JPWO2006030723A1 - 半導体ウェーハの評価方法及び半導体ウェーハの評価装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、これらのような評価方法では、C−V特性やFET特性を取得する上で、半導体ウェーハと電極とのコンタクト状態が非常に重要である。
尚、この場合、測定装置が置かれた部屋の湿度を空調により制御して、部屋自体の相対湿度を50%未満にしてもよいし、測定装置を例えば密閉型の箱で覆って、ウェーハチャック近傍に精製器を通した乾燥した空気や窒素を吹き付けるような構成にしてもよい。
尚、ウェーハチャックの保持面の最外周を構成する直径が、半導体ウェーハの被測定面の最外周を構成する直径の0.5倍未満になると、保持する半導体ウェーハが安定しなくなる恐れがあり、一方、1.0倍以上になると、半導体ウェーハの側面を通って反対面側へリークする電流を抑えることができなくなる。
図7は、H. J. Hovel, "Si film electrical characterization in SOI substrates by HgFET technique", Solid-State Electronics, 47, 1311 (2003).に開示されている水銀電極を用いたPseudo−MOSFET測定方法を説明するための図である。この方法は、SOIウェーハ1のベースウェーハ2の裏面に金属電極3を設けてゲート電極とする一方、BOX膜4上のSOI層5の表面にソース電極及びドレイン電極となる水銀電極6を接触させる。そして、ゲート電圧を変化させた際の、ソース電極/ドレイン電極間に流れる電流を測定することで、SOI層/BOX膜間の界面の評価を行う。特に界面準位密度(Dit)の評価は、図8に示すように、ゲート電圧Vg(V)を変化させたときのドレイン電流Id(A)をlogスケールでプロットし、サブスレッショルド領域でのVg−Idカーブの傾き(SSL)から算出するために、安定した測定にはドレイン電流が数十pAから測定できることが必要である。
このように、ウェーハチャックに起因するゲート側へのリークが原因で、ドレイン電流の測定下限が1E-7A台となり、ソース電極/ドレイン電極間の正確な電流測定ができないという点に本発明者らは着目し、本発明を完成させた。
そして、この評価方法を実施するための評価装置は、少なくとも、ウェーハチャック7と、水銀電極6を形成するプローブ部9とを備えている。
また、少なくとも、ウェーハチャック7とSOIウェーハ1とを密閉して囲うチャンバー10と、チャンバー10内の雰囲気の相対湿度を50%未満に制御することのできる空調機11を備えている。
また、SOIウェーハ1周辺部(図1ではBOX膜4)には何も接触させないことが望ましく、ウェーハチャック支持部8と被測定面、即ちMESA部5aとの空気の入る空隙Xは最低でも1μmは必要である(図1参照)。これよりも間隔が小さいと、SOIウェーハ1の傾きや平坦度の影響によりウェーハチャック支持部8とSOIウェーハ1が接触し安定した測定が不可能になる。一方、この空隙の上限はなく、完全に分離できる構造であればより望ましい。
なお、空気を介することから、測定中の環境、特に湿度が影響するが、クリーンルーム環境として50%以下の湿度であれば、絶縁性が確実に保たれるので、より好ましい。
<実施例>
本実施例の試料には、P型、直径200mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶ウェーハを用いて作製されたSOIウェーハを用いた。なお、このP型ウェーハのドーパントはボロンである。また、SOI層/BOX膜厚さは、100/145nm程度のものである。本SOIウェーハより10mm角にサンプルを切り出し、5%TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)溶液によりSOI層のエッチングを行いMESA構造を作製した。その後、1%HFにて1分間処理後、純水にてリンスを行い、その後乾燥空気にて水分を除去した。このサンプルを用いて、H. J. Hovel, "Si film electrical characterization in SOI substrates by HgFET technique", Solid-State Electronics, 47, 1311 (2003).に記載されているPseudo-MOS FET測定を、図1および図2に記載の評価装置で行った。そのId−Vg特性を図3に示す。この図から、サブスレッショルド領域での電流がスムーズに立ち上がっていることが分かる。また、BOX膜のVbd(ブレイクダウン電圧)を測定したところ、図5に示すように、pAレベルから測定が可能となっている。
本比較例では、実施例と同様の試料を用いて、同様の処理をして、同様のサンプルを作成し、このサンプルを用いて、H. J. Hovel, "Si film electrical characterization in SOI substrates by HgFET technique", Solid-State Electronics, 47, 1311 (2003).に記載されているPseudo-MOS FET測定を行った。本比較例は、水銀プローブとしてウェーハ全面が吸着されるウェーハチャックのタイプの評価装置を用いた点、即ち、ウェーハチャックの保持面の最外周を構成する直径がウェーハの被測定面の最外周を構成する直径より大きい点が実施例と異なる。そのId−Vg特性を図4に示す。この図から、Vgがマイナス側にてId−Vgカーブにゆがみを生じていることが分かる。また、Vgが2.5Vのところで最小電流値が1E-7Aレベルしか測定されていない。実際にゲート側へ流れている電流値を確認すると、図6に示すように、ゲート側へリークしていることが分かる。また、BOX膜のVbdを測定したところ、図5に示すように、実施例ではpAレベルの測定が可能であるのに対し、ウェーハチャックからサンプル裏面側へサンプル外周側面部を通して電流が流れてしまうため、比較例では0.1μAレベルでしか測定を行うことができない。
Claims (8)
- 水銀電極を用いて半導体ウェーハの電気特性を測定して半導体ウェーハの評価を行う方法であって、保持面内に水銀電極を形成したウェーハチャックに、半導体ウェーハをその被測定面側を前記ウェーハチャック側にして保持する時、前記ウェーハチャックの保持面の最外周を構成する直径が、前記半導体ウェーハの被測定面の最外周を構成する直径よりも小さいウェーハチャックに保持して、前記水銀電極を前記ウェーハの被測定面に接触させて電気特性を測定することを特徴とする半導体ウェーハの評価方法。
- 前記半導体ウェーハをSOIウェーハとし、該SOIウェーハの被測定面側には被測定面を提供するSOI層を部分的に残したMESA部を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体ウェーハの評価方法。
- 前記ウェーハチャックの保持面の最外周を構成する直径を、前記半導体ウェーハの被測定面の最外周を構成する直径の0.5倍以上1.0倍未満とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体ウェーハの評価方法。
- 前記半導体ウェーハの電気特性を測定する際に、雰囲気の相対湿度を50%未満に調整することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの評価方法。
- 水銀電極を用いて半導体ウェーハの電気特性を測定して半導体ウェーハの評価を行う装置であって、少なくとも、前記半導体ウェーハをその被測定面側をウェーハチャック側にして保持面で保持するウェーハチャックと、前記ウェーハチャックの保持面内に水銀電極を形成するプローブ部とを備えるものであり、前記ウェーハチャックの保持面の最外周を構成する直径が、前記半導体ウェーハの被測定面の最外周を構成する直径よりも小さいものであることを特徴とする半導体ウェーハの評価装置。
- 前記ウェーハチャックの保持面の最外周を構成する直径が、前記半導体ウェーハの被測定面の最外周を構成する直径の0.5倍以上1.0倍未満のものであることを特徴とする請求項5に記載の半導体ウェーハの評価装置。
- 前記半導体ウェーハはSOIウェーハであって、該SOIウェーハの被測定面側には被測定面を提供するSOI層を部分的に残したMESA部が形成されていることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の半導体ウェーハの評価装置。
- 少なくとも、前記ウェーハチャックと、該ウェーハチャックに保持された半導体ウェーハとを密閉して囲うチャンバーを具備し、該チャンバー内の雰囲気の相対湿度を50%未満に制御する空調機を備えたものであることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの評価装置。
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