JP2013110276A - Semiconductor substrate evaluation method and semiconductor substrate for evaluation - Google Patents

Semiconductor substrate evaluation method and semiconductor substrate for evaluation Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor substrate evaluation method and a semiconductor substrate for evaluation, which can evaluate, with high accuracy, junction leakage current characteristics regarding a high quality wafer used for products such as a CCD and a CMOS sensor which require high yield.SOLUTION: A semiconductor substrate evaluation method comprises: forming on an evaluation target semiconductor substrate 1, a plurality of PN junctions 5, an isolation oxide film 6 for isolating the PN junctions 5 from each other and a channel stop layer 3 positioned under the isolation oxide film 6; and measuring junction leakage currents at the PN junctions 5 to perform evaluation.

Description

本発明は、半導体基板の評価方法および評価用半導体基板に関し、特には、接合リーク電流による半導体基板の評価方法および評価用半導体基板に関する。   The present invention relates to a semiconductor substrate evaluation method and an evaluation semiconductor substrate, and more particularly, to a semiconductor substrate evaluation method and an evaluation semiconductor substrate by junction leakage current.

メモリ、CCD等の固体撮像素子等の半導体装置の微細化、高性能化に伴い、それらの製品歩留まりを向上させるために、材料としてのシリコンウェーハにも高品質化が要求され、これに対応した各種シリコンウェーハが開発されている。固体撮像素子においては、シリコン基板品質が大きく影響し、特に、製品特性に直接影響を与えると推測されるウェーハ表層部の結晶性は重要である。表層品質の改善策として、1)不活性ガス又は水素を含む雰囲気中での高温処理、2)引き上げ条件の改善によるグロウ・イン(Grown−in)欠陥の低減、3)エピタキシャル成長ウェーハ等が開発されている。   With the miniaturization and high performance of semiconductor devices such as solid-state image sensors such as memories and CCDs, in order to improve the product yield, silicon wafers as materials are required to have high quality, and this has been dealt with. Various silicon wafers have been developed. In the solid-state imaging device, the quality of the silicon substrate has a great influence, and in particular, the crystallinity of the wafer surface layer portion, which is presumed to directly affect the product characteristics, is important. As measures for improving surface layer quality, 1) high-temperature treatment in an atmosphere containing inert gas or hydrogen, 2) reduction of grown-in defects by improving pulling conditions, and 3) epitaxial growth wafers have been developed. ing.

従来のシリコンウェーハ表面品質の電気的特性評価法としては、酸化膜耐圧(GOI)評価が用いられてきた。これは、シリコン表面に熱酸化によりゲート酸化膜を形成し、この上に電極を形成することで絶縁体であるシリコン酸化膜に電気的ストレスを印加し、この絶縁度合いによりシリコン表面品質を評価するものである。すなわち、もとのシリコン表面に欠陥や金属不純物が存在するとこれが熱酸化によりシリコン酸化膜に取り込まれたり、表面形状に応じた酸化膜が形成され、不均一な絶縁体になると絶縁性が低下することからシリコン表面品質を評価するものである。   As a conventional method for evaluating the electrical characteristics of the surface quality of a silicon wafer, oxide film breakdown voltage (GOI) evaluation has been used. In this method, a gate oxide film is formed on a silicon surface by thermal oxidation, and an electrode is formed thereon to apply an electrical stress to the silicon oxide film as an insulator, and the silicon surface quality is evaluated based on the degree of insulation. Is. That is, if defects or metal impurities are present on the original silicon surface, these are taken into the silicon oxide film by thermal oxidation, or an oxide film according to the surface shape is formed. Therefore, the silicon surface quality is evaluated.

これは、実デバイスにおいては、MOSFETのゲート酸化膜信頼性であり、これの改善に向けていろいろなウェーハ開発が行われた。特にCOPに関連したGrown−in欠陥に関連した研究は、ウェーハ、デバイスの改善に大きく寄与した。   In actual devices, this is the reliability of the gate oxide film of the MOSFET, and various wafers have been developed to improve this. In particular, research related to Grown-in defects related to COP has greatly contributed to the improvement of wafers and devices.

しかしながら、GOIで問題がなくても、デバイス歩留まりが低下するということは当然ありえるわけで、特に近年、デバイスの高集積化に伴い、このような事象が数多くなってきている。とりわけ固体撮像素子においては、空乏層外の中性領域からの拡散電流が影響するなど、その原理から考えて、ウェーハ起因の接合リーク電流を低減する必要性がある。   However, even if there is no problem with the GOI, it is naturally possible that the device yield decreases, and in particular, in recent years, such events have become more and more accompanied with the higher integration of devices. In particular, in a solid-state imaging device, it is necessary to reduce the junction leakage current caused by the wafer in view of the principle, such as the influence of the diffusion current from the neutral region outside the depletion layer.

上記の問題に直面し、シリコンウェーハ基板の更なる開発・改善を進めるわけであるが、実際に固体撮像素子などのデバイスを作製し評価してみないと効果の判別が出来ない問題点があった。固体撮像素子の心臓部ともいえる受光部の構造に着目し、ウェーハ面内にPN接合を形成し、この接合リーク電流を測定することが行われている。
シリコンウェーハ評価のために、構造の一例として特許文献1にガードリング付き構造が開示されており、基板析出との関連などが紹介されている。しかしガードリング構造ではガードリング側に印加する電圧の安定性が非常に重要であり、特に近年のデバイスは高集積化・高性能化が進み、非常に微小な欠陥、微量な汚染が影響するため、変動を出来るだけ小さく抑えたい。そのためガードリングを使わない構造を検討してきた。
Faced with the above problems, the silicon wafer substrate is being further developed and improved, but there is a problem that the effect cannot be determined unless a device such as a solid-state imaging device is actually fabricated and evaluated. It was. Paying attention to the structure of the light receiving portion that can be said to be the heart of the solid-state imaging device, a PN junction is formed in the wafer surface, and this junction leakage current is measured.
For silicon wafer evaluation, a structure with a guard ring is disclosed in Patent Document 1 as an example of the structure, and its relationship with substrate deposition is introduced. However, in the guard ring structure, the stability of the voltage applied to the guard ring side is very important. Especially in recent devices, high integration and high performance have progressed, and very minute defects and minute contamination are affected. I want to keep the fluctuation as small as possible. Therefore, the structure which does not use a guard ring has been examined.

シリコン基板等の評価に関連した接合リーク電流測定に関しては、例えば特許文献2に詳細が記載されている。構造についてはウェル領域中にPN接合を形成することが記載されている。
しかしながら、固体撮像素子の白キズや暗電流の問題を改善するためにはpAレベルで接合リーク電流を評価する必要があり、上記の評価方法では精度の面で不十分だった。
The details of the junction leakage current measurement related to the evaluation of a silicon substrate or the like are described in, for example, Patent Document 2. Regarding the structure, it is described that a PN junction is formed in a well region.
However, it is necessary to evaluate the junction leakage current at the pA level in order to improve the problem of white scratches and dark current of the solid-state imaging device, and the above evaluation method is insufficient in terms of accuracy.

特開平6−97247号公報JP-A-6-97247 特開2001−77168号公報JP 2001-77168 A

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、例えばCCD、CMOSセンサ等の高歩留まりが要求される製品に使用される高品質ウェーハに関して、接合リーク電流特性を高精度で評価することが可能な半導体基板の評価方法および評価用半導体基板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. For example, it is possible to evaluate junction leakage current characteristics with high accuracy with respect to high quality wafers used in products requiring high yield such as CCD and CMOS sensors. An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate evaluation method and an evaluation semiconductor substrate.

上記目的を達成するために、本発明は、接合リーク電流により半導体基板を評価する方法であって、評価する半導体基板に、複数のPN接合と、該複数のPN接合同士を分離する分離酸化膜と、該分離酸化膜の下に位置するチャネルストップ層とを形成してから、前記複数のPN接合における接合リーク電流を測定して評価を行うことを特徴とする半導体基板の評価方法を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention is a method for evaluating a semiconductor substrate by a junction leakage current, and includes a plurality of PN junctions and an isolation oxide film that separates the plurality of PN junctions from each other. And a channel stop layer positioned under the isolation oxide film, and measuring and evaluating junction leakage current at the plurality of PN junctions. .

このような半導体基板の評価方法であれば、実際の固体撮像素子等の製造において用いられるチャネルストップ層によって、接合リーク電流の評価においても、分離酸化膜や表面界面準位などの影響で、PN接合が形成されるウェル領域等の周辺の寄生空乏容量が発生するのを防止することができる。
したがって、高精度に接合リーク電流を評価することができ、半導体基板の評価をより精度良く行うことができる。
また、複数のPN接合を形成して接合リーク電流の測定・評価を行うので、接合リーク電流の面内分布を把握することができ、接合リーク電流の発生原因について詳細な検討が可能になる。
With such a method for evaluating a semiconductor substrate, the channel stop layer used in the manufacture of an actual solid-state imaging device or the like can be used to evaluate the junction leakage current due to the influence of the isolation oxide film or the surface interface level. It is possible to prevent the generation of parasitic depletion capacitance around the well region where the junction is formed.
Therefore, the junction leakage current can be evaluated with high accuracy, and the semiconductor substrate can be evaluated with higher accuracy.
In addition, since a plurality of PN junctions are formed and the junction leakage current is measured and evaluated, the in-plane distribution of the junction leakage current can be grasped, and the cause of the occurrence of the junction leakage current can be examined in detail.

このとき、前記複数のPN接合の各々の面積を0.5〜4mmとすることができる。
本発明における接合リーク電流測定では、例えばPN接合上に形成した電極等にプローブ(ニードル)を接触させて電圧を印加することで行う。この際、PN接合の面積を4mm以下とすることにより、シート抵抗の影響により電極面内に均一な電界印加が出来なくなるのを防ぐことができる。
At this time, the area of each of the plurality of PN junctions can be set to 0.5 to 4 mm 2 .
In the junction leakage current measurement in the present invention, for example, a voltage is applied by bringing a probe (needle) into contact with an electrode or the like formed on a PN junction. At this time, by setting the area of the PN junction to 4 mm 2 or less, it is possible to prevent the application of a uniform electric field in the electrode surface due to the influence of the sheet resistance.

また、実際のデバイスではミクロン単位の製品があり原理的にはそのサイズのPN接合の作製は可能だが、半導体基板の評価の観点ではそれほど小さくする必要はなく0.5mmを最小にすることができる。なお、測定器の精度の問題で、これ以上小さい面積とするとプローブが接触できなくて欠陥感度が十分得られなくなるのを防ぐためでもある。 In actual devices, there are products in the order of microns, and in principle it is possible to produce a PN junction of that size, but it is not necessary to make it so small from the viewpoint of semiconductor substrate evaluation, and 0.5 mm 2 should be minimized. it can. This is also to prevent the probe from being able to come into contact with a measurement device having a smaller area due to the accuracy of the measuring instrument, so that the defect sensitivity cannot be sufficiently obtained.

また、前記複数のPN接合と、分離酸化膜と、チャネルストップ層を形成するとき、前記半導体基板の表面に酸化膜を形成し、該形成した酸化膜の一部を除去することにより、複数の開口部を形成し、残された酸化膜を分離酸化膜とし、該形成した複数の開口部および分離酸化膜上から前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントをイオン注入し、前記複数の開口部の各々にウェル領域を形成するとともに、前記分離酸化膜下にチャネルストップ層を形成し、前記各々のウェル領域内に、該ウェル領域の導電型とは異なる導電型のドーパントを拡散して拡散層を形成して、前記複数のPN接合を形成することができる。   Further, when forming the plurality of PN junctions, the isolation oxide film, and the channel stop layer, an oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate, and a part of the formed oxide film is removed. An opening is formed, and the remaining oxide film is used as an isolation oxide film. A dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is ion-implanted from the plurality of openings and the isolation oxide film thus formed, A well region is formed in each of the openings, a channel stop layer is formed under the isolation oxide film, and a dopant having a conductivity type different from that of the well region is diffused into each well region. A plurality of PN junctions can be formed by forming a diffusion layer.

このようにすれば、特にはチャネルストップ層を簡単に形成することが可能となる。
また、ウェル領域の形成によって接合リーク電流を増加させることができ、高精度で評価を行うことができる。
In this way, in particular, it is possible to easily form a channel stop layer.
Further, the junction leakage current can be increased by forming the well region, and the evaluation can be performed with high accuracy.

また、前記ウェル領域において、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度を1×1017atoms/cm以下とすることができる。 In the well region, the concentration of a dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate can be set to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

特にボロンをイオン注入してウェル領域を形成する場合は、高濃度になりすぎると、イオン注入により転位が形成されウェル領域中に欠陥が形成されてしまう。本発明者が見出した上記範囲であれば、転位の発生がなく安定した測定が可能である。   In particular, when the well region is formed by ion implantation of boron, if the concentration is too high, dislocations are formed by the ion implantation and defects are formed in the well region. If it is the said range which this inventor discovered, generation | occurrence | production of a dislocation | rearrangement does not occur and stable measurement is possible.

また、前記ウェル領域において、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度を1×1016〜1×1017atoms/cmとし、深さを2μm以下とし、前記拡散層において、前記ウェル領域の導電型とは異なる導電型のドーパントの濃度を1×1018〜5×1020atoms/cmとし、深さを1μm以下とし、前記チャネルストップ層において、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度を1×1016〜1×1017atoms/cmとし、深さを0.5μm以下とすることができる。 In the well region, a dopant concentration of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is set to 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 and a depth is set to 2 μm or less. The dopant concentration of the conductivity type different from the conductivity type of the well region is 1 × 10 18 to 5 × 10 20 atoms / cm 3 , the depth is 1 μm or less, and in the channel stop layer, the conductivity type of the semiconductor substrate The concentration of the dopant of the same conductivity type can be 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 and the depth can be 0.5 μm or less.

まず、ウェル領域については、濃度を1×1016atoms/cm以上とすることで、ウェル領域としての効果をもたせることができ(これより低いと、半導体基板と同程度の不純物濃度となる)、1×1017atoms/cm以下とすることで、イオン注入時に欠陥が導入されるのを防ぐことができる。
また、深さについては、2μm以下とすることで、それよりも深くまで形成するためにイオン注入の加速電圧が高くなり欠陥が導入されるのを防ぐことができる。
First, the well region can have an effect as a well region by setting the concentration to 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more (if it is lower than this, the impurity concentration is comparable to that of the semiconductor substrate). By setting it to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less, it is possible to prevent the introduction of defects during ion implantation.
Further, by setting the depth to 2 μm or less, it is possible to prevent the introduction of defects due to an increase in the ion implantation acceleration voltage in order to form deeper than that.

拡散層については、PN接合形成のため、濃度はウェル領域よりも高くする。例えばイオン注入やリンガラス拡散で得られる最高濃度を上限(5×1020atoms/cm)とし、下限(1×1018atoms/cm)はPN接合を形成するためウェル領域の一桁上の濃度とすることができる。
深さはウェル領域の範囲内、例えば1μm以下とすることができる。
The diffusion layer has a higher concentration than the well region for forming a PN junction. For example, the maximum concentration obtained by ion implantation or phosphorus glass diffusion is set as the upper limit (5 × 10 20 atoms / cm 3 ), and the lower limit (1 × 10 18 atoms / cm 3 ) is one digit higher than the well region to form a PN junction. Concentration.
The depth can be within the range of the well region, for example, 1 μm or less.

チャネルストップ層については、濃度としてはウェル領域と同じである方が形成しやすくかつ周辺でのキャリア勾配が生じない。
また深さは深い必要はなく、イオン注入で制御可能な上記範囲とすることができる。
The channel stop layer is more easily formed when the concentration is the same as that of the well region, and no carrier gradient occurs in the periphery.
Further, the depth does not need to be deep and can be in the above-described range that can be controlled by ion implantation.

また、本発明は、接合リーク電流により評価するための評価用半導体基板であって、複数のPN接合と、該複数のPN接合同士を分離する分離酸化膜と、該分離酸化膜の下に位置するチャネルストップ層とが形成されたものであることを特徴とする評価用半導体基板を提供する。   Further, the present invention is a semiconductor substrate for evaluation for evaluating by junction leakage current, wherein a plurality of PN junctions, an isolation oxide film separating the plurality of PN junctions, and a position below the isolation oxide film An evaluation semiconductor substrate is provided in which a channel stop layer is formed.

このような評価用半導体基板であれば、チャネルストップ層によって、接合リーク電流の評価においてもPN接合が形成されるウェル領域等の周辺の寄生空乏容量が発生するのを防止することができ、接合リーク電流を高精度に評価し、さらには半導体基板を高精度に評価することができる。
また、複数のPN接合を形成して接合リーク電流の測定・評価を行うことが可能であり、接合リーク電流の面内分布を把握することができ、接合リーク電流の発生原因について詳細な検討が可能になる。
In such an evaluation semiconductor substrate, the channel stop layer can prevent the generation of parasitic depletion capacitance around the well region where the PN junction is formed even in the evaluation of the junction leakage current. The leakage current can be evaluated with high accuracy, and further, the semiconductor substrate can be evaluated with high accuracy.
In addition, it is possible to measure and evaluate junction leakage current by forming multiple PN junctions, to understand the in-plane distribution of junction leakage current, and to investigate the cause of junction leakage current in detail. It becomes possible.

このとき、前記複数のPN接合は、各々の面積が0.5〜4mmのものとすることができる。
このように4mm以下のものであれば、接合リーク電流測定において、PN接合上に形成した電極等にプローブを接触して電圧を印加するにあたって、シート抵抗の影響により電極面内に均一な電界印加が出来なくなるのを防ぐことができる。
また、半導体基板の評価の観点では0.5mm以上あれば足りるし、プローブの接触等の点からもそれ以上とするのが好ましい。
At this time, each of the plurality of PN junctions may have an area of 0.5 to 4 mm 2 .
When the voltage is 4 mm 2 or less, a uniform electric field is generated in the electrode surface due to the influence of the sheet resistance when the probe is brought into contact with the electrode or the like formed on the PN junction in the measurement of the junction leakage current. It is possible to prevent the application from being impossible.
Further, from the viewpoint of evaluation of the semiconductor substrate, 0.5 mm 2 or more is sufficient, and it is preferably more than that in terms of contact with the probe.

また、前記PN接合は、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントがイオン注入されたウェル領域と、該ウェル領域内に形成され、該ウェル領域の導電型とは異なる導電型のドーパントが拡散された拡散層からなるものとすることができる。   The PN junction is formed in a well region into which a dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is ion-implanted, and a dopant having a conductivity type different from the conductivity type of the well region. It can consist of a diffused diffusion layer.

このようなものであれば、ウェル領域によって接合リーク電流を増加させることができ、高精度で評価を行うことができる。   In such a case, the junction leakage current can be increased by the well region, and the evaluation can be performed with high accuracy.

また、前記ウェル領域は、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度が1×1017atoms/cm以下のものとすることができる。 The well region may have a dopant concentration of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate of 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

特にボロンをイオン注入してウェル領域を形成する場合は、高濃度になりすぎると、イオン注入により転位が形成されウェル領域中に欠陥が形成されてしまうが、上記範囲であれば、転位の発生がなく安定した測定が可能になる。   In particular, when a well region is formed by ion implantation of boron, if the concentration is too high, dislocations are formed by ion implantation and defects are formed in the well region. Stable measurement is possible.

また、前記ウェル領域は、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度が1×1016〜1×1017atoms/cmであり、深さが2μm以下であり、前記拡散層は、前記ウェル領域の導電型とは異なる導電型のドーパントの濃度が1×1018〜5×1020atoms/cmであり、深さが1μm以下であり、前記チャネルストップ層は、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度が1×1016〜1×1017atoms/cmであり、深さが0.5μm以下のものとすることができる。 The well region has a dopant concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 of the same conductivity type as the conductivity type of the semiconductor substrate, a depth of 2 μm or less, and the diffusion layer has The dopant concentration of the conductivity type different from the conductivity type of the well region is 1 × 10 18 to 5 × 10 20 atoms / cm 3 , the depth is 1 μm or less, and the channel stop layer is formed on the semiconductor substrate. The concentration of a dopant having the same conductivity type as that of the first conductive layer may be 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 and the depth may be 0.5 μm or less.

ウェル領域については、濃度を1×1016atoms/cm以上とすることで、ウェル領域としての効果をもたせることができ、1×1017atoms/cm以下とすることで、イオン注入時に欠陥が導入されるのを防ぐことができる。
また、深さについては、2μm以下とすることで、イオン注入の加速電圧が高いことが原因で欠陥が導入されるのを防ぐことができる。
With respect to the well region, by setting the concentration to 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more, an effect as a well region can be obtained, and by setting the concentration to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less, defects are caused during ion implantation Can be prevented from being introduced.
Further, by setting the depth to 2 μm or less, it is possible to prevent a defect from being introduced due to a high acceleration voltage for ion implantation.

拡散層については、例えばイオン注入やリンガラス拡散で得られる最高濃度を上限(5×1020atoms/cm)とし、下限(1×1018atoms/cm)はPN接合を形成するためウェル領域の一桁上の濃度とすることができる。
深さはウェル領域の範囲内、例えば1μm以下とすることができる。
For the diffusion layer, for example, the maximum concentration obtained by ion implantation or phosphorus glass diffusion is set as the upper limit (5 × 10 20 atoms / cm 3 ), and the lower limit (1 × 10 18 atoms / cm 3 ) is used to form a PN junction. The density can be one digit higher in the area.
The depth can be within the range of the well region, for example, 1 μm or less.

チャネルストップ層については、濃度としてはウェル領域と同じである方が形成しやすくかつ周辺でのキャリア勾配が生じない。
また深さは深い必要はなく、イオン注入で制御可能な上記範囲とすることができる。
The channel stop layer is more easily formed when the concentration is the same as that of the well region, and no carrier gradient occurs in the periphery.
Further, the depth does not need to be deep and can be in the above-described range that can be controlled by ion implantation.

以上のように、本発明の半導体基板の評価方法や評価用半導体基板によれば、チャネルストップ層によってPN接合が形成されるウェル領域等の周辺の寄生空乏容量が発生するのを防止でき、従来よりも高精度に、接合リーク電流を測定し、半導体基板の評価を行うことができる。   As described above, according to the semiconductor substrate evaluation method and the semiconductor substrate for evaluation according to the present invention, it is possible to prevent the generation of parasitic depletion capacitance around the well region where the PN junction is formed by the channel stop layer. The junction leakage current can be measured with higher accuracy and the semiconductor substrate can be evaluated.

本発明の評価用半導体基板の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the semiconductor substrate for evaluation of this invention. 本発明の半導体基板の評価方法のフローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flow of the evaluation method of the semiconductor substrate of this invention. 実施例における空乏層の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the depletion layer in an Example. 実施例および比較例1、2における接合リーク電流と印加電圧の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the junction leakage current in an Example and Comparative Examples 1 and 2, and an applied voltage. 比較例1における空乏層の状態を示す説明図である。6 is an explanatory diagram showing a state of a depletion layer in Comparative Example 1. FIG. 比較例2における空乏層の状態を示す説明図である。10 is an explanatory diagram showing a state of a depletion layer in Comparative Example 2. FIG.

上述したように、特許文献2には接合リーク電流の測定に関して記載されているものの、ウェル領域中にPN接合を形成することのみが記載されているが、測定レベルの精度の面において不十分だった。特許文献2では、実際の固体撮像素子の製造において用いられる、ウェル領域の周辺の寄生空乏容量の発生を防止するためのチャネルストップ層の形成については記載されておらず、小さい面積のPN接合の評価用素子で測定しているだけであり、ウェル領域の周辺の寄生空乏容量まで考慮されていない。   As described above, Patent Document 2 describes the measurement of junction leakage current, but only describes the formation of a PN junction in the well region, but is insufficient in terms of measurement level accuracy. It was. Patent Document 2 does not describe the formation of a channel stop layer for preventing the generation of parasitic depletion capacitance around the well region, which is used in the manufacture of an actual solid-state imaging device. It is only measured with an evaluation element, and the parasitic depletion capacitance around the well region is not taken into consideration.

しかし、固体撮像素子の白キズや暗電流の問題を改善するためにはpAレベルで接合リーク電流を評価する必要があり、接合リーク電流の評価においてもウェル周辺の寄生空乏容量の発生を防止する必要があると考えられる。本発明者は、以上のことを考慮、検討した結果、微小な接合リーク電流の測定において、特許文献2に記載の構造にさらに、チャネルストップ層の形成を組み合わせることにより、接合リーク電流の検出精度を向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。   However, it is necessary to evaluate the junction leakage current at the pA level in order to improve the problem of white scratches and dark current of the solid-state imaging device, and also in the evaluation of the junction leakage current, the generation of parasitic depletion capacitance around the well is prevented. It is considered necessary. As a result of considering and examining the above, the present inventor has found that the junction leak current detection accuracy can be improved by combining the structure described in Patent Document 2 with the formation of a channel stop layer in the measurement of a minute junction leak current. The present invention has been completed.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明の評価用半導体基板について説明する。
図1は、本発明の評価用半導体基板の一例の概略を示している。図1に示すように、本発明の評価用半導体基板1においては、評価対象の半導体基板1’内に、半導体基板1’と同じ導電型のドーパントがイオン注入されたウェル領域2が形成されている。また、該ウェル領域2の周辺にも、半導体基板1’と同じ導電型のドーパントがイオン注入されたチャネルストップ層3が形成されている。そして、ウェル領域2の中には、ウェル領域2の導電型とは異なる導電型のドーパントが拡散された拡散層4が形成されており、ウェル領域内でPN接合5が形成されている。
Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described in detail, referring to drawings, the present invention is not limited to this.
First, the semiconductor substrate for evaluation of the present invention will be described.
FIG. 1 shows an outline of an example of a semiconductor substrate for evaluation according to the present invention. As shown in FIG. 1, in the semiconductor substrate for evaluation 1 of the present invention, a well region 2 in which a dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 1 ′ is ion-implanted is formed in the semiconductor substrate 1 ′ to be evaluated. Yes. A channel stop layer 3 in which a dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 1 ′ is ion-implanted is also formed around the well region 2. A diffusion layer 4 in which a dopant having a conductivity type different from that of the well region 2 is diffused is formed in the well region 2, and a PN junction 5 is formed in the well region.

なお、ここでは半導体基板1’、ウェル領域2、チャネルストップ層3はP型のドーパント(ボロン等)がドープされており、一方で拡散層4はN型のドーパント(リン等)がドープされている。ただし、当然この態様に限定されず、逆の態様とすることも可能である。   Here, the semiconductor substrate 1 ′, the well region 2, and the channel stop layer 3 are doped with a P-type dopant (boron or the like), while the diffusion layer 4 is doped with an N-type dopant (phosphorus or the like). Yes. However, it is naturally not limited to this aspect, and the reverse aspect is also possible.

また、上記のようなウェル領域2および拡散層4が半導体基板1’の面内に複数形成されており、PN接合5が複数形成されている。
そして、半導体基板1’の表面には分離酸化膜6が形成されており、各PN接合同士を分離している。上記チャネルストップ層3は分離酸化膜6の直下に位置している。
A plurality of well regions 2 and diffusion layers 4 as described above are formed in the surface of the semiconductor substrate 1 ′, and a plurality of PN junctions 5 are formed.
An isolation oxide film 6 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 ′ to separate the PN junctions. The channel stop layer 3 is located immediately below the isolation oxide film 6.

ここで、各領域・層のドーパント濃度や深さ等について一例を挙げて説明するが、当然これに限定されず、その都度適切な数値に設定することが可能である。目的やコスト等に応じて適宜決定することができる。   Here, although an example is given and demonstrated about the dopant concentration, depth, etc. of each area | region and layer, naturally it is not limited to this, It is possible to set to an appropriate numerical value each time. It can be determined appropriately according to the purpose and cost.

まず、ウェル領域2においては、ドーパント濃度は、ドーパントを例えばイオン注入して形成されたものである場合、高濃度のためにイオン注入により転位が形成されてウェル領域中に欠陥が形成されるのを防ぐため、1×1017atoms/cm以下にすることができる。特にドーパントがボロンの場合に、上記のような欠陥の形成の傾向があるため注意すると良い。
そして、特には、ドーパント濃度を1×1016atoms/cm以上とすることで、ウェル領域としての効果をもたせることができる。これより低いと、半導体基板1’と同程度のドーパント濃度となってしまうからである。
First, in the well region 2, when the dopant concentration is formed by ion implantation of the dopant, for example, dislocations are formed by ion implantation due to the high concentration, and defects are formed in the well region. In order to prevent this, it can be set to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less. In particular, when the dopant is boron, attention should be paid to the tendency of the above-described defect formation.
In particular, when the dopant concentration is 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more, an effect as a well region can be provided. This is because if it is lower than this, the dopant concentration will be comparable to that of the semiconductor substrate 1 ′.

また、深さについては、2μm以下とすることで、イオン注入の加速電圧が高いのが原因で欠陥が導入されるのを防ぐことができる。
なお、浅すぎると評価できる空乏層幅が小さくなり、半導体基板1’の評価として感度が低下してしまうので注意が必要である。
Further, by setting the depth to 2 μm or less, it is possible to prevent the introduction of defects due to the high acceleration voltage for ion implantation.
Note that if it is too shallow, the width of the depletion layer that can be evaluated becomes small, and sensitivity is lowered as an evaluation of the semiconductor substrate 1 ′.

また、拡散層4においては、例えばイオン注入やリンガラス拡散で得られる最高濃度を上限(5×1020atoms/cm)とし、下限(1×1018atoms/cm)はPN接合を形成するためウェル領域の一桁上の濃度とすることができる。
深さに関しては、当然ウェル内に形成するため、例えば1μm以下とすることができる。
In the diffusion layer 4, for example, the maximum concentration obtained by ion implantation or phosphorous glass diffusion is set as the upper limit (5 × 10 20 atoms / cm 3 ), and the lower limit (1 × 10 18 atoms / cm 3 ) forms a PN junction. Therefore, the concentration can be increased by an order of magnitude in the well region.
Regarding the depth, since it is naturally formed in the well, it can be, for example, 1 μm or less.

次に、チャネルストップ層3については、ドーパント濃度としてはウェル領域2と同じである方が形成しやすくかつ周辺でのキャリア勾配が生じない。したがって、1×1016〜1×1017atoms/cmとすることができる。
また深さは深い必要はなく、イオン注入で制御可能な0.5μm以下とすることができる。
Next, the channel stop layer 3 is more easily formed when the dopant concentration is the same as that of the well region 2 and no carrier gradient occurs in the periphery. Therefore, it can be set to 1 * 10 < 16 > -1 * 10 < 17 > atoms / cm < 3 >.
The depth does not need to be deep and can be 0.5 μm or less which can be controlled by ion implantation.

次に、分離酸化膜6について述べる。
この分離酸化膜6の形成方法や厚さ等も特に限定されず、その都度決定することができる。例えば、熱酸化膜でもCVD膜でも良い。なお、厚さに関しては、特にはチャネルストップ層3が分離酸化膜上からイオン注入で形成されたものの場合、例えば100〜500nmの範囲のものとすることができる。このような範囲のものであれば、イオン注入の際に、一部のドーパントを適切に通過させて分離酸化膜6の直下にチャネルストップ層3を形成させることができるからである。
Next, the isolation oxide film 6 will be described.
The formation method and thickness of the isolation oxide film 6 are not particularly limited, and can be determined each time. For example, a thermal oxide film or a CVD film may be used. Regarding the thickness, in particular, in the case where the channel stop layer 3 is formed by ion implantation from above the isolation oxide film, it can be in the range of, for example, 100 to 500 nm. In such a range, it is possible to form the channel stop layer 3 immediately below the isolation oxide film 6 by appropriately passing a part of the dopant during ion implantation.

また、PN接合5に関して、個別の面積(なお、ここでは、分離酸化膜6で囲われた部分(開口部7)の面積をいう)を0.5〜4mmとすることができる。
接合リーク電流の測定では、プローブを拡散層4に点接触させて電圧を印加することになるが、PN接合の面積を4mm以下とすることで、シート抵抗の影響により均一な電界印加が出来なくなるのを防ぐことができる。
さらには、半導体基板の評価の観点では0.5mm以上あれば足りるし、プローブの接触等の点からも0.5mm以上とするのが好ましい。
In addition, regarding the PN junction 5, the individual area (here, the area of the portion (opening 7) surrounded by the isolation oxide film 6) can be set to 0.5 to 4 mm 2 .
In the measurement of the junction leakage current, the probe is brought into point contact with the diffusion layer 4 and a voltage is applied. By making the area of the PN junction 4 mm 2 or less, a uniform electric field can be applied due to the influence of the sheet resistance. It can be prevented from disappearing.
Furthermore, 0.5 mm 2 or more is sufficient from the viewpoint of evaluation of the semiconductor substrate, and 0.5 mm 2 or more is preferable from the viewpoint of probe contact and the like.

また、PN接合5が複数形成されていれば、半導体基板1’の接合リーク電流の面内分布を所望のように測定することができるが、その具体的な数は特に限定されない。PN接合5の面積や、目的のデータ量、測定の手間、コスト等も併せて考慮して形成する数を適宜決定することができる。   If a plurality of PN junctions 5 are formed, the in-plane distribution of the junction leakage current of the semiconductor substrate 1 ′ can be measured as desired, but the specific number is not particularly limited. The number of the PN junctions 5 can be appropriately determined in consideration of the area of the PN junction 5, the target data amount, the measurement effort, the cost and the like.

さらには、必要に応じて、複数のPN接合5上に、フォトリソグラフィでアルミニウムや多結晶シリコン等からなる電極8がさらに形成されている。接合リーク電流の測定は、該電極8にプローブを接触させて電圧を印加して行うことが可能である。   Furthermore, as necessary, an electrode 8 made of aluminum, polycrystalline silicon, or the like is further formed on the plurality of PN junctions 5 by photolithography. The junction leakage current can be measured by applying a voltage with a probe in contact with the electrode 8.

次に、本発明の半導体基板の評価方法について説明する。
図2に本発明の半導体基板の評価方法のフローの一例を示す。なお、本発明は図2のフローに限定されず、複数のPN接合と、該PN接合を分離する分離酸化膜と、該分離酸化膜の下に位置するチャネルストップ層とを形成してからPN接合における接合リーク電流を測定して評価すれば良く、各々の具体的な工程については適宜決定することができる。後述するように、図2のフローであれば、特にはチャネルストップ層を簡便に形成することができる。
(工程1) 酸化膜の形成
まず、用意した評価対象の半導体基板1’にマスクとなる酸化膜9を形成する。この酸化膜9は熱酸化により形成してもCVDにより形成しても良いが、以下の点に注意する。
Next, a method for evaluating a semiconductor substrate according to the present invention will be described.
FIG. 2 shows an example of the flow of the semiconductor substrate evaluation method of the present invention. Note that the present invention is not limited to the flow of FIG. 2, and after forming a plurality of PN junctions, an isolation oxide film separating the PN junctions, and a channel stop layer located under the isolation oxide film, What is necessary is just to measure and evaluate the junction leakage current in junction, and it can determine suitably about each specific process. As will be described later, the channel stop layer can be particularly easily formed with the flow of FIG.
(Step 1) Formation of Oxide Film First, an oxide film 9 serving as a mask is formed on the prepared semiconductor substrate 1 ′ to be evaluated. The oxide film 9 may be formed by thermal oxidation or CVD, but attention should be paid to the following points.

後の工程において、ウェル領域2の形成のためにイオン注入を行うが、このときのイオンがわずかに酸化膜9を通過するような厚さとすることができる。この厚さは、元素や、加速電圧等に依存するため、工程、設備に適した値を探る必要がある。
イオン注入時のマスクとして適切に機能するように、また、パターンが薄くなって実際の測定時にパターン認識が不可能とならないように、例えば100nm以上とすることができる。
さらに、例えば500nmより厚いと、イオン注入のイオンを完全にマスクしてしまい酸化膜9の直下にチャネルストップ層3が形成されにくい。
In a later step, ion implantation is performed to form the well region 2, and the thickness can be made such that ions at this time slightly pass through the oxide film 9. Since this thickness depends on the element, acceleration voltage, etc., it is necessary to find a value suitable for the process and equipment.
For example, the thickness can be set to 100 nm or more so as to function appropriately as a mask at the time of ion implantation and so that the pattern becomes thin and pattern recognition becomes impossible at the time of actual measurement.
Further, for example, if it is thicker than 500 nm, the ion-implanted ions are completely masked, and the channel stop layer 3 is hardly formed immediately below the oxide film 9.

当然、酸化膜厚さは特に限定されないが、実用的な範囲としては上記の100〜500nm程度の範囲とすることができる。   Of course, the thickness of the oxide film is not particularly limited, but as a practical range, it can be in the range of about 100 to 500 nm.

(工程2) 窓開け処理(開口部および分離酸化膜の形成)
このように、工程1で形成した酸化膜9にフォトリソグラフィーを行い、酸化膜9の一部をドライエッチングないしはウエットエッチングにより窓明け処理を行う。上述したように、このとき窓明けした部分(開口部7)の面積がPN接合の面積に相当することになる。したがって開口部7の形成にあたっては、上述したように、各々、例えば0.5〜4mmとすることができる。接合リーク電流の面内分布を求められるように、複数の開口部7を形成するが、具体的な形成数は特に限定されず、その都度決定することができる。
なお、開口部7以外の部分で残った酸化膜9が分離酸化膜6に相当する。
(Process 2) Window opening process (formation of opening and isolation oxide film)
As described above, photolithography is performed on the oxide film 9 formed in the step 1, and a part of the oxide film 9 is subjected to windowing processing by dry etching or wet etching. As described above, the area of the windowed portion (opening 7) at this time corresponds to the area of the PN junction. Therefore, in forming the opening 7, as described above, it can be set to 0.5 to 4 mm 2 , for example. A plurality of openings 7 are formed so that the in-plane distribution of the junction leakage current can be obtained, but the specific number of formation is not particularly limited and can be determined each time.
Note that the oxide film 9 remaining in the portion other than the opening 7 corresponds to the isolation oxide film 6.

(工程3) イオン注入処理(ウェル領域およびチャネルストップ層の形成)
次に、この状態で、開口部7および分離酸化膜6の上から、イオン注入処理を行う。このイオン注入処理によって、半導体基板1’の導電型と同じ導電型のドーパントを注入し、開口部7の箇所にウェル領域2を形成する。このとき、同時に分離酸化膜6の直下にチャネルストップ層3を形成する。このような方法であれば、特には、ウェル領域2のみならずチャネルストップ層3も同時に形成することができるので簡便である。
(Step 3) Ion implantation process (formation of well region and channel stop layer)
Next, in this state, an ion implantation process is performed from above the opening 7 and the isolation oxide film 6. By this ion implantation process, a dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 1 ′ is implanted to form the well region 2 at the opening 7. At this time, the channel stop layer 3 is formed immediately below the isolation oxide film 6. Such a method is particularly convenient because not only the well region 2 but also the channel stop layer 3 can be formed simultaneously.

上述したように、例えば、ウェル領域2のドーパント濃度として1×1016〜1×1017atoms/cmとし、深さを2μm以下とすることができる。また、チャネルストップ層3においてはドーパントの濃度を1×1016〜1×1017atoms/cmとし、深さを0.5μm以下とすることができる。 As described above, for example, the dopant concentration of the well region 2 can be set to 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 and the depth can be set to 2 μm or less. In the channel stop layer 3, the dopant concentration can be set to 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 and the depth can be set to 0.5 μm or less.

なお、特には、このときのイオン注入処理の条件(ドーズ量や加速電圧等)は、分離酸化膜6の厚さを考慮した上で、分離酸化膜6の直下に所望の深さ(厚さ)のチャネルストップ層3が形成できるように注意する必要がある。予め実験等を行っておき、酸化膜厚、イオン注入処理の条件の適切な組合せを調査しておくとよい。
このあと回復熱処理を行う。
In particular, the ion implantation process conditions (dose amount, acceleration voltage, etc.) at this time take into account the thickness of the isolation oxide film 6 and a desired depth (thickness) immediately below the isolation oxide film 6. Care must be taken to form the channel stop layer 3). It is preferable to conduct an experiment or the like in advance and investigate an appropriate combination of oxide film thickness and ion implantation treatment conditions.
Thereafter, recovery heat treatment is performed.

(工程4) 拡散層およびPN接合の形成
このあと、PN接合形成のため、ウェル領域2の導電型とは異なる導電型のドーパントを拡散させ、拡散層4を形成する。このときの拡散はイオン注入処理でも、固体拡散処理でも良い。また、イオン注入処理を使った場合は、ウェル領域2の形成時における回復熱処理とを兼ねることができる。
以上のようにしてPN接合を形成することができ、評価用半導体基板1を得ることができる。
(Step 4) Formation of Diffusion Layer and PN Junction Thereafter, a dopant having a conductivity type different from that of the well region 2 is diffused to form the diffusion layer 4 in order to form a PN junction. The diffusion at this time may be an ion implantation process or a solid diffusion process. Further, when the ion implantation process is used, it can also serve as a recovery heat treatment when the well region 2 is formed.
As described above, a PN junction can be formed, and the semiconductor substrate 1 for evaluation can be obtained.

上述したように、例えば、拡散層4において、ウェル領域2の導電型とは異なる導電型のドーパントの濃度を1×1018〜5×1020atoms/cmとし、深さを1μm以下とすることができる。 As described above, for example, in the diffusion layer 4, the dopant concentration of the conductivity type different from the conductivity type of the well region 2 is 1 × 10 18 to 5 × 10 20 atoms / cm 3 and the depth is 1 μm or less. be able to.

(工程5) 接合リーク電流の測定および半導体基板の評価
上記のようにして得た評価用半導体基板1に、必要に応じて、複数のPN接合上にフォトリソグラフィでアルミニウムや多結晶シリコン等からなる電極8を各々さらに形成し、該電極8にプローブを接触させて電圧を印加し、接合リーク電流の測定を行う。
本発明ではウェル領域2の周辺、すなわち、分離酸化膜6の直下にチャネルストップ層3を形成しているため、ウェル領域2の周辺に寄生空乏容量が発生するのを防ぐことができ、接合リーク電流の検出精度を向上することができる。
そして、このようにして得られた精度の高い接合リーク電流特性を用い、半導体基板を精度高く評価を行うことが可能である。
(Step 5) Measurement of Junction Leakage Current and Evaluation of Semiconductor Substrate The evaluation semiconductor substrate 1 obtained as described above is made of aluminum, polycrystalline silicon, or the like by photolithography on a plurality of PN junctions as necessary. Each of the electrodes 8 is further formed, a probe is brought into contact with the electrodes 8, a voltage is applied, and a junction leakage current is measured.
In the present invention, since the channel stop layer 3 is formed around the well region 2, that is, immediately below the isolation oxide film 6, it is possible to prevent the occurrence of parasitic depletion capacitance around the well region 2, thereby preventing junction leakage. Current detection accuracy can be improved.
Then, it is possible to evaluate the semiconductor substrate with high accuracy by using the high-accuracy junction leakage current characteristic thus obtained.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例)
本発明の半導体基板の評価方法を実施した。
抵抗率10Ω・cm、ボロンドープ(濃度が1×1015atoms/cm)、直径200mmのシリコンウェーハを材料として用意した。そして、まずこれをPyro雰囲気で1000℃、90分の熱処理を施し、200nmの酸化膜を形成した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Example)
The semiconductor substrate evaluation method of the present invention was carried out.
A silicon wafer having a resistivity of 10 Ω · cm, boron dope (concentration of 1 × 10 15 atoms / cm 3 ), and a diameter of 200 mm was prepared as a material. First, this was subjected to a heat treatment at 1000 ° C. for 90 minutes in a Pyro atmosphere to form an oxide film of 200 nm.

この後、レジストを塗布してフォトリソグラフィを行う。今回はネガレジストを選択した。なお、面積が4mmの酸化膜の開口部をウェーハ面内に複数得られるようにマスクを工夫した。このレジスト付きウェーハを、バッファードHF溶液にて酸化膜のエッチングを行い、硫酸過酸化水素混合液にてレジストを除去後、RCA洗浄を実施した。 Thereafter, a resist is applied and photolithography is performed. This time I chose negative resist. The mask was devised so that a plurality of openings of an oxide film with an area of 4 mm 2 could be obtained in the wafer surface. The resist-coated wafer was etched with an oxide film with a buffered HF solution, and the resist was removed with a sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture, followed by RCA cleaning.

この開口部が形成されたウェーハに、加速電圧55KeV、ドーズ量2×1012atoms/cmでボロンをイオン注入して、ウェル領域およびチャネルストップ層を形成し、1000℃、窒素雰囲気下で回復アニールを行った。
その後、リンガラスを塗布拡散し、リンを表面より拡散することでウェル領域内に拡散層を形成して、PN接合を形成した。
この条件で、ウェル領域はボロンの濃度が1×1017atoms/cm、深さ1μmとなり、チャネルストップ層は酸化膜直下の濃度が1×1017atoms/cm、深さ0.5μmとなり、拡散層は濃度が1×1019atoms/cm、深さ0.4μmとなった。
Boron is ion-implanted into the wafer in which the opening is formed at an acceleration voltage of 55 KeV and a dose of 2 × 10 12 atoms / cm 2 to form a well region and a channel stop layer, and recovered at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere. Annealing was performed.
Thereafter, phosphorus glass was applied and diffused, and phosphorus was diffused from the surface to form a diffusion layer in the well region to form a PN junction.
Under this condition, the well region has a boron concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 and a depth of 1 μm, and the channel stop layer has a concentration immediately below the oxide film of 1 × 10 17 atoms / cm 3 and a depth of 0.5 μm. The diffusion layer had a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 and a depth of 0.4 μm.

そして、開口部に多結晶シリコンからなる電極を形成し、プローブを当てて電圧を印加して接合リーク電流の測定を行った。このときの空乏層の状態を図3に示す。   Then, an electrode made of polycrystalline silicon was formed in the opening, and a probe was applied to apply a voltage to measure the junction leakage current. The state of the depletion layer at this time is shown in FIG.

また、本構造の接合リーク電流の測定結果の一例を図4に示す。図4に示すように、1×10−11〜1×10−12A程度の接合リーク電流の検出、すなわち、ピコアンペアレベルの検出が可能となっていることが分かる。このようなレベルで測定可能であれば、温度特性などの取得も容易である。
このようにして、ウェーハ面内に形成された複数のPN接合を用い、接合リーク電流のウェーハ面内の分布を得ることができた。
An example of the measurement result of the junction leakage current of this structure is shown in FIG. As shown in FIG. 4, it can be seen that the junction leakage current of about 1 × 10 −11 to 1 × 10 −12 A, that is, the picoampere level can be detected. If measurement is possible at such a level, acquisition of temperature characteristics and the like is easy.
In this way, using a plurality of PN junctions formed in the wafer surface, the distribution of junction leakage current in the wafer surface could be obtained.

なお、ウェル領域のボロンの濃度が1×1018atoms/cmとなるようにイオン注入時のドーズ量1×1013atoms/cmにする以外は上記と同様にして接合リーク電流を測定した。
その結果、上記のボロンの濃度が1×1017atoms/cmのときよりも、接合リーク電流の値が一桁程度増加し、1×10−10〜1×10−11A程度となった。これはイオン注入時に導入された欠陥によるものであると推測される。
The junction leakage current was measured in the same manner as described above except that the dose amount during ion implantation was 1 × 10 13 atoms / cm 2 so that the boron concentration in the well region was 1 × 10 18 atoms / cm 3 . .
As a result, the value of the junction leakage current increased by an order of magnitude, compared to when the boron concentration was 1 × 10 17 atoms / cm 3 , and became about 1 × 10 −10 to 1 × 10 −11 A. . This is presumably due to defects introduced at the time of ion implantation.

(比較例1)
本発明の半導体基板の評価方法とは異なり、ウェル領域およびチャネルストップ層を形成することなく接合リーク電流の測定を行って半導体基板の評価を行った。
開口部が形成されたウェーハを実施例1と同様にして用意し、リンガラスを塗布拡散し、リンを表面より拡散することでウェーハ内に拡散層を形成して、PN接合を形成した。拡散層は濃度が1×1019atoms/cm、深さ0.4μmとなった。
(Comparative Example 1)
Unlike the semiconductor substrate evaluation method of the present invention, the semiconductor substrate was evaluated by measuring the junction leakage current without forming the well region and the channel stop layer.
A wafer having an opening formed therein was prepared in the same manner as in Example 1, phosphorus glass was applied and diffused, and phosphorus was diffused from the surface to form a diffusion layer in the wafer, thereby forming a PN junction. The diffusion layer had a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 and a depth of 0.4 μm.

そして、開口部に多結晶シリコンからなる電極を形成し、プローブを当てて電圧を印加して接合リーク電流の測定を行った。このときの空乏層の状態を図5に示す。実施例と異なり、空乏層がウェル領域の周辺にも発生してしまっている。   Then, an electrode made of polycrystalline silicon was formed in the opening, and a probe was applied to apply a voltage to measure the junction leakage current. The state of the depletion layer at this time is shown in FIG. Unlike the embodiment, a depletion layer is also generated around the well region.

また、接合リーク電流の測定結果の一例を図4に併せて示す。図4に示すように、1×10−3〜1×10−5A程度の接合リーク電流が検出された。すなわち、マイクロアンペアレベルの接合リーク電流すら検出できず、このようなレベルでは、感度の点で不十分でありウェーハ解析には不適切である。 An example of the measurement result of the junction leakage current is also shown in FIG. As shown in FIG. 4, a junction leakage current of about 1 × 10 −3 to 1 × 10 −5 A was detected. That is, even a microampere level junction leakage current cannot be detected, and such a level is insufficient in terms of sensitivity and inappropriate for wafer analysis.

(比較例2)
本発明の半導体基板の評価方法とは異なり、チャネルストップ層を形成することなく接合リーク電流の測定を行って半導体基板の評価を行った。
実施例1で用意したものと同様のシリコンウェーハをPyro雰囲気で1000℃、300分の熱処理を施し、800nmの酸化膜を形成した。
(Comparative Example 2)
Unlike the method for evaluating a semiconductor substrate of the present invention, the junction leakage current was measured without forming a channel stop layer to evaluate the semiconductor substrate.
A silicon wafer similar to that prepared in Example 1 was heat-treated at 1000 ° C. for 300 minutes in a Pyro atmosphere to form an 800 nm oxide film.

この後、レジストを塗布してフォトリソグラフィを行う。今回はネガレジストを選択した。なお、面積が4mmの酸化膜の開口部をウェーハ面内に複数得られるようにマスクを工夫した。このレジスト付きウェーハを、バッファードHF溶液にて酸化膜のエッチングを行い、硫酸過酸化水素混合液にてレジストを除去後、RCA洗浄を実施した。 Thereafter, a resist is applied and photolithography is performed. This time I chose negative resist. The mask was devised so that a plurality of openings of an oxide film with an area of 4 mm 2 could be obtained in the wafer surface. The resist-coated wafer was etched with an oxide film with a buffered HF solution, and the resist was removed with a sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture, followed by RCA cleaning.

この開口部が形成されたウェーハに、加速電圧55KeV、ドーズ量2×1012atoms/cmでボロンをイオン注入して、ウェル領域を形成した。この加速電圧では、800nmの酸化膜をボロンは通過できず、ウェル領域の周辺にチャネルストップ層は形成されなかった。そして1000℃、窒素雰囲気下で回復アニールを行った。
その後、リンガラスを塗布拡散し、リンを表面より拡散することでウェル領域内に拡散層を形成して、PN接合を形成した。
この条件で、ウェル領域はボロンの濃度が1×1017atoms/cm、深さ1μmとなり、拡散層は濃度が1×1019atoms/cm、深さ0.4μmとなった。
Boron was ion-implanted into the wafer with the opening formed at an acceleration voltage of 55 KeV and a dose of 2 × 10 12 atoms / cm 2 to form a well region. At this acceleration voltage, boron could not pass through the 800 nm oxide film, and no channel stop layer was formed around the well region. Then, recovery annealing was performed at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere.
Thereafter, phosphorus glass was applied and diffused, and phosphorus was diffused from the surface to form a diffusion layer in the well region to form a PN junction.
Under these conditions, the well region had a boron concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 and a depth of 1 μm, and the diffusion layer had a concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 and a depth of 0.4 μm.

そして、開口部に多結晶シリコンからなる電極を形成し、プローブを当てて電圧を印加して接合リーク電流の測定を行った。このときの空乏層の状態を図6に示す。この場合においても、実施例と異なり、空乏層がウェル領域の周辺にも発生してしまっている。   Then, an electrode made of polycrystalline silicon was formed in the opening, and a probe was applied to apply a voltage to measure the junction leakage current. The state of the depletion layer at this time is shown in FIG. Even in this case, unlike the embodiment, a depletion layer is also generated around the well region.

また、接合リーク電流の測定結果の一例を図4に併せて示す。図4に示すように、1×10−8〜1×10−9A程度の接合リーク電流の検出、すなわち、サブピコアンペアレベルの検出しかできていない。比較例1に比べると改善されているが、チャンネルストップ層が形成されていないことから、ウェル領域周辺に空乏層が発生してしまい、実施例のような極めて高い接合リーク電流の検出精度は得られないことが分かる。 An example of the measurement result of the junction leakage current is also shown in FIG. As shown in FIG. 4, only the junction leakage current of about 1 × 10 −8 to 1 × 10 −9 A can be detected, that is, the sub-picoampere level can be detected. Although improved compared to Comparative Example 1, since the channel stop layer is not formed, a depletion layer is generated around the well region, and the detection accuracy of the extremely high junction leakage current as in the example is obtained. I can't understand.

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.

1…本発明の評価用半導体基板、 1’…半導体基板、 2…ウェル領域、
3…チャネルストップ層、 4…拡散層、 5…PN接合、
6…分離酸化膜、 7…開口部、 8…電極、 9…酸化膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate for evaluation of this invention, 1 '... Semiconductor substrate, 2 ... Well area | region,
3 ... channel stop layer, 4 ... diffusion layer, 5 ... PN junction,
6 ... isolation oxide film, 7 ... opening, 8 ... electrode, 9 ... oxide film.

Claims (10)

接合リーク電流により半導体基板を評価する方法であって、
評価する半導体基板に、複数のPN接合と、該複数のPN接合同士を分離する分離酸化膜と、該分離酸化膜の下に位置するチャネルストップ層とを形成してから、前記複数のPN接合における接合リーク電流を測定して評価を行う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 by junction leakage current,
Forming a plurality of PN junctions, an isolation oxide film separating the plurality of PN junctions, and a channel stop layer located under the isolation oxide film on the semiconductor substrate to be evaluated; A method for evaluating a semiconductor substrate, comprising measuring and evaluating a junction leakage current in the semiconductor substrate.
前記複数のPN接合の各々の面積を0.5〜4mm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。 The method for evaluating a semiconductor substrate according to claim 1, wherein an area of each of the plurality of PN junctions is set to 0.5 to 4 mm 2 . 前記複数のPN接合と、分離酸化膜と、チャネルストップ層を形成するとき、
前記半導体基板の表面に酸化膜を形成し、
該形成した酸化膜の一部を除去することにより、複数の開口部を形成し、残された酸化膜を分離酸化膜とし、
該形成した複数の開口部および分離酸化膜上から前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントをイオン注入し、前記複数の開口部の各々にウェル領域を形成するとともに、前記分離酸化膜下にチャネルストップ層を形成し、
前記各々のウェル領域内に、該ウェル領域の導電型とは異なる導電型のドーパントを拡散して拡散層を形成して、前記複数のPN接合を形成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体基板の評価方法。
When forming the plurality of PN junctions, the isolation oxide film, and the channel stop layer,
Forming an oxide film on the surface of the semiconductor substrate;
By removing a part of the formed oxide film, a plurality of openings are formed, and the remaining oxide film is used as an isolation oxide film.
A dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is ion-implanted from above the plurality of openings and the isolation oxide film to form a well region in each of the plurality of openings, and below the isolation oxide film Forming a channel stop layer on the
2. The plurality of PN junctions are formed in each of the well regions by diffusing a dopant having a conductivity type different from that of the well region to form a diffusion layer. Item 3. A method for evaluating a semiconductor substrate according to Item 2.
前記ウェル領域において、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度を1×1017atoms/cm以下とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体基板の評価方法。 4. The concentration of a dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate in the well region is set to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less. 5. Evaluation method of semiconductor substrate. 前記ウェル領域において、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度を1×1016〜1×1017atoms/cmとし、深さを2μm以下とし、
前記拡散層において、前記ウェル領域の導電型とは異なる導電型のドーパントの濃度を1×1018〜5×1020atoms/cmとし、深さを1μm以下とし、
前記チャネルストップ層において、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度を1×1016〜1×1017atoms/cmとし、深さを0.5μm以下とすることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体基板の評価方法。
In the well region, the concentration of a dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is set to 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 , and the depth is set to 2 μm or less.
In the diffusion layer, the concentration of a dopant having a conductivity type different from the conductivity type of the well region is 1 × 10 18 to 5 × 10 20 atoms / cm 3 , and the depth is 1 μm or less.
In the channel stop layer, a dopant concentration of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is set to 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 and a depth is set to 0.5 μm or less. The method for evaluating a semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 4.
接合リーク電流により評価するための評価用半導体基板であって、
複数のPN接合と、該複数のPN接合同士を分離する分離酸化膜と、該分離酸化膜の下に位置するチャネルストップ層とが形成されたものであることを特徴とする評価用半導体基板。
An evaluation semiconductor substrate for evaluating by junction leakage current,
A semiconductor substrate for evaluation, comprising: a plurality of PN junctions; an isolation oxide film that separates the plurality of PN junctions; and a channel stop layer positioned under the isolation oxide film.
前記複数のPN接合は、各々の面積が0.5〜4mmのものであることを特徴とする請求項6に記載の評価用半導体基板。 The semiconductor substrate for evaluation according to claim 6, wherein each of the plurality of PN junctions has an area of 0.5 to 4 mm 2 . 前記PN接合は、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントがイオン注入されたウェル領域と、該ウェル領域内に形成され、該ウェル領域の導電型とは異なる導電型のドーパントが拡散された拡散層からなるものであることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の評価用半導体基板。   The PN junction is formed in a well region in which a dopant of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is ion-implanted, and a dopant of a conductivity type different from the conductivity type of the well region is diffused. The evaluation semiconductor substrate according to claim 6, wherein the evaluation semiconductor substrate comprises a diffusion layer. 前記ウェル領域は、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度が1×1017atoms/cm以下のものであることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか一項に記載の評価用半導体基板。 9. The well region according to claim 6, wherein a concentration of a dopant having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less in the well region. The semiconductor substrate for evaluation as described in 2. 前記ウェル領域は、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度が1×1016〜1×1017atoms/cmであり、深さが2μm以下であり、
前記拡散層は、前記ウェル領域の導電型とは異なる導電型のドーパントの濃度が1×1018〜5×1020atoms/cmであり、深さが1μm以下であり、
前記チャネルストップ層は、前記半導体基板の導電型と同じ導電型のドーパントの濃度が1×1016〜1×1017atoms/cmであり、深さが0.5μm以下のものであることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の評価用半導体基板。
The well region has a dopant concentration of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 and a depth of 2 μm or less.
The diffusion layer has a dopant concentration of 1 × 10 18 to 5 × 10 20 atoms / cm 3 different from that of the well region and a depth of 1 μm or less.
The channel stop layer has a dopant concentration of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 and a depth of 0.5 μm or less. The evaluation semiconductor substrate according to claim 6, wherein the evaluation semiconductor substrate is a semiconductor substrate for evaluation.
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