JP7140022B2

JP7140022B2 - シリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法及びシリコンウェーハの製造工程管理方法

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Publication number: JP7140022B2
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Inventors: 康太藤井
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Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2022-09-21
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Description

本発明は、シリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法及びシリコンウェーハの製造工程管理方法に関する。

半導体シリコンウェーハの表面には、ＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタやトランジスタ等の半導体素子が形成される。これら半導体素子に形成されるゲート酸化膜等の絶縁膜は高い電界強度下で使用されている。そのため、緻密な品質の高い絶縁膜が必要とされている。

この絶縁膜の信頼性評価方法として、酸化膜耐圧特性の評価がある。この評価方法はＧＯＩ（ＧａｔｅＯｘｉｄｅＩｎｔｅｇｒｉｔｙ）評価とも呼ばれる。以下では、「酸化膜耐圧」と「ＧＯＩ」を同義語として説明する。この評価方法は、シリコンウェーハ表面に絶縁膜となるシリコン酸化膜を形成し、この酸化膜に電極を形成してＭＯＳ構造を作製した後、電極に電気ストレスを印加して酸化膜を破壊させ、その絶縁破壊電界強度を測定することで酸化膜の信頼性を評価する方法である。

この酸化膜耐圧評価（ＧＯＩ評価）には、例えばＭＯＳキャパシタに電圧を０Ｖから０．５Ｖステップで上昇させながら印加して、ＭＯＳキャパシタに流れる電流をモニタし、ＭＯＳキャパシタの酸化膜が破壊即ちブレイクダウンした時の絶縁破壊電界強度を測定し、この絶縁破壊電界強度が所定の値以上、例えば８ＭＶ／ｃｍ以上である絶縁膜を良とし、そうでないものを不良として、印加したＭＯＳキャパシタ総数に対する良であったＭＯＳキャパシタ数の割合に基づいて絶縁膜の品質を評価する、ＴＺＤＢ（ＴｉｍｅＺｅｒｏＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＢｒｅａｋｄｏｗｎ）法がある。

このようにＴＺＤＢ法は短時間で評価できる手法であるが、半導体素子の使用状態に応じた評価、即ち経時的な評価を行うことができないという問題があった。そのためＴＤＤＢ（ＴｉｍｅＤｅｐｅｎｄｅｎｔＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＢｒｅａｋｄｏｗｎ）法が用いられることがある。

この手法は絶縁膜に一定の電流もしくは電圧を連続的に印加し、所定の時間間隔で電流または電圧を検出して経時的な変化を求め、絶縁破壊に至るまでの時間その経過等を詳細に評価する方法である。

即ち特定の電気ストレス印加時の絶縁膜寿命を評価しており、各種デバイスの動作と密接な関わりがある。ＴＤＤＢ法による酸化膜寿命は、一定の電流密度Ｊ（Ａ／ｃｍ^２）をＭＯＳキャパシタに印加し、破壊するまでの時間ｔ（ｓｅｃ）を測定し、これらの積（Ｊ×ｔ＝Ｑ）により表現されることが多い。これは、絶縁膜が破壊されるまでに印加された電荷量Ｑｂｄ（Ｃ／ｃｍ^２）である。したがって、このＱｂｄ値が大きい絶縁膜ほど、長寿命・高信頼性を有していると言える。

さらにＱｂｄは値に応じて大きく３つのモードに大別される。１つ目は、例えば、Ｑｂｄ≦０．０１（Ｃ／ｃｍ^２）の場合で、シリコンウェーハに存在する結晶欠陥に起因する初期不良、２つ目は例えば、Ｑｂｄ≧５（Ｃ／ｃｍ^２）の場合で酸化膜そのものがもつ寿命に起因する真性破壊、３つ目は例えば０．０１（Ｃ／ｃｍ^２）＜Ｑｂｄ＜５（Ｃ／ｃｍ^２）の場合で、初期不良と真性破壊との中間に位置するものである。

一方、このような絶縁膜評価（ＧＯＩ評価）を行うためには、ＭＯＳ構造を作製するため、煩雑な工程を経る必要があり、評価に時間とコストが掛かるという欠点があった。

特許文献１には、赤外トモグラフ法により欠陥密度とＧＯＩの良品率との相関関係を用いて、ＧＯＩ特性が未知のシリコンウェーハのＧＯＩ良品率を推定する方法が開示されている。また、特許文献２には、シリコンウェーハの表面に熱酸化膜を形成させた後、水素を含む雰囲気で熱処理を施し、熱酸化膜上に顕在化させた結晶欠陥数からＧＯＩ特性を推定する方法が開示されている。

特開平６－１１２２９２号公報特開２０００－２６９２８８号公報

しかし、特許文献１、２ともに、特定の欠陥種、即ち結晶欠陥に限定し、酸化膜耐圧特性（ＧＯＩ特性）を推定しており、その推定精度が十分ではない。本発明者が調査した結果、ＧＯＩ不良を引き起こす欠陥種は結晶欠陥だけではないこと、及び、結晶欠陥の他に、加工起因の欠陥やパーティクルもＧＯＩ不良を引き起こすことを突き止めた。したがって、ウェーハ表面に存在する様々な欠陥種を考慮し、ＧＯＩ特性を推定する必要がある。

さらに、特許文献２の手法では、酸化膜成長熱処理や、欠陥顕在化のための水素熱処理が必要で、人手と時間が掛かる。

そこで本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、シリコンウェーハ表面に存在する様々な欠陥種を考慮した、精度の高い酸化膜耐圧不良率を簡便に推定し、酸化膜耐圧特性を簡便に評価することができるシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、シリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法であって、基準となるシリコンウェーハにおける欠陥を異物検査装置にて検出し、走査型電子顕微鏡にて観察した後、欠陥種類別に欠陥数を集計する第１工程と、前記基準となるシリコンウェーハの酸化膜耐圧測定を行う第２工程と、前記基準となるシリコンウェーハの前記異物検査装置による欠陥の検出結果と前記酸化膜耐圧測定の結果の位置座標を重ね合わせ、前記欠陥種類別の（酸化膜耐圧不良を引き起こした欠陥数）／（全欠陥数）から、前記欠陥種類別に酸化膜耐圧不良率を求める第３工程と、酸化膜耐圧特性が未知である被評価シリコンウェーハにおける欠陥を異物検査装置にて検出し、走査型電子顕微鏡にて観察した後、欠陥種類別に欠陥数を集計する第４工程と、前記第４工程で集計した被評価シリコンウェーハの欠陥種類別の欠陥数と、前記第３工程で算出した前記欠陥種類別の前記酸化膜耐圧不良率に基づき、（欠陥数）×（前記酸化膜耐圧不良率）から、前記被評価シリコンウェーハにおいて、欠陥種類別に酸化膜耐圧不良を引き起こす欠陥数を算出した後、これらを合算した値から、前記被評価シリコンウェーハにおける酸化膜耐圧不良率を推定する第５工程とを備える、前記被評価シリコンウェーハにおける酸化膜耐圧特性を評価することを特徴とするシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法を提供する。

このような方法であれば、予め求めた欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率（ＧＯＩ不良率）を採用することで、ウェーハ表面に存在する様々な欠陥種を考慮した酸化膜耐圧特性（ＧＯＩ特性）を推定することができる。さらに、異物検査と走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察のみで推定できるため、評価に時間、コストが掛からず、簡便である。

また、前記欠陥種類を結晶起因欠陥、加工起因欠陥、及びパーティクルのいずれか１種以上とすることができる。

このような欠陥種類は、各々の割合で酸化膜耐圧不良を引き起こすことがあるので、これらの欠陥種類を考慮して酸化膜耐圧不良率を推定することにより、より精度の高い酸化膜耐圧不良率の推定を行うことができる。

また、本発明は、シリコンウェーハの製造工程管理方法であって、上記のいずれかのシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法により、前記第５工程で推定した酸化膜耐圧不良率が、予め設定した所定の酸化膜耐圧不良率を超えた場合に、前記被評価シリコンウェーハに酸化膜耐圧不良が発生すると評価し、該被評価シリコンウェーハの製造履歴調査を行い、及び／又は、該被評価シリコンウェーハの製造工程を管理することを特徴とするシリコンウェーハの製造工程管理方法を提供する。

このような本発明のシリコンウェーハの製造工程管理方法によって、ウェーハの酸化膜耐圧特性の観点からウェーハ製造工程を管理すれば、スループット良く、簡便に製造工程中の酸化膜耐圧特性の劣化を検出でき、製造工程へフィードバックも早いため、酸化膜耐圧不良がないウェーハを安定して製造することができる。

本発明のシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法であれば、従来法のような、結晶欠陥に限定した酸化膜耐圧特性の推定ではなく、シリコンウェーハ表面に存在する様々な欠陥種を考慮した、高精度の酸化膜耐圧特性を、スループット良く、簡便に推定することができる。また、本発明のシリコンウェーハの製造工程管理方法であれば、シリコンウェーハ製造工程中の酸化膜耐圧特性劣化をスループット良く、簡便に管理することができる。それにより酸化膜耐圧不良のないウェーハを安定して製造することができる。

本発明のシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法の一例を示すフロー図である。異物検査装置にて検出された欠陥のＳＥＭ観察例を示す図である。

本発明は、上記のように、シリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法であって、
基準となるシリコンウェーハにおける欠陥を異物検査装置にて検出し、走査型電子顕微鏡にて観察した後、欠陥種類別に欠陥数を集計する第１工程と、
前記基準となるシリコンウェーハの酸化膜耐圧測定を行う第２工程と、
前記基準となるシリコンウェーハの前記異物検査装置による欠陥の検出結果と前記酸化膜耐圧測定の結果の位置座標を重ね合わせ、前記欠陥種類別の（酸化膜耐圧不良を引き起こした欠陥数）／（全欠陥数）から、前記欠陥種類別に酸化膜耐圧不良率を求める第３工程と、
酸化膜耐圧特性が未知である被評価シリコンウェーハにおける欠陥を異物検査装置にて検出し、走査型電子顕微鏡にて観察した後、欠陥種類別に欠陥数を集計する第４工程と、
前記第４工程で集計した被評価シリコンウェーハの欠陥種類別の欠陥数と、前記第３工程で算出した前記欠陥種類別の前記酸化膜耐圧不良率に基づき、（欠陥数）×（前記酸化膜耐圧不良率）から、前記被評価シリコンウェーハにおいて、欠陥種類別に酸化膜耐圧不良を引き起こす欠陥数を算出した後、これらを合算した値から、前記被評価シリコンウェーハにおける酸化膜耐圧不良率を推定する第５工程と
を備える。本発明は、これらの第１工程～第５工程により、前記被評価シリコンウェーハにおける酸化膜耐圧特性を評価する方法である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明のシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法では、まず、基準となるシリコンウェーハを用いて、欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率（ＧＯＩ不良率）を求める（以下の第１工程～第３工程、図１のＳ１～Ｓ４）。この欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率の算出方法を説明する。

まず、基準となるシリコンウェーハ（以下、単に「基準ウェーハ」とも称する。）における欠陥を異物検査装置にて検出し、走査型電子顕微鏡にて観察した後、欠陥種類別に欠陥数を集計する（第１工程）。図１に示したＳ１及びＳ２が第１工程に相当する。

第１工程では、まず、図１のＳ１のように、基準ウェーハのウェーハ表面を異物検査装置にて検査し、欠陥とその座標とを取得する。異物検査装置は、ウェーハ表面をレーザー光により走査し、異物からの光散乱強度を測定することで、異物を検出する光散乱方式のパーティクルカウンタ（例えば、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製ＳｕｒｆＳｃａｎＳＰ５など）や、ウェーハ表面からの反射光の差を検出することで異物を検出するコンフォーカル光学系のレーザー顕微鏡（例えばレーザーテック社製ＭＡＧＩＣＳなど）を用いれば良い。この異物検査装置による欠陥の検出で、ウェーハ上の欠陥の座標が特定される。なお、後述のように、基準ウェーハの枚数は１枚であってもよいが、複数枚数を測定することが好ましい。

次に、図１のＳ２のように、欠陥座標（上記異物検査装置にて特定された座標）を基に欠陥の走査型電子顕微鏡による観察（ＳＥＭ観察）を行う。この時、ＳＥＭのサンプリング数は、異物検査装置で得られた全欠陥が望ましいが、欠陥数が１００００個以上のように非常に多い場合は、領域や異物検査装置から出力される欠陥サイズを限定することで、サンプリング数を適宜減らしても構わない。

次に、例えば図２のように、欠陥画像からＣＯＰ（ボイド）、加工起因ピット、突起、パーティクル等の欠陥種類に分類し、欠陥種類別の欠陥数を集計する。この欠陥種類の分類の基準、例えば分類項目数などは、ＳＥＭ観察結果に応じて適宜変えて構わない。例えば、ＣＯＰ（ボイド）が存在せず、スクラッチ等のキズが多く、サイズが異なるパーティクルが存在している場合は、スクラッチ、加工起因ピット、突起、サイズが大きいパーティクル、サイズが小さいパーティクルに分類して構わない。本発明において検出する欠陥種類は、結晶起因欠陥、加工起因欠陥、及びパーティクルのいずれか１種以上とすることができる。このような欠陥種類は、各々の割合で酸化膜耐圧不良を引き起こすことがあるので、これらの欠陥種類を考慮して酸化膜耐圧不良率を推定することにより、より精度の高い酸化膜耐圧不良率の推定を行うことができる。ここで、結晶起因欠陥とは、ＣＯＰや酸素析出物などの結晶育成時に形成される欠陥、加工起因欠陥とは、突起やピットなどウェーハ加工工程で形成される欠陥、パーティクルとはウェーハ洗浄工程やウェーハ搬送工程などで付着する欠陥を指す。

続いて、基準となるシリコンウェーハの酸化膜耐圧測定を行う（第２工程、図１のＳ３）。ここでは、図１のＳ３のように、基準ウェーハの酸化膜耐圧測定（ＧＯＩ評価）を行う。ＧＯＩ評価は、上述したＴＺＤＢ法、ＴＤＤＢ法のどちらかを採用すればよい。この時、ＭＯＳキャパシタ数については、例えば、直径３００ｍｍのウェーハの場合、ＭＯＳキャパシタの面積４ｍｍ^２とし、ＭＯＳキャパシタ数が１４７００点のように、なるべく多い方が良い。これは、面積が小さいキャパシタを多くすることで、１つのキャパシタに複数の欠陥が存在する確率が低くなり、より高感度に酸化膜耐圧特性を得ることができるためである。

次に、基準ウェーハについて、第１工程で得られた基準ウェーハの異物検査装置による欠陥の検出結果と、第２工程で得られた酸化膜耐圧測定の結果の位置座標を重ね合わせ、欠陥種類別の（酸化膜耐圧不良を引き起こした欠陥数）／（全欠陥数）から、欠陥種類別に酸化膜耐圧不良率を求める（第３工程、図１のＳ４）。

この第３工程は、より具体的には、以下のように行う。まず、異物検査装置から得られた欠陥の位置座標と、酸化膜耐圧測定装置から得られたＭＯＳキャパシタの位置座標とを重ね合わせ、異物検査装置で検出された欠陥が存在するＭＯＳキャパシタの良／不良判定を行う。例えば、ＴＤＤＢ法であれば、Ｑｂｄ値が０．０１（Ｃ／ｃｍ^２）以下の場合はそのＭＯＳキャパシタを不良と判定し、Ｑｂｄ値が０．０１（Ｃ／ｃｍ^２）を超える場合はＭＯＳキャパシタを良と判定すればよい。その後、欠陥種類別に、（酸化膜耐圧不良を引き起こした欠陥数）／（全欠陥数）を計算し、欠陥種類別に、酸化膜耐圧不良率を算出する。例えば、欠陥がＣＯＰの場合は、（ＣＯＰのうち、酸化膜耐圧不良を引き起こしたＣＯＰの数）／（全ＣＯＰの数）であり、欠陥が加工起因ピットの場合は、（加工起因ピットのうち、酸化膜耐圧不良を引き起こした加工起因ピットの数）／（全加工起因ピット数）である。この時、ポリッシュドウェーハやエピタキシャルウェーハ、アニールウェーハなど様々な品種のシリコンウェーハを用意し、なるべく多くの種類の欠陥の酸化膜耐圧不良率を算出し、データベース化しておくことにより、予め多くの欠陥種類の不良率をデータベース化することが好ましい。このようにすることで、第１工程～第３工程（図１のＳ１～Ｓ４）の工程を酸化膜耐圧特性が未知である被評価シリコンウェーハの評価のたびに行う必要がなく、予め行っておくことができる。このように予め第１工程～第３工程を行っておけば、酸化膜耐圧特性が未知である被評価シリコンウェーハの評価を行う際に、後述の第４及び第５工程（図１のＳ５～Ｓ７）のみで酸化膜耐圧特性を推定できる。

続いて、酸化膜耐圧特性が未知である被評価シリコンウェーハにおける欠陥を異物検査装置にて検出し、走査型電子顕微鏡にて観察した後、欠陥種類別に欠陥数を集計する（第４工程、図１のＳ５）。

この第４工程は、より具体的には、以下のように行う。まず、酸化膜耐圧特性が未知のシリコンウェーハ（被評価シリコンウェーハ）の異物検査とＳＥＭ観察を、上記の基準ウェーハに対して行った第１工程と同様に行う。次に、基準ウェーハの場合と同様に欠陥分類を行い、欠陥種類別に欠陥数を集計する。

次に、第４工程（図１のＳ５）で集計した被評価シリコンウェーハの欠陥種類別の欠陥数と、第３工程（図１のＳ４）で基準ウェーハについて算出した欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率に基づいて、被評価シリコンウェーハの酸化膜耐圧不良率を推定する（第５工程）。図１に示したＳ６及びＳ７が第５工程に相当する。この第５工程では、まず、図１のＳ６のように、（欠陥数）×（酸化膜耐圧不良率）から、被評価シリコンウェーハにおいて、欠陥種類別に酸化膜耐圧不良を引き起こす欠陥数を算出し、これらを合算する。すなわち、欠陥種類別に、被評価ウェーハの欠陥数と、基準ウェーハから得られた酸化膜耐圧不良率を掛け合わせ、これらを合算する。

図１のＳ６を具体例を挙げて説明すると、以下のようになる。被評価シリコンウェーハにおける欠陥種類別の酸化膜耐圧不良を引き起こす欠陥数とは、例えば、欠陥がＣＯＰの場合は、（被評価ウェーハのＣＯＰの数）×（基準ウェーハから得られたＣＯＰの酸化膜耐圧不良率）であり、欠陥が加工起因ピットの場合は、（被評価ウェーハの加工起因ピットの数）×（基準ウェーハから得られた加工起因ピットの酸化膜耐圧不良率）である。また、被評価ウェーハにおける酸化膜耐圧不良率を算定するために用いる欠陥がＣＯＰと加工起因ピットである場合では、合算値は（被評価ウェーハのＣＯＰの数）×（基準ウェーハから得られたＣＯＰの酸化膜耐圧不良率）＋（被評価ウェーハの加工起因ピットの数）×（基準ウェーハから得られた加工起因ピットの酸化膜耐圧不良率）で求められる。この合算値は、被評価ウェーハ上において、ＭＯＳキャパシタを形成して酸化膜耐圧測定を仮に行った場合に、ＭＯＳキャパシタが不良となると推定される欠陥数（推定される酸化膜耐圧不良欠陥数）を意味する。

図１のＳ６の後は、最後に、図１のＳ７のように、Ｓ６で合算した値から、被評価ウェーハにおける酸化膜耐圧不良率を推定する。具体的には、（Ｓ６で合算し算出した酸化膜耐圧不良欠陥数）／（酸化膜耐圧特性測定におけるキャパシタ数）の計算式から酸化膜耐圧不良率を算出することができる。

以上の工程により、被評価ウェーハについて、ウェーハに存在する様々な欠陥を考慮した、酸化膜耐圧不良（ＧＯＩ不良）を引き起こす欠陥数を算出（推定）でき、被評価シリコンウェーハにおける酸化膜耐圧不良率を推定することができる。

本発明のシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法を得るに到った実験事実を以下に示す。

表１に、一例として異なる条件で育成した結晶ブロックを、異なる条件で研磨、洗浄した３水準のポリッシュドウェーハ（サンプルＡ、Ｂ、Ｃ）各３枚の計９枚について、欠陥種類別の欠陥数Ｘ、酸化膜耐圧不良（ＧＯＩ不良）を引き起こした欠陥数Ｙ、算出した酸化膜耐圧不良率（ＧＯＩ不良率）Ｙ／Ｘを示している。これら９枚のシリコンウェーハは、上述の基準となるシリコンウェーハ（基準ウェーハ）に相当する。

サンプルの欠陥種を見ると、サンプルＡはＣＯＰが１００個以上と非常に多く、サンプルＢはＣＯＰが１０個程度と少なく、サンプルＣはＣＯＰが存在しない。続いて、加工起因ピット、突起やパーティクルに着目すると、サンプルＡはピットが少なく、サンプルＢは突起が多く、サンプルＣはパーティクルが多い。これは結晶育成条件や研磨、洗浄条件が異なるためである。

次に、酸化膜耐圧不良率（ＧＯＩ不良率）を見ると、ＣＯＰはサンプルＡ、Ｂともに約８０％程度、加工起因ピットはサンプルＡ、Ｂ、Ｃともに約２０～３０％、突起はサンプルＡ、Ｂ、Ｃともに約５％程度であった。ＣＯＰの他に、加工起因のピットや突起、パーティクルも不良率は低いが、酸化膜耐圧不良を引き起こすため、従来法のような結晶欠陥に限定した推定法ではなく、ウェーハ上に存在する様々な欠陥種を考慮し、酸化膜耐圧特性を推定する必要があることが分かる。

また、欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率は僅かなバラツキはあるが、サンプル水準（結晶育成条件や研磨、洗浄条件）に依らず、ほぼ同等の値になることから、本発明は、様々なウェーハに適応可能であることが分かる。

尚、第３工程（図１のＳ４）で算出する最終的な欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率は、複数水準例えば３水準以上のウェーハ及び／又は１水準あたり複数枚例えば３枚以上のウェーハ及び／又は１欠陥種当たりの合計欠陥数が３０個以上で加重平均値として算出するのが望ましい。これは、ウェーハ１水準及び／又はウェーハ枚数１枚及び／又は１欠陥種当たりの欠陥数が３０個より少ない場合よりも、酸化膜耐圧不良率のバラツキを小さくできるためである。

一例として、表１に示したサンプルＡとＢのＣＯＰの酸化膜耐圧不良率に着目すると、ＣＯＰが多く存在するサンプルＡは８６．３％から８７．５％である。一方、ＣＯＰが少ないサンプルＢは７７．８％から８７．５％と、ＣＯＰが多く存在するサンプルＡと比較してバラツキが大きいことが分かる。したがって、１欠陥種当たりの合計欠陥数が多い方が、精度良く不良率を算出できることが分かる。

表２には、サンプルＡ、Ｂ、Ｃについて全９枚分の欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率（ＧＯＩ不良率）の加重平均値を示している。このように加重平均値を用いることで、ウェーハの欠陥数を考慮した精度の高い酸化膜耐圧不良率を算出することができる。

次に、表３には、サンプルＡのウェーハ１枚（上記３枚のウェーハとは別のウェーハ）と、サンプルＡ、Ｂ、Ｃとは結晶育成、加工洗浄条件が異なるポリッシュドウェーハであるサンプルＤの１枚について（すなわち、サンプルＡ、Ｄの各１枚について）、欠陥種類別の欠陥数、表２に示した酸化膜耐圧不良率（ＧＯＩ不良率）から算出した酸化膜耐圧不良を引き起こすと推定される欠陥数と、この値をＭＯＳキャパシタ数１４７００として除算した酸化膜耐圧不良率と、実際に酸化膜耐圧測定を行い得られた酸化膜耐圧不良率を示している。

サンプルＡ、Ｄどちらも、本発明の方法により推定した酸化膜耐圧不良率と、実際の測定結果から得られた酸化膜耐圧不良率が同等で推定精度が高いことが分かる。また、従来法のように、ＣＯＰの全数が酸化膜耐圧不良を引き起こすと考え、（ＣＯＰ全数／ＭＯＳキャパシタ数）から酸化膜耐圧不良率を算出すると、サンプルＡでは、０．９３％（１３６／１４７００）、サンプルＤでは０．４１％（６０／１４７００）となり、本発明の方法で推定した酸化膜耐圧不良率の方が推定精度が高い。

さらに、サンプルＤは第１工程～第３工程（図１のＳ１～Ｓ４）での欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率の算出に用いていないが、表３から、実際の酸化膜耐圧測定結果と同等の酸化膜耐圧不良率を推定できていることがわかる。したがって、本発明は様々なウェーハ水準にも適応可能であることが分かる。

以上のように、ウェーハに存在する様々な欠陥を考慮した欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率を用いることで、酸化膜耐圧特性が未知のウェーハの酸化膜耐圧特性を高精度かつ簡便に推定することができる。

また、本発明は、シリコンウェーハの製造工程管理方法をも提供する。このシリコンウェーハの製造工程管理方法は、まず、上記のシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法により、第５工程まで行って被評価ウェーハの酸化膜耐圧不良率を推定する。この推定した酸化膜耐圧不良率が、予め設定した所定の酸化膜耐圧不良率を超えた場合に、被評価ウェーハに酸化膜耐圧不良が発生すると評価することができ、そのように、被評価ウェーハに酸化膜耐圧不良が発生すると評価されたときに、該被評価ウェーハの製造履歴調査を行い、及び／又は、該被評価シリコンウェーハの製造工程を管理することができる。

このような本発明のシリコンウェーハの製造工程管理方法によって、ウェーハの酸化膜耐圧特性の観点からウェーハ製造工程を管理すれば、スループット良く、簡便に製造工程中の酸化膜耐圧特性の劣化を検出でき、製造工程へのフィードバックも早いため、すばやく工程の改善をはかることができ、酸化膜耐圧不良がないウェーハを安定して製造することができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきではない。

（実施例）
酸化膜耐圧特性が未知のシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性評価の実施例について説明する。

初めに、基準となるシリコンウェーハにおける欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率（ＧＯＩ不良率）を算出した（本発明の第１工程～第３工程、図１のＳ１～Ｓ４）。まず、基準ウェーハとして、結晶育成条件と研磨、洗浄条件がそれぞれ異なる計３水準の直径３００ｍｍ、Ｐ型のシリコンウェーハ（サンプル１、２、３）を各３枚ずつ用意し、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製ＳｕｒｆＳｃａｎＳＰ５にてウェーハ表面を検査し、ＳＥＭ観察を行い、欠陥種類別の欠陥数を算出した（第１工程、図１のＳ１、Ｓ２）。ここで算出した欠陥種類別の欠陥数を表４に示した。

その結果、ＣＯＰに着目すると、サンプル１はＣＯＰが約２００個程度と多く、サンプル２はＣＯＰが約２０個程度と少なく、サンプル３はＣＯＰが存在していなかった。加工起因ピット、突起、パーティクルに着目すると、サンプル１は加工起因ピットが少なく、サンプル２は加工起因ピットが多く、サンプル３は突起、パーティクルが多かった。（表４参照）

続いて、上記の各サンプルウェーハについて、酸化膜２５ｎｍ、キャパシタ面積４ｍｍ^２、キャパシタ数１４７００点、電気ストレス０．０１Ａ／ｃｍ^２の条件で、ＴＤＤＢ測定を行った（第２工程、図１のＳ３）。

次に、前記ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製ＳｕｒｆＳｃａｎＳＰ５によって測定したマップとＴＤＤＢマップを重ね合わせ、前記ＳｕｒｆＳｃａｎＳＰ５で検出された欠陥が存在するキャパシタについて、電荷量Ｑｂｄ値≦０．０１（Ｃ／ｃｍ^２）の場合は不良、Ｑｂｄ＞０．０１（Ｃ／ｃｍ^２）の場合は良と判定し、欠陥種類別の酸化膜耐圧不良欠陥数を集計し、（酸化膜耐圧不良欠陥数／欠陥数）から欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率を算出した（第３工程、図１のＳ４）。その結果を上記の表４中に併記した。

続いて、ウェーハ水準、枚数、欠陥数が異なることに起因する僅かな酸化膜耐圧不良率のバラツキを低減するため、全９枚分のデータを用いて、酸化膜耐圧不良率の加重平均値を算出した（表５参照）。

続いて、表５の欠陥種類別の酸化膜耐圧不良率に基づき、酸化膜耐圧不良率が未知のウェーハの酸化膜耐圧不良率を算出した（第４工程及び第５工程、図１のＳ５～Ｓ７）。サンプル１、２、３とは結晶育成、加工洗浄条件が異なる、Ｐ型シリコンウェーハであるサンプル４の１枚について、前記ＳｕｒｆＳｃａｎＳＰ５測定とＳＥＭ観察を実施し、欠陥種類別に欠陥数を集計した（表６参照）。また、サンプル１のさらに別の１枚についても同様に前記ＳｕｒｆＳｃａｎＳＰ５測定とＳＥＭ観察を実施し、欠陥種類別に欠陥数を集計した（表６参照）。

次いで、表５の酸化膜耐圧不良率から、欠陥種類別に酸化膜耐圧不良欠陥数を算出し、それらを合算した後、ＭＯＳキャパシタ数１４７００点で除算し、酸化膜耐圧不良率を算出した。さらに、実際に酸化膜耐圧測定を行い、測定結果から酸化膜耐圧不良率を算出した。この結果を表６中に併記した。その結果、サンプル１では、本発明により推定した酸化膜耐圧不良率は１．２２％で、実際の酸化膜耐圧測定から得られた不良率は１．１７％と同等であった。サンプル４についても、本発明により推定した不良率は０．３８％で、実際の酸化膜耐圧測定から得られた不良率は０．３４％と同等であった。

なお、従来法のように、ＣＯＰの全数が酸化膜耐圧不良を引き起こすと考え、（ＣＯＰ全数／ＭＯＳキャパシタ数）から酸化膜耐圧不良率を算出すると、サンプル１では、１．３５％（１９９／１４７００）、サンプル４では０．２９％（４２／１４７００）となり、実施例で推定した酸化膜耐圧不良率の方が推定精度が高い。

このように、本発明の評価方法を用いることで、簡便に高精度に、酸化膜耐圧特性を推定できる。

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。

Claims

シリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法であって、
基準となるシリコンウェーハにおける欠陥を異物検査装置にて検出し、走査型電子顕微鏡にて観察した後、欠陥種類別に欠陥数を集計する第１工程と、
前記基準となるシリコンウェーハの酸化膜耐圧測定を行う第２工程と、
前記基準となるシリコンウェーハの前記異物検査装置による欠陥の検出結果と前記酸化膜耐圧測定の結果の位置座標を重ね合わせ、前記欠陥種類別の（酸化膜耐圧不良を引き起こした欠陥数）／（全欠陥数）から、前記欠陥種類別に酸化膜耐圧不良率を求める第３工程と、
酸化膜耐圧特性が未知である被評価シリコンウェーハにおける欠陥を異物検査装置にて検出し、走査型電子顕微鏡にて観察した後、欠陥種類別に欠陥数を集計する第４工程と、
前記第４工程で集計した被評価シリコンウェーハの欠陥種類別の欠陥数と、前記第３工程で算出した前記欠陥種類別の前記酸化膜耐圧不良率に基づき、（欠陥数）×（前記酸化膜耐圧不良率）から、前記被評価シリコンウェーハにおいて、欠陥種類別に酸化膜耐圧不良を引き起こす欠陥数を算出した後、これらを合算した値から、前記被評価シリコンウェーハにおける酸化膜耐圧不良率を推定する第５工程と
を備える、前記被評価シリコンウェーハにおける酸化膜耐圧特性を評価することを特徴とするシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法。
前記欠陥種類を結晶起因欠陥、加工起因欠陥、及びパーティクルのいずれか１種以上とすることを特徴とする請求項１のシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法。
シリコンウェーハの製造工程管理方法であって、
請求項１又は請求項２に記載のシリコンウェーハの酸化膜耐圧特性の評価方法により、前記第５工程で推定した酸化膜耐圧不良率が、予め設定した所定の酸化膜耐圧不良率を超えた場合に、前記被評価シリコンウェーハに酸化膜耐圧不良が発生すると評価し、該被評価シリコンウェーハの製造履歴調査を行い、及び／又は、該被評価シリコンウェーハの製造工程を管理することを特徴とするシリコンウェーハの製造工程管理方法。