(57)【要約】【課題】半導体ウエハの表面から１０μｍ以内の極表層における、０，０２μｍ以下のサイズの欠陥を正確に評価する。【解決手段】半導体ウエハの評価方法は、半導体ウエハに波長が８００ｎｍ以下の励起光を照射する工程と、励起光の照射により半導体ウエハから生じるフォトルミネッセンス光のスペクトルを測定する工程と、フォトルミネッセンス光のスペクトルからバンド端発光の強度を抽出して、半導体ウエハにおけるバンド端発光の強度分布を取得する工程と、ハンド端発光の強度分布から、半導体ウエハ表層における欠陥を評価する工程とを含む。【選択図】  図９
2004233279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハに波長８００ｎｍ以下の励起光を照射して、前記半導体ウエハから生じるフォトルミネッセンス光のスペクトルを測定する工程と、
前記フォトルミネッセンス光のスペクトルからバンド端発光の強度を抽出して、前記半導体ウエハにおけるバンド端発光の強度分布を取得する工程と、
前記ハンド端発光の強度分布から、前記半導体ウエハ表層における欠陥を評価する工程と
を含むことを特徴とする半導体ウエハの評価方法。
【請求項２】
前記バンド端発光の強度分布から、前記半導体ウエハ上の平面座標と発光強度との関係を３次元プロットする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
前記ハンド端発光の強度分布から、正規分布に従う成分を除去する工程と、
前記正規分布成分除去後の強度分布から、発光強度の低下部分を取り出す工程と
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハの評価方法。
【請求項４】
前記欠陥の評価は、欠陥の位置、分布密度、欠陥サイズの少なくともひとつに基づいて行うことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
【請求項５】
半導体インゴットから複数の半導体ウエハを切り出してロットにする工程と、
前記ロットから任意の半導体ウエハを取り出して評価用ウエハとする工程と、
前記評価用ウエハに波長８００ｎｍ以下の励起光を照射して、前記評価用ウエハから生じるフォトルミネッセンス光のスペクトルを測定する工程と、
前記フォトルミネッセンス光のスペクトルからバンド端発光の強度を抽出して、前記評価用ウエハにおけるバンド端発光の強度分布を取得する工程と、
前記ハンド端発光の強度分布に基づいて、前記評価用ウエハの欠陥を評価する工程と、
前記評価結果に基づいて、前記評価用ウエハの合否を判断する工程と、
前記評価用ウエハが合格判断された場合に、前記ロットの半導体ウエハに半導体素子を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの評価方法に関し、特に、励起光の照射によるフォトルミネッセンス光を測定することによって半導体ウエハ表層の欠陥を評価する半導体ウエハの評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハなどの半導体ウエハに集積回路を形成する工程において、半導体集積回路の動作領域、すなわちウエハの表面近傍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。
【０００３】
半導体集積回路の微細化にともない、デザインルールが変わるたびに、従来では影響がないと考えられていた微小な欠陥が、回路の正常動作を妨げる欠陥として顕在化してきた。たとえば、最近では０．３５μｍデザインルールが採用されたときに、それ以前のデザインルールで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。ボイド欠陥とは、図１（ａ）に示すように、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、その形態は、一辺が０．１μｍ程度の正八面体構造を有する。
【０００４】
ボイド欠陥の例に従うと、デザインルールの約１／３のサイズの欠陥が、半導体集積回路の動作に影響するという経験則が導き出せる。たとえば、０．１０μｍルールにおいては、０．０３μｍサイズ以上の欠陥を集積回路の動作領域から排除しなければならない。欠陥を排除するにはまず、極表層の０．０３μｍサイズの欠陥の存在を認識する必要がある。
【０００５】
シリコンウエハ表層の欠陥を検出する方法として、選択エッチング法や光散乱法が広く用いられている。選択エッチング法はサブミクロン以上のサイズの欠陥しか検出できないが、光散乱法では、０．０３μｍサイズ以上の散乱体（欠陥）を認識することが可能である。光散乱法において、０．０３μｍサイズ以上の欠陥が存在しない領域は、無欠陥領域あるいはＤＺ（Ｄｅｎｕｄｅｄ  Ｚｏｎｅ）と呼ばれ、通常は、光散乱法によって決定したＤＺ幅が規定値以上であるウエハを合格として、半導体集積回路を作製するためのウエハとして採用する。
【０００６】
一方、０．３５μｍデザインルール以降、表層のボイド欠陥を排除するために、集積回路の形成に先立って、ウエハに熱処理を施して表面のボイド欠陥を消滅させたアニールドウエハが考案された。熱処理条件として、アルゴンや水素という非酸化性雰囲気下で、１０００℃以上の温度で１時間以上加熱するが、このような加熱処理中に、ボイド欠陥を消滅させる一方で、酸素析出物などの欠陥が新たに発生する。ウエハの深い位置での析出物はゲッタリングサイトとして必要であるが、ウエハ表面近傍に発生した酸素析出物や、残存するボイド欠陥は、半導体素子の動作にとって好ましくない。現状では、ウエハ表層近傍の析出物やボイド欠陥の検出に、もっぱら上述した光散乱法が用いられている。
【０００７】
このような背景において、さらに次世代の０．０７μｍルールでは、図１（ｂ）に示すように０．０２μｍサイズの欠陥が顕在化することが予測され、これまでの光散乱法による検出の限界が懸念される。汎用的に用いられ、最も検出感度が良いと言われている光散乱法を用いて認識できる散乱体（欠陥）の最小サイズは、上述したように０．０３μｍである。デザインルールの１／３サイズの欠陥が顕在化するという経緯に従うと、０．０７μｍデザインルールでは、０．０２〜０．０３μｍサイズの欠陥が集積回路の正常動作を妨げる原因となり得るが、０．０３μｍ近傍に検出限界を有する光散乱法では、このような極微小な欠陥を検出することができない。
【０００８】
同じく表面の欠陥を排除するために、従来から、表面から１０μｍまでの表層領域に低不純物濃度のエピタキシャル成長層を有するエピタキシャルウエハが使用されている。エピタキシャルウエハの表層評価方法として、ウエハの半導体材料のバンドギャップよりも大きいエネルギーの励起光を照射して、半導体層の表面近傍に電子正孔対を発生させ、その再結合により発光する特定波長の強度を検出してシリコン結晶のライフタイムを評価する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、半導体ウエハに所定の電界を印加した状態で、励起された少数キャリアを発生させることにより、エピタキシャル成長層の半導体層のライフタイムを測定する方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【００１０】
出発材料としてのシリコンウエハのライフタイムは長いことが必須である。しかし、ウエハに格子欠陥や重金属不純物などによるトラップ準位があると、電子や正孔のキャリアはトラップを介して再結合してキャリア密度が減衰する。欠陥が多いと、キャリア密度が当初の１／ｅになる時間、すなわちライフタイムが短くなる。したがって、励起光を用いたライフタイム測定法では、シリコンウエハのライフタイムが所定値以上であるものを合格ウエハとして、半導体素子の作製工程に進む。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−１３９１４６号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平１０−２７０５１６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した励起光を用いたエピタキシャルウエハのライフタイム評価方法では、エピタキシャル成長層に存在する欠陥の位置、大きさ、種類にかかわりなく、すべての欠陥や、重金属不純物の存在を再結合の原因として扱い、再結合ライフタイムだけを評価するので、ウエハ表面に形成される素子の動作に実際に影響をあたえる欠陥の有無を判断することはできない。
【００１４】
そこで、本発明は、半導体ウエハ、とくにアニールドウエハの表層に存在する０．０２μｍ以下の極微小欠陥を検出するのに好適な半導体ウエハの評価方法と、このような半導体ウエハ評価方法を利用した半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【発明を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明では、基本的に励起光の照射によるフォトルミネッセンス測定法を用い、特定波長の発光（バンド端発光）の強度分布から、欠陥の位置、欠陥分布密度、欠陥サイズなどを決定する。
【００１６】
また、半導体装置製造工程において、フォトルミネッセンス測定結果から得られた欠陥位置、欠陥密度に基づき、ウエハの合否を判断して半導体集積回路の作製工程に入る。
【００１７】
特に、シリコンウエハに、波長が８００ｎｍ以下のレーザ光、より好ましくは波長が５００ｎｍ以下のレーザ光を照射して、シリコンから得られるフォトルミネッセンス光を測定することにより、表面から１０μｍ以内の表層領域において、光散乱法では検出できない０．０２μｍサイズ以下の極微小欠陥を特定することが可能になる。
【００１８】
具体的には、本発明の第１の側面では、半導体ウエハの評価方法は以下の工程を含む。
（ａ）半導体ウエハに波長８００ｎｍ以下の励起光を照射して、半導体ウエハから生じるフォトルミネッセンス光のスペクトルを測定する工程、
（ｂ）フォトルミネッセンス光のスペクトルからバンド端発光の強度を抽出して、前記半導体ウエハにおけるバンド端発光の強度分布を取得する工程、および
（ｃ）ハンド端発光の強度分布から、前記半導体ウエハ表層における欠陥を評価する工程。
【００１９】
この評価方法によれば、バンド端発光の強度分布から、ウエハ表層の欠陥についてより具体的に判断することが可能になり、ウエハを正確に評価することができる。
【００２０】
好ましくは、バンド端発光の強度分布から、半導体ウエハ上の座標と発光強度との関係を３次元プロットする工程をさらに含む。これにより、半導体ウエハの欠陥を視覚的に即座に認識することができる。
【００２１】
半導体ウエハの評価方法はまた、ハンド端発光の強度分布から、正規分布に従う成分を除去する工程と、正規分布成分除去後の強度分布から、発光強度の低下部分を取り出す工程とをさらに含む。取り出した発光強度の低下部分を定量化、または拡大表示することにより、ウエハ欠陥についてより詳細な分析が可能になり、評価の精度が向上する。
【００２２】
欠陥の評価は、欠陥の位置、分布密度、欠陥サイズの少なくともひとつに基づいて行う。特に、発光強度の低下の度合いを定量化することによって、強度低下の原因となる欠陥の種類やサイズの特定が可能になり、より正確なウエハ評価が可能になる。
【００２３】
半導体ウエハは、アニール処理が施されたアニールドウエハである。あるいは、ウエハ表面にシリコンをエピタキシャル成長させたエピタキシャルウエハ、表面研磨ウエハ、ＣＺウエハなどでもよい。
【００２４】
本発明の第２の側面として、上述した評価方法を用いた半導体装置の製造方法を提供する。半導体装置の製造方法は、以下の工程を含む。
（ａ）半導体インゴットから複数の半導体ウエハを切り出して、ロットにする工程、
（ｂ）ロットから任意の半導体ウエハを取り出して評価用ウエハとする工程、
（ｃ）評価用ウエハに波長８００ｎｍ以下の励起光を照射して、この評価用ウエハから生じるフォトルミネッセンス光のスペクトルを測定する工程、
（ｄ）前記フォトルミネッセンス光のスペクトルからバンド端発光の強度を抽出して、前記評価用ウエハにおけるバンド端発光の強度分布を取得する工程、
（ｅ）ハンド端発光の強度分布に基づいて評価用ウエハの欠陥を評価する工程、
（ｆ）前記評価結果に基づいて、前記評価用ウエハの合否を判断する工程、および、
（ｇ）評価用ウエハが合格判断された場合に、前記ロットの半導体ウエハに半導体素子を形成する工程。
【００２５】
このような半導体装置の製造方法によれば、より正確なウエハ評価に基づいて柔軟性のある合否判断が可能になり、半導体装置の歩留まりが向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図２は、本発明で採用するフォトルミネッセンス法の原理を説明するためのグラフである。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、半導体結晶に光を照射し吸収させると、非平衡の電子・正孔が生じる。生じた電子・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光である。
【００２８】
図２のグラフは、シリコンウエハ（結晶）の典型的なフォトルミネッセンススペクトルを示している。矢印で示した発光は、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。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、バンド端発光の強度が低下する。換言すれば、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。
【００２９】
ところで、固体内への光の侵入長は照射光の波長に依存するので、フォトルミネッセンス評価において、励起光の波長を選択することにより、表面から深さ方向への情報を得ることが可能である。Ｇ．  Ｅ．  Ｊｅｌｌｉｓｏｎ  Ｊｒ．らによれば（Ｊ．  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．  ５３（５）  Ｍａｙ  １９８２，  ａｔ  ３７４５）、シリコン結晶への光の侵入長は、波長８００ｎｍにおいて約１０μｍである。波長が短くなるにつれて（すなわちエネルギーが高くなるにつれて）吸収が高まり、光の侵入長は短くなる。従って励起光の波長を８００ｎｍ以下に規定することにより、表面から１０μｍ以内の深さの欠陥状態に関する情報を得ることが可能である。特に、励起光の波長を５００ｎｍ以下に設定することにより、表面から３μｍ程度の欠陥の評価が可能になり、波長を紫外域の上限近傍に設定することにより、表面から１μｍよりも浅い極表層の評価が可能になる。
【００３０】
図３は、本発明の半導体ウエハ評価方法で用いるフォトルミネッセンス測定装置１０の概略構成図である。試料保持台１に測定対象である試料ウエハを装着する。レーザ２から発せられたレーザ光は、照射光学系３を通して、試料ウエハに照射される。試料から放射されたフォトルミネッセンス光は、集光光学系４にて集光され、分光器５で分光された後、検出される。
【００３１】
好ましくは、レーザ光を試料ウエハに対して相対的に走査して、各（ｘ，ｙ）位置でのフォトルミネッセンススペクトルを測定し、バンド端発光強度を抽出する。ウエハ上のバンド端発光強度は、図示しない記憶媒体に格納され、試料ウエハの欠陥評価に用いられる。欠陥評価の詳細については後述する。
【００３２】
本発明の実施形態では、図３のフォトルミネッセンス測定装置１０を用いて、エピタキシャルウエハと、アニールドウエハの双方について測定を行う。
【００３３】
エピタキシャルウエハの実験に用いた試料は、ＣＺ法により作製されたインゴットから得られるウエハ（以下、「ＣＺウエハ」と称する）に、厚さ５μｍのシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたウエハである。エピタキシャルウエハは、ＣＺウエハやアニールドウエハに比べて、エピタキシャル層内（デバイス活性領域）の欠陥密度は低い。しかがって数多くあるシリコンウエハの中で、最も結晶性（表面完全性）の良いウエハと言われている。
【００３４】
一方、アニードウエハは、ＣＺウエハを不活性雰囲気中で高温アニールしたウエハである。アニールの目的は、結晶成長中に発生した表面のボイド欠陥を消滅させることにある。アニールドウエハは、光散乱法を用いる限りにおいては、表層から約１５μｍの領域には散乱体（欠陥）が存在しないことが確認されている。しかし、上述したように、光散乱法の検出下限は、０．０３μｍであり、０．０３μｍ以下の極微小欠陥の存在については、不明である。アニールによって消滅しきれないボイド欠陥や、新たな酸素析出物の存在の可能性は否定できず、次世代ルールではこれらの存在を測定することが重要な課題である。
【００３５】
図４は、エピタキシャルウエハとアニールドウエハの各々に、波長５１４．５ｎｍのレーザ光を照射したときのフォトルミネッセンスの測定結果であり、図５は、エピタキシャルウエハとアニールドウエハの各々に３６４ｎｍのレーザ光を照射したときのフォトルミネッセンスの測定結果である。一点鎖線はエピタキシャルウエハ（「エピウエハ」とも称する）のスペクトルを、実線はアニールドウエハのスペクトルを示す。光の侵入長は、５１４．５ｎｍの波長（図４）では表面から約１０μｍであり、３６４ｎｍの波長（図５）では、表面から約１０ｎｍである。
【００３６】
図４および図５において、フォトルミネッセンススペクトルの波長１１５０ｎｍ付近に見られる大きな発光（ピーク）がバンド端発光であり、励起光の照射によって生じた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生じる発光である。図４と図５のいずれの場合も、エピタキシャルウエハのバンド端発光強度に比べて、アニールドウエハのバンド端発光強度の低下が激しい。これは、アニールドウエハの表層には、もともと欠陥が少ないとされるエピタキシャルウエハには存在しない結晶欠陥が存在することを意味する。
【００３７】
フォトルミネッセンススペクトルから評価されるこのような結晶欠陥は、従来の光散乱法における評価では無欠陥領域とされる領域での欠陥である。このように、アニールドウエハのフォトルミネッセンススペクトルにおけるバンド端発光の低下を評価することによって、従来の光散乱法では検出できなかった欠陥の存在を認定することが可能になる。
【００３８】
図４のように、励起光の波長が５１４．５ｎｍのほうがアニールドウエハのバンド端発光強度の低下が著しいのは、表層から１０μｍよりも深い位置にある析出物や構造欠陥の影響を拾ってしまうからである。図５のように、波長３６４ｎｍの励起光を用いた場合は、より表層に近い領域のみでの欠陥の有無を判断することができる。
【００３９】
図６は、波長３６４ｎｍのレーザ光を用いて測定したアニールドウエハのバンド端発光強度の分布図である。図３のフォトルミネッセンス測定装置１０において、たとえば、レーザ光の照射位置を固定し、可動式の試料保持台１によって試料ウエハをＸ方向およびＹ方向に移動させることにより、ウエハ上の各（ｘ、ｙ）位置において、ウエハ表面から十数ｎｍ程度までの極表層領域で生じるフォトルミネッセンスのスペクトルを測定する。あるいは、試料ウエハを試料保持台１上に固定し、照射光学系３のたとえばデフレクタにより照射光をウエハ上に走査させることにより、各（ｘ、ｙ）位置でのフォトルミネッセンスのスペクトルを測定する。
【００４０】
各（ｘ、ｙ）位置で測定されたフォトルミネッセンススペクトルからバンド端発光強度（すなわち、フォトルミネッセンススペクトルのうち波長１１５０ｎｍにおける強度）を抽出し、バンド端発光強度の２次元分布を得る。抽出した（ｘ、ｙ）位置におけるバンド端発光強度のデータは、記憶媒体に格納しておく。さらに、このような２次元分布データから、バンド端発光強度の強度を垂直軸にとって３次元的にプロットしたグラフが図６の分布図である。図６のバンド端発光強度の分布図から、発光強度の低下位置とその密度、強度低下の度合いを視覚的に認識することができる。
【００４１】
たとえば、図６のグラフでは、矢印で示すように、バンド端発光強度が急峻に落ち込んでいる部位が存在する。発光強度の低下は欠陥のサイズと相関があり、プロット上の落ち込み（低下）の度合いが大きいほど、サイズの大きな欠陥が存在することがわかる。
【００４２】
図７は、バンド端発光強度の２次元分布をヒストグラムに表わしたものである。横軸は発光の強度、縦軸は発光強度に対応する測定点の数である。図７のヒスとグラムにおいて、強度８２０〜９６０にかけてのバンド端発光強度は、正規分布に従う。一方、破線のサークルＡで示すように、バンド端発光強度が８２０よりに低い領域において、正規分布に従わない成分が存在する。このような成分が、ウエハ欠陥に起因する発光強度の落ち込みに対応する。すなわち、欠陥位置では電子とホールがトラップされて再結合するため、バンド端発光強度が弱くなるため、正規分布に従わない成分が発生する。このような正規分布からはずれた強度の低下成分を、ウエハの構造欠陥と関連付けて評価することができる。
【００４３】
図８は、図６のプロット結果から、正規分布に従う成分を取り除いたものである。実線のサークルで示すように、発光強度の落ち込みの位置、密度、程度がより明確になり、ウエハ上での欠陥の（ｘ、ｙ）位置、欠陥密度を計算することが可能になる。さらに、図中、実線のサークルＢで示す発光強度の落ち込み（低下）部分だけを抽出し、拡大表示することによって、バンド端発光強度の低下を詳細に観察することができる。また、発酵強度の低下の度合いを定量化することによって、欠陥の種類やサイズを特定することができる。
【００４４】
一例として、正規分布に従う成分を除去した状態を基準点として、発光強度の低下が６０である場合は、サイズが０．０２μｍ程度の欠陥と認定することができ、発光強度の低下が１２０である場合は、サイズが０．０５μｍ程度の欠陥であると認定できる。
【００４５】
図９は、本発明の実施形態に係る半導体ウエハの欠陥評価方法のフローチャートである。ステップＳ１０１で、波長８００ｎｍ以下の励起光、好ましくは５００ｎｍ以下の励起光を、評価対象である半導体ウエハ上に照射する。このような波長を選択することにより、ウエハ表面から１０μｍ以内の極表層領域の情報を反映したフォトルミネッセンス光を集めることができるからである。
【００４６】
次に、ステップＳ１０３で、半導体ウエハの各点において、フォトルミネッセンス光のスペクトルを測定する。好ましくは、半導体ウエハ上の各（ｘ、ｙ）位置においてフォトルミネッセンススペクトルを測定する。フォトルミネッセンススペクトルは、１７００ｎｍ以下の範囲で測定すれば足りる。シリコンウエハの場合、電子とホールの再結合によるバンド端発光は１１５０ｎｍ近傍で起こるからである。
【００４７】
次に、ステップＳ１０５で、各（ｘ、ｙ）位置におけるフォトルミネッセンススペクトルから、バンド端発光強度を抽出し、ハンド端発光強度の２次元分布を取得する。
【００４８】
評価対象の半導体ウエハの極表層領域での構造欠陥の有無、密度、欠陥サイズなどを大まかに認識する場合は、ステップＳ１０７に進み、ステップＳ１０５で得られたバンド端発光強度の２次元分布データから、ＸＹ座標に対して発光強度を垂直軸にとった３次元プロット（図６参照）を作成し、発光強度の低下を視覚的に観察する。３次元プロットから、構造欠陥の有無、そのおおよその位置、サイズ、密度を把握することができる。
【００４９】
半導体ウエハの構造欠陥についてのより正確な情報が必要な場合は、ステップＳ１０９に進み、ステップＳ１０５で得られたバンド端発光強度の２次元分布データから、正規分布に従う成分を除去し、発光強度が低下した成分だけを取り出す。上述したように、欠陥にトラップされて再結合したフォトルミネッセンス光のバンド端発光強度は、欠陥のない領域で再結合した光のバンド端発光強度に比べて低下が激しく、また、欠陥のサイズによって強度低下の度合いが異なる。したがって、強度低下成分だけを取り出すことによって、より詳細に欠陥を分析することができる。
【００５０】
ステップＳ１１１で、バンド端発光の強度低下成分の（ｘ、ｙ）位置を読み出し、欠陥密度を計算する。また、発光強度の低下が度合いを定量化して、その値に応じて欠陥のサイズ、種類を特定する。図示はしないが、ステップＳ１０９で強度低下成分を取り出す際に、強度低下位置と、そのバンド端発光の強度とを関連付けたマッピングデータを作成しておいてもよい。さらに、ステップＳ１１１で、位置読み出し、分布密度の計算、強度低下の定量化などに先立って、あるいはこれらの処理と同時に、強度低下部分を拡大表示してもよい。
【００５１】
このような評価方法により、半導体ウエハの表面から１０μｍ以内の極表層領域における０．０２μｍ以下の構造欠陥の有無だけではなく、そのような欠陥の位置、分布密度、サイズをも特定することができる。したがって、半導体ウエハの欠陥について、より正確で詳細に評価することができる。
【００５２】
たとえば、欠陥がウエハの周辺領域にある場合、あるいは、ウエハの内側にあっても発光強度の低下が比較的小さく（注入された不純物にトラップされた場合など）、ターゲットとするデザインルールでの集積回路の動作に影響しないと思われる場合は、このウエハを合格ウエハとすることができる。逆に、ウエハの内側に発光強度の低下が著しい部位が存在する場合や、低下部位の存在密度が高い場合は、このウエハを不合格とする。
【００５３】
このようなウエハ評価方法を用いて半導体装置を作成する場合は、半導体インゴットから切り出された複数の半導体ウエハをロットとして準備する。ロットから任意のウエハを抜き取って評価用ウエハとし、図３のフォトルミネッセンス測定装置に設置する。そして、図９のフローに示す手順で、レーザ光を照射し、ウエハ上の各（ｘ、ｙ）位置でフォトルミネッセンス光のスペクトルを測定し、バンド端発光の強度を抽出する。抽出したバンド端発光強度から、バンド端発光強度の２次元分布を取得し、２次元分布から欠陥のおおよその位置、密度、サイズを認識する。あるいは、バンド端発光強度の２次元分布から、正規分布に従う成分を除去し、欠陥の位置、密度、サイズを特定してウエハを詳細に評価する。
【００５４】
評価結果に基づいて評価用ウエハの合否を判断する。正規分布成分を除去するまでもなく、バンド端発光強度分布を３次元プロットしたグラフ（図６参照）から視覚的に合否判断できる場合は、その時点で合否判断することもできる。判断が微妙な場合は、バンド端発光強度分布から正規分布成分を除去し、強度低下部位を拡大し、定量的に分析するなどして、ウエハ欠陥の詳細な情報に基づいて合否判断する。合否判断の結果、評価用ウエハが合格であれば、このロットの半導体ウエハに半導体集積回路を形成する工程に進む。評価用ウエハが不合格であれば、その不合格の度合いに応じて、同じロットから別のウエハを抜き取って、再評価する、あるいはこのロット全体を不合格にする、など、より細やかな基準に従って、半導体装置の製造を進めることができる。
【００５５】
上述した評価方法は、ウエハ評価プログラムなどのソフトウエアによっても実現できる。この場合、ウエハ評価プログラムは、コンピュータに、ウエハ上の各位置におけるフォトルミネッセンス光のスペクトルから、バンド端発光の強度を抽出させて、バンド端発光の強度分布を作成させる。そして、バンド端の発光強度分布から、ウエハ上の２次元座標に対して、発光強度を垂直軸に取った３次元プロットを作成させる。あるいは、バンド端発光の強度分布から、正規分布に従う成分を除去させ、正規分布成分の除去後の強度分布から、バンド端発光の強度低下部分を取り出して定量化、または拡大表示させる。３次元プロットさせるか、定量化、拡大表示させるかは、オペレータの操作に応じて行ってもよいし、自動的に少なくとも一方を行わせる構成としてもよい。
【００５６】
フォトルミネッセンス光のスペクトルは、あらかじめ記憶媒体に格納したデータを読み出してもよいし、フォトルミネッセンス測定装置からの入力にしたがって、順次処理させる構成としてもよい。また、３次元プロット、強度低下部分の拡大表示、あるいは定量化させた値に基づき、オペレータが合否の判断を行ってもよいし、コンピュータに自動的に合否判断させる構成としてもよい。
【００５７】
以上述べた実施形態では、次世代ルールで広く使用されると思われるアニールドウエハの極表層の欠陥評価を例にとって説明したが、本発明の欠陥評価方法は、表面研磨（ポリッシュド）ウエハ、エピタキシャルウエハ、ＣＺウエハ等にも同様に適用できることは言うまでもない。
【００５８】
また実施形態では、０．０７μｍルールをターゲットとして、特に半導体素子の空乏層が形成される極表層領域での０．０２μｍ（２０ｎｍ）以下の構造欠陥を評価するために、３６４ｎｍの波長の励起光を用いたが、さらに浅い表面領域での極微小な欠陥を検出するために、波長が３００ｎｍ以下のエキシマレーザを用いて評価用ウエハを照射してもよい。
【００５９】
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
（付記１）  半導体ウエハに波長８００ｎｍ以下の励起光を照射して、前記半導体ウエハから生じるフォトルミネッセンス光のスペクトルを測定する工程と、
前記フォトルミネッセンス光のスペクトルからバンド端発光の強度を抽出して、前記半導体ウエハにおけるバンド端発光の強度分布を取得する工程と、
前記ハンド端発光の強度分布から、前記半導体ウエハ表層における欠陥を評価する工程と
を含むことを特徴とする半導体ウエハの評価方法。
（付記２）  前記バンド端発光の強度分布から、半導体ウエハ上の平面座標と発光強度との関係を３次元プロットする工程をさらに含むことを特徴とする付記１に記載の評価方法。
（付記３）  前記ハンド端発光の強度分布から、正規分布に従う成分を除去する工程と、
正規分布成分除去後の強度分布から、発光強度の低下部分を取り出す工程と
をさらに含むことを特徴とする付記１に記載の半導体ウエハの評価方法。
（付記４）  欠陥の評価は、欠陥の位置、分布密度、欠陥サイズの少なくともひとつに基づいて行うことを特徴とする付記１に記載の評価方法。
（付記５）  前記半導体ウエハは、アニール処理を施したアニールドウエハであることを特徴とする付記１に記載の評価方法。
（付記６）  前記励起光は、波長５００ｎｍ以下の励起光であることを特徴とする付記１に記載の評価方法。
（付記７）  前記発光強度の低下部分を定量化、または拡大表示する工程をさらに含むことを特徴とする付記３に記載の評価方法。
（付記８）  半導体インゴットから複数の半導体ウエハを切り出してロットにする工程と、
前記ロットから任意の半導体ウエハを取り出して評価用ウエハとする工程と、
前記評価用ウエハに波長８００ｎｍ以下の励起光を照射して、前記評価用ウエハの各点においてフォトルミネッセンス光のスペクトルを測定する工程と、
前記フォトルミネッセンス光のスペクトルからバンド端発光の強度を抽出して、前記評価用ウエハにおけるバンド端発光の強度分布を取得する工程と、
前記ハンド端発光の強度分布に基づいて、前記評価用ウエハの欠陥を評価する工程と、
前記評価結果に基づいて、前記評価用ウエハの合否を判断する工程と、
前記評価用ウエハが合格判断された場合に、前記ロットの半導体ウエハに半導体素子を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法
（付記９）  前記半導体ウエハとして、アニール処理が施されたアニールウエハを用いることを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）  前記励起光として、波長５００ｎｍ以下の励起光を照射することを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１）  コンピュータに、
ウエハ上の各位置におけるフォトルミネッセンス光のスペクトルから、バンド端発光の強度を抽出させて、バンド端発光の強度分布を作成させ、
バンド端の発光強度分布から、正規分布に従う成分を除去させ、
正規分布成分の除去後の強度分布から、バンド端発光の強度低下部分を取り出して定量化、または拡大表示させる
命令列を含むことを特徴とするウエハ評価プログラム。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、半導体ウエハ、特にアニールドウエハの極表層にある０，０２μｍ以下のサイズの構造欠陥の位置、分布密度、サイズなどを評価することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、デザインルールと問題となる欠陥サイズの関係を説明するための図である。
【図２】シリコンウエハの典型的なフォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
【図３】本発明の実施形態で用いるフォトルミネッセンス測定装置の概略図である。
【図４】波長５１４．５ｎｍの励起光を照射したときのエピタキシャルウエハとアニールドウエハのフォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
【図５】波長３６４ｎｍの励起光を照射したときのエピタキシャルウエハとアニールドウエハのフォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
【図６】アニールドウエハのバンド端発光強度の分布を示す図である。
【図７】バンド端発光強度の分布をヒストグラムで表わした図である。
【図８】バンド端発光強度の分布から、正規分布に従う成分を除去した状態の分布図と、バンド端発光強度の低下部位の拡大図である。
【図９】本発明の実施形態に係るウエハの欠陥評価方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１  試料保持台
２  レーザ
３  照射光学系
４  集光光学系
５  分光器
６  検出器
１０  フォトルミネッセンス測定装置
【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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【図９】
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