JPH09199558A - 半導体基板の表面酸素濃度測定方法 - Google Patents
半導体基板の表面酸素濃度測定方法Info
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- JPH09199558A JPH09199558A JP2325096A JP2325096A JPH09199558A JP H09199558 A JPH09199558 A JP H09199558A JP 2325096 A JP2325096 A JP 2325096A JP 2325096 A JP2325096 A JP 2325096A JP H09199558 A JPH09199558 A JP H09199558A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコンウェーハにおけるμｍオーダーの表
面層のみの酸素濃度を精度よく短時間で測定可能な半導
体基板の表面酸素濃度測定方法の提供。 【解決手段】 基板表面に圧痕を設けて熱処理し、その
後欠陥選択エッチングで顕在化した転位の圧痕からの移
動距離を測定し、酸素濃度と転位移動距離の関係から酸
素濃度を推定する。
面層のみの酸素濃度を精度よく短時間で測定可能な半導
体基板の表面酸素濃度測定方法の提供。 【解決手段】 基板表面に圧痕を設けて熱処理し、その
後欠陥選択エッチングで顕在化した転位の圧痕からの移
動距離を測定し、酸素濃度と転位移動距離の関係から酸
素濃度を推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＬＳＩ等の基板
として用いられる半導体基板の表面酸素濃度の測定方法
に係り、基板表面に圧痕を設けて熱処理し、その後欠陥
選択エッチングで転位を顕在化し転位の圧痕からの移動
距離より酸素濃度を推定することにより、短時間で容易
に測定できる半導体基板の表面酸素濃度測定方法に関す
る。
として用いられる半導体基板の表面酸素濃度の測定方法
に係り、基板表面に圧痕を設けて熱処理し、その後欠陥
選択エッチングで転位を顕在化し転位の圧痕からの移動
距離より酸素濃度を推定することにより、短時間で容易
に測定できる半導体基板の表面酸素濃度測定方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】シリコン等の半導体結晶中には、結晶成
長時に坩堝から混入した酸素が格子間酸素として存在す
る。この格子間酸素は、ＬＳＩ等のデバイス製造プロセ
スにおいて、酸素析出物として結晶内に析出し、デバイ
ス特性に影響を与える。そのため、酸素濃度を把握する
ことは非常に重要である。
長時に坩堝から混入した酸素が格子間酸素として存在す
る。この格子間酸素は、ＬＳＩ等のデバイス製造プロセ
スにおいて、酸素析出物として結晶内に析出し、デバイ
ス特性に影響を与える。そのため、酸素濃度を把握する
ことは非常に重要である。
【０００３】シリコンウェーハの酸素濃度の測定には、
一般にはＦＴ−ＩＲ等の赤外吸収法が用いられている
（小間ら著、「シリコンの物性と評価法」（丸善）１９
８７）。しかし、この方法はウェーハ透過光スペクトル
により酸素濃度を求めるため、結晶の表面層のみの酸素
濃度を求めることは不可能であった。そのため、例えば
結晶熱処理時に生じた外方拡散層のみの酸素濃度を測定
することは困難であった。
一般にはＦＴ−ＩＲ等の赤外吸収法が用いられている
（小間ら著、「シリコンの物性と評価法」（丸善）１９
８７）。しかし、この方法はウェーハ透過光スペクトル
により酸素濃度を求めるため、結晶の表面層のみの酸素
濃度を求めることは不可能であった。そのため、例えば
結晶熱処理時に生じた外方拡散層のみの酸素濃度を測定
することは困難であった。
【０００４】表面酸素濃度の測定法としては、他に、二
次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍ
ａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；以下ＳＩＭＳと略
す）がある（前掲「シリコンの物性と評価法」１９８
７）。この方法はウェーハの深さ方向の元素分析を高精
度に行うことができるため、半導体材料の評価には欠か
せない方法である。しかし、原子レベルでのスパッタリ
ング現象を用いているため、我々が必要としているμｍ
オーダーでの測定には相当の時間を要するといった欠点
がある。
次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍ
ａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；以下ＳＩＭＳと略
す）がある（前掲「シリコンの物性と評価法」１９８
７）。この方法はウェーハの深さ方向の元素分析を高精
度に行うことができるため、半導体材料の評価には欠か
せない方法である。しかし、原子レベルでのスパッタリ
ング現象を用いているため、我々が必要としているμｍ
オーダーでの測定には相当の時間を要するといった欠点
がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、シリコ
ンウェーハにおけるμｍオーダーの表面層のみの酸素濃
度を求めることは、従来の赤外吸収法では不可能であ
り、ＳＩＭＳではかなりの時間を要する問題があった。
ンウェーハにおけるμｍオーダーの表面層のみの酸素濃
度を求めることは、従来の赤外吸収法では不可能であ
り、ＳＩＭＳではかなりの時間を要する問題があった。
【０００６】この発明は、上述の従来法の現状に鑑み、
シリコンウェーハの表面酸素濃度の測定を精度よく短時
間で測定が可能となる半導体基板の表面酸素濃度測定方
法の提供を目的としている。
シリコンウェーハの表面酸素濃度の測定を精度よく短時
間で測定が可能となる半導体基板の表面酸素濃度測定方
法の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者らは、シリコンウ
ェーハにおけるμｍオーダーの表面層のみの酸素濃度を
短時間で容易に求めることが可能な測定方法について、
種々検討した結果、基板表面に圧痕を設けて熱処理し、
その後欠陥選択エッチングで顕在化した転位の圧痕から
の移動距離を測定し、酸素濃度と転位移動距離の関係か
ら酸素濃度を推定することが可能であることを知見し、
この発明を完成した。
ェーハにおけるμｍオーダーの表面層のみの酸素濃度を
短時間で容易に求めることが可能な測定方法について、
種々検討した結果、基板表面に圧痕を設けて熱処理し、
その後欠陥選択エッチングで顕在化した転位の圧痕から
の移動距離を測定し、酸素濃度と転位移動距離の関係か
ら酸素濃度を推定することが可能であることを知見し、
この発明を完成した。
【０００８】すなわち、この発明は、半導体基板の表面
に１〜２０００ｇの荷重で圧痕を付けた後に６００℃〜
１０００℃の熱処理を１〜６０分間行い、欠陥選択エッ
チングを０．１μｍ〜３０μｍ施して熱処理中に生じた
転位を顕在化し、転位の圧痕からの移動距離を測定し、
予め設定した酸素濃度と転位移動距離の関係から、基板
の表面酸素濃度を推定する半導体基板の表面酸素濃度測
定方法である。
に１〜２０００ｇの荷重で圧痕を付けた後に６００℃〜
１０００℃の熱処理を１〜６０分間行い、欠陥選択エッ
チングを０．１μｍ〜３０μｍ施して熱処理中に生じた
転位を顕在化し、転位の圧痕からの移動距離を測定し、
予め設定した酸素濃度と転位移動距離の関係から、基板
の表面酸素濃度を推定する半導体基板の表面酸素濃度測
定方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明による表面酸素濃度測定
方法は、フローチャートを図１に示すごとく、まず、シ
リコンウェーハの表面に、ビッカース硬度計によって１
〜２０００ｇの荷重で圧痕を付ける。荷重は、転位発生
に充分な応力を付加するには１ｇ以上必要であり、２０
００ｇを超える荷重ではウェーハに割れを生じるため、
１〜２０００ｇとする。
方法は、フローチャートを図１に示すごとく、まず、シ
リコンウェーハの表面に、ビッカース硬度計によって１
〜２０００ｇの荷重で圧痕を付ける。荷重は、転位発生
に充分な応力を付加するには１ｇ以上必要であり、２０
００ｇを超える荷重ではウェーハに割れを生じるため、
１〜２０００ｇとする。
【００１０】圧痕を付けた後、６００℃〜１０００℃の
炉中で１〜６０分間熱処理を行う。熱処理温度が６００
℃未満、並びに処理時間が１分未満では転位が充分に運
動できず、また、１０００℃を越え、処理時間が６０分
を越えると測定中にウェーハ表面からの酸素の外方拡散
が生じてしまい、正確な測定が行えないため、熱処理温
度は６００℃〜１０００℃、処理時間は１〜６０分間と
する。
炉中で１〜６０分間熱処理を行う。熱処理温度が６００
℃未満、並びに処理時間が１分未満では転位が充分に運
動できず、また、１０００℃を越え、処理時間が６０分
を越えると測定中にウェーハ表面からの酸素の外方拡散
が生じてしまい、正確な測定が行えないため、熱処理温
度は６００℃〜１０００℃、処理時間は１〜６０分間と
する。
【００１１】熱処理に続いて、０．１〜３０μｍの欠陥
選択エッチングによって転位を顕在化させる。さらに、
転位の圧痕からの移動距離を光学顕微鏡で測定する。欠
陥選択エッチング深さは、０．１μｍ未満では光学顕微
鏡での観察が困難なため、また、転位は表面から高々３
０μｍの深さの領域を移動するため、３０μｍを越えて
行う必要がないため、エッチング深さは０．１〜３０μ
ｍとする。
選択エッチングによって転位を顕在化させる。さらに、
転位の圧痕からの移動距離を光学顕微鏡で測定する。欠
陥選択エッチング深さは、０．１μｍ未満では光学顕微
鏡での観察が困難なため、また、転位は表面から高々３
０μｍの深さの領域を移動するため、３０μｍを越えて
行う必要がないため、エッチング深さは０．１〜３０μ
ｍとする。
【００１２】この発明は転位の圧痕からの移動距離から
酸素濃度を得ることを特徴とするが、このため、予め酸
素濃度が異なる種々のシリコンウェーハについて、上記
の圧痕付け、熱処理、欠陥選択エッチングをそれぞれ施
し、転位の圧痕からの移動距離を測定し、既知の酸素濃
度と測定した転位移動距離の関係を求めておく必要があ
る。この酸素濃度と転位移動距離の関係を図２に示す。
酸素濃度を得ることを特徴とするが、このため、予め酸
素濃度が異なる種々のシリコンウェーハについて、上記
の圧痕付け、熱処理、欠陥選択エッチングをそれぞれ施
し、転位の圧痕からの移動距離を測定し、既知の酸素濃
度と測定した転位移動距離の関係を求めておく必要があ
る。この酸素濃度と転位移動距離の関係を図２に示す。
【００１３】図２より明らかなように、ウェーハ中の酸
素濃度が高くなるにつれて、転位の移動距離が短くなる
ことが分かる。この酸素濃度と転位移動距離の関係か
ら、未知の酸素濃度のシリコンウェーハの酸素濃度を容
易に知ることができる。
素濃度が高くなるにつれて、転位の移動距離が短くなる
ことが分かる。この酸素濃度と転位移動距離の関係か
ら、未知の酸素濃度のシリコンウェーハの酸素濃度を容
易に知ることができる。
【００１４】
実施例１ 酸素濃度が未知であるシリコンウェーハの酸素濃度をこ
の発明による測定方法を用いて測定した。まず、ウェー
ハ表面にビッカース硬度計で１００ｇの荷重で圧痕を付
けた。次に、９００℃の炉中で３０分間熱処理を行っ
た。炉への投入取り出しは、シリコンウェーハに熱応力
による欠陥が導入されないように、ボート速度（１５ｃ
ｍ／分）、ウェーハ間隔（２０ｍｍ）で行った。続い
て、深さ５μｍの欠陥選択エッチングを行った。
の発明による測定方法を用いて測定した。まず、ウェー
ハ表面にビッカース硬度計で１００ｇの荷重で圧痕を付
けた。次に、９００℃の炉中で３０分間熱処理を行っ
た。炉への投入取り出しは、シリコンウェーハに熱応力
による欠陥が導入されないように、ボート速度（１５ｃ
ｍ／分）、ウェーハ間隔（２０ｍｍ）で行った。続い
て、深さ５μｍの欠陥選択エッチングを行った。
【００１５】さらに、転位移動距離を光学顕微鏡で測定
した。圧痕から広がる転位の様子を図３に示す。この転
位移動距離を測定したところ９０μｍであった。酸素濃
度と転位移動距離の関係を求めた図２からこのウェーハ
の表面酸素濃度は、１１×１０17ｃｍ-3（ｏｌｄ ＡＳ
ＴＭ）と推測される。
した。圧痕から広がる転位の様子を図３に示す。この転
位移動距離を測定したところ９０μｍであった。酸素濃
度と転位移動距離の関係を求めた図２からこのウェーハ
の表面酸素濃度は、１１×１０17ｃｍ-3（ｏｌｄ ＡＳ
ＴＭ）と推測される。
【００１６】当該ウェーハの同一箇所の表面酸素濃度を
ＳＩＭＳで測定したところ、１１×１０17ｃｍ-3（ｏｌ
ｄ ＡＳＴＭ）とこの発明による測定方法と同じ測定結
果が得られた。従って、転位移動距離を光学顕微鏡で測
定し図２の換算グラフから容易に酸素濃度を正確に推定
できることが分かる。
ＳＩＭＳで測定したところ、１１×１０17ｃｍ-3（ｏｌ
ｄ ＡＳＴＭ）とこの発明による測定方法と同じ測定結
果が得られた。従って、転位移動距離を光学顕微鏡で測
定し図２の換算グラフから容易に酸素濃度を正確に推定
できることが分かる。
【００１７】実施例２ 次に、ＳＩＭＳとこの発明の方法での測定時間の比較を
行った。ウェーハ面内１００点を深さ１０μｍまで測定
したときの測定時間を表１にまとめた。この発明による
測定方法はＳＩＭＳに比べて、測定時間を大幅に短縮で
きることが分かる。
行った。ウェーハ面内１００点を深さ１０μｍまで測定
したときの測定時間を表１にまとめた。この発明による
測定方法はＳＩＭＳに比べて、測定時間を大幅に短縮で
きることが分かる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【発明の効果】この発明は、シリコンウェーハにおける
μｍオーダーの表面層のみの酸素濃度を求めることは、
従来の赤外吸収法では不可能であり、ＳＩＭＳではかな
りの時間を要する問題があったが、実施例より明らかな
ように、半導体基板の表面領域の酸素濃度を短時間で正
確に実施できるようになった。
μｍオーダーの表面層のみの酸素濃度を求めることは、
従来の赤外吸収法では不可能であり、ＳＩＭＳではかな
りの時間を要する問題があったが、実施例より明らかな
ように、半導体基板の表面領域の酸素濃度を短時間で正
確に実施できるようになった。
【図１】この発明による半導体基板の表面酸素濃度測定
方法の工程を示すフローチャート図である。
方法の工程を示すフローチャート図である。
【図２】酸素濃度と転位移動距離の関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図３】圧痕から広がる転位の様子を示す顕微鏡写真を
トレースした説明図である。
トレースした説明図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板の表面に１〜２０００ｇの荷
重で圧痕を付けた後に６００℃〜１０００℃の熱処理を
１〜６０分間行い、欠陥選択エッチングを０．１μｍ〜
３０μｍ施して熱処理中に生じた転位を顕在化し、転位
の圧痕からの移動距離を測定し、予め設定した酸素濃度
と転位移動距離の関係から、基板の表面酸素濃度を推定
する半導体基板の表面酸素濃度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2325096A JPH09199558A (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 半導体基板の表面酸素濃度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2325096A JPH09199558A (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 半導体基板の表面酸素濃度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199558A true JPH09199558A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=12105360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2325096A Pending JPH09199558A (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 半導体基板の表面酸素濃度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09199558A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT515421A4 (de) * | 2014-02-25 | 2015-09-15 | Holcim Technology Ltd | Vorrichtung zum Vorwärmen von Zementrohmehl für die Zementklinkerherstellung |
| JP2016111044A (ja) * | 2014-12-02 | 2016-06-20 | 信越半導体株式会社 | シリコンウェーハの評価方法 |
-
1996
- 1996-01-16 JP JP2325096A patent/JPH09199558A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT515421A4 (de) * | 2014-02-25 | 2015-09-15 | Holcim Technology Ltd | Vorrichtung zum Vorwärmen von Zementrohmehl für die Zementklinkerherstellung |
| JP2016111044A (ja) * | 2014-12-02 | 2016-06-20 | 信越半導体株式会社 | シリコンウェーハの評価方法 |
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