(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコンウェーハを水銀プローブ法により短時間で評価するための手段を提供すること。【解決手段】弗酸処理を施したシリコンウェーハ表面と水銀を接触させ、シリコンウェーハと水銀との間に電圧を印加して電気的特性を測定することによりシリコンウェーハを評価する方法。前記測定中、少なくとも、シリコンウェーハの水銀と接触する表面近傍の湿度を５０％以上に制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弗酸処理を施したシリコンウェーハ表面と水銀を接触させ、シリコンウェーハと水銀との間に電圧を印加して電気的特性を測定することによりシリコンウェーハを評価する方法であって、
前記測定中、少なくとも、シリコンウェーハの水銀と接触する表面近傍の湿度を５０％以上に制御することを特徴とするシリコンウェーハの評価方法。
【請求項２】
前記測定を、湿度５０％以上のチャンバー内で行う請求項１に記載のシリコンウェーハの評価方法。
【請求項３】
前記測定を、シリコンウェーハに向かって、湿度５０％以上の気体を吹き付けながら行う請求項１に記載のシリコンウェーハの評価方法。
【請求項４】
前記シリコンウェーハは、シリコン基板上に酸化膜層と活性層とをこの順に有するＳＯＩウェーハであり、水銀と接触する表面は、活性層表面である請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリコンウェーハの評価方法。
【請求項５】
シリコンウェーハを評価し、目標以上の品質を有するシリコンウェーハを選択し、選択されたシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含むシリコンウェーハの製造方法であって、
前記評価を、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法によって行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀プローブ法によりシリコンウェーハの評価する方法に関し、より詳しくは、水銀プローブ法によりシリコンウェーハの電気的特性を効率的に評価する方法に関する。
更に本発明は、前記方法を用いるシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造を有するLSIの高集積化に伴い、シリコンやシリコン絶縁膜に要求される信頼性は高くなっている。シリコンや絶縁膜の電気的な特性評価法として、その簡便さから、水銀を電極として電気特性を評価する水銀プローブ法が広く用いられている。特に、SOI(Silicon-On-Insulator)構造を有するシリコンウェーハにおいては、SOI層の品質評価のため、Psuedo-FET(Field-Effect-Transistor)による特性評価が行われている。SOI層における電子、正孔の移動度を評価することはSOI層の品質評価をするために不可欠である（特許文献１および非特許文献１、２参照）。
【特許文献１】米国特許第6,429,145号明細書
【非特許文献１】IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,VOL 47.No.5 May 2000, p1018-1027
【非特許文献２】IEEE International SOI conference Oct.1997, p180-181
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
水銀プローブ法では、ウェーハ表面に水銀を接触させる前に、弗酸処理を行う必要がある。この弗酸処理には、ウェーハ表面の酸化膜を除去し、水銀−シリコン間のコンタクト抵抗を下げる作用と、ウェーハ表面のダングリングボンドを水素イオンにより終端させる作用がある。例えば、Ｐ型基板でPsuedo-FET評価を行う際、ソース電極を０Vとし、ドレイン電極に正電圧を印加し、ゲート電極に正電圧を印加すると表面に蓄積層が形成される。フッ酸処理直後は、電子に対するポテンシャル障壁が低くなり、電子に起因する電流は増加する。ゲート電圧に負電圧を印加すると、TOP Si表面には反転層が形成されＮ型となる。フッ酸処理直後は、正孔に対するポテンシャル障壁が高くなるため、正孔に起因する電流は減少する。フッ酸処理から時間を経ると、ダングリングボンドを終端していた水素イオンが脱離する。ゲート電圧に正電位を印加した場合は、電子に対するポテンシャル障壁がフッ酸処理直後より高くなるために電子に起因する電流は減少する。一方、ゲート電圧に負電位を印加する場合は、正孔に対するポテンシャル障壁はフッ酸処理直後より低くなるため、正孔に起因する電流は増加する。電子、正孔それぞれの移動度がSOI層（TOP Si層）の品質を知る上のパラメーターとなる。両移動度を求めるためには、SOI層表面の水素イオンが散逸するまでの時間（正孔に起因する電流（正孔電流）増加が飽和または電子に起因する電流（電子電流）減少が定常化するまでの時間）が必要である。しかし、従来の方法では、弗酸処理後、水素イオンが散逸するまでには４時間以上の長時間を要していた。そのため、評価時間の短縮化が課題であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、シリコンウェーハを水銀プローブ法により短時間で評価するための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、比較的湿度の高い環境下ではシリコン表面の水素イオンの散逸が早く起こるとの新たな知見を得、その知見に基づき本発明を完成するに至った。
即ち、上記目的を達成する手段は、以下の通りである。
[１]弗酸処理を施したシリコンウェーハ表面と水銀を接触させ、シリコンウェーハと水銀との間に電圧を印加して電気的特性を測定することによりシリコンウェーハを評価する方法であって、
前記測定中、少なくとも、シリコンウェーハの水銀と接触する表面近傍の湿度を５０％以上に制御することを特徴とするシリコンウェーハの評価方法。
[２]前記測定を、湿度５０％以上のチャンバー内で行う[１]に記載のシリコンウェーハの評価方法。
[３]前記測定を、シリコンウェーハに向かって、湿度５０％以上の気体を吹き付けながら行う[１]に記載のシリコンウェーハの評価方法。
[４]前記シリコンウェーハは、シリコン基板上に酸化膜層と活性層とをこの順に有するＳＯＩウェーハであり、水銀と接触する表面は、活性層表面である[１]〜[３]のいずれかに記載のシリコンウェーハの評価方法。
[５]シリコンウェーハを評価し、目標以上の品質を有するシリコンウェーハを選択し、選択されたシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含むシリコンウェーハの製造方法であって、
前記評価を、[１]〜[４]のいずれかに記載の方法によって行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、水銀プローブ法により測定される電気的特性からシリコンウェーハの品質を評価する際の評価時間を短縮化することができる。これにより効率的な評価を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、弗酸処理を施したシリコンウェーハ表面と水銀を接触させ、シリコンウェーハと水銀との間に電圧を印加して電気的特性を測定することによりシリコンウェーハを評価する方法に関する。本発明の評価方法では、上記電気的特性の測定中、少なくとも、シリコンウェーハの水銀と接触する表面近傍の湿度を５０％以上に制御する。これにより、弗酸処理により水素終端表面となったシリコンウェーハ表面からの水素イオンの散逸を早め、測定時間を短縮化することができる。なお、「表面近傍」とは、シリコンウェーハ表面から周辺３ｃｍ程度までの空間領域をいうものとする。
以下に、本発明の評価方法について、更に詳細に説明する。
【０００８】
評価対象となるシリコンウェーハは特に限定されないが、例えば、基板上にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハ、基板上に酸化膜層と活性層をこの順に有するSOI（Silicon-On-Insulator）ウェーハであることができる。前記SOIウェーハは、二枚のポリッシュドウェーハを酸化膜を介して貼りあわせた貼り合わせウェーハ、ポリッシュドウェーハに酸素イオンを注入してウェーハ内部に酸化膜層を形成したＳＩＭＯＸ(Separation by Implanted Oxygen)ウェーハのいずれでもよい。
【０００９】
シリコンウェーハは、水銀プローブ法による測定前に弗酸処理が施される。この弗酸処理は、ウェーハ表面の酸化膜を除去し、ウェーハ表面のダングリングボンドを水素イオンにより終端させることができれば特に限定されない。弗酸処理は、例えば、ウェーハを弗酸水溶液（例えば濃度０．５〜５０質量％）に浸漬した後に純水によるリンスおよびＮ2ブローによる乾燥を施すことにより行うことができる。
【００１０】
弗酸処理を施したシリコンウェーハは、水銀プローブ法によって電気的特性が測定される。弗酸処理後のシリコンウェーハは、弗酸処理後のウェーハ表面に自然酸化膜が形成されることによる測定パラメーターへの影響を考慮し、特に、電子移動度等の電子電流に起因するパラメーターを算出する場合は、直ちに上記測定に付すことが好ましい。
【００１１】
図１に、水銀プローブ法による電気的特性測定の概略図を示す。
水銀プローブ法による測定は、例えば、以下のように行うことができる。図１に示すように弗酸処理直後のウェーハ表面と水銀を接触させ、ソース側の水銀電極をGNDに、ドレイン側の水銀電極には、ｎ型ウェーハの場合は負に、ｐ型ウェーハの場合は正にして一定電圧を印加する。例えばｐ型ウェーハの場合、弗酸処理直後は、シリコン表面のダングリングボンドが終端され、電子に対してシリコン−水銀間のエネルギーギャップが小さくなるために、シリコンと水銀により形成される接合は電子に対してオーミック接合となる。一方、正孔に対してはエネルギーギャップが大きくなり、シリコンと水銀により形成される接合は正孔に対してショットキー接合となる。従って測定開始直後は電子に起因する特性の評価が可能となる。そこで、正のゲート電圧を印加していくと、シリコン表面に反転層が形成されソース電極―ドレイン電極間に電流が流れる。このときに測定される電気的特性、即ち電流と電圧との関係を示すＩｄｓ−Ｖｇｓ特性からウェーハの品質を評価することができる。また、一定の時間が経過した後は、表面の水素イオンは散逸するため、シリコン表面のダングリングボンドが終端されなくなる。そのために、電子に対してシリコン−水銀間のエネルギーギャップが大きくなるために、シリコンと水銀により形成される接合は電子に対してショットキー接合となる。一方、正孔に対してはエネルギーギャップが小さくなり、シリコンと水銀により形成される接合は正孔に対してオーミック接合となる。従って、シリコン表面から水素が散逸した後は正孔に起因する特性の評価が可能となる。そして、例えば、ウェーハ中の不純物濃度、ＳＯＩウェーハにおける埋め込み酸化膜層の膜中電荷または界面準位密度等のウェーハの品質評価が可能となる。
【００１２】
本発明では、上記測定中、少なくとも、シリコンウェーハの水銀と接触する表面近傍の湿度を５０％以上に制御する。上記湿度を５０％以上に制御することにより、水素終端表面からの水素イオンの散逸を早めることができ、正孔に起因する電流増加が飽和するまでの時間および電子に起因する電流減少が定常化するまでの時間を短縮化することができる。先に説明したように、正孔および電子の移動度を測定するためには、水素終端表面から水素イオンが散逸するまでの時間を要するため、この時間を短縮することにより効率的な評価が可能となる。これに対し、上記湿度が５０％未満では、測定に長時間を要し作業効率が低下する。上記湿度は、６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることが更に好ましく、８０％以上であることがより一層好ましい。シリコンウェーハの水銀と接触する表面近傍の湿度が高いほど、水素イオンの散逸を早めることができる。但し、上記湿度は、装置に使用される電子部品の耐湿性を考慮して決定することが好ましい。一般的に水銀プローブ法では、サイフォン管で水銀を吸い上げサンプルに接触させる構造をとるため、電気的接触を取るためにサイフォン管にリード線を接続しコネクターを介して計測器に電気的に接続する構造をとっている。しかしコネクター等の電子部品を介しているため、これらの電子部品が耐え得る範囲内に湿度を設定すべきである。例えば、一般的にコネクターの耐湿性規格の上限は湿度９０％（MIL-STD-202F 103B条件B）である。従って、加湿時の上限値は、実用上、９０％程度となる。なお、測定時の温度は、例えば２０〜２５℃程度とすることができる。測定時に温度制御を行ってもよいが、制御しなくても良好な測定を行うことが可能である。
【００１３】
湿度制御方法は、水銀と接触するシリコンウェーハ表面近傍の湿度を５０％以上とすることができる方法であればいずれの方法でもよい。具体的方法としては、（１）湿度制御したチャンバー内で測定を行う方法（以下、「方法１」という）、（２）シリコンウェーハに向かって加湿した気体を噴きつけながら測定を行う方法（以下、「方法２」という）、を挙げることができる。
【００１４】
方法１は、具体的には、市販の恒湿槽を使用して行うことができる。方法１を実施するための装置の一例を、図２に示す。図２に示す態様のようにチャンバー（恒湿槽）内で測定を行う場合、チャンバー内の湿度を５０％以上（例えば９０％以下）の所望の湿度に制御することにより、水銀と接触する表面近傍を含む測定系全体を所望の湿度に制御することができる。なお、後述するように、水銀はウェーハ下方から接触させることが好ましい（図２では説明のために上下を逆向きに示した）。
【００１５】
方法２では、水蒸気を混合し加湿した気体（空気、窒素等）をシリコンウェーハに向かって吹き付ければよい。前記気体は、シリコンウェーハの水銀と接触する表面に向かって吹き付けることが好ましい。前記気体の湿度は、５０％以上（例えば９０％以下）に制御することが好ましい。方法２を実施するための装置の一例を、図３に示す。
【００１６】
本発明において、上記電気的特性の測定に用いる装置およびシリコンウェーハ表面近傍の湿度以外の条件は特に限定されず、公知の装置および条件を用いることができる。但し、水銀をウェーハ上方から接触させる場合には、圧力のかけ方によって接触面積が変わり、また、圧力が大きすぎると水銀がプローブ先端から溢れ出るおそれもあるため、本発明では、水銀をウェーハ下方から接触させることが好ましい。これにより、接触面積を一定にすることが可能になり精度よく測定を行うことができる。
図４に、水銀プローバーの概略図を示す。図４に示す態様では、チャックに評価用サンプルを置き、サイフォン管より水銀を吸い上げウェーハ表面に水銀を接触させる。サイフォン管からリード線を引き、コネクターを介して計測器に電気的に接続する。コネクター、リード線を介しているため、水銀プローバーを測定用チャンバー内に配置する場合、コネクター、リード線の耐湿性がチャンバー内の加湿の上限となる。一般的な電子部品では、耐湿性は湿度９０％である。測定時の湿度の上限については先に説明したが、上記の点からも加湿時の上限値は９０％程度とすることが好ましい。
【００１７】
更に本発明は、シリコンウェーハを評価し、目標以上の品質を有するシリコンウェーハを選択し、選択されたシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷することを含むシリコンウェーハの製造方法に関する。上記評価は、本発明の評価方法によって行われる。
【００１８】
製品出荷前にウェーハの評価を行い、良品と判定されたウェーハを製品として出荷することにより、高品質なウェーハを高い信頼性をもって提供することが可能となる。しかし、出荷前の評価に長時間を要することは生産性低下につながる。これに対し、前述のように、本発明の評価方法によれば、水銀プローブ法によりウェーハの品質を短時間で効率的に評価することができる。よって、かかる方法を用いることにより、製品ウェーハの選択を短時間で行うことができ、生産性と信頼性を両立することが可能となる。なお、目標の品質は、ウェーハの用途等に応じてウェーハに求められる物性を考慮して設定することができる。また、評価されるシリコンウェーハについては、先に説明した通りであり、それらは公知の方法により製造することができる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明を実施例に基づき更に説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。
【００２０】
直径２００ｍｍのｐ型（ボロンドープ）のＳＯＩウェーハに対し、弗酸でシリコン表面の自然酸化膜を除去し、純水リンスを行なった後にＮ2ブローで乾燥させた。図１に示すようにウェーハ表面に水銀を２箇所接触させＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン電極を形成した。また、ウェーハ裏面をゲート電極とし、ソース、ドレイン、ゲートにそれぞれ電圧を印加した。弗酸処理直後を基準とした大気中（湿度３８％）でのＩｄｓ−Ｖｇｓカーブの時間変化を図５に示す。図５から、Ids-Vgs特性は時間と共に変化することが分かる。図５に示すように、弗酸処理後のウェーハを大気中に長時間放置すれば、電気的特性の測定に要する時間は短縮化することができる。ただし、放置時間を含めた評価に要する時間は長時間となり、また大気中に長時間放置することにより、弗酸処理後のウェーハ表面に自然酸化膜が形成され測定結果に影響を及ぼすという問題が生じるおそれがある。
【００２１】
次に、同様の測定を、図２に示すように恒湿槽内で行った。先に説明したように図２では上下を逆向きに示したが実際の測定はウェーハ下方から水銀を接触させて行った。恒湿槽内の湿度を３８％から６３％までの間で変化させて複数回測定を行った。恒湿槽内の湿度を３８％に制御し測定を行った場合の電子、正孔電流の経時変化を図６に示し、恒湿槽内の湿度を６３％に制御し測定を行った場合の電子、正孔電流の経時変化を図７に示す。また、図８に、正孔電流の飽和時間と湿度との関係をプロットしたグラフを示す。図８に示すように、湿度が５０％以上になると正孔電流の飽和時間が急速に早くなることがわかる。測定中の恒湿槽内の湿度が６３％であれば２時間程度で正孔による電流の増加は飽和したのに対し、湿度４０％以下では飽和まで約８時間かかった。
【００２２】
恒湿槽内の湿度を３８％に制御して測定を行った結果から作成したＩｄｓ−Ｖｇｓカーブおよび恒湿槽内の湿度を６３％に制御し測定を行った測定結果から作成したＩｄｓ−Ｖｇｓカーブから正孔移動度および電子移動度を求めた。電子移動度は、Ｉｄｓ−ＶｇｓカーブからＩｄｓ／√（ΔＩｄｓ／ΔＶｇｓ）を求め、それのＶｇｓに対する傾きから算出される。また正孔移動度も同様の方法で算出される。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2008300468.tif 000003
【００２４】
表１に示すように、湿度６３%での電子移動度および正孔移動度の値は、湿度３８％での値とほぼ同じであり湿度の違いによる測定結果への影響は見られなかった。
以上の結果から、評価時の湿度を高くすることにより、測定結果へ影響を及ぼすことなく、短時間で評価を行うことができることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、水銀プローブ法によりシリコンウェーハの品質を短時間で効率的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】水銀プローブ法による電気的特性評価の概略図を示す。
【図２】湿度制御方法の一例を示す概略図である。
【図３】湿度制御方法の一例を示す概略図である。
【図４】水銀プローバーの概略図を示す。
【図５】大気中でのＩｄｓ−Ｖｇｓカーブの時間変化を示す。
【図６】恒湿槽内の湿度を３８％に制御し測定を行った場合の電子、正孔電流の経時変化を示す。
【図７】恒湿槽内の湿度を６３％に制御し測定を行った場合の電子、正孔電流の経時変化を示す。
【図８】正孔電流の飽和時間と湿度との関係をプロットしたグラフを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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