JP2010056264A - シリコンウェーハの評価方法および製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコンウェーハ表面に酸化膜を形成すること、上記酸化膜上に複数の電極を形成すること、上記電極の表面にプローブを接触させ、該プローブとシリコンウェーハとの間に電圧を印加して酸化膜耐圧特性を測定すること、を含むシリコンウェーハの評価方法。1つあたりの電極面積は40〜400mm2の範囲であり、かつ上記酸化膜耐圧特性の測定を、1つの電極に対し複数のプローブを接触させて行う。
【選択図】図2
Description
更に本発明は、シリコンウェーハの製造方法に関するものであり、より詳しくは上記評価方法を使用することにより高品質な製品ウェーハを提供することができるシリコンウェーハの製造方法に関するものである。
他方、測定時間を短縮するために電極数を少なくすると、ウェーハ全面を評価することができず、表面欠陥密度のきわめて低い完全結晶のポリッシュドウェーハ、エピタキシャルウェーハ、アニールドウェーハ等の表面欠陥を評価することは困難となる。
本発明は、以上の知見に基づき完成された。
[1]シリコンウェーハ表面に酸化膜を形成すること、
上記酸化膜上に複数の電極を形成すること、
上記電極の表面にプローブを接触させ、該プローブとシリコンウェーハとの間に電圧を印加して酸化膜耐圧特性を測定すること、
を含むシリコンウェーハの評価方法であって、
1つあたりの電極面積は40〜400mm2の範囲であり、かつ上記酸化膜耐圧特性の測定を、1つの電極に対し複数のプローブを接触させて行うことを特徴とするシリコンウェーハの評価方法。
[2]前記複数の電極の総面積は、前記シリコンウェーハ表面積の40〜90%の範囲である[1]に記載のシリコンウェーハの評価方法。
[3]前記酸化膜耐圧特性の測定を、1つの電極に対し複数のプローブを電気的に並列に接続して行う[1]または[2]に記載のシリコンウェーハの評価方法。
[4]1つの電極に対し接触させるプローブの本数は4〜100本の範囲である[1]〜[3]のいずれかに記載のシリコンウェーハの評価方法。
[5]前記複数のプローブを、等間隔に配置し電極と接触させる[1]〜[4]のいずれかに記載のシリコンウェーハの評価方法。
[6]複数のシリコンウェーハからなるシリコンウェーハのロットを準備すること、
上記ロットから少なくとも1つのシリコンウェーハを抽出すること、
上記抽出されたシリコンウェーハを[1]〜[5]のいずれかに記載の方法によって評価すること、
上記評価により良品と判定されたシリコンウェーハと同一ロット内の他のシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷すること、
を含むシリコンウェーハの製造方法。
前述のように従来のGOI評価は、測定精度を維持するために1mm2から10mm2程度の面積の電極をゲート酸化膜上に形成して行われていた。しかし上記面積の電極でウェーハ全面を測定するためには必然的にウェーハ上の電極数(測定点数)が多くなり測定に長時間を要する。他方、測定時間短縮のために測定点数を減らすとウェーハ全面を感度よく評価することは困難となる。例えば図1に示すように、従来のGOI評価において電極数を少なくすると、電極直下に欠陥が存在する確率は低くなるため、ウェーハ上の全電極について測定を行っても欠陥を検出できない可能性が高い。
これに対し、本発明では電極1つあたりの面積を40〜400mm2と大きくしたMOSキャパシタを作製し酸化膜耐圧特性の測定を行う。これにより測定点数の低減が可能となり、ウェーハ全面を評価する場合であっても短時間で評価を行うことができる。例えば図1と図2との対比から、同一電極数であっても電極面積が大きくなれば、電極直下に欠陥が存在する確率が高くなるため高精度評価が可能となることがわかる。
ただし上記範囲の面積を有する大きな電極では、電極1つあたり1つのプローブを接触させ電圧を印加すると、電極直下の酸化膜に均一に電流を流すことができず、電極直下の酸化膜内の電界および電流密度が不均一となり測定精度が低下する。そこで本発明では、上記面積を有する電極1つに対して複数のプローブを接触させて酸化膜耐圧特性の測定を行う。1つの電極に対し複数の電極を接触させることにより、大きな電極であっても電極直下の酸化膜に均一に電流を流すことができ、これにより測定時間を短縮しつつ信頼性の高い高精度な評価を行うことが可能となる。
以下、本発明のシリコンウェーハの評価方法について、更に詳細に説明する。
本発明における評価対象となるシリコンウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、シリコンエピタキシャルウェーハ等の各種シリコンウェーハを挙げることができる。特に、本発明の方法は短時間に高精度な評価が可能であるため、ポリッシュドウェーハ、エピタキシャルウェーハ、アニールドウェーハといった結晶欠陥が少ないシリコンウェーハやわずかな加工ダメージを含むシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性を測定することにより上記ウェーハを迅速に評価する方法として好適である。
これに対し本発明では、上記の通り大きな電極を用いて測定を行うため、測定点数の低減とウェーハの電極被覆率向上を両立することができる。本発明における電極被覆率(電極総面積のウェーハ表面積に対する割合)は、好ましくは40〜90%、より好ましくは70〜90%である。上記範囲内の被覆率であれば、ウェーハ表面の結晶欠陥や加工ダメージを電極直下の酸化膜下に取り込む確率を高くすることができ、比較的少ない電極数でもウェーハのほぼ全面を高感度に評価することができる。また、ウェーハ表面上の電極数は、50〜1000とすることが好ましく、200〜700とすることがより好ましい。ウェーハ上の電極数が上記範囲内であれば、ウェーハ全面の評価を短時間に行うことができる。なお、評価対象となるシリコンウェーハは、φ200mm、φ300mm、その他、φ450mm等どのような口径のウェーハであってもよい。本発明の評価方法は、従来の方法では測定に長時間を要する大型化した、直径400〜650mmの範囲にあるシリコンウェーハの評価方法としても好適である。
上記工程によりウェーハ上にMOS構造を形成した後、電極表面にプローブを接触させ、該プローブとシリコンウェーハとの間に電圧を印加して酸化膜耐圧特性の測定を行う。従来のGOI評価では、1つのプローブを設置し、このプローブを複数の電極に順次接触させて電圧印加を行っていた。しかし前記範囲の面積を有する大きな電極では、1つのプローブでは電極直下の酸化膜に均一に電流を流すことは困難である。そこで本発明では、上記面積を有する電極1つに対して複数のプローブを接触させて酸化膜耐圧特性の測定を行う。1つの電極に対し複数の電極を接触させることにより、大きな電極であっても電極直下の酸化膜に均一に電流を流すことができ、電極直下の酸化膜内の電界および電流密度を均一化し高精度な測定を行うことができる。
上記のように電圧を印加し続けると、電極直下の酸化膜が絶縁破壊すると電流値の上昇が検出される。絶縁破壊が起こると、電流値は、例えば、破壊前の電流値の10倍以上の値に上昇する。上記酸化膜の絶縁破壊は、ウェーハ表面部の結晶欠陥、加工ダメージ、金属汚染等の不良に起因して生じるため、酸化膜耐圧特性を測定することにより、ウェーハ表面の不良の有無および程度の判定、不良の存在位置の特定を行うことができる。なお、本発明ではウェーハ上の全電極に対し電圧を印加し酸化膜耐圧特性を測定することは必須ではないが、ウェーハ全面を評価し信頼性の高い評価結果を得るためには全電極について測定を行うことが好ましい。
(1)MOS構造の作製
φ200mmの低結晶欠陥ポリッシュドウェーハ表面に、熱酸化法により厚さ25nmの酸化膜を形成した。その上にポリシリコンをCVD法によって5000Å堆積させ、リンドープした後に、フォトリソグラフィによりレジストパターンをポリシリコン上に形成し、ドライエッチングによりポリシリコンをパターンニングし、レジスト除去を行った。その後、裏面の酸化膜を除去した。シリコンウェーハ上には、多数のMOS構造を持つ素子が形成された。電極1つあたりの面積は92.16mm2、電極数は293点/wf、ウェーハ表面の電極被覆率は86%であった。
上記作製した全電極について、電極1つに対し9本の測定プローブが等間隔で配列され電気的に並列に接続されたプローブカードを用いてTZDB(Time Zero Dielectric Breakdown)特性評価を行った。電圧印加条件は、電界強度に換算して最大16MV/cm、電圧印加パターンは昇圧ステップ0.2MV/cmの階段状電圧ストレス、電圧印加時間は0.5秒とした。
実施例1で評価したウェーハと同一ロット内のウェーハについて、電極面積20mm2、測定電極数208点/wf(電極被覆率13.2%)とし、電極1つに接触させるプローブ数を1つとした点以外は実施例1と同様の方法でTZDB特性評価を行った。
実施例1、比較例1および2の評価結果から算出される良品率は、実施例1:95.6%、比較例1:98.6%、比較例2:99.5%であった。実施例1、比較例1および2では同一ロット内のウェーハを評価したため欠陥の発生頻度は同一とみなすことができるにもかかわらず、比較例1、2では実施例1と比べて良品率が高かったことから、比較例1、2では不良品を良品として出荷してしまう可能性があるのに対し、実施例1によれば信頼性の高い評価を行うことができることが示された。
上記結果から、本発明によればウェーハ表面の結晶欠陥や加工ダメージを電極直下の酸化膜中に取り込む確率を高くし、シリコウェーハのほぼ全面を高感度に評価できることがわかる。
実施例1と同様の方法でシリコンウェーハ上にMOS構造を作製した。
作製した電極に接触させるプローブ数を、1本、2本、3本、4本、9本と変えてI−V特性を評価した。プローブ数が2本以上の場合は複数のプローブを電気的に並列に接続した。結果を図3に示す。
図3から、プローブの本数を増やすと電界強度が増加することがわかる。電解強度が増加すれば、電極内により均一に電流が流れるため、電極直下の酸化膜内の電界および電流密度をより均一にすることができると考えられる。
Claims (6)
- シリコンウェーハ表面に酸化膜を形成すること、
上記酸化膜上に複数の電極を形成すること、
上記電極の表面にプローブを接触させ、該プローブとシリコンウェーハとの間に電圧を印加して酸化膜耐圧特性を測定すること、
を含むシリコンウェーハの評価方法であって、
1つあたりの電極面積は40〜400mm2の範囲であり、かつ上記酸化膜耐圧特性の測定を、1つの電極に対し複数のプローブを接触させて行うことを特徴とするシリコンウェーハの評価方法。 - 前記複数の電極の総面積は、前記シリコンウェーハ表面積の40〜90%の範囲である請求項1に記載のシリコンウェーハの評価方法。
- 前記酸化膜耐圧特性の測定を、1つの電極に対し複数のプローブを電気的に並列に接続して行う請求項1または2に記載のシリコンウェーハの評価方法。
- 1つの電極に対し接触させるプローブの本数は4〜100本の範囲である請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコンウェーハの評価方法。
- 前記複数のプローブを、等間隔に配置し電極と接触させる請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコンウェーハの評価方法。
- 複数のシリコンウェーハからなるシリコンウェーハのロットを準備すること、
上記ロットから少なくとも1つのシリコンウェーハを抽出すること、
上記抽出されたシリコンウェーハを請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法によって評価すること、
上記評価により良品と判定されたシリコンウェーハと同一ロット内の他のシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷すること、
を含むシリコンウェーハの製造方法。
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