JPH11284039A

JPH11284039A - 半導体ウェーハの結晶欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH11284039A
Application number: JP10310549A
Authority: JP
Inventors: Motoi Nakao; 基中尾; Satoshi Nomura; 聡野村; Shuji Takamatsu; 修司高松
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1998-01-31
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】例えばシリコンインゴット単結晶作製中に発
生するストライエーションなど結晶欠陥を検出し、これ
を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て、半導体
ウェーハ２の絶縁物側の界面層２ａを反転状態とし、こ
の反転状態において半導体ウェーハ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を照射して光
電流データを求め、この光電流データに基づいて半導体
ウェーハ２における欠陥を検出するようにした。

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
ｉｎｇＺｏｎｅ）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】

【従来の技術およびその問題点】従来、シリコンウェー
ハにおける結晶欠陥を測定する手法として、Ｘ線トポグ
ラフ法やμ−ＰＣＢ法あるいは選択性エッチング法が公
知である。Ｘ線トポグラフ法は、シリコンウェーハにＸ線を照射
し、そのとき透過または反射するＸ線の回折強度を測定
することによって、格子歪、すなわち、結晶欠陥を検出
する手法である。 μ−ＰＣＢ法は、シリコンウェーハに対してレーザ光
を照射した状態で、マイクロ波をシリコンウェーハに照
射し、そのときのマイクロ波の反射率の変化から少数キ
ャリア寿命を求めて、結晶欠陥を検出する手法である。選択性エッチング法は、添加不純物の濃度から発生す
るシリコンのエッチング速度の変化から結晶欠陥の二次
元分布像を求めるものである。

【０００５】上記およびの手法においては、Ｘ線
や、レーザ光およびマイクロ波をシリコンウェーハに対
して走査することによって、二次元的な画像が得られ、
シリコンウェーハ内の結晶欠陥像、例えば酸素や添加不
純物などの偏析によって発生するストライエーションを
観察することができる。また、上記の手法において
は、エッチングのシリコンウェーハへの形状から結晶欠
陥を検出することができる。

【０００６】しかしながら、およびの手法において
は、シリコンウェーハに１１００℃で１０時間以上の熱
処理を施し、結晶欠陥に二次欠陥を形成させて初めて、
典型的なストライエーションの検出が可能になる。すな
わち、結晶欠陥を検出するには、シリコンウェーハを熱
処理し、これによって、シリコン結晶中の酸素などのさ
らなる偏析を起こさせ、欠陥を助長させる必要がある。
つまり、上記の各手法によっては、シリコンインゴット
を引き上げた状態でのストライエーションなどの結晶欠
陥を検出することができないのである。

【０００７】そして、上記〜の手法においては、結
晶欠陥の二次元分布像を容易に得ることができるもの
の、その画像データから数値的に定量化することは困難
である。

【０００８】一方、シリコンウェーハ中に含まれる各種
の二次元的な情報は、シリコンウェーハ中の物性・化学
情報などが混合された状態で検出される。例えば、表面
光電圧法は、半導体表面からレーザ光を照射したときに
発生する光電圧を測定する手法であり、光の周波数応答
による電圧値の変化からシリコンウェーハの表面層の少
数キャリア寿命を検出することができる。

【０００９】しかしながら、前記手法は、少数キャリア
寿命から計算できる拡散長などは求めることができる
が、例えば、表面電位のシフト量を求めることはできな
い。また、表面電位シフト量、すなわち、フラットバン
ドシフト量は、一般的な容量・電圧法（Ｃ・Ｖ法）など
で検出することは可能であるが、二次元的な分布像を測
定するためには、基本的に上部電極をドット状にアレー
化して、各々の点における測定を行わなければならず、
構造および測定が複雑になる。また、前記Ｃ・Ｖ法では
結晶欠陥を測定することはできない。

【００１０】ところで、本願出願人は、溶液中の化学情
報（ｐＨを始めとするイオン濃度や酸還元電位など）を
二次元的に可視化する装置として、光走査型二次元濃度
分布測定装置を開発し、これに関する技術を数多く特許
出願しているところである（例えば、特開平８−２１３
５８０号、特開平８−３２０３０５号、特開平８−３２
０３０１号など）。これらの光走査型二次元濃度分布測
定装置は、例えばｐＨ応答物質であるＳｉ₃Ｎ₄膜の表
面電荷によって発生する電位を半導体シリコンの表面電
位（フラットバンド電位）の変化分として測定する。そ
のシフト量を検出する方法としては、半導体シリコンに
集光レーザビームを照射したときに流れる光電流を測定
しており、前記ビームを二次元的に走査することによ
り、ｐＨ分布の画像を得るようにしている。

【００１１】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、第１の目的は、例えばシリコンインゴット単
結晶作製中に発生するストライエーションなど結晶欠陥
を検出し、これを可視化することができる半導体ウェー
ハの結晶欠陥検査装置（以下、単に結晶欠陥検査装置と
いう）を提供することであり、第２の目的は、前記結晶
欠陥を定量的に可視化することができる結晶欠陥検査装
置を提供することであり、第３の目的は、前記結晶欠陥
をその種類別に分離して抽出することができる結晶欠陥
検査装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本願の第１の発明の結晶欠陥検査装置は、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
を印加して、半導体の絶縁物側の界面層を反転状態と
し、この反転状態において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て光
電流データを求め、この光電流データに基づいて半導体
ウェーハにおける欠陥を検出するようにしている（請求
項１）。

【００１３】そして、前記結晶欠陥検査装置において、
半導体の絶縁物側の界面層を空乏状態とし、この空乏状
態において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て光電流データを求
め、この光電流データ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てもよい（請求項２）。

【００１４】また、前記結晶欠陥検査装置において、半
導体の絶縁物側の界面層を反転状態または空乏状態と
し、前記反転状態または空乏状態において半導体ウェー
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
光を照射することによりそれぞれ光電流データを求め、
これらの光電流データの差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てもよい（請求項３）。

【００１５】前記いずれの結晶欠陥検査装置において
も、得られた光電流データに基づいて欠陥を数式を用い
て数値化するようにしてもよい（請求項４）。

【００１６】そして、前記いずれの結晶欠陥検査装置に
おいても、絶縁物が半導体ウェーハに形成された絶縁膜
であり、導電部が絶縁膜の上面に設けられる電解質溶液
または金属膜であってもよく（請求項５）、また、絶縁
物がエアーギャップであり、導電部が金属板であっても
よい（請求項６）。

【００１７】また、本願の第２の発明の結晶欠陥検査装
置は、半導体ウェーハの一方の面に導電部を配置し、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
を印加して、半導体の導電部側の界面層を反転状態と
し、この反転状態において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て光
電流データを求め、この光電流データに基づいて半導体
ウェーハにおける欠陥を検出するようにしてもよい（請
求項７）。

【００１８】そして、前記結晶欠陥検査装置において、
半導体ウェーハの一方の面に導電部を配置し、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
して、半導体の導電部側の界面層を空乏状態とし、この
空乏状態において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て光電流デー
タを求め、この光電流データ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てもよい（請求項
８）。

【００１９】また、前記結晶欠陥検査装置において、半
導体ウェーハの一方の面に導電部を配置し、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
て、半導体の導電部側の界面層を反転状態または空乏状
態とし、前記反転状態または空乏状態において半導体ウ
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
もつ光を照射することによりそれぞれ光電流データを求
め、これらの光電流データの差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てもよい（請求項
９）。

【００２０】さらに、前記いずれの結晶欠陥検査装置に
おいても、得られた光電流データに基づいて欠陥を数式
を用いて数値化するようにしてもよい（請求項１０）。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１〜図４は、第１の実施の形態
を示す。図１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は測定対象のシリコン
ウェーハ（以下、単にウェーハという）で、例えば縦５
０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ１００μｍ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１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。

【００２２】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（Ｓｉ₃Ｎ₄）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。

【００２３】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。

【００２４】９，１０は電解質溶液７に浸漬される対
極、比較電極である。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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に最大幅の空乏層を生じさせる。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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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、これによ
って光電流が発生する。この光電流は、オーミック電極
３から取り出され、この取り出された光電流値は、制御
ボックス１５の電流−電圧変換器１７において電圧値に
変換される。そして、この電圧値は適宜同期整流され、
振幅が抽出される。

【００３４】そして、ウェーハ走査装置１１のＸ，Ｙ方
向の走査に関して、各々のポジションに対応する、ある
時間での電圧振幅値を順次、コンピュータ２０に取り込
む。例えば１２ビットでデータを取り込むのであれば、
信号電圧０〜１Ｖを０〜４０９６までの値に当てはめ
る。そして、設定された個数（画素数）のデータをコン
ピュータ２０のＲＡＭ領域に蓄積する。全てのデータが
取り込まれると、そのデータ配列のままＲＯＭに取り込
み、ファイルとする。

【００３５】前記ファイルをコンピュータ２９に格納さ
れている画像プログラムを用いて、二次元的にデータを
配列し、さらに、グレイ濃淡表示や多色表示を行う。こ
のようにすることにより、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。

【００３６】前記図２に示した光電流二次元画像は、ウ
ェーハ２として、抵抗率が１０Ω・ｃｍ、ｎ型（１０
０）シリコンウェーハに、シリコン酸化膜５として厚さ
５０ｎｍのドライ熱酸化膜を形成し、その上面に、減圧
化学気相成長で厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜６を堆
積したものを絶縁膜４として、この絶縁膜４に電解質溶
液を接触させて測定したときに得られたもので、図中に
筋状に色の明暗の像を観察することができる。これは、
測定される光電流の大きい領域と小さい領域がそのよう
に存在していることを示している。

【００３７】また、図３は、上記と同様に構成された４
インチのウェーハ２のほぼ全面に対して測定したときに
得られる光電流二次元画像の一例を示すもので、ウェー
ハ２の中心部から同心円状に明暗の筋状の模様を観察で
きる。このことから、ウェーハ２中のインゴット時に発
生するストライエーション欠陥が、この発明の結晶欠陥
検査装置によって観察できたことがわかる。

【００３８】そして、上述のような結晶欠陥は、従来の
手法によっては、目視で見える像にすること（可視像
化）ができなかったが、この発明の結晶欠陥検査装置に
よれば、ウェーハ２におけるストライエーションなど結
晶欠陥を可視像化することができるので、ウェーハ２に
おける結晶欠陥を的確に把握することができる。

【００３９】また、前記ウェーハ２の絶縁膜４との界面
における空乏層幅も、前記交流光電流に影響を与えるの
で、前記界面に存在する添加不純物の分布像も検出する
ことができる。

【００４０】ここで、上記結晶欠陥検査装置の測定原理
について簡単に説明すると、図４は、ウェーハ２の裏面
に光を照射したときに発生する光キャリアの拡散の様子
を示すエネルギーバンド図である。半導体シリコンの裏
面側に、シリコンのバンドギャップ（１．１ｅＶ）以上
のエネルギーをもつ光が入射されると、荷電子帯の電子
が伝導帯に励起され、伝導帯の電子とともに荷電子帯の
正孔が光キャリアとして生成される。この光キャリアが
光電流として検出されるためには、絶縁膜と半導体との
界面の半導体表面層（例えば、図１において符号２ａで
示す部分）に形成される空乏層まで拡散しなければなら
ない。空乏層に到達した光キャリアは、空乏層での電位
勾配によるドリフトで電荷分離が引き起こされる。

【００４１】そして、半導体シリコンとしてｎ型半導体
を用いて、これに空乏層が形成されるように、半導体側
に正方向のバイアス電圧を印加すると、空乏層まで到達
した光キャリアは、正孔が絶縁膜側に、電子が半導体基
板側に引き寄せられる。この電荷分離により正孔が蓄積
されるため、絶縁膜と半導体との界面の電位に変化が生
じ、バンドの曲がりに変化が起こる。そして、この状態
から光照射を止めると、光照射によって平衡状態からバ
ンドの曲がりが変化していることから、蓄積されていた
正孔が半導体バルクの方向に引き戻される。そのため、
変調光を照射することで交流光電流が流れることにな
る。

【００４２】前記交流光電流は、下記（１）式で表され
る。Ｉ＝ｑφη（１−Θ）ｅｘｐ〔（−ｄ／Ｌ_p）｛Ｃ_i／（Ｃ_i＋Ｃ_d）｝〕 ……（１）ここで、ｑは素電荷、φは入射光子数、ηは量子効率、
Θは反射率、ｄはシリコン基板の厚み、Ｌ_pは少数キャ
リア拡散長、Ｃ_iは絶縁膜の容量、Ｃ_dは半導体空乏層
の容量である。

【００４３】そして、前記拡散長Ｌ_pは、下記（２）式
で表される。Ｌ_p＝√（Ｄτ） ……（２）ここで、Ｄおよびτは、それぞれ少数キャリアの拡散定
数、寿命である。

【００４４】また、前記半導体空乏層の容量Ｃ_dは、下
記（３）式で表される。Ｃ_d＝√｛ε_sｑ²Ｎ_A／４ｋＴｌｎ（Ｎ_A／ｎ_i）｝ ……（３）ここで、ε_sはシリコンの誘電率、Ｎ_Aは添加不純物濃
度、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｎ_iは真性半
導体キャリア濃度である。

【００４５】上記（１）〜（３）式で、少数キャリア寿
命に加えて、半導体中の添加不純物濃度の情報が測定さ
れる光電流に含まれることがわかる。

【００４６】ところで、上述のように、ウェーハ２と電
解質溶液７との間にバイアス電圧を印加しつつ、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
つレーザ光１４を照射し、この照射によって生じた光電
流データをコンピュータ２０において処理することによ
り、ストライエーションなど結晶欠陥を可視像化するこ
とができるが、前記光電流データを数式を用いて数値化
するようにしてもよい。以下、これを説明する。

【００４７】すなわち、前記光電流のデータを、例え
ば、下記（４）式で示すキャリア減衰の式を用いて少数
キャリア寿命の数値データに変換する。Ｉ／Ｉ_o＝ｅｘｐ（−ｄ／Ｌ_p）／ｅｘｐ（−ｄ／Ｌ_po） ……（４）ここで、Ｉは各々の光電流値、Ｉ_oは平均光電流値、ｄ
はシリコン基板の厚み、Ｌ_pは各々のキャリア拡散長、
Ｌ_poは平均キャリア拡散長である。

【００４８】図５は、前記照射によって生じた光電流の
データを、上記（４）式を用いてバルク少数キャリア寿
命に変換したときに得られた結果を示す図で、この図に
おいて横軸は距離、縦軸は寿命をそれぞれ示している。

【００４９】なお、前記得られた光電流データを、空乏
層最大幅の数式を用いて数値化してもよい。

【００５０】上述のように、光電流データを数式を用い
て数値計算を行った場合、ウェーハ２の結晶中の少数キ
ャリア寿命や、添加不純物濃度などを二次元的に数値化
して表示することができる。

【００５１】上述の実施の形態においては、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、バンドギャップ以上のエネルギーをもつ変調
レーザ光１４を一定周期でウェーハ２に断続的に照射
し、このとき得られる光電流データに基づいてウェーハ
２における結晶欠陥を画像化するようにしたり、光電流
のデータを数式を用いて数値化するようにしていたが、
これに代えて、半導体層２ａを空乏状態にしたときの光
電流データを採取するようにしてもよい。また。前記半
導体層２ａを反転状態にしたときの光電流データ（二次
元光電流画像）と前記半導体層２ａを空乏状態にしたと
きの光電流データ（二次元光電流画像）との差をとるよ
うにしてもよい。これら二つの画像の差分画像は、ウェ
ーハ２における重金属汚染や固定バンドのシフト量に関
する情報のみを含んでおり、これに基づいて、ウェーハ
２のフラットバンドシフト情報と反転状態で測定したキ
ャリア寿命に関する情報を全く同一のサンプルで比較す
ることができる。以下、これを図６〜図９を参照しなが
ら詳細に説明する。

【００５２】一般に、ウェーハ２中の欠陥には、いくつ
かの種類がある。すなわち、図６において、ａをノーマ
ルな部分とすると、表面の欠陥などによる電流量の減少
する部分ｂや、重金属汚染や固定電荷の存在による電位
のずれが生ずるものｃなどである。

【００５３】ところで、前記図１に示した構成における
ウェーハ２のバイアス電圧−光電流特性を調べると、前
記部分ａ，ｂ，ｃについては、図７において符号ａ，
ｂ，ｃで示すようなカーブになることが実測により知ら
れている。すなわち、部分ｂについては、カーブｂで示
すようになり、カーブａと相似（比例）した形であるこ
とが知られている。また、部分ｃについては、カーブｃ
で示すようになり、このカーブｃは、カーブａ，ｂとは
異なっている。

【００５４】ここで、全てのバイアス電圧（−４０００
ｍＶ〜０ｍＶ）について、光電流値を測定すれば、全種
類の欠陥についての情報が得られるが、このような測定
方法では、多大の測定時間を要し、実用的ではない。

【００５５】そこで、まず、図８において符号Ｉで示す
最大電流値のバイアス電圧値（この例では、−４０００
ｍＶ）で測定する。つまり、ウェーハ２半導体の半導体
層２ａを反転状態にして測定する。この場合、ウェーハ
２が図７に示したバイアス電圧−光電流特性であれば、ａ，ｃ→２０００μＡｂ→１０００μＡの電流値が得られ、そのとき、図９（Ａ）に示すような
画像が得られ、タイプｂの欠陥は可視化（実線で示され
ている）されるが、タイプｃの欠陥については情報が得
られない（仮想線で示されている）。

【００５６】そこで、前記最大電流値の半値のバイアス
電圧値（この例では、−１８００ｍＶ）で測定する。つ
まり、ウェーハ２の半導体層２ａを空乏状態にして測定
する。すると、図９（Ｂ）に示すように、タイプｃの欠
陥についての情報が得られる。そして、このタイプｃの
欠陥についての情報を相対化するために、バイアス電圧
値−２０００ｍＶで測定したデータ２倍すると、図９
（Ｃ）に示すようなデータとなる。そして、この図９
（Ｃ）に示したデータ、つまり、ウェーハ２の半導体層
２ａを空乏状態にして測定したときの光電流データと、
図９（Ａ）に示したデータ、つまり、ウェーハ２の半導
体層２ａを反転状態にして測定したときの反転状態にし
たときの光電流データとを比較（差分）すると、図９
（Ｄ）に示すように、タイプｃの欠陥について、周囲の
部分と異なったデータが得られる。

【００５７】以上の手順を踏むことにより、前記タイプ
ｂ，ｃの欠陥についてのデータを可視化することができ
る。すなわち、タイプｂの欠陥については、図９（Ｅ）
（この図は図９（Ａ）と実質的に同じである）のように
なり、タイプｃの欠陥については、図９（Ｆ）（この図
は図９（Ｄ）と実質的に同じである）のようになる。

【００５８】以上説明したように、上記発明によれば、
ウェーハ２に含まれる各種のむらから、例えばシリコン
結晶中の重金属汚染などの情報を、他の欠陥の情報と区
別して抽出することができる。

【００５９】そして、この発明によれば、ウェーハ２の
同一場所に数種類の欠陥が混在している場合において
も、これらを分離して抽出することができる。すなわ
ち、ウェーハ２に対するバイアス電圧を適宜調節して、
ウェーハ２の半導体層２ａを反転状態にし，その状態で
バンドギャップ以上のエネルギーをもつレーザ光１４を
照射したときに得られる光電流データをコンピュータ２
０において処理することにより、ウェーハ２の結晶中の
少数キャリア寿命や、添加不純物濃度などを二次元的に
数値化して表示することができる。

【００６０】また、前記ウェーハ２に対するバイアス電
圧を適宜調節して（前記反転状態にする場合の電圧より
やや小さい電圧を印加する）、ウェーハ２の半導体層２
ａを反転状態に、同様にレーザ光１４を照射したときに
得られる光電流データをコンピュータ２０において処理
することにより、ウェーハ２の結晶中の少数キャリア寿
命や、添加不純物濃度などの情報に加えて、ウェーハ２
における重金属汚染や固定バンドのシフト量に関する情
報が得られる。

【００６１】さらに、前記半導体層２ａを反転状態また
は空乏状態とし、前記反転状態または空乏状態にしてレ
ーザ光１４照射したときそれぞれ得られる光電流データ
の差をコンピュータ２０において処理することにより、
ウェーハ２における重金属汚染や固定バンドのシフト量
に関する情報が得られる。なおこの場合、前記半導体層
２ａが反転状態のときの光電流データと、半導体層２ａ
がが空乏状態のときの光電流データとの差分をとり、基
本動作特性であるバイアス電圧−光電流特性曲線の遷移
領域の直線の傾きからフラットバンドシフト量に変換
し、固定電荷などを定量的に求めるようにしてもよい。

【００６２】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１０は第
２の実施の形態を示すもので、この図１０において、３
１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。

【００６３】そして、この実施の形態においては、ウェ
ーハ２にレーザ光１３を二次元的に照射させる手法とし
て、ウェーハ２側を移動させるのではなく、レーザ光源
１３を走査装置３２によって二次元的に走査するように
構成されている。３３は光源走査装置３２を制御するた
めの走査制御装置で、インタフェースボード１９を介し
てコンピュータ２０と接続されている。

【００６４】この実施の形態における動作は、上述の第
１の実施の形態のそれと同様であるので、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側の構成が第１の実施の形態におけるものに比
べて簡単であり、取扱いも容易であるといった利点があ
る。

【００６５】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１１に示すようにしてもよい。すな
わち、図１１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３４を介して、適宜の金属板３５
を配置している。

【００６６】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１０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。

【００６７】上述の第１〜第３の実施の形態において
は、ウェーハ２の一方の面に絶縁物４（または３４）を
介して導電部７（または３１または３５）を配置したも
のであっが、これに代えて、図１２に示すように構成し
てもよい。

【００６８】すなわち、図１２は第４の実施の形態（第
２の発明）を示すもので、この実施の形態においては、
ウェーハ２の一方の面に、例えば電解質溶液などの導電
部３６を直接形成している。なお、この実施の形態にお
いて、詳細には図示してないが、ウェーハ２側を二次元
的に走査してもよく、逆に、ウェーハ２を固定し、レー
ザ光を二次元的に走査するようにしてもよいことはいう
までもない。

【００６９】この第４の実施の形態における動作は、上
述の第１〜第３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
形態のおいても、上記第３の実施の形態と同様に、ウェ
ーハ２側の構成が図１０に示したものに比べてさらに簡
単であるとともに、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。さらに、この第２
の発明においても、上記第１の実施の形態をそのまま適
用することができる。

【００７０】さらに、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、第１の実施の形態において、第２ま
たは第３の実施の形態のように、ウェーハ２側を固定
し、レーザ光源１３側を二次元的に走査するようにして
もよい。また、第２または第３の実施の形態において、
ウェーハ２側を走査し、レーザ光源１３側を固定するよ
うにしてもよい。

【００７１】また、ウェーハ２に照射される光１４とし
ては、上記近赤外領域のレーザ光以外の可視光など種々
の波長領域のものを用いることができる。

【００７２】さらに、この発明の結晶欠陥検査装置は、
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。

【００７３】

【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
陥を検出し、これを可視化することができる。そして、
前記結晶欠陥を定量的に可視化することができ、その定
量把握が容易に行なえる。また、ウェーハの同一場所に
数種類の欠陥が混在している場合においても、これらを
分離して抽出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の半導体ウェーハの結晶欠陥検査装
置の一例を概略的に示す図である。

【図２】光電流二次元画像の一例を示す図である。

【図３】４インチのウェーハ２のほぼ全面に対して測定
したときに得られる光電流二次元画像の一例を示す図で
ある。

【図４】電解質溶液／絶縁膜／半導体構造のエネルギー
バンド図である。

【図５】この発明の動作説明のための図で、光電流のデ
ータを、数式を用いてバルク少数キャリア寿命に変換し
たときに得られた結果を示す図である。

【図６】ウェーハ２中の欠陥を模式的に示す図である。

【図７】バイアス電圧−光電流特性を示す図である。

【図８】ウェーハに印加するバイアス電圧を説明するた
めの図である。

【図９】ウェーハに印加するバイアス電圧を変えたとき
に得られるデータを模式的に説明するための図である。

【図１０】前記結晶欠陥検査装置の他の実施の形態を示
す図である。

【図１１】前記結晶欠陥検査装置のさらに他の実施の形
態を示す図である。

【図１２】第２の発明の半導体ウェーハの結晶欠陥検査
装置の一例を概略的に示す図である。

【符号の説明】

２…半導体ウェーハ、２ａ…界面層、４…絶縁物、７…
導電部、１４…光、３１…金属膜、３４…エアーギャッ
プ、３５…金属板、３６…導電部。

Claims

【特許請求の範囲】

【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て、半導体の絶縁物側
の界面層を反転状態とし、この反転状態において半導体
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
をもつ光を照射して光電流データを求め、この光電流デ
ータに基づいて半導体ウェーハにおける欠陥を検出する
ようにしたことを特徴とする半導体ウェーハの結晶欠陥
検査装置。
【請求項２】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て、半導体の絶縁物側
の界面層を空乏状態とし、この空乏状態において半導体
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
をもつ光を照射して光電流データを求め、この光電流デ
ータに基づいて半導体ウェーハにおける欠陥を検出する
ようにしたことを特徴とする半導体ウェーハの結晶欠陥
検査装置。
【請求項３】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て、半導体の絶縁物側
の界面層を反転状態または空乏状態とし、前記反転状態
または空乏状態において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すること
によりそれぞれ光電流データを求め、これらの光電流デ
ータの差に基づいて半導体ウェーハにおける欠陥を検出
するようにしたことを特徴とする半導体ウェーハの結晶
欠陥検査装置。
【請求項４】得られた光電流データに基づいて欠陥を
数式を用いて数値化するようにしてなる請求項１〜３の
いずれかに記載の半導体ウェーハの結晶欠陥検査装置。
【請求項５】絶縁物が半導体ウェーハに形成された絶
縁膜であり、導電部が絶縁膜の上面に設けられる電解質
溶液または金属膜である請求項１〜４のいずれかに記載
の半導体ウェーハの結晶欠陥検査装置。
【請求項６】絶縁物がエアーギャップであり、導電部
が金属板である請求項１〜４のいずれかに記載の半導体
ウェーハの結晶欠陥検査装置。
【請求項７】半導体ウェーハの一方の面に導電部を配
置し、この状態で半導体ウェーハと導電部との間にバイ
アス電圧を印加して、半導体の導電部側の界面層を反転
状態とし、この反転状態において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
して光電流データを求め、この光電流データに基づいて
半導体ウェーハにおける欠陥を検出するようにしたこと
を特徴とする半導体ウェーハの結晶欠陥検査装置。
【請求項８】半導体ウェーハの一方の面に導電部を配
置し、この状態で半導体ウェーハと導電部との間にバイ
アス電圧を印加して、半導体の導電部側の界面層を空乏
状態とし、この空乏状態において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
して光電流データを求め、この光電流データに基づいて
半導体ウェーハにおける欠陥を検出するようにしたこと
を特徴とする半導体ウェーハの結晶欠陥検査装置。
【請求項９】半導体ウェーハの一方の面に導電部を配
置し、この状態で半導体ウェーハと導電部との間にバイ
アス電圧を印加して、半導体の導電部側の界面層を反転
状態または空乏状態とし、前記反転状態または空乏状態
において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することによりそれぞれ
光電流データを求め、これらの光電流データの差に基づ
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
ことを特徴とする半導体ウェーハの結晶欠陥検査装置。
【請求項１０】得られた光電流データに基づいて欠陥
を数式を用いて数値化するようにしてなる請求項７〜９
のいずれかに記載の半導体ウェーハの結晶欠陥検査装
置。