JP2021097195A - Evaluation method for electric characteristic of device - Google Patents

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Abstract

To provide a method for evaluating the electric characteristics of a device through device simulation using a value of energy level of BMD and a value of capture cross section.SOLUTION: A method for evaluating the electric characteristic of a device formed on a silicon wafer by a CZ method through device simulation includes: preparing a silicon wafer for preliminary test in advance; preparing the value of the energy level of BMD and the value of the capture cross section, which are obtained from the relation between the density of BMD in the silicon wafer for a preliminary test and the reverse leakage current measured by forming a pn junction on the silicon wafer for a preliminary test; and performing device simulation using the prepared value of the energy level and the prepared value of the capture cross section. Thus, the electric characteristic of the device formed on the evaluation silicon wafer is evaluated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、デバイスシミュレーションによるデバイスの電気特性の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the electrical characteristics of a device by device simulation.

電子デバイスにおいて、所望の電気特性となるようなデバイス構造にするためには、実際にデバイスを試作し、電気特性を測定することで良否を判定する。しかし、デバイスの試作には工程の数が多く、デバイス特性の結果を簡便に得ることは困難である。 In an electronic device, in order to obtain a device structure having desired electrical characteristics, a device is actually prototyped and the quality is judged by measuring the electrical characteristics. However, there are many steps in prototyping a device, and it is difficult to easily obtain the result of device characteristics.

そのため、シミュレーションを用いて電気特性を予測する場合が多い。このシミュレーションはTCADと呼ばれ、特に、構造を想定し、電気特性を計算するものをデバイスシミュレーションと言う。 Therefore, it is often the case that the electrical characteristics are predicted using simulation. This simulation is called TCAD, and in particular, the one that assumes the structure and calculates the electrical characteristics is called the device simulation.

一般的にデバイスシミュレーターは、想定した構造において下記式(1)及び(2)で表されるキャリア連続の式と、下記式(3)で表されるポアソン方程式の連立方程式を解析的に解くことで、電気特性を予測する。 In general, a device simulator analytically solves the carrier continuity equations represented by the following equations (1) and (2) and the simultaneous equations of Poisson's equations represented by the following equations (3) in the assumed structure. Then, predict the electrical characteristics.

Figure 2021097195
Figure 2021097195
ここで、pは正孔密度、nは電子密度、Fは電場、φは静電ポテンシャル、xは位置、εは誘電率、qは素電荷量、Rは再結合項、Gは発生項、μは正孔の移動度、μは電子の移動度、Dは正孔の拡散係数、Dは電子の拡散係数、tは時間、Nはドナー型不純物濃度、Nはアクセプター型不純物濃度である。
Figure 2021097195
Figure 2021097195
Here, p is the hole density, n is the electron density, F is the electric field, φ is the electrostatic potential, x is the position, ε is the permittivity, q is the elementary charge, R is the recombination term, and G is the generation term. mu h is the hole mobility, mu e is the electron mobility, D h is the hole diffusion coefficient, D e is the electron diffusion coefficient, t is time, N D is the donor-type impurity concentration, N a is the acceptor Type impurity concentration.

上記キャリア連続の式(1)及び(2)は、ドリフト成分と拡散成分からなる電流成分項、再結合項、発生項からなり、ウエーハ中の欠陥や不純物、半導体と金属の表面準位等の影響は発生・再結合項の計算結果に反映される。 The carrier continuity equations (1) and (2) consist of a current component term, a recombination term, and a generation term consisting of a drift component and a diffusion component, and include defects and impurities in the wafer, surface levels of semiconductors and metals, and the like. The effect is reflected in the calculation result of the occurrence / recombination term.

このデバイスシミュレーターを使用して、実際のデバイスにおける電気特性を精度良く計算するためには、正確な各種物性値を使用することが重要である。基本的な物性値としては、例えば、電子や正孔の移動度等がある。 In order to accurately calculate the electrical characteristics of an actual device using this device simulator, it is important to use various accurate physical property values. The basic physical property values include, for example, the mobility of electrons and holes.

特許文献1〜3には、デバイスシミュレーションにより電気特性を予測する方法が開示されているが、いずれもシミュレーションにおける計算技術に関してで、ウエーハ中の欠陥が与える影響については言及されていない。 Patent Documents 1 to 3 disclose methods for predicting electrical characteristics by device simulation, but none of them mentions the influence of defects in a wafer in terms of calculation techniques in simulation.

一方で、デバイス特性に対して、ウエーハ中の不純物や欠陥が影響を及ぼすことが知られている。例えば、シリコンウエーハでは、結晶に含まれる酸素が析出し結晶欠陥を形成する。これをBMDと呼ぶ。 On the other hand, it is known that impurities and defects in the wafer affect the device characteristics. For example, in a silicon wafer, oxygen contained in a crystal is precipitated to form a crystal defect. This is called BMD.

デバイスシミュレーターでは、デバイス特性に対する、欠陥や不純物を「キャリアの発生・再結合中心」として考慮することができる。その影響の程度は、不純物や欠陥のエネルギー準位、捕獲断面積、濃度による。具体的には、下記式(4)〜(8)のようにあらわされる。 In the device simulator, defects and impurities with respect to the device characteristics can be considered as "carrier generation / recombination centers". The degree of its effect depends on the energy level of impurities and defects, the cross section captured, and the concentration. Specifically, it is expressed as the following equations (4) to (8).

Figure 2021097195
ここで、C(C、C)、n、pは以下の式で表せる。
Figure 2021097195
上記式において、RDDはドナー型の発生/再結合速度、RDAはアクセプター型の発生/再結合速度、nは電子密度、pは正孔密度、NDD、DAは欠陥や不純物の準位密度、Vthは熱速度、σは欠陥や不純物の捕獲断面積、Eintは欠陥や不純物のミッドギャップ、Et,Dは欠陥や不純物のエネルギー準位、kはボルツマン定数、Tは温度、nintは真性キャリア濃度である。
Figure 2021097195
Here, C i (C p, C n), n 1, p 1 is expressed by the following equation.
Figure 2021097195
In the above formula, R DD generation / recombination rate of the donor type, R DA is generated / recombination velocity acceptor, n represents the electron density, p is the hole density, N DD, N DA's defects and impurity levels Position density, V th is thermal velocity, σ i is the capture cross-sectional area of defects and impurities, E int is the midgap of defects and impurities, Et and D are energy levels of defects and impurities, k B is Boltzmann constant, T Is the temperature and n int is the intrinsic carrier concentration.

実際のデバイスプロセスでは、ウエーハ中に不純物や欠陥が導入されることが多いため、電気特性の正確な予測には、導入された不純物や欠陥の影響も加味する必要があり、そのためには、不純物や欠陥の物性値が必要になる。物性値とは、(6)式における欠陥や不純物の捕獲断面積と(7)もしくは(8)式における欠陥や不純物のエネルギー準位である。 In actual device processes, impurities and defects are often introduced into the wafer, so it is necessary to take into account the effects of the introduced impurities and defects in the accurate prediction of electrical characteristics. And the physical property value of the defect are required. The physical property values are the capture cross section of defects and impurities in Eq. (6) and the energy level of defects and impurities in Eq. (7) or (8).

特開平4−286348号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-286348 特開平4−286350号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-286350 特開平11−68084号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-68084

金属不純物については、DLTS測定等でエネルギー準位や捕獲断面積を決定できる場合が多いが、BMDについては、エネルギー準位や捕獲断面積が明確でなく、デバイスシミュレーションを用いた電気特性に対する影響の予測が難しい。 For metal impurities, the energy level and capture cross section can often be determined by DLTS measurement, etc., but for BMD, the energy level and capture cross section are not clear, and the effect on electrical characteristics using device simulation is not clear. Difficult to predict.

一般的に、エネルギー準位や捕獲断面積の値はDLTS等を用いて実験的に求めるが、BMDの場合は、金属不純物と比較して、実験的にこれらの値を決定することが難しい。しかし、デバイスシミュレーションを用いてBMDを考慮した電気特性を予測するためには、BMDのエネルギー準位や捕獲断面積の具体的な値が必要となり、何らかの値を想定しなければならない。 Generally, the values of energy level and capture cross section are experimentally obtained by using DLTS or the like, but in the case of BMD, it is difficult to experimentally determine these values as compared with metal impurities. However, in order to predict the electrical characteristics in consideration of BMD using device simulation, specific values of the energy level and capture cross section of BMD are required, and some values must be assumed.

BMDは、固溶酸素を含有しているCZウエーハを熱処理することで形成されることから、CZウエーハを用いたデバイスプロセスでは、基板中にBMDが形成されていることが予想される。しかし、BMDのエネルギー準位や捕獲断面積は明確でないため、デバイスシミュレーターを用いた電気特性の予測は難しい問題がある。 Since the BMD is formed by heat-treating a CZ wafer containing solid solution oxygen, it is expected that the BMD is formed in the substrate in the device process using the CZ wafer. However, since the energy level and the captured cross section of the BMD are not clear, there is a problem that it is difficult to predict the electrical characteristics using the device simulator.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、BMDのエネルギー準位の値および捕獲断面積の値を用いたデバイスシミュレーションにより、デバイスの電気特性を評価する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method for evaluating the electrical characteristics of a device by device simulation using the value of the energy level of BMD and the value of the captured cross section. The purpose.

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、デバイスシミュレーションにより、CZ法によるシリコンウエーハ上に形成したデバイスの電気特性を評価する方法であって、予め、予備試験用シリコンウエーハを用意し、該予備試験用シリコンウエーハ中のBMDの密度と、前記予備試験用シリコンウエーハ上にpn接合を形成して測定した逆方向リーク電流との関係から求めた、前記BMDのエネルギー準位の値および捕獲断面積の値を用意し、該用意したエネルギー準位の値及び捕獲断面積の値を用いたデバイスシミュレーションにより、評価用シリコンウエーハ上に形成したデバイスの電気特性を評価する評価方法を提供する。 The present invention has been made to achieve the above object, and is a method for evaluating the electrical characteristics of a device formed on a silicon wafer formed on a silicon wafer by the CZ method by a device simulation, wherein a silicon wafer for preliminary test is used in advance. The energy level of the BMD prepared from the relationship between the density of the BMD in the silicon wafer for the preliminary test and the reverse leakage current measured by forming a pn junction on the silicon wafer for the preliminary test. An evaluation method for evaluating the electrical characteristics of a device formed on a silicon wafer for evaluation by preparing a value and a capture cross-sectional area value and performing a device simulation using the prepared energy level value and a capture cross-sectional area value. provide.

このようなデバイスの電気特性の評価方法によれば、BMDのエネルギー準位の値及び捕獲断面積の値を用いたデバイスシミュレーションが可能となり、デバイスの電気特性を評価することができる。 According to such a method for evaluating the electrical characteristics of the device, it is possible to perform device simulation using the value of the energy level of BMD and the value of the captured cross section, and it is possible to evaluate the electrical characteristics of the device.

このとき、予め求めたBMDのエネルギー準位の値をEc−0.56eVとし、捕獲断面積の値を5×10−11cmとすることができる。 At this time, the value of the energy level of BMD obtained in advance can be set to Ec −0.56 eV, and the value of the captured cross section can be set to 5 × 10 −11 cm 2.

このようにすれば、具体的に高精度でデバイスの電気特性を評価することができる。 In this way, the electrical characteristics of the device can be specifically evaluated with high accuracy.

このとき、評価するデバイスの電気特性を逆方向リーク電流特性とすることができる。 At this time, the electrical characteristic of the device to be evaluated can be the reverse leakage current characteristic.

このようにすれば、より高精度にデバイスの電気特性を評価することができる。 In this way, the electrical characteristics of the device can be evaluated with higher accuracy.

以上のように、本発明のデバイスの電気特性の評価方法によれば、BMDのエネルギー準位の値および捕獲断面積の値を用いたデバイスシミュレーションを行うことが可能になる。これにより、高精度にデバイスの電気特性を評価することが可能になる。更に、逆方向リーク電流特性を高精度に評価することが可能である。 As described above, according to the method for evaluating the electrical characteristics of the device of the present invention, it is possible to perform device simulation using the value of the energy level of BMD and the value of the captured cross section. This makes it possible to evaluate the electrical characteristics of the device with high accuracy. Further, it is possible to evaluate the reverse leakage current characteristic with high accuracy.

BMDのエネルギー準位の値及び捕獲断面積の値を求めるための解析フローチャートである。It is an analysis flowchart for obtaining the value of the energy level of BMD and the value of the capture cross section. pn接合構造のPおよびB濃度と、BMDに相当する発生中心密度分布を示す。The P and B concentrations of the pn junction structure and the center density distribution corresponding to BMD are shown. リーク電流のBMD密度依存性を示す。The BMD density dependence of the leak current is shown. リーク電流の印加電圧依存性を示す。計算値を実線、実験値を丸印プロットで示す。The application voltage dependence of the leak current is shown. The calculated values are shown in solid lines, and the experimental values are shown in circle plots. リーク電流の印加電圧依存性を示す。計算値はBMDのエネルギー準位の値および捕獲断面積の値を考慮した場合を実線で、考慮しない場合を点線で、実験値を丸印プロットで示す。The application voltage dependence of the leak current is shown. The calculated values are shown by solid lines when the energy level value of BMD and the value of the captured cross section are taken into consideration, dotted lines when not taken into consideration, and experimental values are shown by circle plots.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

上述のように、BMDのエネルギー準位の値および捕獲断面積の値を用いたデバイスシミュレーションにより、デバイスの電気特性を評価する方法が求められていた。 As described above, there has been a demand for a method for evaluating the electrical characteristics of a device by device simulation using the value of the energy level of BMD and the value of the captured cross section.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、デバイスシミュレーションにより、CZ法によるシリコンウエーハ上に形成したデバイスの電気特性を評価する方法であって、予め、予備試験用シリコンウエーハを用意し、予備試験用シリコンウエーハ中のBMDの密度と、予備試験用シリコンウエーハ上にpn接合を形成して測定した逆方向リーク電流との関係から求めた、BMDのエネルギー準位の値および捕獲断面積の値を用意し、用意したエネルギー準位の値及び捕獲断面積の値を用いたデバイスシミュレーションにより、評価用シリコンウエーハ上に形成したデバイスの電気特性を評価する評価方法により、BMDのエネルギー準位の値および捕獲断面積の値を用いたデバイスシミュレーションが可能となり、更に高精度にデバイスの電気特性を評価可能となることを見出し、本発明を完成した。 As a result of diligent studies on the above problems, the present inventors prepare a silicon wafer for preliminary test in advance, which is a method of evaluating the electrical characteristics of a device formed on a silicon wafer by the CZ method by a device simulation. However, the energy level value and capture interruption of BMD obtained from the relationship between the density of BMD in the silicon wafer for preliminary test and the reverse leakage current measured by forming a pn junction on the silicon wafer for preliminary test. An area value is prepared, and a device simulation using the prepared energy level value and capture cross-sectional area value is used to evaluate the electrical characteristics of the device formed on the silicon wafer for evaluation. We have found that device simulation using the value of the energy level and the value of the captured cross-sectional area is possible, and the electrical characteristics of the device can be evaluated with higher accuracy, and the present invention has been completed.

以下、図面を参照して説明する。 Hereinafter, description will be made with reference to the drawings.

[BMDのエネルギー準位の値及び捕獲断面積の値を求めるための解析フロー]
図1は、BMDのエネルギー準位の値及び捕獲断面積の値を求めるための解析フローチャートであり、以後図1を参照しながら本発明を詳細に説明する。
[Analysis flow for obtaining the value of the energy level of BMD and the value of the captured cross section]
FIG. 1 is an analysis flowchart for obtaining a value of an energy level of BMD and a value of a captured cross section, and the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 below.

[第1工程]
第1工程は予備試験用シリコンウエーハを準備する工程である。基板中のBMD密度が振られた予備試験用シリコンウエーハを用意する。具体的には、実験として、エピタキシャルウエーハに核形成熱処理条件を振ることで基板中のBMD密度を振ったウエーハを作製する。核形成熱処理条件は、特に限定されないが、例えば、450℃/4h、500℃/4h、650℃/4hとすることができる。このようにして、基板中のBMD密度が振られた予備試験用シリコンウエーハを作製する。
[First step]
The first step is a step of preparing a silicon wafer for preliminary test. Prepare a silicon wafer for preliminary test in which the BMD density in the substrate has been changed. Specifically, as an experiment, a wafer in which the BMD density in the substrate is shaken is produced by subjecting the epitaxial wafer to the nucleation heat treatment conditions. The nucleation heat treatment conditions are not particularly limited, but can be, for example, 450 ° C / 4h, 500 ° C / 4h, and 650 ° C / 4h. In this way, a silicon wafer for preliminary test in which the BMD density in the substrate is varied is produced.

[第2工程]
第2工程は予備試験用シリコンウエーハにpn接合を形成する工程である。pn接合を形成する際のドーパントとしては特に制限はないが、例えば、p型ドーパントとしてホウ素(B)、n型ドーパントとしてリン(P)を用いることができる。
[Second step]
The second step is a step of forming a pn junction on the silicon wafer for preliminary test. The dopant used to form the pn junction is not particularly limited, and for example, boron (B) can be used as the p-type dopant and phosphorus (P) can be used as the n-type dopant.

[第3工程]
第3工程は、逆方向リーク電流を測定する工程である。pn接合を形成した予備試験用シリコンウエーハに対して、逆方向リーク電流を測定する。
[Third step]
The third step is a step of measuring the reverse leakage current. The reverse leakage current is measured for the silicon wafer for preliminary test in which the pn junction is formed.

[第4工程]
第4工程は、濃度分布を測定する工程である。pn接合を形成した予備試験用シリコンウエーハのドーパント濃度分布およびBMD密度分布を測定する。測定方法は特に制限ないが、例えば、SIMSを用いて測定することができる。
[Fourth step]
The fourth step is a step of measuring the concentration distribution. The dopant concentration distribution and the BMD density distribution of the silicon wafer for preliminary test in which the pn junction is formed are measured. The measuring method is not particularly limited, but for example, SIMS can be used for measurement.

[第5工程]
第5工程は、計算モデルを構築する工程である。リーク電流は、式(1)〜(3)を用いることで、解析的に算出することできる。この際、リーク電流に対する不純物や欠陥による影響は、式(1)及び(2)におけるGもしくはRとして考慮され、リーク電流の場合はGが優勢になる。また、GもしくはRは、式(4)及び式(5)を用いて算出ができる。ただし、Gを算出する場合、式(4)及び式(5)に記載のRDDおよびRDAがGに相当する。Gを算出する際、物性値として用いる値は、エネルギー準位と捕獲断面積であり、特にエネルギー準位はバンドギャップ以下の範囲である。例えば、シリコンの場合、エネルギー準位の値は0〜1.1eV以下の範囲で任意に決定でき、更に捕獲断面積の値も任意に決定できる。また、例えば、エネルギー準位を固定し、捕獲断面積を変化させることで、リーク電流算出値を変化させて、実験結果が再現できる欠陥の物性値を決定できる。具体的には、エネルギー準位を一定とした場合、捕獲断面積が高くなると、リーク電流が増加する。逆に、捕獲断面積を一定とすることもでき、この場合、エネルギー準位がミッドギャップに近づくほど、リーク電流は増加する。エネルギー準位もしくは捕獲断面積のどちらを一定としても良い。例えば、シリコンウエーハの場合、エネルギー準位の値はバンドギャップ以下の範囲であれば特に制限はないが、Ec−0.56eVとすることで、リーク電流に対する影響が最も大きくなる。ここで、Ecは伝導帯の底である。
[Fifth step]
The fifth step is a step of constructing a calculation model. The leak current can be calculated analytically by using the equations (1) to (3). At this time, the influence of impurities and defects on the leak current is considered as G or R in the equations (1) and (2), and in the case of the leak current, G becomes dominant. Further, G or R can be calculated using the equations (4) and (5). However, when calculating G, R DD and R DA described in the formulas (4) and (5) correspond to G. When calculating G, the values used as the physical property values are the energy level and the captured cross section, and the energy level is particularly in the range below the band gap. For example, in the case of silicon, the value of the energy level can be arbitrarily determined in the range of 0 to 1.1 eV or less, and the value of the captured cross section can also be arbitrarily determined. Further, for example, by fixing the energy level and changing the captured cross section, the leak current calculated value can be changed, and the physical property value of the defect in which the experimental result can be reproduced can be determined. Specifically, when the energy level is constant, the leakage current increases as the capture cross section increases. Conversely, the capture cross section can be constant, in which case the leak current increases as the energy level approaches the midgap. Either the energy level or the captured cross section may be constant. For example, in the case of a silicon wafer, the energy level value is not particularly limited as long as it is in the range of the band gap or less, but when it is set to Ec-0.56 eV, the influence on the leakage current is the largest. Here, Ec is the bottom of the conduction band.

[第6工程]
第6工程はフィッティングを行う工程である。ドーパント濃度分布は第4工程で測定した実測値を用い、ウエーハ中に実測のBMD密度の発生中心が裏面まで均一に存在すると想定する。BMDに相当する発生中心のエネルギー準位もしくは捕獲断面積をパラメーターとして、実測結果を再現できるようにフィッティングする。例えば、シリコンウエーハの場合、エネルギー準位をEc−0.56eVに固定し、捕獲断面積をパラメーターとしてフィッティングすることができる。
[Sixth step]
The sixth step is a step of performing fitting. As the dopant concentration distribution, the measured value measured in the fourth step is used, and it is assumed that the center of occurrence of the measured BMD density exists uniformly up to the back surface in the wafer. Fitting is performed so that the measured results can be reproduced by using the energy level of the center of generation or the captured cross section corresponding to BMD as parameters. For example, in the case of a silicon wafer, the energy level can be fixed at Ec-0.56 eV and the capture cross section can be used as a parameter for fitting.

[第7工程]
第7工程は、物性値を得る工程である。実測結果を再現できる発生中心のエネルギー準位および捕獲断面積を得る。
[7th step]
The seventh step is a step of obtaining a physical property value. Obtain the energy level and capture cross section of the center of occurrence that can reproduce the actual measurement results.

上記の第1〜第7工程により、BMDのエネルギー準位の値及び捕獲断面積の値を求めることで、BMDのエネルギー準位および捕獲断面積を考慮したデバイスシミュレーションが可能となる。 By obtaining the value of the energy level of BMD and the value of the captured cross section by the above-mentioned first to seventh steps, it is possible to perform device simulation in consideration of the energy level of BMD and the captured cross section.

このとき、BMDのエネルギー準位の値をEc−0.56eVとし、捕獲断面積の値を5×10−11cmとすることが好ましい。このような値にすれば、実測の結果をよく再現でき、高精度にデバイスの電気特性を評価可能となる。 At this time, it is preferable that the value of the energy level of BMD is Ec −0.56 eV and the value of the captured cross section is 5 × 10 -11 cm 2. With such a value, the actual measurement result can be reproduced well, and the electrical characteristics of the device can be evaluated with high accuracy.

また、評価するデバイスの電気特性を逆方向リーク電流特性とすることが好ましい。本発明のデバイスシミュレーションによるデバイスの電気特性評価であれば、特に、逆方向リーク電流特性を極めて高精度に評価することが可能である。 Further, it is preferable that the electrical characteristic of the device to be evaluated is the reverse leakage current characteristic. In the case of the evaluation of the electrical characteristics of the device by the device simulation of the present invention, it is possible to evaluate the reverse leakage current characteristics with extremely high accuracy.

以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but this does not limit the present invention.

(実施例)
エピタキシャル層の厚さ5μm、基板厚725μmの直径200mmでn/n−EPW(エピタキシャルウエーハ)の予備試験用シリコンウエーハに対して、析出熱処理(450℃、500℃、650℃/4h+800℃/4h+1000℃/1h)を施すことで基板のBMD密度を振った。
(Example)
Precipitation heat treatment (450 ° C, 500 ° C, 650 ° C / 4h + 800 ° C / 4h + 1000 ° C) for a silicon wafer for preliminary testing of n / n-EPW (epitaxial wafer) with an epitaxial layer thickness of 5 μm and a substrate thickness of 725 μm and a diameter of 200 mm. The BMD density of the substrate was shaken by applying 1 / 1h).

これらのウエーハの表層にpn接合を形成し、逆方向電圧(〜10V)を印加して55℃におけるリーク電流測定を行った。また、SIMSでBおよびP濃度分布を実測した。さらに、基板のBMD密度を実測した。 A pn junction was formed on the surface layer of these wafers, and a reverse voltage (10 V) was applied to measure the leakage current at 55 ° C. In addition, the B and P concentration distributions were measured by SIMS. Furthermore, the BMD density of the substrate was actually measured.

デバイスシミュレーションでは、実験の場合のドーパント濃度分布を想定し、さらに表面から5μm位置から裏面まで均一に、BMDに対応する発生中心が存在するとした。発生中心の密度は、BMD密度の実測値(5.7×10、2.6×10、5.0×10/cm)とした。この際の濃度分布を図2に示す。 In the device simulation, the dopant concentration distribution in the case of the experiment was assumed, and it was assumed that the generation center corresponding to the BMD exists uniformly from the position 5 μm from the front surface to the back surface. The density of the center of occurrence was the measured value of the BMD density (5.7 × 10 8 , 2.6 × 10 9 , 5.0 × 10 9 / cm 3 ). The concentration distribution at this time is shown in FIG.

また、発生中心のエネルギー準位はEc−0.56eVと仮定し、捕獲断面積をフィッティングパラメーターとした。その他の計算条件として、逆方向印加電圧は0.25〜10V、計算温度は55℃とし、シミュレーションを実施した。 The energy level at the center of generation was assumed to be Ec-0.56 eV, and the capture cross section was used as the fitting parameter. As other calculation conditions, the reverse applied voltage was 0.25 to 10 V, the calculated temperature was 55 ° C., and the simulation was carried out.

実験結果は、BMD密度が大きくなるに従って、リーク電流が増加することがわかった。また、デバイスシミュレーションでも、発生中心の捕獲断面積を5×10−11cmとすることで、実測値と良く一致することがわかった。その結果を図3に示す。この結果から、デバイスシミュレーションでBMDを考慮した計算を行う場合には、BMDのエネルギー準位をEc−0.56eV、捕獲断面積を5×10−11cmとすることで、電気特性をより正確に予測することができる。 The experimental results showed that the leakage current increased as the BMD density increased. Also, in the device simulation, it was found that the captured cross-section of the center of occurrence was set to 5 × 10-11 cm 2 , which was in good agreement with the measured value. The result is shown in FIG. From this result, when performing the calculation in consideration of BMD in the device simulation, the energy levels of BMD Ec-0.56 eV, the capture cross-section by a 5 × 10 -11 cm 2, more electrical characteristics It can be predicted accurately.

さらに、このエネルギー準位(Ec−0.56eV)、捕獲断面積(5×10−11cm)を用いてデバイスシミュレーションを行うことにより、実際の電気特性(逆方向リーク電流特性)の予測を行った。 Moreover, the energy level (Ec-0.56 eV), by performing a device simulation with capture cross section (5 × 10 -11 cm 2) , the actual electrical characteristics of the (reverse leakage current characteristics) prediction went.

逆方向リーク電流特性の予測として、析出熱処理を施したエピタキシャル層の厚さ5μmの直径200mmでn/n−EPWにpn接合を形成し、逆方向リーク電流測定を行った。このウエーハのBMD密度は、5.7×10/cmであることがわかっている。その逆方向リーク電流特性の結果と、BMDに相当する発生中心(エネルギー準位をEc−0.56eV、捕獲断面積を5×10−11cm)を仮定したデバイスシミュレーションの結果を比較した。デバイスシミュレーションにおけるpn接合構造は、実測の場合を模した条件とし、計算温度は実測の場合と同じ55℃とした。その結果、図4に示すように実測結果をよく再現できることが分かった。 As a prediction of the reverse leakage current characteristic, a pn junction was formed in n / n-EPW with a thickness of 5 μm and a diameter of 200 mm of the epitaxial layer subjected to the precipitation heat treatment, and the reverse leakage current was measured. The BMD density of this wafer is known to be 5.7 × 10 8 / cm 3. Result of the reverse leakage current characteristics were compared with the results of the device simulation assuming a generation center (the energy level Ec-0.56 eV, the capture cross-section 5 × 10 -11 cm 2) corresponding to BMD. The pn junction structure in the device simulation was set to a condition imitating the case of actual measurement, and the calculated temperature was set to 55 ° C., which is the same as the case of actual measurement. As a result, it was found that the measured results can be reproduced well as shown in FIG.

(比較例)
BMDの影響を考慮したデバイスシミュレーションを用いた電気特性およびBMDの影響を考慮できていないデバイスシミュレーションを用いた電気特性と実際のデバイスでの電気特性を比較した。
(Comparison example)
The electrical characteristics using the device simulation considering the influence of BMD and the electrical characteristics using the device simulation not considering the influence of BMD were compared with the electrical characteristics in the actual device.

比較した実測の結果は、直径200mmでn/n−EPWに熱処理を施したウエーハにpn接合のダイオードを作製したデバイスのリーク電流である。実測の場合のウエーハのBMD密度は、5×10/cmである。デバイスシミュレーションの構造は実測の場合を模した。さらに、計算温度は実測の場合と同じ55℃とした。 The result of the actual measurement compared is the leakage current of a device in which a pn junction diode is manufactured on a wafer having a diameter of 200 mm and n / n-EPW heat-treated. The BMD density of the wafer in the case of actual measurement is 5 × 10 9 / cm 3 . The structure of the device simulation imitated the case of actual measurement. Further, the calculated temperature was set to 55 ° C., which is the same as in the case of actual measurement.

実測および計算の逆方向リーク電流特性の結果を図5に示す。図5から判るように、本発明のデバイスの電気特性の評価方法であるBMDの効果を考慮したデバイスシミュレーションは、実測結果をよく再現できている。一方、BMDの効果を考慮していない比較例のデバイスシミュレーションは、実験結果を再現できておらず、デバイスの電気特性を評価できていない。 The results of the reverse leakage current characteristics measured and calculated are shown in FIG. As can be seen from FIG. 5, the device simulation considering the effect of BMD, which is the method for evaluating the electrical characteristics of the device of the present invention, can reproduce the measured results well. On the other hand, in the device simulation of the comparative example in which the effect of BMD is not considered, the experimental result cannot be reproduced and the electrical characteristics of the device cannot be evaluated.

以上のように、本発明のデバイスの電気特性の評価方法であれば、BMDの効果を考慮することが可能で、これによりデバイスの電気特性を高精度に評価することが可能である。 As described above, according to the method for evaluating the electrical characteristics of the device of the present invention, the effect of BMD can be taken into consideration, and thereby the electrical characteristics of the device can be evaluated with high accuracy.

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 example, and any object having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect and effect is the present invention. Is included in the technical scope of.

Claims (3)

デバイスシミュレーションにより、CZ法によるシリコンウエーハ上に形成したデバイスの電気特性を評価する方法であって、
予め、予備試験用シリコンウエーハを用意し、該予備試験用シリコンウエーハ中のBMDの密度と、前記予備試験用シリコンウエーハ上にpn接合を形成して測定した逆方向リーク電流との関係から求めた、前記BMDのエネルギー準位の値および捕獲断面積の値を用意し、該用意したエネルギー準位の値及び捕獲断面積の値を用いたデバイスシミュレーションにより、評価用シリコンウエーハ上に形成したデバイスの電気特性を評価することを特徴とするデバイスの電気特性の評価方法。
It is a method of evaluating the electrical characteristics of a device formed on a silicon wafer by the CZ method by device simulation.
A silicon wafer for preliminary test was prepared in advance, and the density was determined from the relationship between the density of BMD in the silicon wafer for preliminary test and the reverse leakage current measured by forming a pn junction on the silicon wafer for preliminary test. , The energy level value and the capture cross-sectional area value of the BMD are prepared, and the device formed on the silicon wafer for evaluation by the device simulation using the prepared energy level value and the capture cross-sectional area value. A method for evaluating the electrical characteristics of a device, which comprises evaluating the electrical characteristics.
前記予め求めたBMDのエネルギー準位の値をEc−0.56eVとし、前記捕獲断面積の値を5×10−11cmとすることを特徴とする請求項1に記載のデバイスの電気特性の評価方法。 Electrical characteristics of the device according to claim 1, characterized in that the values of the energy levels of the previously obtained BMD and Ec-0.56 eV, the value of the capture cross section and 5 × 10 -11 cm 2 Evaluation method. 評価するデバイスの電気特性を逆方向リーク電流特性とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のデバイスの電気特性の評価方法。 The method for evaluating an electrical characteristic of a device according to claim 1 or 2, wherein the electrical characteristic of the device to be evaluated is a reverse leakage current characteristic.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05152410A (en) * 1991-11-26 1993-06-18 Mitsubishi Materials Corp Crystal evaluation method of silicon wafer
WO2013073623A1 (en) * 2011-11-15 2013-05-23 富士電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2014107277A (en) * 2012-11-22 2014-06-09 Advancesoft Aorp Semiconductor device simulation calculation processing method
JP2016213382A (en) * 2015-05-12 2016-12-15 信越半導体株式会社 Semiconductor substrate evaluation method, semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device
JP2018078218A (en) * 2016-11-10 2018-05-17 信越半導体株式会社 Oxygen concentration measurement method of silicon single crystal substrate and method of manufacturing silicon single crystal substrate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05152410A (en) * 1991-11-26 1993-06-18 Mitsubishi Materials Corp Crystal evaluation method of silicon wafer
WO2013073623A1 (en) * 2011-11-15 2013-05-23 富士電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2014107277A (en) * 2012-11-22 2014-06-09 Advancesoft Aorp Semiconductor device simulation calculation processing method
JP2016213382A (en) * 2015-05-12 2016-12-15 信越半導体株式会社 Semiconductor substrate evaluation method, semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device
JP2018078218A (en) * 2016-11-10 2018-05-17 信越半導体株式会社 Oxygen concentration measurement method of silicon single crystal substrate and method of manufacturing silicon single crystal substrate

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