JP4248249B2 - 半導体のマイクロ欠陥の検出と分類 - Google Patents
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Description
分析対象のシリコン又は半導体構造のサンプルの表面に高強度レーザ等の強度の高い光線を照射し、
光線によるシリコン又は半導体構造の励振で生じた光ルミネセンスからの第1の光ルミネセンスのイメージを作り出し、
光線からシリコン又は半導体構造の表面に反射した光から第2の反射光のイメージを作り出し、
前記2つのイメージの情報を組み合わせて、シリコン又は半導体構造中のマイクロ欠陥を検出し、マッピングし(map)、同定し、及び/又は特徴付けをすることを含む。
ここで、Vはサンプルの体積、ηは内部の量子効率(τ/τnrad)、p(z)は光が励振したため過剰になったキャリアの密度である。Cは収集と検出器の能率を示し、AとRはサンプルでの吸収・反射の損失原因の修正率である。PLマップに記録されたPL強度の変化はηの変化を表す。これは、全再結合率τと放射率τradのどちらか一方の変化により生じうる。一般にSiでは、τは非放射的なτnrad寿命にほぼ等しく、光線が欠陥の向こう側をスキャンするときにτnradのみに空間的な変化があると仮定すると、τもまた変化する。実験的に、PL信号の変化がτの変化に直接関連することを見せることができた。従って、欠陥での余分なキャリアの分配は欠陥のない材料におけるのと異なるので、欠陥を検出することができる。
図1〜図3はシリコンウエハを示す。図1では、欠陥の位置で欠陥がPL信号を消すので、PLイメージには欠陥が見えるだけであり、いわゆる電気的にアクティブな状態といわれる。製造時に欠陥ができると、その位置するところで(if it is fabricated were the defects are located)、当該欠陥はデバイス性能を低下させる。図2で観察された欠陥はPLと表面マップイメージの両方に観察される表面スクラッチである。図3はPLと表面マップの両方に現れる表面粒子のイメージを示す。
Claims (18)
- (a)分析対象のシリコン又は半導体構造のサンプルの表面に強度の高い光線を照射し、
(b)光線によるシリコン又は半導体構造の励振で生じた光ルミネセンス(PL)から第1の光ルミネセンスイメージを作り出し、
(c)光線からシリコン又は半導体構造の表面に反射した光で第2の反射光(SM)のイメージを作り出し、
(d)(d1)第1のPLイメージの強度を表示するデジタル強度の測定値を発生させ(generating)、
(d2)また第2のSMイメージの強度を表示するデジタル強度の測定値を発生させ、
(d3)前記デジタル化された強度の2つの測定値を数字上の比較をすることにより結合された結果を生じさせ、
(d4)前記結合された結果を検知した欠陥を特徴付けるために欠陥の性質についての参照データと比較して欠陥マップを作成して、検知した欠陥を空間的に位置決めして欠陥の特定又は特徴付けを行う、
というステップを実行することで、PLイメージとSMイメージをデジタル化して統計的に分析してPLイメージとSMイメージの情報を結合する
ことを特徴とするシリコン又は半導体構造中の欠陥を検出し分類する方法。 - 当該発生したデジタル強度測定の一方又は両方が強度をデジタル化した空間マップとして得られることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- SMデジタル化強度測定データと比較する前に、励振密度の変化を修正するために集められた絶対強度データに適当な数字上の修正率を適用して、ある欠陥と関係する励振密度を修正するためにPLデジタル化強度測定を修正することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- ソフトウェアアルゴリズムを使用して、励振密度を変えるためにPLイメージを修正する請求項3に記載の方法。
- PLと表面マップの測定した強度範囲の数値を求め、PL範囲をSM範囲で割り、当該コンバージョンを縮約するために標準偏差(s.d)を使用して平均値から表面変化を掛け、結果の値を修正された絶対PL強度データに追加して新たなPL強度データを得ることを特徴とする請求項3又は4に記載の方法。
- 室温のサンプルの表面に高強度レーザを当てることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の方法。
- レーザのプロービング容量は小さく、空間的解像度(spatial resolution)が0.1〜20μmであることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 理想的な空間的解像度が2〜5μmである請求項7に記載の方法。
- ピーク又は平均出力密度が104〜109ワット/cm2の間である請求項7又は8に記載の方法。
- パルス化された励振源を使用し、ルミネセンスデータ及び/又は時間の関数(a function of time)として集められたルミネセンスイメージを測定する請求項1ないし9のいずれかに記載の方法。
- レーザで大容量の前記半導体を励起して、一連のフォーカルプレーンからイメージを集めることにより、欠陥の深さ方向の差異を得るために(to obtain depth discrimination)焦点光学(confocal optics)を使用する請求項1ないし10のいずれかに記載の方法。
- イメージ強度情報のデジタル化、及び/又はPLイメージデータへの修正率(correction factors)の適用、及び/又はデジタル化されたPL・SMイメージデータの数字的な比較、及び/又は参照データとこれらの結果の比較は、適当なコンピュータ・ソフトウェアによって実行される請求項1ないし11のいずれかに記載の方法。
- イメージ強度情報のデジタル化、及び/又はPLイメージデータへの修正率の適用、及び/又はデジタル化されたPL・SMイメージデータの数字的な比較、及び/又は参照データとこれらの結果の比較という当該方法の中の、1又はそれ以上のステップを実行することにより請求項12の方法を実行するコンピュータ・ソフトウェア。
- デジタル化されたPL・SMイメージデータの数字的な比較、実行形式でのそれらの結果と参照データとの比較というステップを少なくとも実行して、さらに当該参照データを読み込み可能な形態にする請求項13によるコンピュータ・ソフトウェアを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
- 分析対象のシリコン又は半導体構造物のサンプルの表面に直接照射可能な高強度レーザ等の高強度の光線源と、
光線によりシリコン又は半導体構造物の励振により生み出された光ルミネセンス(PL)から第1のイメージを作り出す第1のイメージング手段と、
シリコン又は半導体構造物の表面から反射した光により第2の反射光(SM)のイメージを作り出す第2のイメージング手段と、
ここで、第1と第2のイメージング手段は、数字上の処理がされた(数字的に得られる)デジタル化イメージ強度データを集めて形成されるデジタルイメージを含み、
PLイメージングからデジタル化したイメージ強度を蓄積する第1のデータ記録器(register)とSMイメージングからデジタル化したイメージ強度を蓄積する第2のデータ記録器(register)の形式でデジタル化イメージ強度データを得る手段と、
欠陥タイプに特有の強度データを含む参照記録器(register)と、
前記第1と第2の記録器からのデータを結合して結合結果を得て、該結合結果を参照記録器中のデータと比較して欠陥を特徴付けるイメージ比較器(comparator)を含む2つのイメージの比較を可能にする手段と、
欠陥と特徴付けられた欠陥結果を表示する表示装置と
からなる反射光のイメージングと同時に又は連続して半導体又はシリコン構造物の光ルミネセンスのイメージングを担う装置。 - イメージング手段は観察者による同時観測を可能にする請求項15の装置。
- 前記レーザをパルス化し、それにより時間の関数として得られるPLイメージを獲得する手段を提供する請求項15又は16に記載の装置。
- 高周波(0.1〜100MHz)で前記レーザを調節する変調可能なレーザ及び制御手段を提供して前記装置のユーザーが異なる深さで半導体又はシリコン構造を抽出するのを可能にする請求項15〜17のいずれかに記載の装置。
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