JP2001077336A - Substrate evaluation element and its manufacturing method - Google Patents

Substrate evaluation element and its manufacturing method

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JP2001077336A
JP2001077336A JP24723999A JP24723999A JP2001077336A JP 2001077336 A JP2001077336 A JP 2001077336A JP 24723999 A JP24723999 A JP 24723999A JP 24723999 A JP24723999 A JP 24723999A JP 2001077336 A JP2001077336 A JP 2001077336A
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Japan
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layer
silicon layer
oxide film
substrate
gate oxide
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JP24723999A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Yamamoto
一弘 山本
Tsuyoshi Kubota
剛志 久保田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely evaluate a SOI substrate by forming a MOS capacitor on a silicon layer and forming the diffusion layer of a type opposite to that of the silicon layer in the silicon layer at the periphery of the MOS capacitor. SOLUTION: A MOS capacitor 30 formed of a polysilicone layer 25, a gate oxide film 24 and a silicon layer 23 is formed on a SOI substrate 20. When positive bias is applied to the upper metal electrode 29 of the MOS capacitor 30 and a diffusion layer 23a is set to be ground at the time of evaluating the SOI substrate 20, an n-type inversion layer is speedily formed just below the gate oxide film 24 and applied voltage is efficiently given to the gate oxide film 24 when positive bias exceeds threshold voltage decided by the carrier concentration of the silicon layer 23. The quality of the thinned silicone layer 23 in the SOI substrate 20 can precisely be evaluated without being affected by the thinning of the silicon layer 23 without generating a part where electric field is concentrated in the area of the gate oxide film 24 and without insulating destruction in the gate oxide film 24.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は絶縁物または絶縁層
の上にシリコン層が形成された構造のSOI(Silicon
On Insulator) 基板と呼称される基板評価用素子及びそ
の製造方法に関し、より詳細にはSOI基板におけるシ
リコン層の品質を正当に評価するための基板評価用素子
及びその製造方法に関する。
The present invention relates to an SOI (Silicon) having a structure in which a silicon layer is formed on an insulator or an insulating layer.
The present invention relates to a substrate evaluation element called a substrate and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a substrate evaluation element for properly evaluating the quality of a silicon layer in an SOI substrate and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】システムソフトウェアの高機能化、デ−
タの大容量化が進み、また携帯端末の発展に伴って、次
世代の半導体集積回路には、高速かつ低消費電力のもの
が切望されている。SOI基板は、既存のLSI製造プ
ロセスを大幅に変更することなく、今まで使用していた
バルクウェ−ハの代わりに使用するだけで、その上に作
製された半導体装置の高速化及び低消費電力化が実現可
能な半導体基板として注目されている。
2. Description of the Related Art High-performance system software and data
With the advancement of large-capacity data and the development of portable terminals, next-generation semiconductor integrated circuits with high speed and low power consumption are in great demand. The SOI substrate can be used instead of a bulk wafer that has been used up to now without greatly changing the existing LSI manufacturing process, and the speed of the semiconductor device manufactured thereon has been reduced and the power consumption has been reduced. Is attracting attention as a semiconductor substrate that can be realized.

【0003】このSOI基板を利用して製造された半導
体装置は、耐電圧が高く、α線のソフトエラー率が低く
なるという大きな利点を有する。また、特に薄膜SOI
基板(1μm以下の厚みのシリコン活性層を有するSO
I基板)上に形成されたMOS型半導体装置は、完全空
乏型で動作させた場合、ソ−ス・ドレインのPN接合面
積を小さくできるため、寄生容量が低減され、デバイス
駆動の高速化を図ることができる。また、絶縁層として
の埋め込み酸化膜の容量がゲ−ト酸化膜直下に形成され
る空乏層容量と直列に挿入されているため実質的に空乏
層容量が減少し、このためMOS型半導体装置のサブシ
ュレッド係数を理論限界値にまで低減することが可能で
あり、低消費電力化を実現することができる。このよう
にSOI基板上に形成されたMOS型半導体装置は、既
存のLSI製造プロセスを大幅に変更することなく、高
速化及び低消費電力化を実現することができる。
A semiconductor device manufactured using this SOI substrate has a great advantage that a withstand voltage is high and a soft error rate of α rays is low. In particular, thin-film SOI
Substrate (SO with silicon active layer less than 1 μm thick)
When the MOS type semiconductor device formed on the I-substrate is operated in the fully depleted type, the PN junction area of the source / drain can be reduced, thereby reducing the parasitic capacitance and increasing the speed of device driving. be able to. Further, since the capacity of the buried oxide film as the insulating layer is inserted in series with the capacity of the depletion layer formed immediately below the gate oxide film, the capacity of the depletion layer is substantially reduced. The subshred coefficient can be reduced to the theoretical limit value, and low power consumption can be realized. The MOS type semiconductor device formed on the SOI substrate in this manner can achieve high speed and low power consumption without significantly changing the existing LSI manufacturing process.

【0004】通常のバルク基板の品質を評価する場合、
MOS耐圧評価法という方法が広く一般に用いられてき
た(シリコン熱酸化膜とその界面 p.225 リアライズ
社、1991年発行)。この方法によれば、p型シリコ
ン基板の品質を評価する場合、シリコン基板が蓄積状態
になるように上部メタル電極に負のバイアスを印加し、
ゲ−ト酸化膜が絶縁破壊する電圧を求め、所定の判定電
圧より高耐圧を示すMOS型半導体装置を良品とする。
1枚の基板の中で良品MOS型半導体装置の占める割合
によりシリコン基板の品質を判断する。一般的なCZ法
により得られたシリコン基板では40〜60%、エピタ
キシャルウェ−ハでは、ほぼ100%の耐圧良品率を得
ることができる。
When evaluating the quality of a normal bulk substrate,
The MOS withstand voltage evaluation method has been widely and generally used (silicon thermal oxide film and its interface, p.225 Realize, published in 1991). According to this method, when evaluating the quality of the p-type silicon substrate, a negative bias is applied to the upper metal electrode so that the silicon substrate is in an accumulation state,
A voltage at which a gate oxide film causes dielectric breakdown is obtained, and a MOS semiconductor device having a higher breakdown voltage than a predetermined judgment voltage is determined as a non-defective product.
The quality of the silicon substrate is determined based on the ratio of non-defective MOS type semiconductor devices in one substrate. With a silicon substrate obtained by a general CZ method, a good yield rate of 40 to 60% can be obtained for an epitaxial wafer, and almost 100% can be obtained for an epitaxial wafer.

【0005】SOI基板においては、絶縁層(埋め込み
酸化膜)があるため、通常、基板裏面側から電気的コン
タクトを取ることができず、基板表面側に電気的コンタ
クトを形成する必要がある。SOI基板のシリコン層が
比較的厚い場合には、コンタクト抵抗を低減する方法、
例えば、コンタクト用メタルと接触するシリコン層部分
の不純物濃度を上げる、シンタリング熱処理を施す等の
方法を採用すれば、従来のMOS耐圧評価法と同等程度
の評価が可能であった。
Since an SOI substrate has an insulating layer (buried oxide film), electrical contact cannot normally be made from the back side of the substrate, and it is necessary to form an electrical contact on the front side of the substrate. When the silicon layer of the SOI substrate is relatively thick, a method for reducing the contact resistance;
For example, if a method of increasing the impurity concentration of the silicon layer portion in contact with the contact metal, or performing a sintering heat treatment, etc., it is possible to perform an evaluation equivalent to the conventional MOS withstand voltage evaluation method.

【0006】図4は従来のSOI基板を評価するための
MOS型評価用素子を示した断面図であり、図中10は
SOI基板を示しており、SOI基板10はSi支持基
板11の上に埋め込み酸化膜12が形成され、埋め込み
酸化膜12の上にシリコン層13が形成された構成とな
っている。シリコン層13の上にはゲート酸化膜14が
形成され、ゲート酸化膜14の上にはポリSi電極15
が形成され、これらシリコン層13、ゲート酸化膜1
4、ポリSi電極15によりMOS型半導体素子が構成
されている。また、ポリSi電極15近傍のゲート酸化
膜14には孔16が形成され、孔16の周辺にはトップ
コンタクト17が形成され、トップコンタクト17下方
のシリコン層13には拡散層18が形成され、トップコ
ンタクト17とシリコン層13との低接触抵抗化が図ら
れている。
FIG. 4 is a sectional view showing a conventional MOS-type evaluation element for evaluating an SOI substrate. In FIG. 4, reference numeral 10 denotes an SOI substrate. A buried oxide film 12 is formed, and a silicon layer 13 is formed on the buried oxide film 12. A gate oxide film 14 is formed on the silicon layer 13, and a poly-Si electrode 15 is formed on the gate oxide film 14.
Are formed, and the silicon layer 13 and the gate oxide film 1 are formed.
4. The MOS type semiconductor element is constituted by the poly-Si electrode 15. A hole 16 is formed in the gate oxide film 14 near the poly-Si electrode 15, a top contact 17 is formed around the hole 16, and a diffusion layer 18 is formed in the silicon layer 13 below the top contact 17. Low contact resistance between the top contact 17 and the silicon layer 13 is achieved.

【0007】SOI基板10では埋め込み酸化膜12が
存在するため、例えばMOS型半導体素子の絶縁破壊特
性等を評価する際、SOI基板10の裏面側とポリSi
電極15とで電気的接続を図ることができず、上記した
ようにシリコン層13側にトップコンタクト17を形成
していた。トップコンタクト17と拡散層18との接触
抵抗はシリコン層13部分のキャリア濃度を高く(>1
19/cm3程度)すればかなり低く抑えることができ
る。
Since the buried oxide film 12 is present in the SOI substrate 10, for example, when the dielectric breakdown characteristics and the like of the MOS type semiconductor element are evaluated, the back side of the SOI substrate 10 and the poly-Si
The electrical connection with the electrode 15 could not be established, and the top contact 17 was formed on the silicon layer 13 side as described above. The contact resistance between the top contact 17 and the diffusion layer 18 increases the carrier concentration in the silicon layer 13 (> 1).
0 19 / cm 3 ) can be suppressed to a considerably low level.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
トップコンタクト17を形成する基板評価用素子の構造
では、薄膜SOI基板を評価する場合、シリコン層13
の抵抗値が電気的特性値に影響を与え、正当に評価する
ことができない虞れがある。シリコン層13の抵抗値が
電気的特性値に影響を与えないようにするためには拡散
層18の形成位置をできるだけMOS型半導体素子のキ
ャパシタ部(ポリSi電極15エッジ直下)に近付ける
ことが望ましい。理想的には図5に示したように、ポリ
Si電極15エッジ直下まで拡散層18を近付け、しか
もポリSi電極15とオーバーラップしない構造とする
ことが望ましい。
However, in the structure of the substrate evaluation element for forming the top contact 17 described above, when the thin film SOI substrate is evaluated, the silicon layer 13 is formed.
May affect the electrical characteristic value and may not be properly evaluated. In order to prevent the resistance value of the silicon layer 13 from affecting the electrical characteristic value, it is desirable that the formation position of the diffusion layer 18 be as close as possible to the capacitor portion of the MOS type semiconductor element (immediately below the edge of the poly-Si electrode 15). . Ideally, as shown in FIG. 5, it is desirable that the diffusion layer 18 is brought close to just below the edge of the poly-Si electrode 15, and that the structure does not overlap with the poly-Si electrode 15.

【0009】しかし、かかる構造のトップコンタクト1
7と拡散層18とをSOI基板10の全域にわたって均
一的に形成することは極めて困難である。例えば、ポリ
Si電極15をマスクにしてセルフアライメント的に拡
散層18形成のためのイオン注入を行った場合、その後
の熱処理で、当然拡散層領域は広がり、拡散層18がポ
リSi電極15の下方でポリSi電極15とオーバーラ
ップすることは避けられない。このようにオーバーラッ
プが生じると、拡散層18上方のゲート酸化膜14領域
に電界集中が生じ、ゲート酸化膜14の絶縁破壊が起こ
り易くなり、SOI基板10におけるシリコン層13の
正しい品質評価を行うことができなくなる。また、MO
SキャパシタのCV測定から正しい基板キャリア濃度を
得ることができなくなる。
However, the top contact 1 having such a structure
It is extremely difficult to uniformly form 7 and diffusion layer 18 over the entire area of SOI substrate 10. For example, when ion implantation for forming the diffusion layer 18 is performed in a self-alignment manner using the poly-Si electrode 15 as a mask, the diffusion layer region naturally expands by the subsequent heat treatment, and the diffusion layer 18 is formed below the poly-Si electrode 15. It is unavoidable to overlap with the poly-Si electrode 15. When such overlap occurs, electric field concentration occurs in the region of the gate oxide film 14 above the diffusion layer 18, so that dielectric breakdown of the gate oxide film 14 easily occurs, and correct quality evaluation of the silicon layer 13 in the SOI substrate 10 is performed. You will not be able to do it. Also, MO
A correct substrate carrier concentration cannot be obtained from the CV measurement of the S capacitor.

【0010】また、次世代のMOS型半導体装置作製用
のSOI基板には、さらなる高速化及び低消費電力化の
実現のために、厚さ1μm以下のシリコン層13が求め
られており、この場合、シリコン層13表面におけるコ
ンタクト抵抗を低減させたとしてもシリコン層13自身
の抵抗が薄膜化により増大し、所定の電圧を評価対象の
MOS型半導体装置のゲ−ト酸化膜14に印加できなく
なり、正当なシリコン層13の品質評価ができなくなる
といった課題を有していた。
Further, a silicon layer 13 having a thickness of 1 μm or less is required for an SOI substrate for fabricating a next-generation MOS type semiconductor device in order to realize higher speed and lower power consumption. Even if the contact resistance on the surface of the silicon layer 13 is reduced, the resistance of the silicon layer 13 itself increases due to thinning, and a predetermined voltage cannot be applied to the gate oxide film 14 of the MOS type semiconductor device to be evaluated. There was a problem that the quality of the valid silicon layer 13 could not be evaluated.

【0011】これを解決する一つの方法として、シリコ
ン層自身のゲ−ト酸化膜直下における抵抗値を下げるた
め、シリコン層の不純物濃度を上げる方法(Gate Oxide
Integrity on ITOX-SIMOX Wafer:Proc.IEEE Int. SOI
Conf. Oct. 1996 p.162 )が提案されている。しかし、
この方法ではシリコン層に不純物を導入するため、イオ
ン注入、あるいは熱拡散処理を施さなければならず、工
程の複雑化、及び評価できるシリコン層の不純物濃度に
制限を与えてしまうといった課題が残されていた。
One solution to this problem is to increase the impurity concentration of the silicon layer (Gate Oxide) in order to reduce the resistance value directly below the gate oxide film of the silicon layer itself.
Integrity on ITOX-SIMOX Wafer: Proc.IEEE Int.SOI
Conf. Oct. 1996, p.162) has been proposed. But,
In this method, ions must be implanted or thermally diffused to introduce impurities into the silicon layer, which leaves a problem that the process becomes complicated and that the impurity concentration of the silicon layer that can be evaluated is limited. I was

【0012】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、SOI基板を正しく評価することができる基板評
価用素子及びその製造方法を提供することを目的として
いる。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a substrate evaluation element capable of correctly evaluating an SOI substrate and a method of manufacturing the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る基板評価用素子(1)は、絶縁層上にシ
リコン層が形成された基板を評価するための基板評価用
素子において、前記シリコン層上にMOSキャパシタが
形成され、該MOSキャパシタ周辺の前記シリコン層に
該シリコン層の型と反対の型の拡散層が形成されている
ことを特徴としている。
Means for Solving the Problems To achieve the above object, a substrate evaluation element (1) according to the present invention is a substrate evaluation element for evaluating a substrate having a silicon layer formed on an insulating layer. A MOS capacitor is formed on the silicon layer, and a diffusion layer of a type opposite to that of the silicon layer is formed in the silicon layer around the MOS capacitor.

【0014】例えば、p型基板を評価する上記した従来
の方法では、シリコン基板が蓄積状態になるように前記
ポリSi電極に負のバイアスを印加していたが、この方
法ではSOI基板における1μm以下の薄いシリコン層
の品質を正確に評価することができない。これはシリコ
ン層の薄膜化によりシリコン層自身の抵抗値が増大する
ため、ゲ−ト酸化膜に正しい電圧が印加されなくなるた
めである。上記基板評価用素子(1)によれば、前記M
OSキャパシタの上部メタル電極に正のバイアスを印加
し、前記拡散層をグランドとした場合において、正のバ
イアスが前記シリコン層のキャリア濃度で決まる閾値電
圧を超えると、速やかにゲ−ト酸化膜直下にn型反転層
が形成され、印加電圧は効率的にゲ−ト酸化膜全体にか
かることになる。このため、前記シリコン層の薄膜化に
影響されることなく、またゲート酸化膜領域に電界集中
箇所を生ずることなく、SOI基板における薄膜化シリ
コン層の正しい品質評価を行うことができる。また、C
V測定から薄膜化シリコン層の正しい基板キャリア濃度
を得ることができる。
For example, in the above-described conventional method for evaluating a p-type substrate, a negative bias is applied to the poly-Si electrode so that the silicon substrate is in an accumulation state. The quality of the thin silicon layer cannot be accurately evaluated. This is because the thinning of the silicon layer increases the resistance value of the silicon layer itself, so that a correct voltage is not applied to the gate oxide film. According to the substrate evaluation element (1), the M
When a positive bias is applied to the upper metal electrode of the OS capacitor and the diffusion layer is grounded, if the positive bias exceeds a threshold voltage determined by the carrier concentration of the silicon layer, immediately below the gate oxide film. Then, an n-type inversion layer is formed, and the applied voltage is efficiently applied to the entire gate oxide film. For this reason, the quality of the thinned silicon layer on the SOI substrate can be correctly evaluated without being affected by the thinning of the silicon layer and without generating an electric field concentrated portion in the gate oxide film region. Also, C
From the V measurement, the correct substrate carrier concentration of the thinned silicon layer can be obtained.

【0015】また、本発明に係る基板評価用素子(2)
は、上記基板評価用素子(1)において、前記絶縁層が
酸化膜であり、前記シリコン層がシリコン半導体層であ
ることを特徴としている。上記基板評価用素子(2)に
よれば、次世代のMOS型半導体装置作製用のSOI基
板の正しい品質評価を行うことができる。
Further, the substrate evaluation element (2) according to the present invention.
Is characterized in that, in the device for substrate evaluation (1), the insulating layer is an oxide film, and the silicon layer is a silicon semiconductor layer. According to the substrate evaluation element (2), it is possible to perform a correct quality evaluation of the SOI substrate for fabricating the next generation MOS type semiconductor device.

【0016】また、本発明に係る基板評価用素子(3)
は、上記基板評価用素子(1)において、前記絶縁物が
ガラス基板又は石英基板であり、前記シリコン層がアモ
ルファスシリコン層又はポリシリコン層であることを特
徴としている。上記基板評価用素子(3)によれば、例
えば、次世代のTFTアクティブマトリクス方式の液晶
装置作製用のSOI基板の正しい品質評価を行うことが
できる。
Further, the element (3) for evaluating a substrate according to the present invention.
Is characterized in that, in the above-described device for substrate evaluation (1), the insulator is a glass substrate or a quartz substrate, and the silicon layer is an amorphous silicon layer or a polysilicon layer. According to the substrate evaluation element (3), for example, it is possible to correctly evaluate the quality of an SOI substrate for producing a next-generation TFT active matrix type liquid crystal device.

【0017】また、本発明に係る基板評価用素子の製造
方法(1)は、 (a)シリコン層上の所定箇所にゲ−ト酸化膜を介して
ゲ−ト電極を形成する工程 (b)該ゲ−ト電極下方周辺の前記シリコン層に該シリ
コン層の型と反対の型の拡散層を形成する工程 を含むことを特徴としている。
The method (1) for manufacturing a device for evaluating a substrate according to the present invention comprises the steps of: (a) forming a gate electrode at a predetermined position on a silicon layer via a gate oxide film; Forming a diffusion layer of a type opposite to that of the silicon layer in the silicon layer around the lower part of the gate electrode.

【0018】上記基板評価用素子の製造方法(1)によ
れば、SOI基板における前記シリコン層の薄膜化に影
響されることなく、またゲート酸化膜領域に電界集中箇
所を生ずることなく、SOI基板における薄膜化シリコ
ン層の正しい品質評価を行うことができる基板評価用素
子を容易に製造することができる。
According to the method (1) for manufacturing a substrate evaluation element, the SOI substrate can be formed without being affected by the thinning of the silicon layer in the SOI substrate and without causing an electric field concentration portion in the gate oxide film region. It is possible to easily manufacture a substrate evaluation element capable of performing correct quality evaluation of a thinned silicon layer in the above.

【0019】また、本発明に係る基板評価用素子の製造
方法(2)は、上記基板評価用素子(1)の製造方法に
おいて、前記拡散層を形成するための処理が熱拡散ドー
ピング処理であることを特徴としている。上記基板評価
用素子の製造方法(2)によれば、膜質に優れた前記拡
散層を容易に形成することができる。
In the method (2) for manufacturing a device for evaluating a substrate according to the present invention, in the method for manufacturing the device for evaluating a substrate (1), the process for forming the diffusion layer is a thermal diffusion doping process. It is characterized by: According to the method (2) for manufacturing a substrate evaluation element, the diffusion layer having excellent film quality can be easily formed.

【0020】また、本発明に係る基板評価用素子の製造
方法(3)は、上記基板評価用素子(1)の製造方法に
おいて、前記拡散層を形成するための処理がイオン注入
処理であることを特徴としている。上記基板評価用素子
の製造方法(3)によれば、イオン注入量の調整によ
り、前記拡散層におけるキャリア濃度を容易に所望の範
囲に調整することができる。
In the method (3) for manufacturing a substrate evaluation element according to the present invention, in the method for manufacturing a substrate evaluation element (1), the process for forming the diffusion layer is an ion implantation process. It is characterized by. According to the method (3) for manufacturing a substrate evaluation element, the carrier concentration in the diffusion layer can be easily adjusted to a desired range by adjusting the ion implantation amount.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る基板評価用素
子及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて説明
する。図1(a)〜(d)及び図2(a)〜(c)は実
施の形態に係る基板評価用素子の製造方法の各工程を示
す断面図であり、図1(a)は工程が施される前の状態
のSOI基板20を示している。図中21はSi支持基
板を示しており、Si支持基板21の上には埋め込み酸
化膜22が形成され、埋め込み酸化膜22の上にはシリ
コン層23が形成されている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a device for evaluating a substrate and a method of manufacturing the same according to the present invention. 1 (a) to 1 (d) and 2 (a) to 2 (c) are cross-sectional views showing respective steps of a method for manufacturing a substrate evaluation element according to an embodiment, and FIG. 2 shows the SOI substrate 20 before being applied. In the figure, reference numeral 21 denotes a Si support substrate, on which a buried oxide film 22 is formed, and on the buried oxide film 22, a silicon layer 23 is formed.

【0022】まず、このSOI基板20に、例えば、9
00〜1000℃、30〜50分、100%の酸素雰囲
気で、厚さ5〜40nmのゲ−ト酸化膜24を形成す
る。次に、ゲ−ト酸化膜24の上に600〜700℃、
30〜60分、圧力0.4〜0.7hPa、SiH4
2とを原料ガスとしてCVD法により厚さ200〜5
00nmのポリSi層25を形成する(図1(b))。
First, for example, 9
A gate oxide film 24 having a thickness of 5 to 40 nm is formed in a 100% oxygen atmosphere at 00 to 1000 ° C. for 30 to 50 minutes. Next, at 600 to 700 ° C. on the gate oxide film 24,
30 to 60 minutes, pressure 0.4 to 0.7 hPa, thickness 200 to 5 by CVD using SiH 4 and N 2 as source gases.
A 00 nm poly-Si layer 25 is formed (FIG. 1B).

【0023】次に、ポリSi層25の上にフォトレジス
ト層(図示せず)を形成し、フォトリソ工程を施して所
定形状のフォトレジストパタ−ン(図示せず)を形成す
る。次に、このフォトレジストパタ−ンをマスクにし
て、ポリSi層25にエッチング処理を施す。このエッ
チング処理は、HF/HNO3/CH3COOH、あるい
はHF/HNO3/H2O等の混合溶液によるウエットエ
ッチングか、SF6、Cl2、HBr、BCl3等を用い
たプラズマドライエッチングで行う(図1(c))。さ
らにその後、ポリSi層25をエッチングした部分のゲ
−ト酸化膜24をHF、あるいはBHFを用いたウエッ
トエッチングにより除去する(図1(d))。
Next, a photoresist layer (not shown) is formed on the poly-Si layer 25, and a photolithography process is performed to form a photoresist pattern (not shown) having a predetermined shape. Next, using the photoresist pattern as a mask, the poly-Si layer 25 is etched. This etching treatment is performed by wet etching using a mixed solution of HF / HNO 3 / CH 3 COOH or HF / HNO 3 / H 2 O, or plasma dry etching using SF 6 , Cl 2 , HBr, BCl 3 or the like. (FIG. 1C). Thereafter, the gate oxide film 24 at the portion where the poly-Si layer 25 has been etched is removed by wet etching using HF or BHF (FIG. 1D).

【0024】その後、ポリSi層25の低抵抗化、及び
n型拡散層23aの形成を目的としてPOCl3+O2
2を用いて850〜950℃、8〜16分のリン拡散
処理を施す(図2(a))。なお、このリン拡散処理の
代わりに、別の実施の形態では、イオン注入エネルギ−
20〜60keVの条件下でP、Asのイオン注
入処理を施してもよい。
Thereafter, for the purpose of lowering the resistance of the poly-Si layer 25 and forming the n-type diffusion layer 23a, POCl 3 + O 2 +
A phosphorus diffusion treatment is performed at 850 to 950 ° C. for 8 to 16 minutes using N 2 (FIG. 2A). In addition, instead of this phosphorus diffusion process, in another embodiment, the ion implantation energy
P + and As + ion implantation may be performed under the conditions of 20 to 60 keV.

【0025】その後、SiH4+N2Oを原料ガスとして
800〜900℃、0.4〜0.7hPaのCVD法に
より、厚さ30〜70nmの層間絶縁酸化膜26を形成
する(図2(b))。この層間絶縁酸化膜26の形成
は、上記CVD法による他、別の実施の形態では、70
0〜1200℃、希釈酸素雰囲気あるいは100%酸素
雰囲気の条件下での熱酸化法によっても差し支えない。
Then, an interlayer insulating oxide film 26 having a thickness of 30 to 70 nm is formed by a CVD method at 800 to 900 ° C. and 0.4 to 0.7 hPa using SiH 4 + N 2 O as a source gas (FIG. 2B). )). This interlayer insulating oxide film 26 is formed by the above-described CVD method.
A thermal oxidation method at 0 to 1200 ° C. in a diluted oxygen atmosphere or a 100% oxygen atmosphere may be used.

【0026】次に、層間絶縁酸化膜26の上にフォトレ
ジスト層(図示せず)を形成し、フォトリソ工程を施し
て所定形状のコンタクトホ−ルパタ−ン(図示せず)を
形成する。次に、このフォトレジストパタ−ンをマスク
にして、層間絶縁酸化膜26にエッチング処理を施す。
このエッチング処理は、HF、あるいはBHFを用いた
ウエットエッチング、あるいはCF4、CHF3、C
63、C38等を用いたプラズマドライエッチングで行
う。
Next, a photoresist layer (not shown) is formed on the interlayer insulating oxide film 26, and a photolithography process is performed to form a contact hole pattern (not shown) having a predetermined shape. Next, using this photoresist pattern as a mask, the interlayer insulating oxide film 26 is etched.
This etching is performed by wet etching using HF or BHF, or CF 4 , CHF 3 , C
This is performed by plasma dry etching using 6 F 3 , C 3 F 8 or the like.

【0027】その後、トップコンタクトとなる電極2
8、29を形成するために、Al、Al−Si−Cu、
W、Ti等からなる金属層をスパッタ法あるいはCVD
法により厚さ0.5〜3μm程度形成する。次に金属層
の上にフォトレジスト層(図示せず)を形成し、フォト
リソ工程を施して所定形状の電極パタ−ンを有するフォ
トレジストパタ−ン(図示せず)を形成する。次に、こ
のフォトレジストパタ−ンをマスクにして、金属層にエ
ッチング処理を施して電極28、29を形成する。この
エッチング処理は、前記金属層がAlで形成されている
場合、H3PO3+CH3COOH等の混合溶液によるウ
エットエッチングか、CCl4、BCl3、BBr3、H
Br等を用いたプラズマドライエッチングで行う。
After that, the electrode 2 serving as a top contact
8, 29 to form Al, Al-Si-Cu,
Sputtering or CVD of a metal layer made of W, Ti, etc.
It is formed to a thickness of about 0.5 to 3 μm by a method. Next, a photoresist layer (not shown) is formed on the metal layer, and a photolithography process is performed to form a photoresist pattern (not shown) having an electrode pattern of a predetermined shape. Next, using the photoresist pattern as a mask, the metal layer is etched to form electrodes 28 and 29. When the metal layer is formed of Al, the etching process may be wet etching using a mixed solution such as H 3 PO 3 + CH 3 COOH, or CCl 4 , BCl 3 , BBr 3 , H
This is performed by plasma dry etching using Br or the like.

【0028】尚、上記実施の形態ではシリコン層23を
p型とする場合を例に挙げて説明したが、シリコン層2
3は何らp型に限定されるものではなく、n型であって
も何ら差し支えなく、シリコン層23をn型とする場合
には、リン拡散に代えてボロン拡散を行えばよい。この
場合、SOI基板20の評価の際には、ポリSi層25
には負のバイアスを印加してシリコン層23にp型反転
層を形成することにより、正確にゲ−ト酸化膜24の絶
縁破壊評価を行うことができる。
In the above embodiment, the case where the silicon layer 23 is of p-type has been described as an example.
3 is not limited to the p-type, but may be of the n-type. When the silicon layer 23 is of the n-type, boron diffusion may be performed instead of phosphorus diffusion. In this case, when the SOI substrate 20 is evaluated, the poly-Si layer 25
By forming a p-type inversion layer on the silicon layer 23 by applying a negative bias, the dielectric breakdown of the gate oxide film 24 can be accurately evaluated.

【0029】また、SOI基板としては、埋め込み酸化
膜22の上にシリコン半導体層が形成された構造のSO
I(Silicon On Insulator) 基板のみでなく、絶縁物と
してのガラス基板や石英基板の上に、シリコン層として
のアモルファスシリコン層、あるいはポリシリコン層が
形成されたものであってもよい。上記した工程により、
SOI基板20に、ポリSi層25、ゲ−ト酸化膜2
4、及びシリコン層23からなるMOSキャパシタ30
が形成されることとなる。
As an SOI substrate, an SOI substrate having a structure in which a silicon semiconductor layer is formed on a buried oxide film 22 is used.
In addition to an I (Silicon On Insulator) substrate, an amorphous silicon layer or a polysilicon layer as a silicon layer may be formed on a glass substrate or a quartz substrate as an insulator. By the above process,
On a SOI substrate 20, a poly-Si layer 25 and a gate oxide film 2
4 and MOS capacitor 30 composed of silicon layer 23
Is formed.

【0030】上記構成のSOI基板20の評価の際に
は、MOSキャパシタ30の上部メタル電極29に正の
バイアスを印加し、拡散層23aをグランドとすると、
正のバイアスがシリコン層23のキャリア濃度で決まる
閾値電圧を超えた時点で、速やかにゲ−ト酸化膜24直
下にn型反転層が形成され、印加電圧は効率的にゲ−ト
酸化膜24の全体にかかることになる。このため、シリ
コン層23の薄膜化に影響されることなく、またゲート
酸化膜24の領域に電界集中箇所を生ずることなく、従
って、ゲート酸化膜24に絶縁破壊を生じることもな
く、SOI基板20における薄膜化シリコン層23の正
しい品質評価を行うことができる。また、CV測定から
薄膜化シリコン層23の正しい基板キャリア濃度を得る
ことができる。
When the SOI substrate 20 having the above configuration is evaluated, a positive bias is applied to the upper metal electrode 29 of the MOS capacitor 30 and the diffusion layer 23a is grounded.
When the positive bias exceeds a threshold voltage determined by the carrier concentration of the silicon layer 23, an n-type inversion layer is immediately formed immediately below the gate oxide film 24, and the applied voltage is efficiently increased. Will take the whole. For this reason, the SOI substrate 20 is not affected by the thinning of the silicon layer 23, does not have an electric field concentrated portion in the region of the gate oxide film 24, and does not cause dielectric breakdown in the gate oxide film 24. The quality of the thinned silicon layer 23 can be correctly evaluated. Further, a correct substrate carrier concentration of the thinned silicon layer 23 can be obtained from the CV measurement.

【0031】また、上記SOI基板20の評価の際に、
図3に示したように、n型反転層内の電子濃度を上げ、
さらにシリコン層23の低抵抗化を図るために光照射を
行ってもよい。
In evaluating the SOI substrate 20,
As shown in FIG. 3, the electron concentration in the n-type inversion layer is increased,
Further, light irradiation may be performed to reduce the resistance of the silicon layer 23.

【0032】[0032]

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る基板評価用素
子及びその製造方法の実施例、及び比較例を説明する。
まず、以下に示す条件により、図2(c)(実施例)及
び図4(比較例)に示す基板評価用素子をそれぞれ数個
製造した。
Examples and Comparative Examples Hereinafter, examples of the element for evaluating a substrate according to the present invention and a method for manufacturing the same and comparative examples will be described.
First, several elements for substrate evaluation shown in FIG. 2C (Example) and FIG. 4 (Comparative Example) were manufactured under the following conditions.

【0033】 実施例 ・シリコン層23 厚さ:0.2μm ・埋め込み酸化膜22 膜厚 :0.21μm エッチング:HFによるウエットエッチング ・ゲート酸化膜24 膜厚:25nm ・ポリSi層25 方 法:CVD法 の形成 リン拡散処理:900℃ POCl3+O2+N2 膜 厚:0.4μm ・拡散層23aの形成 ポリSi層25をマスクとして POCl3+O2+N2を用い 900℃、12分のリン拡散処理 Example : Thickness of silicon layer 23: 0.2 μm Thickness of buried oxide film 22: 0.21 μm Etching: wet etching by HF Thickness of gate oxide film 24: 25 nm Poly-Si layer 25 Method: CVD Formation of method Phosphorus diffusion treatment: 900 ° C. POCl 3 + O 2 + N 2 film thickness: 0.4 μm ・ Formation of diffusion layer 23a Phosphor diffusion at 900 ° C. for 12 minutes using POCl 3 + O 2 + N 2 using polySi layer 25 as a mask processing

【0034】 比較例 ・シリコン層13 厚さ:0.2μm ・埋め込み酸化膜12 膜厚:0.21μm ・拡散層18の形成 方 法:PBF塗布拡散法 熱処理条件:800℃、10分 ・ゲート酸化膜14 膜厚:25nm ・ポリSi電極15及び 方 法:CVD法 トップコンタクト17 リン拡散処理:900℃ の形成 AlEB蒸着 膜 厚:0.8μm Comparative Example : Thickness of silicon layer 13: 0.2 μm Thickness of buried oxide film 12: 0.21 μm Method of forming diffusion layer 18: PBF coating diffusion method Heat treatment condition: 800 ° C., 10 minutes Gate oxidation Film 14 Thickness: 25 nm ・ Poly-Si electrode 15 and method: CVD method Top contact 17 Phosphorus diffusion treatment: Formation at 900 ° C. AlEB evaporation Film thickness: 0.8 μm

【0035】評価用素子の特性測定 図6に上記各条件により製造した実施例に係る評価用素
子を用いて、ゲート酸化膜24の酸化膜耐圧特性を測定
した結果を示し、図7に比較例に係る評価用素子を用
い、ゲート酸化膜14の酸化膜耐圧特性を測定した結果
を示す。比較例に係る素子だと、シリコン層13の直列
抵抗成分の影響で高電界領域のIV曲線が立ち上がら
ず、ゲート酸化膜14には印加電圧の一部しか掛から
ず、ゲート酸化膜14の絶縁破壊現象を観測することが
できなかった。一方、実施例に係る評価用素子ではシリ
コン層23の抵抗成分を無視できるので、ゲート酸化膜
24に正確に電圧を印加することができ、絶縁破壊結晶
欠陥があるゲート酸化膜24では絶縁破壊が生じ、結晶
欠陥がないゲート酸化膜24は絶縁破壊を生じず、シリ
コン層23の品質評価が可能であった。
[0035] Characteristics Measurements Figure 6 of the evaluation device using the evaluation device according to the embodiment was manufactured by the above conditions, shows a result of the oxide dielectric breakdown voltage characteristics of the gate oxide film 24 was measured in Comparative Example 7 4 shows the results of measuring the oxide film breakdown voltage characteristics of the gate oxide film 14 using the evaluation element according to (1). In the device according to the comparative example, the IV curve in the high electric field region does not rise due to the influence of the series resistance component of the silicon layer 13, only a part of the applied voltage is applied to the gate oxide film 14, and the dielectric breakdown of the gate oxide film 14 occurs. The phenomenon could not be observed. On the other hand, in the evaluation element according to the example, the resistance component of the silicon layer 23 can be neglected, so that a voltage can be accurately applied to the gate oxide film 24, and the gate oxide film 24 having a dielectric breakdown crystal defect has no dielectric breakdown. The resulting gate oxide film 24 having no crystal defects did not cause dielectric breakdown, and the quality of the silicon layer 23 could be evaluated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)〜(d)は本発明の実施の形態に係る基
板評価用素子の各製造工程を示す断面図である。
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views showing respective manufacturing steps of a substrate evaluation element according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(c)は本発明の実施の形態に係る基
板評価用素子の各製造工程を示す断面図である。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating respective manufacturing steps of a substrate evaluation element according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態に係る基板評価用素子にお
ける別の測定方法を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another measurement method for the substrate evaluation element according to the embodiment of the present invention.

【図4】従来の基板評価用素子としてのMOSキャパシ
タを示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional MOS capacitor as a substrate evaluation element.

【図5】従来の基板評価用素子としてのMOSキャパシ
タを示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional MOS capacitor as a substrate evaluation element.

【図6】実施例に係る基板評価用素子の酸化膜耐圧測定
曲線を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing an oxide film breakdown voltage measurement curve of a substrate evaluation element according to an example.

【図7】比較例に係る基板評価用素子の酸化膜耐圧測定
曲線を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing an oxide film breakdown voltage measurement curve of a substrate evaluation element according to a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 SOI基板 21 Si支持基板 22 埋め込み酸化膜 23 シリコン層 23a 拡散層 24 ゲ−ト酸化膜 25 ポリSi層 26 層間絶縁酸化膜 28 電極 29 電極 Reference Signs List 20 SOI substrate 21 Si support substrate 22 buried oxide film 23 silicon layer 23a diffusion layer 24 gate oxide film 25 polySi layer 26 interlayer insulating oxide film 28 electrode 29 electrode

フロントページの続き Fターム(参考) 4M106 AA07 AA10 AA20 AB12 AB15 AB17 BA14 CA12 CA27 CA70 CB02 5F110 AA24 BB01 CC02 DD02 DD03 DD05 DD13 EE09 EE36 FF02 FF23 GG02 GG13 GG15 GG24 GG44 HJ01 HJ13 HJ15 HL03 HL04 HL06 HL23 HL24 NN02 NN04 NN23 NN35 NN37 NN72 QQ05 Continued on front page F-term (reference) 4M106 AA07 AA10 AA20 AB12 AB15 AB17 BA14 CA12 CA27 CA70 CB02 5F110 AA24 BB01 CC02 DD02 DD03 DD05 DD13 EE09 EE36 FF02 FF23 GG02 GG13 GG15 GG24 GG44 HJ01 NN03 NN23 NN03 NN NN37 NN72 QQ05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁物または絶縁層上にシリコン層が形
成された基板を評価するための基板評価用素子におい
て、前記シリコン層上にMOSキャパシタが形成され、
該MOSキャパシタ周辺の前記シリコン層に該シリコン
層の型と反対の型の拡散層が形成されていることを特徴
とする基板評価用素子。
1. A substrate evaluation element for evaluating a substrate having a silicon layer formed on an insulator or an insulating layer, wherein a MOS capacitor is formed on the silicon layer.
A substrate evaluation element, wherein a diffusion layer of a type opposite to that of the silicon layer is formed in the silicon layer around the MOS capacitor.
【請求項2】 前記絶縁層が酸化膜であり、前記シリコ
ン層がシリコン半導体層であることを特徴とする請求項
1記載の基板評価用素子。
2. The device according to claim 1, wherein the insulating layer is an oxide film, and the silicon layer is a silicon semiconductor layer.
【請求項3】 前記絶縁物がガラス基板又は石英基板で
あり、前記シリコン層がアモルファスシリコン層又はポ
リシリコン層であることを特徴とする請求項1記載の基
板評価用素子。
3. The device according to claim 1, wherein the insulator is a glass substrate or a quartz substrate, and the silicon layer is an amorphous silicon layer or a polysilicon layer.
【請求項4】 (a)シリコン層上の所定箇所にゲ−ト
酸化膜を介してゲ−ト電極を形成する工程 (b)該ゲ−ト電極下方周辺の前記シリコン層に該シリ
コン層の型と反対の型の拡散層を形成する工程 を含むことを特徴とする基板評価用素子の製造方法。
4. A step of forming a gate electrode at a predetermined position on a silicon layer via a gate oxide film. 4. The step of forming a gate electrode on the silicon layer below the gate electrode. A method for manufacturing a substrate evaluation element, comprising a step of forming a diffusion layer of a type opposite to a type.
【請求項5】 前記拡散層を形成するための処理が熱拡
散ドーピング処理であることを特徴とする請求項4記載
の基板評価用素子の製造方法。
5. The method according to claim 4, wherein the process for forming the diffusion layer is a thermal diffusion doping process.
【請求項6】 前記拡散層を形成するための処理がイオ
ン注入処理であることを特徴とする請求項4記載の基板
評価用素子の製造方法。
6. The method according to claim 4, wherein the process for forming the diffusion layer is an ion implantation process.
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