(57)【要約】【課題】ａｃＳＰＶの発生と計測装置の部分のみを中心としてＳＰＶの周波数（ｆ）依存性を計測できる安価で信頼性の高い交流表面光電圧計測装置及びそれを用いた半導体表面の非破壊不純物汚染濃度測定方法を提供する。【解決手段】交流表面光電圧計測装置において、試料台４と、この試料台４にセットされるＳｉウエハ５と、このＳｉウエハ５上に所定の空隙を介して配置される交流ＳＰＶ信号が印加される透明電極８を有する電極固定板６と、前記Ｓｉウエハ５に照射される断続光（光子線）１０の照射手段と、Ｘ軸、Ｙ軸の駆動モータを有する前記照射手段の走査機構とを具備する。【選択図】　図１
2004055935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）試料台と、
（ｂ）該試料台にセットされる半導体基板と、
（ｃ）該半導体基板上に所定の空隙を介して配置される交流表面光電圧信号が印加される透明電極を有する電極固定板と、
（ｄ）前記半導体基板に照射される断続光の照射手段と、
（ｅ）Ｘ軸、Ｙ軸の駆動モータを有する前記照射手段の走査機構とを具備することを特徴とする交流表面光電圧計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の交流表面光電圧計測装置において、前記試料台のＺ軸方向の位置を調整可能なジャッキを具備し、前記試料台の位置の調整によって前記半導体基板と前記透明電極との空隙をより精密に制御することを特徴とする交流表面光電圧計測装置。
【請求項３】
請求項１記載の交流表面光電圧計測装置において、前記電極固定板の透明電極は下部に配置され、前記電極固定板を挟んで接地される上部透明電極を具備することを特徴とする交流表面光電圧計測装置。
【請求項４】
請求項１記載の交流表面光電圧計測装置を用いて、光子線発生のための駆動電圧を可変となし、前記交流表面光電圧信号を周波数に対応させて測定することを特徴とする交流表面光電圧計測方法。
【請求項５】
請求項１記載の交流表面光電圧計測装置を用いて測定した、表面光電圧信号と、半導体表面上を高精度化学分析した値を対応させることにより、交流表面光電圧計測に基づいて半導体表面の不純物濃度を定量化することを特徴とする半導体表面の非破壊不純物汚染濃度測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体表面の非破壊不純物汚染濃度測定方法において、半導体装置プロセスにおいてその場観察で表面不純物をモニターすることを特徴とする半導体表面の非破壊不純物汚染濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流表面光電圧計測装置及びそれを用いた半導体表面の非破壊不純物汚染濃度測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような技術分野の参考文献としては、以下に開示されるものがあった。
〔１〕Ａ．Ｍ．Ｇｏｏｄｍａｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３２，２５５０（１９６１）．
〔２〕Ｈ．Ｃ．Ｇａｔｏｓ　ａｎｄ　Ｊ．Ｌａｇｏｗｓｋｉ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈｎｏｌ．１０，１３０（１９７３）．
〔３〕Ｒ．Ｓ．Ｎａｋｈｍａｎｓｏｎ，Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，１８，６１７（１９７５）．
〔４〕Ｅ．Ｋａｍｉｅｎｉｅｃｋｉ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈｎｏｌ．２０，８１１（１９８２）．
〔５〕Ｃ．Ｍｕｎａｋａｔａ，Ｓ．Ｎｉｓｈｉｍａｔｓｕ，Ｎ．Ｈｏｎｍａ　ａｎｄ　Ｋ．Ｙａｇｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２３，１４５１（１９８４）．
〔６〕Ｃ．Ｍｕｎａｋａｔａ　ａｎｄ　Ｓ．Ｎｉｓｈｉｍａｔｓｕ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２５，８０７（１９８６）．
〔７〕Ｃ．Ｍｕｎａｋａｔａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２７，７５９（１９８８）．
〔８〕Ｗ．Ｈ．Ｂｒａｔｔａｉｎ　ａｎｄ　Ｊ．Ｂａｒｄｅｅｎ，Ｂｅｌｌ　Ｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈ．Ｊ．３２，１（１９５３）．
〔９〕Ｗ．Ｈ．Ｂｒａｔｔａｉｎ　ａｎｄ　Ｃ．Ｇ．Ｂ．Ｇａｒｒｅｔｔ，Ｂｅｌｌ　Ｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈ．Ｊ．３５，１０１９（１９５６）．
〔１０〕Ｅ．Ｋａｍｉｎｉｅｃｋｉ，１７６ｔｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｆａｌｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｅｘｔ．Ａｂｓｔｒ．Ｖｏｌ．８９−２，ｐ．５９４，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｈｏｌｌｙｗｏｏｄ，ＦＬ（１９８９）．
〔１１〕Ｊ．Ｌａｇｏｗｓｋｉ，Ｐ．Ｅｄｅｌｍａｎ，Ｍ．Ｄｅｘｔｅｒ　ａｎｄ　Ｗ．Ｈｅｎｌｅｙ，Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．７，Ａ１８５（１９９２）．
〔１２〕Ｊ．Ｌａｇｏｗｓｋｉ，Ａ．Ｍ．Ｋｏｎｔｋｉｅｗｉｃｚ，Ｌ．Ｊａｓｔｒｚｅｂｓｋｉ　ａｎｄ　Ｐ．Ｅｄｅｌｍａｎ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６３，２９０２（１９９３）．
〔１３〕Ｃ．Ｍｕｎａｋａｔａ，Ｏｙｏ　Ｂｕｔｕｒｉ，５３，１７６（１９８４）〔ｉｎ　Ｊａｐａｎｅｓｅ〕．
〔１４〕Ｋ．Ｋｉｎａｍｅｒｉ，Ｃ．Ｍｕｎａｋａｔａ　ａｎｄ　Ｋ．Ｍａｙａｍａ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｅ．；Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．２１，９１（１９８８）．〔１５〕Ｗ．Ｋｅｒｎ　ａｎｄ　Ｄ．Ａ．Ｐｕｏｔｉｎｅｎ，ＲＣＡ　Ｒｅｖｉｅｗ，３１，１８７（１９７０）．
〔１６〕Ｒ．Ｋ．Ｉｌｎｅｒ，Ｔｈｅ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃａ，ｐｐ．１９２，Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ（１９６５）．
〔１７〕Ｈ．Ｓｈｉｍｉｚｕ　ａｎｄ　Ｃ．Ｍｕｎａｋａｔａ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７３，８３３６（１９９３）．
〔１８〕特開平４−０４２９７３号（公開日１９９２．０２．１３）「酸化性溶液中で金属を含む酸化膜を半導体表面に成長させ電界誘起接合を形成する方法」
〔１９〕特開平４−０４８６２８号（公開日１９９２．０２．１８）「半導体に断続した光を照射し発生する交流表面光電圧により表面の不純物濃度を非接触、非破壊で計測する方法」
電子・情報・通信産業は現在のわが国を代表する最先端製造業の中心であると同時に、世界の産業を牽引している。この基礎になってきたのは、半導体デバイスの驚異的な技術的進歩によるといっても過言ではない。半導体デバイスを用いた電子機器の小型・軽量化、並びに計算機の大容量化の強いニーズのもとで、シリコン（Ｓｉ）半導体デバイスの高集積化、高性能化は迅速（約３年に一世代）に進められている。
【０００３】
その性能を確保する鍵を握っている要因の一つは酸化膜等に関わる薄膜形成技術である。Ｓｉ表面の原子レベルの欠陥や不純物汚染は、酸化膜の形成の際、不良開始点となり酸化膜の絶縁耐性を劣化させるため、デバイスの信頼性に決定的な影響を与える。
【０００４】
その弊害を未然に防ぐためには、プロセス起因欠陥の評価や、酸化工程に伴う不良摘出を非破壊かつその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で行う必要があった。
【０００５】
表面光電圧（ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ：ＳＰＶ）（参考文献〔１〕−〔７〕）は、半導体に光子線を照射した際に生じた表面ポテンシャルを意味している。この現象は、最初１９５３年にブラッテンとバーディーン（参考文献〔８〕）により報告され、１９５６年に“ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ”と呼ばれるようになったものであるが（参考文献〔９〕）、この物理現象の半導体装置への応用については長い間省みられずにいた。
【０００６】
１９７５年Ｎａｋｈｍａｎｓｏｎ（参考文献〔３〕）が、ＳｉにおけるＳＰＶの周波数（ｆ）依存性から交流（ａｌｔｅｒｎａｔｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ：ａｃ）ＳＰＶを定義した。入射光子線が断続（ｃｈｏｐｐｅｄ）されて半導体表面に照射されるとａｃＳＰＶが発生する。この半導体表面に発生したａｃＳＰＶは、容量結合により非接触で検出できる。
【０００７】
従来の容量−電圧法では電極の形成を必要としたが、ａｃＳＰＶ法では非接触で、かつ短時間（１−５分）のうちにウエハ全面を走査してＳＰＶ値を計測し、その分布を得ることができる。さらに、基板のＳｉの導電性の違いとＳＰＶ値より酸化膜中及び界面の電荷の極性を判別できるため、不純物汚染の同定が可能である。
【０００８】
ａｃＳＰＶの応用としては、“Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｃｈａｒｇｅ　Ａｎａｌｙｚｅｒ”（参考文献〔１０〕）が実用化されており、酸化膜の電荷や界面トラップ、ドーパント密度を測定できる。しかし、これは雲母（マイカ膜）による数ｍｍサイズの電極が直接サンプルに接触するため非破壊でなく、また、ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ−ｖｏｌｔａｇｅ（Ｃ−Ｖ）法と同じ原理で高電界を印加するため微小な物理量を測定するにはふさわしくない。かつ、高い電界が酸化膜にかかり、酸化膜内の物理的情報を変動させてしまう危険性がある。また、価格も数千万円であり予算的に購入が困難である。
【０００９】
他の測定法に“Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ”（参考文献〔１１〕、〔１２〕）があり、半導体中の少数キャリヤの寿命計測等に用いられているが、この装置も１億円に近い値段であり、大学の研究室などでは簡便に入手し難く、汎用的に用いられるのが困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の光電圧装置としては、表面電荷分析器“ＳｕｒｆａｃｅＣｈａｒｇｅ　Ａｎａｌｙｚｅｒ”（参考文献〔１０〕）と汚染監視装置“Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ”（参考文献〔１１〕，〔１２〕）があるが、前者は電極が試料と接触する上、電圧を印加するための微小な電荷量や界面トラップ密度を決定する上で問題が生じる。
【００１１】
また、後者は少数キャリヤの拡散距離の測定をベースとしていて、表面電位の測定に関する原理に難があるが、定性的な汚染のウエハマッピング等の機能があるので比較的普及している。しかし、以上の装置はいずれも高価（５０００万−１億円）で簡単に入手し難いという欠点がある。他に、走査光子顕微鏡（参考文献〔１３〕，〔１４〕）があるが、光源自体は機械的な移動はせず、光ビームだけが電子的に移動する。この装置は試作のみで実用化されていない。
【００１２】
本発明は、上記状況に鑑みて、デバイスの電気特性に影響する極薄酸化膜の欠陥や酸化膜電荷のふるまいを解明し、ＳＰＶ信号と高精度化学分析法を並用することによって、汚染した不純物濃度を非破壊で計測することを特徴とし、ａｃＳＰＶの発生と計測装置の部分のみを中心としてＳＰＶの周波数（ｆ）依存性を計測できる、安価で信頼性の高い交流表面光電圧計測装置及びそれを用いた半導体表面の非破壊不純物汚染濃度測定方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕交流表面光電圧計測装置において、試料台と、この試料台にセットされる半導体基板と、この半導体基板上に所定の空隙を介して配置される交流ＳＰＶ信号が印加される透明電極を有する電極固定板と、前記半導体基板に照射される断続光の照射手段と、Ｘ軸、Ｙ軸の駆動モータを有する前記照射手段の走査機構とを具備することを特徴とする。
【００１４】
〔２〕上記〔１〕記載の交流表面光電圧計測装置において、前記試料台のＺ軸方向の位置を調整可能なジャッキを具備し、前記試料台の位置の調整によって前記半導体基板と前記透明電極との空隙をより精密に制御することを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔１〕記載の交流表面光電圧計測装置において、前記電極固定板の透明電極は下部に配置され、前記電極固定板を挟んで接地される上部透明電極を具備することを特徴とする。
【００１６】
〔４〕半導体表面の非破壊不純物汚染濃度測定方法において、上記〔１〕記載の交流表面光電圧計測装置を用いて、光子線発生のための駆動電圧を可変となし、前記交流表面光電圧信号を周波数に対応させて測定することを特徴とする。
【００１７】
〔５〕半導体表面の非破壊不純物汚染濃度測定方法において、上記〔１〕記載の交流表面光電圧計測装置を用いて測定した、表面光電圧信号と、半導体表面上を高精度化学分析した値を対応させることにより、交流表面光電圧計測に基づいて半導体表面の不純物濃度を定量化することを特徴とする。
【００１８】
〔６〕上記〔５〕記載の半導体表面の非破壊不純物汚染濃度測定方法において、半導体装置プロセスにおいてその場観察で表面不純物をモニターすることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施例を示す交流表面光電圧計測装置の構成図であり、図１（ａ）はその正面図、図１（ｂ）はその上面図である。図２はその交流表面光電圧計測装置の試料付近の拡大図である。
【００２１】
この図において、１はベース、２は基台、３はジャッキ、４は試料台、５は試料としてのＳｉウエハ（半導体基板）、６は石英からなる電極固定板、７は下部透明電極（ａｃ−ＳＰＶ信号印加）、８はその電極固定板６に設けられる上部透明電極（接地）、９はマイラ膜、１０は断続光（光子線）、１１はスタンド、１２はＹ軸方向に移動可能であり、かつＸ軸方向に光源（発光ダイオード）１３を案内する案内アームであり、光源（発光ダイオード）１３は、Ｘ軸モータ１４の駆動によってＸ軸方向に、かつＹ軸モータ１５の駆動によってＹ軸方向に、案内アーム１２とともに移動可能なように構成されている。
【００２２】
なお、案内アーム１２の基部に配置されるＸ軸モータ１４には歯付ベルト１４Ａが連結されており、案内アーム１２の先端部には従動歯車１４Ｂを配置して、歯付ベルト１４Ａはエンドレスに回動できるようになっており、その歯付ベルト１４Ａに噛合するように、光源（発光ダイオード）１３の本体１３Ａに貫通穴１３Ｂとその貫通穴１３Ｂに設けられる歯付係合部１３Ｃが設けられている。
【００２３】
また、同様に、スタンド１１の一方端に配置されるＹ軸モータ１５には歯付ベルト１５Ａが連結されており、スタンド１１の他方端には従動歯車１５Ｂを配置して、歯付ベルト１５Ａはエンドレスに回動できるようになっており、その歯付ベルト１４Ａに噛合する案内アーム１２の基部に形成される貫通穴１２Ａとその貫通穴１２Ａに臨むように形成される歯付係合部１２Ｂが設けられている。
【００２４】
この交流表面光電圧計測装置は、Ｓｉウエハ５に発光ダイオード１３より光（光子線）を照射した時に生じる表面電位の変化をＳｉウエハ５と空隙を介して測定する装置であり、検出される電圧を表面光電圧（ＳＰＶ）と呼ぶ。
【００２５】
この装置を構成する要素としては、光源としての発光ダイオード１３と光（光子線）を断続する機能を備える装置がある。つまり、図１には図示していないが、ファンクション・ジェネレータで発光ダイオード１３からの光（光子線）をチョッピングして直流を脈流とする装置を本体の外に具備している。
【００２６】
そして、さらに透明電極８，７を通して発光ダイオード１３を用いて微弱（２−４μＷ）な断続光子線（波長４７０ｎｍ、直径は試料上で約７−８ｍｍ）１０を半導体としてのＳｉウエハ５表面に照射し、Ｓｉウエハ５表面に発生した表面光電圧を計測する部分とＳｉウエハ５上を走査する機械的機能を有するものである。
【００２７】
図１（ａ）に示すように正面から見た場合、Ｘ軸方向にＸ軸モータ１４（実際にはＸ−Ｙレコーダを用いている）で光源（発光ダイオード）１３をペン先に見立てて走査する機構となっている。また、図２に示すように、Ｓｉウエハ５をセットした後、試料台の位置を調整可能なジャッキ３で、下部透明電極７とＳｉウエハ５との間にマイラ膜９を挟んでセットし、下部透明電極７とＳｉウエハ５との間の空隙を精密に制御できる仕組みになっている。また、図１（ｂ）に示すように、光源１３を有する案内アーム１２はＹ軸モータ１５を備えており、Ｙ軸方向にも移動できるように構成されている。
【００２８】
このように、本発明は光源に発光ダイオード１３を使用し、かつ発光ダイオード１３をＸ−Ｙレコーダにおけるペン先に見立ててＳｉウエハ５上を走査し、従来技術とほぼ同じ機能を有するという極めて簡便な装置である。
【００２９】
光源を励起する電流を必要な周波数で変調することにより、容易に光ビーム（光子線）を時間的に断続することができるので、周波数を変化させてＳＰＶを測定することができる。
【００３０】
図３に本発明の交流表面光電圧計測装置によってａｃＳＰＶを測定した結果を示す。
【００３１】
ここでは、ｐ型Ｓｉ（１００）ウエハを熱酸化（酸化膜の厚さ：２００Å）した表面のａｃＳＰＶの周波数（ｆ）依存性を示す。ウエハの抵抗率は１００±１０ｍΩ・ｃｍであった。
【００３２】
この試料の表面は強反転しており、ＳＰＶは理論によれば（参考文献〔５〕−〔７〕）１／ｆに依存して変化しているが（両対数表示で４５度の直線に乗っている）、その点で事実との矛盾はなく、また、周波数が低くなると飽和する傾向にある。
【００３３】
これは測定レンジにも関係しており、酸化膜の界面トラップ等によって影響されたＳＰＶを示していると考えられるが、１０−１０４　Ｈｚが有効な測定範囲であるので、本発明ではそれ以外は除外してデータ処理している。
【００３４】
図４はｐ型Ｓｉ（１００）ウエハを熱酸化して、それぞれ膜厚５０２Å、１７５４Å、６０１０Åの酸化膜を形成した試料におけるａｃＳＰＶの周波数依存性を示している。各試料におけるａｃＳＰＶ特性は、微小なばらつきはあるもののほぼ重なっていて、酸化膜厚依存性がないと言える。
【００３５】
一般にｐ型Ｓｉウエハ上に酸化膜を形成すると、正の酸化膜電荷（固定酸化膜電荷：Ｑｆ　）が生じる。これはＳｉ−酸化膜界面から約３０Ａ以内の所に存在し、イオン化したＳｉの一部がウエハ表面で不完全結合（すなわちＳｉ−ＳｉあるいはＳｉ−Ｏ結合）をおこし、正の固定化された電荷となったものである（参考文献〔１９〕）。ａｃＳＰＶ特性に酸化膜厚依存性がないことから、いずれの試料においても酸化膜においてＱｆ　が優勢であることを示している。
【００３６】
図５はＲＣＡ（ＮＨ４　ＯＨ：Ｈ２　Ｏ２　：Ｈ２　Ｏ＝１：１：１０）アルカリ溶液（参考文献〔１５〕）にＡｌ標準溶液を添加して汚染したｎ型Ｓｉ（１００）ウエハ表面のａｃＳＰＶのＡｌ濃度依存性を示したものである。この図において、横軸のＡｌ不純物濃度は、原子吸光法により分析した値である。
【００３７】
ａｃＳＰＶを測定した周波数は２ｋＨｚであり、大気では１０５　ｍｉｎ以上放置し、ウエハ表面のａｃＳＰＶは飽和している（図６にＡｌ標準溶液を添加して汚染したｎ型Ｓｉウエハ表面のａｃＳＰＶの周波数依存性を示す）。
【００３８】
この結果から、Ａｌ濃度が１０１０−１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２　（１０１４−１０１７ａｔｏｍｓ／ｍ２　）では、ａｃＳＰＶはＡｌの濃度にほぼ比例していることが分かる。上記のａｃＳＰＶの実験では、上述したようにＡｌ濃度の測定は半導体レベルの精密な化学分析（原子吸光分析他イオンクロマトグラフィ）によった。このようにａｃＳＰＶの値を化学分析法で校正しておけば、ａｃＳＰＶの測定値より判明している汚染物質の不純物濃度の定量化が可能である。
【００３９】
図６は図５の基礎となったデータであり、図５と同様にＡｌを故意に汚染（ＡｌのＳｉ表面濃度は約４．１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２　）したｎ型Ｓｉ（１００）ウエハ表面のａｃＳＰＶ特性の大気放置による変化を示している。
【００４０】
ｎ型ＳｉウエハにおけるａｃＳＰＶの発生は、形成された自然酸化膜中に負の電荷が存在していることを示す。この負電荷は既に記載した（ＡｌＯＳｉ）−　ネットワーク形成による負電荷であると考えられ、時間に伴い増加する。大気放置５分では、１００Ｈｚ以下の低周波領域においてａｃＳＰＶ値は一定であり、この表面は弱反転状態に対応する。
【００４１】
大気放置時間の増加に伴い、低周波領域のａｃＳＰＶ値は増大し、大気放置１４４時間では、ａｃＳＰＶ値は周波数に反比例する特性となった。エリプソメーターによる測定では、ＲＣＡ処理直後、及び大気放置１４４時間後の酸化膜厚は、それぞれ１７．３Å、及び２１．５Åであった。
【００４２】
大気放置によって酸化膜が成長するに伴い、Ｓｉウエハ表面が弱反転状態から強反転状態へと変化したことは、酸化膜中の負電荷量が増加したことを示している。表面にあるいは酸化膜中に存在するＡｌは、放置時間に伴いＳｉＯ２　を形成するＳｉと置換し、（ＡｌＯＳｉ）−　ネットワークが徐々に増加していくことを示していると考えられる。
【００４３】
ＦｅはＡｌと同様に３価であり、酸化膜中で同じようなふるまいをすると予想して行ったのが次の実験である。
【００４４】
Ｆｅ汚染試料は６インチのｎ型Ｓｉ（１００）ウエハを用いてＲＣＡ液で洗浄後、原子吸光分析用標準液を希釈し、スピンコート法によりＳｉウエハ表面にＦｅを均一に塗布したものである。
【００４５】
低濃度では定量的に作成評価限界である汚染濃度２．９６×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２　のサンプルと、比較用に２．８７×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２　と、２．７１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２　のサンプルを三種類用意した。表面濃度は全反射蛍光分析によって分析した。
【００４６】
図７はＦｅ汚染を施したｎ型ＳｉウエハにおけるａｃＳＰＶ特性のＦｅ濃度依存性を示す図である。
【００４７】
この図から周波数１ｋＨｚ以下において、汚染濃度の増大に伴いａｃＳＰＶ値は増大し、遮断周波数ｆｃは低周波側へ変化しているのが分かる。
【００４８】
また、Ｆｅ汚染濃度２．７１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２　のＳｉウエハでは、低周波領域でもａｃＳＰＶ値の周波数依存性はほぼ４５度の線に乗っている。これらの結果は、Ｆｅ汚染濃度の増加に伴い、酸化膜中のＦｅによる誘起電荷の量が増加し、Ｓｉ表面が強反転していることを示すと考えている。
【００４９】
図８は４価のＳｉに３価及び５価の不純物を添加した場合、酸化膜の中でブリッジを形成し、電荷を発生するため表面電位が濃度に依存して変化するので、それに対応したａｃＳＰＶが発生することを示したモデル図である。
【００５０】
以上の結果を総合すれば、本発明では簡便なａｃＳＰＶ装置を提案し、不純物の元素の種類が分かっておれば、図５のＡｌの場合で示されているように、化学分析と併用することによりウエハ試料の汚染濃度を非破壊で検出可能である。
【００５１】
上記したように構成したので、不純物の原子価の違いにより、酸化膜中で発生する正負の電荷を計測でき、半導体デバイスプロセスにおける汚染計測を行うことができる。
【００５２】
具体的には、光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてレンズにより光（光子線）を絞り、光源をつけたＸ−ＹレコーダによりＸ−Ｙ方向の走査を行うという簡便な構成で、約３５０万円という安価な装置であり、μＶレベルの光電圧測定を非破壊で行うことができる。
【００５３】
また、ノイズのシールドに注意をはらい、特に光源部分からは光（光子線）のみの照射となるようにして電気的ノイズが発生しない工夫を施した。半導体ウエハとジャッキによる密着度にも注意し、初期の目的通りのＳＰＶの周波数（ｆ）依存性を確認できた。
【００５４】
これまでの設計結果では、４００ｍｍ径のウエハにも応用可能であり、将来の最先端の超微細半導体技術にも対応できる可能性が十分ある。
【００５５】
また、複数の大規模集積回路（ＵＬＳＩ：Ｕｌｔｒａ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）チップを一つのチップに作りこむ、システムＬＳＩ（システム・オン・チップとも呼ばれる）を作製するＳｉ基板（ウエハ）として期待されているＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハ（絶縁膜をはさんで１μｍ以下の薄いＳｉ層が形成されている）の評価にも有望であり、大口径化、微細化、新しい基板ウエハの評価に期待できる装置のプロトタイプといえる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５８】
（Ａ）光源に発光ダイオードを使用し、かつ光源をＸ−Ｙレコーダにおけるペン先に見立てて半導体ウエハ上を走査する。従来技術とほぼ同じ機能を有する装置を極めて簡便な構成で、しかも、価格も従来のものに比べると非常に安価（３５０万）に提供することができる。
【００５９】
特に、ＳＰＶの測定はノイズあるいは振動等に強く影響されることになるが、本発明によれば、ＳＰＶの変動を抑制できる安定な装置を提供することができる。
【００６０】
（Ｂ）また、光源を励起する電流を必要な周波数で変調することにより、容易に光ビーム（光子線）を時間的に断続することができるので、周波数を変化させてＳＰＶを測定できる。
【００６１】
この方法によれば、原理的に、不純物等で汚染された半導体材料の表面電位を決定することができる。Ｓｉウエハ基板をｐ型あるいはｎ型とすることにより、電荷の極性、つまり、正あるいは負を識別できる。すなわち、この装置を用いて、非破壊でＳＰＶを測定することができ、かつ化学分析を併用することにより、半導体表面の不純物汚染濃度を非破壊で迅速にモニターすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す交流表面光電圧計測装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す交流表面光電圧計測装置の試料付近の拡大図である。
【図３】本発明の交流表面光電圧計測装置によってａｃＳＰＶを測定した結果を示す図である。
【図４】本発明のｐ型Ｓｉ（１００）ウエハを熱酸化して、それぞれ膜厚５０２Å、１７５４Å、６０１０Åの酸化膜を形成した試料におけるａｃＳＰＶの周波数依存性を示す図である。
【図５】ＲＣＡ（ＮＨ４　ＯＨ：Ｈ２　Ｏ２　：Ｈ２　Ｏ＝１：１：１０）アルカリ溶液にＡｌ標準溶液を添加して汚染したｎ型Ｓｉ（１００）ウエハ表面のａｃＳＰＶのＡｌ濃度依存性を示した図である。
【図６】Ａｌ標準溶液を添加して汚染したｎ型Ｓｉ（１００）ウエハ表面のａｃＳＰＶ特性の大気放置による変化を示す図である。
【図７】Ｆｅ汚染を施したｎ型ＳｉウエハにおけるａｃＳＰＶ特性のＦｅ濃度依存性を示す図である。
【図８】４価のＳｉに３価及び５価の不純物を添加した場合のａｃＳＰＶの発生を示したモデル図である。
【符号の説明】
１　　ベース
２　　基台
３　　ジャッキ
４　　試料台
５　　試料としてのＳｉウエハ（半導体基板）
６　　石英からなる電極固定板
７　　下部透明電極（ａｃ−ＳＰＶ信号印加）
８　　上部透明電極（接地）
９　　マイラ膜
１０　　断続光（光子線）
１１　　スタンド
１２　　案内アーム
１２Ａ，１３Ｂ　　貫通穴
１２Ｂ，１３Ｃ　　歯付係合部
１３　　光源（発光ダイオード）
１３Ａ　　光源の本体
１４　　Ｘ軸モータ
１４Ａ，１５Ａ　　歯付ベルト
１４Ｂ，１５Ｂ　　　従動歯車
１５　　Ｙ軸モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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