JP3439395B2

JP3439395B2 - シリコンウェーハ表面の金属汚染分析方法

Info

Publication number: JP3439395B2
Application number: JP24769199A
Authority: JP
Inventors: 志津夫小黒
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2003-08-25
Anticipated expiration: 2019-09-01
Also published as: JP2001077158A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンウェーハの
金属汚染分析方法に関し、特にシリコンウェーハ表面の
白金族元素を含む重金属の分析方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子工業分野では、半導体デバイスの微
細化、高密度化に伴い、材料や製造プロセスに起因する
汚染の低減が重要な課題となっている。特に、重金属汚
染は半導体デバイスの性能を著しく劣化させるため極力
排除しなければならない。そして、この問題を解決する
ために金属汚染検出のためのシリコンウェーハ表面の超
高感度分析が必要となっている。

【０００３】従来シリコンウェーハ表面の金属汚染分析
には弗酸等の酸（例えば特開平１１―３７９９２号公報
等参照）で分解して回収する方法が採用されていたが、
シリコンよりもイオン化傾向の小さい金（Ａｕ），白金
（Ｐｔ），銅（Ｃｕ）等の金属が半導体装置に使用され
るに従い、弗酸（ＨＦ）等の酸では、シリコンよりもイ
オン化傾向の小さい金属の分解回収が困難になってき
た。

【０００４】シリコンウェーハ表面のシリコンよりもイ
オン化傾向の小さい金属による金属汚染分析の分解回収
液には酸化力の大きな王水が使用され（例えば、特開平
５―２１８１６４号公報，特開平５―２２６４４３号公
報等参照）、効果を上げている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、シリコ
ンウェーハ表面のシリコンよりもイオン化傾向の小さい
金属の分析用の回収液として王水が用いられているが、
この王水を使用した分析方法には次のような問題点があ
った。（１）図３に示すように、王水４の自然反応による発泡
が著しいため、気泡５がシリコン（Ｓｉ）ウェーハ１の
表面にとりつき、その箇所における金属の回収率が低下
する。さらに、気泡５の滞留時間はＳｉウェーハ１面内
でばらつきがあるため、面内の回収が不均一なものとな
る。このため、Ｓｉウェーハ１に付着した金属不純物の
分析に関し、その分析精度は十分とは言えない。（２）シリコンよりもイオン化傾向の小さく王水におい
ても溶解しづらい白金族元素（Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ等）に
おいては、放置時間を長時間にする必要があるが、王水
の場合、その溶液の劣化が著しく、何度にも分けて回収
操作する必要があり、回収時間と回収液量の増加による
測定精度の低下をもたらしている。

【０００６】本発明の主な目的の一つは、ウェーハ表面
の汚染金属である白金族元素を含む重金属の精度の高
く、回収時間の短時間化された分析方法を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリコンウェ
ーハ表面を薬液に接液させて該薬液中に該シリコンウェ
ーハ表面の金属汚染物質を溶解して回収し、前記薬液中
の前記金属汚染物質濃度を定量分析するシリコンウェー
ハ表面の金属汚染分析方法において、前記薬液として純
水で希釈した希釈王水を使用することを前提とする。

【０００８】本発明の上記構成において、この希釈王水
の各成分の３７重量％塩酸（ＨＣｌ），７０重量％硝酸
（ＨＮＯ_３），純水の割合は体積比で３：１：ｘ（た
だし、ｘは２〜８の正数）で表されることを特徴とす
る。純水の割合を示すｘの値が２よりも小さくなると薬
液の自然分解と発泡が起きやすくなり、またｘが８より
も大きくなると白金族元素金属の溶解速度が低下するの
でｘは上記の範囲に保たれる。

【０００９】前記薬液に前記シリコンウェーハ表面を接
液させる際に、前記薬液を加温することによりシリコン
ウェーハ表面の汚染金属の溶解を促進でき、回収時間を
短縮できる。加温の好ましい温度は５０〜８０℃であ
る。温度が８０℃を超えると薬液の自然分解と発泡が起
きやすくなり、また温度が５０℃より低くなると白金族
元素金属の溶解速度が低下し、回収時間が増加する。

【００１０】また、本発明では、前記薬液に前記シリコ
ンウェーハ表面を接液させる際に、前記薬液または前記
シリコンウェーハを超音波振動させることによりさらに
シリコンウェーハ表面の汚染金属の溶解速度を高める効
果がある。

【００１１】このように回収液に希王水を用いること
は、回収液の自然反応による発泡を抑え、気泡によるウ
ェーハ面内の回収率の不均一化を抑えるという役目を果
たす。さらに、加熱昇温することは、溶解しづらい元素
においても、その溶解速度を増加し、短時間での回収が
可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態のシリ
コンウェーハ表面の金属汚染分析方法について図面を参
照して説明する。

【００１３】図１は本発明の第１の実施の形態のシリコ
ンウェーハ表面の金属汚染分析方法を説明するための装
置の断面図である。まず、分析するシリコンウェーハ１
がちょうど収まる大きさのフッ素樹脂製等のトレー２に
３７重量％塩酸（ＨＣｌ），７０重量％硝酸（ＨＮ
Ｏ₃）と純水（Ｈ₂Ｏ）の体積比３：１：４で混合した希
釈王水溶液（希王水）３を適容量を入れ、この希王水３
に表面が接液するようにシリコン（Ｓｉ）ウェーハ１を
静かに載せる。例えば、６インチウェーハの分析では５
ｍｌ、８インチウェーハでは１０ｍｌ程度の希王水３ト
レー２に入れる。

【００１４】希王水３にシリコンウェーハ１を約５分間
接液後、シリコンウェーハ１を取り除き、希王水３を回
収する。

【００１５】次に、この回収した希王水の溶液をホット
プレート等用いて蒸発乾固して液体成分を蒸発させ、そ
の残渣を、適当な定容積の溶液に再溶解し、誘導結合型
プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ−ＭａｓｓＳｐ
ｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や原子吸光分析（ＡＡＳ：Ａｔ
ｏｍｉｃＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｍｅ
ｔｒｙ）等で分析する。

【００１６】以下に、実際にシリコンウェーハ表面の金
属汚染分析に適用した例を示す。

【００１７】８インチＳｉウェーハ表面に白金（Ｐｔ）
を１×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²程度等しく付着させた
白金汚染Ｓｉウェーハ試料を複数枚準備した。本試料を
図１に示すように、ＨＣｌ（３７重量％）：ＨＮＯ
₃（７０重量％）：Ｈ₂Ｏ＝３：１：４の割合で混合した
希王水をトレー内に１０ｍｌ投入し、その上にウェーハ
の分析する面を下にして静かに載せる。その状態で５分
間放置後、ウェーハを取り除き、残った希王水を回収し
た。

【００１８】従来例として、回収操作時に使用する王水
を希釈せず、つまり、３７重量％ＨＣｌ：７０重量％Ｈ
ＮＯ₃：Ｈ₂Ｏ＝３：１：０の割合（体積比）の濃王水を
用いて同様の回収操作も行った。これらの回収操作後、
ホットプレートを用いて蒸発乾固し、１重量％ＨＮＯ₃
の０．５ｍｌで定容積に再溶解した後、その溶液をＩＣ
Ｐ−ＭＳで分析した。

【００１９】その結果、本発明の方法では、平均値＝
１．１８×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、ばらつき３σ＝
０．１０×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²（試料数１０枚）
の白金が検出された。一方、従来の方法では、平均値＝
１．０２×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、３σ＝０．４５
×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²（試料数１０枚）であっ
た。

【００２０】この様に、本発明の方法を用いることによ
り、測定ばらつきが少なく安定した結果が得られること
がわかる。さらに、平均値を比較することにより、従来
の方法に比べて回収量も向上していることがわかる。

【００２１】本発明では、金属不純物を溶解回収するた
めの回収液に希王水を用いているため、回収液の自然反
応による発泡が少なくなる。従って、希釈していない王
水（濃王水）を用いた場合のような、気泡による金属不
純物の回収率のウェーハ面内不均一化が抑えられるとい
う効果がもたらされ、さらに、回収率も向上する。

【００２２】上記実施の形態では、希王水作成時の純水
（Ｈ₂Ｏ）の割合ｘを４としたが、ｘ＝２〜８の値であ
れば同様の効果が得られる。また、回収液量や回収時の
放置時間も上記の実施の形態の値に限定されるものでは
ない。

【００２３】さらに、再溶解用の溶液は純水、王水、Ｈ
ＮＯ₃、ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＦとＨ₂Ｏ ₂の混液等があげら
れるが、これらに限定されるものではない。

【００２４】次に本発明の第２の実施の形態のシリコン
ウェーハ表面の金属汚染分析方法について説明する。上
記の第１の実施の形態では、希王水は加温していなかっ
たが、本実施の形態では、希王水を昇温加熱した。図２
は加温した希王水でシリコンウェーハ表面を処理する本
発明の第２の実施の形態のシリコンウェーハ表面の金属
汚染分析方法を説明するための装置の断面図である。本
図において、図１の構成全体をホットプレート６を用い
て昇温加熱している。

【００２５】以下に、実際にシリコンウェーハ表面の金
属汚染分析に適用した例を示す。

【００２６】上記の第１の実施形態と同様に、８インチ
Ｓｉウェーハ表面にＰｔを１×１０ ¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ
²程度等しく付着させた試料を複数枚準備し、本発明の
方法による表面汚染量の分析例を示す。

【００２７】本試料のＰｔ汚染分析の前処理時における
回収操作の際、図２に示すように、ＨＣｌ（３７重量
％），ＨＮＯ₃（７０重量％），Ｈ₂Ｏ（純水）を体積比
で３：１：４の割合で混合して調製した希王水をトレー
内に１０ｍｌ投入し、トレーごと７５℃に加熱昇温す
る。その上にウェーハの分析する面を下にして静かに載
せ、その状態で一定時間放置後、ウェーハを取り除き、
残った希王水を回収、分析する。回収から分析までの工
程は上記の第１の実施の形態と同様である。

【００２８】放置時間２分で回収処理を行った場合で
も、平均値＝１．１６×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、ば
らつき３σ＝０．１２×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²（試
料数１０枚）検出され、５分間放置の前実施例と大差な
い結果が得られた。

【００２９】本実施の形態では、金属不純物の溶解回収
時に昇温しているため、溶解速度が上昇するため、回収
にかける時間を短縮することができる。

【００３０】上記第２の実施の形態では、回収時の昇温
温度を７５℃としたが、５０〜８０℃でも同様の効果が
得られる。また、加熱方法はホットプレートによるもの
に限定されるものではない。また、希王水作成時の純水
（Ｈ₂Ｏ）の割合ｘや回収液量、再溶解用の溶液も、上
記第１の実施の形態と同様な条件が適用できる。

【００３１】上記の実施の形態では、シリコンウェーハ
表面の汚染金属として白金について説明したが、白金の
他のＩｒ，Ｏｓ，Ｒｕ，ＲｈやＰｄの白金族元素や金や
銅等の重金属の分析にも適用できる。また上記の実施の
形態において、シリコンウェーハまたは希王水を超音波
振動させることにより、汚染金属の回収時間を短縮する
ことができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではシリコ
ンウェーハ表面の汚染金属を希釈した王水により回収し
て分析することにより、次のような効果を得ることがで
きる。（１）シリコンウェーハ表面から汚染金属を回収する際
に、回収液が発泡しないために、シリコン表面から均一
に汚染金属を回収でき、汚染金属の分析精度が向上す
る。（２）シリコンウェーハ表面の白金族金属の汚染濃度の
分析精度が向上する。（３）分析するシリコンウェーハと回収液の入った装置
全体を加熱することにより、回収時間の短縮が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のシリコンウェーハ
表面の金属汚染分析方法を説明するための装置の断面図
である。

【図２】本発明の第２の実施の形態のシリコンウェーハ
表面の金属汚染分析方法を説明するための装置の断面図
である。

【図３】従来の王水を使用してシリコンウェーハ表面の
汚染金属を回収する分析方法を説明するための装置の断
面図である。

【符号の説明】

１シリコンウェーハ２トレー３希王水４王水５気泡６ホットプレート

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンウェーハ表面を薬液に接液させ
て該薬液中に該シリコンウェーハ表面の金属汚染物質を
溶解して回収し、前記薬液中の前記金属汚染物質濃度を
定量分析するシリコンウェーハ表面の金属汚染分析方法
において、前記薬液として純水で希釈した希釈王水を使
用する方法であって、前記薬液の希釈王水中の３７重量
％塩酸（ＨＣｌ），７０重量％硝酸（ＨＮＯ_３），純
水の体積比が３：１：ｘ（ただし、ｘは２〜８の正数）
で表されることを特徴とするシリコンウェーハ表面の金
属汚染分析方法。
【請求項２】前記薬液に前記シリコンウェーハ表面を
接液させる際に、前記薬液を加温することを特徴とする
請求項１記載のシリコンウェーハ表面の金属汚染分析方
法。
【請求項３】前記薬液の前記加温温度が５０〜８０℃
である請求項２記載のシリコンウェーハ表面の金属汚染
分析方法。
【請求項４】前記シリコンウェーハ表面の前記金属汚
物質が白金族元素金属である請求項１記載のシリコンウ
ェーハ表面の金属汚染分析方法。
【請求項５】前記シリコンウェーハ表面の前記金属汚
物質が金および銅である請求項１記載のシリコンウェー
ハ表面の金属汚染分析方法。
【請求項６】前記薬液に前記シリコンウェーハ表面を
接液させる際に、前記薬液または前記シリコンウェーハ
を超音波振動させることを特徴する請求項１記載のシリ
コンウェーハ表面の金属汚染分析方法。