JP6471710B2 - 単結晶ウェーハの評価方法 - Google Patents
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Description
その酸化膜の信頼性評価には、TZDB(Time Zero Dielectric Breakdown:酸化膜耐圧)評価、TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown:経時絶縁破壊特性)評価等が一般的に用いられている。
そして、特許文献1では、径方向の全面がNi領域およびNv領域が混在するN領域のシリコン単結晶ウェーハを900−1250℃で10−30秒間、酸化性雰囲気下で急速熱処理し、OSF核を消滅または不活性化させ、該酸化性雰囲気下の急速熱処理で形成された酸化膜を除去してから、900−1250℃で10−30秒間、窒化性雰囲気、Ar雰囲気、またはこれらの混合雰囲気下で急速熱処理することでウェーハ内にVaを注入してBMDを形成することにより、ゲッタリング能力を付与することが提案されている。
図2(b)、図3(b)にEOSF熱処理・選択エッチングを施した単結晶ウェーハのEOSF密度のウェーハ面内分布を示す。なお、図2(b)はシリコン単結晶インゴットから切り出したときに隣り合う位置にあった単結晶ウェーハのペアP−0、P−10、P−20の一方のウェーハについてそれぞれ測定した結果を示すものであり、図3(b)はシリコン単結晶インゴットから切り出したときに隣り合う位置にあった単結晶ウェーハのペアP−30、P−40、P−50の一方のウェーハについて測定した結果を示すものである。
図4(a)にEOSF密度のウェーハ面内分布の典型的な例を示す。図4(a)に示すように、EOSF密度は、ウェーハセンターからの距離に応じて同心円状に変化する分布を有しており、Sで示される領域(すなわち、ウェーハのセンター領域およびウェーハのエッジから少し内側に入ったリング状領域)において、EOSF密度が高くなっている。このS領域の中で最もEOSF密度が高い箇所のEOSF密度を「EOSFの最大密度」とする(図4(a)参照)。図2(b)、図3(b)でも、センター領域とセンターから120mm付近がEOSF密度が高くなっている。
図2(a)、図3(a)にRTA熱処理を施した単結晶ウェーハのTDDB特性マップを示す。なお、図2(a)はシリコン単結晶インゴットから切り出したときに隣り合う位置にあった単結晶ウェーハのペアP−0、P−10、P−20の他方のウェーハについてそれぞれ測定した結果を示すものであり、図3(a)はシリコン単結晶インゴットから切り出したときに隣り合う位置にあった単結晶ウェーハのペアP−30、P−40、P−50の他方のウェーハについてそれぞれ測定した結果を示すものである。図2(a)、図3(a)のTDDB特性マップにおいて、各測定点はα−mode(初期不良)、β−mode(酸化膜を通過した電荷量が5C/cm2未満で絶縁破壊)、γ−mode(酸化膜を通過した電荷量が5C/cm2以上で絶縁破壊)に分類され、γ−modeの全体に対する割合を「TDDB特性のγ−mode合格率」とする。例えば、ペアP−0においては、γ−modeの全体に対する割合は84.0%であり、TDDB特性のγ−mode合格率は84.0%となる。なお、図2(a)、図3(a)において、灰色で表示されている測定点はα−modeであり、白で表示されている測定点はβ−modeであり、黒で表示されている測定点はγ−modeである。
図4(b)にEOSFの最大密度とTDDB特性のγ−mode合格率との関係を示す。図4(b)において、上記のようにして別途実測した11点の実測値がプロットされており、これらの実測値から相関曲線を引くと、例えば、y=2.0444×x−0.184という近似式を得ることができる。ここで、yはTDDB特性のγ−mode合格率(%)であり、xはEOSFの最大密度(/cm2)である。
このように温度、時間を上記の下限値以上で行うことにより、酸素析出物をより十分に析出させることができる。また、温度、時間を上記の上限値以下で行うことにより、EOSFの最大密度のバラツキを小さくすることができ、相関を得やすく、またより安定した評価が可能である。
RTA熱処理の熱処理温度を1000℃以上、熱処理時間を10秒以上とすることで、単結晶ウェーハにVaが効率よく注入されることで、Nv領域ではBMDが過剰に形成されてTDDB特性が劣化するので、TDDB特性のバラツキが大きくなり、EOSFの最大密度とTDDB特性のγ−mode合格率との相関が得やすくなる。
また、RTA熱処理の熱処理温度を1350℃以下とすることで、熱処理炉からの汚染やスリップ転位の発生を防止することができる。
評価対象の単結晶ウェーハの酸素濃度が上記の範囲であれば、酸素析出物を顕在化させる熱処理(EOSF熱処理)を行うことで、十分にEOSFのサイズを検出できるサイズまで大きくすることができるので、EOSFの最大密度とTDDB特性の相関をより確実に得ることができる。
また、評価対象の単結晶ウェーハの酸素濃度の上限は特に限定されないが、20ppma(JEITA)以下とすることが好ましい。これはEOSFの最大密度とTDDB特性の相関をより確実に得ることができるからである。
このような合否判定基準を好適に用いることができる。合否判定基準はもちろんこれに限定されず、求められる品質に応じて適宜決定できる。
予備評価用試料として、評価対象と同様に、Ni領域とNv領域が混在し(径方向全面がNi領域とNv領域からなり)、酸素濃度が12〜13ppma(JEITA)の直径300mmのシリコン単結晶ウェーハ4枚(それぞれ作製条件が異なる)を用いて、1000℃で9時間のドライ酸化、1150℃で100分のウェット酸化を順次行う、酸素析出物を顕在化させる熱処理(すなわち、EOSF熱処理)及び選択エッチングを行い、EOSFの最大密度を検出した。その結果を表1に示す。
一方、それぞれ上記と同一条件で作製されたシリコン単結晶ウェーハ4枚を用いて、窒素+アルゴン雰囲気で1100℃、20秒のRTA熱処理を行った後に、ウェーハのTDDB特性のγ−mode合格率の評価を行った。その結果を表1に示す。
なお、TDDB特性の評価に用いたMOS構造は、ゲート酸化膜厚さが25nm、電極面積が4mm2であり、α、β、γモードの判定基準はそれぞれ、初期破壊、酸化膜を通過した電荷量が5C/cm2未満で絶縁破壊、酸化膜を通過した電荷量が5C/cm2以上で絶縁破壊とした。
TDDB特性のγ−mode合格率[%]=2.0444×(EOSFの最大密度[/cm2])−0.184
となった。
その後、予め求めておいた上記の近似式を用いて、EOSFの最大密度からTDDB特性のγ−mode合格率を求め、TDDB特性のγ−mode合格率が90%以上のシリコン単結晶ウェーハを合格と判定した。このような手順で20枚評価し、10枚が合格、他の10枚が不合格と評価された。
以上の結果から、本発明の単結晶ウェーハの評価方法によれば、予備評価で求めた近似式を利用して、Ni領域とNv領域が混在する無欠陥の評価対象のウェーハのEOSFの最大密度のみから、TDDB特性のγ−mode合格率を正確に推定することが可能であることが確認できた。
Claims (6)
- Ni領域とNv領域が混在する単結晶ウェーハを評価する方法であって、
前記単結晶ウェーハに対して、予め、酸素析出物を顕在化させるEOSF熱処理を施した後、選択エッチングを施すことにより検出されるEOSFの最大密度と、前記単結晶ウェーハにRTA熱処理を施してTDDB特性を評価することにより得られるTDDB特性のγ−mode合格率とを求め、前記EOSFの最大密度と前記TDDB特性のγ−mode合格率との相関関係に基づいて、前記EOSFの最大密度から前記TDDB特性のγ−mode合格率を算出する近似式を求める予備評価工程と、
評価対象の単結晶ウェーハに前記EOSF熱処理を施した後、選択エッチングを施すことにより検出されたEOSFの最大密度から、予め求めておいた前記近似式を用いて、前記評価対象の単結晶ウェーハに前記RTA熱処理を施したときの前記TDDB特性のγ−mode合格率を推定して合否を判定する工程と
を有することを特徴とする単結晶ウェーハの評価方法。 - 前記EOSF熱処理として、乾燥酸素ガス雰囲気中、900℃以上1050℃以下の温度で30分以上600分以下の第1段熱処理を施し、次いで水蒸気を含む酸素ガス雰囲気中、1100℃以上1200℃以下の温度で30分以上200分以下の第2段熱処理を施すことを特徴とする請求項1に記載の単結晶ウェーハの評価方法。
- 前記評価対象の単結晶ウェーハの酸素濃度を、10ppma(JEITA)以上とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載する単結晶ウェーハの評価方法。
- 前記RTA熱処理として、窒化性雰囲気下、1000℃以上1350℃以下、10秒以上30秒以下の熱処理を施すことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の単結晶ウェーハの評価方法。
- 前記近似式を、
TDDB特性のγ−mode合格率[%]=2.0444×(EOSFの最大密度[/cm2])−0.184
とすることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の単結晶ウェーハの評価方法。 - 前記推定されたTDDB特性のγ−mode合格率が90%以上である単結晶ウェーハを合格と判定することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の単結晶ウェーハの評価方法。
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