JPH04139852A - 半導体基板の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体基板の検査方法に関し、特に半導体基板
の表面近傍の汚染物及び結晶欠陥の検出方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体基板中の結晶欠陥や基板表面の汚染物の検
出方法としては、半導体基板上にＭＯＳタイオードを作
製し、反転層における少数キャリアの発生ライフタイム
を測定するＣ−を法や、光によって生成された少数キャ
リアの再結合を抵抗率変化として、マイクロ波の反射波
を検出する光導伝減衰法等がある。

Ｃ−を法においては、半導体基板上に形成されたＭＯＳ
タイオードのゲート電極と基板間に、例えばＮ型半導体
基板においては第５図のタイムチャートに示す電圧を印
加する。この電圧を印加しながらＭＯＳダイオードの容
量値を測定すると、第６図に示すように容量値は推移す
る。即ち第５図中時間１＝０で半導体基板の表面に蓄積
層が形成される電圧ｖ　＝　ｖ　ａｃｃを印加する。Ｎ
型半導体においてＶ　ａｅ。は正の電圧であり、逆にＰ
型半導体においてはｙ　ａａ。は負の電圧である。この
時容量値は第６図に示されるように、ゲート酸化膜厚に
対応した容量値Ｃ＝ＣｏＸが測定される。次に時間１＝
１．で印加電圧を半導体基板中に空乏層が形成されるよ
うな電圧Ｖ−Ｖ　ｄ　ｅ　＋ｙを印加する。このＶｄｅ
ｐはＶ　＠ｃ　ｃと逆の極性の電圧である。時間１＝１
．の時点で半導体基板表面から少数キャリアが払い出さ
れ、空乏層中には少数キャリアは全く存在しなくなる。

この時間１−　＝　１　、においては空乏層容量と酸化
膜容量の直列による容量値ＣＣｍ　Ｉ　ｎが測定される
。この後印加電圧Ｖ　−Ｖ　ｔｈ　ｅ　１１一定にして
容量値の変化を測定する。

時間経過に伴い空乏層中の不純物あるいは結晶欠陥がキ
ャリアの発生中心となり、少数キャリアが発生する。こ
の発生した少数キャリアは印加電圧Ｖ　−Ｖ　ｄｅｐに
より半導体基板表面に集まり、これにより空乏層が減少
する。空乏層幅か減少することにより容量値Ｃは時間と
ともに上昇していく。ある一定時間ｊ＝ｔ、ｅｃで空乏
層中の少数キャリア密度が温度で決まる一定値となると
、それ以後容量値はＣ＝　Ｃｄｅ　ｐ一定となる。第６
図の容量値の回復曲線を解析することにより表面近傍に
おける少数キャリアの発生ライフタイムを算出できる。

このキャリアの発生ライフタイム値は、半導体基板表面
近傍の汚染による不純物および結晶欠陥の密度を反映し
、発生ライフタイムが短いほど汚染による不純物および
結晶欠陥密度か大きいということを示している。

一方、光導伝減衰法においては、半導体基板中にパルス
状のレーザ光等を照射し、この光によって発生した少数
キャリアが半導体基板表面近傍の汚染物および結晶欠陥
に起因する再結合中心で再結合する現象を、半導体基板
上にマイクロ波を照射することにより少数キャリア密度
の変化としてマイクロ波の反射波の強度変化により検出
している。これを図面を用いて説明すると、半導体基板
中に第７図のタイムチャートに示すように、強度■ｏの
パルス状レーザ光を１＝０の時間に入射する。マイクロ
波の反射強度は第８図に示されるように、レーザ光が入
射する前はある一定値ＲＯであったものが、レーザ光に
より生成された少数キャリアにより反射強度が大きくな
りＲｍとなる。

時間が経過するに伴に少数キャリアが再結合中心に捕獲
され再結合していくため、反射強度Ｒはしだいに低下す
る。この低下は で表され、Ｒ−（Ｒｍ　Ｒｏ　）／ｅ＋Ｒｏとなる時間
即ち第８図においてｔ−τ、が再結合ライフタイムτ、
となる。この再結合ライフタイムτ。

が汚染による不純物および結晶欠陥の密度を反映し、再
結合ライフタイムが短いほど汚染による不純物および結
晶欠陥の密度が大きいということを示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

この従来の半導体基板の検査方法においては、以下のよ
うな問題点がある。Ｃ−を法においては半導体基板上に
ＭＯＳダイオードを作製する必要があり、測定試料を作
製するのに時間がかかるという欠点かある。また作製工
程中の汚染の影響をうけやすく、例えば半導体基板の表
面近傍の欠陥の密度を評価しようとした場合、表面欠陥
なのか試料作製プロセス中での汚染によるものかを分離
することができない。また注目工程での汚染を調べる場
合に他の工程でより多量の汚染が存在した場合、注目工
程における汚染量の判定が不可能となる。

一方、光導伝減衰法による再結合ライフタイム測定にお
いては、Ｃ−を法のようにＭＯＳダイオード等を作製す
る必要はないが、レーザ光を照射するためには半導体基
板表面よりもむしろバルクの情報を検出しゃくず、半導
体基板表面近傍の結晶欠陥および汚染の検出には適して
いなかった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体基板の検査方法は、半導体基板上に絶縁
物を介して電極を載置し、この電極に最初は半導体基板
表面に蓄積層が形成される電圧を印加し、次に空乏層が
形成される電圧を印加する。この時同時にマイクロ波を
照射し、半導体基板表面の少数キャリアの増減をマイク
ロ波の反射波の強度の変化として検出するものである。

本発明によれば半導体基板に何ら加工を施す必要がない
ので、半導体製造工程中の注目している工程のみの汚染
の評価あるいは表面結晶欠陥の評価が可能である。また
本発明により検出する領域は空乏層の拡がる領域であり
、例えばキャリア濃度がＩ　Ｘ　１．０１５ｃｍ−３程
度のＰ型シリコンウェーハにおいては、空乏層の拡がり
は最大でも１μｍ程度であり、この最表面のみの結晶欠
陥および汚染物の評価か可能となる。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を説明するための検査装置の
ブロック図である。本実施例においてはＮ型シリコン基
板を測定対象とした場合について記述する。

第１図において、Ｎ型シリコン基板］は電気的に接地さ
れた真空チャック２上に乗せられる。このＮ型シリコン
基板１上にはマイラー膜等の絶縁物から成るスペーサ３
を介して金属板等の電極４を載置する。この電極４は電
圧コントローラ５に接続され、また電圧コントローラ５
はＣＰＵ６により制御される。またＮ型シリコン基板１
上にはマイクロ波発生器７よりサーキュレータ８を介し
て、例えば３０　ｍ　Ｗのマイクロ波が照射されるよう
に構成されている。このマイクロ波の反射波は同様にサ
ーキュレータ８を介して検出器９に到達し、ここで電気
信号に変換される。この電気信号は増幅器１０で増幅さ
れＣＰＵ６に入力される。

次に実際の測定手順について述べる。第２図は電極４に
印加する電圧のタイムチャート、第３図はこの時の反射
マイクロ波の強度である。

まず１−　＝　０てＮ型シリコン基板１の表面に蓄積層
が形成される電圧Ｖ−Ｖ、、、、例えば５Ｖを印加する
。この時Ｎ型シリコン基板］−の表面に少数キャリアが
蓄積されるので、反射マイクロ波強度は比較的大きな強
度Ｒ６、（例えば数Ｖ）となる。

次に１＝１．で印加電圧をＮ型シリコン基板１中に空乏
層が形成されるような電圧Ｖ−Ｖ、ｅ＋、、例えば−５
Ｖを印加する。このＶ　ｄ　ｅ　ｌ’はＶ　ａｃｅと逆
の極性の電圧である。時間１＝１．の時点でＮ型シリコ
ン基板１の表面から少数キャリアは払い出され、空乏層
中には少数キャリアは存在しなくなる。この時間１＝１
．において、少数キャリアか減少したため反射マイクロ
波強度が低下し、Ｒｍ　Ｉ　ｎとなる。この後印加電圧
をｖ　＝　ｖ　ｄｅい一定にして反射マイクロ波強度を
測定する。時間経過に伴い空乏層中の不純物あるいは結
晶欠陥かキャリアの発生中心となり少数キャリアが発生
する。

この発生した少数キャリアは印加電圧ｖ　−ｖ　ｄｅい
によりＮ型シリコン基板］の表面に集まる。この少数キ
ャリアの増加により反射マイクロ波強度Ｒは時間ととも
に上昇していく。ある一定時間ｔｊ　ｊ　、、Ｃて空乏
層中の少数キャリア密度が温度で決まる一定値となると
それ以後反射マイクロ波強度はＲ＝Ｒｄｅ、一定となる
。このＲ＝　Ｒｄｅｐを与える時間（回復時間）ｔ”’
ｌｅｃが表面汚染による不純物あるいは表面欠陥の密度
を反映し、汚染不純物あるいは表面欠陥の密度か大きい
ほど、この回復時間ｔ　ｒｅｅが短かくなる。

以上Ｎ型シリコン基板を対象とした場合について述べた
が、Ｐ型シリコン基板についても本発明の検査方法が適
用できる。但しＰ型シリコン基板においては基板表面が
Ｎ型に反転しやすく、ここから少数キャリアか流れ込ん
でくる可能性があるので電極の形状に工夫が必要である
。第４図に第２の実施例としてＰ型シリコン基板を測定
する場合の電極構造を示す。

Ｐ型シリコン基板１１の場合も基本構成はＮ型シリコン
基板と同様であるが、電極４の周囲に、わずかな間隔を
へだてて別の電極が電極４の周囲を取りまくようにレイ
アウトされている。この電極、即ちガードリング１２は
負の電圧が印加されており、この負電圧はスペーサ３を
介してＰ型シリコン基板１１表面に印加され、ガードリ
ング１−２直下のＰ型シリコン基板１１表面をＰ＋にし
て少数キャリアの流れ込みを防いでいる。この構造でＮ
型シリコン基板の場合と同様に（但し印加電圧の極性は
当然逆となる）測定を行なうことで、表面の汚染不純物
あるいは結晶欠陥の密度を反映した回復時間ｔ　ｒｅｅ
を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、半導体基板上に絶縁物を
介して電極をのせて電圧を印加し、同時にマイクロ波を
照射し、この時の少数キャリアの増減をマイクロ波の反
射波で横比することにより、半導体基板に何ら加工を施
すことなく半導体基板表面の不純物および結晶欠陥の評
価を行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するための検査装
置のブロック図、第２図及び第３図は第１の実施例で印
加する電圧及び反射マイクロ波強度と時間との関係を示
す図、第４図は本発明の第２の実施例を説明するための
電極部分のブロック図、第５図及び第６図は従来のＣ−
を法における印加電圧及び容量値と時間との関係を示す
図、第７図及び第８図は従来の光導伝減衰法におけるレ
ーザ強度及び反射波強度と時間との関係を示す図である
。 ］・・・Ｎ型シリコン基板、２・・・真空チャック、３
・・・スペーサ、４・・電極、５・・・電圧コントロー
ラ、６・・・ＣＰ　Ｕ、７・・・マイクロ波発生器、８
・・・サーキュレータ、９・・・検出器、１０・・・増
幅器、１１・・・Ｐ型シリコン基板、 ２・・・ガードリンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上に絶縁物を介して電極を載置したのち、
   この電極に電圧を印加すると共にマイクロ波を照射し、
   その反射波の強度変化により半導体基板中の結晶欠陥及
   び半導体基板表面の汚染物の密度を検出することを特徴
   とする半導体基板の検査方法。