JP2013197179A - 半導体評価方法、及び半導体評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光照射直後の反射強度信号に含まれるノイズの影響を受けずに、表面再結合速度（Ｓ）を安定かつ高精度で測定する半導体評価方法及び半導体評価装置を提供すること。
【解決手段】半導体評価装置１に、半導体に光パルスを照射する光照射部１０と、光パルスが照射された領域を含む光パルス照射領域に測定波を照射する測定波照射部２０と、光パルス照射領域で反射した測定波を検出するマイクロ波検出部３１と、マイクロ波検出部３１で検出した測定波の反射強度の時間変化を測定する反射強度測定部３２と、を備える。その上で、半導体評価装置１に、反射強度測定部３２で測定した反射強度の時間変化を基に強度変化曲線を求め、求めた強度変化曲線の傾きに基づいて半導体の表面再結合速度を評価する表面再結合評価部２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体表層のキャリア寿命の測定により半導体表層を評価する半導体評価方法及び半導体評価装置に関する。

近年のエレクトロニクス技術の発展により、様々な分野に半導体製品が活用されている。半導体製品は、一般に半導体ウェハから製造されるため、半導体製品の高性能化には、半導体ウェハの品質管理が重要である。この半導体ウェハの品質管理に用いられる指標は様々に存在するが、そのうちの１つの指標として、半導体におけるキャリアの寿命（ライフタイム）がある。

このキャリア寿命を測定する方法の１つとして、マイクロ波光導電減衰法（μ−ＰＣＤ法）が知られている。このマイクロ波光導電減衰法は、測定対象である半導体（半導体試料、被測定試料）に光を照射することによって半導体内に過剰キャリアを生成し、この生成した過剰キャリアが半導体試料の物性によって決まるキャリア寿命で再結合して消滅する過程（再結合時間）を、マイクロ波の反射率の時間変化または透過率の時間変化によって検出する方法である。光励起によって過剰キャリアが生成すると半導体の導電率が増加するため、半導体において過剰キャリアが生成された部位（部分、領域）にマイクロ波が照射されると、照射されたマイクロ波の反射率または透過率が過剰キャリアの密度に対応して変化する。マイクロ波光導電減衰法とは、このような現象を利用することによってキャリア寿命を測定するものである。

ところで、半導体ウェハの表面には、一般に結晶性不整が存在し、これによって過剰キャリアが半導体表面で再結合するいわゆる表面再結合が生じる。このため、キャリア寿命の測定結果には、半導体ウェハ内部の再結合によるキャリア寿命（バルクライフタイム）だけでなく、表面再結合によるキャリア寿命（表面再結合速度（Ｓ））も含まれている。
なお近年では、太陽電池など、半導体ウェハの表面性状がデバイス特性に大きく影響するデバイスが多く存在している。このようなデバイスに用いられる半導体ウェハの品質管理には、半導体ウェハの表面処理を最適化するためにも、バルクでのキャリア寿命のみならず表面再結合によるキャリア寿命の評価も重要である。

特許文献１は、このような表面再結合によるキャリア寿命を評価する技術を開示している。特許文献１に開示の半導体ウエーハ特性の測定方法は、測定波であるマイクロ波の反射波強度の時間変化（減衰カーブの屈曲）から、バルクライフタイムおよび表面再結合速度を求める測定方法である。
非特許文献１も、表面再結合によるキャリア寿命を評価する技術であって、異なる波長の光パルス照射による反射波強度変化の解析から、バルクライフタイムおよび表面再結合速度を求める技術を開示している。

特開昭５７−５４３３８号公報

Bulk and surface components of recombination lifetime based on a two‐laser microwave reflection technique, A.Buczkowski,Z.J.Radzimski,G.A. Rozgonyi,and F.Shimura, J.Appl.Phys.Vol.69,(9),6495(1991)

前述のように、表面再結合速度（Ｓ）は、特に太陽電池においてデバイス特性に大きく影響する。太陽電池の発電効率を高めるためには、表面再結合速度（Ｓ）として〜１０ｃｍ／ｓ以下が要求されつつあり、太陽電池に用いる半導体ウェハの表面再結合速度（Ｓ）の管理には、高い精度での評価が必要である。
特許文献１及び非特許文献１は、いずれも光照射直後におけるマイクロ波の反射強度（
最大変化）を基準として、この最大変化の信号値と一定時間経過後の信号値との差異から表面再結合速度（Ｓ）を評価するものである。また、両文献では、光照射直後におけるマイクロ波の反射強度が１／ｅ（ｅ：自然対数の底）となるまでの時間がライフタイム（キャリア寿命）と称されている。一般に、マイクロ波光導電減衰法（μ−ＰＣＤ）においては、光照射直後のマイクロ波の反射強度信号を基準として、マイクロ波の反射強度が１／ｅとなるまでの時間をライフタイムとしている。

しかしながら、光照射直後の反射強度信号のレベルは、光パルスの時間幅や時間波形にも依存する。また、光パルス照射によりマイクロ波の反射強度信号は急峻に変化するが、その測定値は、測定系の伝達特性（パルス応答特性）にも依存する。これらの影響のため、光照射直後の励起キャリアを高精度かつ安定に測定することは困難であり、表面再結合速度（Ｓ）の評価精度に影響する。

図２は、実際の反射強度信号の測定波形の観測例であるが、光照射直後において、測定系のパルス応答特性に起因するリンギング（ノイズ）が観測されている。特許文献１及び非特許文献１による評価方法は、このノイズが表面再結合速度（Ｓ）の評価に影響を及ぼすので、高精度で表面再結合速度（Ｓ）を評価することは困難である。
そこで本発明は、光照射直後の反射強度信号に含まれるノイズの影響を受けずに、表面再結合速度（Ｓ）を安定にかつ高精度で測定する半導体評価方法及び半導体評価装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る半導体評価方法は、半導体に光パルスを照射することによって前記半導体に励起キャリアを生成するキャリア生成工程と、前記光パルスが照射された領域を含む光パルス照射領域に測定波を照射する測定波照射工程と、前記光パルス領域で反射した測定波を検出する測定波検出工程と、前記測定波検出工程で検出した測定波の反射強度の時間変化を測定する反射強度測定工程と、を備える半導体評価方法であって、前記反射強度測定工程で測定した反射強度の時間変化を基に強度変化曲線を求め、求めた強度変化曲線の傾きに基づいて前記半導体の表面再結合速度を評価する表面再結合評価工程を備えることを特徴とする。

ここで、前記表面再結合評価工程は、前記求めた強度変化曲線の最初の部分を除いた補正強度変化曲線を取得し、取得した補正強度変化曲線の傾きに基づいて前記半導体の表面再結合速度を評価してもよい。
また、前記表面再結合評価工程は、前記補正強度変化曲線の傾きを、前記補正強度変化曲線を構成する時系列データを用いた回帰分析により求めてもよい。

また、前記表面再結合評価工程は、前記回帰分析に用いる時系列データを増やすために、補正強度変化曲線における回帰分析の対象となる時間区間を増加させてもよい。
さらに、前記キャリア生成工程で照射される光パルスの波長は、可視又は紫外領域の波長であってもよい。
本発明に係る半導体評価装置は、半導体に光パルスを照射する光照射部と、前記光パルスが照射された領域を含む光パルス照射領域に測定波を照射する測定波照射部と、前記光パルス照射領域で反射した測定波を検出するマイクロ波検出部と、前記マイクロ波検出部で検出した測定波の反射強度の時間変化を測定する反射強度測定部と、を備える半導体評価装置であって、上記いずれかの半導体評価方法によって前記半導体の表面再結合速度を評価する表面再結合評価部を有することを特徴とする。

本発明に係る半導体評価方法及び半導体評価装置によれば、光照射直後の反射強度信号に含まれるノイズの影響を受けずに、表面再結合速度（Ｓ）を安定にかつ高精度で測定することができる。

本発明の実施形態による半導体評価装置の概略構成を示す図である。 反射マイクロ波の信号レベル（反射強度）の時間変化を表すグラフである。 本発明の実施形態による反射マイクロ波の反射強度に関するグラフであり、（ａ）は信号レベル（反射強度）の強度変化曲線を表し、（ｂ）は強度変化曲線の傾きについて回帰分析を行った結果を表している。 様々なバルクタイムと表面再結合速度（Ｓ）の組み合わせによる半導体ウェハの減衰率の変化を表すグラフである。 本実施形態の実施例による反射マイクロ波の強度変化曲線を表すグラフであり、（ａ）は２種類の強度変化曲線を表し、（ｂ）は各強度変化曲線から得られる減衰率を表している。

以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
本発明の実施形態に係る半導体評価装置は、いわゆるマイクロ波光導電減衰法によって半導体のキャリア寿命を測定する装置である。
半導体評価装置は、過剰キャリアを生成すべく、所定波長の光を半導体表面の所定領域（測定領域）に照射するとともに、生成した過剰キャリアの消滅過程を検出すべく、当該所定領域に、例えばマイクロ波等の測定波を照射する。本実施形態による半導体評価装置は、これによって得られた所定領域からの測定波の反射波を検出器で測定し、この測定結果に基づいて半導体のキャリア寿命を求める装置である。

図１に示すように、本実施形態による半導体評価装置１は、例えば、光照射部１０と、測定波入出力部（測定波照射部）２０と、検出部３０と、演算制御部２とを備え、さらに、測定箇所を変更するために測定試料を移動させる移動部４０を備えている。
光照射部１０は、例えばシリコンウェハ等の半導体ウェハ（測定試料）ＳＷ表面の所定領域（測定領域）に、可視〜紫外所定波長を有する測定光を照射するものである。測定領域は、半導体評価装置１によって１回の測定でキャリア寿命が測定される測定範囲である。

光照射部１０は、後述する演算制御部２の制御に従って所定波長の測定光を射出する光源部１１と、光源部１１から射出された測定光を半導体ウェハＳＷへ向けてその光路を約９０度曲げるミラー１２と、ミラー１２で反射された測定光に半導体ウェハＳＷ面上での光照射径および光強度分布を調整するレンズ作用を与えるレンズ１３とを備えている。レンズ１３でレンズ作用を受けた測定光は、後述するように、導波管２４を通して半導体ウェハＳＷの測定領域に照射される。

光源部１１は、例えばランプと波長フィルタとを備えた光源装置等であってもよいが、本実施形態では、比較的大きな出力のレーザ光が得られる例えば半導体レーザやＹＡＧレーザ等のレーザ光源装置を備えて構成される。測定光は、単色光であって、可視〜紫外の範囲の波長を有するのが好ましく、例えば、光源部１１は、測定光として紫外領域における所定波長のレーザ光、すなわち、紫外線レーザ光（ＵＶレーザ光）を発光する装置である。なお、光源部１１は、可視領域における所定波長のレーザ光、すなわち、可視光レーザ光を発光する装置であってもよい。光源部１１の各波長は、半導体ウェハＳＷの種類に応じて適宜選択される。例えば、半導体ウェハＳＷがシリコンウェハである場合では、光励起の効率化や光源部１１の低コスト化の観点から、光源部１１の波長が、一般的に用いられる３５５ｎｍ、あるいは５３２ｎｍであると好ましい。

半導体評価装置１は、測定光を半導体ウェハＳＷに照射することによって光励起によるキャリア（電子と正孔（ホール））を半導体ウェハＳＷに生じさせ、この生じたキャリアの寿命（キャリア寿命）を測定する。従って、測定光は、ステップ状に点灯及び消灯するものが好ましく、本実施形態では、例えばパルス光、より具体的にはパルスレーザ光である。

測定波入出力部２０は、図１に示すように、測定波生成部２１と、分岐部２２と、サーキュレータ２８と導波管２４とを備えている。
測定波生成部２１は、演算制御部２の制御に従って、例えばマイクロ波等の所定の測定波を生成する装置である。本実施形態による半導体評価装置１では、過剰キャリアの生成消滅過程で生じる半導体の導電率変化を測定波の反射強度の変化に基づいて取り出すため
、所定の測定波は電磁波であるとよい。よって、本実施形態において測定波生成部２１は、所定の測定波としてマイクロ波を採用しており、例えば２６ＧＨｚのガンダイオード等によってマイクロ波を生成するマイクロ波発振器を備えている。測定波生成部２１は、分岐部２２に接続される。

分岐部２２は、測定波生成部２１から入射した測定波を２つに分岐（分配）する装置であり、例えば１０ｄＢカプラ等の方向性結合器を備えている。この方向性結合器は、例えば、３個の第１〜第３ポートを持つ導波管であり、第１ポートに入射されたマイクロ波は、一定の強度比で第２および第３ポートのそれぞれから射出される。これら分岐部２２からの出力２３，２５は、サーキュレータ２８を通して、導波管２４に接続されるとともに、ミキサ３１に接続される。
導波管２４は、伝播した測定波を、半導体ウェハＳＷ表面の測定領域に導いて放射（送信）するとともに、半導体ウェハＳＷとの間で相互作用を受けた測定波、つまり半導体ウェハＳＷの測定領域で反射した反射測定波を受波（受信）する。

導波管２４の端部には、導波管アンテナ２４Ａが備えられている。導波管アンテナ２４Ａは、導波管２４を伝播してきた測定波を半導体ウェハＳＷへ放射するとともに、半導体ウェハＳＷと相互作用を受けて反射した反射測定波を受波するアンテナである。
導波管２４の上方には、光照射部１０から放射された測定光を導波管アンテナ２４Ａ内に案内するための孔部を備えている。

検出部３０は、測定波入出力部２０で生成された反射測定波を検出する装置であり、例えば、ミキサ３１と、ミキサ検波出力の検出器３２とを備えて構成され、検出結果を演算制御部２へ出力する。
演算制御部２は、半導体評価装置１の各部を制御することにより、半導体評価装置１の全体制御を司る装置であり、例えば、マクロプロセッサやメモリ等を備えるマイクロコンピュータを備えて構成される。後述するが、演算制御部２は、表面再結合評価部であって、検出部３０で検出された検出結果に基づいて半導体ウェハＳＷにおけるキャリア寿命を求めるものである。

移動部４０は、半導体ウェハＳＷを移動させて測定領域（測定箇所）を変更するべく、演算制御部２の制御に従って半導体ウェハＳＷをＸＹ平面上（水平面内）で移動させる装置であり、例えば、ステージ４１と、ステージ制御部４２とを備えて構成されている。ステージ４１は、半導体ウェハＳＷが載置され、載置された半導体ウェハＳＷをＸＹ平面上で移動させる機構であり、ステージ制御部４２は、演算制御部２の制御に従って半導体ウェハＳＷ表面の所定の測定位置が測定されるように、ステージ４１の駆動を制御するものである。

このような構成の半導体評価装置１において、半導体ウェハＳＷのキャリア寿命を測定し求める方法、すなわち、表面再結合速度（Ｓ）を求める方法について、以下に詳しく説明する。
本実施形態による半導体評価装置１は、測定試料（半導体ウェハＳＷ）に照射されて反射したマイクロ波（測定波）の反射率（減衰率）に基づいて、半導体ウェハＳＷの表面再結合速度（Ｓ）を評価するものであって、特に、検出したマイクロ波の反射強度からマイクロ波の反射率（減衰率）を求める方法に特徴を有するものである。

まず、半導体評価装置１によってマイクロ波の反射強度を検出する方法を説明し、その後に、検出したマイクロ波の反射強度からマイクロ波の反射率（減衰率）を求める方法を説明する。
まず、測定したい半導体ウェハＳＷの表面の汚れや表面ダメージ等が、事前に例えばいわゆるケミカルエッチング等によって落とされ（洗浄処理）、自然酸化膜が付与された状態とされる。そして、この洗浄処理後の半導体ウェハＳＷが測定試料としてステージ４１に載置される。

その後、例えば演算制御部２に測定開始の指示が入力されると、半導体評価装置１による測定試料（半導体ウェハＳＷ）のキャリア寿命の測定が開始される。まず、演算制御部２は、所定の測定領域を測定するべく、ステージ４１を駆動するようにステージ制御部４
２に指示を出し、指示を受けたステージ制御部４２は、ステージ４１を駆動して半導体ウェハＳＷを所定の位置に移動させる。

続いて、移動部４０によって半導体ウェハＳＷが所定の位置に配置されると、測定波入出力部２０は、演算制御部２の制御に従って、半導体ウェハＳＷの所定の測定領域に測定波であるマイクロ波を放射する。また、光照射部１０は、演算制御部２の制御に従って、半導体ウェハＳＷの測定領域に測定光であるパルスレーザ光を照射する。このように、測定波を半導体ウェハＳＷの測定領域に照射しながら、当該測定領域にパルスレーザ光を照射する。

その上で、パルスレーザ光の照射終了直後（照射を終了した直後）から、半導体ウェハＳＷの測定領域で反射した測定波の強度変化（反射率）が、検出部３０の検出器３２によって検出される。検出された測定波の強度変化は、検出器３２から演算制御部２へ出力される。
以下、より具体的に説明する。測定波入出力部２０において、測定波生成部２１は、演算制御部２の制御に従って測定波を生成する。生成された測定波は、測定波生成部２１から分岐部２２へ射出されて２つに分岐され、その一方の測定波は、サーキュレータ２８を経て導波管２４へ射出され、導波管アンテナ２４Ａから半導体ウェハＳＷの測定領域に照射される（測定波照射工程）。また、分岐部２２で分岐された他方の測定波は、検出部３０のミキサ３１へ照射される。

半導体ウェハＳＷの測定領域で反射した測定波（反射測定波）は、導波管アンテナ２４Ａで受波され、導波管２４、サーキュレータ２８を経て検出部３０のミキサ３１へ射出される。その後、検出部３０において、ミキサ３１で反射測定波を取り出す（測定波検出工程）。このミキサ３１で取り出された反射測定波は、検出器３２へ射出され、反射測定波の強度（信号レベル）の時間変化が測定されて検出される（反射強度測定工程）。この検出された反射測定波の強度変化を、上述した測定波の反射率として扱うことができる。このように検出器３２によって検出された反射測定波の強度変化（検出結果）は、演算制御部２へ出力される。

一方、光照射部１０において、光源部１１は、演算制御部２の制御に従ってパルスレーザ光を生成し射出する（キャリア生成工程）。射出されたパルスレーザ光は、その光路がミラー１２によって半導体ウェハＳＷへ向けて略９０度折り曲げられるように反射し、この反射したパルスレーザ光は、ミラー１２からレンズ１３へ射出される。このパルスレーザ光は、レンズ１３によって収束又は拡散などのレンズ作用を受けて、導波管２４の導波管アンテナ２４Ａを通過して半導体ウェハＳＷの測定領域に照射される。レンズ１３のレンズ作用を受けたパルスレーザ光によって、半導体ウェハＳＷの測定領域は、略均一に、かつ、広域に照射される。このため、半導体評価装置１は、測定領域の表面から下に向かう方向（半導体ウェハＳＷの内部へ向かう方向）における過剰キャリアの拡散を低減することができる。

このように、半導体ウェハＳＷの表面にパルスレーザ光が照射されれば、照射領域に過剰キャリアが生成し、生成した過剰キャリアによって照射領域における電気的性質が変化する。つまり、測定波が照射されている測定領域にパルスレーザ光が照射されれば、測定領域に生成する過剰キャリアによって測定領域における電気的性質が変化し、測定領域での測定波の反射率が変化する。

測定波を照射している半導体ウェハＳＷの測定領域にパルスレーザ光を照射すれば、パルスレーザ光によって過剰キャリアが生成した測定領域での反射測定波が、導波管２４の導波管アンテナ２４Ａに受波される。受波された反射測定波は、導波管２４を介して、検出部３０へ射出される。検出部３０は、第２導波管２６から射出された反射測定波を検出し、この検出した反射測定波の強度の時間変化が測定されて演算制御部２に出力される。このとき、過剰キャリアが生成した測定領域の電気的特性は金属に近くなるので、マイクロ波である測定波の反射率は大きくなる。通常、反射測定波の強度変化は、パルスレーザ光の照射開始前（照射を開始する前）から測定され、照射終了後の所定時間にわたって継続的に測定される。

図２は、このようにして測定された反射測定波の強度変化（反射率変化）を、経過時間に対応づけて時系列データとして表したグラフ（強度変化曲線）である。つまり、図２のグラフは、時間の経過と共に変化する反射率の時間変化を表しており、この時間変化から、半導体ウェハＳＷで反射した測定波の減衰率を求めることができる。この反射測定波の減衰率を求める方法は、本発明の特徴的な技術であるので、以下に詳しく説明する。

なお、演算制御部２は、反射測定波の減衰率に基づき、例えば、特開昭５７−５４３３８号公報や特開２０１１ー８２３１２号公報などに開示されている公知の手段によって半導体ウェハＳＷの表面再結合速度（Ｓ）を演算し求める。これによって半導体ウェハＳＷにおける当該測定領域におけるキャリア寿命が評価される。なお、強度変化曲線を求めることから、求めた強度変化曲線の傾きに基づいて前記半導体の表面再結合速度を評価するまでを表面再結合評価工程という。

続いて、半導体評価装置１は、半導体ウェハＳＷにおける次の測定領域でのキャリア寿命を測定する。そのために演算制御部２は、次の測定領域を測定するべく、ステージ４１を駆動するようにステージ制御部４２に指示を出し、半導体ウェハＳＷを移動させる。その後に、半導体評価装置１は、上述の動作を繰り返して次の測定領域でのキャリア寿命を測定する。

上述のように、測定領域でのキャリア寿命の測定を半導体ウェハＳＷの全面にわたって繰り返し、半導体ウェハＳＷ全面に亘るキャリア寿命を測定する。
続いて、図２に示す反射率の時間変化から反射測定波の減衰率を求める方法について、以下に説明する。図２は、横軸にナノ秒（ｎｓ）を単位とした時間を示し、縦軸に反射測定波の信号レベルを電圧（ｍＶ）で示している。

図２によれば、反射測定波の信号レベルは、パルスレーザ光の照射直後に急激に上昇し、その後、過剰キャリアの再結合により減衰している。その減衰の初期過程においては、キャリアの表面再結合による減衰が主であるので、反射測定波の信号レベルの時間変化（減衰率）に関しても、その減衰の初期過程においては表面再結合速度（Ｓ）の寄与が大きい。

しかし、図２において拡大されたパルスレーザ光の照射直後の信号レベルを見ると、破線で囲む照射直後だけが、突出して高い信号レベルとなっている。これは、半導体評価装置１を構成する各機器の応答特性に起因するノイズである。
しかし従来は、このノイズを含むパルスレーザ光の照射直後の信号を用いた手法で表面再結合速度（Ｓ）を評価していた。つまり、図３に示すように、ノイズであるパルスレーザ光の照射直後の信号を起点とした点線で示す減衰直線と測定値との差δから表面再結合が評価されていた。しかし、この場合、パルスレーザ光の照射直後の信号レベルはノイズを含んで不安定であるため、この従来の手法によって高精度かつ安定に表面再結合を評価することは困難である。

そこで、図３（ａ）に示すように、本実施形態による半導体評価装置１は、パルスレーザ光の照射直後から所定時間以内の信号レベルを用いずに、つまり強度変化曲線の最初の部分を除いて、パルスレーザ光の照射時刻（レーザ照射時刻）から所定時間が経過した後の信号レベルの変化（補正強度変化曲線）を取得して反射測定波の減衰率を求め、表面再結合を評価する。本実施形態では、レーザ照射時刻から４０ｎｓが経過した時間以降の信号レベルを直線回帰によって回帰分析することにより、反射測定波の減衰率を求める。

具体的には、レーザ照射時刻から４０ｎｓが経過した時間を回帰分析開始時間として、回帰分析開始時間から所定時間後までの範囲を回帰分析区間（時間区間）として設定する。その上で、当該回帰分析区間の信号レベルを直線回帰することで、信号レベルの減衰率を表す回帰直線の傾きを得る。回帰分析開始時間からの回帰分析区間を段階的に徐々に広く設定（拡張）し、設定された各々の回帰分析区間における回帰直線の傾き、つまり減衰率を得る。

図３（ｂ）のグラフを参照しながら、さらに説明する。図３（ｂ）は、回帰分析時間の拡張に伴う減衰率の挙動（強度変化曲線の傾きの変化）を模式的に示したものである。図３（ｂ）に示すように、グラフの原点に近い回帰分析開始時間直後では、回帰分析区間が
短いことに伴って信号レベルのデータ数が少なく、減衰率の算出値にばらつきが生じている。しかし、回帰分析区間の拡張に伴ってデータ数が増加するので、減衰率の算出値は安定してゆく。この安定し始めた算出値をもって初期減衰とし、以降のグラフの傾き、つまり減衰率の変化を基に表面再結合を評価することができる。このように、回帰分析区間の拡張により得られた算出値は、半導体ウェハＳＷの表面および裏面の再結合速度（Ｓ）と半導体ウェハＳＷの内部におけるバルクライフタイム（τ）で規定される減衰率である。

図４に、半導体ウェハＳＷの過剰キャリアに対する減衰率の理論解析結果を示す。ここでパラメータは、バルクライフタイムτ（μｓ）、表面再結合速度Ｓ（ｍ/ｓ）である。図４によれば、バルクライフタイムτの違い（１０μｓ又は１００μｓ）により、減衰率は上下２組に大きく分かれ、その各組においては、表面再結合速度Ｓの違いにより減衰率に差が生じている。パルスレーザ光の照射直後（時間０ｎｓ）から数１００ｎｓの範囲においては、表面再結合速度（Ｓ）による減衰率の変化が支配的であるため、この範囲における減衰率の挙動に基づいて表面再結合速度（Ｓ）を評価することができる。

本実施形態では、回帰分析開始時間を、パルスレーザ光の照射直後から所定時間後とし、その所定時間として４０ｎｓを例示した。図４に示す減衰率の理論解析結果を参照すれば、パルスレーザ光の照射から４０ｎｓが経過した時点でも、表面再結合速度（Ｓ）による減衰率の変化が支配的であると共に、各解析結果が示す減衰率の差違も明確である。この理由から、パルスレーザ光の照射直後におけるノイズを回避しつつ、高い精度で表面再結合の評価を開始できる時間として、パルスレーザ光の照射直後から４０ｎｓ後を回帰分析開始時間とした。

これに加えて、半導体評価装置１の測定系の周波数帯域は有限（〜１００ＭＨｚ以下）であるため、上述したように、信号レベルの立ち上がりは測定系の応答特性に依存する。また、これにより波形のオーバーシュートやリンギング等（ノイズ）が発生する場合もある。本実施形態では、これら測定系の影響はパルスレーザ光の照射後、約３０ｎｓに亘って存在することが確認されたため、パルスレーザ光の照射後４０ｎｓの信号を基準として、回帰分析開始時間を設定した。

言うまでもなく、測定系の影響が少なく、表面再結合による減衰率の変化を高い精度で評価できるのであれば、回帰分析開始時間として４０ｎｓ以外の時間を選択することもできる。
実施例として、図５（ａ）に、表面再結合速度（Ｓ）が異なる２枚のシリコンウェハに対する強度変化曲線を示す。いずれも、パルスレーザ光の照射直後に信号レベルが急峻に立ち上がり、その後、過剰キャリアの拡散および、これらの再結合過程を通して信号レベルが減衰することが確認できる。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の強度変化曲線に基づいた減衰率の評価結果を示している。図５（ｂ）における原点、すなわち時間０ｎｓは、図５（ａ）においてパルスレーザ光が照射された時間、つまり、信号レベルが急峻に上昇し始めた時間に相当する。
図５（ｂ）に示すように、上記各シリコンウェハに関して減衰率に有意な差異が確認された。いずれもパルスレーザ光の照射後、数１００ｎｓにわたって表面再結合に起因する減衰率の変化が観測されるので、この減衰率の変化を基に各シリコンウェハに対する表面再結合速度（Ｓ）を評価することができる。

また、図４の理論計算から予想されたように、時刻数μｓ以降では、減衰率がほぼ一定となっている。この減衰率は、半導体ウェハＳＷの表面および裏面における再結合速度（Ｓ）とバルクライフタイムτの情報を含んでいることから、これらの情報から表面再結合とバルクライフタイムを分離して評価することも可能である。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

例えば、上記実施形態において、演算制御部２が半導体ウェハＳＷの表面再結合速度（
Ｓ）を求めるに際しては、特開昭５７−５４３３８号公報や特開２０１１ー８２３１２号公報などに開示されている公知の手法を用いると説明した。しかし、これら特許文献は単なる例示であり、上記実施形態で説明した反射測定波の減衰率を、これら例示した文献以外の手法に用いて表面再結合速度（Ｓ）を求めることができることは明らかである。

１ 半導体評価装置
２ 演算制御部（表面再結合評価部）
１０ 光照射部
１１ 光源部
１２ ミラー
１３ レンズ
２０ 測定波入出力部（測定波照射部）
２１ 測定波生成部
２２ 分岐部
２３ 出力
２４ 導波管
２４Ａ 導波管アンテナ
２５ 出力
２６ 第２導波管
２８ サーキュレータ
３０ 検出部
３１ ミキサ（マイクロ波検出部）
３２ 検出器（反射強度測定部）
４０ 移動部
４１ ステージ
４２ ステージ制御部
ＳＷ 半導体ウェハ

Claims (6)

1. 半導体に光パルスを照射することによって前記半導体に励起キャリアを生成するキャリア生成工程と、前記光パルスが照射された領域を含む光パルス照射領域に測定波を照射する測定波照射工程と、前記光パルス領域で反射した測定波を検出する測定波検出工程と、前記測定波検出工程で検出した測定波の反射強度の時間変化を測定する反射強度測定工程と、を備える半導体評価方法であって、
   前記反射強度測定工程で測定した反射強度の時間変化を基に強度変化曲線を求め、求めた強度変化曲線の傾きに基づいて前記半導体の表面再結合速度を評価する表面再結合評価工程を備えることを特徴とする半導体評価方法。
2. 前記表面再結合評価工程は、
   前記求めた強度変化曲線の最初の部分を除いた補正強度変化曲線を取得し、
   取得した補正強度変化曲線の傾きに基づいて前記半導体の表面再結合速度を評価することを特徴とする請求項１に記載の半導体評価方法。
3. 前記表面再結合評価工程は、
   前記補正強度変化曲線の傾きを、前記補正強度変化曲線を構成する時系列データを用いた回帰分析により求めることを特徴とする請求項２に記載の半導体評価方法。
4. 前記表面再結合評価工程は、
   前記回帰分析に用いる時系列データを増やすために、補正強度変化曲線における回帰分析の対象となる時間区間を増加させることを特徴とする請求項３に記載の半導体評価方法。
5. 前記キャリア生成工程で照射される光パルスの波長は、可視又は紫外領域の波長であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体評価方法。
6. 半導体に光パルスを照射する光照射部と、前記光パルスが照射された領域を含む光パルス照射領域に測定波を照射する測定波照射部と、前記光パルス照射領域で反射した測定波を検出するマイクロ波検出部と、前記マイクロ波検出部で検出した測定波の反射強度の時間変化を測定する反射強度測定部と、を備える半導体評価装置であって、
   請求項１〜５のいずれかの半導体評価方法によって前記半導体の表面再結合速度を評価する表面再結合評価部を有することを特徴とする半導体評価装置。