JP2000269288A - シリコンウエーハの結晶欠陥検出法および結晶欠陥評価法ならびに酸化膜耐圧特性評価法 - Google Patents
シリコンウエーハの結晶欠陥検出法および結晶欠陥評価法ならびに酸化膜耐圧特性評価法Info
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- JP2000269288A JP2000269288A JP6888599A JP6888599A JP2000269288A JP 2000269288 A JP2000269288 A JP 2000269288A JP 6888599 A JP6888599 A JP 6888599A JP 6888599 A JP6888599 A JP 6888599A JP 2000269288 A JP2000269288 A JP 2000269288A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコンウエーハの酸化膜耐圧や経時絶縁破
壊特性に影響を及ぼす結晶欠陥の検出、測定法の簡便
化、酸化膜耐圧や経時絶縁破壊特性評価法の信頼性向上
と簡便化、測定時間の大幅な短縮並びにコストの削減に
ある。 【解決手段】 シリコンウエーハの表面に熱酸化膜を形
成する熱処理を行なった後、水素を含む雰囲気で熱処理
することにより、前記シリコンウエーハ中の結晶欠陥を
熱酸化膜上にピットとして発生させるウエーハの結晶欠
陥検出法、およびこれをパーティクルカウンターで測定
し、大きさ０．１５μｍ以上のピットの総数からシリコ
ンウエーハの酸化膜耐圧特性を評価するシリコンウエー
ハの酸化膜耐圧特性評価法。
壊特性に影響を及ぼす結晶欠陥の検出、測定法の簡便
化、酸化膜耐圧や経時絶縁破壊特性評価法の信頼性向上
と簡便化、測定時間の大幅な短縮並びにコストの削減に
ある。 【解決手段】 シリコンウエーハの表面に熱酸化膜を形
成する熱処理を行なった後、水素を含む雰囲気で熱処理
することにより、前記シリコンウエーハ中の結晶欠陥を
熱酸化膜上にピットとして発生させるウエーハの結晶欠
陥検出法、およびこれをパーティクルカウンターで測定
し、大きさ０．１５μｍ以上のピットの総数からシリコ
ンウエーハの酸化膜耐圧特性を評価するシリコンウエー
ハの酸化膜耐圧特性評価法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】シリコンウエーハの結晶欠陥
を検出するための熱処理方法およびその結晶欠陥検出方
法ならびにシリコンウエーハの酸化膜耐圧特性の評価法
に関する。
を検出するための熱処理方法およびその結晶欠陥検出方
法ならびにシリコンウエーハの酸化膜耐圧特性の評価法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＭＯＳ−ＬＳＩの高集積化に伴い
ゲート酸化膜は薄膜化されている。この薄い酸化膜の信
頼性を得るため、シリコンウエーハの基板の品質が重要
視されている。その酸化膜の信頼性評価にはＴＺＤＢ
（Ｔｉｍｅ Ｚｅｒｏ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅ
ａｋｄｏｗｎ：酸化膜耐圧）評価、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ
Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａ
ｋｄｏｗｎ：経時絶縁破壊特性）評価が一般的に用いら
れている。（本発明ではこれらをまとめて酸化膜耐圧特
性と呼ぶことにする。）
ゲート酸化膜は薄膜化されている。この薄い酸化膜の信
頼性を得るため、シリコンウエーハの基板の品質が重要
視されている。その酸化膜の信頼性評価にはＴＺＤＢ
（Ｔｉｍｅ Ｚｅｒｏ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅ
ａｋｄｏｗｎ：酸化膜耐圧）評価、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ
Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａ
ｋｄｏｗｎ：経時絶縁破壊特性）評価が一般的に用いら
れている。（本発明ではこれらをまとめて酸化膜耐圧特
性と呼ぶことにする。）
【０００３】しかし、その問題点の一つとして、これら
の評価法においては、各シリコンウエーハメーカーやデ
バイスメーカーで各種パラメーター（ゲート酸化膜厚、
ゲート面積、ストレス電流、マスクパターン等）が異な
るため、得られたデータに統一性が無いという点があ
る。すなわち、同一ウエーハにおいてさえも、測定条件
によっては優れた耐圧特性を示すこともあれば、悪い耐
圧特性を示すこともあると言う点である。また、従来の
ＴＺＤＢ、ＴＤＤＢ耐圧特性評価法は煩雑な工程を経る
ために非常に時間とコストが掛かるという欠点があっ
た。
の評価法においては、各シリコンウエーハメーカーやデ
バイスメーカーで各種パラメーター（ゲート酸化膜厚、
ゲート面積、ストレス電流、マスクパターン等）が異な
るため、得られたデータに統一性が無いという点があ
る。すなわち、同一ウエーハにおいてさえも、測定条件
によっては優れた耐圧特性を示すこともあれば、悪い耐
圧特性を示すこともあると言う点である。また、従来の
ＴＺＤＢ、ＴＤＤＢ耐圧特性評価法は煩雑な工程を経る
ために非常に時間とコストが掛かるという欠点があっ
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明はこの
ような問題点に鑑みなされたもので、本発明の目的とす
るところは、酸化膜耐圧や経時絶縁破壊特性に影響を及
ぼす結晶欠陥の検出、測定法の簡便化、酸化膜耐圧や経
時絶縁破壊特性評価法の信頼性の向上と簡便化、測定時
間の大幅な短縮並びにコストの削減にある。
ような問題点に鑑みなされたもので、本発明の目的とす
るところは、酸化膜耐圧や経時絶縁破壊特性に影響を及
ぼす結晶欠陥の検出、測定法の簡便化、酸化膜耐圧や経
時絶縁破壊特性評価法の信頼性の向上と簡便化、測定時
間の大幅な短縮並びにコストの削減にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に記載した発明は、シリコンウエ
ーハの表面に熱酸化膜を形成する熱処理を行なった後、
水素を含む雰囲気で熱処理することにより、前記シリコ
ンウエーハ中の結晶欠陥を熱酸化膜上にピットとして発
生させることを特徴とするシリコンウエーハの結晶欠陥
検出法である。
に、本発明の請求項１に記載した発明は、シリコンウエ
ーハの表面に熱酸化膜を形成する熱処理を行なった後、
水素を含む雰囲気で熱処理することにより、前記シリコ
ンウエーハ中の結晶欠陥を熱酸化膜上にピットとして発
生させることを特徴とするシリコンウエーハの結晶欠陥
検出法である。
【０００６】このように、シリコンウエーハ中の結晶欠
陥を熱酸化膜上にピットとして発生させてそのピットを
検出すれば、結晶欠陥そのものを直接的に検出するた
め、例えば酸化膜耐圧評価の信頼性が大きく向上し、検
出に要する時間を大幅に短縮できるので評価コストを大
きく削減することができる。
陥を熱酸化膜上にピットとして発生させてそのピットを
検出すれば、結晶欠陥そのものを直接的に検出するた
め、例えば酸化膜耐圧評価の信頼性が大きく向上し、検
出に要する時間を大幅に短縮できるので評価コストを大
きく削減することができる。
【０００７】そして本発明の請求項２に記載した発明
は、シリコンウエーハの表面に自然酸化膜を成長させた
後、水素を含む雰囲気で熱処理することにより、前記シ
リコンウエーハ中の結晶欠陥を酸化膜上にピットとして
発生させることを特徴とするシリコンウエーハの結晶欠
陥検出法である。
は、シリコンウエーハの表面に自然酸化膜を成長させた
後、水素を含む雰囲気で熱処理することにより、前記シ
リコンウエーハ中の結晶欠陥を酸化膜上にピットとして
発生させることを特徴とするシリコンウエーハの結晶欠
陥検出法である。
【０００８】このように結晶欠陥をピットとして発生さ
せる酸化膜に、シリコンウエーハ表面の自然酸化膜を利
用しても、水素を含む雰囲気で熱処理することによりピ
ットとして検出することができる。
せる酸化膜に、シリコンウエーハ表面の自然酸化膜を利
用しても、水素を含む雰囲気で熱処理することによりピ
ットとして検出することができる。
【０００９】この場合、請求項３に記載したように、前
記熱酸化膜を形成する熱処理および／または水素を含む
雰囲気での熱処理を急速加熱・急速冷却装置で行なうこ
とができる。このように、熱酸化膜を形成する熱処理お
よび／または水素を含む雰囲気での熱処理（以下、水素
アニールということがある）を急速加熱・急速冷却装置
（以下、ＲＴＡ装置ということがある）で行なえば、設
定した熱処理条件の再現性が高く、所望の条件下で短時
間で熱処理することができるので、結晶欠陥の検出精度
が高くなり信頼性の向上と検出コストの削減を図ること
ができる。
記熱酸化膜を形成する熱処理および／または水素を含む
雰囲気での熱処理を急速加熱・急速冷却装置で行なうこ
とができる。このように、熱酸化膜を形成する熱処理お
よび／または水素を含む雰囲気での熱処理（以下、水素
アニールということがある）を急速加熱・急速冷却装置
（以下、ＲＴＡ装置ということがある）で行なえば、設
定した熱処理条件の再現性が高く、所望の条件下で短時
間で熱処理することができるので、結晶欠陥の検出精度
が高くなり信頼性の向上と検出コストの削減を図ること
ができる。
【００１０】そしてこの場合、請求項４に記載したよう
に、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方
法により発生したピットをパーティクルカウンターで測
定することができる。このように発生したピットをパー
ティクルカウンターでＬＰＤとして観察すれば、計測し
たＬＰＤ数の大小でウエーハ間の酸化膜欠陥の比較を行
うことができる。
に、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方
法により発生したピットをパーティクルカウンターで測
定することができる。このように発生したピットをパー
ティクルカウンターでＬＰＤとして観察すれば、計測し
たＬＰＤ数の大小でウエーハ間の酸化膜欠陥の比較を行
うことができる。
【００１１】また、本発明の請求項５に記載した発明
は、請求項４に記載された検出法を用いて検出されたピ
ットを、大きさ０．１５μｍを基準に分類することを特
徴とするシリコンウエーハの結晶欠陥評価法である。こ
のようにＬＰＤのサイズ別、例えば０．１５μｍを境に
すれば、結晶欠陥をＣＯＰとＣＯＰ以外の結晶欠陥に区
別することができるので、結晶欠陥発生の原因究明、結
晶欠陥の除去法の開発等、結晶欠陥に関する詳細な検討
が可能となる。
は、請求項４に記載された検出法を用いて検出されたピ
ットを、大きさ０．１５μｍを基準に分類することを特
徴とするシリコンウエーハの結晶欠陥評価法である。こ
のようにＬＰＤのサイズ別、例えば０．１５μｍを境に
すれば、結晶欠陥をＣＯＰとＣＯＰ以外の結晶欠陥に区
別することができるので、結晶欠陥発生の原因究明、結
晶欠陥の除去法の開発等、結晶欠陥に関する詳細な検討
が可能となる。
【００１２】次に、本発明の請求項６に記載した発明
は、請求項５に記載された評価法を用いて分類された大
きさ０．１５μｍ以上のピットの総数からシリコンウエ
ーハの酸化膜耐圧特性を評価することを特徴とするシリ
コンウエーハの酸化膜耐圧特性評価法である。例えば、
大きさ０．１５μｍ以上のピットの総数と酸化膜耐圧特
性を表すＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの不良品率（％）との関係
を見ると高い相関性を有するので、大きさ０．１５μｍ
以上のピットの総数からシリコンウエーハの酸化膜耐圧
特性を評価することができる。
は、請求項５に記載された評価法を用いて分類された大
きさ０．１５μｍ以上のピットの総数からシリコンウエ
ーハの酸化膜耐圧特性を評価することを特徴とするシリ
コンウエーハの酸化膜耐圧特性評価法である。例えば、
大きさ０．１５μｍ以上のピットの総数と酸化膜耐圧特
性を表すＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの不良品率（％）との関係
を見ると高い相関性を有するので、大きさ０．１５μｍ
以上のピットの総数からシリコンウエーハの酸化膜耐圧
特性を評価することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
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。本発明者等は、シリコンウエーハの酸化膜耐圧特性
を評価するには、この特性に大きな影響をおよぼすシリ
コンウエーハ中の結晶欠陥が、熱処理により形成された
熱酸化膜あるいは成長した自然酸化膜中に取り込まれ、
その後の水素アニール処理により酸化膜中にピットとし
て形成されるので、これを直接検出、計測すればよいこ
とを見出し、この熱処理の諸条件を精査して本発明を完
成させた。
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。本発明者等は、シリコンウエーハの酸化膜耐圧特性
を評価するには、この特性に大きな影響をおよぼすシリ
コンウエーハ中の結晶欠陥が、熱処理により形成された
熱酸化膜あるいは成長した自然酸化膜中に取り込まれ、
その後の水素アニール処理により酸化膜中にピットとし
て形成されるので、これを直接検出、計測すればよいこ
とを見出し、この熱処理の諸条件を精査して本発明を完
成させた。
【００１４】先ず、シリコンウエーハ表面上に、バッチ
炉（抵抗加熱式熱処理炉）もしくはＲＴＡ装置（Ｒａｐ
ｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｅｒ：急速加熱・
急速冷却装置）等を使用して熱酸化処理を施し、例えば
１．０〜１００ｎｍの酸化膜を成長させ、結晶中の欠陥
を酸化膜中に取り込む。このように 酸化膜の形成は、
熱酸化により熱酸化膜を形成する場合は、通常行われる
ドライ酸素酸化、ウエット酸素酸化、スチーム酸化、水
素燃焼酸化、酸素分圧酸化、塩酸添加酸化等の方法で行
われる。また、シリコンウエーハに洗浄等を施すことに
より厚さ１．０〜２．０ｎｍ程度の自然酸化膜を形成し
てもよい。酸化膜の厚さは、結晶欠陥を調査すべきウエ
ーハの表面からの深さに応じて選択すればよい。比較的
厚い酸化膜、例えば５０ｎｍ以上の酸化膜を形成する場
合は、通常のバッチ炉を用いてもよい。
炉（抵抗加熱式熱処理炉）もしくはＲＴＡ装置（Ｒａｐ
ｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｅｒ：急速加熱・
急速冷却装置）等を使用して熱酸化処理を施し、例えば
１．０〜１００ｎｍの酸化膜を成長させ、結晶中の欠陥
を酸化膜中に取り込む。このように 酸化膜の形成は、
熱酸化により熱酸化膜を形成する場合は、通常行われる
ドライ酸素酸化、ウエット酸素酸化、スチーム酸化、水
素燃焼酸化、酸素分圧酸化、塩酸添加酸化等の方法で行
われる。また、シリコンウエーハに洗浄等を施すことに
より厚さ１．０〜２．０ｎｍ程度の自然酸化膜を形成し
てもよい。酸化膜の厚さは、結晶欠陥を調査すべきウエ
ーハの表面からの深さに応じて選択すればよい。比較的
厚い酸化膜、例えば５０ｎｍ以上の酸化膜を形成する場
合は、通常のバッチ炉を用いてもよい。
【００１５】次に、酸化膜形成後、バッチ炉もしくはＲ
ＴＡ装置により水素１００％雰囲気もしくは水素と不活
性ガス（アルゴンなど）または窒素ガスとの混合ガス雰
囲気下で９５０℃から１３００℃の温度域において1 秒
以上の水素アニールを行い、結晶欠陥をピットとして酸
化膜中に出現させる。
ＴＡ装置により水素１００％雰囲気もしくは水素と不活
性ガス（アルゴンなど）または窒素ガスとの混合ガス雰
囲気下で９５０℃から１３００℃の温度域において1 秒
以上の水素アニールを行い、結晶欠陥をピットとして酸
化膜中に出現させる。
【００１６】次いでこのウエーハをパーティクルカウン
ターでＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃ
ｔ) 観察を行うとＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉ
ｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）の領域（〜０．１５μ
ｍ）とは別に、０．１５μｍ以上の領域にＬＰＤが観察
される（図１参照）。このように発生したピットをパー
ティクルカウンターでＬＰＤとして観察すれば、計測し
たＬＰＤ数の大小でウエーハ間の酸化膜欠陥の比較を行
うことができる。パーティクルカウンターには、ＫＬＡ
Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰー１を用いた。
ターでＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃ
ｔ) 観察を行うとＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉ
ｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）の領域（〜０．１５μ
ｍ）とは別に、０．１５μｍ以上の領域にＬＰＤが観察
される（図１参照）。このように発生したピットをパー
ティクルカウンターでＬＰＤとして観察すれば、計測し
たＬＰＤ数の大小でウエーハ間の酸化膜欠陥の比較を行
うことができる。パーティクルカウンターには、ＫＬＡ
Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰー１を用いた。
【００１７】ここで、ＬＰＤ観察とは、光散乱装置によ
るウエーハ全面の散乱強度が、微粒子に対応するパルス
状のＬＰＤモードで観察されることをいう。
るウエーハ全面の散乱強度が、微粒子に対応するパルス
状のＬＰＤモードで観察されることをいう。
【００１８】そして、前述した検出法を用いて検出され
たピットを、大きさ０．１５μｍを基準に分類する。こ
のようにＬＰＤのサイズ別、例えば０．１５μｍを境に
すれば、結晶欠陥をＣＯＰとＣＯＰ以外の結晶欠陥に区
別できるので、結晶欠陥発生の原因究明、結晶欠陥の除
去法の開発等、結晶欠陥に関する詳細な検討が可能とな
る。
たピットを、大きさ０．１５μｍを基準に分類する。こ
のようにＬＰＤのサイズ別、例えば０．１５μｍを境に
すれば、結晶欠陥をＣＯＰとＣＯＰ以外の結晶欠陥に区
別できるので、結晶欠陥発生の原因究明、結晶欠陥の除
去法の開発等、結晶欠陥に関する詳細な検討が可能とな
る。
【００１９】次に、上記評価法を用いて分類された大き
さ０．１５μｍ以上のピットの総数からシリコンウエー
ハの酸化膜耐圧特性を評価する。例えば、大きさ０．１
５μｍ以上のピットの総数と酸化膜耐圧特性を表すＴＺ
ＤＢ、ＴＤＤＢの不良品率（％）との関係を見ると高い
相関性を有するので、大きさ０．１５μｍ以上のピット
の総数からシリコンウエーハの酸化膜耐圧特性を評価す
ることができる。
さ０．１５μｍ以上のピットの総数からシリコンウエー
ハの酸化膜耐圧特性を評価する。例えば、大きさ０．１
５μｍ以上のピットの総数と酸化膜耐圧特性を表すＴＺ
ＤＢ、ＴＤＤＢの不良品率（％）との関係を見ると高い
相関性を有するので、大きさ０．１５μｍ以上のピット
の総数からシリコンウエーハの酸化膜耐圧特性を評価す
ることができる。
【００２０】図２は、４種類のシリコンウエーハについ
て、上記の熱酸化・水素アニール処理の結果、カウント
したＬＰＤ数（０．１５μｍ以上の個数／ウエーハ）で
あり、図３と図４はそれぞれこの４種類のサンプルの酸
化膜耐圧特性をＴＺＤＢ、ＴＤＤＢについて測定し、不
良品率（％）を示した結果図である。図２のＬＰＤ数と
図３と図４の不良品率を対象してみると、ＬＰＤ数の多
いウエーハはＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの不良品率は高く、Ｌ
ＰＤ数の少ないウエーハはＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの不良品
率は低く、互いに高い相関性を有していることが判り、
この方法が酸化膜耐圧を評価する方法として極めて有効
であることが判る。
て、上記の熱酸化・水素アニール処理の結果、カウント
したＬＰＤ数（０．１５μｍ以上の個数／ウエーハ）で
あり、図３と図４はそれぞれこの４種類のサンプルの酸
化膜耐圧特性をＴＺＤＢ、ＴＤＤＢについて測定し、不
良品率（％）を示した結果図である。図２のＬＰＤ数と
図３と図４の不良品率を対象してみると、ＬＰＤ数の多
いウエーハはＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの不良品率は高く、Ｌ
ＰＤ数の少ないウエーハはＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの不良品
率は低く、互いに高い相関性を有していることが判り、
この方法が酸化膜耐圧を評価する方法として極めて有効
であることが判る。
【００２１】また図６に上記各ウエーハのＣＯＰ（０．
１２〜０．１５μｍ）数の比較グラフを示した。この図
からは、ＣＯＰ数と酸化膜耐圧特性（図３のＴＺＤＢ不
良品率、図４のＴＤＤＢ不良品率) との相関は低い。よ
って本発明により発生させたピット数をサイズ別に分類
して比較することにより、選択的に酸化膜耐圧特性を劣
化させる要因を究明することができる。
１２〜０．１５μｍ）数の比較グラフを示した。この図
からは、ＣＯＰ数と酸化膜耐圧特性（図３のＴＺＤＢ不
良品率、図４のＴＤＤＢ不良品率) との相関は低い。よ
って本発明により発生させたピット数をサイズ別に分類
して比較することにより、選択的に酸化膜耐圧特性を劣
化させる要因を究明することができる。
【００２２】シリコンウエーハ中の結晶欠陥が酸化膜上
にピットとして形成されるメカニズムは未だ確認されて
いないが、次のように考えられる。すなわち、ＣＺ法に
より育成された単結晶から作製されたシリコンウエーハ
中にはグローイン欠陥と呼ばれる欠陥が存在することが
知られており、その欠陥の代表的なものとして、原子空
孔のクラスターと考えられているＣＯＰと酸素原子の凝
集体である酸素析出物とがある。ウエーハ表面が酸化さ
れると、その酸化膜中にこれらの欠陥は取り込まれ、そ
の後の水素を含む雰囲気での熱処理により、酸化膜中に
取り込まれた酸素析出物の部分が選択的に急速に深さ方
向へのエッチングが進行してピットが形成される。その
後、さらにエッチングが進んでやがてＳｉＯ2 ／Ｓｉ界
面に達すると、今度はＳｉＯ2 ／Ｓｉ界面の横方向にエ
ッチングが進行する結果、ピットの径が増大すると考え
られる。
にピットとして形成されるメカニズムは未だ確認されて
いないが、次のように考えられる。すなわち、ＣＺ法に
より育成された単結晶から作製されたシリコンウエーハ
中にはグローイン欠陥と呼ばれる欠陥が存在することが
知られており、その欠陥の代表的なものとして、原子空
孔のクラスターと考えられているＣＯＰと酸素原子の凝
集体である酸素析出物とがある。ウエーハ表面が酸化さ
れると、その酸化膜中にこれらの欠陥は取り込まれ、そ
の後の水素を含む雰囲気での熱処理により、酸化膜中に
取り込まれた酸素析出物の部分が選択的に急速に深さ方
向へのエッチングが進行してピットが形成される。その
後、さらにエッチングが進んでやがてＳｉＯ2 ／Ｓｉ界
面に達すると、今度はＳｉＯ2 ／Ｓｉ界面の横方向にエ
ッチングが進行する結果、ピットの径が増大すると考え
られる。
【００２３】尚、図５に本発明の方法で検出されたピッ
トを表した図を示しておく。検出の熱処理条件は、１０
００Åの酸化膜を成長させた後、１２００℃、４０分間
の水素アニールを施した。
トを表した図を示しておく。検出の熱処理条件は、１０
００Åの酸化膜を成長させた後、１２００℃、４０分間
の水素アニールを施した。
【００２４】ここで、本発明の前段の熱酸化処理と後段
の水素アニール処理に使用することができる熱処理装置
を説明する。前段の熱酸化処理には、バッチ炉またはＲ
ＴＡ装置（急速加熱・急速冷却熱処理装置）等を使用す
ることができる。そして後段の水素アニール処理にもバ
ッチ炉もしくはＲＴＡ装置等を使用することができる
が、ＲＴＡ装置の方が熱処理条件の安定性や制御性、短
時間処理が可能等の点で優れており、特に水素アニール
に好適に使用される。
の水素アニール処理に使用することができる熱処理装置
を説明する。前段の熱酸化処理には、バッチ炉またはＲ
ＴＡ装置（急速加熱・急速冷却熱処理装置）等を使用す
ることができる。そして後段の水素アニール処理にもバ
ッチ炉もしくはＲＴＡ装置等を使用することができる
が、ＲＴＡ装置の方が熱処理条件の安定性や制御性、短
時間処理が可能等の点で優れており、特に水素アニール
に好適に使用される。
【００２５】このＲＴＡ装置としては、熱放射によるラ
ンプ加熱器のような装置を挙げることができる。また、
市販されているものとして、例えばシュティアック マ
イクロテック インターナショナル社製、ＳＨＳ−２８
００のような装置を挙げることができ、これらは特別複
雑なものではなく、高価なものでもない。また、バッチ
炉としては、東京エレクトロン社製のα−８のような装
置を挙げることができる。
ンプ加熱器のような装置を挙げることができる。また、
市販されているものとして、例えばシュティアック マ
イクロテック インターナショナル社製、ＳＨＳ−２８
００のような装置を挙げることができ、これらは特別複
雑なものではなく、高価なものでもない。また、バッチ
炉としては、東京エレクトロン社製のα−８のような装
置を挙げることができる。
【００２６】ここで、本発明で用いたＲＴＡ装置の一例
を示す。図７は、ＲＴＡ装置の概略図である。図７のＲ
ＴＡ装置１０は、石英からなるチャンバー１を有し、こ
のチャンバー１内でウエーハを熱処理するようになって
いる。加熱は、チャンバー１を上下左右から囲繞するよ
うに配置される加熱ランプ２によって行う。このランプ
はそれぞれ独立に供給される電力を制御できるようにな
っている。
を示す。図７は、ＲＴＡ装置の概略図である。図７のＲ
ＴＡ装置１０は、石英からなるチャンバー１を有し、こ
のチャンバー１内でウエーハを熱処理するようになって
いる。加熱は、チャンバー１を上下左右から囲繞するよ
うに配置される加熱ランプ２によって行う。このランプ
はそれぞれ独立に供給される電力を制御できるようにな
っている。
【００２７】ガスの排気側は、オートシャッター３が装
備され、外気を封鎖している。オートシャッター３は、
ゲートバルブによって開閉可能に構成される不図示のウ
エーハ挿入口が設けられている。また、オートシャッタ
ー３にはガス排気口が設けられており、炉内雰囲気を調
整できるようになっている。
備され、外気を封鎖している。オートシャッター３は、
ゲートバルブによって開閉可能に構成される不図示のウ
エーハ挿入口が設けられている。また、オートシャッタ
ー３にはガス排気口が設けられており、炉内雰囲気を調
整できるようになっている。
【００２８】そして、ウエーハ８は石英トレイ４に形成
された３点支持部５の上に配置される。トレイ４のガス
導入口側には、石英製のバッファ６が設けられており、
導入ガスがウエーハに直接当たるのを防ぐことができ
る。また、チャンバー１には不図示の温度測定用特殊窓
が設けられており、チャンバー１の外部に設置されたパ
イロメータ７により、その特殊窓を通してウエーハ８の
温度を測定することができる。
された３点支持部５の上に配置される。トレイ４のガス
導入口側には、石英製のバッファ６が設けられており、
導入ガスがウエーハに直接当たるのを防ぐことができ
る。また、チャンバー１には不図示の温度測定用特殊窓
が設けられており、チャンバー１の外部に設置されたパ
イロメータ７により、その特殊窓を通してウエーハ８の
温度を測定することができる。
【００２９】以上のようなＲＴＡ装置１０によって、ウ
エーハを急速加熱・急速冷却する水素アニール処理は次
のように行われる。まず、ＲＴＡ装置１０に隣接して配
置される、不図示のウエーハハンドリング装置によって
ウエーハ８を挿入口からチャンバー１内に入れ、トレイ
４上に配置した後、オートシャッター３を閉める。
エーハを急速加熱・急速冷却する水素アニール処理は次
のように行われる。まず、ＲＴＡ装置１０に隣接して配
置される、不図示のウエーハハンドリング装置によって
ウエーハ８を挿入口からチャンバー１内に入れ、トレイ
４上に配置した後、オートシャッター３を閉める。
【００３０】そして、窒素ガスで十分パージした後、雰
囲気ガスを水素１００％または水素とＡｒの混合ガスに
切り替え、加熱ランプ２に電力を供給し、ウエーハ８を
例えば１１００〜１３００℃の所定の温度に昇温する。
この際、目的の温度になるまでに要する時間は例えば２
０秒程度である。次にその温度において所定時間保持す
ることにより、ウエーハ８に高温熱処理を加えることが
できる。所定時間経過し高温熱処理が終了したなら、ラ
ンプの出力を下げウエーハの温度を下げる。この降温も
例えば２０秒程度で行うことができる。最後に、ウエー
ハハンドリング装置によってウエーハを取り出すことに
より、水素アニール処理を完了する。
囲気ガスを水素１００％または水素とＡｒの混合ガスに
切り替え、加熱ランプ２に電力を供給し、ウエーハ８を
例えば１１００〜１３００℃の所定の温度に昇温する。
この際、目的の温度になるまでに要する時間は例えば２
０秒程度である。次にその温度において所定時間保持す
ることにより、ウエーハ８に高温熱処理を加えることが
できる。所定時間経過し高温熱処理が終了したなら、ラ
ンプの出力を下げウエーハの温度を下げる。この降温も
例えば２０秒程度で行うことができる。最後に、ウエー
ハハンドリング装置によってウエーハを取り出すことに
より、水素アニール処理を完了する。
【００３１】さらに熱処理するウエーハがある場合に
は、ＲＴＡ装置１０の温度を降温させていないので、次
々にウエーハを投入して連続的にＲＴＡ処理をすること
ができる。また、ＲＴＡ装置により熱酸化処理をする場
合は、処理温度、処理ガス雰囲気等を変更すればよい。
は、ＲＴＡ装置１０の温度を降温させていないので、次
々にウエーハを投入して連続的にＲＴＡ処理をすること
ができる。また、ＲＴＡ装置により熱酸化処理をする場
合は、処理温度、処理ガス雰囲気等を変更すればよい。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。 （実施例）酸化膜耐圧特性を評価する対象試料として、
下記４種類の８インチウエーハを用いた。 Ａ：通常のＣＺ法によるウエーハ（引上げ速度：１．０
ｍｍ／ｍｉｎ、酸素濃度：１５ｐｐｍａ［ＪＥＩＤＡ：
日本電子工業振興協会規格］、窒素ドープ：なし）、 Ｂ：窒素ドープしたＣＺ法によるウエーハ（引上速度：
１．６ｍｍ／ｍｉｎ、酸素濃度：１５ｐｐｍａ、窒素濃
度：１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）、 Ｃ：改良ＣＺ法によるウエーハ（引上条件を調整し、Ａ
に比べグローイン欠陥を低減したウエーハ）、 Ｄ：エピタキシャルウエーハ（ウエーハＡにエピタキシ
ャル層を１μｍ堆積したウエーハ）。
本発明はこれらに限定されるものではない。 （実施例）酸化膜耐圧特性を評価する対象試料として、
下記４種類の８インチウエーハを用いた。 Ａ：通常のＣＺ法によるウエーハ（引上げ速度：１．０
ｍｍ／ｍｉｎ、酸素濃度：１５ｐｐｍａ［ＪＥＩＤＡ：
日本電子工業振興協会規格］、窒素ドープ：なし）、 Ｂ：窒素ドープしたＣＺ法によるウエーハ（引上速度：
１．６ｍｍ／ｍｉｎ、酸素濃度：１５ｐｐｍａ、窒素濃
度：１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 ）、 Ｃ：改良ＣＺ法によるウエーハ（引上条件を調整し、Ａ
に比べグローイン欠陥を低減したウエーハ）、 Ｄ：エピタキシャルウエーハ（ウエーハＡにエピタキシ
ャル層を１μｍ堆積したウエーハ）。
【００３３】先ず、酸化炉として東京エレクトロン社製
のα−８バッチ炉を用いて、熱酸化処理を行った。処理
条件は、９００℃、９２分、雰囲気はＯ2 ：１００％と
した。成長した熱酸化膜厚は２５ｎｍである。この後
に、ＲＴＡ装置としてシュティアック・マイクロテック
・インターナショナル社製のＳＨＳ−２８００を用いて
水素アニールを施した。この時の処理条件は、１２００
℃、３０秒、雰囲気はＨ2 ：２５％、アルゴン：７５％
とした。
のα−８バッチ炉を用いて、熱酸化処理を行った。処理
条件は、９００℃、９２分、雰囲気はＯ2 ：１００％と
した。成長した熱酸化膜厚は２５ｎｍである。この後
に、ＲＴＡ装置としてシュティアック・マイクロテック
・インターナショナル社製のＳＨＳ−２８００を用いて
水素アニールを施した。この時の処理条件は、１２００
℃、３０秒、雰囲気はＨ2 ：２５％、アルゴン：７５％
とした。
【００３４】上記の熱酸化・水素アニール処理の結果、
カウントしたＬＰＤ数（０．１５μｍ以上）はそれぞれ
Ａ：６８９１個、Ｂ：８９２０個、Ｃ：１４８５個、
Ｄ：１０個である（図２参照）。ＬＰＤの測定にはＫＬ
Ａ Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰー１を用いた。
カウントしたＬＰＤ数（０．１５μｍ以上）はそれぞれ
Ａ：６８９１個、Ｂ：８９２０個、Ｃ：１４８５個、
Ｄ：１０個である（図２参照）。ＬＰＤの測定にはＫＬ
Ａ Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰー１を用いた。
【００３５】次いでこの４種類のサンプルの酸化膜耐圧
特性をＴＺＤＢ、ＴＤＤＢについて測定し、不良品率
（％）を示した結果が図３と図４である。図２のＬＰＤ
数と図３と図４の不良品率を比較してみると、ＬＰＤ数
の多いウエーハはＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの不良品率は高
く、ＬＰＤ数の少ないウエーハはＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの
不良品率は低く、互いに高い相関性を有していることが
判り、この方法が酸化膜耐圧を評価する方法として極め
て有効であることが判る。
特性をＴＺＤＢ、ＴＤＤＢについて測定し、不良品率
（％）を示した結果が図３と図４である。図２のＬＰＤ
数と図３と図４の不良品率を比較してみると、ＬＰＤ数
の多いウエーハはＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの不良品率は高
く、ＬＰＤ数の少ないウエーハはＴＺＤＢ、ＴＤＤＢの
不良品率は低く、互いに高い相関性を有していることが
判り、この方法が酸化膜耐圧を評価する方法として極め
て有効であることが判る。
【００３６】また図６に各ウエーハのＣＯＰ（０．１２
〜０．１５μｍ）数の比較グラフを示した。この図から
は、ＣＯＰ数と酸化膜耐圧特性（図３のＴＺＤＢ不良品
率および図４のＴＤＤＢ不良品率) との相関は低いこと
が判る。よって本発明により発生させたピット数をサイ
ズ別に分類して比較することにより、選択的に酸化膜耐
圧特性を劣化させる要因を究明することができる。
〜０．１５μｍ）数の比較グラフを示した。この図から
は、ＣＯＰ数と酸化膜耐圧特性（図３のＴＺＤＢ不良品
率および図４のＴＤＤＢ不良品率) との相関は低いこと
が判る。よって本発明により発生させたピット数をサイ
ズ別に分類して比較することにより、選択的に酸化膜耐
圧特性を劣化させる要因を究明することができる。
【００３７】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
るものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いか
なるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３８】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、シリコンウエーハ中の結晶欠陥を簡便な熱酸化・水
素アニール処理方法で熱酸化膜上あるいは水素アニール
処理で自然酸化膜上にピットとして検出することが可能
となり、計測したＬＰＤ数の大小によって酸化膜耐圧特
性を高い精度で評価することができる。この評価法は、
酸化膜耐圧特性に影響を与える結晶欠陥そのものを検出
するため信頼性が高く、測定時間を大幅に短縮でき、測
定・評価コストの削減を図ることができる。
ば、シリコンウエーハ中の結晶欠陥を簡便な熱酸化・水
素アニール処理方法で熱酸化膜上あるいは水素アニール
処理で自然酸化膜上にピットとして検出することが可能
となり、計測したＬＰＤ数の大小によって酸化膜耐圧特
性を高い精度で評価することができる。この評価法は、
酸化膜耐圧特性に影響を与える結晶欠陥そのものを検出
するため信頼性が高く、測定時間を大幅に短縮でき、測
定・評価コストの削減を図ることができる。
【図１】本発明の酸化膜成長後に水素アニールを行った
ウエーハのＬＰＤのサイズ別分布図である。
ウエーハのＬＰＤのサイズ別分布図である。
【図２】４種類のサンプルのＬＰＤ（０．１５μｍ以
上）数の比較図である。
上）数の比較図である。
【図３】４種類のサンプルのＴＺＤＢ評価による不良品
率（％）を表す図である。
率（％）を表す図である。
【図４】４種類のサンプルのＴＤＤＢ評価による不良品
率（％）を表す図である。
率（％）を表す図である。
【図５】本発明の方法で検出（１０００Åの酸化膜を成
長させた後、１２００℃、４０分間の水素アニールを施
す）されたピットを表した図である。
長させた後、１２００℃、４０分間の水素アニールを施
す）されたピットを表した図である。
【図６】４種類のサンプルのＣＯＰ（０．１２〜０．１
５μｍ）数の比較図である。
５μｍ）数の比較図である。
【図７】シリコンウエーハの急速加熱・急速冷却装置の
一例を示した概略図である。
一例を示した概略図である。
１…チャンバー、 ２…加熱ランプ、 ３…オートシャ
ッター、４…石英トレイ、 ５…３点支持部、 ６…バ
ッファ、 ７…パイロメータ、８…ウエーハ、１０…急
速加熱・急速冷却装置。
ッター、４…石英トレイ、 ５…３点支持部、 ６…バ
ッファ、 ７…パイロメータ、８…ウエーハ、１０…急
速加熱・急速冷却装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 CF10 FE02 FE04 FG11 FJ06 FK08 GA02 GA05 HA12 4M106 AA01 BA04 CA14 CB19 CB20 DH60
Claims (6)
- 【請求項１】 シリコンウエーハの表面に熱酸化膜を形
成する熱処理を行なった後、水素を含む雰囲気で熱処理
することにより、前記シリコンウエーハ中の結晶欠陥を
熱酸化膜上にピットとして発生させることを特徴とする
シリコンウエーハの結晶欠陥検出法。 - 【請求項２】 シリコンウエーハの表面に自然酸化膜を
成長させた後、水素を含む雰囲気で熱処理することによ
り、前記シリコンウエーハ中の結晶欠陥を酸化膜上にピ
ットとして発生させることを特徴とするシリコンウエー
ハの結晶欠陥検出法。 - 【請求項３】 前記熱酸化膜を形成する熱処理および／
または水素を含む雰囲気での熱処理を急速加熱・急速冷
却装置で行なうことを特徴とする請求項１または請求項
２に記載したシリコンウエーハの結晶欠陥検出法。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
に記載の方法により発生したピットをパーティクルカウ
ンターで測定することを特徴とするシリコンウエーハの
結晶欠陥検出法。 - 【請求項５】 請求項４に記載された検出法を用いて検
出されたピットを、大きさ０．１５μｍを基準に分類す
ることを特徴とするシリコンウエーハの結晶欠陥評価
法。 - 【請求項６】 請求項５に記載された評価法を用いて分
類された大きさ０．１５μｍ以上のピットの総数からシ
リコンウエーハの酸化膜耐圧特性を評価することを特徴
とするシリコンウエーハの酸化膜耐圧特性評価法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6888599A JP2000269288A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | シリコンウエーハの結晶欠陥検出法および結晶欠陥評価法ならびに酸化膜耐圧特性評価法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6888599A JP2000269288A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | シリコンウエーハの結晶欠陥検出法および結晶欠陥評価法ならびに酸化膜耐圧特性評価法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000269288A true JP2000269288A (ja) | 2000-09-29 |
Family
ID=13386567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6888599A Pending JP2000269288A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | シリコンウエーハの結晶欠陥検出法および結晶欠陥評価法ならびに酸化膜耐圧特性評価法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000269288A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006203089A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコンウェーハの評価方法 |
| JP2007251004A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体装置の特性予測方法及び特性予測装置 |
| JP2007273977A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Soitec Silicon On Insulator Technologies | バルク基板中の結晶欠陥を顕在化する方法 |
| JP2008091891A (ja) * | 2006-09-05 | 2008-04-17 | Sumco Corp | エピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法 |
| JP2011119528A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体単結晶基板の結晶欠陥評価方法 |
| DE112016004752T5 (de) | 2015-11-17 | 2018-07-05 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Verfahren zum Ermitteln von Defektregionen |
| CN109690746A (zh) * | 2016-09-29 | 2019-04-26 | 胜高股份有限公司 | 硅晶片的评价方法、硅晶片制造工序的评价方法、硅晶片的制造方法以及硅晶片 |
-
1999
- 1999-03-15 JP JP6888599A patent/JP2000269288A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006203089A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコンウェーハの評価方法 |
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| US8152919B2 (en) | 2006-09-05 | 2012-04-10 | Sumco Corporation | Epitaxial silicon wafer and fabrication method thereof |
| JP2011119528A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体単結晶基板の結晶欠陥評価方法 |
| DE112016004752T5 (de) | 2015-11-17 | 2018-07-05 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Verfahren zum Ermitteln von Defektregionen |
| KR20180083326A (ko) | 2015-11-17 | 2018-07-20 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 결함영역의 판정방법 |
| US10513798B2 (en) | 2015-11-17 | 2019-12-24 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for determining defect region |
| CN109690746A (zh) * | 2016-09-29 | 2019-04-26 | 胜高股份有限公司 | 硅晶片的评价方法、硅晶片制造工序的评价方法、硅晶片的制造方法以及硅晶片 |
| CN109690746B (zh) * | 2016-09-29 | 2024-02-09 | 胜高股份有限公司 | 硅晶片的评价方法、硅晶片制造工序的评价方法、硅晶片的制造方法以及硅晶片 |
| US11948819B2 (en) | 2016-09-29 | 2024-04-02 | Sumco Corporation | Method of evaluating silicon wafer, method of evaluating silicon wafer manufacturing process, method of manufacturing silicon wafer, and silicon wafer |
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