特許 6702270 半導体基板の評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6702270

(24)【登録日】2020年5月11日

(45)【発行日】2020年5月27日

(54)【発明の名称】半導体基板の評価方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20200518BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/66 L

【請求項の数】1

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-122110(P2017-122110)

(22)【出願日】2017年6月22日

(65)【公開番号】特開2019-9212(P2019-9212A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2019年6月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】大槻 剛

(72)【発明者】

【氏名】水澤 康

【審査官】 小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−２６１１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１６２２５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

Ｈ０４Ｎ ５／３３５

Ｇ０１Ｎ ２７／００

Ｇ０１Ｒ ３１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板の表面近傍の電気的特性を評価するための半導体基板の評価方法であって、
前記半導体基板として固体撮像素子用の半導体基板を用い、
前記半導体基板の表面近傍にｐｎ接合を形成する工程と、
前記半導体基板表面に光照射を行う装置及び照射する光の光量を測定する装置を設けたウェーハチャック上に前記半導体基板を搭載する工程と、
前記半導体基板表面に所定時間光照射を行う工程と、
光照射をオフにした直後に逆バイアスを印加し前記ｐｎ接合の逆方向リーク電流を経時的に測定する工程、
を有し、
測定した前記逆方向リーク電流について、光照射をオフにした直後に逆方向リーク電流値が減衰するときの勾配と、前記逆方向リーク電流値が減衰した後、変化が見られなくなったときの逆方向リーク電流値を、それぞれ評価し、
前記光照射をオフにした直後に逆方向リーク電流値が減衰するときの勾配により固体撮像素子の残像特性を評価し、前記変化が見られなくなったときの逆方向リーク電流値により固体撮像素子の暗電流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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体基板の評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

メモリ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の固体撮像素子等の半導体装置の微細化、高性能化に伴い、それらの製品歩留まりを向上させるために、材料としてのシリコンウェーハにも高品質化が要求され、これに対応した各種シリコンウェーハが開発されている。特に、製品特性に直接影響を与えると推測されるウェーハ表層部の結晶性は重要であり、その改善策として、１）不活性ガス又は水素を含む雰囲気中で高温熱処理したアニールウェーハ、２）引き上げ条件の改善によりグロウ・イン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥を低減した無欠陥ポリシュドウェーハ、３）エピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハ等が開発されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Ｊａｎｅｓｉｃｋ Ｊ． Ｒ． ２００１， ｉｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ， ＳＰＩＥ Ｐｒｅｓｓ

【非特許文献2】第７７回応用物理学会秋季学術講演会 講演予稿集 １４ｐ−Ｐ６−１０金田 翼， 大谷 章 「ＣＭＯＳ イメージセンサーの残像現象メカニズムの解明 １」

【非特許文献3】第７７回応用物理学会秋季学術講演会 講演予稿集 １４ｐ−Ｐ６−１１大谷 章， 金田 翼 「ＣＭＯＳ イメージセンサーの残像現象メカニズムの解明 ２」

【非特許文献4】Ａ． Ｋａｎａｍｏｒｉ ａｎｄ Ｍ． Ｋａｎａｍｏｒｉ， Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ５０ ，８０９５ （１９７９）．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のシリコンウェーハの表面品質の電気的特性評価法としては、酸化膜耐圧（ＧＯＩ：Ｇａｔｅ Ｏｘｉｄｅ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）評価が用いられてきた。これは、シリコン表面に熱酸化によりゲート酸化膜を形成し、この上に電極を形成することで絶縁体であるシリコン酸化膜に電気的ストレスを印加し、この絶縁度合いによりシリコンウェーハの表面品質を評価するものである。すなわち、もとのシリコンウェーハの表面に欠陥や金属不純物が存在すると、これが熱酸化によりシリコン酸化膜に取り込まれたり、表面形状に応じた酸化膜が形成され、不均一な絶縁体になるなどすることで、欠陥、不純物が存在すると絶縁性が低下することからシリコン表面品質を評価するものである。

【0005】

これは、実デバイスにおいては、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲート酸化膜の信頼性評価であり、これの改善に向けていろいろなウェーハの開発が行われた。しかしながら、ＧＯＩ評価で問題がなくても、デバイス歩留まりが低下するということは当然あり得、特に近年、デバイスの高集積化に伴い、このような事象が数多くなってきている。とりわけ固体撮像素子においては、例えば、ウェーハ起因のリーク電流を低減することが暗電流低減及び感度向上につながり、最終的に素子特性向上に寄与することになる。

【0006】

また、金属汚染を原因とする場合は、近年の素子高性能化に伴い、微量金属が影響するようになってきた。化学分析を行った結果においては、高感度化の取り組みにより各種微量金属が検出されるようになってきているが、化学分析にて検出される金属元素のうちどの金属が一番大きく実際の素子、接合リークに影響を及ぼしているかは、把握が非常に困難であるのが現状である。また金属不純物分析は、例えばウェーハ表面をエッチングし、該エッチング液を分析するため、ウェーハ表面の情報を代表して分析する手法であり、面内分布についての情報は一般的には得ることができない。一方、逆方向リーク電流特性の評価においては、シリコン基板表面に多数のｐｎ接合を形成しそれぞれの逆方向リーク電流を求めることで、基板面内でのリーク分布を得ることができる。

【0007】

ＣＣＤやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）イメージセンサー等の固体撮像素子は、入射した光により生成した電子正孔対から生じた電荷を取り出す方法はそれぞれ異なるが、光を電荷に変換（光電変換）する原理は同様であり、ｐｎ接合を形成し、空乏層を構造として持つことになる。このとき、光が入射していないにも関わらず、欠陥や不純物の存在により、空乏層内で電子正孔対が生成し電荷が生じてしまう現象を白キズ、又は暗電流と呼んでいる。

【0008】

この固体撮像素子における暗電流測定は、ｐｎ接合を形成したウェーハの逆方向リーク電流特性を評価することで可能である。これにより、暗電流の原因の推定や、材料開発における改善指標の一つとして利用することができる。

【0009】

また、固体撮像素子へ材料特性が影響するものとして、暗電流以外にも、残像特性が知られている。残像特性が材料、特に基板と密接な関係があることは知られていたが（非特許文献１）、基板の何が影響するかはあまり明確ではなかった。例えば非特許文献１においては、シリコン基板とエピタキシャル層との界面が影響すると述べられているが、基板の何が具体的に影響するのかについては記載がない。

【0010】

ところが近年になって、残像特性の研究が進み、非特許文献２及び非特許文献３にあるように、基板の酸素（非特許文献２及び非特許文献３では、酸素とボロンの複合体）が残像特性に影響することがわかった。このように残像特性への基板の影響が明確になってきたことで、基板特性評価のためには、暗電流評価に該当する逆方向リーク電流評価以外に、残像特性に対応する新しい基板特性評価方法も必要となってきた。

【0011】

その上、従来は基板特性評価に実素子作りが必須であり、ウェーハ状態での評価は困難であった。

【0012】

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサー等の高歩留まりが要求される製品に使用される半導体基板の暗電流特性、残像特性に対応する特性を基板レベルで測定することで、半導体基板の高品質化に寄与することを目的とする。

【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、本発明は、半導体基板の表面近傍の電気的特性を評価するための半導体基板の評価方法であって、
前記半導体基板の表面近傍にｐｎ接合を形成する工程と、
前記半導体基板表面に光照射を行う装置及び照射する光の光量を測定する装置を設けたウェーハチャック上に前記半導体基板を搭載する工程と、
前記半導体基板表面に所定時間光照射を行う工程と、
少なくとも光照射をオフにすると同時に前記ｐｎ接合の逆方向リーク電流を経時的に測定する工程、
を有する半導体基板の評価方法を提供する。

【0014】

このような工程を含む本発明の評価方法であれば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサー等の高歩留まりが要求される製品に使用される半導体基板の逆方向リーク電流特性を基板レベルで測定することができる。

【0015】

また、測定した前記逆方向リーク電流について、光照射をオフにした直後に逆方向リーク電流値が減衰するときの勾配と、前記逆方向リーク電流値が減衰した後、変化が見られなくなったときの逆方向リーク電流値を、それぞれ評価することが好ましい。

【0016】

このように、光照射をオフにした直後に逆方向リーク電流値が減衰するときの勾配と、逆方向リーク電流値が減衰した後、変化が見られなくなったときの逆方向リーク電流値を評価することによって、半導体基板を好適に評価することができる。

【0017】

更に、前記半導体基板として固体撮像素子用の半導体基板を用い、前記光照射をオフにした直後に逆方向リーク電流値が減衰するときの勾配により固体撮像素子の残像特性を評価し、前記変化が見られなくなったときの逆方向リーク電流値により固体撮像素子の暗電流特性を評価することが好ましい。

【0018】

本発明の半導体基板の評価方法は、このような固体撮像素子用の半導体基板の暗電流特性、残像特性を評価する際に好適に用いることができる。

【発明の効果】

【0019】

以上のように、本発明の半導体基板の評価方法であれば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサー等で懸念される半導体基板の逆方向リーク電流を起因とする暗電流特性及び残像特性不良を、簡便かつ高精度で評価することが可能になり、高品質な半導体基板を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の半導体基板評価方法の一例を示す断面模式図である。

【図2】本発明の実施形態の一例を示す断面模式図である。

【図3】本発明の測定シーケンスの一例を示す概念図である。

【図4】光照射後の逆方向リーク電流の時間変化の測定結果をプロットした図である。

【図5】測定時間誤差を５０ｍｓｅｃとした時の光照射後の逆方向リーク電流の時間変化の測定結果をプロットした図である。

【図6】測定時間誤差を５ｍｓｅｃとした時の光照射後の逆方向リーク電流の時間変化の測定結果をプロットした図である。

【図7】実施例において逆方向リーク電流値が減衰した時の傾きを求めるために対数軸にした測定結果をプロットした図である。

【図8】実施例における残像特性に対応する逆方向リーク電流の変化量と基板炭素濃度の関係をプロットした図である。

【図9】実施例における暗電流特性に対応する逆方向リーク電流と基板炭素濃度の関係をプロットした図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

上記のように、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサー等の高歩留まりが要求される製品に使用される半導体基板の暗電流特性、残像特性に対応する特性を基板レベルで測定することができる半導体基板の評価方法が求められていた。

【0022】

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、半導体基板の表面近傍の電気的特性を評価するための半導体基板の評価方法であって、
半導体基板の表面近傍にｐｎ接合を形成する工程と、
半導体基板表面に光照射を行う装置及び照射する光の光量を測定する装置を設けたウェーハチャック上に半導体基板を搭載する工程と、
半導体基板表面に所定時間光照射を行う工程と、
少なくとも光照射をオフにすると同時にｐｎ接合の逆方向リーク電流を経時的に測定する工程、
を有する半導体基板の評価方法であれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

【0023】

以下、本発明について図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0024】

まず、半導体基板中に、ｐｎ接合構造を作製する工程を行う。このｐｎ接合構造は、特に限定はされず、どのようなｐｎ接合構造でも問題はないが、ｐｎ接合構造起因のリーク電流（表面成分）を出来るだけ低減できるものが好ましい。また、ｐｎ接合構造の作製方法についても特に限定はされない。ただし、この後の工程で半導体基板表面に光を照射して逆方向リーク電流を測定する必要があるので、表面に光を反射したり、入射を阻害するようなもの、例えばアルミ電極などは存在しないことが好ましい。

【0025】

本発明で半導体基板を評価するときの一例を示す断面模式図を図１に示した。図１の半導体基板の評価では、例えば、リンドープされたシリコンウェーハ４を材料として、これに酸化膜１を形成し、酸化膜１をエッチングすることで窓開けを行う。次に、酸化膜１をマスクとしたリンのイオン注入等によりウェル２を形成し、このウェル２の中にボロン等を拡散することによりｐ型の接合拡散層５を形成する。ｎ型のウェル２とｐ型の接合拡散層５が接することによりｐｎ接合を形成し、ｐｎ接合近傍では電子と正孔が結合してキャリアが存在しない空乏層３が形成される。尚、酸化膜１の下には、寄生効果によりチャネルが形成されるのを防ぐために、基板と同一の導電型不純物をより高濃度に添加してチャネルストップ（チャネルストッパー）６を形成してもよい。

【0026】

このようにして作製されたｐｎ接合構造を持つ半導体基板を、光照射が可能でかつ光量（照度）を測定する装置を設けたウェーハチャック上に搭載する工程を行う。本発明の実施形態の一例を示す断面模式図を図２に示した。ｐｎ接合の逆方向リーク電流を測定するための装置は特に限定はされず、例えば、図２のＳＭＵ（Ｓｏｕｒｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅ Ｕｎｉｔ）を用いることができる。

【0027】

次に、半導体基板表面に所定の照度の光照射を所定時間行う工程を実施する。図２の点線矢印は光照射を示している。光照射は、白色光をもつような、例えば図２のようにＬＥＤ照明などを使用することが実デバイスを想定すると好ましいと考えられる。また、例えば赤外光に特化したデバイスを想定したときは、それに適応した波長の光源を選択することも可能である。照射する光の照度は、測定ごとにばらつかないようにすることが望ましく、そのために本発明のウェーハチャックは照度を測定する装置を含む。更に、照度を調整する装置を含むことが好ましい。

【0028】

本発明において照射する光の照度は、比較的強いものが必要であると考えられる。これは、実際のデバイスで強い光が入射した後に、いったんシャッターを閉じて像を取得後、シャッターを開き次の像を得る場合に、前の光により発生したキャリアが十分に排斥されておらず、この影響が残ったものが残像であるためである。本発明の評価に際しては照度を変化させて予め最適な照度を探しておく必要がある場合もあるが、一般的には市販の照明で照度を最大に設定する程度で十分である。具体的な照度としては、５００ルクス前後が好ましい。

【0029】

光の照射時間は、１〜１０秒が好ましく、３〜７秒がより好ましい。光の照射時間が１秒以上であれば、光照射をオンしてから照明の光量が安定するまでの時間をとることができるため、照度を一定にできる。また１０秒以下であれば、測定時間を短縮できる。

【0030】

このようにして形成されたｐｎ接合素子の逆方向電圧印加時の逆方向リーク電流を、図２に記載の装置により測定する工程を行う。本発明の測定シーケンス、すなわち光照射と逆方向リーク電流測定のタイミングの一例を示す概念図を図３に示す。

【0031】

光照射と逆方向リーク電流測定のタイミングは、図３に示されるように、少なくとも光源をオフにした時点からの逆方向リーク電流の時間変化を測定できれば特に限定されず、例えば、光照射をオフにすると同時に測定を開始する方法や、逆方向リーク電流を測定しながら、光照射をオンからオフに切り替え、そのときの電流値変化をモニターする方法等が挙げられる。

【0032】

光を一定時間照射し、光源をオフにした時点からの逆方向リーク電流の時間変化を測定した実際の測定例を図４に示す。図４の横軸は光照射をオフにした時点からの時間を示し、縦軸は測定したそれぞれの時間での逆方向リーク電流値を示す。図４のように、光照射をオフにしてからの電流値の時間変化量は大きいため、できるだけサンプリング時間は細かく設定した方が好ましい。

【0033】

確実に光源をオフにすると同時に逆方向リーク電流の時間変化を測定するため、電流測定装置（テスタ）の測定時間誤差を最小に抑え、また、測定毎に測定時間が変動しないように、測定時間誤差を一定にする必要がある。この測定時間は、待機時間とデータ取得時間に分けられ、更にデータ取得時間は、Ａ／Ｄ変換時間、積算時間、レンジ切り替え時間等に分けられる。

【0034】

一般的にテスタは、電流測定を行う際に、待機時間を設けた後にデータを取得する。待機時間を一定にすることは出来るが、特に問題なのが、データ取得時間である。高精度な微小電流値を得るために、一般的には測定値をＡ／Ｄ変換し、所定の時間（回数）データを取り込み、平均化している。テスタの性能の向上によりＡ／Ｄ変換のスピードも向上はしているが、電源ノイズを低減するために電源周波数に対応した積算をする時間（積算時間）が存在する。そのため、本発明の電流測定を実施するにあたり、テスタの積算時間を一定とするように設定することが好ましい。この積算時間を一定にする方法としては、テスタの機種にもよるが、実際に積算時間を設定する方法が挙げられる。

【0035】

また、測定する電流に最適な測定レンジを設定するために、例えば、オートレンジ機能を選択したままにしておくと、テスタが最適な測定レンジを探す動作が入り、実際の測定開始までの時間が変動してしまう。そのため、測定レンジを固定することが好ましい。

【0036】

積算時間の違いに伴う測定時間誤差は１０ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。積算時間の違いに伴う測定時間誤差が１０ｍｓｅｃ以下であれば、光源をオフにすると同時に逆方向リーク電流の時間変化を測定できる。積算時間の違いに伴う測定時間誤差を５０ｍｓｅｃとした時の光照射後の逆方向リーク電流の時間変化の測定結果を図５に示した。図５では、通常の測定結果を〇印で、通常の測定と比べ５０ｍｓｅｃの測定時間誤差があるときの測定結果を×印で表している。図５に示されるように、光照射をオフとした後の減衰曲線の部分で誤差が発生していることが分かる。また、積算時間の違いに伴う測定時間誤差を５ｍｓｅｃとした時の光照射後の逆方向リーク電流の時間変化の測定結果を図６に示した。図６では、通常の測定結果を〇印で、通常の測定と比べ５ｍｓｅｃの測定時間誤差があるときの測定結果を×印で表している。図６に示されるように、差はほとんど見られていない。なお、図５、図６の横軸は時間、縦軸は逆方向リーク電流値である。

【0037】

このように、逆方向リーク電流値を測定する際の測定時間を最小にし、測定毎の条件を一定にすれば、確実に光源をオフにすると同時に逆方向リーク電流の時間変化を測定することができる。また、測定毎の測定時間誤差を考慮する必要がない。

【0038】

測定した逆方向リーク電流について、光照射をオフにした直後に逆方向リーク電流値が減衰するときの勾配と、逆方向リーク電流値が減衰した後、変化が見られなくなったとき（値が飽和したとき）の逆方向リーク電流値を、それぞれ評価することができる。

【0039】

更に、半導体基板として固体撮像素子用の半導体基板を用い、光照射をオフにした直後に逆方向リーク電流値が減衰するときの勾配により固体撮像素子の残像特性を評価し、変化が見られなくなったときの逆方向リーク電流値により固体撮像素子の暗電流特性を評価することが可能である。

【0040】

前述の工程で測定した光照射をオフにした後の逆方向リーク電流値を比較することにより、残像特性や暗電流特性を評価することが可能である。光照射オフ後の所定時間における逆方向リーク電流が高いということは、それだけキャリアが残存していることを示すものであり、残像特性が悪いことが推測できる。更に、光照射オフ後の減衰曲線を解析し、減衰する勾配から比較検討することも可能である。このように残像特性は減衰途中のデータを解析することで評価することができる。

【0041】

また、暗電流特性は光照射をオフにしてから所定時間経過後に逆方向リーク電流値の変化が見られなくなったときのリーク電流値で評価することができる。

【0042】

実際の固体撮像素子の例でも、シャッターを開けた場合に入射する光により生成した電子・正孔対により電荷が生じ、これを取り込むことで画像として構築されるが、シャッターを閉じた後には、速やかに電子・正孔対が排出されることが重要であり、これが遅いと残像として、次のフレームに影響を及ぼす。一方でシャッターを閉じたとき、又は暗闇においては、電子・正孔対の発生はないが、欠陥等がシリコンのバンドギャップ中に存在すると、熱励起により電子・正孔対が発生することで白キズ、又は暗電流と呼ばれる現象を生じる。これらの現象は固体撮像素子の光電変換を行うｐｎ接合の空乏層中で発生するものであり、本発明に記載の方法、すなわち、光照射後の電荷の減少傾向が残像特性に、十分な時間が経過した後に変化が見られなくなった時のリーク電流が暗電流に相当することが分かる。

【0043】

このような本発明の半導体基板の評価方法であれば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサー等で懸念される半導体基板の逆方向リーク電流を起因とする暗電流特性及び残像特性不良を、簡便かつ高精度で評価することが可能になり、高品質な半導体基板を提供することが可能となる。

【実施例】

【0044】

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

【0045】

抵抗率１０Ω・ｃｍのリンドープの直径２００ｍｍのシリコンウェーハで、ウェーハの炭素濃度を０〜０．０２２ｐｐｍａ（ＪＥＩＴＡ）の範囲で振ったサンプルを準備した。これらのウェーハを材料として、まずこれらをパイロジェニック雰囲気下で１０００℃９０分処理し、厚さ２００ｎｍの酸化膜を形成した。形成した酸化膜上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを行った。フォトレジストはネガレジストを選択した。このレジスト付きウェーハをバッファードＨＦ溶液にて酸化膜エッチングし、硫酸過酸化水素混合液にてレジストを除去後、ＲＣＡ洗浄を実施した。このウェーハに加速電圧１６０ＫｅＶ、ドーズ量２．５×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２でリンをイオン注入し、その後、ボロンを１０ＫｅＶ、ドーズ量６．０×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２でイオン注入後、１０００℃、窒素雰囲気下で回復アニールすることで、ｐｎ接合構造を含む半導体基板を形成した。

【0046】

次に図３に示した測定シーケンスに従い、１０秒間光照射を行った後に、２秒間８Ｖ印加したときの逆方向リーク電流の時間変化データを取得した。その結果の一例を図７に示す。図７の横軸は時間、縦軸は逆方向リーク電流値である。

【0047】

また、光照射をオフにしてから０．２秒間のリーク電流の変化量を、指数関数として近似したときの傾きとして求めたものと、基板の炭素濃度との関係を図８にプロットした。図８の横軸は基板の炭素濃度、縦軸は逆方向リーク電流の減衰時の傾きである。この結果から、炭素濃度が高くなるにつれて、傾きが大きくなる傾向を示し、すなわち変化量が大きくなり残像特性が良くなる傾向を示すが、ある程度炭素濃度が高くなると、傾きが小さく、すなわち残像特性が悪くなることを示している。なお非特許文献の２及び３に、実際の固体撮像素子による残像特性は基板の酸素原子に影響されることが示唆されている。図８の結果より、炭素原子が基板に適量存在すると、ドナー化した酸素と炭素原子が結合することでドナーの影響をキャンセルでき、残像特性が良くなるが、炭素濃度が高くなりすぎると、炭素そのものが残像特性に悪影響を及ぼすことを示唆している。尚、図８のデータは３つのサンプルの結果を示している。

【0048】

更に、光照射後に逆方向リーク電流値が減衰した後、変化が見られなくなった時の逆方向リーク電流値と、基板の炭素濃度との関係を図９にプロットした。図９の横軸は基板の炭素濃度、縦軸は逆方向リーク電流値である。この結果から、炭素濃度が高くなると変化が見られなくなった時の逆方向リーク電流値が大きくなる、すなわち暗電流特性が悪くなることがわかった。

【0049】

非特許文献２及び３に示唆されているように、残像特性にはドナー化した酸素が影響することが示唆されている。一方で、炭素が存在するとドナーの効果を抑制することが知られている（非特許文献４）。図８、図９からは、炭素がある一定の濃度まではドナー抑制の効果を示すが、濃度が高くなると、抑制効果よりも、炭素そのものによる逆方向リーク電流への影響が発現したため、炭素の効果がこのように異なって表れているものと推測される。

【0050】

以上のように本発明の半導体基板の評価方法を適用することで、従来は区別できなかった炭素原子の逆方向リーク電流への効果を容易に見極めることが可能となり、特に固体撮像素子用シリコンウェーハの評価法として有効であることが分かった。

【0051】

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。

【符号の説明】

【0052】

１…酸化膜、 ２…ウェル、 ３…空乏層、 ４…シリコンウェーハ、
５…接合拡散層、 ６…チャネルストップ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】