(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェハの金属不純物を分析する金属不純物分析方法であって、
シリコンウェハ表面をＨＮＯ３、Ｏ３、ＮＯｘのいずれか又はこれらの複数種ガスとＨＦとの混合ガスを用いて気相エッチングして、前記シリコンウェハの第１シリコン表層を分解すると共に前記第１シリコン表層分解後のシリコンウェハ表面を鏡面化する第１エッチング工程と、
前記気相エッチングにより鏡面化されたシリコンウェハ表面を全反射蛍光Ｘ線分析法にてスキャンして、前記シリコンウェハの前記第１シリコン表層に含まれる金属不純物の面内分布情報を取得する第１スキャン工程とを有することを特徴とするシリコンウェハの金属不純物分析方法。
【請求項２】
前記気相エッチングにより、前記第１シリコン表層に含まれる金属不純物が、面内分布を維持したまま前記鏡面化されたシリコンウェハ表面に蓄積することを特徴とする請求項１記載の金属不純物分析方法。
【請求項３】
前記スキャンされたシリコンウェハ表面をＨＮＯ３、Ｏ３、ＮＯｘのいずれか又はこれらの複数種ガスとＨＦとの混合ガスを用いて気相エッチングして、前記シリコンウェハの第２シリコン表層を分解すると共に前記第２シリコン表層分解後のシリコンウェハ表面を鏡面化する第２エッチング工程と、
前記第２エッチング工程により鏡面化されたシリコンウェハ表面をスキャンして、前記シリコンウェハの第２シリコン表層に含まれる金属不純物の面内分布情報を取得する第２スキャン工程とを更に有することを特徴とする請求項１又は２記載のシリコンウェハの金属不純物分析方法。
【請求項４】
前記第２エッチング工程及び前記第２スキャン工程を繰り返し実行して、多段階の深さ方向分布を取得することを特徴とする請求項３記載のシリコンウェハの金属不純物分析方法。
【請求項５】
前記鏡面化された前記シリコンウェハ表面をスキャンする前記第１スキャン工程の後に、前記シリコンウェハ表面の湿式洗浄または乾式洗浄を行う、請求項１記載のシリコンウェハの金属不純物分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェハの金属不純物分析方法に関し、特に、気相分解法を用いてシリコンウェハの金属不純物を分析する金属不純物分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンウェハの表面、表層あるいはその表面に形成された熱酸化膜等の薄膜中に存在する金属不純物は、シリコンウェハが使用される各種半導体素子の特性に大きな影響を与えることが知られている。このため、シリコンウェハの表面や表層、あるいはその表面に形成された熱酸化膜等の薄膜中の金属不純物を高感度に且つ効率的に分析することが切望されている。
【０００３】
図５は、従来のシリコンウェハの金属不純物を分析する分析方法を説明する図であり、（ａ）はシリコンウェハをＨＦと硝酸の混合液で漸次溶解してＥＴＶ／ＩＣＰ−ＭＳにより分析する方法、（ｂ）は保護フィルムを用いて行われるＩＣＰ−ＭＳによる分析方法を示す。
【０００４】
図５（ａ）に示す分析方法では、測定対象となるシリコンウェハに硝酸とフッ化水素酸を含有するエッチング液を所定量滴下して該シリコンウェハを０．０１〜１０μｍの厚さで漸次溶解（エッチング）する。そして、エッチング処理で使用された所定量のエッチング液をサンプルとして取り出し、該サンプルに含まれるＣｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属不純物を電気加熱気化誘導プラズマ質量分析法（ＥＴＶ／ＩＣＰ−ＭＳ）にて分析する（非特許文献１）。本分析方法により、シリコンウェハの金属不純物の深さ方向分布を分析することが可能となっている。
【０００５】
また、図５（ｂ）に示す分析方法では、シリコンウェハ等の基板表面の分析したい局所以外の部分に保護フィルムを貼付する手法が提案されている。基板表面の分析したい局所（１２箇所）に、基板表面や表層あるいは該基板を構成する膜を選択的に溶解する処理液を滴下して、基板表面を溶解し、この溶解液を回収して誘導プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）にて分析を行う。本分析方法によれば、基板表面の分析したい部分だけを溶解するため、基板表面局所を高感度且つ高精度で分析することが可能である。また、膜を溶解する処理液を繰り返し使用すれば、基板表面局所の深さ方向分析をすることも可能である（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１７５３８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】竹中みゆき他、「分析化学」、第４３巻第２号、日本、社団法人日本分析化学会、ｐ．１７３−１７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、図５（ａ）に示す上記従来の分析方法では、シリコンウェハの金属不純物が溶解したエッチング液をＩＣＰ−ＭＳにて分析するものであるが、シリコンウェハの全表面に存在する全ての金属不純物が回収されるため、シリコンウェハの金属不純物の空間情報、特に金属不純物の面内分布分析を行うことができないという問題がある。
【０００９】
また、図５（ｂ）に示す上記従来の分析方法では、シリコンウェハ上の複数の局所を決定し、局所ごとに溶解液を回収して金属不純物を分析すれば、シリコンウェハの金属不純物の空間情報をある程度取得することができる。更に、この操作を繰り返すことにより、金属不純物の深さ方向分布情報を得ることもできる。しかしながら、本方法でシリコンウェハの全表面に存在する全ての金属不純物を分析するには多大な時間と工数が必要とされるため、現実的な分析方法とは言えない。加えて、分析すべき局所位置を変更したい場合には保護フィルムを別途作製しなければならず、コストアップにもつながる。
【００１０】
さらに、空間情報を取得可能な分析装置、例えばＳＩＭＳ等を用いればシリコンウェハの金属不純物の空間情報を得ることが可能であるものの、ＳＩＭＳが破壊を伴う分析であることに加え、その操作に高度なスキルが要求される。また、ＳＩＭＳの１回あたりの分析面積は非常に小さいため、大口径のシリコンウェハの面全体をマッピングすることは現実的には困難である。
【００１１】
本発明の目的は、シリコンウェハの金属不純物の元素情報及び空間情報を高感度且つ高精度で取得することができ、加えて低コスト且つ簡便に実現することができるシリコンウェハの金属不純物分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係るシリコンウェハの金属不純物分析方法は、シリコンウェハ表面を気相エッチングして、前記シリコンウェハの第１表層を分解すると共に前記第１表層分解後のシリコンウェハ表面を鏡面化する第１エッチング工程と、前記気相エッチングにより鏡面化されたシリコンウェハ表面を全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ（Total Reflection X-ray Fluorescence））法にてスキャンして、前記シリコンウェハの第１表層に含まれる金属不純物の面内分布情報を取得する第１スキャン工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るシリコンウェハの金属不純物分析方法は、前記気相エッチングにより、前記表層に含まれる金属不純物が、面内分布を維持したまま前記鏡面化されたシリコンウェハ表面に蓄積する。
【００１４】
また、本発明に係るシリコンウェハの金属不純物分析方法は、前記スキャンされたシリコンウェハ表面を気相エッチングして、前記シリコンウェハの第２表層を分解すると共に前記第２表層分解後のシリコンウェハ表面を鏡面化する第２エッチング工程と、前記第２エッチング工程により鏡面化されたシリコンウェハ表面をＴＸＲＦ法にてスキャンして、前記シリコンウェハの第２表層に含まれる金属不純物の面内分布情報を取得する第２スキャン工程とを更に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、気相エッチングにより鏡面化されたシリコンウェハ表面をＴＸＲＦ法にてスキャンすることにより、シリコンウェハの表層に含まれる金属不純物の面内分布情報が取得される。シリコンウェハ表層を形成しているシリコンが気相エッチングによって除去されると、当該表層に含まれる金属不純物は、シリコンウェハ平面における面内分布を維持したまま、鏡面化されたシリコンウェハ表面に蓄積する。よって、気相エッチング後のシリコンウェハ表面をＴＸＲＦ法にてスキャンすれば、当該表層に含まれていた金属不純物の正確な面内分布情報を取得することができる。
【００１６】
また、鏡面化されたシリコンウェハ表面をＴＸＲＦ法で分析するため、シリコンウェハ表面上に蓄積した金属不純物の元素情報を高感度で取得することができる。また、ＴＸＲＦ法を用いることにより、前処理を必要とせず、簡便に非破壊分析を行うことができる。
【００１７】
さらに、シリコンウェハ表面を気相エッチングするので、シリコンウェハの金属不純物の面内分布情報を取得する際に、複数の局所ごとに溶解液を回収する必要がなく、短時間且つ工数を低減することができる。また、分析すべき局所位置を変更したい場合に保護フィルム等の新たな部材を作製する必要がなく、コストアップを低減することができる。
【００１８】
したがって、本分析方法によれば、シリコンウェハの金属不純物の元素情報及び空間情報を高感度且つ高精度で取得することができ、加えて低コスト且つ簡便な金属不純物分析を実現することができる。
【００１９】
また、上記気相エッチングにより、シリコンウェハの表層に含まれる金属不純物が、鏡面化されたシリコンウェハ表面に蓄積するので、シリコンウェハの該表層における金属不純物の元素情報及び面内分布情報を取得することができる。
【００２０】
さらに、スキャンされたシリコンウェハ表面を再度気相エッチングし、再度の気相エッチングにより鏡面化されたシリコンウェハ表面をスキャンするので、シリコンウェハの金属不純物の深さ方向分布情報を取得することができる。
【００２１】
さらに、上記第２エッチング工程及び第２スキャン工程を繰り返し実行して、多段階の深さ方向分布を取得するので、シリコンウェハ全体の金属不純物の面内分布情報及び深さ分布情報を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るシリコンウェハの金属不純物分析方法で実行される金属不純物分析処理を示すフローチャートである。
【図２】図１の金属不純物分析処理におけるシリコンウェハ及びその金属不純物の状態を示す図である。
【図３】図１の金属不純物分析処理のベースとなる知見を得るに至った実験結果を説明する図である。
【図４】図１の金属不純物分析処理の変形例を示すフローチャートである。
【図５】従来の金属不純物分析方法を説明する図であり、（ａ）はシリコンウェハをＨＦと硝酸の混合液で漸次溶解してＥＴＶ／ＩＣＰ−ＭＳにより分析する方法、（ｂ）は保護フィルムを用いて行われるＩＣＰ−ＭＳによる分析方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明者は、シリコンウェハ表面を所定ガス、特にＯ３／ＨＦ混合ガスを用いて気相エッチングすると、シリコンウェハ表面を鏡面化することができるという知見を得た。また、シリコンウェハ表層を形成しているシリコンが上記気相エッチングによって除去されると、当該表層に含まれる金属不純物は、シリコンウェハの平面方向の位置を維持したまま、上記鏡面化されたシリコンウェハ表面に蓄積するという知見を得た。
【００２４】
そこで、本発明者は、係る知見に基づいて鋭意研究した結果、シリコンウェハ表面を気相エッチングして、シリコンウェハの表層を分解すると共に表層分解後のシリコンウェハ表面を鏡面化し、この鏡面化されたシリコンウェハ表面を全反射蛍光Ｘ線分析法にてスキャンすると、シリコンウェハの該表層に含まれる金属不純物の面内分布情報を取得することができることを見出した。
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係るシリコンウェハの金属不純物分析方法で実行される金属不純物分析処理を示すフローチャートであり、図２は、図１の金属不純物分析処理におけるシリコンウェハ及びその金属不純物の状態を示す図である。
【００２７】
図１において、先ず、濃度１４ｗｔ％、流量０．２Ｌ／分のＯ３ガスと濃度５０ｗｔ％のフッ化水素酸溶液を流量４．８Ｌ／分のＮ２ガスでバブリングさせたＨＦガスとを混合し、気相エッチング用のＯ３／ＨＦ混合ガスを作成する。そして、このＯ３／ＨＦ混合ガスを５．０Ｌ／分の流量でシリコンウェハ表面全体に噴射し、シリコンウェハの表面を深さ０〜０．８μｍまで気相エッチングする（第１エッチング工程）（ステップＳ１１）。これにより、第１表層のシリコン（Ｓｉ）が分解され、該第１表層に含まれる金属不純物がその位置をほぼ維持しながら第１表層分解後のシリコンウェハ表層に蓄積する。また、第１表層分解後のシリコンウェハ表面は、Ｏ３／ＨＦ混合ガスによる気相エッチングにより、ＴＸＲＦ法にて金属不純物を分析するのに全く問題のないレベルまで鏡面化される。
【００２８】
次に、上記気相エッチングにて鏡面化されたシリコンウェハ表面を、全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）法にてスキャンし、シリコンウェハの第１表層に含まれていた金属不純物の面内分布情報を取得する（第１スキャン工程）（ステップＳ１２）。具体的には、鏡面化されたシリコンウェハ表面に１次Ｘ線を入射角αで照射し、シリコンウェハ表面の所定領域から発生する蛍光Ｘ線を検出する。このとき、１次Ｘ線はシリコンウェハ表面にて全反射する角度、例えば０．２５φｃ≦α≦０．７５φｃでシリコンウェハ表面に入射している。ここでφｃは全反射臨界角である。そして、第１表層の気相エッチング後、シリコンウェハ表面の所定領域に金属不純物が蓄積している場合には、各金属元素に応じた蛍光Ｘ線がシリコンウェハ上方に放射される。その後、検出された蛍光Ｘ線に基づいてスペクトルデータを作成し、シリコンウェハ表面の所定位置における金属不純物の有無及びその種類を特定する。
【００２９】
次いで、シリコンウェハ全体の位置を移動させて、シリコンウェハ表面の他の領域における金属不純物の種類を特定する。この操作をＴＸＲＦの分解能に応じて数十回〜数百回行って、シリコンウェハ表面の全領域、すなわちシリコンウェハの表面全体を二次元マッピングする。
【００３０】
次に、スキャンされたシリコンウェハ表面全体に、Ｏ３／ＨＦ混合ガスを５．０Ｌ／分の流量で噴射し、シリコンウェハの第２表層を気相エッチングする（第２エッチング工程）（ステップＳ１３）。これにより、第２表層のシリコン（Ｓｉ）が分解されて、該第２表層分解後のシリコンウェハ表面が鏡面化される。このとき、第１表層の気相エッチングによりシリコンウェハ表面に蓄積した金属不純物は、シリコンウェハの面内分布を維持したまま、第２表層分解後のシリコンウェハ表面に蓄積する。また、第２表層に含まれる金属不純物は、面内分布を維持したまま第２表層分解後のシリコンウェハ表層に蓄積する。すなわち、第１表層に含まれていた金属不純物と第２表層に含まれていた金属不純物は、第２表層分解後のシリコンウェハ表面に重畳的に蓄積する（図２）。
【００３１】
次に、ステップＳ１３の気相エッチングにて鏡面化されたシリコンウェハ表面を、ステップＳ１２と同様にＴＸＲＦ法にてスキャンし、シリコンウェハの第１表層及び第２表層の両方に含まれていた金属不純物の面内分布情報を取得し（第２スキャン工程）（ステップＳ１４）、その後、ステップＳ１４で得られた面内分布情報からステップＳ１２で得られた第１表層の面内分布情報を差し引くことにより、第２表層単独の金属不純物の面内分布情報を求めて、本処理を終了する。
【００３２】
ここで、上述したように、図１の金属不純物分析処理は、シリコンウェハ表層を形成しているシリコンが気相エッチングによって除去されると、当該表層に含まれる金属不純物がシリコンウェハの平面方向の位置を維持したままシリコンウェハ表面に蓄積するという知見に基づいて実行されるものである。本発明者が本知見を得るに至った実験結果を以下に説明する。
【００３３】
図３は、図１の金属不純物分析処理のベースとなる知見を得るに至った実験結果を説明する図である。
【００３４】
図３において、シリコンウェハ表面の中心点と、中心点を基準としてｘ軸及びｙ軸のプラス及びマイナス方向に位置する４点とを選択し、各点に直径１．０〜５．０ｍｍのＮｉ含有領域を形成した後、シリコンウェハ表面を０．８μmの深さまで気相エッチングした。次いで、ＴＸＲＦ法にてシリコンウェハ表面全体をスキャンして、シリコンウェハ表面について二次元マッピングを行った。
【００３５】
上記５つのＮｉ含有領域について、気相エッチング前の平面方向の形成位置と気相エッチング後の平面方向の検出位置とを比較してみると、これらの位置は、ＴＸＲＦ法の位置分解能の範囲内でほぼ一致した。このことから、シリコンウェハに含まれるＮｉ等の金属不純物が気相エッチングによって蓄積すると、蓄積した金属不純物の平面方向の位置はほぼ変化せず、気相エッチング後の露出表面に蓄積することが分かった。
【００３６】
以上詳述したように、図１の金属不純物分析処理によれば、第１表層を形成しているシリコンを気相エッチングによって除去し、該気相エッチング後のシリコンウェハ表面をＴＸＲＦ法にてスキャンすることにより、第１表層に含まれていた金属不純物の面内分布情報を正確に取得することができる。また、第２表層についての気相エッチング後のシリコンウェハ表面をＴＸＲＦ法にてスキャンすることにより、第１表層及び第２表層の両方に含まれていた金属不純物の面内分布情報を正確に取得することができる。そしてこの分析結果から第１表層の分析結果を差し引くことにより、第２表層単独の金属不純物の面内分布情報を求めることができる。したがって、第１表層及び第２表層の金属不純物の深さ方向分布情報をそれぞれ正確に取得することができる。
【００３７】
また、本処理によれば、鏡面化されたシリコンウェハ表面をＴＸＲＦ法で分析するため、シリコンウェハ表面上に蓄積した金属不純物の元素情報を高感度で取得することができる。また、ＴＸＲＦ法を用いることにより、前処理を必要とせず、簡便に非破壊分析を行うことができる。
【００３８】
さらに、本処理によれば、シリコンウェハ表面全体を気相エッチングするので、シリコンウェハの金属不純物の位置情報を取得する際に、複数の局所ごとに溶解液を回収する必要がなく、短時間且つ工数を低減することができる。また、分析すべき局所位置を変更したい場合に保護フィルム等の新たな部材を作製する必要がなく、コストアップを低減することができる。
【００３９】
したがって、本処理によれば、シリコンウェハの金属不純物の元素情報及び空間情報を高感度且つ高精度で取得することができ、加えて低コスト且つ簡便な金属不純物分析を実現することができる。
【００４０】
また、スキャンされたシリコンウェハ表面の気相エッチング（ステップＳ１３）及びＴＸＲＦ法によるスキャン（ステップＳ１４）を繰り返し実行すれば、シリコンウェハの金属不純物の深さ方向分布情報を多段階で取得することができる。したがって、シリコンウェハ全体の金属不純物の面内分布情報及び深さ分布情報を取得することが可能となる。
【００４１】
図４は、図１の金属不純物分析処理の変形例を示すフローチャートである。尚、図４の金属不純物分析処理は、図１の処理と基本的に同じであり、重複する説明を省略し、以下に異なる部分を説明する。
【００４２】
図４の金属不純物分析処理は、ステップＳ４２におけるスキャン工程の後に、シリコンウェハ表面を湿式洗浄或いは乾式洗浄して該表面に蓄積した金属不純物を除去する洗浄工程を有している（ステップＳ４３）。これにより、所定段階のスキャンで取得した金属不純物の分析値から前段階のスキャンで取得した金属不純物の分析値を引き算する必要がなく、エッチング工程に対応する面内分布情報を直接取得することができる。
【００４３】
尚、本実施形態では、気相エッチングにＯ３／ＨＦ混合ガスが使用されるが、これに限るものではなく、ＨＮＯ３、Ｏ３、ＮＯｘのいずれか又はこれらの複数種ガスとＨＦとの混合ガスが使用されてもよい。
【００４４】
本実施形態では、気相エッチングは上記混合ガスをシリコンウェハ表面に接触させることにより実行可能であり、上記混合ガスとシリコンウェハ表面との接触は如何なる方法で実現されてもよい。
【００４５】
また、本実施形態において、シリコンウェハの形状は限定されず、円形、方形、多角形のいずれであってもよい。また、シリコンウェハの口径も限定されず、直径１００〜３００ｍｍのウェハに適用可能である。ＴＸＲＦの１回当たりの分析面積は２．０〜３．０ｃｍ２と、ＳＩＭＳなどに比べて大きいので、特に分析対象となるシリコンウェハが大口径である場合に、シリコンウェハ表面全体の面内分布情報を短時間で正確に取得することが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態では、シリコンウェハ表面全体を気相エッチングするが、これに限るものではなく、シリコンウェハ表面の１つの局所あるいは複数の局所を決定し、該局所を気相エッチングしてもよい。この場合、気相エッチングされた局所のみがＴＸＲＦ法にてスキャンされる。これにより、シリコンウェハの所望の位置における面内分布情報及び／又は深さ分布情報をより短時間で正確に取得することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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