JP6219559B2 - 半導体キャリア寿命測定装置および該方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハの母材におけるキャリア寿命に関する情報の測定を可能とする半導体キャリア寿命測定装置および半導体キャリア寿命測定方法に関する。

近年のエレクトロニクスの発展により、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、その半導体ウェハを切り出す母材（半導体塊）であるシリコンインゴット（Ｓｉインゴット）やシリコンブリック（Ｓｉブリック）の品質管理が重要である。半導体の品質を評価する指標の１つとして、半導体におけるキャリアの寿命（ライフタイム）がある。特に、近年、クリーンなエネルギー源として太陽電池（ＰＶ）が注目されている。この太陽電池では、光照射によって発生したキャリア（電子と正孔（ホール））が途中で再結合することなく電極まで到達することが、高い光電変換効率を達成するために重要である。このため、ＰＶ用半導体ウェハの母材においてもキャリア寿命を評価することが必要である。この母材におけるキャリア寿命の評価によって、要求される仕様（スペック）に達しないＰＶ用半導体ウェハの製造を低減することによって、太陽電池の歩留まりが向上し、その結果、低コスト化も達成することができる。

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過剰キャリアを生成し、この過剰キャリアが前記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。過剰キャリアの生成は、半導体の導電率を増加させるため、光励起によって過剰キャリアの生成された半導体の部位（部分、領域）に照射されたマイクロ波は、そ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。このマイクロ波光導電減衰法は、この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（例えば特許文献１および非特許文献１参照）。

特開昭５７−５４３３８号公報

J.Appl.Phys.Vol.69,(9),6495(1991)

ところで、前記特許文献１や非特許文献１に開示の装置は、測定対象が厚さ１ｍｍ以下の半導体ウェハ単体である。そして、例えば集積回路等を構成するトランジスタ等のデバイスが半導体ウェハの表面に形成されることから、前記特許文献１や非特許文献１に開示の前記装置は、半導体ウェハの表面を評価対象としている。これらの理由により、前記特許文献１や非特許文献１に開示の前記装置では、光の浸透長が数十μｍ以下となる波長０．５μｍ〜０．９μｍの光が、励起光として、採用されている。

したがって、前記特許文献１や非特許文献１に開示の前記装置によって、例えば半導体のインゴットやブリック等の半導体ウェハの母材（半導体塊）におけるキャリア寿命を測定した場合、光浸透長が数十μｍ以下であること、および、半導体ウェハの母材の表面が半導体ウェハのように表面処理が実施されていないため、前記母材の表面に例えば厚さ十μｍ程度のダメージ層が存在することにより、前記特許文献１や非特許文献１に開示の前記装置は、半導体ウェハの母材におけるキャリア寿命を測定または評価することが困難である。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、半導体ウェハの母材におけるキャリア寿命に関する情報の測定を可能とする半導体キャリア寿命測定装置および半導体キャリア寿命測定方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる半導体キャリア寿命測定装置は、波長１．０μｍ〜１．１μｍの励起光を測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに照射する光照射部と、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに所定の測定波を照射する測定波照射部と、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックで反射された前記測定波の反射波における強度を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記光照射部によって前記励起光を前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに照射してこの照射終了時点から、前記測定波の反射波における強度の時間変化を測定する強度時間変化測定部と、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおける抵抗率を測定する抵抗率測定部と、前記強度時間変化測定部の測定結果に基づいて、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるとともに前記抵抗率測定部で測定した抵抗率に基づいて前記測定波の浸透長を求め、前記キャリア寿命に関する情報を、前記測定波の浸透長に基づいて補正する演算部と、を備え、前記シリコンインゴット又は前記シリコンブリックは、シリコンウエハを切り出す母材であることを特徴とする。

そして、本発明の他の一態様にかかる半導体キャリア寿命測定方法は、波長１．０μｍ〜１．１μｍの励起光を測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに照射する光照射工程と、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに所定の測定波を照射する測定波照射工程と、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックで反射された前記測定波の反射波における強度を検出する検出工程と、前記励起光を前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに照射してこの照射終了時点から、前記測定波の反射波における強度の時間変化を測定する強度時間変化測定工程と、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおける抵抗率を測定する抵抗率測定工程と、前記強度時間変化測定工程の測定結果に基づいて、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるとともに前記抵抗率測定工程で測定した抵抗率に基づいて前記測定波の浸透長を求め、前記キャリア寿命に関する情報を、前記測定波の浸透長に基づいて補正する演算工程とを備え、前記シリコンインゴット又は前記シリコンブリックは、シリコンウエハを切り出す母材であることを特徴とする。

このような構成の半導体キャリア寿命測定装置および半導体キャリア寿命測定方法では、測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに、波長１．０μｍから波長１．１μｍまでの範囲におけるいずれかの波長の光が励起光として照射されるので、その光浸透長がより長いから、前記励起光は、測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおける表面から深部まで届き、光励起キャリアが発生される。したがって、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置および半導体キャリア寿命測定方法は、半導体ウェハの母材であるシリコンインゴット又はシリコンブリックにおけるキャリア寿命に関する情報の測定を可能とする。

ここで、光浸透長とは、光が照射される表面から、その光の光強度が入射強度の１／ｅとなる地点までの距離（深さ）である。

μ−ＰＣＤ法は、上述したように、光励起過剰キャリアのキャリア寿命を、測定波を介して測定している。このため、μ−ＰＣＤ法の測定結果は、測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに対する測定波の浸透長に影響される。一方、測定波の浸透長は、同じ波長の測定波でも測定対象物の抵抗率に依存し、シリコン半導体では、抵抗率の増加に伴って測定波浸透長も増加する。したがって、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置では、キャリア寿命に関する情報が強度時間変化測定部の測定結果および抵抗率測定部で測定した抵抗率に基づいて求められるから、測定の際の抵抗率、すなわち、測定の際の測定波浸透長が考慮されるので、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置は、シリコンインゴット又はシリコンブリックにおけるキャリア寿命に関する情報をより精度よく測定することができる。

ここで、測定波浸透長とは、測定波が照射される表面から、その測定波の強度が入射強度の１／ｅとなる地点までの距離（深さ）である。

このような構成の半導体キャリア寿命測定装置では、強度時間変化測定部の測定結果に基づいて求められた測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおけるキャリア寿命に関する情報が、抵抗率測定部で測定した抵抗率に基づいて求められた測定波浸透長に基づき補正され、これによって、測定の際の測定波浸透長が考慮される。したがって、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置は、シリコンインゴット又はシリコンブリックにおけるキャリア寿命に関する情報をより精度よく測定することができる。

また、他の一態様では、上述の半導体キャリア寿命測定装置において、前記抵抗率測定部は、前記測定波の反射波における反射率および位相のうちの少なくとも一方に基づいて、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおける抵抗率を測定することを特徴とする。

このような構成の半導体キャリア寿命測定装置では、測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおける抵抗率が、測定波の反射波における反射率および位相のうちの少なくとも一方に基づいて測定される。このように、測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるために測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに照射され反射された測定波の反射波が抵抗率の測定に用いられる。したがって、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置は、測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおける抵抗率を測定するためのセンサー素子を別途備える必要がない。

また、他の一態様では、これら上述の半導体キャリア寿命測定装置において、前記キャリア寿命に関する情報は、前記キャリア寿命の長短の程度を表す評価指標であることを特徴とする。

この構成によれば、キャリア寿命に関する情報として、キャリア寿命の長短の程度を表す評価指標を用いた半導体キャリア寿命測定装置が提供される。

また、他の一態様では、これら上述の半導体キャリア寿命測定装置において、前記キャリア寿命に関する情報は、キャリア寿命そのものであることを特徴とする。

この構成によれば、キャリア寿命に関する情報として、キャリア寿命そのものを用いた半導体キャリア寿命測定装置が提供される。

本発明にかかる半導体キャリア寿命測定装置および半導体キャリア寿命測定方法は、半導体ウェハの母材（半導体塊）におけるキャリア寿命に関する情報の測定を可能とする。

第１実施形態における半導体キャリア寿命測定装置の構成を示す図である。 光励起波長１．０μｍの光および光励起波長０．９μｍの光における、測定波の反射波における強度の時間変化をそれぞれ示す図である。 キャリア寿命を１００μｓに設定した場合において、光励起波長１μｍの光における、測定波の反射波における強度の時間変化をシミュレーションした結果を示す図である。 キャリア寿命を５０μｓに設定した場合において、光励起波長１μｍの光における、測定波の反射波における強度の時間変化をシミュレーションした結果を示す図である。 キャリア寿命を１０μｓに設定した場合において、光励起波長１μｍの光における、測定波の反射波における強度の時間変化をシミュレーションした結果を示す図である。 第２実施形態における半導体キャリア寿命測定装置の構成を示す図である。 抵抗率と浸透長との関係を示す図である。 抵抗率とマイクロ波の反射率との関係、および、抵抗率とマイクロ波の反射位相との関係を示す図である。 キャリア寿命を１００μｓに設定した場合において、浸透長別に示す、測定波の反射波における強度の時間変化をシミュレーションした結果を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における半導体キャリア寿命測定装置の構成を示す図である。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａは、例えば、図１に示すように、光照射部１と、測定波入出力部２と、検出部３ａと、演算制御入出力部４ａとを備えている。

光照射部１は、波長１．０μｍ〜１．１μｍの光を測定対象の半導体塊（被測定試料）ＳＭに照射するための装置である。半導体塊は、例えばＳｉインゴットやＳｉブリック等の半導体ウェハが切り出される母材であり、この半導体塊は、複数の半導体ウェハ、すなわち、２枚以上の半導体ウェハを切り出すことが可能な厚さがある。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａでは、光照射部１は、図１に示すように、演算制御入出力部４ａにおける演算制御部４１ａの制御に従って波長１．０μｍから波長１．１μｍまでの範囲におけるいずれかの波長の光を励起光として発光する光源部１１と、光源部１１から射出された励起光を被測定試料ＳＭへ向けてその光路を約９０度曲げるミラー１２とを備えている。

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、比較的大きな出力が得られる、単色光のレーザ光を発光するレーザ光源装置を備えている。励起光は、被測定試料ＳＭに光を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））を被測定試料ＳＭに生じさせ、半導体キャリア寿命測定装置Ｄａは、この生じたキャリアの寿命（キャリア寿命）を測定する装置であるから、励起光は、点灯状態からステップ状に消灯状態に移行するものが好ましく、例えばパルス光、より具体的にはパルスレーザ光である。本実施形態では、光源部１１には、例えば、波長１０４７ｎｍの赤外パルスレーザ光を発光するレーザ光源装置が用いられた。この波長１０４７ｎｍの赤外レーザ光は、抵抗率約１〜１０ΩｃｍのＳｉブリックに対し、約４００μｍの光浸透長を持つ。

測定波入出力部２は、被測定試料ＳＭの光照射面に所定の測定波を入射するとともに、被測定試料ＳＭで所定の相互作用を受けた測定波を射出するための装置であり、測定波照射部の一例に相当する。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａでは、測定波入出力部２は、図１に示すように、測定波生成部２１と、減衰部２２と、導波管アンテナ２３と、導波管２４と、Ｅ−Ｈチューナ２５と、サーキュレータ２６とを備えている。

測定波生成部２１は、演算制御部４１ａの制御に従って前記所定の測定波を生成する装置である。本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａでは、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強度変化で取り出すため、前記所定の測定波は、電磁波であればよいが、本実施形態では、マイクロ波であり、測定波生成部２１は、マイクロ波を生成するマイクロ波発振器を備えている。本実施形態では、測定波生成部２１には、例えば、ガンダイオードを備え、周波数９．６ＧＨｚで出力１００ｍＷのマイクロ波発振器が用いられた。測定波生成部２１は、減衰部２２を介してサーキュレータ２６の１個の端子に接続され、測定波生成部２１から放射された測定波は、サーキュレータ２６に入射される。

減衰部２２は、被測定試料ＳＭの光照射面に入射される測定波の強度を調整するために、測定波生成部２１から出力された測定波の強度を減衰する装置である。

サーキュレータ２６は、３つ以上の端子（ポート）を持ち、非可逆的に、一の端子の入力をサイクリックに他の端子へ出力するものであり、本実施形態では、３個の第１ないし第３端子を備え、第１端子に入射された測定波を第２端子へ射出し、第２端子に入射された測定波を第３端子へ射出する光学素子である。サーキュレータ２６の第１端子は、減衰部２２を介して測定波生成部２１に接続され、その第２端子は、導波管２４に接続され、そして、その第３端子は、検出部３ａの測定波検出部３１に接続される。

導波管２４は、測定波を導く伝播路を形成する部材であり、その一方端部にサーキュレータ２６の第２端子が接続され、その他方端部に導波管アンテナ２３が接続される。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、導波管２４は、マイクロ波導波管である。

導波管アンテナ２３は、導波管２４を伝播して来た測定波を被測定試料ＳＭへ放射するとともに、被測定試料ＳＭと相互作用を受けた測定波を受信して導波管２４へ導くアンテナである。導波管アンテナ２３は、被測定試料ＳＭの法線方向に沿って配設されており、一方端部が導波管２４に接続され、他方端部に開口部２３ａを備えている。この開口部２３ａは、測定波を被測定試料ＳＭへ放射するとともに、被測定試料ＳＭと相互作用を受けた測定波を受信するための開口である。被測定試料ＳＭと相互作用を受けた測定波は、本実施形態では、被測定試料ＳＭの光照射面で反射した測定波の反射波である。そして、導波管アンテナ２３の一方端部には、光照射部１から放射された励起光を導波管アンテナ２３内に案内するための開口部２３ｂを備えている。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、導波管アンテナ２３は、マイクロ波アンテナである。

Ｅ−Ｈチューナ２５は、サーキュレータ２６と導波管アンテナ２３との間における導波管２４に介設され、被測定試料ＳＭで相互作用を受けた測定波を測定波検出部３１でより良好に検出することができるように、測定波の磁界（Ｈ）と電界（Ｅ）とを調整する装置である。

検出部３ａは、被測定試料ＳＭで相互作用を受けた測定波を検出する装置である。本実施形態では、検出部３ａは、測定波の反射波における強度の時間変化を測定するための検出系統を備えている。より具体的には、本実施形態では、検出部３ａは、被測定試料ＳＭで相互作用を受けた測定波（測定波の反射波）の強度を検出する測定波検出部３１と、測定波検出部３１の出力を所定の増幅率で増幅する交流増幅部３２と、交流増幅部３２の出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換するアナログ−ディジタル変換部（ＡＤ変換部）３３とを備えている。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、測定波検出部３１には、ショットキーダイオードを備えるマイクロ波検出器が用いられた。

演算制御入出力部４ａは、半導体キャリア寿命測定装置Ｄａの全体制御を司り、半導体キャリア寿命測定装置Ｄａに対し、所定の入出力を行うための装置である。演算制御入出力部４ａは、本実施形態では、図１に示すように、演算制御部４１ａと、入力部４２と、出力部４３とを備えている。

入力部４２は、例えば、被測定試料ＳＭの測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、キャリア寿命を測定する上で必要な各種データを半導体キャリア寿命測定装置Ｄａに入力する機器であり、例えば、キーボードやマウス等である。出力部４３は、入力部４２から入力されたコマンドやデータ、および、半導体キャリア寿命測定装置Ｄａによって求められたキャリア寿命に関する情報を出力する表示機器であり、例えばＣＲＴディスプレイおよびＬＣＤ等である。

演算制御部４１ａは、半導体キャリア寿命測定装置Ｄ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。そして、演算制御部４１ａは、検出部３ａで検出した検出結果に基づいて、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求める。このような演算制御部４１ａには、制御プログラムが実行されることによって制御部４１１が機能的に備えられ、検出部３ａで検出した検出結果に基づいて被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるキャリア寿命演算プログラムが実行されることによって、強度時間変化測定部４１２および寿命情報演算部４１３ａが機能的に備えられる。

制御部４１１は、半導体キャリア寿命測定装置Ｄａの全体を制御するために、各部を当該機能に応じて制御するものである。強度時間変化測定部４１２は、検出部３ａの検出結果に基づいて、光照射部１によって励起光を被測定試料ＳＭに照射して、少なくとも照射終了時点から、測定波の反射波における強度の時間変化を測定するものである。本実施形態では、強度時間変化測定部４１２は、検出部３ａの検出結果に基づいて、光照射部１によって励起光を被測定試料ＳＭに照射した照射開始時点から、測定波の反射波における強度の時間変化を測定する。寿命情報演算部４１３ａは、強度時間変化測定部４１２の測定結果に基づいて、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるものである。

次に、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａの動作について説明する。図２は、光励起波長１．０μｍの光および光励起波長０．９μｍの光における、測定波の反射波における強度の時間変化をそれぞれ示す図である。図２の横軸は、経過時間を示すリニア表示の時間（ｓ）であり、その縦軸は、対数表示の、測定波の反射波における強度（ＰＣＤ信号）（ｍＶ）である。すなわち、図２のグラフは、片対数で表示されている。

上記構成の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａは、次のように動作することによって半導体塊のキャリア寿命に関する情報を求めている。

まず、測定したい半導体塊が、被測定試料ＳＭとして図略のステージ（載置台）に配置され、半導体キャリア寿命測定装置Ｄａにおける所定の測定位置にセットされる。

続いて、制御部４１１の制御に従って測定波入出力部２によって測定波が被測定試料ＳＭの測定波照射領域（光照射領域）に照射され、被測定試料ＳＭで反射した測定波が検出部３ａで検出され、この検出結果が検出部３ａから演算制御部４１ａへ出力される。

より具体的には、制御部４１１の制御に従って測定波生成部２１は、測定波を生成し、この生成された測定波は、減衰部２２を介してサーキュレータ２６の第１端子に入射される。第１端子から入射した測定波は、サーキュレータ２６の第２端子から射出され、導波管２４に入射され、導波管２４内を伝播する。この導波管２４内を伝播する測定波は、途中に設けられたＥ−Ｈチューナ２５を経由して電界や磁界が調整され、被測定試料Ｘの測定波照射領域を照射するべく、導波管アンテナ２３の開口部２３ａから前記測定波照射領域に向けて放射される。そして、被測定試料ＳＭで反射した測定波（測定波の反射波、反射測定波）は、導波管アンテナ２３の開口部２３ａから入射され、導波管アンテナ２３で受信される。この反射測定波は、Ｅ−Ｈチューナ２５を経由して導波管２４内を伝播し、サーキュレータ２６の第２端子に入射される。この第２端子から入射した反射測定波は、サーキュレータ２６の第３端子から射出され、検出部３ａに入射され、検出部３ａの測定波検出部３１でその強度が検出される。この検出した反射測定波の強度は、交流増幅部３２で所定の増幅率で増幅され、ＡＤ変換部３３でアナログ信号からディジタル信号に変換され、検出部３ａのＡＤ変換部３３から演算制御部４１ａの強度時間変化測定部４１２へ出力される。

一方、制御部４１１の制御に従って光照射部１によって励起光が被測定試料ＳＭの光照射領域（測定波照射領域）に照射される。より具体的には、まず、制御部４１１の制御に従って光源部１１は、パルスレーザ光の励起光を射出し、この射出された励起光は、ミラー１２で光路が屈曲され、導波管アンテナ２３の開口部２３ｂに入射され、導波管アンテナ２３内を伝播し、被測定試料ＳＭの光照射領域を照射するべく、導波管アンテナ２３の開口部２３ａから前記光照射領域に向けて射出される。

このような光照射部１、測定波入出力部２および検出部３ａの各動作によって、励起光を被測定試料ＳＭに照射している場合に測定波を被測定試料ＳＭに照射することで、励起光による反射測定波の時間的な強度変化が検出部３ａを介して演算制御部４１ａの強度時間変化測定部４１２に取り込まれる。通常では、測定波が被測定試料ＳＭに照射され、測定波を被測定試料ＳＭに照射しながらパルスレーザ光の励起光を照射することによって、パルスレーザ光の照射開始時点（点灯直後）から、測定波の反射波（反射測定波）における強度の時間変化が測定される。

このように測定される反射測定波の強度は、例えば、図２に示すように、赤外パルスレーザ光の照射開始後に、急激に、立ち上がって、赤外パルスレーザ光の照射終了まで増加する。赤外パルスレーザ光の照射が終了すると、その時点の強度値から、反射測定波の強度は、時間の経過とともに減少する。そして、さらに時間が経過すると、やがて、キャリアが熱平衡状態となって略一定となる。この反射測定波の強度における減少過程において、減少率（減少速度、単位時間あたりの減少量）は、初期では比較的大きく、時間の経過とともに小さくなり、指数関数的に減少する。

ここで、図２には、本実施形態における波長１０４７ｎｍの励起光で測定された反射測定波における強度の時間変化と、比較例として波長９０４ｎｍの励起光で測定された反射測定波における強度の時間変化とが示されている。

キャリア寿命（キャリアのライフタイム）は、光励起された過剰キャリアにおけるキャリア数のピーク（測定波の反射波における強度のピーク）から、前記キャリア数（前記強度）が１／ｅとなるまでの時間である。図２を見ると分かるように、波長９０４ｎｍの励起光で測定された反射測定波における強度の時間変化から求められるキャリア寿命は、約３μｓと算出される。一方、Ｓｉブリックのキャリア寿命が数十μｓ以上であることから、波長９０４ｎｍの励起光を用いた測定では、Ｓｉブリックのキャリア寿命を測定することができていない。

一方、波長１０４７ｎｍの励起光で測定された反射測定波における強度の時間変化から求められるキャリア寿命は、数十μｓ以上となっており、波長１０４７ｎｍの励起光を用いることによって、Ｓｉブリックのキャリア寿命を測定することができる。

これは、波長９０４ｎｍの励起光の光浸透長は、約４０μｍである一方、波長１０４７ｎｍの励起光の光浸透長は、上述したように、約４００μｍであり、光浸透長の相違が一因である。つまり、Ｓｉブリックは、表面に厚さ十μｍオーダーのダメージ層が存在する。波長９０４ｎｍの励起光は、Ｓｉブリックのダメージ層を越えた深部にあまり届かずに、Ｓｉブリックのダメージ層で光励起キャリアを生じ、ダメージ層のダメージで比較的速く再結合してしまう。このため、波長９０４ｎｍの励起光を用いた測定では、Ｓｉブリックのキャリア寿命を測定することができない。一方、波長１０４７ｎｍの励起光は、Ｓｉブリックのダメージ層を越えた深部まで届き、Ｓｉブリック内の深部で光励起キャリアを生じ、Ｓｉブリックの物性に応じて再結合するようになる。このようにＳｉブリックのダメージ層を越えた深部まで届く光浸透長の励起光を用いることによって、Ｓｉブリックのキャリア寿命の測定が可能となる。より具体的には、図２に示す波長９０４ｎｍの励起光の測定結果および波長１０４７ｎｍの励起光の測定結果から、Ｓｉブリックのキャリア寿命を測定するために、励起光の波長は、１．０μｍ以上であることが必要である。

一方、波長１．１μｍを越える励起光は、そのエネルギーがＳｉのバンドギャップ未満となり、光励起によって過剰キャリアを生成することができない。したがって、Ｓｉブリックのキャリア寿命を測定するために、励起光の波長は、１．１μｍ以下であることが必要である。

このような事情は、Ｓｉブリックだけでなく、同様に、Ｓｉインゴットでも生じ、半導体ウェハを切り出すための母材（半導体塊）で生じる。

したがって、半導体塊のキャリア寿命を測定するために、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａは、波長１．０μｍから波長１．１μｍまでの範囲におけるいずれかの波長の光が用いられ、本実施形態では、Ｓｉブリックのキャリア寿命を好適に測定するために、波長１０４７ｎｍの赤外レーザ光が用いられている。

このような原理から、演算制御部４１ａの強度時間変化測定部４１２が、例えば図２に示すような、反射測定波における強度の時間変化を求めると、寿命情報演算部４１３ａは、強度時間変化測定部４１２の測定結果（励起光の照射終了時点から、反射測定波における強度の時間変化）に基づいて、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求める。そして、寿命情報演算部４１３ａは、この求めた被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を出力部４３に出力する。

ここで、寿命情報演算部４１３ａは、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報として、キャリア寿命そのものを求めてもよい。すなわち、寿命情報演算部４１３ａは、励起光の照射終了時点から、測定波の反射波における強度の時間変化に基づいて、測定波の反射波における強度のピークから、前記強度が１／ｅとなるまでの時間をキャリア寿命として求めてもよい。このようにキャリア寿命を直接的に求めてもよいが、寿命情報演算部４１３ａは、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報として、キャリア寿命の長短の程度を表す評価指標を求めてもよい。

このキャリア寿命の長短の程度を表す指標として、例えば、前記測定波の反射波（反射測定波）における強度の時間変化が指数関数で減少する減衰域（指数関数的減衰域）における時定数τが、挙げられる。この時定数τは、前記反射測定波における強度の時間変化を、リニア表示の経過時間に対する対数表示の、反射測定波における強度変化で表した場合に、直線近似することができる領域（前記指数関数的減衰域に対応する）における直線の傾きαである。この時定数τ、すなわち、前記直線の傾きαは、一次モードライフキャリアと呼称される。

このような傾きαでキャリア寿命の評価が可能であるか否かの検証がシミュレーションによって行われた。その結果が図３ないし図５に示されている。

図３は、キャリア寿命を１００μｓに設定した場合において、光励起波長１μｍの光における、測定波の反射波における強度の時間変化をシミュレーションした結果を示す図である。図４は、キャリア寿命を５０μｓに設定した場合において、光励起波長１μｍの光における、測定波の反射波における強度の時間変化をシミュレーションした結果を示す図である。図５は、キャリア寿命を１０μｓに設定した場合において、光励起波長１μｍの光における、測定波の反射波における強度の時間変化をシミュレーションした結果を示す図である。図３ないし図５の横軸は、リニア表示の経過時間を示す時間（ｓ）であり、その縦軸は、対数表示の励起キャリア数である。

シミュレーションは、励起光の光浸透長が４００μｍである場合（励起光の波長が１μｍである場合）において、キャリア寿命および表面再結合速度Ｓのそれぞれを変えて行われた。表面再結合速度Ｓは、被測定試料ＳＭの表面におけるダメージの程度を表す指標である。したがって、表面再結合速度Ｓを変えることにより、被測定試料ＳＭの表面におけるダメージ層の影響を変えることができる。より具体的には、シミュレーションは、第１に、キャリア寿命を１００μｓに設定するとともに、表面再結合速度Ｓを０ｃｍ／ｓ、１００ｃｍ／ｓ、１０００ｃｍ／ｓ、１００００ｃｍ／ｓおよび１０００００ｃｍ／ｓのそれぞれに設定することによって行われた。その結果が図３に示されている。また、第２に、シミュレーションは、キャリア寿命を５０μｓに設定するとともに、表面再結合速度Ｓを０ｃｍ／ｓ、１００ｃｍ／ｓ、１０００ｃｍ／ｓ、１００００ｃｍ／ｓおよび１０００００ｃｍ／ｓのそれぞれに設定することによって行われた。その結果が図４に示されている。そして、第３に、シミュレーションは、キャリア寿命を１０μｓに設定するとともに、表面再結合速度Ｓを０ｃｍ／ｓ、１００ｃｍ／ｓ、１０００ｃｍ／ｓ、１００００ｃｍ／ｓおよび１０００００ｃｍ／ｓのそれぞれに設定することによって行われた。その結果が図５に示されている。

これら各ケース（各条件）の各結果をそれぞれ示す図３ないし図５において、破線で示すように、前記直線の傾きαは、表面再結合速度Ｓに関わらず、いずれのケース（条件）においてもほぼ同一である。このことから前記直線の傾きαは、キャリア寿命の長短に依存しており、キャリア寿命の長短を評価する指標となる。図３ないし図５から分かるように、前記直線の傾きαは、負であり、その絶対値が相対的に小さいほど、キャリア寿命が相対的に長く、逆に、その絶対値が相対的に大きいほど、キャリア寿命が相対的に短い。このように前記直線の傾きαでキャリア寿命の評価が可能である。

このような前記直線の傾きαを求める場合では、寿命情報演算部４１３ａは、まず、励起光の照射終了時点から、反射測定波における強度の時間変化を、リニア表示の経過時間に対する対数表示の、反射測定波における強度変化で表する。次に、寿命情報演算部４１３ａは、この片対数表示の、前記反射測定波における強度の時間変化を、前記指数関数的減衰域として、励起光の照射終了時点から予め設定した所定の時間を経過した以降の領域で、直線近似する。そして、寿命情報演算部４１３ａは、この直線の傾きαを求める。なお、前記所定の時間は、励起光の照射終了時点から、前記反射測定波における強度の時間変化が指数関数で減少するようになるまでの時間であり、シミュレーションや、複数の実測結果による統計値等によって、予め適宜に設定されてよい。

以上、説明したように、本実施形態における半導体キャリア寿命測定装置Ｄａおよびこれに実装された半導体キャリア寿命測定方法では、被測定試料ＳＭである測定対象の半導体塊ＳＭに、波長１．０μｍから波長１．１μｍまでの範囲におけるいずれかの波長の光が励起光として照射されるので、その光浸透長が従来より長いから、前記励起光は、測定対象の半導体塊ＳＭにおける表面から例えば１００μｍ以上の深部まで届き、半導体塊ＳＭにおける例えばダメージ層等の表層を越えた深部でも光励起キャリアが発生される。したがって、本実施形態における半導体キャリア寿命測定装置Ｄａおよび該方法は、半導体ウェハの母材である半導体塊ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報の測定を可能とする。

また、本実施形態おける半導体キャリア寿命測定装置Ｄａおよび該方法では、キャリア寿命に関する情報として、キャリア寿命そのものが求められ、キャリア寿命に関する情報として、キャリア寿命そのものを用いた半導体キャリア寿命測定装置Ｄａが提供される。

あるいは、本実施形態おける半導体キャリア寿命測定装置Ｄａおよび該方法では、キャリア寿命に関する情報として、キャリア寿命の長短の程度を表す評価指標が求められ、キャリア寿命に関する情報として、キャリア寿命の長短の程度を表す評価指標を用いた半導体キャリア寿命測定装置Ｄａが提供される。

次に、別の実施形態について説明する。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態における半導体キャリア寿命測定装置の構成を示す図である。図７は、抵抗率と浸透長との関係を示す図である。図７の横軸は、対数表示の抵抗率（Ωｃｍ）であり、その縦軸は、対数表示のマイクロ波の浸透長（μｍ）である。図７は、両対数で表示されている。

μ−ＰＣＤ法は、上述したように、光励起によって生成された過剰キャリアの再結合過程を、測定波の反射率の時間変化で検出する方法である。このため、μ−ＰＣＤ法の測定結果は、測定波の浸透長に影響される。すなわち、測定波は、被測定試料ＳＭを浸透するに従って被測定試料ＳＭに吸収され、μ−ＰＣＤ法では、被測定試料ＳＭの表面から測定波の浸透長までに生成された光励起過剰キャリアの再結合過程が検出され、測定可能な深さが有限である。したがって、測定波の浸透長が励起光の光浸透長より充分に長くないと、測定結果に誤差を含むことになる。例えば、被測定試料ＳＭの深さｈ１と深さｈ１＋△ｈ１とで同じ個数のキャリアが光励起によって生成されていたとしても、被測定試料ＳＭの深さｈ１に届く測定波の強度Ｆ（ｈ１）より、被測定試料ＳＭの深さ（ｈ１＋△ｈ１）に届く測定波の強度Ｆ（ｈ１＋△ｈ１）が小さくなるため、測定波の反射波の強度は、真の値よりも小さくなる。したがって、μ−ＰＣＤ法では、前記測定波の反射波における強度の時間変化は、励起光の光浸透長で特徴付けられる、深さｘに対する励起光の強度Ｈを表す関数（Ｈ（ｘ））と、測定波の浸透長で特徴付けられる、深さｘに対する測定波の強度Ｆを表す関数（Ｆ（ｘ））との畳み込み積分に基づくものである。

このため、第２実施形態における半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂは、測定の際の測定波浸透長を考慮することによって、より正確に、キャリア寿命を測定する装置である。

一方、測定波の浸透長は、同じ波長の測定波でも被測定試料ＳＭの抵抗率に依存し、例えば、図７に示すように、測定波が電磁波の場合、シリコン半導体では、抵抗率の増加に伴って測定波の浸透長も増加する。例えば、測定波がマイクロ波の場合、Ｓｉブリックの抵抗率は、約１〜約１０Ωｃｍ程度であり、これに対するマイクロ波の浸透長は、約５００μｍ〜約２０００μｍである。

このため、より具体的には、第２実施形態における半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂは、測定の際の測定波浸透長、すなわち、測定の際の抵抗率を考慮することによって、より正確に、キャリア寿命を測定する装置である。

このような第２実施形態における半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂは、例えば、図６に示すように、光照射部１と、測定波入出力部２と、検出部３ｂと、演算制御入出力部４ｂとを備えている。

第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂにおける光照射部１および測定波入出力部２は、それぞれ、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａにおける光照射部１および測定波入出力部２と同様であるので、その説明を省略する。

検出部３ｂは、検出部３ａと同じである、測定波の反射波における強度の時間変化を測定するための第１検出系統に加えて、測定の際の測定波の浸透長を検出するために、反射測定波における反射率および位相のうちの少なくとも一方を測定するための第２検出系統を備えている。測定の際における測定波の浸透長、すなわち、被測定試料ＳＭの抵抗率は、後述するように、反射測定波における反射率および位相にそれぞれ依存するので、反射測定波における反射率および位相のうちの少なくとも一方を測定することによって、測定の際における被測定試料ＳＭの抵抗率、すなわち、測定波の浸透長を検出することができる。

検出部３ｂの第１検出系統は、反射測定波の強度における、時間的な変化である交流成分を検出するので、第１実施形態で説明した通り、測定波検出部（第１測定波検出部）３１と、交流増幅部３２と、ＡＤ変換部（第１ＡＤ変換部）３３とを備えている。検出部３ｂの第２検出系統は、反射測定波の強度における、時間的に略一定である直流成分を検出するので、被測定試料ＳＭで相互作用を受けた測定波（測定波の反射波）の強度を検出する第２測定波検出部３４と、第２測定波検出部３４の出力を所定の増幅率で増幅する直流増幅部３５と、第２直流増幅部３５の出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換する第２アナログ−ディジタル変換部（第２ＡＤ変換部）３６とを備えている。

演算制御入出力部４ｂは、演算制御入出力部４ａと同様に、半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂの全体制御を司り、半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂに対し、所定の入出力を行うための装置である。演算制御入出力部４ｂは、本実施形態では、図６に示すように、演算制御部４１ｂと、入力部４２と、出力部４３とを備えている。

第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂにおける入力部４２および出力部４３は、それぞれ、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａにおける入力部４２および出力部４３と同様であるので、その説明を省略する。

演算制御部４１ｂは、演算制御部４１ａと同様に、半導体キャリア寿命測定装置Ｄ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。そして、演算制御部４１ｂは、検出部３ａで検出した検出結果に基づいて、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるものであり、プログラムが実行されることによって、演算制御部４１ｂには、制御部４１１、強度時間変化測定部４１２、寿命情報演算部４１３ｂおよび抵抗率測定部４１４が機能的に備えられる。

第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂにおける制御部４１１および強度時間変化測定部４１２は、それぞれ、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａにおける制御部４１１および強度時間変化測定部４１２と同様であるので、その説明を省略する。

抵抗率測定部４１４は、検出部３ｂの前記第２検出系統から出力される検出部３ｂの検出結果に基づいて、被測定試料ＳＭにおける抵抗率を測定するものである。より具体的には、本実施形態では、抵抗率測定部４１４は、反射測定波における反射率および位相のうちの少なくとも一方に基づいて、被測定試料ＳＭにおける抵抗率を測定するものである。

寿命情報演算部４１３ｂは、強度時間変化測定部４１２の測定結果に基づいて、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるものである。本実施形態では、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求める際に、測定の際の光の浸透長が考慮されることから、寿命情報演算部４１３ｂは、強度時間変化測定部４１２の測定結果および抵抗率測定部４１４で測定した抵抗率に基づいて、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるものである。より具体的には、本実施形態では、寿命情報演算部４１３ｂは、抵抗率測定部４１４で測定した抵抗率に基づいて測定波の浸透長を求め、強度時間変化測定部４１２の測定結果に基づいて求められた被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を、この求めた前記測定波の浸透長に基づき補正するものである。

次に、本実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂの動作について説明する。図８は、抵抗率とマイクロ波の反射率との関係、および、抵抗率とマイクロ波の反射位相との関係を示す図である。図８（Ａ）は、抵抗率とマイクロ波の反射率との関係を示し、その横軸は、抵抗率（Ωｃｍ）であり、その縦軸は、マイクロ波の反射率である。図８（Ｂ）は、抵抗率とマイクロ波の反射位相との関係を示し、その横軸は、抵抗率（Ωｃｍ）であり、その縦軸は、マイクロ波の反射位相（°）である。図９は、キャリア寿命を１００μｓに設定した場合において、浸透長別に示す、測定波の反射波における強度の時間変化をシミュレーションした結果を示す図である。図９の横軸は、リニア表示の経過時間を示す時間（ｓ）であり、その縦軸は、対数表示の（励起キャリア数）×（マイクロ波浸透長）（ａ．ｕ．）である。

半導体塊のキャリア寿命に関する情報を求める場合、まず、測定したい半導体塊が、被測定試料ＳＭとして図略のステージ（載置台）に配置され、半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂにおける所定の測定位置にセットされる。続いて、第２実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂは、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａと同様に、測定波を被測定試料ＳＭに照射しながらパルス赤外レーザ光の励起光を照射する。これによって励起光による反射測定波の時間的な強度変化が検出部３ｂで検出される。

ここで、検出部３ｂは、本実施形態では、上述したように、第１および第２検出系統を備えており、第１検出系統では、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａと同様に、サーキュレータ２６の第３端子から射出された反射測定波は、まず、第１測定波検出部３１でその強度が検出される。次に、この検出した反射測定波の強度は、交流増幅部３２で所定の増幅率で増幅される。そして、この増幅された反射測定波の強度は、第１ＡＤ変換部３３でアナログ信号からディジタル信号に変換され、検出部３ｂの第１ＡＤ変換部３３から演算制御部４１ｂの強度時間変化測定部４１２へ出力される。

また、第２検出系統では、反射測定波の強度を測定するために、サーキュレータ２６の第３端子から射出された測定波の反射波は、まず、第２測定波検出部３４でその強度が検出される。次に、この検出した反射測定波の強度は、直流増幅部３５で所定の増幅率で増幅される。そして、この増幅された反射測定波の強度は、第２ＡＤ変換部３６でアナログ信号からディジタル信号に変換され、検出部３ｂの第１ＡＤ変換部３３から演算制御部４１ｂの抵抗率測定部４１４へ出力される。

強度時間変化測定部４１２は、第１実施形態の半導体キャリア寿命測定装置Ｄａと同様に、例えば図２に示すような、パルスレーザ光の照射開始時点（点灯直後）から、測定波の反射波（反射測定波）における強度の時間変化を測定する。

そして、抵抗率測定部４１４は、検出部３ｂの検出結果に基づいて、被測定試料ＳＭにおける抵抗率を測定する。より具体的には、本実施形態では、抵抗率測定部４１４は、反射測定波における反射率に基づいて、被測定試料ＳＭにおける抵抗率を測定する。

マイクロ波の反射率は、図８（Ａ）に示すように、抵抗率の増加に伴って減少するプロファイルとなる。より詳細には、マイクロ波の反射率は、抵抗率０．０１Ωｃｍ〜０．１Ωｃｍでは徐々に減少し、抵抗率０．１Ωｃｍ〜１Ωｃｍでは緩やかに減少し、抵抗率１Ωｃｍ〜２０Ωｃｍでは比較的大きく減少し、その後、再び徐々に減少するプロファイルとなる。このようにプロファイルで、マイクロ波の反射率と抵抗率とは、略１対１に対応している。

このため、導波管アンテナ２３から被測定試料ＳＭへ放射される測定波の強度（測定波の入射強度）、および、図８（Ａ）に示すような反射率を抵抗率に換算する換算テーブルや換算式を、演算制御部４１ｂに記憶させておくことにより、抵抗率測定部４１４は、検出部３ｂにおける前記第２系統検出部の検出結果（測定波の反射強度）から、測定の際の反射率（測定波の反射強度／測定波の入射強度）を求め、この求めた反射率を抵抗率に換算することによって、測定の際における被測定試料ＳＭの抵抗率を求めることができる。

なお、上述では、反射率から抵抗率が求められたが、測定波の反射位相から抵抗率が求められてもよい。被測定試料ＳＭ表面で反射される際の測定波の反射位相は、図８（Ｂ）に示すように、所定の抵抗率でピークを持つプロファイルとなる。より詳細には、マイクロ波の反射率は、抵抗率０．０１Ωｃｍ〜０．２Ωｃｍでは徐々に増加し、抵抗率０．２Ωｃｍ〜１０Ωｃｍでは比較的大きく増加してピークとなり、抵抗率１０Ωｃｍ以降では比較的大きく減少するプロファイルとなる。このようにプロファイルで、マイクロ波の反射率と抵抗率とは、反射位相が０°〜１２°であって抵抗率０．０１Ωｃｍ〜１０Ωｃｍでは略１対１に対応している。あるいは、マイクロ波の反射率と抵抗率とは、反射位相が０°〜１２°であって抵抗率１０Ωｃｍ〜１００Ωｃｍでは略１対１に対応している。このため、反射位相を測定するための公知の常套手段（例えば局部発振器やミキサ等を備える位相検波回路）を検出部３ｂにさらに備え、図８（Ｂ）に示すような反射位相を抵抗率に換算する換算テーブルや換算式を演算制御部４１ｂに記憶させておくことにより、抵抗率測定部４１４は、検出部３ｂにおける前記第２系統検出部の検出結果から、測定の際の反射位相を求め、この求めた反射位相を抵抗率に換算することによって、測定の際における被測定試料ＳＭの抵抗率を求めることができる。

また、より正確な抵抗率を求めるために、抵抗率測定部４１４は、反射率および反射位相から各抵抗率をそれぞれ求め、これらを平均することによって抵抗率を求めてもよい。

このように抵抗率測定部４１４は、被測定試料ＳＭにおける測定の際の抵抗率を求めると、この求めた抵抗率を寿命情報演算部４１３ｂへ出力（通知）する。

寿命情報演算部４１３ｂは、強度時間変化測定部４１２の測定結果および抵抗率測定部４１４で測定した抵抗率に基づいて、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求める。より具体的には、寿命情報演算部４１３ｂは、抵抗率測定部４１４で測定した抵抗率に基づいて測定波の浸透長を求め、強度時間変化測定部４１２の測定結果に基づいて求められた被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を、この求めた測定波の浸透長に基づいて補正する。

寿命情報演算部４１３ｂは、検出部３ｂの第１検出系統の検出結果に基づいて、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報として、キャリア寿命そのものを求め、この求めたキャリア寿命を、測定波の浸透長に基づいて補正してもよい。このようにキャリア寿命を直接的に求めて補正してもよいが、本実施形態では、寿命情報演算部４１３ｂは、寿命情報演算部４１３ａと同様に、キャリア寿命の長短の程度を表す評価指標を求め、この求めたキャリア寿命の長短の程度を表す評価指標を、測定波の浸透長に基づいて補正している。

より具体的には、寿命情報演算部４１３ｂは、検出部３ｂの第１検出系統の検出結果に基づいて、前記反射測定波における強度の時間変化が指数関数で減少する減衰域における時定数τ（前記直線の傾きα）を求め、この求めた時定数τ（前記直線の傾きα）を、測定波の浸透長に基づいて補正している。

測定波の浸透長の相違によって、前記測定波の反射波における強度の時間変化のプロファイルの相違が図９に示されている。図９には、キャリア寿命を１００μｓに設定した場合において、浸透長δが０．１ｍｍである場合、浸透長δが０．２ｍｍである場合、浸透長δが０．４ｍｍである場合、浸透長δが０．５ｍｍである場合、浸透長δが１．０ｍｍである場合および浸透長δが２．０ｍｍである場合の各場合について、前記反射測定波における強度の時間変化が示されている。

励起光の光浸透長は、約４００μｍ（約０．４ｍｍ）である。したがって、測定波の浸透長δが２．０ｍｍおよび１．０ｍｍである各場合では、測定波の浸透長が励起光の光浸透長より充分に長く、このような測定波では、励起光によって光励起されたキャリアを測定波によって全て観測していると考えられ、測定結果は、真の値に近いと考えられる。このため、寿命情報演算部４１３ｂは、補正することなく、前記求めた時定数τ（前記直線の傾きα）でよい。あるいは、寿命情報演算部４１３ｂは、補正係数Ｃｗを１として、前記求めた時定数τ（前記直線の傾きα）を補正すればよい（補正後の時定数τ（前記直線の傾きα）＝１×（補正前の時定数τ（前記直線の傾きα）））。

一方、測定波の浸透長δが０．５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．２ｍｍおよび０．１ｍｍである各場合では、測定波の浸透長が励起光の光浸透長より短く、このような測定波では、励起光によって光励起されたキャリアを全て観測することはできず、測定結果は、真の値よりずれていると考えられる。このため、寿命情報演算部４１３ｂは、前記求めた時定数τ（前記直線の傾きα）に、測定波浸透長に応じて設定された補正係数Ｃｗを乗算することによって、前記求めた時定数τ（前記直線の傾きα）を補正すればよい（補正後の時定数τ（前記直線の傾きα）＝Ｃｗ×（補正前の時定数τ（前記直線の傾きα）））。

そして、測定波の浸透長が短くなるほど、測定波によって観測されるキャリアは、少なくなる。このため、前記補正係数Ｃｗは、測定波の浸透長δが短くなるに従ってより大きな値となる。図９に示す場合では、測定波の浸透長が０．５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．２ｍｍおよび０．１ｍｍである各場合の補正係数Ｃｗは、この順で大きくなる。このような補正係数Ｃｗは、シミュレーションや、複数の実測結果による統計値等によって、予め適宜に設定されてよい。例えば、測定波の浸透長が０．１ｍｍである場合における補正係数Ｃｗは、測定波の浸透長が０．１ｍｍである場合における時定数τ（前記直線の傾きα）が、測定波の浸透長が２．０ｍｍや１．０ｍｍである場合における時定数τ（前記直線の傾きα）と一致するように、設定される。

このような測定波の浸透長と補正係数Ｃｗとの対応関係を予め求め、この対応関係を表すテーブルや関数式を寿命情報演算部４１３ｂに組み込むことによって、寿命情報演算部４１３ｂは、抵抗率測定部４１４で測定した抵抗率に基づいて測定波の浸透長を求め、強度時間変化測定部４１２の測定結果に基づいて求められた被測定対象ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を、この求めた測定波の浸透長に基づいて補正することができる。

以上、説明したように、本実施形態における半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂおよびこれに実装された半導体キャリア寿命測定方法では、第１実施形態と同様に、半導体ウェハの母材である半導体塊ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報の測定を可能としている。

また、本実施形態における半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂおよび該方法は、測定の際の測定波浸透長を考慮するので、半導体塊におけるキャリア寿命に関する情報をより精度よく測定することができる。

また、本実施形態における半導体キャリア寿命測定装置Ｄｂおよび該方法では、被測定試料ＳＭにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるために被測定試料ＳＭに照射され反射された測定波の反射波が抵抗率の測定、すなわち、測定波浸透長の測定に用いられる。したがって、このような構成の半導体キャリア寿命測定装置は、測定対象の半導体塊における抵抗率を測定するためのセンサー素子を別途備える必要がない。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｄ 半導体キャリア寿命測定装置
ＳＭ 被測定試料
１ 照射部
２ 測定波入出力部
３ 検出部
４ 演算制御入出力部
１１ 光源部
４１ 演算制御部
４１２ 強度時間変化測定部
４１３ 寿命情報演算部
４１４ 抵抗率測定部

Claims (5)

1. 波長１．０μｍ〜１．１μｍの励起光を測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに照射する光照射部と、
   前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに所定の測定波を照射する測定波照射部と、
   前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックで反射された前記測定波の反射波における強度を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて、前記光照射部によって前記励起光を前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに照射してこの照射終了時点から、前記測定波の反射波における強度の時間変化を測定する強度時間変化測定部と、
   前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおける抵抗率を測定する抵抗率測定部と、
   前記強度時間変化測定部の測定結果に基づいて、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるとともに前記抵抗率測定部で測定した抵抗率に基づいて前記測定波の浸透長を求め、前記キャリア寿命に関する情報を、前記測定波の浸透長に基づいて補正する演算部と、を備え、
   前記シリコンインゴット又は前記シリコンブリックは、シリコンウエハを切り出す母材であること
   を特徴とする半導体キャリア寿命測定装置。
2. 前記抵抗率測定部は、前記測定波の反射波における反射率および位相のうちの少なくとも一方に基づいて、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおける抵抗率を測定すること
   を特徴とする請求項１に記載の半導体キャリア寿命測定装置。
3. 前記キャリア寿命に関する情報は、前記キャリア寿命の長短の程度を表す評価指標であること
   を特徴とする請求項１または２に記載の半導体キャリア寿命測定装置。
4. 前記キャリア寿命に関する情報は、キャリア寿命そのものであること
   を特徴とする請求項１または２に記載の半導体キャリア寿命測定装置。
5. 波長１．０μｍ〜１．１μｍの励起光を測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに照射する光照射工程と、
   前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに所定の測定波を照射する測定波照射工程と、
   前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックで反射された前記測定波の反射波における強度を検出する検出工程と、
   前記励起光を前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックに照射してこの照射終了時点から、前記測定波の反射波における強度の時間変化を測定する強度時間変化測定工程と、
   前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおける抵抗率を測定する抵抗率測定工程と、
   前記強度時間変化測定工程の測定結果に基づいて、前記測定対象のシリコンインゴット又はシリコンブリックにおけるキャリア寿命に関する情報を求めるとともに前記抵抗率測定工程で測定した抵抗率に基づいて前記測定波の浸透長を求め、前記キャリア寿命に関する情報を、前記測定波の浸透長に基づいて補正する演算工程と、を備え、
   前記シリコンインゴット又は前記シリコンブリックは、シリコンウエハを切り出す母材であること
   を特徴とする半導体キャリア寿命測定方法。

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