JP4379597B2 - Ｓｏｉウエーハの評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、水銀プローブを用いてＳＯＩウエーハのＳＯＩ層及びＳＯＩ層と埋め込み酸化層との界面の評価を行うＳＯＩウエーハの評価方法に関する。

近年、電気的に絶縁性のある酸化膜の上にＳＯＩ層（シリコン活性層とも言う）が形成されたＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハが、デバイスの高速性、低消費電力性、高耐圧性、耐環境性等に優れていることから、電子デバイス用の高性能ＬＳＩウエーハとして特に注目されている。これは、ＳＯＩウエーハでは支持基板とＳＯＩ層との間に絶縁体である埋め込み酸化膜（以下、ＢＯＸ層と言うことがある）が存在するため、ＳＯＩ層に形成される電子デバイスは耐電圧が高く、α線のソフトエラー率も低くなるという大きな利点を有するためである。

また、ＳＯＩ層が１μｍ以下の厚みの薄膜ＳＯＩウエーハにおいて、ＳＯＩ層上に形成されたＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型半導体装置は、完全空乏型で動作させた場合にソース・ドレインのＰＮ接合面積を小さくできるため、寄生容量が低減され、デバイス駆動の高速化をはかることができる。さらに、絶縁層となるＢＯＸ層の容量がゲート酸化膜直下に形成される空乏層容量と直列になるため、実質的に空乏層容量が減少し、低消費電力化を実現することができる。

最近では、電子デバイスのさらなる微細化、高性能化のため、より高品質なＳＯＩウエーハが求められている。そのため、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層の品質等を評価することが積極的に行われている。このＳＯＩウエーハの品質を評価する方法の一つとして、ＳＯＩ層の表面にＭＯＳ構造を形成し、その電極部分に電圧を印加してＳＯＩ層の品質を評価することが行われている。

しかしながら、ＳＯＩウエーハの評価を行うためにＭＯＳ構造をＳＯＩ層上に形成する場合、フォトリソグラフィ工程等を行うために大掛かりな装置と多数の工程を必要とし、コスト面での大きな負担や迅速性に欠ける等の不具合があった。また、この方法はＳＯＩ層表面の品質は評価可能であるが、ＳＯＩ層とＢＯＸ層との界面の評価としては不完全であった。

そこで、従来のような多数の工程を通してＳＯＩウエーハ上にＭＯＳ構造を形成せずとも、水銀プローブを用いてより簡便にＳＯＩウエーハを評価できる評価方法が開発されている。その一つとして、ＳＯＩウエーハを評価対象とするＰｓｅｕｄｏ ＭＯＳ ＦＥＴ法が提案されている（例えば特許文献１、２及び非特許文献１、２参照）。この方法によれば、ＳＯＩ層とＢＯＸ層との界面における界面準位密度やＳＯＩ層の電気特性等を精度良く、簡便に測定することができる。

ここで、Ｐｓｅｕｄｏ ＭＯＳ ＦＥＴ法について図面を参照しながら簡単に説明する。まず、図８に示すように、ＢＯＸ層２をゲート酸化膜として擬似的なＭＯＳ構造を形成するＳＯＩウエーハ５のＳＯＩ層１側に、評価用電極としてニードルブローブまたは水銀プローブを直接接触させ、これらをソース電極６およびドレイン電極７とする。そして、ＳＯＩウエーハ５の裏面、すなわちＳＯＩウエーハ５の支持ウエーハ３側の面を、電極としても用いられるステージに真空吸着することによりゲート電極４を形成し、これらの電極間に電圧を印加することで様々な電気特性を得ることができる。この場合、上記ゲート電極４は、例えばＳＯＩウエーハ５の裏面にニードルを接触させることによって形成することもできる。

また、このようなＰｓｅｕｄｏ ＭＯＳ ＦＥＴ法によるＳＯＩウエーハの評価では、評価を行う前にフッ酸を含む水溶液でＳＯＩウエーハを洗浄することにより、ＳＯＩ層表面に形成されている自然酸化膜を除去できるので、その自然酸化膜の影響を排除してより正確なＳＯＩウエーハの電気特性を評価することが可能となる。

さらに、このＰｓｅｕｄｏ ＭＯＳ ＦＥＴ法による評価方法において、ソース電極及びドレイン電極として水銀プローブを用いれば、ＳＯＩ層表面にニードルプローブを接触させたときに生じるプローブ接触穴を形成することがないので、繰り返し測定や最初に測定した測定点近傍の測定を簡便にまた安定して行うことができる。

そして、上記のようなＰｓｅｕｄｏ ＭＯＳ構造を形成した後、ドレイン電圧を印加した状態でゲート電圧を正側に印加してゲート電圧Ｖ_Ｇとドレイン電流Ｉ_Ｄの関係、すなわちＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することにより、ＳＯＩ層の電子移動度およびＳＯＩ層とＢＯＸ層の界面における界面準位密度を評価することができる。一方、ドレイン電圧を印加した状態でゲート電圧を負側に印加してＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することにより、ＳＯＩ層の正孔移動度やＢＯＸ層の電荷密度を評価することができる。

ところが、上記のようにゲート電圧を負側に印加してＳＯＩウエーハの評価を行う場合、従来ではフッ酸を含む水溶液でＳＯＩウエーハを洗浄してＳＯＩ層表面の自然酸化膜を除去した後、すぐにＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を開始しても１０〜１２時間、またはそれ以上経過しなければ測定値が安定しないため、Ｖ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の正確な測定を行うことができなかった。そのため、ＳＯＩウエーハの評価を行うには非常に長い評価時間が必要とされており、測定装置の稼働率を低下させてＳＯＩウエーハ評価の効率化を妨げるという問題があった。

またこの場合、自然酸化膜を除去した後、測定が完了するまでの間、ウエーハに不純物が付着したりしないようにＳＯＩウエーハを精密に管理しなければならないため管理上の負担が大きいという問題もあった。

特開２００１−６０６７６号公報 特開２００１−２６７３８４号公報 S. Cristoleveanu et al., " A Review of the Pseudo-MOS Transistor in SOI Wafers: Operation, Parameter Extraction, and Applications" IEEE Trans. Electron Dev, 47 1018 (2000). H.J.Hovel, "Si film electrical characterization in SOI substrates by HgFET technique" Solid-State Electronics, 47, 1311 (2003).

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、フォトリソグラフィ工程等のような大掛かりな装置や多数の工程を必要とせず、ＳＯＩウエーハの電気特性を短時間で簡便かつ高精度に測定でき、測定装置の稼働率を向上させて効率的にＳＯＩウエーハを評価することのできる評価方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、水銀プローブを用いてＳＯＩウエーハを評価する方法において、少なくとも、前記ＳＯＩウエーハにフッ酸洗浄処理を行って該ＳＯＩウエーハの表面に形成されている自然酸化膜を除去し、次に、該自然酸化膜を除去したＳＯＩウエーハにコロナ放電処理を行うことにより該ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に電荷を載上させ、その後、該コロナ放電処理したＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させてＳＯＩウエーハの評価を行うことを特徴とするＳＯＩウエーハの評価方法が提供される（請求項１）。

このように、フッ酸洗浄処理によりＳＯＩウエーハに形成されている自然酸化膜を除去した後に、コロナ放電処理を行ってＳＯＩ層表面に電荷を載上させることによって、ＳＯＩ層表面の電荷状態を速やかに安定させて定常状態にすることができる。それによって、自然酸化膜を除去してからＳＯＩウエーハの電気特性を測定するまでに要する時間を従来よりも大幅に短縮してＳＯＩウエーハの評価を非常に短時間で行うことができ、測定装置の稼働率の向上を図ることができる。また、本発明は、このようにＳＯＩウエーハの電気特性を測定する前にＳＯＩ層表面の電荷状態を短時間で効果的に安定化させることができるので、ＳＯＩウエーハの管理も容易となるし、さらに測定値のバラツキを低減し、信頼性の高いＳＯＩウエーハの評価を安定して行うことができる。

このとき、前記コロナ放電処理でＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に載上させる電荷を正電荷とすることが好ましい（請求項２）。
このようにコロナ放電処理でＳＯＩ層表面に載上させる電荷を正電荷とすることにより、例えばウエーハ表面を曝露する電荷を帯びたガスとしてＨ^＋のような水素イオンを用いることができる。コロナ放電処理の際に、この水素イオンがコロナチャージ電極から放出されると、空気中の水分（Ｈ_２Ｏ）が水素イオンの周囲に集まり、（Ｈ_２Ｏ）_ｎＨ^＋の形となり、ＳＯＩ層表面に正電荷として載上される。水素イオンと結合する水分は空気中に大量に存在しているため、コロナ放電処理を行うためにわざわざ専用のチャンバを用いる必要がなく、より簡便にＳＯＩ層表面に電荷を載上させることができる。

さらに、前記コロナ放電処理でＳＯＩ層表面に載上させる電荷量を、５００ｎＣ／ｃｍ^２以上５００００ｎＣ／ｃｍ^２以下とすることが好ましい（請求項３）。
このようにコロナ放電処理でＳＯＩ層表面に載上させる電荷量を５００ｎＣ／ｃｍ^２以上５００００ｎＣ／ｃｍ^２以下とすることにより、フッ酸洗浄処理を行ったＳＯＩ層表面の電荷状態を短時間で、非常に効果的に安定させることができる。

また本発明では、前記コロナ放電処理したＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させて正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することによって、該ＳＯＩウエーハにおけるＳＯＩ層の正孔移動度及び／または埋め込み酸化膜の電荷密度を評価することが好ましい（請求項４）。
上記のように、本発明では、フッ酸洗浄処理で自然酸化膜を除去した後、コロナ放電処理を行うことによりＳＯＩ層表面の電荷状態を短時間で安定させることができるため、その後ＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させて正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することによって、測定値のバラツキを著しく低減することができる。したがって、従来では測定値にバラツキの生じ易く、正確な測定までに長時間を要したＳＯＩ層の正孔移動度や埋め込み酸化膜の電荷密度を短時間で高精度に、また高い信頼性で評価することができる。

さらに本発明では、前記フッ酸洗浄処理を行って自然酸化膜を除去した後、該自然酸化膜を除去したＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させて電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することによってＳＯＩ層の電子移動度及び／またはＳＯＩ層と埋め込み酸化膜の界面準位密度を評価し、その後、前記コロナ放電処理を行うことが好ましい（請求項５）。
このように、フッ酸洗浄処理による自然酸化膜の除去後、コロナ放電処理を行う前に、ＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させて電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することによって、電子移動度や界面準位密度を高精度に評価でき、ＳＯＩウエーハの品質をより詳細に評価することが可能となる。

このとき、前記フッ酸洗浄処理を行った後、ＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させて電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定する前に、該ＳＯＩウエーハにコロナ放電処理を行ってＳＯＩ層表面に負電荷を載上させることが好ましい（請求項６）。
このように、フッ酸洗浄処理後、ＳＯＩウエーハにコロナ放電処理を行ってＳＯＩ層表面に負電荷を載上させることにより、電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定する前にＳＯＩ層表面の電荷状態を短時間で安定させることができるので、電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を測定値にバラツキを生じさせずに安定して行うことができ、それによって、電子移動度や界面準位密度の評価を一層高精度に行うことができる。

以上のように、本発明によれば、ＳＯＩウエーハを評価する際に、フッ酸洗浄処理後にコロナ放電処理を行うことによってＳＯＩ層表面に電荷を載上させるので、ＳＯＩ層表面の電荷状態を速やかに安定させて定常状態にすることができる。それによって、自然酸化膜を除去してからＳＯＩウエーハの電気特性を測定するまでに要する時間を従来よりも大幅に短縮してＳＯＩウエーハの評価を非常に短時間で行うことができ、また測定装置の稼働率の向上を図ることもできる。また、本発明では、自然酸化膜の除去後からＳＯＩウエーハの電気特性を測定するまでの時間を大幅に短縮できるので、ＳＯＩウエーハの管理も容易となるし、さらに測定値のバラツキを低減し、高精度で信頼性の高いＳＯＩウエーハの評価を安定して行うことができる。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
従来、ＳＯＩウエーハにおけるＳＯＩ層の正孔移動度やＢＯＸ層電荷密度等をＰｓｅｕｄｏ ＭＯＳ ＦＥＴ法により評価する場合、フッ酸を含む水溶液でＳＯＩウエーハを洗浄してＳＯＩ層表面の自然酸化膜を除去した後、１０時間以上経過しなければ測定値が安定しないため、ＳＯＩウエーハの評価には非常に長い時間が必要とされるという問題があった。

これは、例えば正孔移動度やＢＯＸ層電荷密度の評価のようなゲート電圧を負側に印加してＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定する場合、ＳＯＩ層表面にＨ＋イオンのような正電荷を吸着させることで表面状態を制御しなければ、ＳＯＩ層表面の電荷が安定せずに正確な測定ができないためと考えられた。すなわち、フッ酸洗浄によりＳＯＩ層表面の自然酸化膜を除去した後、１０時間以上経過しなければＳＯＩ層表面の電気的状態が安定しないため、測定を行うことができなかったと考えられる。

そこで、本発明者等は、水銀プローブを用いてＳＯＩウエーハの評価をする際に、自然酸化膜を除去した後にＳＯＩ層表面の電荷状態を安定させる処理を行うことにより、ＳＯＩウエーハの評価に掛かる時間を短縮できると考え、鋭意実験及び検討を重ねた。その結果、ＳＯＩウエーハにフッ酸洗浄を行った後、コロナ放電処理を行ってＳＯＩ層表面に電荷を載上させ、その後水銀プローブを用いてＳＯＩウエーハを評価することによって、ＳＯＩウエーハの評価を短時間で高精度に行うことができることを見出して、本発明を完成させた。

以下、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで、図１は、本発明に係るＳＯＩウエーハの評価方法の一例を示すフロー図である。尚、図１に示したフロー図は、フッ酸洗浄処理を行った後、ＳＯＩウエーハの電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を行って電子移動度／界面準位密度を評価し、その後正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を行って、正孔移動度／電荷密度を評価する場合を示しているが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、以下で詳しく説明するように、工程Ａ〜工程Ｅまで行って電子移動度／界面準位密度の評価のみを行ったり、また工程Ｃ〜工程Ｅを省略して、正孔移動度／電荷密度の評価のみを行ったり、目的に応じて適宜変更することができる。

先ず、図１に示したように、評価対象となるＳＯＩウエーハを準備する（工程Ａ）。本発明で評価の対象となるＳＯＩウエーハは、例えば支持ウエーハの上に絶縁層となる埋め込み酸化膜とＳＯＩ層とが形成されたＳＯＩ構造を有するものであれば良く、その製造方法は特に限定されるものではない。例えば、準備するＳＯＩウエーハとしては、少なくとも一方のシリコンウエーハ表面にシリコン酸化膜を形成した２枚の鏡面研磨ウエーハの研磨面を互いに貼り合せ、熱処理後、一方のウエーハを研削、研磨により薄膜化したものを用いることができる（貼り合わせ法）。また、予め一方の鏡面研磨ウエーハに水素をイオン注入しておき、別のもう１枚の鏡面研磨ウエーハと研磨面で互いに貼り合せ、その後熱処理を行うことにより水素イオン注入層から一方のウエーハを剥離してＳＯＩ構造を形成した後、ＳＯＩ層となる薄膜の表面を研磨したものを用いることもできる（水素イオン剥離法）。さらに、１枚の鏡面研磨ウエーハに酸素をイオン注入した後、高温熱処理を行って作製されたいわゆるＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｉｄｅ）ウエーハであってもよい。

次に、この準備したＳＯＩウエーハにフッ酸を含む水溶液を用いてフッ酸洗浄処理を行って、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に形成されている自然酸化膜を除去する（図１の工程Ｂ）。通常、ＳＯＩウエーハは、大気に触れたりすること等により、自然酸化膜と呼ばれる膜厚の薄いシリコン酸化膜がウエーハ表面に形成されている。この自然酸化膜は、ＳＯＩウエーハの表面に均一に形成されてないため、ウエーハ面内で酸化膜の厚さにバラツキが生じている。このような自然酸化膜が形成されたＳＯＩウエーハをそのまま評価しても、自然酸化膜の厚さばらつきや、自然酸化膜に含まれている不純物等の影響により正確な評価を行うことができない。そのため、先ず準備したＳＯＩウエーハにフッ酸洗浄処理を行って、ウエーハ表面の自然酸化膜を除去する。

このとき、フッ酸洗浄処理に用いる水溶液中のフッ酸濃度は、自然酸化膜を除去できる程度であれば特に限定されないが、例えばフッ酸濃度があまりに高過ぎるとＳＯＩ層と支持ウエーハの間に介在するＢＯＸ層もエッチングしてしまう可能性が考えられる。したがって、フッ酸濃度は比較的低い方が好ましく、例えばフッ酸濃度が０．５％以上５％以下、特に１％程度となるような水溶液を用いることが好ましい。また、フッ酸洗浄処理を行う際の水溶液温度や洗浄時間などの洗浄条件についても、自然酸化膜を除去できる程度であれば良く、必要に応じて適宜変更することができる。

このようにしてフッ酸を含む水溶液でフッ酸洗浄処理を行ったＳＯＩウエーハは、その後、例えば純水でリンス処理し、乾燥させる。乾燥方法は、乾燥空気をＳＯＩウエーハに吹き付けて乾燥させてもよいし、スピンドライヤーのような装置を用いて乾燥させても良い。あるいは、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）のような薬液を用いて乾燥させても良い。

ＳＯＩウエーハを乾燥させた後、そのＳＯＩウエーハをコロナチャージ装置に載置してコロナ放電処理を行うことによって、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に電荷（負電荷）を載上させる（図１の工程Ｃ）。図２は、ＳＯＩウエーハにコロナ放電処理を行うコロナチャージ装置の一例を示す構成概略図である。この図２に示したコロナチャージ装置１１はステージ１２を有しており、このステージ１２は図示しないＸ−Ｙ駆動用モーターに接続されていてＸ−Ｙ軸方向に駆動できるようになっている。また、ステージ１２の上方には、金属ワイヤーから成り、電荷を発生させる電荷発生部１３が設けられている。この電荷発生部１３は、電荷発生部１３の先端とステージ１２に載置したＳＯＩウエーハＷとの距離が１〜５０ｃｍ、特に約２０ｃｍ程度になるようにして固定されている。

そして、このようなコロナチャージ装置１１を用いてコロナ放電処理を行う場合、ＳＯＩウエーハＷをＳＯＩ層が上向きになるようにしてステージ１２上に載置した後、電荷発生部１３に高電圧印加電源（不図示）から負の高電圧を印加することにより、電荷発生部１３からＳＯＩウエーハＷのＳＯＩ層表面にマイナスのコロナイオンが降り注がれることになる。このとき、マイナスのコロナイオンは、空気中で発生させることが難しいため、コロナチャージ装置１１を取り囲む密閉チャンバー（図示せず）を予め設置しておき、このチャンバー内を炭酸ガスで満たした後に電荷発生部１３に負の高電圧を印加することによって、マイナスのコロナイオンとして炭酸ガスイオンＣＯ_２ ⁻を発生させることができる。このようなマイナスのコロナイオンは電荷発生部１３からＳＯＩウエーハＷに向かって線状に降り注がれるので、ステージ１２をＸまたはＹ方向に駆動することでＳＯＩウエーハＷのＳＯＩ層全面に負電荷（マイナスイオン）を載上させることができる。

このようにＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に負電荷を載上させることによって、ＳＯＩ層表面の電荷状態を速やかに安定させて定常状態にすることができる。尚、このコロナ放電処理の処理時間は、ＳＯＩ層表面に載上させる電荷量等に応じて適宜決定することができるが、例えばコロナ放電処理を１分〜３０分程度、特に１０分程度行うことによって、ＳＯＩ層表面の電荷状態を確実に安定化させることができる。

次に、上記のようにしてＳＯＩ層表面に負電荷を載上させたＳＯＩウエーハＷは、図３に示すような水銀プローブ装置２１を用いて電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を行う（図１の工程Ｄ）。例えば、ＳＯＩウエーハＷをＳＯＩ層が下向きになるようにして、すなわち、ＳＯＩ層側の面を図示しないステージに載置して装置内に収納した後、ステージに載置された面とは反対側の面、すなわち、ＳＯＩウエーハの支持ウエーハ側の面を真空チャック２２で上側から吸着する。この真空チャック２２は金属等の導電性材料でできており、ゲート電極を兼ねている。

そして、ＳＯＩウエーハＷの支持ウエーハ側の面を真空チャック２２に吸着したら、ステージをＳＯＩウエーハＷから離して移動させる。その後、ＳＯＩウエーハＷのＳＯＩ層表面のごく近傍に水銀プローブ２３を近づけ、水銀電極部のみをＳＯＩ層に接触させる。このとき、水銀プローブ２３は図４に示すような構造を有しており、水銀電極部２４、２５のどちらか一方をソース電極にし、他方をドレイン電極にする。このようにして、例えば図８に示すようなＰｓｅｕｄｏ−ＭＯＳ構造を形成することができる。

このＰｓｅｕｄｏ−ＭＯＳ構造を形成した状態で一定のドレイン電圧を印加し、その状態でゲート電圧を正側に印加して変化させるとともにドレイン電流の変化をモニタリングすることによって、電子側のゲート電圧Ｖ_Ｇとドレイン電流Ｉ_Ｄの関係、すなわち電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することができる。測定された電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性は、例えば図６のように表示される。

そして、図６のように測定された電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性におけるＣ部及びＤ部の勾配から、例えば非特許文献１または２に示されている数式を用いることによって、ＳＯＩウエーハにおけるＳＯＩ層の電子移動度及び／またはＳＯＩ層と埋め込み酸化膜の界面準位密度を求めて評価することができる（図１の工程Ｅ）。このとき、本発明では、上記のようにＳＯＩウエーハの電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定する前に、コロナ放電処理によってＳＯＩ層表面に負電荷を載上させてＳＯＩ層表面の電荷状態を安定させているので、電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を測定値にバラツキを生じさせずに安定して行うことができ、電子移動度や界面準位密度の評価を一層高精度に行うことができる。
尚、上記の電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定（工程Ｄ）及び電子移動度／界面準位密度の評価（工程Ｅ）は、２つの工程を合わせておよそ２時間程度で行うことができる。

続いて、上記のようにしてＳＯＩウエーハの電子移動度や界面準位密度を評価した後、ＳＯＩウエーハにコロナ放電処理を行って、ＳＯＩ層表面に正電荷を載上させる（図１の工程Ｆ）。このように正電荷をＳＯＩ層表面に載上させるコロナ放電処理は、前記で説明した図２のコロナチャージ装置１１を用いて行うことができる。例えば、コロナ放電処理を施すＳＯＩウエーハＷをＳＯＩ層が上向きになるようにしてステージ１２上に載置する。その後、電荷発生部１３に正の高電圧を印加することにより電荷発生部１３から水素イオン（Ｈ^＋）が放出され、この水素イオンの周囲に空気中の水分（Ｈ_２Ｏ）が集まって（Ｈ_２Ｏ）_ｎＨ^＋の状態となったプラスのコロナイオンがＳＯＩウエーハＷのＳＯＩ層表面に降り注がれることによって、ＳＯＩウエーハＷのＳＯＩ層表面に正電荷（プラスイオン）を載上させることができる。

このようにＳＯＩ層表面に正電荷を載上する場合、水素イオンと結合してプラスのコロナイオンを形成する水分は空気中に大量に存在しているため、例えば前記で説明した負電荷を載上させる場合のように専用チャンバを用いる必要がなく、簡便にＳＯＩ層表面に正電荷を載上させることができる。そして、このようにしてコロナ放電処理を１分〜３０分程度、特に１０分程度行ってＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に正電荷を載上させることによって、ＳＯＩ層表面の電荷状態を非常に短い時間で安定化させて定常状態にすることができる。

上記のようにＳＯＩ層表面に正電荷を載上させた後、図３に示す水銀プローブ装置２１を用いてＳＯＩウエーハの正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定する（図１の工程Ｇ）。例えば、ＳＯＩウエーハＷの支持ウエーハ側の面を真空チャック２２に吸着した後、ＳＯＩウエーハＷのＳＯＩ層表面のごく近傍に水銀プローブ２３を近づけ、水銀電極部のみをＳＯＩ層に接触させることにより、Ｐｓｅｕｄｏ−ＭＯＳ構造を形成する。その後、水銀プローブ２３から一定のドレイン電圧を印加し、その状態でゲート電圧を負側に印加して変化させるとともにドレイン電流の変化をモニタリングすることによって、例えば図５に示すような正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することができる。

そして、図５のように測定された正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性におけるＡ部及びＢ部の勾配から、非特許文献１または２に示されている数式を用いることによって、ＳＯＩウエーハにおけるＳＯＩ層の正孔移動度及び／またはＢＯＸ層の電荷密度を求めて評価することができる（図１の工程Ｈ）。

特に、本発明では、上記のようにＳＯＩウエーハの正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定する前に、コロナ放電処理によってＳＯＩ層表面に正電荷を載上させてＳＯＩ層表面の電荷状態を短時間で安定させているので、正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を測定値にバラツキを生じさせずに安定して行うことができ、ＳＯＩ層の正孔移動度やＢＯＸ層の電荷密度の評価を一層短時間で高精度に行うことができる。
尚、上記の正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定（工程Ｇ）及び正孔移動度／電荷密度の評価（工程Ｈ）は、２つの工程を合わせておよそ２時間程度で行うことができる。

ここで、本発明者等が、コロナ放電処理でＳＯＩ層表面に載上させる電荷量とＰｓｅｕｄｏ−ＭＯＳ構造を形成して測定されるドレイン電流との関係を調査した結果を図７に示す。図７は、電荷量を変化させてコロナ放電処理を行った種々のＳＯＩウエーハにＰｓｅｕｄｏ−ＭＯＳ構造を形成してＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を行い、Ｖ_Ｇ＝−１０Ｖで測定されたドレイン電流Ｉ_Ｄの値をプロットしたグラフである。

図７に示したように、コロナ放電処理でＳＯＩ層表面に載上させる電荷量が５００ｎＣ／ｃｍ^２以上であればドレイン電流が非常に安定していることがわかる。したがって、コロナ放電処理でＳＯＩ層表面に載上させる電荷量を５００ｎＣ／ｃｍ^２以上とすることが好ましく、それによって、ＳＯＩ層表面の電荷状態を短時間で非常に効果的に安定させることができる。一方、ＳＯＩ層表面に載上させる電荷量をあまり多くし過ぎても、ドレイン電流は一定の値で安定していて、それ以上の効果が得られにくいと推測でき、反対に、コロナ放電処理で使用するコロナチャージ装置への負荷が大きくなったり、またコストへの負担も大きくなることが考えられる。したがって、コロナ放電処理でＳＯＩ層表面に載上させる電荷量は５００００ｎＣ／ｃｍ^２以下、特に３０００ｎＣ／ｃｍ^２以下にすることが好ましい。

以上のように、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法によれば、ＳＯＩウエーハにフッ酸洗浄処理を行ってＳＯＩウエーハ表面の自然酸化膜を除去した後、コロナ放電処理を行ってＳＯＩ層表面に電荷を載上させることにより、ＳＯＩ層表面の電荷状態を速やかに安定させて定常状態にすることができ、そしてその後、このＳＯＩ層表面の電荷状態が安定したＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させてＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定し、電子移動度、界面準位密度、正孔移動度、ＢＯＸ層電荷密度のようなＳＯＩウエーハの電気特性を評価することができる。それによって、フォトリソグラフィ工程等のような大掛かりな装置や多数の工程を必要とせず、水銀プローブを用いてＳＯＩウエーハの評価を非常に簡便に行うことができるし、また、Ｖ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定する際にＳＯＩ層表面の電荷状態が非常に安定しているので、測定値のバラツキを低減でき、信頼性の高いＳＯＩウエーハの評価を高精度に安定して行うことができる。

特に、ＳＯＩウエーハの正孔移動度やＢＯＸ層電荷密度を評価する場合、従来では水銀プローブによるＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を行う前に、１０〜１２時間以上置かなければＳＯＩ層表面の電荷状態が安定しないためＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の正確な測定を行うことができなかったが、本発明によれば、コロナ放電処理を行うことによって１０分程度の短い時間で電荷状態を安定化させることができる。したがって、本発明は、特に正孔移動度、ＢＯＸ層電荷密度を評価する時に、従来よりもＳＯＩウエーハの評価時間を大幅に短縮できるし、また測定装置の稼働率を向上させることもできるので、ＳＯＩウエーハの評価を非常に効率的に行うことができ、さらに、評価を行う際のＳＯＩウエーハの管理も従来に比べて非常に容易となる。

尚、本発明のＳＯＩウエーハの評価方法は、例えば図１のフロー図に示したような工程に限定されるものではなく、目的や必要に応じて工程の変更・削除を適宜行うことができる。
例えば、ＳＯＩウエーハにおける電子移動度、界面準位密度、正孔移動度、ＢＯＸ層電荷密度の評価をより低コストで行う必要がある場合であれば、例えば図１の工程Ｃに示した負電荷のコロナ放電処理を省略して、フッ酸洗浄処理後すぐに電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定しても良い。この負電荷のコロナ放電処理を行うには、前述のようにコロナチャージ装置の周囲に炭酸ガス（例えばＣＯ_２ ⁻）を充満させるための密閉チャンバーを必要とするので、この工程を省略することにより装置製造コストを大幅に下げることが可能となる。また、電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性は、自然酸化膜除去後すぐに測定すれば測定データも比較的安定しているので、電子移動度及び／または界面準位密度を正しく測定することが可能である。さらに、場合によっては、図１の工程Ｃのコロナ放電処理において、負電荷ではなく正電荷をＳＯＩ層表面に載上させることもできる。

さらに、例えばＳＯＩウエーハの電子移動度及び／または界面準位密度の評価のみを行う場合であれば、図１の工程Ａから工程Ｅまでを順に行えば良いし、一方ＳＯＩウエーハの正孔移動度及び／またはＢＯＸ層の電荷密度の評価のみを行う場合であれば、工程Ａ及びＢを行った後、工程Ｃ〜Ｅを行わずに、工程Ｆ〜Ｈを行えば良い。この場合、前述のように正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性は、自然酸化膜除去後すぐに測定すると測定値が安定するまでに長時間がかかるので、工程Ｆのコロナ放電処理することが必要である。

また必要に応じて、工程Ａにおいて同じ条件で作製した２枚のＳＯＩウエーハを準備し、一方のＳＯＩウエーハに工程Ｂ〜Ｅまで順に行って電子移動度及び／または界面準位密度の評価を行い、またもう一方のＳＯＩウエーハに工程Ｂ及びＦ〜Ｈを順に行って正孔移動度及び／またはＢＯＸ層の電荷密度の評価を行っても良い。このように２枚のＳＯＩウエーハを準備して、それぞれ別々に評価を行うことによって、ゲートの電圧のスイープが正側または負側だけで済むので、より一層短い時間でＳＯＩウエーハの評価を行うことができるし、またＳＯＩウエーハに加えられるストレスも低減することができる。

さらに、本発明では、図１の工程Ｃ〜Ｅと工程Ｆ〜Ｈとを入れ替えてＳＯＩウエーハの評価を行っても良い。すなわち、ＳＯＩウエーハを準備してフッ酸洗浄処理を行った後（工程Ａ及びＢ）、先に工程Ｆ〜Ｈを行って正孔移動度／ＢＯＸ層電荷密度の評価を行い、その後に工程Ｃ〜Ｅを行って電子移動度／界面準位密度の評価を行うこともできる。この場合、例えば工程Ｈで正孔移動度／ＢＯＸ層電荷密度の評価を行った後、ＳＯＩウエーハの洗浄処理等を行ってＳＯＩ層表面の正電荷を除去してから、工程Ｃ〜Ｅを行うことが好ましい。このように工程Ｆ〜Ｈを行った後、工程Ｃ〜Ｅを行う前にＳＯＩ層表面の正電荷を除去する処理を行うことによって、電子移動度や界面準位密度を一層高精度に、また高い信頼性で評価することができる。尚、このように図１の工程Ｃ〜Ｅと工程Ｆ〜Ｈとを入れ換えてＳＯＩウエーハを評価する場合には、例えば、コストを低減するために、工程Ｃの負電荷のコロナ放電処理を省略することができる。

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）
導電型がｐ型で、直径２００ｍｍ、結晶方位＜１００＞のシリコンウエーハを、支持ウエーハ及びＳＯＩ層を形成するボンドウエーハとして用いて、水素イオン剥離法でＳＯＩウエーハを作製することにより、評価対象となるＳＯＩウエーハを準備した（工程Ａ）。尚、ウエーハの導電型をｐ型にするためのドーパントとしてボロンを用いた。また、作製したＳＯＩウエーハのＳＯＩ層とＢＯＸ層の厚さは、それぞれ１００ｎｍ、１４５ｎｍ程度であった。
この準備したＳＯＩウエーハを１重量％のフッ酸を含む水溶液を用いて１分間のフッ酸洗浄処理を行った（工程Ｂ）。その後、純水にてリンスを行った後、ＳＯＩウエーハに乾燥空気を吹き付けることにより水分を除去して乾燥させた。

乾燥後、ＳＯＩ層表面に負電荷を載上させるコロナ放電処理（工程Ｃ）を行わず、すぐにＳＯＩウエーハを水銀プローブ装置（Ｆｏｕｒ ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＳ社製ＣＶｍａｐ９２）にセットして電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を行った（工程Ｄ）。その測定結果を図９に示す。このとき、電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定は、ドレイン電極から一定のドレイン電圧を印加した状態でゲート電圧を変化させるとともにドレイン電流をモニタリングすることによって行うことができる。そして、この図９に示した電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定結果と、非特許文献１及び２に示されている数式を用いることによって、ＳＯＩ層の電子移動度及び／またはＳＯＩ層と埋め込み酸化膜の界面準位密度を求めて評価することができる（工程Ｅ）。このとき、電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を開始してから電子移動度及び界面準位密度を求めるまで、２時間程度で行うことができた。

続いて、コロナチャージ装置としてＳＥＭＩＬＡＢ社製ＫＧ１０１を用いて、ＳＯＩウエーハにコロナ放電処理を１０分間行って、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に正電荷を３０００ｎＣ／ｃｍ^２の電荷量で載置させた（工程Ｆ）。その後、すぐにＳＯＩウエーハを水銀プローブ装置（Ｆｏｕｒ ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＳ社製ＣＶｍａｐ９２）にセットして正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を行った（工程Ｇ）。その測定結果を図１０に示す。そして、図１０に示した正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定結果と、非特許文献１及び２に示されている数式を用いることによって、ＳＯＩ層の正孔移動度及び／またはＢＯＸ層の電荷密度を求めて評価することができる（工程Ｈ）。このとき、正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を開始してからＳＯＩ層の正孔移動度及びＢＯＸ層の電荷密度を求めるまで、２時間程度で行うことができた。
したがって、この実施例で行ったＳＯＩウエーハの評価では、ＳＯＩウエーハにフッ酸洗浄処理を行ってから、約４時間という短い時間で電子移動度、界面準位密度、正孔移動度、及びＢＯＸ層電荷密度について評価を行うことができた。

（比較例１）
比較例１として、実施例と同様の条件で作製したＳＯＩウエーハを準備し、このＳＯＩウエーハに１重量％のフッ酸を含む水溶液で１分間のフッ酸洗浄処理を行った後、純水にてリンスを行い、その後、ＳＯＩウエーハに乾燥空気を吹き付けることにより水分を除去して乾燥させた。

ＳＯＩウエーハを乾燥させた後、コロナ放電処理によるＳＯＩ層上への負電荷の載上、電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定、電子移動度／界面準位密度の評価を行わず、さらに、コロナ放電処理によるＳＯＩ層上への正電荷の載上も行わずに、すぐにＳＯＩウエーハを水銀プローブ装置にセットして正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を行った。その測定結果を図１１に示す。この図１１に示した測定結果を、実施例で測定した図１０の正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性と比較してみると、Ｖ_Ｇに対するＩ_Ｄが全体的に低くなっていることがわかる。これは、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面の電荷状態を安定させずに正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定したために生じたものと思われる。

（比較例２）
比較例２として、実施例と同様の条件で作製したＳＯＩウエーハを準備し、このＳＯＩウエーハに１重量％のフッ酸を含む水溶液で１分間のフッ酸洗浄処理を行った後、純水にてリンスを行い、その後、ＳＯＩウエーハに乾燥空気を吹き付けることにより水分を除去して乾燥させた。

次に、ＳＯＩウエーハを１２時間空気中に曝露した後、コロナ放電処理によるＳＯＩ層上への負電荷の載上、電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定、電子移動度／界面準位密度の評価を行わず、さらに、コロナ放電処理によるＳＯＩ層上への正電荷の載上も行わずに、水銀プローブ装置にセットして正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を行った。その測定結果を図１２に示す。そして、この図１２の測定結果からＳＯＩ層の正孔移動度及びＢＯＸ層の電荷密度を求めて、その評価を行った。このとき、正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の測定を開始してからＳＯＩ層の正孔移動度及びＢＯＸ層の電荷密度を求めるまで、１時間程度で行うことができた。

また、図１２に示した測定結果は、実施例で測定した正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性（図１０）とほぼ同じであることがわかった。しかしながら、この比較例２では、電子移動度及び界面準位密度についての評価を行ってないにも関わらず、ＳＯＩウエーハにフッ酸洗浄処理を行ってから、正孔移動度及び電荷密度を求めるまでに１３時間以上かかり、上記実施例のおよそ３倍の評価時間を要した。

以上の結果から、ＳＯＩウエーハを評価する際にコロナ放電処理を行うことにより、ＳＯＩ層表面の電荷状態を短時間で安定化させることができるため、ＳＯＩウエーハの評価にかかる時間、特にフッ酸洗浄処理を行ってから正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定するまでにかかる時間を確実に短縮できることを確認することができた。しかも、１２時間以上もウエーハを曝露する場合のようにウエーハの汚染等の外乱要因も少なく、データの信頼性も高い。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。

本発明のＳＯＩウエーハの評価方法の一例を示すフロー図である。 コロナ放電処理を行うコロナチャージ装置の一例を示す構成概略図である。 水銀プローブ装置の構成概略図である。 水銀プローブ装置の水銀電極の電極平面図である。 本発明のＳＯＩウエーハの評価方法において測定される正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の一例を示すグラフである。 本発明のＳＯＩウエーハの評価方法において測定される電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性の一例を示すグラフである。 コロナ放電処理でＳＯＩ層表面に載上させる電荷量とＰｓｅｕｄｏ−ＭＯＳ構造を形成して測定されるドレイン電流との関係を示すグラフである。 Ｐｓｅｕｄｏ ＭＯＳ ＦＥＴ法を模式的に表す模式図である。 実施例で測定した電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を示すグラフである。 実施例で測定した正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を示すグラフである。 比較例１で測定した正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を示すグラフである。 比較例２で測定した正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を示すグラフである。

符号の説明

１…ＳＯＩ層、 ２…ＢＯＸ層（埋め込み酸化膜）、
３…支持ウエーハ、 ４…ゲート電極、 ５…ＳＯＩウエーハ、
６…ソース電極、 ７…ドレイン電極、
１１…コロナチャージ装置、 １２…ステージ、 １３…電荷発生部、
２１…水銀プローブ装置、 ２２…真空チャック、
２３…水銀プローブ、 ２４，２５…水銀電極部、
Ｗ…ＳＯＩウエーハ。

Claims (6)

1. 水銀プローブを用いてＳＯＩウエーハを評価する方法において、少なくとも、前記ＳＯＩウエーハにフッ酸洗浄処理を行って該ＳＯＩウエーハの表面に形成されている自然酸化膜を除去し、次に、該自然酸化膜を除去したＳＯＩウエーハにコロナ放電処理を行うことにより該ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に電荷を載上させ、その後、該コロナ放電処理したＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させてＳＯＩウエーハの評価を行うことを特徴とするＳＯＩウエーハの評価方法。
2. 前記コロナ放電処理でＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に載上させる電荷を正電荷とすることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウエーハの評価方法。
3. 前記コロナ放電処理でＳＯＩ層表面に載上させる電荷量を、５００ｎＣ／ｃｍ^２以上５００００ｎＣ／ｃｍ^２以下と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ＳＯＩウエーハの評価方法。
4. 前記コロナ放電処理したＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させて正孔側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することによって、該ＳＯＩウエーハにおけるＳＯＩ層の正孔移動度及び／または埋め込み酸化膜の電荷密度を評価することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のＳＯＩウエーハの評価方法。
5. 前記フッ酸洗浄処理を行って自然酸化膜を除去した後、該自然酸化膜を除去したＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させて電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定することによってＳＯＩ層の電子移動度及び／またはＳＯＩ層と埋め込み酸化膜の界面準位密度を評価し、その後、前記コロナ放電処理を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＳＯＩウエーハの評価方法。
6. 前記フッ酸洗浄処理を行った後、ＳＯＩウエーハに水銀プローブを接触させて電子側のＶ_Ｇ−Ｉ_Ｄ特性を測定する前に、該ＳＯＩウエーハにコロナ放電処理を行ってＳＯＩ層表面に負電荷を載上させることを特徴とする請求項５に記載のＳＯＩウエーハの評価方法。
   

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