JP2000154094A - 半導体ウェーハの結晶欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェーハ中に存在する結晶欠陥などの
欠陥を二次元的かつ高速で可視化することができる半導
体ウェーハの結晶欠陥検査方法を提供すること。 【解決手段】 半導体ウェーハ２の一方の面に絶縁物４
を介して導電部７を配置し、この状態で半導体ウェーハ
２と導電部７との間にバイアス電圧を印加しつつ、半導
体ウェーハ２の裏面側からバンドギャップ以上のエネル
ギーをもつ光１４を照射し、この照射によって生ずる光
電流に基づいて半導体ウェーハ２における欠陥を検出す
るようにした半導体ウェーハの結晶欠陥検査方法におい
て、前記半導体ウェーハ２の裏面側に、互いに異なる発
振周波数の光１４を発する複数の光源２５を直線的に配
列してなる光照射部２４を設け、この光照射部２４を光
源２５の配列方向Ｘと直交する方向Ｙに移動させて半導
体ウェーハ２を照射し、この照射によって得られた信号
を発振周波数ごとに処理するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シリコンウェー
ハなど半導体ウェーハにおける結晶欠陥を検査する方法
に関する。

【０００２】

【発明の背景】一般に、シリコンウェーハが作製される
までには、採取される珪石を、金属級シリコン、半導体
級多結晶シリコンと順次高純度化させ、単結晶シリコン
をインゴットとして作製した後、スライシング、ラッピ
ングおよびエッチングして完成する。この単結晶シリコ
ンのインゴットを作製する方法として、シリコン融液か
ら単結晶引き上げを行うＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋ
ｉ）法と、原料多結晶シリコンを高周波電力で溶融した
ものをそのまま種結晶上に成長させるＦＺ（Ｆｌｏａｔ
ｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法とがある。ＣＺ法は、ＦＺ法に比
べて、成長速度が小さく、また、酸素、ボロンやアルミ
ニウムなどの汚染があるなどの欠点があるが、デバイス
工程中に転位が発生しにくく、また、成長速度むらが小
さいなどの理由により、現在の集積回路はＣＺ法による
シリコンウェーハが使われている。

【０００３】ところで、ＣＺ法により、単結晶シリコン
のインゴットをシリコン融液から引き上げる際、微妙な
温度差などによって、結晶の成長速度などが変わり、そ
のため各種の結晶欠陥が生ずる。ここでいう結晶欠陥と
は、無転位成長におけるもののことである。シリコン中
に混入される酸素、炭素や添加不純物は、インゴット成
長条件（対流による融液温度勾配、種結晶回転速度、る
つぼ回転速度など）によって偏析し、それによって欠陥
が生じることが分かっている。その一つがストライエー
ション（ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）と呼ばれる種結晶から三
次元的な同心円状にむらを生じさせる特異な結晶欠陥で
ある。

【０００４】ところで、本願出願人は、上述の結晶欠陥
などを確実に検出する新規で有用な手法を、「半導体ウ
ェーハの結晶欠陥検査方法」として、平成１０年１０月
３０日付けにて特許出願しているところである（特願平
１０−３１０５４９号）。

【０００５】図５は、上記特許出願に係る「半導体ウェ
ーハの結晶欠陥検査方法」を実施するための装置の構成
を概略的に示すもので、この図において、１は測定部で
あって、次のように構成されている。すなわち、２は測
定対象の矩形のシリコンウェーハ（以下、単にウェーハ
という）で、例えば縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ１０
０μｍの大きさのｎ型シリコン基板である。このウェー
ハ２は、もともと厚さが５００μｍのものを機械的また
は化学機械的に研磨して１００μｍの厚さにしたもので
ある。３はウェーハ２の下面側に形成される金アンチモ
ン、金ガリウム、アルミニウムなどよりなるオーミック
電極である。

【０００６】４はウェーハ２の上面全体にわたって形成
される絶縁膜で、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ₂ ）膜５
とシリコン窒化（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）膜６とを、熱酸化やＣＶ
Ｄなどの手法によって順次形成してなるもので、厚みは
それぞれ５０ｎｍ（ナノメートル）、１００ｎｍであ
る。

【０００７】７は絶縁層４の上面に接触するように配置
される電解質溶液、例えば塩化カリウム水溶液で、この
実施の形態においては、絶縁層４の上部に水密に立設さ
れた樹脂など適宜の素材よりなる周壁８内に収容され
る。

【０００８】９，１０は電解質溶液７に浸漬される対
極、比較電極である。

【０００９】１１はウェーハ２を載置するとともに、こ
のウェーハ２と周壁８とを一体的に二次元方向、例えば
紙面の左右方向であるＸ方向と、紙面に垂直な方向であ
るＹ方向とに走査するウェーハ走査装置で、後述するレ
ーザ光１４を遮ることなく通過させるように構成されて
いるとともに、走査制御装置１２からの信号によって制
御される。

【００１０】１３はウェーハ２に対して照射される例え
ば近赤外領域のレーザ光１４を発するレーザ光源で、ウ
ェーハ２の下面側に設けられている。このレーザ光源１
３は、後述するインタフェースボード１９を介してコン
ピュータ２０の制御信号によってレーザ光１４を断続的
に発するとともに、走査制御装置１２によって二次元方
向に走査されるウェーハ２に対してその下面側から最適
なビーム径になるように調整されたレーザ光１４を照射
するように構成されている。

【００１１】１５は上述のように構成された測定部１を
制御するための制御ボックスであって、ウェーハ２に適
宜のバイアス電圧を印加するためのポテンショスタット
１６、ウェーハ２に形成されたオーミック電極３から取
り出される電流信号を電圧信号に変換する電流−電圧変
換器１７、この電流−電圧変換器１７からの信号が入力
される演算増幅回路１８、この演算増幅回路１８と信号
を授受したり、レーザ光源１３および走査制御装置１２
に対する制御信号を出力するインタフェースボード１９
などよりなる。

【００１２】２０は各種の制御や演算を行うとともに、
画像処理機能を有する制御・演算部としてのコンピュー
タ、２１は例えばキーボードなどの入力装置、２２はカ
ラーディスプレイなどの表示装置、２３はメモリ装置で
ある。

【００１３】上記構成の装置を用いてウェーハ２におけ
る結晶欠陥を検査する方法を説明すると、一方の面（上
面）に絶縁膜４を形成するとともに、他方の面（下面）
に機械的研磨を施したウェーハ２を、絶縁膜４が上面に
なるようにウェーハ走査装置１１上にセットし、さら
に、ウェーハ２の上面に周壁８を水密に立設する。そし
て、周壁８と絶縁膜４で形成される周壁８内部に電解質
溶液７を収容し、この溶液７内に対極９および比較電極
１０を浸漬し、これらをポテンショスタット１６に接続
する。また、ウェーハ２に形成されたオーミック電極３
を電流−電圧変換器１７に接続する。

【００１４】そして、この状態で、ポテンショスタット
１６によって、比較電極９とオーミック電極３との間
（電解質溶液７とウェーハ２との間）に電圧を印加し、
ウェーハ２と絶縁膜４の界面の半導体層２ａを反転状態
にし、ウェーハ２に最大幅の空乏層が生じさせる。すな
わち、例えば、ウェーハ２がｎ型シリコンウェーハであ
れば、ウェーハ２側に十分大きな正方向のバイアス電圧
を印加して、ウェーハ２と絶縁膜４の界面の半導体層２
ａを反転状態にする。

【００１５】電解質溶液７とウェーハ２との間にバイア
ス電圧を印加して、ウェーハ２と絶縁膜４の界面の半導
体層２ａを反転状態にした状態で、コンピュータ２０か
らの制御信号をインタフェースボード１９を介してレー
ザ光源１３に入力し、レーザ光源１３から、バンドギャ
ップ（１．１ｅＶ）以上のエネルギーをもつ変調レーザ
光１４を一定周期（例えば１０ｋＨｚ）でウェーハ２に
断続的に照射する。このとき、ウェーハ２の裏面側（図
示例では下面側）において生成された光キャリアは、ウ
ェーハ２の表面側（上面側）の絶縁膜界面の空乏層まで
拡散しなければ、信号である交流光電流は流れない。

【００１６】そして、ウェーハ２中に酸素や添加不純物
などに起因する結晶欠陥が存在すると、この結晶欠陥で
前記発生した光キャリアが消滅する。信号である交流光
電流は、空乏層に到達した光キャリアの数に比例するの
で、交流光電流の二次元像を測定することで結晶欠陥を
検出することができる。

【００１７】そこで、コンピュータ２０からの制御信号
をインタフェースボード１９を介して走査制御装置１２
に入力して、ウェーハ走査装置１１をＸ，Ｙ方向に移動
させることにより、レーザ光１４がウェーハ２に対して
その二次元方向に走査されるように照射され、ウェーハ
２における位置信号（ｘ，ｙ）と、その位置において観
測された交流光電流信号値とをコンピュータ２０におい
て処理することにより、表示装置２２の画面上に、図２
に示すような光電流二次元画像を得ることができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、前記特
許出願に係る手法によれば、ウェーハ２中に存在する結
晶欠陥を確実に検出することができる。しかしながら、
このように優れた手法においても次のような問題があっ
た。すなわち、上述の手法においては、光電流二次元画
像を得るため、ウェーハ２をウェーハ走査装置１１によ
って二次元的に走査しているが、例えば１００μｍ程度
の高空間分解能で、ウェーハ２の全面（例えば４インチ
であれば直径２００ｍｍ、８インチであれば直径４００
ｍｍ）を測定しようとすると、かなりの時間を要するこ
ととなる。

【００１９】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、シリコンウェーハなど半導体ウ
ェーハ中に存在する結晶欠陥などの欠陥を二次元的かつ
高速で可視化することができる半導体ウェーハの結晶欠
陥検査方法（以下、結晶欠陥検査方法という）を提供す
ることである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、半導体ウェーハの一方の面に絶縁物
を介して導電部を配置し、この状態で半導体ウェーハと
導電部との間にバイアス電圧を印加しつつ、半導体ウェ
ーハの裏面側からバンドギャップ以上のエネルギーをも
つ光を照射し、この照射によって生ずる光電流に基づい
て半導体ウェーハにおける欠陥を検出するようにした半
導体ウェーハの結晶欠陥検査方法において、前記半導体
ウェーハの裏面側に、互いに異なる発振周波数の光を発
する複数の光源を直線的に配列してなる光照射部を設
け、この光照射部を光源の配列方向と直交する方向に移
動させて半導体ウェーハを照射し、この照射によって得
られた信号を発振周波数ごとに処理するようにしてい
る。

【００２１】上記結晶欠陥検査方法においては、一つの
方向に互いに異なる発振周波数の光を発する複数の光源
を直線的に配列し、これらの光源をその配列方向と直交
する方向に移動させる。これにより、半導体ウェーハは
二次元的に走査される。この光の走査によって得られる
信号には、周波数の異なる信号が重畳されているが、こ
れを例えばバンドパスフィルタやフーリエ変換の手法を
用いて周波数成分ごとに信号分離することにより、各周
波数の電流成分を抽出し、これに基づいて半導体ウェー
ハの二次元画像情報を得ることができる。そして、上記
方法においては、従来の走査方法に比べて半導体ウェー
ハの走査に要する時間が大幅に短縮されるので、半導体
ウェーハにおける所望の二次元情報を高速に得ることが
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を、図面を参照
しながら説明する。なお、以下の各図において、図５に
示した符号と同一のものは同一物である。まず、図１お
よび図２は、第１の実施の形態を示すもので、これらの
図において、２４はウェーハ２の裏面側（図示例では下
面側）に設けられる光照射部である。この光照射部２４
は、互いに異なる発振周波数のレーザ光を発する複数の
レーザ光源２５を直線的（一次元的）に配列してなるも
ので、特に図２に示すように、矩形のウェーハ２の一方
の辺２ｘに平行な矢印Ｘ方向に一直線状に、前記辺２ｘ
の長さに見合うだけ、隙間なく配列されている。

【００２３】そして、前記複数のレーザ光源２５は、適
宜のケース２６に収容されており、このケース２６はス
ライドベース２７の上面に固定されている。このスライ
ドベース２７は、前記Ｘ方向と直交する矢印Ｙ方向（ウ
ェーハ２の一方の辺２ｘと直交する他の辺２ｙと平行な
方向）に延設されたガイドロッド２８と係合し、移動制
御装置２９によって制御される直線移動装置３０によっ
て、矢印Ｙ方向において往復移動できるように構成され
ている。

【００２４】すなわち、ウェーハ２の裏面側に設けられ
る光照射部２４は、複数のレーザ光源２５がウェーハ２
の一辺２ｘに見合う長さだけ一次元的に設けられ、これ
らのレーザ光源２５がガイドロッド２８に沿って少なく
ともウェーハ２の他の一辺２ｙの長さを一次元的に移動
し、ウェーハ２を二次元的に走査できるように構成され
ている。

【００２５】そして、前記光照射部２４は、制御ボック
ス１５に設けられたインタフェースボード１９Ａからの
信号によって制御される。このインタフェースボード１
９Ａは、演算増幅回路１８と信号を授受したり、各レー
ザ光源２５および移動制御装置２９に対する制御信号を
出力するものである。

【００２６】上記構成において、ポテンショスタット１
６によって、比較電極９とオーミック電極３との間（電
解質溶液７とウェーハ２との間）に電圧を印加し、ウェ
ーハ２と絶縁膜４の界面の半導体層２ａを反転状態にす
る。この状態で、各レーザ光源２５を動作させて、互い
に異なる発振周波数の光を発しながら、レーザ光源２５
を矢印Ｙ方向にに移動させる。これにより、ウェーハ２
は、互いに異なる発振周波数の光で順次走査される。こ
のレーザ光の走査によって得られる信号には、周波数の
異なる信号が重畳されているが、これを、コンピュータ
２０において、例えばバンドパスフィルタやフーリエ変
換の手法を用いて周波数成分ごとに信号分離することに
より、各周波数の電流成分を抽出することにより、ウェ
ーハ２における二次元画像情報を得ることができる。

【００２７】上述の第１の実施の形態においては、ウェ
ーハ２に形成された絶縁膜４に接触させる導電物として
電解質溶液７を設けていたが、電解質溶液７に代えて、
絶縁膜４の上面に金属膜を形成してもよい。図３は第２
の実施の形態を示すもので、この図３において、３１は
絶縁膜４の上面に形成される金またはアルミニウムなど
の金属よりなる膜である。この金属膜３１は、ウェーハ
２に絶縁膜４を形成した後、適宜の手法で形成される。

【００２８】上述の各実施の形態においては、検査対象
であるウェーハ２の一方の面に絶縁層４を形成し、その
上部に設けられる導電層７（または３１）と絶縁するよ
うにしていたが、図４に示すようにしてもよい。すなわ
ち、図４は第３の実施の形態を示すもので、この実施の
形態においては、ウェーハ２の上面に対して数μｍ程度
のエアーギャップ３２を介して、適宜の金属板３３を配
置している。

【００２９】この第３の実施の形態における動作は、上
述の第１または第２の実施の形態のものの動作と同様で
あるので、その詳細な説明は省略する。そして、この実
施の形態においては、ウェーハ２側の構成が図３に示し
たものに比べてさらに簡単であり、取扱いも容易である
といった利点がある。そして、ウェーハ２には絶縁膜４
の形成を行ってないので、ウェーハ２に対して一切の熱
処理が行われてなく、まさに、インゴットからのａｓ−
Ｇｒｏｗｎな結晶欠陥を検出することができる。

【００３０】この発明は、上述の各実施の形態に限られ
るものではなく、種々に変形して実施することができ
る。例えば、レーザ光源２５に代えて、光ファイバーを
用いてレーザを一次元的または二次元的に配置してもよ
い。また、レーザ光源２５に代えて、レーザダイオード
アレーを用いてもよい。

【００３１】そして、ウェーハ２には必ずしもオーミッ
ク電極３を設ける必要はなく、ウェーハ２に対して、一
端が電流−電圧変換器１７に接続されている導線の他端
側を圧接させるだけでもよい。このようにすれば、ウェ
ーハ２を非破壊の状態で検査することができる。

【００３２】また、比較電極１０は必ずしも必要ではな
いが、この電極１０を設けてある方がウェーハ２にバイ
アス電圧を安定して印加することができる。

【００３３】さらに、この発明の結晶欠陥検査方法は、
シリコンウェーハなど単体の半導体ウェーハのみなら
ず、ＧａＡｓなどのような化合物半導体ウェーハにも適
用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、半導体ウェーハ中のストライエーションなど結晶欠
陥を検出する場合、半導体ウェーハの二次元的走査に要
する時間が大幅に短縮されるので、半導体ウェーハにお
ける所望の二次元情報を高速に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体ウェーハの結晶欠陥検査方法
を実施するための装置の一例を示すブロック図である。

【図２】前記装置の主要部の構成を示す図である。

【図３】ウェーハにおける構成の他の実施の形態を示す
図である。

【図４】ウェーハにおける構成の別の実施の形態を示す
図である。

【図５】この発明のベースとなる半導体ウェーハの結晶
欠陥検査方法を実施するための装置の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

２…半導体ウェーハ、４…絶縁物、７…導電部、１４…
光、２４…光照射部、２５…レーザ光源、３１…金属
膜、３２…エアーギャップ、３３…金属板、Ｘ…光源の
配列方向、Ｙ…光源の移動方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AB02 BA01 BA06 BB02 BB17 BC06 EC04 EC05 ED08 GC15 GD02 4G077 AA02 AB10 BA04 EG30 4M106 AA01 BA04 BA05 BA08 BA14 CA04 CA09 CA17 CA27 CA46 CB19

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェーハの一方の面に絶縁物を介
   して導電部を配置し、この状態で半導体ウェーハと導電
   部との間にバイアス電圧を印加しつつ、半導体ウェーハ
   の裏面側からバンドギャップ以上のエネルギーをもつ光
   を照射し、この照射によって生ずる光電流に基づいて半
   導体ウェーハにおける欠陥を検出するようにした半導体
   ウェーハの結晶欠陥検査方法において、前記半導体ウェ
   ーハの裏面側に、互いに異なる発振周波数の光を発する
   複数の光源を直線的に配列してなる光照射部を設け、こ
   の光照射部を光源の配列方向と直交する方向に移動させ
   て半導体ウェーハを照射し、この照射によって得られた
   信号を発振周波数ごとに処理するようにしたことを特徴
   とする半導体ウェーハの結晶欠陥検査方法。