JP6206380B2 - シリコン単結晶ウェーハの評価方法 - Google Patents
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Description
ゲート酸化膜耐圧(GOI:Gate Oxide Integrity)を落とす一つの要因として、結晶引き上げ時の欠陥(ボイド)の存在が知られている。ここで、GOI測定とは、シリコンウェーハを酸化してゲート酸化膜を形成し、このゲート酸化膜に電極を形成してMOSキャパシタを作製した後、電極に電圧を印加してゲート酸化膜を破壊し、ゲート酸化膜耐圧を測定する方法である。
1点当たりの面積を小さいままにして測定点数を増やす場合は、上記の問題(電極内部の一様でない電界のかかり方、1つの電極に複数のGOI不良の原因となる欠陥が入ること)が無いため、測定点数を増やして占有比率を上げるのが測定精度の点では望ましいが、測定時間がかかるのが難点である。
例えば、GOI不良の原因となる結晶欠陥が1000[個/ウェーハ]あり、GOI測定面積の割合(占有比率)が1[%]であれば、統計的に10個のパターン(MOSキャパシタ)が不良となる。GOI不良の原因となる結晶欠陥が10[個/ウェーハ]しかなければ、占有比率が1[%]では10枚に一度しか検出できないことになる。つまりGOI不良の原因となる結晶欠陥の密度が低い場合は測定面積を増やさなければ、GOI不良の原因となる結晶欠陥を検出することができない。特許文献2では、1点あたりの面積を増やすことで、測定時間はそのままで、GOI不良の原因となる結晶欠陥を検出する方法を提供した。このときは全面積のうち5[%]以上を測定すれば(即ち占有比率を5[%]以上とすれば)、シリコンウェーハを良好に評価できるとした。当時の低欠陥密度ウェーハの測定にはこれで充分であった。しかし、さらに欠陥密度が少ない場合は、GOI不良の原因となる欠陥の見逃しのリスクを避けるため、ウェーハ全面測定が必要になっていた。
前記シリコン単結晶ウェーハの欠陥密度をパーティクルカウンターで測定する工程と、
該パーティクルカウンターの測定結果に基づいて、前記ゲート酸化膜の耐圧特性の測定における前記電極の面積と測定する前記電極の数を含む測定条件を決定する工程と、
該決定した測定条件で前記シリコン単結晶ウェーハのゲート酸化膜の耐圧特性を測定する工程と、
該ゲート酸化膜の耐圧特性測定結果に基づいて結晶欠陥起因の耐圧特性を評価する工程と、
を有することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの評価方法を提供する。
このように欠陥密度が低い(100[個/ウェーハ])場合は電極の面積を40[mm2]と大きくし測定点数を抑えたまま占有比率を上げ、欠陥密度が高い(2000[個/ウェーハ])場合は電極の面積を4[mm2]と小さくしながらも占有比率を1〜5[%]とすることによって測定点数を抑え、欠陥密度がその中間の場合は測定条件をその間で適切に設定することにより、どのような欠陥密度のシリコン単結晶ウェーハに対しても測定時間を短縮しつつ測定精度を確保することができる。
このように、欠陥密度が100[個/ウェーハ]以下の場合には、電極の面積を40[mm2]以上とすることにより、測定点数を抑えながらGOI不良の原因となる欠陥を確実に検出することができる。また、欠陥密度が100[個/ウェーハ]を超え2000[個/ウェーハ]未満の場合も、測定点数を3000以下とすることにより、測定時間を短縮しつつ測定精度を確保することができる。
上記のように、シリコン単結晶ウェーハのゲート酸化膜耐圧(GOI)測定において、測定精度を維持しつつ測定時間を短縮する方法が求められている。
前記シリコン単結晶ウェーハの欠陥密度をパーティクルカウンターで測定する工程と、
該パーティクルカウンターの測定結果に基づいて、前記ゲート酸化膜の耐圧特性の測定における前記電極の面積と測定する前記電極の数を含む測定条件を決定する工程と、
該決定した測定条件で前記シリコン単結晶ウェーハのゲート酸化膜の耐圧特性を測定する工程と、
該ゲート酸化膜の耐圧特性測定結果に基づいて結晶欠陥起因の耐圧特性を評価する工程と、
を有することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの評価方法が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
良品率Y=exp(−D*A) (1)
ここで、YはGOIの良品率、DはGOI不良の原因となる欠陥の密度[個/cm2]、Aは測定した電極の面積[cm2]である。
[300[mm]ウェーハの場合]
表1に5種類の測定条件を示したが、測定精度の点で理想である、電極の面積4[mm2]、測定する電極の数(測定点数)14700点の測定条件を総ての場合に適用する必要はない。例として、ウェーハ面内のGOI不良数が1000[個/ウェーハ]で、ウェーハ面内分布に偏りがない場合を考えてみる。
これに対し、電極の面積が4[mm2]、測定点数が300点でも16点が不良、良品率は94.7[%]となるため、良品率の結果に違いはほとんどない。
パーティクルカウンターで検出するLPD(Light Point Defect)はGOIを落とす欠陥ではないものも含まれる。パーティクルカウンターは、ウェーハ上のごみ、ピット、出っ張り、PID(Polished Induced Defect)、ヘイズ等いろいろな欠陥を検出する。しかしながら、パーティクルカウンターで見つかるすべての欠陥がGOIに影響するわけではなく、デバイスの歩留まりを悪化させるわけでもない。パーティクルカウンターで検出される欠陥は一つの目安であり、GOIに影響する欠陥はGOIでしか判定できない。
(a)低欠陥密度(100[個/ウェーハ]以下):
電極の面積40[mm2]以上でウェーハ全面測定を行う。
(b)中欠陥密度(100〜2000[個/ウェーハ]):
電極の面積4[mm2]で3000点、又は電極の面積40[mm2]で
300点の測定を行う。
(c)高欠陥密度(2000[個/ウェーハ]以上):
電極の面積4[mm2]で300点の測定を行う。
これらは、目安であり必ずしもこれらに従わなくてもよい。
高欠陥密度の場合: 300点測定で測定時間は約1/50、
中欠陥密度の場合: 3000点測定で測定時間は約1/5、又は300点測定で測定
時間は約1/50、
低欠陥密度の場合: 1200点測定(300[mm]ウェーハに対して、電極の面積49[mm2]でほぼ全数測定に相当)で測定時間は約1/10、
になる。いずれの区分においても、所定の測定精度を維持したうえで測定時間を大幅に短縮することができる。
直径200〜150[mm]ウェーハに対しても、同様に測定時間の短縮効果が得られる。
表6は200[mm]ウェーハにおける不良品数を、LPD欠陥数[個/ウェーハ]と測定条件(電極の面積、測定点数)に対して示したものである。表中の上段は不良品数、下段はLPD欠陥密度又はGOI不良密度を示している。GOI不良密度には下線を付してある。なお、表6はパーティクルカウンターで検出する欠陥(LPD欠陥)がすべてGOI不良の原因となる欠陥であるとした検討結果である。
(実施例)
パーティクルカウンターで欠陥を測定したところ、平均80[個/ウェーハ]のLPD欠陥のある直径300[mm]ウェーハのロットがあり、このロットのウェーハのGOI測定を実施した。まず、電極の面積4[mm2]、14700点の測定を実施した。この測定には、21時間を要した。GOI不良となった欠陥の密度は、0.095[個/cm2]であった。この時の測定結果のウェーハマップを図3に示した。
Claims (3)
- シリコン単結晶ウェーハ上にゲート酸化膜と複数の電極を順次形成してMOSキャパシタを作製した後、前記電極から前記ゲート酸化膜に電界を印加して該ゲート酸化膜の耐圧特性を測定することにより前記MOSキャパシタの良/不良を判定し、該良/不良と判定されたMOSキャパシタの数を基にシリコン単結晶ウェーハを評価する方法であって、
前記シリコン単結晶ウェーハの欠陥密度をパーティクルカウンターで測定する工程と、
該パーティクルカウンターの測定結果に基づいて、前記ゲート酸化膜の耐圧特性の測定における前記電極の面積と測定する前記電極の数を含む測定条件を決定する工程と、
該決定した測定条件で前記シリコン単結晶ウェーハのゲート酸化膜の耐圧特性を測定する工程と、
該ゲート酸化膜の耐圧特性測定結果に基づいて結晶欠陥起因の耐圧特性を評価する工程と、
を有することを特徴とするシリコン単結晶ウェーハの評価方法。 - 前記シリコン単結晶ウェーハは直径が150〜300[mm]のものを評価対象とし、前記測定条件を決定する工程において、前記パーティクルカウンターで測定した際の欠陥密度が100[個/ウェーハ]以下の場合は前記電極の面積を40[mm2]以上でかつ前記測定する電極が占める総面積のシリコン単結晶ウェーハの面積に対する割合である占有比率を80[%]以上とし、前記欠陥密度が100[個/ウェーハ]を超え2000[個/ウェーハ]未満の場合は前記電極の面積を4〜40[mm2]でかつ前記占有比率を5〜80[%]とし、前記欠陥密度が2000[個/ウェーハ]以上の場合は前記電極の面積を4[mm2]でかつ前記占有比率を1〜5[%]とすることを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶ウェーハの評価方法。
- 前記シリコン単結晶ウェーハは直径が150〜300[mm]のものを評価対象とし、前記測定条件を決定する工程において、前記欠陥密度が100[個/ウェーハ]以下の場合は前記電極の面積を40[mm2]以上でかつウェーハ全面を測定し、前記欠陥密度が100[個/ウェーハ]を超え2000[個/ウェーハ]未満の場合は前記電極の面積を4[mm2]でかつ前記測定する電極の数を3000、又は前記電極の面積を40[mm2]でかつ前記測定する電極の数を300のいずれかとすることを特徴とする請求項2に記載のシリコン単結晶ウェーハの評価方法。
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