JP2002343948A - Soiウェーハの評価方法 - Google Patents

Soiウェーハの評価方法

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JP2002343948A
JP2002343948A JP2001141592A JP2001141592A JP2002343948A JP 2002343948 A JP2002343948 A JP 2002343948A JP 2001141592 A JP2001141592 A JP 2001141592A JP 2001141592 A JP2001141592 A JP 2001141592A JP 2002343948 A JP2002343948 A JP 2002343948A
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JP
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soi layer
soi
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ray
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JP2001141592A
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Nobuyuki Kubo
信之 久保
Hiroshi Horie
浩 堀江
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Sumco Corp
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Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】SOI層の結晶格子が、基板と同等か、又は近
似する状態のSOIウェーハにおけるSOIウェーハの
結晶品質を評価する方法の提供。 【解決手段】基板10と当該基板10の上にSOI層1
4が設けられたSOIウェーハ1を評価する評価方法に
おいて、基板10及びSOI層14を構成する主たる元
素とは異なる元素をSOI層14或いは基板に拡散する
ことにより、SOI層14の結晶格子と基板10の結晶
格子とを異ならしめる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料結晶で回折さ
れたX線の強度と前記試料結晶へのX線の入射角度との
相関関係を示すX線回折のロッキングカーブを用いて、
基板と当該基板の上にSOI層が設けられたSOIウェ
ーハの結晶の品質を評価する評価方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子に用いられるSOIウェーハ
の結晶には不純物、例えば、鉄や銅等の重金属が極微量
含有している場合がある。また、SOIウェーハが、機
械的ダメージ、点欠陥、及び2次欠陥等の欠陥を有する
場合がある。したがって、これらにより結晶品質が劣化
すると結晶の電気特性や結晶特性等が大きく影響される
ため、SOIウェーハの結晶品質を予め評価することは
重要である。
【0003】さて、ウェーハ表面に存在する薄膜の結晶
品質を評価する方法として、エッチングによる欠陥評価
法や2結晶法等がある。
【0004】しかし、両者とも、エッチング深さやX線
の進入深さより、薄膜の膜厚が薄い場合は、薄膜の情報
に基板の情報が混入する。すなわち、薄膜の膜厚が、エ
ッチング深さやX線の進入深さより薄い場合は、これら
の方法は使用できない。
【0005】そこで、エピタキシャル成長させた薄膜の
場合、薄膜の膜厚に関わらず薄膜を評価する方法とし
て、例えば、特開平9‐311111号公報に開示され
ているものが提案された。これは、試料結晶で回折され
たX線の強度と試料結晶へのX線の入射角度との相関関
係を示すX線回折のロッキングカーブにピークが現われ
る場合、エピタキシャル成長させた薄膜に起因するサテ
ライトピークが現われる角度でX線を照射し、X線トポ
グラフ測定を行うものである。
【0006】また、例えば、特開2000‐19591
6号公報に開示されているものが提案された。これは、
品質に影響を与えない程度で薄膜の組成にバラツキを与
えて、X線回折のロッキングカーブを得て、基板及びエ
ピタキシャル成長させた薄膜のロッキングカーブのピー
クをそれぞれ読み取り、評価を行うものである。
【0007】これらにより、薄膜の厚さに影響されず、
エピタキシャル成長させた薄膜のみの評価を行うことが
できる。
【0008】また、SOIウェーハを評価する方法とし
て、X線回折のロッキングカーブを用いて、基板と、基
板の上のSOI層を評価するものがある。
【0009】例えば、回折強度のピークになる角度が一
つに定まらない時は、基板とSОI層の結晶格子が異な
っており、基板及びSОI層を分離して評価できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SOI
ウェーハにおけるSOI層の結晶格子が、基板と同等
か、又は近似する状態のSOIウェーハは、各々のピー
クが接近するため、SOI層のみ、又は基板のみの評価
が困難であった。
【0011】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、SOI層の結晶格子が、基板と同等か、又は近似
する状態のSOIウェーハにおいて、SOI層と基板の
X線回折のロッキングカーブピークとを分離させ、それ
ぞれを評価する方法を提供することを目的とするもので
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本願第1請求項記載の発明は、基板と当該基板の上
にSOI層が設けられたSOIウェーハを評価する評価
方法において、前記基板及び前記SOI層を構成する主
たる元素とは異なる元素を前記SOI層或いは基板に拡
散することにより、前記SOI層の結晶格子と前記基板
の結晶格子とを異ならしめるものである。この構成によ
ると、基板とSOI層との結晶格子を異ならしめ、これ
ら基板とSOI層を分離できる。ゆえに、基板及びSO
I層の結晶の品質について、それぞれ評価することが可
能になる。なお、本願において、元素とは単体を構成す
る要素を意味し、SOI層を構成する主たる元素とはシ
リコンである。
【0013】本願第2請求項記載の発明は、試料結晶で
回折されたX線の強度と前記試料結晶へのX線の入射角
度との相関関係を示すX線回折のロッキングカーブを用
いて、前記基板及び前記SOI層の回折強度のピークを
それぞれ得るものであり、この構成によると、基板及び
SOI層について、X線回折強度がピークとなるX線入
射角を異ならしめることが可能である。
【0014】本願第3請求項記載の発明は、前記SOI
層の回折強度がピークとなるX線の入射角度において、
前記基板の回折強度が前記SOI層の回折強度の1/2
以下となるものであり、この構成によると、前記基板と
前記SOI層との回折強度のピークとを明確に離隔し、
より正確に結晶の品質を評価することが可能になる。
【0015】本願第4請求項記載の発明は、前記基板、
又は前記SOI層の回折強度がピークとなるX線の入射
角度付近についてX線トポグラフ測定を行うものであ
り、この構成によると、トポグラフにより基板又はSО
I層のみの欠陥の位置を判定することが可能になる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の骨子は、基板及びSOI
層を構成する主たる元素(シリコンなど)とは異なる元
素、例えばリン又はリンの化合物をSOI層或いは基板
に拡散することで、X線ロッキングカーブの回折強度の
ピークを、基板及びSOI層のそれぞれについて得て、
各々について結晶品質を評価する方法を提供することで
ある。
【0017】以下、本発明の好適な実施形態について、
図面を参照しながら説明する。
【0018】図1は、SIMOXウェーハ1のSOI層
14に、基板10及びSOI層14に含有されない元素
であるリンを拡散する方法を示す概略図であり、図2
は、本発明の実施の形態に係るロッキングカーブであ
る。図3は、元素を拡散せず未処理のSIMOXウェー
ハ1のロッキングカーブである。
【0019】SIMОXウェーハは、基板内部にBОX
層を形成し、表層部をSОI層としたウェーハである。
SОI層は基板と同一材料であるため、基板とSОI層
の結晶格子は等しい。
【0020】SIMOXウェーハ1を2枚用意し、一方
は何ら処理をせず、他方は活性層であるSOI層14
に、基板10及びSOI層14に含有されない元素を拡
散して、それぞれを評価する。
【0021】まず、一方のSIMOXウェーハ1のSO
I層14に、基板10及びSOI層14に含有されない
元素を拡散する方法について説明する。
【0022】SIMOXウェーハ1はシリコンで構成さ
れており、図1に示すように、シリコンの基板10の上
に、BOX層である埋め込み酸化膜12、及び活性層で
あるSOI層14等が形成されている。なお、埋め込み
酸化膜12は厚さ約0.1μm、SOI層14は厚さ約
0.1μmである。
【0023】基板10及びSOI層14に含有されない
元素として、例えばリンを使用する。
【0024】SIMOXウェーハ1のSOI層14に、
リンを含有する溶剤20を接触させる。
【0025】そして、例えば、900°Cの温度、窒素
及び酸素の混合気体の雰囲気下で12分間、SIMOX
ウェーハ1に熱処理を施す。
【0026】すると、溶剤20に含有されるリンが接触
部20aを介して、SIMOXウェーハ1へ拡散する。
しかし、リンの拡散はSOI層14を経て、埋め込み酸
化膜12で停止する。従って、基板10のシリコンはリ
ンの影響を受けない。
【0027】SОI中に基板及びSОI層の組成元素と
は異なる元素を拡散させると、元素は組成元素の格子位
置又は格子間位置に入る。そして、拡散された元素は組
成元素と格子位置が異なるため、結晶格子が変化する。
【0028】なお、拡散したリンの濃度は、1×10
18atoms/cmである。
【0029】この濃度は、図2に示すように、SOI層
の回折強度がピークとなるX線の入射角度aにおいて、
基板の回折強度yがSOI層の回折強度xの1/2以下
となる濃度である。
【0030】このとき、以下の現象がSIMOXウェー
ハ1で起きる。
【0031】SOI層14中に高濃度のリンを拡散させ
ると、リンが基板10のシリコンの格子位置に置き換わ
る。しかしながら、リンとシリコンとは格子定数が異な
るため結晶格子が変化し、SOI層14と基板10とで
異なった結晶格子になる。
【0032】これにより、SOI層14の結晶格子を基
板の結晶格子と異ならしめることができる。すなわち、
拡散させるリンの濃度が高いとSOI層14と基板10
との回折強度のピークが離隔し、低いと接近する。
【0033】図2は、リンを拡散したSIMOXウェー
ハ1のロッキングカーブである。図2から、基板10及
びSOI層14の回折強度のピークを得ることができ
る。
【0034】そして、SOI層14のロッキングカーブ
の半値幅(FWHM)又は半値半幅(HWHM)を測定
することで、SOI層14のみの回折強度を得ることが
でき、結晶の品質を評価する。
【0035】次に、未処理のSIMOXウェーハ1につ
いて説明する。
【0036】未処理のSIMOXウェーハ1には、基板
10及びSOI層14に含有されない元素が、何ら拡散
されていない。
【0037】図3は、未処理のSIMOXウェーハ1の
ロッキングカーブである。
【0038】図3に示すように、SOI層14の結晶格
子が基板10と同等か、又は近似する状態なので、基板
10及びSOI層14の回折強度のピークが重なる。
【0039】したがって、基板10及びSOI層14の
回折強度を読取ることができず、結晶の品質が評価でき
ない。また、基板とSОI層の結晶格子が等しい貼り合
せウェーハを同様に評価しても、同様な結果が得られ結
晶の品質が評価できない。
【0040】ついで、X線トポグラフ測定を行う方法に
ついて説明する。
【0041】ロッキングカーブ測定は、ロッキングカー
ブから、試料結晶の一点からの回折強度の角度を求め
る。すなわち、試料結晶で回折されたX線の強度の角度
分布を求める局所的な測定評価方法である。
【0042】これに対し、X線トポグラフ測定は、試料
全体から回折像を撮影するので、試料結晶を全体的に評
価し、欠陥の位置を判定する測定評価方法である。
【0043】リンを拡散したSIMOXウェーハ1に、
基板10から得られるX線回折のロッキングカーブのピ
ーク付近、又はSOI層14から得られるX線ロッキン
グカーブのピーク付近に対応する入射角度でX線トポグ
ラフ測定を行う。
【0044】これにより、局所的な結晶品質のみなら
ず、基板又はSОI層のみの欠陥の位置を判定すること
ができる。
【0045】このように、本発明のSOIウェーハの評
価方法によれば、SOI層14の結晶格子が、基板10
と同等か、又は近似する状態のSOIウェーハ1におい
てX線の回折強度を評価する方法を提供することができ
る。
【0046】尚、本実施形態ではSIMOXウェーハを
評価対象に用いたが、これに限らず、貼り合せSОIウ
ェーハを用いてもよい。
【0047】また、本実施例ではリンをSОI層中に拡
散したが、基板に拡散させてもよい。
【0048】また、結晶格子を異ならしめるために、本
実施形態ではリンを用いたが、これに限らず、他の元素
を用いてもよい。
【0049】また、熱処理による拡散を行ったが、その
温度、時間は、何ら本発明を限定するものではない。例
えばイオンインプラントなどの他の手法により、元素を
SОI層中に入れてもよい。
【0050】また、本実施形態においては、リン又はリ
ンの化合物は、基板及びSOI層を構成する主たる元素
とは異なるものの、不純物として微量含まれる場合もあ
る。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように、本願第1請求項記
載の発明は、基板と当該基板の上にSOI層が設けられ
たSOIウェーハを評価する評価方法において、前記基
板及び前記SOI層を構成する主たる元素とは異なる元
素を前記SOI層或いは基板に拡散することにより、前
記SOI層の結晶格子と前記基板の結晶格子とを異なら
しめるものである。この構成によると、基板及びSOI
層の結晶の品質について、それぞれ評価することができ
る。
【0052】本願第2請求項記載の発明は、試料結晶で
回折されたX線の強度と前記試料結晶へのX線の入射角
度との相関関係を示すX線回折のロッキングカーブを用
いて、前記基板及び前記SOI層の回折強度のピークを
それぞれ得るものであり、この構成によると、基板及び
SOI層について、X線回折強度がピークとなるX線入
射角を異ならしめることができる。
【0053】本願第3請求項記載の発明は、前記SOI
層の回折強度がピークとなるX線の入射角度において、
前記基板の回折強度が前記SOI層の回折強度の1/2
以下となるものであり、この構成によると、前記基板と
前記SOI層との回折強度のピークとを明確に離隔し、
より正確に結晶の品質を評価することができる。
【0054】本願第4請求項記載の発明は、前記基板、
又は前記SOI層の回折強度がピークとなるX線の入射
角度付近についてX線トポグラフ測定を行うものであ
り、この構成によると、トポグラフにより基板又はSО
I層のみの欠陥の位置を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態にかかるSOIウェーハ
にリンを拡散する方法を示す概略図である。
【図2】 ロッキングカーブ測定の評価結果を示す説明
図である。
【図3】 ロッキングカーブ測定の評価結果を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 SOIウェーハ 10 基板 12 埋め込み酸化膜 14 活性層 20 溶剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/66 H01L 21/66 N Fターム(参考) 2G001 AA01 BA18 BA27 CA01 DA09 KA03 LA11 MA05 NA07 RA03 4M106 AA01 AA20 BA20 CB19 DH25 DH34 DJ18 DJ20 DJ32

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と当該基板の上にSOI層が設けら
    れたSOIウェーハを評価する評価方法において、 前記基板及び前記SOI層を構成する主たる元素とは異
    なる元素を前記SOI層或いは基板に拡散することによ
    り、前記SOI層の結晶格子と前記基板の結晶格子とを
    異ならしめることを特徴とするSOIウェーハの評価方
    法。
  2. 【請求項2】 試料結晶で回折されたX線の強度と前記
    試料結晶へのX線の入射角度との相関関係を示すX線回
    折のロッキングカーブを用いて、前記基板及び前記SO
    I層の回折強度のピークをそれぞれ得ることを特徴とす
    る請求項1記載のSOIウェーハの評価方法。
  3. 【請求項3】 前記SOI層の回折強度がピークとなる
    X線の入射角度において、前記基板の回折強度が前記S
    OI層の回折強度の1/2以下となることを特徴とする
    請求項2記載のSOIウェーハの評価方法。
  4. 【請求項4】 前記基板、又は前記SOI層の回折強度
    がピークとなるX線の入射角度付近についてX線トポグ
    ラフ測定を行うことを特徴とする請求項2又は3記載の
    SOIウェーハの評価方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006170791A (ja) * 2004-12-15 2006-06-29 Anritsu Corp X線回折測定解析方法及びプログラム
JP2009130341A (ja) * 2007-11-28 2009-06-11 Shin Etsu Handotai Co Ltd デバイス形成用ウエーハの評価方法
JP2009147072A (ja) * 2007-12-13 2009-07-02 Shin Etsu Handotai Co Ltd イオン注入条件の管理方法

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