JP3133052B2 - 半導体結晶体中の少数キヤリアの拡散距離の位置分解測定方法 - Google Patents

半導体結晶体中の少数キヤリアの拡散距離の位置分解測定方法

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    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、欠陥及び不純物を非破壊的に検出すること
のできる、半導体結晶体中の少数キャリアの拡散距離を
位置分解的に測定する方法に関する。
〔従来の技術〕
半導体結晶体（いわゆるウェハー）中の不純物及び欠
陥は、少数キャリアに対する再結合中心として働く。従
って少数キャリアの拡散距離Ｌは、ウェハー中の欠陥密
度の尺度である。
Ｌを位置分解的に測定する方法は、欧州特許出願公開
第0295440号明細書から公知である。その際ウェハーの
前面及び背面をそれぞれ電解液で満たした測定半室と接
触させ、かつウェハーの背面に、直流電圧源を接続する
ことにより遮断可能な空間電荷領域を作る。すなわち電
圧源の他極を、その背面側の測定半室の電解液中に存在
する電極と接続させる。ウェハーの前面を可視光線、例
えばHe−Neレーザで照射する。生じた少数キャリアの光
電流をウェハーの背面で検出し、前面側ウェハー表面で
測定された少数キャリアで正規化する。この商から拡散
距離Ｌを数学的に算定する。
しかしこの方法は、拡散距離Ｌがウェハーの厚さＤの
約1/4よりも大きい場合にのみ使用し得るにすぎない。
それというのも、僅少ではあるが少数キャリアがウェハ
ーの背面にまで拡散するからである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って本発明の課題は、拡散距離の量的及び位置分解
的測定を、Ｌが1/4Dより小さい場合にも可能とすること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は、電解液で満たされた少なくとも１個の測
定半室を半導体結晶体に取り付けて、前記結晶体の前面
を電解液と接触させ、 前記結晶体をオーム接触部を介して電圧源と接続し、
これにより前記結晶体と前記電解液中に存在する電極と
の間に電圧を印加し、 前記結晶体の前面を光源の光で照射することにより、
前記結晶体中の少数キャリアの拡散距離（Ｌ）を測定す
る方法において、 印加した電圧によって前記結晶体の前面上に、前記電
解液と結晶体との間の電流の通過を阻止する空間電荷領
域を形成し、 照射のため波長λ＞800nmを有する光源を使用し、 前面における少数キャリアの光電流（I1）を測定し、 拡散距離（Ｌ）を数理方程式 I1/I1,max＝αＬ・ｅ−αＷ／（１＋αＬ） 〔式中αは波長λの光線に対する吸収係数を表し、Ｗは
電流の通過を阻止している状態における空間電荷領域の
広がり寸法を表す〕により測定し、Ｉ1,max値を既知
の、1000μｍ以上の拡散距離を有する検体で校正するこ
とにより検出することで解決される。
〔実施例〕
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。
第１図によればウェハー１は電解液４、５で満たされ
た２つの測定半室２、３間に設けられる。電解液として
は、例えば湿潤剤を添加した２％弗化水素酸を使用する
ことができる。ウェハー１はオーム接触部６を介して電
圧源７に接続されており、電圧源の他極は、前面側の測
定半室２の電解液４中に存在する電極８に接続されてい
る。電解液４と、これに接するウエハー１の前面との間
には、一種の整流性の接合が生じており、この接合に対
し逆バイアスの極性で電圧を印加すると、ウエハー１内
に空間電荷領域が広がり、電解液−ウエーハ間の電流の
流れを阻止する働きをする。そして本発明の方法では、
電圧源の電圧U1ならびに極性を、ウェハー10の前面９に
電流の通過を阻止する空間電荷領域が生じるように調整
する。半導体ウェハー１が例えばｐ形のSiからなる場
合、これは負のバイアスをかけられ、U1は約5Vである。
ウェハーの前面９を光源11で照射するが、この場合光
点は約1mm2に焦点合わせされ、ウェハー表面を走査する
ことができる。本発明では固定波長λ＞800nmの光源を
使用することができる。それというのも電子−正孔対が
ウェハー表面だけでなく、検体の一層深い箇所にも生じ
るからである。
少数キャリアの光電流I1を電流計12で測定する。これ
は所定の前提下において、生じた電荷キャリアの数と拡
散距離Ｌとの公知の関数： Ｉ1,max＝ｑ・φ であり、第２図に示す。
ここに、ｑ＝素電荷、φ＝光子流、α＝半導体への波
長λの光線の吸収係数、Ｌ＝少数キャリアの拡散距離、
Ｗ＝空間電荷領域の広がり、Ｄ＝ウェハー１の厚さを表
す。
Ｉ1,maxは、生じたすべての少数キャリアを把握する
電流に相当し、公知の極めて大きな拡散距離を有する検
体で校正することによって検出される。第２図から明ら
かなように、光電流I1は拡散距離に伴って増大し、1000
μｍにおいて最大値Ｉ1,maxにほぼ達してそれ以上では
飽和する。従って、本発明において極めて大きな拡散距
離とは1000μｍ以上を意味し、1000〜3000μｍの範囲が
特に好ましい。
第3a図は本発明方法による中央線20で意図的に不純化
されたウェハーにおけるＬの位置分解測定を示し、第3b
図は欧州特許出願公開第0295440号明細書による測定法
で得られた結果を比較して示すものである。
上記の本発明方法により、種々の実施方法の変更が可
能である。
（１）適当な光源11は、相応するフィルタ及び焦点調整
光学系を伴う慣用のもの以外に、発光ダイオード、Nd−
YAGレーザ及び半導体レーザであってもよい。
（２）ウェハー背面10に接する電解液で満たされた第２
測定半室３は、付加的に電圧源13と、検体10に遮断可能
な空間電荷領域が生じるように接続することもできる。
この場合少数キャリアの背面光電流I2は、欧州特許出願
公開第0295440号明細書においてＬを測定するために使
用する電流計14で測定することができる。
（３）ウェハー背面10に接する、電解液で満たされた第
２測定半室３は検体背面10に特定の特性、特に表面状態
密度を得るために利用する。しかしこの第２測定半室
は、本発明による測定原理にとっては必ずしも必要なも
のではなく、空のままにするか又は測定装置を簡略化す
るため省くこともできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による測定を行うための装置の略示図、
第２図は測定された前面側光電流I1と拡散距離Ｌとの関
連性を示すグラフ図、第3a,b図は中央で意図的に不純化
されたウェハーにおける拡散距離の位置分布を示す写真
図である。 １……半導体結晶体（ウェハー） ２、３……測定半室 ４、５……電解液 ６……オーム接触部 ７……電圧源 ８……電極 ９……前面 10……背面 11……光源 12……電流計 13……電圧源 14……電流計 15……電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−120370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−178739（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開295440（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/66 G01N 21/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電解液で満たされた少なくとも１個の測定
    半室（２）を半導体結晶体（１）に取り付けて、前記結
    晶体の前面（９）を電解液（４）と接触させ、 前記結晶体（１）をオーム接触部（６）を介して電圧源
    （７）と接続し、これにより前記結晶体（１）と前記電
    解液（４）中に存在する電極（８）との間に電圧を印加
    し、 前記結晶体（１）の前面（９）を光源（11）の光で照射
    することにより、前記結晶体中の少数キャリアの拡散距
    離（Ｌ）を測定する方法において、 印加した電圧によって前記結晶体（１）の前面（９）上
    に、前記電解液と結晶体との間の電流の通過を阻止する
    空間電荷領域を形成し、 照射のため波長λ＞800nmを有する光源（11）を使用
    し、 前面（９）における少数キャリアの光電流（I1）を測定
    し、 拡散距離（Ｌ）を数理方程式 I1/I1,max＝αＬ・ｅ−αＷ／（１＋αＬ） 〔式中αは波長λの光線に対する吸収係数を表し、Ｗは
    電流の通過を阻止している状態における空間電荷領域の
    広がり寸法を表す〕により測定し、Ｉ1,maxを既知の、1
    000μｍ以上の拡散距離を有する検体で校正することに
    より検出することを特徴とする半導体結晶体中の少数キ
    ャリアの拡散距離の位置分解測定方法。
  2. 【請求項２】電解液で満たされた前記測定半室（２）
    を、前記結晶体（１）の前面（９）に接触させて使用す
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記結晶体（１）の前面及び背面（９、1
    0）にそれぞれ前記測定半室（２、３）を取り付け、そ
    の際少なくとも前面側の前記測定半室（２）を電解液で
    満たすことを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】前記両測定半室（２、３）を電解液で満た
    し、前記結晶体（１）の前面及び背面（９、10）をそれ
    ぞれ前記測定半室（２、３）の電解液（４、５）と接触
    させることを特徴とする請求項１又は３記載の方法。
  5. 【請求項５】光線を前記結晶体（１）の前面（９）に集
    光し、これを走査することにより、位置分解測定を行う
    ことを特徴とする請求項１ないし４の１項に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】前記光源（11）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５の１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記光源（11）として発光ダイオードを使
    用することを特徴とする請求項１ないし５の１項に記載
    の方法。
  8. 【請求項８】逆方向電圧（U2）を、前記結晶体（１）の
    背面（10）と背面側の前記測定半室（３）中に存在する
    電極（15）との間に印加し、少数キャリアの背面光電流
    （I2）を付加的に測定することを特徴とする請求項３な
    いし７の１項に記載の方法。
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