JP2006093597A - Method of evaluating semiconductor wafer - Google Patents

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剛 大槻
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英樹 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of evaluating a semiconductor wafer for specifying location of a fault of a BOX film in the SOI wafer. <P>SOLUTION: The method of evaluating the semiconductor wafer evaluates the SOI wafer formed of a laminate of an embedded insulating film (BOX film) 2 and SOI layer 1 on a silicon substrate 3 with an artificial MOSFET. In this evaluation method, the drain side electrodes 6 are separately surrounded at the front surface of the SOI layer 1 and line type source side electrode 5 having the disconnected cut-away part is allocated. An ammeter 7 is connected respectively to the source side electrode 5 and drain side electrode 6. A leak point of the BOX film 2 is specified through comparison between the current values in the source side electrode 5 and drain side electrode 6 measured with the ammeter 7 by applying a voltage to the gate side electrode 4 in contact with the rear surface of the silicon substrate 3. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体基板の評価方法に関し、特にSOI構造をもつ半導体基板の活性層(SOI層)および埋め込み絶縁膜(BOX膜)の評価を行う際に適用される技術に関するものである。   The present invention relates to a method for evaluating a semiconductor substrate, and more particularly to a technique applied when evaluating an active layer (SOI layer) and a buried insulating film (BOX film) of a semiconductor substrate having an SOI structure.

半導体ウェーハとして、例えばシリコンウェーハ、エピタキシャル(EP)ウェーハ、Silicon on Insulator(SOI)ウェーハ等があげられ、これらのウェーハ上には半導体デバイスが形成される。中でも、低消費電力で高速処理性能に優れるSOI構造をもつ半導体シリコンウェーハ(SOIウェーハ)を用いた様々なデバイスが実用化されるに至り、SOIウェーハの品質評価が重要視されている。   Examples of semiconductor wafers include silicon wafers, epitaxial (EP) wafers, and silicon on insulator (SOI) wafers, and semiconductor devices are formed on these wafers. Above all, various devices using a semiconductor silicon wafer (SOI wafer) having an SOI structure with low power consumption and excellent high-speed processing performance have been put into practical use, and quality evaluation of the SOI wafer is regarded as important.

SOIウェーハの評価法として、例えば擬似MOSFET(Pseudo-MOSFET)評価法が報告されている(例えば、非特許文献1参照。)。この評価法は図1に示すように、シリコン基板3上に埋め込み絶縁膜(BOX膜)2と活性層(SOI層)1とが積層形成されたSOIウェーハにおいて、FETとして評価するための電極として、BOX膜をゲート絶縁膜と見なしてシリコン基板3裏面にアルミ等の金属を蒸着等で被覆してゲート電極とし、活性層1側に直接ニードルを接触させるか、または、水銀電極を接触させ、これらをソース(Source)およびドレイン(Drain)とする。   As a method for evaluating an SOI wafer, for example, a pseudo-MOSFET evaluation method has been reported (see, for example, Non-Patent Document 1). As shown in FIG. 1, this evaluation method uses an SOI wafer in which a buried insulating film (BOX film) 2 and an active layer (SOI layer) 1 are stacked on a silicon substrate 3 as an electrode for evaluation as an FET. The BOX film is regarded as a gate insulating film, a metal such as aluminum is coated on the back surface of the silicon substrate 3 by vapor deposition or the like to form a gate electrode, and a needle is directly contacted with the active layer 1 side, or a mercury electrode is contacted. These are referred to as a source and a drain.

ついで、SOIウェーハのSOI層1表面にソース及びドレインとして水銀電極を接触させ、一定のドレイン電圧を印加した状態でゲート電圧を掃引してドレイン電流をモニタし、電子移動度および界面準位密度を求める。この電子移動度および界面準位密度はゲート電圧を正側に印加して求める。このときの電流パスは、ゲート電圧を正側に印加したことで生じるSOI層1/BOX膜2界面の反転層であり、ソースからドレイン側へと電流が流れる。   Next, a mercury electrode as a source and a drain is brought into contact with the surface of the SOI layer 1 of the SOI wafer, the gate voltage is swept while a constant drain voltage is applied, the drain current is monitored, and the electron mobility and the interface state density are determined. Ask. The electron mobility and interface state density are obtained by applying a gate voltage to the positive side. The current path at this time is an inversion layer at the interface of the SOI layer 1 / BOX film 2 generated by applying the gate voltage to the positive side, and current flows from the source to the drain side.

また、ウェーハ裏面に真空吸着ないし、ニードルを接触させてゲート電極とするものである。この中でも図2に示すように、水銀電極を用いたリング電極95、ドット電極96をそれぞれソース電極、ドレイン電極とする擬似MOSFET評価法がより詳細に報告されている(例えば、非特許文献2参照。)。   Also, vacuum adsorption or a needle is brought into contact with the back surface of the wafer to form a gate electrode. Among these, as shown in FIG. 2, a pseudo MOSFET evaluation method using a ring electrode 95 and a dot electrode 96 using a mercury electrode as a source electrode and a drain electrode, respectively, has been reported in more detail (for example, see Non-Patent Document 2). .)

また、擬似MOSFET評価法について種々の改善が提案されている(例えば、特許文献1,2参照。)。   Various improvements have been proposed for the pseudo MOSFET evaluation method (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2001− 60676号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-60676 特開2001−267384号公報JP 2001-267384 A 特開平6−140478号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-140478 S. Cristoloveanu et al., " A Review of the Pseudo-MOS Transistor in SOI Wafers:Operation, Parameter Extraction, and Applications" IEEE Trans. Electron Dev, 47, 1018 (2000).S. Cristoloveanu et al., "A Review of the Pseudo-MOS Transistor in SOI Wafers: Operation, Parameter Extraction, and Applications" IEEE Trans. Electron Dev, 47, 1018 (2000). H. J. Hovel, "Si film electrical characterization in SOI substrates by HgFET technique",Solid-State Electronics, 47, 1311 (2003).H. J. Hovel, "Si film electrical characterization in SOI substrates by HgFET technique", Solid-State Electronics, 47, 1311 (2003).

このように、複雑な前工程を経ることなく、SOIウェーハの活性層(SOI層)/BOX膜界面評価を行うことが可能であるが、SOIウェーハのBOX膜をMOSFETのゲート絶縁膜として用いて評価を行うために、BOX膜にはピンホールなどの欠陥がないことはもとより、測定中のゲート電圧印加により絶縁破壊を起こさないことが必要である。   As described above, it is possible to evaluate the active layer (SOI layer) / BOX film interface of the SOI wafer without going through a complicated pre-process, but the BOX film of the SOI wafer is used as the gate insulating film of the MOSFET. In order to perform the evaluation, it is necessary that the BOX film has no defects such as pinholes and that dielectric breakdown does not occur due to application of a gate voltage during measurement.

しかしながら、SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)のように酸素イオンをイオン注入してBOX膜を形成するような場合は、イオン注入中のパーティクルの影響などにより、このBOX膜が熱酸化膜と比較してピンホールを始めとし、欠陥が多く、本方法による評価に支障がある。
従来は真の特性を得るために、サンプルサイズを小さくし、ピンホールなどの欠陥にあたる確率を出来るだけ小さくするしか方法がなかった。また、BOX膜が不完全でBOX膜を通じてゲート電極側へのリークが大きい場合はサンプルを再作製するしかなく、これ以上得られる情報がなかった。
However, when a BOX film is formed by implanting oxygen ions as in SIMOX (Separation by Implanted Oxygen), this BOX film is compared with a thermal oxide film due to the influence of particles during ion implantation. There are many defects such as pinholes, which hinders evaluation by this method.
Conventionally, in order to obtain true characteristics, there has been only a method for reducing the sample size and reducing the probability of hitting a defect such as a pinhole as much as possible. Further, when the BOX film is incomplete and leakage to the gate electrode side through the BOX film is large, there is no choice but to recreate the sample, and there is no information to be obtained any more.

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、SOIウェーハにおけるBOX膜の欠陥の位置を特定することができる半導体ウェーハの評価方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a semiconductor wafer evaluation method capable of specifying the position of a BOX film defect in an SOI wafer.

前記課題を解決するために提供する本発明の半導体ウェーハの評価方法は、擬似MOSFETにより、半導体基板上に埋め込み絶縁膜(BOX膜)とSOI層とが積層形成されたSOIウェーハを評価する半導体ウェーハの評価方法であって、
前記SOI層表面にドレイン側電極を離間して包囲すると共に、断線した切欠部を有する線状のソース側電極を配置し、前記ソース側電極及び前記ドレイン側電極に各々電流計を接続し、前記半導体基板の裏面に接触しているゲート側電極に電圧を印加することにより、前記電流計で測定されるソース側電極の電流値とドレイン側電極の電流値とを比較して、BOX膜のリーク箇所を特定することを特徴とする(請求項1)。
このように、SOIウェーハの裏面側に接触しているゲート側に電圧を印加し、SOIウェーハ表面側にドレイン側電極を離間して包むように切欠部を有する線状のソース側電極を配置し、ソース側電極及びドレイン側電極に各々電流計を接続して、各々の電流値を比較することにより、BOX膜のリーク箇所と切欠部との位置関係に応じたソース側に流れる電流の増減を検出できるようになり、BOX膜のリーク箇所がソース側電極の切欠部に近いか遠いかを明らかにできる。前記線状のソース電極の形状としては特に限定されず、リング状、多角形状、矩形状のものが含まれるが、特にリング状であるものが半導体ウェーハの評価方法の操作性および正確性の点から好ましい。また、切欠部の断線の程度については、ソース電極の全周の5〜25%程度が好ましい。この範囲より小さくても大きくてもBOX膜のリーク箇所を特定するのが難しくなる。
The semiconductor wafer evaluation method of the present invention provided to solve the above problems is a semiconductor wafer for evaluating an SOI wafer in which a buried insulating film (BOX film) and an SOI layer are stacked on a semiconductor substrate by a pseudo MOSFET. Evaluation method,
The drain side electrode is separated from and surrounded on the surface of the SOI layer, and a linear source side electrode having a broken notch is disposed, and an ammeter is connected to each of the source side electrode and the drain side electrode, By applying a voltage to the gate side electrode in contact with the back surface of the semiconductor substrate, the current value of the source side electrode measured by the ammeter and the current value of the drain side electrode are compared, and the leakage of the BOX film The location is specified (claim 1).
In this way, a voltage is applied to the gate side that is in contact with the back side of the SOI wafer, and a linear source side electrode having a notch is disposed on the SOI wafer surface side so as to wrap and separate the drain side electrode, By connecting an ammeter to each of the source side electrode and the drain side electrode and comparing the respective current values, increase / decrease in the current flowing to the source side according to the positional relationship between the leak location and the notch portion of the BOX film is detected. As a result, it is possible to clarify whether the leak location of the BOX film is near or far from the notch portion of the source side electrode. The shape of the linear source electrode is not particularly limited, and includes a ring shape, a polygonal shape, and a rectangular shape. In particular, the ring shape is a point of operability and accuracy of the semiconductor wafer evaluation method. To preferred. The degree of disconnection of the notch is preferably about 5 to 25% of the entire circumference of the source electrode. Whether it is smaller or larger than this range, it becomes difficult to specify the leak location of the BOX film.

この場合、前記SOIウェーハは、SOI層が部分的に除去されたMESA構造を有していることが好ましい(請求項2)。
このように、SOIウェーハのSOI層が部分的に除去されたMESA構造のシリコン島を有していることで、ウェーハ側面を通ってリークする電流を抑制することができるので、精度よくBOX膜のリーク箇所を特定することが可能となる。
In this case, the SOI wafer preferably has a MESA structure in which the SOI layer is partially removed.
As described above, the silicon island having the MESA structure from which the SOI layer of the SOI wafer is partially removed can suppress the leakage current through the side surface of the wafer. It is possible to specify the leak location.

また、前記ソース側電極及びドレイン側電極は、水銀電極であることが好ましい(請求項3)。
このように、ソース側電極及びドレイン側電極を水銀電極とすることで、簡単に効率良く測定を行なうことができる。
The source side electrode and the drain side electrode are preferably mercury electrodes.
As described above, by using the mercury electrode as the source side electrode and the drain side electrode, the measurement can be easily performed efficiently.

さらに、前記ドレイン側電極がドットを含む円形を有するO型の面形状を有し、前記ソース側電極が前記ドレイン側電極と同心かつ外輪状で断線した切欠部を有するC型の線形状を有していることが好ましい(請求項4)。
このように、ソース側電極がリング状の切欠部を有するC型の形状を有し、ドレイン側電極がドットを含む円形を有するO型の形状を有していることで、よりBOX膜のリーク箇所を特定するのに好適な構成となる。ドレイン側電極がドットを含む円形を有するO型の面形状を有するとは、ドレイン側電極が針のようにほとんど面積を問題としない程度に形成されているものでも、あるいは円形の面で形成されているものでも良いことを示す。また、切欠部の断線の程度についてはリング全周の5〜25%程度が好ましい。この範囲より小さくても大きくてもBOX膜のリーク箇所を特定するのが難しくなる。
Further, the drain side electrode has an O-shaped surface shape having a circle including dots, and the source side electrode has a C-shaped line shape having a notch portion concentric with the drain side electrode and disconnected in an outer ring shape. (Claim 4).
As described above, the source side electrode has a C-type shape having a ring-shaped notch, and the drain side electrode has an O-type shape having a circle including dots, thereby further leaking the BOX film. The configuration is suitable for specifying the location. The drain side electrode has an O-shaped surface shape having a circle including dots. The drain side electrode is formed to have a circular surface even if the drain side electrode is formed to have almost no area problem like a needle. It shows that it is good. The degree of disconnection of the notch is preferably about 5 to 25% of the entire circumference of the ring. Whether it is smaller or larger than this range, it becomes difficult to specify the leak location of the BOX film.

またこの場合、前記ソース側電極であるC型電極の切欠部分を前記ドレイン側電極を包むように配置して、該ドレイン側電極を中心に回転させながら、前記ソース側電極の電流値とドレイン側電極の電流値とを比較することが好ましい(請求項5)。
このように、C型の形状を有するソース側電極を、そのC型電極の切欠部分を回転させながらソース側電極の電流値とドレイン側電極の電流値とを比較することで、BOX膜のリーク箇所と切欠部分との位置関係に応じたソース側に流れる電流の増減を検出でき、より確実に精度よくBOX膜のリーク箇所を特定できる。
In this case, the notch portion of the C-type electrode that is the source side electrode is disposed so as to surround the drain side electrode, and the current value of the source side electrode and the drain side electrode are rotated while rotating about the drain side electrode. It is preferable to compare the current value with (Claim 5).
In this way, the source side electrode having a C-shaped shape is compared with the current value of the source side electrode and the current value of the drain side electrode while rotating the notch portion of the C type electrode, thereby leaking the BOX film. The increase / decrease of the current flowing on the source side according to the positional relationship between the location and the notch portion can be detected, and the leak location of the BOX film can be identified more reliably and accurately.

本発明のうち、請求項1の発明によれば、ソース側電極/ドレイン側電極間のどの位置でBOX膜を通じたゲート側電極へのリークが発生しているか、すなわちBOX膜の不完全さを評価できるようになる。従来の擬似MOSFET評価法ではゲートリークが大きく測定不能との結果しか得られなかったが、これによりBOX膜品質までも併せて評価が可能になる。
請求項2の発明によれば、ウェーハ側面を通ってリークする電流を抑制することができるので、精度よくBOX膜のリーク箇所を特定することが可能となる。
請求項3の発明によれば、ソース側電極/ドレイン側電極間の電流比に基づくBOX膜評価を、水銀電極を用いた擬似MOSFET評価法に取り入れることが可能となる。
請求項4,5の発明によれば、切欠部を有するリング形状(C型形状)の電極とドットを含む円形状(O型形状)の電極の組合せでより好適な構成となり、BOX膜欠陥位置を特定することができる。
以上のように、本発明によれば、擬似MOSFET評価において、BOX膜のリーク位置の特定が可能になる。また、BOX膜ピンホールなど、欠陥位置決定が行えることから、これに引き続きSEMなどによる評価により欠陥の詳細を明らかにすることが可能になり、SOIウェーハの品質改善に有効な手法となる。
According to the first aspect of the present invention, at which position between the source side electrode / drain side electrode is leaked to the gate side electrode through the BOX film, that is, the incompleteness of the BOX film is detected. Can be evaluated. In the conventional pseudo MOSFET evaluation method, only a result that the gate leakage is large and measurement is impossible can be obtained, but this also enables evaluation of the quality of the BOX film.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to suppress the current leaking through the side surface of the wafer, so that it is possible to specify the leak location of the BOX film with high accuracy.
According to the invention of claim 3, it is possible to incorporate the BOX film evaluation based on the current ratio between the source side electrode / drain side electrode into the pseudo MOSFET evaluation method using the mercury electrode.
According to the fourth and fifth aspects of the present invention, a combination of a ring-shaped (C-shaped) electrode having a notch and a circular (O-shaped) electrode including dots is more suitable, and a BOX film defect position is obtained. Can be specified.
As described above, according to the present invention, the leakage position of the BOX film can be specified in the pseudo MOSFET evaluation. Further, since it is possible to determine the position of a defect such as a BOX film pinhole, it becomes possible to clarify the details of the defect by subsequent SEM evaluation, which is an effective technique for improving the quality of the SOI wafer.

以下に、本発明に係る半導体ウェーハの評価方法について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。
図3は、本発明に係る半導体ウェーハの評価方法を実施する上での接続状態を示す概略図である。
図3に示すように、シリコン基板3上にシリコン酸化膜である埋め込み絶縁膜(BOX膜)2と単結晶シリコン膜からなるSOI層1とが積層形成されたSOIウェーハにおいて、SOI層1表面にソース側電極5及びその内側の位置にドレイン側電極6が接触されており、さらにソース側電極5及びドレイン側電極6各々に電流計7が接続されている。また、SOIウェーハの裏面側にはゲート側電極4が形成されている。
Hereinafter, the semiconductor wafer evaluation method according to the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 3 is a schematic view showing a connection state in carrying out the semiconductor wafer evaluation method according to the present invention.
As shown in FIG. 3, in an SOI wafer in which a buried insulating film (BOX film) 2 that is a silicon oxide film and an SOI layer 1 made of a single crystal silicon film are stacked on a silicon substrate 3, a surface of the SOI layer 1 is formed. A drain side electrode 6 is in contact with the source side electrode 5 and a position inside thereof, and an ammeter 7 is connected to each of the source side electrode 5 and the drain side electrode 6. A gate-side electrode 4 is formed on the back side of the SOI wafer.

ここで、SOI層1は、部分的にエッチング除去されたMESA構造のシリコン島であることが好ましい。これにより、ウェーハ側面を通ってリークする電流を抑制することができる。   Here, the SOI layer 1 is preferably a MESA structure silicon island partially etched away. Thereby, the current leaking through the wafer side surface can be suppressed.

また、ソース側電極5、ドレイン側電極6は、水銀電極であることが好ましく、例えば、コンタクトステージに形成した所定形状の溝に液体水銀を充填したものを電極とすればよい。評価の際には、コンタクトステージを評価対象のSOIウェーハに接近させることにより前記溝に充填された水銀電極のみをSOI層1に接触させて電気的な接触を得る。   The source-side electrode 5 and the drain-side electrode 6 are preferably mercury electrodes. For example, a predetermined shape groove formed in the contact stage may be filled with liquid mercury. In the evaluation, the contact stage is brought close to the SOI wafer to be evaluated so that only the mercury electrode filled in the groove is brought into contact with the SOI layer 1 to obtain electrical contact.

また、図4に示すようにソース側電極5を切欠部を有するリング形状(C型形状)とし、ドレイン側電極6をドットを含む円形状(O型形状)として、ソース側電極5のC型の中心にドレイン側電極6を配置するとよい。   Further, as shown in FIG. 4, the source side electrode 5 has a ring shape (C shape) having a notch, and the drain side electrode 6 has a circular shape including dots (O shape), so that the C type of the source side electrode 5 is formed. The drain side electrode 6 may be disposed at the center of the.

ゲート側電極4は、例えば真空蒸着法により形成される金薄膜でよい。   The gate side electrode 4 may be a gold thin film formed by, for example, a vacuum deposition method.

本発明の半導体ウェーハの評価方法はつぎの手順で行う。
(S1)SOIウェーハについてHF処理を行い、表面の自然酸化膜を除去する。
(S2)図1に示すように、SOIウェーハのSOI層1表面にソース及びドレインとして水銀電極を接触させ、一定のドレイン電圧を印加した状態でゲート電圧を掃引してドレイン電流をモニタし、ゲート側でモニタしている電流値と比較する。このとき、ゲート側電流値に対して、ドレイン電流値が小さい場合、BOX膜2にピンホールなどの欠陥が存在しソース/ドレイン間以外に、ソース/ゲート間の電流パスが生じている。そのため、以下のステップに進み、SOI層1のリーク箇所を特定する。
The semiconductor wafer evaluation method of the present invention is performed in the following procedure.
(S1) An HF process is performed on the SOI wafer to remove the natural oxide film on the surface.
(S2) As shown in FIG. 1, a mercury electrode as a source and a drain is brought into contact with the surface of the SOI layer 1 of the SOI wafer, a gate voltage is swept while a constant drain voltage is applied, and a drain current is monitored. Compare with the current value monitored on the side. At this time, when the drain current value is smaller than the gate-side current value, defects such as pinholes exist in the BOX film 2 and a current path between the source and the gate is generated in addition to between the source and the drain. Therefore, the process proceeds to the following steps, and a leak location in the SOI layer 1 is specified.

(S3)図3に示すように、SOIウェーハのSOI層1表面にソース側電極5及びドレイン側電極6として電極を接触させ、さらにソース側電極5、ドレイン側電極6それぞれに電流計7を接続する。
(S4)ゲート電圧をステップS1と同様に印加して、ソース側電極5の電流値I、ドレイン側電極6の電流値Iを測定する。
(S5)これらの電流値の比(電流比)は、ソース側電極5からBOX膜2の欠陥dまでの距離LSdとドレイン側電極6からBOX膜2の欠陥dまでの距離LDdとの比に反比例する。よって、つぎの式(1)から電流測定時のソース側電極5、ドレイン側電極6のSOIウェーハ上の位置に基づいて、BOX膜2中の欠陥dの位置を特定すればよい。
:I = LDd:LSd ・・・ (1)
(S3) As shown in FIG. 3, the source side electrode 5 and the drain side electrode 6 are brought into contact with the surface of the SOI layer 1 of the SOI wafer, and an ammeter 7 is connected to each of the source side electrode 5 and the drain side electrode 6 To do.
(S4) The gate voltage is applied in the same manner as in step S1, and the current value I S of the source side electrode 5 and the current value ID of the drain side electrode 6 are measured.
(S5) The ratio of these current values (current ratio) is the distance L Sd from the source side electrode 5 to the defect d of the BOX film 2 and the distance L Dd from the drain side electrode 6 to the defect d of the BOX film 2 Inversely proportional to the ratio. Therefore, the position of the defect d in the BOX film 2 may be specified based on the positions of the source side electrode 5 and the drain side electrode 6 on the SOI wafer at the time of current measurement from the following equation (1).
I S : I D = L Dd : L Sd (1)

なお、ソース側電極5、ドレイン側電極6を水銀電極とする場合、図2に示すようなリング形状とドット形状との組み合わせの通常の電極とするとBOX膜2中の欠陥dの位置を特定することは困難である。本発明では、図4に示すようにソース側電極5をC型形状とし、ドレイン側電極6をO型形状とすることにより、つぎの手順で欠陥dの位置の特定が可能である。ただし、ソース側電極5とドレイン側電極6との間にBOX膜2中の欠陥dがあるという前提である。   When the source side electrode 5 and the drain side electrode 6 are mercury electrodes, the position of the defect d in the BOX film 2 is specified if the electrode is a combination of a ring shape and a dot shape as shown in FIG. It is difficult. In the present invention, the position of the defect d can be specified by the following procedure by making the source side electrode 5 C-shaped and the drain side electrode 6 O-shaped as shown in FIG. However, it is a premise that there is a defect d in the BOX film 2 between the source side electrode 5 and the drain side electrode 6.

(S6)ソース側電極5、ドレイン側電極6の配置について、ステップS3の状態からソース側電極5であるC型電極の切欠部分をドレイン側電極6を中心に所定角度回転させ、SOI層1表面に接触させる。
(S7)ゲート電圧をステップS1と同様に印加して、ソース側電極5の電流値I、ドレイン側電極6の電流値Iを測定する。
(S8)ステップS6〜S7を数回繰り返す。繰り返し回数は、ソース側電極5であるC型電極の切欠部分がドレイン側電極6を中心に最低一周する回数がよい。例えば、1回の回転角度が45°の場合、繰り返し回数は4回以上である。
(S6) With respect to the arrangement of the source side electrode 5 and the drain side electrode 6, the notch portion of the C-type electrode that is the source side electrode 5 is rotated by a predetermined angle around the drain side electrode 6 from the state of step S3. Contact.
(S7) The gate voltage is applied in the same manner as in step S1, and the current value I S of the source side electrode 5 and the current value ID of the drain side electrode 6 are measured.
(S8) Steps S6 to S7 are repeated several times. The number of repetitions is preferably the number of times that the cut-out portion of the C-type electrode which is the source side electrode 5 makes at least one round around the drain side electrode 6. For example, when the one rotation angle is 45 °, the number of repetitions is four or more.

以上の測定の中で、ソース側電極5の電流値Iとドレイン側電極6の電流値Iとの電流比が大きく変化したときのドレイン側電極6とC型電極の切欠部分との間にBOX膜2の欠陥dが存在する。ついで、上記(1)式に基づいてその間の位置の特定が可能である。また、本発明は円周上をいくつかに分割してそれぞれの方向に前記C型電極の切欠部を配置しながら電流値を測定することから、電流分割法と称する。 Among the above measurement, between the cut-out portion of the drain-side electrode 6 and the C-type electrode when the current ratio of the current value I D of the current I S and the drain-side electrode 6 of the source-side electrode 5 has changed significantly The defect d of the BOX film 2 exists. Next, the position between them can be specified based on the above equation (1). The present invention is called a current division method because the current value is measured while dividing the circumference into several parts and arranging the notches of the C-shaped electrodes in the respective directions.

なお、ソース側電極5であるC型電極の切欠部分を、ドレイン側電極6を中心に回転させながら、一定のゲート電圧を印加してソース側電極5の電流値Iとドレイン側電極6の電流値Iとをモニタして、両者の電流値の変化からBOX膜2の欠陥位置を特定してもよい。 Incidentally, the C-type electrode is a source-side electrode 5 of cutout portions, while rotating around the drain side electrode 6, the source-side electrode 5 by applying a constant gate voltage current value I S and the drain-side electrode 6 The current value ID may be monitored, and the defect position of the BOX film 2 may be specified from the change in the current value of both.

以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
直径200mm、ボロンをドープした伝導型がP型で、結晶方位が(100)のシリコンSOIウェーハを試料として用いた。なお、SOI層(活性層)1/BOX膜2それぞれの厚さは、100/145nm程度のものである。このSOIウェーハサンプルを用いて以下の手順で評価した。
Examples of the present invention will be described in detail below.
A silicon SOI wafer having a diameter of 200 mm, a boron doped conductivity type of P type, and a crystal orientation of (100) was used as a sample. Each thickness of the SOI layer (active layer) 1 / BOX film 2 is about 100/145 nm. Evaluation was performed by the following procedure using this SOI wafer sample.

(S11)1%HFにて1分間処理後、純水にてリンスを行い、その後乾燥空気にて水分を除去した。
(S12)図3に示すように、SOIウェーハのSOI層1表面にソース及びドレインとして水銀電極を接触させ、一定のドレイン電圧を印加した状態でゲート電圧を掃引してドレイン電流をモニタし、電子移動度および界面準位密度を求めた。このとき、BOX膜リークが観察され、ゲート側でモニタしている電流値に対して、ドレイン側で得られる電流値が小さくなり、ソース側へのリークが発生していることが確認された(図5)。
(S11) After treatment with 1% HF for 1 minute, rinsing with pure water was performed, and then moisture was removed with dry air.
(S12) As shown in FIG. 3, a mercury electrode as a source and a drain is brought into contact with the surface of the SOI layer 1 of the SOI wafer, and a gate voltage is swept in a state where a constant drain voltage is applied to monitor the drain current. Mobility and interface state density were determined. At this time, a BOX film leak was observed, and the current value obtained on the drain side was smaller than the current value monitored on the gate side, and it was confirmed that a leak toward the source side occurred ( FIG. 5).

(S13)SOIウェーハのSOI層1表面にソース側電極5及びドレイン側電極6として図4に示す電極を接触させ、さらに図3に示す構成でソース側電極5、ドレイン側電極6それぞれに電流計7を接続した。ここで、ドレイン側電極6は直径0.5mmとし、ソース側電極5の線幅は1.75mm、ソース側電極5の内周とドレイン側電極6外周との間の距離は0.5mmとした。
(S14)ゲート電圧をステップS12と同様に印加して、ソース側電極5の電流値I、ドレイン側電極6の電流値Iを測定する。
(S15)これらの電流値の比(電流比)からBOX膜2中の欠陥dの位置を推定する。
(S13) The electrodes shown in FIG. 4 are brought into contact with the surface of the SOI layer 1 of the SOI wafer as the source-side electrode 5 and the drain-side electrode 6, and an ammeter is connected to each of the source-side electrode 5 and the drain-side electrode 6 in the configuration shown in FIG. 7 was connected. Here, the drain side electrode 6 has a diameter of 0.5 mm, the line width of the source side electrode 5 is 1.75 mm, and the distance between the inner periphery of the source side electrode 5 and the outer periphery of the drain side electrode 6 is 0.5 mm. .
(S14) The gate voltage is applied in the same manner as in step S12, and the current value I S of the source side electrode 5 and the current value ID of the drain side electrode 6 are measured.
(S15) The position of the defect d in the BOX film 2 is estimated from the ratio of these current values (current ratio).

(S16)ソース側電極5、ドレイン側電極6の配置について、ステップS13の状態からソース側電極5であるC型電極の切欠部分をドレイン側電極6を中心に45°回転させ、SOI層1表面に接触させた。
(S17)ゲート電圧をステップS12と同様に印加して、ソース側電極5の電流値I、ドレイン側電極6の電流値Iを測定した。
(S18)ステップS16〜S17を3回繰り返し、計4回の測定を行った。
(S16) With respect to the arrangement of the source side electrode 5 and the drain side electrode 6, the notch portion of the C-type electrode, which is the source side electrode 5, is rotated by 45 ° around the drain side electrode 6 from the state of step S13. Contact.
(S17) The gate voltage was applied in the same manner as in step S12, and the current value I S of the source side electrode 5 and the current value ID of the drain side electrode 6 were measured.
(S18) Steps S16 to S17 were repeated three times, for a total of four measurements.

以上の測定の結果、図6のようにソース側電極5であるC型電極の切欠部分と欠陥dの位置がもっとも遠い配置の状態では、ソース側電極5・ドレイン側電極6それぞれでモニタされる電流値はほぼ等しかった。これにより、BOX膜2のリーク個所はソース側電極5/ドレイン側電極6間のほぼ中央部の同心円上に存在することがわかった。しかしこれだけでは同心円上の位置まで特定できない。   As a result of the above measurement, the source side electrode 5 and the drain side electrode 6 are monitored in a state where the notch portion of the C-type electrode which is the source side electrode 5 and the position of the defect d are farthest as shown in FIG. The current values were almost equal. Thereby, it was found that the leaked portion of the BOX film 2 exists on a concentric circle at substantially the center between the source side electrode 5 and the drain side electrode 6. However, this alone cannot identify the position on the concentric circle.

ついで、図7のようにソース側電極5であるC型電極の切欠部分と欠陥dの位置がもっとも近い配置になったとき、ソース側電極5の電流値に対して、ドレイン側電極6の電流値が大きくなった。これにより、この配置時のドレイン側電極6とC型電極の切欠部分との間にBOX膜2の欠陥dが存在することが分かり、図6の結果と合わせてBOX膜リーク個所が特定できた。   Next, as shown in FIG. 7, when the notch portion of the C-type electrode which is the source side electrode 5 and the position of the defect d are closest to each other, the current of the drain side electrode 6 with respect to the current value of the source side electrode 5. The value has increased. As a result, it can be seen that the defect d of the BOX film 2 exists between the drain side electrode 6 and the notch portion of the C-type electrode at the time of this arrangement, and the BOX film leak location can be specified in combination with the result of FIG. .

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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思想に包含される。
例えば、本発明の実施例の説明で、リング状の切欠部を有するC型のソース側電極、ドットを含む円形を有するO型のドレイン側電極の例を示したが、電極形状はリングや円にこだわらず、三角四角等の多角形状、矩形状のものでも有効であることは言うまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of 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 idea of the invention.
For example, in the description of the embodiments of the present invention, an example of a C-type source-side electrode having a ring-shaped notch and an O-type drain-side electrode having a circle including dots has been shown. Needless to say, a polygonal shape such as a triangular square or a rectangular shape is also effective.

擬似MOSFET評価サンプルの断面図である。It is sectional drawing of a pseudo | simulation MOSFET evaluation sample. 従来の擬似MOSFET評価法に適用する水銀電極の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the mercury electrode applied to the conventional pseudo MOSFET evaluation method. 本発明に係る半導体ウェーハの評価方法を実施する上での接続状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the connection state in implementing the evaluation method of the semiconductor wafer which concerns on this invention. 本発明で適用する水銀電極の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the mercury electrode applied by this invention. ゲート側へのリーク電流が観察される(BOX膜欠陥有り)のId−Vgカーブである。It is an Id-Vg curve where leakage current to the gate side is observed (with BOX film defect). 実施例におけるC型電極の非切欠部側に欠陥がある場合の電流分割法概略図である。It is the electric current division method schematic when there exists a defect in the non-notch part side of the C-type electrode in an Example. 実施例におけるC型電極の切欠部側に欠陥がある場合の電流分割法概略図である。It is the electric current division method schematic when there exists a defect in the notch part side of the C-type electrode in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 SOI層(活性層)
2 BOX膜(埋め込み絶縁膜)
3 シリコン基板
4 ゲート側電極
5 ソース側電極
6 ドレイン側電極
7 電流計
95 リング電極
96 ドット電極
d 欠陥


1 SOI layer (active layer)
2 BOX film (embedded insulating film)
3 Silicon substrate 4 Gate side electrode 5 Source side electrode 6 Drain side electrode 7 Ammeter 95 Ring electrode 96 Dot electrode d Defect


Claims (5)

擬似MOSFETにより、半導体基板上に埋め込み絶縁膜(BOX膜)とSOI層とが積層形成されたSOIウェーハを評価する半導体ウェーハの評価方法であって、
前記SOI層表面にドレイン側電極を離間して包囲すると共に、断線した切欠部を有する線状のソース側電極を配置し、前記ソース側電極及び前記ドレイン側電極に各々電流計を接続し、前記半導体基板の裏面に接触しているゲート側電極に電圧を印加することにより、前記電流計で測定されるソース側電極の電流値とドレイン側電極の電流値とを比較して、BOX膜のリーク箇所を特定することを特徴とする半導体ウェーハの評価方法。
A semiconductor wafer evaluation method for evaluating an SOI wafer in which a buried insulating film (BOX film) and an SOI layer are stacked on a semiconductor substrate by a pseudo MOSFET,
The drain side electrode is separated from and surrounded on the surface of the SOI layer, and a linear source side electrode having a broken notch is disposed, and an ammeter is connected to each of the source side electrode and the drain side electrode, By applying a voltage to the gate side electrode in contact with the back surface of the semiconductor substrate, the current value of the source side electrode measured by the ammeter and the current value of the drain side electrode are compared, and the leakage of the BOX film A method for evaluating a semiconductor wafer, characterized by specifying a location.
前記SOIウェーハは、SOI層が部分的に除去されたMESA構造を有していることを特徴とする請求項1に記載の半導体ウェーハの評価方法。   The semiconductor wafer evaluation method according to claim 1, wherein the SOI wafer has a MESA structure in which an SOI layer is partially removed. 前記ソース側電極及びドレイン側電極は、水銀電極であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体ウェーハの評価方法。   The semiconductor wafer evaluation method according to claim 1, wherein the source side electrode and the drain side electrode are mercury electrodes. 前記ドレイン側電極がドットを含む円形を有するO型の面形状を有し、前記ソース側電極が前記ドレイン側電極と同心かつ外輪状で断線した切欠部を有するC型の線形状を有していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの評価方法。   The drain side electrode has an O-shaped surface shape having a circular shape including dots, and the source side electrode has a C-shaped line shape having a notch portion concentric with the drain side electrode and disconnected in an outer ring shape. The method for evaluating a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the semiconductor wafer is evaluated. 前記ソース側電極であるC型電極の切欠部分を前記ドレイン側電極を包むように配置して、該ドレイン側電極を中心に回転させながら、前記ソース側電極の電流値とドレイン側電極の電流値とを比較することを特徴とする請求項4に記載の半導体ウェーハの評価方法。
The notch part of the C-type electrode which is the source side electrode is arranged so as to enclose the drain side electrode, and while rotating around the drain side electrode, the current value of the source side electrode and the current value of the drain side electrode The semiconductor wafer evaluation method according to claim 4, wherein:
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