(57)【要約】【課題】      デバイスが作られる半導体ウェハの表面近傍領域で生成寿命を測定する方法を提供する。【解決手段】  半導体ウェハ１０のｐｎ接合３６の生成寿命を決定する、以下の工程からなる方法、（ａ）ｐｎ接合３６を形成した半導体材料で形成された半導体ウェハ１０を用意し、（ｂ）弾性変形可能な導電性の接触子６を設け、（ｃ）半導体ウェハ１０のｐｎ接合３６上の表面に接触子６を接触させ、（ｄ）接触子６を介してｐｎ接合３６に逆バイアス電圧を印加し、（ｅ）逆バイアス電圧に応答して接触子６を流れる電流の値を測定し、（ｆ）逆バイアス電圧の値および測定された電流の値から、ｐｎ接合３６において１つの電子−正孔対を生成する時間であるｐｎ接合３６の生成寿命を決定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハのｐｎ接合の生成寿命を決定する、以下の工程からなる方法、
（ａ）ｐｎ接合を形成した半導体材料で形成された半導体ウェハを用意する工程、
（ｂ）弾性変形可能な導電性の接触子を設ける工程、
（ｃ）前記半導体ウェハの前記ｐｎ接合上の表面に前記接触子を接触させる工程、
（ｄ）前記接触子を介して前記ｐｎ接合に逆バイアス電圧を印加する工程、
（ｅ）前記逆バイアス電圧に応答して前記接触子を流れる電流の値を測定する工程、
（ｆ）前記逆バイアス電圧の値及び測定された前記電流の値から、前記ｐｎ接合において１つの電子−正孔対を生成する時間である前記ｐｎ接合の生成寿命を決定する工程。
【請求項２】
請求項１の方法において、
工程（ｃ）で、前記接触子はその弾性限界内で弾性変形するが、前記半導体ウェハの前記表面を損傷しない。
【請求項３】
請求項１の方法において、
前記ｐｎ接合は、前記ｐｎ接合の測定されたキャパシタンス、及び、前記ｐｎ接合を形成するための前記半導体材料のドーピングに関するデータから得られる前記ｐｎ接合のドーパント・プロファイル、のうちの一つによって決定される幅を有する空間電荷領域を有し、
工程（ｆ）は、前記生成寿命を決定するために、前記逆バイアス電圧の値及び前記測定された電流の値と前記空間電荷領域の幅とを組み合わせることを含む。
【請求項４】
請求項３の方法において、
前記ｐｎ接合を形成するための前記半導体材料の前記ドーピングは、前記半導体材料の一部に適当なｐ型イオンまたはｎ型イオンをイオン注入すること及び拡散することのうちの一つを含む。
【請求項５】
請求項１の方法において、
工程（ｆ）の前に、工程（ｄ）及び工程（ｅ）を繰り返し、工程（ｄ）の反復ごとに異なる値の逆バイアス電圧を使用することをさらに含み、
工程（ｆ）は、逆バイアス電圧の前記値と、逆バイアス電圧の個々の前記値に対応する測定された電流の値とのサブセットの関数として前記生成寿命を決定することを含む。
【請求項６】
請求項５の方法において、
工程（ｆ）は、前記測定された電流の値と、対応する逆バイアス電圧の値の平方根との前記サブセットの各値から前記生成寿命を決定することを含む。
【請求項７】
請求項５の方法において、
前記逆バイアス電圧の値の前記サブセットは、工程（ｄ）で決定された前記逆バイアス電圧の値のすべてまたは一部を含む。
【請求項８】
請求項１の方法において、
前記半導体ウェハは、形成された集積回路のパターンを有し、前記集積回路同士を分けるスクライブ線を有する製品ウェハである。
【請求項９】
請求項１の方法において、
前記接触子は、前記半導体材料及び前記半導体材料を覆う誘電体層のうちの一つと接触する。
【請求項１０】
半導体ウェハのｐｎ接合の生成寿命を決定する、以下の構成を備える装置、
ｐｎ接合を形成した半導体材料で形成された半導体ウェハを支持する手段、
弾性変形可能な導電性の接触子を前記半導体ウェハの前記ｐｎ接合上の表面に接触させる手段、
前記接触子を介して前記ｐｎ接合に少なくとも１つ値の逆バイアス電圧を印加する手段、
各逆バイアス電圧の印加に応答して前記接触子を流れる電流の値を測定する手段、
逆バイアス電圧の前記値と、対応する測定された電流の値とのサブセットから前記ｐｎ接合の生成寿命を決定する手段、前記生成寿命とは前記ｐｎ接合において１つの電子−正孔対を生成する時間である。
【請求項１１】
請求項１０の装置において、
前記接触子が前記半導体ウェハの前記表面に接触するとき、前記接触子はその弾性限界内で弾性変形するが前記半導体ウェハの前記表面を損傷しない。
【請求項１２】
請求項１０の装置において、
前記ｐｎ接合は、前記ｐｎ接合の測定されたキャパシタンス、及び、前記ｐｎ接合を形成するための前記半導体材料のドーピングに関するデータから得られる前記ｐｎ接合のドーパント・プロファイル、のうちの一つによって決定される幅を持つ空間電荷領域を有し、
前記生成寿命を決定するために、前記少なくとも１つの逆バイアス電圧の値及び前記測定された電流の値と前記空間電荷領域の幅とを組み合わせる手段をさらに備える。
【請求項１３】
請求項１２の装置において、
前記ｐｎ接合を形成するための前記半導体材料の前記ドーピングは、前記半導体材料に適当なｐ型またはｎ型イオンをイオン注入すること及び拡散することのうちの一つを含む。
【請求項１４】
請求項１０の装置において、
前記ｐｎ接合の生成寿命を決定する手段は、前記測定された電流の値と、対応する前記逆バイアス電圧の値の平方根との前記サブセットの各値の曲線から前記生成寿命を決定する。
【請求項１５】
請求項１０の装置において、
前記逆バイアス電圧の値の前記サブセットが逆バイアス電圧のすくなくとも１つの値を含む。
【請求項１６】
請求項１０の装置において、
前記半導体ウェハは、形成された集積回路のパターンを有し、前記集積回路同士を分けるスクライブ線を有する製品ウェハである。
【請求項１７】
請求項１０の装置において、
前記接触子は、前記半導体材料及び前記半導体材料を覆う誘電体層のうちの一つと接触する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ検査、特に製品半導体ウェハの生成寿命の決定に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属汚染は金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）装置の製作における重要な問題である。この汚染は、前洗浄作業、拡散及び酸化工程、加工ガス、及びイオン注入装置などの処理装置を含むいくつかの原因がある。金属汚染はキャリア生成寿命を低下させ、一般にシリコンのような間接遷移型バンドギャップ半導体に関連した重要な関心事である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
短い生成寿命は、接合漏れ電流とメモリ記憶回数に悪影響を及ぼす。従来、生成寿命を測定するためにモニタ・ウェハ（monitor wafer）を使用している。しかし、これは、加工費及びモニタ・ウェハのコストによりますます望ましくなくなっている。さらに、測定される生成寿命は、デバイスが作られる表面に近い空間電荷領域内のＳＨＲ（ショックレー・ホール・リード：Shockly-Hall-Read）生成に関連するものである。再結合寿命は、バンドギャップのおよそ半分より上方に存在する種々の金属汚染物質に敏感であるが、実際のデバイスが作られる表面近くの局所的な半導体品質には当てはまらない。
【０００４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、デバイスが作られる半導体ウェハの表面近傍領域で生成寿命を測定する方法と装置を提供する点にある。さらに、集積回路同士を分けるスクライブ線を備える集積回路パターンを形成した製品半導体ウェハについてこれらの測定をすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は半導体ウェハのｐｎ接合の生成寿命を決定する方法である。その方法は、ｐｎ接合を形成した半導体材料で形成された半導体ウェハを用意し、弾性変形可能な導電性の接触子を設けることを含む。半導体ウェハのｐｎ接合上の表面に接触子を接触させる。接触子が半導体ウェハの表面に接触すると、その接触子を介してｐｎ接合に逆バイアス電圧を印加する。逆バイアス電圧を印加する間、逆バイアス電圧に応答して接触子を流れる電流の値を測定する。逆バイアス電圧の値および測定された電流の値に基づいて、ｐｎ接合の生成寿命を決定するが、生成寿命とはｐｎ接合において１つの電子−正孔対を生成する時間である。
【０００６】
本発明において、接触子を半導体ウェハの表面に接触させるとき、接触子がその弾性限界内で弾性変形するが半導体ウェハの表面を損傷しないことが望ましい。
【０００７】
本発明において、ｐｎ接合は、ｐｎ接合の測定されたキャパシタンス、又は、ｐｎ接合を形成するための半導体材料のドーピングに関するデータから得られるｐｎ接合のドーパント・プロファイルによって決定される幅を持つ空間電荷領域を有する。生成寿命を決定する工程は、生成寿命を決定するために、逆バイアス電圧の値および測定された電流の値と空間電荷領域の幅を組み合わせることを含んでもよい。
【０００８】
本発明において、ｐｎ接合を形成するための半導体材料のドーピングは、半導体材料の一部に適当なｐ型イオンまたはｎ型イオンをイオン注入または拡散することを含んでもよい。
【０００９】
この方法は、ｐｎ接合に逆バイアス電圧を印加する工程と、逆バイアス電圧に応答して接触子を流れる電流の値を測定する工程を繰り返し、これらの工程を繰り返す毎に異なる値の逆バイアス電圧を印加することをさらに含んでもよい。生成寿命は、逆バイアス電圧の値と、逆バイアス電圧の夫々の値に対する測定された電流の値とのサブセットの関数として決定することができる。具体的には、生成寿命は、測定された電流の値と、対応する逆バイアス電圧の値の平方根とのサブセットの各値の曲線の、再結合ではなく生成が支配的な勾配から決定することができる。測定時の温度は、準中性（quasi-neutral）バルクからの拡散が顕著になることを許容するのに必要な温度より低くなければならない。一般に、４０℃未満の温度が望ましい。
【００１０】
本発明の方法は、形成された集積回路のパターンを有し、集積回路同士を分けるスクライブ線を有する製品ウェハに適用することができる。
【００１１】
本発明において、接触子は、半導体材料または半導体材料を覆う誘電体層と接触してもよい。
【００１２】
本発明は、半導体ウェハのｐｎ接合の生成寿命を決定する装置でもある。その装置は、ｐｎ接合を形成した半導体材料で形成された半導体ウェハを支持する手段を含む。そして、弾性変形可能な導電性の接触子を半導体ウェハのｐｎ接合上の表面に接触させる手段が設けられる。接触子を介してｐｎ接合に少なくとも１つの値の逆バイアス電圧を印加する手段と、各逆バイアス電圧に応答して接触子を流れる電流の値を測定する手段も設けられる。最後に、装置は、逆バイアス電圧の値と、対応する測定された電流の値とのサブセットからｐｎ接合の生成寿命を決定する手段を含む。
【００１３】
本発明において、接触子が半導体ウェハの表面に接触するとき、その弾性限界内で弾性変形するが半導体ウェハの表面を損傷しないことが望ましい。
【００１４】
本発明において、装置は、生成寿命を決定するために、少なくとも１つの逆バイアス電圧の値および測定された電流の値とｐｎ接合の空間電荷領域の幅とを組み合わせる手段をさらに含んでもよい。あるいは、ｐｎ接合の生成寿命を決定する手段は、測定された電流の値と、対応する逆バイアス電圧の値の平方根との各値の曲線の勾配から生成寿命を決定してもよい。曲線は、適当な曲線の当てはめ式（curve fitting equation）、測定された電流の値と、対応する逆バイアス電圧の値の平方根とのプロット等を非限定的に含む任意の適当な方法でも決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照すると、半導体ウェハ検査システム２は導電性の真空チャック４と接触子６を含んでいる。接触子６は半導体ウェハ１０の検査に適したいかなる形状をも考えられるから、長いプローブの形をした図１の接触子６の例は発明を限定するものではない。チャック４は半導体ウェハ１０の裏面８を支持するように構成され、ウェハ１０は吸引手段（図示せず）によってチャック４に接触して保持される半導体材料で形成された基板１２を含んでいる。半導体ウェハ１０は基板１２の上面１６を覆う誘電体層１４を含んでいるが、これは不可欠ではない。
【００１６】
接触子６は、基板１２の上面１６、あるいは誘電体層１４があればその上面２２と接触する少なくとも部分的に球状の導電面２０を含むことが望ましい。部分的に球状の導電面２０が望ましいが、半導体ウェハ１０の検査に適した他の形状の表面（図示せず）を利用することもできる。したがって、部分的に球状の導電面２０である図１の例は発明を限定するものではない。少なくとも接触子６の表面２０が弾性変形可能であることが望ましい。
【００１７】
周知の種類の接触形成手段２６が、チャック４及び／または接触子６の矢印２８で示された上下動を制御し、接触子６と半導体ウェハ１０を互いに近づける。そして、接触子６が基板１２の上面１６、あるいは誘電体層１４があればその上面２２を押圧する。つまり、接触形成手段２６は、本発明の「弾性変形可能な導電性の接触子を前記半導体ウェハの前記ｐｎ接合上の表面に接触させる手段」に相当する。
【００１８】
半導体ウェハ１０がチャック４上に載置され、接触子６が半導体ウェハ１０と接触すると、電気刺激付与手段３０が接触子６と半導体ウェハ１０に適切な電気刺激を付与するよう電気的に接続可能である。つまり、電気刺激付与手段３０は、本発明の「接触子を介してｐｎ接合に少なくとも１つ値の逆バイアス電圧を印加する手段」に相当する。
【００１９】
電気刺激付与手段３０によって付与された検査用電気刺激に対する半導体ウェハ１０の反応を測定するために測定手段３２が電気的に接続可能である。チャック４は基準接地に接続されていることが望ましい。しかし、これは発明を限定するものではなく、チャック４はＡＣまたはＤＣ基準バイアスに接続されていてもよい。つまり、測定手段３２は、本発明の「各逆バイアス電圧の印加に応答して前記接触子を流れる電流の値を測定する手段」に相当する。
【００２０】
半導体ウェハ１０は、集積回路（図示せず）と、集積回路同士を分けるスクライブ線（図示せず）のパターンを形成した製品半導体ウェハでもよい。製品半導体ウェハ１０の基板１２はｐ型の材料で形成することができ、基板１２にｎ＋型の材料の１つ以上のウエル３４が形成されていてもよい。あるいは、製品半導体ウェハ１０の基板１２はｎ型の材料で形成することができ、基板１２にｐ＋型の材料の１つ以上のウエル３４が形成されていてもよい。各ウエル３４は、ｎ型またはｐ型基板１２へ適切なｐ型イオンあるいはｎ型イオンを導入することにより形成することができる。基板１２へ適切なｐ型イオンあるいはｎ型イオンを導入するために、いかなる適当な手段をも利用することができる。基板１２へｐ型のイオンあるいはｎ型イオンを導入するに適した手段の例は、イオン注入及び拡散を含む。
【００２１】
適当なイオンを基板１２にドープすることによる各ウエル３４の形成は、対応するｐｎ接合３６を形成する。各ｐｎ接合３６は、ｐｎ接合３６の測定されたキャパシタンス（Ｃｐｎ）、あるいはｐｎ接合３６を形成するための基板１２のイオン・ドーピングに関するデータから得られるｐｎ接合３６のドーパント勾配から決定することができる幅（ＷＳＣ）または厚さ３９を持つ空間電荷領域３８を形成する。
【００２２】
ｐｎ接合３６のキャパシタンス（Ｃｐｎ）は、容量計等の公知の手段によって直接決定することができる。Ｃｐｎが分かれば、ｐｎ接合３６の空間電荷領域３８の幅（ＷＳＣ）は、Ｃｐｎの関数として以下の式１を用いて決定することができる。但し、下記式１中において、ＫＳ＝半導体の誘電率（Ｓｉ＝１１．７）、ε＝自由空間の誘電率（８．８５４×１０-１４ファラド／ｃｍ）、ＡＪ＝ｐｎ接合の面積（ｃｍ２）である。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
あるいは、ｐｎ接合３６の空間電荷領域３８の幅（ＷＳＣ）は、ｐｎ接合３６に印加される逆バイアス電圧（ＶＲ）の各値の関数として、階段接合用の下記式２または直線傾斜接合（linearly graded junction）用の下記式３を用いて決定することができる。但し、下記式中において、ＫＳ＝半導体の誘電率（Ｓｉ＝１１．７）、ε＝自由空間の誘電率（８．８５４×１０−１４ファラド／ｃｍ）、ＶＲ＝ｐｎ接合３６に印加される逆バイアス電圧、φＢ＝外部から印加される電圧がない状態でのｐｎ接合のポテンシャル、ＮＢ＝軽くドープした領域のドーパント密度（ｃｍ−３）（階段接合では、接合の軽くドープした側または領域のドーパント密度は、重くドープした側または領域のドーパント密度未満の２〜３以上のオーダーである）、ｑ＝電子電荷＝１．６０２×１０−１９クーロン、ａ＝ドーピング勾配である。
【００２５】
【数２】
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【００２６】
空間電荷領域３８の幅（ＷＳＣ）を決定する式２または式３のいずれかの使用が好ましい。これらの式は、空間電荷領域３８の平均幅を出すＣｐｎや式１と比べて、対応する階段接合または直線傾斜接合用のＷＳＣの実際値をより正確に決定するからである。
【００２７】
生成寿命（τｇ）としても知られる、ｐｎ接合３６で１つの電子−正孔対を生成する平均時間は、それがｐｎ接合３６の漏れ電流を決定するから、製品半導体ウェハ１０の生産における重要なパラメータである。
【００２８】
ｐｎ接合３６のτｇを決定する１つの方法は、電気刺激付与手段３０が、接触子６を介してｐｎ接合３６に適切な値の逆バイアス電圧（ＶＲ）を印加することを含む。ｐｎ接合３６へのＶＲの印加中に、測定手段３２が、ｐｎ接合３６に印加された逆バイアス電圧ＶＲの値を測定し、ｐｎ接合３６へのＶＲの印加に応答して接触子６を流れる逆バイアス電流（ＩＲ）の値を測定する。その測定値ＶＲ、ＩＲを用いて、そして以下の式４を用いて、測定手段３２はｐｎ接合３６の生成寿命（τｇ）を決定する。つまり、測定手段３２は、本発明の「逆バイアス電圧の値と、対応する測定された電流の値とのサブセットからｐｎ接合の生成寿命を決定する手段」及び「生成寿命を決定するために、少なくとも１つの逆バイアス電圧の値及び測定された電流の値と空間電荷領域の幅とを組み合わせる手段」に相当する。
【００２９】
【数３】
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【００３０】
ｐｎ接合３６のτｇを決定する別の方法は、電気刺激付与手段３０が、接触子６を介してｐｎ接合３６に逆バイアス電圧（ＶＲ）の複数の値を印加することと、測定手段３２が、ＶＲの複数の値と、対応する接触子６を流れるＩＲの値を測定することを含む。接合３６に対するＩＲの複数の値とＶＲの対応する値の曲線４０は図２に示されている。
【００３１】
図２で、電圧Ｖ０及びＶ１の間でｐｎ接合３６を流れる電流は、主としてＩＤｉｆｆによる。電圧Ｖ１及びＶ２の間では、ｐｎ接合３６を流れる電流は主としてＩＧｅｎによる。電圧Ｖ２を超えると、ｐｎ接合３６は接合のブレークダウンを生じる。
【００３２】
図３を参照し、図２を引き続き参照すると、ＶＲの複数の値と接触子６を流れるＩＲの対応する値を測定した後、測定手段３２は、図３に示すような、接合３６に対するＩＲの複数の値と、対応する√ＶＲ（ＶＲの平方根）の値の曲線４２を決定する。曲線４２は、適当な曲線の当てはめ式、ＩＲの複数の値と、対応する√ＶＲの値のプロット等を非限定的に含むいかなる適当な方法でも決定することができる。
【００３３】
曲線４２が決定されれば、測定手段３２は勾配Ｓ、つまりＩＧｅｎが支配的な曲線４２の直線部分４４のΔＩＲ／Δ√ＶＲを決定する。この勾配Ｓは生成寿命τｇと等しい。言い換えれば、ＩＲの値と√ＶＲの値の勾配Ｓが実質的に直線を生じる場合、この勾配Ｓは生成寿命τｇを直接与える。したがって、ＶＲが開始値Ｖ０からｐｎ接合３６にさらに逆バイアスをかける値に向けて掃引されるとき、ＶＲの値とそれに対応するＩＲの値を単に測定するだけで、ＩＲの値と√ＶＲの値の曲線４２の、生成電流（ＩＧｅｎ）が支配的である勾配Ｓは、生成寿命（τｇ）を直接与える。
【００３４】
理解されるように、本発明は、ｐｎ接合、従って対応する半導体ウェハを形成する半導体材料の生成寿命を迅速かつ容易に決定することを可能にする。この能力は、各集積回路の品質管理及び後の使用の目的のための製品半導体ウェハの集積回路の適切な分類を容易にする。
【００３５】
好適実施例を参照して本発明を説明した。以上の詳細な説明を読み理解すれば、明白な改変及び変更に想到するであろう。付記されたクレームあるいはその均等物の範囲に含まれる限り、そのような改変及び変更をすべて含むように発明が解釈されることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、デバイスが作られる半導体ウェハの表面近傍領域で生成寿命を測定する方法と装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】半導体ウェハの断面図であり、ウェハに作用する半導体ウェハ検査システムを示すブロック図
【図２】ｐｎ接合への逆バイアス電圧（ＶＲ）の印加に応答して、図１に示された半導体ウェハのｐｎ接合を通って流れる逆バイアス電流（ＩＲ）の曲線
【図３】図２のＩＲ対ＶＲの平方根の曲線
【符号の説明】
【００３８】
６    接触子
１０  半導体ウェハ
１４  誘電体層
１６  上面（表面）
２２  上面（表面）
３６  ｐｎ接合
３８  空間電荷領域
【図１】
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【図２】
2006013508.tif 000007
【図３】
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