JPH0831898A - 半導体ウエハの酸化膜評価方法 - Google Patents

半導体ウエハの酸化膜評価方法

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JPH0831898A
JPH0831898A JP16496794A JP16496794A JPH0831898A JP H0831898 A JPH0831898 A JP H0831898A JP 16496794 A JP16496794 A JP 16496794A JP 16496794 A JP16496794 A JP 16496794A JP H0831898 A JPH0831898 A JP H0831898A
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JP
Japan
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oxide film
semiconductor wafer
etching
evaluating
etch pits
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JP16496794A
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Takashi Muramatsu
尚 村松
Tsutomu Yamada
勉 矢満田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハの酸化膜欠陥を評価するのに有
効な酸化膜評価方法を提供する。 【構成】 半導体ウエハの表面の全体に酸化膜を形成す
る第1の工程S2と、酸化膜をアルカリ溶液を用いて所
定の厚さだけエッチングする第2の工程S3と、残りの
酸化膜をフッ酸水溶液を用いてエッチングする第3の工
程S4と、酸化膜が除去された半導体ウエハを洗浄する
第4の工程S5と、酸化膜除去後の半導体ウエハの表面
に形成されるエッチピットを検出する第5の工程S6よ
りなるものである。そして、エッチピットの検出から半
導体ウエハに形成される酸化膜の欠陥を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハに形成さ
れる酸化膜の評価方法に関し、特に該酸化膜の耐圧特性
の劣化を引き起こす酸化膜欠陥の評価に有効な技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウエハ上に育成された絶縁性を有
する酸化膜は、回路素子には欠くことのできないもので
あると同時に、その耐圧特性はこの回路素子の品質に大
きな影響を与えるものである。すなわち、酸化膜の耐圧
特性が一定の値以下の場合には印加された電圧によって
破壊され、その結果、回路素子が所定の動作をすること
ができなくなるからである。したがって、半導体ウエハ
上の酸化膜は、規定の耐圧特性を有していることが要求
される。
【0003】このような酸化膜の耐圧特性の評価技術と
して、たとえば、株式会社オーム社発行、「LSIハン
ドブック」(昭和59年11月30日発行)P681〜
P682に記載されているように、TEG(Test
Element Group)を用いる手段が知られて
いる。これは、半導体ウエハ上に試験用回路素子を形成
して所定の電圧を印加することによって耐圧特性を評価
するものである。
【0004】一般に、酸化膜の耐圧特性不良は、傷など
により局所的に酸化膜の膜厚が薄くなったことに起因す
るもの、酸化膜中に形成された欠陥であるピンホールに
起因するものがある。これら酸化膜欠陥に関しては有効
な評価手段がなく、TEGを用いた酸化膜耐圧測定結果
から酸化膜欠陥を評価している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】TEGは半導体ウエハ
上に試験用回路素子を形成するものであるために、デバ
イス作成工程を取り入れたデバイス実装評価をすること
になる。
【0006】したがって、デバイス製造装置の導入が必
要となって多大の費用がかかるのみならず、評価データ
を得るのに長い時間がかかる問題がある。
【0007】そこで、本発明の目的は、半導体ウエハの
酸化膜耐圧劣化要因となる酸化膜欠陥をTEGデバイス
構造を形成せずに評価することのできる技術を提供する
ことにある。
【0008】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、次の通
りである。
【0010】すなわち、本発明による半導体ウエハの酸
化膜評価方法は、半導体ウエハの表面の全体に酸化膜を
形成する第1の工程と、酸化膜をアルカリ溶液を用いて
所定の厚さだけエッチングする第2の工程と、残りの酸
化膜をフッ酸水溶液を用いてエッチングする第3の工程
と、酸化膜が除去された半導体ウエハを洗浄する第4の
工程と、酸化膜除去後の半導体ウエハの表面に形成され
るエッチピットを検出する第5の工程よりなるもので、
エッチピットにより半導体ウエハに形成される酸化膜欠
陥を評価することを特徴とするものである。
【0011】この場合、前記した第2の工程では、酸化
膜を約90%の厚さエッチングすることが望ましい。
【0012】また、前記したアルカリ溶液は、水酸化カ
リウム溶液とすることができ、このときには、濃度が約
50%で、液温が約60℃として酸化膜をエッチングす
るのがよい。
【0013】そして、前記したアルカリ溶液は、水酸化
ナトリウム溶液とすることも可能である。
【0014】
【作用】上記した手段によれば、半導体ウエハ上に形成
された酸化膜をアルカリエッチングすることにより、酸
化膜のピンホール直下のウエハ表面にエッチピットを形
成し、これを検出することによって、デバイス工程にお
いて育成される酸化膜欠陥の評価が可能になる。
【0015】したがって、デバイス製造装置を用いて半
導体ウエハ上に回路素子を形成しデバイス実装評価をす
ることなく、酸化膜欠陥の評価ができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて詳
細に説明する。
【0017】図1は本発明の一実施例である酸化膜評価
工程を示す工程図、図2(a)〜(c)は図1の酸化膜
評価工程における半導体ウエハを示す断面図、図3は図
1の酸化膜評価工程において用いられる水酸化カリウム
溶液による酸化膜のエッチング状態を示すグラフ図、図
4は図1の酸化膜評価工程において用いられる水酸化カ
リウム溶液による酸化膜と半導体ウエハとのエッチレー
トを示す図である。
【0018】酸化膜評価工程S1は、図1に示すような
第1〜第5の工程S2〜S6によって構成される。この
酸化膜評価工程S1を、図2、図3および図4を参照し
つつ説明すると次のようなものである。
【0019】すなわち、第1の工程S2では、酸素雰囲
気中で高温熱処理して半導体ウエハ21の表面の全体
に、たとえば約20nmの厚さで酸化膜22を形成する。
このとき時、図2(a)に示すように、酸化膜22中に
はピンホール欠陥23が発生する場合がある。半導体ウ
エハ21の結晶欠陥がピンホール欠陥23という形で酸
化膜22に現れる。このピンホール欠陥23が酸化膜2
2の膜厚を実質的に薄くして耐圧特性を劣化させるもの
である。
【0020】次の第2の工程S3では、半導体ウエハ2
1の表面に形成された酸化膜22を、たとえば水酸化カ
リウム溶液などのアルカリ溶液を用いて所定の膜厚だけ
エッチングする(図2(b))。この第2の工程S3で
は、アルカリエッチングの特性である面方位依存性によ
ってピンホール欠陥23の部分のエッチングが進んで半
導体ウエハ21に達し、酸化膜22に対するエッチレー
トの数百倍以上のレートで半導体ウエハ21をもエッチ
ングし、エッチピット24が形成される。ここで、酸化
膜22を所定の膜厚だけエッチングするにとどめ、全て
を除去してしまわないのは、水酸化カリウム溶液による
エッチングで半導体ウエハ21が面荒れ状態となり、形
成されるエッチピット24の確認が困難になるからであ
る。したがって、第2の工程S3においては、酸化膜2
2がわずかに残る程度、具体的には膜厚の約90%、す
なわち表面から18nm程度をエッチングすることが望ま
しい。
【0021】さらに、図3および図4に示すように、濃
度が50%の水酸化カリウム溶液における酸化膜22の
エッチレートは液温が60℃のときに1.11nm/minであ
り、18nmエッチングするための所要時間が約16分1
0秒となるので、第2の工程S3では、この条件でエッ
チングするのが好ましい。すなわち、液温を上げるとエ
ッチレートが高くなり、18nmエッチングするための所
要時間は、たとえば70℃(2.79nm/min)では約6分3
0秒、90℃(11.44nm/min )では約1分30秒となっ
てエッチング量のコントロールが困難になるからであ
り、一方、液温を下げるとエッチレートが低くなり、た
とえば50℃(0.35nm/min)では約51分30秒、40
℃(0.17nm/min)では105分50秒となってエッチン
グ時間が長くなるとともに液温をこのような長時間にわ
たって一定に保つのが困難になるからである。但し、正
確な時間管理や液温管理が可能ならば、60℃以外の液
温でエッチングしてもよい。
【0022】なお、図4に示すように、濃度が50%の
水酸化カリウム溶液による半導体ウエハ21および酸化
膜22に対するエッチレート比率は、液温が低くなるほ
ど高くなっている。したがって、エッチピット24をよ
りはっきりと形成したい場合には、水酸化カリウム溶液
の液温を下げればよい。
【0023】第3の工程S4では、残りの酸化膜22
を、たとえば濃度1%のフッ酸水溶液を用いて除去し、
半導体ウエハ21の表面を露出させる(図2(c))。
半導体ウエハ21に対してはエッチング作用を及ぼさな
いフッ酸水溶液によって、半導体ウエハ21の表面に
は、第2の工程S3で形成されたエッチピット24が出
現する。
【0024】そして、第4の工程S5により、半導体ウ
エハ21をたとえばRCA洗浄によって洗浄する。ここ
で、RCA洗浄とは、先ず、アンモニア:過酸化水素:
水=1:1〜2:5〜7の組成で液温75〜85℃の溶
液により10〜20分、次に、室温のフッ酸水溶液(1
%)で数十秒、そして、塩酸:過酸化水素:水=1:1
〜2:5〜7の組成で液温75〜85℃の溶液により1
0〜20分、それぞれ洗浄するものである。これを数回
繰り返すことにより、半導体ウエハ21の表面に残存し
ているフッ酸水溶液や酸化膜22、さらには有機性の汚
れや金属不純物などが除去され、前記したエッチピット
24がはっきりと確認できるようになる。
【0025】最後に、第5の工程S6により、異物検査
装置などの表面状態検査装置によって形成されたエッチ
ピット24を検出する。すなわち、半導体ウエハ21上
に形成されたエッチピット24の位置および数の確認を
行う。なお、異物検査装置を用いた場合には、エッチピ
ット24とともに微小な付着異物も検出されることが考
えられるが、エッチピット24はエッチング進行痕でそ
の径は 1.5〜 2.0μm以上であり、付着異物の径は 0.1
〜 1.0μmであることから、両者を区別して検出するこ
とが可能である。このエッチピット24の確認は、異物
検査装置以外にも、たとえば表面粗度評価装置、高感度
摩鏡装置などの他の表面状態検査装置によっても可能で
ある。
【0026】このように、本実施例による半導体ウエハ
21の酸化膜評価方法によれば、半導体ウエハ21上に
形成された酸化膜22のピンホール欠陥23部分にエッ
チピット24を形成し、これを検出することによって、
デバイス工程において育成される酸化膜22の欠陥の評
価が可能になる。
【0027】したがって、デバイス製造装置を用いて半
導体ウエハ上に回路素子を形成してデバイス実装評価を
することなく、酸化膜22の欠陥の評価ができることに
なるので、費用の削減や作業効率の向上を図ることがで
きる。
【0028】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0029】たとえば、本実施例における第2の工程S
3では、水酸化カリウム溶液を用いて酸化膜22のエッ
チングを行っているが、たとえば水酸化ナトリウム溶液
など他の種々のアルカリ溶液を適用することが可能であ
る。
【0030】また、第4の工程S5における半導体ウエ
ハ21の洗浄はRCA洗浄に限定されるものではなく、
他の洗浄方法を採用することができる。
【0031】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下の通りである。
【0032】(1).本発明の半導体ウエハの酸化膜評価方
法によれば、半導体ウエハ上に形成された酸化膜をアル
カリエッチングすることにより酸化膜欠陥位置にエッチ
ピットを形成し、これを検出することによって、酸化膜
欠陥の評価が可能になる。
【0033】(2).デバイス製造装置を用いて半導体ウエ
ハ上に回路素子を形成しデバイス実装評価をする必要が
ないため、費用の削減や評価時間の短縮を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である酸化膜評価工程を示す
工程図である。
【図2】(a)は図1の酸化膜評価工程における半導体
ウエハの酸化膜に形成されたピンホールを示す断面図、
(b)は酸化膜を所定の厚さだけエッチングした状態を
示す断面図、(c)は半導体ウエハに形成されたエッチ
ピットを示す断面図である。
【図3】図1の酸化膜評価工程において用いられる水酸
化カリウム溶液による酸化膜のエッチング状態を示すグ
ラフ図である。
【図4】図1の酸化膜評価工程において用いられる水酸
化カリウム溶液による酸化膜と半導体ウエハとのエッチ
レートを示す図である。
【符号の説明】
21 半導体ウエハ 22 酸化膜 23 ピンホール欠陥 24 エッチピット S1 酸化膜評価工程 S2 第1の工程 S3 第2の工程 S4 第3の工程 S5 第4の工程 S6 第5の工程

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハの表面の全体に酸化膜を形
    成する第1の工程と、前記酸化膜をアルカリ溶液を用い
    て所定の厚さだけエッチングする第2の工程と、残りの
    前記酸化膜をフッ酸水溶液を用いてエッチングする第3
    の工程と、前記酸化膜が除去された前記半導体ウエハを
    洗浄する第4の工程と、前記酸化膜除去後の前記半導体
    ウエハの表面に形成されるエッチピットを検出する第5
    の工程よりなり、前記エッチピットにより前記半導体ウ
    エハに形成される前記酸化膜の耐圧特性を評価すること
    を特徴とする半導体ウエハの酸化膜評価方法。
  2. 【請求項2】 前記第2の工程は、前記酸化膜を約90
    %の厚さエッチングすることを特徴とする請求項1記載
    の半導体ウエハの酸化膜評価方法。
  3. 【請求項3】 前記アルカリ溶液は、水酸化カリウム溶
    液であることを特徴とする請求項1または2記載の半導
    体ウエハの酸化膜評価方法。
  4. 【請求項4】 前記第2の工程で用いられる前記水酸化
    カリウム溶液は、その濃度が約50%で、液温が約60
    ℃であることを特徴とする請求項3記載の半導体ウエハ
    の酸化膜評価方法。
  5. 【請求項5】 前記アルカリ溶液は、水酸化ナトリウム
    溶液であることを特徴とする請求項1または2記載の半
    導体ウエハの酸化膜評価方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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