JP2004526964A

JP2004526964A - 半導体のマイクロ欠陥の検出と分類

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Publication number: JP2004526964A
Application number: JP2002575622A
Authority: JP
Inventors: ヒッグス、ビクター
Original assignee: Aoti Operating Co Inc
Current assignee: Aoti Operating Co Inc
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: US20040092042A1; EP1373869A1; GB0107618D0; JP4248249B2; WO2002077621A1; CN1620601A; EP1373869B1; US7098052B2; KR20030089703A

Abstract

【課題】
【解決手段】特に、室温フォトルミネセンス効果を使用して、シリコン又は半導体構造中の欠陥を検出し分類する方法と装置。当該方法は、シリコン又は半導体構造中のマイクロ欠陥を検出し、地図を作り（map）、特定し、及び／又は特徴付けをするため、分析対象のシリコン又は半導体構造のサンプルの表面に強度の高い光線を照射し、光ルミネセンスイメージを作り出し、反射光のイメージを作り出し、前記２つのイメージの情報を組み合わせることを含む。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体やシリコン構造中、特にそれのみに限定されないが、絶縁体ウエハ上のシリコン、多結晶シリコン、ＳｉＧｅエピ層や同様の構造中のマイクロ欠陥を検出し分類する装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
急速に小さくなるデバイスのサイズ（shrinking device geometry）と高性能回路に対する技術的な需要を満たすには、物質のマイクロ構造特性に関係する物理的現象を理解することが強く要請される。これらの特性を理解することは、物質の欠陥の数と集積回路の性能と収率（IC performance and yield）を低下させる衝撃（degrading impact）の両方を低減しやすくするのに必要である。全てのシリコンウエハはあるレベルの欠陥を含み、その性質と密度は結晶が成長する状況とその後の処理でのウエハの熱的履歴（thermal history）によって異なる。絶縁体の製作技術におけるシリコンは、その技術自体の欠陥のカテゴリを持ち込むのであるが、ある欠陥は一般的なものであり、またある欠陥はその製作方法に特有のものである。物資的な改善を実現するには、欠陥が形成されるときの衝撃状態のプロセス、欠陥の性質、及びデバイス特性に与える影響を理解することが重要である。
【０００３】
欠陥は酸素注入（ＳＩＭＯＸ）による分離を利用して製作されたシリコン−オン−絶縁体（Silicon-on-insulator、ＳＯＩ）物質中に見出される。この方法で製作されたウエハは、欠陥のタイプを、構造物（ＢＯＸ）の酸化物埋没部（the buried oxide part）のシリコンブリッジやシリコン含有物等のＳＩＭＯＸに特有の欠陥のタイプにする。本発明は当該欠陥の位置を突き止め、性質の特徴を示すことに使用される。
【０００４】
多結晶シリコンは物理的欠陥である結晶粒界（grain boundaries）（即ち、2つの異種配向の結晶領域間の境界）を含んでいる。また、サンプル表面では、当該欠陥が物質の性質に影響を与える電気的な活動をする。本発明は当該欠陥の位置を突き止め、性質の特徴を示すことに使用される。
【０００５】
結晶成長の技術開発は、転位（dislocation）のないシリコンウエハの製作を可能にした。しかしながら、高温で処理された後に転位のないウエハが、この状態で残存できない場合がある。ウエハのデバイス活性領域で形成された欠陥とゲート酸化物（gate oxide）に生じた欠陥は、一般的にデバイス性能を低下させ、損失と信頼性の問題をもたらすことになる。本発明は当該欠陥の位置を突き止め、性質の特徴を示すことに使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シリコン中の高速拡散体である遷移金属は容易に深準位、すなわち価電子帯域または伝導帯域端（band edge）から遠い準位を形成し、そして時として点欠陥と拡張した欠陥の両方をデコレーション（decoration）するに至り、結局はデバイス障害を生じさせる。これらの遷移金属の不純物は、劇的にキャリアの寿命を低減すると共に暗流発生箇所（dark current generation sites）、すなわち光のない所で漏洩電流が発生する場所として作用する、再結合中心及びトラップを形成する。摩耗のような機械的な損傷が一般的に行われる所に損傷サイト（damaged site）を設けるために、ウエハ中の不純物を吸い上げるスポンジのように効果的に作用するゲッタリング技術（Gettering techniques）が、遷移金属の不純物をデバイス活性領域から除去するために開発されてきた。従って、前記損傷は電気的デバイスから離れたウエハ領域に意図的に絞られる。そのため、内部ゲッタリング技術はデバイス領域から遠くへ不要な不純物を引き付けるシリコン基板中へ欠陥を取り込む。ゲッタリング箇所はプロセス状況の差異に応じてそれらの分配を制御するために特徴が明らかにされる必要があり、それが本発明により実行される課題となる。
【０００７】
通常厚いミクロンの状態で、堆積したシリコンの一番上の層であるエピタキシャルシリコンは、徐々に成長するＣＺウエハに関する問題を解決するのに使用されてきた。換言すれば、エピタキシャルシリコンの厚みが増すとき、欠陥のない状態でこの層を厚くすることができるなら、装置の働きに影響を与える大量のウエハ内のコンタミネーションへの懸念をせずに、それを電気装置のためのサイトとして使用することができる。しかしながら、この働きに十分な厚みのエピタキシャル層を必ずしも使用できるとは限らず、エピタキシャル層が薄いところでは、そこでは（then)大量のウエハ内の欠陥により電気装置が支障を来たす。そのうえ、エピタキシャル層は金属コンタミネーションの問題を被る。
【０００８】
徐々に成長する物質中の欠陥を検出する技術は既にいくつかあるが、これらには、フローパターンの欠陥を明らかにする湿潤性化学エッチング、順番に下部構造内の欠陥を示す起伏を検出するために光を使用してウエハ表面の微細構成を調べる光散乱性トポグラフィ、及び、ウエハの光伝導を調べて、小さな経路変化による位相ずれを使用してウエハ内の欠陥を映し出す伝導干渉コントラスト顕微鏡法が含まれる。当該技術は全て、ウエハ内の物理的な欠陥の存在を測定するのに使用される。しかしながら、それらは欠陥の電気特性を測定せず、そのうえ、破壊的な場合がある。従って、ウエハの構造上の完全性を測定する技術として、提供する情報の点で不足しているだけでなく、積極的に破壊的になりうる。
【０００９】
光ルミネセンス（ＰＬ）分光法は半導体中の不純物や欠陥の本質的な電気遷移と付随的な電気遷移の両方を検査するのに非常に感度の良い技術である。シリコンがレーザー照射により低温で物質のバンド・ギャップ上に励起されると正孔対（electron hole pairs）が作り出される。これらのキャリアは種々の異なる方法で再結合し、そのうちのいくつかがルミネセンスを生じる。低温で形成された正孔対はシリコン中の不純物に捕捉され、それらは、この相互作用に特徴的なフォトンを放射することで、光ルミネセンススペクトルに不純物特有の情報を与える。シリコンへのＰＬ分光法の応用には、種々の処理ステップ後のシリコンの特徴付けを含めて、例えば注入（implantation）、酸化、プラズマエッチング、点欠陥複合体及び転位（dislocations）の存在の検出等のデバイス製作の特徴を示すきわめて多数のものがある。最も重要な応用の１つには、ヒ素、ホウ素、リン（III）（phosphorous）のような浅準位ドナーとアクセプタを非破壊的に測定することが含まれる。特に、当該技術により、これらの浅準位ドナーとアクセプタの濃度を測定することが可能になる。しかしながら、従来の適用では、光学センタ（optical centres）のスペクトル情報と明確な化学的同定を得るため、液体ヘリウム温度で測定する必要がある。室温ではＰＬ信号が大幅に弱まり、ほとんど役に立つスペクトル情報を得ることができないのは産業界全体に知られている。
【００１０】
国際特許出願ＷＯ９７／０９６４９は室温ＰＬに基づく半導体構造内で電気的にアクティブな欠陥の検出を可能にする非破壊的な技術について詳述する。当該特許出願は、イメージを数分以内に作り出せるところに産業上の利用性があり、さらに、デバイスが製作される、特にウエハ表面付近の小さな欠陥のそれぞれのマイクロイメージを作り出すのに別の追加的な利点があるＰＬ技術を開示する。
【００１１】
当該技術は産業上の利用に適した速度で半導体やシリコン構造中の欠陥に関する情報を提供し、とりわけ、半導体やシリコン構造の上層領域の欠陥、特にそれらの表面付近の欠陥の視角化を可能にする。当該技術は前記半導体又はシリコン構造のＰＬイメージのコントラストを高め、それらの欠陥の視角化を向上させるため、半導体又はシリコン構造中の欠陥での正孔対の非放射的再結合を強化することができる。
【００１２】
当該技術は高精度な尺度で電気的に有効なマイクロ欠陥の高画質イメージを検出するが、室温では光ルミネセンスを生じないものがあるので、関連する欠陥を全て検出するわけではない。それは、同様の電気的活動をする異なった欠陥を識別しないが、実際には、特定の欠陥の同一性（identity）が結果的に半導体の構造に容認できないほど有害な影響を与えるかどうか判断することを決める（be critical）場合がある。
【００１３】
本発明の目的は、従来技術である室温ＰＬ技術で、いくつか、あるいは全ての当該不利益を軽減することである。
【００１４】
本発明の目的は、特に、上記のような従来技術の室温ＰＬ技術と装置を改良・改造し、欠陥の有効な識別及び／又は欠陥の種類の分類を可能にすることである。
【００１５】
本発明の目的は、特に、ＳＯＩ、とりわけ多結晶シリコンのＳＩＭＯＸと接着ウエハ、ＳｉＧｅ及びエピ層類似物中のマイクロ欠陥を正確に映し出し特徴づける室温ＰＬを利用する室温ＰＬ技術と装置を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
したがって、本発明の最も広い観点では、シリコン又は半導体構造中の欠陥を検出し分類する方法は、
分析対象のシリコン又は半導体構造のサンプルの表面に高強度レーザ等の強度の高い光線を照射し、
光線によるシリコン又は半導体構造の励振で生じた光ルミネセンスからの第１の光ルミネセンスのイメージを作り出し、
光線からシリコン又は半導体構造の表面に反射した光から第２の反射光のイメージを作り出し、
前記２つのイメージの情報を組み合わせて、シリコン又は半導体構造中のマイクロ欠陥を検出し、マッピングし（map）、同定し、及び／又は特徴付けをすることを含む。
【００１７】
最も広い観点では、本発明は選択された励振条件下で半導体又はシリコン構造から室温光ルミネセンスと、反射したレーザ光線イメージデータを集めて、それから、当該データを比較してマップ欠陥と同様に特徴付けすることに基づく。
【発明の効果】
【００１８】
半導体の材料がバンド上のイルミネーション電子によって励起され孔が発生すると、均衡への再結合が起こり、光（光ルミネセンス）ＰＬが放射的に、又は熱が非放射的に発生する。当該２つの過程は直接競合し、間接的なＳｉ等のバンドの材料では、非放射の過程は、より速くて、より効率的である。非放射の過程は欠陥と深層不純物によって増大する。光ルミネセンスの放出過程は、欠陥又は汚染領域の位置で減少又は消滅する。従って、半導体の表面にレーザー光線の焦点を合わせて、次に、ＰＬ信号を収集することにより、欠陥の存在をモニターできる。
【００１９】
ＰＬと反射レーザ光イメージ（表面マップ＝ＳＭ）の両方を収集することにより、欠陥の特性に関する情報が得られ、欠陥のタイプの分類に使用できる。これは異なる欠陥反応が２つのシナリオで相違するという事実に基づく。特に、ＰＬ技術は電気的に有効な欠陥を検出するが、その欠陥は反射レーザ光の強度に影響を与える場合もあれば、与えない場合もある。一方、直接反射したレーザイメージは欠陥を示すが、その欠陥は電気的に有効な場合もあれば、有効でない場合もある。
【００２０】
欠陥や欠陥のタイプに関する予め定めれた適当な参照情報とその結果を比較すると、非常に向上した実用的な数値結果が得られるため、ＰＬ単独で使用するよりもはるかに正確に検出した欠陥の特定や特徴付けが可能となる。構造に損傷を与える可能性のある衝撃のその後を評価するため、２つのイメージを一緒に処理して、当該欠陥の場所を突き止め特徴付ける欠陥マップを作成する。
【００２１】
Ｓｉブリッジを含むサンプルのＰＬイメージは、ソフトウエアを修正した後、図５に示される。個々の欠陥は減少したＰＬ強度の小さな局部、即ち、架け橋性Ｓｉの欠陥に対応する黒点としてそれぞれ検出される。Ｓｉ含有物を含むサンプルのＰＬイメージは、増加したＰＬ強度の局部、即ち、Ｓｉ含有物に関係する欠陥をそれぞれ示す。今や、これらのよく知られた欠陥タイプのＰＬイメージを得て、ＰＬイメージを修正した後、欠陥箇所でのＰＬ信号に与える影響により欠陥のタイプを分類することができる。その結果、分類による欠陥検査が可能になる。
【００２２】
当該ソフトウエア手順はＳＯＩ構造物中で検出される他の欠陥に適用することできる。直接的なウエハ接着法を使用して製作されたＳＯＩウエハに関して、ウエハが接着せずに空間（void）と呼ばれるところに欠陥が形成され得る。ＰＬによって検出された当該タイプのボイド欠陥に関する実施例が図６に示される。ＰＬイメージは修正され、異種のボイド欠陥が分類される。これらのボイドは粒子、表面の粗さ、又はコンタミネーションにより生じうる。
【００２３】
ＰＬイメージを修正して、境界への物理的な影響を除去するために、我々がソフトウエア修正モデルを適用して、図７と図８に結果を示したように、多結晶Ｓｉは当該欠陥が電気的活動もしうるサンプル表面上の物理的欠陥である結晶粒界（grain boundaries）（２つの異種配向の結晶領域間の境界である）を有する。これにより結晶粒界と粒子内部の欠陥の電気的特性を評価し分類しうる。
【００２４】
また、ＳｉＧｅエピ層で欠陥を検出することができ、典型的なＰＬマップの欠陥が図９に示される。一方、もう一度ソフトウエアの修正を利用して欠陥のタイプを容易に分類して使用することができるのはいうまでもない。
【００２５】
反射した表面マップと共に結合したＰＬマッピングの適用がＰＬイメージを修正して真の電気的活動を明らかにするのに使用され、欠陥の分類を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
当該方法に関する実施例は、図１〜３のＳｉウエハに示される。図１では、当該欠陥がその位置でＰＬ信号を消し、いわゆる電気的に有効な状態であるので、当該欠陥だけがＰＬイメージの中に見える。製造時に欠陥ができると、その位置するところで（if it is fabricated were the defects are located）、当該欠陥はデバイス性能を低下させる。図２で観察される欠陥は、ＰＬ及び表面マップイメージの両方で観察される表面スクラッチである。図３はＰＬとＳＭイメージの両方で見られる表面粒子のイメージを示す。
【００２７】
第１イメージと第２イメージの結合は単に同時に観察したことによるのかもしれない。しかしながら、当該イメージは、例えば数字を比較／分析する前にデジタル化することにより、統計的に分析されるのが好ましい。
【００２８】
当該方法が、第１のＰＬイメージの強度を表示するデジタル強度測定（例えば、ポイント毎の読み取りであるが、デジタル化された強度マップが好ましい）を発生させ、第２のＳＭイメージの強度を表示するデジタル強度測定（例えば、ポイント毎の読み取りであるが、デジタル化された強度マップが好ましい）を発生させ、結合結果を得るためデジタル強度測定の数字を比較し、当該結合結果と検出された欠陥を特徴づける欠陥の性質に関する参照データとを比較することを伴うのは好ましい。
【００２９】
レーザ励起の結果、発生するＰＬ信号は下記の式により示される；

ここで、Ｖはサンプルの体積、ηは内部の量子効率（τ／τ_nrad）、ｐ（ｚ）は光が励振したため過剰になったキャリアの密度である。Ｃは収集と検出器の能率を示し、ＡとＲはサンプルでの吸収・反射の損失原因の修正率である。ＰＬマップに記録されたＰＬ強度の変化はηの変化を表す。これは、全再結合率τと放射率τ_radのどちらか一方の変化により生じうる。一般にＳｉでは、τは非放射的なτ_nrad寿命にほぼ等しく、光線が欠陥の向こう側をスキャンするときにτ_nradのみに空間的な変化があると仮定すると、τもまた変化する。実験的に、ＰＬ信号の変化がτの変化に直接関連することを見せることができた。従って、欠陥での余分なキャリアの分配は欠陥のない材料におけるのと異なるので、欠陥を検出することができる。
【００３０】
光ルミネセンスは、イメージを作り出すことでシリコン又は半導体構造中の欠陥を視角化して観察するために収集され、そこで、非放射的な電子対の再結合が欠陥の物理的な位置でのイメージ中の暗領域として検出される。反射レーザ光線は、同様にイメージを作り出すことでシリコン又は半導体構造中の欠陥を視角化して観察するために収集され、そこで、欠陥サイトからの反射しない光線が欠陥の物理的な位置でのイメージ中の暗領域として検出される。
【００３１】
特定のタイプの欠陥は励振レーザによって作り出された電子と孔の励振密度を変更できるが、これは発散又は反射により引き起こされる。また、これがＰＬ信号を変化させることになる（方程式（１）の要素Ａ及びＲ）。当該方法がこれを修正するのは好ましい。ＰＬイメージの強度を表示する（ポイント毎に読み取るが、好ましくはデジタル化された強度マップのような）デジタル化された強度の測定は、ＳＭ強度データと比較する前に、励振密度の当該変化を修正するために集められた絶対強度データに適当な数字上の修正率を適用することで行われる。
【００３２】
好ましい実施例では、ソフトウェアアルゴリズムを使用して、励振密度を変化させるＰＬイメージを修正する。これを行うため、我々はＳＭイメージで検出された信号の変化を使用してＰＬイメージを修正する。
【００３３】
この修正はＰＬと表面強度データの範囲を取り入れ（takes the ranges of the PL and Surface intensity data）、ＳＭでＰＬ範囲を割る。それから、これに当該コンバージョンを縮約するために標準偏差（ｓ.ｄ）を使用した平均値から表面偏差(surface variation)を掛ける。
【００３４】
そして、結果の値がＰＬ強度データに追加され、ＳＭ強度データと比較するためのＰＬ強度データ、特にＳＭマップと比較するために修正されたＰＬ強度マップが示される。

【００３５】
ＰＬと表面マップ（特に上述のように修正されたＰＬデータと表面マップ）に関係があり、さらに、特定の欠陥タイプに対する一連の参照データを適用して、強度、特に、強度マップからのデジタル化された強度データを比較することにより、欠陥をタイプによって特徴付け、又は特定する。
【００３６】
注入レベルの高い状態がＰＬイメージを作り出す本発明の方法で使用され、欠陥がキャリア寿命の局部的な変化により検出されるのが望ましい。これらの欠陥は、欠陥の物理的位置で暗領域として通常観察されるが、ある場合に向上した放射的再結合が背景との関係で比較的明るい領域をもたらす。欠陥での再結合は注入レベルを増加させることによって高められるので、少数のキャリアが有効に使われること（availability）によっては制限されない。好ましいＰＬ技術は、ＷＯ９７／０９６４９に含まれていてここで引用するものである。
【００３７】
その中で開示された室温ＰＬ方法の成功は、幾分、レーザのプロービング容量（proving volume）が小さいため、空間的分解能は好ましくは０．１〜２０μｍ、望ましくは２〜５μｍで、ピーク又は平均的な出力密度が１０⁴〜１０⁹ワット／ｃｍ²の間であり、その結果、幾分、励振が集中されるので注入キャリア密度が高いため、局在化された欠陥が測定ＰＬ強度に比較的非常に大きな影響を与えると信じられている。これにより、欠陥での非放射的な再結合と欠陥の物理的な位置を突き止める確率を非常に高める。本発明はこれを利用するが、別のイメージ情報も用いて、ＰＬ単独で使用するよりもはるかに有益な欠陥の総合マップを作り出す。
【００３８】
高強度レーザのここでの引用は高出力密度レーザ、換言すれば、レーザ出力にかかわらず放射が集中する場所を、制限なく、含むことを意味する。
【００３９】
本発明の好ましい方法では、パルス化されたレーザ励起源が使用され、ルミネセンスデータが測定され、及び／又はルミネセンス像が時間の関数（a function of time）として収集されるのが理想的である。これは、深さと空間の両方の分解能が改良されて、欠陥キャリアの捕獲断面での情報を得るために使用することができることを意味する。また、時間測定分析（Time resolved measurements）は、有効なキャリア寿命を測定して寿命マップを得るのに使用することができる。
【００４０】
本発明の別の実施例では、レーザで大容量の前記半導体を励起し、一連のフォーカルプレーンからイメージを集めることにより欠陥の深度方向の差異を得るため、共焦点光学が使用される。
【００４１】
当該方法は、ＳＯＩ、特に多結晶シリコンのＳＩＭＯＸ、接着ウエハ、ＳｉＧｅ、及びエピ層同様物の表面付近のマイクロ欠陥を映し出して検出し、特徴付けするのに用いるとき、特に有効である。
【００４２】
イメージ強度情報のデジタル化、及び／又はＰＬイメージデータへの修正率の適用、及び／又はデジタル化されたＰＬ・ＳＭイメージデータの数字の比較、及び／又は参照データとこれらの結果との比較は、適当なコンピュータ・ソフトウェアによって実行されてもよい。
【００４３】
別の側面によれば、本発明は、適当なデータ記録媒体や前記参照データを、さらに任意に取り入れた前記データ記録媒体に関するソフトウェア等の、イメージ強度情報のデジタル化、及び／又はＰＬイメージデータへの修正率の適用、及び／又はデジタル化されたＰＬ・ＳＭイメージデータの数字の比較、及び／又は参照データとこれらの結果の比較という前記方法のステップを実行するためのコンピュータ・ソフトウェア、及び、当該ソフトウェアでプログラムを作り、また、さらに任意に前記参照データでプログラムを作った適当なプログラムコンピュータを含む。
【００４４】
本発明の別の側面によれば、上記の方法を実行する反射光のイメージングと同時に又は連続して半導体又はシリコン構造物の光ルミネセンスのイメージングを担う装置が提供される。
【００４５】
当該装置は、分析対象のシリコン又は半導体構造のサンプルの表面に直接照射可能な高強度レーザ等の高強度の光線源、光線によりシリコン又は半導体構造物の励振により生み出された光ルミネセンスから第１のイメージを作り出す第１のイメージング手段、シリコン又は半導体構造物の表面から反射した光により第２の反射光イメージを作り出す第２のイメージング手段、２つのイメージの比較を可能にする手段を備える。
【００４６】
当該イメージング手段は、観察者による同時観測を可能にする、ダイレクトスクリーン、写真、カメラ、スクリーン等の単なる表示装置でもよい。追加的に又は代替的に、デジタルカメラのようなデジタル撮像機（digital imagers）がデジタル化されたイメージ強度データを集めて上述のように数字で（numerically）処理してもよい。
【００４７】
また、当該装置は、デジタル化イメージ強度データを処理する手段を備えるのが望ましい。特に、ＰＬイメージングからデジタル化イメージ強度データを格納する第１のデータ記録器、ＲＬイメージングからデジタル化イメージ強度データを格納する第２のデータ記録器、欠陥タイプの特性を示す強度データを含む参照記録器、上述した第２のデータ記録器内のデータを使用して第１のデータ記録器内のデータを修正する任意のデータ修正器、第１と第２の記録器からのデータを組合わせて、結合した結果を出し、結合した結果と参照記録器内のデータとを比較して欠陥の特徴付けを行うイメージ比較器（comaparator）、検出され特徴付けされた欠陥の結果を表示する表示装置を備える。
【００４８】
本発明の好ましい実施例では、レーザは前記装置のユーザーが異なる深層で前記半導体又はシリコン構造物を抽出するのを可能にして、それらの波長の励振を調整するために調節可能である。例えば、短い波長は前記半導体又は構造物の表面付近で抽出するために、比較的長い波長はより深く調査するために使用してもよい。
【００４９】
さらに、本発明の別の好ましい実施例では、前記装置は前記レーザのパルス化を可能にして、また理想的にはＰＬイメージを時間の関数として得られる手段を提供する。
【００５０】
さらに、本発明の別の好ましい実施例では、前記装置は高周波（０．１〜１００ＭＨｚ）で前記レーザを調節して、前記装置のユーザーが異なる深さで半導体又はシリコン構造を抽出するのを可能にする手段を提供する。
【００５１】
さらに、本発明の別の好ましい実施例では、前記装置は０．１ｍｍから０．５ミクロンの間のスポットサイズのレーザ、及び／又は１０⁴から１０⁹ワット／ｃｍ²の出力密度を備える。
【００５２】
さらに、本発明の別の好ましい実施例では、当該装置はレーザで大容量の前記半導体を励起させ、一連のフォーカルプレーンからイメージを集めることにより欠陥の深さ方向の差異を得るために使用される焦点光学を備える。
【００５３】
別の観点によれば、本発明は、前記方法により又は前記装置を使用する視覚可能な及び／又はデジタル的に処理可能な形態で、シリコン又は半導体構造中のマイクロ欠陥を検出し、マッピングし、特定し、及び／又は特徴付けするために比較をするのに適したＰＬ及びＳＭイメージ及び／又はシリコン又は半導体構造のＰＬ及びＳＭイメージデジタル化強度マップを備える。
【００５４】
本発明を図１〜図８を参照して以下に説明する。
図１〜図３はシリコンウエハを示す。図１では、欠陥の位置で欠陥がＰＬ信号を消すので、ＰＬイメージには欠陥が見えるだけであり、いわゆる電気的にアクティブな状態といわれる。製造時に欠陥ができると、その位置するところで（if it is fabricated were the defects are located）、当該欠陥はデバイス性能を低下させる。図２で観察された欠陥はＰＬと表面マップイメージの両方に観察される表面スクラッチである。図３はＰＬと表面マップの両方に現れる表面粒子のイメージを示す。
【００５５】
ＰＬマップは酸素（ＳＩＭＯＸ）の注入による分離を利用して作られたシリコン−オン−絶縁体（ＳＯＩ）上で測定された。この方法の有用性を図示するため、構造物（ＢＯＸ）の酸化物埋没部（the buried oxide part）のＳＩＭＯＸ、シリコンブリッジ（Silicon bridges）やシリコン含有物（inclusions）に特有の欠陥タイプを有するようにウエハが意図的に作り出された。高解像度のトランスミッション電子顕微鏡検査（ＴＥＭ）は、異なる欠陥を特定するのに使用された。図４ａは、Ｓｉブリッジと共にサンプル内で検出された欠陥を示すＴＥＭ断面図を示す。図４ｂでは、Ｓｉ包含物を含むサンプルが示されている。
【００５６】
Ｓｉブリッジを含むサンプルのＰＬイメージは、ソフトウエアを修正した後、図５に示される。個々の欠陥は減少したＰＬ強度の小さな局部、即ち、架け橋性Ｓｉの欠陥に対応する黒点としてそれぞれ検出される。Ｓｉ含有物を含むサンプルのＰＬイメージは、増加したＰＬ強度の局部、即ち、Ｓｉ含有物に関係する欠陥をそれぞれ示す。今や、これらのよく知られた欠陥タイプのＰＬイメージを得て、ＰＬイメージを修正した後、欠陥箇所でのＰＬ信号に与える影響により欠陥のタイプを分類することができる。その結果、分類による欠陥検査が可能になる。
【００５７】
当該ソフトウエア手順はＳＯＩ構造物中で検出される他の欠陥に適用することできる。直接的なウエハ接着法を使用して製作されたＳＯＩウエハに関して、ウエハが接着せずに空間（void）と呼ばれるところに欠陥が形成され得る。ＰＬによって検出された当該タイプのボイド欠陥に関する実施例が図６に示される。ＰＬイメージは修正され、異種のボイド欠陥が分類される。これらのボイドは粒子、表面の粗さ、又はコンタミネーションにより生じうる。
【００５８】
ＰＬイメージを修正して、境界への物理的な影響を除去するために、我々がソフトウエア修正モデルを適用して、図７と図８に結果を示したように、多結晶Ｓｉは当該欠陥が電気的活動もしうるサンプル表面上の物理的欠陥である結晶粒界（grain boundaries）（２つの異種配向の結晶領域間の境界である）を有する。これにより結晶粒界と粒子内部の欠陥の電気的特性を評価し分類しうる。
【００５９】
また、ＳｉＧｅエピ層で欠陥を検出することができ、典型的なＰＬマップの欠陥が図９に示される。一方、もう一度ソフトウエアの修正を利用して欠陥のタイプを容易に分類して使用することができるのはいうまでもない。
【００６０】
反射した表面マップと共に結合したＰＬマッピングの適用がＰＬイメージを修正して真の電気的活動を明らかにするのに使用され、欠陥の分類を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】電気的にアクティブな欠陥を図示する、本発明により作り出されたＰＬと表面マップを示す。
【図２】表面スクラッチを図示する、本発明により作り出されたＰＬと表面マップを示す。
【図３】表面粒子を図示する、本発明により作り出されたＰＬと表面マップを示す。
【図４】ａ）シリコンブリッジ（Silicon bridges）、ｂ）及びＳｉ含有物（inclusions）を示すＴＥＭ断面図の顕微鏡写真を示す。
【図５】Ｓｉブリッジ欠陥を含有するＳＩＭＯＸウエハを示す、本発明により作り出されたＰＬと表面マップを示す。
【図６】Ｓｉの含有物（inclusion）を含有するＳＩＭＯＸウエハを示す、本発明により作り出されたＰＬと表面マップを示す。
【図７】接着ウエハ中のＳＯＩボイド（void）欠陥を示す、本発明により作り出されたＰＬと表面マップを示す。
【図８】多結晶Ｓｉ中の欠陥を示す、本発明により作り出されたＰＬと表面マップを示す。
【図９】多結晶Ｓｉ中の欠陥を示す、本発明により作り出されたＰＬと表面マップを示す。
【図１０】ＳｉＧｅエピ層内の欠陥を示す、本発明により作り出されたＰＬと表面マップを示す。

Claims

分析対象のシリコン又は半導体構造のサンプルの表面に強度の高い光線を照射し、
光線によるシリコン又は半導体構造の励振で生じた光ルミネセンスから第１の光ルミネセンスイメージを作り出し、
光線からシリコン又は半導体構造の表面に反射した光で第２の反射光のイメージを作り出し、
前記２つのイメージの情報を組み合わせて、シリコン又は半導体構造中のマイクロ欠陥を検出し、マッピングし（map）、同定し、及び／又は特徴付けをすることを特徴とするシリコン又は半導体構造中の欠陥を検出し分類する方法。
光ルミネセンスと反射レーザ光線イメージデータを欠陥又は欠陥の種類に関する予め定められた適当な参照情報と比較することにより、検出された欠陥の空間マップを作成し、さらに、特定又は特徴付けの両方をなすことを特徴とする請求項１に記載の方法。
構造に損傷を与える可能性のある衝撃のその後を評価するため、２つのイメージを一緒に処理して、当該欠陥の場所を突き止め特徴付けをする欠陥マップを作成することを特徴とする請求項２に記載の方法。
第１のイメージと第２のイメージの結合は、当該イメージについて数字上の比較／分析をする前にデジタル化することにより統計的に分析されることでなされる先行する請求項に記載の方法。
結合の分析は、第１のＰＬイメージの強度を表示するデジタル強度測定を発生させ、第２のＳＭイメージの強度を表示するデジタル強度測定を発生させ、結合結果を得るためデジタル強度測定の数字を比較し、当該結合結果と検出された欠陥を特徴付ける欠陥の性質に関する参照データとを比較するステップを含むクレーム４に記載の方法。
当該発生したデジタル強度測定の一方又は両方が強度をデジタル化した空間マップとして得られることを特徴とする請求項５に記載の方法。
ＳＭデジタル化強度測定データと比較する前に、励振密度の変化を修正するために集められた絶対強度データに適当な数字上の修正率を適用して、ある欠陥と関係する励振密度を修正するためにＰＬデジタル化強度測定を修正することを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
ソフトウェアアルゴリズムを使用して、励振密度を変えるためにＰＬイメージを修正するクレーム７記載の方法。
ＰＬと表面マップの測定した強度範囲の数値を求め、ＰＬ範囲をＳＭ範囲で割り、当該コンバージョンを縮約するために標準偏差（ｓ.ｄ）を使用して平均値から表面変化を掛け、結果の値を修正された絶対ＰＬ強度データに追加して新たなＰＬ強度データを得ることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
室温のサンプルの表面に高強度レーザを当てることを特徴とする先行する請求項記載の方法。
レーザのプロービング容量は小さく、空間的解像度（spatial resolution）が０．１〜２０μｍであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
理想的な空間的解像度が２〜５μｍである請求項１１に記載の方法。
ピーク又は平均出力密度が１０⁴〜１０⁹ワット／ｃｍ²の間である請求項１２に記載の方法。
パルス化された励振源を使用し、ルミネセンスデータ及び／又は時間の関数（a function of time）として集められたルミネセンスイメージを測定する先行するいずれかの請求項記載の方法。
レーザで大容量の前記半導体を励起して、一連のフォーカルプレーンからイメージを集めることにより、欠陥の深さ方向の差異を得るために（to obtain depth discrimination）焦点光学（confocal optics）を使用する先行するいずれかの請求項記載の方法。
イメージ強度情報のデジタル化、及び／又はＰＬイメージデータへの修正率（correction factors）の適用、及び／又はデジタル化されたＰＬ・ＳＭイメージデータの数字的な比較、及び／又は参照データとこれらの結果の比較は、適当なコンピュータ・ソフトウェアによって実行される先行するいずれかの請求項記載の方法。
イメージ強度情報のデジタル化、及び／又はＰＬイメージデータへの修正率の適用、及び／又はデジタル化されたＰＬ・ＳＭイメージデータの数字的な比較、及び／又は参照データとこれらの結果の比較という当該方法の中の、１又はそれ以上のステップを実行することによりクレーム１６の方法を実行するコンピュータ・ソフトウェア。
デジタル化されたＰＬ・ＳＭイメージデータの数字的な比較、実行形式でのそれらの結果と参照データとの比較というステップを少なくとも実行して、さらに当該参照データを読み込み可能な形態にするための請求項１７によるデータキャリア運搬ソフトウェア。
分析対象のシリコン又は半導体構造物のサンプルの表面に直接照射可能な高強度レーザ等の高強度の光線源と、光線によりシリコン又は半導体構造物の励振により生み出された光ルミネセンスから第１のイメージを作り出す第１のイメージング手段、シリコン又は半導体構造物の表面から反射した光により反射光の第２のイメージを作り出す第２のイメージング手段、２つのイメージの比較を可能にする手段を含む、反射光のイメージングと同時に又は連続して半導体又はシリコン構造物の光ルミネセンスのイメージングを担う装置。
イメージング手段は観察者による同時観測を可能にする請求項１９による装置。
イメージング手段が数字上処理したデジタル化イメージ強度データを収集するのに適したデジタル撮像機（digital imagers）を備え、さらに装置がＰＬイメージングからデジタル化イメージ強度データを格納する第１のデータ記録器、ＲＬイメージングからデジタル化イメージ強度データを格納する第２のデータ記録器、欠陥タイプの特性を示す強度データを含む参照記録器、前記第１の記録器内のデータのイメージを修正する任意のデータ修正器、第１と第２の記録器からのデータを組合わせて、結合した結果を出し、結合結果と参照記録器内のデータとを比較して欠陥の特徴付けを行うイメージ比較器（comaparator）、検出され特徴付けされた欠陥の結果を表示する表示装置の形態でデジタル化イメージ強度データを処理する手段を備える請求項１９又は２０による装置。
前記レーザをパルス化し、それにより時間の関数として得られるＰＬイメージを獲得する手段を提供する請求項１９〜２２のいずれかに記載の装置。
高周波（０．１〜１００ＭＨｚ）で前記レーザを調節する変調可能なレーザ及び制御手段を提供して前記装置のユーザーが異なる深さで半導体又はシリコン構造を抽出するのを可能にする請求項１９〜２２のいずれかに記載の装置。
請求項１から１６のいずれかに記載の方法、又は請求項１９から２３のいずれかに記載の装置を使用して、視覚可能な及び／又はデジタル的に処理可能な形態で発生したシリコン又は半導体構造のＰＬ及びＳＭイメージデジタル化強度マップ。