JP5434491B2 - 半導体基板の評価方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、接合リーク電流特性を用いた一般的な手法について述べる。図3は、従来における評価方法の一例を説明するための説明図である。ここでは、半導体基板として、P型で、研磨後のシリコンウェーハを例に挙げて説明する。
また、リーク電流値は、空乏層(空間電荷領域)の大きさにも影響を受ける。すなわち、基板抵抗が大きければ、その分空乏層も大きくなり、これに伴い、リーク電流も大きくなる傾向になる。
このように、接合リーク電流測定は有効な手段であるが、リーク電流値が小さいため、寄生抵抗の影響を受けやすい。また、材料評価の観点からは、半導体基板の抵抗率の影響を受けやすいという特徴がある。
ここで、Irは全体のリーク電流を、Igは発生電流を、Idiffは拡散電流を、Isgは表面発生電流をそれぞれ示す。
q : 電子電荷量 1.6×10−19(C)
ni : 真性キャリア濃度
τ0 : 逆バイアス空乏層内の実効寿命
W : 接合の空乏層幅
AJ : PN接合の断面積
np0 : 平衡状態でのP型半導体の電子濃度
τn : P型半導体での電子寿命
Ln : 電子の拡散長
Dn : 電子の拡散係数
NA : アクセプタ不純物濃度
である。
このような表面安定化処理を行えば、表面発生電流をほぼ一定にすることができ、より正確な評価を行うことができる。その結果、特に、メサ(mesa)構造等の単純な構造であっても、安定して測定することができる。
このように、本発明は、評価する半導体基板としてシリコンウェーハに対して好適に適用することができる。
本発明に係る半導体基板の評価方法で評価され、該評価により欠陥が検出されない半導体基板であれば、表面品質が非常に良好であり、高品質の半導体基板であるので、各種デバイスの特性向上、例えばDRAMやFALSHメモリの信頼性向上に大きく寄与することができる。
図1に、本発明に係る半導体基板の評価方法を説明するフローチャートを示した。
以下では、評価対象として主にシリコンウェーハを例に説明する。
種々の条件に応じて、その都度、酸化膜12の適切な形成方法を適宜決定することができる。
例えばフォトリソグラフィーにより、レジストに酸化膜12の窓開け用のパターンを形成し、これをマスクとしてエッチングによって窓部15の部分の酸化膜12を除去する。
酸化膜12のエッチングはドライエッチングでも、HF(フッ化水素、フッ酸)をベースにしたウエットエッチングでも良い。ドライエッチングであれば、より微細なパターンまで加工が可能である。一方、ウエットエッチングであれば、ドライエッチングで問題となり得るプラズマダメージの発生を防ぐことができる。
このような酸化膜12の窓開け工程も、各条件に応じて適切な方法により行うことができる。
評価する半導体基板11の導電型とは異なるドーパントを、窓部15を通して半導体基板11内に拡散し、アニール処理を施してPN接合を形成する。このドーパント拡散は、イオン注入、ガラスデポジション、塗布拡散等、各種の手法を用いて行うことができ、拡散方法は特に限定されない。
また、拡散後のドーパントの最表面濃度であるが、例えば1×1020/cm3程度の高濃度になるようにすると、この後に行うリーク電流測定時のための電極14を形成しなくとも、拡散最表層をそのまま電極として使える利点がある。ただし、当然、拡散部13の上に電極14を形成しても良い。
メサ構造のPN接合の形成方法は、以下の通りである。
また、拡散後のドーパントの最表面濃度であるが、例えば1×1020/cm3程度の高濃度になるようにすると、この後に行うリーク電流測定時のための電極を形成しなくとも、拡散最表層をそのまま電極として使える利点がある。ただし、当然、拡散部の上に電極を形成しても良い。
このようなモデルを考えたとき、表面発生電流は下記の式(3−1)及び式(3−2)で示すことができる。
q : 電子電荷量 1.6×10−19(C)
ni : 真性キャリア濃度
τ0F : 逆バイアス空乏層内の実効寿命
xd : 表面空乏層幅
As : 空乏化した表面の面積
S0 : 表面再結合速度
である。
また、上記式(4)のうち、右辺の第2項は拡散電流Idiffであり、印加電圧に依存しない、ウェーハ固有の電流成分である。
また、上記式(4)のうち、右辺の第3項及び第4項は表面の影響による表面発生電流であり、印加電圧には依存しない、表面に固有の電流成分である。
まず、PN接合による内部電界と同等の第一の電圧V1をPN接合に逆バイアスとして印加してリーク電流を測定し、第一のリーク電流値I1を得る。また、第一の電圧V1よりも高い第二の電圧V2をPN接合に逆バイアスとして印加してリーク電流を測定し、第二のリーク電流値I2を得る。なお、第一の電圧V1の印加による第一のリーク電流値I1の測定と、第二の電圧V2の印加による第二のリーク電流値I2の測定とは、どちらを先に行っても構わない。
I=I2−(V2/V1)1/2×I1 …式(5)
(実施例)
測定対象の半導体基板としては、導電型P型、直径200mm、結晶方位<100>であるシリコンウェーハを用いた。なお、このウェーハをP型にするためのドーパントとしてボロンを用い、基板抵抗は10Ω・cmとした。
まず、0.05V(第一の電圧V1)を逆バイアスとして印加したときのリーク電流(第一のリーク電流値I1)を測定した。
次に、10V(第二の電圧V2)を逆バイアスとして印加し再度リーク電流(第二のリーク電流値I2)を測定した。
これらの値から、式(5)に従って評価対象のシリコンウェーハのリーク電流Iを算出した。
すなわち、10Vを0.05Vで除したときの数値の平方根を取って、0.05Vのときのリーク電流の積をとり、この数値を10Vのときのリーク電流値から引き算をした。これにより表面近傍の欠陥起因の発生電流値を求めることができた。このようにして求めたリーク電流のウェーハ面内分布を図9(a)に示す。図9(a)中、5、6で示す領域がリング状となっている。別の手法(赤外線を使った結晶欠陥評価装置)で結晶欠陥の存在が確認された領域は図9(a)の5、6で示した領域と一致していることがわかった。
一方の比較例では、以下のように被測定半導体基板及びメサ構造の形成は、実施例と同様に従来どおりで行ったが、測定データは差分処理をせず、リーク電流そのままの数値を使用した。
測定対象の半導体基板としては、導電型P型、直径200mm、結晶方位<100>であるシリコンウェーハを用いた。なお、このウェーハをP型にするためのドーパントとしてボロンを用い、基板抵抗は10Ω・cmとした。
実施例に比べて、ウェーハ面内のリーク電流がほとんど均一であり、表面発生電流その他の影響が大きく、表面近傍の発生電流について十分な測定感度がないことが分かる。
21…P型領域、 22…空乏層、 23…N型領域、
41…半導体基板、 42…酸化膜、 43…拡散部、 46…空乏層、
41’…半導体基板、 42’…酸化膜、 43’…拡散部、 46’…空乏層、
47、48…仮想的な電極。
Claims (4)
- 半導体基板をリーク電流により評価する方法であって、少なくとも、
前記半導体基板の表面部にPN接合を形成する工程と、
前記PN接合による内部電界と同等の第一の電圧V1を前記PN接合に逆バイアスとして印加してリーク電流を測定し、第一のリーク電流値I1を得る工程と、
前記第一の電圧V1よりも高い第二の電圧V2を前記PN接合に逆バイアスとして印加してリーク電流を測定し、第二のリーク電流値I2を得る工程と、
リーク電流値Iを、計算式I=I2−(V2/V1)1/2×I1に従って算出する工程と
を含み、前記算出したリーク電流値Iにより前記半導体基板を評価することを特徴とする半導体基板の評価方法。 - 前記半導体基板にPN接合を形成した後、前記リーク電流の測定の前に、前記半導体基板の表面に表面安定化処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の評価方法。
- 前記評価する半導体基板をシリコンウェーハとすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体基板の評価方法。
- 半導体デバイスの製造方法であって、少なくとも、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の半導体基板の評価方法により半導体基板を評価し、該評価により欠陥が検出されない半導体基板を用いて半導体デバイスを製造することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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