JP4419710B2 - Soiウエーハの評価方法 - Google Patents
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Description
このようにSOI層表面に形成する酸化膜を厚さが5nm以下の非常に薄いものとすることにより、酸化膜形成後に水銀プローブを接触させてSOIウエーハを評価する際に、膜厚の薄いシリコン酸化膜のトンネル効果により、酸化膜に確実に電気を通すことができるので、SOIウエーハの電気特性を正確に測定することができる。
このようにSOI層表面の酸化膜の形成を、SOIウエーハを熱処理することによって行うことにより、形成する酸化膜の厚さを容易にかつ高精度に制御して、所望の膜厚を有する酸化膜をSOI層表面に均一に安定して形成することができる。
このようにSOIウエーハの熱処理を50℃以上350℃以下の温度で行うことにより、SOI層表面にシリコン酸化膜を安定して成長させて、所望の厚さを有し、ウエーハ面内で膜厚が均一な酸化膜を容易に形成することができるので、一層正確なSOIウエーハの評価を安定して行うことができる。
このようにSOIウエーハの熱処理を酸素を含む雰囲気中で行えば、膜厚が均一な酸化膜を非常に容易にかつ安定して形成することができる。特に、酸素を含む雰囲気を空気とすれば、熱処理を行うに際して、特別な雰囲気ガスを準備する必要がなく、簡便な装置を用いて熱処理することができるので、極めて容易に酸化膜の形成を行うことができる。また、酸素を含む雰囲気を酸素100%雰囲気とすれば、比較的低温でも均一な酸化膜の形成が速やかに進むので、熱処理時間自体を短縮することができるし、また熱処理温度の低温化も図ることができる。
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、SOI層表面に酸化膜を新たに形成することにより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VG−ID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が生じ易く、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。
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。
尚、上記の電子側のVG−ID特性の測定(工程C)及び電子移動度/界面準位密度の評価(工程D)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。
すなわち、SOIウエーハに熱処理を行う際に酸素含有雰囲気として空気を使用すれば、熱処理雰囲気を外部と遮断するような熱処理炉等の大規模な装置を必要とせず、例えば図7に示すようなホットプレート11等の簡便な装置を用いてSOIウエーハWに熱処理を行うことができる。この図7に示したホットプレート11は、表面処理を施した平坦な金属プレート12の下にヒータ13が取り付けられており、例えば金属プレート12にSOIウエーハWを載置し、ヒータ13でSOIウエーハWを所望の温度に加熱することによって空気中でSOIウエーハWに熱処理を行うことができるものである。このような簡便な構造を有するホットプレート11を用いてSOIウエーハWに熱処理を行うことによって、SOI層表面に所望の膜厚を有する酸化膜を安定して形成することができる。尚、このようにホットプレート等を用いてSOIウエーハに空気中で熱処理を行う場合、例えばSOI層表面に5nm以下のシリコン酸化膜を形成するには、熱処理温度にも依るが、およそ1〜30分程度、特に10分程度で所望の膜厚を有する酸化膜を均一に形成できるため、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。
尚、上記の正孔側のVG−ID特性の測定(工程F)及び正孔移動度/電荷密度の評価(工程G)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。
例えば、前記で説明したように、フッ酸洗浄処理(工程B)と電子側のVG−ID特性の測定(工程C)との間にSOI層表面に酸化膜を形成する酸化膜の形成(工程E)を加えることができるし、また、例えば図2に示したように、工程Eの酸化膜の形成をフッ酸洗浄処理(工程B)の直後に行い、その後酸化膜の形成は行わずに工程C,D,F,Gを順番に行ってSOIウエーハの評価を行うこともできる。図2に示したように、フッ酸洗浄処理後すぐにSOI層表面に酸化膜を形成することにより、電子側のVG−ID特性を測定する際や正孔側のVG−ID特性を測定する際に、SOI層表面の電荷状態が安定しているとともに、測定中に形成される恐れのある自然酸化膜の影響を確実に排除して、測定値にバラツキを生じさせず安定して測定を行うことができ、電子移動度/界面準位密度、及び正孔移動度/電荷密度の評価を高精度に行うことが可能となる。
(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、溶存酸素を極力低減した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。
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。
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。
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…ホットプレート、 12…金属プレート、 13…ヒータ、
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)
- 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、前記自然酸化膜を除去したSOIウエーハのSOI層表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を形成した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SOIウエーハの評価方法。
- 前記SOI層表面に形成する酸化膜の厚さを5nm以下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。
- 前記SOI層表面の酸化膜の形成を、SOIウエーハを熱処理することによって行う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。
- 前記SOIウエーハの熱処理を、50℃以上350℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項3に記載のSOIウエーハの評価方法。
- 前記SOIウエーハの熱処理を、酸素を含む雰囲気中で行うことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のSOIウエーハの評価方法。
- 前記酸素を含む雰囲気を、空気または酸素100%雰囲気とす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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