JP2001237288A

JP2001237288A - 半導体基板表面の評価方法

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Publication number: JP2001237288A
Application number: JP2000045827A
Authority: JP
Inventors: Koichi Terajima; 浩一寺島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置の製造工程でのモニターチェックと
して簡便に絶縁膜／半導体基板の界面準位密度を測定で
きるようにする。【解決手段】絶縁膜／半導体基板構造を有する試料１に
対して、上記絶縁膜を透過させて半導体基板の表面部に
のみレーザ光２を照射し、ＰＬ光３を分光器５、検出器
６、ロックインアンプ７等を通して計測して、上記絶縁
膜と半導体基板の界面準位密度を求める。ここで、界面
準位密度が既知の試料からのＰＬ光の強度と界面準位密
度が未知の試料からのＰＬ光の強度とを相対比較して、
上記未知の試料の界面準位密度を求める。あるいは、上
記ＰＬ光の強度と界面準位密度との相関関係を示す較正
曲線を予め求めておき、界面準位密度が未知の試料のＰ
Ｌ光の全強度を計測し較正曲線と比較して試料の界面準
位密度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に形
成された絶縁膜と半導体基板との界面準位密度を計測す
る半導体基板表面の評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化あるいは高密度化
に伴いＭＯＳトランジスタのような半導体素子は縮小化
する。この半導体素子の微細化では、パターン寸法の縮
小と共に材料の薄膜が必要になる。

【０００３】上記のように半導体素子が微細化し、その
設計ルールが１００ｎｍ程度になると、例えば、ＭＯＳ
トランジスタのゲート絶縁膜であるシリコン酸化膜の膜
厚は２ｎｍ程度に極薄膜化される。あるいは、ゲート絶
縁膜としてシリコンオキシナイトライド膜（ＳｉＯＮ
膜）、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜）、タンタル酸化
膜（Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜）のようなシリコン酸化膜より誘電率
の高い絶縁膜が使用されるようになる。

【０００４】ＭＯＳトランジスタにおけるゲート絶縁膜
とシリコンのような半導体基板との界面準位は、ＭＯＳ
トランジスタの特性に影響を与える。そこで、このよう
な界面準位は、通常、ＭＯＳキャパシタのＣ−Ｖ測定よ
り測定される。しかし、半導体基板上にＭＯＳキャパシ
タを形成するためには、ゲート電極／絶縁膜／半導体基
板（ＭＩＳ）構造の形成が必要となりその製造工程が長
くなる。このため、半導体製造工程のモニターチェック
にはこのような方法は不適当になる。そこで、簡便に界
面準位を計測する方法が考えられ、これ迄、界面準位の
モニターチェックの方法として用いられてきた。

【０００５】このような方法は、半導体基板の表面に絶
縁膜を形成しゲート電極を形成しないで、上記絶縁膜上
に水銀プローブを接触させＣ−Ｖ特性を計測するもの
（水銀プローブ法という）である。あるいは、水銀プロ
ーブを接触させる代わりにコロナチャージを絶縁膜表面
に形成してＣ−Ｖ特性を計測する方法（コロナチャージ
法という）がある。

【０００６】ここで、従来の技術として、上記の水銀プ
ローブの方法について図６を参照して概略説明する。図
６は、上記水銀プローブ法の模式的な断面図である。図
６に示すように、真空チャック基板１０１上にシリコン
基板１０２を装着させる。ここで、シリコン基板１０１
表面には絶縁膜１０３が形成されている。そして、この
絶縁膜１０３上に水銀プローブ１０４を接触させる。こ
こで、水銀プローブ１０４は任意の場所に可動するよう
になっている。そして、水銀プローブ１０４／絶縁膜１
０３／シリコン基板１０２がＭＩＳ構造となる。このよ
うにして、Ｃ−Ｖ測定システム１０５で上記ＭＩＳキャ
パシタの容量値の電圧依存性を測定し界面準位を計測す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来の
技術では、絶縁膜が非常に薄い場合（例えば３ｎｍ程
度）やリーク電流が大きい場合には測定ができないとい
う問題が生じる。また、試料の絶縁膜１０３表面が汚染
されるので、一度モニターチェックを行なった試料はそ
の後に別の測定を行なったり、次の半導体製造工程へ進
めることができないという問題がある。

【０００８】上記の水銀プローブ法であれコロナチャー
ジ法であれ、界面準位密度を求めるための原理は、ＭＯ
Ｓキャパシタの場合と同様のＣ−Ｖ特性を測定するもの
である。また、試料表面に堆積させたコロナチャージは
炭素（Ｃ）を含むイオンであり、水銀プローブでは水銀
が試料表面に付着する。これらは除去するのが困難であ
り、試料が汚染したままになるのは回避できないことで
ある。

【０００９】本発明の目的は、上記のような問題を解決
し、半導体装置の製造工程でモニターチェックとして簡
便に界面準位密度を測定できる半導体基板表面の評価方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このために、本発明の測
定方法では、絶縁膜／半導体基板の構造に対して、前記
絶縁膜を透過させて前記半導体基板表面に励起光を照射
し前記励起光の照射領域からのフォトルミネッセンス発
光を計測して前記絶縁膜と半導体基板の界面準位密度を
求める。ここで、前記絶縁膜／半導体基板の構造であっ
てその界面準位密度が既知である試料からのフォトルミ
ネッセンス発光の強度と界面準位密度が未知の試料から
のフォトルミネッセンス発光の強度とを相対比較して、
前記未知の試料の界面準位密度を求める。

【００１１】あるいは、本発明の測定方法では、前記フ
ォトルミネッセンス発光の強度と前記界面準位密度との
相関関係を示す較正曲線を予め求めておき、界面準位密
度が未知の試料のフォトルミネッセンス発光の強度を計
測し、前記較正曲線と比較して試料の界面準位密度を求
める。

【００１２】ここで、前記フォトルミネッセンス発光
は、所定の波長以上のフォトルミネッセンス光のフィル
ターを通して測定され前記フォトルミネッセンス光の全
強度が計測される。また、前記励起光はレーザ光であ
り、前記レーザ光が前記絶縁膜／半導体基板の構造の界
面に対して水平方向に近い小傾角度に照射される。

【００１３】また、前記半導体基板はシリコン基板であ
り、前記励起光の波長が、前記絶縁膜の光学的バンド間
エネルギーに相当する値以上であり且つ４００ｎｍ以下
になるように設定される。あるいは、前記半導体基板は
シリコン基板であり、前記絶縁膜はシリコン酸化膜であ
り、前記励起光の波長が１４０ｎｍ以上であり且つ４０
０ｎｍ以下になるように設定される。また、前記絶縁膜
はシリコン窒化膜、タンタル酸化膜、アルミナ膜、ハフ
ニウム酸化膜、ジルコニウム酸化膜、チタン酸ストロン
チウム膜あるいはチタン酸バリウムストロンチウム膜で
構成される。

【００１４】本発明では、フォトルミネッセンス光を用
いた界面準位密度の測定なので、非接触かつ非破壊で測
定でき、試料を汚染する心配がない。また、絶縁膜のリ
ーク電流が大きい場合にも適用できる。このようにし
て、半導体基板表面にＭＩＳ構造のキャパシタを作製す
ることなく、半導体装置の製造工程でモニターチェック
として簡便に界面準位密度を測定できるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施の形態
を図１乃至図３に基づいて説明する。ここでは、測定試
料は、シリコン基板表面に絶縁膜としてシリコン酸化膜
を形成したものである。そして、フォトルミネッセンス
（ＰＬ）発光を解析することでシリコン酸化膜／シリコ
ン基板の構造（ＳｉＯ₂ ／Ｓｉの構造）の界面準位密度
を計測する。

【００１６】図１は、測定方法を説明するためのＰＬ測
定装置の概略図である。図２は、ＰＬ発光の一例であ
る。そして、図３は、上記界面準位密度とＰＬ発光強度
の関係を示すグラフである。

【００１７】ＰＬ装置は、図１に示すように、試料１に
励起光としてレーザ光２を照射し、試料１からの発光す
るＰＬ光３を集光レンズ４を通して分光器５で分光して
検出器６で検出し、ロックインアンプ７で増幅した後に
シグナルをコンピュータ８に取り込む構成となってい
る。ここで、励起用のレーザ光２にはチョッパーを用い
たり、あるいは、パルスレーザを用いることによって、
適当な周波数でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すようにして試料
に励起光を照射する。

【００１８】図１に示すようなＰＬ測定装置で、試料１
であるシリコン基板上のシリコン酸化膜を通して、シリ
コン基板の表面部にレーザ光２を照射する。ここで、レ
ーザ光２は、上記シリコン酸化膜を通過しシリコン基板
内部に余り侵入しないようにすることが肝要である。こ
のために、励起光であるレーザ光の波長は、１４０ｎｍ
から４００ｎｍの範囲に設定すると非常によい。

【００１９】このようにして、試料から出てくるＰＬ光
を上記装置を通して分析すると図２に示すようなＰＬス
ペクトルが得られる。図２のスペクトルは、レーザ光の
波長が３５０ｎｍの場合である。図２において、波長が
１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの間にある強いＰＬ光は、
Ｓｉのバンド端発光によるものである。そして、ＰＬ光
の波長が１２００ｎｍより長波長側にあるブロードな発
光帯は、シリコン基板中の格子欠陥によるものである。

【００２０】ここで、このようなＰＬスペクトルにみら
れるバンド端発光および上記のブロードな発光帯の強度
を積分し、発光強度の積分値を求める。この実施の形態
では、このＰＬスペクトルから得られる発光強度の積分
値より界面準位密度を計測することになる。

【００２１】そこで、以下に本発明の上記界面準位密度
の計測の基本原理を概略説明する。上記のように、Ｓｉ
Ｏ₂ ／Ｓｉの構造の試料に励起光を照射した場合、シリ
コン基板の表面部に生成される励起子（以下、キャリア
という）の再結合過程としては、次の４つが考えられ
る。すなわち、Ｓｉのバンド端での発光による再結合Ｓｉ中の格子欠陥による発光を伴う再結合Ｓｉ中での発光を伴わない再結合ＳｉＯ₂ ／Ｓｉの界面準位での再結合ここで、によるＳｉＯ₂ ／Ｓｉの界面準位での再結合
は発光を伴わないものである。

【００２２】そこで、シリコン基板の表面部に生成され
た励起子の数をＮ、上記〜の再結合過程によって再
結合するキャリア数をそれぞれ、ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ
４とすると、Ｎ＝ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＋ｎ４…（１）なる
式が成り立つ。通常のＰＬ測定では、Ｋｒレーザの６４
７ｎｍ線やＡｒレーザの４８８ｎｍ線を励起光として使
用するため、励起光のシリコン基板中への浸入深さは１
０００ｎｍ〜１００００ｎｍ程度になる。このため、上
式において、ｎ３とｎ４はほぼ同等あるいはｎ３＞ｎ４
となり、界面準位による再結合がどれだけあるかを見積
もることは困難になる。

【００２３】しかし、本発明では、励起光であるレーザ
光がシリコン基板の内部には侵入しないようにする。例
えば、レーザ光の波長を４００ｎｍ以下にする。Ｓｉの
吸収係数は波長４００ｎｍ付近より短波長で急激に増加
するので、励起光として３５０ｎｍのレーザ光を用いる
と浸入深さは約５０ｎｍとなり、励起されたキャリアの
大部分はＳｉＯ₂ ／Ｓｉの界面から５０ｎｍ以内の領域
に存在するようになる。そして、界面準位による再結合
速度は他の再結合に比べて大きくなるので、ｎ３＜＜ｎ
４となり、発光を伴わない再結合はほとんどが界面準位
によるものとなる。このようにして、本発明の条件で
は、（１）式は、次の（２）式のようになる。

【００２４】すなわち、Ｎ＝ｎ１＋ｎ２＋ｎ４…（２）
のように近似でき、ｎ４＝Ｎ−（ｎ１＋ｎ２）…（３）
が成り立つようになる。

【００２５】ここで、Ｎ値はＰＬ測定の励起条件で決ま
り一定にすることができる。そして、（ｎ１＋ｎ２）値
は上記ＰＬ光の強度の積分値となる。このようにして、
ｎ４値が求まりこの値に対応する界面準位密度を求める
ことができる。

【００２６】実際には、Ｎ、ｎ１、ｎ２は測定条件に大
きく依存し、絶対値を求めることは難しいので、あらか
じめ用意した参照試料と比較した相対値を求めることに
よって界面準位密度を求める。すなわち、図３に示すよ
うな較正曲線を予め求めておき、測定試料と較正曲線と
の比較で界面準位密度を計測することになる。この較正
曲線については後述する。

【００２７】また、ＳｉＯ₂ ／Ｓｉの構造では、レーザ
光の波長は１４０ｎｍ以上に設定する。レーザ光は、こ
れ以上の波長でシリコン酸化膜に対してほぼ透明にな
り、シリコン酸化膜での光吸収がなくなる。このような
値は、シリコン酸化膜の光学的バンド間エネルギー９ｅ
Ｖに相当するものである。

【００２８】更に、半導体装置の製造工程で特に重要と
なるＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜の膜厚は、１０
ｎｍ以下になってきている。したがって、上記ＰＬ測定
において、シリコン酸化膜によるレーザ光の吸収、ＰＬ
光の吸収及び干渉の効果は無視できる。そして、このこ
とは、シリコン酸化膜の膜厚がＰＬ光の強度に影響しな
いことを意味し、測定試料のシリコン酸化膜の膜厚が非
常に薄い場合でも界面準位密度を求めることができるよ
うになる。

【００２９】次に、図３に基づいて、上記較正曲線の作
成と、実際の試料の界面準位密度の計測について説明す
る。

【００３０】先ず、較正曲線を求めるために、参照試料
となるＳｉＯ₂ ／Ｓｉの構造の試料を複数用意する。こ
れらの参考試料は、同一仕様のＳｉ基板に異なる条件で
ＳｉＯ₂ 膜を形成するか、あるいは同一仕様のＳｉ基板
に同一の条件でＳｉＯ₂ 膜を形成した後に異なる条件の
熱処理を加える等の方法によって、ＳｉＯ₂ ／Ｓｉの構
造の界面準位密度を変えておく。ここで、界面準位密度
は予め、水銀プローバやコロナチャージ法等を用いたＣ
−Ｖ測定によって求めておく。更に、上記の参考試料に
対して、図１と図２で説明した方法で、ＰＬ光の強度の
積分値を測定する。この積分値が（３）式の（ｎ１＋ｎ
２）に対応するものになる。このようにして、図３の横
軸を上記ＰＬ光の強度の積分値すなわち発光強度とし、
この発光強度の有する参考試料の上記Ｃ−Ｖ測定で求め
た界面準位密度を縦軸にして、界面準位密度と発光強度
との対応曲線を求める。この対応曲線が、上述した較正
曲線となる。

【００３１】そして、ＳｉＯ₂ ／Ｓｉの構造の界面準位
密度を求めたい測定試料ＢのＰＬスペクトルを参考試料
Ａと同じ条件で測定する。それぞれの試料のバンド端発
光とブロードな発光帯の発光強度の積分値を求める。そ
の値から、参照試料の発光強度に対する測定試料の発光
強度の比を計算し、その値を図３に当てはめることによ
って界面準位密度を求める。

【００３２】実際に本発明を用いて、シリコン基板上に
厚さ３０ｎｍの熱酸化膜を形成した試料Ｂについて、図
３の測定点Ａの試料を参照試料として発光強度を測定し
たところ、試料Ｂの発光強度の積分値は、参照試料Ａの
０．７２倍であった。図３で参照試料Ａの発光強度は１
７．２であるから、試料Ｂの発光強度として１２．４と
いう値が得られる。これを図３の曲線に当てはめると、
試料Ｂの界面準位密度として、２．１×１０¹¹／ｅＶ・
ｃｍ² という値が得られる。

【００３３】本発明の方法はＰＬ光を用いる測定なの
で、非接触かつ非破壊で測定でき、試料を汚染する心配
がなく、また、絶縁膜のリーク電流が大きい場合にも適
用できる。さらに、通常のＰＬ測定は試料を極低温に冷
却して測定しなければ目的とする発光を観測できない場
合が多いが、Ｓｉのバンド端発光や欠陥起因のブロード
な発光帯は室温でも観測可能であり、本発明において
は、室温でウェーハのままで測定することが可能であ
る。

【００３４】以上のように、本発明を用いれば、シリコ
ン基板表面にＭＩＳ構造のキャパシタを作製することな
く、しかも、非破壊でかつ試料表面を汚染することなく
界面準位密度を簡便に求めることができる。

【００３５】次に、本発明の第２の実施の形態を図４と
図５に基づいて説明する。この実施の形態の上記第１の
実施の形態との違いは、第１の実施の形態と異なりＰＬ
スペクトルを求めないで、フィルターを通したＰＬ光の
全量を測定するところにある。それ以外は、第１の実施
の形態の場合と同じである。

【００３６】図４は、測定方法を説明するためのＰＬ測
定装置の概略図であり、図５は、界面準位密度とＰＬ発
光強度との相関関係を示す図すなわち較正曲線図であ
る。

【００３７】ＰＬ装置は、図４に示すように、試料１に
励起光としてレーザ光２を照射し、試料１からの発光す
るＰＬ光３を集光レンズ４を通し、そしてフィルター９
を通して検出器６で積分した発光強度を検出し、ロック
インアンプ７で増幅した後にシグナルをコンピュータ８
に取り込む構成となっている。ここで、フィルター９
は、図２に示したＳｉのバンド端発光およびブロードな
発光帯を含む近赤外域の光を通すものであればよい。但
し、バンド端発光よりも短い波長の光、特に励起光とし
て用いているレーザ光は完全に遮断する必要がある。

【００３８】図４のＰＬ装置を用いると、第１の実施の
形態で説明した分光器を用いる場合よりも、検出器に到
達するＰＬ光の強度が大幅に増加するので、感度の高い
測定が可能となり、特に室温で測定する場合に有利とな
る。また、検出したシグナルはそのままＰＬ光の積分強
度となっているので、ＰＬスペクトルから積分強度を求
める手間を省くことができる。

【００３９】図５は、本発明をシリコン基板上にシリコ
ン窒化膜を成膜した構造（以下、Ｓｉ₃ Ｎ₄ ／Ｓｉの構
造という）の試料を計測する場合の較正曲線である。こ
の場合は、シリコン基板上に減圧化学気相成長（ＬＰＣ
ＶＤ）法によって、膜厚３０ｎｍのシリコン窒化膜を形
成した試料について、図１で説明した方法と同じように
ＰＬ測定を行ない、発光強度の積分値と、Ｃ−Ｖ測定か
ら求めた界面準位密度とをプロットしている。

【００４０】図５からわかる通り、試料がＳｉ₃ Ｎ₄ ／
Ｓｉの構造の場合にも、発光強度と界面準位密度はよい
相関関係を示しており、本発明による方法をＳｉ₃ Ｎ₄
／Ｓｉの構造の界面準位密度を求める場合にも適用でき
ることがわかる。そこで、参考試料と測定試料の発光強
度を相対比較して、図５の較正曲線から測定試料の界面
準位密度を計測する。

【００４１】但し、シリコン窒化膜のバンドギャップは
約５．１ｅＶであるので、シリコン窒化膜の光学的バン
ド間エネルギーに相当する値以下、すなわち、レーザ光
の波長は２４３ｎｍ以下にする。なお、この場合でも、
先述したようにレーザ光の波長は４００ｎｍ以下にす
る。

【００４２】以上の実施の形態では、測定試料がＳｉＯ
₂ ／Ｓｉの構造およびＳｉ₃ Ｎ₄ ／Ｓｉの構造となる場
合について説明した。本発明は、このような構造に限定
されず、シリコン基板上にタンタル酸化膜、アルミナ膜
（Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ₂ 膜）、
ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ₂ 膜）、チタン酸ストロン
チウム膜（ＳＴＯ膜）、チタン酸バリウムストロンチウ
ム膜（ＢＳＴ膜）あるいはチタン酸ジルコン酸鉛膜（Ｐ
ＺＴ膜）のような高誘電率の絶縁膜が形成されている構
造、さらにはシリコン基板以外の半導体基板表面に絶縁
膜が形成されている構造でも同様に適用できるものであ
る。

【００４３】本発明では先述したように、励起光である
レーザ光を半導体基板の表面部にのみ照射させ、半導体
基板の内部に深く侵入させないことが重要である。この
ために、上記の実施の形態ではレーザ光の波長を所定の
値（例えば、４００ｎｍ）以下にした。このような方法
以外に、励起光であるレーザ光を前記絶縁膜／半導体基
板の構造の界面に対して水平方向に近い小傾角度、すな
わち全反射に近い角度に照射しても同様の効果が生じ
る。

【００４４】なお、本発明は、上記の実施の形態に限定
されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形
態が適宜変更され得る。

【００４５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、絶
縁膜／半導体基板の構造に対して、上記絶縁膜を透過さ
せて半導体基板表面にレーザ光のような励起光を照射
し、この励起光の照射領域からのフォトルミネッセンス
発光を計測して絶縁膜と半導体基板の界面準位密度を求
める。ここで、その界面準位密度が既知である試料から
のフォトルミネッセンス発光の強度と界面準位密度が未
知の試料からのフォトルミネッセンス発光の強度とを相
対比較して、上記未知の試料の界面準位密度を求める。
あるいは、上記フォトルミネッセンス発光の強度と界面
準位密度との相関関係を示す較正曲線を予め求めてお
き、界面準位密度が未知の試料のフォトルミネッセンス
発光の全強度を計測し、較正曲線と比較することで試料
の界面準位密度を求める。

【００４６】このために、本発明では、非接触かつ非破
壊で測定でき、試料を汚染する心配がなく、また、絶縁
膜のリーク電流が大きい場合にも適用できる。なお、本
発明では、Ｓｉのバンド端発光や欠陥起因のブロードな
発光帯は室温でも観測可能であり、室温でウェーハのま
まで測定することが可能となる。

【００４７】以上のように、本発明を用いれば、シリコ
ン基板表面にＭＩＳ構造のキャパシタを作製することな
く、しかも、非破壊でかつ試料表面を汚染することなく
界面準位密度を簡便に求めることができる。そして、半
導体基板表面にＭＩＳ構造のキャパシタを作製すること
なく、半導体装置の製造工程でモニターチェックとして
簡便に界面準位密度を評価できるようになる。

【００４８】このようにして、本発明の測定方法は、微
細化されたり高密度化される半導体装置の解析評価の迅
速化に非常に有効となり、高性能の半導体装置の実現を
促進するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するためのＰ
Ｌ測定装置の模式図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の測定方法を説明す
るためのＰＬ光スペクトル図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の測定方法を説明す
るための較正曲線図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を説明するためのＰ
Ｌ測定装置の模式図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の測定方法を説明す
るための較正曲線図である。

【図６】従来の技術を説明するためのＣ−Ｖ測定装置の
模式図である。

【符号の説明】

１試料２レーザ光３ＰＬ光４集光レンズ５分光器６検出器７ロックインアンプ８コンピュータ９フィルター１０１真空チャック基板１０２シリコン基板１０３絶縁膜１０４水銀プローブ１０５Ｃ−Ｖ測定システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G043 AA03 CA07 DA09 EA01 GA04 GB21 HA01 HA12 JA03 KA05 KA08 KA09 LA01 NA01 NA11 4M106 AA01 AA20 BA05 CB10 DH01 DH12 DH32 DJ18 5F040 DA30 DB01 DB09 DC01 ED03 ED04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板表面に絶縁膜を形成した構造
（以下、絶縁膜／半導体基板の構造という）に対して、
前記絶縁膜を透過させて前記半導体基板表面に励起光を
照射し前記励起光の照射領域からのフォトルミネッセン
ス発光を計測して前記絶縁膜と半導体基板の界面準位密
度を求めることを特徴とする半導体基板表面の評価方
法。
【請求項２】前記絶縁膜／半導体基板の構造であって
その界面準位密度が既知である試料からのフォトルミネ
ッセンス発光の強度と界面準位密度が未知の試料からの
フォトルミネッセンス発光の強度とを相対比較して、前
記未知の試料の界面準位密度を求めることを特徴とする
請求項１記載の半導体基板表面の評価方法。
【請求項３】前記フォトルミネッセンス発光の強度と
前記界面準位密度との相関関係を示す較正曲線を予め求
めておき、界面準位密度が未知の試料のフォトルミネッ
センス発光の強度を計測し、前記較正曲線と比較して試
料の界面準位密度を求めることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の半導体基板表面の評価方法。
【請求項４】前記フォトルミネッセンス発光の計測で
は、フィルターを通して所定の波長以上のフォトルミネ
ッセンス光が測定されその全強度が計測されることを特
徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の半導
体基板表面の評価方法。
【請求項５】前記励起光がレーザ光であり、前記レー
ザ光が前記絶縁膜／半導体基板の構造の界面に対して水
平方向に近い小傾角度に照射されることを特徴とする請
求項１から請求項４のうち１つの請求項に記載の半導体
基板表面の評価方法。
【請求項６】前記半導体基板がシリコン基板であり、
前記励起光の波長が、前記絶縁膜の光学的バンド間エネ
ルギーに相当する値以上であり且つ４００ｎｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１から請求項５のうち１つの
請求項に記載の半導体基板表面の評価方法。
【請求項７】前記半導体基板がシリコン基板であり、
前記絶縁膜がシリコン酸化膜であり、前記励起光の波長
が１４０ｎｍ以上であり且つ４００ｎｍ以下であること
を特徴とする請求項１から請求項５のうち１つの請求項
に記載の半導体基板表面の評価方法。
【請求項８】前記絶縁膜がシリコン窒化膜、タンタル
酸化膜、アルミナ膜、ハフニウム酸化膜、ジルコニウム
酸化膜、チタン酸ストロンチウム膜あるいはチタン酸バ
リウムストロンチウム膜であることを特徴とする請求項
６記載の半導体基板表面の評価方法。