JP2602256B2 - 半導体ウェハ中の格子欠陥測定方法 - Google Patents
半導体ウェハ中の格子欠陥測定方法Info
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- JP2602256B2 JP2602256B2 JP62311232A JP31123287A JP2602256B2 JP 2602256 B2 JP2602256 B2 JP 2602256B2 JP 62311232 A JP62311232 A JP 62311232A JP 31123287 A JP31123287 A JP 31123287A JP 2602256 B2 JP2602256 B2 JP 2602256B2
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- measuring
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体ウェハ中において非調和素励起を呈する格子欠
陥の濃度を測定する方法に関し、 高濃度ウェハ中の格子間型（侵入型）不純物酸素（O
i）あるいはそれに関連する欠陥の濃度分布を特にウェ
ハ全面にわたって簡単に測定できることを目的とし、 半導体ウェハの表面全面にわたって複数のピエゾ素子
を設け、該複数のピエゾ素子を設けられた各々の位置に
おいて各ピエゾ素子より音波を発生し、半導体ウェハの
裏面にて反射される音波を各ピエゾ素子により検知し、
半導体ウェハ中の音速を夫々測定することによって半導
体ウェハの全面にわたる格子欠陥の濃度又は密度を測定
する。
陥の濃度を測定する方法に関し、 高濃度ウェハ中の格子間型（侵入型）不純物酸素（O
i）あるいはそれに関連する欠陥の濃度分布を特にウェ
ハ全面にわたって簡単に測定できることを目的とし、 半導体ウェハの表面全面にわたって複数のピエゾ素子
を設け、該複数のピエゾ素子を設けられた各々の位置に
おいて各ピエゾ素子より音波を発生し、半導体ウェハの
裏面にて反射される音波を各ピエゾ素子により検知し、
半導体ウェハ中の音速を夫々測定することによって半導
体ウェハの全面にわたる格子欠陥の濃度又は密度を測定
する。
本発明は、半導体ウェハ中において非調和素励起を呈
する格子欠陥の濃度を測定する方法に関する。
する格子欠陥の濃度を測定する方法に関する。
VLSIの基板などの半導体デバイスに広く使用されるシ
リコン結晶はできるだけ高純度であることが要求されて
いるが、不純物種によっては逆にそれを利用する場合も
ある。この不純物のうち、最も濃度が高い格子間型不純
物酸素がその典型例であり、これは熱処理により折出
し、それに伴う結晶欠陥を利用する（IG技術）ために、
その不純物濃度の規定及びそれに応じたプロセス条件の
最適化が必要とされる。また、シリコン結晶の製造や品
質管理においても、それに含まれる不純物酸素濃度の評
価を必要とする。このため、格子間型不純物酸素及びそ
れに関連する欠陥の濃度を測定し、把握することが重要
となる。
リコン結晶はできるだけ高純度であることが要求されて
いるが、不純物種によっては逆にそれを利用する場合も
ある。この不純物のうち、最も濃度が高い格子間型不純
物酸素がその典型例であり、これは熱処理により折出
し、それに伴う結晶欠陥を利用する（IG技術）ために、
その不純物濃度の規定及びそれに応じたプロセス条件の
最適化が必要とされる。また、シリコン結晶の製造や品
質管理においても、それに含まれる不純物酸素濃度の評
価を必要とする。このため、格子間型不純物酸素及びそ
れに関連する欠陥の濃度を測定し、把握することが重要
となる。
従来、シリコン結晶中の格子欠陥である格子間型不純
物酸素濃度は、それに固有な波長の吸収を起こすことを
利用した赤外吸収法や遠赤外吸収法により、吸収強度か
ら比例換算することによって測定されていた。
物酸素濃度は、それに固有な波長の吸収を起こすことを
利用した赤外吸収法や遠赤外吸収法により、吸収強度か
ら比例換算することによって測定されていた。
格子間型不純物酸素に固有な赤外吸収のうち、最も広
く用いられているのは、波数1106cm-1の吸収バンドであ
る。低温（〜20K以下）においては、遠赤外域での固有
吸収（25〜70m-1）を利用することができ、精度的には
赤外吸収を上回るが、低温装置を必要とすることから、
ルーチンワークとしては不向きである。
く用いられているのは、波数1106cm-1の吸収バンドであ
る。低温（〜20K以下）においては、遠赤外域での固有
吸収（25〜70m-1）を利用することができ、精度的には
赤外吸収を上回るが、低温装置を必要とすることから、
ルーチンワークとしては不向きである。
これらの赤外線や遠赤外線を用いた光学的評価方法
は、シリコン結晶中に含まれるドーパント（P,B,As,Sb
など）濃度が高くなるにつれて金属的な性格が強くなる
ので、赤外線は入らなくなり、その方法は困難となり、
実用度の高い抵抗率0.05〜0.005Ω・cmの低抵抗（高濃
度ドープ）のシリコン結晶に対しては、室温及び低温の
どちらの場合にも、格子間型不純物酸素濃度の測定は不
可能である問題点があった。
は、シリコン結晶中に含まれるドーパント（P,B,As,Sb
など）濃度が高くなるにつれて金属的な性格が強くなる
ので、赤外線は入らなくなり、その方法は困難となり、
実用度の高い抵抗率0.05〜0.005Ω・cmの低抵抗（高濃
度ドープ）のシリコン結晶に対しては、室温及び低温の
どちらの場合にも、格子間型不純物酸素濃度の測定は不
可能である問題点があった。
そこで、本出願人は上記問題点を解決するべく、先に
特願昭61−314984号（発明の名称「半導体中の格子欠陥
測定方法」）において、半導体の弾性定数を測定し、そ
の測定値を格子欠陥の濃度又は密度に換算する格子欠陥
測定方法を提案した。このものは、赤外又は遠赤外を用
いた従来の光学的評価方法では測定不可能であった高濃
度ドープ（ドナー又はアクセプタ不純物を0.1ppm以上含
む）のシリコン結晶中の格子間型不純物酸素あるいはそ
れに関連する結晶欠陥の濃度を、音波（弾性波）を用い
ることによって測定することができる。
特願昭61−314984号（発明の名称「半導体中の格子欠陥
測定方法」）において、半導体の弾性定数を測定し、そ
の測定値を格子欠陥の濃度又は密度に換算する格子欠陥
測定方法を提案した。このものは、赤外又は遠赤外を用
いた従来の光学的評価方法では測定不可能であった高濃
度ドープ（ドナー又はアクセプタ不純物を0.1ppm以上含
む）のシリコン結晶中の格子間型不純物酸素あるいはそ
れに関連する結晶欠陥の濃度を、音波（弾性波）を用い
ることによって測定することができる。
この場合、ＰやＢは調和振動で、その濃度に大小があ
っても音速は変らないが、格子間型不純物酸素あるいは
他の一部の欠陥は非調和振動を呈し、その濃度の大小に
よって音速が変る。本測定方法はこの現象を利用する。
っても音速は変らないが、格子間型不純物酸素あるいは
他の一部の欠陥は非調和振動を呈し、その濃度の大小に
よって音速が変る。本測定方法はこの現象を利用する。
本発明は、高濃度ウェハ中の格子間型不純物酸素ある
いはそれに関連する結晶欠陥の濃度分布を特にウェハ全
面にわたって簡単に測定できる格子欠陥測定方法を提供
することを目的とする。
いはそれに関連する結晶欠陥の濃度分布を特にウェハ全
面にわたって簡単に測定できる格子欠陥測定方法を提供
することを目的とする。
上記問題点は、半導体ウェハの表面全面にわたって複
数のピエゾ素子を設け、該複数のピエゾ素子を設けられ
た各々の位置において各ピエゾ素子より音波を発生し、
半導体ウェハの裏面にて反射される音波を各ピエゾ素子
により検知し、半導体ウェハ中の音速を夫々測定するこ
とによって半導体ウェハの全面にわたる格子欠陥の濃度
又は密度を測定することを特徴とする半導体ウェハ中の
格子欠陥測定方法によって解決される。
数のピエゾ素子を設け、該複数のピエゾ素子を設けられ
た各々の位置において各ピエゾ素子より音波を発生し、
半導体ウェハの裏面にて反射される音波を各ピエゾ素子
により検知し、半導体ウェハ中の音速を夫々測定するこ
とによって半導体ウェハの全面にわたる格子欠陥の濃度
又は密度を測定することを特徴とする半導体ウェハ中の
格子欠陥測定方法によって解決される。
半導体ウェハの全面に設けられた複数のピエゾ素子に
夫々電気信号を印加し、発生した音波を半導体ウェハ中
に伝搬させ、半導体ウェハの裏面より反射してきた音波
を各ピエゾ素子により検知して半導体ウェハ中の速度を
電気的に検出する。この場合、ピエゾ素子を半導体ウェ
ハの表面全面にわたって設けているので、各部分によっ
て微妙に異なる格子欠陥の濃度又は密度を夫々一度の操
作で容易に測定でき、又、音波を用いているので、従来
の光学的方法では不可能であった高濃度ドープの半導体
ウェハの格子欠陥を容易に測定できる。
夫々電気信号を印加し、発生した音波を半導体ウェハ中
に伝搬させ、半導体ウェハの裏面より反射してきた音波
を各ピエゾ素子により検知して半導体ウェハ中の速度を
電気的に検出する。この場合、ピエゾ素子を半導体ウェ
ハの表面全面にわたって設けているので、各部分によっ
て微妙に異なる格子欠陥の濃度又は密度を夫々一度の操
作で容易に測定でき、又、音波を用いているので、従来
の光学的方法では不可能であった高濃度ドープの半導体
ウェハの格子欠陥を容易に測定できる。
第１図は本発明方法の一実施例を説明する図を示す。
同図中、１は被測定対象物のシリコン結晶基板で、その
表面全面にわたって複数のピエゾ素子21,22…が設けら
れている。これらの試料は第２図に示す低温クライオス
タットに納入され、弾性定数を測定される。
同図中、１は被測定対象物のシリコン結晶基板で、その
表面全面にわたって複数のピエゾ素子21,22…が設けら
れている。これらの試料は第２図に示す低温クライオス
タットに納入され、弾性定数を測定される。
第２図において、低温クライオスタット10は３つの槽
11,12及び13からなり、そのうちの第１の槽11は真空断
熱槽（〜10-6torr）第２の槽12は液体窒素が封入されて
いる冷媒槽、第３図の槽13は液体ヘリウムが封入されて
いる冷媒槽である。低温クライオスタット10の中央内部
には、試料が挿入され、超音波パルスの発振，検知用電
気系へ接続されるコード14が外部に引出されている。
11,12及び13からなり、そのうちの第１の槽11は真空断
熱槽（〜10-6torr）第２の槽12は液体窒素が封入されて
いる冷媒槽、第３図の槽13は液体ヘリウムが封入されて
いる冷媒槽である。低温クライオスタット10の中央内部
には、試料が挿入され、超音波パルスの発振，検知用電
気系へ接続されるコード14が外部に引出されている。
いま、説明を簡単にするために、第１図のピエゾ素子
22を例にとって説明する。３は正電極、４は負電極で、
その間に絶縁物質５が介在されており、これらは同心円
状に形成されている。６はコンタクト電極で正電極３に
コンタクトをとられている。７は圧電物質である。コン
タクト電極６及び負電極４には前述のコード14（第２
図）が接続されている。
22を例にとって説明する。３は正電極、４は負電極で、
その間に絶縁物質５が介在されており、これらは同心円
状に形成されている。６はコンタクト電極で正電極３に
コンタクトをとられている。７は圧電物質である。コン
タクト電極６及び負電極４には前述のコード14（第２
図）が接続されている。
なお、ピエゾ素子21,22…は既に製品としてでき上っ
ているものを基板１の上にスパッタや蒸着等の薄膜技術
を用いて形成するようにしてもよい。特に、後者の方法
によれば、一度に多くのピエゾ素子を簡単に形成でき
る。
ているものを基板１の上にスパッタや蒸着等の薄膜技術
を用いて形成するようにしてもよい。特に、後者の方法
によれば、一度に多くのピエゾ素子を簡単に形成でき
る。
本実施例においては、試料として、格子間型不純物酸
素を30ppm程度含むシリコン結晶を使用し、また10MHzの
超音波の音速を測定するという方法によって、このシリ
コン結晶の弾性定数（（c11−c12）/2）を100K〜2Kの温
度範囲で測定したところ、第３図に曲線Ｉで示す測定結
果が得られた。
素を30ppm程度含むシリコン結晶を使用し、また10MHzの
超音波の音速を測定するという方法によって、このシリ
コン結晶の弾性定数（（c11−c12）/2）を100K〜2Kの温
度範囲で測定したところ、第３図に曲線Ｉで示す測定結
果が得られた。
コード14を介して正電極３、負電極４に矩形波パルス
を印加し、この場合、１発のパルス発生によって基板１
の裏面にて反射される音波による電気信号をコード14を
介して外部の検知回路に供給し、音速を測定する。ピエ
ゾ素子21,22…によって基板１全面の部分の音速を測定
する。
を印加し、この場合、１発のパルス発生によって基板１
の裏面にて反射される音波による電気信号をコード14を
介して外部の検知回路に供給し、音速を測定する。ピエ
ゾ素子21,22…によって基板１全面の部分の音速を測定
する。
第３図中、IIは格子間不純物酸素を含まないシリコン
結晶（バックグラウンド）の弾性定数対温度特性を示
す。温度が4Kのときの弾性定数を“1"としたときの弾性
定数の相対値は、第３図からわかるように確かに25K付
近で、格子間型不純物酸素を含むシリコン結晶の弾性定
数は、バックグラウンドに比し異常な変化量δを示すこ
とが確められた。
結晶（バックグラウンド）の弾性定数対温度特性を示
す。温度が4Kのときの弾性定数を“1"としたときの弾性
定数の相対値は、第３図からわかるように確かに25K付
近で、格子間型不純物酸素を含むシリコン結晶の弾性定
数は、バックグラウンドに比し異常な変化量δを示すこ
とが確められた。
この変化量δを測定することによって、格子間型不純
物酸素あるいはそれに関連する欠陥の濃度を定量するこ
とができる。
物酸素あるいはそれに関連する欠陥の濃度を定量するこ
とができる。
ところで、基板１の格子間型不純物酸素あるいはそれ
に関連する欠陥の濃度はその部分によって夫々微妙に異
なる。この場合、本実施例のように基板１の表面全面に
わたってピエゾ素子21,22…を設けて各部分における音
速を測定しているので、各部分における夫々の格子間型
不純物酸素の濃度を一度に容易に測定できる。
に関連する欠陥の濃度はその部分によって夫々微妙に異
なる。この場合、本実施例のように基板１の表面全面に
わたってピエゾ素子21,22…を設けて各部分における音
速を測定しているので、各部分における夫々の格子間型
不純物酸素の濃度を一度に容易に測定できる。
以上発明した如く、本発明によれば、赤外又は遠赤外
を用いた従来の光学的評価方法では測定不可能であった
高濃度ドープのシリコン結晶中の格子間型不純物酸素あ
るいはそれに関連する欠陥の濃度を、音波（弾性波）を
用いることによって測定することができ、この場合、半
導体ウェハの表面全面にわたってピエゾ素子を設けてい
るので、各部分によって微妙に異なる半導体ウェハ中の
格子欠陥を一度に容易に測定でき、高能率である。
を用いた従来の光学的評価方法では測定不可能であった
高濃度ドープのシリコン結晶中の格子間型不純物酸素あ
るいはそれに関連する欠陥の濃度を、音波（弾性波）を
用いることによって測定することができ、この場合、半
導体ウェハの表面全面にわたってピエゾ素子を設けてい
るので、各部分によって微妙に異なる半導体ウェハ中の
格子欠陥を一度に容易に測定でき、高能率である。
第１図は本発明方法の一実施例を説明する図、 第２図は本発明の一実施例で使用する低温クライオスタ
ットの断面図、 第３図は超音波音速測定による、不純物酸素を含むシリ
コン結晶の弾性定数測定の結果の図である。 図において、 １はシリコン結晶基板（半導体ウェハ）、 21,22…はピエゾ素子、 ３は正電極、 ４は負電極、 ６はコンタクト電極、 10は低温クライオスタット を示す。
ットの断面図、 第３図は超音波音速測定による、不純物酸素を含むシリ
コン結晶の弾性定数測定の結果の図である。 図において、 １はシリコン結晶基板（半導体ウェハ）、 21,22…はピエゾ素子、 ３は正電極、 ４は負電極、 ６はコンタクト電極、 10は低温クライオスタット を示す。
フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 崇 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 中嶋 和司 愛知県春日井市高蔵寺町２丁目1844番２ 富士通ヴィエルエスアイ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−165754（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体ウェハ（１）中において非調和素励
起を呈する格子欠陥の濃度、又は密度を測定する半導体
ウェハ中の格子欠陥測定方法において、 上記半導体ウェハ（１）の表面全面にわたって複数のピ
エゾ素子（21,22…）を設け、該複数のピエゾ素子（21,
22…）を設けられた各々の位置において各ピエゾ素子
（21,22…）より音波を発生し、上記半導体ウェハの裏
面にて反射される音波を前記各ピエゾ素子（21,22…）
により検知し、上記半導体ウェハ（１）中の音速を夫々
測定することによって上記半導体ウェハ（１）の全面に
わたる格子欠陥の濃度又は密度を測定することを特徴と
する半導体ウェハ中の格子欠陥測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62311232A JP2602256B2 (ja) | 1987-12-09 | 1987-12-09 | 半導体ウェハ中の格子欠陥測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62311232A JP2602256B2 (ja) | 1987-12-09 | 1987-12-09 | 半導体ウェハ中の格子欠陥測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01152360A JPH01152360A (ja) | 1989-06-14 |
| JP2602256B2 true JP2602256B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=18014682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62311232A Expired - Lifetime JP2602256B2 (ja) | 1987-12-09 | 1987-12-09 | 半導体ウェハ中の格子欠陥測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2602256B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11778911B2 (en) | 2020-09-29 | 2023-10-03 | Ohio State Innovation Foundation | Method, electronic apparatus, and system for defect detection |
-
1987
- 1987-12-09 JP JP62311232A patent/JP2602256B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11778911B2 (en) | 2020-09-29 | 2023-10-03 | Ohio State Innovation Foundation | Method, electronic apparatus, and system for defect detection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01152360A (ja) | 1989-06-14 |
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