JP2006135097A - Method and element for evaluating semiconductor substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an element for evaluating the quality of a semiconductor substrate conveniently in a short time with high precision without forming an isolation oxide film, metal wiring or the like on the surface of the substrate when a semiconductor substrate having a semiconductor layer formed on an insulator or an insulating layer is evaluated. <P>SOLUTION: The method for evaluating a semiconductor substrate having a semiconductor layer formed on an insulator or an insulating layer comprises a step for forming a gate oxide film on the semiconductor layer, forming a gate conductive film on the gate oxide film, forming at least two adjacent dielectric breakdown electrodes and one evaluation electrode from the gate conductive film and then forming a low resistance layer at least on the semiconductor layer located between the dielectric breakdown electrodes, and a step for dielectrically breaking a part of the gate oxide film by applying a field between the dielectric breakdown electrodes. Subsequently, electrical characteristics of the gate oxide film between the dielectric breakdown electrode and the evaluation electrode are evaluated. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、絶縁物又は絶縁層上に半導体層が形成された半導体基板を評価するための基板評価用素子を作製して評価する方法及び半導体基板評価用素子に関するものであり、具体的には半導体層の電気特性評価方法及び評価用素子に関するものである。   The present invention relates to a method for producing and evaluating a substrate evaluation element for evaluating a semiconductor substrate in which a semiconductor layer is formed on an insulator or an insulating layer, and a semiconductor substrate evaluation element. The present invention relates to a method for evaluating electrical characteristics of a semiconductor layer and an evaluation element.

例えば集積回路として汎用的に使用されている半導体基板としてシリコン基板があるが、システムの高速化・高集積化や携帯端末の発展に伴い、半導体デバイスには高速かつ低消費電力のものがより一層求められている。このような中で、絶縁物又は絶縁層上にシリコン層が形成されたSOI(Silicon On Insulator)構造を有するSOIウェーハは、デバイスの高速化・低消費電力化に対応するものであり、しかもSOIウェーハを用いれば、SOI構造を有さないバルクウエーハ用デバイスプロセスの既設の設備や工程等をそれほど大きな変更をすることなくデバイスの作製を行なうことができることから、デバイスの高速化・低消費電力化が容易に可能になるものとして注目されている。   For example, there is a silicon substrate as a semiconductor substrate that is widely used as an integrated circuit. However, with the increase in system speed and integration and the development of mobile terminals, semiconductor devices with higher speed and lower power consumption are even more popular. It has been demanded. Under such circumstances, an SOI wafer having an SOI (Silicon On Insulator) structure in which a silicon layer is formed on an insulator or an insulating layer corresponds to a higher speed and lower power consumption of the device. By using wafers, devices can be fabricated without significantly changing existing equipment and processes for bulk wafer device processes that do not have an SOI structure, resulting in higher device speed and lower power consumption. Is attracting attention as something that can be easily achieved.

一方、SOI構造を有さない通常のシリコン基板(バルクウェーハ)の品質評価法として、GOI(Gate Oxide Integrity)法が広く一般的に用いられている。GOI法とは、例えば図4に平面図と断面図とを示すように、評価対象となるシリコン基板11の表面を酸化してゲート酸化膜12を形成し、このゲート酸化膜12上に金属電極13(またはポリシリコン電極)を形成し、MOS(Metal Oxide Semiconductor)構造を有するMOSキャパシタを評価用素子として作製する。こうして作製したMOSキャパシタに対して、シリコン基板11の裏面をグラウンドに接続し、シリコン基板11が蓄積側になるように金属電極13に電圧を印加する。例えばシリコン基板11の導電型がP型の場合は、負電圧を印加することでシリコン基板11が蓄積側となる。このように電圧を印加してゲート酸化膜12の絶縁破壊挙動を測定する。   On the other hand, as a quality evaluation method for a normal silicon substrate (bulk wafer) having no SOI structure, a GOI (Gate Oxide Integrity) method is widely used. In the GOI method, for example, as shown in a plan view and a cross-sectional view in FIG. 4, a surface of a silicon substrate 11 to be evaluated is oxidized to form a gate oxide film 12, and a metal electrode is formed on the gate oxide film 12. 13 (or polysilicon electrode) is formed, and a MOS capacitor having a MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure is fabricated as an evaluation element. For the MOS capacitor thus manufactured, the back surface of the silicon substrate 11 is connected to the ground, and a voltage is applied to the metal electrode 13 so that the silicon substrate 11 is on the storage side. For example, when the conductivity type of the silicon substrate 11 is P type, the silicon substrate 11 becomes the accumulation side by applying a negative voltage. Thus, the dielectric breakdown behavior of the gate oxide film 12 is measured by applying a voltage.

このとき、シリコン基板にCOP(Crystal Originated Particles)のような結晶欠陥ないしは不純物等が存在しなければ、ゲート酸化膜の絶縁破壊は酸化膜そのものが本来有する真性破壊特性を示す。しかし基板に結晶欠陥等が存在している場合は、本来の絶縁膜としての絶縁性は劣化するので、ゲート酸化膜の絶縁破壊特性を測定した際に酸化膜破壊電界強度が低下してしまう。従って、ゲート酸化膜12の絶縁破壊特性を測定することによりシリコン基板11の品質を評価できる。   At this time, if there is no crystal defect or impurity such as COP (Crystal Originated Particles) in the silicon substrate, the dielectric breakdown of the gate oxide film exhibits intrinsic breakdown characteristics inherent to the oxide film itself. However, when crystal defects or the like are present on the substrate, the insulating properties as the original insulating film are deteriorated, so that the oxide film breakdown electric field strength is lowered when the dielectric breakdown characteristics of the gate oxide film are measured. Therefore, the quality of the silicon substrate 11 can be evaluated by measuring the dielectric breakdown characteristics of the gate oxide film 12.

一方、従来GOI法によりSOIウェーハを評価する場合には、例えば図5に示すように、SOIウェーハ19は支持基板18とシリコン層16との間に絶縁体である埋め込み酸化膜(BOX酸化膜)17が存在しているために、ウェーハ裏面から電気的コンタクトを取ることができず、ウェーハ表面側に電気的コンタクトを取るためのグラウンドを別途形成しなければならない。このような問題を解決するために、図5に示すように、シリコン層16の表面にゲート酸化膜12’及び金属電極13’の他に、ウエーハ表面側で電気的コンタクトを可能にするための金属配線14及びこれらの金属配線同士を絶縁する分離酸化膜15を形成して、MOSキャパシタを評価用素子として作製する方法が開示されている(例えば特許文献1及び非特許文献1参照)。しかし、このMOSキャパシタは図4に示すバルクウェーハ評価用のMOSキャパシタと比較して、非常に複雑な構造をしている。   On the other hand, when an SOI wafer is evaluated by the conventional GOI method, for example, as shown in FIG. 5, the SOI wafer 19 is a buried oxide film (BOX oxide film) that is an insulator between a support substrate 18 and a silicon layer 16. Since 17 is present, electrical contact cannot be made from the back surface of the wafer, and a ground for making electrical contact must be separately formed on the wafer front side. In order to solve such a problem, as shown in FIG. 5, in addition to the gate oxide film 12 ′ and the metal electrode 13 ′, the surface of the silicon layer 16 can be electrically contacted on the wafer surface side. A method of forming a metal capacitor 14 as an evaluation element by forming a metal wiring 14 and an isolation oxide film 15 that insulates these metal wirings is disclosed (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). However, this MOS capacitor has a very complicated structure as compared with the MOS capacitor for bulk wafer evaluation shown in FIG.

また、別の解決法として、部分的にBOX酸化膜をエッチングにより除去し、このBOX酸化膜を除去した部分に、ドーパントをドープして抵抗値を低減したポリシリコン層を埋設して支持基板と電気的に接続を行い、基板裏面からも電気的コンタクトを可能とした方法があるが(特許文献2参照)、この方法においては、部分的にBOX酸化層をエッチングするという複雑な工程が必要である。   As another solution, a BOX oxide film is partially removed by etching, and a polysilicon layer doped with a dopant to reduce the resistance value is embedded in the portion from which the BOX oxide film has been removed. Although there is a method in which electrical connection is made and electrical contact can be made from the back side of the substrate (see Patent Document 2), this method requires a complicated process of partially etching the BOX oxide layer. is there.

このように、従来、SOIウェーハのシリコン層をGOI法により評価するためのMOSキャパシタの作製には長く複雑な工程が必要であり、評価完了までには長時間が掛かる。また設備的にも、バルクウェーハ評価用素子の作製に必要な装置以外に素子分離用の酸化膜(以下、層間絶縁膜という場合がある)をCVD(Chemical Vapor Deposition)法などで形成するための設備や金属(主にAl)配線技術等が必要になり、より簡便な評価手法が望まれている。   Thus, conventionally, the fabrication of a MOS capacitor for evaluating the silicon layer of an SOI wafer by the GOI method requires a long and complicated process, and it takes a long time to complete the evaluation. Also, in terms of equipment, in addition to an apparatus necessary for manufacturing an element for bulk wafer evaluation, an oxide film for element isolation (hereinafter sometimes referred to as an interlayer insulating film) is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. Equipment, metal (mainly Al) wiring technology, etc. are required, and a simpler evaluation method is desired.

特開2002−359362号公報JP 2002-359362 A 特開平10−335405号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-335405 IEEE Trans. on Electron Dev.,Vol.48,No.2, p307(2001)IEEE Trans. on Electron Dev. , Vol. 48, no. 2, p307 (2001)

本発明は、絶縁物又は絶縁層上に半導体層が形成された半導体基板の評価を行う際に、基板表面に分離酸化膜や金属配線等を形成する必要が無く、半導体基板の品質を簡便にかつ短時間で精度高く評価できる方法及び半導体基板評価用素子を提供することを目的とする。   In the present invention, when evaluating a semiconductor substrate having a semiconductor layer formed on an insulator or an insulating layer, it is not necessary to form an isolation oxide film or a metal wiring on the surface of the substrate, and the quality of the semiconductor substrate can be simplified. It is another object of the present invention to provide a method and a semiconductor substrate evaluation element that can be evaluated with high accuracy in a short time.

上記目的を達成するため、本発明は、絶縁物又は絶縁層上に半導体層が形成された半導体基板を評価する方法であって、前記半導体層上にゲート酸化膜を形成し、該形成したゲート酸化膜上にゲート導電膜を形成し、該形成したゲート導電膜から、少なくとも隣接する2つの絶縁破壊用電極と1つの評価用電極とを形成した後、少なくとも前記絶縁破壊用電極間に位置する前記半導体層に低抵抗層を形成する工程と前記絶縁破壊用電極間に電界を印加して前記ゲート酸化膜の一部を絶縁破壊する工程とを含む工程を行い、その後、前記絶縁破壊用電極と前記評価用電極との間の前記ゲート酸化膜の電気特性を評価することを特徴とする半導体基板の評価方法を提供する(請求項1)。   In order to achieve the above object, the present invention is a method for evaluating a semiconductor substrate having a semiconductor layer formed on an insulator or an insulating layer, wherein a gate oxide film is formed on the semiconductor layer, and the formed gate is formed. A gate conductive film is formed on the oxide film, and at least two adjacent dielectric breakdown electrodes and one evaluation electrode are formed from the formed gate conductive film, and at least positioned between the dielectric breakdown electrodes. Performing a step including a step of forming a low-resistance layer on the semiconductor layer and a step of applying a electric field between the dielectric breakdown electrodes to dielectrically break down a part of the gate oxide film, and then performing the dielectric breakdown electrodes A method for evaluating a semiconductor substrate is provided, wherein an electrical characteristic of the gate oxide film between the electrode and the evaluation electrode is evaluated.

このように、半導体基板の評価に際して、まず半導体層上にゲート酸化膜、ゲート導電膜を順次形成し、該ゲート導電膜のパターン化等により少なくとも隣接する2つの絶縁破壊用電極と1つの評価用電極とを形成する。そしてその後に、少なくとも絶縁破壊用電極間に位置する半導体層に低抵抗層を形成する工程と絶縁破壊用電極間に電界を印加して前記ゲート酸化膜の一部を絶縁破壊する工程とを含む工程を行い、その後、絶縁破壊用電極と評価用電極との間のゲート酸化膜の電気特性を評価する。これによって、従来行なわれていた層間絶縁膜やアルミ等の金属配線を形成するための工程及び装置、並びにパターン化に必要な工程が不要となるので、そのための設備導入や維持のためのコストが不要となり、また、評価工程が短縮されるので、低コストで迅速な評価が行なえる。さらに、半導体層に低抵抗層を形成する工程を含むことにより半導体層の抵抗率や厚さにかかわらず電極と電極の間の接続抵抗が下げられるので、精度の高い評価を行なうことができる。
なお、前記の低抵抗層を形成する工程とゲート酸化膜の一部を絶縁破壊する工程については、いずれの工程を先に行なっても本発明の効果を得ることができる。
Thus, when evaluating a semiconductor substrate, first, a gate oxide film and a gate conductive film are sequentially formed on the semiconductor layer, and at least two adjacent dielectric breakdown electrodes and one evaluation electrode are formed by patterning the gate conductive film. And an electrode. And after that, a step of forming a low resistance layer at least in the semiconductor layer located between the dielectric breakdown electrodes and a step of dielectrically breaking a part of the gate oxide film by applying an electric field between the dielectric breakdown electrodes Then, the electrical characteristics of the gate oxide film between the dielectric breakdown electrode and the evaluation electrode are evaluated. This eliminates the need for conventional processes and devices for forming a metal wiring such as an interlayer insulating film and aluminum, and processes necessary for patterning. It becomes unnecessary, and the evaluation process is shortened, so that quick evaluation can be performed at low cost. Further, by including a step of forming a low resistance layer in the semiconductor layer, the connection resistance between the electrodes can be lowered regardless of the resistivity and thickness of the semiconductor layer, so that highly accurate evaluation can be performed.
It should be noted that the effect of the present invention can be obtained by performing any of the steps of forming the low resistance layer and the step of dielectric breakdown of a part of the gate oxide film first.

この場合、前記形成する低抵抗層の抵抗値を5kΩ以下とすることが好ましい(請求項2)。
このように、低抵抗層の抵抗値を5kΩ以下とすれば、半導体層と電極との接触抵抗のみならず電極と電極との間の接続抵抗も十分小さく、複雑な工程や高価な設備を必要とすることなしに精度の高い評価をより確実に行なうことができる。尚、低抵抗層の抵抗値としては低いほうが望ましいが、あまり低くするとドーパントのドープ量が多くなりすぎて評価用素子そのものの特性に影響を与えるので、例えば100Ω程度を下限とすることが好ましい。
In this case, it is preferable that the resistance value of the low resistance layer to be formed is 5 kΩ or less.
Thus, if the resistance value of the low resistance layer is 5 kΩ or less, not only the contact resistance between the semiconductor layer and the electrode but also the connection resistance between the electrode and the electrode is sufficiently small, requiring complicated processes and expensive equipment. Therefore, highly accurate evaluation can be performed more reliably. The resistance value of the low resistance layer is preferably low. However, if the resistance value is too low, the doping amount of the dopant becomes too large and affects the characteristics of the evaluation element itself.

また、前記半導体層の厚さが5μm以下の半導体基板を用いることができる(請求項3)。
このように、半導体層の厚さが5μm以下と薄く、通常は半導体層と電極との接触抵抗のみならず、電極と電極との間の接続抵抗が高くなる半導体基板を用いても、本発明の評価方法であれば低抵抗層の存在により接続抵抗を低くできるので、複雑な工程や高価な設備を必要とすることなしに精度の高い評価を行なうことができる。
Further, a semiconductor substrate having a thickness of the semiconductor layer of 5 μm or less can be used.
As described above, even when a semiconductor substrate having a thin semiconductor layer thickness of 5 μm or less and having a high connection resistance between the electrode and the electrode as well as a contact resistance between the semiconductor layer and the electrode is usually used in the present invention. In this evaluation method, the connection resistance can be lowered due to the presence of the low resistance layer, so that a highly accurate evaluation can be performed without requiring a complicated process or expensive equipment.

また、前記半導体層がシリコンからなる半導体基板を評価することができる(請求項4)。
このように、半導体素子の形成に汎用的に用いられている素材であるシリコンからなる半導体層を評価できるので、この評価結果を様々な半導体素子の製品品質の調査、保証等に幅広く有効に活用することができる。
In addition, a semiconductor substrate in which the semiconductor layer is made of silicon can be evaluated.
In this way, it is possible to evaluate a semiconductor layer made of silicon, which is a material that is widely used for the formation of semiconductor elements, so that the evaluation results can be used widely and effectively for product quality investigation and assurance of various semiconductor elements. can do.

また、前記低抵抗層を熱拡散法を用いて形成することが好ましい(請求項5)。
このように、低抵抗層を熱拡散法を用いて形成すれば、電極外周直下の部分にもドーパントがまわり込み、電極と半導体層との接触抵抗を確実に小さくでき、かつ比較的安価でドーパントをドープして低抵抗層を形成できる。
The low resistance layer is preferably formed using a thermal diffusion method.
In this way, if the low resistance layer is formed using the thermal diffusion method, the dopant also enters the portion immediately below the outer periphery of the electrode, the contact resistance between the electrode and the semiconductor layer can be reliably reduced, and the dopant is relatively inexpensive. Can be doped to form a low resistance layer.

また、本発明は、半導体基板評価用素子であって、絶縁物又は絶縁層上に半導体層が形成された半導体基板と、前記半導体層上に形成されたゲート酸化膜と、該ゲート酸化膜上に形成された、導電膜からなる少なくとも隣接する2つの絶縁破壊用電極と1つの評価用電極とを具備し、前記半導体層は少なくとも前記絶縁破壊用電極間に低抵抗層が形成されたものであることを特徴とする半導体基板評価用素子を提供する(請求項6)。   The present invention also relates to an element for evaluating a semiconductor substrate, comprising a semiconductor substrate having a semiconductor layer formed on an insulator or an insulating layer, a gate oxide film formed on the semiconductor layer, and the gate oxide film. And at least two adjacent dielectric breakdown electrodes made of a conductive film and one evaluation electrode, and the semiconductor layer has at least a low resistance layer formed between the dielectric breakdown electrodes. An element for evaluating a semiconductor substrate is provided (claim 6).

このように、絶縁物又は絶縁層上に半導体層が形成された半導体基板と、前記半導体層上に形成されたゲート酸化膜と、該ゲート酸化膜上に形成された、導電膜からなる少なくとも隣接する2つの絶縁破壊用電極と1つの評価用電極とを具備し、前記半導体層が少なくとも前記絶縁破壊用電極間に低抵抗層が形成された半導体基板評価用素子であれば、従来行なわれていた層間絶縁膜やアルミ等の金属配線の形成するための工程及び装置、並びにパターン化に必要な工程を用いずに作製できるので、そのための設備導入や維持のためのコストが不要であり、また、評価工程を短縮できるので、低コストで迅速な評価が行なえる半導体基板評価用素子となる。しかも、低抵抗層が形成されており、半導体層の抵抗率や厚さにかかわらず電極と電極の間の接続抵抗が低いので、精度の高い評価を行なうことができる半導体基板評価用素子となる。   As described above, the semiconductor substrate on which the semiconductor layer is formed on the insulator or the insulating layer, the gate oxide film formed on the semiconductor layer, and at least the adjacent conductive film formed on the gate oxide film. Conventionally, it is an element for evaluating a semiconductor substrate that includes two dielectric breakdown electrodes and one evaluation electrode, and the semiconductor layer has at least a low resistance layer formed between the dielectric breakdown electrodes. In addition, since it can be manufactured without using the process and apparatus for forming metal wiring such as an interlayer insulating film and aluminum, and the process necessary for patterning, the cost for introducing and maintaining the equipment is not required. Since the evaluation process can be shortened, it becomes a semiconductor substrate evaluation element that can be promptly evaluated at low cost. In addition, since the low resistance layer is formed and the connection resistance between the electrodes is low regardless of the resistivity and thickness of the semiconductor layer, the semiconductor substrate evaluation element can be evaluated with high accuracy. .

この場合、前記低抵抗層は、抵抗値が5kΩ以下のものであることが好ましい(請求項7)。
このように、低抵抗層の抵抗値が5kΩ以下のものであれば、半導体と電極との接触抵抗が十分小さく、精度の高い評価を行なうことができる素子となる。尚、低抵抗層の抵抗値としては低いほうが望ましいが、あまり低くするとドーパントのドープ量が多くなりすぎて評価用素子そのものの特性に影響を与えるので、例えば100Ω程度を下限とすることが好ましい。
In this case, it is preferable that the low resistance layer has a resistance value of 5 kΩ or less.
Thus, if the resistance value of the low resistance layer is 5 kΩ or less, the contact resistance between the semiconductor and the electrode is sufficiently small, and the device can be evaluated with high accuracy. The resistance value of the low resistance layer is preferably low. However, if the resistance value is too low, the doping amount of the dopant becomes too large and affects the characteristics of the evaluation element itself.

また、前記電極は、ポリシリコンからなるものであることが好ましい(請求項8)。
このように、前記電極がポリシリコンからなるものであれば、加工が容易であり、形成しやすい電極となる。
The electrode is preferably made of polysilicon.
Thus, if the electrode is made of polysilicon, it is easy to process and is easy to form.

また、前記半導体層は、厚さが5μm以下のものとできる(請求項9)。
このように、半導体層が厚さ5μm以下と薄く、通常は電極と電極との接続抵抗が高いものであっても、本発明の半導体基板評価用素子は低抵抗層の存在により接続抵抗が低いので、複雑な工程や高価な設備を必要とすることなしに精度の高い評価が行なえるものとなる。
The semiconductor layer may have a thickness of 5 μm or less.
As described above, even if the semiconductor layer is as thin as 5 μm or less, and the connection resistance between the electrodes is usually high, the semiconductor substrate evaluation element of the present invention has a low connection resistance due to the presence of the low resistance layer. Therefore, highly accurate evaluation can be performed without requiring a complicated process or expensive equipment.

また、前記半導体層は、シリコンからなるものであることが好ましい(請求項10)。
このように、半導体素子製造に汎用的に用いられているシリコンからなるものであれば、この評価用素子の評価結果を様々な半導体素子の製品品質の調査、保証等に幅広く有効に活用することができる。
The semiconductor layer is preferably made of silicon.
In this way, if it is made of silicon that is widely used for semiconductor element manufacturing, the evaluation results of this evaluation element should be widely and effectively used for the investigation and guarantee of the product quality of various semiconductor elements. Can do.

また、前記ゲート酸化膜は、前記絶縁破壊用電極間に絶縁破壊部が形成されたものであることが好ましい(請求項11)。
このように、ゲート酸化膜が絶縁破壊用電極間に絶縁破壊部が形成されたものであれば、この絶縁破壊用電極をグラウンドに接続することにより迅速にかつ低コストで特性評価を行なうことができる。
Further, it is preferable that the gate oxide film has a dielectric breakdown portion formed between the dielectric breakdown electrodes.
As described above, if the gate oxide film has a breakdown portion formed between the breakdown electrodes, the characteristics can be evaluated quickly and at low cost by connecting the breakdown electrode to the ground. it can.

本発明の評価方法によれば、絶縁物又は絶縁層上に半導体層が形成された半導体基板の評価に際して、従来行なわれていた層間絶縁膜やアルミ等の金属配線を形成するための工程及び装置、並びにパターン化に必要な工程が不要となるので、そのための設備導入や維持のためのコストが不要となり、また、評価工程が短縮されるので、低コストで迅速な評価が行なえる。さらに、半導体層に低抵抗層を形成する工程を含むことにより半導体層の抵抗率や厚さにかかわらず半導体層と電極との接触抵抗だけでなく電極と電極の間の接続抵抗も下げられるので、精度の高い評価を行なうことができる。   According to the evaluation method of the present invention, when evaluating a semiconductor substrate having a semiconductor layer formed on an insulator or an insulating layer, a conventional process and apparatus for forming a metal wiring such as an interlayer insulating film and aluminum are performed. In addition, since the process necessary for patterning is not required, the cost for introducing and maintaining the equipment is not required, and the evaluation process is shortened, so that quick evaluation can be performed at low cost. Furthermore, by including a step of forming a low resistance layer in the semiconductor layer, not only the contact resistance between the semiconductor layer and the electrode but also the connection resistance between the electrode and the electrode can be lowered regardless of the resistivity and thickness of the semiconductor layer. Highly accurate evaluation can be performed.

また、本発明の半導体基板評価用素子は、従来行なわれていた層間絶縁膜やアルミ等の金属配線を形成するための工程及び装置、並びにパターン化に必要な工程を用いずに作製できるので、そのための設備導入や維持のためのコストが不要であり、また、評価工程が短縮されるので、低コストで迅速な評価が行える半導体基板評価用素子となる。しかも、低抵抗層が形成されており、半導体層の抵抗率や厚さにかかわらず半導体層と電極との接触抵抗だけでなく電極と電極の間の接続抵抗も低いので、精度の高い評価を行なうことができる半導体基板評価用素子となる。   In addition, since the element for evaluating a semiconductor substrate of the present invention can be produced without using a conventional process and apparatus for forming a metal wiring such as an interlayer insulating film or aluminum, and a process necessary for patterning, Therefore, the cost for introducing and maintaining the equipment is unnecessary, and the evaluation process is shortened, so that the element for semiconductor substrate evaluation capable of rapid evaluation at low cost is obtained. In addition, a low-resistance layer is formed, and not only the contact resistance between the semiconductor layer and the electrode but also the connection resistance between the electrode and the electrode is low regardless of the resistivity and thickness of the semiconductor layer. It becomes the element for semiconductor substrate evaluation which can be performed.

以下、本発明について詳述する。
前述したように、例えばSOIウェーハのシリコン層をGOI法で評価するためのMOSキャパシタの作製には長く複雑な工程が必要になり、評価完了までには長時間が掛かる。また設備的にもバルクウェーハ評価用素子の作製に必要な装置以外にも、素子分離用の層間絶縁膜を形成するためのCVD法の設備や金属配線技術等が必要になる。また別の方法では部分的にBOX酸化層をエッチングするという複雑な工程が必要である。従ってより簡便な評価手法が望まれている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
As described above, for example, a MOS capacitor for evaluating a silicon layer of an SOI wafer by the GOI method requires a long and complicated process, and it takes a long time to complete the evaluation. In addition to equipment necessary for manufacturing an element for bulk wafer evaluation, facilities for CVD method and metal wiring technology for forming an interlayer insulating film for element isolation are also required. Another method requires a complicated process of partially etching the BOX oxide layer. Therefore, a simpler evaluation method is desired.

そこで本発明者らは、より簡便であり、かつ低コストで迅速な評価方法として、SOIウェーハにMOSキャパシタを作製した後、隣接する2つのMOSキャパシタの電極間に電界を印加してゲート酸化膜の一部に絶縁破壊を起こした後、この電極の一方をグラウンドに接続し、もう一方の電極と絶縁破壊に用いなかった他のMOSキャパシタの電極との間でゲート酸化膜の電気特性を評価する方法に想到した。   Therefore, the present inventors have made a gate oxide film by applying an electric field between the electrodes of two adjacent MOS capacitors after fabricating a MOS capacitor on an SOI wafer as a simpler, lower cost and quick evaluation method. After dielectric breakdown occurs in a part of the electrode, connect one of the electrodes to the ground, and evaluate the electrical characteristics of the gate oxide film between the other electrode and the electrode of the other MOS capacitor that was not used for dielectric breakdown I came up with a way to do.

本発明者らがこの方法に関してさらに検討を行なったところ、上記方法では、シリコン層と電極との接触抵抗のみならず電極と電極との間の接続抵抗が大きくなって評価が正しく行なえない場合があることを見出した。例えば、シリコン層の厚さが5μm以下のSOIウェーハを評価する際に、BOX酸化膜による影響が大きくなるためかシリコン層と電極との接触抵抗のみならず電極と電極との間の接続抵抗が大きくなって精度の高い評価が行なえない場合等があった。
そこで本発明者らは、上記方法において、SOIウェーハにMOSキャパシタを作製した後にさらに、絶縁破壊を起こす工程の前又は後に、少なくとも絶縁破壊を起こす電極間に位置する半導体層に低抵抗層を形成する工程を施せば、半導体層の厚さやその抵抗率にかかわらず接続抵抗を低くでき、精度の高い評価を行なえることに想到し、本発明を完成させた。
As a result of further studies on this method, the present inventors have found that in the above method, not only the contact resistance between the silicon layer and the electrode but also the connection resistance between the electrode and the electrode is increased, and the evaluation may not be performed correctly. I found out. For example, when an SOI wafer having a silicon layer thickness of 5 μm or less is evaluated, the influence of the BOX oxide film increases, so that not only the contact resistance between the silicon layer and the electrode but also the connection resistance between the electrode and the electrode In some cases, it was too large to be evaluated with high accuracy.
Therefore, in the above method, the present inventors form a low resistance layer at least in the semiconductor layer located between the electrodes causing the dielectric breakdown before or after the step of causing the dielectric breakdown after manufacturing the MOS capacitor on the SOI wafer. As a result, the present inventors completed the present invention by conceiving that the connection resistance can be lowered regardless of the thickness of the semiconductor layer and its resistivity, and that highly accurate evaluation can be performed.

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。
図1は本発明に従う半導体基板評価用素子の一例を、半導体層がシリコン層(SOI層)であるSOIウェーハを用いる場合について示した断面概略説明図である。この半導体基板評価用素子1は、支持基板2のBOX酸化膜3上にSOI層4が形成されたSOIウェーハ5と、SOIウェーハ5上に形成されたゲート酸化膜6と、ゲート酸化膜6の上に形成された、隣接する2つの絶縁破壊用電極7a、7bと1つの評価用電極8とを少なくとも具備し、SOI層4は少なくとも絶縁破壊用電極7a、7bの間に低抵抗層9が形成されたものである。ここで絶縁破壊用電極とは、ウェーハの評価前にゲート酸化膜の一部を絶縁破壊するための電界を印加するために用いる電極であり、評価用電極とは、ウェーハの評価の際に評価用の電界を印加するために用いる電極である。評価用電極8と一方の絶縁破壊用電極、例えば絶縁破壊用電極7aには評価用の端子10a、10bが接続され、もう一方の絶縁破壊用電極7bはグラウンドと接続される。また絶縁破壊用電極7bを評価用端子10bに接続して、絶縁破壊用電極7aをグラウンドと接続してもよい。低抵抗層9は絶縁破壊用電極7a、7bの間以外の場所、例えば図1のように絶縁破壊用電極7bと評価用電極8との間にも形成されてもよい。絶縁破壊用電極は互いに隣接していれば3つ以上形成されてもよいし、評価用電極も2つ以上形成されてもよい。また、このように半導体素子製造用に汎用的に用いられている素材であるシリコンからなる半導体層を評価できるので、この評価用素子の評価結果を様々な半導体素子の製品品質の調査、保証等に幅広く有効に活用することができる。
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.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view showing an example of a semiconductor substrate evaluation element according to the present invention when an SOI wafer in which a semiconductor layer is a silicon layer (SOI layer) is used. The semiconductor substrate evaluation element 1 includes an SOI wafer 5 in which an SOI layer 4 is formed on a BOX oxide film 3 on a support substrate 2, a gate oxide film 6 formed on the SOI wafer 5, and a gate oxide film 6. At least two adjacent dielectric breakdown electrodes 7a and 7b and one evaluation electrode 8 formed above are provided, and the SOI layer 4 has at least a low resistance layer 9 between the dielectric breakdown electrodes 7a and 7b. It is formed. Here, the dielectric breakdown electrode is an electrode used for applying an electric field for dielectric breakdown of a part of the gate oxide film before the evaluation of the wafer, and the evaluation electrode is evaluated during the evaluation of the wafer. It is an electrode used in order to apply the electric field for. Evaluation terminals 10a and 10b are connected to the evaluation electrode 8 and one dielectric breakdown electrode, for example, the dielectric breakdown electrode 7a, and the other dielectric breakdown electrode 7b is connected to the ground. Alternatively, the dielectric breakdown electrode 7b may be connected to the evaluation terminal 10b, and the dielectric breakdown electrode 7a may be connected to the ground. The low resistance layer 9 may be formed at a place other than between the dielectric breakdown electrodes 7a and 7b, for example, between the dielectric breakdown electrode 7b and the evaluation electrode 8 as shown in FIG. Three or more dielectric breakdown electrodes may be formed as long as they are adjacent to each other, and two or more evaluation electrodes may be formed. In addition, since it is possible to evaluate a semiconductor layer made of silicon, which is a material generally used for manufacturing semiconductor elements, the evaluation results of this evaluation element are used to investigate and guarantee the product quality of various semiconductor elements. It can be used widely and effectively.

低抵抗層9は抵抗値が5kΩ以下のものであれば、SOI層4と電極7a、7b、8との間の接触抵抗が十分小さく、又、絶縁破壊用電極(7a、7b)間や評価用電極(8、7a)間の接続抵抗も十分小さく、精度の高い評価を行なうことができる素子となる。尚、低抵抗層の抵抗値としてはより低いほうが望ましいが、あまり低くするとドーパントのドープ量が多くなりすぎて評価用素子そのものの特性に影響を与えるので、例えば100Ω程度を下限とすることが好ましい。   If the resistance value of the low resistance layer 9 is 5 kΩ or less, the contact resistance between the SOI layer 4 and the electrodes 7a, 7b, 8 is sufficiently small, and the dielectric breakdown electrodes (7a, 7b) and the evaluation The connection resistance between the electrodes (8, 7a) is sufficiently small, and the device can be evaluated with high accuracy. The resistance value of the low resistance layer is preferably lower. However, if the value is too low, the doping amount of the dopant becomes too large and affects the characteristics of the evaluation element itself. Therefore, for example, the lower limit is preferably about 100Ω. .

電極7a、7b、8は導電膜からなるものであれば特に限定されないが、ポリシリコンからなるものであれば、加工が容易なものとなり、形成しやすい電極となる。
また、SOI層4は厚さ5μm以下のものとできる。SOI層等の半導体層が厚さ5μm以下と薄ければ、通常はBOX酸化膜の影響等により接触抵抗・接続抵抗の高いものとなるが、本発明の半導体基板評価用素子は低抵抗層が形成されており接触抵抗・接続抵抗が低いので、複雑な工程や高価な設備を必要とすることなしに精度の高い評価が行なえるものとなる。
The electrodes 7a, 7b, and 8 are not particularly limited as long as they are made of a conductive film. However, if they are made of polysilicon, the electrodes 7a, 7b, and 8 are easy to process and can be easily formed.
Also, the SOI layer 4 can have a thickness of 5 μm or less. If the semiconductor layer such as the SOI layer is as thin as 5 μm or less, the contact resistance / connection resistance is usually high due to the influence of the BOX oxide film, etc., but the semiconductor substrate evaluation element of the present invention has a low resistance layer. Since it is formed and has low contact resistance and connection resistance, highly accurate evaluation can be performed without requiring complicated processes and expensive equipment.

この半導体基板評価用素子1を用いてSOI層4の評価をする際には、絶縁破壊用電極7a、7bに電界を印加して電極間のゲート酸化膜の一部を絶縁破壊して図示しない絶縁破壊部を形成されたものとする。こうして絶縁破壊部が形成された素子は、高価な設備や複雑な工程を用いて層間絶縁膜や金属配線を形成しなくても電気的コンタクトが容易に得られるものとなり、迅速にかつ低コストで特性評価を行なうことができる。   When the SOI layer 4 is evaluated using the semiconductor substrate evaluation element 1, an electric field is applied to the dielectric breakdown electrodes 7a and 7b, and a part of the gate oxide film between the electrodes is dielectrically broken, not shown. It is assumed that a dielectric breakdown part has been formed. An element in which a dielectric breakdown portion is formed in this manner can easily obtain an electrical contact without forming an interlayer insulating film or a metal wiring by using expensive equipment or complicated processes, and can be obtained quickly and at low cost. Characteristic evaluation can be performed.

次にこのような半導体基板評価用素子を作製してSOIウェーハを評価する方法を説明する。図2(A)〜(F)は本発明に従うSOIウェーハの評価方法の一例を示す工程図である。   Next, a method for producing such a semiconductor substrate evaluation element and evaluating an SOI wafer will be described. 2A to 2F are process diagrams showing an example of an SOI wafer evaluation method according to the present invention.

まず、前工程としてSOIウェーハを準備する。このように半導体層がシリコンからなるSOIウェーハを評価できるので、この評価結果を様々な半導体素子の製品品質の調査、保証等に幅広く有効に活用することができる。また、SOIウェーハについては特に限定されないが、SOI層の厚さが5μm以下のSOIウェーハを評価するのに用いることができる。このように、厚さが5μm以下と薄く、通常はBOX酸化膜の影響等により電極との接触抵抗・接続抵抗が高くなるSOIウェーハを用いても、本発明の評価方法であれば接触抵抗・接続抵抗を低くできるので、複雑な工程や高価な設備を必要とすることなしに精度の高い評価を行なうことができる。特に近年SOI層の厚さはより薄膜化しており、本発明は1μm以下といった薄いSOI層の評価に特に有効である。   First, an SOI wafer is prepared as a pre-process. Since an SOI wafer having a semiconductor layer made of silicon can be evaluated in this way, the evaluation result can be widely and effectively used for investigation and guarantee of product quality of various semiconductor elements. The SOI wafer is not particularly limited, but can be used to evaluate an SOI wafer having an SOI layer thickness of 5 μm or less. As described above, even when using an SOI wafer having a thickness as thin as 5 μm or less and usually having a high contact resistance / connection resistance with an electrode due to the influence of a BOX oxide film, the contact resistance / Since the connection resistance can be lowered, highly accurate evaluation can be performed without requiring a complicated process or expensive equipment. Particularly, in recent years, the thickness of the SOI layer has been made thinner, and the present invention is particularly effective for evaluation of a thin SOI layer of 1 μm or less.

次に、図2(A)に示すように、SOIウェーハを熱酸化等の通常の方法で酸化処理してSOI層上にゲート酸化膜6を形成する。ゲート酸化膜の厚さは特に限定されず、通常25nmであるが、特にSOI層の厚さが100nm以下の場合はゲート酸化膜の厚さは8nm程度である。
次に、図2(B)に示すように、ゲート酸化膜上にゲート導電膜を形成する。このゲート導電膜は一般にポリシリコン膜が用いられ、例えばCVD法を用いて堆積される。このポリシリコン膜には抵抗値を下げる為に一般にリンがドープされる。リンのドープ方法は特に限定されず、ポリシリコン膜の堆積後に熱拡散法等により行なってもよいが、ポリシリコン膜の堆積時に同時にリンもドープするDoped Poly−Si法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 2A, the SOI wafer is oxidized by a normal method such as thermal oxidation to form a gate oxide film 6 on the SOI layer. The thickness of the gate oxide film is not particularly limited, and is usually 25 nm. In particular, when the SOI layer thickness is 100 nm or less, the thickness of the gate oxide film is about 8 nm.
Next, as shown in FIG. 2B, a gate conductive film is formed over the gate oxide film. The gate conductive film is generally a polysilicon film, and is deposited using, for example, a CVD method. This polysilicon film is generally doped with phosphorus to lower the resistance value. The phosphorus doping method is not particularly limited, and may be performed by a thermal diffusion method or the like after deposition of the polysilicon film, but a Doped Poly-Si method in which phosphorus is also doped at the time of deposition of the polysilicon film can be used.

次に図2(C)に示すように、このポリシリコン膜からフォトリソグラフィ技術とエッチングとにより電極のパターンを形成する。このとき、少なくとも隣接する2つの絶縁破壊用電極7a、7bと1つの評価用電極8とを形成する。こうしてSOI層上にゲート酸化膜とポリシリコン電極が順次積層されたMOS構造を有するMOSキャパシタが複数形成される。   Next, as shown in FIG. 2C, an electrode pattern is formed from this polysilicon film by photolithography and etching. At this time, at least two adjacent dielectric breakdown electrodes 7a and 7b and one evaluation electrode 8 are formed. Thus, a plurality of MOS capacitors having a MOS structure in which a gate oxide film and a polysilicon electrode are sequentially stacked on the SOI layer are formed.

次に図2(D)に示すように、形成した電極をマスクとして、少なくとも絶縁破壊用電極間に位置するSOI層にドーパントをドープして低抵抗層を形成する。この場合、低抵抗層の抵抗値を5kΩ以下とすれば、SOI層と電極との接触抵抗が十分小さく、電極と電極との間の接続抵抗も十分小さく、複雑な工程や高価な設備を必要とすることなしに精度の高い評価をより確実に行なうことができる。尚、低抵抗層の抵抗値としては、例えば100Ω程度を下限とすることが好ましい。低抵抗層の形成方法には特に限定はないが、例えばリンガラス(POCl)をウェーハ表面に堆積し、窒素ガス雰囲気下でアニールする熱拡散法で行なえば、例えばイオン注入法で行なうよりも安価で生産性も高く好ましい。
尚、MOSキャパシタ間にはゲート酸化膜が形成されているが、薄い酸化膜であるので、その上にリンガラスを堆積しても十分にSOI層にドーパントを拡散することが可能である。
Next, as shown in FIG. 2D, a low resistance layer is formed by doping a dopant into at least the SOI layer located between the dielectric breakdown electrodes using the formed electrode as a mask. In this case, if the resistance value of the low resistance layer is 5 kΩ or less, the contact resistance between the SOI layer and the electrode is sufficiently small, the connection resistance between the electrode and the electrode is also sufficiently small, and complicated processes and expensive equipment are required. Therefore, highly accurate evaluation can be performed more reliably. For example, the lower limit of the resistance value of the low resistance layer is preferably about 100Ω. The method of forming the low resistance layer is not particularly limited. For example, if the thermal diffusion method in which phosphorous glass (POCl 3 ) is deposited on the wafer surface and annealed in a nitrogen gas atmosphere is performed, then the low resistance layer is formed, for example, rather than by ion implantation. Low cost and high productivity are preferable.
Although a gate oxide film is formed between the MOS capacitors, since it is a thin oxide film, it is possible to sufficiently diffuse the dopant into the SOI layer even if phosphorus glass is deposited thereon.

ドーパントの拡散後、堆積したリンガラスを例えば2.5%のHF水溶液で除去する。このとき、精度の高い測定を行なうために、電極周辺のゲート酸化膜をエッチングしないように注意が必要である。   After the diffusion of the dopant, the deposited phosphorus glass is removed with, for example, a 2.5% HF aqueous solution. At this time, care must be taken not to etch the gate oxide film around the electrode in order to perform highly accurate measurement.

次に、図2(E)に示すように、隣接する2つの絶縁破壊用電極7a、7bの間に電界を印加してゲート酸化膜6の一部を絶縁破壊して、電気的コンタクトを取る。この電界の印加はゲート酸化膜の一部が絶縁破壊できるものであれば特に限定されず、一定の電圧又は電流をゲート酸化膜の一部が破壊するまで印加する方法を用いれば良い。このコンタクト抵抗は十分下げる必要があり、できるだけ高い電気ストレスを印加した方がより好ましい。そしてこの2つの電極間の抵抗が1kΩ以下となるように電気ストレスを印加することが好ましい。このように抵抗を1kΩ以下とすることで測定へ与える影響を低減できる。
なお、図2(D)に示す低抵抗層を形成する工程と、図2(E)に示すゲート酸化膜を絶縁破壊する工程はいずれを先に行なってもよい。
Next, as shown in FIG. 2 (E), an electric field is applied between two adjacent dielectric breakdown electrodes 7a and 7b to cause a partial breakdown of the gate oxide film 6 to make electrical contact. . The application of this electric field is not particularly limited as long as a part of the gate oxide film can be broken down, and a method of applying a constant voltage or current until a part of the gate oxide film is broken may be used. This contact resistance needs to be lowered sufficiently, and it is more preferable to apply as much electrical stress as possible. It is preferable to apply an electrical stress so that the resistance between the two electrodes is 1 kΩ or less. Thus, the influence on the measurement can be reduced by setting the resistance to 1 kΩ or less.
Note that either the step of forming the low resistance layer shown in FIG. 2D and the step of dielectric breakdown of the gate oxide film shown in FIG. 2E may be performed first.

次に、図2(F)に示すように、絶縁破壊用電極と評価用電極との間のゲート酸化膜の電気特性を評価する。この評価は、絶縁破壊したMOSキャパシタの一つと、未破壊のMOSキャパシタを用いてGOI測定を行なうものである。既に破壊したMOSキャパシタは抵抗が十分に低下できており、このMOSキャパシタの一方の電極をグラウンドに接続して精度の高い測定が可能になる。なおP型ウェーハの場合は、ウェーハ表面側に正電荷、すなわち空乏、反転側になるように電圧を印加する。   Next, as shown in FIG. 2F, the electrical characteristics of the gate oxide film between the dielectric breakdown electrode and the evaluation electrode are evaluated. In this evaluation, GOI measurement is performed using one of the MOS capacitors having breakdown and an undestructed MOS capacitor. A MOS capacitor that has already been destroyed has a sufficiently low resistance, and one electrode of this MOS capacitor is connected to the ground to enable highly accurate measurement. In the case of a P-type wafer, a voltage is applied to the wafer surface so as to be positively charged, that is, depleted and inverted.

以上説明した評価方法により、SOIウェーハのSOI層の品質を精度よく評価できる。しかも、従来行なわれていた層間絶縁膜やアルミ等の金属配線を形成するための工程及び装置、並びにパターン化に必要な工程を不要にできるので、そのための設備導入や維持のためのコストが不要であり、また、評価工程が短縮されるので、低コストで迅速な評価を行なうことができる。   With the evaluation method described above, the quality of the SOI layer of the SOI wafer can be accurately evaluated. Moreover, the conventional process and apparatus for forming a metal wiring such as an interlayer insulating film and aluminum and the process necessary for patterning can be eliminated, so that the cost for introducing and maintaining the equipment is not required. In addition, since the evaluation process is shortened, a quick evaluation can be performed at a low cost.

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明がこれに限定されないことは言うまでもない。
(実施例)
特性評価用試料として、導電型がP型で直径200mmの貼り合わせSOIウェーハを用いた。なお、このP型ウェーハのドーパントはボロンである。このときのSOI層の厚さは70nm、BOX酸化膜の厚さは145nmであった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this.
(Example)
A bonded SOI wafer having a P-type conductivity and a diameter of 200 mm was used as a sample for characteristic evaluation. The dopant of this P-type wafer is boron. At this time, the thickness of the SOI layer was 70 nm, and the thickness of the BOX oxide film was 145 nm.

次に、このSOIウェーハに900℃の乾燥酸素雰囲気中でおよそ10分間の熱酸化処理を行なってSOI層上に厚さ8nmのゲート酸化膜を形成し、このゲート酸化膜上にCVD法によりリンをドープしたポリシリコン層を堆積した。この際のポリシリコン層の厚さはおよそ300nmとし、リンドープ量はシート抵抗にして25Ω/□程度となるようにした。   Next, the SOI wafer is subjected to a thermal oxidation treatment in a dry oxygen atmosphere at 900 ° C. for about 10 minutes to form a gate oxide film having a thickness of 8 nm on the SOI layer. Phosphorus is formed on the gate oxide film by a CVD method. A polysilicon layer doped with was deposited. At this time, the thickness of the polysilicon layer was set to about 300 nm, and the phosphorus doping amount was set to about 25Ω / □ in terms of sheet resistance.

次にこのポリシリコン層にフォトリソグラフィを行なった後、フッ硝酸を用いてウェットエッチングを行い、隣接する2つの絶縁破壊用電極と1つの評価用電極を形成し、MOSキャパシタを作製した。いずれの電極も電極面積を8mmとした。そしてSOIウェーハの裏面に形成されている酸化膜を除去するために、SOIウェーハの表面側のゲート酸化膜及び電極にレジストを塗布して保護し、ウェーハ裏面に希HF水溶液によるウェットエッチングにて裏面処理を行った。 Next, after photolithography was performed on this polysilicon layer, wet etching was performed using hydrofluoric acid to form two adjacent dielectric breakdown electrodes and one evaluation electrode, thereby producing a MOS capacitor. All the electrodes had an electrode area of 8 mm 2 . In order to remove the oxide film formed on the back surface of the SOI wafer, a resist is applied to the gate oxide film and the electrode on the front surface side of the SOI wafer to protect it, and the back surface is wet etched with a dilute HF aqueous solution. Processed.

この後、SOIウェーハ表面にリンガラスの堆積を750℃で30分間行い、引き続き窒素ガス雰囲気下1000℃にて1時間アニールを行い、SOI層にリンの熱拡散を行なって低抵抗層を形成した。形成した低抵抗層の抵抗値は約500Ωであった。
次に、2.5%のHF水溶液を用いて堆積したリンガラスを除去した。このときのエッチングレートは0.3nm/secであり、電極周辺のゲート酸化膜はエッチングされないようにモニタウェーハを用いて注意深くエッチングを行った。
Thereafter, phosphorus glass is deposited on the surface of the SOI wafer at 750 ° C. for 30 minutes, followed by annealing at 1000 ° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere, and thermal diffusion of phosphorus is performed on the SOI layer to form a low resistance layer. . The resistance value of the formed low resistance layer was about 500Ω.
Next, the phosphorus glass deposited using 2.5% HF aqueous solution was removed. The etching rate at this time was 0.3 nm / sec, and etching was carefully performed using a monitor wafer so that the gate oxide film around the electrode was not etched.

次に、フルオートプローバに接続したテスタを用いて、絶縁破壊用電極間にストレス電流を印加してゲート酸化膜の絶縁破壊を行なった。ストレス電流は50mAで一定とし、印加時間は3秒であった。また、いずれの電極も電極面積は8mmであり、電極間の抵抗は約400Ωであった。尚、プローバ及び配線はノイズ対策を施したものを使用した。 Next, the gate oxide film was subjected to dielectric breakdown by applying a stress current between the dielectric breakdown electrodes using a tester connected to a full auto prober. The stress current was constant at 50 mA, and the application time was 3 seconds. Each electrode had an electrode area of 8 mm 2 and a resistance between the electrodes of about 400Ω. In addition, the prober and wiring which used the measure against noise were used.

最後に、絶縁破壊用電極の一方をグラウンドに接続し、評価用電極と絶縁破壊用電極のもう一方との間に電圧を印加し、SOI層をGOI法により評価した。このときの電圧の印加は、電圧ランプアップ法を用いたが、そのときの印加条件は、アベレージング時間が20msec、ステップ電圧高さは0.25MV/cmであり、電圧ステップ上昇後のアベレージング時間は200msecとした。
このような測定を、同一条件で作製した16枚のSOIウェーハに行なった。このとき得られたI−V特性のグラフを図3に示す。いずれのウェーハのI−V特性曲線もほぼ一致しており、精度の高い特性評価が行なわれていることが確認された。
Finally, one of the dielectric breakdown electrodes was connected to the ground, a voltage was applied between the evaluation electrode and the other of the dielectric breakdown electrodes, and the SOI layer was evaluated by the GOI method. A voltage ramp-up method was used for the voltage application at this time. The application conditions at that time were an averaging time of 20 msec and a step voltage height of 0.25 MV / cm, and the averaging after the voltage step increase. The time was 200 msec.
Such measurement was performed on 16 SOI wafers manufactured under the same conditions. The graph of the IV characteristic obtained at this time is shown in FIG. The IV characteristic curves of all the wafers almost coincided with each other, and it was confirmed that highly accurate characteristic evaluation was performed.

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。
例えば、上記実施例ではSOIウェーハについて説明したが、その他の絶縁体上に半導体層が形成された半導体基板、例えばSGOI(SiGe On Insulator)ウェーハやGOI(Ge On Insulator)ウェーハ等であっても本発明の評価方法及び評価素子を適用できる。
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.
For example, although the SOI wafer has been described in the above embodiment, the present invention may be applied to a semiconductor substrate in which a semiconductor layer is formed on another insulator, such as an SGOI (SiGe On Insulator) wafer or a GOI (Ge On Insulator) wafer. The evaluation method and the evaluation element of the invention can be applied.

本発明に従う半導体基板評価用素子の一例を、半導体層がシリコン層(SOI層)であるSOIウェーハを用いる場合について示した断面概略説明図である。It is the cross-sectional schematic explanatory drawing which showed an example of the element for semiconductor substrate evaluation according to this invention about the case where the SOI wafer whose semiconductor layer is a silicon layer (SOI layer) is used. 本発明に従うSOIウェーハの評価方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the evaluation method of the SOI wafer according to this invention. 実施例におけるSOIウェーハのI−V特性を示すグラブである。It is a grab which shows the IV characteristic of the SOI wafer in an Example. GOI法を説明する説明概略図であり、(a)は平面図、(b)は断面図を示す。It is explanatory explanatory drawing explaining GOI method, (a) is a top view, (b) shows sectional drawing. 従来GOI法によりSOIウェーハを評価する方法を説明する断面概略図である。It is the cross-sectional schematic explaining the method of evaluating an SOI wafer by the conventional GOI method.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体基板評価用素子、 2…支持基板、 3…BOX酸化膜、 4…SOI層、
5…SOIウェーハ、 6…ゲート酸化膜、 7a、7b…絶縁破壊用電極、
8…評価用電極、 9…低抵抗層、 10a、10b…評価用端子、
11…シリコン基板、 12、12’…ゲート酸化膜、 13、13’…金属電極、
14…金属配線、 15…分離酸化膜、 16…シリコン層、
17…埋め込み酸化膜(BOX酸化膜)、 18…支持基板、
19…SOIウェーハ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Element for semiconductor substrate evaluation, 2 ... Support substrate, 3 ... BOX oxide film, 4 ... SOI layer,
5 ... SOI wafer, 6 ... Gate oxide film, 7a, 7b ... Dielectric breakdown electrode,
8 ... Evaluation electrode, 9 ... Low resistance layer, 10a, 10b ... Evaluation terminal,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Silicon substrate, 12, 12 '... Gate oxide film, 13, 13' ... Metal electrode,
14 ... Metal wiring, 15 ... Isolation oxide film, 16 ... Silicon layer,
17 ... buried oxide film (BOX oxide film), 18 ... support substrate,
19 ... SOI wafer.

Claims (11)

絶縁物又は絶縁層上に半導体層が形成された半導体基板を評価する方法であって、前記半導体層上にゲート酸化膜を形成し、該形成したゲート酸化膜上にゲート導電膜を形成し、該形成したゲート導電膜から、少なくとも隣接する2つの絶縁破壊用電極と1つの評価用電極とを形成した後、少なくとも前記絶縁破壊用電極間に位置する前記半導体層に低抵抗層を形成する工程と前記絶縁破壊用電極間に電界を印加して前記ゲート酸化膜の一部を絶縁破壊する工程とを含む工程を行い、その後、前記絶縁破壊用電極と前記評価用電極との間の前記ゲート酸化膜の電気特性を評価することを特徴とする半導体基板の評価方法。   A method for evaluating a semiconductor substrate having a semiconductor layer formed on an insulator or an insulating layer, wherein a gate oxide film is formed on the semiconductor layer, a gate conductive film is formed on the formed gate oxide film, Forming at least two adjacent dielectric breakdown electrodes and one evaluation electrode from the formed gate conductive film, and then forming a low resistance layer on at least the semiconductor layer located between the dielectric breakdown electrodes And a step of applying an electric field between the dielectric breakdown electrodes to cause dielectric breakdown of a part of the gate oxide film, and then the gate between the dielectric breakdown electrode and the evaluation electrode A method for evaluating a semiconductor substrate, comprising evaluating electrical characteristics of an oxide film. 前記形成する低抵抗層の抵抗値を5kΩ以下とすることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の評価方法。   2. The semiconductor substrate evaluation method according to claim 1, wherein a resistance value of the low resistance layer to be formed is set to 5 k [Omega] or less. 前記半導体層の厚さが5μm以下の半導体基板を用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体基板の評価方法。   The semiconductor substrate evaluation method according to claim 1, wherein a semiconductor substrate having a thickness of the semiconductor layer of 5 μm or less is used. 前記半導体層がシリコンからなる半導体基板を評価することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体基板の評価方法。   The semiconductor substrate evaluation method according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of silicon. 前記低抵抗層を熱拡散法を用いて形成することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体基板の評価方法。   The method for evaluating a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the low resistance layer is formed by a thermal diffusion method. 半導体基板評価用素子であって、絶縁物又は絶縁層上に半導体層が形成された半導体基板と、前記半導体層上に形成されたゲート酸化膜と、該ゲート酸化膜上に形成された、導電膜からなる少なくとも隣接する2つの絶縁破壊用電極と1つの評価用電極とを具備し、前記半導体層は少なくとも前記絶縁破壊用電極間に低抵抗層が形成されたものであることを特徴とする半導体基板評価用素子。   An element for evaluating a semiconductor substrate, comprising a semiconductor substrate having a semiconductor layer formed on an insulator or an insulating layer, a gate oxide film formed on the semiconductor layer, and a conductive film formed on the gate oxide film. It comprises at least two adjacent dielectric breakdown electrodes made of a film and one evaluation electrode, and the semiconductor layer has at least a low resistance layer formed between the dielectric breakdown electrodes. Semiconductor substrate evaluation element. 前記低抵抗層は、抵抗値が5kΩ以下のものであることを特徴とする請求項6に記載の半導体基板評価用素子。   The element for evaluating a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the low resistance layer has a resistance value of 5 kΩ or less. 前記電極は、ポリシリコンからなるものであることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の半導体基板評価用素子。   The element for evaluating a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the electrode is made of polysilicon. 前記半導体層は、厚さが5μm以下のものであることを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載の半導体基板評価用素子。   The element for evaluating a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the semiconductor layer has a thickness of 5 μm or less. 前記半導体層は、シリコンからなるものであることを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載の半導体基板評価用素子。   The element for evaluating a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the semiconductor layer is made of silicon. 前記ゲート酸化膜は、前記絶縁破壊用電極間に絶縁破壊部が形成されたものであることを特徴とする請求項6乃至請求項10のいずれか1項に記載の半導体基板評価用素子。   The element for evaluating a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the gate oxide film has a dielectric breakdown portion formed between the dielectric breakdown electrodes.
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