JPH0927526A

JPH0927526A - 半導体基材の検査方法

Info

Publication number: JPH0927526A
Application number: JP8090608A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Takahashi; 捷一高橋; Kazuhiko Kashima; 一日児鹿島; Mitsuo Fujii; 美津男藤井; Mitsuaki Ishikawa; 光昭石川; Kenji Norimatsu; 研二則松
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】非破壊的に半導体基材の表面及び／または表
面近傍の特性を、表面全面を同時的に、位置表示可能
に、且つ、連続的に、簡便に検知して判定する半導体基
材の検査方法の提供。【解決手段】（ａ）半導体基材の鏡面上に酸化膜を形
成する工程、（ｂ）前記酸化膜表面に連続的または非連
続的に電極を形成する工程、及び、（ｃ）前記半導体基
板と前記電極との間に電界を印加する工程を有してな
り、印加により生じる酸化膜の発光現象を検知すること
を特徴とする半導体基材の検査方法。酸化膜表面に形成
される電極が光透過性の薄膜電極、スリット状の間隙を
有する配線回路電極、または、点状分布電極であること
が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基材の検査方
法に関し、更に詳しくは半導体基材上に所定の電極を形
成して電界印加して発光現象を検知して非破壊的に半導
体基材の表面及び／または表面近傍状態を判定する半導
体基材の検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】メモリー機能やロジック機能を有するよ
うな半導体デバイスは、一般に、シリコンウエハ等の半
導体基材の表面及び／または表面近傍（以下、単に半導
体基材の表面とする）に集積回路として形成されること
からなる。そのため、半導体基材の表面の品質は、半導
体デバイスの良否を大きく左右する。従って、半導体デ
バイス用半導体基材については、その表面の品質に関
し、従来から各種機能に係る性能テストが行われてい
る。上記シリコンウエハにおける表面の品質テストとし
て、例えば、下記のようないわゆる酸化膜耐圧試験法が
従来から行われている。即ち、シリコンウエハを鏡面研
磨し、その研磨面上に１００〜４００Åの酸化膜を形成
した後、酸化膜上に４０００〜１００００Åの多結晶シ
リコン電極を付け、電極とシリコンウエハ裏面との間に
１２ＭＶ／ｃｍまでの電界をかけ、酸化膜が耐圧破壊を
起こす電界値を測定し、その電界値の大小により酸化膜
の品質を評価する検査方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記酸化膜耐
圧試験法による検査では、次のような不十分な点があっ
た。即ち、耐圧破壊を起こす電界値は測定可能である
が、破壊に至るまでの変化の過程については何らの知見
も得られない。耐圧破壊を起こしたウエハ上の位置に
ついての知見も得られない。酸化膜上に形成する電極
は、従来から点状に分布させたものであり、連続した全
表面に関する知見を得るためには、電極を限りなく小さ
くし、かつ、電極数を限りなく増加させることになる一
方、そのように電極を細分化した場合は測定時間も増大
し、現実的には困難である。従来の半導体ウエハの表面
品質の検査における上記のような制約に鑑み、本発明
は、半導体基材の連続した全表面の品質が検知でき、品
質に問題がある表面位置を把握可能とし、且つ、基材全
表面の品質の良否を同時に測定可能であるような半導体
基材の検査方法の提供を目的とする。発明者らは、上記
目的のため鋭意検討した結果、半導体基材表面を酸化膜
で被覆した後、酸化膜表面に所定の電極を形成して、電
極と半導体基材間に電圧印加した場合、所定の閾値以上
の電界を生じさせることにより、酸化膜を通して電極と
半導体基材間に微弱電流が流れると同時に、発光現象が
生起されることを知見した。上記知見の基づき、発明者
らは更に種々検討し、このような微弱電流による発光現
象は、エミッション顕微鏡等で容易に検知することがで
き、微弱電流と発光現象を生起させる電界の閾値は、各
種半導体基材により異なること、また、これらの微弱電
流と発光現象には強弱があること、更にまた、この電界
の閾値の差や発光現象の強弱が半導体基材上に形成され
る酸化膜の良否、即ち、半導体基材との境界層の均一性
や化学的純度等その表面状態に関連することを見出し、
本発明を完成した。即ち、本発明は、上記知見による微
弱電流による発光現象における発光位置、発光の強弱、
電界強度による発光状態の変化及び閾値等を検知し比較
することにより、半導体デバイス特性に大きな影響を与
える半導体基材の表面状態の品質の微妙な差異を測定可
能とする半導体基材の検査方法を提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、（ａ）
半導体基材の鏡面上に酸化膜を形成する工程、（ｂ）前
記酸化膜表面に連続的または非連続的に電極を形成する
工程、及び、（ｃ）前記半導体基板と前記電極との間に
電界を印加する工程を有し、印加により生じる酸化膜の
発光現象を検知することを特徴とする半導体基材の検査
方法が提供される。上記本発明の半導体基材の検査方法
において、電極が、波長０．４〜１００μｍの光に対し
て透過性を有することが好ましい。また、その透過性電
極を透過して発光現象を検知するとが好ましく、透過性
電極が、酸化膜表面の実質的に全域を均一に被覆して形
成されていることが好ましい。また、本発明の半導体基
材の検査方法において、発光現象が電極の形成されてい
ない部分で検知されることが好ましい。また、電極が細
線材によりスリット状に間隙を有して一体的に連続して
形成されて、その間隙により発光現象を検知することが
好ましい。前記細線材が、櫛状、梯子状、格子状、螺旋
状及び同心円状のいずれか、または、これらの組合せ形
状に配置されて間隙を有することが好ましい。更に、本
発明の半導体基材の検査方法における電極が、複数の互
いに独立した非連続な分散電極群から形成されおり、各
分散電極に順次電子ビームを走査することにより電界を
印加するとが好ましい。更にまた、本発明の半導体基材
の検査方法は、印加する電界の強度を変化させ、発光現
象の変化を検知することが好ましい。

【０００５】本発明は上記のように構成され、一枚の全
面的に連続する薄層状の薄膜電極、スリット状に間隙を
有し、全体的に連続して一体化されている細線状の電極
とスリット状の間隙部分に表出する酸化膜とが交互に配
置される回路配線状電極、または、各独立した電極が点
状に分布する点分布電極等の連続的または非連続的な形
態の電極を、被検査半導体基材表面に形成された酸化膜
表面のほぼ全域に形成し、その電極と半導体基材との間
に電圧を印加した場合、所定の電圧値以上で酸化膜に微
弱電流が流れ、それにより酸化膜に発光現象が生起する
もので、その発光現象を半導体基材の表面品質検査に適
用するものであり、電極の大きさは任意に選択でき、半
導体基材全面に電極を配設することにより全体的検査が
同時に可能となる。また、印加電圧を可変としバイアス
をかけることにより、発光現象を生起させる閾値から耐
圧破壊を起こすまでの過程で発光状態の変化を連続的に
測定することができ、電界の変動に対する半導体基材の
全域での変化を把握することができる。更に、発光開始
から破壊に至るまでの全過程で発光位置を表示させ、記
録することが可能である。

【０００６】従来の半導体基材表面に形成した酸化膜の
電気的耐圧を測ることにより、酸化膜状態や半導体基材
表面とその近傍における品質を評価する方法は、耐圧破
壊の電界強度を測定するものであり、その破壊の瞬間に
発光が生じることは知られていたが、検査の対象にはな
っていない。一方、本発明の半導体基材の検査方法は、
所定値以上の印加電圧による耐圧破壊以前の、及び、破
壊時の発光現象を検査対象とするものであり、 1発光現
象を面的な広がりを有して生じさせ、同時に、測定半導
体基材表面の多数点における持続性発光現象を測定で
き、また 2印加電圧の変化に伴う発光強度や発光位置の
変化を測定することにより、半導体基材表面とその近傍
の品質状態、及びその表面に形成された酸化膜の品質の
を評価することができる。更に、破壊電圧まで印加させ
ることなく表面品質の評価をすることができ、半導体基
材の表面特性について非破壊的に検査することができ、
半導体製造工程に本発明の基材表面状態の検査を組込む
こともでき、それにより製造される半導体の品質管理と
信頼性を向上させることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明について、シリコンウエハ
の表面状態における発光現象の検知を一実施例として、
図面を参照しながら更に詳細に説明する。但し、本発明
は、下記の実施例に制限されるものでない。図１は、本
発明の半導体基材の検査方法を適用するシリコンウエハ
試料の断面説明図である。図１において、微細な半導体
デバイスを形成するためにシリコンウエハ１は片面が高
精度に鏡面研磨され、高純度な酸素雰囲気中でシリコン
ウエハ１を酸化処理すると、シリコンウエハ表面から内
部に向かって酸化が進み、シリコンとの境界層２及び酸
化シリコン３が形成されている。通常、酸化シリコン３
の表面は、酸化処理前のシリコンウエハの表面状態をそ
のまま留めて形成される。酸化処理による形成された酸
化シリコン表面の全域には、蒸着等により電極４が形成
されている。なお、シリコンウエハ裏面と電極端子との
電気的導通を確保するため、シリコンウエハ裏面側に酸
化処理で形成される酸化膜は予め除去する。酸化シリコ
ン表面に形成される電極の材質は、所定の安定性、均一
性及び強度を満たすものであればよく、特に制限される
ものでない。通常、多結晶シリコンや金属アルミニウム
が使われる。これらは光透過性がそれほど高くないた
め、下記するような細線を配線状に形成する回路電極
や、点状に分布させる点状分布電極に用いることが好ま
しい。また、より高い光透過性を有する電極材として塩
化第二スズとヨウ化スズがあり、例えば、これらの混合
液体を半導体基材のほぼ全面に塗布し約４００℃に加熱
して薄層を形成させ薄膜電極として用いることもでき
る。上記シリコンウエハの表面特性の検知のために形成
する酸化シリコンの厚みは半導体デバイスに組込まれる
実用的厚さの範囲の１００〜４００Åとし、また、電極
の厚さはその材質により必要な安定性、均一性、強度及
び光透過性を勘案し１０００〜１００００Åの範囲で適
宜選択することができる。上記のようにシリコンウエハ
上の酸化シリコン表面に形成された電極で構成された被
検査半導体基材試料は、直流電圧を印加することによっ
て電界に置くことができる。この場合、シリコンウエハ
がｎタイプであれば電極側をプラス極、シリコンウエハ
裏面をマイナス極とする。また、ｐタイプのシリコンウ
エハの場合は電極側をマイナス極、ウエハ裏面をプラス
極とする。

【０００８】図２は、金属アルミニウム等の光透過性が
ない材質、または、多結晶シリコン等の光透過性の低い
材質を用いて電極を形成する場合の一実施例を示した平
面説明図である。図２において、シリコンウエハ１上の
酸化シリコン膜３の表面上のほぼ全域に、金属アルミニ
ウムや多結晶シリコンの細線材で、スリット状に間隙を
有し全体的に連続して一体化される配線回路のような形
状の回路電極５が形成されると共に、回路電極を構成す
る細線材によりスリット状に包囲され酸化シリコン膜３
が表出する多数の隙間６が形成されている。電極を構成
する細線材の幅は、電極直下で生じる発光が隙間から検
知出来るように、１μｍ〜１０００μｍの範囲で選択す
るのが好ましい。このような回路電極は、リソグラフィ
法を用いて形成することができる。

【０００９】図３は点状電極の概略断面説明図であり、
図４はその平面説明図である。図３及び図４において、
酸化シリコン膜３の表面に相互に接することがない点状
電極７が酸化シリコン膜表面にほぼ均一に分布形成され
ている。点状電極７の形状及び大きさは、酸化膜表面に
各電極が独立して形成されればよく特に制限されない。
通常、大きさは１０〜１００μｍφの円形、または１辺
が１０〜１００μｍの四角形である。上記のような点状
電極７を形成した場合、検査電界は、通常、各点状電極
に接して配置されるプローブ８から放出された電子ビー
ムは電極に照射される。プローブ８から１〜５０Ｖの電
子ビーム（ＥＢと表す）が電極に照射され、且つ、プロ
ーブは定められた順序で全ての点状電極を走査させるこ
とにより行うことができる。電子ビームがプローブ８か
ら放出される際の加速電圧を可変とし、電極に照射され
た際の二次電子の放出比を制御することにより、電極に
印加する電圧も制御することが可能となる。即ち、二次
電子の放出比が１より大きくなる加速電圧では、電極は
「＋」の電位を、１より小さくなる加速電圧では「−」
の電位を印加することができる。このようにＥＢ照射に
より印加された電圧が、閾値を超えると電極は発光しは
じめる。発光の閾値、光の強さ、その分布状態がシリコ
ンウエハによって異なる。また、電子ビーム発生装置に
ブランキング機能を設け、電子ビームがプローブ８から
放出される際に、１つまたは複数の任意の電極のみにＥ
Ｂ照射をすることもできる。これによりシリコンウエハ
表面の特定範囲の再測定が容易になる。また、測定のス
ピードを向上することも容易となる。

【００１０】図５は、発光検知装置の一例を示す概略的
説明図である。図５において、遮光ケース１４内には、
検査試料台１０及びレンズ１３等により構成される光学
系検知手段１５が収納されており、上記のように電極を
形成した被検査シリコンウエハ試料９を光学系検知手段
１５によって観察可能に検査試料台１０に載置する。裏
面電圧端子１１が検査試料台１０に連結され、一方、電
圧端子１２が被検査シリコンウエハ試料の酸化膜上の電
極に連結される。所定の閾値以上の電圧印加による発光
現象は光学系検知手段１５で観察される。

【００１１】図６は、他の発光検知装置の一例を示す概
略的説明図である。図６において、排気により真空状態
を保持できる遮光ケース１４内にテレビカメラ１６が設
置され、テレビカメラ１６から出る電子ビーム１７が被
検査シリコンウエハ試料９上の点状分布電極７を走査
し、電子ビームをランディングさせる。シリコンウエハ
試料９の裏面は導電性試料台１９に接触して載置され、
裏面電圧端子１１が導電性試料台１９連結される。所定
の閾値以上の電子ビーム１７が電極に照射されると、電
極と裏面側端子１１との間に電流が流れ、電極周辺から
の発光現象が光学系検知手段１５を介して観察される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説
明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるも
のでない。実施例１（検査試料の作製）直径６インチの、ｎタイプ、抵抗値
８〜１０Ωｃｍ、酸素濃度１５〜１６．５×１０¹⁷原子
数／ｃｍ³ のシリコンウエハ（ｎ−ＣＺウエハとす
る）、この同種のＣＺウエハを１２００℃で水素雰囲気
中で１時間熱処理したシリコンウエハ（ｎ−水素処理ウ
エハとする）、及び、これらと同じ電気特性のエピタキ
シャル成長層を有する直径６インチのエピタキシャルシ
リコンウエハ（ｎ−エピウエハとする）の各１枚ずつ計
３枚を１バッチとして、同時に酸化炉で酸化処理して各
ウエハの表面に１００Åの酸化膜を形成した。上記酸化
膜を形成した各ウエハの鏡面側またはエピタキシャル層
側の酸化膜表面の全面に、化学蒸着法により厚さ１００
０Åの多結晶シリコン膜を付着し薄膜電極を形成した。
なお、この時、電圧印加端子１２との接続を確実にする
ため、図７に示したように、薄膜電極４の外周部の一部
に一辺約１ｍｍの四辺形状に突き出た厚さ１００００Å
の電極タグ１６をリソグラフィ法により形成した。上記
のように形成した多結晶シリコン薄膜電極の導電性を得
るため、更に元素リン（Ｐ）を拡散法により添加した。
また、シリコンウエハ裏面に形成された酸化膜を剥離
し、電圧印加端子１１との接続を確実した。上記のｎ−
ＣＺウエハ、ｎ−水素処理ウエハ及びｎ−エピウエハの
検査試料の作製は、以下においても同様とする。

【００１３】（発光現象測定検査）上記のように形成し
た各シリコンウエハ検査試料を、図５に示した発光検知
装置に１枚ずつ順次セットし、裏面電圧端子１１及び電
圧端子１２に電圧印加して発光現象を測定して比較検討
した。即ち、多結晶シリコン薄層電極の電極タグＥに連
結した電圧端子１２にプラス極を接続し、ウエハ支持台
１０側に連結した電圧端子１１にマイナス極を接続し、
遮光ケース１４を閉鎖し、光学系検知手段１５に接続し
た画面表示装置を観察しながら直流電圧を印加した。そ
の結果、１０００Åの多結晶シリコン薄層電極下の発光
が、薄層電極を透過して検知された。発光現象が発生す
る各ウエハの閾値電圧は、ｎ−ＣＺウエハ、ｎ−水素処
理ウエハ、ｎ−エピウエハの順に、それぞれ１５Ｖ、２
５Ｖ、２０Ｖで、破壊電圧はそれぞれ２２Ｖ、３３Ｖ、
２８Ｖであった。破壊電圧より１Ｖ低い印加電圧での画
面表示状態を図８にｎ−ＣＺウエハを（ａ）に、ｎ−水
素処理ウエハを（ｂ）に、ｎ−エピウエハを（ｃ）にそ
れぞれ示した。これらから、ｎ−ＣＺウエハでは発光点
と発光強度にばらつきが観察され、一方、ｎ−水素処理
ウエハは双方とも均一性に富むことが観察されることが
分かる。この結果、一般に、ｎ−ＣＺウエハに比しｎ−
水素処理ウエハの方が、表面品質に優れることは従来の
電圧印加方式によっても確認されており、本発明の発光
現象により半導体基材の表面品質を検査できることが明
らかである。

【００１４】実施例２実施例１と同様にして３種類のシリコンウエハで１バッ
チを構成し、検査試料の作製過程において、多結晶シリ
コン膜を電極とする代わりに、透明電極を用いるために
酸化錫を塗布して作製した。即ち、各シリコンウエハを
同時に酸化炉に入れ、１００Åの酸化膜を形成した後、
各シリコンウエハ試料の鏡面側酸化膜に塩化第二錫とヨ
ウ化錫を十分混合して塗布し、更に、高純度の酸化性雰
囲気炉で同時に４２０℃で４時間処理して、各シリコン
ウエハ試料酸化膜表面のほぼ全域に厚さ約４０００Åの
透明な酸化錫膜を形成した。また、同時に、電圧印加端
子１２との接続を確実にするため、図６に示したよう
に、薄膜電極４の外周部の一部に１辺約２ｍｍの四辺形
の電極タグを形成した。上記のようにして作製した各検
査試料を、実施例１と同様にして直流電圧を印加して発
光現象を順次測定した。その結果、実施例１の多結晶シ
リコン膜電極より、本実施例の透明電極の方が発光状態
をより鮮明に検知することができた。発光現象が生起し
始める各ウエハの閾値電圧は、ｎ−ＣＺウエハ、ｎ−水
素処理ウエハ、ｎ−エピウエハの順に、それぞれ１７
Ｖ、２４Ｖ、２０Ｖで、破壊電圧はそれぞれ２２Ｖ、３
３Ｖ、２７Ｖであった。また、実施例１と同様に破壊電
圧より１Ｖ低い印加電圧での画面表示状態を図９にｎ−
ＣＺウエハを（ａ）に、ｎ−水素処理ウエハを（ｂ）
に、ｎ−エピウエハを（ｃ）にそれぞれ示した。これら
から、透明電極を用いた場合の発光状態も、実施例１の
結果と完全に一致していることが分かる。

【００１５】実施例３実施例１と同様にして３種類のシリコンウエハで１バッ
チを構成し、検査試料の作製過程において、酸化膜厚を
２００Åとし、かつ、各検査試料に電極の多結晶シリコ
ン膜を形成において、リソグラフィ法を用いて図２に示
したような回路電極となるようにし、リンを加えた多結
晶シリコン電極を幅１００μｍで厚さ４０００Åで形成
した。上記のようにして作製した各検査試料を、実施例
１と同様にして直流電圧を印加して発光現象を順次測定
した。その結果、不透明電極でもスリット状に隙間を設
けることで細線電極のエッジ部分により発光現象を検知
することができ、電極細線が十分に細いため発光現象は
ほぼ一様に確認できた。発光現象が生起し始める各ウエ
ハの閾値電圧は、ｎ−ＣＺウエハ、ｎ−水素処理ウエ
ハ、ｎ−エピウエハの順に、それぞれ１３Ｖ、２２Ｖ、
１８Ｖで、破壊電圧はそれぞれ２０Ｖ、３０Ｖ、２５Ｖ
であった。また、実施例１と同様に破壊電圧より１Ｖ低
い印加電圧での画面表示状態を図１０にｎ−ＣＺウエハ
を（ａ）に、ｎ−水素処理ウエハを（ｂ）に、ｎ−エピ
ウエハを（ｃ）にそれぞれ示した。これらから、スリッ
ト配線状の回路電極を用いた場合も、実施例１の結果と
同様に各検査試料の発光状態の差の傾向を確認できるこ
とが分かる。

【００１６】実施例４直径６インチの、ｐタイプ、抵抗値１〜３Ωｃｍ、酸素
濃度１３〜１５×１０¹⁷原子数／ｃｍ³ のシリコンウエ
ハ（ｐ−ＣＺウエハとする）、この同種のｐ−ＣＺウエ
ハを１２００℃で水素雰囲気中で１時間熱処理したシリ
コンウエハ（ｐ−水素処理ウエハとする）、及び、これ
らと同じ電気特性のエピタキシャル成長層を有する直径
６インチのエピタキシャルシリコンウエハ（ｐ−エピウ
エハとする）の各１枚ずつ計３枚を１バッチとして、同
時に酸化炉で酸化処理して各ウエハの表面に２００Åの
酸化膜を形成した。上記酸化膜を形成した各ウエハの鏡
面側またはエピタキシャル層側の酸化膜表面の全域に、
直径１０μｍ、厚さ５０００Åの高純度金属Ａｌ電極を
リソグラフィ法により図４に示したように点状に分布さ
せ蒸着した。点状分布電極はシリコンウエハのオリエン
テーションフラットに平行で、且つ直角に、２０μｍ間
隔で碁盤目状に配列させた。上記のようにして作製した
各検査試料を、図６に示した発光検知装置に１枚ずつ順
次セットし、電子ビームを照射して発光現象を測定して
比較検討した。電子ビームは、点状に分布された各電極
を走査しながら繰り返し行って測定した。発光現象が生
起し始める各ウエハの閾値電圧は、ｐ−ＣＺウエハ、ｐ
−水素処理ウエハ、ｐ−エピウエハの順に、それぞれ１
３Ｖ、２２Ｖ、１８Ｖで、破壊電圧はそれぞれ１５Ｖ、
２４Ｖ、２０Ｖであった。また、各電極を走査させ繰り
返し測定した結果を、画像処理して合成した画面表示状
態を、図１１の（ａ）にｐ−ＣＺウエハ、（ｂ）にｐ−
水素処理ウエハ、（ｃ）にｐ−エピウエハをそれぞれ示
した。これらから、３種の検査試料の発光状態の差の傾
向を実施例１と同様に確認できることが分かる。

【００１７】実施例５実施例４と同様にして酸化膜及び電極を形成した３種類
のシリコンウエハで１バッチを構成した検査試料を作製
した。作製した各検査試料を、同様に図６に示した発光
検知装置に１枚ずつ順次セットし、電子ビームを照射し
て発光現象を測定して比較検討した。電子ビームは、ブ
ランキング機構により１０点おきの電極に対して照射さ
れ、全体の電極数の１／１０に対して電界を印加した。
発光が生起し始める各ウエハの閾値電圧は、ｐ−ＣＺウ
エハ、ｐ−水素処理ウエハ、ｐ−エピウエハの順に、そ
れぞれ１３Ｖ、２３Ｖ、１８Ｖであり実施例４によく合
致していた。その後、電界を強くしていった際に耐圧破
壊を生じた電極の周囲の特定範囲のみにおいて全電極に
ついて電界を印加し発光状態を測定した。これらの結
果、３種の検査試料の発光状態の差の傾向を任意の複数
の電極に電界を印加することで確認できること、及び、
任意の領域内での発光状態の差の傾向を確認できること
が分った。

【００１８】上記の実施例１〜４で得られた結果を表１
にまとめて示した。この表１より明らかなように、シリ
コンウエハの表面特性が均一で極めて良好なものは、発
光の閾値が高く、耐圧破壊電圧が高く、発光点の分布状
態が均一であり、且つ、発光強度のバラツキが小さくな
ることが分かる。閾値及び耐圧破壊電圧の値が低くな
り、また、発光点の分布が不均一となり、その強度のバ
ラツキが大きくなるに従い表面品質の特性が低下するこ
とが分かり、これらから半導体基材となるシリコンウエ
ハの表面特性を測定できることが明らかである。

【００１９】

【表１】

【００２０】実施例６Ａｌに代えた以外は実施例３と同様に、ポリシリコン材
の細線をリソグラフィ法によりスリットを有する配線状
の回路電極に形成したｎ−ＣＺウエハを用いて、電圧を
２０Ｖ、２１Ｖ、２２Ｖに変化させて印加して測定を繰
り返し行い、各電圧での発光状態を画像処理して重畳合
成した結果を、図１２に２０Ｖを（ｄ）に、２１Ｖを
（ｅ）に、２２Ｖを（ｆ）にそれぞれ示した。なお、図
１２において、発光現象の強度が強い箇所は濃く、ま
た、発光が弱い箇所は薄く描いて示した。これらの結果
から、電圧を可変として印加電圧を変えていくことによ
り、発光状態の変化を検知できることが分かる。図１２
（ｆ）においては、発光の強い箇所で絶縁破壊を起こし
ており、電圧が他部分に印加されていないことがが、そ
の他の部分において発光が見られないことから理解され
る。このように、絶縁破壊を起こさずに、所定電圧にお
ける酸化膜の部分的に絶縁特性の低い部分（発光部分）
の分布を知ることができ、また、絶縁破壊を起こした場
合の電圧及び箇所を知ることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、シリコンウエハ等半導体基材
の表面特性を、その表面の酸化被膜上に所定の電極を形
成して、電界を印加して発光現象を検知することにより
測定するものであり、従来の電圧印加により破壊電圧を
測定して表面状態を比較観察する方法に比し、非破壊的
に測定することができる上、基材全面を同時に検知可能
であり、一の半導体基材上における閾値電圧の大小の差
を基材表面の位置的表示もでき、また、発光の強弱を測
定することにより表面特性を比較検討することも可能で
ある。更に、発光現象を連続的に検知可能であり、半導
体基材表面に形成された酸化膜が絶縁破壊を起こす限界
の電圧値を知ることができる。従って、半導体基材表面
特性の良否等を検査することができ、半導体製造工業
上、極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する薄膜電極形成の被検査半導体
基材試料の一実施例の断面説明図である。

【図２】本発明を適用するスリット配線状の回路電極形
成の被検査半導体基材試料の一実施例の平面説明図であ
る。

【図３】本発明を適用する点状分布電極形成の被検査半
導体基材試料の一実施例の断面説明図である。

【図４】図３の点状分布電極形成の被検査半導体基材試
料の平面説明図である。

【図５】本発明の実施例で用いる発光現象検知装置の説
明図である。

【図６】本発明の実施例で用いる他の発光現象検知装置
の説明図である。

【図７】本発明の被検査半導体基材試料の一実施例の平
面説明図である。

【図８】本発明の一実施例の発光現象を示した説明図で
ある。

【図９】本発明の他の実施例の発光現象を示した説明図
である。

【図１０】本発明の他の実施例の発光現象を示した説明
図である。

【図１１】本発明の他の実施例の発光現象を示した説明
図である。

【図１２】本発明の他の実施例の発光現象を示した説明
図である。

【符号の説明】

Ｅ電極タグ１シリコンウエハ２境界層３酸化膜表面４、５、７電極６スリット状間隙８、１７電子ビーム９被検査半導体基材試料１０、１９試料台１１裏面電圧端子１２電圧端子１３レンズ１４遮光ケース１５光学系検知手段１６テレビカメラ

フロントページの続き (72)発明者藤井美津男神奈川県川崎市幸区堀川町580番地１号株式会社東芝半導体システム技術センター内 (72)発明者石川光昭神奈川県川崎市幸区堀川町580番地１号株式会社東芝半導体システム技術センター内 (72)発明者則松研二神奈川県川崎市幸区堀川町580番地１号株式会社東芝半導体システム技術センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）半導体基材の鏡面上に酸化膜を形
成する工程、（ｂ）前記酸化膜表面に連続的または非連
続的に電極を形成する工程、及び、（ｃ）前記半導体基
板と前記電極との間に電界を印加する工程を有し、印加
により生じる酸化膜の発光現象を検知することを特徴と
する半導体基材の検査方法。
【請求項２】前記電極が、波長０．４〜１００μｍの
光に対して透過性を有する請求項１記載の半導体基材の
検査方法。
【請求項３】前記発光現象が、前記電極を透過して検
知される請求項２記載の半導体基材の検査方法。
【請求項４】前記電極が、前記酸化膜表面の実質的に
全域を均一に被覆して形成されている請求項２または３
記載の半導体基材の検査方法。
【請求項５】前記発光現象が、電極の形成されていな
い部分で検知される請求項１記載の半導体基材の検査方
法。
【請求項６】前記電極が細線材によりスリット状に間
隙を有して一体的に連続して形成されてなり、前記発光
現象を該間隙により検知する請求項５記載の半導体基材
の検査方法。
【請求項７】前記細線材が、櫛状、梯子状、格子状、
螺旋状及び同心円状のいずれか、または、これらの組合
せ形状に配置されてなる請求項６記載の半導体基材の検
査方法。
【請求項８】前記電極が、複数の互いに独立した非連
続な分散電極群から形成されており、各分散電極に順次
電子ビームを走査することにより電界を印加する請求項
１〜３及び５のいずれか記載の半導体基材の検査方法。
【請求項９】前記印加する電界の強度を変化させ、発
光現象の変化を検知する請求項１〜８のいずれか記載の
半導体基材の検査方法。