(57)【要約】【課題】ＣＯＰ等の結晶欠陥だけでなく、従来では検出が困難であった浅い凹形状の欠陥（ピット）等も高感度で検出して、シリコンウエーハを高精度にまた高い信頼性で評価することのできるシリコンウエーハの評価方法を提供する。【解決手段】シリコンウエーハに酸化膜と電極とを順次形成してＭＯＳキャパシタを作製した後、前記形成した電極から酸化膜に電界を印加して該酸化膜の絶縁破壊特性を測定することによってシリコンウエーハを評価する方法において、先ず、前記酸化膜に電界を印加するプレ印加工程を行った後、該プレ印加工程で絶縁破壊しなかったＭＯＳキャパシタの酸化膜に一定の電流または電圧を印加して、該酸化膜に経時的な絶縁破壊を生じさせてその絶縁破壊特性を測定する絶縁破壊特性測定工程を行うことによって、前記シリコンウエーハの評価を行うことを特徴とするシリコンウエーハの評価方法。【選択図】図１
2005216993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエーハに酸化膜と電極とを順次形成してＭＯＳキャパシタを作製した後、前記形成した電極から酸化膜に電界を印加して該酸化膜の絶縁破壊特性を測定することによってシリコンウエーハを評価する方法において、先ず、前記酸化膜に電界を印加するプレ印加工程を行った後、該プレ印加工程で絶縁破壊しなかったＭＯＳキャパシタの酸化膜に一定の電流または電圧を印加して、該酸化膜に経時的な絶縁破壊を生じさせてその絶縁破壊特性を測定する絶縁破壊特性測定工程を行うことによって、前記シリコンウエーハの評価を行うことを特徴とするシリコンウエーハの評価方法。
【請求項２】
前記プレ印加工程において、前記酸化膜に最大で５ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下の電界強度で電界を印加することを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエーハの評価方法。
【請求項３】
前記プレ印加工程において、前記酸化膜に電界強度を階段状に徐々に上昇させて電界を印加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウエーハの評価方法。
【請求項４】
前記プレ印加工程で電界を印加した際に、絶縁破壊が生じた酸化膜の絶縁破壊電界強度を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のシリコンウエーハの評価方法。
【請求項５】
前記絶縁破壊特性測定工程において、前記酸化膜に電界強度換算で５ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下の電界強度で電界を印加することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載のシリコンウエーハの評価方法。
【請求項６】
前記絶縁破壊特性測定工程において、前記酸化膜を加熱した状態で電流または電圧の印加を行って、該酸化膜の絶縁破壊特性の測定を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載のシリコンウエーハの評価方法。
【請求項７】
前記絶縁破壊特性測定工程における絶縁破壊特性の測定を、前記酸化膜に一定の電流を印加する場合は、前記酸化膜に加えられる電圧の経時変化をモニタリングして、１ＭＶ／ｃｍ以上の電圧変化が発生した時に絶縁破壊と判定することによって行い、また前記酸化膜に一定の電圧を印加する場合は、前記酸化膜に流れる電流の経時変化をモニタリングして、０．０１ｍＡ／ｃｍ２以上の電流変化が発生した時に絶縁破壊と判定することによって行うこと特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載のシリコンウエーハの評価方法。
【請求項８】
前記シリコンウエーハに複数のＭＯＳキャパシタを作製し、該作製した複数のＭＯＳキャパシタを用いて酸化膜の絶縁破壊特性の測定を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れか一項に記載のシリコンウエーハの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエーハを評価する方法に関するものであり、具体的には、シリコンウエーハにＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタを作製し、その酸化膜の絶縁破壊特性を測定することによってシリコンウエーハを評価する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエーハに存在するＣＯＰをはじめとした結晶欠陥を評価する有効な方法の一つとして、ＧＯＩ（Ｇａｔｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）評価があり（例えば、非特許文献１を参照）、一般的に広く用いられている。このＧＯＩ評価を行う際には、例えば、先ずシリコンウエーハを酸化してその主表面に絶縁膜となるシリコン酸化膜（ゲート酸化膜）を形成し、その形成した酸化膜上にＣＶＤ法等によりポリシリコン層（多結晶シリコン層）を堆積させた後、このポリシリコン層にフォトリソグラフィ及びポリシリコンのエッチングを行って電極を形成する。これにより、シリコンウエーハ上にＭＯＳ構造を有するキャパシタ（ＭＯＳキャパシタ）が作製される。
【０００３】
そして、このＭＯＳキャパシタのポリシリコン電極を通して酸化膜に電界を印加し、その酸化膜の絶縁破壊特性を測定することによって、ＧＯＩ評価を行うことができる。このとき、酸化膜の絶縁破壊特性を測定する方法として、酸化膜の絶縁破壊電界強度を検出するＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ  Ｚｅｒｏ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）法がある。
【０００４】
このＴＺＤＢ法では、酸化膜に電界を階段状に徐々に上昇させて印加しながらその酸化膜に流れる電流値をモニタリングしていき、その電流値が判定電流値に達したとき、すなわち酸化膜が絶縁破壊（ブレイクダウン）したときの電界強度を測定することによって、シリコンウエーハの評価を行うことができる。例えば、一般的に３〜８ＭＶ／ｃｍの電界強度でブレイクダウンするものをＢモードと呼び、シリコンウエーハ中のＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ばれる結晶欠陥に起因することが知られており、絶縁破壊電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以上（Ｃモード）となる酸化膜を良品として判定し、測定したＭＯＳキャパシタの総数に対する良品の割合に基づいてシリコンウエーハの品質を評価することができる。
【０００５】
また、酸化膜のＧＯＩ評価では、酸化膜に経時的な絶縁破壊を生じさせて酸化膜の絶縁破壊特性を測定するＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）法が用いられることがある。このＴＤＤＢ法では、酸化膜に一定の電流または電圧を連続的に印加しながら、所定の時間間隔で電界強度を検出してその経時的な変化を求め、酸化膜が絶縁破壊に至るまでの電流または電圧の印加時間や酸化膜に流れた全電荷量を測定することにより、酸化膜の寿命や膜質の良否を判定してシリコンウエーハの評価を行うことができる。
【０００６】
さらに、このようなＴＤＤＢ法では長時間の測定時間を必要とするため、例えば特許文献１では、短時間で評価を行うことのできるＴＺＤＢ法を用いて、ＴＤＤＢ法と同程度に絶縁破壊を評価し得る絶縁層の評価方法を開示している。この特許文献１の評価方法では、印加する電圧を段階的に昇圧して絶縁破壊電界強度を検出するＴＺＤＢ法の操作を、ＭＯＳキャパシタ等の半導体素子の同じ絶縁膜に対して複数回行うことにより、ＴＤＤＢ法と同等の評価を短時間で行うことができるとしている。
【０００７】
そして、このようなＴＺＤＢ法やＴＤＤＢ法によるシリコンウエーハの評価において、不良と判定される主な原因としては、酸化膜ピンホール、ＣＯＰ、酸素析出核がある。このうち、酸化膜ピンホールがあると、ＧＯＩ評価において電圧もしくは電流を印加した直後に導通して絶縁破壊する。このような不良をＡモード不良と呼んでいる。そして、前述のＢモード不良の原因であるＣＯＰは、単結晶を育成する際に結晶成長時に発生する八面体構造を有する空洞欠陥である。
【０００８】
このようなＣＯＰがシリコンウエーハの主表面に存在すると、例えば図６に示したように、シリコンウエーハ３の主表面に酸化膜２を形成する際にＣＯＰの空洞部内壁にもシリコン酸化膜１２が形成される。このＣＯＰの内壁酸化膜１２は八面体構造の角部分（コーナー部分）で酸化膜厚が薄くなっている。そのため、その後酸化膜２上にポリシリコン電極４を形成して電界を印加することによって、この酸化膜厚の薄くなっている部分に電気ストレスが集中するために、低い電界強度でブレイクダウンが発生すると考えられている。したがって、上記のＴＺＤＢ法やＴＤＤＢ法では、このような現象を利用することによって、シリコンウエーハに存在するＣＯＰ等を高感度に検出してシリコンウエーハの評価を行うことができる。
【０００９】
前述したように、絶縁破壊電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以上の酸化膜をＣモードと呼んで良品と判定しているが、この良品の中には電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以上の電界を印加することによって破壊される酸化膜と、８ＭＶ／ｃｍ以上の電界を印加しても破壊されない酸化膜がある。この８ＭＶ／ｃｍ以上の電界を印加することによって破壊される酸化膜の破壊原因の一つとして酸素析出核が挙げられる（例えば特許文献２参照）。酸素析出核はＣＯＰに比べてサイズがかなり小さいため、前記酸素析出核がウエーハ表面に存在する酸化膜は、Ｂモード不良となる電界強度３〜８ＭＶ／ｃｍよりも高電界側で絶縁破壊する。そのため、良品と判定されるＣモードの酸化膜の中でも８ＭＶ／ｃｍ以上の電界を印加することによって破壊される酸化膜が発生する。
【００１０】
一方、シリコンウエーハの主表面には、上記ＣＯＰ、酸素析出核の他に深さの浅い凹形状の欠陥（以下、ピットと呼ぶ）が存在している。このようなピットは、シリコンウエーハ加工時のダメージや、近年用いられるようになったアニールウエーハに行われるアニールによって完全に消滅できなかったＣＯＰが主原因と考えられ、図５のような断面形状を有している。近年、半導体デバイスの高集積化・微細化に伴い、シリコンウエーハの高品質化を図る上でこのようなウエーハ主表面に存在しているピットを高精度に評価することが求められてきている。しかしながら、このような凹形状のピットは、ウエーハに酸化膜及び電極を形成してＴＺＤＢ法やＴＤＤＢ法を行ったとしても、不良として判断できる絶縁破壊が起こり難いため、ＧＯＩ評価によってピットの存在を十分な感度で高精度に検出することができず、良品との区別が困難であるという問題があった。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−１７８８００号公報
【特許文献２】特開２００２−２３１７７９号公報
【非特許文献１】Ｍ．Ｔａｍａｔｓｕｋａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｍｅｄｉｕｍ  Ｆｉｅｌｄ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  Ｏｒｉｇｉｎ  ｏｎ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｅｆｅｃｔｓ”,Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３７，１２３６（１９９８）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、ＣＯＰ等の結晶欠陥だけでなく、従来では検出が困難であった浅い凹形状の欠陥（ピット）等も高感度で検出して、シリコンウエーハを高精度にまた高い信頼性で評価することのできるシリコンウエーハの評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明によれば、シリコンウエーハに酸化膜と電極とを順次形成してＭＯＳキャパシタを作製した後、前記形成した電極から酸化膜に電界を印加して該酸化膜の絶縁破壊特性を測定することによってシリコンウエーハを評価する方法において、先ず、前記酸化膜に電界を印加するプレ印加工程を行った後、該プレ印加工程で絶縁破壊しなかったＭＯＳキャパシタの酸化膜に一定の電流または電圧を印加して、該酸化膜に経時的な絶縁破壊を生じさせてその絶縁破壊特性を測定する絶縁破壊特性測定工程を行うことによって、前記シリコンウエーハの評価を行うことを特徴とするシリコンウエーハの評価方法が提供される（請求項１）。
【００１４】
このように、シリコンウエーハにＭＯＳキャパシタを作製した後、その酸化膜に電界を印加するプレ印加工程を行うことにより、例えばウエーハ主表面に存在する凹形状のピットの位置に形成されている酸化膜の膜厚不均一部分に電界集中によるストレスを付加して歪みを形成でき、その後、その酸化膜に一定の電流または電圧を連続的に印加して、酸化膜に経時的な絶縁破壊を生じさせてその絶縁破壊特性を測定する絶縁破壊特性測定工程（以下、単に測定工程と略すことがある）を行うことにより、歪みが形成されている酸化膜を容易に絶縁破壊させることができる。したがって、このようにしてシリコンウエーハの評価を行うことにより、従来では検出が困難であった深さの浅い凹形状を有するピットを高感度で検出することが可能となり、シリコンウエーハの評価を高精度にまた高い信頼性で行うことができる。
【００１５】
このとき、前記プレ印加工程において、前記酸化膜に最大で５ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下の電界強度で電界を印加することが好ましい（請求項２）。
このように、プレ印加工程で酸化膜に印加する電界の最大の電界強度を５ＭＶ／ｃｍ以上とすることにより、ピットの存在する位置の酸化膜にストレスを付加して確実に歪みを形成することができる。また、酸化膜に印加する電界の最大の電界強度を１５ＭＶ／ｃｍ以下、より好ましくは８ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下にすることにより、従来のＡ、Ｂ、Ｃモードで破壊された酸化膜と、破壊されない酸化膜とを明確に安定して分離できる。
【００１６】
また、前記プレ印加工程において、前記酸化膜に電界強度を階段状に徐々に上昇させて電界を印加することが好ましく（請求項３）、また、前記プレ印加工程で電界を印加した際に、絶縁破壊が生じた酸化膜の絶縁破壊電界強度を検出することができる（請求項４）。
【００１７】
このように、プレ印加工程で酸化膜に印加する電界の電界強度を階段状に徐々に上昇させて電界の印加を行うことにより、所望の強度の電界を短時間で安定して印加することができる。そして、このように電界強度を階段状に徐々に上昇させて電界を印加すれば、絶縁破壊が生じた酸化膜の絶縁破壊電界強度を容易に測定することができ、それによって、ＣＯＰ等の結晶欠陥を高精度に検出してシリコンウエーハの評価を一層高精度に行うことができる。
【００１８】
さらに、前記絶縁破壊特性測定工程において、前記酸化膜に電界強度換算で５ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下の電界強度で電界を印加することが好ましい（請求項５）。
このように、測定工程で酸化膜に５ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下の電界強度で電界を印加することにより、ウエーハ主表面に存在するピットの位置に形成されている酸化膜を確実に絶縁破壊することができ、その絶縁破壊特性を高精度に測定することができる。
【００１９】
この場合、前記絶縁破壊特性測定工程において、前記酸化膜を加熱した状態で電流または電圧の印加を行って、該酸化膜の絶縁破壊特性の測定を行うことが好ましい（請求項６）。
このように、測定工程において、酸化膜を加熱した状態で電流または電圧の印加を行うことによって、ピットが存在している箇所の酸化膜をより早く、容易にかつ安定して絶縁破壊することができる。
【００２０】
また、本発明のシリコンウエーハの評価方法では、前記絶縁破壊特性測定工程における絶縁破壊特性の測定を、前記酸化膜に一定の電流を印加する場合は、前記酸化膜に加えられる電圧の経時変化をモニタリングして、１ＭＶ／ｃｍ以上の電圧変化が発生した時に絶縁破壊と判定することによって行い、また前記酸化膜に一定の電圧を印加する場合は、前記酸化膜に流れる電流の経時変化をモニタリングして、０．０１ｍＡ／ｃｍ２以上の電流変化が発生した時に絶縁破壊と判定することによって行うことが好ましい（請求項７）。
本発明の評価方法では、このようにして測定工程で絶縁破壊の判定を行うことができ、それによって、酸化膜の絶縁破壊特性を高精度に安定して測定することができる。
【００２１】
特に、本発明では、前記シリコンウエーハに複数のＭＯＳキャパシタを作製し、該作製した複数のＭＯＳキャパシタを用いて酸化膜の絶縁破壊特性の測定を行うことができる（請求項８）。
このように、シリコンウエーハに複数のＭＯＳキャパシタを作製し、これらのＭＯＳキャパシタを用いて酸化膜の絶縁破壊特性の測定を行うことにより、酸化膜の良否を複数のＭＯＳキャパシタで安定して判定できるため、シリコンウエーハの評価を一層高精度にかつ高い信頼性で行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のシリコンウエーハの評価方法によれば、深さの浅い凹形状を有するピットの存在する位置の酸化膜を容易に絶縁破壊させることができるので、ＣＯＰ等の結晶欠陥だけでなく、従来では検出が困難であった浅い凹形状のピット等を不良として高感度で検出することが可能となり、シリコンウエーハの評価を高精度にまた高い信頼性で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
一般に、シリコンウエーハの主表面に存在するピットは、ＣＯＰとは異なり、浅い凹状でなだらかな形状を有している。そのため、例えば図５に示すように、シリコンウエーハ３に酸化膜２及びポリシリコン電極４を形成してＭＯＳキャパシタを作製した場合、このようなピットのみが存在する部分の酸化膜に対して、従来のＧＯＩ評価のようなＣＯＰの存在する部分の酸化膜が絶縁破壊を起こすような電界を印加しても、ピット周辺では電界の集中が生じるような箇所がなく絶縁破壊を生じさせにくいため、ピットの検出が困難であったと考えられる。
【００２４】
そこで、本発明者は、このようなウエーハ主表面に存在するピットに起因する不良等を、酸化膜の絶縁破壊特性を測定することにより検出できる方法について鋭意実験及び検討を重ねた。その結果、このようなピットの存在する位置に形成されている酸化膜を絶縁破壊するためには、酸化膜に歪みを形成するための電界印加と、酸化膜の絶縁破壊特性を測定するための電界印加の２回の電界印加を行えば良いと考え、このような２回の電界印加を行うことにより、ＣＯＰ等に起因する不良だけでなく、従来のＧＯＩ評価では検出することが困難であった深さの浅い凹形状のピットに起因する不良も高感度に検出して、シリコンウエーハを高精度に評価できることを見出し、本発明を完成させた。
【００２５】
すなわち、本発明のシリコンウエーハの評価方法は、シリコンウエーハに酸化膜と電極とを順次形成してＭＯＳキャパシタを作製した後、前記形成した電極から酸化膜に電界を印加して該酸化膜の絶縁破壊特性を測定することによってシリコンウエーハを評価する方法において、先ず、前記酸化膜に電界を印加するプレ印加工程を行った後、前記酸化膜に一定の電流または電圧を印加して、該酸化膜に経時的な絶縁破壊を生じさせてその絶縁破壊特性を測定する絶縁破壊特性測定工程を行うことによって、前記シリコンウエーハの評価を行うことに特徴を有するものである。
【００２６】
以下、本発明によるシリコンウエーハの評価方法について、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。図１に本発明のシリコンウエーハの評価方法の一例を示すフロー図を示す。
【００２７】
（ＭＯＳキャパシタの作製）
最初に、評価対象となるシリコンウエーハを準備し、このシリコンウエーハに酸化を行って酸化膜（ゲート酸化膜）を形成する。この酸化膜の形成は、例えば、シリコンウエーハをボートに載置して横型熱処理炉もしくは縦型熱処理炉に投入し、酸素雰囲気下で熱処理を行うことにより容易に形成することができる。
【００２８】
次に、シリコンウエーハに形成した酸化膜上にポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）を成長させる。このポリシリコン膜は、例えば、熱処理炉から取り出したシリコンウエーハをＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に投入し、減圧下もしくは常圧下でモノシラン等の成長ガスを装置の反応容器内へ導入することにより成長させることができる。そして、上記のようにポリシリコン層を堆積した後、リン等の不純物を熱拡散法またはイオン注入法を用いてポリシリコン層中にドープして、抵抗率の低いポリシリコン層を形成する。尚、ポリシリコン層の堆積時に、同時に不純物もドープするようにして低抵抗率のポリシリコン層を形成することもできる。
【００２９】
その後、上記のように形成した低抵抗率のポリシリコン層に、例えばレジスト塗布、露光、現像という一連のフォトリソグラフィ工程を施した後エッチング工程を行なうことによって、酸化膜上の所望の位置にポリシリコン電極を形成することができる。このようにしてシリコンウエーハ上に酸化膜及びポリシリコン電極が形成されたＭＯＳキャパシタを作製することができる。
【００３０】
（プレ印加工程）
次に、図２に示したように、酸化膜２及びポリシリコン電極４を主表面に形成したシリコンウエーハ３を、電界強度測定装置１０のステージ５に載置した後、移動自在に支持されているプローブ７の下端をＭＯＳキャパシタ１のポリシリコン電極４に接触させる。このプローブ７は、印加する電圧または電流の大きさを変化させることのできる可変電源６の一端子に接続されており、また一方、可変電源６の他端子は電界強度測定装置１０のステージ５に接続されている。さらに、可変電源６にはその印加電圧を測定する電圧計８が並列接続されており、プローブ７と可変電源６との間には電流計９が介装されている。
【００３１】
このような電界強度測定装置１０を用いて、プローブ７をポリシリコン電極４に接触させると、可変電源６がオンとなり、ＭＯＳキャパシタ１の酸化膜２に電界を印加してプレ印加工程を行うことができる。このとき、本発明の評価方法では、ピットの存在する酸化膜の膜厚不均一部分に歪みを形成させる大きさの電界強度で電界を印加することが重要である。このようにプレ印加工程で電界を印加することにより、ウエーハの主表面に存在する凹形状のピットの位置に形成されている酸化膜の膜厚不均一部分（ピットのコーナー部）に電界集中によるストレスを付加して、容易に歪みを形成することができる。
【００３２】
この場合、酸化膜に印加する電界の電界強度の大きさを、５ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下とすることが好ましい。このプレ印加工程で酸化膜に印加する電界の電界強度が５ＭＶ／ｃｍ未満であると、酸化膜に付加されるストレスが小さ過ぎて十分な歪みを形成できず、その後の測定工程においてピットの存在する位置で酸化膜が絶縁破壊しないことが考えられる。したがって、このように酸化膜に印加する電界の電界強度を５ＭＶ／ｃｍ以上とすることにより、ピットの位置における酸化膜の膜厚不均一部分に十分なストレスを付加して歪みを確実に形成することができる。また、酸化膜に印加する電界の電界強度を１５ＭＶ／ｃｍ以下、より好ましくは８ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下にすることにより、プレ印加工程でＡモード、Ｂモード、さらに酸素析出核に起因してＣモードで破壊される酸化膜と、破壊されない酸化膜とを明確に安定して分離することができる。
【００３３】
また、本発明では、プレ印加工程で酸化膜に電界を印加する方法は特に限定されないが、例えば図３（ａ）に示すように、可変電源を用いて電圧を階段状に徐々に上昇させて印加することが好ましい（この場合、酸化膜に流れる電流は図３（ｂ）のような推移を示す）。プレ印加工程でこのような電圧の印加を行うことにより、電界を酸化膜に電界強度が階段状に徐々に上昇するようにして印加することができるため、所望の強度の電界を短時間で安定して印加することができる。
【００３４】
そして、このように電界強度を階段状に徐々に上昇させて電界を印加すれば、Ａ、Ｂ及びＣモードで絶縁破壊が生じた酸化膜の絶縁破壊電界強度を容易に検出することができ、それによって、酸化膜中のピンホールなどの短絡によって生じるＡモードの絶縁破壊や、ＣＯＰ等の結晶欠陥に起因するＢモード、並びに酸素析出核に起因する絶縁破壊を正確に測定することが可能となり、シリコンウエーハの評価を一層高精度に行うことができる。
このようにしてプレ印加工程で所望の電界強度で電界を印加し終えたら、可変電源６をオフとし、プローブ７を電極４から離す。
【００３５】
（絶縁破壊特性測定工程）
続いて、上記のようにプレ印加工程を行った後、再びプローブをポリシリコン電極に接触させて、可変電源から酸化膜に一定の電流または電圧を印加する絶縁破壊特性測定工程を行う。例えば、図４（ａ）に示したように、可変電源から酸化膜に一定の値の電流を連続的に印加することにより（この場合、酸化膜の電圧は図４（ｂ）のようになる）、上記のプレ印加工程でピットが存在する位置の酸化膜は歪みが形成されて膜質が劣化しているので、このピットの位置の酸化膜に経時的な絶縁破壊を容易に生じさせて、酸化膜の絶縁破壊特性を高精度に測定することができる。尚、本発明では、上記のプレ印加工程を行った後、プローブを電極から離さずに、連続して測定工程を行うこともできる。
【００３６】
このとき、酸化膜に印加する一定電流または電圧の大きさは、電界強度換算で、５ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下とすることが好ましい。酸化膜に印加する電界の電界強度が５ＭＶ／ｃｍ未満の場合は、酸化膜に付加されるストレスが小さ過ぎて、ピットの存在する位置の酸化膜に絶縁破壊を生じさせるのに時間を要し、コストアップを招く恐れがある。また、酸化膜に印加する電界の電界強度が１５ＭＶ／ｃｍを超えると、判定電圧または判定電流の測定精度の低下を招いて、酸化膜の絶縁破壊特性を正確に測定することが困難になる恐れがある。したがって、測定工程において酸化膜に電界強度換算で５ＭＶ／ｃｍ以上１５ＭＶ／ｃｍ以下の電界強度で電界を印加することにより、ピットの位置にある酸化膜を確実に絶縁破壊することができ、その絶縁破壊特性を高精度に測定することができる。
【００３７】
さらに、酸化膜の絶縁破壊特性の測定を行う際に、酸化膜を加熱した状態で電流または電圧の印加を行うことが好ましい。このように酸化膜を加熱した状態で電流または電圧の印加を行えば、ピットが存在する箇所の酸化膜をより容易に短時間で絶縁破壊することができる。
【００３８】
また、このような測定工程において、酸化膜の絶縁破壊特性は、例えば酸化膜に一定の電流を印加する場合は、酸化膜に加えられる電圧の経時変化をモニタリングして、１ＭＶ／ｃｍ以上の電圧変化が発生した時に絶縁破壊と判定し、また酸化膜に一定の電圧を印加する場合は、前記酸化膜に流れる電流の経時変化をモニタリングして、０．０１ｍＡ／ｃｍ２以上の電流変化が発生した時に絶縁破壊と判定することによって、高精度に安定して測定することができる。
そして、酸化膜の絶縁破壊特性の測定が終了したら、可変電源６をオフにしてプローブ７を電極から離すようにする。
【００３９】
以上のように、本発明によれば、深さの浅い凹形状を有するピットが存在する位置に形成されている酸化膜を容易に絶縁破壊させることが可能となるので、ウエーハに形成した酸化膜の絶縁破壊特性を測定することにより、ＣＯＰや酸素析出核等の結晶欠陥だけでなく、従来では検出が困難であった浅い凹形状のピット等の不良を高感度で検出することができる。したがって、ＣＯＰや酸素析出核等の結晶欠陥やピットが存在して不良となる酸化膜と、結晶欠陥やピットがなく破壊されない良品の酸化膜との判別を従来よりも非常に正確に行うことができるようになり、シリコンウエーハの評価を高精度にかつ高い信頼性で行うことができる。
【００４０】
特に、本発明では、シリコンウエーハに複数のＭＯＳキャパシタを作製し、その作製した複数のＭＯＳキャパシタを用いて酸化膜の絶縁破壊特性の測定を行うことができ、それによって、酸化膜の良否を複数のＭＯＳキャパシタで安定して判定できるため、シリコンウエーハの評価を一層高精度にかつ高い信頼性で行うことができる。
【実施例】
【００４１】
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。
（実施例）
先ず、評価対象となる試料として、直径２００ｍｍでボロンをドープしたＰ型のシリコンウエーハを１００枚準備した。次に、これらのシリコンウエーハをボートに載置して縦型熱処理炉に投入し、９００℃の乾燥酸素雰囲気下で熱処理を行って２５ｎｍの酸化膜をウエーハ主表面に形成した。その後、酸化膜を形成したシリコンウエーハをＣＶＤ装置に投入し、リンをドープしながら酸化膜上にポリシリコン層を成長させた。このとき、成長したポリシリコン層の厚さは３００ｎｍであり、抵抗値はシート抵抗にして約２５Ω／ｓｑ．であった。
【００４２】
続いて、このポリシリコン層にフォトリソグラフィ工程でパターンニングを行なった後、エッチング工程においてフッ硝酸によるウエットエッチングでポリシリコン層の除去を行うことによって、ポリシリコン層を電極としたＭＯＳキャパシタをウエーハ面内に１０１個作製した。尚、今回作製したＭＯＳキャパシタの電極面積は８ｍｍ２となるようにした。その後、シリコンウエーハの裏面に形成されているシリコン酸化膜を除去するために、シリコンウエーハの表面側にレジストを塗布し、希フッ酸によるウエットエッチングを行った。
【００４３】
このようにしてＭＯＳキャパシタの作製を行った１００枚のシリコンウエーハの中から５枚のウエーハを抜き取って、それぞれのシリコンウエーハにフルオートプローバの電界強度測定装置を用いてプレ印加工程を行った。このプレ印加工程では、酸化膜に対して、電界強度を０ＭＶ／ｃｍから１５ＭＶ／ｃｍまで０．２５ＭＶ／ｃｍのステップで階段状に徐々に上昇させて電界を印加した（酸化膜厚２５ｎｍの場合、電圧を３７．５Ｖまで０．６２５Ｖのステップで印加する）。このようなプレ印加工程において、シリコン酸化膜がピンホール等の偶発不良で破壊されなかったＭＯＳキャパシタのＩ−Ｖ曲線の一例を図７に示す。
【００４４】
次に、上記のプレ印加工程を行った酸化膜に一定の電流を連続的に印加し、酸化膜に加えられる電圧の経時変化をモニタリングすることにより、酸化膜の絶縁破壊特性を測定した。この測定工程において、酸化膜に印加した電流ストレスは１０ｍＡ／ｃｍ２（電界強度に換算すると、およそ１２ＭＶ／ｃｍ）である。また、電流を印加する際には、測定時間の短縮のために酸化膜の温度が１００℃となるように加熱を行った。
【００４５】
そして、上記の条件のプレ印加工程及び測定工程をシリコンウエーハに形成したＭＯＳキャパシタのうちの９９個に対して行い、各ＭＯＳキャパシタの酸化膜の絶縁破壊特性を測定した（残りの２個のＭＯＳキャパシタについては、ウエーハを電界強度測定装置のステージに載置する際の位置合わせに用いられるため、絶縁破壊特性の測定は行わなかった）。
【００４６】
このようにして得られた酸化膜の絶縁破壊特性の測定結果について、測定工程で電流を印加した直後にブレイクダウンした酸化膜を初期不良、単位面積あたりの電気量が５Ｃ／ｃｍ２未満でブレイクダウンした酸化膜を偶発不良、さらに単位面積あたりの電気量が５Ｃ／ｃｍ２を超えてブレイクダウンした酸化膜及びブレイクダウンを起こさなかった酸化膜を良品として酸化膜を判定することにより、シリコンウエーハの評価を行った。図８に、評価を行ったシリコンウエーハのうちの１枚について、その評価結果のウエーハ面内分布を示す。尚、この図８及び以下で説明する図９において、星印は良品、Ａは初期不良、Ｂは偶発不良、空欄は絶縁破壊特性の測定を行わなかった箇所を示している。
【００４７】
さらに、同じ条件で評価を行った５枚のシリコンウエーハの評価結果を表１に示す。表１に示したように、プレ印加工程及び測定工程を行って評価した５枚のシリコンウエーハは、どれもほぼ同じような良品率となる評価結果を示した。
【００４８】
【表１】
2005216993.tif 000003
【００４９】
（比較例）
前記で作製した１００枚のシリコンウエーハから別に５枚のウエーハを抜き取り、それぞれのシリコンウエーハに、プレ印加工程を行わずに、酸化膜に一定の電流を印加して酸化膜の絶縁破壊特性を測定する測定工程のみを上記実施例と同様の条件で行った。図９に、評価を行ったシリコンウエーハのうちの１枚について、その評価結果のウエーハ面内分布を示す。また、同じ条件で評価を行った５枚のシリコンウエーハの評価結果を表２に示す。表２に示したように、測定工程のみを行って評価した５枚のシリコンウエーハは、どれもほぼ同じような良品率となる評価結果を示した。
【００５０】
【表２】
2005216993.tif 000004
【００５１】
上記表１及び表２から明らかなように、実施例の評価結果では、比較例に比べてウエーハ面内で生じる初期不良及び偶発不良の箇所が増加していることがわかる。このような実施例の評価結果で初期不良及び偶発不良の箇所が増加している理由として、比較例で偶発不良として判定されるような酸化膜は本発明の評価方法により初期不良として検出され易くなり、さらに比較例で検出されなかったピット等に起因する不良は、その形状や寸法に応じて初期不良もしくは偶発不良として検出され易くなることが考えられる。これらの結果から、本発明によれば、従来では検出が困難であったピット等の不良を高精度に検出してウエーハをより高精度に評価できることがわかる。
【００５２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。
【００５３】
例えば、上記では、プレ印加工程で酸化膜に電界を印加する際に電界強度を徐々に増加させて電界の印加を行う場合を例に挙げて説明を行っているが、本発明はこれに限定されず、例えばプレ印加工程では、酸化膜に一定の大きさの電界強度で電界を連続的に印加することもできる。この場合、例えば、プレ印加工程では酸化膜に１０ＭＶ／ｃｍ程度の電界強度で電界を印加し、その後絶縁破壊特性測定工程では酸化膜に１２ＭＶ／ｃｍ程度の電界強度で電界を印加して酸化膜の絶縁破壊特性を測定すれば良く、それによって、上記で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のシリコンウエーハの評価方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の評価方法で使用する電界強度測定装置の構成を概略的に表す概略説明図である。
【図３】（ａ）は、プレ印加工程で印加する電界強度と時間との関係を表すグラフであり、（ｂ）は、酸化膜に流れる電流と時間との関係を表すグラフである。
【図４】（ａ）は、絶縁破壊特性測定工程で酸化膜に印加する電流と時間との関係を表すグラフであり、（ｂ）は、酸化膜に加えられる電界強度と時間との関係を表すグラフである。
【図５】凹形状のピットが存在する箇所に形成されたＭＯＳキャパシタの状態を概略的に説明する概略説明図である。
【図６】ＣＯＰが存在する箇所に形成されたＭＯＳキャパシタの状態を概略的に説明する概略説明図である。
【図７】プレ印加工程で絶縁破壊されなかったＭＯＳキャパシタのＩ−Ｖ曲線を表すグラフである。
【図８】実施例でシリコンウエーハの評価を行った結果のウエーハ面内分布を示すマップ図である。
【図９】比較例でシリコンウエーハの評価を行った結果のウエーハ面内分布を示すマップ図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…ＭＯＳキャパシタ、  ２…酸化膜、  ３…シリコンウエーハ、
４…ポリシリコン電極、  ５…ステージ、  ６…可変電源、
７…プローブ、  ８…電圧計、  ９…電流計、
１０…電界強度測定装置、  １２…ＣＯＰの空洞部内壁に形成される酸化膜。
【図１】
2005216993.tif 000005
【図２】
2005216993.tif 000006
【図３】
2005216993.tif 000007
【図４】
2005216993.tif 000008
【図５】
2005216993.tif 000009
【図６】
2005216993.tif 000010
【図７】
2005216993.tif 000011
【図８】
2005216993.tif 000012
【図９】
2005216993.tif 000013