JP2005223128A - Quality evaluation method of soi wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SOIウェーハの品質評価方法に関し、特にSOIウェーハのBOX酸化膜の品質を評価する方法に関するものである。 The present invention relates to an SOI wafer quality evaluation method, and more particularly to a method for evaluating the quality of a BOX oxide film of an SOI wafer.
近年、シリコンウェーハ等の支持基板上に電気的に絶縁性のあるシリコン酸化膜及びシリコン活性層が順次形成されたSOI(Silicon On Insulator)構造を有するSOIウェーハが、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ウェーハとして特に注目されている。これは、SOIウェーハでは支持基板とシリコン活性層(以下、SOI層という)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、SOI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。 In recent years, an SOI wafer having an SOI (Silicon On Insulator) structure in which an electrically insulating silicon oxide film and a silicon active layer are sequentially formed on a support substrate such as a silicon wafer has been developed. In particular, it is attracting attention as a high-performance LSI wafer for electronic devices because of its excellent properties, high pressure resistance, and environmental resistance. This is because an SOI wafer has an embedded oxide film (hereinafter sometimes referred to as a BOX oxide film) that is an insulator between a support substrate and a silicon active layer (hereinafter referred to as an SOI layer), and thus is formed in the SOI layer. This is because the electronic device has a great advantage that the withstand voltage is high and the soft error rate of α rays is low.
また、SOI層が1μm以下の厚みの薄膜SOIウェーハにおいて、SOI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、電子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。 In addition, in a thin film SOI wafer having an SOI layer thickness of 1 μm or less, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type semiconductor device formed on the SOI layer has a source / drain PN junction area when operated in a fully depleted type. Since the capacitance can be reduced, the parasitic capacitance is reduced, and the speed of driving the electronic device can be increased. Furthermore, since the capacitance of the BOX oxide film serving as the insulating layer is in series with the depletion layer capacitance formed immediately below the gate oxide film, the depletion layer capacitance is substantially reduced, and low power consumption can be realized.
さらに、SOIウェーハのBOX酸化膜もSOI層に形成された電子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酸化膜の品質への注目が高まっている。特に、BOX酸化絶縁特性評価(以下BOX酸化膜/Vbd評価とも言う)は、BOX酸化膜の品質の指標の一つとして近年要求が多くなってきている。以下に、従来のMOS構造を形成するBOX酸化膜/Vbd評価の方法の一例について説明する。 In addition, since the BOX oxide film on the SOI wafer greatly contributes to the enhancement of the performance of electronic devices formed on the SOI layer, attention is paid to the quality of the BOX oxide film, such as the uniformity of the BOX oxide film thickness and the presence or absence of pinholes. It is growing. In particular, BOX oxide insulating characteristic evaluation (hereinafter also referred to as BOX oxide film / Vbd evaluation) has been increasingly demanded as one of the quality indicators of the BOX oxide film. An example of a conventional BOX oxide film / Vbd evaluation method for forming a MOS structure will be described below.
図5は従来のSOIウェーハにおけるBOX酸化膜/Vbd評価の際のMOS構造の形成工程を説明する概略図である。
まず、支持基板3´上にBOX酸化膜2´及びSOI層1´が形成されているSOIウェーハW´を準備する。そのSOI層1´をエッチングで除去し、BOX酸化膜2´を表面に露出させる。次に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等によりポリシリコン層をBOX酸化膜2´の上に成長させた後、フォトリソグラフィ技術を用いてBOX酸化膜2´上の所望の位置にポリシリコン電極22を形成し、ポリシリコン層の余分な部分はエッチング等にて除去する。さらに、リン等のドーパントを熱拡散法またはイオン注入法を用いてポリシリコン電極22中にドープし、抵抗率の低いポリシリコン電極22とする。このようにしてMOS構造を持つMOSキャパシタを形成し、これに電圧を印加する。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a process for forming a MOS structure at the time of BOX oxide film / Vbd evaluation in a conventional SOI wafer.
First, an SOI wafer W ′ having a
電圧印加は、TZDB(Time Zero Dielectric Breakdown)法やTDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)法により行なわれる。TZDB法では、0〜15MV/cm程度まで階段状に電界強度を変化させながら、MOSキャパシタに流れる電流値をモニタし、MOSキャパシタの絶縁膜、今の場合BOX酸化膜が破壊されたとき、すなわちブレイクダウンしたときの電界強度を測定する。この絶縁破壊電界強度が所定の値以上、例えば8MV/cm以上である絶縁膜を良とし、そうでないものを不良として、電圧を印加したMOSキャパシタ総数に対する良であったMOSキャパシタ数の割合にもとづいて絶縁膜の品質を評価する。 The voltage application is performed by a TZDB (Time Zero Dielectric Breakdown) method or a TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) method. In the TZDB method, the current value flowing in the MOS capacitor is monitored while changing the electric field strength in a stepwise manner to about 0 to 15 MV / cm, and when the insulating film of the MOS capacitor, in this case, the BOX oxide film is destroyed, Measure the electric field strength when breakdown occurs. Based on the ratio of the number of MOS capacitors that were good to the total number of MOS capacitors to which a voltage was applied, with an insulation film having a dielectric breakdown field strength of a predetermined value or more, for example, 8 MV / cm or more being considered good and others not being good To evaluate the quality of the insulation film.
一方、TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)法は、絶縁膜に一定の電気ストレスを連続的に印加し続け、絶縁破壊に至るまでの時間より絶縁膜寿命を評価する方法である。たとえば定電流を印加するTDDB法では、絶縁膜に一定の電流を連続的に印加し続け、所定の時間間隔で電界強度を検出して経時的な変化を求め、絶縁破壊に至るまでの時間を評価する方法である。BOX酸化膜厚が100nmと比較的厚い場合は、本評価はあまり必要とされないが、今後BOX酸化膜が薄膜化すると必要とされることが考えられる。 On the other hand, the TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) method is a method in which a constant electrical stress is continuously applied to an insulating film, and the life of the insulating film is evaluated from the time until the dielectric breakdown occurs. For example, in the TDDB method in which a constant current is applied, a constant current is continuously applied to an insulating film, electric field strength is detected at a predetermined time interval to obtain a change over time, and a time until dielectric breakdown is obtained. It is a method to evaluate. When the BOX oxide film thickness is relatively thick at 100 nm, this evaluation is not required so much, but it may be necessary if the BOX oxide film becomes thinner in the future.
ところが、SOIウェーハのBOX酸化膜/Vbd評価に関しては、上記従来の方法では、SOIウェーハ上にMOSキャパシタ構造を作りこむ必要があるため、電極形成のためのフォトリソグラフィ装置やプラズマエッチング装置のような高価な装置が必要になる。また、SOIウェーハが大口径化するに伴い、装置を準備・維持するのは非常に難しくなってきている。また、TZDB法やTDDB法によるBOX酸化膜/Vbd評価は破壊検査であるため、不良のMOSキャパシタを特定することはできても、それ以上の位置情報を得ることは出来ない。また欠陥個所は絶縁破壊時の発熱により原型をとどめないため、その不良の原因解析は破壊検査であるがゆえ不可能である。 However, with respect to the BOX oxide film / Vbd evaluation of an SOI wafer, the conventional method requires the formation of a MOS capacitor structure on the SOI wafer. Expensive equipment is required. Also, as SOI wafers become larger in diameter, it becomes very difficult to prepare and maintain the apparatus. In addition, since the BOX oxide film / Vbd evaluation by the TZDB method or the TDDB method is a destructive inspection, a defective MOS capacitor can be specified, but more positional information cannot be obtained. In addition, since the defective portion does not remain in its original form due to heat generation during dielectric breakdown, the cause analysis of the defect is impossible because it is a destructive inspection.
ところで、SOI構造を持たない通常のシリコンウェーハの主表面上にMOSキャパシタを形成し、そのゲート酸化膜の欠陥を非破壊で評価する方法が開示されている(例えば、特許文献1、2参照)。これは以下の方法で行なわれる。まず、公知の方法で通常のシリコンウェーハの主表面上にMOSキャパシタを形成する。次に、該MOSキャパシタの電極から電圧を印加して電極直下に空乏層を形成する。続いて印加電圧を変化させながら、前記空乏層中にレーザー光もしくは電子線を照射してキャリアを発生もしくは注入し、これによりMOSキャパシタに発生するOBIC(Optical Beam Induced Current)もしくはEBIC(Electron Beam Induced Current)を測定する。
By the way, a method is disclosed in which a MOS capacitor is formed on the main surface of a normal silicon wafer having no SOI structure, and defects in the gate oxide film are evaluated nondestructively (for example, see
このOBICもしくはEBICが所定の値に到達した時の印加電圧値により、MOSキャパシタの酸化膜特性を評価することにより、ゲート酸化膜のみならず、ゲート酸化膜直下の基板表層部の評価を行うことが可能となり、従来のTZDB法やTDDB法では検出できない酸化膜特性不良を評価することが容易に行えるようになる。 By evaluating the oxide film characteristics of the MOS capacitor based on the applied voltage value when the OBIC or EBIC reaches a predetermined value, not only the gate oxide film but also the substrate surface layer directly under the gate oxide film is evaluated. Therefore, it becomes possible to easily evaluate the oxide film characteristic failure that cannot be detected by the conventional TZDB method or TDDB method.
本発明は、SOIウェーハに簡便な手法でMOS構造を形成するとともに、SOIウェーハのBOX酸化膜を、TZDB法やTDDB法のように破壊せずに品質評価を行い、またその欠陥個所を同定することができるSOIウェーハの品質評価方法を提供することを目的とする。 The present invention forms a MOS structure on an SOI wafer by a simple method, evaluates the quality of the BOX oxide film of the SOI wafer without destroying it as in the TZDB method or the TDDB method, and identifies the defective portion. An object of the present invention is to provide an SOI wafer quality evaluation method that can be used.
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも支持基板上に順次形成されたBOX酸化膜とSOI層とからなるSOIウェーハの品質評価方法であって、前記SOI層を部分的にエッチングしてMESA構造のシリコン島を少なくとも1つ形成し、前記支持基板と前記BOX酸化膜と前記シリコン島とで形成されるMOS構造に電圧を印加して空乏層を形成し、前記印加電圧を変化させながら前記空乏層中へレーザー光又は電子線を照射し、該照射により発生するOBIC又はEBICを観察し、OBIC又はEBICが観察され始める時の印加電圧により、前記BOX酸化膜の品質特性を評価することを特徴とするSOIウェーハの品質評価方法を提供する(請求項1)。 In order to achieve the above object, the present invention provides a quality evaluation method for an SOI wafer comprising at least a BOX oxide film and an SOI layer sequentially formed on a support substrate, wherein the SOI layer is partially etched to form a MESA. Forming at least one silicon island having a structure, forming a depletion layer by applying a voltage to a MOS structure formed by the support substrate, the BOX oxide film, and the silicon island, and changing the applied voltage; Irradiating a laser beam or electron beam into the depletion layer, observing OBIC or EBIC generated by the irradiation, and evaluating the quality characteristics of the BOX oxide film by an applied voltage when OBIC or EBIC starts to be observed. A characteristic SOI wafer quality evaluation method is provided.
このように、SOI層を部分的にエッチングしてMESA(台地)構造のシリコン島を少なくとも1つ形成すれば、従来のフォトリソグラフィ装置等の高価な装置を使わずに簡単にMOS構造を形成できる。そしてMOS構造に空乏層を形成する方向に電圧を印加してMOS構造直下に空乏層を形成し、印加電圧を変化させながら空乏層中へレーザー光又は電子線を照射し、これにより発生するOBIC又はEBICが観察され始める時の印加電圧により、BOX酸化膜の品質特性を評価すれば、TZDB法やTDDB法のようにBOX酸化膜を破壊せずに品質評価ができる。 As described above, if at least one MESA (mountain) silicon island is formed by partially etching the SOI layer, a MOS structure can be easily formed without using an expensive apparatus such as a conventional photolithography apparatus. . Then, a voltage is applied in the direction of forming a depletion layer in the MOS structure to form a depletion layer directly under the MOS structure, and a laser beam or an electron beam is irradiated into the depletion layer while changing the applied voltage, thereby generating an OBIC. Alternatively, if the quality characteristics of the BOX oxide film are evaluated based on the applied voltage when EBIC starts to be observed, the quality evaluation can be performed without destroying the BOX oxide film as in the TZDB method or the TDDB method.
この場合、前記電圧を印加したMOS構造直下でOBIC又はEBICが周囲より強く観察される個所を欠陥個所と同定することが好ましい(請求項2)。
このように、電圧を印加したMOS構造直下でOBIC又はEBICが周囲より強く観察される個所を欠陥個所と同定すれば、欠陥個所の同定が容易となるので、欠陥個所の直接観察が可能になる。そしてこれにより欠陥の原因解析等をすることでSOIウェーハの品質改善に大きく寄与できる。
In this case, it is preferable to identify a point where the OBIC or EBIC is observed stronger than the surroundings immediately below the MOS structure to which the voltage is applied (claim 2).
As described above, if a place where the OBIC or EBIC is observed more strongly than the surroundings directly under the MOS structure to which the voltage is applied is identified as a defect place, the defect place can be easily identified, so that the defect place can be directly observed. . This can greatly contribute to quality improvement of the SOI wafer by analyzing the cause of the defect.
また、前記SOI層の直上にポリシリコン層を成長させた後、該ポリシリコン層にドーパントをドープすることにより抵抗率を下げ、その後前記シリコン島を形成することが好ましい(請求項3)。
このように、SOI層の直上にCVD法等でポリシリコン層を成長させた後、該ポリシリコン層にリン等のドーパントをドープすることにより抵抗率を下げ、その後シリコン島を形成すれば、ポリシリコン層を抵抗率の低い電極部とすることができ、もともとSOI層の抵抗率が高い場合でもMOS構造への印加電圧を小さくすることができる。
Preferably, after a polysilicon layer is grown immediately above the SOI layer, the resistivity is lowered by doping the polysilicon layer with a dopant, and then the silicon island is formed.
In this way, after a polysilicon layer is grown directly on the SOI layer by a CVD method or the like, the resistivity is lowered by doping a dopant such as phosphorus into the polysilicon layer, and then a silicon island is formed. The silicon layer can be used as an electrode portion having a low resistivity, and the voltage applied to the MOS structure can be reduced even when the resistivity of the SOI layer is originally high.
また、前記SOI層の直上にポリシリコン層を成長させる際、同時に該ポリシリコン層にドーパントをドープすることにより抵抗率を下げ、その後前記シリコン島を形成することが好ましい(請求項4)。
このように、ポリシリコン層を成長させる際に、同時にドーパントをドープすることにより抵抗率を下げて、その後シリコン島を形成することで、ポリシリコン層を抵抗率の低い電極部とすることもできる。
In addition, when a polysilicon layer is grown directly on the SOI layer, it is preferable to simultaneously reduce the resistivity by doping the polysilicon layer with a dopant, and then form the silicon island.
As described above, when the polysilicon layer is grown, the resistivity is lowered by simultaneously doping the dopant, and then the silicon island is formed, so that the polysilicon layer can be used as an electrode portion having a low resistivity. .
さらに、前記SOI層にドーパントをドープすることにより抵抗率を下げ、その後前記シリコン島を形成することが好ましい(請求項5)。
このように、SOI層に直接ドーパントをドープすることで抵抗率を下げて、その後シリコン島を形成することで、シリコン島を抵抗率の低い電極部とすることもでき、もともとSOI層の抵抗率が高い場合でもMOS構造への印加電圧を小さくすることができる。
また、この場合、ポリシリコン層を成長させるためのCVD装置等が不必要となる。
Furthermore, it is preferable that the resistivity is lowered by doping the SOI layer with a dopant, and then the silicon island is formed.
In this way, by directly doping the SOI layer with a dopant to lower the resistivity, and then forming a silicon island, the silicon island can be used as a low resistivity electrode part. Originally, the resistivity of the SOI layer Even when the voltage is high, the voltage applied to the MOS structure can be reduced.
In this case, a CVD apparatus or the like for growing the polysilicon layer is unnecessary.
この場合、前記シリコン島を形成する際に、少なくとも弾性の材質からなる遮蔽材を前記SOI層上に載置し密着させた後、前記SOIウェーハをエッチング液に浸漬し、前記遮蔽材が密着した部分の内側以外のSOI層をエッチングし、その後前記遮蔽材を取り除くことにより、前記シリコン島を形成することが好ましい(請求項6)。
このように、シリコン島を形成する際に、少なくとも弾性の材質からなる遮蔽材を前記SOI層上に載置し密着させた後、SOIウェーハをエッチング液に浸漬し、遮蔽材が密着した部分の内側以外のSOI層をエッチングし、その後前記遮蔽材を取り除くことにより、前記シリコン島を形成すれば、従来のフォトリソグラフィ装置等の高価な装置を使用しなくても、安価で単純な治具を用いて簡単にMOS構造を形成できる。
In this case, at the time of forming the silicon island, a shielding material made of at least an elastic material is placed on and closely adhered to the SOI layer, and then the SOI wafer is immersed in an etching solution so that the shielding material adheres. Preferably, the silicon island is formed by etching the SOI layer other than the inside of the portion and then removing the shielding material.
As described above, when the silicon island is formed, the shielding material made of at least an elastic material is placed on and closely adhered to the SOI layer, and then the SOI wafer is immersed in an etching solution, and the portion where the shielding material is in close contact is formed. If the silicon island is formed by etching the SOI layer other than the inside and then removing the shielding material, an inexpensive and simple jig can be obtained without using an expensive apparatus such as a conventional photolithography apparatus. A MOS structure can be easily formed by using it.
本発明に従い、SOI層を部分的にエッチングしてMESA構造のシリコン島を少なくとも1つ形成すれば、従来のフォトリソグラフィ装置等の高価な装置をつかわずに簡単にMOS構造を形成できる。そしてMOS構造に電圧を印加してMOS構造直下に空乏層を形成し、印加電圧を変化させながら空乏層中へレーザー光又は電子線を照射し、これにより発生するOBIC又はEBICが観察され始める時の印加電圧により、BOX酸化膜の品質特性を評価すれば、TZDB法やTDDB法のようにBOX酸化膜を破壊せずに品質評価ができる。
また、電圧を印加したMOS構造直下でOBIC又はEBICが周囲より強く観察される個所を欠陥個所と同定することで、欠陥個所の同定が容易となるので、欠陥個所の直接観察が可能になる。そしてこれにより欠陥の原因解析等をすることでSOIウェーハの品質改善に大きく寄与できる。
According to the present invention, if the SOI layer is partially etched to form at least one MESA structure silicon island, a MOS structure can be easily formed without using an expensive apparatus such as a conventional photolithography apparatus. When a voltage is applied to the MOS structure to form a depletion layer immediately below the MOS structure, a laser beam or an electron beam is irradiated into the depletion layer while changing the applied voltage, and OBIC or EBIC generated thereby starts to be observed If the quality characteristic of the BOX oxide film is evaluated by the applied voltage, the quality evaluation can be performed without destroying the BOX oxide film as in the TZDB method or the TDDB method.
In addition, by identifying a location where the OBIC or EBIC is observed more strongly than the surroundings immediately below the MOS structure to which the voltage is applied as a defect location, the defect location can be easily identified, so that the defect location can be directly observed. This can greatly contribute to quality improvement of the SOI wafer by analyzing the cause of the defect.
以下では、本発明の実施の形態について、添付した図面に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.
本発明のSOIウェーハの評価方法においては、まず、評価対象のSOIウェーハのSOI層を部分的にエッチングしてMESA構造のシリコン島を形成する。
図1は本発明におけるMESA構造のシリコン島形成工程を説明する概略図である。まず、SOIウェーハWを準備する。SOIウェーハWは、支持基板3、シリコン活性層であるSOI層1、支持基板3とSOI層1の間に介在するBOX酸化膜2から構成されている。SOIウェーハWの大きさには特に制限はなく、例えば直径150mm、200mm、300mmとできる。また、導電型もp型、n型のいずれでもよい。
In the SOI wafer evaluation method of the present invention, first, the SOI layer of the SOI wafer to be evaluated is partially etched to form a silicon island having a MESA structure.
FIG. 1 is a schematic view for explaining a process for forming a silicon island having a MESA structure in the present invention. First, an SOI wafer W is prepared. The SOI wafer W includes a
このとき、SOI層1の抵抗率は、ユーザーの要求仕様に応じて様々な値となっている。もし、SOI層1の抵抗率が高ければ、シリコン島形成の前に、SOI層1にドーパントをドープすることにより抵抗率を下げることが好ましい。このようにしてシリコン島形成後には電極部となるSOI層1の抵抗率を下げることにより、評価の際の印加電圧を小さくすることができ、BOX酸化膜が破壊される恐れがなくなる。このときドープするドーパントとしては、リン、ボロン、ヒ素、アンチモン等半導体製造工程で一般的に使用されている元素を導電型に応じて用いることができる。また、ドープする方法としては、例えば熱拡散法やイオン注入法を用いることができる。また、このとき抵抗率は、例えば1Ω・cm以下に下げることが好ましい。
At this time, the resistivity of the
また、SOI層1にドーパントをドープする代わりに、SOI層1の直上にポリシリコン層をCVD法等により成長させ、このポリシリコン層に前述のようなドーパントをドープして抵抗率を下げてもよい。このように電極部として用いるポリシリコン層を成長させ、その抵抗率を下げることによっても、評価の際の印加電圧を小さくすることができ、BOX酸化膜が破壊される恐れがなくなる。なお、この場合はポリシリコン層を成長させながら同時にドーパントをドープしてもよいし、ポリシリコン層を成長させた後に熱拡散法等でドーパントをドープしてもよい。
Alternatively, instead of doping the
そして、このSOI層1を部分的にエッチングしてMESA構造のシリコン島4をBOX酸化膜2上に形成する。SOI層1のエッチングに際してはフォトリソグラフィ技術を用いてもよいが、本発明ではより簡便な手法を用いることができる。
Then, the
例えば、図1に示すように、例えばシリコーン製Oリングの遮蔽材5と、おもりをかねた密封材6を準備し、遮蔽材5をSOI層1上に載置し、その上から密封材6を載置しかつ支持基板3の下にも密封材6を敷いて遮蔽材5とSOIウェーハWとを密封材6で挟み込む。すると遮蔽材5は密封材6の重量で変形し、SOI層1と密封材6に密着する。この状態でSOIウェーハWをTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)等のエッチング液を所定温度としたものにSOI層の厚さ等に応じて所定時間だけ浸漬する。すると、SOI層1はエッチングされるが、遮蔽材5とSOI層1、密封材6は密着し、密封されているので、SOI層1のうち遮蔽材5が密着した部分の内側にはエッチング液が侵入せず、エッチングされない。そこでそれ以外の部分のSOI層1を完全にエッチングした後、SOIウェーハWをエッチング液から取り出し、純水等で洗浄してエッチング液を十分に除去した後、遮蔽材5と密封材6を取り除く。このようにすれば簡便にMESA構造のシリコン島4を形成できる。
For example, as shown in FIG. 1, for example, a shielding
なお、遮蔽材5はSOI層に密着するような弾性を持つ材質からなるものであればよく、密封材6はある程度重量があり、遮蔽材5と密着するようなものであればよい。さらに両者はアルカリエッチング溶液や酸エッチング溶液でエッチングされない材質であればよい。例えば、遮蔽材5は、シリコーン製Oリングやシリコーン製シートのようなものであってもよい。また、密封材6は、ガラス板や塩化ビニル樹脂のようなものであってもよい。さらに、遮蔽材5に穴がなく、重量も十分大きければ密封材6を用いなくてもよい。さらにSOIウェーハWと遮蔽材5を密封材6で挟み込んで固定する治具を用いてこれらを固定してもよい。
The shielding
このように本発明の手法によれば、簡単で安価な治具を用いてMESA構造のシリコン島を簡便に形成できるので、フォトリソグラフィ装置やプラズマエッチング装置等の高価な装置が不要となる。もちろん、任意の位置に任意の大きさのシリコン島を形成することも簡単にできるし、複数のシリコン島を同時に形成することも簡単にできる。
なお、前述のように、シリコン島形成の前にSOI層の直上にポリシリコン層を成長させたSOIウェーハの場合は、ポリシリコン層上に遮蔽材を載置することになり、上記と同じ工程により余分なポリシリコン層とSOI層がエッチング除去され、シリコン島は少なくともポリシリコン層とSOI層からなるものとなる。
As described above, according to the method of the present invention, since a silicon island having a MESA structure can be easily formed using a simple and inexpensive jig, an expensive apparatus such as a photolithography apparatus or a plasma etching apparatus is not required. Of course, it is easy to form silicon islands of any size at arbitrary positions, and it is also possible to easily form a plurality of silicon islands simultaneously.
As described above, in the case of an SOI wafer in which a polysilicon layer is grown directly on the SOI layer before forming the silicon island, a shielding material is placed on the polysilicon layer, and the same process as described above. Thus, the excess polysilicon layer and SOI layer are removed by etching, and the silicon island is composed of at least the polysilicon layer and the SOI layer.
このようにしてシリコン島4を形成したSOIウェーハWは、シリコン島を形成した部分において、支持基板とBOX酸化層とシリコン島とでMOS構造が形成されたものである。
次にこのSOIウェーハWをOBIC又はEBICを用いた酸化膜欠陥評価装置に載置して評価を行なう。図2は、EBICによる酸化膜欠陥評価装置S1の構成の一例を示す概略図であり、主として走査型電子顕微鏡システム(以下、SEM:Scanning Electron Microscope、という)12、EBIC電流増幅器9、SEM用CRT8から構成される。
The SOI wafer W on which the silicon islands 4 are formed in this manner has a MOS structure formed by the support substrate, the BOX oxide layer, and the silicon islands in the portions where the silicon islands are formed.
Next, this SOI wafer W is mounted on an oxide film defect evaluation apparatus using OBIC or EBIC for evaluation. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an oxide film defect evaluation apparatus S1 by EBIC, mainly a scanning electron microscope system (hereinafter referred to as SEM: Scanning Electron Microscope) 12, an EBIC
本発明のEBICを用いたSOIウェーハの評価は、以下のような手順で行なう。まず、評価対象となる前述のSOIウェーハWをSEM12の試料台(図示せず)に載置する。このとき、試料台は電極を兼ねており、試料台と接するSOIウェーハの裏側がGND(接地マイナス、EBIC電流増幅器9の入力側)側に接続され、一方、電極部となるMESA構造のシリコン島4は、プラス電位(p型基板の場合。n型基板では、シリコン島電極と試料台電極の接続が逆となり、シリコン島電極がマイナス電位とする)が出力できるようにプローブ11を通じてDC電源10に接続される。このように電位を設定するのは、MOS構造に空乏層が形成される方向に電圧を印加するためである。そして、このように支持基板の導電型に応じて電位を設定した後、MOS構造に電圧を印加して空乏層を形成する。
Evaluation of an SOI wafer using the EBIC of the present invention is performed according to the following procedure. First, the above-described SOI wafer W to be evaluated is placed on a sample stage (not shown) of the SEM 12. At this time, the sample stage also serves as an electrode, and the back side of the SOI wafer in contact with the sample stage is connected to the GND (ground minus, input side of the EBIC current amplifier 9) side, while the MESA structure silicon island serving as the electrode unit Reference numeral 4 denotes a
次に、SEM12の電子ビーム13を走査しながら照射して電圧印加によりMOS構造直下に形成された空乏層にキャリアを注入する。このとき電子ビーム13の加速電圧はキャリア注入深さを決めるパラメータとなる。電子ビーム13によるキャリア注入効率が最も良い深さ、すなわち、加速電圧は、電圧印加により広がる空乏層幅よりも2倍程度に設定する。電子ビーム13の照射中に、MOS構造への印加電圧を0からプラス方向へ大きくしていくと、やがてMOS構造全面から強いEBICが観察される。 Next, the electron beam 13 of the SEM 12 is irradiated while being scanned, and carriers are injected into the depletion layer formed immediately below the MOS structure by voltage application. At this time, the acceleration voltage of the electron beam 13 is a parameter for determining the carrier injection depth. The depth at which the carrier injection efficiency by the electron beam 13 is the best, that is, the acceleration voltage is set to about twice the width of the depletion layer widened by voltage application. When the voltage applied to the MOS structure is increased in the positive direction from 0 during irradiation of the electron beam 13, strong EBIC is observed from the entire surface of the MOS structure.
このとき発生する微小電流をEBIC電流増幅器9で増幅し、電子ビーム照射位置情報とを合成してSEM用CRT8に欠陥画像を表示する。この場合、検出感度を調整することで、MOS構造の一部分からのEBIC像であることが確認できる。このEBICが観察され始めたときのSOIウェーハWへの印加電圧値により、BOX酸化膜の品質特性を評価する。このようにBOX酸化膜の品質特性を評価すれば、TZDB法やTDDB法のようにBOX酸化膜を破壊せずに品質評価ができる。例えばEBICが観察され始めたときのSOIウェーハWへの印加電圧値をもって、該BOX酸化膜信頼特性を定義してもよい。
The minute current generated at this time is amplified by the EBIC
そして、EBICが周囲より強く観察される個所を欠陥個所と同定する。例えば、SOIウェーハを公知の貼り合わせ法により作製する場合であって、貼り合わせの際に支持基板上にパーティクルや突起、異物が存在することでBOX酸化膜が薄くなったり、ボイドが発生した場合に、その存在個所を同定することができる。
こうして欠陥個所の位置を特定し、この欠陥部分をSEMで直接観察して欠陥の詳細な構造解析を行うことにより、欠陥についてより詳細な情報が得られる。これにより欠陥の発生原因等を知ることができ、SOIウェーハの品質改善に大きく寄与できる。このようなことは、本発明が欠陥を非破壊で観察できるから可能になるのである。
Then, a portion where the EBIC is observed more strongly than the surroundings is identified as a defective portion. For example, when an SOI wafer is manufactured by a known bonding method, and a BOX oxide film becomes thin or a void is generated due to the presence of particles, protrusions, or foreign matters on the support substrate during the bonding. In addition, the location can be identified.
In this way, the position of the defect portion is specified, and the defect portion is directly observed with the SEM to perform detailed structural analysis of the defect, thereby obtaining more detailed information about the defect. As a result, the cause of the occurrence of defects can be known, which can greatly contribute to quality improvement of SOI wafers. This is possible because the present invention can observe defects nondestructively.
次に、OBICによる酸化膜欠陥評価について説明する。
図3は、OBICによる酸化膜欠陥評価装置S2の構成の一例を示す概略図であり、主として走査型レーザー顕微鏡システム15、OBIC電流増幅器16、コンピュータ17、欠陥画像表示CRT14から構成される。
本発明のOBICを用いたSOIウェーハの評価は、以下のような手順で行なう。まず、評価対象となる前述のSOIウェーハWを走査型レーザー顕微鏡システム15の試料台(図示せず)に載置する。このとき、試料台は電極を兼ねており、試料台と接するSOIウェーハの裏側がGND(接地マイナス、OBIC電流増幅器16の入力側)側に接続され、一方、電極部となるMESA構造のシリコン島4は、プラス電位(p型基板の場合。n型基板では、シリコン島電極と試料台電極の接続が逆となり、シリコン島電極がマイナス電位とする)が出力できるようにプローブ11を通じてDC電源10に接続される。このように電位を設定するのは、MOS構造に空乏層が形成される方向に電圧を印加するためである。そして、このように支持基板の導電型に応じて電位を設定した後、MOS構造に電圧を印加して空乏層を形成する。
Next, oxide film defect evaluation by OBIC will be described.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the oxide film defect evaluation apparatus S2 by OBIC, and mainly includes a scanning laser microscope system 15, an OBIC current amplifier 16, a computer 17, and a defect image display CRT 14.
Evaluation of an SOI wafer using the OBIC of the present invention is performed according to the following procedure. First, the above-described SOI wafer W to be evaluated is placed on a sample stage (not shown) of the scanning laser microscope system 15. At this time, the sample stage also serves as an electrode, and the back side of the SOI wafer in contact with the sample stage is connected to the GND (ground minus, input side of the OBIC current amplifier 16) side, and on the other hand, a MESA structure silicon island serving as the electrode unit Reference numeral 4 denotes a
次に、走査型レーザー顕微鏡システム15に内蔵されたHe−Neレーザーからのレーザー光(波長:632.8nm)を細く絞り、シリコン島表面をスキャナー18により走査しながら照射して電圧印加によりMOS構造直下に形成された空乏層にキャリアを発生させる。19はレーザースキャンの範囲を示している。レーザー光照射中に、MOS構造への印加電圧を0からプラス方向へ大きくしていくと、MOS構造全面から強いOBICが観察される。 Next, the laser beam (wavelength: 632.8 nm) from the He—Ne laser built in the scanning laser microscope system 15 is narrowed down, and the surface of the silicon island is irradiated while being scanned by the scanner 18 to apply the voltage to apply the MOS structure. Carriers are generated in a depletion layer formed immediately below. Reference numeral 19 denotes the range of the laser scan. When the voltage applied to the MOS structure is increased in the positive direction from 0 during laser light irradiation, strong OBIC is observed from the entire MOS structure.
このとき発生する微小電流をOBIC電流増幅器16で増幅してMPU(Micro Processing Unit)20に入力し、スキャナー18を通じてMPU20に入力されるレーザー光照射電子ビーム照射位置情報とを合成し、さらにコンピュータ17でデータを演算処理して欠陥画像表示CRT14に欠陥画像を表示する。この場合、検出感度を調整することで、MOS構造の一部分からのOBIC像であることが確認できる。このOBICが観察され始めたときのSOIウェーハWへの印加電圧値により、BOX酸化膜の品質特性、例えば信頼特性を評価する。
そして、前述のEBICの場合と同様に、OBICが周囲より強く観察される個所を欠陥個所と同定することもできる。
The minute current generated at this time is amplified by the OBIC current amplifier 16 and input to the MPU (Micro Processing Unit) 20, and the laser light irradiation electron beam irradiation position information input to the
As in the case of the EBIC described above, a place where the OBIC is observed stronger than the surroundings can be identified as a defective place.
以下に本発明の実施例をあげてさらに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)
まず、試料として、直径200mm、SOI層/BOX酸化膜厚が150/135nm、SOI層の抵抗率が0.1Ω・cm、導電型がp型のSOIウェーハを準備した。このSOIウェーハを1/4に分割し、そのうちの1つのSOI層上に直径10mmのOリングを載せ、さらにその上からガラス板でOリングを挟み込んだ。この状態で40℃のTMAH溶液に浸漬した。浸漬後約3分でSOI層がエッチングされ、Oリングで囲まれたSOI層のみがBOX酸化膜上に残留してMESA構造のシリコン島が形成された。そしてこの状態のまま純水にて洗浄を行い、その後Oリングを外した。
Examples of the present invention will be described in more detail below, but the present invention is not limited thereto.
(Example 1)
First, as a sample, an SOI wafer having a diameter of 200 mm, an SOI layer / BOX oxide film thickness of 150/135 nm, an SOI layer resistivity of 0.1 Ω · cm, and a conductivity type of p-type was prepared. This SOI wafer was divided into ¼, an O-ring having a diameter of 10 mm was placed on one of the SOI layers, and an O-ring was sandwiched from above by a glass plate. In this state, it was immersed in a 40 ° C. TMAH solution. About 3 minutes after the immersion, the SOI layer was etched, and only the SOI layer surrounded by the O-ring remained on the BOX oxide film to form a silicon island having a MESA structure. And it wash | cleaned with the pure water in this state, and removed the O-ring after that.
このウェーハを前述のEBICによる酸化膜欠陥評価装置に載置して測定した。本実施例では、1V程度の印加電圧で図4に概略的に示すようなEBICのスポット21が観測され始めた。そして、図4のスポット21を欠陥位置と同定して、さらに詳細にSEMで観察したところ、BOX酸化膜にピンホールが存在した。そして、この欠陥が、SOI層と支持基板が繋がっているような欠陥(BOXピンホール)であることが明らかになった。
This wafer was mounted on the above-mentioned EBIC oxide film defect evaluation apparatus and measured. In this example, an
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。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
例えば、上記実施例では、SOI層の抵抗率がもともと小さかったが、抵抗率の大きいSOI層を有するSOIウェーハを評価する場合は、SOI層にドーパントをドープして抵抗率を下げることもできるし、SOI層の直上にポリシリコン層を成長させ、それを抵抗率の低いものとしてから、シリコン島の形成を行なってもよい。また、上記実施例では、EBICにより評価を行なったが、OBICにより評価を行なうこともできる。 For example, in the above embodiment, the resistivity of the SOI layer was originally small. However, when evaluating an SOI wafer having an SOI layer with a large resistivity, the resistivity can be lowered by doping the SOI layer with a dopant. A silicon island may be formed after a polysilicon layer is grown immediately above the SOI layer and has a low resistivity. Moreover, in the said Example, although evaluation was performed by EBIC, evaluation can also be performed by OBIC.
W、W´…SOIウェーハ、
S1…EBICによる酸化膜欠陥評価装置、
S2…OBICによる酸化膜欠陥評価装置、
1、1´…SOI層、 2、2´…BOX酸化膜、 3、3´…支持基板、
4…シリコン島、 5…遮蔽材、 6…密封材、 8…SEM用CRT、
9…EBIC電流増幅器、 10…DC電源、 11…プローブ、
12…走査型電子顕微鏡(SEM)システム、 13…電子ビーム、
14…欠陥画像表示CRT、 15…走査型レーザー顕微鏡システム、
16…OBIC電流増幅器、 17…コンピュータ、 18…スキャナー、
19…レーザースキャンの範囲、 20…MPU、
21…EBICスポット(BOX酸化膜ピンホール)、
22…ポリシリコン電極。
W, W '... SOI wafer,
S1 ... EBIC oxide film defect evaluation apparatus,
S2 ... OBIC oxide film defect evaluation device,
1, 1 '... SOI layer, 2, 2' ... BOX oxide film, 3, 3 '... support substrate,
4 ...
9 ... EBIC current amplifier, 10 ... DC power supply, 11 ... Probe,
12 ... Scanning electron microscope (SEM) system, 13 ... Electron beam,
14 ... Defect image display CRT, 15 ... Scanning laser microscope system,
16 ... OBIC current amplifier 17 ... Computer 18 ... Scanner
19 ... Laser scan range, 20 ... MPU,
21 ... EBIC spot (BOX oxide pinhole),
22: Polysilicon electrode.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004029182A JP2005223128A (en) | 2004-02-05 | 2004-02-05 | Quality evaluation method of soi wafer |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015513802A (en) * | 2012-03-05 | 2015-05-14 | ソワテク | Method for inspecting a semiconductor-on-insulator structure, and application of the inspection method to the manufacture of the structure |
-
2004
- 2004-02-05 JP JP2004029182A patent/JP2005223128A/en active Pending
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JP2015513802A (en) * | 2012-03-05 | 2015-05-14 | ソワテク | Method for inspecting a semiconductor-on-insulator structure, and application of the inspection method to the manufacture of the structure |
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