(57)【要約】【課題】本発明は、絶縁層に酸化シリコン層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  ）ウェーハの埋め込み酸化膜中のピンホールをアルカリエッチング法にて計測し評価する半導体ウェーハの評価方法を提供することを目的としている。【解決手段】アルカリエッチング法における問題点である埋め込み酸化膜の厚みが厚くなるとアルカリ溶液がピンホール中を通過していかず、支持基板にピットができない可能性があるという問題の解決手段として、アルカリエッチング溶液が細いピンホール中を通過し支持基板を正確にエッチングしてピットを形成させるために、アルカリエッチング溶液に界面活性剤を含有させることにより解決できる。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜の欠陥（ピンホール）をアルカリ溶液によるエッチングを用いて評価する方法において、アルカリ溶液に界面活性剤を含有させてエッチングを行うことを特徴とするピンホール欠陥の評価方法。
【請求項２】
ＳＯＩウェーハはＳＩＭＯＸタイプのＳＯＩウェーハであることを特徴とする請求項１記載のピンホール欠陥の評価方法。
【請求項３】
ＳＯＩウェーハは貼り合わせタイプのＳＯＩウェーハであることを特徴とする請求項１記載のピンホール欠陥の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、絶縁層に酸化シリコン層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  ）ウェーハの埋め込み酸化膜中のピンホールを計測し評価する半導体ウェーハの評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
システムソフトウェアの高性能化、データの大容量化が進み、携帯端末の発展に伴って、次世代の半導体集積回路は、高速且つ低消費電力化であるものが切望されている。ＳＯＩ基板は既存のＬＳＩプロセスを大幅に改善することなく、今まで使用していたバルクウェーハの代わりに使用することで、その上に作製したＭＯＳトランジスタの高速且つ低消費電力化を実現する唯一のシリコン基板である。
【０００３】
代表的なＳＯＩウェーハとしては、貼り合わせタイプとＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｉｍｐｌａｎｔ  Ｏｘｙｇｅｎ  ）タイプがある。中でも、ＳＩＭＯＸタイプのＳＯＩウェーハは、製造する際の酸素イオン注入時に、ウェーハ表面に付着したパーティクル等の影響により酸素がウェーハ内に注入されず、埋め込み酸化膜が形成されずにシリコンが残存した部分ができることがある。この部分をピンホールという。ピンホールが存在すると埋込酸化膜の絶縁性が保たれず、デバイスの歩留まり低下の直接的な原因の一つとなっている。
【０００４】
ピンホール欠陥の評価法として、Ｃｕ検出法（銅デコレーション法）とＭＯＳキャパシタ法、アルカリエッチング法等がある。Ｃｕ検出法は、ＣｕＳＯ４  溶液を用いた電気分解により、絶縁性の弱いピンホール上部のＳＯＩ層にＣｕを析出させ、Ｃｕ析出物を顕微鏡等で計数することにより、埋め込み酸化膜のピンホール密度を求める方法である。ＭＯＳキャパシタ法は、埋め込み酸化膜の上に電極を形成し、埋め込み酸化膜のＧＯＩ（Ｇａｔｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  ）測定を行い、不良キャパシタ率を求める。続いてＭＯＳキャパシタの電極面積と不良キャパシタ率を用いて、埋め込み酸化膜中のピンホール密度を算出する方法である。
【０００５】
アルカリエッチング法は、表面の自然酸化膜を除去した後に、アルカリ溶液（ＮＨ４ＯＨ溶液、ＫＯＨ溶液）にウェーハを浸漬して、表面のシリコン層と埋め込み酸化膜中のシリコン部分をエッチングして埋め込み酸化膜中の開孔部を形成する。さらにアルカリ溶液に浸漬して、支持基板側にピットを形成させる。形成したピットを計数することにより、埋め込み酸化膜のピンホール密度を求める方法である。
【０００６】
また、特許文献１には、ＳＩＭＯＸタイプの半導体ウエハにおける埋め込み酸化膜中のピンホールを短時間で非常に効率良く容易に計測し評価することが可能な方法として、シリコン基板にＢＯＸ酸化膜が形成されたＳＯＩ基板を準備し、ＳＯＩ基板表面の酸化膜を除去し、ＳＯＩ層を露出させ、ＳＯＩ層およびＢＯＸ酸化膜中のピンホールのシリコン部分をエッチング除去し、ＢＯＸ酸化膜中にピンホールを形成し、ピンホール下のシリコン基板をオーバーエッチングする。その後、オーバーエッチングされた部分を含むピンホールをパーティクル検査機やＳＥＭによって計測し評価することが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２６７３８５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｃｕ検出法はＣｕの溶液等を取り扱う電気分解装置が必要であるため、Ｃｕ汚染が懸念され、製造工場や研究施設への導入が困難である等の問題がある。ＭＯＳキャパシタ法は、評価方法としては精度が高いが、同一キャパシタ内に２箇所以上ピンホールが存在しても１箇所としてしか計数することができない問題がある。アルカリエッチング法は比較的容易であるが、埋め込み酸化膜の厚みが厚くなるとピンホールが細いため浸透性が無く、アルカリ溶液がピンホール中を通過していかず、支持基板にピットができない可能性があるという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような上記問題点に鑑みてなされたものであって、アルカリエッチング法の問題解決手段として、濡れ性を向上させるために、アルカリエッチング溶液に界面活性剤を含有させることにより親水性および浸透性を向上させ、アルカリエッチング溶液が細いピンホール中を通過し支持基板を正確にエッチングしてピットを形成し、ピンホールの検出精度が向上する方法を提供することを目的としている。
【００１０】
本発明に用いる界面活性剤としては、シリコン酸化膜に対して湿潤力、浸透力等の優れた、すなわち濡れ性が良好でアルカリ性溶液中で科学的安定性の良いものであれば非イオン系、両性、陽イオン系いずれの活性剤でも良い。具体的には例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル等のエステル型を除く非イオン性界面活性剤、陽イオン系ではパーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム類似の第四アンモニウム塩型等が用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる方法を用いて、アルカリエッチングを実施し酸化膜中のピンホールを計測評価した場合の具体例を示すが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００１２】
本実施の形態を図を用いて説明する。第１ステップ  ＳＩＭＯＸタイプまたは貼り合わせタイプのＳＯＩウェーハを準備する。ＳＩＭＯＸタイプのＳＯＩウェーハは、シリコン基板中に酸素の高濃度イオンを注入して、シリコン基板中に酸化膜（ＳｉＯ２  ）を形成することにより作成される。貼り合わせタイプのＳＯＩウェーハは、二枚の半導体基板の間に酸化膜（ＳｉＯ２  ）を介在させて貼り合わせた後、活性側となる半導体基板を薄膜化することにより作成される。いずれも、シリコン基板１上に埋め込み酸化膜２、ＳＯＩ層３から構成され、自然酸化膜４がその上に形成されている。埋め込み酸化膜２にはピンホール５が存在していることがある。ピンホール５はシリコン基板１が酸化されず埋め込み酸化膜２中にシリコンが残存している部分である。図１（ａ）
【００１３】
第２ステップ  初めにＳＯＩ層３上の自然酸化膜４を０．５％〜５．０％程度のフッ酸溶液でエッチングする。次にＳＯＩ層３をエッチングで除去する。この時エッチング溶液としてはアルカリ性エッチング溶液を用い、ＳＯＩウェーハを５〜１５％程度のＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ  ）溶液に浸漬するか、あるいはＳＯＩウェーハに対して霧状のＴＭＡＨ溶液を噴霧することでＳＯＩ層３を除去する。図１（ｂ）
【００１４】
第３ステップ  ＳＯＩ層３を除去した後に、５〜４０％程度のアンモニア水に界面活性剤を入れたアルカリ性エッチング溶液によりエッチングを継続して埋め込み酸化膜２中のシリコン５を除去する。なお、図１（ｂ）の第２ステップ段階から界面活性剤入りのアンモニア溶液を用いても構わない。図１（ｃ）
【００１５】
アンモニア溶液のエッチング比は埋め込み酸化膜２としてのシリコン酸化膜に比べシリコンの方が非常に大きいため、埋め込み酸化膜２はほとんどエッチングされず、ピンホール６下のシリコン基板１がオーバーエッチングされることになる。
【００１６】
次に、第４ステップとして、パーティクル検査機によってピンホール６やパーティクル７等を検査し、計数およびその座標位置を記録する。ピンホール６は第３ステップのオーバーエッチングによってシリコン基板１に拡大されているため検出は容易にできる。
【００１７】
最後に、第５ステップとして、第４ステップで得られた座標位置を用いて、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ）や走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ）等により埋め込み酸化膜２中の孔を確認することでピンホールを判別する。
【００１８】
【実施例】
次に本実施例について説明する。まず３種類のＳＯＩウェーハを用意した。ウェーハは１５０ｍｍφでそれぞれ、ＳＯＩ層／ＢＯＸ層が１７０ｎｍ／１００ｎｍのＳＩＭＯＸウェーハＡ、ＳＯＩ層／ＢＯＸ層が７０ｎｍ／１１０ｎｍのＳＩＭＯＸウェーハＢ、とＳＯＩ層／ＢＯＸ層が２００ｎｍ／２００ｎｍの貼り合わせウェーハである。これらのＳＯＩウェーハのＳＯＩ層３上の自然酸化膜４を１％のフッ酸溶液で１分間エッチングして除去し、次にＳＯＩ層３を５％のＴＭＡＨ溶液に２分間浸漬し除去する。ＳＯＩ層３を除去した後に、従来方法として４０％のアンモニア水のアルカリ溶液とその液に非イオン系の界面活性剤アルキル硫酸トリエタノールアミンを体積当たり５〜１０％入れたアルカリ性エッチング溶液とで、それぞれ１０分間エッチングを継続して埋め込み酸化膜２中のシリコン５を除去する。次に、パーティクル検査機ＳＦＳ６２２０によってピンホール６やパーティクル７等を検査して、計数及び座標位置を記録する。最後に、得られた座標位置を用いて、走査型電子顕微鏡により埋め込み酸化膜２中のピンホール６を確認した。結果を図２（ａ）に示す。
【００１９】
貼り合わせウェーハはどちらの方法でもピンホール６は確認されなかった。これは埋め込み酸化膜２が熱酸化膜であるため、ピンホール６は無いためと思われる。また２つのＳＩＭＯＸウェーハの違いはＳＩＭＯＸウェーハＢの方がＳＯＩ層３を薄く、埋め込み酸化膜２を厚くするため、ＳＩＭＯＸウェーハＡよりも熱処理が長くなっている。そのため、ＳＩＭＯＸウェーハＢの方が埋め込み酸化膜２のピンホール６が少ないと思われる。本発明方法を用いることで、その差が明確にわかった。
【００２０】
比較例として、実施例で用いた３種類のウェーハをアンモニア溶液に界面活性剤を添加していない溶液でエッチングした結果を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）、（ｂ）にて明らかなように、埋め込み酸化膜が厚いと検出されなかった欠陥が、アルカリエッチング溶液に界面活性剤を添加することにより、親水性および浸透性を向上させ、アルカリエッチング溶液が細いピンホール中を通過し、支持基板を正確にエッチングしてピットを形成しピンホールを検出できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、アルカリエッチング法における問題点である埋め込み酸化膜の厚みが厚くなるとアルカリ溶液がピンホール中を通過していかず、支持基板にピットができない可能性があるという問題の解決手段として、濡れ性を向上させるために、アルカリエッチング溶液に界面活性剤を含有させることにより親水性および浸透性を向上させ、アルカリエッチング溶液が細いピンホール中を通過し支持基板を正確にエッチングしてピットを形成し、ピンホールの検出精度が向上する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエッチング工程を示す図である。
【図２】本発明におけるピンホールの検出精度を示す図である。
【図１】
2004327595.tif 000003
【図２】
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