JP6605386B2 - Metal contamination concentration analysis method - Google Patents
Metal contamination concentration analysis method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6605386B2 JP6605386B2 JP2016088844A JP2016088844A JP6605386B2 JP 6605386 B2 JP6605386 B2 JP 6605386B2 JP 2016088844 A JP2016088844 A JP 2016088844A JP 2016088844 A JP2016088844 A JP 2016088844A JP 6605386 B2 JP6605386 B2 JP 6605386B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon wafer
- oxide film
- silicon oxide
- silicon
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 59
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 59
- 238000011109 contamination Methods 0.000 title claims description 23
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 99
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 99
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 99
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 65
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 49
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 37
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 28
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 6
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 5
- QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;hydrate Chemical compound O.OO QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 92
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 11
- 238000001773 deep-level transient spectroscopy Methods 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000008155 medical solution Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000275 quality assurance Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 229910021654 trace metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
本発明は、シリコンウェーハの金属汚染濃度の分析方法に関する。 The present invention relates to a method for analyzing a metal contamination concentration of a silicon wafer.
シリコンウェーハが金属不純物で汚染されると、製品のデバイス特性に悪影響を及ぼすため、シリコンウェーハへの金属不純物の混入はできるだけ低減することが望まれている。半導体デバイスの高性能化に伴い、先端デバイスでは従来に比べて金属不純物をより低減する必要がある。 When a silicon wafer is contaminated with metal impurities, it adversely affects the device characteristics of the product. Therefore, it is desired to reduce the contamination of metal impurities into the silicon wafer as much as possible. As the performance of semiconductor devices increases, it is necessary to reduce metal impurities in advanced devices as compared with conventional devices.
そのためには、まず、シリコンウェーハ中の微量な金属汚染の高精度な測定方法を確立することが求められている。金属汚染の代表である鉄(Fe)の汚染濃度の定量には、表面光起電力(Surface Photo-Voltage:SPV)法が広く用いられている(非特許文献1)。シリコンウェーハ中のFeは室温ではボロン(B)と結合してFe−B対を形成しているが、200℃〜210℃での加熱又は波長が0.7μm〜1.1μmの光を主な波長成分とする光の照射によって、Fe−B対は格子間Feと置換型Bに解離する。SPV法では、Fe−B対の形成前後で、シリコンウェーハの少数キャリア拡散長が異なることを利用して鉄濃度を算出する。 For this purpose, first, it is required to establish a highly accurate measurement method for trace metal contamination in a silicon wafer. A surface photo-voltage (SPV) method is widely used to quantify the contamination concentration of iron (Fe), which is representative of metal contamination (Non-patent Document 1). Fe in a silicon wafer is combined with boron (B) at room temperature to form an Fe-B pair, but heating at 200 ° C. to 210 ° C. or light having a wavelength of 0.7 μm to 1.1 μm is mainly used. By irradiation with light having a wavelength component, the Fe-B pair is dissociated into interstitial Fe and substitution type B. In the SPV method, the iron concentration is calculated using the fact that the minority carrier diffusion length of the silicon wafer is different before and after the formation of the Fe-B pair.
さらに、SPV法による高精度測定方法として、特許文献1には、酸素起因欠陥が高密度に発生したシリコンウェーハであっても、酸素起因欠陥の影響を除外し、シリコンウェーハ中の鉄濃度を高精度に測定する方法が記載されている。
Furthermore, as a high-precision measurement method using the SPV method,
特許文献2には、測定される少数キャリア拡散長と、アクティベーションから測定までの経過時間、抵抗率及び温度との間に依存関係がある場合に、それらを考慮した補正を行うことによって、不純物金属濃度を算出する方法が記載されている。
In
特許文献3には、少数キャリア拡散長の測定に先立ち、シリコンウェーハに対して表面処理(表面電荷処理)を施した後、さらに酸素雰囲気下で紫外線を照射し、シリコンウェーハ表面を安定化させることで、シリコンウェーハ中の少数キャリア拡散長を迅速に、かつ高い信頼性をもって測定できることが記載されている。 In Patent Document 3, prior to measurement of minority carrier diffusion length, a silicon wafer is subjected to surface treatment (surface charge treatment), and then irradiated with ultraviolet rays in an oxygen atmosphere to stabilize the surface of the silicon wafer. It is described that the minority carrier diffusion length in a silicon wafer can be measured quickly and with high reliability.
特許文献4及び5には、測定対象のシリコンウェーハに対して光照射を行うことでB−O欠陥を形成した後、Fe−B対形成時と光照射によるFe−B対解離後とでそれぞれ少数キャリア拡散長を測定することで、両測定値の違いに対するB−O欠陥形成の影響を実質的に除外できることが記載されている。
In
特許文献6には、SPV法によるFe以外のキャリア再結合中心密度とバルク金属不純物濃度との相関関係を求めることで、SPV法でFe以外のキャリア再結合中心密度を測定することにより、Fe以外の金属(チタン、ニオブ、モリブデン、及びタングステン等)の汚染濃度を測定できることが記載されている。 In Patent Document 6, the correlation between the carrier recombination center density other than Fe by the SPV method and the bulk metal impurity concentration is obtained, and the carrier recombination center density other than Fe is measured by the SPV method. It is described that the contamination concentration of metals (titanium, niobium, molybdenum, tungsten, etc.) can be measured.
SPV法はすでに品質保証方法及び工程管理方法として広く採用されているが、より高品質なシリコンウェーハを提供するために、SPV法よりも高精度な分析手法が必要とされている。
一方、SPV法による金属汚染測定法の問題点として、p型のシリコンウェーハしか測定できないこと、及び、前記したような高精度測定方法を行うと測定時間が非常に長くなることが挙げられる。
The SPV method has already been widely adopted as a quality assurance method and a process control method, but in order to provide a higher quality silicon wafer, an analysis method with higher accuracy than the SPV method is required.
On the other hand, the problems of the metal contamination measurement method by the SPV method include that only a p-type silicon wafer can be measured, and that the measurement time becomes very long when the high-precision measurement method as described above is performed.
SPV法以外の鉄の汚染濃度の定量方法としては、例えば、化学分析、DLTS(DeepLevel Transient Spectroscopy)及びライフタイム測定などの分析方法が挙げられる。しかしながら、化学分析では、検出限界が1×1011atoms/cm3程度であり、検出感度が不足している。また、DLTSは半導体における深い準位を測定する方法であるが、DLTSでは金属不純物に起因する準位を同定するのが難しく、しかも電極の形成が必要なため煩雑である。ライフタイム測定では、抵抗率や酸素析出物等のウェーハ特性の影響を受け、純粋な金属汚染の評価が難しいといった問題がある。 Examples of the method for quantifying the iron contamination concentration other than the SPV method include analysis methods such as chemical analysis, DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy), and lifetime measurement. However, in chemical analysis, the detection limit is about 1 × 10 11 atoms / cm 3 and the detection sensitivity is insufficient. DLTS is a method for measuring a deep level in a semiconductor, but it is difficult to identify a level caused by a metal impurity in DLTS, and it is complicated because an electrode needs to be formed. In lifetime measurement, there is a problem that it is difficult to evaluate pure metal contamination due to the influence of wafer characteristics such as resistivity and oxygen precipitates.
そのため、従来のSPV法よりも高精度な分析が可能であり、かつ、n型及びp型のいずれのシリコンウェーハにも適用可能な金属不純物濃度の評価方法が求められていた。 Therefore, there has been a demand for a metal impurity concentration evaluation method that can be analyzed with higher accuracy than the conventional SPV method and can be applied to both n-type and p-type silicon wafers.
本発明は、パルス光伝導法(Pulse Photo-Conductivity Method:PPCM)によるシリコンウェーハ上の酸化膜の電気伝導率の測定値に基づき、シリコンウェーハの金属汚染濃度を算出する方法であって、n型及びp型のいずれのシリコンウェーハにも適用可能な金属汚染濃度分析方法を提供することを課題とする。 The present invention is a method for calculating a metal contamination concentration of a silicon wafer based on a measured value of an electrical conductivity of an oxide film on a silicon wafer by a pulse photo-conductivity method (PPCM), which is an n-type. It is another object of the present invention to provide a metal contamination concentration analysis method applicable to both silicon wafers of p-type and p-type.
本発明の金属汚染濃度分析方法は、第1シリコンウェーハの金属不純物濃度を測定するステップ1と、前記第1シリコンウェーハに酸化熱処理を行い、酸化ケイ素膜をシリコンウェーハ上に形成するステップ2と、パルス光伝導法により、前記酸化ケイ素膜の電気伝導率を求めるステップ3と、前記金属不純物濃度と、前記電気伝導率との相関関係を求めるステップ4と、第2シリコンウェーハに、前記第1シリコンウェーハと同条件で酸化ケイ素膜の形成とパルス光伝導法による酸化ケイ素膜の電気伝導率測定を行うステップ5と、前記第2シリコンウェーハの酸化ケイ素膜の電気伝導率を、前記相関関係に参照し、前記第2シリコンウェーハに含まれる金属不純物濃度を求めるステップ6とを有することを特徴とする。
The metal contamination concentration analysis method of the present invention includes a
すなわち、相関関係を求めるためのシリコンウェーハである、第1シリコンウェーハについて、公知の方法により金属不純物濃度を求めるとともに、パルス光伝導法により、該シリコンウェーハ表面に形成された酸化ケイ素膜の電気伝導率を求めて、その相関関係から、検量線を作成する。次いで、測定試料である第2シリコンウェーハについて、同様に電気伝導率を測定して、前記検量線に基づき、金属不純物濃度を算出する。本発明のかかる方法は、ドーパント種を問わず、n型及びp型のいずれのシリコンウェーハにも適用可能であり、金属不純物濃度を求めることができる。 That is, with respect to the first silicon wafer, which is a silicon wafer for obtaining the correlation, the metal impurity concentration is obtained by a known method, and the electric conduction of the silicon oxide film formed on the surface of the silicon wafer is obtained by a pulse photoconduction method. Obtain a rate and create a calibration curve from the correlation. Next, the electrical conductivity of the second silicon wafer as the measurement sample is measured in the same manner, and the metal impurity concentration is calculated based on the calibration curve. The method of the present invention can be applied to both n-type and p-type silicon wafers regardless of the dopant species, and the metal impurity concentration can be determined.
前記ステップ2では、前記シリコンウェーハを酸性の洗浄液で処理した後、酸化熱処理を行い、酸化ケイ素膜を形成することが好ましい。
前記酸性の洗浄液は、塩酸、フッ化水素酸、過酸化水素水のいずれか、またはこれらの混合溶液を含むことが好ましい。前記酸性の洗浄液には、具体的には、希弗酸(フッ化水素酸/水の混合液)、SC−2(塩酸/過酸化水素/水の混合液)、またはこれらの洗浄液を組み合わせて用いることが好ましい。
In the
It is preferable that the acidic cleaning liquid contains hydrochloric acid, hydrofluoric acid, hydrogen peroxide water, or a mixed solution thereof. Specifically, the acidic cleaning solution includes dilute hydrofluoric acid (hydrofluoric acid / water mixture), SC-2 (hydrochloric acid / hydrogen peroxide / water mixture), or a combination of these cleaning solutions. It is preferable to use it.
前記酸化ケイ素膜は、8MV/cm以上の絶縁破壊電界強度を有することが好ましい。
また、前記パルス光伝導法による酸化ケイ素膜の電気伝導率測定は、印加電圧を5〜10Vとして行うことが好ましい。
印加電圧5〜10Vは強反転以上の電圧であり、かかる電圧を印加すれば、酸化ケイ素膜が破壊されることなく、効果的にパルス光伝導法測定を行うことができる。
The silicon oxide film preferably has a breakdown electric field strength of 8 MV / cm or more.
Moreover, it is preferable that the electrical conductivity measurement of the silicon oxide film by the pulse photoconduction method is performed at an applied voltage of 5 to 10V.
The applied voltage of 5 to 10 V is a voltage higher than the strong inversion, and by applying such a voltage, the pulse photoconductivity measurement can be performed effectively without destroying the silicon oxide film.
前記ステップ2の後、前記ステップ3に先立ち、前記シリコンウェーハの裏面に形成されている酸化ケイ素膜を剥離するステップを有することが好ましい。
It is preferable that after the
前記ステップ1において、第1シリコンウェーハの金属不純物濃度の測定方法が表面光起電力法であることが好ましい。
In
本発明によれば、シリコンウェーハのドーパント種に制限されることなく、また、シリコンウェーハ中の酸素析出物や微小な欠陥の影響を受けることなく、n型及びp型のシリコンウェーハのいずれについても、金属不純物濃度を測定することが可能となる。
なお、検量線を作成するに際して、SPV法以外に、例えば、化学分析(ICP−MS等)、DLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)及びライフタイム測定等を用いて金属不純物濃度を定量してもよく、鉄以外の金属(例えば、ニッケル、銅、モリブデン、及びタングステン)を対象とする場合には、これらの方法を用いて検量線を作成することにより、種々の金属について、金属不純物濃度の定量が可能である。
According to the present invention, both n-type and p-type silicon wafers can be used without being limited by the dopant species of the silicon wafer and without being affected by oxygen precipitates or minute defects in the silicon wafer. The metal impurity concentration can be measured.
In preparing the calibration curve, in addition to the SPV method, the metal impurity concentration may be quantified using, for example, chemical analysis (ICP-MS, etc.), DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy), lifetime measurement, etc. When metals other than iron (for example, nickel, copper, molybdenum, and tungsten) are targeted, the concentration of metal impurities can be determined for various metals by creating calibration curves using these methods. It is.
本発明の金属汚染濃度分析方法は、図4に示すように、第1シリコンウェーハの金属不純物濃度を測定するステップ1(S1)と、前記第1シリコンウェーハに酸化熱処理を行い、酸化ケイ素膜(以下単に「酸化膜」ともいう。)をシリコンウェーハ上に形成するステップ2(S2)と、パルス光伝導法により、前記酸化ケイ素膜の電気伝導率を求めるステップ3(S3)と、前記金属不純物濃度と、前記電気伝導率との相関関係を求めるステップ4(S4)と、第2シリコンウェーハに、前記第1シリコンウェーハと同条件で酸化ケイ素膜の形成とパルス光伝導法による酸化ケイ素膜の電気伝導率測定を行うステップ5(S5)と、前記第2シリコンウェーハの酸化ケイ素膜の電気伝導率を、前記相関関係に参照し、前記第2シリコンウェーハに含まれる金属不純物濃度を求めるステップ6(S6)とを有する。 As shown in FIG. 4, the metal contamination concentration analysis method of the present invention includes step 1 (S1) for measuring the metal impurity concentration of the first silicon wafer, and an oxidation heat treatment on the first silicon wafer to obtain a silicon oxide film ( Step 2 (S2) for forming a silicon oxide film on the silicon wafer, step 3 (S3) for determining the electric conductivity of the silicon oxide film by a pulse photoconducting method, and the metal impurities. Step 4 (S4) for obtaining a correlation between the concentration and the electric conductivity, and forming a silicon oxide film on the second silicon wafer under the same conditions as the first silicon wafer and forming a silicon oxide film by a pulse photoconducting method Step 5 (S5) for measuring electric conductivity and the electric conductivity of the silicon oxide film of the second silicon wafer are referred to the correlation, and the second silicon wafer is measured. And a step 6 (S6) for obtaining the metal impurity concentration in the wafer.
以下、上記の各要件について詳細に説明する。
ステップ1(S1)では、第1シリコンウェーハの金属不純物濃度を測定する。ここで、第1シリコンウェーハとは、第2シリコンウェーハの金属不純物濃度を測定するための検量線の作成に際して、金属不純物濃度と酸化ケイ素膜の電気伝導率との相関関係を求めるために使用するシリコンウェーハである。
Hereafter, each said requirement is demonstrated in detail.
In step 1 (S1), the metal impurity concentration of the first silicon wafer is measured. Here, the first silicon wafer is used for obtaining a correlation between the metal impurity concentration and the electric conductivity of the silicon oxide film when preparing a calibration curve for measuring the metal impurity concentration of the second silicon wafer. It is a silicon wafer.
第1シリコンウェーハには、金属不純物濃度及び電気伝導率の相関関係から検量線を作成できるものであれば制限されないが、例えば、鉄汚染濃度が1×109〜1×1011atoms/cm3程度のp型シリコンウェーハが用いられる。その場合、Fe含有薬液で強制汚染したシリコンウェーハ、微量のFeをドープしたシリコンウェーハ、又はFe汚染された熱処理炉を使用して強制汚染したシリコンウェーハを用いてもよい。 The first silicon wafer is not limited as long as a calibration curve can be created from the correlation between the metal impurity concentration and the electrical conductivity. For example, the iron contamination concentration is 1 × 10 9 to 1 × 10 11 atoms / cm 3. About a p-type silicon wafer is used. In that case, a silicon wafer forcibly contaminated with an Fe-containing chemical solution, a silicon wafer doped with a small amount of Fe, or a silicon wafer forcibly contaminated by using a heat treatment furnace contaminated with Fe may be used.
第1シリコンウェーハは、その抵抗率が0.1Ω・cm以上であることが好ましい。抵抗値が0.1Ω・cm未満であると、PPCM測定において、信号強度が低く、正確な測定が困難となることがある。 The first silicon wafer preferably has a resistivity of 0.1 Ω · cm or more. When the resistance value is less than 0.1 Ω · cm, signal strength is low in PPCM measurement, and accurate measurement may be difficult.
ステップ1(S1)では、第1シリコンウェーハ中の金属不純物濃度を、SPV、化学分析、DLTS、又はμ−PCD(Microwave Photo Conductivity Decay)法によるライフタイムの測定、等の方法を用いて測定する。化学分析には、例えば、ICP質量分析(Inductively Coupled Plasma−Mass Spectrometry:ICP−MS)等が挙げられる。 In step 1 (S1), the metal impurity concentration in the first silicon wafer is measured using a method such as SPV, chemical analysis, DLTS, or lifetime measurement by μ-PCD (Microwave Photo Conductivity Decay) method. . Examples of chemical analysis include ICP mass spectrometry (ICP-MS).
上記した分析方法から、金属不純物の種類や量に応じて、適した方法を選択する。例えば、Feの場合は、DLTSもしくはSPV法が最も好ましく、それ以外の金属、例えば、チタンやモリブデン等では、DLTSもしくは化学分析が好ましい。 From the analysis methods described above, a suitable method is selected according to the type and amount of metal impurities. For example, in the case of Fe, the DLTS or SPV method is most preferable, and in other metals such as titanium and molybdenum, DLTS or chemical analysis is preferable.
ステップ2(S2)では、シリコンウェーハに酸化熱処理を行う。酸化熱処理は、シリコンウェーハ表面に酸化膜、具体的には酸化ケイ素膜を形成し得るものであれば制限はないが、具体的には酸性の洗浄液で処理した後、800〜1000℃で熱処理を行うことにより、酸化ケイ素膜を形成する。熱処理前に酸性の洗浄液で処理することにより、製造過程等においてシリコンウェーハ表面に付着した金属(例えば、鉄、アルミニウム等)を除去することができる。酸性の洗浄液での処理には、塩酸、フッ化水素酸、過酸化水素水、又はこれらの混合溶液を含むSC2(HPM)洗浄もしくは希フッ酸洗浄が好ましい。なお、ステップ2(S2)は、後述するステップ3(S3)でシリコンウェーハ表面の酸化ケイ素膜の電気伝導率を測定するために、酸化ケイ素膜を形成するステップである。金属不純物濃度の測定は、酸化膜を形成していても可能である。それゆえ、ステップ2(S2)はステップ1(S1)の前であってもよい。
なお、前記酸化ケイ素膜の厚みは2〜300nmであることが好ましい。酸化ケイ素膜の厚みが2〜300nmであれば、PPCM測定を精度良く測定することができる。
In step 2 (S2), an oxidation heat treatment is performed on the silicon wafer. The oxidation heat treatment is not limited as long as an oxide film, specifically a silicon oxide film, can be formed on the surface of the silicon wafer. Specifically, the heat treatment is performed at 800 to 1000 ° C. after the treatment with an acidic cleaning solution. By performing, a silicon oxide film is formed. By treating with an acidic cleaning solution before the heat treatment, metal (for example, iron, aluminum, etc.) adhering to the silicon wafer surface in the manufacturing process or the like can be removed. For treatment with an acidic cleaning solution, SC2 (HPM) cleaning or dilute hydrofluoric acid cleaning containing hydrochloric acid, hydrofluoric acid, aqueous hydrogen peroxide, or a mixed solution thereof is preferable. Step 2 (S2) is a step of forming a silicon oxide film in order to measure the electrical conductivity of the silicon oxide film on the surface of the silicon wafer in step 3 (S3) described later. The metal impurity concentration can be measured even when an oxide film is formed. Therefore, step 2 (S2) may be before step 1 (S1).
The thickness of the silicon oxide film is preferably 2 to 300 nm. If the thickness of the silicon oxide film is 2 to 300 nm, the PPCM measurement can be accurately performed.
また、前記酸化ケイ素膜は、8MV/cm以上の絶縁破壊電界強度を有することが好ましい。酸化ケイ素膜が8MV/cm以上の絶縁破壊電界強度を有していれば、酸化ケイ素膜を破壊することなく、PPCM測定を容易に行うことができる。 The silicon oxide film preferably has a breakdown electric field strength of 8 MV / cm or more. If the silicon oxide film has a dielectric breakdown electric field strength of 8 MV / cm or more, PPCM measurement can be easily performed without destroying the silicon oxide film.
ステップ3(S3)では、PPCM測定により、第1シリコンウェーハの表面に形成された酸化ケイ素膜の電気伝導率を求める。 In step 3 (S3), the electrical conductivity of the silicon oxide film formed on the surface of the first silicon wafer is obtained by PPCM measurement.
ここで、パルス光伝導法(PPCM)の測定原理について説明する(非特許文献2、非特許文献3)。
通常、酸化ケイ素膜などの絶縁性評価にはTDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)法などが用いられるが、TDDB法を適用するにはテスト用の半導体素子の作製が必要である。これに対して、PPCMは、テスト用の半導体素子の作製を必要とせず、簡便に酸化ケイ素膜などの絶縁膜の性能を評価する手法である。PPCMでは絶縁膜の電気伝導率(抵抗率)を測定でき、絶縁膜の良否を判断することができる。
Here, the measurement principle of the pulse photoconduction method (PPCM) will be described (
Usually, a TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) method or the like is used for the insulation evaluation of a silicon oxide film or the like. However, to apply the TDDB method, it is necessary to manufacture a semiconductor element for a test. On the other hand, PPCM is a method for simply evaluating the performance of an insulating film such as a silicon oxide film without requiring the production of a test semiconductor element. PPCM can measure the electrical conductivity (resistivity) of an insulating film, and can judge the quality of an insulating film.
図1はPPCMの測定装置の概略図であり、図2はPPCMの測定装置の部分概略図である。
PPCMを用いて、絶縁膜に電圧を印加し、電界が定常状態になるまでの過渡状態(分極過程)の時定数を測定することで電気伝導率を測定することができる。なお、過渡状態の時定数は、絶縁体の誘電率と電気伝導率との比に対応する。
FIG. 1 is a schematic diagram of a PPCM measuring apparatus, and FIG. 2 is a partial schematic diagram of a PPCM measuring apparatus.
Using PPCM, the electrical conductivity can be measured by applying a voltage to the insulating film and measuring the time constant of a transient state (polarization process) until the electric field becomes a steady state. Note that the time constant in the transient state corresponds to the ratio between the dielectric constant and the electrical conductivity of the insulator.
具体的には、パルス電圧発生器2から電圧を印加したシリコンウェーハ6表面の酸化ケイ素膜10に、キセノンフラッシュランプ1を使用してパルス光を照射し、酸化ケイ素膜
10の下にあるシリコンウェーハ6中で電子を光励起させ、励起させた光電子が電界に従って酸化ケイ素膜10からリーク電流を流す。その結果、電圧の変化が起き、その電圧をPPCMでは測定する(PPCM電圧信号)。このようにして、パルス光を照射するタイミング(電圧を印加してからパルス光を照射するまでの時間)を変えて複数回測定し、時定数(電圧と時間との関係)を算出する。絶縁膜(酸化ケイ素膜10)の誘電率が固有値であるとすると、時定数が分かることで絶縁膜の電気伝導率を算出することができる。絶縁膜の誘電率εinsulatorと絶縁膜の電気伝導率σinsulatorとPPCM電圧信号ΔV(t)との関係は、下記式(1)で表すことができる。
Specifically, the
ここで、(log10ΔV(t))/Δtは、PPCM電圧信号強度の時間依存性(時間に対する信号強度の傾き)である。絶縁膜(酸化ケイ素膜10)の誘電率εinsulatorは固有値であるので、電気伝導率σinsulatorを算出することができる。 Here, (log 10 ΔV (t)) / Δt is the time dependency of the PPCM voltage signal strength (the slope of the signal strength with respect to time). Since the dielectric constant ε insulator of the insulating film (silicon oxide film 10) is an eigenvalue, the electric conductivity σ insulator can be calculated.
酸化ケイ素膜10の電気伝導率の測定は、印加電圧を5〜10Vして行うことが好ましい。印加電圧5〜10Vは強反転以上の電圧であり、かかる電圧の範囲内であれば、酸化ケイ素膜10が破壊されることなく、効果的にPPCM測定を行うことができる。印加電圧が5V未満であると、信号強度が過度に低く、PPCMの測定を精度良く行えないことがある。一方、印加電圧が10Vを超えると、PPCMの測定中に酸化ケイ素膜10が破壊されることがあり、正確な測定結果が得られないことがある。
The electrical conductivity of the
また、ステップ2(S2)の後、ステップ3(S3)に先立ち、シリコンウェーハの裏面に形成された酸化ケイ素膜を剥離するステップを有することが好ましい。このステップを有することで、PPCM電圧信号の強度が高くなり、電気伝導率の測定精度がさらに高くなる。 Further, it is preferable that after step 2 (S2), prior to step 3 (S3), a step of peeling the silicon oxide film formed on the back surface of the silicon wafer is provided. By having this step, the strength of the PPCM voltage signal is increased and the measurement accuracy of the electrical conductivity is further increased.
ステップ4(S4)では、ステップ1で求めた第1シリコンウェーハの金属不純物の濃度と、ステップ3(S3)で求めた電気伝導率とを用いて、前記金属不純物濃度と電気伝導率との相関関係を求める。具体的には、グラフの縦軸及び横軸に電気伝導率と金属含有量とを、それぞれプロットして近似曲線を描き、検量線を作成する。図3では、実施例1の結果を示しているが、一次式(回帰式)を描くことがわかる。
In step 4 (S4), using the metal impurity concentration of the first silicon wafer obtained in
ステップ5(S5)は、第2シリコンウェーハに、第1シリコンウェーハと同条件で、酸化ケイ素膜を形成し、PPCMによる酸化ケイ素膜の電気伝導率を測定するステップである。ここで、第2シリコンウェーハとは、測定対象となるn型又はp型のシリコンウェーハを指す。
すなわち、上記のとおり、第1シリコンウェーハについて、公知の方法により金属不純物濃度を求めるとともに、PPCMにより、該シリコンウェーハ上に形成された酸化ケイ素膜の電気伝導率を求めて、その相関関係から、検量線を作成する。次いで、第2シリコンウェーハについても、第1シリコンウェーハと同様にして電気伝導率を測定して、前記検量線に基づき、金属不純物濃度を算出する。
Step 5 (S5) is a step of forming a silicon oxide film on the second silicon wafer under the same conditions as the first silicon wafer and measuring the electrical conductivity of the silicon oxide film by PPCM. Here, the second silicon wafer refers to an n-type or p-type silicon wafer to be measured.
That is, as described above, for the first silicon wafer, the metal impurity concentration is obtained by a known method, and the electrical conductivity of the silicon oxide film formed on the silicon wafer is obtained by PPCM. Create a calibration curve. Next, also for the second silicon wafer, the electrical conductivity is measured in the same manner as the first silicon wafer, and the metal impurity concentration is calculated based on the calibration curve.
以上のとおり、既知のシリコンウェーハについて、金属不純物濃度と、PPCMにより電気伝導率を測定し、検量線を作成しておくことで、所望のシリコンウェーハについて、その表面酸化ケイ素膜の電気伝導率をPPCMで測定すれば、該電気伝導率と検量線から、シリコンウェーハ中の金属不純物濃度(例えば、鉄濃度等)を算出することが可能となる。 As described above, for a known silicon wafer, by measuring the metal impurity concentration and the electric conductivity by PPCM and preparing a calibration curve, the electric conductivity of the surface silicon oxide film for the desired silicon wafer can be determined. If measured by PPCM, the metal impurity concentration (for example, iron concentration) in the silicon wafer can be calculated from the electrical conductivity and the calibration curve.
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
[実施例1]
Fe含有薬液で強制汚染した鉄汚染濃度の異なる複数のp型シリコンウェーハ(第1シリコンウェーハ)に対して、SPV測定装置によりそれぞれの鉄濃度を測定した。SPV測定後のシリコンウェーハをSC2(塩酸/過酸化水素水/水)洗浄した後、酸素雰囲気中にて800〜1000℃で熱処理を行い、シリコンウェーハ表面に30nmの酸化ケイ素膜を形成した。その後、得られたシリコンウェーハの裏面の酸化ケイ素膜を除去し、PPCMにより酸化ケイ素膜の電気伝導率を測定した。測定時の印加電圧は6V、パルス光は4msec毎に照射し、128回分のデータの平均化処理をした。
得られたSPV測定による鉄濃度とPPCMによる酸化ケイ素膜の電気伝導率とから、図3に示すように相関式を求めた。
次に、n型のシリコンウェーハ(第2シリコンウェーハ)を準備し、SC2洗浄を行った後、第1シリコンウェーハと同様に熱処理を行いシリコンウェーハ表面に熱酸化ケイ素膜を形成した。その後、裏面の酸化ケイ素膜を除去し、PPCMにより酸化ケイ素膜の電気伝導率を測定した。測定時の条件は、上記同様とした。得られた電気伝導率を上記相関式に適用することにより、n型のシリコンウェーハの鉄濃度を算出した。
[Example 1]
Each iron concentration was measured with the SPV measuring apparatus with respect to several p-type silicon wafers (1st silicon wafer) from which the iron contamination concentration forcedly contaminated with Fe containing chemical | medical solution differs. After the SPV measurement, the silicon wafer was washed with SC2 (hydrochloric acid / hydrogen peroxide solution / water) and then heat-treated at 800 to 1000 ° C. in an oxygen atmosphere to form a 30 nm silicon oxide film on the silicon wafer surface. Thereafter, the silicon oxide film on the back surface of the obtained silicon wafer was removed, and the electrical conductivity of the silicon oxide film was measured by PPCM. The applied voltage at the time of measurement was 6 V, pulsed light was irradiated every 4 msec, and data was averaged 128 times.
From the obtained iron concentration by SPV measurement and the electrical conductivity of the silicon oxide film by PPCM, a correlation equation was obtained as shown in FIG.
Next, an n-type silicon wafer (second silicon wafer) was prepared, and after SC2 cleaning, heat treatment was performed in the same manner as the first silicon wafer to form a thermal silicon oxide film on the silicon wafer surface. Thereafter, the silicon oxide film on the back surface was removed, and the electrical conductivity of the silicon oxide film was measured by PPCM. The measurement conditions were the same as above. By applying the obtained electrical conductivity to the above correlation equation, the iron concentration of the n-type silicon wafer was calculated.
[比較例1]
n型のシリコンウェーハを準備し、SPV測定装置による測定を行ったが、鉄濃度は測定不可能であった。
そのため、相関式を求めることができず、結果としてn型のシリコンウェーハの鉄濃度を算出することができなかった。
[Comparative Example 1]
An n-type silicon wafer was prepared and measured with an SPV measuring device, but the iron concentration was not measurable.
Therefore, the correlation equation cannot be obtained, and as a result, the iron concentration of the n-type silicon wafer cannot be calculated.
本発明によれば、デバイス製造プロセス中でのゲート絶縁膜の信頼性を定量的に評価することができる。 According to the present invention, the reliability of the gate insulating film during the device manufacturing process can be quantitatively evaluated.
1 キセノンフラッシュランプ
2 パルス電圧発生器
3 オシロスコープ
4 増幅器
5 ステージ
6 シリコンウェーハ
7 プローブ
8 光ファイバー
9 電源
10 酸化ケイ素膜
1
Claims (7)
前記第1シリコンウェーハに酸化熱処理を行い、酸化ケイ素膜をシリコンウェーハ上に形成するステップ2と、
パルス光伝導法により、前記酸化ケイ素膜の電気伝導率を求めるステップ3と、
前記金属不純物濃度と、前記電気伝導率との相関関係を求めるステップ4と、
第2シリコンウェーハに、前記第1シリコンウェーハと同条件で酸化ケイ素膜の形成とパルス光伝導法による酸化ケイ素膜の電気伝導率測定を行うステップ5と、
前記第2シリコンウェーハの酸化ケイ素膜の電気伝導率を、前記相関関係に参照し、前記第2シリコンウェーハに含まれる金属不純物濃度を求めるステップ6と
を有することを特徴とする、金属汚染濃度分析方法。 Measuring the metal impurity concentration of the first silicon wafer;
Performing an oxidation heat treatment on the first silicon wafer to form a silicon oxide film on the silicon wafer; and
Step 3 of obtaining the electrical conductivity of the silicon oxide film by a pulsed photoconductive method;
Determining a correlation between the metal impurity concentration and the electrical conductivity; and
Step 5 of forming a silicon oxide film on the second silicon wafer under the same conditions as the first silicon wafer and measuring the electric conductivity of the silicon oxide film by a pulsed photoconductive method;
And a step 6 of obtaining a metal impurity concentration contained in the second silicon wafer by referring to the correlation of the electric conductivity of the silicon oxide film of the second silicon wafer with the correlation. Method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016088844A JP6605386B2 (en) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | Metal contamination concentration analysis method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016088844A JP6605386B2 (en) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | Metal contamination concentration analysis method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017199775A JP2017199775A (en) | 2017-11-02 |
JP6605386B2 true JP6605386B2 (en) | 2019-11-13 |
Family
ID=60238196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016088844A Active JP6605386B2 (en) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | Metal contamination concentration analysis method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6605386B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6867627B2 (en) * | 2017-11-08 | 2021-04-28 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | Interface level density measuring device |
JP6912776B2 (en) * | 2017-11-08 | 2021-08-04 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | Dielectric film electrical conductivity measuring device |
JP7153272B2 (en) * | 2019-03-25 | 2022-10-14 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | Electrical property measuring device and electrical property measuring method |
-
2016
- 2016-04-27 JP JP2016088844A patent/JP6605386B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017199775A (en) | 2017-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4940737B2 (en) | Minority carrier diffusion length measuring method and silicon wafer manufacturing method | |
JP5659632B2 (en) | Boron-doped p-type silicon wafer iron concentration analysis method and analyzer, silicon wafer, and silicon wafer manufacturing method | |
JP6605386B2 (en) | Metal contamination concentration analysis method | |
KR102147772B1 (en) | Method of evaluating semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor substrate | |
JP5407212B2 (en) | Heat treatment furnace evaluation method and semiconductor wafer manufacturing method | |
TWI844077B (en) | Device and method for characterizing the efficiency of silicon wafer capturing metal impurities by using a few-carrier lifespan | |
JP4416566B2 (en) | Impurity metal concentration measurement method | |
TWI550746B (en) | Evaluation method of semiconductor wafers | |
Drummond et al. | Measurement of effective carrier lifetime at the semiconductor–dielectric interface by Photoconductive Decay (PCD) Method | |
JP5471780B2 (en) | Method for measuring iron concentration in boron-doped p-type silicon and method for producing boron-doped p-type silicon wafer | |
JP5556090B2 (en) | Quantitative analysis limit determination method in iron concentration analysis in boron-doped p-type silicon | |
JP2007053123A (en) | Method of determining stabilization of surface of silicon wafer and method of manufacturing silicon wafer | |
Pinčík et al. | About electrical properties of passivated SiO2/Si structures prepared electro-chemically in HClO4 solutions | |
JP6421711B2 (en) | Preprocessing method for recombination lifetime measurement | |
JP7120189B2 (en) | Semiconductor substrate evaluation method | |
JP3289666B2 (en) | Method and apparatus for highly sensitive detection of heavy metals in silicon wafer bulk | |
RU2709687C1 (en) | Method of determining concentration of electrically active donor impurity in surface layers of silicon by nondestructive method of ultra-soft x-ray emission spectroscopy | |
JP5545131B2 (en) | Quantitative analysis limit determination method in iron concentration analysis in boron-doped p-type silicon | |
JP5729098B2 (en) | Evaluation method of silicon single crystal wafer | |
JP2010103144A (en) | N-type silicon epitaxial wafer, and evaluating method and manufacturing method therefor | |
JP5577842B2 (en) | Method and apparatus for measuring iron concentration of boron-doped p-type silicon wafer, silicon wafer, and method for manufacturing silicon wafer | |
Furuta et al. | Nondestructive interface state measurement by pulse photoconductivity method | |
JP2002280431A (en) | Method for measuring diffusion length of minority carries of n-type wafer | |
Parchinskii et al. | The effect of γ radiation on the temperature dependence of the surface generation velocity at a Si-SiO 2 interface | |
JP2019087654A (en) | Interface level density measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20160520 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181112 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190719 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190723 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190924 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191010 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191016 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6605386 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |