JP5378732B2 - 半導体用ウエハの評価方法、半導体ウエハの製造方法及び半導体ウエハの製造工程の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体用ウエハの評価方法、半導体ウエハの製造方法及び半導体ウエハの製造工程の評価方法に関する。

半導体用ウエハの製造工程においては、所定数の半導体用ウエハ毎にそれぞれ１枚ずつの半導体用ウエハ（シリコンウエハ）を抜き取って、その電気的特性を評価する。評価試験の方法としては、例えば、経時絶縁破壊（TimeDependent Dielectric Breakdown：TDDB）や瞬時絶縁破壊（TimeZero Dielectric Breakdown：TZDB）が知られている（特許文献１，特許文献２）。経時絶縁破壊試験では、金属−酸化膜−半導体構造（Metal Oxide Semiconductor：MOS）に一定の電圧を印加し、ＭＯＳが破壊される率を計測する。瞬時絶縁破壊試験では、ＭＯＳに印加する電圧を段階的に高めていき、絶縁破壊が生じる電圧を計測する。
特開２００８−０４７５８９号公報 特開平０５−０９０３７６号公報

上記従来技術に記載の通り、ＴＤＤＢやＴＺＤＢによって半導体用ウエハの電気的特性を評価することができる。しかし、本出願の発明者は、ＴＤＤＢとＴＺＤＢとで評価結果の異なる場合があることを見い出した。即ち、本発明者は、ＴＤＤＢで良い評価を得た場合でも、ＴＺＤＢでは良い評価とならない場合があることを見い出した。従って、従来の方法では、半導体用ウエハを適切に評価できない可能性がある。さらに、本発明者は、評価結果に差異が生じる理由を解明し、その差異を有効に解消する方法を見い出した。従来より知られている文献には、測定方法間における結果の相違及びその相違の解消方法について開示されておらず、その示唆も含まれていない。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的は、半導体ウエハに関する金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性の測定値と基準値との差異に基づいて半導体用ウエハを適切に評価し、その品質を保持することができる評価方法及び製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点に従う、半導体用ウエハを評価する方法は、半導体用ウエハについて金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性を測定し、電流−電圧特性の測定値と基準値とを比較し、測定値と基準値とが不一致の場合は不良品であると判定し、測定値と基準値とが一致する場合は良品であると判定する。
ここで、「測定値と基準値とが一致する」とは、基準値と測定値とのずれが、許容範囲内にある場合を意味する。許容範囲は、測定器や酸化処理のばらつきを考慮して事前に求めておくことができる。

本発明の実施形態では、測定値と基準値とが不一致の場合、不良品であると判定された半導体用ウエハの少なくとも一面側に所定の処理を実施する。

本発明の実施形態では、不良品であると判定された半導体用ウエハに所定の処理を実施した後、金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性を再び測定し、再測定値と基準値とを比較し、再測定値と基準値とが一致する場合は良品であると判定し、再測定値と基準値とが不一致の場合は不良品であると判定する。

本発明の実施形態では、所定の処理とは、半導体用ウエハの少なくとも一面側に犠牲酸化膜を成長させた後に当該犠牲酸化膜を除去する処理である、請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体用ウエハの評価方法。

本発明の別の実施形態では、電流−電圧特性を測定する前に、所定の別の試験として経時絶縁膜破壊試験または瞬時絶縁膜破壊試験のいずれかを実施し、所定の別の試験の結果が合格であった場合に、電流−電圧特性を測定し、測定値と基準値とを比較し、測定値と基準値とが不一致の場合は不良品であると判定し、測定値と基準値とが一致する場合は良品であると判定する。

本発明の他の観点に従う、半導体用ウエハを評価する方法は、製造工程から供給される所定数の半導体用ウエハの中から少なくとも１枚の半導体用ウエハを試験用半導体用ウエハとして選択するステップと、選択された試験用半導体用ウエハに金属−酸化膜−半導体構造を形成し、その金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性を測定するステップと、基準値と電流−電圧特性の測定値とを比較するステップと、基準値と測定値とが一致する場合には良品と判定し、試験用半導体用ウエハを除く他の半導体用ウエハを出荷工程に送るステップと、基準値と測定値とが不一致の場合には、試験用半導体用ウエハと同一バッチあるいは同一ロットの別の半導体用ウエハに犠牲酸化膜を成長させ、この犠牲酸化膜を除去するステップと、犠牲酸化膜を除去した後で、別の半導体用ウエハのうちの少なくともいずれか１枚を新たな試験用半導体用ウエハとして金属−酸化膜−半導体構造を再形成し、電流−電圧特性を再測定するステップと、再測定値と基準値とを比較するステップと、再測定値と基準値とが一致する場合は良品であると判定し、試験用半導体用ウエハ及び新たな試験用半導体用ウエハを除く他の半導体用ウエハを出荷工程に送るステップと、再測定値と基準値とが不一致の場合は不良品であると判定するステップと、を含む。

本発明の別の観点に従う、半導体用ウエハの製造方法は、所定形状の半導体用ウエハを製造するステップと、製造された所定数の半導体用ウエハの中から少なくとも１枚の半導体用ウエハを試験用半導体用ウエハとして選択するステップと、選択された試験用半導体用ウエハに金属−酸化膜−半導体構造を形成し、その金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性を測定するステップと、基準値と電流−電圧特性の測定値とを比較するステップと、基準値と測定値とが一致する場合には良品と判定し、試験用半導体用ウエハを除く他の半導体用ウエハを出荷工程に送るステップと、基準値と測定値とが不一致の場合には、試験用半導体用ウエハと同一バッチあるいは同一ロットの別の半導体用ウエハに犠牲酸化膜を成長させ、この犠牲酸化膜を除去するステップと、犠牲酸化膜を除去した後で、別の半導体用ウエハのうちの少なくともいずれか１枚を新たな試験用半導体用ウエハとして金属−酸化膜−半導体構造を再形成し、電流−電圧特性を再測定するステップと、再測定値と基準値とを比較するステップと、再測定値と基準値とが一致する場合は良品であると判定し、試験用半導体用ウエハ及び新たな試験用半導体用ウエハを除く他の半導体用ウエハを出荷工程に送るステップと、再測定値と基準値とが不一致の場合は不良品であると判定するステップと、を含む。

本発明のさらに別の観点に従う、半導体用ウエハの製造工程の評価方法は、半導体用ウエハについて金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性を測定し、電流−電圧特性の測定値と基準値とを比較し、測定値と基準値とが不一致の場合は不良品であると判定し、測定値と基準値とが一致する場合は良品であると判定し、不良品であるとの判定結果及び良品であるとの判定結果に基づいて、製造工程に関する評価を行う。

本発明によれば、半導体ウエハに関する金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性の測定値と基準値との差異に基づいて半導体用ウエハを適切に評価し、その品質を保持できる。
本発明によれば、適切な評価に基づいて品質を保持しながら、半導体用ウエハを製造することができる。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、以下に述べるように、半導体用ウエハについて金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性を測定し、その金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性の測定値と基準値とを比較し、測定値と基準値とが不一致の場合は不良品であると判定し、測定値と前記基準値とが一致する場合は良品であると判定する。以下の説明では、半導体用ウエハとしてシリコンウエハを例に挙げて説明する。

図１〜図１０に基づいて第１実施例を説明する。図１は、本実施例の全体概要を示す説明図である。図１には、シリコンウエハ１の評価方法が模式的に示されている。製造工程ＭＰでは、シリコンのインゴットを所定の形状に切断して研磨等することにより、円盤状のシリコンウエハ（ベアシリコンウエハ）１を製造する。シリコンウエハ１は、例えば、２５枚で一組として生成され、４組で１ロットを形成する。１つのロットＰＬは、１００枚のシリコンウエハ１から構成される。以上は例示であって、本発明は、上記の数値に限定されない。

製造されたシリコンウエハ１は、出荷前に所定の検査を受ける。この検査に合格したシリコンウエハ１だけが出荷工程（Ｓ６）に送られる。出荷前の検査は破壊検査であり、検査されたシリコンウエハ１は出荷することができない。そこで、１つのロットＰＬからいずれか１枚のシリコンウエハ１を選択し（Ｓ１）、この選択されたシリコンウエハ１を試験用シリコンウエハとして使用する。なお、ロットＰＬから複数枚のシリコンウエハ１を抜き取って試験用シリコンウエハとして使用してもよい。

検査工程（Ｓ２〜Ｓ５）では、後述のように、金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性が測定され、基準値と比較される。以下、電流−電圧特性をＩ−Ｖ特性と呼ぶ。準備ステップでは、例えば、シリコンウエハ１を８００−１０００度の高温下で酸素雰囲気中（水蒸気雰囲気でもよい）に晒して、シリコンウエハ１の表面に酸化膜２を形成する。その後、幾つかの処理を施して、酸化膜２の表面に複数の電極３を形成する。図中では、便宜上一つの電極３のみを示すが、実際には複数の電極３が酸化膜２の表面に設けられる。そして、電極３とシリコンウエハ１の裏面側との間に、可変電圧を出力する電源装置４と電流計５とを接続する。これにより、Ｉ−Ｖ特性の測定準備が完了する（Ｓ２）。

Ｉ−Ｖ特性の測定ステップでは（Ｓ３）、電極３とシリコンウエハ１の裏面側との間に加えるバイアス電圧を段階的に高めていき、そのときの電流値をそれぞれ測定する。詳細は後述するが、酸化膜２を通過して流れる電流の理論値は、所与の各値（比誘電率や電圧値等）から求めることができる。この理論値が基準値７となる。なお、基準値７としては、理論値以外に、良品ウエハのマスデータから求められる値を使用することもできる。マスデータとは、多数の良品ウエハから測定される平均値である。

そこで、判定ステップでは（Ｓ４）、基準値７と測定値６とを比較する。測定値６は、酸化膜２の膜厚８に基づいて補正される。図１中では、基準値７の特性を実線９Ａで、測定値６の特性を点線９Ｂで、それぞれ示している。基準値７と測定値６とが一致する場合、そのシリコンウエハ１及び同一ロットＰＬ内の他の各シリコンウエハ１は、それぞれ良品であると判定することができる。良品の各シリコンウエハ１は、出荷工程（Ｓ６）に送ることができる。但し、測定に使用されたサンプルのシリコンウエハ１は、製品として使用することはできない。

これとは逆に、基準値７と測定値６とが不一致の場合、そのシリコンウエハ１及び同一ロットＰＬ内の各シリコンウエハ１は、不良品であると判定することができる。本実施例では、不良品と判定されたシリコンウエハ１を直ちに廃棄またはリサイクルするのではなく、性能回復のための所定処理を行う（Ｓ５）。

本実施例では、例えば、シリコンウエハ１に犠牲酸化膜を成長させた後、その犠牲酸化膜を除去し、洗浄する（Ｓ５）。詳細は後述するが、この所定処理によって、シリコンウエハ１の表面及び表面付近に存在する不純物が除去され、シリコンウエハ１の性能が回復する。その後、シリコンウエハ１に再び酸化膜２を形成し（Ｓ２）、Ｉ−Ｖ特性を再度測定する（Ｓ３）。
なお、犠牲酸化膜の成長とその除去に限らず、シリコンウエハ１を洗浄することによって不純物を取り除くことができる場合もある。洗浄によってシリコンウエハ１の不純物を除去できる場合は、犠牲酸化膜の成長及びその除去を行う必要はない。

再測定の結果、基準値７と再度の測定値６とが一致する場合、同一ロットＰＬ内の各シリコンウエハ１のそれぞれについて、Ｓ５で述べた所定処理を施す。これにより、他の各シリコンウエハ１からも不純物を取り除いて、予定された性能を発揮させる。

これに対し、基準値７と再度の測定値６とが不一致の場合、そのシリコンウエハ１及び同一ロットＰＬ内の各シリコンウエハ１は、性能回復が困難な不良品であると判定することができる。不良品の各シリコンウエハ１は、廃棄またはリサイクルされる。

なお、基準値７と測定値６とが一致するとは、両者の値が厳密に一致する場合のみならず、所定の許容誤差内で一致する場合も含む。基準値７と測定値６とが不一致であるとは、両者の値が所定の許容誤差以上、異なる場合を意味する。

別の実施例で述べるように、判定ステップ（Ｓ４）の結果に基づいて、製造工程ＭＰを評価することができる。例えば、良品のシリコンウエハ１を製造した場合は、相対的に高い評価が製造工程ＭＰに与えられ、不良品のシリコンウエハ１を製造した場合は、相対的に低い評価が製造工程ＭＰに与えられる。

次に、それぞれ異なる複数の評価方法を用いてシリコンウエハ１の電気的特性を評価する場合に、各評価方法によって評価結果が異なる場合があることを説明する。そして、その評価結果の相違が出現する原因を考察する。さらに、その原因を取り除く方法について説明する。

図２は、複数のシリコンウエハ１Ａ１，１Ａ２，１Ｂ１，１Ｂ２，１Ｃ１，１Ｃ２，１Ｄ１，１Ｄ２のそれぞれについて、ＴＤＤＢを測定した結果を示すグラフである。１Ａ１と１Ａ２、１Ｂ１と１Ｂ２、１Ｃ１と１Ｃ２、１Ｄ１と１Ｄ２は、それぞれ同一種類のシリコンウエハである。つまり、各シリコンウエハ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのそれぞれについて、それぞれ２枚ずつ用意した。各シリコンウエハ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、製造工程の異なるウエハである。

図１中の黒丸は、５０ｍＡ／ｃｍ＾２の場合を、図１中の白い四角は、１７０ｍＡ／ｃｍ＾２の場合をそれぞれ示す。酸化膜の厚みは２５ｎｍを目標としている。電極面積は１ｍｍ＾２である。図２から、シリコンウエハ１Ｃの性能が最も良いことがわかる。

図３は、各シリコンウエハ１Ａ１，１Ａ２，１Ｂ１，１Ｂ２，１Ｃ１，１Ｃ２，１Ｄ１，１Ｄ２について、ＴＺＤＢを測定した結果を示す。電極面積は１０ｍｍ＾２である。測定ポイントの数は１２６個である。図３中の黒丸は９０％Ｅｂｄを、図３中の白い四角は１０％Ｅｂｄを、それぞれ示す。縦軸の破壊電界値Ｅｂｄは、酸化膜２の厚さで規格化された値である。図３から、シリコンウエハ１Ｃの性能が最も低いことがわかる。つまり、図２に示すＴＤＤＢによる評価結果と、図３に示すＴＺＤＢによる評価結果とが異なっている。なお、１Ｄ１，１Ｄ２の１０％Ｅｂｄは、それぞれ図３に示すグラフの下限値１１ＭＶ／ｃｍよりも低いため、図示されていない。

ＴＺＤＢでは、Ｉ−Ｖ特性の測定以外に、Ｃ−Ｖ特性（容量−電圧特性）による酸化膜の厚み測定も行っている。また、ＴＺＤＢでは、破壊電界値もＦ−Ｎ（Fowler-nordhelm）フィッティングから求めるという複雑な方法を用いている。そこで、本発明者は、まず、シリコンウエハ１Ａと１Ｃについて、そのＩ−Ｖ特性を比較することを試みた。その結果を図４に示す。図４では、電圧値を酸化膜の厚み（以下、酸化膜厚またはＴｏｘ）で規格化してある。

図３は、ＴＺＤＢの１２６個の測定ポイントのうち、ある共通のポイントにおけるＩ−Ｖ特性を比較したものである。図３中に表記されているＴｏｘは、Ｃ−Ｖ特性の測定結果から得られた値であり、横軸の電界強度を求めるのに利用している。

酸化膜厚補正を行うと、７ＭＶ／ｃｍ付近からの電流の立ち上がり位置が、シリコンウエハ１Ａとシリコンウエハ１Ｃとでほぼ一致すると期待される。しかし、実際には、図４のグラフからわかるように、酸化膜厚補正を行っても、シリコンウエハ１Ｃの特性線はシリコンウエハ１Ａの特性線よりも低電界側にずれている。電流の立ち上がり位置が低電界にシフトすると、破壊電界値は低くなる。従って、図４に示す電流−電圧（電界）のずれが、ＴＺＤＢにおいて、シリコンウエハ１Ｃの低評価の原因であると予想できる。

ここで、本発明者は、図４に示すＩ−Ｖのずれが、酸化膜厚の測定結果のずれに起因する可能性を検討した。そこで、酸化膜厚のずれ量を見積もるために、シリコンウエハ１Ａの酸化膜厚の値を真とし、図４に示すＩ−Ｖ特性からシリコンウエハ１Ｃの酸化膜厚を見積もった。つまり、Ｉ−Ｖ特性のずれに基づいて、シリコンウエハ１Ｃの酸化膜厚を逆算した。逆算された酸化膜厚に基づいて修正したグラフを図５に示す。

図５に示すように、シリコンウエハ１Ａとシリコンウエハ１Ｃとで、電流の立ち上がり位置を揃えるためには、シリコンウエハ１Ｃの酸化膜厚を２３．８８ｎｍから２２．６０ｎｍに変更する必要があった。最初の膜厚２３．８８ｎｍは、上述の通り、Ｃ−Ｖ特性の測定結果に基づく値である。

図５の結果に基づいて、シリコンウエハ１Ｃの破壊電界値を求める際に利用した酸化膜厚を全て１ｎｍずつ少なくして再計算すると、９０％Ｅｂｄは１２．８４［ＭＶ／ｃｍ］となる。この修正された値は、シリコンウエハ１Ａの破壊電界値１２．４８［ＭＶ／ｃｍ］よりも高く、良い結果を示す。つまり、ＴＺＤＢ及びＴＤＤＢの両方で、シリコンウエハ１Ｃの評価がそれぞれ最も高くなり、ＴＤＤＢとＴＺＤＢとで結果が異なるという最初の疑問が解消する。

従って、ＴＤＤＢとＴＺＤＢとで結果が異なったのは（図４）、Ｃ−Ｖ特性の測定に基づく酸化膜厚の値が間違っていたために生じた問題であり、実際の酸化膜厚は、Ｃ−Ｖ特性の測定結果に基づく値よりも１ｎｍ程度少ないと考えることもできる。

しかし、比較のために用意されたシリコンウエハ１Ａ，１Ｃは、同一のバッチ処理により、酸化膜を成長させており、かつ、シリコンウエハ１Ａのスロット位置とシリコンウエハ１Ｃのスロット位置とは、隣同士である。このように同一バッチで、しかも、ウエハの装填位置が非常に近い場合において、酸化膜厚が１ｎｍも異なるとは考えにくい。さらに、Ｃ−Ｖ特性の測定に基づく酸化膜厚が間違っていると考えるのも難しい。

そこで、本発明者は、図６（ｂ）に示すように、シリコンウエハ１Ａとシリコンウエハ１Ｃとで特性が異なることを説明するためのモデルを用意した。

そのモデルは、次の条件を満たす。
（１）シリコンウエハ１Ｃの酸化膜は、２層構造になっている。
（２）２層構造のうち、１ｎｍ程度の層は、固定電荷の存在する粗悪な層である。
（３）粗悪な層以外の部分は、良い酸化膜であり、シリコンウエハ１Ａの酸化膜よりむしろ良い特性を有する。
（４）粗悪な層は、シリコン側ではなく、電極側に存在する。
（５）２層構造であるが、Ｃ−Ｖ特性の測定では単一層とみなされてしまう。

図６は、酸化膜の構造を概念的に示す説明図である。図６（ａ）は、酸化膜２が単一の層から形成されている場合を示す。図６中の左側は電極３側であり、図６中の右側がシリコンウエハ本体の側である。シリコンウエハ側がアノード（陽極）である。

図６（ｂ）は、本発明者の知見によって提案される酸化膜の構造を示す。このモデルでは、酸化膜２は、通常の層２Ａと粗悪な層２Ｂとの２層構造となっている。粗悪な層２Ｂには、プラスの固定電荷が多数存在しているため、粗悪な層と呼ばれる。プラスの固定電荷が存在すると、その領域のポテンシャルが下がり、図６（ｂ）の上左側に示すように、急峻な状態（つまり、電界が強くなる状態）となる。従って、酸化膜に印加される電圧Ｖｇの値が同一の場合であっても、図６（ａ）に示す酸化膜に比べて、図６（ｂ）に示す２層構造の酸化膜の方が、より多くのＦ−Ｎ電流が流れる。即ち、図４において、電流の立ち上がり位置が低電界側にシフトしているように見え、ＴＺＤＢにおいてシリコンウエハ１Ｃの特性が低くなった理由を説明することができる。

Ｆ−Ｎ電流の式を下記数１に示す。Ｅは電界（Ｖ／ｃｍ）である。

次に、図６（ｂ）に示すバンド図になることを確かめるべく、あるプラスの固定電荷を仮定し、酸化膜中の電位分布をポアソン方程式を解いて求める。まず、粗悪な層の電位分布をφ１（ｘ）、通常の酸化膜層の電位分布をφ２（ｘ）とした。そして、粗悪な層の領域にのみ電荷が存在するとし、Ｑ＝４．１４［Ｃ／ｃｍ＾３］の値を用いた。粗悪な層の厚みは、実験結果から約１［ｎｍ］とした。ε０は真空誘電率であり、その値は８．８５４Ｅ＾−１２［Ｆ／ｍ］である。εＴｏｘは酸化膜の比誘電率であり、その値は３．９［Ｆ／ｍ］である。

０＜ｘ＜Ｌ（Ｌ＝１ｎｍ）；Ｑ（ｘ）＝Ｑのとき、数２を得る。

ｘ＞Ｌ；Ｑ（ｘ）＝０のとき、数３を得る。

境界条件は、下記数４に示す通りである。

なお、Ｇ＝２３［ｎｍ］；酸化膜厚である。この条件で、ポアソン方程式を解いた結果を下記数５、数６に示す。

ポアソン方程式を解き、酸化膜中の電位分布をグラフ化したものを図７に示す。図７において、Ｖは、実際にはマイナス２０ボルトであるが、グラフを見やすくするためにプラス２０ボルトとした。これに合わせて、Ｑ＝−４．１４［Ｃ／ｃｍ＾３］とした。

図７は、電極側に存在すると予測されるプラスの電荷を考慮した場合の電位分布を示すグラフである。横軸は、電極と酸化膜との界面からの距離である。酸化膜の厚みＧが約２３ｎｍなので、２３ｎｍで電位が０となるようにしてある。

点線は、上記の条件で計算した結果を示している。つまり、粗悪な層（プラスの固定電荷を有する薄い層）が、酸化膜内における電極側の１ｎｍの領域に存在する場合を、点線で示す。実線は、粗悪な層が酸化膜内におけるシリコンウエハ側の１ｎｍの領域に存在する場合を示す。

図７の上側に示すグラフでは点線と実線の相違がわからないため、図７の下側に、１ｎｍの範囲の電位分布を拡大したグラフを示す。なお、プラスの固定電荷が全く存在しない場合の特性線は、粗悪な層がシリコンウエハ側に存在すると仮定した場合の特性線とほぼ一致する。

この拡大されたグラフからわかるように、電極側に粗悪な層がある場合は、シリコン側に粗悪な層がある場合及び固定電荷が存在しない場合と比べて、電界の傾きが急峻となっている。

１ｎｍの層の真ん中０．５ｎｍの位置の電界強度を計算して比較すると、プラスの固定電荷がある場合はＥ＝９．３［ＭＶ／ｃｍ］、固定電荷が一切ない場合がＥ＝８．７［ＭＶ／ｃｍ］となり、約０．６［ＭＶ／ｃｍ］の差が生じる。

この差異は、図４に示す差異とほぼ同一である。また、シリコン側に粗悪な層がある場合は、粗悪な層が無い場合とほぼ同様であるから、通常バイアスを印加した場合、Ｆ−Ｎトンネルに与える影響は、非常に小さい。

本発明者は、実際に粗悪な層が電極側にあることを確かめるべく、通常とは逆に、シリコン側を陰極にした逆バイアスをかける実験を行った。逆バイアスをかけた場合、電極側にある粗悪な層は、ポテンシャルが高い領域から遠ざかることになるので、図７の実線で示す特性線と同様になるはずである。つまり、電流−電圧特性のずれは、殆ど生じないはずである。

通常バイアスと逆バイアスをかけた場合の電流−電圧特性の比較を図８に示す。なお、理解のために、バイアスの極性は絶対値表示にして揃えてある。シリコンウエハ１Ａに逆バイアスをかけた場合の特性線を１Ａ（Ｒ）、シリコンウエハ１Ｃに逆バイアスをかけた場合の特性線を１Ｃ（Ｒ）としてそれぞれ示す。

図８を見て分かるように、通常とは逆のバイアス、つまり、シリコン側を陰極にすると、１Ａ（Ｒ）におけるＦ−Ｎ電流の立ち上がり位置と１Ｃ（Ｒ）における立ち上がり位置との差異が非常に小さい。この結果は、上述したモデルの正しさを裏付ける。即ち、プラスの固定電荷を多く含む、厚さ１ｎｍ程度の粗悪な層は、電極側に存在していると考えることができる。

以上の考察をまとめると、以下のことが言えるであろう。まず、シリコンウエハ１には、プラスの固定電荷を多数有する粗悪な層が存在する場合がある。今回検出された粗悪な層は、約１ｎｍ程度の薄い層であり、この粗悪な層は、Ｃ−Ｖ測定で検出することはできない。しかし、Ｉ−Ｖ特性の測定においては、Ｆ−Ｎ電流の立ち上がりの位置がずれるという形で観測される。そのため、ＴＺＤＢでは悪い評価結果となる。

但し、粗悪な層を除いた他の部分は問題なく、ＴＤＤＢや粗悪な層を除いた後のＴＺＤＢでは、シリコンウエハ１Ｃの方がシリコンウエハ１Ａよりも良い結果を得た。

さらに、本発明者は、上記モデルの仮説を検証するために、実際に試験を行った。Ｉ−Ｖ特性の測定値が予定の基準値からずれたシリコンウエハの表面に犠牲酸化膜を成長させ、その犠牲酸化膜を除去して洗浄し、Ｉ−Ｖ特性を再び測定した。その結果、図１０に示すように、Ｉ−Ｖ特性における電流の立ち上がり位置にずれがほぼ無くなったことを確認した。

以上の知見から得られる本発明に特有の方法について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。以下、測定者が実施する手順としてフローチャートを説明するが、本発明はこれに限らず、その全部または一部を自動化することができる。

まず、測定者は、同一ロットあるいは同一バッチの中から任意の一枚のベアシリコンウエハ１を抜き取り（Ｓ２０）、そのシリコンウエハ１にＭＯＳを作成する（Ｓ２１）。測定者は、酸化膜厚（Ｔｏｘ）の値で補正した上でＩ−Ｖ特性を測定し（Ｓ２２）、予め算出される基準値と測定値とが一致するか否かを判定する（Ｓ２３）。

Ｓ２２で得た測定値と基準値とが一致する場合（S23:YES）、測定者は、測定対象のシリコンウエハ１が良品であると判定し、同一ロットあるいは同一バッチ内の各シリコンウエハ１を出荷工程に送り出す。測定に使用されたシリコンウエハ１は出荷することができないため、廃棄またはリサイクル工程に送られる。

基準値と測定値とが不一致の場合（S23:NO）、つまり、Ｉ−Ｖ特性における電流の立ち上がり位置にずれが生じている場合、測定者は、基準値と測定値とが不一致であると判定されたシリコンウエハ１と同一バッチあるいは同一ロットの別のシリコンウエハ１に犠牲酸化膜を成長させて除去する（Ｓ２５）。粗悪な層を除去できる方法であれば、犠牲酸化膜の成長及び除去に限定されない。例えば、洗浄処理によって粗悪な層を取り除くことができる場合は、洗浄すればよい。

測定者は、犠牲酸化膜の成長及びその除去がされたシリコンウエハ１に再びＭＯＳを作成し（Ｓ２６）、Ｉ−Ｖ特性を測定し（Ｓ２７）、再測定値と基準値とが一致するか否かを判定する（Ｓ２８）。基準値と再測定値とが一致する場合（S28:YES）、測定者は、同一ロットあるいは同一バッチの他の各シリコンウエハ１について、犠牲酸化膜を成長させた後、その犠牲酸化膜を除去する（Ｓ２９）。
これにより、同一ロットあるいは同一バッチ内の他の各シリコンウエハ１から粗悪な層が取り除かれ、正常な性能を発揮する。従って、測定者は、性能が回復された各シリコンウエハ１を、出荷工程に送り出す（Ｓ２９）。

これに対し、再測定値と基準値とが不一致の場合（S28:NO）、測定者は、測定対象のシリコンウエハ１及び同一ロットあるいは同一バッチ内の各シリコンウエハ１は、性能を回復できない不良品であると判定する（Ｓ３０）。不良品であると判定された各シリコンウエハ１は、廃棄工程またはリサイクル工程に送られる。

このように構成される本実施例では、本発明者による新たな知見に基づいて、本発明に特有のモデル（図６（ｂ））を仮定し、そのモデルの正しさを理論及び実験の両方から確かめることに成功した。

従って、本実施形態によれば、Ｉ−Ｖ特性の結果に基づいて、シリコンウエハ１の電気的特性を適切に評価することができる。また、本実施例では、一回目の判定結果が悪い場合でも直ちに不良品であると判定せずに、性能を回復させるための所定処理（例えば、犠牲酸化膜の成長及び除去）を実施する。従って、材料を効率的に使用することができ、シリコンウエハ１の歩留まりを高めて製造コストを低減できる。

図１１に基づいて第２実施例を説明する。以下に述べる各実施例は、第１実施例の変形例に相当する。従って、第１実施例との相違点を中心に説明する。本実施例では、シリコンウエハ１の評価結果に基づいて製造工程ＭＰを評価する。

図１１は、本実施例による評価方法を示すフローチャートである。最初の判定において測定値と基準値とが一致する場合（S23:YES）、製造工程ＭＰには、第１の評価値が与えられる（Ｓ３１）。第１の評価値は、例えば「良」や「Ａ」のように、良い結果であることを示す値である。

性能を回復するための所定処理（Ｓ２５）を行った後の判定において、再測定値と基準値とが一致する場合（S28:YES）、製造工程ＭＰには、第２の評価値が与えられる。第２の評価値は、例えば「注意」や「Ｂ」のように、第１の評価値よりも低い結果であることを示す値である。

所定処理を実施したにもかかわらず、再測定値と基準値とが不一致の場合（S28:NO）、製造工程ＭＰには、第３の評価値が与えられる。第３の評価値は、例えば「不可」や「Ｃ」のように、第２の評価値よりも低い結果であることを示す値である。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、シリコンウエハ１の特性評価の結果に基づいて製造工程ＭＰを評価できるため、製造工程の改善や安定化等に役立たせることができる。

図１２に基づいて第３実施例を説明する。本実施例では、Ｉ−Ｖ特性を評価する前に、ＴＤＤＢを実施する（Ｓ１６〜Ｓ１９）。このＴＤＤＢは、「所定の別の試験」に該当する。

測定者は、ロットあるいは同一バッチから任意の１枚のシリコンウエハ１を抜き取り（Ｓ１６）、ＴＤＤＢ法を用いて測定する（Ｓ１７）。測定者は、ＴＤＤＢによる測定の結果、良品であるか否かを判定する（Ｓ１８）。不良品の場合（S18:NO）、そのロットあるいはバッチ内の各シリコンウエハ１は、出荷が停止される（Ｓ１９）。

ＴＤＤＢによる判定結果が良品の場合（S18:YES）、測定者は、第１実施例で述べたように、Ｉ−Ｖ特性のずれの有無を調べ（Ｓ２１〜Ｓ２３）、ずれが有る場合には、所定処理（Ｓ２５）を行う。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、別の試験方法（例えば、ＴＤＤＢ）と組み合わせることにより、より一層適切にシリコンウエハ１の電気的特性を評価することができる。

なお、本発明は、上述した各実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。また、第３実施例では、Ｉ−Ｖ特性を評価する前にＴＤＤＢを実施する場合を述べたが、ＴＤＤＢに代えてＴＺＤＢを実施する構成としてもよい。

本発明の実施例の全体概要を示す説明図。 種類の異なるシリコンウエハに関するＴＤＤＢの結果を示すグラフ。 種類の異なるシリコンウエハに関するＴＺＤＢの結果を示すグラフ。 Ｉ−Ｖ特性にずれが生じる様子を示すグラフ。 演算に用いる酸化膜を修正してＩ−Ｖ特性を書き直したグラフ。 酸化膜の電位分布を示す模式図であり、（ａ）はプラスの固定電荷が生じていない場合を、（ｂ）はプラスの固定電荷を有する粗悪な層が形成されている場合をそれぞれ示す。 プラスの固定電荷を考慮した場合の酸化膜の電位分布を示すグラフ。 逆方向にバイアスをかけた場合と通常のバイアスをかけた場合とを比較するグラフ。 シリコンウエハの特性を評価する処理を示すフローチャート。 性能回復のための所定処理を施すとＩ−Ｖ特性のずれが解消することを示すグラフ。 第２実施例に係る評価方法のフローチャート。 第３実施例に係る評価方法のフローチャート。

符号の説明

１、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ：シリコンウエハ、２：酸化膜、２Ａ：正常な酸化膜の層、２Ｂ：粗悪な層、３：電極、４：電源装置、５：電流計、ＭＰ：製造工程、ＰＬ：ロット

Claims (4)

1. 半導体用ウエハを評価する方法であって、
   前記半導体用ウエハについて金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性を測定し、前記電流−電圧特性の測定値と基準値とを比較し、前記測定値と前記基準値とが不一致の場合は不良品であると判定し、前記測定値と前記基準値とが一致する場合は良品であると判定し、
   前記不良品であると判定された半導体用ウエハの少なくとも一面側に犠牲酸化膜を成長させた後に当該犠牲酸化膜を除去する処理を実施した後、前記電流−電圧特性を再び測定し、再測定値と前記基準値とを比較し、前記再測定値と前記基準値とが一致する場合は良品であると判定し、前記再測定値と前記基準値とが不一致の場合は不良品であると判定する、
   半導体用ウエハの評価方法。
2. 前記電流−電圧特性を測定する前に、所定の別の試験として経時絶縁膜破壊試験または瞬時絶縁膜破壊試験のいずれかを実施し、前記所定の別の試験の結果が合格であった場合に、前記電流−電圧特性を測定し、前記測定値と前記基準値とを比較し、前記測定値と前記基準値とが不一致の場合は不良品であると判定し、前記測定値と前記基準値とが一致する場合は良品であると判定する、請求項１記載の半導体用ウエハの評価方法。
3. 半導体用ウエハを評価する方法であって、
   製造工程から供給される所定数の半導体用ウエハの中から少なくとも１枚の半導体用ウエハを試験用半導体用ウエハとして選択するステップと、
   前記選択された試験用半導体用ウエハに金属−酸化膜−半導体構造を形成し、その金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性を測定するステップと、
   基準値と前記電流−電圧特性の測定値とを比較するステップと、
   前記基準値と前記測定値とが一致する場合には良品と判定し、前記試験用半導体用ウエハを除く他の半導体用ウエハを出荷工程に送るステップと、
   前記基準値と前記測定値とが不一致の場合には、前記試験用半導体用ウエハと同一バッチあるいは同一ロットの別の半導体用ウエハに犠牲酸化膜を成長させ、この犠牲酸化膜を除去するステップと、
   前記犠牲酸化膜を除去した後で、前記別の半導体用ウエハのうちの少なくともいずれか１枚を新たな試験用半導体用ウエハとして金属−酸化膜−半導体構造を再形成し、前記電流−電圧特性を再測定するステップと、
   再測定値と前記基準値とを比較するステップと、
   前記再測定値と前記基準値とが一致する場合は良品であると判定し、前記試験用半導体用ウエハ及び前記新たな試験用半導体用ウエハを除く他の半導体用ウエハを出荷工程に送るステップと、
   前記再測定値と前記基準値とが不一致の場合は不良品であると判定するステップと、
   を含む半導体用ウエハの評価方法。
4. 半導体用ウエハを製造する方法であって、
   所定形状の半導体用ウエハを製造するステップと、
   製造された所定数の半導体用ウエハの中から少なくとも１枚の半導体用ウエハを試験用半導体用ウエハとして選択するステップと、
   前記選択された試験用半導体用ウエハに金属−酸化膜−半導体構造を形成し、その金属−酸化膜−半導体構造の電流−電圧特性を測定するステップと、
   基準値と前記電流−電圧特性の測定値とを比較するステップと、
   前記基準値と前記測定値とが一致する場合には良品と判定し、前記試験用半導体用ウエハを除く他の半導体用ウエハを出荷工程に送るステップと、
   前記基準値と前記測定値とが不一致の場合には、前記試験用半導体用ウエハと同一バッチあるいは同一ロットの別の半導体用ウエハに犠牲酸化膜を成長させ、この犠牲酸化膜を除去するステップと、
   前記犠牲酸化膜を除去した後で、前記別の半導体用ウエハのうちの少なくともいずれか１枚を新たな試験用半導体用ウエハとして金属−酸化膜−半導体構造を再形成し、前記電流−電圧特性を再測定するステップと、
   再測定値と前記基準値とを比較するステップと、
   前記再測定値と前記基準値とが一致する場合は良品であると判定し、前記試験用半導体用ウエハ及び前記新たな試験用半導体用ウエハを除く他の半導体用ウエハを出荷工程に送るステップと、
   前記再測定値と前記基準値とが不一致の場合は不良品であると判定するステップと、
   を含む半導体用ウエハの製造方法。

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