(57)【要約】【課題】ＳＯＩウェーハのＢＯＸ層の各種欠陥評価を電気的に評価できる測定方法であって、欠陥位置、個数さらには欠陥種の特定を可能にしたＳＯＩウェーハのＢＯＸ層欠陥検出方法の提供。【解決手段】ＳＯＩ層に設けた電極に電圧または電流を印加すると、電気的絶縁性が弱い部分、すなわち欠陥部分に電荷が集中して絶縁破壊が起こる以前に発光または発熱が起こるので、これを高感度に発光を検出できるＣＣＤカメラを有する装置や、発熱検出は赤外線カメラを有する発熱検出装置により検出することでＢＯＸ層中の欠陥を検出できる。【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ＢＯＸ層表面に電極を形成し、該電極に所要の電圧又は電流を印加してＢＯＸ層表面をモニターし、発光又は発熱あるいは発光・発熱する箇所を欠陥部として検出するＳＯＩウェーハのＢＯＸ層欠陥検出方法。
【請求項２】
ＢＯＸ層表面に形成する電極の厚みが５ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である請求項１に記載のＳＯＩウェーハのＢＯＸ層欠陥検出方法。
【請求項３】
発光又は発熱あるいは発光・発熱を検知した時の電圧値又は電流値に応じて、予め求めたＢＯＸ層欠陥の種類と電圧値又は電流値との関係より前記欠陥種を決定する請求項１に記載のＳＯＩウェーハのＢＯＸ層欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＳＯＩウェーハの品質評価の一つであるＢＯＸ層欠陥評価を電気的に簡単に評価するための新規な検出方法に関し、ＢＯＸ層表面に電極を形成して所要の電圧、電流を印加して発光又は発熱あるいはその両方を観測することにより、電極領域内の欠陥位置、個数さらには欠陥種の特定を検出可能にしたＳＯＩウェーハのＢＯＸ層欠陥検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＯＩ基板は、寄生容量が少ないためデバイス動作の高速化が可能なこと、放射線耐圧に優れていること、低消費電力化が可能なこと、ラッチアップ防止など極めて優れた特性を有することを特徴としている。特に、ＳＯＩ基板の中でも絶縁層上に単結晶半導体層を有するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＩＭｐｌａｎｔｅｄ  ＯＸｙｇｅｎ）と呼ばれる製造方法により作製されるＳＯＩ基板は、製造工程数が少ないため将来的に有効な手法として期待されている。
【０００３】
かかるＳＯＩ基板の絶縁膜層たるＢＯＸ層２には、図１Ａに模式的に示すごとく、ピンホール１１、析出物１２、局所的薄膜部１３あるいは転位１４等の欠陥があることが知られている。このＢＯＸ層欠陥を評価する手段として、ＢＯＸ耐圧測定法があり、図１Ｂに模式的に示すごとく、シリコン基板１上のＢＯＸ層２を酸化膜とし、ＳＯＩ層３が導電性になるような元素をドープすることでこれを電極４とする方法が行われている。
【０００４】
これは、いわゆるＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ‐Ｏｘｉｄｅ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造作製による酸化膜耐圧測定である。該方法によりＢＯＸ層の酸化膜耐圧を測定することになり、言い換えれば、ＢＯＸ層中の欠陥等を検出している。また、この酸化膜耐圧測定において、絶縁破壊時の電界値によりＢＯＸ層欠陥のピンホールとピンホール以外の他の欠陥を分類することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のＢＯＸ層の酸化膜耐圧測定法では、電極４下で起こった絶縁破壊５は該電極４に被覆されているため、測定電極領域内のどの位置で絶縁破壊が発生したか判明しない。また、同一電極内に複数個の欠陥が存在する場合は、最も早く絶縁破壊を起こした欠陥により酸化膜部分が短絡状態になり該欠陥のみしか検出できないため、同一電極内で検出できる欠陥は１個のみであり、複数個の欠陥が存在する場合は欠陥密度を正確に計測できない。
【０００６】
さらに、上記測定法は、ピンホールとそれ以外の欠陥種のある程度の情報は得られるが、欠陥種の細かい分別が困難である。また、絶縁破壊を起こした欠陥の位置が特定できたとしても、該欠陥は熱的な破壊によりその原型を留めていないため、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による欠陥種の特定が困難である。
【０００７】
一方、アルカリ性液によリエッチングした場合は、図１Ｃに模式的に示すごとく、ＢＯＸ層２のピンホール１１の存在は、該ピンホール１１を通して該アルカリ性のエッチング液がＢＯＸ層２下のシリコン層に到達し該シリコン層をエッチングする。これによりピンホール１１周辺のシリコン層が中空６状態になり光学顕微鏡等で観察可能となる。ところが、シリコンはエッチングするが酸化珪素はエッチングしないため、ＢＯＸ層内に存在する析出物１２、シリサイドおよび局所的薄膜化部分１３は検出できない。
【０００８】
この発明は、電気的測定法であるＢＯＸ耐圧測定法では、電極内の検出可能な欠陥は１個のみであり、電極内の欠陥位置は不明であること、該方法で検出した欠陥は既に熱的に破壊されており該欠陥の本来の形状を観察することは極めて困難であること、また、エッチング液による測定ではピンホールのみの検出であり、ＢＯＸ層中の他の欠陥は検出不可能であることに鑑み、ＳＯＩウェーハのＢＯＸ層の各種欠陥評価を電気的に評価できる測定方法を目的としており、また、欠陥位置、個数さらには欠陥種の特定を検出可能にしたＳＯＩウェーハのＢＯＸ層欠陥検出方法の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者は、ＢＯＸ層の各種欠陥評価を電気的に評価できる手法を目的に種々検討した結果、ＳＯＩ層に設けた電極に電圧または電流を印加すると、電気的絶縁性が弱い部分、すなわち欠陥部分に電荷が集中して絶縁破壊が起こる以前に発光または発熱が起こるので、これを高感度に発光を検出できるＣＣＤカメラを有する装置や、発熱検出は赤外線カメラを有する発熱検出装置により検出することでＢＯＸ層中の欠陥を検出できることを知見した。
【００１０】
発明者は、また欠陥位置、個数の特定を目的に検討を加えた結果、同一電極中に複数個の欠陥が存在する場合においても、それぞれの欠陥部分で電荷集中による発光または発熱が起こり、また最も弱い欠陥部分が絶縁破壊を起こし該欠陥部分が導電性状態になった後においても電圧または電流印加を継続していくと、他の欠陥部分においては依然電荷集中による発光または発熱がみられたため、発光または発熱の部分を計数することで正確な欠陥個数が検出できることを知見した。
【００１１】
発明者は、さらに欠陥種の特定を目的に検討を加えた結果、欠陥部分での発光または発熱を検出した時の電圧値または電流値に差がみられることを知見し、該欠陥部分が絶縁破壊に至る以前に測定を中止して該欠陥部分をＴＥＭまたはＳＥＭで観察を行うことにより、欠陥種と該欠陥種部分での発光または発熱を検出した時の電圧値または電流値に一定の関連があり、予めこれを求め電圧値または電流値をモニターすることで欠陥種の判定ができることを知見し、この発明を完成した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明によるＳＯＩウェーハのＢＯＸ層欠陥検出方法は、ＳＯＩウェーハのＢＯＸ層表面に電極を形成し、該電極に所要の電圧又は電流を印加してＢＯＸ層表面をモニターし、発光又は発熱あるいは発光・発熱する箇所を欠陥部として検出することを特徴とする。
【００１３】
この発明において、ＳＯＩウェーハのＢＯＸ層表面に電極を形成するには、ＳＯＩ層をそのまま利用するか、あるいはＳＯＩ層を除去後に金属膜を形成する。ＳＯＩ層をそのまま利用する場合は、該ＳＯＩ層が導電性となるような元素を熱処理炉を用いて該元素を含む雰囲気中でドープする方法が採用できる。例えば、ｐ型シリコンのＳＯＩ層には拡散炉によりリンなどを該ＳＯＩ層に拡散させる。
【００１４】
ＢＯＸ層表面に形成する電極の厚みは、５ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましい。すなわち、電極厚みが５ｎｍ以下の場合、測定用針をある程度の圧力で電極に接触させるため、電極を貫通する恐れがあり、該測定用針が酸化膜層に到達し正常な測定ができない。
【００１５】
また、電極厚みが５００ｎｍ以上の場合、欠陥部分で発生した発光または発熱が電極表面まで十分に到達しないため、正常な測定ができない。
【００１６】
従って、ＳＯＩウェーハの厚みが５ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である場合は、そのまま利用すると良い。ＳＯＩ層の厚みが５００ｎｍを超える場合は、該ＳＯＩ層をエッチングにより該範囲内に入るよう薄くし、該ＳＯＩ層が導電性となる元素をドープする。金属膜を電極とする場合は、ＳＯＩ層を全部除去しＢＯＸ層を暴露後該ＢＯＸ層表面に前述のような処理を行い金属膜を形成し電極とする。
【００１７】
金属電極の作製は、例えば、ポリＳｉ層を堆積した後、このポリＳｉ層にリンを拡散しリソグラフィー法によりパターン形成し、真空蒸着装置によりＡｌ等の金属膜を蒸着させて前記同様にパターン形成するか、あるいはスパッタリングにより金属膜をパターンマスクを介してパターン形成を行う等、種々の電極作製方法を採用できる。
【００１８】
この発明において、電極厚みは、当然のことながら薄くなるほど、発光または発熱を感度良く検出可能である。また、検出は電極の面積に依存せず、該電極内の欠陥個数、位置を正確に検出できるため、電極面積は任意に作製可能である。
【００１９】
この発明のＢＯＸ層欠陥検出方法は、シリコン基板１上のＢＯＸ層２を酸化膜とし、ＳＯＩ層３が導電性になるような元素をドープすることで、これを電極７となした後、測定を行う。
【００２０】
図２Ａに示すごとく、形成した電極７に電圧または電流を印加すると、欠陥１０部分に真性破壊に至る以前に絶縁破壊が起こるが、電気的絶縁性が弱い部分である欠陥１０部分に電荷が集中し、絶縁破壊が起こる以前に発光または発熱が起こる。そこで、図２Ｃに示すごとく、高感度の発光検出装置や発熱検出装置を用いて、発光または発熱あるいはその両方を検出することで、ＢＯＸ層２中の欠陥１０を検出できる。従って、電極厚みが薄いほど発光または発熱に対する感度が良くなり、より敏感に欠陥検出が可能となる。
【００２１】
前記測定装置は、公知のＣＣＤカメラを有する高感度の発光検出装置や、発熱を検知できる赤外線カメラを有する発熱検出装置を用いるが、これらはシリコン基板１上に任意の座標を想定できる構成で、面内の発光または発熱した部分の座標について特定できる構成とすることが望ましい。
【００２２】
測定に際してシリコン基板１のｐ型とｎ型で電圧または電流を印加する方向が異なるが、発光または発熱を検出する場合において検出感度に差は見られず、同等の測定ができる。同一電極中に複数個の欠陥が存在する場合においても、それぞれの欠陥部分で電荷集中による発光または発熱が起こり、また最も弱い欠陥部分が絶縁破壊を起こし該欠陥部分が導電性状態になった後においても電圧または電流印加を継続していくと他の欠陥部分においては依然電荷集中による発光または発熱がみられたため、発光または発熱の部分を計数することで正確な欠陥個数が検出できる。
【００２３】
また、図２Ｂに示すごとく、欠陥部分での発光または発熱を検出した時の電圧値または電流値に差がみられる。また、発光または発熱は欠陥部分が絶縁破壊を起こす前からすでに起こっているため、発光または発熱を検知後に絶縁破壊が起こる前に測定を中止し、この後、発光または発熱した欠陥部分の位置情報により、ＴＥＭやＳＥＭで当該欠陥の実体観察を行い、その種類と発光または発熱を検知できた時の電圧値または電流値との相関関係を求めておくことができる。
【００２４】
従って、予め電極の厚みおよびＢＯＸ層厚みが同一であるサンプルにて比較してＢＯＸ層欠陥の種類と電圧値又は電流値との関係を求めておくことで、発光又は発熱あるいは発光・発熱を検知した時の電圧値又は電流値に応じて、前記欠陥種を決定することができる。
【００２５】
【実施例】
実施例１
ＳＯＩウェーハはＳＩＭＯＸ製法による、外径６インチ、活性層／ＢＯＸ層＝１７０ｎｍ／１１０ｎｍ、基板はｐ型、比抵抗２０‐３０Ω・ｃｍのものを用いた。測定用の電極は、ＳＯＩ層を除去後にＡｌ電極を形成して、厚み３００ｎｍ、面積１６ｍｍ２とした。
【００２６】
測定は、電圧をｌＶステップで０〜６０Ｖの範囲で変化させる電圧印加を行い、発光する箇所を高感度ＣＣＤカメラで検出し、予め設定した６インチウェーハの座標をディスプレイ上に表示させる構成の装置を使用した。検出した発光部分の座標位置情報を基にＴＥＭ観察により、各発光箇所の欠陥種類を特定した。
【００２７】
図３に、ＴＥＭ観察により分別した欠陥種類と発光した時の電圧値を示す。この発明による電圧印加で発光する箇所を検出する方法により、ＢＯＸ層中のピンホール（欠陥１）、析出物・シリコン残・局所的薄膜化部分（欠陥２）、貫通転位（欠陥３）が分別でき、その箇所を特定することができた。
【００２８】
上記条件の高感度ＣＣＤカメラによる欠陥の検出を、赤外線カメラに換えて、電圧印加に伴うウェーハ上の発熱箇所を検出したところ、発光箇所と同じ座標に同じ欠陥種を検出することができた。
【００２９】
実施例２
実施例１と同様のウェーハを用い、電極はＡｌ電極で面積１６ｍｍ２とした。電極厚みを１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍとし、電極厚みの違いによる欠陥検出の電圧値比較、すなわち検知時の電圧値の比較を行った。
【００３０】
電極厚みが１００ｎｍである条件で検出した欠陥による発光または発熱検知時の電圧値を基準として、各電極膜厚における電圧値の比較を図４に示す。図４に明らかなように、ＢＯＸ層中の各欠陥種について、電極厚みが厚いほど発光または発熱検知時の電圧値が高くなることが確認できた。
【００３１】
前記理由として、発光または発熱が起こるのが電極下部のＢＯＸ層中あるいは電極とＢＯＸ層界面のため、発光または発熱が電極中を伝搬する過程で弱くなるため、電極厚みが厚いほど、電極表面での発光または発熱のエネルギーが小さくなり、該発光または該発熱を検知するには、より大きい電圧または電流印加が必要になるものと考えられる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によるＳＯＩ半導体ウェーハのＢＯＸ層欠陥検出方法は、ＭＯＳ構造作製により電圧または電流を印加することにより欠陥部分で起こる発熱または発光をモニターするが、ＣＣＤカメラや赤外線カメラで検出した発熱または発光時の電圧値または電流値により欠陥種を特定できる利点がある。
【００３３】
さらにこの発明による欠陥検出方法は、電極内での発熱または発光の情報により欠陥個数の正確な計測ができ、かつこれらの情報は位置情報も含んでおり、他の観察装置（ＴＥＭ、ＳＥＭ等）による欠陥形状の観察を実施することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡはＢＯＸ層欠陥の種類を示す説明図、ＢはＢＯＸ層の酸化膜耐圧測定法の概念を示す説明図、Ｃはアルカリ性液によるエッチングの効果を示す説明図である。
【図２】Ａはこの発明によるＢＯＸ層欠陥の発光または発熱が発生する概念説明図、ＢはＢＯＸ層欠陥種の違いによる発光または発熱が発生する概念説明図、ＣはＢＯＸ層欠陥による発光または発熱が発生した電極の上面説明図である。
【図３】実施例１の欠陥種と印加電圧値との関係を示すグラフである。
【図４】実施例２の欠陥種と電圧値比較との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  ＢＯＸ層
３  ＳＯＩ層
４  電極
５  絶縁破壊
６  中空
７  電極
１０  欠陥
１１  ピンホール
１２  析出物
１３  局所的薄膜部
１４  転位
【図１】
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【図２】
2004241571.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004241571.tif 000006