JP3043364B2 - 少数キヤリアの界面再結合速度決定方法 - Google Patents
少数キヤリアの界面再結合速度決定方法Info
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- JP3043364B2 JP3043364B2 JP2136917A JP13691790A JP3043364B2 JP 3043364 B2 JP3043364 B2 JP 3043364B2 JP 2136917 A JP2136917 A JP 2136917A JP 13691790 A JP13691790 A JP 13691790A JP 3043364 B2 JP3043364 B2 JP 3043364B2
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- electrolyte
- semiconductor crystal
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/265—Contactless testing
- G01R31/2656—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
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- Electromagnetism (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体と他の物質との間の界面における少
数キャリアの再結合速度を決定する方法に関する。
数キャリアの再結合速度を決定する方法に関する。
少数キャリアの界面再結合速度Ｓは、少数キャリアが
界面で再結合により消滅する速度の尺度である〔スゼー
（S.M.Sze）著、「フィジックス・オブ・セミコンダク
ターズ（Physics of Semiconductors）」Whiley−Inter
science Publ.出版〕。この速度は界面状態密度Ｎ、す
なわち禁止帯中における電気的な活性状態での密度に比
例する。
界面で再結合により消滅する速度の尺度である〔スゼー
（S.M.Sze）著、「フィジックス・オブ・セミコンダク
ターズ（Physics of Semiconductors）」Whiley−Inter
science Publ.出版〕。この速度は界面状態密度Ｎ、す
なわち禁止帯中における電気的な活性状態での密度に比
例する。
例えばSi−SiO2のような界面をその電気特性に関して
特徴づけるには、Ｓ又はＮは重要なファクタの１つであ
る。これによって集積回路におけるトランジスタの電気
特性及び長時間的挙動は影響される。更に界面再結合速
度Ｓは、マイクロエレクトロニクデバイスの製造に際し
ての層の製法を監視する際の対照基準としても使用する
ことができる。
特徴づけるには、Ｓ又はＮは重要なファクタの１つであ
る。これによって集積回路におけるトランジスタの電気
特性及び長時間的挙動は影響される。更に界面再結合速
度Ｓは、マイクロエレクトロニクデバイスの製造に際し
ての層の製法を監視する際の対照基準としても使用する
ことができる。
Ｓを決定するには不純物分光法（深い準位の過渡的分
光法＝deep level transient spectroscopy＝DLTS）を
使用することができる。この方法はジョンソン（N.M.Jo
hnson）の論文、「J.Vac.Sci.Tech.」21（1982）、303
頁に示されている。このためには半導体にMOSコンデン
サを装備する必要がある。金属ゲートに交流電圧を印加
し、直流電圧に重畳すると、第１半位相の界面状態は電
荷キャリアで満たされ、第２半位相において前記の電荷
は半導体の伝導帯に放出される。この放出率をある温度
範囲にわたり測定することによって、これから界面状態
密度及び再結合速度を決定することができる。
光法＝deep level transient spectroscopy＝DLTS）を
使用することができる。この方法はジョンソン（N.M.Jo
hnson）の論文、「J.Vac.Sci.Tech.」21（1982）、303
頁に示されている。このためには半導体にMOSコンデン
サを装備する必要がある。金属ゲートに交流電圧を印加
し、直流電圧に重畳すると、第１半位相の界面状態は電
荷キャリアで満たされ、第２半位相において前記の電荷
は半導体の伝導帯に放出される。この放出率をある温度
範囲にわたり測定することによって、これから界面状態
密度及び再結合速度を決定することができる。
再結合速度を決定する第２の方法は、電子−正孔対の
熱的発生にその原因を有するMOSコンデンサの容量の時
間的変化を測定することにある〔ラバニー（K.S.Rabban
i）その他著「ソリッド・ステート・エレクトロニクス
（Solid State Electronics）」24（1981年）、661頁参
照〕。
熱的発生にその原因を有するMOSコンデンサの容量の時
間的変化を測定することにある〔ラバニー（K.S.Rabban
i）その他著「ソリッド・ステート・エレクトロニクス
（Solid State Electronics）」24（1981年）、661頁参
照〕。
これらの方法は特殊な試験構造体を必要とし、また僅
かな位置分解能で測定する場合には多くの時間を要す
る。
かな位置分解能で測定する場合には多くの時間を要す
る。
従って本発明の課題は、半導体と他の物質との接触面
における少数キャリアの再結合速度を決定するための、
試験構造体を必要としない高い位置分解能を有する簡単
な方法を提供することにある。
における少数キャリアの再結合速度を決定するための、
試験構造体を必要としない高い位置分解能を有する簡単
な方法を提供することにある。
この課題は、半導体結晶体の一方の面（以下前面と呼
ぶ）に第１半室を、半導体結晶体の他方の面（以下背面
と呼ぶ）に第２半室を取り付け、その際両半室は電解液
で満たすことができるようにし、少なくとも第２半室は
１個の電極を含み、電解液で満たされており、電解液は
前記電極及び半導体結晶体の背面と接触しており、少な
くとも前記第２半室中の電極は１個の電圧源及びオーム
接触部を介して前記半導体結晶体に接続されており、電
圧源で直流電圧を印加し、それにより半導体結晶体の背
面に電流を遮断する空間電荷領域を生ぜしめ、前面を光
源で照射することにより半導体と他の物質との界面にお
ける少数キャリアの再結合速度を決定する方法におい
て、 第１測定工程で前記第２半室を電解液で満たし、この第
２半室内で前記電極と背面との間を流れる第１光電流を
測定しまた第２測定工程で双方の前記半室を電解液で満
たし、前記第２半室内で前記電極と他方の面との間を流
れる第２光電流を測定する二工程測定法を利用し、これ
から数理方程式： Ｓ＝Ｄα（１−Ａ）／（Ａ−αLtanh（X/L）） 〔式中Ｄ＝電荷キャリアの拡散少数、α＝光の吸収定
数、Ａ＝I2/I2′＝第２光電流と第１光電流との比、Ｌ
＝拡散距離、Ｘ＝ウェハーの厚〕を用いて界面再結合速
度を決定することによって解決される。
ぶ）に第１半室を、半導体結晶体の他方の面（以下背面
と呼ぶ）に第２半室を取り付け、その際両半室は電解液
で満たすことができるようにし、少なくとも第２半室は
１個の電極を含み、電解液で満たされており、電解液は
前記電極及び半導体結晶体の背面と接触しており、少な
くとも前記第２半室中の電極は１個の電圧源及びオーム
接触部を介して前記半導体結晶体に接続されており、電
圧源で直流電圧を印加し、それにより半導体結晶体の背
面に電流を遮断する空間電荷領域を生ぜしめ、前面を光
源で照射することにより半導体と他の物質との界面にお
ける少数キャリアの再結合速度を決定する方法におい
て、 第１測定工程で前記第２半室を電解液で満たし、この第
２半室内で前記電極と背面との間を流れる第１光電流を
測定しまた第２測定工程で双方の前記半室を電解液で満
たし、前記第２半室内で前記電極と他方の面との間を流
れる第２光電流を測定する二工程測定法を利用し、これ
から数理方程式： Ｓ＝Ｄα（１−Ａ）／（Ａ−αLtanh（X/L）） 〔式中Ｄ＝電荷キャリアの拡散少数、α＝光の吸収定
数、Ａ＝I2/I2′＝第２光電流と第１光電流との比、Ｌ
＝拡散距離、Ｘ＝ウェハーの厚〕を用いて界面再結合速
度を決定することによって解決される。
次に本発明を図面に示した実施例に基づき更に詳述す
る。
る。
第１図によれば半導体結晶体（いわゆるウェハー）３
は、電解液５、６で満たすことのできる２個の半室１、
２間に存在する。電解液としては例えば２％弗化水素酸
を、湿潤剤を加えて使用することができる。第１半室１
を電解液で満たした場合、電解液は電極７及びウェハー
３の前面９と接する。ウェハー３はオーム接触部４を介
して直流電圧源13に接続され、直流電圧源の他極は電流
計11を介して電極７と接続される。ウェハー背面10に接
する第２半室２も同様に構成されている。すなわち電解
液６中の電極８は電流計12を介して直流電圧源14と接続
され、その他極は同様にオーム接触部４を介してウェハ
ー３に接続されている。各半室内で電解液は撹拌及び排
気可能である（そのための機構は図示せず）。
は、電解液５、６で満たすことのできる２個の半室１、
２間に存在する。電解液としては例えば２％弗化水素酸
を、湿潤剤を加えて使用することができる。第１半室１
を電解液で満たした場合、電解液は電極７及びウェハー
３の前面９と接する。ウェハー３はオーム接触部４を介
して直流電圧源13に接続され、直流電圧源の他極は電流
計11を介して電極７と接続される。ウェハー背面10に接
する第２半室２も同様に構成されている。すなわち電解
液６中の電極８は電流計12を介して直流電圧源14と接続
され、その他極は同様にオーム接触部４を介してウェハ
ー３に接続されている。各半室内で電解液は撹拌及び排
気可能である（そのための機構は図示せず）。
直流電圧源14に、ウェハー背面10で電流を遮断する空
間電荷領域が生じるように、電圧を印加する（例えばｐ
シリコンウェハーの場合接触部４に約−5Vを印加す
る）。この時点で前面９を光源15の可視波長の光線で照
射すると、電子−正孔対が薄層（厚さ１〜２μ）内に生
じる。少数キャリアはウェハー背面10にまで拡散され、
半室２中に、電流計12で測定される光電流I2を生じる。
光電流は公知のウェハー厚さの場合、半導体３中におけ
る少数キャリアの拡散距離Ｌ及びウェハー前面９におけ
る界面状態密度Ｎに影響される。第１半室１を電解液５
で満たすことによってＮは、生じた少数キャリアが前面
９に無視し得る程度に再結合するにすぎないほど、僅か
である。すなわちI2＝I2（Ｌ）である。
間電荷領域が生じるように、電圧を印加する（例えばｐ
シリコンウェハーの場合接触部４に約−5Vを印加す
る）。この時点で前面９を光源15の可視波長の光線で照
射すると、電子−正孔対が薄層（厚さ１〜２μ）内に生
じる。少数キャリアはウェハー背面10にまで拡散され、
半室２中に、電流計12で測定される光電流I2を生じる。
光電流は公知のウェハー厚さの場合、半導体３中におけ
る少数キャリアの拡散距離Ｌ及びウェハー前面９におけ
る界面状態密度Ｎに影響される。第１半室１を電解液５
で満たすことによってＮは、生じた少数キャリアが前面
９に無視し得る程度に再結合するにすぎないほど、僅か
である。すなわちI2＝I2（Ｌ）である。
しかし測定半室１が電解液で満たされていない場合に
は、任意の界面（例えばシリコンウェハーが酸化されて
いる場合Si−SiO2）に存在する界面状態は、背面10で測
定された光電流I2に強い影響を及ぼす可能性がある。こ
の事実はレーマン（V.Lehmann）及びフェル（H.Fll）
の論文「J.Electrochem.Soc.」、135（1988）第2831頁
に詳述されている。この場合に測定された電流I2′は、
拡散距離Ｌ及び界面再結合速度Ｓの関数、即ちI2′＝
I2′（Ｌ・Ｓ）である。
は、任意の界面（例えばシリコンウェハーが酸化されて
いる場合Si−SiO2）に存在する界面状態は、背面10で測
定された光電流I2に強い影響を及ぼす可能性がある。こ
の事実はレーマン（V.Lehmann）及びフェル（H.Fll）
の論文「J.Electrochem.Soc.」、135（1988）第2831頁
に詳述されている。この場合に測定された電流I2′は、
拡散距離Ｌ及び界面再結合速度Ｓの関数、即ちI2′＝
I2′（Ｌ・Ｓ）である。
順次に実施するI2及びI2′の測定から再結合速度Ｓを
検出するには、更に拡散距離Ｌを求めなければならな
い。これは欧州特許出願公開第0295440号明細書に記載
されている方法により有利に行うことができる。半室
１、２を満たし、付加的に前面光電流I1を電流計11によ
り測定する。すなわち直流電圧源13を用いてウェハー３
の前面９に電流を遮断する空間電荷領域を生ぜしめ、光
源15により照射することによって光電流I1を前面半室１
内に生ぜしめる（背面半室２は接続されていない）。こ
れは実際に拡散距離Ｌからもまた第１半室１が満たされ
ていることから界面状態密度Ｎからも影響されることは
ない。電流の強さI1及びI2から拡散距離Ｌを算出するこ
とができる。
検出するには、更に拡散距離Ｌを求めなければならな
い。これは欧州特許出願公開第0295440号明細書に記載
されている方法により有利に行うことができる。半室
１、２を満たし、付加的に前面光電流I1を電流計11によ
り測定する。すなわち直流電圧源13を用いてウェハー３
の前面９に電流を遮断する空間電荷領域を生ぜしめ、光
源15により照射することによって光電流I1を前面半室１
内に生ぜしめる（背面半室２は接続されていない）。こ
れは実際に拡散距離Ｌからもまた第１半室１が満たされ
ていることから界面状態密度Ｎからも影響されることは
ない。電流の強さI1及びI2から拡散距離Ｌを算出するこ
とができる。
拡散距離Ｌが例えば他の測定からすでに知られいる場
合、第１半室の電流回路は必要ない。この場合直流電圧
源13、電流計11及び電極７は省くことができる。
合、第１半室の電流回路は必要ない。この場合直流電圧
源13、電流計11及び電極７は省くことができる。
界面再結合速度Ｓは、Ｌ、I2及びI2′から数理方程
式： Ｓ＝Ｄα（１−Ａ）／（Ａ−αLtanh（X/L）） 〔式中Ｄ＝電荷キャリアの拡散定数、α＝光の吸収定
数、Ａ＝I2/I2′＝第２光電流と第１光電流との比、Ｌ
＝拡散距離、Ｘ＝ウェハーの厚さ〕を用いて算出する。
ウェハーを２回の測定工程で全面的に照射した場合、そ
のウェハーのＳの平均値が得られる。集束された光線又
はレーザ光線を用いて前面を走査した際、再結合速度Ｓ
を位置分解的に決定することができる。
式： Ｓ＝Ｄα（１−Ａ）／（Ａ−αLtanh（X/L）） 〔式中Ｄ＝電荷キャリアの拡散定数、α＝光の吸収定
数、Ａ＝I2/I2′＝第２光電流と第１光電流との比、Ｌ
＝拡散距離、Ｘ＝ウェハーの厚さ〕を用いて算出する。
ウェハーを２回の測定工程で全面的に照射した場合、そ
のウェハーのＳの平均値が得られる。集束された光線又
はレーザ光線を用いて前面を走査した際、再結合速度Ｓ
を位置分解的に決定することができる。
Ｓの測定は次のようにして実施することもできる。す
なわち第１測定工程で、半室１を電解液で満たすことな
く、背面光電流I2′を測定する。前面９をヘリウム−ネ
オンレーザ光源15の光線で走査する。測定値はウェハー
の各点に関し個々に記憶する。第２測定工程で第２半室
を２％HFで満たす（場合によっては半導体ウェハー上の
層を予め溶解する）。背面光電流I2及び前面光電流I1を
位置分解的に測定する。I2及びI1から、欧州特許出願公
開第0295440号明細書に記載されているように、拡散距
離Ｌを検出する。これから前記の数理方程式により界面
再結合速度Ｓを位置分解的に決定する。
なわち第１測定工程で、半室１を電解液で満たすことな
く、背面光電流I2′を測定する。前面９をヘリウム−ネ
オンレーザ光源15の光線で走査する。測定値はウェハー
の各点に関し個々に記憶する。第２測定工程で第２半室
を２％HFで満たす（場合によっては半導体ウェハー上の
層を予め溶解する）。背面光電流I2及び前面光電流I1を
位置分解的に測定する。I2及びI1から、欧州特許出願公
開第0295440号明細書に記載されているように、拡散距
離Ｌを検出する。これから前記の数理方程式により界面
再結合速度Ｓを位置分解的に決定する。
測定結果に関する例を第２図ないし第４図に示す。未
処理のSiウェハーを半分だけ約１分間稀HF溶液内に保っ
た（第２図の右半分）。次いで上記のようにしてI2′及
びI2を測定した。点状に測定した電流を第２図及び第３
図にグレイトーンスケールで示す。この場合スケールは
双方の図面で相異している。界面状態での再結合により
ウェハーの未処理面におけるI2′は極めて小さいが（第
２図）、処理した従って実際に酸化されていない面はよ
り高い値を示す。すなわち界面状態は飽和されているこ
とから、I2値は一層高い（第３図）。前記の数理方程式
による量的分析は再結合速度Ｓの位置分解測定結果であ
り、これは第４図に示されている。Ｓの平均値は未処理
の表面に対しては38・106・／秒であり、またHFで処理
した表面に対しては13・103・／秒である。
処理のSiウェハーを半分だけ約１分間稀HF溶液内に保っ
た（第２図の右半分）。次いで上記のようにしてI2′及
びI2を測定した。点状に測定した電流を第２図及び第３
図にグレイトーンスケールで示す。この場合スケールは
双方の図面で相異している。界面状態での再結合により
ウェハーの未処理面におけるI2′は極めて小さいが（第
２図）、処理した従って実際に酸化されていない面はよ
り高い値を示す。すなわち界面状態は飽和されているこ
とから、I2値は一層高い（第３図）。前記の数理方程式
による量的分析は再結合速度Ｓの位置分解測定結果であ
り、これは第４図に示されている。Ｓの平均値は未処理
の表面に対しては38・106・／秒であり、またHFで処理
した表面に対しては13・103・／秒である。
第１図は電解液二重室の略示横断面図、第２図ないし第
４図はシリコンウェハーを介しての位置分解測定写真図
であり、第２図は前面半室が電解液で満たされていない
背面光電流I2の測定写真図、第３図は前面半室が電解液
で満たされている背面光電流I2の測定写真図、第４図は
再結合速度Ｓの測定写真図である。 １……第１半室 ２……第２半室 ３……半導体結晶体（ウェハー） ４……オーム接触部 ５、６……電解液 ７、８……電極 11、12……電流計 13、14……直流電圧源 15……光源
４図はシリコンウェハーを介しての位置分解測定写真図
であり、第２図は前面半室が電解液で満たされていない
背面光電流I2の測定写真図、第３図は前面半室が電解液
で満たされている背面光電流I2の測定写真図、第４図は
再結合速度Ｓの測定写真図である。 １……第１半室 ２……第２半室 ３……半導体結晶体（ウェハー） ４……オーム接触部 ５、６……電解液 ７、８……電極 11、12……電流計 13、14……直流電圧源 15……光源
Claims (6)
- 【請求項１】半導体結晶体（３）の一方の面（９）に第
１半室（１）を、前記半導体結晶体（３）の他方の面
（10）に第２半室（２）を取り付け、その際両半室は電
解液（５、６）で満たすことができ、少なくとも第２半
室（２）は１個の電極（８）を含み、前記電解液（６）
で満たされており、この電解液は前記電極（８）及び前
記半導体結晶体（３）の他方の面（10）と接触してお
り、少なくとも前記第２半室（２）中の前記電極（８）
は１個の電圧源（14）及びオーム接触部（４）を介して
前記半導体結晶体（３）に接続されており、前記電圧源
（14）で直流電圧を印加し、それにより前記半導体結晶
体（３）の他方の面（10）に電流を遮断する空間電荷領
域を生ぜしめ、前記一方の面（９）を光源（15）で照射
することにより半導体と他の物質との界面における少数
キャリアの再結合速度を決定する方法において、第１測
定工程で前記第２半室（２）を電解液で満たし、この第
２半室（２）内で前記電極（８）と前記他方の面（10）
との間を流れる第１光電流（I2′）を測定しまた第２測
定工程で双方の前記半室（１、２）を電解液で満たし、
前記第２半室（２）内で前記電極（８）と前記他方の面
（10）との間を流れる第２光電流（I2）を測定する二工
程測定法を利用し、 これから数理方程式： Ｓ＝Ｄα（１−Ａ）／（Ａ−αLtanh（X/L）） 〔式中Ｄ＝電荷キャリアの拡散定数、α＝光の吸収定
数、Ａ＝I2/I2′＝第２光電流と第１光電流との比、Ｌ
＝拡散距離、Ｘ＝ウェハーの厚さ〕を用いて界面再結合
速度を決定することを特徴とする少数キャリアの界面再
結合速度決定方法。 - 【請求項２】前記照射を全面的に行うことを特徴とする
請求項１記載の方法。 - 【請求項３】光線を前記半導体結晶体（３）の前記一方
の面に集束させ、これを走査することにより位置分解測
定を実施することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項４】前記光線の光源（15）としてレーザを使用
することを特徴とする請求項１ないし３の１つの請求項
に記載の方法。 - 【請求項５】前記電解液（５、６）として濃度Ｃが0.5
％以上の稀弗化水素酸を使用することを特徴とする請求
項１ないし４の１つの請求項に記載の方法。 - 【請求項６】前記第１半室（１）が電極（７）を含みか
つ電解液（５）で満たされており、前記電解液が電極
（７）及び半導体結晶体（３）の第１面（９）と接触し
ており、前記第１半室（１）中の電極（７）は電圧源
（13）及びオーム接触部（４）を介して半導体結晶体
（３）に接続されており、前記電圧源（13）で直流電圧
を印加し、それによりその一方の面（９）に電流を遮断
する空間電荷領域を生ぜしめ、第２測定工程で、前記第
１半室（１）内で電極（７）と一方の面（９）との間を
流れる第３光電流（I1）を付加的に測定し、前記第２及
び第３光電流から拡散距離（Ｌ）を算出することを特徴
とする請求項１ないし５の１つの請求項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3917721 | 1989-05-31 | ||
| DE3917721.1 | 1989-05-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0342851A JPH0342851A (ja) | 1991-02-25 |
| JP3043364B2 true JP3043364B2 (ja) | 2000-05-22 |
Family
ID=6381770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2136917A Expired - Fee Related JP3043364B2 (ja) | 1989-05-31 | 1990-05-25 | 少数キヤリアの界面再結合速度決定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5130643A (ja) |
| EP (1) | EP0400386B1 (ja) |
| JP (1) | JP3043364B2 (ja) |
| DE (1) | DE59006874D1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5420522A (en) * | 1991-12-04 | 1995-05-30 | Texas Instruments Incorporated | Method and system for fault testing integrated circuits using a light source |
| US5521839A (en) * | 1993-09-02 | 1996-05-28 | Georgia Tech Research Corporation | Deep level transient spectroscopy (DLTS) system and method |
| US5453703A (en) * | 1993-11-29 | 1995-09-26 | Semitest Inc. | Method for determining the minority carrier surface recombination lifetime constant (ts of a specimen of semiconductor material |
| DE4432294A1 (de) * | 1994-09-12 | 1996-03-14 | Telefunken Microelectron | Verfahren zur Reduzierung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit in Silizium |
| JP2787283B2 (ja) * | 1994-12-29 | 1998-08-13 | ホクト産業株式会社 | きのこの人工栽培方法 |
| EP1024369B1 (en) * | 1999-01-26 | 2004-10-20 | STMicroelectronics S.r.l. | Characterization of a semiconductor-dielectric interface by photocurrent measurements |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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