(57)【要約】【課題】高感度で高精度のテスタを用いても測定エラーを発生させずに、膜厚の厚い絶縁膜のブレイクダウン電圧を安定して測定して絶縁破壊特性の評価を行うことのできる半導体基板の評価方法を提供する。【解決手段】半導体基板に形成した絶縁膜のブレイクダウン電圧をテスタを用いて測定して、該絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する半導体基板の評価方法であって、前記絶縁膜に電圧を印加してブレイクダウン電圧を測定する際に、予め前記絶縁膜の厚さを測定して該絶縁膜の厚さからブレイクダウン電圧を予測しておき、該予測したブレイクダウン電圧の値と前記絶縁膜のブレイクダウン前後でモニタリングされる電流値の桁数差との積で表される前記テスタの負荷量が該テスタで測定エラーが発生する臨界値以下となるように、モニタリングする電流の測定範囲を設定して絶縁膜の絶縁破壊特性を評価することを特徴とする半導体基板の評価方法。【選択図】        図１
2004273970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成した絶縁膜のブレイクダウン電圧をテスタを用いて測定して、該絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する半導体基板の評価方法であって、前記絶縁膜に電圧を印加してブレイクダウン電圧を測定する際に、予め前記絶縁膜の厚さを測定して該絶縁膜の厚さからブレイクダウン電圧を予測しておき、該予測したブレイクダウン電圧の値と前記絶縁膜のブレイクダウン前後でモニタリングされる電流値の桁数差との積で表される前記テスタの負荷量が該テスタで測定エラーが発生する臨界値以下となるように、モニタリングする電流の測定範囲を設定して絶縁膜の絶縁破壊特性を評価することを特徴とする半導体基板の評価方法。
【請求項２】
前記テスタの負荷量が７００以下となるように、前記モニタリングする電流の測定範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項３】
前記絶縁破壊特性を評価する絶縁膜の厚さを、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項４】
前記電流の測定範囲を、１×１０−６〜１×１０−３Ａに設定することを特徴とする請求項３に記載の半導体基板の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に形成した酸化膜やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハの埋め込み酸化膜等の絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する評価方法に関するものであり、特に厚さの厚い絶縁膜、例えば５０ｎｍ以上の厚さを有する絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する際に好適に用いることのできる評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
主要な半導体基板であるシリコンウエーハの評価方法の一つにＧＯＩ（Ｇａｔｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）評価がある。このＧＯＩ評価は、シリコンウエーハ上に酸化膜（ゲート酸化膜）と電極を形成してＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を作製した後、電極に電気ストレスを印加して酸化膜を破壊させてブレイクダウン電圧を測定し、その酸化膜破壊電界強度等からシリコンウエーハの品質を評価するものである。
【０００３】
通常、酸化膜のブレイクダウン電圧の測定は、酸化膜に電圧を例えば図３に示すように所定のステップ電圧高さでステップ状に上昇させて印加し、そのとき酸化膜に流れる電流値を１×１０−１０Ａ程度からモニタリングすることで電圧−電流特性をとり、酸化膜のブレイクダウンを検知することによって行われる。このとき、モニタリングする電流の測定範囲でテスタ感度が最大になるように、測定感度をテスタにより自動的に変化させている。このような電流値のモニタリングでは、低電圧側では非常に微少な電流しか流れず、高電圧側に行くに従って電流値が大きくなる。また、上記のように、電流値のモニタリングを１×１０−１０Ａ程度から行うことによって、ブレイクダウン前のリーク電流の微小な増加等を検出することもできる。
【０００４】
このように測定されるシリコン酸化膜の絶縁破壊特性は、シリコンウエーハの品質を評価する指標の一つとして重要である（例えば、非特許文献１等）。特に、２５ｎｍ程度の厚さを有するゲート酸化膜の絶縁破壊特性は、シリコン単結晶中に存在するＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）等の結晶欠陥（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥）に敏感であり、多くの報告がなされている（例えば、非特許文献２等）。
【０００５】
また、近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、実デバイスにおけるゲート酸化膜の薄膜化が進んできている。これに伴い、測定器（テスタ）の改良・開発が進められ、微小電流を高感度で高精度に測定できるようになってきている。
【０００６】
しかしながら、一方で、例えば厚さが５０ｎｍ以上となる厚い酸化膜の絶縁破壊特性を評価する必要性が、ＳＯＩウエーハの需要が伸びるに従って高くなってきている。すなわち、ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜の品質を評価する指標の一つとして、酸化膜絶縁破壊特性が求められてきている。
【０００７】
通常、鏡面研磨ウエーハやエピタキシャルウエーハ等の品質をＧＯＩ評価する際に、ウエーハ表面に形成される酸化膜の厚さは上述のように２５ｎｍ程度である。それに対して、ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜はその厚さが５０〜１００ｎｍ、またはそれ以上と非常に厚い。そのため、このような膜厚の厚い酸化膜をブレイクダウンさせるためには非常に高い電圧を印加しなければならず、またブレイクダウンの際には電流値が急激に増大することもあり、テスタへの負担が大きく、絶縁破壊特性の評価を行うことは非常に難しかった。
【０００８】
具体的に説明すると、例えば酸化膜が鏡面研磨ウエーハ等に形成される厚さが２５ｎｍ程度のものであれば、酸化膜をブレイクダウンさせるのに必要となる電圧は大きくとも４０Ｖ程度で十分である。この場合、図２に酸化膜の電圧−電流特性を示すように、酸化膜がブレイクダウンした後にモニタリングする電流値の大きさを１ｍＡ（０．００１Ａ）とすると、酸化膜のブレイクダウン時にテスタにかかる電力の大きさは、４０（Ｖ）×０．００１（Ａ）＝０．０４（Ｗ）程度である。
【０００９】
それに対して、例えば１５０ｎｍ厚の埋め込み酸化膜の場合、図２に同様に示すように、酸化膜を絶縁破壊させるためには１２０Ｖ程度以上の電圧が必要になる。したがって、ブレイクダウン時にテスタには１２０（Ｖ）×０．００１（Ａ）＝０．１２（Ｗ）以上の大きな負荷がかかる。
さらに、このような厚い酸化膜では、薄膜の酸化膜の電圧−電流特性を測定する時のようなブレイクダウン前のリーク電流の微小な増加はほとんど見られず、酸化膜のブレイクダウン時に電流が急激に増加するため、テスタへの負荷は非常に大きなものであった。
【００１０】
そのため、鏡面研磨ウエーハのＧＯＩ評価等に用いられる微小電流を高感度で高精度に測定できるようなテスタを用いて、ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜のような厚い絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する場合、ブレイクダウン時に大きな電力量が急激に加えられるため、テスタ側で回路保護のために過電流・過電圧状態となって測定エラーを起こしてしまい、最悪の場合にはテスタ内部回路の破壊を招く恐れさえあった。
また、このような膜厚の厚い絶縁膜の絶縁破壊特性を測定する場合、高耐圧の一般的な電源装置を利用することも可能ではあるが、測定精度が低いという問題があった。
【００１１】
【非特許文献１】
ＵＣＳ半導体基盤技術研究会編集，「シリコンの科学」，株式会社リアライズ社，１９９６年６月２８日発行，ｐ．５２４−５２６
【非特許文献２】
Ｈ．  Ｙａｍａｇｉｓｈｉ，  Ｉ．  Ｆｕｓｅｇａｗａ，  Ｎ．  Ｆｕｊｉｍａｋｉ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｋａｔａｙａｍａ，  Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  ７，  Ａ１３５  （１９９２）．
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、高感度で高精度のテスタを用いても測定エラーを発生させずに、膜厚の厚い絶縁膜のブレイクダウン電圧を安定して測定して絶縁破壊特性の評価を行うことのできる半導体基板の評価方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体基板に形成した絶縁膜のブレイクダウン電圧をテスタを用いて測定して、該絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する半導体基板の評価方法であって、前記絶縁膜に電圧を印加してブレイクダウン電圧を測定する際に、予め前記絶縁膜の厚さを測定して該絶縁膜の厚さからブレイクダウン電圧を予測しておき、該予測したブレイクダウン電圧の値と前記絶縁膜のブレイクダウン前後でモニタリングされる電流値の桁数差との積で表される前記テスタの負荷量が該テスタで測定エラーが発生する臨界値以下となるように、モニタリングする電流の測定範囲を設定して絶縁膜の絶縁破壊特性を評価することを特徴とする半導体基板の評価方法が提供される（請求項１）。
【００１４】
このように、絶縁膜に電圧を印加してブレイクダウン電圧を測定する際に、予め絶縁膜の厚さからブレイクダウン電圧を予測しておき、その予測したブレイクダウン電圧値とブレイクダウン前後の電流値の桁数差との積で表されるテスタの負荷量が測定エラーが発生する臨界値以下となるように電流の測定範囲を設定することによって、高感度で高精度のテスタを用いてブレイクダウン電圧の測定を行っても、テスタに測定エラーを生じさせず、また内部回路の破壊を招くこともなく、絶縁膜の絶縁破壊特性を安定して評価することができる。
【００１５】
このとき、前記テスタの負荷量が７００以下となるように、前記モニタリングする電流の測定範囲を設定することが好ましい（請求項２）。
このようにテスタの負荷量が７００以下となるように電流の測定範囲を設定すれば、現在一般的にＧＯＩ評価等に用いられているようなテスタを用いて膜厚の厚い絶縁膜のブレイクダウン電圧の測定を行っても、測定エラーの発生を確実に防止して安定した測定を行うことができる。
【００１６】
そして、本発明の半導体基板の評価方法では、前記絶縁破壊特性を評価する絶縁膜の厚さを、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる（請求項３）。
本発明の評価方法は、このように、ＳＯＩ層の埋め込み酸化膜等に用いられるような膜厚が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の絶縁膜の絶縁破壊特性評価に特に好適に用いることができる。
【００１７】
この場合、前記電流の測定範囲を、１×１０−６〜１×１０−３Ａに設定することが好ましい（請求項４）。
このように、電流の測定範囲を１×１０−６〜１×１０−３Ａに設定すれば、特に上記のような膜厚が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である絶縁膜の絶縁破壊特性評価を、テスタに測定エラーを発生させずに確実に安定して行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
近年のＳＯＩウエーハへの需要の拡大に伴い、ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜のような膜厚の厚い絶縁膜の絶縁破壊特性を測定することが求められている。しかしながら、このような膜厚の厚い絶縁膜の絶縁破壊特性の測定では、鏡面研磨ウエーハ等のＧＯＩ評価に用いられるような高感度で高精度のテスタで電流値のモニタリングを行うと、ブレイクダウンの際の大きな電力量と急激な電流増加が原因となってテスタに測定エラーを発生させたり、最悪の場合にはテスタ内部回路の破壊を招く恐れがあった。
【００１９】
そこで、本発明者は、テスタに測定エラーを発生させずに安定して絶縁膜の絶縁破壊特性を評価できる方法について鋭意調査及び検討を重ねた。その結果、絶縁膜に電圧を印加してブレイクダウン電圧を測定する際に、予め絶縁膜の厚さを測定してその絶縁膜の厚さからブレイクダウン電圧を予測しておき、この予測したブレイクダウン電圧の値と絶縁膜のブレイクダウン前後でモニタリングされる電流値の桁数差との積で表されるテスタの負荷量がそのテスタで測定エラーが発生する臨界値以下となるように、モニタリングする電流の測定範囲を設定して絶縁膜の絶縁破壊特性を評価するようにすれば、高感度で高精度のテスタを用いてブレイクダウン電圧の測定を行っても、テスタに測定エラーや内部回路の破壊を生じさせることなく、絶縁膜の絶縁破壊特性を安定して評価することができることを見出して、本発明を完成させた。
【００２０】
以下、本発明の半導体基板の評価方法について、ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜の絶縁破壊特性を評価する場合を例に挙げて、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
先ず、測定対象とするＳＯＩウエーハに水酸化カリウム等によるアルカリエッチングを行ってシリコン活性層（ＳＯＩ層）を除去し、純水等によりウエーハの洗浄を行った後、ＣＶＤ法等によりリンをドープしながら多結晶シリコンを埋め込み酸化膜の表面に堆積する。続いて、この埋め込み酸化膜上に堆積した多結晶シリコンにフォトリソグラフィを行ってマスクを形成した後、フッ硝酸によるウエットエッチングを行うことによって、多結晶シリコンを電極とするＭＯＳ構造を作製する。
【００２１】
このようにしてＭＯＳ構造を作製した後、テスタを用いて酸化膜に電圧を例えば所定のステップ電圧高さでステップ状に上昇させて印加するとともに、酸化膜に流れる電流値をモニタリングすることによって電圧−電流特性を測定し、酸化膜のブレイクダウンを検知する。このとき、予め絶縁膜の厚さを測定してその絶縁膜の厚さからブレイクダウン電圧を予測しておき、この予測したブレイクダウン電圧の値と絶縁膜のブレイクダウン前後でモニタリングされる電流値の桁数差との積で表されるテスタの負荷量がそのテスタで測定エラーが発生する臨界値以下となるように、モニタリングする電流の測定範囲を設定して電圧−電流特性の測定を行う。
【００２２】
ここで、テスタの負荷量が測定エラーが発生する臨界値以下となるようにモニタリングする電流の測定範囲を設定する方法についてさらに具体的に説明する。
本発明者は、熱酸化等により形成された良質な酸化膜について、種々の酸化膜厚でＭＯＳ構造を形成し、その絶縁破壊強度を測定する実験を行った。その結果、膜厚が２００ｎｍ以下の場合には、８ＭＶ／ｃｍ以上で真性絶縁破壊（Ｃモード破壊）を発生し、酸化膜厚がそれよりも厚くなるとＣモード破壊強度は若干低下するが、酸化膜厚とブレイクダウン電圧との関係をグラフにプロットしてみると、図８に示すように、ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜として使用されることの多い膜厚が２μｍ以下の範囲では、ほぼ比例関係にあることが判った。
【００２３】
したがって、酸化膜のブレイクダウン電圧を測定する際に、図８のような予め埋め込み酸化膜の酸化膜厚とブレイクダウン電圧との関係を求めておけば、測定対象となる埋め込み酸化膜の厚さを測定することによって、その酸化膜の厚さから酸化膜のブレイクダウン電圧を予測することができる。
【００２４】
また、テスタの負荷量は、上記のように、予測したブレイクダウン電圧の値と絶縁膜のブレイクダウン前後でモニタリングされる電流値の桁数差との積で表されるものとし、本発明では、このテスタの負荷量がテスタで測定エラーが発生する臨界値以下となるようにモニタリングする電流の測定範囲を設定して、電圧−電流特性を測定するものである。
【００２５】
この測定エラーが発生する臨界値は、通常、テスタ側の保護回路（過電流・過電圧とならないような保護回路）に依存するものであるが、予め適当なサンプル（ＭＯＳキャパシタ）を用いてテスタの能力を確認する実験を行っておけば、ブレイクダウン電圧の測定の前にテスタで測定エラーが発生する臨界値を把握しておくことができる。
【００２６】
上記のようにして、予め酸化膜のブレイクダウン電圧を予測し、またテスタで測定エラーが発生する臨界値を把握しておけば、これらのブレイクダウン電圧及びテスタの臨界値に基づいて、モニタリングする電流の測定範囲（測定桁数）をテスタの負荷量が臨界値以下となるようにして容易に設定することができる。特に、酸化膜の絶縁破壊特性の評価では、通常、モニタリングする電流値の上限、すなわちブレイクダウン後にモニタリングする電流値の大きさは１ｍＡ〜１００ｍＡ程度であるので、上記のようにテスタで測定エラーが発生する臨界値を前もって求めておけば、その臨界値の大きさに応じてモニタリングする電流値の下限、すなわちモニタリングを始める電流値の大きさを容易に設定することができる。
【００２７】
そして、このようにしてテスタの負荷量が臨界値以下となるように、モニタリングする電流の測定範囲を設定し、その測定範囲で酸化膜の電圧−電流特性を測定することによって、酸化膜のブレイクダウン時にテスタにかかる負荷を低減でき、テスタに測定エラーや内部回路の破壊を生じさせずに絶縁膜の絶縁破壊特性を安定して評価することができる。さらにこのような本発明の評価方法を用いることによって、例えばウエーハ面内で多数点の絶縁破壊特性を自動で評価する場合でも、テスタのエラーで測定をストップさせることなく、連続的に絶縁破壊特性を評価することができ、測定時間の短縮を図ることができる。
【００２８】
また、このような本発明の半導体基板の評価方法では、上述のように測定エラーが発生する臨界値は、通常テスタ側の保護回路（過電流・過電圧とならないような保護回路）に依存するので、予め適当なサンプルを用いて測定エラーが発生するテスタの臨界値を求めておくことが望ましいが、現在一般的にＧＯＩ評価等に用いられているような微小電流を高感度で高精度に測定できるテスタであれば、テスタの負荷量が７００以下となるようにして電流の測定範囲を設定することが好ましい。
【００２９】
本発明者は、実際に、現在一般的に広く用いられている高感度のテスタを用いて、異なる埋め込み酸化膜厚を有するいくつかのＳＯＩウエーハについて、電流の測定範囲を変化させた種々の測定条件で酸化膜のブレイクダウン電圧を測定することにより、テスタの測定エラーの発生状況について調査した。その結果を、テスタに測定エラーを発生させずにブレイクダウン電圧を測定できた場合を○、ブレイクダウン時にテスタに測定エラーが発生した場合を×として、横軸をブレイクダウン電圧、縦軸をブレイクダウン前後でモニタリングされる電流値の桁数差をとったグラフにプロットした。このようにして得られたグラフを図７に示す。
【００３０】
図７に示したように、酸化膜のブレイクダウン電圧の値とブレイクダウン前後でモニタリングされる電流値の桁数差との積が７００となるラインを境にして、テスタの測定エラー発生の有無が分かれていた。
また、別のテスタを用いて、上記と同様に種々の測定条件で酸化膜の絶縁破壊特性を測定し、テスタの測定エラーの発生状況を確認したところ、上記と同様に酸化膜のブレイクダウン電圧の値と電流値の桁数差との積が７００となるラインを境にしてテスタの測定エラー発生の有無が分かれることが確認された。
【００３１】
すなわち、現在一般的に鏡面研磨ウエーハ等のＧＯＩ評価に用いられているようなテスタにより絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する場合、テスタの負荷量が７００以下となるようにモニタリングする電流の測定範囲を設定することによって、テスタでの測定エラーの発生を確実に防止して、安定した絶縁破壊特性の評価を行うことができる。
【００３２】
さらに、本発明の半導体基板の評価方法は、絶縁膜の厚さに依らず何れの絶縁膜厚であっても、テスタに測定エラーを生じさせることも内部回路の破壊を招くこともなく、絶縁破壊特性を安定して評価することができるものであるが、現在ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜として用いられることの多い絶縁膜、特に５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さを有する絶縁膜、さらには８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有する絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する際に非常に有効に適用することができる。
【００３３】
そして、このような５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の膜厚を有する絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する場合は、モニタリングする電流の測定範囲を１×１０−６〜１×１０−３Ａに設定して評価を行うことが好ましい。
【００３４】
具体的に説明すると、従来の絶縁破壊特性の評価では、前述したように、また図２にも示したように、１×１０−１０Ａ程度から電流値のモニタリングを行っており、絶縁膜のブレイクダウン前後での電流値の桁数差はおよそ７程度であった。しかしながら、上記のような例えば３００ｎｍの膜厚を有する絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する場合では、酸化膜のブレイクダウン電圧は図８のグラフより２１０Ｖ程度になると予測される。したがって、酸化膜をブレイクダウンさせたときにテスタにかかる負荷量は、２１０（Ｖ）×７＝１４７０程度と非常に大きくなるため、テスタに測定エラーや回路破壊が生じやすい。それに対して、本発明では、図１に示すように１×１０−６Ａから電流値のモニタリングを行い、またブレイクダウン後にモニタリングする電流値を１×１０−３Ａに設定することによって、テスタの負荷量を２１０（Ｖ）×３＝６１０と確実に７００以下にすることができるので、テスタに測定エラーを生じさせずに確実にかつ安定して絶縁膜の絶縁破壊特性を評価することができる。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（試料の作製）
先ず、貼り合わせ法により作製した直径２００ｍｍ、シリコン活性層の厚さが１５０ｎｍであり、埋め込み酸化膜の厚さが８０、１２５、または２００ｎｍである３種類のＳＯＩウエーハを準備した。
【００３６】
次に、準備したそれぞれのＳＯＩウエーハに水酸化カリウムによるアルカリエッチングを行ってシリコン活性層を除去し、埋め込み酸化膜を露出させ、続いて純水による洗浄及び塩酸とアンモニアと過酸化水素水を用いるＲＣＡ洗浄を行った。
その後、埋め込み酸化膜の表面にＣＶＤ法によりリンをドープしながら多結晶シリコンを３００ｎｍ堆積させ、この堆積した多結晶シリコンにフォトリソグラフィを行ってマスクを形成した後、フッ硝酸によるウエットエッチングを行って１ｍｍ角（面積１ｍｍ２）の電極を作製してＭＯＳ構造を形成し、測定試料とした。
【００３７】
（実施例１）
上記で作製した測定試料の中で酸化膜厚が８０ｎｍの試料を用いて、絶縁破壊強度の測定を行った。尚、今回行われる絶縁破壊強度の測定では、微小電流が測定できる高感度のテスタを用いて電流値のモニタリングを行い、電流値が１×１０−３Ａに達したときの印加電圧をもって、酸化膜のブレイクダウン電圧とした（下記に示す実施例２、３でも同様に、１×１０−３Ａに達したときの印加電圧をもって、ブレイクダウン電圧とする）。
【００３８】
先ず、酸化膜厚が８０ｎｍであることから、この酸化膜のブレイクダウン電圧は図８のグラフに基づいておよそ６４Ｖ程度であると予測された。そこで、テスタの負荷量を確実に７００以下にするために、モニタリングする電流の測定範囲を１×１０−１２〜１×１０−３Ａに設定した（ブレイクダウン前後でモニタリングされる電流値の桁数差は９桁）。そして、酸化膜に電圧を約１Ｖのステップ電圧高さでステップ状に上昇させて印加して、酸化膜の電圧−電流特性の測定を行った（実施例１）。その測定結果を図４に示す。
【００３９】
図４に示したように、実施例１の測定では、テスタに測定エラーを発生させずに電流値を連続的にモニタリングすることができ、またその結果、この酸化膜のブレイクダウン電圧はおよそ６５Ｖであることがわかった。
【００４０】
（実施例２、比較例１）
上記で作製した測定試料の中で酸化膜厚が１２５ｎｍの試料を用いて、絶縁破壊強度の測定を行った。
先ず、酸化膜厚が１２５ｎｍであることから、この酸化膜のブレイクダウン電圧は図８のグラフに基づいておよそ１００Ｖ程度であると予測された。そこで、テスタの負荷量を確実に７００以下にするために、モニタリングする電流の測定範囲を１×１０−９〜１×１０−３Ａに設定した（電流値の桁数差は６桁）。そして、酸化膜に電圧を約１Ｖのステップ電圧高さでステップ状に上昇させて印加して、酸化膜の電圧−電流特性の測定を行った（実施例２）。その測定結果を図５に示す。
【００４１】
図５に示したように、実施例２の測定では、テスタに測定エラーを発生させずに電流値を連続的にモニタリングすることができ、またその結果、この酸化膜のブレイクダウン電圧はおよそ１１０Ｖであることがわかった。
【００４２】
また、比較のため、酸化膜厚が１２５ｎｍの試料を用いて、モニタリングする電流の測定範囲を１×１０−１２〜１×１０−３Ａに設定し（電流値の桁数差は９桁）、上記と同様に酸化膜に電圧をステップ状に印加して電圧−電流特性の測定を行った（比較例１）。その結果、酸化膜のブレイクダウン時にテスタに測定エラーが発生して、酸化膜のブレイクダウン電圧を測定することができなかった。
【００４３】
（実施例３、比較例２）
上記で作製した測定試料の中で酸化膜厚が２００ｎｍの試料を用いて、絶縁破壊強度の測定を行った。
先ず、酸化膜厚が２００ｎｍであることから、この酸化膜のブレイクダウン電圧は図８のグラフに基づいておよそ１６０Ｖ程度であると予測された。そこで、テスタの負荷量を確実に７００以下にするために、モニタリングする電流の測定範囲を１×１０−６〜１×１０−３Ａに設定した（電流値の桁数差は３桁）。そして、酸化膜に電圧を約１Ｖのステップ電圧高さでステップ状に上昇させて印加して、酸化膜の電圧−電流特性の測定を行った（実施例３）。その測定結果を図６に示す。
【００４４】
図６に示したように、実施例３の測定では、テスタに測定エラーを発生させずに電流値を連続的にモニタリングすることができ、またその結果、この酸化膜のブレイクダウン電圧はおよそ１６０Ｖであることがわかった。
【００４５】
また、比較のため、酸化膜厚が２００ｎｍの試料を用いて、モニタリングする電流の測定範囲を１×１０−９〜１×１０−３Ａに設定し（電流値の桁数差は６桁）、上記と同様に酸化膜に電圧をステップ状に印加して電圧−電流特性の測定を行った（比較例２）。その結果、酸化膜のブレイクダウン時にテスタに測定エラーが発生して、酸化膜のブレイクダウン電圧を測定することができなかった。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４７】
例えば、上記実施の形態では、ＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜の絶縁破壊特性を評価する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、鏡面研磨ウエーハやエピタキシャルウエーハなどの半導体基板上に形成した酸化膜や、その他の絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する場合にも同様に適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体基板の評価方法によれば、膜厚の厚い絶縁膜のブレイクダウン電圧を高感度で高精度のテスタを用いて測定しても、テスタに測定エラーや内部回路の破壊を生じさせず、安定して絶縁膜の絶縁破壊特性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体基板の評価方法によって測定される酸化膜の電圧−電流特性を示す概略図である。
【図２】従来の絶縁破壊特性評価において測定される酸化膜の電圧−電流特性を示す概略図である。
【図３】絶縁膜の絶縁破壊特性を評価する際に絶縁膜に印加する電圧の波形を示す概略図である。
【図４】実施例１において酸化膜の電圧−電流特性を測定した結果を示す図である。
【図５】実施例２において酸化膜の電圧−電流特性を測定した結果を示す図である。
【図６】実施例３において酸化膜の電圧−電流特性を測定した結果を示す図である。
【図７】テスタの測定エラーの発生状況について調査した結果を示すグラフである。
【図８】酸化膜の厚さとブレイクダウン電圧との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
2004273970.tif 000004
【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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