JP2008198913A

JP2008198913A - 半導体基板の検査方法及び半導体基板の検査装置

Info

Publication number: JP2008198913A
Application number: JP2007034643A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Tanahashi; 克人棚橋; Hiroshi Kaneda; 寛金田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】半導体基板の検査方法及び半導体基板の検査装置に関し、フォトルミネッセンスを用いて良好な効率で半導体基板の極表層の欠陥を検出する。
【解決手段】半導体基板１の一方の面に励起光３を照射して照射面からのフォトルミネッセンスによる発光４，５を検出する第１の検出工程と、前記半導体基板１の他方の面に励起光３を照射して照射面からのフォトルミネッセンスによる発光６を検出する第２の検出工程と、前記第１の検出工程と前記第２の検出工程で検出された発光４〜６データを処理して前記半導体基板１の欠陥を検出するデータ処理工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体基板の検査方法及び半導体基板の検査装置に関するものであり、半導体基板、特に、エピタキシャルウェハの結晶欠陥等をフォトルミネッセンス法によって検出する際の検出効率を向上するための構成に特徴のある半導体基板の検査方法及び半導体基板の検査装置に関するものである。

シリコンウェーハなどの半導体基板に半導体集積回路を形成する場合、半導体基板に存在する結晶欠陥は、半導体集積回路の正常動作を妨げる原因となる。
例えば、半導体集積回路の動作領域に混入した不純物金属原子はリークの原因になり、メモリ系デバイスを例に挙げるとデータ保持特性の劣化をもたらすことが知られている。

また、半導体集積回路の微細化にともない、以前は問題とならなかった半導体基板の微小な結晶欠陥が回路の正常動作を妨げる要因として顕在化してきている。
例えば、デザインルールが０．３５μｍとなった時点で、それ以前には問題にならなかった約０．１μｍサイズのボイド欠陥が顕在化した。
なお、ボイド欠陥とは、シリコン結晶成長中に形成された原子空孔の凝集体であり、ボイド欠陥の形態は一辺が約０．１μｍの正八面体構造である。

また、別の例として、半導体集積回路の作製工程で種々のストレスが発生し、それを緩和するために転位が発生したり、或いは、半導体集積回路の作製工程では半導体基板が加熱されることにより半導体基板に含まれる酸素原子が凝集して酸素析出物が形成されるが、このような転位や酸素析出物というプロセス誘起欠陥も半導体集積回路の動作不良の原因となる。

上述のように、半導体基板中の結晶欠陥は半導体集積回路の動作不良、製造歩留まり低下の原因となるため欠陥を低減する必要があるが、そのためには欠陥の実体、分布、密度などを理解・把握する必要があり、これまでに様々な欠陥評価法が開発されてきた。

例えば、欠陥に対して有効な手法としては、ＤＬＴＳ（ＤｅｅｐＬｅｖｅｌＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法、ライフタイム法、赤外散乱法、フォトルミネッセンス法、選択エッチング法、ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析）法などがある。

このうち、ＤＬＴＳ法とは対象サンプルにＭＯＳキャパシタを作製し、温度を変えながら空乏層容量の過渡的変化を測定するものであり、ＤＬＴＳ法は不純物金属の定量が可能である。

しかし、ＤＬＴＳ法の場合には、試料作製に時間を要することと、測定エリアがキャパシタの大きさによって決まってしまうため一測定での測定エリアが数ｍｍ²と極めて限られた領域の情報しか得られないという問題がある。

また、ＩＣＰ−ＭＳ法は、ケミカルなエッチングで半導体基板表面を溶かし落とした回収液の質量分析を行い、それに含まれる元素を定量するという方法であるが、ＤＬＴＳ法とは対照的に半導体基板全面の平均情報しか得られず、不純物金属の分布は調べることができないという問題がある。

また、選択エッチング法は、ボイドや酸素析出物などの欠陥の周りには歪が発生しているため化学エッチングのエッチングレートが変わるためエッチング後はピットとなって観察されることを利用して欠陥の密度を調べる手法であり、非常に簡便な手法であるが、サイズが１００ｎｍ以上という比較的大きな欠陥しか検出できないという問題がある。

また、赤外散乱法は、半導体基板に赤外線を照射してボイドや酸素析出物などの欠陥からの散乱を観測するという欠陥評価であり、大きさが数十ｎｍという微小な欠陥を検出することはできるが不純物金属のような原子レベルの欠陥の評価はできない。

ところで、不純物金属、転位、酸素析出物、ボイドといった欠陥は半導体基板、特に、シリコンに関しては、バンドギャップ中に深い準位を作り、電子や正孔のトラップ中心となるためライフタイムの低下をもたらし、それに起因してシリコンのフォトルミネッセンスの発光強度が低下することが知られている。

そのため、これらの欠陥の評価には、ライフタイムやフォトルミネッセンスの測定が有効であるが、両者を比較すると、ライフタイム測定に比べてフォトルミネッセンス測定の方が空間分解能に優れているので、フォトルミネッセンス法は種々の欠陥の評価に極めて有効である。

このフォトルミネッセンス法とは、測定対象となる、例えば、シリコンウェーハよりなる半導体基板に、シリコンのバンドギャップよりもエネルギーの高い波長をもつレーザ光を照射し、それにより発生する発光を測定する方法である（例えば、特許文献１参照）。

半導体のバンドギャップよりも大きい光子エネルギーの光を励起源に用いて、当該半導体に励起光を照射し吸収させると、非平衡の電子・正孔が生じるが、これらの電子・正孔はいくつかの準安定状態を経由し、さらに再結合することによって初めの熱平衡状態にもどる。

この過程で発光性再結合により放出された光がフォトルミネッセンスによる発光であり、当該発光の検出によって試料の分析・検査などを行う方法がフォトルミネッセンス法と呼ばれている。

フォトルミネッセンス法に用いるレーザ光のシリコンへの侵入深さは波長に依存し、それにより生成される電子と正孔の領域、即ち、表面からの深さも変わるため、波長を選ぶことにより、表層、バルクという深さ方向の欠陥状態の違いを評価することもできる。

半導体集積回路の動作領域の欠陥評価を行うには表面から数ｎｍや数μｍという極表層の評価が必要になるが、そのためにはレーザ光として波長が４００ｎｍよりも短い紫外線を用いるほかない。
例えば、Ａｒ⁺レーザの発振線である波長３６４ｎｍの紫外線について、レーザそのものの侵入長は約１０ｎｍと言われている。
特開２００４−２３３２７９号公報

しかし、レーザ光の侵入長、即ち、電子と正孔の生成領域は表層から１０ｎｍといえども、極表層のエピタキシャル成長層で生成された電子と正孔はバルク中へ拡散するため、バルクの欠陥等に起因する発光も検出してしまい、極表層の欠陥等に起因する発光のみを検出することが困難であるという問題があった。

また、ボイドを含んだバルクシリコンウェーハ上にシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウェーハの場合、エピタキシャル成長時にバルクシリコンウェーハの表面のボイド欠陥がシリコン原子で充填されるため、エピウェーハ表層は無欠陥となる。

しかし、エピタキシャル成長は１０００℃以上の高温で行われるため、高温時の汚染が懸念されるところ、エピタキシャルシリコン薄膜の膜厚は数μｍと非常に薄いため、エピタキシャルシリコン薄膜のみの品質、特に汚染原子を評価するのは非常に困難で、技術の確立が望まれている。

したがって、本発明は、フォトルミネッセンスを用いて良好な効率で半導体基板の極表層の欠陥を検出することを目的とする。

図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、半導体基板１の検査方法において、半導体基板１の一方の面に励起光３を照射して照射面からのフォトルミネッセンスによる発光４，５を検出する第１の検出工程と、前記半導体基板１の他方の面に励起光３を照射して照射面からのフォトルミネッセンスによる発光６を検出する第２の検出工程と、前記第１の検出工程と前記第２の検出工程で検出された発光４〜６データを処理して前記半導体基板１の欠陥を検出するデータ処理工程とを有することを特徴とする。

このように、半導体基板１の一方の面に励起光３を照射することにより、照射により発生した電子と正孔が照射面からある深さまで到達し、その過程で発生するフォトルミネッセンス検出することにより、到達深さまでに存在する欠陥を検出することが可能となり、さらに他方の面に励起光３を照射して照射面からのフォトルミネッセンスを検出することにより、他方の面から電子と正孔の到達深さまでに存在する欠陥を検出することが可能となり、その検出出力の差分を取ることによって半導体基板１の内部に存在する欠陥の影響を相殺することができ、それによって、デバイスを形成する半導体基板１の極表層２の欠陥を精度良く検出することが可能になる。

この場合、第１の検出工程及び第２の検出工程において、前記半導体基板１の任意の点に励起光３を照射しても良く、それによって、特定の箇所の欠陥を検出することができる。

また、データ処理工程が、一方の面の発光４，５強度の二次元分布と他方の面の発光６強度の二次元分布を取得する工程、前記二つの二次元分布の差分を取る工程、及び、前記差分の変化が極値となる点を欠陥とする工程とからなることによって、半導体基板１の極表層２、即ち、デバイス形成領域の欠陥のみを精度良く検出することができる。

この場合の半導体基板１としてはシリコン基板１、特に、極表層２としてシリコン、酸素、窒素の少なくとも１つを含む薄膜を有するシリコン基板１が典型的なものであり、また、検出対象となる欠陥は、転位、ボイド、酸素析出物、Ｆｅ等の不純物、或いは、不純物とシリコン原子から構成される欠陥のいずれかである。

また、第１の検出工程及び第２の検出工程において、波長が４００ｎｍ以下のレーザ光を上記半導体基板１に照射することが望ましく、それによって、励起光３の侵入長が短くなるので半導体基板１の極表層２の欠陥をより精度良く検出することができる。

また、半導体基板１の検査装置としては、半導体基板１に励起光３を照射する励起光源と、前記半導体基板１からのフォトルミネッセンスによる発光４〜６を検出する光検出器７と、前記半導体基板１の照射面を変えるための回転機構と、前記光検出器７で検出した発光４〜６データを処理して前記半導体基板１の欠陥を検出するデータ処理機構を備えるように構成すれば良い

この場合、半導体基板１を保持する保持手段を、上記励起光３の光軸方向に垂直な２つの互いに直交する方向に移動可能な試料ステージに支持することが望ましく、それによって、フォトルミネッセンス強度の二次元分布を容易に取得することが可能になる。

本発明によれば、ウェーハ面内でのデバイス形成領域の欠陥の分布が取得でき、それによって、従来よりも高精度なシリコンウェーハの品質管理や半導体装置の作製工程におけるシリコンウェーハの品質のモニタリングが可能となり、ひいては、半導体装置の特性向上、歩留まり向上が達成に寄与するところが大きい。

本発明は、フォトルミネッセンス法を用いて半導体基板の欠陥を検出する際に、測定対象となる、半導体基板、典型的には、エピタキシャルシリコンウェーハに、シリコンのバンドギャップよりもエネルギーの高い波長をもつレーザ光、例えば、４００ｎｍ以下の波長のレーザ光を照射し、それにより発生するフォトルミネッセンス発光を測定を半導体基板の両面に対して行い、一方の面の発光強度の二次元分布と他方の面の発光強度の二次元分布を取得し、取得した二つの二次元分布の差分を取り、この差分の変化が極値となる点を欠陥、即ち、転位、ボイド、酸素析出物、Ｆｅ等の不純物、或いは、不純物とシリコン原子から構成される欠陥として検出するものである。

ここで、図２乃至図７を参照して、本発明の実施例１の半導体基板の欠陥検出方法を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施例１の半導体基板の欠陥検出方法に用いる検査装置の概念的構成図であり、検査装置２０は、半導体基板１０を保持する保持台２１、半導体基板１０に励起光２３を照射する照射部２２、半導体基板１０からのフォトルミネッセンス発光２４を検出する光検出部２５、及び、装置制御部３０を有している。

この場合、照射部２２は、例えば、発振波長が３６４ｎｍのＡｒレーザよりなり、励起光２３を半導体基板１０に照射するために、例えば、２つの反射ミラー２６，２７を有しており、照射部２２から照射された励起光２３は、反射ミラー２６，２７により反射された後、半導体基板１０に照射される。

また、この場合の半導体基板１０は、例えば、バルクのシリコン基板１１よりなり、照射部２２からの励起光２３の照射によってフォトルミネッセンス発光２４を生じ、反射ミラー２８を介して光検出部２５によって検出される。

また、保持台２１は、試料ステージ（図示を省略）に支持されて、互いに直交する回転するＸ方向及びＹ方向に移動されるとともに、Ｙ軸を回転軸としたθ方向に駆動され、半導体基板１０をθ方向に１８０°回転させることによって、半導体基板１０の一方と他方の面の両方について面内の発光の分布を測定することが可能なように構成されている。

また、試料ステージによって、半導体基板１０を保持台２１ごとＸ方向及びＹ方向に移動させながら励起光２３の照射と、フォトルミネッセンス発光２４の検出を順次行うことによってフォトルミネッセンス発光２４の二次元分布が得られる。

また、装置制御部３０は、検査装置２０の動作を制御するために、照射部２２を制御する照射部制御手段３１、光検出部２５を制御する光検出部制御手段３２、光検出部で検出された発光データを処理して欠陥を検出するデータ処理手段３３、データを記憶する記憶手段３４、およびユーザインターフェースとなる入出力手段３５を有している。

図３参照
図３は、本発明の実施例１の半導体基板の欠陥検出方法のフローチャートであり、各ステップ（Ｓ）を順に説明すると、まず、
Ｓ１：照射部制御手段２１によって照射部２２を制御して、例えば、波長３６４ｎｍのＡｒ⁺レーザ光よりなる励起光２３を半導体基板１０に照射する。
なお、この場合の照射条件としては、Ａｒ⁺レーザ光のビームスポット径は、例えば、１００μｍとし、１ショット当たり６００Ｗ／ｃｍ²のエネルギーで、例えば、１００μｍのピッチで照射する。次いで、
Ｓ２：励起光２３の照射による半導体基板１０からのフォトルミネッセンス発光２４を光検出部制御手段３２によって制御された光検出部２５によって検出する。次いで、Ｓ３：保持台２１をθ方向に１８０°回転させることによって、照射部２２からの励起光２３の照射面を変更する。次いで、
Ｓ４：ステップ１と同様に、変更した照射面に励起光２３を照射する。次いで、
Ｓ５：ステップ２と同様に、励起光２３の照射による半導体基板１０からのフォトルミネッセンス発光２４を光検出部制御手段３２によって制御された光検出部２５によって検出する。最後に、
Ｓ６：ステップ２及びステップ５で検出された発光データをデータ処理手段３３によって処理して、半導体基板１０の欠陥を検出する。

図４参照
図４は、シリコン単結晶の典型的なフォトルミネッセンススペクトルであり、図に示す発光はバンド端発光と呼ばれ、伝導帯の自由電子と価電子帯の自由正孔の再結合過程における発光である。

例えば、シリコン単結晶中に欠陥が存在すると、光照射によって生じた電子あるいは正孔は欠陥にトラップされるためバンド端発光の強度が低下するため、バンド端発光強度の低下は結晶中に欠陥が存在することを示している。

図５及び図６参照
図５及び図６は、上記のＳ１及びＳ４の条件でレーザ光を照射した場合の半導体基板の欠陥分布の説明図であり、ここでは、発光強度を、明暗（白黒）で可視化して模式化している。
なお、この場合の半導体基板１０としては、熱処理を施したバルクのシリコン基板１１を用いており、図中、黒く見える部分が発光強度が小さい部分であり、欠陥を示していると考えられる。

なお、図５は半導体基板の表面、即ち、デバイス形成面に励起光２３を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図であり、図６は、半導体基板の裏面に励起光２３を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図である。

この場合、デバイス形成面に励起光２３を照射した場合には、シリコン基板１１の極表層で励起光２３が吸収され、電子−正孔対を生成するが、生成した電子及び正孔はシリコン基板１１の内部にも拡散していくため、図５においては、デバイス形成領域の欠陥とシリコン基板１１の内部の欠陥を反映している。
一方、半導体基板１０の裏面に励起光２３を照射した場合には、シリコン基板１１自体の欠陥を反映していることになる。

図７参照
図７は、上記のＳ６において、図５に示したフォトルミネッセンス発光データと図６に示したフォトルミネッセンス発光データの差分を取り、差分における極値をエピタキシャルシリコン層における黒部として示したものである。
即ち、図５に示したフォトルミネッセンス発光データに含まれるシリコン基板１１の内部の欠陥成分は図６に示したフォトルミネッセンス発光データによる相殺される。
なお、表面側の二次元分布と裏面側の二次元分布においては、同じ貫通欠陥等は左右反転して現れるので、差分を取る場合には、図５に対して図６のパターンを反転させて差分を取る。

上述のように、デザインルールが０．３５μｍとなった時点で、それ以前には問題にならなかった約０．１μm サイズのボイド欠陥が顕在化したが、加熱処理により表層のボイド欠陥が消滅することは知られている。

しかし、加熱処理が不十分な場合は残存し、図５に点在する黒点は、加熱処理時にボイド欠陥が残存していることを示唆する結果である。
なお、図６において外周部で白く発光強度が強い箇所が観測されたが、この箇所は加熱処理時のウェーハ保持のためのボート位置と一致するため、加熱処理時に加熱炉内から飛来した汚染金属原子の付着を免れたため、欠陥が発生していないと推測できる。

以上、説明したように、本発明の実施例１においては、熱処理を施したバルクシリコンウェーハの両面に対してそれぞれフォトルミネッセンス発光強度を測定して、その差分を取っているので、シリコン基板１１の内部の欠陥の影響を受けることなく、デバイス形成領域である極表層の欠陥を精度良く検出することができる。

次に、図８乃至図１３を参照して、本発明の実施例２の半導体基板の欠陥検出方法を説明するが、ここでは、半導体基板１０として、シリコン基板１１上にエピタキシャルシリコン層を堆積させたエピタキシャルウェーハを用いるだけで、検査装置は上記の実施例１と全く同様であり、検査フローも上記の図３に示した実施例１のフローと同様である。
但し、実施例２においては、励起光２３の照射条件を、波長３６４ｎｍのＡｒ⁺レーザ光を、ビームスポット径を、例えば、１００μｍとし、１ショット当たり６００Ｗ／ｃｍ²のエネルギーで、１００μｍのピッチで照射する。

図８及び図９参照
図８は、エピタキシャルシリコン層側から励起光を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図であり、また、図９はシリコン基板の裏面に励起光を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図であり、ここでも、発光強度を、明暗（白黒）で可視化して模式化して示している。
図から明らかなように、図８及び図９ともに同心円状のコントラストが観測された。

図１０参照
図１０は、図８及び図９における同一箇所の強度変化を示したものであり、図から明らかなように、表面側と裏面に側とにおいて発光強度の変化が同期していることが判明した。
これは、バルクのシリコン基板１１に含まれる高濃度のボロンは、シリコン結晶の成長時に融液中に溶かし込まれ固化時にシリコン内に取り込まれたものであるが、固液界面では固化と再溶解が変動しており、加えてシリコンは回転しながら固化するとともに、固液界面が上方に凸状であるために、成長時におけるＢ濃度の濃淡が同心円状になって現れる、これは、ストリエーションと呼ばれている。

このように、シリコン基板１１中にボロンが高濃度に存在すると励起光２３の吸収により生成したキャリアが吸収されシリコン基板１１自体の発光は弱くなる。
エピタキシャルウェーハの場合、シリコン基板１１がｐ⁺型であるのに対して、エピタキシャルシリコン層はｐ型であり、シリコン基板１１のＢ濃度が高いために、図８に示すエピタキシャルシリコン層側から励起光を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図の場合も、図９の場合と同様に、シリコン基板１１自体のＢ濃度の濃淡を反映することになる。

図１１及び図１２参照
図１１及び図１２は、ｐ／ｐ＋構造のシリコンエピタキシャルウェーハを炉内で加熱した後、上記の実施例１と同様に、シリコンエピタキシャルウェーハの欠陥分布を調査した結果を示したものであり、図１１は、エピタキシャルシリコン層側に励起光２３を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図であり、一方、図１２はシリコン基板１１の裏面に励起光２３を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図である。

なお、ここでは、検出結果が明らかになるように、加熱処理に用いた炉を予めＦｅで汚染させておき、加熱処理中にＦｅが飛来してウェーハ表面に付着し、１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度がウェーハ内に取り込まれる条件にしている。
図から明らかなように、図１１及び図１２ともに同心円状のコントラストが観測された。

図１３参照
図１３は、図１１及び図１２における同一箇所の強度変化を示したものであり、図から明らかなように、図１０とは逆に、表面側と裏面に側とにおいて発光強度の変化が逆相関の関係にあることが判明した。

図１１において、白く発光が強い箇所は図１２において黒く発光が弱くなっており、シリコン基板１１のボロン濃度が局所的に高い箇所に対応している、即ち、シリコン基板１１中のボロン濃度が高いところがエピタキシャルシリコン層の品質が良いことを示している。
なお、上述のように不可避的に汚染鉄原子が取り込まれる環境で加熱処理を施しているため、この場合の品質とは汚染鉄原子が少ないことを意味する。

ところで、シリコン中ボロン（Ｂ）とＦｅ等のｄ電子系重金属原子は、複合体、例えば、鉄ボロンペアを作るという働きを持つため、シリコン中のボロンはｄ電子系重金属汚染原子を吸引・捕獲する、いわゆるボロンゲッタリングと呼ばれるゲッタリング作用を有しており、これにより素子の活性領域からデバイスにとって最も有害な重金属原子を除去でき歩留まり向上が図られている。

したがって、ボロンを高濃度に含有しているｐ⁺型シリコン基板、ひいては、ｐ型／ｐ⁺型エピタキシャルウェーハは、ｄ電子系重金属汚染原子に対して絶大なるゲッタリング能力を持つことが知られている。

上記の図１１及び図１２のＦｅとＢの濃度変化による発光強度の変化は、ＢによるＦｅゲッタリングを反映していると考えられ、Ｆｅ等のｄ電子系重金属原子の意図的な汚染を利用することによって、原子レベルの濃度変化をウェーハスケールでの評価が可能になる。

以上、本発明の各実施例を説明したが、本発明は各実施例に示した構成、条件、数値に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、上記の各実施例においては一方と他方の両面からの発光を測定するにあたって、半導体基板をθ方向に１８０°回転させているが、単純には、半導体基板を保持台から外し、半導体基板と保持台の接着面を変えるように構成しても良いものである。

また、上記の各実施例においては、トランジスタ等の半導体デバイスが作り込まれていないベアのシリコンウェーハの検査結果を一例として示したが、半導体装置の製造工程において、半導体デバイスが作り込まれたシリコンウェーハに対しても適用されるものである。

この場合、半導体装置の製造工程において、酸化膜や窒化膜に代表される絶縁膜が形成されていても、酸化膜や窒化膜は励起光のエネルギーよりもバンドギャップが大きく励起光に対して透明であるので、欠陥検査は酸化膜や窒化膜を介した励起光の照射により行うことができる。

また、配線用金属膜等の励起光に対して不透明な膜が形成された段階のシリコンウェーハに対しては、エッチング等で薄膜等が除去されている箇所を選ぶことによって、欠陥監査は可能である。

また、上記の各実施例においては言及していないが、検出したフォトルミネッセンスを分光して発光強度の波長変化を検出することによって、検出した欠陥が、転位、ボイド、酸素析出物、不純物、或いは、不純物とシリコン原子から構成される欠陥のいずれかであるかを特定することが可能になる。

ここで、再び図１を参照して、改めて、本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）半導体基板１の一方の面に励起光３を照射して照射面からのフォトルミネッセンスによる発光４，５を検出する第１の検出工程と、前記半導体基板１の他方の面に励起光３を照射して照射面からのフォトルミネッセンスによる発光６を検出する第２の検出工程と、前記第１の検出工程と前記第２の検出工程で検出された発光４〜６データを処理して前記半導体基板１の欠陥を検出するデータ処理工程とを有することを特徴とする半導体基板の検査方法。
（付記２）上記第１の検出工程及び第２の検出工程において、前記半導体基板１の任意の点に励起光３を照射することを特徴とする付記１に記載の半導体基板の検査方法。
（付記３）上記データ処理工程が、一方の面の発光４，５強度の二次元分布と他方の面の発光６強度の二次元分布を取得する工程、前記二つの二次元分布の差分を取る工程、及び、前記差分の変化が極値となる点を欠陥とする工程とからなることを特徴とする付記１または２に記載の半導体基板の検査方法。
（付記４）上記半導体基板１が、シリコン基板１であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の半導体基板の検査方法。
（付記５）上記シリコン基板１が、シリコン、酸素、窒素の少なくとも１つを含む薄膜を有することを特徴とする付記４記載の半導体基板の検査方法。
（付記６）上記欠陥が、転位、ボイド、酸素析出物、不純物、或いは、不純物とシリコン原子から構成される欠陥のいずれかであることを特徴とする付記４または５に記載の半導体基板の検査方法。
（付記７）上記第１の検出工程及び第２の検出工程において、波長が４００ｎｍ以下のレーザ光を上記半導体基板１に照射することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載の半導体基板の検査方法。
（付記８）半導体基板１に励起光３を照射する照射光源と、前記半導体基板１からのフォトルミネッセンスによる発光４〜６を検出する光検出器７と、前記半導体基板１の照射面を変えるための回転機構と、前記光検出器７で検出した発光４〜６データを処理して前記半導体基板１の欠陥を検出するデータ処理機構を備えたことを特徴とする半導体基板の検査装置。
（付記９）上記半導体基板１を保持する保持手段を、上記励起光３の光軸方向に垂直な２つの互いに直交する方向に移動可能な試料ステージに支持することを特徴とする付記８記載の半導体基板の検査装置。

本発明の活用例としては、熱処理を施したバルクシリコンウェーハ或いはシリコンエピタキシャルウェーハの欠陥検査方法が典型的なものであるが、シリコンに限られるものではなく、ＳｉＧｅエピタキシャル層を設けた半導体基板や、ＧａＡｓ等の化合物半導体基板、さらには、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰヘテロエピタキシャルウェーハ等の欠陥検査にも適用されるものである。

本発明の原理的構成の説明図である。本発明の実施例１の半導体基板の欠陥検出方法に用いる検査装置の概念的構成図である。本発明の実施例１の半導体基板の欠陥検出方法のフローチャートである。シリコン単結晶の典型的なフォトルミネッセンススペクトルである。半導体基板の表面に励起光を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図である。半導体基板の裏面に励起光を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図である。図５に示したフォトルミネッセンス発光データと図６に示したフォトルミネッセンス発光データの差分を黒部として示した図である。エピタキシャルシリコン層側から励起光を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図である。シリコン基板の裏面に励起光を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図である。図８及び図９における同一箇所の強度変化を示した図である。エピタキシャルシリコン層側に励起光を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図である。シリコン基板の裏面に励起光を照射して得られるフォトルミネッセンス発光の二次元分布図である。図１１及び図１２における同一箇所の強度変化を示した図である。

符号の説明

１半導体基板
２極表層
３励起光
４フォトルミネッセンスによる発光
５フォトルミネッセンスによる発光
６フォトルミネッセンスによる発光
７光検出器
１０半導体基板
１１シリコン基板
２０検査装置
２１保持台
２２照射部
２３励起光
２４フォトルミネッセンス発光
２５光検出部
２６反射ミラー
２７反射ミラー
２８反射ミラー
３０装置制御部
３１照射部制御手段
３２光検出部制御手段
３３データ処理手段
３４記憶手段
３５入出力手段

Claims

半導体基板の一方の面に励起光を照射して照射面からのフォトルミネッセンスによる発光を検出する第１の検出工程と、前記半導体基板の他方の面に励起光を照射して照射面からのフォトルミネッセンスによる発光を検出する第２の検出工程と、前記第１の検出工程と前記第２の検出工程で検出された発光データを処理して前記半導体基板の欠陥を検出するデータ処理工程とを有することを特徴とする半導体基板の検査方法。
上記第１の検出工程及び第２の検出工程において、前記半導体基板の任意の点に励起光を照射することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の検査方法。
上記データ処理工程が、一方の面の発光強度の二次元分布と他方の面の発光強度の二次元分布を取得する工程、前記二つの二次元分布の差分を取る工程、及び、前記差分の変化が極値となる点を欠陥とする工程とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板の検査方法。
上記第１の検出工程及び第２の検出工程において、波長が４００ｎｍ以下のレーザ光を上記半導体基板に照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体基板の検査方法。
半導体基板に照射光を照射する照射光源と、前記半導体基板からのフォトルミネッセンスによる発光を検出する光検出器と、前記半導体基板の照射面を変えるための回転機構と、前記光検出器で検出した発光データを処理して前記半導体基板の欠陥を検出するデータ処理機構を備えたことを特徴とする半導体基板の検査装置。
上記半導体基板を保持する保持手段を、上記励起光の光軸方向に垂直な２つの互いに直交する方向に移動可能な試料ステージに支持することを特徴とする請求項５記載の半導体基板の検査装置。