(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハのＣ−Ｖ特性を非接触で測定する非接触型Ｃ−Ｖ測定器を用い、半導体ウェハ上に酸化膜を形成するためのガス供給ラインを持たない半導体熱処理装置の汚染評価を行う半導体熱処理装置の評価方法であって、
酸化膜の特性が膜内電荷量で１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下である酸化膜付き半導体ウェハを準備する工程と、
その半導体ウェハを評価対象の半導体熱処理装置にて熱処理する工程と、
熱処理後の半導体ウェハについて酸化膜の特性を前記非接触型Ｃ−Ｖ測定器により測定する工程と、
該測定の結果から半導体熱処理装置の汚染評価を行う工程と、
を有することを特徴とする半導体熱処理装置の評価方法。
【請求項２】
酸化膜の膜内電荷量を１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下とした初期特性と、熱処理後に測定した膜内電荷量との差分から汚染評価を行う請求項１に記載の半導体熱処理装置の評価方法。
【請求項３】
予め準備される酸化膜付き半導体ウェハの酸化膜厚は、２．０ｎｍ以上である請求項１又は２に記載の半導体熱処理装置の評価方法。
【請求項４】
予め準備される酸化膜付き半導体ウェハは、９５０℃以上の温度で熱酸化処理されたものである請求項１〜３の何れかに記載の半導体熱処理装置の評価方法。
【請求項５】
半導体ウェハを熱酸化処理装置で熱酸化処理した後、酸化膜の膜内電荷量を測定してイニシャル評価を実施し、その測定値が１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下であることを条件に、熱酸化処理後の半導体ウェハを評価対象装置で熱処理し、該装置の評価を実施する請求項１〜４の何れかに記載の半導体熱処理装置の評価方法。
【請求項６】
評価対象装置による熱処理前の半導体ウェハと熱処理後の半導体ウェハとについて、非接触型Ｃ−Ｖ測定器により同一点でＣ−Ｖ特性を測定する請求項１〜５の何れかに記載の半導体熱処理装置の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ上に酸化膜を形成するためのガス供給ラインを持たない半導体熱処理装置の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置にて処理された熱酸化膜質を評価する手法としてＣ−Ｖ評価手法が知られている。このＣ−Ｖ評価は、ＭＩＳ構造（Metal-Insulator-Semiconductor ）のパターン成形後、電極−半導体ウェハ間に電圧を印加することにより、熱酸化膜の容量変化から膜内電荷量や界面準位、可動イオン取り込み量を測定する技術であり、主に汚染評価に用いられている。こうしたＣ−Ｖ評価技術により、熱酸化処理装置の汚染評価手法は既に確立されている。これに対し、減圧ＣＶＤ装置や拡散熱処理炉など、半導体ウェハ上の酸化膜形成のためのガス供給ラインを持たない半導体熱処理装置については、汚染評価手法が未だ確立されていない。
【０００３】
つまり、上記ＭＩＳ構造のＣ−Ｖ評価時には、酸化膜上の電極成形が必要となる。しかしながら、酸化膜上に電極を形成した後、半導体ウェハを評価対象である半導体熱処理装置に投入すると、電極部によるメタル汚染が生じてしまい、半導体熱処理装置の汚染評価が不可能となる。図５を用いて説明すると、（ａ）に示すように、イニシャルの熱酸化処理後に電極形成、Ｃ−Ｖ測定を実施した場合、熱酸化処理とは異なる別の熱処理装置（評価対象設備）への再投入を行うことができない。
【０００４】
また、電極形成前の酸化膜付き半導体ウェハを評価対象の半導体熱処理装置に投入して熱処理を行い、その後、酸化膜上に電極を形成してＣ−Ｖ評価を行うことも考えられる。図５を用いて説明すると、（ｂ）に示すように、イニシャルの熱酸化処理後に評価対象設備に投入し、同設備にて非酸化熱処理を実施する。そして、半導体ウェハを払い出した後、Ｃ−Ｖ測定用の電極パターンを形成し、Ｃ−Ｖ測定を実施する。
【０００５】
しかしながらこの場合は、仮にＣ−Ｖ測定結果から汚染発生であると評価されても、それが評価対象設備での汚染によるものか、或いは半導体ウェハの初期特性として当初から存在したものかが判別できない。また、電極形成の工程などで追加汚染が生じる等、別要因の汚染を受けることも考えられる。以上のことから、高精度なＣ−Ｖ評価が実施できないという問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、非接触型Ｃ−Ｖ測定器を用い、半導体ウェハ上の酸化膜形成のためのガス供給ラインを持たない半導体熱処理装置の汚染評価を高精度に実施することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
非接触型Ｃ−Ｖ測定器は、半導体ウェハの電気的特性であるＣ−Ｖ特性を非接触で測定するものであり、同Ｃ−Ｖ測定器を用いる場合、半導体ウェハの酸化膜上に形成される電極が不要となる。それ故、Ｃ−Ｖ測定済みの酸化膜付き半導体ウェハであっても、それ以後に熱処理を実施することが可能となる。本発明では、この非接触型Ｃ−Ｖ測定器を用い、半導体ウェハ上の酸化膜形成のためのガス供給ラインを持たない半導体熱処理装置の汚染評価を行う。
【０００８】
その評価方法にあっては、酸化膜の特性が膜内電荷量で１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下である酸化膜付き半導体ウェハが準備され、その半導体ウェハが、評価対象の半導体熱処理装置にて熱処理される。その後、熱処理後の半導体ウェハについて酸化膜の特性が非接触型Ｃ−Ｖ測定器により測定され、該測定の結果から半導体熱処理装置の汚染評価が行われる。なお、［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］は１センチ四方内におけるイオン数を示す単位である。
【０００９】
この場合、酸化膜の初期特性が予め制限されることから、評価対象の半導体熱処理装置について酸化膜の特性変動量に基づく汚染評価が可能となる。つまり、酸化膜のＣ−Ｖ特性として測定される膜内電荷量は、図３に示す可動電荷Ｑｍ、酸化膜トラップ電荷Ｑｏｔ、固定酸化膜電荷Ｑｆ及び界面準位Ｑｉｔを全て含む電荷量である。この場合、可動電荷Ｑｍと酸化膜トラップ電荷Ｑｏｔは汚染起因となるのに対し、固定酸化膜電荷Ｑｆと界面準位Ｑｉｔは汚染起因とならない。従って、固定酸化膜電荷Ｑｆと界面準位Ｑｉｔが、評価対象装置での熱処理以前に過剰に存在すると、汚染評価が正しく実施できない。本発明では、初期の膜内電荷量を制限することで上記の固定酸化膜電荷Ｑｆや界面準位Ｑｉｔを微小量に規制し、ひいては汚染評価の高精度化を図ることとしている。
【００１０】
また特に、評価用ウェハとなる酸化膜付き半導体ウェハは、熱処理前の膜内電荷量が１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下に制限されるため、外乱要因を排除した適切な評価が可能となる。すなわち、図４は、膜内電荷量と酸化膜ばらつきとの関係について本願出願人より得られた実験データを示す。図４から分かるように、膜内電荷量が１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］よりも大きいと、酸化膜ばらつきが大きく、汚染評価の信頼性が低い。これに対し、膜内電荷量が１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下であれば、酸化膜ばらつきが微小となり、汚染評価の信頼性が向上する。
【００１１】
なお、膜内電荷量の初期値が小さいほど電荷の変動量が好感度にモニタでき、該電荷量の初期値としてより望ましくは、８Ｅ１０［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下であると良い。
【００１２】
また、請求項２に記載したように、酸化膜の膜内電荷量を１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下とした初期特性と、熱処理後に測定した膜内電荷量との差分から汚染評価を行うと良い。この場合、膜内電荷量の初期値にばらつきがあっても汚染状況が正しく判断できる。
【００１３】
予め準備される酸化膜付き半導体ウェハの初期条件として、請求項３に記載したように、酸化膜厚は２．０ｎｍ以上であると良い。但しより望ましくは、酸化膜厚は３．０ｎｍ以上であると良い。更に、請求項４に記載したように、９５０℃以上の温度で熱酸化処理されたものであると良い。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、半導体ウェハを熱酸化処理装置で熱酸化処理した後、酸化膜の膜内電荷量を測定してイニシャル評価を実施する。そして、その測定値が１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下であることを条件に、熱酸化処理後の半導体ウェハを評価対象装置で熱処理し、該装置の評価を実施する。この場合、熱酸化処理装置にて使用した評価用ウェハをそのまま用い、評価対象の半導体熱処理装置の評価が実施できるため、評価用ウェハが共用でき、コスト低減を図ることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、評価対象装置による熱処理前の半導体ウェハと熱処理後の半導体ウェハとについて、非接触型Ｃ−Ｖ測定器により同一点でＣ−Ｖ特性を測定する。これにより、測定点が異なることによる外乱要因が減り、評価精度がより一層向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、非接触型Ｃ−Ｖ測定器を用い、半導体ウェハのＣ−Ｖ特性を非接触で測定することを前提としている。先ずはじめに、非接触Ｃ−Ｖ測定の概要について図１の概念図を用いて説明する。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、半導体ウェハ１０は、半導体基板１１とその表面に形成された酸化膜１２とからなる。酸化膜１２の上方には、微小なエアギャップＧを隔てて測定用電極１３が配置されている。そして、図示しない測定器により図のＡ，Ｂ間に電圧が印加され、半導体ウェハ１０のＣ−Ｖ特性が測定されるようになっている。
【００１８】
この場合、図１（ｂ）に示すように、Ａ−Ｂ間の静電容量は、半導体基板１１の静電容量Ｃｄと酸化膜１２の静電容量ＣｏｘとエアギャップＧの静電容量Ｃａｉｒとが直列接続された形で表される。ここで、エアギャップ長さが分かれば、エアギャップＧの静電容量Ｃａｉｒが容易に求められる。従って、Ｃ−Ｖ測定結果より静電容量Ｃａｉｒを減算すれば、エアギャップ分を含まない半導体ウェハ１０の容量が算出できる。これは、接触型Ｃ−Ｖ測定器を用いた場合のＣ−Ｖ測定結果と同等の値となる。特に本実施の形態では、Ｃ−Ｖ特性として酸化膜１２の膜内電荷量を測定する。
【００１９】
ところで本実施の形態では、上記の非接触型Ｃ−Ｖ測定器を用い、半導体ウェハ上に酸化膜を形成するためのガス供給ライン（例えば酸素供給ライン）を持たない半導体熱処理装置について汚染評価を行うこととしており、その手順を図２を参照しながら説明する。因みに、非接触型Ｃ−Ｖ測定器を用いることで、酸化膜上の電極形成が不要となり、イニシャルのＣ−Ｖ測定を実施した後であっても、同一の半導体ウェハ（評価用ウェハ）を評価対象の半導体熱処理装置に投入することが可能となっている。
【００２０】
先ず、半導体ウェハに対してイニシャルの熱酸化処理を行い、評価用ウェハである酸化膜付き半導体ウェハを作成する（Ｓ１）。このとき、評価用ウェハは９５０℃以上の温度で熱酸化処理されたものであり、その酸化膜厚は２．０ｎｍ以上（より望ましくは３．０ｎｍ以上）であると良い。つまり、熱酸化処理の温度が９５０℃以上であれば、酸化膜の粘性流動による界面ストレスが緩和される。また、酸化膜厚が２．０ｎｍ以上であれば、酸化膜の歪みが防止され、ひいてはそれに起因する電荷増加による擬似汚染が防止される。
【００２１】
次に、熱酸化処理後の半導体ウェハについて、非接触型Ｃ−Ｖ測定器によるイニシャルＣ−Ｖ測定を実施し、汚染及び擬似汚染がないレベルの判定を実施する（Ｓ２）。このとき、膜内電荷量が１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下であることを判定基準とし、この判定基準を満たさなければその半導体ウェハを廃棄処分とする。これは、膜内電荷量が判定基準よりも大きいと、後述する熱処理後における電荷変動量がイニシャルＣ−Ｖ特性内に隠れてしまい、Ｃ−Ｖ特性の差分評価ができなくなるおそれがあるためである。
【００２２】
膜内電荷量が１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下であるという判定基準を満たせば、その半導体ウェハを、酸化膜形成用のガス供給ラインを持たない半導体熱処理装置である評価対象設備に投入し（Ｓ３）、不活性ガス雰囲気で非酸化熱処理を実施する（Ｓ４）。この作業により、半導体ウェハの酸化膜中に不純物が取り込まれる。熱処理後、半導体ウェハを評価対象設備から取り出す（Ｓ５）。
【００２３】
その後、非接触型Ｃ−Ｖ測定器によるアフターＣ−Ｖ測定を実施する（Ｓ６）。このとき、イニシャルＣ−Ｖ測定時と同一点でＣ−Ｖ特性を測定する。最後に、アフターＣ−Ｖ測定の結果と、前述のイニシャルＣ−Ｖ測定の結果との差分解析により、評価対象設備の汚染評価を実施する（Ｓ７）。
【００２４】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
酸化膜の初期特性が予め制限されることから、評価対象の半導体熱処理装置について酸化膜の特性変動量に基づく汚染評価が可能となる。つまり、初期の膜内電荷量を制限することで図３の固定酸化膜電荷Ｑｆや界面準位Ｑｉｔが微小量に規制され、ひいては汚染評価の高精度化が図られる。特に、評価用ウェハとなる酸化膜付き半導体ウェハは、初期の膜内電荷量が１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下に制限されるため、酸化膜ばらつきが微小となり（図４参照）、外乱要因を排除した適切な評価が可能となる。
【００２５】
熱酸化処理装置にて使用した評価用ウェハをそのまま用い、評価対象である半導体熱処理装置の評価を実施するため、評価用ウェハが共用でき、コスト低減を図ることができる。
【００２６】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、半導体ウェハのイニシャルＣ−Ｖ測定結果と、アフターＣ−Ｖ測定結果との差分解析により汚染評価を実施したが、アフターＣ−Ｖ測定結果だけから汚染評価を実施しても良い。つまり、本発明の評価手法では、イニシャルのＣ−Ｖ測定結果が所定の判定基準内で規制されることとなっているため、汚染による電荷変動量が大きければアフターＣ−Ｖ測定結果に反映され、適切な汚染評価が実施できる。
【００２７】
膜内電荷量の初期特性として、８Ｅ１０［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下であることを判定基準とするなど、１Ｅ１１［ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ］以下の範囲内でその判定基準を変更しても良い。この場合、膜内電荷量の初期値が小さいほど電荷の変動量が高感度にモニタできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非接触Ｃ−Ｖ測定の概要を説明するための図。
【図２】半導体熱処理装置の評価手順を示すフローチャート。
【図３】ＳｉＯ2 −Ｓｉ構造における酸化膜及び界面の電荷を示す図。
【図４】膜内電荷量と酸化膜ばらつきとの関係を示す図。
【図５】従来技術においてＣ−Ｖ評価手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…半導体ウェハ、１１…半導体基板、１２…酸化膜、１３…測定用電極。
【図１】
0003757828.tif 000002
【図２】
0003757828.tif 000003
【図３】
0003757828.tif 000004
【図４】
0003757828.tif 000005
【図５】
0003757828.tif 000006