(57)【要約】酸化膜電荷測定装置を監視ならびに較正するための安定化ウェーハであり、安定化ウェーハはシリコンウェーハ、シリコンウェーハ上の少なくとも１００オングストロームのＳｉＯ２層、およびＳｉＯ２界面の安定化と酸素イオンの含有によって安定化ウェーハを与えるためにＳｉＯ２層中に形成されたリンを含むリンケイ酸塩ガラス層よりなり、安定化ウェーハは酸化膜電荷試験試験装置の監視および較正に使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化膜電荷検査装置を監視および較正するための安定化ウェーハであって、
シリコンウェーハ；
該シリコンウェーハ上のＳｉＯ２層；および
ＳｉＯ２界面の安定化および酸素イオンの含有によって安定化ウェーハを与えるために該ＳｉＯ２層中に形成されたリンケイ酸塩ガラス層を組合せてなる、安定化ウェーハ。
【請求項２】
該リンケイ酸ガラス層が気体拡散リンを含む、請求項１記載の安定化ウェーハ。
【請求項３】
該リンケイ酸ガラス層が注入リンを含む、請求項１記載の安定化ウェーハ。
【請求項４】
該ＳｉＯ２層が少なくとも１００オングストロームの厚さを有する、請求項１記載の安定化ウェーハ。
【請求項５】
該リンケイ酸ガラス層の上に形成されたＭＯＳ金属コンタクトをさらに含む、請求項１記載の安定化ウェーハ。
【請求項６】
酸化膜電荷検査装置を監視および較正するための安定化ウェーハを構成および使用する方法であって：
ＳｉＯ２界面の安定化および酸素イオンの含有のために安定化ウェーハを提供するステップと；
酸化膜電荷検査装置を監視および較正するために該安定化ウェーハを使用するステップを含む方法。
【請求項７】
ＳｉＯ２界面の安定化および酸素イオンの含有のために安定化ウェーハを提供する該ステップが：
シリコンウェーハを提供するステップと；
該シリコンウェーハ上にＳｉＯ２の分極性誘電層を配置するステップと；
ＳｉＯ２の該分極性誘電層の上面にリンケイ酸ガラス層を形成するステップと；
該シリコンウェーハをアニーリングするステップを含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
該シリコンウェーハ上にＳｉＯ２の分極性誘電層を配置する該ステップが、ＳｉＯ２の該分極性誘電層を少なくとも１００オングストロームの厚さまで構成するステップよりなる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ＳｉＯ２の該分極性誘電層の上面にリンケイ酸ガラス層を形成する該ステップが、リンをＳｉＯ２の該分極性誘電層にガス拡散するステップよりなる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
アニーリングの該ステップが温度範囲約７００℃から約１０００℃の窒素アニーリングのステップよりなる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
ＳｉＯ２の該分極性誘電層の上面にリンケイ酸ガラス層を形成する該ステップが、リンをＳｉＯ２の該分極性誘電層にイオン注入するステップよりなる、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
アニーリングの該ステップが温度範囲約７００℃から約１０００℃の酸素アニーリングのステップよりなる、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
酸化膜電荷検査装置を監視および較正するために該安定化ウェーハを使用する該ステップが：
該リンケイ酸ガラス層の双極子を予備整列させるステップと；該安定化ウェーハを較正するステップを含む、請求項６記載の方法。
【請求項１４】
該リンケイ酸ガラス層の双極子を予備整列させる該ステップが、該双極子が室温にて平衡になるようにするステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
該リンケイ酸ガラス層の双極子を予備整列させる該ステップが、ユーザ定義状態で該双極子を整列するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
該安定化ウェーハを較正する該ステップが、ｐ型ウェーハには負のコロナバイアスを、ｎ型ウェーハには正のコロナバイアスを用いた熱応力印加によって、該リンケイ酸ガラス層の双極子を同一方向に整列するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
正バイアスを用いて該双極子を「プッシュ」し、それに続く負バイアスを用いた複数回の「プル」によって、該ウェーハ標準を用いた酸化膜電荷検査装置の検査を実施するステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
酸化膜電荷検査装置を監視および較正するための安定化ウェーハを構成する方法であって：
シリコンウェーハを提供するステップと；
ＳｉＯ２界面の安定化および酸素イオンの含有のために該シリコンウェーハ上にＳｉＯ２の分極誘電層を配置するステップと；
ＳｉＯ２の該分極誘電層の上面にリンケイ酸ガラス層を形成するステップと；
該シリコンウェーハをアニーリングするステップを含む方法。
【請求項１９】
該シリコンウェーハ上にＳｉＯ２の分極性誘電層を配置する該ステップが、ＳｉＯ２の該分極性誘電層を少なくとも１００オングストロームの厚さまで構成するステップよりなる、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
ＳｉＯ２の該分極性誘電層の上面にリンケイ酸ガラス層を形成する該ステップが、リンをＳｉＯ２の該分極性誘電層にガス拡散するステップよりなる、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
アニーリングの該ステップが温度範囲約７００℃から約１０００℃の窒素アニーリングのステップよりなる、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
ＳｉＯ２の該分極性誘電層の上面にリンケイ酸ガラス層を形成する該ステップが、リンをＳｉＯ２の該分極性誘電層にイオン注入するステップよりなる、請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
アニーリングの該ステップが温度範囲約７００℃から約１０００℃の酸素アニーリングのステップよりなる、請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、半導体製造プロセスの監視ならびに制御、およびその方法の分野に関し、さらに詳細には、可動イオン汚染物質を含む酸化膜電荷を測定するためにプロセスラインで使用する試験装置の較正、監視および制御に利用されるデバイスおよび方法である。
【０００２】
（関連技術の説明）
さらに処理を行うためにウェーハの安定性を測定ならびに確認する目的で、半導体ウェーハに対して各種の測定が行われる。これらの測定の一部は、帯電時間維持、ドーパント濃度、漏れならびに可動イオン濃度の許容レベルについて検査する。特に、これらの検査のうち、可動イオン濃度および他の酸化膜電荷の検出に関する検査は、プロセスラインで半導体ウェーハ上での集積回路の製造を成功させるために重要である。ナトリウムイオンまたはカリウムイオンなどの可動イオン汚染物質の監視は、十分な歩留を確保し、製品の信頼性を品質水準に維持するためにも必要である。可動イオンは通常、汚染物質または不純物質の原子によって発生する。汚染物質の主要な発生源である２つの例はナトリウムとカリウムである。ナトリウムは酸化炉内で石英製品から導入されることがあり、フォトレジスト溶液などの半導体製造プロセス中で使用される化学物質中にも存在しうる。これらの汚染物質イオンはもちろん、ボロンやリンなどの注入ドーパントイオンとは区別される。
【０００３】
一般に、可動イオン汚染物質を含む、酸化膜電荷の検査には日常的に２つの方法が使用される。これらの第１の方法は、金属−酸化物−シリコン（ＭＯＳ）構造のキャパシタンス−電圧（ＣＶ）を測定する。第２の方法は金属コンタクトを使用せずに、表面光電圧（ＳＰＶ）および酸化物表面電圧（Ｖｓ）を測定し、場合によっては、コロナ放電源によって酸化物上面に付着した電荷量を測定する。
【０００４】
第１の測定方法はＣＶを測定するために、コンタクトプローブテスタとして分類される装置を利用する。コンタクトプローブテスタ法は、半導体ウェーハ表面上のＭＯＳ電極上で、コンタクトプローブを用いて電圧を増加させるプロセスを利用し、コンタクトプローブ電量計によって測定されるウェーハ上の相当する電荷の増加を監視する。
【０００５】
第２の測定方法は、ノンコンタクトプローブテスタとして分類される装置を使用する。ノンコンタクトプローブテスタ法では、コロナガンまたはワイヤを使用して、誘電体にバイアスをかけるために電荷を付着させる。ノンコンタクトプローブテスタの例は米国特許第５，４９８，９７４号に与えられており、次のように機能する：正の誘電電界が発生するまで、ノンコンタクトコロナ放電を用いて正の極性でウェーハを帯電させる。次に、負の誘電電界が発生するまで、値が等しいが負の極性をウェーハに印加する。誘電電界を正の電界から負の電界に変化させるのに必要なコロナ放電の量を測定する。この測定した電荷Ｑｍを記録する。次いで、既知の厚さの誘電層の誘電電界電圧を、値は同じであるが、特定の正の誘電電界から負の誘電電界に変化させるのに必要なコロナ放電の理想的な量を次にウェーハに印加する。得られた理想電荷Ｑｉを次に観測する。理想電荷Ｑｉは次に測定電荷Ｑｍと比較する。測定した理想電荷Ｑｉと測定電荷Ｑｍの差は、誘電層中の可動イオンの量に正比例する。
【０００６】
しかし、可動イオン測定装置および方法に関係する主要な領域がある。可動イオン測定装置によって得られた記録および測定値を高品位にするためには、装置と方法を較正および検証する必要がある。現在、移動イオン測定装置の較正に使用される共通の方法は１つだけであり、この方法はＩＳＯ　９０００（国際標準化機構（ＩＳＯ）−品質管理および品質標準保証（９０００シリーズ））などの一般に認められた品質管理規格を満足することができない。較正のこの方法は、可動イオンによって意図的に汚染された較正ウェーハの製造よりなる。較正ウェーハの製造、または場合によっては既知であるようなウェーハ規格が望ましいが、可動イオンによって意図的に汚染されたウェーハの誘電体は使用時には予測不能であり、不安定になりがちであるため、これらの較正ウェーハは製造が困難である。較正ウェーハが予測不能かつ不安定であることによって、酸化膜電荷測定装置の較正は不正確になることがありうる。このことは次に、製造ライン装置および処理中のウェーハの不正な評価につながり、次いで欠陥のある、または十分に動作しない半導体デバイスを生み出しうる。
【０００７】
さらなる問題は、半導体製造ライン内の酸化膜電荷を制御するために、検査中のウェーハの誘電層に関係する変数とテスタ自体の変数を区別する必要があることである。
したがって、改良較正ウェーハを製造するシステムおよび方法に対する要求があった。加えて、生産ライン装置および処理中のウェーハを正しく評価するために予測性および安定性特性を備えた較正ウェーハを製造するシステムおよび方法に対する要求もあった。さらに、品質管理認証を満足できる高品質の較正ウェーハを製造するシステムおよび方法に対する要求もあった。さらになお、検査中のウェーハの誘電層に関係する変数とテスタ自体の変数を区別できる、高品質の較正ウェーハを製造するシステムおよび方法に対する要求があった。
【０００８】
（発明の概要）
本発明の目的は、改良較正ウェーハを製造するシステムおよび方法を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、生産ライン装置および処理中のウェーハを正しく評価するために予測性および安定性特性を備えた較正ウェーハを製造するシステムおよび方法を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、品質管理認証を満足できる高品質の較正ウェーハを製造するシステムおよび方法を提供することである。
【００１１】
本発明のまた別の目的は、検査中のウェーハの誘電層に関係する変数とテスタ自体の変数を区別できる、高品質の較正ウェーハを製造するシステムおよび方法を提供することである。
【００１２】
（好ましい態様の簡単な説明）
本発明の好ましい態様により、酸化膜電荷検査装置を監視および較正するための安定化ウェーハが開示される。酸化膜電荷検査装置を監視および較正するための安定化ウェーハは、シリコンウェーハ、シリコンウェーハ上のＳｉＯ２層、およびＳｉＯ２界面の安定化と酸素イオンの含有によって安定化ウェーハを与えるためにＳｉＯ２層中に形成されたリンケイ酸塩ガラス層よりなる。
【００１３】
本発明の別の態様により、酸化膜電荷検査装置を監視および較正するための安定化ウェーハを構成および使用する方法が開示される。酸化膜電荷検査装置を監視および較正するための安定化ウェーハを構成および使用する方法は、ＳｉＯ２界面の安定化と酸素イオンの含有のために安定化ウェーハを提供するステップ、および酸化膜電荷検査装置を監視および較正するために安定化ウェーハを使用するステップよりなる。
【００１４】
本発明のまた別の態様により、酸化膜電荷検査装置を監視および較正するための安定化ウェーハを構成および使用する方法が開示される。酸化膜電荷検査装置を監視および較正するための安定化ウェーハを構成および使用する方法は、シリコンウェーハを提供するステップ、ＳｉＯ２界面の安定化と酸素イオンの含有のためにシリコンウェーハ上にＳｉＯ２の分極性誘電層を配置するステップ、ＳｉＯ２層の上にリンケイ酸ガラス層を形成するステップ、およびシリコンウェーハをアニーリングするステップよりなる。
【００１５】
（好ましい態様の説明）
２つの酸化膜電荷測定方法、すなわちコンタクト法またはノンコンタクト法のどちらかを使用する場合、コンタクトおよびノンコンタクトプローブテスタの両方を監視および較正する必要がある。本発明は、コンタクトおよびノンコンタクトプローブテスタの両方と、移動イオン汚染を含む酸化膜電荷の検査方法の分野で利用できる。好ましい態様において、それは米国特許第５，４９８，９７４号に記載されているノンコンタクトプローブなどのノンコンタクトプローブテスタの監視および較正に特に有用である。
【００１６】
本発明のウェーハ標準は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層およびリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）層を有するシリコンウェーハより構成され、移動イオンコンタクトおよびノンコンタクトプローブテスタの監視および構成に使用される。ＰＳＧの極性特性は、温度およびバイアスが加えられた後にＳｉＯ２誘電体の表面ポテンシャルに変化を生じさせることによって、ＳｉＯ２における移動イオンをシミュレートしている。この現象は安定かつ再現性であり、このために移動イオンプローブテスタの構成および監視に最適となっている。
【００１７】
移動イオンプローブテスタキャリブレータは、ウェーハ標準の形であることが望ましいが、移動イオンによって意図的に汚染された誘電体が予測不能かつ不安定になりがちであるため、構成が困難である。リンケイ酸（ＰＳＧ）ガラス層の使用により、この問題が解決する。なぜなら、ウェーハ内に配置されている電荷変動などの望ましい品質を発生させる、その極性特性が、一方の極性から反対の極性に反転可能なためである。さらにウェーハの電荷変動は一定のレベルで飽和し、次に所与の応力印加電場にて、所与の時間、所与の温度にてそのレベルで維持される。加えて、ウェーハのＰＳＧ層はＳｉＯ２を不動態化する効果を持つため、増加した酸化物のＳｉ−ＳｉＯ２界面の電荷変化が防止され、それによって最終のＳｉＯ２／ＰＳＧ複合誘電体の全体的な電荷特性を固定する。したがって、本発明のＰＳＧウェーハは再現性および安定性という望ましい特性を有する。
【００１８】
これらの望ましい特性は、ＰＳＧがかつて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ゲート酸化膜への使用について検討されたが、分極効果によってその用途ではあまりに大きい閾値電圧（Ｖｔ）変化を引き起こしたため、その使用は却下されたという点で特に興味深い。しかし本発明の好ましい態様において、可動イオンのシミュレーションによって予測可能かつ安定なウェーハ標準を生み出すために、その同一の分極特性が特に有用であることがわかっている。
【００１９】
ＳｉＯ２中のＰＳＧ膜組成物は、多くのプロセスによって作成できる。ＳｉＯ２中のＰＳＧ膜組成物を製造する方法の例は、熱成長したＳｉＯ２を五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）蒸気と混合し、次に窒素アニーリングを行うことによる。Ｐ２Ｏ５蒸気は固体Ｐ２Ｏ５源、液体ＰＯＣｌ３源、スピンオングラスリン源、リンドープドＣＶＤ−ＳｉＯ２源のいずれによってもよい。
【００２０】
ＳｉＯ２中のＰＳＧ膜組成物を製造する別の方法の例は、リンのイオン注入と、その後の酸素アニーリングによる。
【００２１】
本発明のウェーハ標準は、コンタクトおよびノンコンタクトプローブテスタの両方に適している。ウェーハ標準をコンタクトプローブテスタによって使用することが望ましい場合は、望ましい態様へのさらなる追加は、ＭＯＳ構造の追加になりうる。ＭＯＳ構造は複合誘電体の上面で金属コンタクトを処理することによって形成される。さらに一部のコンタクトプローブテスタは金属コンタクトを必要とせずに、ウェーハの誘電特性を測定するように設計されており、これらのコンタクトプローブテスタは、ＭＯＳ構造金属コンタクトを有する、あるいは有しないウェーハ標準によって使用されうる。
【００２２】
本発明がノンコンタクトプローブテスタによって使用されることが望ましい場合、コロナガンまたはワイヤを用いて、電荷はウェーハ標準上に制御された方法で付着される。この付着電荷によって誘電体全体に形成された電場と、ウェーハチャック加熱によるウェーハ標準の加熱を組合わせることによって、ＰＳＧ層に電気的かつ熱的に応力を与えて分極させる。ケルビンプローブ、モンロープローブまたはその同等物を用いて、応力印加後の誘電体表面のポテンシャルを測定する。誘電体表面のポテンシャルの変化は、ＳｉＯ２の可動イオン変動（Ｑｍ）をシミュレートするために定量化する。
【００２３】
複合誘電体およびシリコンウェーハによって形成されたウェーハ標準デバイスの特性の利用可能な特定値は、単にノンコンタクトプローブテスタを使用することによって得られ、ＳＰＶ、Ｖｓおよび誘電体上面に付着した電荷を決定する。
【００２４】
好ましい態様における本発明のウェーハ標準のさらなる利点および特徴は、ＰＳＧがＳｉＯ２のすべての電荷を安定化するため、漏れ、閾値電圧（Ｖｔ）、等価電圧（Ｑｅｆｆ）、全電荷（Ｑｔｏｔ）、界面トラップ密度（Ｄｉｔ）、酸化膜トラップ（Ｄｏｔ）、フラットバンド電圧（Ｖｆｂ）、誘電体厚さ（Ｔｏ×）および表面光電圧（ＳＰＶ）の測定は、数ヶ月間、毎日毎日反復できるようになることを含む。さらにウェーハ標準は、電気、機械、熱またはコンピュータソフトウェアの成分に発する変数を含め、プローブテスタの変数を測定および制御する手段となる。その上、ウェーハ標準は本発明の好ましい態様において、酸化膜電荷テスタの監視、構成およびトラブルシューティングに使用され、別のテスタにそれを関連付けうる。
【００２５】
（構造）
最初に図１を参照すると、可動イオンプローブテスタまたは酸化膜電荷テスタを較正するためのウェーハ標準デバイス１０が示されている。好ましい態様においてウェーハ標準デバイス１０は、分極性誘電層を有するシリコンウェーハ１６である。誘電体は上部にＰＳＧ１２層を有するＳｉＯ２１４でありうる。好ましい態様においてはその場合、ＳｉＯ２は約５００から７００オングストロームの厚さまで熱成長され、ＰＳＧ１２はＳｉＯ２１４にリンを拡散するか、またはイオン注入するかのいずれかによって形成される。しかし特殊な場合では、薄くは約１００オングストローム、厚くは約１５００オングストロームの厚さまで熱成長したＳｉＯ２を使用しうる。ウェーハ標準デバイス１０を完成させるために、適切なアニーリングが行われる。
【００２６】
アニーリングはＳｉ−ＳｉＯ２界面電荷を最小限に抑え、Ｐ２Ｏ５分子の形成を確実にする必要がある。好ましい態様において、リンを注入する場合、好ましい態様においては酸素アニーリングには約９００℃から約１０００℃の温度が使用されるにもかかわらず、約７００℃から約１０００℃の酸素アニーリングを用いて酸素をプロセス内に包含させてＰ２Ｏ５を形成させる。
【００２７】
拡散を使用する場合、酸素アニーリングに使用したのと同じ温度範囲内での窒素アニーリングを利用して、ＰＯＣｌ３蒸着中にＰ２Ｏ５を形成させる。そのためＰＳＧ１２は、ＳｉＯ２１４をＰ２Ｏ５と混合することによって形成される。ＰＳＧ１２は、酸素などのイオンの移動がＰＳＧ１２内に確実に含まれるように作用する。ＰＳＧ１２はその上、ＳｉＯ２１４界面を保護かつ安定化する。
【００２８】
ＳｉＯ２１４の構造は、ＳｉＯ２の相互接続された四面体よりなる。ＰＳＧ１２を形成するためにＳｉＯ２１４をＰ２Ｏ５と混合することによって、ＰＯ４の四面体がＳｉＯ２１４の網目に含まれる。１つおきのリンイオンに結合した非架橋酸素イオンによって、ゆるく結合した酸素イオンが発生し、印加された電場の影響下で隣接するＰＯ４四面体の間を移動する。酸素イオンの移動度によって、ＰＳＧ１２の電気分極が生じる。可動イオンはＰＳＧ１２層内部にとどまっている。
【００２９】
このことは、ＳｉＯ２１４を保護するＰＳＧ１２がないときの、可動ナトリウムイオンによって汚染されたＳｉＯ２１４の一般的な場合と対照的である。このような場合、ナトリウムはＳｉＯ２１４中をランダムかつ予測不能な方法で自由に移動する。ＰＳＧ１２層に可動酸素イオンがこのように含まれることは、ＰＳＧ１２を有するＳｉＯ２１４が、テスタ上でさらに多くの再現性の移動イオン測定を行えることを説明している。
【００３０】
負の酸素イオンも、ＳｉＯ２１４を衰弱させ、不安定化させる、ナトリウムのような可動正イオンなどの酸化膜汚染物質を除くために作用する。ＰＳＧ１２層のこのような有利な効果は、数ヶ月間にわたる毎日の検査での、可動イオン測定の再現性を説明している。さらに、ＰＳＧ１２の形成は一般に、液相と同時に発生する。酸化膜上に生じた連続ガラス層は、ＳｉＯ２のみと比べて、ＰＳＧ／ＳｉＯ２複合体の誘電強度の上昇を説明し、欠陥型障害を著しく減少させる。ＰＳＧ１２によって形成された連続ガラス層の別の有利な効果は、Ｓｉ−ＳｉＯ２−ＰＳＧによって形成されたキャパシタの電荷特性全体を安定化させ、漏れ、Ｖｔ、Ｖｆｂ、Ｑｅｆｆ、Ｔｏ×、Ｄｉｔ、Ｄｏｔ、Ｑｔｏｔ、ｓｐｖ検査などの界面ならびにバルク電荷測定値の再現性を確保することである。その結果は、酸化膜電荷テスタ用のウェーハ標準として使用するのに最適なウェーハ標準デバイス１０である。
【００３１】
酸化膜テスタ検査用のウェーハ標準デバイス１０を使用する前に、一部の初期状態では、ＰＳＧ１２の双極子をランダムに混乱させうる。一貫した可動イオン測定値を得るために、双極子は秩序正しい初期状態にさせるために、較正方法の開始時に予備整列させるべきである。これは、酸化膜テスタの検査前に双極子を室温にて平衡にさせるか、ＰＳＧ１２層中に双極子を予備整列させてまた別の初期状態を定義することによって行える。
【００３２】
図＃２を参照すると、ウェーハ標準デバイス１０の較正方法が、分極層ＰＳＧ１２の双極子を同一方向に整列させることによって開始されている。ＰＳＧ１２層の場合、ｐ型ウェーハには負のコロナバイアスを、ｎ型ウェーハには正のコロナバイアスを用いた熱応力印加によって最もよく行える。予備整列させた後、一般に正バイアスを用いた「プッシュ」と、それに続く負バイアスを用いた複数回の「プル」よりなる、通常の可動イオン検査ルーチンを実施して（図＃３を参照）、完全な双極子反転および一貫した可動イオン測定値を得る。本態様は、プッシュ（図２）およびプル（図３）のこの手順に、プラスおよびマイナス８キロボルトを使用することを示している。しかし、この手順に使用された実際の電圧は、本発明のウェーハ標準デバイス１０とともに使用される装置またはプラットフォームによって変化しうる。
【００３３】
漏れ、Ｖｔ、Ｖｆｂ、Ｑｅｆｆ、Ｄｉｔ、Ｄｏｔ、Ｑｔｏｔ、ｓｐｖなどの非可動イオン酸化パラメータの検査は、ＰＳＧ１２層分極が特別な初期状態、すなわち平衡または予備整列にある場合に最もよく行われる。このことによって、ランダム分極によるＰＳＧ１２内の未知の電荷分布による影響を受けない、再現性の測定が可能となる。
【００３４】
図４を参照すると、代表的なＰＳＧ組成、温度バイアス応力状態、および時間の関数としての関連表面電圧変化が示されている。ＳｉＯ２中のＰＳＧ濃度は１から１５モルパーセントの間である。ＰＳＧの濃度は、Ｐ２Ｏ５拡散の時間、温度およびパーツパーミリオン（ｐｐｍ）によって制御される。イオン注入の場合、濃度を決めるのはリン酸イオン注入の量とエネルギーである。ＰＳＧの最終濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、または希釈ＨＦ浴中のＰＳＧのエッチ速度によって測定される。熱応力条件は、双極子の種と誘電体の型によって変化しうる。ＳｉＯ２中のＰＳＧの代表的な応力温度は１７０℃から２８０℃の範囲であり、代表的なバイアス電場は０．５×１０６ボルト／センチメートルから２．５×１０６ボルト／センチメートルの範囲である。熱応力条件のこのような組合せによって、５００オングストロームから１０００オングストロームの厚さの誘電体では、３０ミリボルトから２５０ミリボルトのフラットバンド電圧変化が生じる。これは、０．５×１０１０イオン／平方センチメートルから２０×１０１０イオン／平方センチメートルの可動イオン濃度に相当する。
【００３５】
図＃５は、ＰＳＧ濃度の変化に伴う、各種酸化膜電荷の変化を示す。ウェーハ標準デバイス１０（図１から３）は、特定の用途に望ましい電荷量をエンドユーザに与えるように製造できる。たとえばＱｍを例にとると、４×１０１０可動イオン／平方センチメートルが望ましい場合、ＰＳＧ濃度は５モル％となる。同様に４×１０１１電荷／平方センチメートルのＱｅｆｆの場合、ＰＳＧ濃度は２モル％となる。
【００３６】
発明はその好ましい態様を参照して特に表示および説明したが、当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなくその形式および詳細が変更されうることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による、酸化膜電荷検査装置を監視および較正するために使用されるデバイスの概略図である。
【図２】図２は、印加された電場および温度バイアス応力印加によるＰＳＧ層の分極後のデバイスの概略図である。
【図３】図３は、図＃２の温度バイアス応力印加反転後のデバイスの概略図である。
【図４】図４は、温度バイアス応力印加中の複合誘電体の表面ポテンシャル変化のグラフ例である。
【図５】図５は、ＰＳＧ濃度の関数としての酸化膜電荷パラメータ変化のグラフ例である。
【符号の説明】
１０　ウェーハ標準デバイス
１２　ＰＳＧ（リンケイ酸）
１４　ＳｉＯ２
１６　シリコンウェーハ
【図１】
2004507878.tif 000003
【図２】
2004507878.tif 000004
【図３】
2004507878.tif 000005
【図４】
2004507878.tif 000006
【図５】
2004507878.tif 000007
【国際公開パンフレット】
2004507878.tif 000008
2004507878.tif 000009
2004507878.tif 000010
2004507878.tif 000011
2004507878.tif 000012
2004507878.tif 000013
2004507878.tif 000014
2004507878.tif 000015
2004507878.tif 000016
2004507878.tif 000017
2004507878.tif 000018
2004507878.tif 000019
2004507878.tif 000020
2004507878.tif 000021
2004507878.tif 000022
2004507878.tif 000023
2004507878.tif 000024
【国際調査報告】
2004507878.tif 000025