JP2004119553A - Ｓｏｉウエーハの評価方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜にアルカリ金属汚染や静電破壊を生じさせず、信頼性の高い埋め込み酸化膜の絶縁特性評価を簡便に行うことのできるＳＯＩウエーハの評価方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、シリコン活性層、埋め込み酸化膜、支持基板を有するＳＯＩウエーハの前記埋め込み酸化膜の絶縁特性を評価する方法であって、前記ＳＯＩウエーハのシリコン活性層に不純物をドープしてその抵抗率を下げた後、フォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して電極を形成し、該形成した電極を用いて埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価を行うことを特徴とするＳＯＩウエーハの評価方法。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも、シリコン活性層、埋め込み酸化膜、支持基板を有するＳＯＩウエーハの前記埋め込み酸化膜の絶縁特性を評価する方法であって、前記ＳＯＩウエーハのシリコン活性層に不純物をドープしてその抵抗率を下げた後、フォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して電極を形成し、該形成した電極を用いて埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価を行うことを特徴とするＳＯＩウエーハの評価方法。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁体上にシリコン活性層が形成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハの電気特性を評価する方法に関するものであり、特にＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気的に絶縁性のあるシリコン酸化膜の上にシリコン活性層が形成されたＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハが、デバイスの高速性、低消費電力性、高耐圧性、耐環境性等に優れていることから、電子デバイス用の高性能ＬＳＩウエーハとして特に注目されている。これは、ＳＯＩウエーハでは支持基板とシリコン活性層の間に絶縁体である埋め込み酸化膜（以下ＢＯＸ酸化膜と言うことがある）が存在するため、シリコン活性層に形成される電子デバイスは耐電圧が高く、α線のソフトエラー率も低くなるという大きな利点を有するためである。
【０００３】
また、シリコン活性層が１μｍ以下の厚みの薄膜ＳＯＩウエーハにおいて、シリコン活性層上に形成されたＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型半導体装置は、完全空乏型で動作させた場合にソース・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はかることができる。さらに、絶縁層となるＢＯＸ酸化膜の容量がゲート酸化膜直下に形成される空乏層容量と直列になるため、実質的に空乏層容量が減少し、低消費電力化を実現することができる。
【０００４】
このようなＳＯＩウエーハのシリコン活性層品質を評価するため、従来はシリコン活性層上にゲート酸化膜と電極を形成してＭＯＳ構造とし、この電極部に電圧を印加してＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｚｅｒｏ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）法やＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）法を行っていた（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００５】
また、ＳＯＩウエーハのＢＯＸ酸化膜もシリコン活性層に形成されたデバイスの高性能化に大きく寄与するため、ＢＯＸ酸化膜の膜厚均一性やピンホールの有無などＢＯＸ酸化膜品質への注目が高まっている。特に、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性評価（以下、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ（ブレイクダウン電圧）評価という）は、ＢＯＸ酸化膜の品質を決める一つの指標として、重要視されることが多くなってきている。
【０００６】
従来、このＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価は、例えば図６に示すフローに従って行われている。以下に、従来のＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価について、図６を参照しながら説明する。
【０００７】
先ず、支持基板２４上にＢＯＸ酸化膜２３及びシリコン活性層２２が形成されているＳＯＩウエーハ２１が準備され（図６（ａ））、そのシリコン活性層２２をエッチングで除去してＢＯＸ酸化膜２３を露出させる（図６（ｂ））。
次に、ＢＯＸ酸化膜２３上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によりポリシリコン層を成長させた後、リン等の不純物を熱拡散法またはイオン注入法を用いてポリシリコン層中にドープして、抵抗率の低いポリシリコン層２５を形成する（図６（ｃ））。
【０００８】
続いて、形成したポリシリコン層２５の一部を、例えば、レジスト塗布、焼きしめ、露光、焼きしめ、非電極部上のレジスト除去（現像）、非電極部のポリシリコン除去、全レジスト除去という一連のフォトリソグラフィ技術を用いることによって、ＢＯＸ酸化膜２３上にポリシリコン電極２６（ＭＯＳキャパシタ、ゲート電極ともいう）を形成する（図６（ｄ））。このとき、非電極部のポリシリコン除去は不純物の含有が少ないフッ酸と硝酸の混酸で行われる。
その後、ＢＯＸ酸化膜２３をポリシリコン電極２６のゲート酸化膜とし、ポリシリコン電極２６にプローブ２７を接触させて電圧印加を行うことによって、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄを評価する（図６（ｅ））。
【０００９】
このように従来行われているＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄの評価では、通常、ＳＯＩウエーハのシリコン活性層を完全にエッチング除去して、ＢＯＸ酸化膜を露出させている。このとき、シリコン活性層のみをエッチングし、その直下に存在するＢＯＸ酸化膜がエッチングされないようにする必要があるために、シリコンとシリコン酸化膜とのエッチングの選択性が大きいアルカリ系薬液によるウェットエッチング法が主に用いられている。しかしながら、エッチングを行う際にアルカリ系薬液にウエーハを浸漬すると、薬液中に含まれるアルカリ金属によってＢＯＸ酸化膜や支持基板が汚染される可能性がある。アルカリ系薬液のエッチングによりＢＯＸ酸化膜が汚染されると、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性が影響を受け、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価の信頼性が低下する。
【００１０】
また、ＢＯＸ酸化膜及び支持基板を汚染させずにシリコン活性層をエッチング除去する方法として、ウェットエッチングの替わりにプラズマドライエッチングを行うことが考えられる。しかしながら、ＳＯＩウエーハは、上記のように支持基板上に絶縁体であるＢＯＸ酸化膜があり、さらにその上にシリコン活性層が存在しているので、プラズマエッチングの際にウエーハがプラズマに曝されることによってシリコン活性層表面に電荷が蓄積され、ＢＯＸ酸化膜が静電破壊を受ける可能性がある。したがって、シリコン活性層をプラズマエッチング除去してＢＯＸ酸化膜を露出させると、エッチング前後でＢＯＸ酸化膜の状態を変化させてしまうため、正確なＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価ができないといった問題がある。
【００１１】
さらに、上記のような従来のＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価方法では、シリコン活性層を一旦完全にエッチング除去した後、あらためてポリシリコン層を成長させなければならないため、評価を行うのに長時間の処理を必要とし、またその作業も煩雑であった。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２２００１９号公報（第３，５頁）
【特許文献２】
特開平１１−３４５９５４号公報（第３頁）
【特許文献３】
特開２００１−１２７２７４号公報（第４頁）
【特許文献４】
特開２００１−２１３６９４号公報（第３頁）
【特許文献５】
特開２００２−９４０３２号公報（第４頁，第１０（ｂ）図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜にアルカリ金属汚染や静電破壊を生じさせず、信頼性の高い埋め込み酸化膜の絶縁特性評価を簡便に行うことのできるＳＯＩウエーハの評価方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、シリコン活性層、埋め込み酸化膜、支持基板を有するＳＯＩウエーハの前記埋め込み酸化膜の絶縁特性を評価する方法であって、前記ＳＯＩウエーハのシリコン活性層に不純物をドープしてその抵抗率を下げた後、フォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して電極を形成し、該形成した電極を用いて埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価を行うことを特徴とするＳＯＩウエーハの評価方法が提供される（請求項１）。
【００１５】
このように、ＳＯＩウエーハのシリコン活性層に不純物をドープしてその抵抗率を下げた後、そのシリコン活性層の一部を除去して形成した電極を用いて埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価を行うことによって、従来のようにシリコン活性層を完全にエッチング除去してポリシリコン層を形成するようなことを行わずに、シリコン活性層を利用して電極が形成できるため、評価工程を簡略化できる。また、アルカリエッチングやプラズマエッチングを行う必要もないのでＢＯＸ酸化膜の汚染や静電破壊を生じさせず、信頼性の高い絶縁特性評価を簡便に行うことが可能となる。
【００１６】
このとき、前記不純物のドープを、熱拡散法またはイオン注入法により行うことができる（請求項２）。
このように、本発明では不純物のドープを、熱拡散法またはイオン注入法により行うことができ、不純物をシリコン活性層に容易かつ確実にドープすることが可能となる。
【００１７】
さらに、前記評価を行う前に、予めＳＯＩウエーハのシリコン活性層上にシリコン層を堆積させることができる（請求項３）。
特にシリコン活性層が一定の厚さよりも薄い場合、上述のようにシリコン活性層を電極として利用して評価を行うと、電極の印加電圧を増加した時にセルフヒーリングを引き起こして正確なブレイクダウン電圧が不明となったり、もしくは、電極に絶縁特性評価用プローブを接触させた際にプローブが電極を突き抜けて正確な評価ができなくなることがある。したがって、上記のように、評価を行う前に予めシリコン活性層上にシリコン層を堆積させることによって、一定以上の厚さを有する電極が形成できるため、正確な絶縁特性評価を確実に行うことができる。
尚、上記のセルフヒーリングとは、ブレイクダウン電圧を知るために電極印加電圧を大きくしていった際、突然ゲート酸化膜と電極を貫通する穴が開くか、プローブ直下のゲート酸化膜と電極が電圧印加でスパークして火口状の穴が形成されることで、ブレイクダウン電圧の正確な評価ができなくなる現象である。
【００１８】
このとき、前記シリコン活性層上にシリコン層を堆積させる際に、該シリコン堆積層に不純物をドープすることが好ましい（請求項４）。
このようにシリコン層を堆積させる際に、シリコン堆積層に不純物をドープすれば、電極の厚さを一定以上に厚くするとともにシリコン堆積層の抵抗率を下げることができ、また同時にシリコン活性層にも不純物を拡散させてドープすることができるので、評価工程を一層簡略化することができる。
【００１９】
またこのとき、前記シリコン活性層の厚さ、またはシリコン活性層とシリコン堆積層の合計の厚さを１５０ｎｍ以上とすることが好ましい（請求項５）。
このようにシリコン活性層の厚さ、またはシリコン活性層とシリコン堆積層の合計の厚さを１５０ｎｍ以上とすることによって、形成する電極の厚さが十分に厚くなるので、前述のセルフヒーリング現象やプローブが電極を突き抜けるような問題を防止でき、確実な絶縁特性評価を行うことができる。
【００２０】
さらに、前記ドープする不純物をリンまたはホウ素とすることが好ましい（請求項６）。
このように、ドープする不純物がリンまたはホウ素であれば、シリコン活性層へのドープ、またはシリコン活性層とシリコン堆積層へのドープを、ＢＯＸ酸化膜を汚染させずに容易にかつ確実に行うことができる。したがって、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価を正確に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、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、ＳＯＩウエーハのＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価の際にＢＯＸ酸化膜にアルカリ金属汚染や静電破壊を生じさせず、信頼性の高い埋め込み酸化膜の絶縁特性評価を行う方法について鋭意実験及び検討を重ねた結果、ＳＯＩウエーハが有するシリコン活性層を利用して電極を形成することによって、アルカリ薬液でのエッチング及びプラズマドライエッチングを行わなくてもＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価ができることを見出し、本発明を完成させた。
【００２２】
すなわち、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法は、少なくとも、シリコン活性層、埋め込み酸化膜、支持基板を有するＳＯＩウエーハの前記埋め込み酸化膜の絶縁特性を評価する方法であって、前記ＳＯＩウエーハのシリコン活性層に不純物をドープしてその抵抗率を下げた後、フォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して電極を形成し、該形成した電極を用いて埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価を行うことに特徴を有するものである。
【００２３】
以下に、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法の一例を示すフロー図を示す。
先ず、サンプルとなるＳＯＩウエーハを準備する。このとき、図１（ａ）に示すように、準備するＳＯＩウエーハ１は、支持基板４とシリコン活性層２との間に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ酸化膜）３が介在するＳＯＩ構造を有しているものであれば良く、その作製方法に関しては特に限定されるものではない。
【００２４】
例えば、このようなＳＯＩウエーハを作製する方法としては、▲１▼酸化膜を介して２枚のウエーハ（少なくとも一枚はシリコンウエーハ）を貼り合せ、熱処理で接合強度を強めた後に、シリコン活性層となるシリコンウエーハを裏面側から研削、研磨して所望の厚さにする貼り合わせ法、あるいはいわゆるイオン注入剥離法を用いて行われる貼り合わせ法、▲２▼シリコンウエーハの内部に高濃度の酸素イオンを注入して酸素イオン注入層を形成し、その後高温でアニール処理を行うことにより、シリコンウエーハ中に埋め込みシリコン酸化層を形成し、その表面側の層をシリコン活性層として使用するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙｉｏｎ−ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）法等がある。本発明のＳＯＩウエーハの評価方法では、上記のいずれの方法で作製したＳＯＩウエーハであっても評価を行うことができる。
【００２５】
次に、シリコン活性層２に不純物をドープしてその抵抗率を下げ、低抵抗率のシリコン活性層５を形成する（図１（ｂ））。このとき、ドープする不純物としてはリンまたはホウ素を用いることが好ましく、また不純物をドープする方法としては、熱拡散法やイオン注入法を用いることができる。
【００２６】
例えば、熱拡散法によってシリコン活性層２にリンまたはホウ素をドープする場合、先ず拡散源としてシリコン活性層２の表面にガラス層を形成する（図示せず）。このとき、形成するガラス層は不純物がリンの場合はリンガラス、ホウ素の場合はホウ素ガラスとなるが、これらはスピンコートやＣＶＤ法等により容易に形成できる。続いてガラス層を形成したＳＯＩウエーハに熱処理を行うことによって、シリコン活性層中にリンまたはホウ素を拡散させてドープすることができる。その後、ガラス層を金属不純物をほとんど含まないフッ酸で除去することによって、ＢＯＸ酸化膜を汚染させずにリンまたはホウ素を均一にドープしたシリコン活性層５を有するウエーハを得ることができる。
【００２７】
一方、イオン注入法でリンまたはホウ素をシリコン活性層にドープする場合は、上記のようなガラス層を形成する必要がなく、精度良く安定して不純物をシリコン活性層にドープすることができる。しかしながら、このようにシリコン活性層に不純物をイオン注入しただけでは不純物が不活性であるため、イオン注入後のウエーハに熱処理を行って、不純物を活性化させることが好ましい。
【００２８】
このようにシリコン活性層に不純物をドープして低抵抗率のシリコン活性層５を形成した後、そのシリコン活性層５の一部をフォトリソグラフィにより除去して電極６を形成する（図１（ｃ））。
例えば、低抵抗率のシリコン活性層５の表面にフォトレジストを塗布し、焼きしめ（プリベイク）を行った後、紫外線やエキシマレーザ光線などを照射して電極のパターンをレジストに転写し、その後、焼きしめ（ポストエクスポージャベイク）、非電極部上のレジスト除去（現像）、非電極部のシリコン活性層の除去、全レジスト除去を順次行うことによって、電極を形成することができる。なお、このようなフォトリソグラフィ工程において、非電極部のシリコン活性層の除去はフッ酸と硝酸の混酸を用いて行うことができるため、ＢＯＸ酸化膜を汚染することもない。
【００２９】
その後、形成した電極６に、例えば絶縁特性評価装置（不図示）に接続されているプローブ７を接触させ、電圧を印加してブレイクダウン電圧Ｖｂｄを測定することにより、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価を行うことができる（図１（ｄ））。
【００３０】
このようなＳＯＩウエーハの評価方法において、シリコン活性層の厚さが１５０ｎｍ以上であれば、そのままフォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して電極を形成することによって、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の正確な評価を確実に行うことができる。しかしながら、シリコン活性層の厚さが１５０ｎｍ未満である場合、フォトリソグラフィを行って電極を形成しても、前述のように、セルフヒーリング現象を引き起こして正確なブレイクダウン電圧が不明となったり、またプローブ先端部が電極を突き抜ける問題が生じて、正確なＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価ができなくなる可能性がある。
【００３１】
したがって、ＳＯＩウエーハにおけるシリコン活性層の厚さが１５０ｎｍ未満であるような場合、評価を行う前に、予めＳＯＩウエーハのシリコン活性層上にシリコン層を堆積させることが好ましい。
【００３２】
例えば、図２に示すように、ＳＯＩウエーハ８がＢＯＸ酸化膜３上に１５０ｎｍ未満の厚さのシリコン活性層９を有している場合、先ずそのシリコン活性層９の直上にシリコン層（シリコン堆積層）１０を堆積させて、シリコン活性層９とシリコン堆積層１０の合計の厚さが１５０ｎｍ以上となるようにする（図２（ａ））。このとき、シリコン堆積層１０を堆積させる方法は、特に限定されるものではないが、例えば、エピタキシャル法やＣＶＤ法等によって容易にシリコン堆積層１０を形成することができる。
【００３３】
その後、上述したように、熱拡散法またはイオン注入法によってシリコン活性層及びシリコン堆積層に不純物をドープして、低抵抗率のシリコン活性層１１及びシリコン堆積層１２（図２（ｂ））を形成する。続いて、フォトリソグラフィによって電極１３を形成した後（図２（ｃ））、その電極１３にプローブ７を接触させることによって、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価を正確に行うことができる。
【００３４】
また本発明によれば、上記シリコン活性層９の直上にシリコン堆積層１０をエピタキシャル法やＣＶＤ法等によって堆積させる際に、ドープ剤として不純物、例えばリンまたはホウ素をキャリアガス、ソースガスとともに導入することによって、シリコン堆積層を形成しながら不純物を容易にドープすることができる。
【００３５】
このとき、このようなエピタキシャル法やＣＶＤ法等によって不純物をドープしながらのシリコン堆積層の形成は高温で行われるため、シリコン堆積層中の不純物をシリコン活性層に拡散させてシリコン活性層にも同時に不純物をドープすることができる。したがって、電極となる低抵抗率のシリコン活性層及びシリコン堆積層の形成を更に簡便に行うことができ、評価工程の一層の簡略化が図れる。
【００３６】
以上のようにしてＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜の絶縁特性を評価することによって、従来のようなシリコン活性層の完全なエッチング除去やポリシリコン層の形成を行わずに、シリコン活性層を利用して電極が形成できるため、評価工程を簡略化でき、省力化を図ることができる。また、アルカリエッチングやプラズマエッチングを行う必要もないので、ＢＯＸ酸化膜のアルカリ金属汚染や静電破壊を生じさせず、より実際のウエーハに近い状態でＢＯＸ酸化膜の品質を評価することができ、信頼性の高い絶縁特性評価を行うことが可能となる。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
試料として、ＳＩＭＯＸ法により作製した直径２００ｍｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍ、シリコン活性層の厚さ及びＢＯＸ酸化膜の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ及び１３５ｎｍである導電型がＮ型のＳＯＩウエーハを準備した。
【００３８】
先ず、シリコン活性層にリンをドープするため、窒素ガスをキャリアガス、ＰＯＣｌ３をソースガスとした雰囲気中で８５０℃、３０分の熱処理を行って、ＳＯＩウエーハのシリコン活性層の表面に拡散源であるリンガラス層を成長させた。次に、Ｎ２ガス雰囲気中、１０００℃で３０分間の熱処理を行い、リンをシリコン活性層中に拡散させ、その後シリコン活性層表面に形成されているリンガラス層をフッ酸で除去した。リンドープ後のシリコン活性層の抵抗率は０．６ｍΩ・ｃｍであった。
【００３９】
続いて、フォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して、ＳＯＩウエーハ面内のＢＯＸ酸化膜上に８ｍｍ２の電極面積を有するＭＯＳキャパシタを１００個作製した。
作製したこれらのＭＯＳキャパシタのうち、任意の２４個の電極を対象としてＴＺＤＢ法を用いてＢＯＸ酸化膜がブレイクダウンしたときの電圧値を測定し、これを電界強度で示してＢＯＸ酸化膜の絶縁特性を評価した。その評価結果を図３に示す。
【００４０】
（実施例２）
試料として、ＳＩＭＯＸ法により作製した直径２００ｍｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍ、シリコン活性層の厚さ及びＢＯＸ酸化膜の厚さがそれぞれ１００ｎｍ及び１３５ｎｍである導電型がＮ型のＳＯＩウエーハを準備した。
【００４１】
先ず、今回用いたＳＯＩウエーハのシリコン活性層の厚さが１５０ｎｍよりも薄いため、シリコン活性層の表面にエピタキシャル法を用いてシリコン層を２００ｎｍ堆積し、シリコン活性層とシリコン堆積層の厚さの合計を３００ｎｍにした。
【００４２】
次に、実施例１と同様にリンガラス層を形成し、Ｎ２ガス雰囲気中、１０００℃で３０分間の熱処理を行うことによってリンをシリコン活性層及びシリコン堆積層にドープし、その後リンガラス層をフッ酸で除去した。ドープ後のシリコン活性層の抵抗率は１．５ｍΩ・ｃｍであった。続いて、実施例１と同様にフォトリソグラフィを行って、ウエーハ面内のＢＯＸ酸化膜上に８ｍｍ２の電極面積を有するＭＯＳキャパシタを１００個作製した。
【００４３】
作製したこれらのＭＯＳキャパシタのうち、任意の２４個の電極を対象としてＴＺＤＢ法を用いてＢＯＸ酸化膜がブレイクダウンしたときの電圧値を測定し、これを電界強度で示してＢＯＸ酸化膜の絶縁特性を評価した。その評価結果を図４に示す。
【００４４】
（比較例）
試料として、実施例１と同様のＳＩＭＯＸ法により作製した直径２００ｍｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍ、シリコン活性層の厚さ及びＢＯＸ酸化膜の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ及び１３５ｎｍである導電型がＮ型のＳＯＩウエーハを準備した。
【００４５】
このＳＯＩウエーハをアルカリエッチング槽（ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）中に浸漬して、シリコン活性層をエッチングした後、ＣＶＤ法によりリンをドープしながらポリシリコンをＢＯＸ酸化膜表面に３００ｎｍ堆積した。ドープ後のシリコン活性層の抵抗率は１．３ｍΩ・ｃｍであった。続いて、実施例１と同様にフォトリソグラフィを行って、ウエーハ面内のＢＯＸ酸化膜上に８ｍｍ２の電極面積を有するＭＯＳキャパシタを１００個作製した。
【００４６】
作製したこれらのＭＯＳキャパシタのうち、任意の２４個の電極を対象として実施例１と同様にＴＺＤＢ法を用いてＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価を行った。その評価結果を図５に示す。
【００４７】
図３〜図５を比較してみると、実施例１、２及び比較例におけるＳＯＩウエーハの評価では、いずれもほぼ同様の絶縁特性を示すが、比較例の方がバラツキが大きく、しかも全体的に低下傾向を示し、アルカリによる汚染の影響がみられた。一方、本発明では、バラツキが少なく汚染の影響を排除できていることが判る。このことから、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法によって正確なＢＯＸ酸化膜の絶縁特性が評価できることが確認できた。
【００４８】
さらに、実施例１と比較例については、それぞれ上記と同条件で作製した複数枚のＳＯＩウエーハに対して、それぞれ上記と同様の条件でＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価を行った。
その結果、実施例１の場合、評価した複数枚のＳＯＩウエーハのいずれにおいても図３と同様の評価結果を示した。したがって、信頼性の高いＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価を行うことができたことが確認できた。それに対して、比較例では、それぞれの評価結果においてバラツキが生じており、実施例１に比べて評価結果の信頼性が低いことが分かった。
【００４９】
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。
【００５０】
例えば、上記では、評価するＳＯＩエーハとしてＳＩＭＯＸウエーハを例に挙げて説明したが、本発明で評価可能なＳＯＩウエーハはこのようなＳＩＭＯＸウエーハに限定されるものではなく、貼り合わせ法、水素イオン注入剥離法等により作製されたＳＯＩウエーハの評価にも用いることができることは言うまでもない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のようにシリコン活性層を完全にエッチング除去せずにシリコン活性層を利用して電極を形成するため、評価工程を簡略化し、簡便にＳＯＩウエーハの評価を行うことができる。また、ＢＯＸ酸化膜のアルカリ金属汚染や静電破壊を防止できるため、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性を高い信頼性で評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＯＩウエーハの評価方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明のＳＯＩウエーハの評価方法の別の例を示すフロー図である。
【図３】実施例１におけるＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価結果を示したグラフである。
【図４】実施例２におけるＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価結果を示したグラフである。
【図５】比較例におけるＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価結果を示したグラフである。
【図６】従来のＳＯＩウエーハの評価方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【符号の説明】
１…ＳＯＩウエーハ、 ２…シリコン活性層、
３…埋め込み酸化膜（ＢＯＸ酸化膜）、 ４…支持基板、
５…不純物をドープした低抵抗率のシリコン活性層、
６…電極、 ７…プローブ、 ８…ＳＯＩウエーハ、
９…シリコン活性層、 １０…シリコン層（シリコン堆積層）、
１１…不純物をドープした低抵抗率のシリコン活性層、
１２…不純物をドープした低抵抗率のシリコン堆積層、
１３…電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁体上にシリコン活性層が形成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハの電気特性を評価する方法に関するものであり、特にＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気的に絶縁性のあるシリコン酸化膜の上にシリコン活性層が形成されたＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハが、デバイスの高速性、低消費電力性、高耐圧性、耐環境性等に優れていることから、電子デバイス用の高性能ＬＳＩウエーハとして特に注目されている。これは、ＳＯＩウエーハでは支持基板とシリコン活性層の間に絶縁体である埋め込み酸化膜（以下ＢＯＸ酸化膜と言うことがある）が存在するため、シリコン活性層に形成される電子デバイスは耐電圧が高く、α線のソフトエラー率も低くなるという大きな利点を有するためである。
【０００３】
また、シリコン活性層が１μｍ以下の厚みの薄膜ＳＯＩウエーハにおいて、シリコン活性層上に形成されたＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型半導体装置は、完全空乏型で動作させた場合にソース・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はかることができる。さらに、絶縁層となるＢＯＸ酸化膜の容量がゲート酸化膜直下に形成される空乏層容量と直列になるため、実質的に空乏層容量が減少し、低消費電力化を実現することができる。
【０００４】
このようなＳＯＩウエーハのシリコン活性層品質を評価するため、従来はシリコン活性層上にゲート酸化膜と電極を形成してＭＯＳ構造とし、この電極部に電圧を印加してＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｚｅｒｏ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）法やＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）法を行っていた（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００５】
また、ＳＯＩウエーハのＢＯＸ酸化膜もシリコン活性層に形成されたデバイスの高性能化に大きく寄与するため、ＢＯＸ酸化膜の膜厚均一性やピンホールの有無などＢＯＸ酸化膜品質への注目が高まっている。特に、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性評価（以下、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ（ブレイクダウン電圧）評価という）は、ＢＯＸ酸化膜の品質を決める一つの指標として、重要視されることが多くなってきている。
【０００６】
従来、このＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価は、例えば図６に示すフローに従って行われている。以下に、従来のＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価について、図６を参照しながら説明する。
【０００７】
先ず、支持基板２４上にＢＯＸ酸化膜２３及びシリコン活性層２２が形成されているＳＯＩウエーハ２１が準備され（図６（ａ））、そのシリコン活性層２２をエッチングで除去してＢＯＸ酸化膜２３を露出させる（図６（ｂ））。
次に、ＢＯＸ酸化膜２３上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によりポリシリコン層を成長させた後、リン等の不純物を熱拡散法またはイオン注入法を用いてポリシリコン層中にドープして、抵抗率の低いポリシリコン層２５を形成する（図６（ｃ））。
【０００８】
続いて、形成したポリシリコン層２５の一部を、例えば、レジスト塗布、焼きしめ、露光、焼きしめ、非電極部上のレジスト除去（現像）、非電極部のポリシリコン除去、全レジスト除去という一連のフォトリソグラフィ技術を用いることによって、ＢＯＸ酸化膜２３上にポリシリコン電極２６（ＭＯＳキャパシタ、ゲート電極ともいう）を形成する（図６（ｄ））。このとき、非電極部のポリシリコン除去は不純物の含有が少ないフッ酸と硝酸の混酸で行われる。
その後、ＢＯＸ酸化膜２３をポリシリコン電極２６のゲート酸化膜とし、ポリシリコン電極２６にプローブ２７を接触させて電圧印加を行うことによって、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄを評価する（図６（ｅ））。
【０００９】
このように従来行われているＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄの評価では、通常、ＳＯＩウエーハのシリコン活性層を完全にエッチング除去して、ＢＯＸ酸化膜を露出させている。このとき、シリコン活性層のみをエッチングし、その直下に存在するＢＯＸ酸化膜がエッチングされないようにする必要があるために、シリコンとシリコン酸化膜とのエッチングの選択性が大きいアルカリ系薬液によるウェットエッチング法が主に用いられている。しかしながら、エッチングを行う際にアルカリ系薬液にウエーハを浸漬すると、薬液中に含まれるアルカリ金属によってＢＯＸ酸化膜や支持基板が汚染される可能性がある。アルカリ系薬液のエッチングによりＢＯＸ酸化膜が汚染されると、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性が影響を受け、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価の信頼性が低下する。
【００１０】
また、ＢＯＸ酸化膜及び支持基板を汚染させずにシリコン活性層をエッチング除去する方法として、ウェットエッチングの替わりにプラズマドライエッチングを行うことが考えられる。しかしながら、ＳＯＩウエーハは、上記のように支持基板上に絶縁体であるＢＯＸ酸化膜があり、さらにその上にシリコン活性層が存在しているので、プラズマエッチングの際にウエーハがプラズマに曝されることによってシリコン活性層表面に電荷が蓄積され、ＢＯＸ酸化膜が静電破壊を受ける可能性がある。したがって、シリコン活性層をプラズマエッチング除去してＢＯＸ酸化膜を露出させると、エッチング前後でＢＯＸ酸化膜の状態を変化させてしまうため、正確なＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価ができないといった問題がある。
【００１１】
さらに、上記のような従来のＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価方法では、シリコン活性層を一旦完全にエッチング除去した後、あらためてポリシリコン層を成長させなければならないため、評価を行うのに長時間の処理を必要とし、またその作業も煩雑であった。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２２００１９号公報（第３，５頁）
【特許文献２】
特開平１１−３４５９５４号公報（第３頁）
【特許文献３】
特開２００１−１２７２７４号公報（第４頁）
【特許文献４】
特開２００１−２１３６９４号公報（第３頁）
【特許文献５】
特開２００２−９４０３２号公報（第４頁，第１０（ｂ）図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜にアルカリ金属汚染や静電破壊を生じさせず、信頼性の高い埋め込み酸化膜の絶縁特性評価を簡便に行うことのできるＳＯＩウエーハの評価方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、シリコン活性層、埋め込み酸化膜、支持基板を有するＳＯＩウエーハの前記埋め込み酸化膜の絶縁特性を評価する方法であって、前記ＳＯＩウエーハのシリコン活性層に不純物をドープしてその抵抗率を下げた後、フォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して電極を形成し、該形成した電極を用いて埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価を行うことを特徴とするＳＯＩウエーハの評価方法が提供される（請求項１）。
【００１５】
このように、ＳＯＩウエーハのシリコン活性層に不純物をドープしてその抵抗率を下げた後、そのシリコン活性層の一部を除去して形成した電極を用いて埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価を行うことによって、従来のようにシリコン活性層を完全にエッチング除去してポリシリコン層を形成するようなことを行わずに、シリコン活性層を利用して電極が形成できるため、評価工程を簡略化できる。また、アルカリエッチングやプラズマエッチングを行う必要もないのでＢＯＸ酸化膜の汚染や静電破壊を生じさせず、信頼性の高い絶縁特性評価を簡便に行うことが可能となる。
【００１６】
このとき、前記不純物のドープを、熱拡散法またはイオン注入法により行うことができる（請求項２）。
このように、本発明では不純物のドープを、熱拡散法またはイオン注入法により行うことができ、不純物をシリコン活性層に容易かつ確実にドープすることが可能となる。
【００１７】
さらに、前記評価を行う前に、予めＳＯＩウエーハのシリコン活性層上にシリコン層を堆積させることができる（請求項３）。
特にシリコン活性層が一定の厚さよりも薄い場合、上述のようにシリコン活性層を電極として利用して評価を行うと、電極の印加電圧を増加した時にセルフヒーリングを引き起こして正確なブレイクダウン電圧が不明となったり、もしくは、電極に絶縁特性評価用プローブを接触させた際にプローブが電極を突き抜けて正確な評価ができなくなることがある。したがって、上記のように、評価を行う前に予めシリコン活性層上にシリコン層を堆積させることによって、一定以上の厚さを有する電極が形成できるため、正確な絶縁特性評価を確実に行うことができる。
尚、上記のセルフヒーリングとは、ブレイクダウン電圧を知るために電極印加電圧を大きくしていった際、突然ゲート酸化膜と電極を貫通する穴が開くか、プローブ直下のゲート酸化膜と電極が電圧印加でスパークして火口状の穴が形成されることで、ブレイクダウン電圧の正確な評価ができなくなる現象である。
【００１８】
このとき、前記シリコン活性層上にシリコン層を堆積させる際に、該シリコン堆積層に不純物をドープすることが好ましい（請求項４）。
このようにシリコン層を堆積させる際に、シリコン堆積層に不純物をドープすれば、電極の厚さを一定以上に厚くするとともにシリコン堆積層の抵抗率を下げることができ、また同時にシリコン活性層にも不純物を拡散させてドープすることができるので、評価工程を一層簡略化することができる。
【００１９】
またこのとき、前記シリコン活性層の厚さ、またはシリコン活性層とシリコン堆積層の合計の厚さを１５０ｎｍ以上とすることが好ましい（請求項５）。
このようにシリコン活性層の厚さ、またはシリコン活性層とシリコン堆積層の合計の厚さを１５０ｎｍ以上とすることによって、形成する電極の厚さが十分に厚くなるので、前述のセルフヒーリング現象やプローブが電極を突き抜けるような問題を防止でき、確実な絶縁特性評価を行うことができる。
【００２０】
さらに、前記ドープする不純物をリンまたはホウ素とすることが好ましい（請求項６）。
このように、ドープする不純物がリンまたはホウ素であれば、シリコン活性層へのドープ、またはシリコン活性層とシリコン堆積層へのドープを、ＢＯＸ酸化膜を汚染させずに容易にかつ確実に行うことができる。したがって、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価を正確に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、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、ＳＯＩウエーハのＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価の際にＢＯＸ酸化膜にアルカリ金属汚染や静電破壊を生じさせず、信頼性の高い埋め込み酸化膜の絶縁特性評価を行う方法について鋭意実験及び検討を重ねた結果、ＳＯＩウエーハが有するシリコン活性層を利用して電極を形成することによって、アルカリ薬液でのエッチング及びプラズマドライエッチングを行わなくてもＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価ができることを見出し、本発明を完成させた。
【００２２】
すなわち、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法は、少なくとも、シリコン活性層、埋め込み酸化膜、支持基板を有するＳＯＩウエーハの前記埋め込み酸化膜の絶縁特性を評価する方法であって、前記ＳＯＩウエーハのシリコン活性層に不純物をドープしてその抵抗率を下げた後、フォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して電極を形成し、該形成した電極を用いて埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価を行うことに特徴を有するものである。
【００２３】
以下に、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法の一例を示すフロー図を示す。
先ず、サンプルとなるＳＯＩウエーハを準備する。このとき、図１（ａ）に示すように、準備するＳＯＩウエーハ１は、支持基板４とシリコン活性層２との間に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ酸化膜）３が介在するＳＯＩ構造を有しているものであれば良く、その作製方法に関しては特に限定されるものではない。
【００２４】
例えば、このようなＳＯＩウエーハを作製する方法としては、▲１▼酸化膜を介して２枚のウエーハ（少なくとも一枚はシリコンウエーハ）を貼り合せ、熱処理で接合強度を強めた後に、シリコン活性層となるシリコンウエーハを裏面側から研削、研磨して所望の厚さにする貼り合わせ法、あるいはいわゆるイオン注入剥離法を用いて行われる貼り合わせ法、▲２▼シリコンウエーハの内部に高濃度の酸素イオンを注入して酸素イオン注入層を形成し、その後高温でアニール処理を行うことにより、シリコンウエーハ中に埋め込みシリコン酸化層を形成し、その表面側の層をシリコン活性層として使用するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙｉｏｎ−ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）法等がある。本発明のＳＯＩウエーハの評価方法では、上記のいずれの方法で作製したＳＯＩウエーハであっても評価を行うことができる。
【００２５】
次に、シリコン活性層２に不純物をドープしてその抵抗率を下げ、低抵抗率のシリコン活性層５を形成する（図１（ｂ））。このとき、ドープする不純物としてはリンまたはホウ素を用いることが好ましく、また不純物をドープする方法としては、熱拡散法やイオン注入法を用いることができる。
【００２６】
例えば、熱拡散法によってシリコン活性層２にリンまたはホウ素をドープする場合、先ず拡散源としてシリコン活性層２の表面にガラス層を形成する（図示せず）。このとき、形成するガラス層は不純物がリンの場合はリンガラス、ホウ素の場合はホウ素ガラスとなるが、これらはスピンコートやＣＶＤ法等により容易に形成できる。続いてガラス層を形成したＳＯＩウエーハに熱処理を行うことによって、シリコン活性層中にリンまたはホウ素を拡散させてドープすることができる。その後、ガラス層を金属不純物をほとんど含まないフッ酸で除去することによって、ＢＯＸ酸化膜を汚染させずにリンまたはホウ素を均一にドープしたシリコン活性層５を有するウエーハを得ることができる。
【００２７】
一方、イオン注入法でリンまたはホウ素をシリコン活性層にドープする場合は、上記のようなガラス層を形成する必要がなく、精度良く安定して不純物をシリコン活性層にドープすることができる。しかしながら、このようにシリコン活性層に不純物をイオン注入しただけでは不純物が不活性であるため、イオン注入後のウエーハに熱処理を行って、不純物を活性化させることが好ましい。
【００２８】
このようにシリコン活性層に不純物をドープして低抵抗率のシリコン活性層５を形成した後、そのシリコン活性層５の一部をフォトリソグラフィにより除去して電極６を形成する（図１（ｃ））。
例えば、低抵抗率のシリコン活性層５の表面にフォトレジストを塗布し、焼きしめ（プリベイク）を行った後、紫外線やエキシマレーザ光線などを照射して電極のパターンをレジストに転写し、その後、焼きしめ（ポストエクスポージャベイク）、非電極部上のレジスト除去（現像）、非電極部のシリコン活性層の除去、全レジスト除去を順次行うことによって、電極を形成することができる。なお、このようなフォトリソグラフィ工程において、非電極部のシリコン活性層の除去はフッ酸と硝酸の混酸を用いて行うことができるため、ＢＯＸ酸化膜を汚染することもない。
【００２９】
その後、形成した電極６に、例えば絶縁特性評価装置（不図示）に接続されているプローブ７を接触させ、電圧を印加してブレイクダウン電圧Ｖｂｄを測定することにより、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価を行うことができる（図１（ｄ））。
【００３０】
このようなＳＯＩウエーハの評価方法において、シリコン活性層の厚さが１５０ｎｍ以上であれば、そのままフォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して電極を形成することによって、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の正確な評価を確実に行うことができる。しかしながら、シリコン活性層の厚さが１５０ｎｍ未満である場合、フォトリソグラフィを行って電極を形成しても、前述のように、セルフヒーリング現象を引き起こして正確なブレイクダウン電圧が不明となったり、またプローブ先端部が電極を突き抜ける問題が生じて、正確なＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価ができなくなる可能性がある。
【００３１】
したがって、ＳＯＩウエーハにおけるシリコン活性層の厚さが１５０ｎｍ未満であるような場合、評価を行う前に、予めＳＯＩウエーハのシリコン活性層上にシリコン層を堆積させることが好ましい。
【００３２】
例えば、図２に示すように、ＳＯＩウエーハ８がＢＯＸ酸化膜３上に１５０ｎｍ未満の厚さのシリコン活性層９を有している場合、先ずそのシリコン活性層９の直上にシリコン層（シリコン堆積層）１０を堆積させて、シリコン活性層９とシリコン堆積層１０の合計の厚さが１５０ｎｍ以上となるようにする（図２（ａ））。このとき、シリコン堆積層１０を堆積させる方法は、特に限定されるものではないが、例えば、エピタキシャル法やＣＶＤ法等によって容易にシリコン堆積層１０を形成することができる。
【００３３】
その後、上述したように、熱拡散法またはイオン注入法によってシリコン活性層及びシリコン堆積層に不純物をドープして、低抵抗率のシリコン活性層１１及びシリコン堆積層１２（図２（ｂ））を形成する。続いて、フォトリソグラフィによって電極１３を形成した後（図２（ｃ））、その電極１３にプローブ７を接触させることによって、ＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価を正確に行うことができる。
【００３４】
また本発明によれば、上記シリコン活性層９の直上にシリコン堆積層１０をエピタキシャル法やＣＶＤ法等によって堆積させる際に、ドープ剤として不純物、例えばリンまたはホウ素をキャリアガス、ソースガスとともに導入することによって、シリコン堆積層を形成しながら不純物を容易にドープすることができる。
【００３５】
このとき、このようなエピタキシャル法やＣＶＤ法等によって不純物をドープしながらのシリコン堆積層の形成は高温で行われるため、シリコン堆積層中の不純物をシリコン活性層に拡散させてシリコン活性層にも同時に不純物をドープすることができる。したがって、電極となる低抵抗率のシリコン活性層及びシリコン堆積層の形成を更に簡便に行うことができ、評価工程の一層の簡略化が図れる。
【００３６】
以上のようにしてＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜の絶縁特性を評価することによって、従来のようなシリコン活性層の完全なエッチング除去やポリシリコン層の形成を行わずに、シリコン活性層を利用して電極が形成できるため、評価工程を簡略化でき、省力化を図ることができる。また、アルカリエッチングやプラズマエッチングを行う必要もないので、ＢＯＸ酸化膜のアルカリ金属汚染や静電破壊を生じさせず、より実際のウエーハに近い状態でＢＯＸ酸化膜の品質を評価することができ、信頼性の高い絶縁特性評価を行うことが可能となる。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
試料として、ＳＩＭＯＸ法により作製した直径２００ｍｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍ、シリコン活性層の厚さ及びＢＯＸ酸化膜の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ及び１３５ｎｍである導電型がＮ型のＳＯＩウエーハを準備した。
【００３８】
先ず、シリコン活性層にリンをドープするため、窒素ガスをキャリアガス、ＰＯＣｌ３をソースガスとした雰囲気中で８５０℃、３０分の熱処理を行って、ＳＯＩウエーハのシリコン活性層の表面に拡散源であるリンガラス層を成長させた。次に、Ｎ２ガス雰囲気中、１０００℃で３０分間の熱処理を行い、リンをシリコン活性層中に拡散させ、その後シリコン活性層表面に形成されているリンガラス層をフッ酸で除去した。リンドープ後のシリコン活性層の抵抗率は０．６ｍΩ・ｃｍであった。
【００３９】
続いて、フォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して、ＳＯＩウエーハ面内のＢＯＸ酸化膜上に８ｍｍ２の電極面積を有するＭＯＳキャパシタを１００個作製した。
作製したこれらのＭＯＳキャパシタのうち、任意の２４個の電極を対象としてＴＺＤＢ法を用いてＢＯＸ酸化膜がブレイクダウンしたときの電圧値を測定し、これを電界強度で示してＢＯＸ酸化膜の絶縁特性を評価した。その評価結果を図３に示す。
【００４０】
（実施例２）
試料として、ＳＩＭＯＸ法により作製した直径２００ｍｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍ、シリコン活性層の厚さ及びＢＯＸ酸化膜の厚さがそれぞれ１００ｎｍ及び１３５ｎｍである導電型がＮ型のＳＯＩウエーハを準備した。
【００４１】
先ず、今回用いたＳＯＩウエーハのシリコン活性層の厚さが１５０ｎｍよりも薄いため、シリコン活性層の表面にエピタキシャル法を用いてシリコン層を２００ｎｍ堆積し、シリコン活性層とシリコン堆積層の厚さの合計を３００ｎｍにした。
【００４２】
次に、実施例１と同様にリンガラス層を形成し、Ｎ２ガス雰囲気中、１０００℃で３０分間の熱処理を行うことによってリンをシリコン活性層及びシリコン堆積層にドープし、その後リンガラス層をフッ酸で除去した。ドープ後のシリコン活性層の抵抗率は１．５ｍΩ・ｃｍであった。続いて、実施例１と同様にフォトリソグラフィを行って、ウエーハ面内のＢＯＸ酸化膜上に８ｍｍ２の電極面積を有するＭＯＳキャパシタを１００個作製した。
【００４３】
作製したこれらのＭＯＳキャパシタのうち、任意の２４個の電極を対象としてＴＺＤＢ法を用いてＢＯＸ酸化膜がブレイクダウンしたときの電圧値を測定し、これを電界強度で示してＢＯＸ酸化膜の絶縁特性を評価した。その評価結果を図４に示す。
【００４４】
（比較例）
試料として、実施例１と同様のＳＩＭＯＸ法により作製した直径２００ｍｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍ、シリコン活性層の厚さ及びＢＯＸ酸化膜の厚さがそれぞれ１５０ｎｍ及び１３５ｎｍである導電型がＮ型のＳＯＩウエーハを準備した。
【００４５】
このＳＯＩウエーハをアルカリエッチング槽（ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）中に浸漬して、シリコン活性層をエッチングした後、ＣＶＤ法によりリンをドープしながらポリシリコンをＢＯＸ酸化膜表面に３００ｎｍ堆積した。ドープ後のシリコン活性層の抵抗率は１．３ｍΩ・ｃｍであった。続いて、実施例１と同様にフォトリソグラフィを行って、ウエーハ面内のＢＯＸ酸化膜上に８ｍｍ２の電極面積を有するＭＯＳキャパシタを１００個作製した。
【００４６】
作製したこれらのＭＯＳキャパシタのうち、任意の２４個の電極を対象として実施例１と同様にＴＺＤＢ法を用いてＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価を行った。その評価結果を図５に示す。
【００４７】
図３〜図５を比較してみると、実施例１、２及び比較例におけるＳＯＩウエーハの評価では、いずれもほぼ同様の絶縁特性を示すが、比較例の方がバラツキが大きく、しかも全体的に低下傾向を示し、アルカリによる汚染の影響がみられた。一方、本発明では、バラツキが少なく汚染の影響を排除できていることが判る。このことから、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法によって正確なＢＯＸ酸化膜の絶縁特性が評価できることが確認できた。
【００４８】
さらに、実施例１と比較例については、それぞれ上記と同条件で作製した複数枚のＳＯＩウエーハに対して、それぞれ上記と同様の条件でＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価を行った。
その結果、実施例１の場合、評価した複数枚のＳＯＩウエーハのいずれにおいても図３と同様の評価結果を示した。したがって、信頼性の高いＢＯＸ酸化膜／Ｖｂｄ評価を行うことができたことが確認できた。それに対して、比較例では、それぞれの評価結果においてバラツキが生じており、実施例１に比べて評価結果の信頼性が低いことが分かった。
【００４９】
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。
【００５０】
例えば、上記では、評価するＳＯＩエーハとしてＳＩＭＯＸウエーハを例に挙げて説明したが、本発明で評価可能なＳＯＩウエーハはこのようなＳＩＭＯＸウエーハに限定されるものではなく、貼り合わせ法、水素イオン注入剥離法等により作製されたＳＯＩウエーハの評価にも用いることができることは言うまでもない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のようにシリコン活性層を完全にエッチング除去せずにシリコン活性層を利用して電極を形成するため、評価工程を簡略化し、簡便にＳＯＩウエーハの評価を行うことができる。また、ＢＯＸ酸化膜のアルカリ金属汚染や静電破壊を防止できるため、ＢＯＸ酸化膜の絶縁特性を高い信頼性で評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＯＩウエーハの評価方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明のＳＯＩウエーハの評価方法の別の例を示すフロー図である。
【図３】実施例１におけるＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価結果を示したグラフである。
【図４】実施例２におけるＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価結果を示したグラフである。
【図５】比較例におけるＢＯＸ酸化膜の絶縁特性の評価結果を示したグラフである。
【図６】従来のＳＯＩウエーハの評価方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【符号の説明】
１…ＳＯＩウエーハ、 ２…シリコン活性層、
３…埋め込み酸化膜（ＢＯＸ酸化膜）、 ４…支持基板、
５…不純物をドープした低抵抗率のシリコン活性層、
６…電極、 ７…プローブ、 ８…ＳＯＩウエーハ、
９…シリコン活性層、 １０…シリコン層（シリコン堆積層）、
１１…不純物をドープした低抵抗率のシリコン活性層、
１２…不純物をドープした低抵抗率のシリコン堆積層、
１３…電極。
Claims (6)
- 少なくとも、シリコン活性層、埋め込み酸化膜、支持基板を有するＳＯＩウエーハの前記埋め込み酸化膜の絶縁特性を評価する方法であって、前記ＳＯＩウエーハのシリコン活性層に不純物をドープしてその抵抗率を下げた後、フォトリソグラフィによりシリコン活性層の一部を除去して電極を形成し、該形成した電極を用いて埋め込み酸化膜の絶縁特性の評価を行うことを特徴とするＳＯＩウエーハの評価方法。
- 前記不純物のドープを、熱拡散法またはイオン注入法により行うことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウエーハの評価方法。
- 前記評価を行う前に、予めＳＯＩウエーハのシリコン活性層上にシリコン層を堆積させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳＯＩウエーハの評価方法。
- 前記シリコン活性層上にシリコン層を堆積させる際に、該シリコン堆積層に不純物をドープすることを特徴とする請求項３に記載のＳＯＩウエーハの評価方法。
- 前記シリコン活性層の厚さ、またはシリコン活性層とシリコン堆積層の合計の厚さを１５０ｎｍ以上とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＳＯＩウエーハの評価方法。
- 前記ドープする不純物をリンまたはホウ素とすることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のＳＯＩウエーハの評価方法。
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| JP2002278669A Pending JP2004119553A (ja) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Ｓｏｉウエーハの評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004119553A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007073886A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Ｓｏｉウエーハの評価方法 |
| CN113675106A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-19 | 长江存储科技有限责任公司 | 晶圆表面电荷量的检测方法和检测装置 |
-
2002
- 2002-09-25 JP JP2002278669A patent/JP2004119553A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007073886A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Ｓｏｉウエーハの評価方法 |
| CN113675106A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-19 | 长江存储科技有限责任公司 | 晶圆表面电荷量的检测方法和检测装置 |
| CN113675106B (zh) * | 2021-08-20 | 2024-04-02 | 长江存储科技有限责任公司 | 晶圆表面电荷量的检测方法和检测装置 |
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