JP2000180385A - Method for measuring recombination lifetime and apparatus for measuring recombination lifetime - Google Patents
Method for measuring recombination lifetime and apparatus for measuring recombination lifetimeInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、再結合ライフタイ
ム測定方法及び再結合ライフタイム測定装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a recombination lifetime measurement method and a recombination lifetime measurement apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、半導体製造工程において悪影響
を及ぼす重金属の汚染量を測定する方法として、過剰キ
ャリアの減衰量が重金属汚染量に比例することを利用し
て過剰キャリアの再結合ライフタイムを測定する方法が
提案されている。2. Description of the Related Art In general, as a method of measuring the amount of heavy metal contamination which has an adverse effect in a semiconductor manufacturing process, the recombination lifetime of excess carriers is measured by utilizing the fact that the amount of attenuation of excess carriers is proportional to the amount of heavy metal contamination. A way to do that has been proposed.
【０００３】例えば、図４に示すように、ウエハステー
ジ１０上に載置したウエハ３０に、光源装置１２を構成
するフォトダイオードにより禁制帯幅よりも大きな周波
数の光、すなわち、波長５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以
下で、振幅１００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下のパルス状
の光を照射する。For example, as shown in FIG. 4, light having a frequency larger than the forbidden band width, that is, a wavelength of 500 nm or more and 1000 nm or less is applied to a wafer 30 placed on a wafer stage 10 by a photodiode constituting a light source device 12. Then, pulsed light having an amplitude of 100 Hz or more and 1000 Hz or less is irradiated.
【０００４】このパルス状の光の照射により、ウエハ３
０内では、電子がエネルギーを吸収して荷電子帯から伝
導帯に励起される。この結果、同数の電子と正孔(以
後、エレクトロンホールペアと称す。)が作られ、熱平
衡状態の密度を越えた密度１．０12〜１．０18／ｃｍ3
の過剰キャリアが生じる。[0004] The irradiation of the wafer 3
Within zero, electrons absorb energy and are excited from the valence band to the conduction band. As a result, the same number of electrons and holes (hereinafter, referred to as electron-hole pairs.) Is produced, the density 1.0 12 ~1.0 18 / cm 3 beyond the density of the thermal equilibrium state
Excess carriers are generated.
【０００５】光の照射を停止すると過剰の伝導電子は、
荷電子帯へ戻って過剰の正孔と結合して消滅し、キャリ
ア濃度はもとの熱平衡状態にもどる（再結合）が、ウエ
ハ３０が重金属により汚染されている場合は、一部の電
子（又は正孔）が再結合できずに重金属にトラップされ
て減衰する。When the irradiation of light is stopped, excess conduction electrons are generated.
Returning to the valence band, the excess electrons are combined with the holes and disappear, and the carrier concentration returns to the original thermal equilibrium state (recombination). However, when the wafer 30 is contaminated with heavy metal, some electrons ( Or holes) cannot be recombined and are trapped and attenuated by heavy metals.
【０００６】すなわち、過剰キャリアの減衰量は重金属
の含有率（言い換えると重金属汚染量）に比例するの
で、光源装置１２による光の照射を停止した後、それと
同時にマイクロ波発信器１４によりマイクロ波をウエハ
表面に照射し、マイクロ波受信器１６を用いて反射され
マイクロ波を測定することにより過剰キャリアの減衰量
を測定し、得られた結果から過剰キャリアの再結合ライ
フタイムを算出する。That is, since the amount of attenuation of excess carriers is proportional to the heavy metal content (in other words, the amount of heavy metal contamination), after the irradiation of light by the light source device 12 is stopped, the microwave is simultaneously emitted by the microwave transmitter 14. The amount of excess carrier attenuation is measured by irradiating the wafer surface and measuring the reflected microwave using the microwave receiver 16, and the recombination lifetime of the excess carrier is calculated from the obtained result.
【０００７】なお、この場合、光源装置１２による光の
照射の開始及び停止、マイクロ波発信器１４によるマイ
クロ波の照射、マイクロ波受信器１６によるマイクロ波
の測定、及び、得られた測定結果に基づくデータの演算
は制御部１８によりそれぞれ制御されている。In this case, the start and stop of light irradiation by the light source device 12, the irradiation of microwaves by the microwave transmitter 14, the measurement of microwaves by the microwave receiver 16, and the obtained measurement results The calculation of the data based on each is controlled by the control unit 18.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示す構成の装置では、光源装置１２からの光の照射によ
りバルク内で発生したエレクトロン３２とホール３４
は、バルク内の重金属などにより形成される不純物準位
を介して再結合するのではなく、図５のエレクトロンバ
ンド図に示すように、ウエハ表面に拡散してウエハ表面
の結晶不連続面により形成される表面準位を介してウエ
ハ表面で再結合してしまう（表面再結合）。なお、この
図５では、ｎ型シリコンウエハについて述べているがｐ
型シリコンウエハについても同様である。However, in the device having the structure shown in FIG. 4, the electrons 32 and the holes 34 generated in the bulk by the irradiation of light from the light source device 12 are provided.
Does not recombine via impurity levels formed by heavy metals or the like in the bulk, but rather diffuses to the wafer surface and is formed by crystal discontinuities on the wafer surface as shown in the electron band diagram of FIG. Recombination on the surface of the wafer via the surface level (surface recombination). In FIG. 5, an n-type silicon wafer is described.
The same applies to the mold silicon wafer.
【０００９】この現象によって、シリコンバルク内の再
結合ライフタイムを精度よく測定するのが困難であると
いう問題点がある。Due to this phenomenon, it is difficult to accurately measure the recombination lifetime in the silicon bulk.
【００１０】従来では、ウエハ表面を熱酸化したり、ウ
エハ表面をヨウ素等の薬品によって化学的に酸化した
り、ウエハ表面にＨＦ（フッ酸）を塗布してウエハ表面
のシリコン結晶の不連続端をＨ（水素）置換する等の処
理をウエハ表面に予め施して、エレクトロンとホールと
が表面準位を介して再結合するのを防ぐ方法が提案され
ている。Conventionally, the wafer surface is thermally oxidized, the wafer surface is chemically oxidized by a chemical such as iodine, or HF (hydrofluoric acid) is applied to the wafer surface to form discontinuous ends of silicon crystals on the wafer surface. Has been proposed in which a process such as H (hydrogen) substitution is performed on the wafer surface in advance to prevent the recombination of electrons and holes via surface levels.
【００１１】しかし、ウエハ表面を熱酸化する場合、熱
酸化時の雰囲気や、熱酸化後のウエハ引き出し時の冷却
の仕方により表面状態がその都度変わってしまい好まし
くないという難点がある。また、ウエハ表面をヨウ素等
の薬品によって化学的に酸化する場合は、ウエハを再利
用できないという難点がある。However, when the wafer surface is thermally oxidized, there is a disadvantage that the surface state changes each time depending on the atmosphere during the thermal oxidation and the cooling method when the wafer is drawn out after the thermal oxidation, which is not preferable. Further, when the wafer surface is chemically oxidized with a chemical such as iodine, there is a disadvantage that the wafer cannot be reused.
【００１２】さらに、ウエハ表面にＨＦ（フッ酸）を塗
布してウエハ表面のシリコン結晶の不連続端をＨ（水
素）置換する場合は、Ｈ置換したウエハ表面の経時変化
が大きいため、このようなウエハにおける再結合ライフ
タイムを測定しても、安定に、且つ、再現性よく評価を
行うことができないという難点がある。Further, when HF (hydrofluoric acid) is applied to the wafer surface to replace the discontinuous end of the silicon crystal on the wafer surface with H (hydrogen), the H-substituted wafer surface has a large change with time. Even if the recombination lifetime of a simple wafer is measured, there is a problem that the evaluation cannot be performed stably and with good reproducibility.
【００１３】以上のことから、本発明は、ウエハの表面
準位の影響を抑えて再結合ライフタイムを測定できる再
結合ライフタイム測定方法を提供することを第１の目的
とする。As described above, it is a first object of the present invention to provide a recombination lifetime measuring method capable of measuring a recombination lifetime while suppressing the influence of a wafer surface level.
【００１４】また、エレクトロンとホールとがウエハの
表面準位を介して表面再結合するのを大幅に抑制するこ
とのできる再結合ライフタイム測定装置を提供すること
を第２の目的とする。It is a second object of the present invention to provide a recombination lifetime measuring apparatus capable of greatly suppressing surface recombination of electrons and holes via surface levels of a wafer.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために請求項１の発明の再結合ライフタイム測定方法
は、ウエハの導電型と逆の電荷にウエハを帯電させてか
ら、ウエハ表面に光を照射して過剰キャリアを発生さ
せ、該過剰キャリアの減衰量を計測して、Ｓｉバルク内
のライフタイムを測定する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for measuring recombination lifetime, comprising the steps of: charging a wafer to a charge opposite to the conductivity type of the wafer; The surface is irradiated with light to generate excess carriers, the amount of attenuation of the excess carriers is measured, and the lifetime in the Si bulk is measured.
【００１６】すなわち、請求項１の発明では、ウエハの
導電型と逆の電荷にウエハを帯電させることにより、ウ
エハの表面ポテンシャルを変化させ、これにより、ウエ
ハ表面にエレクトロンとホールとの両方が拡散するのを
防いでいる。That is, in the first aspect of the present invention, the surface potential of the wafer is changed by charging the wafer to a charge opposite to the conductivity type of the wafer, whereby both electrons and holes diffuse on the wafer surface. To prevent
【００１７】すなわち、ｎ型の導電型のシリコンウエハ
を正に帯電させると、図２（Ａ）に示すように、ウエハ
中のエレクトロン３２は表面に引き付けられ、ホール３
４は反発する。従って、ウエハ表面にはエレクトロン３
２のみが存在することになり、ウエハ表面においてエレ
クトロン３２が表面準位を介してホール３４と再結合す
るのを防ぐことができる。同様に、ｐ型の導電型のシリ
コンウエハを負に帯電させると、図２（Ｂ）に示すよう
に、ウエハ中のホール３４は表面に引き付けられ、エレ
クトロン３２は反発する。従って、ウエハ表面にはホー
ル３４のみが存在することになり、ウエハ表面において
ホール３４が表面準位を介してエレクトロン３２と再結
合するのを防ぐことができる。That is, when the n-type conductive silicon wafer is positively charged, the electrons 32 in the wafer are attracted to the surface, as shown in FIG.
4 rebounds. Therefore, the electron 3 appears on the wafer surface.
2, only electrons 2 can be prevented from being recombined with holes 34 via the surface level on the wafer surface. Similarly, when the p-type conductive silicon wafer is negatively charged, as shown in FIG. 2B, the holes 34 in the wafer are attracted to the surface, and the electrons 32 repel. Therefore, only the holes 34 exist on the wafer surface, and recombination of the holes 34 with the electrons 32 via the surface states on the wafer surface can be prevented.
【００１８】このように、ウエハの表面ポテンシャルを
ウエハの導電型に応じて上記のように変え、エレクトロ
ン・ホールペアの表面準位を介した再結合を防いでいる
ため、その後、ウエハに過剰キャリアを発生させてその
減衰量を測定すると、過剰キャリアの減衰量はウエハ内
の重金属汚染量に基づくものとなる。従って、測定によ
り得られる再結合ライフタイムは重金属汚染量に基づく
ものとなり、精度よく重金属汚染量を検出できる。As described above, since the surface potential of the wafer is changed as described above according to the conductivity type of the wafer to prevent recombination via the surface state of the electron-hole pair, the excess carrier is thereafter added to the wafer. Is generated and the amount of attenuation is measured, the amount of excess carrier attenuation is based on the amount of heavy metal contamination in the wafer. Therefore, the recombination lifetime obtained by the measurement is based on the heavy metal contamination amount, and the heavy metal contamination amount can be detected accurately.
【００１９】また、請求項２の発明は、上記請求項１の
発明を実施するための再結合ライフタイム測定装置であ
り、上記第２の目的を達成するために、ウエハの導電型
と逆の電荷にウエハを帯電させる帯電手段と、該帯電手
段により帯電されたウエハの表面に過剰にキャリアを発
生させるキャリア発生手段と、該キャリア発生手段によ
りウエハ表面に過剰に発生させたキャリアの減衰量を測
定する減衰量測定手段と、を備えている。A second aspect of the present invention is a recombination lifetime measuring apparatus for carrying out the first aspect of the present invention. In order to achieve the second object, a reverse type of the conductivity type of the wafer is used. Charging means for charging the wafer to electric charge, carrier generating means for generating excessive carriers on the surface of the wafer charged by the charging means, and the amount of attenuation of the carriers excessively generated on the wafer surface by the carrier generating means. And an attenuation measuring means for measuring.
【００２０】請求項２の発明の再結合ライフタイム測定
装置における帯電手段は、ウエハの導電型と逆の電荷に
ウエハを帯電させるものであればよく、例えば、請求項
３に記載したように、ｎ型の導電型のウエハにはプラス
イオンを照射し、ｐ型の導電型のウエハにはマイナスイ
オンを照射するイオン照射手段で構成したり、請求項４
に記載したように、表面に絶縁膜が形成された導電性ス
テージの表面に載置されたウエハがｎ型の導電型である
場合は前記導電性ステージに負電圧を印加し、ｐ型の導
電型である場合は前記導電性ステージに正電圧を印加す
る電圧印加手段等を使用することができる。The charging means in the recombination lifetime measuring apparatus according to the second aspect of the present invention may be any means as long as it charges the wafer to a charge opposite to the conductivity type of the wafer. 5. An ion irradiation means for irradiating an n-type conductivity type wafer with positive ions and irradiating a p-type conductivity type wafer with negative ions.
As described in the above, when the wafer placed on the surface of the conductive stage having an insulating film formed on the surface is of an n-type conductivity type, a negative voltage is applied to the conductive stage, and the p-type conductivity is applied. In the case of a mold, a voltage applying means for applying a positive voltage to the conductive stage can be used.
【００２１】このような帯電手段により、ウエハの表面
ポテンシャルをウエハの導電型に応じて変えてから、キ
ャリア発生手段により再結合ライフタイム測定のための
過剰キャリアを生じさせる構成であるので、エレクトロ
ンとホールとがウエハの表面準位を介して表面再結合す
るのを大幅に抑制することができる。With such a charging means, the surface potential of the wafer is changed in accordance with the conductivity type of the wafer, and then excess carriers for the recombination lifetime measurement are generated by the carrier generation means. The recombination of the surface with the hole via the surface level of the wafer can be greatly suppressed.
【００２２】従って、減衰量測定手段により測定される
過剰キャリアの減衰量は、ウエハ内の重金属汚染量に基
づくものとなり、精度よく再結合ライフタイムを測定で
きる。Therefore, the amount of excess carrier attenuation measured by the attenuation measuring means is based on the amount of heavy metal contamination in the wafer, and the recombination lifetime can be measured accurately.
【００２３】なお、過剰キャリアの減衰量を測定する減
衰量測定手段として、例えば、不純物の注入により結晶
欠陥を生じた領域で吸収されるマイクロ波をウエハ表面
に照射するマイクロ波照射手段と、ウエハに吸収されな
いマイクロ波量を測定するマイクロ波受信手段とから構
成され、ウエハに吸収されたマイクロ波量を検出するこ
とにより重金属汚染量を検出するマイクロ波減衰測定装
置により構成できる。The attenuation measuring means for measuring the amount of attenuation of excess carriers includes, for example, a microwave irradiating means for irradiating the surface of the wafer with microwaves absorbed in a region where a crystal defect is caused by impurity implantation, and a wafer irradiating means. And microwave receiving means for measuring the amount of microwaves not absorbed by the wafer, and a microwave attenuation measuring device for detecting the amount of heavy metal contamination by detecting the amount of microwaves absorbed by the wafer.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図３を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１に示すように、第１の実施の
形態の再結合ライフタイム測定装置は、ウエハ３０を載
置すると共にアース２２が接続されたウエハステージ１
０と、ウエハステージ１０上に載置されたウエハ３０に
対し光を照射するフォトダイオードから構成された光源
装置１２と、ウエハステージ１０上に載置されたウエハ
３０に対しマイクロ波を照射するマイクロ波発信器１４
と、ウエハ３０に吸収されないマイクロ波を測定するマ
イクロ波受信器１６と、ウエハステージ１０上に載置さ
れたウエハ３０の表面に、１００の電圧で数十μＡ以上
数ｍＡ以下の通電で生成したイオンを照射するイオナイ
ザー（イオン照射手段）２０と、を備えている。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
3 will be described with reference to FIG. (First Embodiment) As shown in FIG. 1, a recombination lifetime measuring apparatus according to a first embodiment comprises a wafer stage 1 on which a wafer 30 is placed and a ground 22 is connected.
0, a light source device 12 composed of a photodiode for irradiating light to the wafer 30 mounted on the wafer stage 10, and a microwave for irradiating the microwave to the wafer 30 mounted on the wafer stage 10. Wave transmitter 14
And a microwave receiver 16 for measuring microwaves not absorbed by the wafer 30, and a microwave generated at a voltage of 100 on the surface of the wafer 30 placed on the wafer stage 10 by applying a current of several tens μA to several mA. An ionizer (ion irradiation means) 20 for irradiating ions.
【００２５】これら光源装置１２、マイクロ波発信器１
４、マイクロ波受信器１６、イオナイザー２０、アース
２２は、それぞれ制御部１８に接続されており、制御部
１８は個々の動作を制御する。The light source device 12 and the microwave transmitter 1
4. The microwave receiver 16, the ionizer 20, and the ground 22 are connected to a control unit 18, and the control unit 18 controls each operation.
【００２６】以下、本第１の実施の形態の再結合ライフ
タイム測定装置を用いた再結合ライフタイムの測定方法
について説明する。Hereinafter, a method of measuring the recombination lifetime using the recombination lifetime measuring apparatus of the first embodiment will be described.
【００２７】まず、制御部１８に入力されたウエハ３０
の導電型の情報に応じてイオナイザー２０がウエハ３０
の表面にイオンを照射し、ウエハ３０の表面を帯電させ
る。すなわち、ウエハステージ１０上に載置されたウエ
ハ３０の導電型がｎ型である場合はプラスイオンを照射
し、ｐ型である場合はマイナスイオンを照射する。First, the wafer 30 input to the control unit 18
Of the wafer 30 according to the conductivity type information of the wafer 30
The surface of the wafer 30 is irradiated with ions to charge the surface of the wafer 30. In other words, when the conductivity type of the wafer 30 placed on the wafer stage 10 is n-type, positive ions are irradiated, and when the conductivity type is p-type, negative ions are irradiated.
【００２８】このときのイオンの照射量は、ウエハの表
面電位が１Ｖ以上１００Ｖ以下程度の範囲内となるよう
に調整される。At this time, the irradiation amount of the ions is adjusted so that the surface potential of the wafer is in the range of about 1 V or more and 100 V or less.
【００２９】ウエハ３０の表面が帯電されたら、イオナ
イザー２０によるイオンの照射を止め、光源装置１２を
構成するフォトダイオードにより、表面が帯電されたウ
エハ３０の表面に波長５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下
で、振幅１００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下のパルス状の
光を照射する。これにより、電子がエネルギーを吸収し
て荷電子帯から伝導帯に励起されるので、エレクトロン
ホールペアが作られ、熱平衡状態の密度を越えた密度
１．０12／ｃｍ3以上１．０18／ｃｍ3以下程度の過剰キ
ャリアが生じる。When the surface of the wafer 30 is charged, the irradiation of the ions by the ionizer 20 is stopped, and the photodiode constituting the light source device 12 applies the light to the surface of the charged wafer 30 at a wavelength of 500 nm or more and 1000 nm or less and an amplitude of 100 Hz. Irradiation is performed with pulsed light of 1000 Hz or less. As a result, the electrons absorb energy and are excited from the valence band to the conduction band, so that electron hole pairs are formed, and the density exceeding the density in the thermal equilibrium state is 1.0 12 / cm 3 or more and 1.0 18 / cm 3 or more. Excess carriers of about 3 cm 3 or less are generated.
【００３０】ウエハ３０の導電型がｎ型の場合は、イオ
ナイザー２０からのプラスイオンの照射によって、ウエ
ハ３０表面は正に帯電されるため、エネルギーバンド図
は図２（Ａ）に示すようになる。すなわち、エレクトロ
ンホールペアのうち、エレクトロン３２がウエハ３０の
表面に引き付けられ、ホール３４がウエハ表面から反発
する。When the conductivity type of the wafer 30 is n-type, the surface of the wafer 30 is positively charged by the irradiation of positive ions from the ionizer 20, so that the energy band diagram is as shown in FIG. . That is, of the electron hole pairs, the electrons 32 are attracted to the surface of the wafer 30, and the holes 34 repel from the wafer surface.
【００３１】また、ウエハ３０の導電型がｐ型の場合
は、イオナイザー２０からのマイナスイオンの照射によ
って、ウエハ３０表面は負に帯電されるため、エネルギ
ーバンド図は図２（Ｂ）に示すようになる。すなわち、
エレクトロンホールペアのうち、ホール３４がウエハ３
０の表面に引き付けられ、エレクトロン３２がウエハ表
面から反発する。When the conductivity type of the wafer 30 is p-type, the surface of the wafer 30 is negatively charged by the irradiation of negative ions from the ionizer 20, so that the energy band diagram is as shown in FIG. become. That is,
The hole 34 of the electron hole pair is the wafer 3
And the electrons 32 are repelled from the wafer surface.
【００３２】以上のことから、エレクトロン３２とホー
ル３４とがウエハ３０の表面準位を介して再結合しにく
い状態となっていることがわかる。従って、過剰キャリ
アの減衰は、ほぼ重金属の準位を介して行われることと
なる。From the above, it can be seen that the electrons 32 and the holes 34 are hardly recombined via the surface level of the wafer 30. Therefore, the attenuation of excess carriers is performed almost through the level of heavy metal.
【００３３】ウエハ３０に過剰キャリアを生じさせた
後、制御部１８は光源装置１２による光の照射を停止さ
せて、マイクロ波発信器１４によりウエハ３０の表面に
マイクロ波を照射すると共に、マイクロ波受信器１６を
用いてウエハ３０により吸収されなかったマイクロ波量
を測定する。After generating excess carriers in the wafer 30, the control unit 18 stops the light irradiation by the light source device 12, irradiates the microwave to the surface of the wafer 30 by the microwave transmitter 14, The amount of microwaves not absorbed by the wafer 30 is measured using the receiver 16.
【００３４】制御部１８は、得られた結果に基づいて再
結合ライフタイムを算出すると共に、マイクロ波の測定
が終了したら、アース２２をウエハステージ１０に接続
してウエハ３０表面の帯電を取り除く。The control unit 18 calculates the recombination lifetime based on the obtained result, and when the measurement of the microwave is completed, connects the ground 22 to the wafer stage 10 to remove the charge on the surface of the wafer 30.
【００３５】このように測定した結果に基づいて算出さ
れた再結合ライフタイムは、ウエハの表面準位の影響を
受けていないため、重金属汚染量に則した過剰キャリア
の減衰量を精度よく測定できることとなる。The recombination lifetime calculated on the basis of the measurement result is not affected by the surface state of the wafer, so that the amount of attenuation of excess carriers in accordance with the amount of heavy metal contamination can be accurately measured. Becomes
【００３６】なお、本第１の実施の形態では、制御部に
より個々の装置（光源装置１２、マイクロ波発信器１
４、マイクロ波受信器１６、イオナイザー２０、アース
２２）を制御する構成としているが、制御部１８を設け
ずに手動で前記個々の装置１２、１４、１６、２０、２
２の動作を制御する構成とすることもできる。In the first embodiment, the control unit controls the individual devices (the light source device 12, the microwave transmitter 1).
4, the microwave receiver 16, the ionizer 20, and the earth 22) are configured to be controlled, but the individual devices 12, 14, 16, 20, 20, and 2 are manually provided without the control unit 18.
2 may be configured to control the operation.
【００３７】（第２の実施の形態）図３に示すように、
第２の実施の形態の再結合ライフタイム測定装置は、ウ
エハ３０載置面に絶縁膜１３が形成された導電性のウエ
ハステージ１１と、このウエハステージ１１に対し、数
Ｖから数１００Ｖの正電圧又は負電圧を印加する電源部
２３（電圧印加手段）とアース２２とを備えた電源装置
２４と、ウエハステージ１１上に載置されたウエハ３０
に対し光を照射するフォトダイオードから構成された光
源装置１２と、ウエハステージ１１上に載置されたウエ
ハ３０に対しマイクロ波を照射するマイクロ波発信器１
４と、ウエハ３０に吸収されないマイクロ波を測定する
マイクロ波受信器１６と、を備えている。(Second Embodiment) As shown in FIG.
The recombination lifetime measuring apparatus according to the second embodiment includes a conductive wafer stage 11 having an insulating film 13 formed on a wafer 30 mounting surface, and a positive voltage of several volts to several hundred volts with respect to the wafer stage 11. A power supply unit 24 including a power supply unit 23 (voltage application unit) for applying a voltage or a negative voltage, and a ground 22, and a wafer 30 mounted on the wafer stage 11
And a microwave transmitter 1 for irradiating a microwave to a wafer 30 mounted on a wafer stage 11.
4 and a microwave receiver 16 for measuring microwaves not absorbed by the wafer 30.
【００３８】これら電源装置２４、光源装置１２、マイ
クロ波発信器１４、マイクロ波受信器１６は、それぞれ
制御部１８に接続されており、制御部１８は個々の動作
を制御する。The power supply device 24, the light source device 12, the microwave transmitter 14, and the microwave receiver 16 are connected to a control unit 18, and the control unit 18 controls each operation.
【００３９】以下、本第２の実施の形態の再結合ライフ
タイム測定装置を用いた再結合ライフタイムの測定方法
について説明する。Hereinafter, a method for measuring the recombination lifetime using the recombination lifetime measuring apparatus according to the second embodiment will be described.
【００４０】まず、制御部１８に入力されたウエハ３０
の導電型の情報に応じて電源装置２４が、ウエハステー
ジ１１に正電圧又は負電圧を印加して、ウエハ３０の表
面を帯電させる。すなわち、ウエハステージ１０上に載
置されたウエハ３０の導電型がｎ型である場合は正電圧
を印加し、ｐ型である場合は負電圧を印加する。First, the wafer 30 input to the control unit 18
The power supply 24 applies a positive voltage or a negative voltage to the wafer stage 11 according to the conductivity type information to charge the surface of the wafer 30. That is, when the conductivity type of the wafer 30 placed on the wafer stage 10 is n-type, a positive voltage is applied, and when the conductivity type is p-type, a negative voltage is applied.
【００４１】このときの電圧は、ウエハの表面電位が１
Ｖ以上１００Ｖ以下程度の範囲内となるように調整され
る。The voltage at this time is such that the surface potential of the wafer is 1
It is adjusted to be in the range of about V or more and about 100 V or less.
【００４２】ウエハ３０の表面が帯電されたら、電源装
置２４による電圧の印加を止め、光源装置１２を構成す
るフォトダイオードにより、表面が帯電されたウエハ３
０の表面に波長５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下で、振
幅１００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下のパルス状の光を照
射する。これにより、電子がエネルギーを吸収して荷電
子帯から伝導帯に励起されるので、エレクトロンホール
ペアが作られ、熱平衡状態の密度を越えた密度１．０12
／ｃｍ3以上１．０18／ｃｍ3以下程度の過剰キャリアが
生じる。When the surface of the wafer 30 is charged, the application of the voltage by the power supply device 24 is stopped, and the wafer 3 whose surface is charged by the photodiode constituting the light source device 12 is stopped.
The surface of No. 0 is irradiated with pulsed light having a wavelength of 500 nm or more and 1000 nm or less and an amplitude of 100 Hz or more and 1000 Hz or less. Thus, since electrons are excited from the valence band to absorb the energy in the conduction band, electrons-hole pairs are created, density 1.0 12 beyond the density of the thermal equilibrium state
/ Cm 3 or more and about 1.0 18 / cm 3 or less.
【００４３】ウエハ３０の導電型がｎ型の場合は、電源
装置２４による正電圧の印加により、ウエハ３０表面は
正に帯電されるため、エネルギーバンド図は図２（Ａ）
に示すようになる。すなわち、エレクトロンホールペア
のうち、エレクトロン３２がウエハ３０の表面に引き付
けられ、ホール３４がウエハ表面から反発する。When the conductivity type of the wafer 30 is n-type, the surface of the wafer 30 is positively charged by the application of a positive voltage from the power supply 24, and the energy band diagram is shown in FIG.
It becomes as shown in. That is, of the electron hole pairs, the electrons 32 are attracted to the surface of the wafer 30, and the holes 34 repel from the wafer surface.
【００４４】また、ウエハ３０の導電型がｐ型の場合
は、電源装置２４による負電圧の印加により、ウエハ３
０表面は負に帯電されるため、エネルギーバンド図は図
２（Ｂ）に示すようになる。すなわち、エレクトロンホ
ールペアのうち、ホール３４がウエハ３０の表面に引き
付けられ、エレクトロン３２がウエハ表面から反発す
る。When the conductivity type of the wafer 30 is p-type, the application of a negative voltage by the power supply 24
Since the zero surface is negatively charged, the energy band diagram is as shown in FIG. That is, of the electron hole pairs, the holes 34 are attracted to the surface of the wafer 30, and the electrons 32 repel from the wafer surface.
【００４５】以上のことから、エレクトロン３２とホー
ル３４とがウエハ３０の表面準位を介して再結合しにく
い状態となっていることがわかる。従って、過剰キャリ
アの減衰は、ほぼ重金属の準位を介して行われることと
なる。From the above, it can be seen that the electrons 32 and the holes 34 are hardly recombined via the surface state of the wafer 30. Therefore, the attenuation of excess carriers is performed almost through the level of heavy metal.
【００４６】ウエハ３０に過剰キャリアを生じさせた
後、制御部１８は光源装置１２による光の照射を停止さ
せて、マイクロ波発信器１４によりウエハ３０の表面に
マイクロ波を照射すると共に、マイクロ波受信器１６を
用いてウエハ３０により吸収されなかったマイクロ波量
を測定する。After generating excess carriers in the wafer 30, the control unit 18 stops the light irradiation by the light source device 12, irradiates the microwave to the surface of the wafer 30 by the microwave transmitter 14, and The amount of microwaves not absorbed by the wafer 30 is measured using the receiver 16.
【００４７】制御部１８は、得られた結果に基づいて再
結合ライフタイムを算出すると共に、マイクロ波の測定
が終了したら、電源装置２４をアース２２に切り換え、
ウエハステージ１１にアース２２を接続してウエハ３０
表面の帯電を取り除く。The controller 18 calculates the recombination lifetime based on the obtained result, and switches the power supply 24 to the ground 22 when the measurement of the microwave is completed.
The ground 30 is connected to the wafer stage 11 to
Removes surface charge.
【００４８】このように測定した結果に基づいて算出さ
れた再結合ライフタイムは、上記第１の実施の形態と同
様に、ウエハの表面準位の影響を受けていないため、重
金属汚染量に則した過剰キャリアの減衰量を精度よく測
定できることとなる。The recombination lifetime calculated on the basis of the result of the measurement is not affected by the surface state of the wafer, as in the first embodiment. This makes it possible to accurately measure the amount of excess carrier attenuation.
【００４９】なお、本第２の実施の形態では、制御部に
より個々の装置（電源装置２４、光源装置１２、マイク
ロ波発信器１４、マイクロ波受信器１６）を制御する構
成としているが、制御部１８を設けずに手動で前記個々
の装置２４、１２、１４、１６の動作を制御する構成と
することもできる。In the second embodiment, each device (the power supply device 24, the light source device 12, the microwave transmitter 14, and the microwave receiver 16) is controlled by the control unit. It is also possible to adopt a configuration in which the operation of the individual devices 24, 12, 14, 16 is manually controlled without providing the unit 18.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、ウエハの表面準位の影響を抑えて再結合ライフ
タイムを測定できる、という効果が得られる。As described above, according to the first aspect of the present invention, an effect is obtained that the recombination lifetime can be measured while suppressing the influence of the surface state of the wafer.
【００５１】また、請求項２〜請求項４の発明によれ
ば、エレクトロンとホールとがウエハの表面準位を介し
て表面再結合するのを大幅に抑制できる、という効果が
得られる。Further, according to the second to fourth aspects of the present invention, it is possible to obtain an effect that the recombination of electrons and holes via the surface level of the wafer can be significantly suppressed.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る再結合ライフ
タイム測定装置の概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a recombination lifetime measuring device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】（Ａ）はウエハ３０の表面を正に帯電させたと
きのウエハ内のエネルギーバンド図であり、（B）はは
ウエハ３０の表面を負に帯電させたときのウエハ内のエ
ネルギーバンド図である。FIG. 2A is an energy band diagram in the wafer when the surface of the wafer 30 is positively charged, and FIG. 2B is an energy band diagram in the wafer when the surface of the wafer 30 is negatively charged. It is a band diagram.
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る再結合ライフ
タイム測定装置の概略説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory view of a recombination lifetime measuring device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】従来の再結合ライフタイム測定装置の概略説明
図である。FIG. 4 is a schematic explanatory view of a conventional recombination lifetime measuring device.
【図５】ウエハの表面を帯電させない場合のウエハ内の
エネルギーバンド図である。FIG. 5 is an energy band diagram in a wafer when the surface of the wafer is not charged.
１０ ウエハステージ １２ 光源装置 １４ マイクロ波発信器 １６ マイクロ波受信器 １８ 制御部 ２０ イオナイザー ２２ アース ３０ ウエハ Reference Signs List 10 Wafer stage 12 Light source device 14 Microwave transmitter 16 Microwave receiver 18 Control unit 20 Ionizer 22 Ground 30 Wafer
Claims (4)
電させてから、ウエハ表面に光を照射して過剰キャリア
を発生させ、該過剰キャリアの減衰量を計測して、Ｓｉ
バルク内のライフタイムを測定する再結合ライフタイム
測定方法。1. A method in which a wafer is charged to a charge opposite to the conductivity type of the wafer, and then the surface of the wafer is irradiated with light to generate excess carriers, and the amount of attenuation of the excess carriers is measured.
A recombination lifetime measurement method that measures the lifetime in the bulk.
電させる帯電手段と、 該帯電手段により帯電されたウエハの表面に過剰にキャ
リアを発生させるキャリア発生手段と、 該キャリア発生手段によりウエハ表面に過剰に発生させ
たキャリアの減衰量を測定する減衰量測定手段と、 を備えた再結合ライフタイム測定装置。2. Charging means for charging the wafer to a charge opposite to the conductivity type of the wafer, carrier generating means for generating excessive carriers on the surface of the wafer charged by the charging means, and wafer by the carrier generating means. A recombination lifetime measuring device, comprising: an attenuation measuring means for measuring an attenuation of a carrier excessively generated on a surface.
の導電型のウエハにはマイナスイオンを照射するイオン
照射手段である請求項２に記載の再結合ライフタイム測
定装置。3. The ion irradiation means according to claim 2, wherein said charging means irradiates an n-type conductivity type wafer with positive ions and irradiates a p-type conductivity type wafer with negative ions. Recombination lifetime measurement device.
を備えたウエハ保持手段を備え、 前記帯電手段は、ｎ型の導電型のウエハが前記ステージ
の絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに負
電圧を印加し、ｐ型の導電型のウエハが前記ステージの
絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに正電
圧を印加する電圧印加手段である請求項２に記載の再結
合ライフタイム測定装置。4. A wafer holding means provided with a conductive stage having an insulating film on a surface, wherein the charging means is provided when an n-type conductive type wafer is placed on the insulating film of the stage. 3. A voltage applying means for applying a negative voltage to the conductive stage and applying a positive voltage to the conductive stage when a p-type wafer is mounted on an insulating film of the stage. 3. The recombination lifetime measuring device according to 1.
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| JP35117698A JP4091698B2 (en) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | Recombination lifetime measuring device |
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1998
- 1998-12-10 JP JP35117698A patent/JP4091698B2/en not_active Expired - Fee Related
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