく、均一にエッチングを行って、
均一なケイフッ化アンモニウム膜を生成することができ
る。

【００４７】また、密閉状態でエッチングを行う場合に
は、外部からの汚染を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシリコンウエハの表層分析方法を
示す説明図。

【符号の説明】

１１ 容器 １２ フッ酸と硝酸の混合溶液 １３ シリコンウエハ １４ 加熱の様子 １５ 分析面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウエハの分析面をフッ酸と硝酸
   の混合溶液に対面させ、シリコンウエハを分析面の裏側
   から加熱し、その熱で混合溶液から蒸気を発生させ、こ
   の蒸気により分析面をエッチングして分析面表面にケイ
   フッ化化合物の薄膜を生成させ、生成したケイフッ化化
   合物薄膜を溶解し、それに基いて金属不純物量を測定す
   ることを特徴とするシリコンウエハの表層分析方法。
2. 【請求項２】 ケイフッ化化合物薄膜を生成させる操作
   を、密閉した空間内で行うことを特徴とする請求項１に
   記載のシリコンウエハの表層分析方法。
3. 【請求項３】 フッ酸と硝酸の混合溶液を容器に収容
   し、そのふたの部分にシリコンウエハを設置し、シリコ
   ンウエハの上面から加熱を行うことを特徴とする請求項
   ２に記載のシリコンウエハの表層分析方法。
4. 【請求項４】 溶解したケイフッ化化合物薄膜を加熱濃
   縮し、定容とし、加熱気化導入ＩＣＰ（誘導結合高周波
   プラズマ）質量分析装置によって金属不純物量を測定す
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載
   のシリコンウエハの表層分析方法。
5. 【請求項５】 混合溶液にさらに塩酸を混合させる請求
   項１〜４のいずれか１項に記載のシリコンウエハの表層
   分析方法。