[发明专利]表面晶体缺陷的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价半导体基片晶体的装置，特别地涉及一种测量硅基片中诸如析出物，层错之类的晶体缺陷的存在密度和尺寸，以及距晶体表面的深度的测量方法和装置。

背景技术

随着LSI(大规模集成电路)的集成度的提高，出现了因构成LSI的MOS(金属-氧化物半导体)晶体管的缺陷引起的成品率和可靠性降低的严重问题。MOS晶体管的缺陷，主要是由门氧化膜的绝缘破坏和接合处的泄漏电流过大引起的。后者尤其在DRAM(必须有记忆保持动作的动态随机存取存储器)中存在引起被称作刷新缺陷的信息丢失现象的问题。许多这样的MOS晶体管的缺陷，是直接地或间接地由硅基片中的晶体缺陷造成的。缺陷对器件的影响，因缺陷的存在密度和尺寸、以及距表面的深度而异，因此测量这些量的技术是十分重要的。

与上述缺陷测量技术相关的有如下的公知例。有把硅基片切开，沿其断面(与试样表面法线方向垂直)照射穿透硅晶体的红外线，用照相机摄下从硅晶体的微小缺陷来的散射光像的方法。该方法叫做红外线散射层析X线摄影法(tomography)，例如在“晶体生长杂志”第88卷(1988年)P332中有详细记载。在该方法中可以测得微小区域的缺陷分布，但必须把试样切开，是一种破坏性的测量方法，试样准备需要时间。在该技术中，光束在与检测方向垂直的方向照射扫描，由照射光束的直径确定深度的分辨率，且该分辨率受限制于照射光的波长(约1μm)。

在日本特开平5-264468号公报中记载的公知技术中，红外线斜射入试样，用红外线摄影机对从试样内部缺陷来的散射光像进行二维观察，将散射光像各部分深度与其视野中的位置对应起来测量各缺陷的深度。这时深度的分辨率取决于光学成像性能(焦深)，是波长和折射率的乘积，至多4μm。

下面结合图2说明日本特开平6-50902号公报中记载的现有的半导体基片表面晶体缺陷测量方法。用激光照射基片表面，旋转基片，用透镜把基片上发出的散射光聚焦到检测器进行检测。设置有将得到的检测信号分割成高频带、中频带和低频带的频带分割电路，将分割后的各缺陷检测信号分别数字化的多个A/D转换电路以及把数字化的各缺陷检测信号作为缺陷数据存储于各缺陷检测位置对应的地址的多个存储器。数据处理部分对各缺陷数据进行处理，按不同频带在图上示出，根据各图表示出的缺陷数据，区别评价缺陷的种类。上述方法是根据随时间以脉冲形式产生的散射光检测信号的频带区别缺陷的形状、尺寸等的方法。在这种以检查含表面异物为目的的测量中，一般根据某一波长的散射光强度评价表面异物的尺寸。如果把这一原理应用到评价内部缺陷，由于散射光的强度即使对同一尺寸的缺陷也随缺陷的深度而衰减，就存在不能够进行缺陷尺寸评价的问题。

日本特开平2-61540号公报记载的发明涉及一种缺陷检测装置，该装置除了用来检测透光的平面被检测物(薄膜或较薄的透明板等)上附着的异物位置和大小，还用来判定该异物是附着在被检测物的上面还是下面。照射具有不同透射率的第1光束和第2光束，根据各自的散射光信号强度的大小关系就可判定异物是附着在入射面还是其反面。用该检测方法可判定异物的附着面，但不能确定内部缺陷的深度位置。

还有，在日本特开平7-294422号公中记载的发明涉及一种检测方法，该方法利用射向硅的入射光波长不同则进入内部的长度会变化这一点，采用波长不同的几种光源或波长连续变化的光源斜向入射，求出用入射光侵入长度长时和短时的结晶缺陷的差，就可检测出只在该侵入长度之差之间存在的结晶缺陷。这种情况下要测的晶体缺陷是在晶体表面～10μm左右深度内的结晶缺陷。

然而，在LSI的器件中，多数都是在距硅晶体表面0.5μm以下的区域形成的，在该区域产生的缺陷引起器件失效的几率高，而在更深的区域即使产生缺陷，多数情况下也与器件的失效无关了。因此，测量缺陷的分辨率必须在0.5μm以下。而且，缺陷尺寸不同对器件的影响也不同，因此还应当能够评价缺陷的尺寸。而且，检查硅基片质量所必需的缺陷检测灵敏度，至少是能够检出硅拉制时所产生的缺陷。进一步地，基片面内的缺陷分布一般说来是不均匀的，必须对基片的整个表面进行测量。然而，进行这种整面测量所用的时间，至少应在一天工作时间这样的短时间内完成。而且，为了在检测基片面内缺陷分布的同时识别缺陷的种类，希望能对每一个缺陷的形态进行观察。

本发明的目的正是为了提供满足上述条件的晶体缺陷测量方法及其装置。

发明的公开

下面描述本发明的实施方案。