JP3751396B2 - 絶縁膜の評価方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、絶縁膜の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置に用いられる絶縁膜の一つであるゲート酸化膜の評価を行うにあたっては、化学エッチング液による化学的ウェットエッチング法が用いられていた。図１８〜図２０は、このような化学的ウェットエッチング法を用いたゲート酸化膜の評価方法を順に示す断面図である。
【０００３】
図１８は、評価対象である半導体装置の構造を示す断面図である。シリコン基板１上に絶縁膜たるゲート酸化膜２が形成され、さらに、ゲート酸化膜２上にポリシリコン膜３が形成されている。このとき、ゲート酸化膜２には、欠陥４及び膜質異常による絶縁耐圧不良部５が生じているものとする。
【０００４】
この半導体装置を化学エッチング液７に浸漬する（図１９）。この化学エッチング液７は、シリコン基板１及びポリシリコン膜３に対してはエッチングレートが高く、シリコン酸化物たるゲート酸化膜２に対してはエッチングレートが低いという性質を有しており、その代表的なものとしては、ＫＯＨ，ＮａＯＨ，ＬｉＯＨ，ＣｓＯＨ，ＮＨ4ＯＨ，エチレンジアミンピロカテコール，ヒドラジン及びコリンを含むようなアルカリ溶液が挙げられる。例えば、化学エッチング液７として６０°Ｃに昇温した５規定のＫＯＨを用いることができる。
【０００５】
上述のごとく化学エッチング液７はポリシリコン膜３に対してエッチングレートが高いため、化学エッチング液７中に浸漬されたポリシリコン膜３は表面から次第にエッチングされる。また、図１８に示すようにゲート酸化膜２に欠陥４が生じている場合には、欠陥４を埋めるポリシリコン膜３もエッチング液７によってエッチングされる。さらに、化学エッチング液７はシリコン基板１に対してもエッチングレートが高いため、シリコン基板１のうち欠陥４を埋めるポリシリコン膜３と接触していた部分は、化学エッチング液７によって結晶面に沿ってエッチングされ、シリコン基板１の表面にエッチング跡１２が形成される（図２０）。従って、このエッチング跡１２の形成の有無を観察することにより、ゲート酸化膜２に生じている欠陥４の位置を同定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の絶縁膜の評価方法では、ゲート酸化膜２に絶縁耐圧不良部５が生じていても、これが化学エッチング液７に対するマスクとして機能するため、絶縁耐圧不良部５の下にあるシリコン基板１が化学エッチング液７によってエッチングされることはない。従って、絶縁耐圧不良部５の下にあるシリコン基板１の表面にはエッチング跡１２が形成されないため、絶縁耐圧不良部５を発見することができないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、半導体装置のゲート酸化膜に生じている欠陥とともに、絶縁耐圧不良部をも発見できるような評価方法を得ること、さらには、欠陥や絶縁耐圧不良部の程度を分類することができるような評価方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のうち請求項１に係る絶縁膜の評価方法は、導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、（ａ）絶縁膜上に複数に分離された半導体層を形成する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、（ｃ）アルカリ性溶液に対して導電体の電位を高めることにより、水酸基の働きによって、絶縁膜の欠陥上に形成されている部分の半導体層の表面に不動態化層を形成するとともに、不動態化層の形成と並行して他の部分の半導体層を除去する工程とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明のうち請求項２に係る絶縁膜の評価方法は、導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、（ａ）絶縁膜上に複数に分離された半導体層を形成する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、（ｃ）アルカリ性溶液に対して導電体の電位を高める工程とを備え、導電体の電位を高めるために印加する電圧を下げつつ、工程（ｂ）と（ｃ）とを繰り返すことを特徴とするものである。
【００１０】
この発明のうち請求項３に係る絶縁膜の評価方法は、導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、（ａ）絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、（ｃ）アルカリ性溶液及び半導体層に対して導電体の電位を高めることにより、水酸基の働きによって、絶縁膜の欠陥上に形成されている部分の半導体層の表面に不動態化層を形成するとともに、不動態化層の形成と並行して他の部分の半導体層を除去する工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明のうち請求項４に係る絶縁膜の評価方法は、導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、（ａ）絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、（ｃ）アルカリ性溶液及び半導体層に対して導電体の電位を高める工程とを備え、半導体層の電位を固定するために、半導体層の上面を覆って電極を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する前に、まず、本発明の先駆けとなった技術、及びその課題について述べる。
【００１３】
図１は、評価対象たる半導体装置の構造を示す断面図である。半導体装置は、シリコン基板１上に形成されたゲート酸化膜２と、ゲート酸化膜２上に形成されたポリシリコン膜３とを備えている。また、ゲート酸化膜２には欠陥４及び絶縁耐圧不良部５が生じているものとする。
【００１４】
図２〜図４は、図１に示す半導体装置における絶縁膜の評価方法を順に示す断面図である。図２に示されるように、半導体装置は湿式エッチング装置１１の備える化学エッチング液７に浸漬される。湿式エッチング装置１１はさらに、化学エッチング液７に浸漬される接地電極８並びに接地電極８に接続される負極及びシリコン基板１に接続される正極を有する直流電圧電源６を備えている。そしてシリコン基板１と化学エッチング液７との間に直流電圧を印加した状態で化学エッチングを行う。化学エッチング液７の代表的なものとしては、従来の技術でも示したように、ＫＯＨ，ＮａＯＨ，ＬｉＯＨ，ＣｓＯＨ，ＮＨ4ＯＨ，エチレンジアミンピロカテコール，ヒドラジン及びコリンのようなアルカリ溶液が挙げられる。ここでヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）自体は水酸基を持たないが、水溶液中では
【００１５】
【化１】
【００１６】
のようになり、水酸基が発生する。例えば化学エッチング液７として６０°Ｃに昇温された５規定のＫＯＨを用いることができる。
【００１７】
直流電圧電源６によってシリコン基板１と化学エッチング液７との間に電圧を印加すると、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５を介してシリコン基板１からポリシリコン膜３へリーク電流が流れ込み、ポリシリコン膜３のうち欠陥４又は絶縁耐圧不良部５上にある部分はシリコン基板１と同電位になる。そのため図３に示すように、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５上に形成されているポリシリコン膜３の表面には、陽極酸化によって不動態化層９が形成される。また、シリコン基板１のうち化学エッチング液７に接する面には不動態化層１０が形成される。
【００１８】
このとき、欠陥４や絶縁耐圧不良部５が生じていないゲート酸化膜２上のポリシリコン膜３の表面に不動態化層９が形成されないように、印加する直流電圧の大きさを調整する必要がある。
【００１９】
ポリシリコン膜３のうち、表面に不動態化層９が形成されていない部分は化学エッチング液７によってエッチングされる。このエッチングは不動態化層９の形成と並行して行われる。従って図４に示すように、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５上においてのみ不動態化層９は残存する。
【００２０】
ここで、不動態化層９の形成及び化学エッチングによる除去について説明する。シリコン基板１を構成するポリシリコンのアルカリ溶液中での酸化は、
【００２１】
【化２】
【００２２】
のように起こり、酸化シリコンである不動態化層９が形成される。この酸化と並行して
【００２３】
【化３】
【００２４】
のようなシリコン化合物のエッチングが起こる。酸化シリコンのエッチング反応も同様であると考えられる。特に化学エッチング液７としてＫＯＨが用いられる場合には、
【００２５】
【化４】
【００２６】
の反応が進み、シリコンは
【００２７】
【化５】
【００２８】
のようにエッチングされる。以上の化学式より、不動態化層９の形成及び除去のどちらにも水酸基が関与することが分かる。
【００２９】
以上のように、欠陥４及び絶縁耐圧不良部５のいずれもが導電性を有することを利用してこれらの上に不動態化層９を形成し、不動態化層９が形成されていない領域のポリシリコン膜３を化学エッチング液７で化学エッチングするため、欠陥４のみならず、従来の技術では発見が不可能であった絶縁耐圧不良部５をも発見することができる。
【００３０】
しかし、上記のような評価方法においては、欠陥４や絶縁耐圧不良部５が生じているゲート酸化膜２上にあるポリシリコン膜３の表面のみに不動態化層９を形成させるように電圧印加条件を適切に設定する必要があり、しかもこの設定は必ずしも容易ではなかった。即ち、ポリシリコン膜３は抵抗が低いため、印加電圧が適切な条件よりわずかでも大きすぎると不動態化層９が広範囲に形成されてしまうため欠陥４や絶縁耐圧不良部５の位置を同定することができず、逆にわずかでも小さすぎるとポリシリコン膜３に電圧が印加されず、全てエッチングされてしまうという問題があった。
【００３１】
そこで、このような課題を克服するための技術として、以下、本発明の実施の形態について述べる。
【００３２】
実施の形態１．
図５〜図７は、評価対象となる半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。まずシリコン基板１上にゲート酸化膜２を形成し（図５）、次にゲート酸化膜２上にポリシリコン膜３0を形成する（図６）。その後、通常用いられているホトリソグラフィー技術により、ポリシリコン膜３0を可能な限り微細にパターニングしてポリシリコンパターン３1とする。ここで、ゲート酸化膜２には欠陥４及び絶縁耐圧不良部５が生じており、これらはポリシリコンパターン３1によって覆われているものとする（図７）。なお図８は、図７に示す断面構造を上方から見たときの構造を示す平面図である。ポリシリコンパターン３1がゲート酸化膜２上で縦列方向に複数に分離されていることが分かる。
【００３３】
図９及び図１０は、図７に示す半導体装置の評価方法を順に示す断面図である。評価対象である半導体装置のシリコン基板１を直流電圧電源６の正側、接地電極８を直流電圧電源６の負側に接続し、半導体装置及び接地電極８を化学エッチング液７に浸漬する（図９）。なお、直流電圧電源６、化学エッチング液７、接地電極８は、いずれも上述の先駆技術で使用されていたものと同様のものである。
【００３４】
次に、シリコン基板１と化学エッチング液７との間に、不動態化層が形成される電圧以上の電圧を直流電圧電源６によって印加する。すると、すべてのポリシリコンパターン３1のうち、欠陥４や絶縁耐圧不良部５が生じていないゲート酸化膜２上のポリシリコンパターン３1には電圧が印加されないため、上述の先駆技術の説明で述べたのと同様の作用によりこれらのポリシリコンパターン３1はエッチングされるが、欠陥４や絶縁耐圧不良部５が生じているゲート酸化膜２上のポリシリコンパターン３1には当該欠陥４又は絶縁耐圧不良部５を介して電圧が印加されるため、その表面に不動態化層９が形成され、これらのポリシリコンパターン３1のエッチングは進まない。なお、エッチング液７と接するシリコン基板１の表面に不動態化層１０が形成され、エッチングが進まないのは、先駆技術の場合と同様である（図１０）。
【００３５】
しかも、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５上のポリシリコンパターン３1の表面に不動態化層９を形成する工程と、その他のポリシリコンパターン３1を化学エッチング液７によってエッチングする工程とが同時に行われるため、これを別工程で行う場合と比較すると処理時間を短縮することができる。
【００３６】
図１１は、ＫＯＨ水溶液によるシリコンのエッチングレートを表すグラフであるが、これによると、例えば、化学エッチング液７として６０°Ｃに昇温された０．２５規定以上のＫＯＨを用いた場合は、電圧が印加されない部分のシリコンのエッチングレートはＫＯＨの濃度によらずほぼ５００ｎｍ／ｍｉｎであり、数Ｖの電圧を１分程度印加することにより、処理を完了することができる。なお、５規定のＫＯＨを用いれば自己発熱によって６５°Ｃ程度に液温が上昇する。
【００３７】
従って、本処理が完了した時点で不動態化層９がゲート酸化膜２上に残置しているか否かを観察することにより、ゲート酸化膜２に欠陥４又は絶縁耐圧不良部５が生じていたか否かを判断でき、その位置を同定することができる。
【００３８】
しかも、本実施の形態１に係る半導体装置の評価方法においては、ポリシリコン膜３0を複数に分離してポリシリコンパターン３1としたので、ポリシリコンパターン３1をゲート酸化膜２上にパターン単位で残すことができ、不動態化層９が広範囲に残って正確な同定の妨げとなるということもない。従って、不動態化層９が形成され始める電圧よりもかなり高い電圧を印加することができるため、微小な欠陥４や絶縁耐圧不良部５を発見することができる。
【００３９】
さらに、先駆技術のように不動態化層９を局所的に残置させるための困難な電圧設定を行う必要がないため、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５が生じている箇所を簡便に同定することができる。
【００４０】
また、評価対象である半導体装置は、従来から用いられている周知の技術を用いて非常に簡便に形成することができ、さらに、一般にＴＥＧ（Test Element Group）による電気的特性の測定ではtest elementに電圧を印加したり、test elementの電位を固定するための配線やパッドが必要であったのに対し、本実施の形態１に係る半導体装置の評価方法によるとポリシリコンパターン３1の電位を固定する必要等がないため、その分構造が単純になり、形成工程を減少させることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法においては、個々のポリシリコンパターン３1の大きさが小さく、隣り合うポリシリコンパターン３1同士の間隔が狭い方が、欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の位置をより正確に同定することができるのはいうまでもない。
【００４２】
実施の形態２．
実施の形態１ではゲート酸化膜２に生じている欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の位置を簡便に同定するための方法について述べたが、欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の程度を分類できればさらに望ましい。
【００４３】
図１２は、ポリシリコン膜に電圧を印加しながら化学エッチング液中に浸漬したときの、印加電圧とポリシリコン膜表面に形成される不動態化層の厚さとの関係を示したグラフである。このように、印加電圧の上昇に伴って不動態化層の厚さが増加することが実験により判明している。
【００４４】
従って、実施の形態１において、直流電圧電源６によってシリコン基板１と化学エッチング液７との間に印加する電圧が高い方が、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５を介してシリコン基板１からポリシリコンパターン３1に流れるリーク電流も増加し、ポリシリコンパターン３1の電位も高くなるため、より微小な欠陥４及び絶縁耐圧不良部５を発見することができる。
【００４５】
本実施の形態２に係る半導体装置の評価方法は、これを利用して欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の程度を分類するものである。
【００４６】
図１３は、評価対象となる半導体装置の構造を示す断面図である。半導体装置自体は実施の形態１に示した場合と同様に周知の技術によって製造されるが、図１３に示すように、ゲート酸化膜２に、程度の大きい欠陥４ａと程度の小さい欠陥４ｂとが生じており、これらはポリシリコンパターン３ａ，３ｂにそれぞれ覆われているものとする。
【００４７】
図１４及び図１５は、本実施の形態２に係る絶縁膜の評価方法を順に示す断面図である。まず、図１３で示した半導体装置のシリコン基板１を直流電圧電源６の正側、接地電極８を直流電圧電源６の負側に接続し、半導体装置及び接地電極８を化学エッチング液７に浸漬する。このとき、実施の形態１でシリコン基板１に印加した電圧、即ち、ポリシリコンパターンの表面に不動態化層９が形成され始める電圧よりもかなり高い電圧Ｖ1を印加する。
【００４８】
すると、欠陥４ａ，４ｂが生じていないゲート酸化膜２上に形成されたポリシリコンパターン３1には電圧が印加されないので、実施の形態１に示した場合と同様に、これらのポリシリコンパターン３1は化学エッチング液７によりエッチングされる。一方、欠陥４ａ，４ｂが生じているゲート酸化膜２上に形成されたポリシリコンパターン３ａ，３ｂには欠陥４ａ，４ｂを介してシリコン基板１からリーク電流が流れ込み、電圧が印加されるので、ポリシリコンパターン３ａ，３ｂの表面に不動態化層９ａ1，９ｂが形成される。このとき、程度の大きい欠陥４ａを介してポリシリコンパターン３ａに流れ込むリーク電流の方が、程度の小さい欠陥４ｂを介してポリシリコンパターン３ｂに流れ込むリーク電流に比較して大きいため、図１２に示したグラフの関係により、不動態化層９ａ1の膜厚の方が、不動態化層９ｂの膜厚よりも厚くなる（図１４）。
【００４９】
次に、上記と同様に半導体装置を化学エッチング液７中に浸漬した状態で、シリコン基板１と化学エッチング液７との間に、Ｖ1よりも低い電圧を印加する。
【００５０】
印加電圧が低い場合には、ポリシリコンパターン３ａには欠陥４ａを介してリーク電流が流れ込み電圧が印加されるが、欠陥４ｂは欠陥４ａより小さいため、ポリシリコンパターン３ｂにはリーク電流が流れ込まず電圧が印加されないことがある。
【００５１】
このとき化学エッチング液７はシリコンより速度は遅いが不動態化層もエッチングするので、ポリシリコンパターン３ｂの表面に形成された不動態化層９ｂはやがてエッチングされ、そして、ポリシリコンパターン３ｂもエッチングされる。一方、ポリシリコンパターン３ａの表面には、不動態化層９ａ1よりも薄いが不動態化層９ａ2が形成される（図１５）。従って、印加電圧を下げた後にゲート酸化膜２上に不動態化層が残っているか否かを観察することにより、欠陥の程度を分類することができる。
【００５２】
つまりゲート酸化膜２に欠陥４や絶縁耐圧不良部５が多数混在するときは、シリコン基板１に印加する電圧をＶ1から少しずつ下げて順次評価することにより、欠陥４の程度を細かく分類することができる。
【００５３】
以上、ゲート酸化膜２に欠陥４ａ，４ｂが存在する場合について述べたが、絶縁耐圧不良部５が存在する場合であっても同様にその程度の分類を行うことができる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態２に係る半導体装置の評価方法によれば、シリコン基板１に印加する電圧を下げてエッチングを行った後にゲート酸化膜２上に不動態化層が残置しているか否かを観察するという工程を繰り返すので、欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の位置が同定できるだけでなく、その程度も分類することができる。
【００５５】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では、ゲート酸化膜２に生じている欠陥４又は絶縁耐圧不良部５の位置をポリシリコンパターン単位で同定しており、ポリシリコンパターンの個々の大きさを可能な限り小さくすることで、その位置の同定もほぼ正確に行うことができるが、さらに局所的に欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の位置を同定することもできる。
【００５６】
図１６及び図１７は、本発明の実施の形態３に係る絶縁膜の評価方法を順に示す断面図である。まず、半導体装置のシリコン基板１を直流電圧電源６の正側、接地電極８を直流電圧電源６の負側に接続する。さらにポリシリコン膜３0の上面を覆うように電極１３を形成し、この電極１３を直流電圧電源６の負極に接続する。これによりポリシリコン膜３0の電位が接地電極８の電位、即ち化学エッチング液７の電位に固定される。なお、評価対象たる半導体装置は実施の形態１又は２の場合と同様に周知の技術によって製造されるが、ここではゲート酸化膜２に欠陥４ｃが生じているものとする。
【００５７】
次に、半導体装置及び接地電極８を化学エッチング液７中に浸漬し、シリコン基板１と化学エッチング液７及びポリシリコン膜３0との間に、ポリシリコン膜３0の表面に不動態化層が形成される電圧以上の電圧を印加する（図１６）。
【００５８】
すると、シリコン基板１には直流電圧電源６によって正の電圧が印加されるので、欠陥４ｃを介してシリコン基板１からポリシリコン膜３0へリーク電流が流れ込むが、このときポリシリコン膜３0の電位は接地電極８の電位と同電位に固定されているため、直流電圧電源６による正の電圧はポリシリコン膜３0のうち欠陥４ｃに接触する部分のみにしか印加されない。
【００５９】
従って、欠陥４ｃに接触する部分以外のポリシリコン膜３0はエッチング液７によってポリシリコン膜３0の側壁部分から次第にエッチングされるが（図１７）、ポリシリコン膜３0のうち欠陥４ｃに接触する部分にには直流電圧電源６から正の電圧が印加されるので、その部分のポリシリコン膜３0の表面に不動態化層９ｃが形成され、エッチング液７によってエッチングされることはない。
【００６０】
従って、本実施の形態３に係る絶縁膜の評価方法によれば、ポリシリコン膜３0の電位を接地電極８の電位と同電位にすることにより、ポリシリコン膜３0のうち正の電圧が印加される領域が狭くなり、より局所的に不動態化層９ｃを残すことができるため、ゲート酸化膜２に生じている欠陥や絶縁耐圧不良部の位置をさらに正確に同定することができる。
【００６１】
また、ポリシリコン膜３0の電位が固定されていることから、実施の形態１又は２に示したように予めポリシリコン膜３0を複数に分離する必要がなく、また、シリコン基板１にかなり高い電圧を印加することができるため、程度の小さい欠陥や絶縁耐圧不良部についても、簡便かつ正確にその位置を同定することができる。
【００６２】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１に係るものによれば、絶縁膜に生じている欠陥又は絶縁耐圧不良部上の半導体層は溶液に対して陽極として機能し、その表面に不動態化層が形成されるため、これが溶液によって除去されることはない。一方、その下の絶縁膜に欠陥や絶縁耐圧不良部が生じていない半導体層の表面には不動態化層が形成されないため、この半導体層は溶液によって除去される。従って、絶縁膜上に不動態化層が形成されているか否かを観察することにより、絶縁膜に生じている欠陥及び絶縁耐圧不良部の位置を同定することができる。
【００６３】
しかも、半導体層は予め複数に分離されているため、溶液に対して半導体層の電位が高くなる領域は拡大せず、不動態化層が広範囲に形成されることを防止することができる。従って、導電体と溶液との間に印加すべき電圧は不動態化層が形成される電圧以上の電圧であれば高めに設定してもよく、煩雑な印加電圧の調整を行う必要もない。
【００６４】
また、この発明のうち請求項２に係るものによれば、導電体の電位を高めるために印加する電圧を下げながら、工程（ａ）で得られた構造を溶液に浸漬する工程と導電体の電位を高める工程とを繰り返す。よって、欠陥又は絶縁耐圧不良部が生じている絶縁膜上に形成された半導体層の表面に形成された不動態化層は、その欠陥等の程度が小さいものから順に溶液によって除去される。従って、欠陥及び絶縁耐圧不良部の位置を同定できるのみならず、その程度をも分類することができる。
【００６５】
また、この発明のうち請求項３に係るものによれば、溶液及び半導体層に対して導電体の電位を高めることから、導電体に高電圧を印加しても、絶縁膜に生じている欠陥又は絶縁耐圧不良部に接触する部分の半導体層のみが陽極化される。従って、半導体層の表面に不動態化層が形成される領域がより局所的になるため、欠陥や絶縁耐圧不良部の位置をさらに正確に同定することができる。
【００６６】
また、この発明のうち請求項４に係るものによれば、半導体層の上面を覆って電極を形成するため、半導体層の上面から半導体層が除去されることはなく、電極と半導体層との接触不良を回避しつつ半導体層の電位を固定することができる。しかも、半導体層の側壁部が溶液に接触しているため、この部分から半導体層が次第に除去されることを促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の先駆技術を示す断面図である。
【図２】 本発明の先駆技術を示す断面図である。
【図３】 本発明の先駆技術を示す断面図である。
【図４】 本発明の先駆技術を示す断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す平面図である。
【図９】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す平面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す平面図である。
【図１１】 ＫＯＨ水溶液によるシリコンのエッチングレートを表すグラフである。
【図１２】 印加電圧とポリシリコン膜表面に形成される不動態化層の厚さとの関係を示したグラフである。
【図１３】 本発明の実施の形態２に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１４】 本発明の実施の形態２に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１５】 本発明の実施の形態２に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１６】 本発明の実施の形態３に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１７】 本発明の実施の形態３に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１８】 従来の絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１９】 従来の絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図２０】 従来の絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板、２ ゲート酸化膜、３，３0 ポリシリコン膜、３1 ポリシリコンパターン、４，４ａ，４ｂ，４ｃ 欠陥、５ 絶縁耐圧不良部、６ 直流電圧電源、７ 化学エッチング液、８ 接地電極、９，９ａ1，９ａ2，９ｂ，９ｃ，１０ 不動態化層、１３ 電極。
【発明の属する技術分野】
この発明は、絶縁膜の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置に用いられる絶縁膜の一つであるゲート酸化膜の評価を行うにあたっては、化学エッチング液による化学的ウェットエッチング法が用いられていた。図１８〜図２０は、このような化学的ウェットエッチング法を用いたゲート酸化膜の評価方法を順に示す断面図である。
【０００３】
図１８は、評価対象である半導体装置の構造を示す断面図である。シリコン基板１上に絶縁膜たるゲート酸化膜２が形成され、さらに、ゲート酸化膜２上にポリシリコン膜３が形成されている。このとき、ゲート酸化膜２には、欠陥４及び膜質異常による絶縁耐圧不良部５が生じているものとする。
【０００４】
この半導体装置を化学エッチング液７に浸漬する（図１９）。この化学エッチング液７は、シリコン基板１及びポリシリコン膜３に対してはエッチングレートが高く、シリコン酸化物たるゲート酸化膜２に対してはエッチングレートが低いという性質を有しており、その代表的なものとしては、ＫＯＨ，ＮａＯＨ，ＬｉＯＨ，ＣｓＯＨ，ＮＨ4ＯＨ，エチレンジアミンピロカテコール，ヒドラジン及びコリンを含むようなアルカリ溶液が挙げられる。例えば、化学エッチング液７として６０°Ｃに昇温した５規定のＫＯＨを用いることができる。
【０００５】
上述のごとく化学エッチング液７はポリシリコン膜３に対してエッチングレートが高いため、化学エッチング液７中に浸漬されたポリシリコン膜３は表面から次第にエッチングされる。また、図１８に示すようにゲート酸化膜２に欠陥４が生じている場合には、欠陥４を埋めるポリシリコン膜３もエッチング液７によってエッチングされる。さらに、化学エッチング液７はシリコン基板１に対してもエッチングレートが高いため、シリコン基板１のうち欠陥４を埋めるポリシリコン膜３と接触していた部分は、化学エッチング液７によって結晶面に沿ってエッチングされ、シリコン基板１の表面にエッチング跡１２が形成される（図２０）。従って、このエッチング跡１２の形成の有無を観察することにより、ゲート酸化膜２に生じている欠陥４の位置を同定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の絶縁膜の評価方法では、ゲート酸化膜２に絶縁耐圧不良部５が生じていても、これが化学エッチング液７に対するマスクとして機能するため、絶縁耐圧不良部５の下にあるシリコン基板１が化学エッチング液７によってエッチングされることはない。従って、絶縁耐圧不良部５の下にあるシリコン基板１の表面にはエッチング跡１２が形成されないため、絶縁耐圧不良部５を発見することができないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、半導体装置のゲート酸化膜に生じている欠陥とともに、絶縁耐圧不良部をも発見できるような評価方法を得ること、さらには、欠陥や絶縁耐圧不良部の程度を分類することができるような評価方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のうち請求項１に係る絶縁膜の評価方法は、導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、（ａ）絶縁膜上に複数に分離された半導体層を形成する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、（ｃ）アルカリ性溶液に対して導電体の電位を高めることにより、水酸基の働きによって、絶縁膜の欠陥上に形成されている部分の半導体層の表面に不動態化層を形成するとともに、不動態化層の形成と並行して他の部分の半導体層を除去する工程とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明のうち請求項２に係る絶縁膜の評価方法は、導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、（ａ）絶縁膜上に複数に分離された半導体層を形成する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、（ｃ）アルカリ性溶液に対して導電体の電位を高める工程とを備え、導電体の電位を高めるために印加する電圧を下げつつ、工程（ｂ）と（ｃ）とを繰り返すことを特徴とするものである。
【００１０】
この発明のうち請求項３に係る絶縁膜の評価方法は、導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、（ａ）絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、（ｃ）アルカリ性溶液及び半導体層に対して導電体の電位を高めることにより、水酸基の働きによって、絶縁膜の欠陥上に形成されている部分の半導体層の表面に不動態化層を形成するとともに、不動態化層の形成と並行して他の部分の半導体層を除去する工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明のうち請求項４に係る絶縁膜の評価方法は、導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、（ａ）絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、（ｂ）工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、（ｃ）アルカリ性溶液及び半導体層に対して導電体の電位を高める工程とを備え、半導体層の電位を固定するために、半導体層の上面を覆って電極を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する前に、まず、本発明の先駆けとなった技術、及びその課題について述べる。
【００１３】
図１は、評価対象たる半導体装置の構造を示す断面図である。半導体装置は、シリコン基板１上に形成されたゲート酸化膜２と、ゲート酸化膜２上に形成されたポリシリコン膜３とを備えている。また、ゲート酸化膜２には欠陥４及び絶縁耐圧不良部５が生じているものとする。
【００１４】
図２〜図４は、図１に示す半導体装置における絶縁膜の評価方法を順に示す断面図である。図２に示されるように、半導体装置は湿式エッチング装置１１の備える化学エッチング液７に浸漬される。湿式エッチング装置１１はさらに、化学エッチング液７に浸漬される接地電極８並びに接地電極８に接続される負極及びシリコン基板１に接続される正極を有する直流電圧電源６を備えている。そしてシリコン基板１と化学エッチング液７との間に直流電圧を印加した状態で化学エッチングを行う。化学エッチング液７の代表的なものとしては、従来の技術でも示したように、ＫＯＨ，ＮａＯＨ，ＬｉＯＨ，ＣｓＯＨ，ＮＨ4ＯＨ，エチレンジアミンピロカテコール，ヒドラジン及びコリンのようなアルカリ溶液が挙げられる。ここでヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）自体は水酸基を持たないが、水溶液中では
【００１５】
【化１】
のようになり、水酸基が発生する。例えば化学エッチング液７として６０°Ｃに昇温された５規定のＫＯＨを用いることができる。
【００１７】
直流電圧電源６によってシリコン基板１と化学エッチング液７との間に電圧を印加すると、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５を介してシリコン基板１からポリシリコン膜３へリーク電流が流れ込み、ポリシリコン膜３のうち欠陥４又は絶縁耐圧不良部５上にある部分はシリコン基板１と同電位になる。そのため図３に示すように、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５上に形成されているポリシリコン膜３の表面には、陽極酸化によって不動態化層９が形成される。また、シリコン基板１のうち化学エッチング液７に接する面には不動態化層１０が形成される。
【００１８】
このとき、欠陥４や絶縁耐圧不良部５が生じていないゲート酸化膜２上のポリシリコン膜３の表面に不動態化層９が形成されないように、印加する直流電圧の大きさを調整する必要がある。
【００１９】
ポリシリコン膜３のうち、表面に不動態化層９が形成されていない部分は化学エッチング液７によってエッチングされる。このエッチングは不動態化層９の形成と並行して行われる。従って図４に示すように、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５上においてのみ不動態化層９は残存する。
【００２０】
ここで、不動態化層９の形成及び化学エッチングによる除去について説明する。シリコン基板１を構成するポリシリコンのアルカリ溶液中での酸化は、
【００２１】
【化２】
のように起こり、酸化シリコンである不動態化層９が形成される。この酸化と並行して
【００２３】
【化３】
のようなシリコン化合物のエッチングが起こる。酸化シリコンのエッチング反応も同様であると考えられる。特に化学エッチング液７としてＫＯＨが用いられる場合には、
【００２５】
【化４】
の反応が進み、シリコンは
【００２７】
【化５】
のようにエッチングされる。以上の化学式より、不動態化層９の形成及び除去のどちらにも水酸基が関与することが分かる。
【００２９】
以上のように、欠陥４及び絶縁耐圧不良部５のいずれもが導電性を有することを利用してこれらの上に不動態化層９を形成し、不動態化層９が形成されていない領域のポリシリコン膜３を化学エッチング液７で化学エッチングするため、欠陥４のみならず、従来の技術では発見が不可能であった絶縁耐圧不良部５をも発見することができる。
【００３０】
しかし、上記のような評価方法においては、欠陥４や絶縁耐圧不良部５が生じているゲート酸化膜２上にあるポリシリコン膜３の表面のみに不動態化層９を形成させるように電圧印加条件を適切に設定する必要があり、しかもこの設定は必ずしも容易ではなかった。即ち、ポリシリコン膜３は抵抗が低いため、印加電圧が適切な条件よりわずかでも大きすぎると不動態化層９が広範囲に形成されてしまうため欠陥４や絶縁耐圧不良部５の位置を同定することができず、逆にわずかでも小さすぎるとポリシリコン膜３に電圧が印加されず、全てエッチングされてしまうという問題があった。
【００３１】
そこで、このような課題を克服するための技術として、以下、本発明の実施の形態について述べる。
【００３２】
実施の形態１．
図５〜図７は、評価対象となる半導体装置の製造工程を順に示す断面図である。まずシリコン基板１上にゲート酸化膜２を形成し（図５）、次にゲート酸化膜２上にポリシリコン膜３0を形成する（図６）。その後、通常用いられているホトリソグラフィー技術により、ポリシリコン膜３0を可能な限り微細にパターニングしてポリシリコンパターン３1とする。ここで、ゲート酸化膜２には欠陥４及び絶縁耐圧不良部５が生じており、これらはポリシリコンパターン３1によって覆われているものとする（図７）。なお図８は、図７に示す断面構造を上方から見たときの構造を示す平面図である。ポリシリコンパターン３1がゲート酸化膜２上で縦列方向に複数に分離されていることが分かる。
【００３３】
図９及び図１０は、図７に示す半導体装置の評価方法を順に示す断面図である。評価対象である半導体装置のシリコン基板１を直流電圧電源６の正側、接地電極８を直流電圧電源６の負側に接続し、半導体装置及び接地電極８を化学エッチング液７に浸漬する（図９）。なお、直流電圧電源６、化学エッチング液７、接地電極８は、いずれも上述の先駆技術で使用されていたものと同様のものである。
【００３４】
次に、シリコン基板１と化学エッチング液７との間に、不動態化層が形成される電圧以上の電圧を直流電圧電源６によって印加する。すると、すべてのポリシリコンパターン３1のうち、欠陥４や絶縁耐圧不良部５が生じていないゲート酸化膜２上のポリシリコンパターン３1には電圧が印加されないため、上述の先駆技術の説明で述べたのと同様の作用によりこれらのポリシリコンパターン３1はエッチングされるが、欠陥４や絶縁耐圧不良部５が生じているゲート酸化膜２上のポリシリコンパターン３1には当該欠陥４又は絶縁耐圧不良部５を介して電圧が印加されるため、その表面に不動態化層９が形成され、これらのポリシリコンパターン３1のエッチングは進まない。なお、エッチング液７と接するシリコン基板１の表面に不動態化層１０が形成され、エッチングが進まないのは、先駆技術の場合と同様である（図１０）。
【００３５】
しかも、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５上のポリシリコンパターン３1の表面に不動態化層９を形成する工程と、その他のポリシリコンパターン３1を化学エッチング液７によってエッチングする工程とが同時に行われるため、これを別工程で行う場合と比較すると処理時間を短縮することができる。
【００３６】
図１１は、ＫＯＨ水溶液によるシリコンのエッチングレートを表すグラフであるが、これによると、例えば、化学エッチング液７として６０°Ｃに昇温された０．２５規定以上のＫＯＨを用いた場合は、電圧が印加されない部分のシリコンのエッチングレートはＫＯＨの濃度によらずほぼ５００ｎｍ／ｍｉｎであり、数Ｖの電圧を１分程度印加することにより、処理を完了することができる。なお、５規定のＫＯＨを用いれば自己発熱によって６５°Ｃ程度に液温が上昇する。
【００３７】
従って、本処理が完了した時点で不動態化層９がゲート酸化膜２上に残置しているか否かを観察することにより、ゲート酸化膜２に欠陥４又は絶縁耐圧不良部５が生じていたか否かを判断でき、その位置を同定することができる。
【００３８】
しかも、本実施の形態１に係る半導体装置の評価方法においては、ポリシリコン膜３0を複数に分離してポリシリコンパターン３1としたので、ポリシリコンパターン３1をゲート酸化膜２上にパターン単位で残すことができ、不動態化層９が広範囲に残って正確な同定の妨げとなるということもない。従って、不動態化層９が形成され始める電圧よりもかなり高い電圧を印加することができるため、微小な欠陥４や絶縁耐圧不良部５を発見することができる。
【００３９】
さらに、先駆技術のように不動態化層９を局所的に残置させるための困難な電圧設定を行う必要がないため、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５が生じている箇所を簡便に同定することができる。
【００４０】
また、評価対象である半導体装置は、従来から用いられている周知の技術を用いて非常に簡便に形成することができ、さらに、一般にＴＥＧ（Test Element Group）による電気的特性の測定ではtest elementに電圧を印加したり、test elementの電位を固定するための配線やパッドが必要であったのに対し、本実施の形態１に係る半導体装置の評価方法によるとポリシリコンパターン３1の電位を固定する必要等がないため、その分構造が単純になり、形成工程を減少させることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法においては、個々のポリシリコンパターン３1の大きさが小さく、隣り合うポリシリコンパターン３1同士の間隔が狭い方が、欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の位置をより正確に同定することができるのはいうまでもない。
【００４２】
実施の形態２．
実施の形態１ではゲート酸化膜２に生じている欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の位置を簡便に同定するための方法について述べたが、欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の程度を分類できればさらに望ましい。
【００４３】
図１２は、ポリシリコン膜に電圧を印加しながら化学エッチング液中に浸漬したときの、印加電圧とポリシリコン膜表面に形成される不動態化層の厚さとの関係を示したグラフである。このように、印加電圧の上昇に伴って不動態化層の厚さが増加することが実験により判明している。
【００４４】
従って、実施の形態１において、直流電圧電源６によってシリコン基板１と化学エッチング液７との間に印加する電圧が高い方が、欠陥４又は絶縁耐圧不良部５を介してシリコン基板１からポリシリコンパターン３1に流れるリーク電流も増加し、ポリシリコンパターン３1の電位も高くなるため、より微小な欠陥４及び絶縁耐圧不良部５を発見することができる。
【００４５】
本実施の形態２に係る半導体装置の評価方法は、これを利用して欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の程度を分類するものである。
【００４６】
図１３は、評価対象となる半導体装置の構造を示す断面図である。半導体装置自体は実施の形態１に示した場合と同様に周知の技術によって製造されるが、図１３に示すように、ゲート酸化膜２に、程度の大きい欠陥４ａと程度の小さい欠陥４ｂとが生じており、これらはポリシリコンパターン３ａ，３ｂにそれぞれ覆われているものとする。
【００４７】
図１４及び図１５は、本実施の形態２に係る絶縁膜の評価方法を順に示す断面図である。まず、図１３で示した半導体装置のシリコン基板１を直流電圧電源６の正側、接地電極８を直流電圧電源６の負側に接続し、半導体装置及び接地電極８を化学エッチング液７に浸漬する。このとき、実施の形態１でシリコン基板１に印加した電圧、即ち、ポリシリコンパターンの表面に不動態化層９が形成され始める電圧よりもかなり高い電圧Ｖ1を印加する。
【００４８】
すると、欠陥４ａ，４ｂが生じていないゲート酸化膜２上に形成されたポリシリコンパターン３1には電圧が印加されないので、実施の形態１に示した場合と同様に、これらのポリシリコンパターン３1は化学エッチング液７によりエッチングされる。一方、欠陥４ａ，４ｂが生じているゲート酸化膜２上に形成されたポリシリコンパターン３ａ，３ｂには欠陥４ａ，４ｂを介してシリコン基板１からリーク電流が流れ込み、電圧が印加されるので、ポリシリコンパターン３ａ，３ｂの表面に不動態化層９ａ1，９ｂが形成される。このとき、程度の大きい欠陥４ａを介してポリシリコンパターン３ａに流れ込むリーク電流の方が、程度の小さい欠陥４ｂを介してポリシリコンパターン３ｂに流れ込むリーク電流に比較して大きいため、図１２に示したグラフの関係により、不動態化層９ａ1の膜厚の方が、不動態化層９ｂの膜厚よりも厚くなる（図１４）。
【００４９】
次に、上記と同様に半導体装置を化学エッチング液７中に浸漬した状態で、シリコン基板１と化学エッチング液７との間に、Ｖ1よりも低い電圧を印加する。
【００５０】
印加電圧が低い場合には、ポリシリコンパターン３ａには欠陥４ａを介してリーク電流が流れ込み電圧が印加されるが、欠陥４ｂは欠陥４ａより小さいため、ポリシリコンパターン３ｂにはリーク電流が流れ込まず電圧が印加されないことがある。
【００５１】
このとき化学エッチング液７はシリコンより速度は遅いが不動態化層もエッチングするので、ポリシリコンパターン３ｂの表面に形成された不動態化層９ｂはやがてエッチングされ、そして、ポリシリコンパターン３ｂもエッチングされる。一方、ポリシリコンパターン３ａの表面には、不動態化層９ａ1よりも薄いが不動態化層９ａ2が形成される（図１５）。従って、印加電圧を下げた後にゲート酸化膜２上に不動態化層が残っているか否かを観察することにより、欠陥の程度を分類することができる。
【００５２】
つまりゲート酸化膜２に欠陥４や絶縁耐圧不良部５が多数混在するときは、シリコン基板１に印加する電圧をＶ1から少しずつ下げて順次評価することにより、欠陥４の程度を細かく分類することができる。
【００５３】
以上、ゲート酸化膜２に欠陥４ａ，４ｂが存在する場合について述べたが、絶縁耐圧不良部５が存在する場合であっても同様にその程度の分類を行うことができる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態２に係る半導体装置の評価方法によれば、シリコン基板１に印加する電圧を下げてエッチングを行った後にゲート酸化膜２上に不動態化層が残置しているか否かを観察するという工程を繰り返すので、欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の位置が同定できるだけでなく、その程度も分類することができる。
【００５５】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では、ゲート酸化膜２に生じている欠陥４又は絶縁耐圧不良部５の位置をポリシリコンパターン単位で同定しており、ポリシリコンパターンの個々の大きさを可能な限り小さくすることで、その位置の同定もほぼ正確に行うことができるが、さらに局所的に欠陥４及び絶縁耐圧不良部５の位置を同定することもできる。
【００５６】
図１６及び図１７は、本発明の実施の形態３に係る絶縁膜の評価方法を順に示す断面図である。まず、半導体装置のシリコン基板１を直流電圧電源６の正側、接地電極８を直流電圧電源６の負側に接続する。さらにポリシリコン膜３0の上面を覆うように電極１３を形成し、この電極１３を直流電圧電源６の負極に接続する。これによりポリシリコン膜３0の電位が接地電極８の電位、即ち化学エッチング液７の電位に固定される。なお、評価対象たる半導体装置は実施の形態１又は２の場合と同様に周知の技術によって製造されるが、ここではゲート酸化膜２に欠陥４ｃが生じているものとする。
【００５７】
次に、半導体装置及び接地電極８を化学エッチング液７中に浸漬し、シリコン基板１と化学エッチング液７及びポリシリコン膜３0との間に、ポリシリコン膜３0の表面に不動態化層が形成される電圧以上の電圧を印加する（図１６）。
【００５８】
すると、シリコン基板１には直流電圧電源６によって正の電圧が印加されるので、欠陥４ｃを介してシリコン基板１からポリシリコン膜３0へリーク電流が流れ込むが、このときポリシリコン膜３0の電位は接地電極８の電位と同電位に固定されているため、直流電圧電源６による正の電圧はポリシリコン膜３0のうち欠陥４ｃに接触する部分のみにしか印加されない。
【００５９】
従って、欠陥４ｃに接触する部分以外のポリシリコン膜３0はエッチング液７によってポリシリコン膜３0の側壁部分から次第にエッチングされるが（図１７）、ポリシリコン膜３0のうち欠陥４ｃに接触する部分にには直流電圧電源６から正の電圧が印加されるので、その部分のポリシリコン膜３0の表面に不動態化層９ｃが形成され、エッチング液７によってエッチングされることはない。
【００６０】
従って、本実施の形態３に係る絶縁膜の評価方法によれば、ポリシリコン膜３0の電位を接地電極８の電位と同電位にすることにより、ポリシリコン膜３0のうち正の電圧が印加される領域が狭くなり、より局所的に不動態化層９ｃを残すことができるため、ゲート酸化膜２に生じている欠陥や絶縁耐圧不良部の位置をさらに正確に同定することができる。
【００６１】
また、ポリシリコン膜３0の電位が固定されていることから、実施の形態１又は２に示したように予めポリシリコン膜３0を複数に分離する必要がなく、また、シリコン基板１にかなり高い電圧を印加することができるため、程度の小さい欠陥や絶縁耐圧不良部についても、簡便かつ正確にその位置を同定することができる。
【００６２】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１に係るものによれば、絶縁膜に生じている欠陥又は絶縁耐圧不良部上の半導体層は溶液に対して陽極として機能し、その表面に不動態化層が形成されるため、これが溶液によって除去されることはない。一方、その下の絶縁膜に欠陥や絶縁耐圧不良部が生じていない半導体層の表面には不動態化層が形成されないため、この半導体層は溶液によって除去される。従って、絶縁膜上に不動態化層が形成されているか否かを観察することにより、絶縁膜に生じている欠陥及び絶縁耐圧不良部の位置を同定することができる。
【００６３】
しかも、半導体層は予め複数に分離されているため、溶液に対して半導体層の電位が高くなる領域は拡大せず、不動態化層が広範囲に形成されることを防止することができる。従って、導電体と溶液との間に印加すべき電圧は不動態化層が形成される電圧以上の電圧であれば高めに設定してもよく、煩雑な印加電圧の調整を行う必要もない。
【００６４】
また、この発明のうち請求項２に係るものによれば、導電体の電位を高めるために印加する電圧を下げながら、工程（ａ）で得られた構造を溶液に浸漬する工程と導電体の電位を高める工程とを繰り返す。よって、欠陥又は絶縁耐圧不良部が生じている絶縁膜上に形成された半導体層の表面に形成された不動態化層は、その欠陥等の程度が小さいものから順に溶液によって除去される。従って、欠陥及び絶縁耐圧不良部の位置を同定できるのみならず、その程度をも分類することができる。
【００６５】
また、この発明のうち請求項３に係るものによれば、溶液及び半導体層に対して導電体の電位を高めることから、導電体に高電圧を印加しても、絶縁膜に生じている欠陥又は絶縁耐圧不良部に接触する部分の半導体層のみが陽極化される。従って、半導体層の表面に不動態化層が形成される領域がより局所的になるため、欠陥や絶縁耐圧不良部の位置をさらに正確に同定することができる。
【００６６】
また、この発明のうち請求項４に係るものによれば、半導体層の上面を覆って電極を形成するため、半導体層の上面から半導体層が除去されることはなく、電極と半導体層との接触不良を回避しつつ半導体層の電位を固定することができる。しかも、半導体層の側壁部が溶液に接触しているため、この部分から半導体層が次第に除去されることを促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の先駆技術を示す断面図である。
【図２】 本発明の先駆技術を示す断面図である。
【図３】 本発明の先駆技術を示す断面図である。
【図４】 本発明の先駆技術を示す断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す平面図である。
【図９】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す平面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態１に係る絶縁膜の評価方法を示す平面図である。
【図１１】 ＫＯＨ水溶液によるシリコンのエッチングレートを表すグラフである。
【図１２】 印加電圧とポリシリコン膜表面に形成される不動態化層の厚さとの関係を示したグラフである。
【図１３】 本発明の実施の形態２に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１４】 本発明の実施の形態２に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１５】 本発明の実施の形態２に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１６】 本発明の実施の形態３に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１７】 本発明の実施の形態３に係る絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１８】 従来の絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図１９】 従来の絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【図２０】 従来の絶縁膜の評価方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板、２ ゲート酸化膜、３，３0 ポリシリコン膜、３1 ポリシリコンパターン、４，４ａ，４ｂ，４ｃ 欠陥、５ 絶縁耐圧不良部、６ 直流電圧電源、７ 化学エッチング液、８ 接地電極、９，９ａ1，９ａ2，９ｂ，９ｃ，１０ 不動態化層、１３ 電極。
Claims (4)
- 導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、
（ａ）前記絶縁膜上に複数に分離された半導体層を形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、
（ｃ）前記アルカリ性溶液に対して前記導電体の電位を高めることにより、前記水酸基の働きによって、前記絶縁膜の欠陥上に形成されている部分の前記半導体層の表面に不動態化層を形成するとともに、前記不動態化層の形成と並行して他の部分の前記半導体層を除去する工程と
を備える絶縁膜の評価方法。 - 導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、
（ａ）前記絶縁膜上に複数に分離された半導体層を形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、
（ｃ）前記アルカリ性溶液に対して前記導電体の電位を高める工程と
を備え、
前記導電体の電位を高めるために印加する電圧を下げつつ、前記工程（ｂ）と（ｃ）とを繰り返す、絶縁膜の評価方法。 - 導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、
（ａ）前記絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、
（ｃ）前記アルカリ性溶液及び半導体層に対して前記導電体の電位を高めることにより、前記水酸基の働きによって、前記絶縁膜の欠陥上に形成されている部分の前記半導体層の表面に不動態化層を形成するとともに、前記不動態化層の形成と並行して他の部分の前記半導体層を除去する工程と
を備える絶縁膜の評価方法。 - 導電体上に形成された絶縁膜を評価する方法であって、
（ａ）前記絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた構造を水酸基を含むアルカリ性溶液に浸漬する工程と、
（ｃ）前記アルカリ性溶液及び半導体層に対して前記導電体の電位を高める工程と
を備え、
前記半導体層の電位を固定するために、前記半導体層の上面を覆って電極を形成する、絶縁膜の評価方法。
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