JP2954492B2 - 半導体材料から成る試料の少数キャリアの表面再結合の寿命定数の決定方法 - Google Patents
半導体材料から成る試料の少数キャリアの表面再結合の寿命定数の決定方法Info
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料から成る試
料の少数キャリアの表面再結合の寿命定数（ｔｓ）の決
定方法に関する。
料の少数キャリアの表面再結合の寿命定数（ｔｓ）の決
定方法に関する。
【０００２】
【従来技術】イオン及び銅のような金属の存在は、シリ
コン・デバイス製造において一般に問題となっている。
これらの元素が少量でも処理中に製品であるウエハの中
に侵入すると、電圧ブレークダウンの値が低下し、デバ
イスの歩どまりが減少する。少数キャリアの表面再結合
の寿命定数ｔｓの値が、半導体の金属不純物に敏感であ
ることは、広く知られている。寿命定数ｔｓの値は、ま
た、シリコンとシリコン酸化物とのインターフェース・
バウンダリの結晶秩序の損傷に敏感であることも知られ
ている。寿命定数ｔｓ測定方法として、多数のものが知
られている。例を挙げると、光導電性崩壊（ＰＣＤ）、
ＣＶパルス、種々の波長の光を用いる表面光電圧ＳＰ
Ｖ、短絡回路電流・開放回路電圧崩壊、光ルミネセンス
崩壊、及び電子ビーム誘導電流崩壊などである。
コン・デバイス製造において一般に問題となっている。
これらの元素が少量でも処理中に製品であるウエハの中
に侵入すると、電圧ブレークダウンの値が低下し、デバ
イスの歩どまりが減少する。少数キャリアの表面再結合
の寿命定数ｔｓの値が、半導体の金属不純物に敏感であ
ることは、広く知られている。寿命定数ｔｓの値は、ま
た、シリコンとシリコン酸化物とのインターフェース・
バウンダリの結晶秩序の損傷に敏感であることも知られ
ている。寿命定数ｔｓ測定方法として、多数のものが知
られている。例を挙げると、光導電性崩壊（ＰＣＤ）、
ＣＶパルス、種々の波長の光を用いる表面光電圧ＳＰ
Ｖ、短絡回路電流・開放回路電圧崩壊、光ルミネセンス
崩壊、及び電子ビーム誘導電流崩壊などである。
【０００３】Ｋａｍｉｅｎｉｅｃｋｉの米国特許第４８
２７２１２号には、表面光電圧（ＳＰＶ）効果を用いて
半導体を特性付ける方法及び装置が記載されている。半
導体表面のある領域が強度変調された光ビームで照射さ
れる。この光の波長は、この半導体のエネルギ・ギャッ
プに対応するものよりも短いものである。半導体内に誘
導される表面光電圧ＳＰＶは、種々のバイアス電圧条件
の下で測定される。光ビームの強度と変調周波数とは、
表面光電圧ＳＰＶが強度に正比例し変調周波数に反比例
するように選択される。この装置は、１対の電極、光
源、変調された電圧源、直流（ＤＣ）バイアス電圧源、
増幅器、位相感知検出器、Ａ／Ｄ変換器、及び、コンピ
ュータを含む。表面光電圧ＳＰＶとバイアス電圧Ｖｇと
の測定値を用いて、半導体の空間電荷領域に誘導される
電荷Ｑseと、半導体に誘導される電荷Ｑind とが決定さ
れる。この情報を用いて、表面状態密度、酸化物／絶縁
体電荷ドーピング・タイプ、ドーピング濃度など、半導
体の特定のパラメータが決定される。この技術は、特
に、コーティングされている又はコーティングされてい
ない半導体ウエハを特性付ける際に使用されるために設
計されているが、所望であれば、ＭＩＳ又はＭＯＳタイ
プの半導体デバイスを特性付ける際にも用いられ得る。
２７２１２号には、表面光電圧（ＳＰＶ）効果を用いて
半導体を特性付ける方法及び装置が記載されている。半
導体表面のある領域が強度変調された光ビームで照射さ
れる。この光の波長は、この半導体のエネルギ・ギャッ
プに対応するものよりも短いものである。半導体内に誘
導される表面光電圧ＳＰＶは、種々のバイアス電圧条件
の下で測定される。光ビームの強度と変調周波数とは、
表面光電圧ＳＰＶが強度に正比例し変調周波数に反比例
するように選択される。この装置は、１対の電極、光
源、変調された電圧源、直流（ＤＣ）バイアス電圧源、
増幅器、位相感知検出器、Ａ／Ｄ変換器、及び、コンピ
ュータを含む。表面光電圧ＳＰＶとバイアス電圧Ｖｇと
の測定値を用いて、半導体の空間電荷領域に誘導される
電荷Ｑseと、半導体に誘導される電荷Ｑind とが決定さ
れる。この情報を用いて、表面状態密度、酸化物／絶縁
体電荷ドーピング・タイプ、ドーピング濃度など、半導
体の特定のパラメータが決定される。この技術は、特
に、コーティングされている又はコーティングされてい
ない半導体ウエハを特性付ける際に使用されるために設
計されているが、所望であれば、ＭＩＳ又はＭＯＳタイ
プの半導体デバイスを特性付ける際にも用いられ得る。
【０００４】Ｋａｍｉｅｎｉｅｃｋｉらの米国特許第４
８９１５８４号には、ＤＣバイアス電圧の下で半導体材
料から成る試料の交流（ａｃ）表面光電圧ＳＰＶの測定
を行う装置が記載されており、この装置は、その出力ビ
ームが強度変調されている光源、調整可能なＤＣ電圧
源、試料を支持する導電性のベース、ＳＰＶ信号を感知
する容量型タイプの基準電極アセンブリを含む。この基
準電極アセンブリは、ある実施例では、１つの表面上に
基準電極として機能する第１の導電体のコーティング
と、ガード電極として機能する第２の導電体のコーティ
ングとを有する、絶縁材料の透明で可撓性のシートを含
む。第１のコーティングは透明である。この絶縁材料の
可撓性のシートは、環状のスペーサを通って平坦なガラ
ス板に接着されている。このシートとガラス板との間に
は、エラストマー（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）・ボタンが配
置される。ＳＰＶの測定がなされているときには、可撓
性のシートは、基準電極が試料に密接に応諾する状態に
保つのに十分な圧力で試料に対して押し付けられてお
り、この圧力は、ガラス板に加わり、ガラス板からエラ
ストマー・ボタンを介して絶縁材料の可撓性のシートに
伝わる。
８９１５８４号には、ＤＣバイアス電圧の下で半導体材
料から成る試料の交流（ａｃ）表面光電圧ＳＰＶの測定
を行う装置が記載されており、この装置は、その出力ビ
ームが強度変調されている光源、調整可能なＤＣ電圧
源、試料を支持する導電性のベース、ＳＰＶ信号を感知
する容量型タイプの基準電極アセンブリを含む。この基
準電極アセンブリは、ある実施例では、１つの表面上に
基準電極として機能する第１の導電体のコーティング
と、ガード電極として機能する第２の導電体のコーティ
ングとを有する、絶縁材料の透明で可撓性のシートを含
む。第１のコーティングは透明である。この絶縁材料の
可撓性のシートは、環状のスペーサを通って平坦なガラ
ス板に接着されている。このシートとガラス板との間に
は、エラストマー（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）・ボタンが配
置される。ＳＰＶの測定がなされているときには、可撓
性のシートは、基準電極が試料に密接に応諾する状態に
保つのに十分な圧力で試料に対して押し付けられてお
り、この圧力は、ガラス板に加わり、ガラス板からエラ
ストマー・ボタンを介して絶縁材料の可撓性のシートに
伝わる。
【０００５】Ａ．Ｇｏｏｄｍａｎの米国特許第４３３３
０５１号には、一定の大きさの表面光電圧ＳＰＶの方法
を用いた半導体内の少数キャリアの拡散長を決定する方
法及び装置が開示されている。サーボ・システムが、表
面光電圧ＳＰＶの一定の所定の値を維持する。新規な容
量型ピックアップ電極により、表面光電圧ＳＰＶを測定
システムの中の前置増幅器に供給し、表面光電圧ＳＰＶ
のドリフトを減少させるように機能する。コンピュータ
のキーボードを用いて、調整可能なモノクロメータの動
作光波長とネットワークとを選択することにより、半導
体上への照射強度（光子束）を測定するのに用いる光検
出器の波長に依存する感度を補償する。複数の波長に対
する相対的な光子束の測定は、この材料の光吸収係数の
逆数に関してプロットされる。データ点の線形のプロッ
トをゼロの強度に外挿する。外挿された線形のプロット
の軸（光吸収係数の逆数の軸）への負の交差値は、少数
キャリアの拡散長を与える。
０５１号には、一定の大きさの表面光電圧ＳＰＶの方法
を用いた半導体内の少数キャリアの拡散長を決定する方
法及び装置が開示されている。サーボ・システムが、表
面光電圧ＳＰＶの一定の所定の値を維持する。新規な容
量型ピックアップ電極により、表面光電圧ＳＰＶを測定
システムの中の前置増幅器に供給し、表面光電圧ＳＰＶ
のドリフトを減少させるように機能する。コンピュータ
のキーボードを用いて、調整可能なモノクロメータの動
作光波長とネットワークとを選択することにより、半導
体上への照射強度（光子束）を測定するのに用いる光検
出器の波長に依存する感度を補償する。複数の波長に対
する相対的な光子束の測定は、この材料の光吸収係数の
逆数に関してプロットされる。データ点の線形のプロッ
トをゼロの強度に外挿する。外挿された線形のプロット
の軸（光吸収係数の逆数の軸）への負の交差値は、少数
キャリアの拡散長を与える。
【０００６】Ｒ．Ｇａｎｇｒａｔｈの米国特許第４６４
９３３９号には、デバイスの露出した表面上の複数の接
点を介して、集積回路デバイスをテストするためのイン
ターフェースが記載されている。このインターフェース
は、第１及び第２の対向する表面を有する可撓性のシー
トを含む。複数の接点が、シートの第１の表面上に、集
積回路デバイス上の複数の接点に適合するように設計さ
れたパターンとして配置されている。複数の薄膜状の導
体がこのシート上でパターン化され、この導体はそれぞ
れがシート上の接点に接続され、デバイスをテストする
回路に接続されるように適合されている。インターフェ
ースは、複数の接点を含むシートの一部をほぼドーム状
の形状にする装置と、可とう性のシートを折り曲げる装
置とによって構成されており、それによって、シートと
デバイスとの両方の上の接点が密着して接触するように
なる。
９３３９号には、デバイスの露出した表面上の複数の接
点を介して、集積回路デバイスをテストするためのイン
ターフェースが記載されている。このインターフェース
は、第１及び第２の対向する表面を有する可撓性のシー
トを含む。複数の接点が、シートの第１の表面上に、集
積回路デバイス上の複数の接点に適合するように設計さ
れたパターンとして配置されている。複数の薄膜状の導
体がこのシート上でパターン化され、この導体はそれぞ
れがシート上の接点に接続され、デバイスをテストする
回路に接続されるように適合されている。インターフェ
ースは、複数の接点を含むシートの一部をほぼドーム状
の形状にする装置と、可とう性のシートを折り曲げる装
置とによって構成されており、それによって、シートと
デバイスとの両方の上の接点が密着して接触するように
なる。
【０００７】Ｋａｍｉｅｎｉｅｃｋｉらの米国特許第５
０９１６９１号には、ｄｃバイアス電圧の下で、半導体
材料から成る試料の（交流）表面光電圧ＳＰＶの測定を
行う装置が開示されている。この装置は、出力ビームが
強度変調されている光源と、調整可能なＤＣバイアス電
圧源と、試料を支持する導電性のベースと、表面光ＳＰ
Ｖの信号を感知する新規な容量性タイプの基準電極アセ
ンブリと、を含む。基準電極アセンブリは、１つの実施
例では、絶縁性のエラストマー材料から成りかつ絶縁材
料から作られた硬質のプレートに接着されたボタンを含
む。絶縁材料から作られ、かつ一方の側に基準電極とし
て機能する導電性のコーティングを有している膜が、こ
のボタンに接着している。表面光電圧ＳＰＶの測定が行
われる際には、この膜は、基準電極が試料に対して密接
に接した状態が保たれるのに十分な圧力で、試料に押下
される。この圧力は、外部からこのプレートに対して加
えられ、硬質のプレートからエラストマー・ボタンを介
して膜に伝わる。
０９１６９１号には、ｄｃバイアス電圧の下で、半導体
材料から成る試料の（交流）表面光電圧ＳＰＶの測定を
行う装置が開示されている。この装置は、出力ビームが
強度変調されている光源と、調整可能なＤＣバイアス電
圧源と、試料を支持する導電性のベースと、表面光ＳＰ
Ｖの信号を感知する新規な容量性タイプの基準電極アセ
ンブリと、を含む。基準電極アセンブリは、１つの実施
例では、絶縁性のエラストマー材料から成りかつ絶縁材
料から作られた硬質のプレートに接着されたボタンを含
む。絶縁材料から作られ、かつ一方の側に基準電極とし
て機能する導電性のコーティングを有している膜が、こ
のボタンに接着している。表面光電圧ＳＰＶの測定が行
われる際には、この膜は、基準電極が試料に対して密接
に接した状態が保たれるのに十分な圧力で、試料に押下
される。この圧力は、外部からこのプレートに対して加
えられ、硬質のプレートからエラストマー・ボタンを介
して膜に伝わる。
【０００８】Ｂ．Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎらの米国特許第４
３９３３４８号には、特に著しく小さな少数キャリアの
拡散長を有する半導体材料であるアモルファス・シリコ
ンにおいて、一定振幅の表面光電圧ＳＰＶによる方法を
用いて、少数キャリアの拡散長を決定する方法及び装置
が記載されている。変調されていない光の照射によっ
て、この材料の表面上に光励起が生じ、表面光電圧ＳＰ
Ｖを発生する。振動するケルビン法タイプのプローブ電
極により、この表面光電圧ＳＰＶを測定システムに供給
する。波長に依存する光検出器の感度を補償する調整可
能なモノクロメータの動作光波長が選択されて、シリコ
ン上の照射の強度（光子束）を測定する。複数の波長に
対する相対的な光子束の測定は、材料の光吸収係数の逆
数に関しててプロットされる。データ点の線形のプロッ
トが、ゼロの強度まで外挿される。外挿された線形のプ
ロットの軸（光係数の逆数の軸）上の負の交差値が、少
数キャリアの拡散長である。
３９３３４８号には、特に著しく小さな少数キャリアの
拡散長を有する半導体材料であるアモルファス・シリコ
ンにおいて、一定振幅の表面光電圧ＳＰＶによる方法を
用いて、少数キャリアの拡散長を決定する方法及び装置
が記載されている。変調されていない光の照射によっ
て、この材料の表面上に光励起が生じ、表面光電圧ＳＰ
Ｖを発生する。振動するケルビン法タイプのプローブ電
極により、この表面光電圧ＳＰＶを測定システムに供給
する。波長に依存する光検出器の感度を補償する調整可
能なモノクロメータの動作光波長が選択されて、シリコ
ン上の照射の強度（光子束）を測定する。複数の波長に
対する相対的な光子束の測定は、材料の光吸収係数の逆
数に関しててプロットされる。データ点の線形のプロッ
トが、ゼロの強度まで外挿される。外挿された線形のプ
ロットの軸（光係数の逆数の軸）上の負の交差値が、少
数キャリアの拡散長である。
【０００９】Ｌ．Ｒｅｉｓｓらの米国特許第５０８７８
７６号には、半導体材料から成る試料のａｃ表面光電圧
（ＳＰＶ）の測定を、可変ＮＯｄｃバイアス電圧の下で
行う装置が開示されている。この装置は、出力ビームが
強度変調されている光源と、基準電極と、ガード電極
と、バック電極と、基準電極を可変のＤＣ電圧でバイア
スする第１の電圧と、累積層をガード電極によって制御
される試料上のエリア内に確立することによって基準電
極が制御するエリアと試料の残りの部分との間のキャリ
アの流れを防止するように、ガード電極をバイアスする
第１の電圧とは別の第２の電圧とを含む。
７６号には、半導体材料から成る試料のａｃ表面光電圧
（ＳＰＶ）の測定を、可変ＮＯｄｃバイアス電圧の下で
行う装置が開示されている。この装置は、出力ビームが
強度変調されている光源と、基準電極と、ガード電極
と、バック電極と、基準電極を可変のＤＣ電圧でバイア
スする第１の電圧と、累積層をガード電極によって制御
される試料上のエリア内に確立することによって基準電
極が制御するエリアと試料の残りの部分との間のキャリ
アの流れを防止するように、ガード電極をバイアスする
第１の電圧とは別の第２の電圧とを含む。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体材料から成る試料の少数キャリアの表面再結合の寿命
定数ｔｓを決定する新たな改善された方法を提供するこ
とである。本発明の別の目的は、迅速かつ信頼性の高い
上述した方法を提供することである。本発明のさらに別
の目的は、上述のＫａｍｉｅｎｉｅｃｋｉ及びＲｅｉｓ
ｓの米国特許に記載された装置と類似の装置を用いて実
現可能な方法を提供することである。
体材料から成る試料の少数キャリアの表面再結合の寿命
定数ｔｓを決定する新たな改善された方法を提供するこ
とである。本発明の別の目的は、迅速かつ信頼性の高い
上述した方法を提供することである。本発明のさらに別
の目的は、上述のＫａｍｉｅｎｉｅｃｋｉ及びＲｅｉｓ
ｓの米国特許に記載された装置と類似の装置を用いて実
現可能な方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの実施例に
よれば、半導体材料から成り照射のための表面を有する
試料の少数キャリアの表面再結合の寿命定数（ｔｓ）を
決定する方法であって、１対の電極を提供するステップ
と、試料を１対の電極の間に電極対の一方には接し他方
からは離間するように置くステップと、試料と該試料か
ら離間した電極との間のキャパシタンスに対応する信号
を提供するステップと、照射のために配置された試料の
表面のある領域を半導体のエネルギ・ギャップよりも波
長が短くかつ所定の周波数で強度変調され強度の値が所
定の範囲で変動する光ビームを用いて照射するステップ
と、１対の電極の間に半導体の表面が空乏又は反転状態
となる値を有する固定したバイアス電圧（Ｖｇ）を印加
するステップと、光ビームによって照射された試料の領
域における交流光電流を表す信号を提供するステップと
を有し、光ビームの強度と光ビームの変調周波数とは交
流光電流が光ビームの強度にほぼ比例し光ビームの変調
周波数に反比例するようになっており、更に、光ビーム
の照射強度に対応する信号を提供するステップと、交流
光電流とキャパシタンスと照射強度との情報を用いて表
面少数キャリアの再結合の寿命定数（ｔｓ）を決定する
ステップと、を有する方法が提供される。交流光電流
は、３次以下の項を無視して２次の項まで考慮するとい
う点で、光ビームの強度に「ほぼ」比例している。交流
光電流を表す信号を提供する代わりに、交流光電圧に対
応する信号を与えることも可能である。
よれば、半導体材料から成り照射のための表面を有する
試料の少数キャリアの表面再結合の寿命定数（ｔｓ）を
決定する方法であって、１対の電極を提供するステップ
と、試料を１対の電極の間に電極対の一方には接し他方
からは離間するように置くステップと、試料と該試料か
ら離間した電極との間のキャパシタンスに対応する信号
を提供するステップと、照射のために配置された試料の
表面のある領域を半導体のエネルギ・ギャップよりも波
長が短くかつ所定の周波数で強度変調され強度の値が所
定の範囲で変動する光ビームを用いて照射するステップ
と、１対の電極の間に半導体の表面が空乏又は反転状態
となる値を有する固定したバイアス電圧（Ｖｇ）を印加
するステップと、光ビームによって照射された試料の領
域における交流光電流を表す信号を提供するステップと
を有し、光ビームの強度と光ビームの変調周波数とは交
流光電流が光ビームの強度にほぼ比例し光ビームの変調
周波数に反比例するようになっており、更に、光ビーム
の照射強度に対応する信号を提供するステップと、交流
光電流とキャパシタンスと照射強度との情報を用いて表
面少数キャリアの再結合の寿命定数（ｔｓ）を決定する
ステップと、を有する方法が提供される。交流光電流
は、３次以下の項を無視して２次の項まで考慮するとい
う点で、光ビームの強度に「ほぼ」比例している。交流
光電流を表す信号を提供する代わりに、交流光電圧に対
応する信号を与えることも可能である。
【００１２】本発明の別の実施例によれば、半導体材料
から成る試料の少数キャリアの表面再結合の寿命定数
（ｔｓ）を決定する方法において、１対の電極を提供す
るステップと、試料を１対の電極の間に電極対の一方に
は接し他方からは離間するように置くステップと、２つ
の電極の間のキャパシタンスに対応する信号を提供する
ステップと、照射のために配置された試料の表面のある
領域を半導体のエネルギ・ギャップよりも波長が短くか
つ強度が所定の範囲で変動する光ビームを用いて照射す
るステップと、１対の電極の間に半導体の表面が空乏又
は反転状態となる値を有する固定したバイアス電圧（Ｖ
ｇ）を印加するステップと、を有し、光ビームの強度の
範囲は２つの電極の間のキャパシタンスが光の強度が変
化するにつれて測定可能に変化するようになっており、
更に、ドーピング濃度に対応する情報を提供するステッ
プと、光ビームの照射強度に対応する信号を提供するス
テップと、上記の各ステップによって得られた情報を用
いて表面少数キャリアの再結合の寿命定数（ｔｓ）を決
定するステップとを有する方法が提供される。
から成る試料の少数キャリアの表面再結合の寿命定数
（ｔｓ）を決定する方法において、１対の電極を提供す
るステップと、試料を１対の電極の間に電極対の一方に
は接し他方からは離間するように置くステップと、２つ
の電極の間のキャパシタンスに対応する信号を提供する
ステップと、照射のために配置された試料の表面のある
領域を半導体のエネルギ・ギャップよりも波長が短くか
つ強度が所定の範囲で変動する光ビームを用いて照射す
るステップと、１対の電極の間に半導体の表面が空乏又
は反転状態となる値を有する固定したバイアス電圧（Ｖ
ｇ）を印加するステップと、を有し、光ビームの強度の
範囲は２つの電極の間のキャパシタンスが光の強度が変
化するにつれて測定可能に変化するようになっており、
更に、ドーピング濃度に対応する情報を提供するステッ
プと、光ビームの照射強度に対応する信号を提供するス
テップと、上記の各ステップによって得られた情報を用
いて表面少数キャリアの再結合の寿命定数（ｔｓ）を決
定するステップとを有する方法が提供される。
【００１３】
【実施例】本発明は、可変の強度を有する光ビームを用
いて、半導体材料から成る試料の少数キャリアの表面再
結合の寿命定数（ｔｓ）を決定する方法に関する。本発
明による方法の詳細を説明するのに先立ち、背景となる
理論をまず説明する。半導体のバルクにおける静電電位
Ψは、ゼロと定義することができる。該電位Ψは、多数
キャリアを有しない層すなわち空間電荷領域（ｓｐａｃ
ｅ ｃｈａｒｇｅ ｒｅｇｉｏｎ）がある場合には、表
面の近くで変動する。半導体表面では、Ψ＝Ψｓであ
り、Ψｓは表面電位と呼ばれる。空間電荷領域は、厚さ
がＷｄの層であって、電荷密度ｐ＝ｑ＊Ｎの絶縁層であ
る。一次元のポワソン方程式を積分すると、次の式１に
示すドーピング濃度Ｎと表面電位との関係が得られる。
いて、半導体材料から成る試料の少数キャリアの表面再
結合の寿命定数（ｔｓ）を決定する方法に関する。本発
明による方法の詳細を説明するのに先立ち、背景となる
理論をまず説明する。半導体のバルクにおける静電電位
Ψは、ゼロと定義することができる。該電位Ψは、多数
キャリアを有しない層すなわち空間電荷領域（ｓｐａｃ
ｅ ｃｈａｒｇｅ ｒｅｇｉｏｎ）がある場合には、表
面の近くで変動する。半導体表面では、Ψ＝Ψｓであ
り、Ψｓは表面電位と呼ばれる。空間電荷領域は、厚さ
がＷｄの層であって、電荷密度ｐ＝ｑ＊Ｎの絶縁層であ
る。一次元のポワソン方程式を積分すると、次の式１に
示すドーピング濃度Ｎと表面電位との関係が得られる。
【数２】 式１は、電荷平衡要件と共に用いられて、表面電位と少
数キャリア発生及び再結合の速度との間の関係を表して
いる。
数キャリア発生及び再結合の速度との間の関係を表して
いる。
【００１４】電荷の中立性は、表面電荷密度の変化ｄＱ
SSが、空間電荷領域での等しい変化（空間電荷領域での
密度変化ｄＱsc）よって補償されることを必要とする。
即ち、ｄＱSS＝ｄＱSCである。フリーの少数キャリアの
全体表面密度Ｇ及び多数電荷を有する表面状態Ｒの変化
率は、空間電荷領域の変化と平衡する。これによって、
表面電位の変化率を次の式２〜式４のように書くことが
できる。
SSが、空間電荷領域での等しい変化（空間電荷領域での
密度変化ｄＱsc）よって補償されることを必要とする。
即ち、ｄＱSS＝ｄＱSCである。フリーの少数キャリアの
全体表面密度Ｇ及び多数電荷を有する表面状態Ｒの変化
率は、空間電荷領域の変化と平衡する。これによって、
表面電位の変化率を次の式２〜式４のように書くことが
できる。
【数３】 ｖ＊ｋＴ／ｑ＜＜１であるディスターバンスが小さい場
合の近似をとると、次の式５及び式６が得られる。
合の近似をとると、次の式５及び式６が得られる。
【数４】 ただし、Φ ；入射する光子束 ｒ ；半導体の反射係数 α ；吸収係数 Ｌｐ；少数キャリアの拡散長 ｖ ；表面捕捉速度 Ψ0；表面電位［スタティック（ダーク）部分］ Ψｓ（表面電位）＝Ψ０＋ｖ［可変部分］
【００１５】吸収係数がより大きい場合は（α＊Ｗｄ＞
１）、Ｇは、本質的にＷＤ及びΨｓとに独立であり、Φ
で置き換えることができる。これは、残りのファクタが
スケーリング・ファクタとして機能し、最終的な分析で
は落ちてしまうからである。この単純化（Φへの置換）
と式１及び式６とを、表面電位に対する微分方程式であ
る式４に適用すると、次の線形化された形式である式７
が得られる。
１）、Ｇは、本質的にＷＤ及びΨｓとに独立であり、Φ
で置き換えることができる。これは、残りのファクタが
スケーリング・ファクタとして機能し、最終的な分析で
は落ちてしまうからである。この単純化（Φへの置換）
と式１及び式６とを、表面電位に対する微分方程式であ
る式４に適用すると、次の線形化された形式である式７
が得られる。
【数５】 次の式８のように寿命定数ｔｓを定義すると、式９の単
純な形式の一次微分方程式が得られる。
純な形式の一次微分方程式が得られる。
【数６】 光の変化Φであるステップ関数に対する解は、次の式１
０であり、ｔｓがいくつか経過した後では、式１１とな
る。
０であり、ｔｓがいくつか経過した後では、式１１とな
る。
【数７】
【００１６】発生する光が周波数ωで変調された正弦波
である場合には、この方程式は次の式１２で表される解
を有する。
である場合には、この方程式は次の式１２で表される解
を有する。
【数８】 光電圧信号を刺激するのに用いられるＡＣ変調された光
は、表面電位の定常値を変更するＤＣ成分を有する。デ
ィスターバンスの値が小さい、すなわち、ｖ／Ψ０＜＜
１である場合には、Ψｓの定常状態の変更による影響
は、次の式１３と式１４に示すように、式１を１次の項
まで展開しＤＣ表面電位の偏差ｖを代入することによっ
て、ＡＣ的な解において考慮し得る。
は、表面電位の定常値を変更するＤＣ成分を有する。デ
ィスターバンスの値が小さい、すなわち、ｖ／Ψ０＜＜
１である場合には、Ψｓの定常状態の変更による影響
は、次の式１３と式１４に示すように、式１を１次の項
まで展開しＤＣ表面電位の偏差ｖを代入することによっ
て、ＡＣ的な解において考慮し得る。
【数９】 ここで、ω＊ｔｓ＞＞１かつｖ≒ｖdcである周波数で
は、式１４は、次の式１５に変形できる。
は、式１４は、次の式１５に変形できる。
【数１０】
【００１７】光電圧の代わりに光電流が、ピックアップ
・キャパシタンスＣｐを介して読まれるとすれば、次の
式１６のようになる。
・キャパシタンスＣｐを介して読まれるとすれば、次の
式１６のようになる。
【数１１】 光電流を測定する場合の方がよりよいＳ／Ｎ比が得られ
るので、光電圧よりも光電流を測定する方が望ましい。
また、ＡＣ光電圧ではなくＡＣキャパシタンスをモニタ
することもできる。表面電位と空乏幅との表現も、次の
式１７、式１８のように、Ｃｐと光の強度とに関する単
純な表現になる。
るので、光電圧よりも光電流を測定する方が望ましい。
また、ＡＣ光電圧ではなくＡＣキャパシタンスをモニタ
することもできる。表面電位と空乏幅との表現も、次の
式１７、式１８のように、Ｃｐと光の強度とに関する単
純な表現になる。
【数１２】
【００１８】次に図面を参照すると、図１には、本発明
による半導体材料から成る試料の少数キャリアの表面再
結合の寿命定数ｔｓを決定する装置の簡略化されたブロ
ック図が示されている。本発明に関係しない部分は省略
してある。この図では、半導体材料から成る試料は参照
番号１１によって、装置は参照番号１３によって識別さ
れる。試料１１は、２つの表面１５、１７をそれぞれ有
しており、表面１５がテストされる表面である。試料１
１は、ウエハに構成されたシリコンの板（スラブ）から
成る。酸化物のコーティング（図示せず）が、試料１１
の表面１５上になされている。装置１３は、バック電極
１９と容量性ピックアップ・タイプのプローブ・アセン
ブリ２１とを含む。バック電極１９は、ウエハ・チャッ
クの形状に構成され、電極として機能するのに加えて、
テストの間に試料１１を固定した状態で支え保持する。
バック電極１９は、アルミニウム等の導電性の金属で作
られている。
による半導体材料から成る試料の少数キャリアの表面再
結合の寿命定数ｔｓを決定する装置の簡略化されたブロ
ック図が示されている。本発明に関係しない部分は省略
してある。この図では、半導体材料から成る試料は参照
番号１１によって、装置は参照番号１３によって識別さ
れる。試料１１は、２つの表面１５、１７をそれぞれ有
しており、表面１５がテストされる表面である。試料１
１は、ウエハに構成されたシリコンの板（スラブ）から
成る。酸化物のコーティング（図示せず）が、試料１１
の表面１５上になされている。装置１３は、バック電極
１９と容量性ピックアップ・タイプのプローブ・アセン
ブリ２１とを含む。バック電極１９は、ウエハ・チャッ
クの形状に構成され、電極として機能するのに加えて、
テストの間に試料１１を固定した状態で支え保持する。
バック電極１９は、アルミニウム等の導電性の金属で作
られている。
【００１９】試料１１は、表面１５は上向きに、表面１
７はバック電極１９と接するか又は近接して離間するよ
うに下向きに設置される。バック電極１９は、ウエハ位
置決め部２０上に固定して設置されるが、このウエハ位
置決め部２０は、バック電極１９上の試料１１の表面の
別の部分をテストのためにプローブ・アセンブリ２１の
下に置くことができるように、Ｒ及びテータの方向に移
動可能になっている。プローブ・アセンブリ２１は、任
意の適切な手段（図示せず）を用いて矢印Ａで示すよう
にバック電極１９に対して上下（垂直方向）に移動可能
であって、テストのために低下させて試料１１に接触さ
せ、テスト終了後には再び上昇させることができる。ま
た、プローブ・アセンブリ２１を固定式のものとし、ウ
エハ位置決め部２０を、Ｒ及びテータの方向だけでな
く、基準のプローブ・アセンブリ２１に対して垂直方向
に移動可能にもできる。
７はバック電極１９と接するか又は近接して離間するよ
うに下向きに設置される。バック電極１９は、ウエハ位
置決め部２０上に固定して設置されるが、このウエハ位
置決め部２０は、バック電極１９上の試料１１の表面の
別の部分をテストのためにプローブ・アセンブリ２１の
下に置くことができるように、Ｒ及びテータの方向に移
動可能になっている。プローブ・アセンブリ２１は、任
意の適切な手段（図示せず）を用いて矢印Ａで示すよう
にバック電極１９に対して上下（垂直方向）に移動可能
であって、テストのために低下させて試料１１に接触さ
せ、テスト終了後には再び上昇させることができる。ま
た、プローブ・アセンブリ２１を固定式のものとし、ウ
エハ位置決め部２０を、Ｒ及びテータの方向だけでな
く、基準のプローブ・アセンブリ２１に対して垂直方向
に移動可能にもできる。
【００２０】プローブ・アセンブリ２１は、拡大した状
態で詳細に図２に示されているが、光源２２−１とプロ
ーブ２２−２とを含んでいる。光源２２−１は、たとえ
ば、発光ダイオード（ＬＥＤ）でよい。プローブ２２−
２は、マイラー（ｍｙｌａｒ）の上下のシート２３、２
５を含む。導電性材料からなる１対のコーティング２
７、２９が、任意の適切な手段たとえばメッキ（ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）によって、シート２３、２５の上側表
面上に形成されている。コーティング２７は円形であ
り、コーティング２９は環状である。コーティング２
７、２９は共にアルミニウムで作られている。コーティ
ング２７は、透明であるような厚さと構成とを有してい
る。コーティング２７は基準電極として、コーティング
２９はガード電極として機能するので、以下、これらの
コーティングを基準電極及びガード電極と称する。基準
電極２７は、試料１１よりも小さい。ガード電極２９
は、好ましくは、透明ではないが、透明ではないことは
本質的ではない。図に示されているように、シート２５
は基準及びガード電極２７、２９を試料１１から電気的
に分離し、シート２３は基準電極２７をガード電極２９
から電気的に分離している。ガード電極２９の中央の開
口３０は、基準電極２７の面積よりも小さい。導体３１
が基準電極２７に接続され、導体３３がガード電極２９
に接続されている。シート２５の上側表面の上にガード
電極２９を設ける代わりに、シート２３の下側表面上に
形成することもできる。光源２２−１とプローブ２２−
２とは、フレーム２２−３内に固定して取り付けられ
る。
態で詳細に図２に示されているが、光源２２−１とプロ
ーブ２２−２とを含んでいる。光源２２−１は、たとえ
ば、発光ダイオード（ＬＥＤ）でよい。プローブ２２−
２は、マイラー（ｍｙｌａｒ）の上下のシート２３、２
５を含む。導電性材料からなる１対のコーティング２
７、２９が、任意の適切な手段たとえばメッキ（ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）によって、シート２３、２５の上側表
面上に形成されている。コーティング２７は円形であ
り、コーティング２９は環状である。コーティング２
７、２９は共にアルミニウムで作られている。コーティ
ング２７は、透明であるような厚さと構成とを有してい
る。コーティング２７は基準電極として、コーティング
２９はガード電極として機能するので、以下、これらの
コーティングを基準電極及びガード電極と称する。基準
電極２７は、試料１１よりも小さい。ガード電極２９
は、好ましくは、透明ではないが、透明ではないことは
本質的ではない。図に示されているように、シート２５
は基準及びガード電極２７、２９を試料１１から電気的
に分離し、シート２３は基準電極２７をガード電極２９
から電気的に分離している。ガード電極２９の中央の開
口３０は、基準電極２７の面積よりも小さい。導体３１
が基準電極２７に接続され、導体３３がガード電極２９
に接続されている。シート２５の上側表面の上にガード
電極２９を設ける代わりに、シート２３の下側表面上に
形成することもできる。光源２２−１とプローブ２２−
２とは、フレーム２２−３内に固定して取り付けられ
る。
【００２１】装置１３は、更に、キャパシタンス・テス
ト信号源３５、発振器３７、光制御器及び変調器３９、
基準電極バイアス電圧源４１、ガード電極バイアス電極
源４３、増幅器４５、復調器４７、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変
換器４９、及び、コンピュータ５１を含む。キャパシタ
ンス・テスト信号源３５は、小さな（数ミリボルト）の
交流（ＡＣ）電位をバック電極１９上に印加し、それに
よって、ウエハすなわち試料１１とプローブ・アセンブ
リとの間のキャパシタンスを測定することができる。発
振器３７は、信号を提供して、光源２２−１とキャパシ
タンス・テスト信号源３５とを駆動する。また、発振器
３７は、同期信号を光制御器及び変調器３９に与える。
光制御器及び変調器３９は、発振器３７から光源２２−
１に与えられた信号の振幅をＡＣ変調し変動させ、強度
が変化するＡＣ変調された光ビームを生じる。
ト信号源３５、発振器３７、光制御器及び変調器３９、
基準電極バイアス電圧源４１、ガード電極バイアス電極
源４３、増幅器４５、復調器４７、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変
換器４９、及び、コンピュータ５１を含む。キャパシタ
ンス・テスト信号源３５は、小さな（数ミリボルト）の
交流（ＡＣ）電位をバック電極１９上に印加し、それに
よって、ウエハすなわち試料１１とプローブ・アセンブ
リとの間のキャパシタンスを測定することができる。発
振器３７は、信号を提供して、光源２２−１とキャパシ
タンス・テスト信号源３５とを駆動する。また、発振器
３７は、同期信号を光制御器及び変調器３９に与える。
光制御器及び変調器３９は、発振器３７から光源２２−
１に与えられた信号の振幅をＡＣ変調し変動させ、強度
が変化するＡＣ変調された光ビームを生じる。
【００２２】基準電極バイアス電圧源４１は、可変ＤＣ
電圧を生じる。ガード電極バイアス電極源４３は、基準
電極２７によって制御されるエリアを包囲する試料１１
の表面のエリアを、基準電極によって制御される試料１
１の当該エリアが反転状態にある間は少なくとも、累積
状態（ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏ
ｎ）におくのに十分な電圧を生じる。ガード電極バイア
ス電極源４３は、固定したＤＣ電圧又は可変のＤＣ電圧
を生じる電圧源のいずれかである。電圧源４３が可変の
ＤＣ電圧を生じるものである場合には、この電圧は、基
準電極２７が制御する半導体１１上のエリアが累積の開
始と強い反転の開始との間にある間は少なくとも、ガー
ド電極２９が制御する半導体１１上のエリアが累積状態
にあるようなものでなければならない。ＤＣバイアスの
電圧源４３は、固定されている場合には、連続的に累積
層を生じるような大きさとされる。増幅器４５は、基準
電極２７から受け取った信号を増幅する。復調器４７
は、同期復調器であるが、増幅器４５から受け取ったＡ
Ｃ信号をＤＣ信号に変える。Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器４
９は、電圧源４１、４３、復調器４７、及び、光制御器
及び変調器３９から受け取ったアナログ信号をデジタル
信号に変換し、コンピュータ５１からのデジタル信号を
アナログ信号に変換する。コンピュータ５１は、装置１
３の全体的な動作を制御し、受け取ったテスト情報を処
理する。
電圧を生じる。ガード電極バイアス電極源４３は、基準
電極２７によって制御されるエリアを包囲する試料１１
の表面のエリアを、基準電極によって制御される試料１
１の当該エリアが反転状態にある間は少なくとも、累積
状態（ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏ
ｎ）におくのに十分な電圧を生じる。ガード電極バイア
ス電極源４３は、固定したＤＣ電圧又は可変のＤＣ電圧
を生じる電圧源のいずれかである。電圧源４３が可変の
ＤＣ電圧を生じるものである場合には、この電圧は、基
準電極２７が制御する半導体１１上のエリアが累積の開
始と強い反転の開始との間にある間は少なくとも、ガー
ド電極２９が制御する半導体１１上のエリアが累積状態
にあるようなものでなければならない。ＤＣバイアスの
電圧源４３は、固定されている場合には、連続的に累積
層を生じるような大きさとされる。増幅器４５は、基準
電極２７から受け取った信号を増幅する。復調器４７
は、同期復調器であるが、増幅器４５から受け取ったＡ
Ｃ信号をＤＣ信号に変える。Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器４
９は、電圧源４１、４３、復調器４７、及び、光制御器
及び変調器３９から受け取ったアナログ信号をデジタル
信号に変換し、コンピュータ５１からのデジタル信号を
アナログ信号に変換する。コンピュータ５１は、装置１
３の全体的な動作を制御し、受け取ったテスト情報を処
理する。
【００２３】装置１３の使用の際には、試料１１は、図
示のようにバック電極１９の上に配置する。次に、プロ
ーブ・アセンブリ２１を垂直方向下向きに移動させ、基
準電極２７を試料１１に極めて接近させる。プローブ・
アセンブリ２１は、次に、基準電極２７が試料１１の表
面１５と密接に並列関係となるように、十分な圧力で任
意の手段（図示せず）を用いて、試料１１に下向きに押
し付けられる。基準電極２７は、絶縁体３５の上側表面
上に形成されているので、試料１１とは実際には接触す
ることなく、むしろ、キャパシタンス型のピックアップ
を形成する。光源２２−１からの光ビームは、コンピュ
ータ５１の命令に従って光制御器及び変調器３９によっ
てＡＣ変調されて強度を変動されるが、可撓性の基準電
極のアセンブリを通って試料１１の前面１５に向けら
れ、ＡＣ表面光電流信号又はＡＣ表面光電圧信号を生じ
る。ここで、どちらの信号であるかは選択できる。ＡＣ
光電流の方が、よりよいＳ／Ｎ比を有するので好まし
い。理解され得るように、光源２２−１からの光ビーム
は、基準電極が透明であるので、該電極を通過する。同
時に、コンピュータ５１の命令により振幅を制御された
電圧源４１、４３からのバイアス電圧は、それぞれ、分
離抵抗５３、５５を介して基準電極２７、ガード電極２
９に印加される。
示のようにバック電極１９の上に配置する。次に、プロ
ーブ・アセンブリ２１を垂直方向下向きに移動させ、基
準電極２７を試料１１に極めて接近させる。プローブ・
アセンブリ２１は、次に、基準電極２７が試料１１の表
面１５と密接に並列関係となるように、十分な圧力で任
意の手段（図示せず）を用いて、試料１１に下向きに押
し付けられる。基準電極２７は、絶縁体３５の上側表面
上に形成されているので、試料１１とは実際には接触す
ることなく、むしろ、キャパシタンス型のピックアップ
を形成する。光源２２−１からの光ビームは、コンピュ
ータ５１の命令に従って光制御器及び変調器３９によっ
てＡＣ変調されて強度を変動されるが、可撓性の基準電
極のアセンブリを通って試料１１の前面１５に向けら
れ、ＡＣ表面光電流信号又はＡＣ表面光電圧信号を生じ
る。ここで、どちらの信号であるかは選択できる。ＡＣ
光電流の方が、よりよいＳ／Ｎ比を有するので好まし
い。理解され得るように、光源２２−１からの光ビーム
は、基準電極が透明であるので、該電極を通過する。同
時に、コンピュータ５１の命令により振幅を制御された
電圧源４１、４３からのバイアス電圧は、それぞれ、分
離抵抗５３、５５を介して基準電極２７、ガード電極２
９に印加される。
【００２４】照射の際に試料１１の表面１５に生じるＤ
Ｃ光電流（又は光電圧）信号と電圧源１１から生じるＡ
Ｃ電位信号とは、基準電極２７によってシーケンシャル
に容量的にピックアップされ、分離コンデンサ５７を介
して増幅器４５に印加される。ガード電極２９によって
ピックアップされた信号は、グランドにシャントされ
る。理解され得るように、ガード電極２９は、基準電極
によるバイアス電界の印加における電界の周縁部が広が
る問題を回避し、試料１１の表面１５上の表面光電流信
号を基準電極２７に印加するエリアを制限する機能を果
たす。増幅器４５の出力は、復調器４７に与えられる。
復調器４７の出力は、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器４９に印
加され、その出力は、コンピュータ５１に供給される。
Ｃ光電流（又は光電圧）信号と電圧源１１から生じるＡ
Ｃ電位信号とは、基準電極２７によってシーケンシャル
に容量的にピックアップされ、分離コンデンサ５７を介
して増幅器４５に印加される。ガード電極２９によって
ピックアップされた信号は、グランドにシャントされ
る。理解され得るように、ガード電極２９は、基準電極
によるバイアス電界の印加における電界の周縁部が広が
る問題を回避し、試料１１の表面１５上の表面光電流信
号を基準電極２７に印加するエリアを制限する機能を果
たす。増幅器４５の出力は、復調器４７に与えられる。
復調器４７の出力は、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器４９に印
加され、その出力は、コンピュータ５１に供給される。
【００２５】次に、本発明により装置１３を用いて、寿
命定数ｔｓを決定する方法を説明する。この方法の第１
のステップは、ウエハすなわち試料１１の表面１５を反
転状態にするのに必要な誘導電荷Ｑind の値の決定に関
する。これは、表面１５を光源２２−１からの固定した
強度のＡＣ変調した光で照射し、バイアス電圧源４１か
らのバイアス電圧をある範囲でステップ状に変化させ、
プローブ２２−２を用いて、ウエハのキャパシタンスと
ＡＣ光電流信号を測定することによって達成される。シ
リコンの空乏領域Ｗｄの幅と、プローブ２２−２によっ
てピックアップされたＡＣ光電流ｉ-ac信号との間の関
係は、次の式１９によって与えられる。
命定数ｔｓを決定する方法を説明する。この方法の第１
のステップは、ウエハすなわち試料１１の表面１５を反
転状態にするのに必要な誘導電荷Ｑind の値の決定に関
する。これは、表面１５を光源２２−１からの固定した
強度のＡＣ変調した光で照射し、バイアス電圧源４１か
らのバイアス電圧をある範囲でステップ状に変化させ、
プローブ２２−２を用いて、ウエハのキャパシタンスと
ＡＣ光電流信号を測定することによって達成される。シ
リコンの空乏領域Ｗｄの幅と、プローブ２２−２によっ
てピックアップされたＡＣ光電流ｉ-ac信号との間の関
係は、次の式１９によって与えられる。
【数１３】 ただし、Ｃ；プローブとウエハとの間の全体のキャパシ
タンス ｑ；電子の電荷 εｓ；半導体の誘電定数 Φ；照射強度 １−ｒｅｆｌ；シリコンに侵入する照射の部分 この式１９を用いて、空乏幅が、誘導された電荷バイア
スの範囲にわたって計算される。各バイアスのステップ
において半導体に提供された電荷Ｑinduced は、関係式
Ｑinduced ＝Ｖｇ＊Ｃｐから計算される。
タンス ｑ；電子の電荷 εｓ；半導体の誘電定数 Φ；照射強度 １−ｒｅｆｌ；シリコンに侵入する照射の部分 この式１９を用いて、空乏幅が、誘導された電荷バイア
スの範囲にわたって計算される。各バイアスのステップ
において半導体に提供された電荷Ｑinduced は、関係式
Ｑinduced ＝Ｖｇ＊Ｃｐから計算される。
【００２６】反転のＱinduced の値は、ＷｄとＱind と
の間の関数の形状から決定される。Ｗｄ（Ｑind ）が平
坦になるようなＱind の値が、反転のＱind を与える。
本発明の方法の第２のステップは、上述の第１の組によ
って決定された電圧源４１からの正しい固定されたバイ
アス電圧の値Ｖｇをプローブ２２−１に印加して、半導
体表面を反転の再生可能な状態におくことに関する。表
面少数キャリアの時定数の値は、この材料がいかに深く
反転されるかに依存する。この方法の第３のステップ
は、変調された光のレベルの組にわたって（すなわち、
１組の値にわたってＡＣ変調された光の強度を変動させ
ることによって）プローブ・キャパシタンスと光電流デ
ータとを集め、値の組のそれぞれにおけるプローブ・キ
ャパシタンスと光電流データとを測定することに関す
る。光ビームの強度と光ビームの変調周波数とは、ＡＣ
光電流が光ビームの強度にほぼ比例し、光ビームの変調
周波数に反比例するようになっている。ここで、「ほ
ぼ」とは、３次以上の項は無視して２次の項まで考慮す
るとの意味である。
の間の関数の形状から決定される。Ｗｄ（Ｑind ）が平
坦になるようなＱind の値が、反転のＱind を与える。
本発明の方法の第２のステップは、上述の第１の組によ
って決定された電圧源４１からの正しい固定されたバイ
アス電圧の値Ｖｇをプローブ２２−１に印加して、半導
体表面を反転の再生可能な状態におくことに関する。表
面少数キャリアの時定数の値は、この材料がいかに深く
反転されるかに依存する。この方法の第３のステップ
は、変調された光のレベルの組にわたって（すなわち、
１組の値にわたってＡＣ変調された光の強度を変動させ
ることによって）プローブ・キャパシタンスと光電流デ
ータとを集め、値の組のそれぞれにおけるプローブ・キ
ャパシタンスと光電流データとを測定することに関す
る。光ビームの強度と光ビームの変調周波数とは、ＡＣ
光電流が光ビームの強度にほぼ比例し、光ビームの変調
周波数に反比例するようになっている。ここで、「ほ
ぼ」とは、３次以上の項は無視して２次の項まで考慮す
るとの意味である。
【００２７】記憶された変換定数を用いると、このデー
タは、以下の物理的な測定に変換される。すなわち、 １）プローブとウエハとの間の全体のキャパシタンス ２）ＡＣ光電流、すなわち、ｉ-ac［アンペア］ ３）ウエハ表面に侵入する光の強度、すなわち、Φ、た
だし単位は、［光子数／ｃｍ２＊ｓｅｃ］ この方法の最後のステップは、上述の測定値から少数キ
ャリアの表面再結合の寿命定数（ｔｓ）を計算すること
に関する。表面光電圧の方程式を展開した第１次の項に
よれば、取得したデータとテストをしているウエハの物
理的なパラメータとの間には、次の式２０のような関係
が予測される。
タは、以下の物理的な測定に変換される。すなわち、 １）プローブとウエハとの間の全体のキャパシタンス ２）ＡＣ光電流、すなわち、ｉ-ac［アンペア］ ３）ウエハ表面に侵入する光の強度、すなわち、Φ、た
だし単位は、［光子数／ｃｍ２＊ｓｅｃ］ この方法の最後のステップは、上述の測定値から少数キ
ャリアの表面再結合の寿命定数（ｔｓ）を計算すること
に関する。表面光電圧の方程式を展開した第１次の項に
よれば、取得したデータとテストをしているウエハの物
理的なパラメータとの間には、次の式２０のような関係
が予測される。
【数１４】 ただし、ｑ；電子の電荷 εｓ；半導体の誘電定数 Ｗd0；反転状態の表面空乏幅 （ディスターブなし、すなわち、ダーク状態） Ψ０；反転及びダーク状態の半導体表面の電位 ｜ｌ-ac｜／Ｃｐ・ΦとΦデータの組との数値的な曲線
の適合（回帰）によって、｜ｑ｜Ｗd0／εｓとｔｓ（ｑ
Ｗd0／εｓ）２／（２Ψ０）との測定された概算が得ら
れる。Ｗd0とΨ0とは相互に及びウエハのドーピング濃
度に代数的な関係を有しているから、回帰の結果によ
り、表面の少数キャリアの表面再結合の寿命定数ｔｓを
求めることが可能になる。
の適合（回帰）によって、｜ｑ｜Ｗd0／εｓとｔｓ（ｑ
Ｗd0／εｓ）２／（２Ψ０）との測定された概算が得ら
れる。Ｗd0とΨ0とは相互に及びウエハのドーピング濃
度に代数的な関係を有しているから、回帰の結果によ
り、表面の少数キャリアの表面再結合の寿命定数ｔｓを
求めることが可能になる。
【００２８】この方法の別の実施例は、プローブとウエ
ハとの全体のキャパシタンスの測定のみに関する。この
実施例は、第１の実施例とは異なり、ウエハのドーピン
グ濃度の別個の測定、又は反転空乏幅及び（又は）表面
電位の値の別個の測定が必要になる。この方法は、光の
低いレベルへの光電位のＤＣ応答を用いている。その結
果として、テスト光は、第１の実施例で必要であったの
とは異なり、高い周波数変調成分が必要とされない。こ
の方法によれば、１／Ｃｐのデータと光とが適合する。
Ｗd0、Ψ0、測定エリア［ａ］、及び定数に対する既知
の値と組み合わせた場合に、回帰から導かれる以下の勾
配の式２１を用いると、ｔｓの計算が可能になる。
ハとの全体のキャパシタンスの測定のみに関する。この
実施例は、第１の実施例とは異なり、ウエハのドーピン
グ濃度の別個の測定、又は反転空乏幅及び（又は）表面
電位の値の別個の測定が必要になる。この方法は、光の
低いレベルへの光電位のＤＣ応答を用いている。その結
果として、テスト光は、第１の実施例で必要であったの
とは異なり、高い周波数変調成分が必要とされない。こ
の方法によれば、１／Ｃｐのデータと光とが適合する。
Ｗd0、Ψ0、測定エリア［ａ］、及び定数に対する既知
の値と組み合わせた場合に、回帰から導かれる以下の勾
配の式２１を用いると、ｔｓの計算が可能になる。
【数１５】 上述のいずれかの方法によって導かれるｔｓとドーピン
グ濃度とを用いることにより、表面再結合速度（又は表
面捕捉速度）を得ることができる。
グ濃度とを用いることにより、表面再結合速度（又は表
面捕捉速度）を得ることができる。
【００２９】本発明のこれらの実施例は単なる例示であ
ることを意図しており、当業者は、本発明の精神から離
れることなく多くの変更や修正を加えることができよ
う。これらのすべての変更や修正は、冒頭の特許請求の
範囲において定義される本発明の範囲内に含まれるもの
である。
ることを意図しており、当業者は、本発明の精神から離
れることなく多くの変更や修正を加えることができよ
う。これらのすべての変更や修正は、冒頭の特許請求の
範囲において定義される本発明の範囲内に含まれるもの
である。
【図１】本発明を実現する装置の概略を示すブロック図
である。
である。
【図２】図１に示したプローブ・アセンブリのより詳細
な図である。
な図である。
１１ 半導体材料からなる試料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 594195616 43 Ｍａｎｎｉｎｇ Ｒｏａｄ，Ｂｉｌ ｌｅｒｉｃａ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔ ｔｓ 01821，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔ ｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体材料からなる試料の少数キャリア
の表面再結合の寿命定数（ｔs）を決定する方法におい
て、 （ａ）試料を、第１及び第２の電極の間に、第１の電極
には接して第２の電極からは離間するように配置するス
テップと、 （ｂ）試料と第２の電極との間に形成されるキャパシタ
ンスを測定するステップと、 （ｃ）試料の半導体材料のエネルギ・ギャップよりも波
長が短く、かつ所定の周波数で強度変調されて所定の範
囲で強度が変動する光ビームを用いて、試料の表面の領
域を照射するステップと、 （ｄ）第１及び第２の電極の間に固定のバイアス電圧を
印加して、試料の表面を空乏又反転状態となるようにす
るステップと、 （ｅ）光ビームが照射された試料の表面領域における交
流光電流を測定するステップであって、交流光電流が光
ビームの強度とほぼ比例し光ビームの変調周波数にほぼ
反比例するものとして得られる、交流電流測定ステップ
と、 （ｆ）測定された交流光電流の振幅、キャパシタンス及
び光ビームの照射強度とを用いて、表面少数キャリアの
寿命定数（ｔs）を決定するステップとからなることを
特徴とする方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、ステップ
（ｂ）は、 第１の電極に交流電圧を印加するステップと、 第２の電極上の信号を検出することによりキャパシタン
スを測定するステップとにより実行されることを特徴と
する方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２いずれかに記載の方法に
おいて、ステップ（ｆ）においては、表面少数キャリア
の寿命定数（ｔs）は、 【数１】 |i_ac|／(Cp・Φ) = |q|／εs・Wd0+ [ｔs・(q／εs・Wd0)2]／(2Ψ0)・Φ ただし、|i_ac|：交流光電流の振幅 Cp：測定されたキャパシタンス ｑ：電子電荷 Φ：光ビームの強度 εs：試料の半導体材料の誘電定数 Wd0：反転状態の空乏幅 （干渉なし、すなわち、暗い状態） Ψ0：反転及び暗い状態にある試料の半導体材料の表面
電位 によって決定されることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３いずれかに記載の方法にお
いて、ステップ（ｄ）において印加されるバイアス電圧
は、 Qinduced = Vg・Cp ただし、Qinduced：表面を反転するに必要な半導体の誘
導電荷 Vg：バイアス電圧 Cp：測定されたキャパシタンス を満足していることを特徴とする方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４いずれか記載の方法におい
て、ステップ（ｄ）において印加されるバイアス電圧
は、 固定強度の交流変調した光ビームを用いて試料を照射
し、 バイアス電圧を所定の範囲にわたってステップ状に変化
させ、 各バイアス電圧における試料と第２の電極との間のキャ
パシタンス及び交流光電流を測定し、 測定されたキャパシタンス及び交流光電流、及び光ビー
ムの照射強度を用いて、各バイアス電圧における試料の
空乏幅を演算し、 得られた複数の空乏幅から表面反転状態の空乏幅を決定
するとともに、そのときのバイアス電圧を固定のバイア
ス電圧とすることによって決定されることを特徴とする
方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US159334 | 1988-02-23 | ||
| US08/159,334 US5453703A (en) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | Method for determining the minority carrier surface recombination lifetime constant (ts of a specimen of semiconductor material |
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|---|---|
| JPH07302823A JPH07302823A (ja) | 1995-11-14 |
| JP2954492B2 true JP2954492B2 (ja) | 1999-09-27 |
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| JP6295278A Expired - Fee Related JP2954492B2 (ja) | 1993-11-29 | 1994-11-29 | 半導体材料から成る試料の少数キャリアの表面再結合の寿命定数の決定方法 |
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| US5767693A (en) * | 1996-09-04 | 1998-06-16 | Smithley Instruments, Inc. | Method and apparatus for measurement of mobile charges with a corona screen gun |
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| US5977788A (en) * | 1997-07-11 | 1999-11-02 | Lagowski; Jacek | Elevated temperature measurement of the minority carrier lifetime in the depletion layer of a semiconductor wafer |
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1993
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-
1994
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