JPH0697249A - シリコンウェーハの評価方法及びその装置 - Google Patents
シリコンウェーハの評価方法及びその装置Info
- Publication number
- JPH0697249A JPH0697249A JP24282592A JP24282592A JPH0697249A JP H0697249 A JPH0697249 A JP H0697249A JP 24282592 A JP24282592 A JP 24282592A JP 24282592 A JP24282592 A JP 24282592A JP H0697249 A JPH0697249 A JP H0697249A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- silicon wafer
- wave
- electromagnetic wave
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＶＬＳＩ等が組込まれるシリコンウェーハ表
面の無欠陥層（ＤＺ）の特性を、非破壊、非接触な方法
で測定し評価する方法と装置を提供する。 【構成】 シリコンウェーハ表面に励起光と電磁波を同
時に照射し、励起したエレクトロンが再結合する際の光
導電減衰により電磁波が変調されることを利用し、反射
してくる電磁波の光導電減衰波形を解析して、ウェーハ
の表面状態を評価する。
面の無欠陥層（ＤＺ）の特性を、非破壊、非接触な方法
で測定し評価する方法と装置を提供する。 【構成】 シリコンウェーハ表面に励起光と電磁波を同
時に照射し、励起したエレクトロンが再結合する際の光
導電減衰により電磁波が変調されることを利用し、反射
してくる電磁波の光導電減衰波形を解析して、ウェーハ
の表面状態を評価する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はＩＣ用半導体ウェーハ
の表面層の評価方法及びそれに使用する装置に関する。
の表面層の評価方法及びそれに使用する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣは半導体ウェーハ上の数μｍから数
十μｍ以内の表面結晶層内に作製される。従って、特に
ＵＬＳＩ等では、その表面結晶層の結晶欠陥の非発生、
重金属などの汚染の防止または除去そして結晶表面歪な
どの除去が非常に重要である。その表面での欠陥非生成
の技術として、ウェーハ内部に欠陥を故意に生成するこ
とにより、表面層の欠陥を非生成とするいわゆるイント
リンジックゲッタリング（ＩＧ）と、表面層と反対側の
裏面側に欠陥を故意に生成することにより、表面層の欠
陥を非生成とするエクストリンジックゲッタリング（Ｅ
Ｇ）がある。いずれの場合も、表面層では欠陥は殆どな
くなる（いわゆるデヌードゾーン ＤＺを形成する）
が、内部は欠陥だらけとなる。従って、このようなウェ
ーハの表面層の結晶性と重金属汚染度合の評価が必要不
可欠である。
十μｍ以内の表面結晶層内に作製される。従って、特に
ＵＬＳＩ等では、その表面結晶層の結晶欠陥の非発生、
重金属などの汚染の防止または除去そして結晶表面歪な
どの除去が非常に重要である。その表面での欠陥非生成
の技術として、ウェーハ内部に欠陥を故意に生成するこ
とにより、表面層の欠陥を非生成とするいわゆるイント
リンジックゲッタリング（ＩＧ）と、表面層と反対側の
裏面側に欠陥を故意に生成することにより、表面層の欠
陥を非生成とするエクストリンジックゲッタリング（Ｅ
Ｇ）がある。いずれの場合も、表面層では欠陥は殆どな
くなる（いわゆるデヌードゾーン ＤＺを形成する）
が、内部は欠陥だらけとなる。従って、このようなウェ
ーハの表面層の結晶性と重金属汚染度合の評価が必要不
可欠である。
【０００３】従来ウェーハ表面層の評価方法としては、
結晶性についてはウェーハへきかい後、当該断面の化学
エッチングによるエッチピット観察、あるいはウェーハ
へきかい後赤外線レーザを照射して、析出物からの散乱
光を観察することによる析出物分布を調査している（学
振第１４５委、第５３回研究会資料、平成３年２月２
日、Ｐ．７〜Ｐ．１２参照）。重金属評価としては、Ｓ
ＩＭＳによる深さ方向プロファイル測定やライフタイム
測定などが実用化されている（ＵＣＳ半導体基盤技術研
究会、超ＬＳＩウルトラクリーンテクノロジーワークシ
ョップ資料Ｎｏ. ９，１９９１年３月１５日、Ｐ．２９
〜Ｐ．３９；学振第１４５委、第４２回研究会資料、昭
和６３年１０月３日、Ｐ．１５〜Ｐ．２０等参照）。
結晶性についてはウェーハへきかい後、当該断面の化学
エッチングによるエッチピット観察、あるいはウェーハ
へきかい後赤外線レーザを照射して、析出物からの散乱
光を観察することによる析出物分布を調査している（学
振第１４５委、第５３回研究会資料、平成３年２月２
日、Ｐ．７〜Ｐ．１２参照）。重金属評価としては、Ｓ
ＩＭＳによる深さ方向プロファイル測定やライフタイム
測定などが実用化されている（ＵＣＳ半導体基盤技術研
究会、超ＬＳＩウルトラクリーンテクノロジーワークシ
ョップ資料Ｎｏ. ９，１９９１年３月１５日、Ｐ．２９
〜Ｐ．３９；学振第１４５委、第４２回研究会資料、昭
和６３年１０月３日、Ｐ．１５〜Ｐ．２０等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】表面結晶層の結晶特性
の評価は、非破壊でかつウェーハ面内の特性分布も評価
できるのが望ましい。然るに、現状の評価技術では、ウ
ェーハライフタイム法以外は試料作製あるいは測定上破
壊評価となる。またウェーハライフタイム法はウェーハ
断面方向全体の評価であり、表面結晶層の情報は現状で
は取り出せていない。また、表面結晶歪については、現
在特に問題発生していないが、将来デバイスの高集積化
がさらに進歩してくると問題になってくる可能性がある
結晶特性である。上記欠点を解決できる評価手段が本発
明の目的であって、ＤＺを初めとする表面結晶層の結晶
特性を非破壊、非接触で測定する方法と装置を提供する
ものである。
の評価は、非破壊でかつウェーハ面内の特性分布も評価
できるのが望ましい。然るに、現状の評価技術では、ウ
ェーハライフタイム法以外は試料作製あるいは測定上破
壊評価となる。またウェーハライフタイム法はウェーハ
断面方向全体の評価であり、表面結晶層の情報は現状で
は取り出せていない。また、表面結晶歪については、現
在特に問題発生していないが、将来デバイスの高集積化
がさらに進歩してくると問題になってくる可能性がある
結晶特性である。上記欠点を解決できる評価手段が本発
明の目的であって、ＤＺを初めとする表面結晶層の結晶
特性を非破壊、非接触で測定する方法と装置を提供する
ものである。
【０００５】上記欠点を解決するため光導電減衰波形を
利用することが考えられるが、光導電減衰波形から、ウ
ェーハ全体の評価法は多く報告されているが（例えば荻
田陽一郎、堀口文男、古川静二郎：応用物理第４９巻第
９号（１９８０）９３０〜９３５ページ参照）光導電減
衰波形からウェーハ表面結晶層を評価する方法、装置は
まだない。
利用することが考えられるが、光導電減衰波形から、ウ
ェーハ全体の評価法は多く報告されているが（例えば荻
田陽一郎、堀口文男、古川静二郎：応用物理第４９巻第
９号（１９８０）９３０〜９３５ページ参照）光導電減
衰波形からウェーハ表面結晶層を評価する方法、装置は
まだない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明ではウェーハ表面
にインパルス光と電磁波を同時に照射し、反射してくる
電磁波の光導電減衰波形から表面層特性を評価する方法
を採用した。以下に本発明の評価方法につき図を用いて
詳細に説明する。
にインパルス光と電磁波を同時に照射し、反射してくる
電磁波の光導電減衰波形から表面層特性を評価する方法
を採用した。以下に本発明の評価方法につき図を用いて
詳細に説明する。
【０００７】図１は本発明の測定方法の概略を示す図で
ある。図において１は評価対象とするシリコンウェーハ
で、イントリンジックゲッタリング（ＩＧ）により表面
２側の結晶層を無欠陥にした領域、いわゆるＤｅｎｕｄ
ｅｄ Ｚｏｎｅ（ＤＺと略記する）３を形成してある。
裏面５側には何の処理もほどこされておらず、結晶欠陥
はウェーハの内部に集中し、内部欠陥層４を形成してい
る。
ある。図において１は評価対象とするシリコンウェーハ
で、イントリンジックゲッタリング（ＩＧ）により表面
２側の結晶層を無欠陥にした領域、いわゆるＤｅｎｕｄ
ｅｄ Ｚｏｎｅ（ＤＺと略記する）３を形成してある。
裏面５側には何の処理もほどこされておらず、結晶欠陥
はウェーハの内部に集中し、内部欠陥層４を形成してい
る。
【０００８】このようなウェーハのＤＺ３に吸収係数の
大きい励起光６を照射し、ウェーハのＤＺ３内に光キャ
リアを励起する。励起光６はそのＤＺ３内にその光侵入
長があるように、波長を１８０〜８９０ｎｍのうちから
選択してインパルス的に照射する。光の侵入長を決める
波長λは侵入するＤＺ３の厚さｔｄと関係する。光の吸
収係数αは１／α≦ｔｄとなる関係で決め、α−λ曲線
から励起光の波長λを決める。たとえば、ｔｄ＝２０μ
ｍの場合はλ≦８９０ｎｍ、ｔｄ＝１５μｍではλ≦８
５０ｎｍ、ｔｄ＝１０μｍではλ≦８０６ｎｍ、ｔｄ＝
５μｍではλ≦６４５ｎｍとなる。つまり、上記の値は
測定しようとするウェーハの表面結晶層の厚さに対する
最長波長を示しており、これより短波長側の励起光を使
用すれば問題ない。たとえばＮ2 レーザ（λ＝３３７ｎ
ｍ）を使用すれば広範囲の表面結晶層の厚さに対応でき
る。パルス幅はプローブ波周波数にかかわらず数ｎｓで
よい。
大きい励起光６を照射し、ウェーハのＤＺ３内に光キャ
リアを励起する。励起光６はそのＤＺ３内にその光侵入
長があるように、波長を１８０〜８９０ｎｍのうちから
選択してインパルス的に照射する。光の侵入長を決める
波長λは侵入するＤＺ３の厚さｔｄと関係する。光の吸
収係数αは１／α≦ｔｄとなる関係で決め、α−λ曲線
から励起光の波長λを決める。たとえば、ｔｄ＝２０μ
ｍの場合はλ≦８９０ｎｍ、ｔｄ＝１５μｍではλ≦８
５０ｎｍ、ｔｄ＝１０μｍではλ≦８０６ｎｍ、ｔｄ＝
５μｍではλ≦６４５ｎｍとなる。つまり、上記の値は
測定しようとするウェーハの表面結晶層の厚さに対する
最長波長を示しており、これより短波長側の励起光を使
用すれば問題ない。たとえばＮ2 レーザ（λ＝３３７ｎ
ｍ）を使用すれば広範囲の表面結晶層の厚さに対応でき
る。パルス幅はプローブ波周波数にかかわらず数ｎｓで
よい。
【０００９】次に、プローブ波７は周波数３０〜３，０
００ＧＨｚのミリ波またはサブミリ波を用い、ウェーハ
表面の励起光照射位置と同じ位置Ｐ点に照射する。プロ
ーブ波７の反射波８は、結晶内で励起された光キャリア
による光導電度の増加と、それに続く消光後再結合され
る際の減衰に伴ういわゆる光導電減衰変化によって変調
されたものとなる。従ってプローブ波７の反射波８を検
出して検波すれば、光導電減衰変化を知ることができ
る。
００ＧＨｚのミリ波またはサブミリ波を用い、ウェーハ
表面の励起光照射位置と同じ位置Ｐ点に照射する。プロ
ーブ波７の反射波８は、結晶内で励起された光キャリア
による光導電度の増加と、それに続く消光後再結合され
る際の減衰に伴ういわゆる光導電減衰変化によって変調
されたものとなる。従ってプローブ波７の反射波８を検
出して検波すれば、光導電減衰変化を知ることができ
る。
【００１０】以上述べた方法により得られる光導電減衰
波形から、ウェーハの表面結晶層の諸特性を評価する方
法について説明する。表面結晶層中で励起されたキャリ
アは結晶層中を移動し、内部欠陥層４に入り、欠陥によ
る再結合中心によりキャリアは急激に減少する。従っ
て、光導電減衰波形は、初めゆっくりと減衰し、次いで
急激に減衰する。これを模式的に示せば図２の通りにな
る。図２は光導電度の変化を示す図で、横軸は時間、縦
軸は光導電度の比を表わす。図２で曲線ＡはＤＺがある
場合、曲線ＢはＤＺがない場合を示す。図２に示す各曲
線について結晶表面の状態を示せば下表の通りである。
波形から、ウェーハの表面結晶層の諸特性を評価する方
法について説明する。表面結晶層中で励起されたキャリ
アは結晶層中を移動し、内部欠陥層４に入り、欠陥によ
る再結合中心によりキャリアは急激に減少する。従っ
て、光導電減衰波形は、初めゆっくりと減衰し、次いで
急激に減衰する。これを模式的に示せば図２の通りにな
る。図２は光導電度の変化を示す図で、横軸は時間、縦
軸は光導電度の比を表わす。図２で曲線ＡはＤＺがある
場合、曲線ＢはＤＺがない場合を示す。図２に示す各曲
線について結晶表面の状態を示せば下表の通りである。
【００１１】
【表１】
【００１２】このように、初期の減衰波形は主に表面結
晶層の情報を反映し、尻尾の方の波形は主に内部欠陥層
の情報を反映しているといえる。さらに、全体波形は表
面結晶層の無欠陥の度合、表面結晶層の厚み、そして内
部欠陥層の欠陥濃度度合の情報を反映している。従っ
て、表面結晶層厚みが同一なウェーハ間なら、減衰波形
の初期波形の違いから、表面結晶層の結晶欠陥濃度度合
と汚染度合を評価できる。また、表面結晶層と内部欠陥
層が同一なウェーハ間なら、全体波形のシフトから、表
面結晶層の厚みの違いを評価できる。さらに、全体波形
の違いから、特に内部欠陥層の欠陥濃度度合を評価でき
る。
晶層の情報を反映し、尻尾の方の波形は主に内部欠陥層
の情報を反映しているといえる。さらに、全体波形は表
面結晶層の無欠陥の度合、表面結晶層の厚み、そして内
部欠陥層の欠陥濃度度合の情報を反映している。従っ
て、表面結晶層厚みが同一なウェーハ間なら、減衰波形
の初期波形の違いから、表面結晶層の結晶欠陥濃度度合
と汚染度合を評価できる。また、表面結晶層と内部欠陥
層が同一なウェーハ間なら、全体波形のシフトから、表
面結晶層の厚みの違いを評価できる。さらに、全体波形
の違いから、特に内部欠陥層の欠陥濃度度合を評価でき
る。
【００１３】たとえば、図２の減衰曲線の初期時間の波
形（図３ａ参照）の微分値を検出すると、結晶欠陥又は
重金属汚染があると、それがない場合より積分値が負方
向に増加する。今、ウェーハにＩＧ処理を施しＤＺ層３
を形成すると、励起されたキャリアはＤＺ層３を無事通
過し、ウェーハ内部の結晶欠陥層４に達して急激に減衰
する（図３の曲線Ａ１参照）。ＤＺがない場合は入射光
により励起されたキャリアは、直ちに結晶欠陥に遭遇し
て再結合する。結晶欠陥は結晶中に均一に分布している
から、キャリアの再結合も進行距離に比例して発生す
る。従って減衰波も時間と共に徐々に減衰していく（図
３の曲線Ａ２参照）。さらに減衰の割合は結晶中の全欠
陥濃度により影響を受ける（図３の曲線Ａ１，Ｂ１と曲
線Ａ２，Ｂ２とを比較参照）。このようにして光導電減
衰波形を解析することにより、結晶の内部欠陥の評価が
可能となる。
形（図３ａ参照）の微分値を検出すると、結晶欠陥又は
重金属汚染があると、それがない場合より積分値が負方
向に増加する。今、ウェーハにＩＧ処理を施しＤＺ層３
を形成すると、励起されたキャリアはＤＺ層３を無事通
過し、ウェーハ内部の結晶欠陥層４に達して急激に減衰
する（図３の曲線Ａ１参照）。ＤＺがない場合は入射光
により励起されたキャリアは、直ちに結晶欠陥に遭遇し
て再結合する。結晶欠陥は結晶中に均一に分布している
から、キャリアの再結合も進行距離に比例して発生す
る。従って減衰波も時間と共に徐々に減衰していく（図
３の曲線Ａ２参照）。さらに減衰の割合は結晶中の全欠
陥濃度により影響を受ける（図３の曲線Ａ１，Ｂ１と曲
線Ａ２，Ｂ２とを比較参照）。このようにして光導電減
衰波形を解析することにより、結晶の内部欠陥の評価が
可能となる。
【００１４】次に、光導電度が中位のレベルの減衰曲線
の微分値を検出して表面結晶層中の結晶欠陥の濃度を評
価する。すなわち欠陥濃度が高いほど減衰曲線は急激に
変化する（図３ｂ参照）。最後に減衰曲線が縦軸とほぼ
平行になる部分に横軸に平行な直線Ｌを引き、直線Ｌと
減衰曲線との交点から時間を読み取れば、表面結晶層の
厚さｔｄを知ることができる（図３ｃ参照）。すなわち
表面結晶層の厚さｔｄが大きくなるほど時間ｔも大きく
なる。
の微分値を検出して表面結晶層中の結晶欠陥の濃度を評
価する。すなわち欠陥濃度が高いほど減衰曲線は急激に
変化する（図３ｂ参照）。最後に減衰曲線が縦軸とほぼ
平行になる部分に横軸に平行な直線Ｌを引き、直線Ｌと
減衰曲線との交点から時間を読み取れば、表面結晶層の
厚さｔｄを知ることができる（図３ｃ参照）。すなわち
表面結晶層の厚さｔｄが大きくなるほど時間ｔも大きく
なる。
【００１５】さらに、ウェーハ表面附近で光励起された
キャリアは、ウェーハの表面粗さが粗いと実効的表面積
が増加し、界面準位の絶対数が増加するため、キャリア
の再結合が増加する。したがって励起されたキャリアの
蓄積は、その再結合のために鈍化し、その平均蓄積量に
比例する光導電減衰曲線の波形の振幅は小さくなる。よ
って曲線の振幅を検知すれば、ウェーハの表面粗さの度
合いを評価することができる。
キャリアは、ウェーハの表面粗さが粗いと実効的表面積
が増加し、界面準位の絶対数が増加するため、キャリア
の再結合が増加する。したがって励起されたキャリアの
蓄積は、その再結合のために鈍化し、その平均蓄積量に
比例する光導電減衰曲線の波形の振幅は小さくなる。よ
って曲線の振幅を検知すれば、ウェーハの表面粗さの度
合いを評価することができる。
【００１６】また、ウェーハ表面層に歪がある場合もキ
ャリアの再結合が増加するので、光導電減衰曲線の波形
の振幅は小さくなる。したがって面精度が同一なウェー
ハ間ならば、例えばミラー面波形の振幅からウェーハ表
面層の歪を評価することができる。
ャリアの再結合が増加するので、光導電減衰曲線の波形
の振幅は小さくなる。したがって面精度が同一なウェー
ハ間ならば、例えばミラー面波形の振幅からウェーハ表
面層の歪を評価することができる。
【００１７】また、ウェーハ表面層内に重金属汚染があ
る場合は、重金属が仲立ちとなってキャリアの再結合を
促進させるので光導電減衰曲線の波形の振幅は小さくな
る。したがって波形の振幅からウェーハ表面層内の重金
属汚染の度合いを評価できる。ただし、これらウェーハ
の表面粗さ、表面歪、重金属汚染の度合いは、それらが
あるとすべて光導電減衰曲線の波形は小さくなるので、
実際に評価する際はウェーハの製造条件を任意に変えて
複数枚のウェーハのデータを取得するなど注意を要す
る。
る場合は、重金属が仲立ちとなってキャリアの再結合を
促進させるので光導電減衰曲線の波形の振幅は小さくな
る。したがって波形の振幅からウェーハ表面層内の重金
属汚染の度合いを評価できる。ただし、これらウェーハ
の表面粗さ、表面歪、重金属汚染の度合いは、それらが
あるとすべて光導電減衰曲線の波形は小さくなるので、
実際に評価する際はウェーハの製造条件を任意に変えて
複数枚のウェーハのデータを取得するなど注意を要す
る。
【００１８】表面結晶層中での結晶欠陥や重金属汚染物
質は再結合中心として働き、キャリアライフタイムを短
くする。したがって、結晶欠陥や汚染物質の濃度の多少
は、キャリアライフタイムの大小に相当する。そこで、
表面結晶層での欠陥濃度や汚染濃度の代わりに、そこで
のライフタイム値を与えて、ＤＺウェーハの光導電減衰
曲線をシュミレーションした結果を図１０に示す。
質は再結合中心として働き、キャリアライフタイムを短
くする。したがって、結晶欠陥や汚染物質の濃度の多少
は、キャリアライフタイムの大小に相当する。そこで、
表面結晶層での欠陥濃度や汚染濃度の代わりに、そこで
のライフタイム値を与えて、ＤＺウェーハの光導電減衰
曲線をシュミレーションした結果を図１０に示す。
【００１９】ここで、ウェーハは、Ｐ型のシリコンウェ
ーハで比抵抗は１０Ωｃｍ、ウェーハ厚み６５０μｍ、
ＤＺ厚み５０μｍ、内部欠陥領域のライフタイム１μ
ｓ、ＤＺ層のライフタイムτb1は欠陥や汚染の少ない場
合は５００μｓ、中位の場合は１０μｓ、多い場合は１
μｓと変化させた。ここで、シリコン結晶中の不純物と
ライフタイムとの関係は学振１４５委員会第４２回研究
会資料にまとめられている。図１０では図３中のａ領域
に相当する領域中での曲線の傾きの逆数を求めると、欠
陥や汚染の少ない順に４．６μｓ、１．８μｓ、０．９
１μｓとなる。このように、時間初期の曲線の傾きは、
表面結晶層中の欠陥濃度又は汚染濃度に依存する。した
がって、汚染濃度が一定なウェーハの間での欠陥濃度度
合いを、また、欠陥濃度が一定なウェーハの間での汚染
濃度度合いを評価することができる。
ーハで比抵抗は１０Ωｃｍ、ウェーハ厚み６５０μｍ、
ＤＺ厚み５０μｍ、内部欠陥領域のライフタイム１μ
ｓ、ＤＺ層のライフタイムτb1は欠陥や汚染の少ない場
合は５００μｓ、中位の場合は１０μｓ、多い場合は１
μｓと変化させた。ここで、シリコン結晶中の不純物と
ライフタイムとの関係は学振１４５委員会第４２回研究
会資料にまとめられている。図１０では図３中のａ領域
に相当する領域中での曲線の傾きの逆数を求めると、欠
陥や汚染の少ない順に４．６μｓ、１．８μｓ、０．９
１μｓとなる。このように、時間初期の曲線の傾きは、
表面結晶層中の欠陥濃度又は汚染濃度に依存する。した
がって、汚染濃度が一定なウェーハの間での欠陥濃度度
合いを、また、欠陥濃度が一定なウェーハの間での汚染
濃度度合いを評価することができる。
【００２０】図４に本発明で使用する装置の概要を示
す。電磁波発振器２１からサーキュレータ１４を通して
電磁波（ミリ波またはサブミリ波）が、導波管または同
軸線１３を通して１の試料の表面側に照射される。一
方、レーザ発振器２０から反射鏡１９で反射したレーザ
光を上記電磁波の入射点に照射する。上記のように励起
光とプローブ波をウェーハ面上の同一点に照射すると、
励起光に伴う光導電減衰変化で変調された電磁波の反射
波は、サーキュレータ１４で分離され、検波器１５で検
波され、光導電減衰波形信号となり、増幅器１６では増
幅され、Ａ／Ｄ変換器１７でデジタル信号に変換されコ
ンピュータ１８に転送され、データ処理される。このよ
うにして得られたデータを時間軸を横軸にとり、Ｘ−Ｙ
レコーダーを用いてプロットすると光導電減衰曲線が得
られる。
す。電磁波発振器２１からサーキュレータ１４を通して
電磁波（ミリ波またはサブミリ波）が、導波管または同
軸線１３を通して１の試料の表面側に照射される。一
方、レーザ発振器２０から反射鏡１９で反射したレーザ
光を上記電磁波の入射点に照射する。上記のように励起
光とプローブ波をウェーハ面上の同一点に照射すると、
励起光に伴う光導電減衰変化で変調された電磁波の反射
波は、サーキュレータ１４で分離され、検波器１５で検
波され、光導電減衰波形信号となり、増幅器１６では増
幅され、Ａ／Ｄ変換器１７でデジタル信号に変換されコ
ンピュータ１８に転送され、データ処理される。このよ
うにして得られたデータを時間軸を横軸にとり、Ｘ−Ｙ
レコーダーを用いてプロットすると光導電減衰曲線が得
られる。
【００２１】ここでプローブ波の照射方法には図４に示
す方法の他に図５に示すような方法がある。図４の方法
ではプローブ波をウェーハ面に直角に照射し、反射波を
照射時に同じ導波管または同軸線１３でキャッチし、サ
ーキュレータ１４で分離して検波器１５に導いている。
これに対して図５の方法ではプローブ波をウェーハ面の
斜め上方から照射し、反射波を照射時とは別の導波管ま
たは同軸線１３’を通して検波器１５へ導く方法であ
る。励起光の照射方法も図４に示した如く、ミラーを使
用して反射光を試料に照射する方法の他に、図６に示す
ようにミラーを使用せずに発振器２０からの励起光を直
接試料面に照射することも可能である。
す方法の他に図５に示すような方法がある。図４の方法
ではプローブ波をウェーハ面に直角に照射し、反射波を
照射時に同じ導波管または同軸線１３でキャッチし、サ
ーキュレータ１４で分離して検波器１５に導いている。
これに対して図５の方法ではプローブ波をウェーハ面の
斜め上方から照射し、反射波を照射時とは別の導波管ま
たは同軸線１３’を通して検波器１５へ導く方法であ
る。励起光の照射方法も図４に示した如く、ミラーを使
用して反射光を試料に照射する方法の他に、図６に示す
ようにミラーを使用せずに発振器２０からの励起光を直
接試料面に照射することも可能である。
【００２２】
【作用】本発明はキャリア励起光とプローブ電磁波を同
時にウェーハ表面に照射すると、励起されたキャリアの
再結合によりプローブ波が変調されることを利用したも
のである。さらに、励起されたキャリアが結晶中を進行
する過程で、さまざまな結晶欠陥、結晶歪、不純物等に
遭遇すると再結合を起こして消滅する。キャリアが消滅
するとプローブ波の変調もおこらなくなる。このように
キャリアの消滅はさまざまな結晶障害によって起こるか
らプローブ波の変調の様子を検知することにより、ウェ
ーハ表面結晶層の結晶状態を知ることができる。
時にウェーハ表面に照射すると、励起されたキャリアの
再結合によりプローブ波が変調されることを利用したも
のである。さらに、励起されたキャリアが結晶中を進行
する過程で、さまざまな結晶欠陥、結晶歪、不純物等に
遭遇すると再結合を起こして消滅する。キャリアが消滅
するとプローブ波の変調もおこらなくなる。このように
キャリアの消滅はさまざまな結晶障害によって起こるか
らプローブ波の変調の様子を検知することにより、ウェ
ーハ表面結晶層の結晶状態を知ることができる。
【００２３】
【実施例】次に実施例をあげて本発明を説明する。 実施例１ シリコンウェーハ試料として内部欠陥密度１．７×１０
10ｃｍ-3、比抵抗１０ΩｃｍのＰ型ウェーハを使用し
た。ウェーハ表面にはＩＧで作製した厚さ１６μｍのＤ
Ｚを具備している。比較のためＩＧをせずにＤＺを具備
しないウェーハについても評価した。測定は図４に示し
たのと同じ装置を使用し、励起光としてλ＝３３７ｎ
ｍ、光侵入長２０ｎｍ、パルス幅約１ｎｓのＮ2 レーザ
光を使用した。また、観測用プローブ波として周波数１
００ＧＨｚのミリ波電磁波を用いた。得られた光導電減
衰波曲線の一例を図７に示す。図中曲線ＡはＤＺがある
場合、曲線ＢはＤＺがない場合を示す。図７からＤＺの
有無により光導電減衰波形は大きく異なっているのがわ
かる。
10ｃｍ-3、比抵抗１０ΩｃｍのＰ型ウェーハを使用し
た。ウェーハ表面にはＩＧで作製した厚さ１６μｍのＤ
Ｚを具備している。比較のためＩＧをせずにＤＺを具備
しないウェーハについても評価した。測定は図４に示し
たのと同じ装置を使用し、励起光としてλ＝３３７ｎ
ｍ、光侵入長２０ｎｍ、パルス幅約１ｎｓのＮ2 レーザ
光を使用した。また、観測用プローブ波として周波数１
００ＧＨｚのミリ波電磁波を用いた。得られた光導電減
衰波曲線の一例を図７に示す。図中曲線ＡはＤＺがある
場合、曲線ＢはＤＺがない場合を示す。図７からＤＺの
有無により光導電減衰波形は大きく異なっているのがわ
かる。
【００２４】実施例２ 次に実施例１と同様にして内部欠陥濃度の異なるウェー
ハを対象として光導電減衰波形を調べた。ウェーハは比
抵抗１０ΩｃｍのＰ型シリコンウェーハである。内部欠
陥密度は２．８×１０8 ｃｍ-3（曲線Ｄ）、１．３×１
０9 ｃｍ-3（曲線Ｅ）、１．７×１０10ｃｍ-3（曲線
Ｆ）の３種類である。図８はウェーハ内部欠陥濃度を変
えたウェーハに対する光導電減衰曲線の一例である。図
にみるように、曲線は内部欠陥濃度により、大きく変わ
る。図８では図３中のｂ領域に相当する領域中で直線Ｍ
を引き、直線Ｍを横切る点ｄ，ｅ，ｆの各点における曲
線の傾きの逆数（τM ）をとると、曲線Ｄ，Ｅ，Ｆの順
にそれぞれ３．１４×１０-6秒、７．８０×１０-7秒、
２．１７×１０-7秒となり、内部欠陥密度の増加につれ
て減少する。したがって、そのτM の値から、相対的に
内部欠陥濃度の度合いを評価できる。
ハを対象として光導電減衰波形を調べた。ウェーハは比
抵抗１０ΩｃｍのＰ型シリコンウェーハである。内部欠
陥密度は２．８×１０8 ｃｍ-3（曲線Ｄ）、１．３×１
０9 ｃｍ-3（曲線Ｅ）、１．７×１０10ｃｍ-3（曲線
Ｆ）の３種類である。図８はウェーハ内部欠陥濃度を変
えたウェーハに対する光導電減衰曲線の一例である。図
にみるように、曲線は内部欠陥濃度により、大きく変わ
る。図８では図３中のｂ領域に相当する領域中で直線Ｍ
を引き、直線Ｍを横切る点ｄ，ｅ，ｆの各点における曲
線の傾きの逆数（τM ）をとると、曲線Ｄ，Ｅ，Ｆの順
にそれぞれ３．１４×１０-6秒、７．８０×１０-7秒、
２．１７×１０-7秒となり、内部欠陥密度の増加につれ
て減少する。したがって、そのτM の値から、相対的に
内部欠陥濃度の度合いを評価できる。
【００２５】実施例３ 次に実施例１と同様にしてウェーハ表面のＤＺの厚みを
変えたものにつき、光導電減衰波形を測定した。測定に
供したウェーハは比抵抗１０Ωｃｍ、結晶欠陥密度１．
１４×１０10ｃｍ-3で、表面酸化膜付きのシリコンミラ
ーウェーハである。図９はＤＺの厚みを変えた光導電減
衰曲線の一例である。図中、曲線ＧはＤＺ厚さ２８μ
ｍ、曲線ＨはＤＺ厚さ５２μｍの場合を示す。図９では
図３中のＣ領域に相当する領域中で直線Ｌを引き、直線
Ｌを横切る点の時刻を取るとそれぞれｔg ＝８．３７μ
ｓ、ｔh ＝９．４５μｓとなる。この時刻の比較から、
ＤＺ厚さを相対的に評価できる。
変えたものにつき、光導電減衰波形を測定した。測定に
供したウェーハは比抵抗１０Ωｃｍ、結晶欠陥密度１．
１４×１０10ｃｍ-3で、表面酸化膜付きのシリコンミラ
ーウェーハである。図９はＤＺの厚みを変えた光導電減
衰曲線の一例である。図中、曲線ＧはＤＺ厚さ２８μ
ｍ、曲線ＨはＤＺ厚さ５２μｍの場合を示す。図９では
図３中のＣ領域に相当する領域中で直線Ｌを引き、直線
Ｌを横切る点の時刻を取るとそれぞれｔg ＝８．３７μ
ｓ、ｔh ＝９．４５μｓとなる。この時刻の比較から、
ＤＺ厚さを相対的に評価できる。
【００２６】実施例４ 次に表面結晶層の再表面の表面粗さが異なるもの、ある
いは結晶歪が異なるウェーハにつき、実施例１と同様に
して光導電減衰波形を調査した。使用したウェーハは比
抵抗４０ΩｃｍのＰ型シリコンウェーハで、ＤＺは具備
していないものである。ウェーハの研磨方法は、まず、
鏡面ウェーハ、次に１２００番ラップウェーハ、さらに
１２００番ラップ後化学エッチングを施したものであ
る。これらのウェーハの光電導減衰波形の振幅は、鏡面
ウェーハの時８ｍＶ、１２００番ラップウェーハで０ｍ
Ｖ、１２００ラップ後化学エッチングしたウェーハで５
ｍＶであった。このように振幅の大きさから表面の粗さ
あるいは歪を比較することが可能である。
いは結晶歪が異なるウェーハにつき、実施例１と同様に
して光導電減衰波形を調査した。使用したウェーハは比
抵抗４０ΩｃｍのＰ型シリコンウェーハで、ＤＺは具備
していないものである。ウェーハの研磨方法は、まず、
鏡面ウェーハ、次に１２００番ラップウェーハ、さらに
１２００番ラップ後化学エッチングを施したものであ
る。これらのウェーハの光電導減衰波形の振幅は、鏡面
ウェーハの時８ｍＶ、１２００番ラップウェーハで０ｍ
Ｖ、１２００ラップ後化学エッチングしたウェーハで５
ｍＶであった。このように振幅の大きさから表面の粗さ
あるいは歪を比較することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、ＤＺを有するウェーハ
における光導電減衰波形から、表面結晶層（ＤＺ）の結
晶欠陥濃度、重金属の汚染度合い、内部欠陥濃度および
表面結晶層（ＤＺ）の厚さ等を非接触 非破壊で評価す
ることが可能となり、特にＤＺ内の結晶欠陥発生、重金
属汚染などの異常発生の検出モニターとして、その非接
触、非破壊性という利点と相まって、ＶＬＳＩ作製用の
シリコンウェーハの品質評価方法として産業上多大の効
果をもたらす。
における光導電減衰波形から、表面結晶層（ＤＺ）の結
晶欠陥濃度、重金属の汚染度合い、内部欠陥濃度および
表面結晶層（ＤＺ）の厚さ等を非接触 非破壊で評価す
ることが可能となり、特にＤＺ内の結晶欠陥発生、重金
属汚染などの異常発生の検出モニターとして、その非接
触、非破壊性という利点と相まって、ＶＬＳＩ作製用の
シリコンウェーハの品質評価方法として産業上多大の効
果をもたらす。
【図１】本発明の測定方法の概略を示す説明図である。
【図２】本発明で利用する光導電減衰曲線を模式的に示
す図である。
す図である。
【図３】光導電減衰曲線の各段階の波形の特徴を説明す
る図である。
る図である。
【図４】本発明で使用する装置の構成の概略を示す図で
ある。
ある。
【図５】プローブ波の照射方法の一例を示す図である。
【図６】励起光の照射方法の一例を示す図である。
【図７】実施例で得られた光導電減衰曲線である。
【図８】内部欠陥密度の異なるウェーハの光導電減衰曲
線である。
線である。
【図９】ＤＺの厚さの異なるウェーハの光導電減衰曲線
である。
である。
【図１０】ＤＺライフタイムの異なる場合の光導電減衰
曲線である。
曲線である。
１ ウェーハ ２ ウェーハ表面 ３ 表面結晶層（ＤＺ） ４ 内部結晶層（欠陥層） ５ ウェーハ裏面 ６ 励起光 ７ プローブ波 ８ 反射波 １３，１３’ 導波管または同軸線 １４ サーキュレータ １５ 検波器 １６ 増幅器 １７ Ａ／Ｄ変換器及びアベレージャ １８ コンピュータ １９ 反射鏡 ２０ レーザ発振器 ２１ 電磁波発振器
Claims (9)
- 【請求項１】 シリコンウェーハ表面の同一位置にイン
パルス光と電磁波を同時に照射し、反射する電磁波を検
知して得られる光導電減衰波形を利用して表面層の特性
を解析することを特徴とするシリコンウェーハの評価方
法。 - 【請求項２】 インパルス光の波長が１８０〜８９０ｎ
ｍであることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェ
ーハの評価方法。 - 【請求項３】 電磁波の周波数が３０〜３，０００ＧＨ
ｚであることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェ
ーハの評価方法。 - 【請求項４】 評価対象が結晶欠陥、結晶歪、重金属汚
染、表面結晶層の厚さ、ウェーハの表面粗さのうちの少
なくとも一つであることを特徴とする請求項１記載のシ
リコンウェーハの評価方法。 - 【請求項５】 シリコンウェーハ表面に波長１８０〜８
９０ｎｍの励起光を照射する装置、励起光照射点に周波
数３０〜３，０００ＧＨｚの電磁波を照射する装置、ウ
ェーハ表面からの反射電磁波を検知する装置および検知
した電磁波から光導電減衰波形を求める演算装置を具備
したことを特徴とするシリコンウェーハの評価装置。 - 【請求項６】 電磁波の照射と反射波の検知を同一の導
波管または同軸線路を使用し、電磁波を試料面に直角に
照射することを特徴とする請求項４記載のシリコンウェ
ーハの評価装置。 - 【請求項７】 電磁波の照射と反射波の検知に別個の導
波管または同軸線路を使用し、電磁波を試料面の斜め方
向から照射することを特徴とする請求項４記載のシリコ
ンウェーハの評価装置。 - 【請求項８】 励起光を直接試料面に照射することを特
徴とする請求項４記載のシリコンウェーハの評価装置。 - 【請求項９】 励起光をミラーを介して反射させた後、
試料に照射することを特徴とする請求項４記載のシリコ
ンウェーハの評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24282592A JPH0697249A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | シリコンウェーハの評価方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24282592A JPH0697249A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | シリコンウェーハの評価方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697249A true JPH0697249A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17094857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24282592A Pending JPH0697249A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | シリコンウェーハの評価方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697249A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885404A (en) * | 1985-07-12 | 1989-12-05 | The Upjohn Company | Flurbiprofen intermediate |
| US4889952A (en) * | 1987-03-12 | 1989-12-26 | Nippon Petrochemical Company, Ltd. | (Phenylethenyl) phenylpropionaldehyde and method for producing (benzolyphenyl) propionic acid using the same |
| JP2012080086A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-04-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体基板の解析方法 |
| JP2013093434A (ja) * | 2011-10-26 | 2013-05-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体基板の解析方法 |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP24282592A patent/JPH0697249A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885404A (en) * | 1985-07-12 | 1989-12-05 | The Upjohn Company | Flurbiprofen intermediate |
| US4889952A (en) * | 1987-03-12 | 1989-12-26 | Nippon Petrochemical Company, Ltd. | (Phenylethenyl) phenylpropionaldehyde and method for producing (benzolyphenyl) propionic acid using the same |
| JP2012080086A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-04-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体基板の解析方法 |
| JP2013093434A (ja) * | 2011-10-26 | 2013-05-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体基板の解析方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6256092B1 (en) | Defect inspection apparatus for silicon wafer | |
| Rosencwaig | Thermal-wave imaging | |
| US5042952A (en) | Method and apparatus for evaluating surface and subsurface and subsurface features in a semiconductor | |
| US4854710A (en) | Method and apparatus for evaluating surface and subsurface features in a semiconductor | |
| US6226079B1 (en) | Defect assessing apparatus and method, and semiconductor manufacturing method | |
| JPH067564B2 (ja) | ウェーハ表面の半導体特性測定方法 | |
| JPH06132373A (ja) | 半導体材料のライフタイム評価方法とその装置 | |
| JPH0697249A (ja) | シリコンウェーハの評価方法及びその装置 | |
| US6362487B1 (en) | Method and device for nondestructive detection of crystal defects | |
| Ajito et al. | Strain imaging analysis of Si using Raman microscopy | |
| JPH11237226A (ja) | 欠陥検査装置 | |
| JP2001083080A (ja) | 結晶欠陥計測装置 | |
| JPH09243569A (ja) | 半導体基板の評価装置および評価方法 | |
| JP3190157B2 (ja) | 結晶欠陥検査方法 | |
| JP2001338959A (ja) | 半導体基板の評価方法およびその装置 | |
| US6087242A (en) | Method to improve commercial bonded SOI material | |
| JP2906924B2 (ja) | ウエーハの表面粗さ測定方法 | |
| JPS6253944B2 (ja) | ||
| JPS6329824B2 (ja) | ||
| JPH06338547A (ja) | シリコンウェーハの評価法及びその装置 | |
| RU2009575C1 (ru) | Способ бесконтактного определения характеристик кремниевых пластин с внутренним геттером | |
| Moriya et al. | Development of non-destructive bulk micro-defect analyzer for Si wafers | |
| JPS61173171A (ja) | 半導体ウエハの抵抗率測定法 | |
| Takeda et al. | Simultaneous Measurement of Size and Depth of Each Defect in a Silicon Wafer Using Light Scattering at Two Wavelengths: Principle, Limitation and Applications of Optical Shallow Defect Analyzer | |
| JPH10154734A (ja) | 半導体結晶の評価方法 |