JPS62197743A - 赤外吸収測定装置 - Google Patents
赤外吸収測定装置Info
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- JPS62197743A JPS62197743A JP61038265A JP3826586A JPS62197743A JP S62197743 A JPS62197743 A JP S62197743A JP 61038265 A JP61038265 A JP 61038265A JP 3826586 A JP3826586 A JP 3826586A JP S62197743 A JPS62197743 A JP S62197743A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、半導体シリコン材料の赤外吸収測定装置に
関し、この装置はシリコン半導体のデバイスプロセス中
に発生する微小欠陥をプロセス前のウェハの段階で予見
するためなどに使用されるものである。
関し、この装置はシリコン半導体のデバイスプロセス中
に発生する微小欠陥をプロセス前のウェハの段階で予見
するためなどに使用されるものである。
（従来の技術）
シリコン半導体のデバイスプロセスに使用される基板ウ
ェハは、通常チョクラルスキー（Ｃｚ ）法によって作
られている。 ＣＺ法のシリコンウエバには酸素が１０
” ａｔｏｍｓ ７ｃｍ’程度含まれ、過飽和状態にな
っていて、酸素の大部分（〜９５％）は格子間に位置し
ている。 この格子間酸素は赤外活性であって、Ｖ温で
、波数１１０６ＣＩＩＩ−１に、吸収係数〜３０Ｃ「’
、半値幅〜３６ｃｒ’はどのピークを作る。 このピ
ークにおける吸収係数α７７、は、基板ウェハの含有酸
素濃度と広い１１度範囲にわたって比例関係にある。
ェハは、通常チョクラルスキー（Ｃｚ ）法によって作
られている。 ＣＺ法のシリコンウエバには酸素が１０
” ａｔｏｍｓ ７ｃｍ’程度含まれ、過飽和状態にな
っていて、酸素の大部分（〜９５％）は格子間に位置し
ている。 この格子間酸素は赤外活性であって、Ｖ温で
、波数１１０６ＣＩＩＩ−１に、吸収係数〜３０Ｃ「’
、半値幅〜３６ｃｒ’はどのピークを作る。 このピ
ークにおける吸収係数α７７、は、基板ウェハの含有酸
素濃度と広い１１度範囲にわたって比例関係にある。
一方、シリコン中に過飽和に含まれた酸素は、デバイス
プロセス中の熱処理により析出を起こして微小結晶欠陥
発生の原因となり、該欠陥が素子活性＃４Ｉｉｌｊ、に
現れると半導体装置の歩留りを著しく低下させる。 そ
こで、従来は、作製される素子のプロセスに応じた含有
酸素ｍ度を規定し、該含有酸素８１度のモニターとして
赤外吸収法によってα７７．を測定し、次式から含有酸
素濃度［Ｏｉ ］を求め、含有酸素濃度［Ｏし１が規定
内に納まるウェハを選別してデバイスプロセスを行って
いる。
プロセス中の熱処理により析出を起こして微小結晶欠陥
発生の原因となり、該欠陥が素子活性＃４Ｉｉｌｊ、に
現れると半導体装置の歩留りを著しく低下させる。 そ
こで、従来は、作製される素子のプロセスに応じた含有
酸素ｍ度を規定し、該含有酸素８１度のモニターとして
赤外吸収法によってα７７．を測定し、次式から含有酸
素濃度［Ｏｉ ］を求め、含有酸素濃度［Ｏし１が規定
内に納まるウェハを選別してデバイスプロセスを行って
いる。
［Ｑ Ｌ］ ＝ ３．０１ ｘ １０” ｘ ａ、、
ａｔｏｍｓ／ｃｍ’しかしながら、含有酸素濃度［Ｏｉ
］が同一のウェハについて同一のプロセスを施しでも
微小結晶欠陥の発生が必ずしも同じになるわけひはない
。
ａｔｏｍｓ／ｃｍ’しかしながら、含有酸素濃度［Ｏｉ
］が同一のウェハについて同一のプロセスを施しでも
微小結晶欠陥の発生が必ずしも同じになるわけひはない
。
例えば、含有酸素濃度［０，］が］７−ｉｏｘｉｏｃ「
３の範囲に選別されたウェハについて熱処理をしても、
熱処理後の微小欠陥密度は・クエへ毎に１０％ ＴＯ”
ｃｒ’の範囲で異なってしまう。
３の範囲に選別されたウェハについて熱処理をしても、
熱処理後の微小欠陥密度は・クエへ毎に１０％ ＴＯ”
ｃｒ’の範囲で異なってしまう。
微小結晶欠陥の発生は、炭素の残留不純物にも大きな影
響を受けるといわれているが、現在一般に使用されてい
るＣ２法のウェハは赤外吸収法で測定して炭素が検出限
界以下（＜ ２Ｘ １０” ｃｒ３）しか含まれていな
い６ それにもかかわらず、微小欠陥密度はなお制御す
ることができない状態で、そのため、結晶育成中の条件
管理、デバイスプロセス中の条件管理、例えば結晶引き
上げにおける固液界面の安定性や熱履歴などの管理を必
要以上に厳重にして対処している。
響を受けるといわれているが、現在一般に使用されてい
るＣ２法のウェハは赤外吸収法で測定して炭素が検出限
界以下（＜ ２Ｘ １０” ｃｒ３）しか含まれていな
い６ それにもかかわらず、微小欠陥密度はなお制御す
ることができない状態で、そのため、結晶育成中の条件
管理、デバイスプロセス中の条件管理、例えば結晶引き
上げにおける固液界面の安定性や熱履歴などの管理を必
要以上に厳重にして対処している。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明の目的は、シリコン半導体素子の製造プロセス中
に発生する微小欠陥密度をプロセス前の基板ウェハの段
階で予見することのできる赤外吸収測定装置を提供する
ことである。
に発生する微小欠陥密度をプロセス前の基板ウェハの段
階で予見することのできる赤外吸収測定装置を提供する
ことである。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段と作用〉本発明の赤外吸
収測定装置は、赤外吸収法における格子間酸素による吸
収ピークから求めた吸収係数α。Ｌと置換型酸素による
吸収ピークから求めた吸収係数α０．とを測定し、読み
込んで、両吸収係数の比（αｏｉ／αａｓ ）を計算し
、該比をアウトプットすることを特徴とする。 デバイ
スプロセス中の微小欠陥発生密度は得られた両吸収係数
の比に極めてよく相関し、プロセス前の基板ウェハの段
階で非破壊かつ簡便に予見することができる。
収測定装置は、赤外吸収法における格子間酸素による吸
収ピークから求めた吸収係数α。Ｌと置換型酸素による
吸収ピークから求めた吸収係数α０．とを測定し、読み
込んで、両吸収係数の比（αｏｉ／αａｓ ）を計算し
、該比をアウトプットすることを特徴とする。 デバイ
スプロセス中の微小欠陥発生密度は得られた両吸収係数
の比に極めてよく相関し、プロセス前の基板ウェハの段
階で非破壊かつ簡便に予見することができる。
本発明でいう吸収係数αｏｉとα０．は、実質的にそれ
ぞれのピークにかかる不純物濃度を意味する値であれば
よく、下記実施例における式で締出される吸収係数に限
定的に解釈されてはならない。
ぞれのピークにかかる不純物濃度を意味する値であれば
よく、下記実施例における式で締出される吸収係数に限
定的に解釈されてはならない。
（実施例）
以下図面を参照して本発明を具体的に説明する。
第１図はフーリエ変換型の装置の全体構成を示すもので
ある。 同図において、１は光学系、２はフーリエ変換
等計算を行う機能とデータを蓄える機能をもったＣＰＵ
、３は結果を表示するＣＲＴ、４は結果を表示するＸ−
Ｙプロッターである。 また、光学系１においては、赤
外線光源１１からの光が反射鏡１２によって平行光線と
なり、マイケルソン干渉計１３によって干渉波形（イン
ターフェログラム）が作られ、反射鏡１４゜１５間に置
かれた試料ウェハ１６によって吸収された光は検出器１
７によって光電変換される。
ある。 同図において、１は光学系、２はフーリエ変換
等計算を行う機能とデータを蓄える機能をもったＣＰＵ
、３は結果を表示するＣＲＴ、４は結果を表示するＸ−
Ｙプロッターである。 また、光学系１においては、赤
外線光源１１からの光が反射鏡１２によって平行光線と
なり、マイケルソン干渉計１３によって干渉波形（イン
ターフェログラム）が作られ、反射鏡１４゜１５間に置
かれた試料ウェハ１６によって吸収された光は検出器１
７によって光電変換される。
そしてまた、マイケルソン干渉計１３に使用されるビー
ムスプリッタ−１３ａと検出器１７に使用される窓（図
示せず）には、５３０〜５００ＣＩＩｌ−１の範囲で赤
外線透過量が大でかつ雑音の少ないことからＣ３ｌ（ヨ
ウ化セシウム）を少なくとも一方に使用するのが好まし
く、また検出器１７の光導電セルにはＨｇＸ Ｃｄ 、
−ｘＴｅを用いることが使用波数範囲の分解能の高いこ
とから好ましい。
ムスプリッタ−１３ａと検出器１７に使用される窓（図
示せず）には、５３０〜５００ＣＩＩｌ−１の範囲で赤
外線透過量が大でかつ雑音の少ないことからＣ３ｌ（ヨ
ウ化セシウム）を少なくとも一方に使用するのが好まし
く、また検出器１７の光導電セルにはＨｇＸ Ｃｄ 、
−ｘＴｅを用いることが使用波数範囲の分解能の高いこ
とから好ましい。
検出器１７によって検出されたインターフェログラムは
ＣＰＵ２に蓄えられ、積層平均されてスペクトルへとフ
ーリエ変換される。 Ｓ１中の赤俗情性な不純物のため
のスペクトルは、通常ＡＳＴ Ｍ法に規定されている標
準試料、つまり赤外吸収法で検出限界以下しか不純物が
含まれていない純粋なシリコン標準試料の吸収スペクト
ルを、試験試料のスペクトルから差し引いて得られる。
ＣＰＵ２に蓄えられ、積層平均されてスペクトルへとフ
ーリエ変換される。 Ｓ１中の赤俗情性な不純物のため
のスペクトルは、通常ＡＳＴ Ｍ法に規定されている標
準試料、つまり赤外吸収法で検出限界以下しか不純物が
含まれていない純粋なシリコン標準試料の吸収スペクト
ルを、試験試料のスペクトルから差し引いて得られる。
こうして得られた試験試料の赤外吸収スペクトルは第２
図に示される。 同図において、１１０６ｃｍ−”に大
きなビークＣをもつ構造は格子間酸素によるものであり
、また５１３ ｃｍ−’にビークＮをもつ構造は置換型
酸素によるものである。 そしてまた、６０７ ａｍ−
’にピークをもつ構造は炭素によるものである。
図に示される。 同図において、１１０６ｃｍ−”に大
きなビークＣをもつ構造は格子間酸素によるものであり
、また５１３ ｃｍ−’にビークＮをもつ構造は置換型
酸素によるものである。 そしてまた、６０７ ａｍ−
’にピークをもつ構造は炭素によるものである。
次にＣＰＵ２によって、格子間酸素の濃度に関連する吸
収係数αｏｉ ｓ置換型酸素の濃度に関連する吸収係数
α０８、ウェハ含有酸素ｉｌ１度［０し１、及びα。Ｌ
／α０．は、次のような手順で求められる。
収係数αｏｉ ｓ置換型酸素の濃度に関連する吸収係数
α０８、ウェハ含有酸素ｉｌ１度［０し１、及びα。Ｌ
／α０．は、次のような手順で求められる。
（１）１２５０〜１１５０ｃｒ’のスペクトルについて
平均に直線ａを引く。
平均に直線ａを引く。
（２） １０４０〜９８０ ｃｒ’のスペクトルにつ
いて平均に直線すを引く。
いて平均に直線すを引く。
（３） 直線ａ上の１２００ＣＩＩｌ−１の点へと直
線す上の１０００ｅｒ’の点Ｂを直線で結び、ベースラ
インＣとする。
線す上の１０００ｅｒ’の点Ｂを直線で結び、ベースラ
インＣとする。
（４） １ｌ１０６ｃ＋−’にある格子間酸素のピー
ク点ＣのベースラインＣからの高さく吸収係数）を読み
取り、これを吸収係数αｏｉとする。
ク点ＣのベースラインＣからの高さく吸収係数）を読み
取り、これを吸収係数αｏｉとする。
（５） 次式によりウェハの含有酸素濃度［０；１を
求める。
求める。
［Ｏｔ ］ ＝ ３，０１ Ｘ １０” Ｘαｏ、 ａ
ｔｏｍＳ／ ｃｌ＜６） ５５０〜５３０ ｃｍ−
”のスペクトルについて平均に直線ｌを引く。
ｔｏｍＳ／ ｃｌ＜６） ５５０〜５３０ ｃｍ−
”のスペクトルについて平均に直線ｌを引く。
（７） ５００〜４８０Ｃ「１のスペクトルについ
て平均に直線−を引く。
て平均に直線−を引く。
〈８） 直線！上の５４０ ｃｍ”の点りと直線ｍ上
の４９０ ｃｒ’の点Ｍを直線で結び、ベースラインｎ
とする。
の４９０ ｃｒ’の点Ｍを直線で結び、ベースラインｎ
とする。
（９） ５１３ｃ■−１にある置換型酸素のピーク点
Ｎのベースラインｎからの高さく吸収係数）を読み取り
、これを吸収係数α０．とする。
Ｎのベースラインｎからの高さく吸収係数）を読み取り
、これを吸収係数α０．とする。
（１０） α０．に対するα缶の比、αｏｉ ／α０
．を計算する。
．を計算する。
なお、６１５〜６００ ａｍ−’の範囲の吸収ピークか
ら（１）ないしく４）の手順と同様に炭素に関連する吸
収係数αｃを計算する。
ら（１）ないしく４）の手順と同様に炭素に関連する吸
収係数αｃを計算する。
以上の手順により求めたα。、／α。、の比を、ＣＲＴ
に表示するか、図示しないプリンタにより打ち出すかす
る。 また所望により［Ｏｔ ］、α。９、α。の結果
もプリンタにより打ち出す。
に表示するか、図示しないプリンタにより打ち出すかす
る。 また所望により［Ｏｔ ］、α。９、α。の結果
もプリンタにより打ち出す。
上記実施例の光学系１は、例えばフレーズ波長１５μｍ
、分解−０，５ｃｍ−”の回折格子を用いたような分散
型赤外吸収光学系であってもよい。
、分解−０，５ｃｍ−”の回折格子を用いたような分散
型赤外吸収光学系であってもよい。
本発明装置によって得られた結果は次のようにして利用
される。
される。
本発明者らの新しい知見によれば、２５６ｋｂダイナミ
ツク・ランダム・アクセス・メモリーの製品平均歩留り
は、分解能４ ｃｎ＋−’で測定し、αｏｉ ／αｏｓ
＜４．５に選別されたくただし［０１＝７〜１０Ｘ １
０” Ｃｌ１ｌ−３）ウェハから出発したロットでは６
５％であり、αｏｔ／’αが＞４．５を含むウェハから
のロットでは４５％というように明らかに有意差がある
。 従って、従来から用いてきたモニターすなわちウェ
ハの含有酸素濃度［○。］に加えて、本発明ｖｔ置によ
るαｏｉ／α。、の比を新たなモニターとすれば、微小
欠陥発生密度をプロセス前のウェハの段階でより正確に
予見することができるとともに、本発明装置による測定
は非破壊で簡便な検査であるため製品歩留りの向上のた
めにウェハを選別して使用することができる。
ツク・ランダム・アクセス・メモリーの製品平均歩留り
は、分解能４ ｃｎ＋−’で測定し、αｏｉ ／αｏｓ
＜４．５に選別されたくただし［０１＝７〜１０Ｘ １
０” Ｃｌ１ｌ−３）ウェハから出発したロットでは６
５％であり、αｏｔ／’αが＞４．５を含むウェハから
のロットでは４５％というように明らかに有意差がある
。 従って、従来から用いてきたモニターすなわちウェ
ハの含有酸素濃度［○。］に加えて、本発明ｖｔ置によ
るαｏｉ／α。、の比を新たなモニターとすれば、微小
欠陥発生密度をプロセス前のウェハの段階でより正確に
予見することができるとともに、本発明装置による測定
は非破壊で簡便な検査であるため製品歩留りの向上のた
めにウェハを選別して使用することができる。
また、常法のＣＺ法ではインゴットから切り出したすべ
てのウェハのα。５／α０．を４，５以下にすることは
できなかったが、Ｃｚ法育成炉内に引ぎ上げたインゴッ
トを徐冷する後ヒーターを設け、尾部を８５０〜５５０
℃の間で４時間かけて徐冷すれば、インゴットから切り
出したすべてのウェハのαｏｉ／α０．を４．５以下に
することができる。
てのウェハのα。５／α０．を４，５以下にすることは
できなかったが、Ｃｚ法育成炉内に引ぎ上げたインゴッ
トを徐冷する後ヒーターを設け、尾部を８５０〜５５０
℃の間で４時間かけて徐冷すれば、インゴットから切り
出したすべてのウェハのαｏｉ／α０．を４．５以下に
することができる。
ざらに、本発明者らの別の知見によれば、イントリンシ
ック・ゲッタリングにおいても従来の含有酸素濃度［０
５］だけの管理の場合Ｏ８Ｆ発生によって歩留りが３８
〜７４％であったものが、αＯｔ／α。、＞４．Ｓを加
えた管理をすれば平均歩留りを７０％に向上させること
ができる。
ック・ゲッタリングにおいても従来の含有酸素濃度［０
５］だけの管理の場合Ｏ８Ｆ発生によって歩留りが３８
〜７４％であったものが、αＯｔ／α。、＞４．Ｓを加
えた管理をすれば平均歩留りを７０％に向上させること
ができる。
［発明の効果１
本発明の赤外吸収測定装置によれば、従来の含有酸素濃
度モニターに加えてαａｔ／α０．の比のモニターが利
用できるから、デバイスプロセスの微小欠陥発生密度を
ウェハの段階でより正確に予見することができる。 ま
たαｏＬ／αａｓの比のモニターは非破壊でかつ簡便に
測定できるから、デバイスプロセスにウェハを選別して
使用し、歩留りを飛躍的に向上させることに寄与するこ
とができる。
度モニターに加えてαａｔ／α０．の比のモニターが利
用できるから、デバイスプロセスの微小欠陥発生密度を
ウェハの段階でより正確に予見することができる。 ま
たαｏＬ／αａｓの比のモニターは非破壊でかつ簡便に
測定できるから、デバイスプロセスにウェハを選別して
使用し、歩留りを飛躍的に向上させることに寄与するこ
とができる。
また、本発明装置を用いて［０し］及びαｏｔ／α０．
を測定したところ測定時間は測定点１点について約３分
ですみ、マニュアルで算出すると１０〜１５分かかるの
にくらべて短縮され、プロセス管理に実用的である。
を測定したところ測定時間は測定点１点について約３分
ですみ、マニュアルで算出すると１０〜１５分かかるの
にくらべて短縮され、プロセス管理に実用的である。
第１図は本発明のフーリエ変換型赤外吸収測定袋Ｎの構
成を示したダイヤグラムである。 第２図は本発明装置
によって得られた赤外吸収スペクトルで、αａｔ／α０
．比の求め方を説明する補助線を合わせて引いである。 第１図 第２図
成を示したダイヤグラムである。 第２図は本発明装置
によって得られた赤外吸収スペクトルで、αａｔ／α０
．比の求め方を説明する補助線を合わせて引いである。 第１図 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 赤外線の波数領域で１１５０〜１０５０ｃｍ＾−＾
１と５３０〜５００ｃｍ＾−＾１に観測されるシリコン
半導体の吸収ピーク高さを読み取り、それぞれのピーク
の吸収係数α＿ｏ＿ｉ、α＿ｏ＿ｓから求めた両吸収係
数α＿ｏ＿ｉ、α＿ｏ＿ｓの比（α＿ｏ＿ｉ／α＿ｏ＿
ｓ）を出力することを特徴とする赤外吸収測定装置。 ２ 吸収係数α＿ｏ＿ｓ、１１５０〜１０５０ｃｍ＾−
＾１に観測される吸収ピーク高さから求めたシリコン中
の酸素濃度［Ｏｉ］、及び６１５〜６００ｃｍ＾−＾１
に観測される吸収ピークから求めたシリコン中の炭素濃
度α＿ｃから選ばれた少なくとも１つの値を出力する特
許請求の範囲第１項記載の赤外吸収測定装置。 ３ フーリエ変換型の赤外吸収測定装置であって、マイ
ケルソン干渉計のビームスプリッターと検出器の窓のう
ち少なくとも一方の材質がＣｓＩである特許請求の範囲
第１項記載の赤外吸収測定装置。 ４ 分散型の赤外吸収測定装置であって、フレーズ波長
１５μｍ、分解能０．５ｃｍ＾−＾１の回折格子を有す
る特許請求の範囲第１項記載の赤外吸収測定装置。 ５ 検出器がＨｇ＿ｘＣｄ＿１＿−＿ｘＴｅ光電検出器
である特許請求の範囲第１項記載の赤外吸収測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61038265A JPS62197743A (ja) | 1986-02-25 | 1986-02-25 | 赤外吸収測定装置 |
| US07/015,039 US4862000A (en) | 1986-02-25 | 1987-02-17 | Method for predicting density of micro crystal defects in semiconductor element from silicon wafer used in the manufacture of the element, and infrared absorption measurement apparatus for this method |
| DE8787102401T DE3771945D1 (de) | 1986-02-25 | 1987-02-20 | Verfahren und vorrichtung zur infrarotabsorptionsmessung der konzentration von mikrokristallinen fehlern in einem silizium-wafer zur herstellung eines halbleiterelementes. |
| EP19870102401 EP0250707B1 (en) | 1986-02-25 | 1987-02-20 | Method and apparatus for measuring by infrared absorption the concentration of microcrystal defects in a silicon wafer used in the manufacture of a semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61038265A JPS62197743A (ja) | 1986-02-25 | 1986-02-25 | 赤外吸収測定装置 |
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