JP5017946B2 - Evaluation method of SOI wafer - Google Patents
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Description
本発明は、SOI構造を持つ半導体シリコンウエーハのSOI層およびBOX層及びこれらの界面の評価を行うときに適用する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique applied when evaluating an SOI layer and a BOX layer of a semiconductor silicon wafer having an SOI structure and their interfaces.
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層等の品質を評価することが積極的に行われている。SOI構造を持つ半導体シリコンウエーハを評価する従来の評価方法として、例えば擬似MOSFET(Pseudo−MOSFET)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)。 Recently, higher-quality SOI wafers are required for further miniaturization and higher performance of electronic devices. Therefore, the quality of SOI wafers such as SOI layers has been actively evaluated. As a conventional evaluation method for evaluating a semiconductor silicon wafer having an SOI structure, for example, a pseudo-MOSFET (Pseudo-MOSFET) method has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 and 2).
この評価方法は、図6に示すように、SOI層21、BOX層22、ベースウエーハ23からなるSOIウエーハWの表面すなわちSOI層21側にFETとして評価するための電極として、直接ニードルプローブを接触させるか、または水銀電極を接触させて、これらをソースおよびドレイン電極とする。そして、ウエーハ裏面を電極としても用いられるステージに真空吸着させたり、裏面にニードルプローブを接触させることによりゲート電極24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評価方法である。
In this evaluation method, as shown in FIG. 6, a needle probe is directly contacted as an electrode for evaluation as an FET on the surface of the SOI wafer W including the
一方で、近年SOI構造においてBOX層上にベースウエーハとは異なる面方位のSOI層を作製し、キャリア移動度(正孔移動度)を向上させる試みがなされているが、上記のように、単にニードルを直接接触させるだけだったり、水銀電極を用いた評価方法では、このような効果をウエーハレベルで評価することができなかった。 On the other hand, in recent years, an attempt has been made to improve the carrier mobility (hole mobility) by producing an SOI layer having a plane orientation different from that of the base wafer on the BOX layer in the SOI structure. Such an effect cannot be evaluated at the wafer level by the evaluation method using only a contact of the needle or a mercury electrode.
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたもので、本発明は、所定の方向、特には所定の面方位に沿った電気特性を安定して正確に評価することのできる評価方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the present invention provides an evaluation method capable of stably and accurately evaluating electrical characteristics along a predetermined direction, in particular, a predetermined plane orientation. There is.
上記目的を達成するために、本発明は、擬似MOSFETを用いてSOIウエーハを評価する方法であって、SOIウエーハのSOI層を加工し、少なくとも所定の方向に沿ったMESA構造を作製して、該所定の方向に沿ったMESA構造の両端に金属電極を形成し、該金属電極に測定用プローブを接触させ、前記所定の方向に沿ったMESA構造で電流パスを限定することにより、ドレイン電流を所定の方向に沿って流して評価することを特徴とするSOIウエーハの評価方法を提供する(請求項1)。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for evaluating an SOI wafer using a pseudo MOSFET, wherein an SOI layer of an SOI wafer is processed to produce a MESA structure at least along a predetermined direction, A metal electrode is formed on both ends of the MESA structure along the predetermined direction, a measurement probe is brought into contact with the metal electrode, and a current path is limited by the MESA structure along the predetermined direction. An SOI wafer evaluation method is provided, wherein the evaluation is performed by flowing along a predetermined direction (Claim 1).
このように、SOIウエーハのSOI層を加工し、少なくとも所定の方向に沿ったMESA構造を作製して、この両端に金属電極を形成して測定用プローブを接触させ、擬似MOSFETにより測定を行えば、所定の方向に沿ったMESA構造により電流パスを限定することができ、ドレイン電流を所定の方向にのみ流すことが可能である。このため、所定の方向に沿った電気特性を直接的に得ることが可能である。
また、従来のような例えば単にニードルプローブをSOI層に当てただけの方法においては、たとえ所定の方向にソース電極およびドレイン電極を配置することができたとしても、所定の方向以外の余分な方向へも電流が流れてしまうため、測定精度が下がってしまう。一方、本発明の評価方法では、上記MESA構造により確実に測定したい所定の方向のみに電流を流すことができるので、より精度の高いデータを得ることができる。
In this way, if the SOI layer of the SOI wafer is processed, a MESA structure is formed at least along a predetermined direction, metal electrodes are formed at both ends, measurement probes are brought into contact, and measurement is performed using a pseudo MOSFET. The current path can be limited by the MESA structure along the predetermined direction, and the drain current can flow only in the predetermined direction. For this reason, it is possible to obtain directly the electrical characteristic along a predetermined direction.
Further, in the conventional method in which, for example, the needle probe is simply applied to the SOI layer, even if the source electrode and the drain electrode can be arranged in a predetermined direction, an extra direction other than the predetermined direction is provided. Since current also flows to the surface, the measurement accuracy decreases. On the other hand, in the evaluation method of the present invention, since current can be passed only in a predetermined direction to be reliably measured by the MESA structure, more accurate data can be obtained.
なお、この所定の方向は特に限定されるものではなく、測定の目的や条件に応じて適宜決定することができるが、特には、前記所定の方向を、SOI層の所定の面方位とするのが望ましい(請求項2)。
このように、所定の方向をSOI層の所定の面方位、すなわち評価したい面方位とすれば(例えば面方位<110>)、その面方位に沿って電流を流すことができ、その面方位における電気特性を直接評価することができる。このようにして、所定の面方位の電気特性を精度高く測定することができ、近年の需要に対応して、面方位に応じた正確な評価を提供することができる。
The predetermined direction is not particularly limited and can be appropriately determined according to the purpose and condition of measurement. In particular, the predetermined direction is set as a predetermined plane orientation of the SOI layer. (Claim 2).
In this way, if the predetermined direction is a predetermined plane orientation of the SOI layer, that is, a plane orientation to be evaluated (for example, plane orientation <110>), current can flow along the plane orientation. Electrical characteristics can be evaluated directly. In this way, electrical characteristics of a predetermined plane orientation can be measured with high accuracy, and accurate evaluation according to the plane orientation can be provided in response to recent demand.
このとき、前記所定の方向に沿ったMESA構造を、オリフラまたはノッチを基準にして作製するのが好ましい(請求項3)。
このように、所定の方向に沿ったMESA構造を、オリフラまたはノッチを基準にして作製すれば、簡便かつ確実に所望の方向に沿うようにしてMESA構造を作製することが可能であり、所定の方向に沿った電気特性を正確に測定することができる。
At this time, it is preferable that the MESA structure along the predetermined direction is manufactured based on the orientation flat or the notch.
Thus, if the MESA structure along a predetermined direction is manufactured based on the orientation flat or the notch, the MESA structure can be manufactured easily and surely along the desired direction. Electrical characteristics along the direction can be accurately measured.
また、前記金属電極は、前記SOI層とオーミック接触を形成する金属材料からなるものとするのが好ましい(請求項4)。
このように、MESA構造の両端に形成する金属電極を、SOI層とオーミック接触を形成する金属材料からなるものとすることによって、より接触抵抗が少なく良好なコンタクトが可能になり、測定誤差を小さくすることができる。したがって、所定の方向に沿った電気特性を安定して正確に得ることが可能である。
The metal electrode is preferably made of a metal material that forms ohmic contact with the SOI layer.
As described above, the metal electrodes formed at both ends of the MESA structure are made of a metal material that forms ohmic contact with the SOI layer, thereby enabling a good contact with less contact resistance and reducing measurement errors. can do. Therefore, it is possible to stably and accurately obtain electrical characteristics along a predetermined direction.
以上のように、本発明によって、所定の方向に沿った電気特性を正確に安定して得ることができる。特には、所定の面方位に沿ったMESA構造を作製することにより、その面方位に沿った電気特性を直接的に得ることができ、正確な評価を提供することができる。 As described above, according to the present invention, electrical characteristics along a predetermined direction can be obtained accurately and stably. In particular, by producing a MESA structure along a predetermined plane orientation, electrical characteristics along the plane orientation can be obtained directly, and accurate evaluation can be provided.
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
近年、例えばSOI構造において、BOX層上にベースウエーハとは異なる面方位のSOI層を作製することでキャリア移動度を向上させる試みがなされている。
しかしながら、SOIウエーハの評価方法として、例えば上述したように、ソース電極やドレイン電極としてSOI層に単にニードルプローブを接触させたり、水銀電極を接触させたりして行う評価方法があるが、このような従来方法では、上記のキャリア移動度の向上の効果等を評価することができなかった。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
In recent years, for example, in an SOI structure, an attempt has been made to improve carrier mobility by forming an SOI layer having a plane orientation different from that of a base wafer on a BOX layer.
However, as an evaluation method of an SOI wafer, for example, as described above, there is an evaluation method in which a needle probe is simply brought into contact with an SOI layer as a source electrode or a drain electrode, or a mercury electrode is brought into contact. In the conventional method, the effect of improving the carrier mobility described above could not be evaluated.
そこで、本発明者らが、SOIウエーハの評価方法について鋭意研究を重ねた結果、従来の評価方法においては、各電極に電圧を印加してドレイン電流を測定するとき、そのドレイン電流の流れる方向について考慮されておらず、より詳しくは、面方位とドレイン電流の流れる方向との関係を考慮して測定されていないし、例えニードルプローブの接触方向を狭くしたとしても、ドレイン電流を所定方向のみに流すことができず、正確に測定ができないことを見出した。このため、従来の評価方法では面方位の特徴を正確に捉えた評価をすることができない。 Therefore, as a result of the inventors' diligent research on the evaluation method of SOI wafers, in the conventional evaluation method, when the drain current is measured by applying a voltage to each electrode, the direction in which the drain current flows is determined. It is not considered, and more specifically, it is not measured in consideration of the relationship between the plane orientation and the direction in which the drain current flows. Even if the contact direction of the needle probe is narrowed, the drain current is allowed to flow only in a predetermined direction. It was not possible to measure accurately. For this reason, the conventional evaluation method cannot accurately evaluate the characteristics of the plane orientation.
本発明者らは、所定の面方位に応じた電気特性を正確に評価するためには、SOI層を加工して、その評価したい方向、すなわち上記の所定の面方位に沿ったMESA構造を作製し、そのMESA構造の両端に金属電極を形成して、これらの金属電極をソース電極およびドレイン電極とすれば、上記の所定の面方位に沿ったMESA構造がドレイン電流のパスとなるため、ドレイン電流を所定の面方位のみに流すことが可能であり、その面方位に沿った電気特性を直接的に得て正確に評価をすることができると考えた。
本発明者らはこれらのことを見出し、本発明を完成させた。
In order to accurately evaluate the electrical characteristics according to a predetermined plane orientation, the inventors of the present invention processed the SOI layer to produce a MESA structure along the direction to be evaluated, that is, the predetermined plane orientation. Then, if metal electrodes are formed at both ends of the MESA structure, and these metal electrodes are used as a source electrode and a drain electrode, the MESA structure along the predetermined plane direction becomes a drain current path. It was considered that current can be passed only in a predetermined plane orientation, and electrical characteristics along the plane orientation can be obtained directly and evaluated accurately.
The present inventors found these things and completed the present invention.
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。
本発明の評価方法は、例えば図1に示すような評価用素子を作製し、これを用いてSOIウエーハの評価を行う。
図1(A)の断面図に示すように、この評価用素子7は、SOI構造を有するSOIウエーハWを加工して作製したものであり、SOI層1を加工したMESA構造8、BOX層2、ベースウエーハ3、およびベースウエーハ裏面に形成されたゲート電極4、MESA構造8上に形成されたドレイン電極およびソース電極(金属電極5)で構成されている。
Hereinafter, an SOI wafer evaluation method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the evaluation method of the present invention, for example, an evaluation element as shown in FIG. 1 is produced, and an SOI wafer is evaluated using the element.
As shown in the cross-sectional view of FIG. 1A, this evaluation element 7 is manufactured by processing an SOI wafer W having an SOI structure, and includes a
ここで、図1(B)の平面図に示すように、MESA構造8は、評価用素子7を上方から見た場合、例えばH型に作製することができる。このH型のMESA構造8は、横棒部8aと、MESA構造8の両端に位置する縦棒部8bとからなっており、横棒部8aは各電極に電圧を印加して測定するときにドレイン電流のパスとなる部分であり、縦棒部8bの上面にはソース電極およびドレイン電極となる金属電極5が形成されている。
Here, as shown in the plan view of FIG. 1B, the MESA
そして、この横棒部8aは測定したい所定の方向に沿って形成されており、したがって、ドレイン電流を所定の方向に沿って流すことができる。例えばSOI層1のある面方位に沿って流れるドレイン電流を測定する場合、その評価したい面方位に横棒部8aの向き(すなわち両側の縦棒部8bをつなぐ方向)が沿うようにして、上記H型形状のMESA構造8は作製されている。
The
さらに具体的に述べると、例えば、図1(C)の場合、評価したい面方位<110>に沿って流れるドレイン電流を測定することができるように、横棒部8aがその面方位<110>に沿うようにMESA構造8が作製されている。これは、例えば面方位<110>に平行なオリフラ部9に対し、MESA構造8の横棒部8aが所定の角度(この場合、平行)になるようにして作製することでその評価したい面方位<110>に沿って作製することができる。
More specifically, for example, in the case of FIG. 1C, the
また、例えば図1(D)のように、評価したい方向、すなわち面方位<110>から45度の方向に沿って流れるドレイン電流を測定することができるように、横棒部8a’がその方向に沿うようにMESA構造8’が作製されている。例えば面方位<110>に平行なオリフラ部9’に対し、MESA構造8’の横棒部8a’が所定の角度(この場合、45度)になるようにして作製することでその評価したい方向(面方位<110>から45度の方向)に沿って作製することができる。
Further, for example, as shown in FIG. 1D, the
なお、上記例では、評価したい所定の方向(面方位)(MESA構造8、8’の横棒部8a、8a’の向き)とオリフラ部9、9’との向き関係を平行、45度等としているが、この向きに限定されることなく、測定したい方向やSOIウエーハの作製条件等により適宜設定することができる。MESA構造8、8’が正確にその評価したい所定の方向に沿って形成されていれば良い。
また、所定の面方位に沿うようにオリフラを基準として作製されたものを例に挙げたが、当然他の基準により所定の面方位に沿うように作製することができる。ただし、オリフラまたはノッチ等を基準にすれば、比較的簡便に、かつ正確に所望の向きにMESA構造を作製することができる。
In the above example, the orientation relationship between the predetermined direction (plane orientation) to be evaluated (the orientation of the
In addition, an example is described in which the orientation flat is used as a reference so as to be along a predetermined plane orientation, but it is naturally possible to make it along a predetermined plane orientation according to another reference. However, if the orientation flat or notch is used as a reference, the MESA structure can be produced in a desired direction relatively easily and accurately.
また、図2に横棒部8aのサイズの一例を示す。この横棒部8aのサイズは図2に示すようなものに限定されるものではないが、その幅Wおよび長さLは後のFET特性解析時に必要となるため、測定ごとにこのサイズが変化しないように管理する必要がある。このように、横棒部8aのサイズ等を管理しておけば、条件を一定にして評価を行うことができ、安定して正確なデータを提供することができる。
FIG. 2 shows an example of the size of the
なお、MESA構造8は図1のようなH型の形状に限らない。他の形状としては、図3に示すようなI型の形状とすることもできる。このI型形状の場合も、MESA構造8’’の両端部の上面に電極5’’が形成されており、MESA構造8’’によってドレイン電流のパスが限定され、所定の方向にドレイン電流を流すことができるようになっている。
このように、MESA構造8の形状は特に限定されず、ドレイン電流を所定の方向にのみ流すことができる形状であれば良い。加工の条件等に応じてその都度自由に決定することができる。
The
As described above, the shape of the
そして、MESA構造8は、形状や向きが上記のように評価したい所定の方向に応じて作製されたものであれば良く、その作製方法は特に限定されない。例えば、図1の形状の場合、フォトリソグラフィ工程によって、SOI層1にH型形状のパターンを形成し、エッチングしてMESA構造8を作製することができる。
このように、MESA構造8の作製方法はコストや工程時間等を考慮して適宜決定することができ、所望の形状、向きに作製することができれば良い。
And the
As described above, the method for manufacturing the
次に、金属電極5について述べる。
この金属電極5は、上述したように、上記SOI層1を加工して作製されたMESA構造8の両端に形成されたものであり、それぞれソース電極、ドレイン電極となる。図1に示すようなH型のMESA構造8では、金属電極5は縦棒部8bの上面に形成されている。
Next, the
As described above, the
そして、この金属電極5の材料としては、Al等が挙げられる。例えばAlにより金属電極5を形成すれば、SOI層1とオーミック接触を形成することができるし、取り扱いも簡単である。当然、他の金属材料とすることもできるが、SOI層1とオーミック接触となるものであればより良好なコンタクトを得られ、安定した測定を行うことが可能である。
And as a material of this
このようなSOI層1、すなわちシリコンにオーミック接触が可能な金属材料の選択にあたっては、例えば非特許文献である、河東田 隆 編著:半導体評価技術(産業図書(株)、1989)142−143頁を参考にすることができる。
また、金属電極5の形成方法は特に限定されるものではなく、例えばスパッタリングや蒸着によって形成することが可能である。コストや工程時間等を考慮してその都度形成方法を決めることができる。
In selecting such a metal material that can make ohmic contact with the SOI layer 1, that is, silicon, for example, non-patent literature, edited by Takashi Katoda: Semiconductor Evaluation Technology (Industry Books, Inc., 1989) pages 142-143. Can be helpful.
Moreover, the formation method of the
以上のように、金属電極5は、形成に要するコストや工程時間を考慮するとともに、オーミックコンタクトを確保して、より安定して正確な測定データ得られるように、自由に形成方法や材料を選択して作製されたものとすることができる。このような金属電極5とすることで安定して精度の高い測定を行うことが可能になる。
なお、ベースウエーハ裏面に形成するゲート電極4についても上記金属電極5と同様のことが言える。
As described above, the
The same can be said for the
そして、本発明の評価方法では、上記のような評価用素子7を作製し、この評価用素子7の各電極部4、5に測定用プローブを接触させて、擬似MOSFET法によりMESA構造8(特に図1では横棒部8a)を流れるドレイン電流の測定を行い、SOI層1の評価したい所定の方向における電気特性を評価する。
例えばドレイン電圧を0.2Vとし、ゲート電圧を0Vから−20Vと変化させて、ドレイン電流をモニタリングする。このId−Vg特性の測定は、従来と同様の方法で行うことができる。
そして、測定によって得られたId−Vg特性から、例えば非特許文献1や非特許文献2に示されている数式を用いることによって、SOI層1の正孔移動度や電子移動度等を求めて評価することができる。
Then, in the evaluation method of the present invention, the evaluation element 7 as described above is manufactured, the measurement probes are brought into contact with the
For example, the drain current is monitored by changing the drain voltage to 0.2 V and changing the gate voltage from 0 V to −20 V. The measurement of the Id-Vg characteristic can be performed by a method similar to the conventional method.
Then, from the Id-Vg characteristics obtained by the measurement, for example, by using the mathematical formulas shown in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, the hole mobility, electron mobility, and the like of the SOI layer 1 are obtained. Can be evaluated.
このように、本発明ではId−Vg特性の測定を行う前に、予めSOI層1を加工してMESA構造8を作製しておくため、ドレイン電流のパスを限定することができる。例えば図1に示す例では、H型の横棒部8aを評価したい所定の方向に沿うようにしてMESA構造8を作製するので、ドレイン電流をその評価したい所定の方向にのみ限定して流すことが可能である。したがって、所定の方向の電気特性を直接的かつ高精度で評価することができる。
As described above, in the present invention, since the
一方、SOI層にドレイン電極およびソース電極として単にニードルプローブを接触させたり、水銀電極を用いた従来の評価方法の場合では、上記のようなMESA構造8によって電流パスを限定することができないので、所定の方向に応じた電気特性を直接的に得ることはできない。また、例えドレインおよびソースとなるニードルプローブの接触位置を結ぶ方向が所定の方向に沿ったとしても、実際に電圧を印加して測定を行う際、電流が所定の方向以外の余分な方向にも流れてしまい、所定の方向へのみ流れる電流を正確に測定することはできない。したがって測定精度が下がり、正確な評価結果を得られない。
On the other hand, the current path cannot be limited by the
これに対して本発明の評価方法では、例えばH型のMESA構造8を作製することにより、確実に所定の方向へのみドレイン電流を流すことができるので、所定の方向における電気特性を正確に得ることができる。特には所定の面方位におけるデータを得ることができて好ましい。
上述のように、キャリア移動度を向上させる手法として、ベースウエーハとは異なる面方位のSOI層を作製する方法が近年行われているが、従来法ではその効果を評価できなかった。しかしながら本発明では、所定の面方位に沿った電気特性を正確に評価することができ、すなわち面方位の特徴を捉えることができ、上記のような効果を十分に評価することが可能である。
On the other hand, in the evaluation method of the present invention, for example, by producing the H-
As described above, as a method for improving the carrier mobility, a method of manufacturing an SOI layer having a plane orientation different from that of the base wafer has been performed in recent years, but the effect of the conventional method could not be evaluated. However, according to the present invention, it is possible to accurately evaluate the electrical characteristics along a predetermined plane orientation, that is, to capture the characteristics of the plane orientation, and to sufficiently evaluate the above effects.
(実施例1、実施例2)
サンプルウエーハとして、P型、直径200mmで、SOI層の面方位が同じ2枚のシリコンSOIウエーハを用意した。なお、このP型ウエーハのドーパントはボロンである。また、SOI層/BOX層の厚さは、それぞれ100nm/145nm程度のものである。
(Example 1, Example 2)
As a sample wafer, two silicon SOI wafers having a P type, a diameter of 200 mm, and the same plane orientation of the SOI layer were prepared. The dopant of this P-type wafer is boron. The thicknesses of the SOI layer / BOX layer are about 100 nm / 145 nm, respectively.
これらの2種類のサンプルウエーハを本発明の方法で評価を行った。
以下のような処理を施してそれぞれId−Vg特性を測定する。
まず、フォトリソグラフィを行い、オリフラを基準にして、SOI層の評価したい所定の面方位、方向に沿うようにして、すなわち、それぞれ、実施例1では<110>に平行に、また、実施例2では<110>に45度オフセットしてH型形状のレジストパターンを作製した後、TMAHを使用してH型のMESA構造を作製した。なお、H型のサイズは図2の通りである。また、オリフラとMESA構造の向きの関係や各面方位等は、実施例1では図1(C)、実施例2では(D)に示す通りである。
この後、蒸着法にてAlを蒸着し、H型MESA構造の両端部および裏面の電極部のみにAl層が残るようにパターニング後、400℃で30分間、水素を含むガスでシンター処理を行った。
These two types of sample wafers were evaluated by the method of the present invention.
The following processing is performed to measure the Id-Vg characteristics.
First, photolithography is performed so as to be along a predetermined plane orientation and direction of the SOI layer to be evaluated with respect to the orientation flat, that is, in parallel with <110> in the first embodiment, and in the second embodiment. Then, after preparing an H-shaped resist pattern with an offset of <110> by 45 degrees, an H-shaped MESA structure was fabricated using TMAH. The size of the H type is as shown in FIG. Further, the orientation relationship between the orientation flat and the MESA structure, each plane orientation, and the like are as shown in FIG. 1C in the first embodiment and as shown in FIG. 1D in the second embodiment.
Thereafter, Al is vapor-deposited by an evaporation method, patterned so that the Al layer remains only at both ends and the back electrode portion of the H-type MESA structure, and then subjected to sintering treatment with a gas containing hydrogen at 400 ° C. for 30 minutes. It was.
このようにして形成したH型MESA構造の両端の電極を、テスタのソースおよびドレイン側にそれぞれ接続した。また、同様にして形成したサンプルウエーハ裏面の電極を、テスタのゲート側へ接続した。
そして、この状態でドレイン電圧を0.2Vとして、ゲート電圧を0Vから−20Vと負方向へスキャンしたときのドレイン電圧をモニタリングした。こうして得られたId−Vg特性の測定結果を図4に示す。
The electrodes at both ends of the H-type MESA structure formed in this way were connected to the source and drain sides of the tester, respectively. Further, the electrode on the back surface of the sample wafer formed in the same manner was connected to the gate side of the tester.
In this state, the drain voltage was set to 0.2 V, and the drain voltage was monitored when the gate voltage was scanned from 0 V to −20 V in the negative direction. The measurement result of the Id-Vg characteristic thus obtained is shown in FIG.
図4に示すように、Id1(実施例1)、Id2(実施例2)のように異なるId−Vgカーブが得られる。
このId−Vg特性より、非特許文献1に示す解析を行うことで、SOI層/BOX層界面の電子移動度や、界面準位を評価することができる。正孔移動度はId1:120(実施例1)、Id2:150(実施例2)(cm2V−1s−1)である。
このように、本発明の評価方法によって、確実に面方位の特徴を捉え、所定の面方位に応じた電気特性を評価することができた。
As shown in FIG. 4, different Id-Vg curves such as Id1 (Example 1) and Id2 (Example 2) are obtained.
By performing the analysis shown in Non-Patent Document 1 from the Id-Vg characteristics, the electron mobility at the SOI layer / BOX layer interface and the interface state can be evaluated. The hole mobility is Id1: 120 (Example 1), Id2: 150 (Example 2) (cm 2 V −1 s −1 ).
As described above, the evaluation method of the present invention was able to reliably capture the characteristics of the plane orientation and evaluate the electrical characteristics corresponding to the predetermined plane orientation.
(実施例3、比較例1)
サンプルウエーハとして、実施例2と同様のシリコンSOIウエーハを用意した。また、このP型ウエーハのドーパントはボロンであり、SOI層/BOX層の厚さは、それぞれ100nm/145nm程度のものである。
(Example 3, Comparative Example 1)
A silicon SOI wafer similar to that in Example 2 was prepared as a sample wafer. The dopant of the P-type wafer is boron, and the SOI layer / BOX layer has a thickness of about 100 nm / 145 nm, respectively.
これらのサンプルウエーハを、本発明の評価方法(実施例3:実施例2と同様に、H型MESA構造を評価したい所定の方向に沿うようにして、すなわち面方位<110>に45度オフセットして作製する)と、単に円形状にMESA構造を作製し、すなわち電流パスを限定することなく、金属プローブを接触させただけの擬似MOSFETによる従来の評価方法(比較例1)により、それぞれ評価を行った。
Id−Vg特性の測定はドレイン電圧を0.2Vとして、ゲート電圧を0Vから−20Vと負方向へスキャンしたときのドレイン電圧をモニタリングした。こうして得られたId−Vg特性の測定結果を図5に示す。
These sample wafers are offset by 45 degrees in a predetermined direction in which the H-type MESA structure is to be evaluated, that is, in the same way as in the evaluation method of the present invention (Example 3: Example 2), that is, in the plane orientation <110>. And a MESA structure in a circular shape, that is, the current path is not limited, and the evaluation is performed by the conventional evaluation method (Comparative Example 1) using a pseudo MOSFET in which a metal probe is just in contact. went.
The Id-Vg characteristic was measured by monitoring the drain voltage when the drain voltage was 0.2 V and the gate voltage was scanned from 0 V to -20 V in the negative direction. The measurement result of the Id-Vg characteristic thus obtained is shown in FIG.
図5に示すように、Id3(比較例1)、Id4(実施例3)のように異なるId−Vgカーブが得られる。
このId−Vg特性より、非特許文献1に示す解析を行うことで、SOI層/BOX層界面の電子移動度や、界面準位が評価できる。正孔移動度はId3:125(比較例1)、Id4:150(実施例3)(cm2V−1s−1)である。
As shown in FIG. 5, different Id-Vg curves are obtained as Id3 (Comparative Example 1) and Id4 (Example 3).
By performing the analysis shown in Non-Patent Document 1 based on the Id-Vg characteristics, the electron mobility at the SOI layer / BOX layer interface and the interface state can be evaluated. The hole mobility is Id3: 125 (Comparative Example 1), Id4: 150 (Example 3) (cm 2 V −1 s −1 ).
このように、実施例2と同様のサンプルウエーハを本発明の評価方法で同様にして評価した実施例3では、同じ面方向の特徴を確実に捉えられているために、実施例2と正孔移動度が同じ値であり、本発明の評価方法によって、極めて正確に安定して所定の面方位の電気特性を得ることができることが判る。
一方、比較例1は、円形状に形成したMESA構造に単に2本のプローブを接触させただけであり、面方位を考慮せずに測定されており、また、2本のプローブを直線的に結ぶ方向以外への方向にも電流が流れてしまっているため測定誤差も生じやすく、実施例2や実施例3とは異なった値となっている。このような従来の測定方法では、面方位の特徴を捉えられず、面方位に応じた安定した評価を得ることができない。
Thus, in Example 3 in which the same sample wafer as in Example 2 was evaluated in the same manner using the evaluation method of the present invention, the characteristics in the same plane direction were reliably captured. It can be seen that the mobility is the same value, and that the electrical characteristics of a predetermined plane orientation can be obtained very accurately and stably by the evaluation method of the present invention.
On the other hand, in Comparative Example 1, the two probes were simply brought into contact with the circular MESA structure, and the measurement was performed without considering the plane orientation, and the two probes were linearly connected. Since a current flows in a direction other than the connecting direction, a measurement error is likely to occur, and the values are different from those in the second and third embodiments. Such a conventional measurement method cannot capture the characteristics of the plane orientation and cannot obtain a stable evaluation according to the plane orientation.
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、21…SOI層、 2、22…BOX層、 3、23…ベースウエーハ、
4、24…ゲート電極、 5、5’’…金属電極(ドレイン電極、ソース電極)、
7…評価用素子、 8、8’、8’’…MESA構造、
8a、8a’…H型の横棒部、 8b…H型の縦棒部、 9、9’…オリフラ、
W…SOIウエーハ。
1, 21 ... SOI layer, 2, 22 ... BOX layer, 3, 23 ... Base wafer,
4, 24 ... gate electrode, 5, 5 '' ... metal electrode (drain electrode, source electrode),
7 ... evaluation element, 8, 8 ', 8''... MESA structure,
8a, 8a '... H-shaped horizontal bar part, 8b ... H-shaped vertical bar part, 9, 9' ... Orientation flat,
W ... SOI wafer.
Claims (4)
4. The method for evaluating an SOI wafer according to claim 1, wherein the metal electrode is made of a metal material that forms an ohmic contact with the SOI layer. 5.
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