JPH09246341A - 半導体ウェーハの損傷評価用試料およびこの試料を用いた損傷評価方法 - Google Patents
半導体ウェーハの損傷評価用試料およびこの試料を用いた損傷評価方法Info
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- JPH09246341A JPH09246341A JP5485896A JP5485896A JPH09246341A JP H09246341 A JPH09246341 A JP H09246341A JP 5485896 A JP5485896 A JP 5485896A JP 5485896 A JP5485896 A JP 5485896A JP H09246341 A JPH09246341 A JP H09246341A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウェーハが受ける損傷を、容易に評価するこ
とのできる半導体ウェーハの損傷評価用試料と、この試
料を用いた損傷評価方法を提供する。 【解決手段】 半導体ウェーハと組成の異なる材料１
２，１３，１４…と、前記半導体ウェーハと同一組成の
材料１１とを予め決めた厚さごとに複数積層した試料
を、損傷を与える可能性のある工程を実施した前後で、
フォトルミネッセンス法により測定して、その前後の結
果を比較することとにより試料の損傷の程度およびその
深さ評価する。
とのできる半導体ウェーハの損傷評価用試料と、この試
料を用いた損傷評価方法を提供する。 【解決手段】 半導体ウェーハと組成の異なる材料１
２，１３，１４…と、前記半導体ウェーハと同一組成の
材料１１とを予め決めた厚さごとに複数積層した試料
を、損傷を与える可能性のある工程を実施した前後で、
フォトルミネッセンス法により測定して、その前後の結
果を比較することとにより試料の損傷の程度およびその
深さ評価する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程中に半導体ウェーハが受ける損傷の程度を評価する
ための試料と、その試料を用いた損傷評価方法に関す
る。
工程中に半導体ウェーハが受ける損傷の程度を評価する
ための試料と、その試料を用いた損傷評価方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置製造のプロセスには様々な工
程があり、中には用いる半導体ウェーハ（以下、ウェー
ハと略記する）に少なからず損傷を与えるような工程も
ある。例えば、エッチング工程、特に反応性イオンやプ
ラズマを用いるドライエッチングがウェーハに少なから
ず損傷を与えることはよく知られている。同様にイオン
注入工程もウェーハに損傷を与え、その後イオン拡散工
程においてアニールされても注入時の損傷が完全に改善
さらずに残ることもある。また、損傷を与えるというよ
り、ウェーハ表面の損傷を取り除く（削り取る）ための
ウェーハ研磨工程（ポリッシング）では、損傷が完全に
取り除かれない場合や、逆に何等かの不良によって研磨
中のウェーハに損傷を与えることさえある。
程があり、中には用いる半導体ウェーハ（以下、ウェー
ハと略記する）に少なからず損傷を与えるような工程も
ある。例えば、エッチング工程、特に反応性イオンやプ
ラズマを用いるドライエッチングがウェーハに少なから
ず損傷を与えることはよく知られている。同様にイオン
注入工程もウェーハに損傷を与え、その後イオン拡散工
程においてアニールされても注入時の損傷が完全に改善
さらずに残ることもある。また、損傷を与えるというよ
り、ウェーハ表面の損傷を取り除く（削り取る）ための
ウェーハ研磨工程（ポリッシング）では、損傷が完全に
取り除かれない場合や、逆に何等かの不良によって研磨
中のウェーハに損傷を与えることさえある。
【０００３】この様に半導体装置製造プロセスでは、様
々な要因によってウェーハに損傷が加わり、特にウェー
ハ表面の損傷はそのウェーハ上に形成される素子の特性
に影響を与えるため、その損傷の程度を知ることは、半
導体装置製造にとって欠かすことのできない重要な評価
項目である。
々な要因によってウェーハに損傷が加わり、特にウェー
ハ表面の損傷はそのウェーハ上に形成される素子の特性
に影響を与えるため、その損傷の程度を知ることは、半
導体装置製造にとって欠かすことのできない重要な評価
項目である。
【０００４】従来、ウェーハ表面に生じた損傷を評価す
る方法としては、Ｃ−Ｖ法によるキャリア濃度を測定す
る方法、光反射法による表面電界を測定する方法、ま
た、磁器スピン共鳴装置を用いた方法、さらに金属顕微
鏡や電子顕微鏡により、実際にウェーハ表面を観察する
方法などがある。
る方法としては、Ｃ−Ｖ法によるキャリア濃度を測定す
る方法、光反射法による表面電界を測定する方法、ま
た、磁器スピン共鳴装置を用いた方法、さらに金属顕微
鏡や電子顕微鏡により、実際にウェーハ表面を観察する
方法などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来法は、そのいずれもがウェーハ内部の損傷の程度を
評価する場合には、ウェーハに損傷を与えないようなエ
ッチング方法、例えばウェットエッチングによって、ウ
ェーハ表面から順次ウェーハをエッチングして、上記各
方法によりエッチングで露出した表面を測定して、また
エッチングをして、そして測定を行うとゆう方法がとら
れている。
従来法は、そのいずれもがウェーハ内部の損傷の程度を
評価する場合には、ウェーハに損傷を与えないようなエ
ッチング方法、例えばウェットエッチングによって、ウ
ェーハ表面から順次ウェーハをエッチングして、上記各
方法によりエッチングで露出した表面を測定して、また
エッチングをして、そして測定を行うとゆう方法がとら
れている。
【０００６】したがって、ウェーハの内部の損傷を測定
するためには、当然、評価用ウェーハを破壊する必要が
あるため、一度使用したものは再使用することはでき
ず、経済的に問題がある。また、上記のように、その評
価自体非常に手間の掛かるものであった。
するためには、当然、評価用ウェーハを破壊する必要が
あるため、一度使用したものは再使用することはでき
ず、経済的に問題がある。また、上記のように、その評
価自体非常に手間の掛かるものであった。
【０００７】そこで、本発明の目的は、ウェーハが受け
る損傷、特にウェーハ内部（表面から深さ方向）の損傷
を、非破壊で、かつ容易に評価することのできる半導体
ウェーハの損傷評価用試料と、この試料を用いた損傷評
価方法を提供することである。
る損傷、特にウェーハ内部（表面から深さ方向）の損傷
を、非破壊で、かつ容易に評価することのできる半導体
ウェーハの損傷評価用試料と、この試料を用いた損傷評
価方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の本発明は、半導体ウェーハに生じる損
傷をフォトルミネッセンス法により評価するための試料
であって、前記半導体ウェーハと組成の異なる材料と、
前記半導体ウェーハと同一組成の材料とを予め決めた厚
さごとに複数積層したことを特徴とする半導体ウェーハ
の損傷評価用試料である。
の請求項１記載の本発明は、半導体ウェーハに生じる損
傷をフォトルミネッセンス法により評価するための試料
であって、前記半導体ウェーハと組成の異なる材料と、
前記半導体ウェーハと同一組成の材料とを予め決めた厚
さごとに複数積層したことを特徴とする半導体ウェーハ
の損傷評価用試料である。
【０００９】また、請求項２記載の本発明は、前記請求
項１記載の半導体ウェーハの損傷評価用試料において、
前記半導体ウェーハと組成の異なる材料が、前記積層の
深さが深い層から浅い層へ順次その厚さを薄くして行く
ことを特徴とする。
項１記載の半導体ウェーハの損傷評価用試料において、
前記半導体ウェーハと組成の異なる材料が、前記積層の
深さが深い層から浅い層へ順次その厚さを薄くして行く
ことを特徴とする。
【００１０】また、上記目的を達成するための請求項３
記載の本発明は、半導体ウェーハに生じる損傷をフォト
ルミネッセンス法を用いて評価する方法であって、前記
半導体ウェーハと組成の異なる材料と、前記半導体ウェ
ーハと同一組成の材料とを予め決めた厚さごとに複数積
層した試料を、フォトルミネッセンス法により測定し
て、前記積層のうち前記半導体ウェーハと組成の異なる
材料の各層ごとの発光強度を測定する初期測定段階と、
前記試料を、前記半導体ウェーハと共に、前記半導体ウ
ェーハに損傷の与える可能性のある工程を実施する段階
と、前記半導体ウェーハに損傷の与える可能性のある工
程を実施した後の前記試料をフォトルミネッセンス法に
より測定して、前記積層のうち前記半導体ウェーハと組
成の異なる材料の各層ごとの発光強度を測定する損傷測
定段階と、前記初期測定段階の測定結果と前記損傷測定
段階の測定結果とを比較して、前記半導体ウェーハが受
けた損傷の程度および損傷の深さを評価する段階と、よ
りなることを特徴とする半導体ウェーハの損傷評価方法
である。
記載の本発明は、半導体ウェーハに生じる損傷をフォト
ルミネッセンス法を用いて評価する方法であって、前記
半導体ウェーハと組成の異なる材料と、前記半導体ウェ
ーハと同一組成の材料とを予め決めた厚さごとに複数積
層した試料を、フォトルミネッセンス法により測定し
て、前記積層のうち前記半導体ウェーハと組成の異なる
材料の各層ごとの発光強度を測定する初期測定段階と、
前記試料を、前記半導体ウェーハと共に、前記半導体ウ
ェーハに損傷の与える可能性のある工程を実施する段階
と、前記半導体ウェーハに損傷の与える可能性のある工
程を実施した後の前記試料をフォトルミネッセンス法に
より測定して、前記積層のうち前記半導体ウェーハと組
成の異なる材料の各層ごとの発光強度を測定する損傷測
定段階と、前記初期測定段階の測定結果と前記損傷測定
段階の測定結果とを比較して、前記半導体ウェーハが受
けた損傷の程度および損傷の深さを評価する段階と、よ
りなることを特徴とする半導体ウェーハの損傷評価方法
である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、ま
ず、本発明を適用した評価用試料の一例として、化合物
半導体ウェーハの損傷を評価する場合の試料と、シリコ
ンウェーハの損傷を評価する場合の試料について説明
し、次いで、実際の評価方法について説明する。
本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、ま
ず、本発明を適用した評価用試料の一例として、化合物
半導体ウェーハの損傷を評価する場合の試料と、シリコ
ンウェーハの損傷を評価する場合の試料について説明
し、次いで、実際の評価方法について説明する。
【００１２】図１は、本発明を適用した化合物半導体ウ
ェーハの損傷を評価するための試料の断面図である。
ェーハの損傷を評価するための試料の断面図である。
【００１３】この試料１０は、化合物半導体ウェーハと
してＧａＡｓウェーハを評価する場合の試料で、半絶縁
性のＧａＡｓウェーハ３０上に、最上層から順に、評価
対象となる化合物半導体ウェーハと同じ材料であるＧａ
Ａｓ層１１を５００Å、次いで、評価対象となる化合物
半導体ウェーハと異なる材料、ここではＩｎx Ｇａ1-x
Ａｓ層１２を２０Å、次いで、ＧａＡｓ層１１を５００
Å、次いで、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層１３を４０Å、以下
同様に、ＧａＡｓ層１１を５００Å、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａ
ｓ層１４を８０Å、…と、順にＧａＡｓ層の間にＩｎx
Ｇａ1-x Ａｓ層をその深さが深くなる程、層の厚さが厚
くなるように、全体としてＧａＡｓウェーハ３０上から
約３０００Å程度積層したものである。
してＧａＡｓウェーハを評価する場合の試料で、半絶縁
性のＧａＡｓウェーハ３０上に、最上層から順に、評価
対象となる化合物半導体ウェーハと同じ材料であるＧａ
Ａｓ層１１を５００Å、次いで、評価対象となる化合物
半導体ウェーハと異なる材料、ここではＩｎx Ｇａ1-x
Ａｓ層１２を２０Å、次いで、ＧａＡｓ層１１を５００
Å、次いで、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層１３を４０Å、以下
同様に、ＧａＡｓ層１１を５００Å、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａ
ｓ層１４を８０Å、…と、順にＧａＡｓ層の間にＩｎx
Ｇａ1-x Ａｓ層をその深さが深くなる程、層の厚さが厚
くなるように、全体としてＧａＡｓウェーハ３０上から
約３０００Å程度積層したものである。
【００１４】この様な試料１０をフォトルミネッセンス
法により測定すると、後に詳細に説明するが、Ｉｎx Ｇ
ａ1-x Ａｓ層１２，１３，１４…の各層からは光エネル
ギーの異なるピークが観察される。そして、この試料に
ウェーハに損傷を与える可能性のある工程を実施するこ
とで、試料中に損傷が加われば、各層の光エネルギーの
発光強度が変化し、試料に与えられた深さ方向の損傷
が、各層の表面からの深さが予め分かっているので、各
層の発光強度を工程実施前後で比較することにより評価
できるのである。
法により測定すると、後に詳細に説明するが、Ｉｎx Ｇ
ａ1-x Ａｓ層１２，１３，１４…の各層からは光エネル
ギーの異なるピークが観察される。そして、この試料に
ウェーハに損傷を与える可能性のある工程を実施するこ
とで、試料中に損傷が加われば、各層の光エネルギーの
発光強度が変化し、試料に与えられた深さ方向の損傷
が、各層の表面からの深さが予め分かっているので、各
層の発光強度を工程実施前後で比較することにより評価
できるのである。
【００１５】ここで、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層の含有比
（x の値）は、評価対象ウェーハとこの試料とでプロセ
ス中で生じる損傷の程度が同じになるように、できるだ
け少ない方がよく、X の値として、０．２以下が好まし
い。なお、x の下限については、フォトルミネッセンス
法による評価条件により異なり、条件がよければごく微
量で構わない。また、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層の厚さにつ
いても、上記のような理由からできるだけ薄い方がよ
く、例えば１０〜２００Å程度が好ましい。また、上記
試料１０において、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層をその位置が
深い層から浅い層に順次に層の厚さを薄くしたのは、フ
ォトルミネッセンス法によりは各層の発光強度を測定し
た際に、試料表面からより深い位置からの発光が、相対
的に浅い位置からの発光より弱まることがあるため、深
い層程厚くしてより発光強度を強めるため、および深い
位置からの発光が浅い位置に挿入された層で再吸収され
るのを防ぐためである。
（x の値）は、評価対象ウェーハとこの試料とでプロセ
ス中で生じる損傷の程度が同じになるように、できるだ
け少ない方がよく、X の値として、０．２以下が好まし
い。なお、x の下限については、フォトルミネッセンス
法による評価条件により異なり、条件がよければごく微
量で構わない。また、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層の厚さにつ
いても、上記のような理由からできるだけ薄い方がよ
く、例えば１０〜２００Å程度が好ましい。また、上記
試料１０において、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層をその位置が
深い層から浅い層に順次に層の厚さを薄くしたのは、フ
ォトルミネッセンス法によりは各層の発光強度を測定し
た際に、試料表面からより深い位置からの発光が、相対
的に浅い位置からの発光より弱まることがあるため、深
い層程厚くしてより発光強度を強めるため、および深い
位置からの発光が浅い位置に挿入された層で再吸収され
るのを防ぐためである。
【００１６】このような試料の作製方法としては、例え
ば、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、半絶縁性ＧａＡｓウェー
ハ上に、原料としてトリメチルガリウム（Ｇａ（Ｃ
Ｈ3 ）3、ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（Ｇａ
（Ｃ2 Ｈ5 ）3 、ＴＥＧ）とアルシン（ＡｓＨ3 ）を導
入してＧａＡｓ層を所定の厚さとなるようにエピタキシ
ャル成長させ、次いで、トリメチルインジウム（Ｉｎ
（ＣＨ3 ）3 、ＴＭＩ）を所望の組成比となるようにそ
の分圧を制御しつつ導入してＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ層を所
定の厚さエピタキシャル成長させる。以後これを繰り返
すこと、すなわちＭＯＣＶＤ装置内に導入するＴＭＩの
導入量を制御することで、容易にＧａＡｓ層とＩｎx Ｇ
ａ1-x Ａｓ層の積層構造が形成される。この試料の作成
については、この様なＭＯＣＶＤ法によって作製するも
のに限らず、他の方法、例えばＭＢＥ法などによって作
製されたものでもよい。
ば、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、半絶縁性ＧａＡｓウェー
ハ上に、原料としてトリメチルガリウム（Ｇａ（Ｃ
Ｈ3 ）3、ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（Ｇａ
（Ｃ2 Ｈ5 ）3 、ＴＥＧ）とアルシン（ＡｓＨ3 ）を導
入してＧａＡｓ層を所定の厚さとなるようにエピタキシ
ャル成長させ、次いで、トリメチルインジウム（Ｉｎ
（ＣＨ3 ）3 、ＴＭＩ）を所望の組成比となるようにそ
の分圧を制御しつつ導入してＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ層を所
定の厚さエピタキシャル成長させる。以後これを繰り返
すこと、すなわちＭＯＣＶＤ装置内に導入するＴＭＩの
導入量を制御することで、容易にＧａＡｓ層とＩｎx Ｇ
ａ1-x Ａｓ層の積層構造が形成される。この試料の作成
については、この様なＭＯＣＶＤ法によって作製するも
のに限らず、他の方法、例えばＭＢＥ法などによって作
製されたものでもよい。
【００１７】なお、本発明の試料は、評価対象ウェーハ
がＧａＡｓ単体ではなく、例えばＧａＡｓとＡｌＧａＡ
ｓとの積層構造を有するような化合物半導体ウェーハで
ある場合には、試料もそれに応じて、前記ＧａＡｓ層１
１の代わりに、評価対象ウェーハと同様の材料や層構造
とし、その間に予め決めた厚さの評価対象ウェーハには
ない材料による層を挿入することですることで、本発明
を実施することができる。
がＧａＡｓ単体ではなく、例えばＧａＡｓとＡｌＧａＡ
ｓとの積層構造を有するような化合物半導体ウェーハで
ある場合には、試料もそれに応じて、前記ＧａＡｓ層１
１の代わりに、評価対象ウェーハと同様の材料や層構造
とし、その間に予め決めた厚さの評価対象ウェーハには
ない材料による層を挿入することですることで、本発明
を実施することができる。
【００１８】次に、図２は、本発明を適用したシリコン
ウェーハの損傷を評価するための試料の断面図である。
ウェーハの損傷を評価するための試料の断面図である。
【００１９】この試料２０は、シリコンウェーハ４０上
に、最上層から順に、シリコン層２１を５００Å、次い
で、シリコンと異なる材料、ここではＧｅx Ｓｉ1-x 層
２２を２０Å、次いで、シリコン層１１を５００Å、次
いで、Ｇｅx Ｓｉ1-x 層２３を４０Å、以下同様に、シ
リコン層１１を５００Å、Ｇｅx Ｓｉ1-x 層２４を８０
Å、…と、順にシリコン層の間にＧｅx Ｓｉ1-x 層を深
くなる程その厚さが厚くなるように積層したものであ
る。
に、最上層から順に、シリコン層２１を５００Å、次い
で、シリコンと異なる材料、ここではＧｅx Ｓｉ1-x 層
２２を２０Å、次いで、シリコン層１１を５００Å、次
いで、Ｇｅx Ｓｉ1-x 層２３を４０Å、以下同様に、シ
リコン層１１を５００Å、Ｇｅx Ｓｉ1-x 層２４を８０
Å、…と、順にシリコン層の間にＧｅx Ｓｉ1-x 層を深
くなる程その厚さが厚くなるように積層したものであ
る。
【００２０】この試料を用いてフォトルミネッセンス法
による評価を行うことで、前記化合物半導体ウェーハ用
試料と同様に、シリコンウェーハに与えられる損傷をそ
の深さ方向についても非破壊で評価することができる。
による評価を行うことで、前記化合物半導体ウェーハ用
試料と同様に、シリコンウェーハに与えられる損傷をそ
の深さ方向についても非破壊で評価することができる。
【００２１】次に、本発明を適用した損傷評価方法につ
いて説明する。ここでは、前記した化合物半導体ウェー
ハ用の試料１０を用いて評価する場合について説明す
る。なお、シリコンウェーハ用の試料を用いた場合でも
評価方法としては全く同じであるので、その説明は省略
する。
いて説明する。ここでは、前記した化合物半導体ウェー
ハ用の試料１０を用いて評価する場合について説明す
る。なお、シリコンウェーハ用の試料を用いた場合でも
評価方法としては全く同じであるので、その説明は省略
する。
【００２２】まず、フォトルミネッセンス測定装置の概
要を説明する。図３は、フォトルミネッセンス測定装置
の概略図である。この装置では、試料１０が、液体窒素
温度あるいは液体ヘリウム温度まで冷やすことのできる
クライオスタット５１内に載置されて、クライオスタッ
ト５１に設けられている透明な窓からレーザ光６０を試
料１０に照射し、その時試料中のフォトルミネッセンス
を集光レンズ群５２、入射スリット５３および分光器５
４を介して光電子倍増管５５によって検出して記録装置
５６で記録する。
要を説明する。図３は、フォトルミネッセンス測定装置
の概略図である。この装置では、試料１０が、液体窒素
温度あるいは液体ヘリウム温度まで冷やすことのできる
クライオスタット５１内に載置されて、クライオスタッ
ト５１に設けられている透明な窓からレーザ光６０を試
料１０に照射し、その時試料中のフォトルミネッセンス
を集光レンズ群５２、入射スリット５３および分光器５
４を介して光電子倍増管５５によって検出して記録装置
５６で記録する。
【００２３】レーザ光６０は試料半導体のエネルギーギ
ャップ（バンドギャップ）に相当するエネルギーよい大
きなエネルギーをもつ波長のものが用いられ、ＧａＡｓ
やシリコンでは、通常、ヘリウムネオンレーザやアルゴ
ンレーザが用いられている。入射スリット５３は試料表
面での反射光そのものを分光器５４で取り込まないよう
にするためのものであり、分光器５４はフォトルミネッ
センス中の必要な波長を選択的に通過させて光電子倍増
管５５に導く。光電子倍増管５５は非常に発光強度の弱
いフォトルミネッセンスを感度よく検出する。記録装置
５６は単純なプリンタでもよいが、最近ではパソコンが
用いられており、測定結果をパソコンのメモリに記憶
し、後に説明するような複数の測定結果を比較検討する
こともできる。なお、上記フォトルミネッセンス測定装
置はその概略を述べたものであり、本発明の実施に当た
って実際の測定には、測定結果の比較や評価などを行う
ためのパソコンを含めて、一般に市販されているものを
使用することができるのは当然である。
ャップ（バンドギャップ）に相当するエネルギーよい大
きなエネルギーをもつ波長のものが用いられ、ＧａＡｓ
やシリコンでは、通常、ヘリウムネオンレーザやアルゴ
ンレーザが用いられている。入射スリット５３は試料表
面での反射光そのものを分光器５４で取り込まないよう
にするためのものであり、分光器５４はフォトルミネッ
センス中の必要な波長を選択的に通過させて光電子倍増
管５５に導く。光電子倍増管５５は非常に発光強度の弱
いフォトルミネッセンスを感度よく検出する。記録装置
５６は単純なプリンタでもよいが、最近ではパソコンが
用いられており、測定結果をパソコンのメモリに記憶
し、後に説明するような複数の測定結果を比較検討する
こともできる。なお、上記フォトルミネッセンス測定装
置はその概略を述べたものであり、本発明の実施に当た
って実際の測定には、測定結果の比較や評価などを行う
ためのパソコンを含めて、一般に市販されているものを
使用することができるのは当然である。
【００２４】以下、この様なフォトルミネッセンス測定
装置を用いた損傷評価方法について説明する。
装置を用いた損傷評価方法について説明する。
【００２５】損傷の評価には、まず、損傷を与える可能
性のある工程を実施する前に、前述の試料１０の初期測
定を行う。この初期測定の結果の一例を図４ａに示す。
図示するように、試料１０の如くＧａＡｓ層１１中にＩ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ層１２，１３，１４…を挿入した試料
１０（ここでは、x ＝０．２の試料である）のフォトル
ミネッセンスは、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層の厚さ（図中２
００Å、１６０Å…などの数値）によって光エネルギー
のピーク値が異なり、層の厚さが薄い程高エネルギー側
（短波長）に現れてくる。したがって、試料１０作製時
に、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層１２，１３，１４…の厚さ
と、表面からの深さが分かっているので、この光エネル
ギーのピーク位置により試料表面からの深さを判断する
ことができる。
性のある工程を実施する前に、前述の試料１０の初期測
定を行う。この初期測定の結果の一例を図４ａに示す。
図示するように、試料１０の如くＧａＡｓ層１１中にＩ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ層１２，１３，１４…を挿入した試料
１０（ここでは、x ＝０．２の試料である）のフォトル
ミネッセンスは、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層の厚さ（図中２
００Å、１６０Å…などの数値）によって光エネルギー
のピーク値が異なり、層の厚さが薄い程高エネルギー側
（短波長）に現れてくる。したがって、試料１０作製時
に、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ層１２，１３，１４…の厚さ
と、表面からの深さが分かっているので、この光エネル
ギーのピーク位置により試料表面からの深さを判断する
ことができる。
【００２６】そして、この初期測定の結果を記録した
後、試料１０を評価対象ウェーハ共に損傷を与える可能
性のある工程、例えばＲＩＥなどプラズマを用いたドラ
イエッチング工程を実施して、再びフォトルミネッセン
ス測定を実施する（これを損傷測定と称する）。
後、試料１０を評価対象ウェーハ共に損傷を与える可能
性のある工程、例えばＲＩＥなどプラズマを用いたドラ
イエッチング工程を実施して、再びフォトルミネッセン
ス測定を実施する（これを損傷測定と称する）。
【００２７】この損傷測定の結果を図４ｂに示す。図４
ａと図４ｂを比較して分かるように、損傷測定結果（図
４ｂ）の各ピークは、初期測定結果（図４ａ）の状態よ
り、その発光強度が弱くなっているものがある。これ
は、実施したドライエッチング工程により試料１０に損
傷が加わり、損傷を受けた領域において、非発光センタ
（多くの場合、深いトラップ準位から形成される）が増
加し、その増加量によって発光強度が低下したものであ
る。
ａと図４ｂを比較して分かるように、損傷測定結果（図
４ｂ）の各ピークは、初期測定結果（図４ａ）の状態よ
り、その発光強度が弱くなっているものがある。これ
は、実施したドライエッチング工程により試料１０に損
傷が加わり、損傷を受けた領域において、非発光センタ
（多くの場合、深いトラップ準位から形成される）が増
加し、その増加量によって発光強度が低下したものであ
る。
【００２８】したがって、初期測定での各ピークの発光
強度と損傷測定での各ピークの発光強度とを比較するこ
とで、損傷の相対的な量が判断され、同時に光エネルギ
ーの各ピークの位置により、損傷を受けた深さ位置も分
かる。そして、この損傷を受けた深さ位置は、前述の試
料作製時におけるＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ層の成膜精度に依
存するが、例えばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などで作製し
た場合には、その成膜精度は高く、５Å程度の精度であ
り、この様な精度で成膜された試料を用いれば、確認す
ることのできる損傷深さの精度も略同様の精度となる。
強度と損傷測定での各ピークの発光強度とを比較するこ
とで、損傷の相対的な量が判断され、同時に光エネルギ
ーの各ピークの位置により、損傷を受けた深さ位置も分
かる。そして、この損傷を受けた深さ位置は、前述の試
料作製時におけるＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ層の成膜精度に依
存するが、例えばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などで作製し
た場合には、その成膜精度は高く、５Å程度の精度であ
り、この様な精度で成膜された試料を用いれば、確認す
ることのできる損傷深さの精度も略同様の精度となる。
【００２９】また、予めＣ−Ｖ法や光反射法などの損傷
による表面状態を電気的特性あるいはキャリア濃度の変
化をフォトルミネッセンスの変化とを対比した検量線を
作成しておけば、初期測定での各ピークの発光強度と損
傷測定での各ピークの発光強度との差から検量線により
その電気的特性あるいはキャリア濃度の変化の絶対値を
知ることも可能である。
による表面状態を電気的特性あるいはキャリア濃度の変
化をフォトルミネッセンスの変化とを対比した検量線を
作成しておけば、初期測定での各ピークの発光強度と損
傷測定での各ピークの発光強度との差から検量線により
その電気的特性あるいはキャリア濃度の変化の絶対値を
知ることも可能である。
【００３０】そして、この様な損傷は、試料１０と共に
ドライエッチング工程を実施したウェーハにおいても受
けており、この試料１０の評価結果を元に実際のウェー
ハの損傷の程度とすることができ、ウェーハの損傷の程
度と共に、その深さ方向の損傷の程度も知ることができ
るのである。
ドライエッチング工程を実施したウェーハにおいても受
けており、この試料１０の評価結果を元に実際のウェー
ハの損傷の程度とすることができ、ウェーハの損傷の程
度と共に、その深さ方向の損傷の程度も知ることができ
るのである。
【００３１】なお、一度損傷を受けた試料は再度使用で
きないが、試料サイズは数ｍｍ角で良く、例えば３イン
チウェーハ１枚から約１０００個の試料が取れる。ウェ
ーハの面内均一性が優れているので試料のフォトルミネ
ッセンス測定は、３インチウェーハ１枚について、初期
測定を一度行い、標準のスペクトルを求めておけば良
く、数ｍｍ角に切り出した個々の試料について損傷評価
前後で測定する必要はない。
きないが、試料サイズは数ｍｍ角で良く、例えば３イン
チウェーハ１枚から約１０００個の試料が取れる。ウェ
ーハの面内均一性が優れているので試料のフォトルミネ
ッセンス測定は、３インチウェーハ１枚について、初期
測定を一度行い、標準のスペクトルを求めておけば良
く、数ｍｍ角に切り出した個々の試料について損傷評価
前後で測定する必要はない。
【００３２】なお、上記フォトルミネッセンスの測定
は、試料中の原子や電子の熱による振動の影響をさけ、
できるだけ尖鋭な測定ピークを得るために、通常、試料
を極低温（液体窒素温度や液体ヘリウム温度）とする
が、本発明を実施する上では、初期測定の結果と損傷測
定の結果とを比較することができるような測定ピークを
得られればよく、必ずしも極低温とする必要はない。
は、試料中の原子や電子の熱による振動の影響をさけ、
できるだけ尖鋭な測定ピークを得るために、通常、試料
を極低温（液体窒素温度や液体ヘリウム温度）とする
が、本発明を実施する上では、初期測定の結果と損傷測
定の結果とを比較することができるような測定ピークを
得られればよく、必ずしも極低温とする必要はない。
【００３３】また、上記ドライエッチングの実施にあた
っては、複数のウェーハを一度にエッチングする場合に
は、試料１０として作成したウェーハをそのままエッチ
ング装置内に載置して他のウェーハと共に実施してもよ
いし、試料を数ｍｍ角（例えば２ｍｍ角）程度のごく小
さな大きさにしてエッチング装置内に載置してもよい。
また、場合によっては、例えば枚葉式エッチング装置な
ど、ウェーハをエッチング装置内にロボット搬送するよ
うなものの場合にはエッチングを行うウェーハ上の素子
形成に影響を与えないような位置に、数ｍｍ角の大きさ
にした試料を張り付けておいてもよい。
っては、複数のウェーハを一度にエッチングする場合に
は、試料１０として作成したウェーハをそのままエッチ
ング装置内に載置して他のウェーハと共に実施してもよ
いし、試料を数ｍｍ角（例えば２ｍｍ角）程度のごく小
さな大きさにしてエッチング装置内に載置してもよい。
また、場合によっては、例えば枚葉式エッチング装置な
ど、ウェーハをエッチング装置内にロボット搬送するよ
うなものの場合にはエッチングを行うウェーハ上の素子
形成に影響を与えないような位置に、数ｍｍ角の大きさ
にした試料を張り付けておいてもよい。
【００３４】上記評価において実施した工程は、ドライ
エッチング工程であるが本発明の評価用試料および評価
方法は、実施する工程によって何等影響されるものでは
なく、ドライエッチングに限らず、例えばウェーハの研
磨工程やイオン注入工程など、実施する工程の前後で試
料のフォトルミネッセンスを測定することができれば、
どの様な工程でもその工程によって与えられる損傷の程
度を評価することができる。
エッチング工程であるが本発明の評価用試料および評価
方法は、実施する工程によって何等影響されるものでは
なく、ドライエッチングに限らず、例えばウェーハの研
磨工程やイオン注入工程など、実施する工程の前後で試
料のフォトルミネッセンスを測定することができれば、
どの様な工程でもその工程によって与えられる損傷の程
度を評価することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、請求項ご
とに以下のような効果を奏する。
とに以下のような効果を奏する。
【００３６】請求項１および請求項２記載の本発明によ
る評価用試料は、半導体ウェーハと組成の異なる材料
と、前記半導体ウェーハと同一組成の材料とを予め決め
た厚さごとに複数積層したことで、フォトルミネッセン
ス法による評価によって、予め決めた各層の厚さごと
に、異なる光エネルギーのピークを有する発光が得られ
るので、この発光を、損傷を与える可能性のある工程を
実施した前後で評価することにより、損傷の程度および
その深さを知ることができる。
る評価用試料は、半導体ウェーハと組成の異なる材料
と、前記半導体ウェーハと同一組成の材料とを予め決め
た厚さごとに複数積層したことで、フォトルミネッセン
ス法による評価によって、予め決めた各層の厚さごと
に、異なる光エネルギーのピークを有する発光が得られ
るので、この発光を、損傷を与える可能性のある工程を
実施した前後で評価することにより、損傷の程度および
その深さを知ることができる。
【００３７】請求項３記載の本発明は、半導体ウェーハ
と組成の異なる材料と、前記半導体ウェーハと同一組成
の材料とを予め決めた厚さごとに複数積層した試料を、
損傷後、フォトルミネッセンス法により測定して、初期
測定時の標準スペクトル・データと比較することにより
試料の損傷の程度を評価することとしたので、損傷の程
度およびその深さを容易に知ることができる。
と組成の異なる材料と、前記半導体ウェーハと同一組成
の材料とを予め決めた厚さごとに複数積層した試料を、
損傷後、フォトルミネッセンス法により測定して、初期
測定時の標準スペクトル・データと比較することにより
試料の損傷の程度を評価することとしたので、損傷の程
度およびその深さを容易に知ることができる。
【図１】 本発明を適用した化合物半導体ウェーハの損
傷評価用試料の断面図である。
傷評価用試料の断面図である。
【図２】 本発明を適用したシリコンウェーハの損傷評
価用試料の断面図である。
価用試料の断面図である。
【図３】 フォトルミネッセンス測定装置を説明するた
めの概略図である。
めの概略図である。
【図４】 本発明を適用した損傷評価方法を説明するた
めの初期測定結果と損傷測定結果を示す図面である。
めの初期測定結果と損傷測定結果を示す図面である。
１０，２０…試料、 １１…ＧａＡｓ層、 １２，１３，１４…Ｉｎx Ｇａ1-X Ａｓ、 ２１…ＧａＡｓ層、 ２２，２３，２４…Ｇｅx Ｓｉ1-X 、 ３０…ＧａＡｓウェーハ、 ４０…シリコンウェーハ。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体ウェーハに生じる損傷をフォトル
ミネッセンス法により評価するための試料であって、 前記半導体ウェーハと組成の異なる材料と、前記半導体
ウェーハと同一組成の材料とを予め決めた厚さごとに複
数積層したことを特徴とする半導体ウェーハの損傷評価
用試料。 - 【請求項２】 前記半導体ウェーハと組成の異なる材料
が、前記積層の深さが深い層から浅い層へ順次その厚さ
を薄くして行くことを特徴とする請求項１記載の半導体
ウェーハの損傷評価用試料。 - 【請求項３】 半導体ウェーハに生じる損傷をフォトル
ミネッセンス法を用いて評価する方法であって、 前記半導体ウェーハと組成の異なる材料と、前記半導体
ウェーハと同一組成の材料とを予め決めた厚さごとに複
数積層した試料を、フォトルミネッセンス法により測定
して、前記積層のうち前記半導体ウェーハと組成の異な
る材料の各層ごとの発光強度を測定する初期測定段階
と、 前記試料を、前記半導体ウェーハと共に、前記半導体ウ
ェーハに損傷の与える可能性のある工程を実施する段階
と、 前記半導体ウェーハに損傷の与える可能性のある工程を
実施した後の前記試料をフォトルミネッセンス法により
測定して、前記積層のうち前記半導体ウェーハと組成の
異なる材料の各層ごとの発光強度を測定する損傷測定段
階と、 前記初期測定段階の測定結果と前記損傷測定段階の測定
結果とを比較して、前記半導体ウェーハが受けた損傷の
程度および損傷の深さを評価する段階と、よりなること
を特徴とする半導体ウェーハの損傷評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5485896A JPH09246341A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 半導体ウェーハの損傷評価用試料およびこの試料を用いた損傷評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5485896A JPH09246341A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 半導体ウェーハの損傷評価用試料およびこの試料を用いた損傷評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09246341A true JPH09246341A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=12982296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5485896A Withdrawn JPH09246341A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 半導体ウェーハの損傷評価用試料およびこの試料を用いた損傷評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09246341A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003045928A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-14 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体シリコンウェーハ中のＣｕ汚染評価方法 |
| JP2004504595A (ja) * | 2000-07-18 | 2004-02-12 | ゲルザン エスタブリッシュメント | 宝石を検査する機器 |
| JP2006073572A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶欠陥検査方法、半導体結晶欠陥検査装置、及びその半導体結晶欠陥検査装置を用いた半導体装置の製造方法 |
| JP2008115074A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Samsung Corning Co Ltd | 窒化ガリウム単結晶基板及び表面加工方法 |
| EP1731897A3 (en) * | 2005-06-06 | 2009-07-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Damage evaluation method and production method of compound semiconductor member |
| WO2013161860A1 (ja) * | 2012-04-24 | 2013-10-31 | 国立大学法人岡山大学 | 半導体非破壊検査装置及び半導体非破壊検査方法 |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP5485896A patent/JPH09246341A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004504595A (ja) * | 2000-07-18 | 2004-02-12 | ゲルザン エスタブリッシュメント | 宝石を検査する機器 |
| JP2003045928A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-14 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体シリコンウェーハ中のＣｕ汚染評価方法 |
| JP2006073572A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶欠陥検査方法、半導体結晶欠陥検査装置、及びその半導体結晶欠陥検査装置を用いた半導体装置の製造方法 |
| EP1731897A3 (en) * | 2005-06-06 | 2009-07-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Damage evaluation method and production method of compound semiconductor member |
| US8177911B2 (en) | 2005-06-06 | 2012-05-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Damage evaluation method of compound semiconductor member, production method of compound semiconductor member, gallium nitride compound semiconductor member and gallium nitride compound semiconductor membrane |
| JP2008115074A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Samsung Corning Co Ltd | 窒化ガリウム単結晶基板及び表面加工方法 |
| WO2013161860A1 (ja) * | 2012-04-24 | 2013-10-31 | 国立大学法人岡山大学 | 半導体非破壊検査装置及び半導体非破壊検査方法 |
| JPWO2013161860A1 (ja) * | 2012-04-24 | 2015-12-24 | 国立大学法人 岡山大学 | 半導体非破壊検査装置及び半導体非破壊検査方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030603 |