JPH01239863A - Evaluation of semiconductor and apparatus therefor - Google Patents

Evaluation of semiconductor and apparatus therefor

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JPH01239863A
JPH01239863A JP6687888A JP6687888A JPH01239863A JP H01239863 A JPH01239863 A JP H01239863A JP 6687888 A JP6687888 A JP 6687888A JP 6687888 A JP6687888 A JP 6687888A JP H01239863 A JPH01239863 A JP H01239863A
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Abstract

PURPOSE:To simplify evaluation of the deep level of a semiconductor wafer without deterioration of accuracy and resolution by radiating the surface of a sample placed in an ambient temperature environment with light capable of conducting an absorption transition between the valence band and the conduction band of the sample, and analyzing photoluminescence light obtained from the sample. CONSTITUTION:A semiconductor sample 31 is irradiated with light 33 capable of conducting an absorption transition between the valence band and the conduction band of the sample in a state that the sample 31 to be evaluated with respect to a deep level is placed in an ambient temperature environment, and the deep level of the sample 31 is evaluated from wavelength and intensity information of photoluminescence light obtained from the sample 21 on the basis of the radiation of the light. For example, the surface of a semi-insulating GaAs wafer 31 placed on a XY stage 38 is so radiated with light 33 from a suitable laser light source 32 by focusing to a desired spot diameter by a converging lens system 34 and secondarily scanning. The photoluminescence light generated from the wafer 31 is collected by a spectral device having a condensing lens 35, a spectroscope 36 and a detector 37, and analyzed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体の評価方法及び装置に関し、特に、半導
体ウェハの深い準位に関する評価に好適な評価方法及び
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method and apparatus for evaluating semiconductors, and more particularly to an evaluation method and apparatus suitable for evaluating deep levels of semiconductor wafers.

[従来の技術] 高速論理ICとか光電子集積回路(OEIG)等、各種
電子デバイスの作成にあたり、基板として使用される半
導体ウェハをあらかじめ評価することは、その材料や作
成すべきデバイス種の如何に拘らず、一般論としても重
要である。
[Prior Art] When creating various electronic devices such as high-speed logic ICs and optoelectronic integrated circuits (OEIG), it is important to evaluate semiconductor wafers used as substrates in advance, regardless of the material or the type of device to be created. It is also important in general terms.

そうした中にあっても、昨今特に、半導体に変りないか
、“半絶縁性”と区別的に呼ばれることもある砒化ガリ
ウム(GaAs)ウェハを使用してのデバイス作成が活
発化してきたことに呼応し、当該GaAsウェハを高蹟
度に評価したいとの要請がなされ始めてきた。
Even under these circumstances, recently there has been an increase in the creation of devices using gallium arsenide (GaAs) wafers, which are either semi-conductor or are sometimes referred to as "semi-insulating". However, requests have begun to be made for highly critical evaluation of the GaAs wafers.

そもそも、こうしたGaAs材料を電子デバイスの基板
要素として使用しようとする試みは、上記のようにこの
GaAs材料が半絶縁性を示すため、素子間分離が簡単
になるか、または全く不要になる等の理由や、寄生容量
が極めて小さくなるため、素子動作が高速化する等の理
由に起因するが、このような場合、評価の対象は、主と
して当該GaAsウェハの深い準位の評価に関するもの
となり、また一般に、その評価の対象とすべき重要な幾
何的領域は、ウニ八表面からせいぜい数μm、厚くても
数十μm程度の深さ範囲までとなる。
In the first place, attempts to use such GaAs materials as substrate elements of electronic devices have been based on the fact that, as mentioned above, this GaAs material exhibits semi-insulating properties, which makes isolation between elements simple or completely unnecessary. This may be due to reasons such as the fact that the parasitic capacitance becomes extremely small and the device operation becomes faster. In general, the important geometrical region to be evaluated is a depth range of several micrometers at most from the surface of sea urchins, and several tens of micrometers at most.

と言うのも、GaAsの持つ半絶縁性という特徴は、ウ
ェハ中のEL2と呼ばれる微小固有欠陥や、Cr不純物
等の深い準位が、浅い準位を形成する残留不純物を補償
することにより得られており、また、実際にデバイス特
性を左右するのは、余程特殊なデバイスでない限り、そ
うしたデバイスが構築される活性領域、つまりはウニ八
表面から数μm、厚くてもたかだか数十μm程度の深さ
範囲だけだからである。
This is because the semi-insulating characteristic of GaAs is achieved by the tiny intrinsic defects called EL2 in the wafer and deep levels such as Cr impurities compensating for residual impurities that form shallow levels. Moreover, unless the device is very special, what actually influences the device characteristics is the active region where such a device is constructed, which is a few micrometers from the surface of the sea urchin, or at most a few tens of micrometers thick. This is because it is only a depth range.

もちろん、GaAsウェハを成長、作成する過程におい
て、当該結晶成長軸方向及びウニへ面内方向に深い準位
が均一に分布するような製法が仮に開発されたとすれば
、特には深い準位の評価をウェハごとに、そしてその二
次元濃度分布をまで、評価する必要はなくなるかも知れ
ない。ウェハ上のどこか一ケ所の評価でウェハの全体や
、少なくとも同一ロット内の他のウェハをも代表できる
かも知れない。
Of course, in the process of growing and creating GaAs wafers, if a manufacturing method were developed that would uniformly distribute deep levels in the crystal growth axis direction and in-plane direction, it would be especially important to evaluate the deep levels. It may no longer be necessary to evaluate the two-dimensional concentration distribution for each wafer. Evaluation of a single location on a wafer may represent the entire wafer, or at least other wafers in the same lot.

が、現状の技術では、そうした分布は極めて不均一であ
り、実際にもGaAsウェハ上に構築された′電子デバ
イスの特性にかなりなばらつきを生み、結局は素子の歩
留まりを低下させるのみならず、高信頼性、高性能化を
図る上での大きな障害となっていた。
However, with current technology, such distribution is extremely non-uniform, and actually causes considerable variation in the characteristics of electronic devices built on GaAs wafers, which not only ultimately reduces the yield of devices, but also This was a major obstacle in achieving high reliability and performance.

こうしたことから、この種の分野では、既述のように、
GaAsウェハの結晶内における深い準位の評価、特に
ウニ八面内に沿う深い準位の二次元濃度分布を正確に得
たいとの要求が強くなされるに至ったのである。
For this reason, in this type of field, as mentioned above,
There has been a strong demand for evaluation of deep levels within the crystal of a GaAs wafer, particularly for accurately obtaining a two-dimensional concentration distribution of deep levels along the octahedron.

もっとも、GaAsに限らず、代表的にはシリコン等、
他の半導体材料にてもその深い準位に関し、評価をなす
ことは、その上に作成されるデバイスの特性向上のため
等、必要なことではあるが、上記のように、特にGaA
sに関しては、当該GaAs基板が単なるデバイス活性
領域の支持基板として物理的に機能するだけではなく、
その半絶縁性特性自体がデバイス構造中にてデバイス動
作上も有効に利用されなければならない宿命にあるため
、これと深い因果関係にある深い準位の測定がほとんど
必須の要求ともされているのである。
However, it is not limited to GaAs, but typically silicon, etc.
It is necessary to evaluate the deep levels of other semiconductor materials in order to improve the characteristics of devices fabricated on them, but as mentioned above, in particular GaA
Regarding s, the GaAs substrate does not just physically function as a support substrate for the device active region;
The semi-insulating property itself must be used effectively in the device structure and for device operation, so the measurement of deep levels that have a deep causal relationship with this is almost an essential requirement. be.

こうしたことから、以下においてもGaAsに例を採り
、説明を続けるが、上記のような要請に対し、従来、開
発されていた評価方法としては、代表的に、■光吸収法
、■抵抗率法、■低温フォト・ルミネッセンス法、の三
つが知られている。
For this reason, the explanation will be continued below using GaAs as an example, but the evaluation methods that have been developed in the past in response to the above requirements are typically the following: ■Light absorption method, ■Resistivity method. , ■ Low-temperature photoluminescence method.

そこで以下、これらに関し、個々に説明する。Therefore, these will be explained individually below.

■光吸収法: この方法は、ウェハに光を透過させることにより、深い
準位による吸収量を測定するもので、GaAsウェハに
対しては吸収効率の良い赤外領域の光が用いられ(その
ため赤外吸収法とも呼ばれる) 、 GaAsウェハを
透過した赤外光を分光分析することにより、吸収スペク
トルから深い準位の種類を判別するという原理である。
■Light absorption method: This method measures the amount of absorption by deep levels by transmitting light through the wafer. For GaAs wafers, light in the infrared region is used, which has good absorption efficiency (so (also called infrared absorption method) is the principle of determining the type of deep level from the absorption spectrum by spectroscopically analyzing infrared light that has passed through a GaAs wafer.

したがって、もう少し詳しく言うと、判別した特定の種
類の深い準位の吸収ピーク強度(吸収量)から当該特定
種の深い準位の濃度が分かるので、光を絞り込んでスポ
ット状にし、ウニへ表面を二次元走査しながら各部ごと
における濃度を求めれば、当該深い準位に関するウニ八
面内の二次元濃度分布が得られる。
Therefore, to be more specific, the concentration of the deep level of the specific type can be determined from the absorption peak intensity (absorption amount) of the determined deep level of the specific type. By determining the concentration in each part while performing two-dimensional scanning, a two-dimensional concentration distribution within the eight faces of the sea urchin regarding the deep level can be obtained.

■抵抗率法: この方法は、深い準位の濃度と抵抗率との間に相関関係
があることを利用して、ウェハの抵抗率分布により、深
い準位の二次元濃度分布を得んとするものである。
■Resistivity method: This method uses the correlation between deep level concentration and resistivity to obtain a two-dimensional deep level concentration distribution from the resistivity distribution of the wafer. It is something to do.

■低温フォト・ルミネッセンス法: この方法は、後に記すように、種々の理由により、少な
くとも原理上、従来の評価方法の中にあっても上記二つ
の方法■、■よりは優れた方法であり、また、本発明か
結局は直接の改良の対象ともする方法なので、図面を用
いて説明する。
■Low-temperature photoluminescence method: As described later, this method is, at least in principle, superior to the above two methods (■ and ■) among conventional evaluation methods, for various reasons. Furthermore, since this is a method that is the subject of direct improvement in the present invention, it will be explained using drawings.

まず第7図は、低温環境下に置かれているかいないかは
別として、フォト・ルミネッセンス過程の発生するメカ
ニズム自体を説明している。
First, FIG. 7 explains the mechanism itself in which the photoluminescence process occurs, regardless of whether the device is placed in a low-temperature environment or not.

本図はGaAsのエネルギ・ハンド構造を摸式的に示し
ており、価電子帯1と伝導帯2の間の禁制イ(シ3中に
は、深い準位4と浅い準位5が例示されている。
This figure schematically shows the energy hand structure of GaAs, with the forbidden a between the valence band 1 and the conduction band 2 (the deep level 4 and the shallow level 5 are exemplified in the valence band 3). ing.

こうした材料に禁制帯3の幅よりも大きな光子エネルギ
を持つ光が照射されると、価電子帯1から伝導帯2に亘
る太目の矢印12で示したように、帯間吸収過程で過剰
な電子−正孔対か生成され、これによって伝導イ:b中
に叩きトげられた電子の1≦=−− 中、一部は矢印6によって示される捕獲過桿甲浅い準位
5に、また他の一部は同様に矢印9し1・ よって示される捕獲道程で深い準位4に捕えられm−−
1−る。
When such a material is irradiated with light having a photon energy larger than the width of the forbidden band 3, as shown by the thick arrow 12 extending from the valence band 1 to the conduction band 2, excess electrons are generated in the interband absorption process. - Hole pairs are generated, and this causes the electrons 1≦=--, which are knocked out during conduction A:b, to be partially trapped in the shallow shallow level 5 of the rod shown by the arrow 6; Similarly, a part of m is captured in the deep level 4 on the capture path shown by arrow 9 and 1.
1-ru.

これらの電子か矢印7.10で示されるように、価電子
帯2中の正孔と再結合する過程で光を発生する事象か一
般にフォト・ルミネッセンスと呼ばれ、このフォト・ル
ミネッセンスにより発生した光を分光分析すると、当該
フォト・ルミネッセンス光の発光の原因となった準位の
種類が特定でき、かつまた、その強度解析により、各特
定した準位の濃度を知ることができる。
As shown by arrow 7.10, these electrons generate light in the process of recombining with holes in the valence band 2. This phenomenon is generally called photoluminescence, and the light generated by this photoluminescence By spectroscopically analyzing it, it is possible to identify the type of level that caused the emission of the photoluminescence light, and by analyzing its intensity, it is also possible to know the concentration of each identified level.

ただし、実際のフォト・ルミネッセンスでは、禁制帯幅
エネルギよりもやや小さな光子エネルギ領域に、第7図
中の矢印7で示される過程による浅い準位の存在に基づ
く発光の外、励起子発光、帯間遷移発光等、“禁制帯線
”フォト・ルミネッセンスと総称される発光現象が認め
られるが、本書では上記浅い準位5の存在に基づく発光
過程をして、これら“禁制帯線”フォト・ルミネッセン
スを代表させる。そのようにしても、本書の議論におい
て一般性を失うことはない。
However, in actual photoluminescence, in addition to light emission based on the existence of a shallow level due to the process shown by arrow 7 in Fig. 7, there are also exciton emission, band emission, and light emission in the photon energy region slightly smaller than the forbidden band energy. Luminescence phenomena collectively referred to as "forbidden band" photoluminescence, such as transition emission between be represented. In doing so, there is no loss of generality in the discussion of this book.

しかるに、従来、この原理を利用しようとするには、第
8図示のような装置系を必須としていた。
However, conventionally, in order to utilize this principle, an apparatus system as shown in FIG. 8 has been required.

簡単に説明すると、評価対象であるGa八八ツウェハ2
1、液体ヘリウムを充填したクライオスタット22内に
浸漬され、低温と言うより極低温にまて、冷却される。
To briefly explain, the Ga Yayatsu wafer 2 that is the subject of evaluation
1. It is immersed in a cryostat 22 filled with liquid helium, and is cooled to an extremely low temperature rather than a low temperature.

この冷却状態下において、ウェハ21の表面領域は、レ
ーザ光源23′の発する平行レーザ・ビーム23を絞り
込みレンズ系24により適当な径にまで絞ったスポット
光により、図示されていない適当なる光学的ないし機械
的な二次元走査機構を介し、走査され、当該走査中、そ
のときどきのウェハ21の各特定部位からのフォト・ル
ミネッセンス光は、集光レンズ系25を介し、分光器2
6に取込まれ、所定の波長領域に関する光強度はさらに
検出器27にて検出される。
Under this cooling condition, the surface area of the wafer 21 is illuminated by an appropriate optical beam (not shown) using a spot light that has been narrowed down from the parallel laser beam 23 emitted by the laser light source 23' to an appropriate diameter using the lens system 24. The photoluminescence light from each specific part of the wafer 21 is scanned through a mechanical two-dimensional scanning mechanism, and during the scanning, the photoluminescence light from each specific part of the wafer 21 is transmitted through the condensing lens system 25 to the spectroscope 2.
6, and the light intensity in a predetermined wavelength range is further detected by a detector 27.

したがって、−走査単位を終了すると、ウェハ21の深
い準位に関する二次元濃度分布を得ることができる。
Therefore, upon completion of the scanning unit, a two-dimensional concentration distribution regarding the deep level of the wafer 21 can be obtained.

このような第8図示の装置系により、集積回路作成用と
して現在、普通に市販されている無添加Ga八へウェハ
を評価した結果の一例が第9図に示されている。
FIG. 9 shows an example of the results of evaluating a doped-free Ga wafer, which is currently commercially available for use in producing integrated circuits, using the apparatus system shown in FIG.

本図中、1.4eV以下の光子エネルギ軸領域は発光強
度を二十倍(20x)にして示しであるが、光子工ネル
上0.66eVO所にピークを持つ相当に広いスペクト
ル幅の発光帯がEL2と呼ばれるGaAs結晶の微小固
有欠陥による深い準位からのフォト・ルミネッセンス光
で、先に第7図中の矢印lOにて示された発光過程の結
果に相当する。
In this figure, the photon energy axis region below 1.4 eV is shown with the emission intensity multiplied by 20 times (20x), but the emission band has a fairly wide spectral width with a peak at 0.66 eVO on the photon channel. is photoluminescence light from a deep level due to a minute intrinsic defect in the GaAs crystal called EL2, and corresponds to the result of the light emission process previously indicated by the arrow IO in FIG.

対して、1.49eVの所にピークを持つ発光帯は禁制
帯線発光であって、残留炭素不純物による浅いアクセプ
タ準位からのフォト・ルミネッセンス光である。第7図
中の矢印7にて示された発光過程がこれに対応する。
On the other hand, the emission band having a peak at 1.49 eV is forbidden band line emission, and is photoluminescence light from a shallow acceptor level due to residual carbon impurities. The light emission process indicated by arrow 7 in FIG. 7 corresponds to this.

[発明が解決しようとする課題] 最初に述べた光吸収法ないし赤外吸収法■は、室温で比
較的簡単な装置系により、“非破壊゛、“非接触”で簡
便に深い準位の評価が行なえるという点では優れており
、上記において例に挙げたように、GaAsウェハ等、
かなり薄い基板自体に対する直接の評価でない限り、従
来、最も良く採用されていた手法ではあった。
[Problem to be solved by the invention] The optical absorption method or infrared absorption method described at the beginning is a "non-destructive", "non-contact", and simple way to investigate deep levels at room temperature using a relatively simple equipment system. It is excellent in that it can be evaluated, and as mentioned above, GaAs wafers, etc.
Until now, this has been the most commonly used method unless the substrate itself, which is quite thin, is to be directly evaluated.

しかし1.上記のように、“薄い基板でない限り”とい
う限定条件が付くことがら理解されるように、この方法
では、光ないし赤外線を透過させる評価対象材料に十分
な厚味がないと、評価に十分な程、検出感度を上げるこ
とはできなかった。
But 1. As can be understood from the above-mentioned limitation that "as long as the substrate is not thin", this method cannot be used for evaluation if the material to be evaluated that transmits light or infrared rays is not thick enough. However, it was not possible to increase the detection sensitivity.

例えば、実際のGaAsデバイス用ウェハ中の深い準位
はI X 1016cO+−”程度の濃度範囲にあり、
これを昨今の要求に応じ、±2 X 10”cm−3程
度の粒度でこの手法によりウニ八面内の濃度変動を測定
しようとすると、厚さ約5111111程度で、かつ両
面研磨されたウェハを用意する必要がある。
For example, the deep level in an actual GaAs device wafer is in the concentration range of I
In response to recent demands, if we try to measure concentration fluctuations within the eight surfaces of a sea urchin using this method using a particle size of about ±2 x 10"cm-3, we will need to use a wafer with a thickness of about 5111111mm and polished on both sides. It is necessary to prepare.

一方、通常、デバイス作成用として供給されるGaAs
ウェハの厚味は、厚くても500μm程度しかなく、し
かも片面研磨しかされてはいないから、明らかなように
、この光吸収法は、こうした基板自体に対して直接には
適用できないものである。
On the other hand, GaAs, which is usually supplied for device fabrication,
Since the thickness of the wafer is only about 500 μm at most, and only one side is polished, it is clear that this light absorption method cannot be directly applied to such a substrate itself.

換言すれば、この光吸収法は、幾ら同種の材料とは言え
、評価のためだけに通常の基板厚の約十倍からそれ以上
にも及ぶ厚味の評価専用試料を要求し、それでなくとも
高価なGaAsウェハのような場合・これはコスト的に
大変な出費となる外、労力上も大きな手間となる。重大
な欠点と言わざるを得ない。
In other words, this light absorption method requires a sample with a thickness that is about 10 times or more than the normal substrate thickness just for evaluation, even if the material is of the same type. In the case of expensive GaAs wafers, this not only results in a large expense but also requires a large amount of labor. I have to say that this is a serious drawback.

加えて、先にも少し述べたが、例えGaAsウェハ自体
の厚味は、薄いとは言え500μm程度あったにしても
、実際にその上に作成されるデバイスの特性に影響を与
える深い準位は、当該デバイスの活性層として慟く、ウ
ニ八表面からたかだか数μm程度の深さ領域中に存在す
るものだけなのに、この光吸収法では、光透過経路の全
長(ウェハの全厚味)に沿う平均値的な情報しか得られ
ない点でも問題がある。
In addition, as I mentioned earlier, even though the GaAs wafer itself is thin, about 500 μm thick, there are deep levels that affect the characteristics of devices actually created on it. This is the active layer of the device, and exists only within a depth of several micrometers from the surface of the wafer. However, in this light absorption method, the entire length of the light transmission path (the total thickness of the wafer) There is also a problem in that you can only obtain information that is similar to average values.

つまり、現状の結晶成長技術においては、ウェハの厚味
方向の特性変動も無視し得ないことが多く、したがって
ウニ八表面から僅かな深さ領域の重要な部分の特性が、
残りの厚味部分の影響゛により平均化されてしまうと、
実際に必要なデータに対し、大きな誤差を生んでしまう
のである。
In other words, in the current crystal growth technology, variations in properties in the thickness direction of the wafer cannot be ignored in many cases, and therefore, the properties of important parts at a small depth from the surface of the sea urchin,
If it is averaged out due to the influence of the remaining thick part,
This results in a large error in the data that is actually needed.

こうしたことから、この光吸収法は、何等かの改善策を
開発しない限り、将来的に見ても、特にGaAsウェハ
の評価、それも能動領域ないし活性領域における正確な
評価を求めるためには不適当である。
For this reason, unless some improvement measures are developed, this optical absorption method will be of no use in the future, especially for the evaluation of GaAs wafers, especially for accurate evaluation of the active region. Appropriate.

これに対し、既述した第二の手法である抵抗率法■は、
当該抵抗率がデバイス特性と直接の対応関係にあること
、測定領域をデバイスの活性領域と同程度の大きさにま
で小さくし得ること等から、実用的なウェハ均一性の評
価方法としては広く利用されている。
On the other hand, the second method mentioned above, the resistivity method ■,
It is widely used as a practical method for evaluating wafer uniformity because the resistivity has a direct relationship with device characteristics and the measurement area can be made as small as the active area of the device. has been done.

しかし、この手法でも、測定のために電極付けをした専
用試料を要すること、深い準位の直接的な測定は不可能
なこと、という三大欠点がある。
However, this method also has three major drawbacks: it requires a special sample with electrodes attached for measurement, and it is impossible to directly measure deep levels.

つまり、デバイス作成用のGaAsウェハの抵抗率は、
一般に10’〜108Ω・cmに達するので、古くから
知られている四探針法等、探針(プルーブ)を単にウェ
ハに接触させれば良いだけの手法は採用することができ
ず、良好なオーミック接触を得るためには、ウェハ上に
測定専用の電極をしっかりと作らねばならないのである
In other words, the resistivity of the GaAs wafer for device fabrication is
In general, it reaches 10' to 108 Ωcm, so it is not possible to use methods such as the long-known four-probe method, which simply contact the probe with the wafer. In order to obtain ohmic contact, electrodes dedicated to measurement must be firmly fabricated on the wafer.

そのためにまた、ウェハ全体の抵抗率分布をデバイスと
同程度の寸法の二次元空間分解能で測定したいとする場
合には、個々には当該デバイス寸法と同程度の微小面積
の電極を二次元マトリックス状に多数個、パターン化し
なければならず、大変な手間と費用を要するし、このよ
うに電極パターンを形成してしまったウェハは、当然の
ことなから、最早、デバイスの作成に用いることはでき
なくなってしまう。
For this purpose, if you want to measure the resistivity distribution of the entire wafer with a two-dimensional spatial resolution of the same size as the device, it is necessary to measure the resistivity distribution of the entire wafer with a two-dimensional matrix of electrodes each having a micro area of the same size as the device. A large number of electrode patterns must be patterned, which requires a great deal of effort and expense, and it goes without saying that wafers with electrode patterns formed in this way can no longer be used to create devices. It's gone.

換言すれば、この方法では、現実にデバイスが15載さ
れるウニ八個々の評価は原則として不能であり、この点
では先の光吸収法のように、“非破壊”、“非接触”を
一つの特徴とする評価方法に有利性を譲り、あえて言う
なら、この方法はいわゆる“破壊方法”であって、望ま
しくない。
In other words, with this method, it is basically impossible to evaluate each individual device on which 15 devices are actually mounted, and in this respect, it is impossible to evaluate each individual device on which 15 devices are actually mounted. Giving up the advantage to the evaluation method, which has one characteristic, I would venture to say that this method is a so-called "destructive method" and is not desirable.

さらに、この抵抗率法では深い準位の種類をまで、判別
することはできないし、抵抗率と深い準位との対応関係
も単純ではないため、得られた抵抗率分布から直接に深
い準位の濃度分布を定量的□に得ることもできない。
Furthermore, with this resistivity method, it is not possible to determine the type of deep level, and the correspondence relationship between resistivity and deep levels is not simple. It is also not possible to quantitatively obtain the concentration distribution of □.

これらに対して、従来提案されていた低温フォト・ルミ
ネッセンス法■は、先に第7〜9図を用いて説明したよ
うに、照射光を絞り込むことにより、ウニ八面上の微小
領域の評価が行なえ、深さ方向にもデバイス作成用活性
領域に対応した極めて浅い領域での一応の評価が行なえ
る点で、非破壊、非接触法である特徴も併せ考えると、
それら従来例の中では最も優れた方法と呼んでも差支え
ない。
In contrast, the conventionally proposed low-temperature photoluminescence method (■), as explained earlier using Figures 7 to 9, can evaluate minute areas on the eight faces of sea urchins by narrowing down the irradiation light. Considering the fact that it is a non-destructive, non-contact method, it is possible to conduct a tentative evaluation in an extremely shallow region corresponding to the active region for device fabrication in the depth direction.
It can be safely called the most excellent method among these conventional examples.

しかし、あくまでそれも、原理に即しての机上の議論で
あり、現実的には、誰にも、そしていつでも、安価、簡
易に採用し得る手法という訳ではなかった。
However, this was just a theoretical discussion based on principles, and in reality, it was not a method that could be adopted cheaply or easily by anyone or at any time.

第9図示の特性例を見ても分かるように、深い準位の発
光帯は禁制帯線発光に比し、その強度が数十分の−から
百分の一程度と極めて小さく、特に当該第9図示の特性
例は測定光学系における感度の波長依存性を補正した結
果であるので、補正前の状態ではさらにその比が大きく
なり、深い準位の発光強度は禁制帯線発光強度の一万分
の一以下にもなり得る。
As can be seen from the characteristic example shown in Figure 9, the intensity of the deep-level emission band is extremely small, ranging from several tenths to one hundredth, compared to the forbidden band line emission. The characteristic example shown in Figure 9 is the result of correcting the wavelength dependence of sensitivity in the measurement optical system, so the ratio becomes even larger before correction, and the emission intensity of the deep level is equal to the forbidden band emission intensity of 10,000 yen. It can even be less than one-fold.

実際上、このように微小強度な深い準位からのフォト・
ルミネッセンス・スペクトル測定において、第9図示の
ような特性例を掲げ得る機関は、世界中を探しても十数
カ所に限られて来る。
In reality, photo-rays from deep levels with such infinitesimal strength are
In the measurement of luminescence spectra, there are only a dozen or so institutions around the world that can offer the characteristics shown in Figure 9.

よしんば、第9図示のような特性を取り得る機関であっ
たにしても、試料によっては定量測定が非常に困難にな
る場合もある。
Even if the device has the characteristics shown in Figure 9, quantitative measurements may be extremely difficult depending on the sample.

と言うのも、上記を逆に言えば、この低温フォト・ルミ
ネッセンス法では、浅い準位からの禁制帯線発光が深い
準位からのそれに比し、相対的にはかなり大きな強度で
表れることになるが、一方で第7図示の原理図に明らか
なように、光照射によって励起された電子を奪い合うと
いう点で、この浅い準位5からの発光過程7と深い準位
4からの発光過程IOとは互いに競合する関係にある。
This is because, to put the above in reverse, in this low-temperature photoluminescence method, the forbidden band line emission from shallow levels appears at a relatively large intensity compared to that from deep levels. However, as is clear from the principle diagram shown in Figure 7, the light emission process 7 from the shallow level 5 and the light emission process IO from the deep level 4 compete for the electrons excited by light irradiation. are in a competitive relationship with each other.

そのため、目的とする深い準位からの発光強度は、単に
当該深い準位の濃度によってのみ、独立に変化するだけ
ではなく、競合する浅い準位からの発光強度によっても
影響される関係にあり、したがフて、このように深い準
位からの発光強度に影響を及ぼす浅い準位がらの発光強
度が上記のように相対的にかなり高いレベルにあれば、
当然、その影響の程度も相乗的に大きくなってしまうの
である。
Therefore, the emission intensity from the target deep level not only changes independently depending on the concentration of the deep level, but also is influenced by the emission intensity from competing shallow levels. Therefore, if the emission intensity from the shallow levels, which affects the emission intensity from the deep levels, is at a relatively high level as described above,
Naturally, the degree of influence will increase synergistically.

しかも、浅い準位からの発光強度のウニ八面内分布は一
般に十倍程度以上、変化するので、結局の所、深い準位
からの発光強度分布は実際と相違し、同じ試料を仮に光
吸収法■で試しに評価して見ると、その結果が全く一致
しなくなる。
Moreover, the distribution of the emission intensity from the shallow level within the 8 planes of the sea urchin generally changes by a factor of about 10 or more, so in the end, the emission intensity distribution from the deep level is different from the actual one. When I try to evaluate using method ■, the results do not match at all.

こうしたことから、従来の低温フォト・ルミネッセンス
法のみで深い準位の濃度分布を評価することは、実は非
常に危険なことが分かる。
These facts show that it is actually extremely dangerous to evaluate the concentration distribution of deep levels using only the conventional low-temperature photoluminescence method.

もっとも、従来からもこの点の指摘はなされていて、改
良手法として1選択励起低温フォト・ルミネッセンス法
とも呼ぶべき手法が提案されていた。
However, this point has been pointed out in the past, and a method that can be called a single-selective excitation low-temperature photoluminescence method has been proposed as an improved method.

これは照射光として、第7図の原理図中、浅い準位5は
励起できないが深い準位4は励起できるような光を用い
るもので、このようにすれば、少なくとも原理上は浅い
準位の存在による競合関係を無くすことができ、定量的
な評価を可能にする筈である。
This uses as irradiation light light that cannot excite shallow level 5 but can excite deep level 4 in the principle diagram of Figure 7. It should be possible to eliminate the competitive relationship caused by the existence of , and enable quantitative evaluation.

しかしこの手法は、もともとの低温フォト・ルミネッセ
ンス法におけるように、帯間吸収遷移により照射光を吸
収するというメカニズムがないため、照射光はウェハを
通過してしまう。その結果、結局は上記■の光吸収法と
同様に、ウェハの厚さ方向全長に沿う平均値的な情報を
検出するに留まり、ウニ八表面のデバイス活性層部分で
のみの局所的な検出は不可能である。
However, unlike the original low-temperature photoluminescence method, this method does not have a mechanism for absorbing the irradiated light through interband absorption transitions, so the irradiated light passes through the wafer. As a result, similar to the light absorption method described in (2) above, in the end, only the average value information along the entire length of the wafer in the thickness direction is detected, and local detection only in the device active layer part on the surface of the sea urchin is impossible. It's impossible.

このように、原理的には最も優れていると考えられる低
温フォト・ルミネッセンス法やその改変例でさえ、その
原理上、改良を要するに加え、何よりも、極低温環境を
必須とするという点で実用性に乏しかった。
In this way, even the low-temperature photoluminescence method and its modified examples, which are considered to be the most superior in principle, require improvement due to their principle, and above all, they are not practical in that they require an extremely low temperature environment. It lacked sex.

先に述べたように、今の所、第9図示のような特性を一
応の精度を持って抽出し得る機関は数える程しかないが
、仮に例えば、検出系の超高感度化が果たされる等して
、測定ノウハウ上は問題のない状況になり、装置さえ手
に入れれば、誰にでもそうした評価が可能になるような
時期が到来しても、液体ヘリウム自体が極めて高価であ
るとか、その取扱いには熟練を要する等、むしろ現実面
に即した単純な事情の方は、何等、変わらないのではと
思われる。
As mentioned earlier, there are currently only a few institutions that can extract the characteristics shown in Figure 9 with a certain level of accuracy, but if, for example, the detection system were to be made extremely sensitive, Even if the time comes when there will be no problem in terms of measurement know-how and anyone can make such an evaluation as long as they have the equipment, liquid helium itself is extremely expensive, Rather, it seems that the simple circumstances, which are based on reality, such as the need for skill to handle them, will not change in any way.

こうした観点からすると、また、昨今のデバイス作成用
GaAsウェハ等には直径が50mm以上に及ぶものが
あるが、こうした大口径ウェハをこの低温フォト・ルミ
ネッセンス法により評価しようとした場合、通常、この
種の極低温測定技術に利用可能なように市販されている
タライオスタット22(第7図)を用いることができず
、専用の大型なものを作らればならないこと等も大きな
欠点と言える。そのための出費、労力が嵩む外、測定手
順上も、真空排気、予冷等に多くの時間を費やさねばな
らない。事実、現状では一日に一枚のウニ八評価がやっ
との有様である。
From this point of view, some of the current GaAs wafers for device fabrication have diameters of 50 mm or more, and when trying to evaluate such large-diameter wafers using this low-temperature photoluminescence method, it is common to use this type of wafer. Another major drawback is that the commercially available taliostat 22 (FIG. 7), which can be used for cryogenic temperature measurement technology, cannot be used, and a large dedicated one must be manufactured. In addition to the increased expense and labor involved, a large amount of time must be spent on evacuation, pre-cooling, etc. in the measurement procedure. In fact, at present, we are barely able to evaluate one sea urchin eight per day.

さらに、タライオスタット内にウェハを入れた状態でウ
ニへ面にレーザ・ビームを照射、走査し、各部位からの
フォト・ルミネッセンス光を検出するには、大掛かりな
試料移動装置とかレーザ・ビーム走査装置を必要とし、
測定装置構成が極めて複雑化するばかりか、第8図中の
レンズ系24 、25等は、タライオスタット22の存
在の故、機械的な意味でもウェハ21に余り近付けるこ
とができないから、これらレンズ系に動作距離の短い高
倍率レンズを使用することができず、したがって空間分
解能を数十μmより小さくすることは極めて困難であっ
た。
Furthermore, in order to irradiate and scan the surface of the sea urchin with a laser beam while the wafer is placed in the taliostat and detect the photoluminescence light from each part, a large-scale sample moving device and laser beam scanning are required. requires equipment;
Not only does the configuration of the measuring device become extremely complicated, but also the lens systems 24, 25, etc. shown in FIG. It is not possible to use a high magnification lens with a short working distance in the system, and therefore it is extremely difficult to reduce the spatial resolution to less than several tens of μm.

本発明はこうした従来の実情に鑑み、既に述べた理由に
より、現状では最もニーズの高いGaAsウェハはもと
より、−数的に展開して半導体ウェハの深い準位に関す
る評価方法として、既述した従来例の中でもその測定原
理に関する限り、最も優れていると考えられた低温フォ
ト・ルミネッセンス法をさらに改良し、原理上も、また
実用レベルにおいても、共に十分に満足の行くように、
精度や分解能等、評価に関する基本的な要素は何・等劣
化させることなく、測定に係る手順や装置系を十分に簡
易化し得る、新たなる評価方法、評価装置を提供せんと
するものである。
In view of these conventional circumstances, and for the reasons already stated, the present invention is an evaluation method for not only GaAs wafers, which are currently in the greatest need, but also numerically developed deep level semiconductor wafers based on the conventional examples described above. We have further improved the low-temperature photoluminescence method, which is considered to be the most superior method in terms of measurement principles, and have succeeded in achieving full satisfaction both in principle and on a practical level.
The objective is to provide a new evaluation method and evaluation device that can sufficiently simplify measurement procedures and equipment systems without deteriorating basic evaluation factors such as accuracy and resolution.

[課厘を解決するための手段] 本発明者は、上記の目的意識の下、まずもって従来の低
温フォト・ルミネッセンス法に係る常識的な事項に疑問
を持った。常識的な事項とは、端的に言って、評価対象
ウェハを極低温にまで冷却するということである。
[Means for Solving Problems] With the above objective in mind, the present inventor first had doubts about the common sense matters related to the conventional low temperature photoluminescence method. Simply put, common sense means cooling the wafer to be evaluated to an extremely low temperature.

そもそも、従来においては、物理学的に完全に解明され
た訳ではないが、フォト・ルミネッセンスによる発光強
度は、ただ単に、温度上昇と共に減少するとされていた
To begin with, in the past, it was believed that the intensity of light emitted by photoluminescence simply decreases as the temperature rises, although it has not been completely elucidated physically.

これはつまり、先に挙げた第7図中に併示のように、浅
い準位5や深い準位4に捕えられた電子に関しては、そ
れらが道程7.lOに従い、発光再結合する前に、仮想
線の矢印8.11で示されるように、伝導帯2に対し、
熱的に励起されて放出されるメカニズムも存在し、この
割り合いは、高温になる程、高くなるとの理由による。
This means that, as shown in FIG. 7 above, for electrons trapped in the shallow level 5 and the deep level 4, their path 7. According to lO, before the radiative recombination, for the conduction band 2, as shown by the phantom arrow 8.11,
There is also a mechanism in which it is thermally excited and emitted, and this rate increases as the temperature increases.

確かに、従来においても、浅い準位5かラノフォト・ル
ミネッセンスに限っては詳細な報告があり、例えば室温
においては、液体ヘリウム浸漬時の1O−4倍からlロ
ー6倍にまで、発光強度が低下するとされていた。
Indeed, even in the past, there have been detailed reports regarding shallow level 5 or lanophotoluminescence. For example, at room temperature, the luminescence intensity increases from 1O-4 times when immersed in liquid helium to 1-row times as much as when immersed in liquid helium. was expected to decline.

こうしたこともあって、従来においては、第7図に示さ
れるフォト・ルミネッセンス法の原理を実際に適用する
には、評価対象試料を冷やせば冷やす程良いという思想
がいつの間にか定着し、結局はてっとり早く、液体ヘリ
ウム浸漬による極低温にまで、冷やしていたのである。
For these reasons, in the past, in order to actually apply the principle of the photoluminescence method shown in Figure 7, the idea that the colder the sample to be evaluated is, the better, became established, and eventually They quickly cooled it down to extremely low temperatures by immersing it in liquid helium.

しかし、上記の実情を良く考えると、実は、浅い準位に
関してのフォト・ルミネッセンス光についてのみ、しか
もその絶対強度に関してのみ、報告かなされているに過
ぎないのであって、後は、直感的な問題として、深い準
位に関しても同様のことが言えるだろうとの認識か、ま
たはそうした認識すら持たず、極低温までの冷却処理が
常識化されていた節かある。
However, if we consider the above situation carefully, in reality, only the photoluminescence light related to shallow levels and its absolute intensity have been reported, and the rest is an intuitive problem. Either there was an awareness that the same thing could be said about deep levels, or there was no such awareness and cooling treatments to extremely low temperatures were common knowledge.

もっとも、絶対強度において考えるだけなら、深い準位
からのフォト・ルミネッセンス光に関しても、当然、温
度上昇と共にその発光強度が低下するという理屈は誤り
でない。
However, if we only consider the absolute intensity, the theory that the luminescence intensity of photoluminescence light from a deep level naturally decreases as the temperature rises is correct.

しかし、このように絶対強度についてのみ考察するだけ
なら、これは将来的に超高感度な検出器が開発されれば
、それで解決される問題となる。
However, if we only consider absolute intensity in this way, this will be a problem that will be solved in the future if ultra-sensitive detectors are developed.

が、事実はそれ程に単純ではなく、特に従来の低温フォ
ト・ルミネッセンス法につき、先にその欠点を綿々と記
したように、こうしたフォト・ルミネッセンス法を採用
する限り、浅い準位に起因するフォト・ルミネッセンス
光が、目的の深い準位によるフォト・ルミネッセンス現
象に影響を及ぼすという機構が厳に存在する以上、単に
検出器感度の向上だけでは片付けられない問題が依然と
して残る。
However, the reality is not that simple, and as I have described the shortcomings of the conventional low-temperature photoluminescence method in detail earlier, as long as such a photoluminescence method is adopted, photoluminescence due to shallow levels will be avoided. As long as there is a strict mechanism in which luminescence light affects the photoluminescence phenomenon caused by the target deep level, there still remains a problem that cannot be solved simply by improving detector sensitivity.

本発明者は、まずもって上記従来の常識を打破し、単に
各準位の存在に基づくフォト・ルミネッセンス発光強度
の絶対値的な見方からだけではなく、浅い準位からのフ
ォト・ルミネッセンス光その他、他の擾乱光の強度との
相対的な関係として、目的の深い準位からのフォト・ル
ミネッセンス光強度を捉え得ないかとの発想を得た。
The present inventor first broke through the conventional wisdom mentioned above, and not only looked at the absolute value of the photoluminescence emission intensity based on the existence of each level, but also determined that photoluminescence light from shallow levels, etc. We came up with the idea that it would be possible to capture the intensity of photoluminescence light from a target deep level as a relative relationship with the intensity of other disturbing light.

仮に、こうしたフォト・ルミネッセンス光強度を相対的
な問題として捉えた結果、浅い準位からのフォト・ルミ
ネッセンス光強度に対し、深い準位からのフォト・ルミ
ネッセンス光が、その絶対値においては低下することが
あっても、相対比としては向上する条件があれば、その
条件に従う限り、後は逆に、高感度検出器の援用で処理
し得ることになる。繰返すが、従来、こうした事実に気
付いての明確な意識を持った報告はない。
As a result of considering the photoluminescence light intensity as a relative issue, the absolute value of the photoluminescence light intensity from deep levels is lower than the photoluminescence light intensity from shallow levels. Even if there is a problem, if there are conditions that improve the relative ratio, then as long as those conditions are followed, the rest can be processed with the help of a highly sensitive detector. To reiterate, until now, there have been no reports with a clear awareness of these facts.

してみるに、本発明者による上記発想は、先にフォト・
ルミネッセンス法の原理として示した第7図の見方を変
えるに至った。
As a result, the above idea by the present inventor was first developed by photo-photography.
This led to a change in the way we view Figure 7, which is shown as the principle of the luminescence method.

既述のように、評価対象試料を高温にする程、フォト・
ルミネッセンス光の発光強度が低下する原因は、第7図
中の過程8,11で示されるように、各準位5.4に捕
獲された電子が熱励起される割り合いが多くなるという
ことにあった。
As mentioned above, the higher the temperature of the sample to be evaluated, the faster the photo-
The reason why the emission intensity of luminescence light decreases is that the proportion of electrons captured in each level 5.4 that is thermally excited increases, as shown in processes 8 and 11 in Figure 7. there were.

これに鑑みるに、この熱励起に要する熱的エネルギは、
絶対温度Tにボルツマン定数kを掛けた値kTで表され
るが、実は上記の熱的放出の割り合いは、その準位エネ
ルギがどれ位であるかによって決定される。
Considering this, the thermal energy required for this thermal excitation is
Although it is expressed as kT, which is the product of absolute temperature T and Boltzmann's constant k, the above-mentioned rate of thermal release is actually determined by the level energy.

と言うことは、浅い準位5に関しては、熱エネルギkT
が高温ではその準位エネルギに近くなるか、あるいはそ
れより大きな値となるため、熱的放出の割り合いは非常
に大きくなって、フォト・ルミネッセンス光強度は極め
て低下する。
This means that for shallow level 5, the thermal energy kT
At high temperatures, the level energy approaches or exceeds that level energy, so the proportion of thermal emission becomes very large, and the photoluminescence light intensity is extremely reduced.

ところが一方、深い準位4では、ある程度高温になって
も、未だその準位エネルギの方が熱的エネルギより十分
に大きい状態となり得、熱的放出に起因するフォト・ル
ミネッセンス光強度の低下の割り合いは少ないことにな
る。
On the other hand, in deep level 4, even if the temperature reaches a certain level, the level energy can still be sufficiently larger than the thermal energy, and the decrease in photoluminescence light intensity due to thermal emission can be compensated for. The match will be small.

こうした知見は、本発明者における実験、実証を経、さ
らに以下のような結論を引き出した。
These findings were obtained through experiments and demonstrations by the present inventors, and the following conclusions were drawn.

すなわち、浅い準位の存在に代表される禁制帯線フォト
・ルミネッセンス光強度が、従来におけるように液体ヘ
リウム温度にまで冷却した場合には、目的とする深い準
位からのフォト・ルミネッセンス光強度に比し、相当に
大きく、支配的となるのに対し、もっと高い温度、結局
は意図的な冷却装置も加熱装置も要すことのない点で最
も望ましい室温では、むしろ深い準位からのフォト・ル
ミネッセンス光を支配的にすることができる。
In other words, when the forbidden band photoluminescence light intensity, which is represented by the existence of a shallow level, is cooled to the liquid helium temperature as in the conventional case, the photoluminescence light intensity from the target deep level changes. In contrast, at higher temperatures, and ultimately at room temperature, which is most desirable in that no intentional cooling or heating is required, the photons from deep levels are much larger and predominant. Luminescent light can be dominant.

一方、浅い準位からのフォト・ルミネッセンス光強度も
深い準位からのフォト・ルミネッセンス光強度も、共に
絶対値において低下すると言っても、将来的に大いなる
期待が持て、また現状でも得られる高感度検出系をすわ
ば、目的とする深い準位からのフォト・ルミネッセンス
光の強度低下の程度は許容可能な範囲内にあること、つ
まり十分に検出可能なことも確かめられた。
On the other hand, even though both the photoluminescence light intensity from shallow levels and the photoluminescence light intensity from deep levels will decrease in absolute value, there are great expectations for the future, and the high sensitivity that can be obtained even now. In terms of the detection system, it was confirmed that the degree of decrease in the intensity of photoluminescence light from the target deep level was within an acceptable range, that is, it was sufficiently detectable.

こうしたことから、結局、本発明は従来の常識を打破し
、評価対象半導体の温度環境として、室温を提案する。
For these reasons, the present invention breaks away from the conventional wisdom and proposes room temperature as the temperature environment for the semiconductor to be evaluated.

そして、このように室温環境下に置いた評価対象試料の
表面に、当該試料の価電子帯と伝導帯間での帯間吸収遷
移を起こし得る光を照射し、これに基づいて当該試料か
らフィード・バックされるフォト・ルミネッセンス光を
解析せんとする。
Then, the surface of the sample to be evaluated placed in a room temperature environment is irradiated with light that can cause an interband absorption transition between the valence band and the conduction band of the sample, and based on this, the feed from the sample is determined.・We are trying to analyze the backing photoluminescence light.

そして、試料全体に関しての二次元的な評価を求めるた
めには、試料の方を機械的に走査するか、照射光の方を
光学的に走査するか、あるいはまた双方を走査するかし
て、いずわにしても試料  ゛に対し、相対的に光を面
内二次元走査する。
In order to obtain a two-dimensional evaluation of the entire sample, the sample can be mechanically scanned, the irradiation light can be optically scanned, or both can be scanned. In any case, the light is scanned two-dimensionally within the plane relative to the sample.

もちろん、本発明による評価原理自体は、すでに第7図
に即して述べた所と何等、変わりはなく、したかりて評
価試料表面上の所定の一点または数点のみにおける評価
でも良いし、評価試料の材質についても、GaAsが昨
今の市場要求からして最適ではあるが、他の半導体材料
であっても何等、差支えない。
Of course, the evaluation principle itself according to the present invention is no different from that already described with reference to FIG. Regarding the material of the sample, GaAs is most suitable in view of recent market demands, but other semiconductor materials may be used.

[作用および効果] 本発明においては、評価対象試料を室温環境においてい
る。
[Operations and Effects] In the present invention, the sample to be evaluated is placed in a room temperature environment.

したがって、先にも述べたように、液体ヘリウム中に浸
漬させていた従来例においては禁制帯線フォト・ルミネ
ッセンスが支配的であったものを、その程度を少なくと
も低下させ、望ましくは逆に、評価対象の深い準位から
のフォト・ルミネッセンスが支配的になるような条件を
作ることができる。
Therefore, as mentioned earlier, in the conventional example in which the film was immersed in liquid helium, forbidden band photoluminescence was dominant, but the degree of forbidden band photoluminescence was at least reduced, and preferably, on the contrary, the evaluation Conditions can be created in which photoluminescence from deep levels of the target becomes dominant.

換言すれば、こうした室温においては、既述のように、
深い準位に基づく発光過程と競合関係にある浅い準位か
らの発光遷移確率が大いに低減される結果、当該深い準
位に基づくフォト・ルミネッセンス光の強度は悪影響を
受は難くなって、実質的に深い準位の濃度に比例し得る
ようになる。
In other words, at such room temperature, as mentioned above,
As a result of the fact that the probability of light emission transition from a shallow level, which competes with the light emission process based on a deep level, is greatly reduced, the intensity of photoluminescence light based on the deep level is less likely to be adversely affected, and is substantially reduced. becomes proportional to the concentration of deep levels.

さらに別な言い方をすると、フォト・ルミネッセンス光
スペクトルにおいて、浅い準位の発光帯は禁制帯エネル
ギよりやや小さな範囲内に集中し、そのため室温環境下
では当該発光帯の半値幅が広くなり、各発光体が重なり
合う結果、これら浅い準位の各々に関しての種別の特定
は不可能となるが、目的とする深い準位に基づく発光帯
は、もともと低温環境下においても半値幅が広く、各種
の深い準位が禁制帯内の広いエネルギ領域に分布してい
るので、室温測定で半値幅が広くなると言フても、特に
種類の同定に迷うことがない。この事実もまた、本発明
の有利性を助けている。
To put it another way, in the photoluminescence light spectrum, the emission band at the shallow level is concentrated in a range slightly smaller than the forbidden band energy, and therefore, at room temperature, the half-width of the emission band becomes wide, and each emission band is As a result of overlapping bodies, it is impossible to identify the type of each of these shallow levels, but the emission band based on the target deep level originally has a wide half-width even in a low-temperature environment, and it is difficult to identify the type of each shallow level. Since the energy levels are distributed over a wide energy range within the forbidden band, there is no particular problem in identifying the type, even if the half-width is wide when measured at room temperature. This fact also aids in the advantages of the present invention.

なお、本発明による室温フォト・ルミネッセンス法でも
、照射光の試料内への侵入深さや励起された電子の拡散
距離は、共に低温フォト・ルミネッセンス法におけると
同様、要すれば数μm以下に保ち得ることはもちろん、
それだけではなく、装置系として見た場合、寸法的に各
種の制約条件を生んでいたタライオスタットが不要とな
るため、要すれば照射光を1μm程度以下にまで絞り込
むことさえ、可能となる。これは当然、必要に応じ、数
μm程度の極めて高い空間分解能をも得られることを意
味する。
In addition, even in the room temperature photoluminescence method according to the present invention, the penetration depth of the irradiation light into the sample and the diffusion distance of excited electrons can both be maintained at several μm or less, as in the low temperature photoluminescence method. Of course,
Not only that, but when viewed as a device system, the taliostat, which had created various dimensional constraints, is no longer necessary, making it possible to narrow down the irradiation light to about 1 μm or less, if necessary. This naturally means that an extremely high spatial resolution of several μm can be obtained if necessary.

結局、本発明は、従来の低温フォト・ルミネッセンス法
における長所はそのままに、測定原理上、また実用性の
観点から、問題と考えられる諸点を全て合理的に解決す
ることに成功したもので、本発明によるこの種の技術分
野に与える衝撃は・本願出願手続に続いて行なわれる予
定の茅斤開発表、学会発表等においても、極めて犬なる
ものと予想される。念のため、本発明の効果群をまとめ
れば次のようである。
In the end, the present invention has succeeded in rationally solving all the problems that could be considered from the measurement principle and practical standpoint, while retaining the advantages of the conventional low-temperature photoluminescence method. It is expected that the impact that the invention will have on this type of technical field will be extremely significant, including in the Chiba development table, conference presentations, etc. that are scheduled to take place following the application procedure. Just in case, the effects of the present invention can be summarized as follows.

何度でも深い準位の評価を行なうことができ、したがっ
て各プロセス・ステップを繰たことによる深い準位の挙
勲の変化等、より高度な評価体制にも寄与することがで
きる。
Deep level evaluations can be performed as many times as desired, and therefore it is possible to contribute to a more advanced evaluation system, such as changes in the awards of deep levels by repeating each process step.

■ また、成長させたインゴットの側面を少し加工して
研磨面とし、ここに本発明方法を適用すると、インゴッ
トのまま、結晶成長軸方向の濃度分布を調べることも可
能となる。もちろん、用語の定義上、こうした場合には
、当該研磨面部分が本発明で言う評価対象試料の表面部
分となり、インゴットの成長軸方向は当該表面部分の二
次元方向の一方向に整合する。
(2) Furthermore, if the side surface of the grown ingot is slightly processed to provide a polished surface and the method of the present invention is applied thereto, it becomes possible to examine the concentration distribution in the direction of the crystal growth axis while the ingot is intact. Of course, according to the definition of the term, in such a case, the polished surface portion becomes the surface portion of the sample to be evaluated in the present invention, and the growth axis direction of the ingot is aligned with one direction in the two-dimensional direction of the surface portion.

[実 施 例] 第1図は本発明の半導体評価方法の一実施例に用いた装
置の概略構成を示している。深い準位に関し評価を受け
るべき評価対象ウェハ31は、公知既存の構成に従った
X−Yステージ38上に載置され、当然、意図的な冷却
も加熱も行なわれない、測定周囲環境そのままと言う意
味での室温に置かれている。
[Example] FIG. 1 shows a schematic configuration of an apparatus used in an example of the semiconductor evaluation method of the present invention. The evaluation target wafer 31 to be evaluated regarding the deep level is placed on an X-Y stage 38 according to a known existing configuration, and of course, the measurement surrounding environment is left unchanged without any intentional cooling or heating. It is kept at room temperature in this sense.

■ GaAsウェハ中のEL2準位、Cr準位等、昨今
注目されている深い準位の濃度分布測定を、その種類の
明確なる弁別を伴いながら、液体ヘリウム等の意図的な
冷却媒体を要さず、簡単な装置系で安価に室温で、かつ
非破壊、非接触で、ウェハ状態のまま、要すれば数μm
程度という高い空間分解能をもって高粒度に測定できる
■ Measurement of the concentration distribution of deep levels, such as the EL2 level and Cr level in GaAs wafers, which have been attracting attention in recent years, can be performed without the need for an intentional cooling medium such as liquid helium, while clearly distinguishing between the types. With simple equipment, inexpensively, at room temperature, non-destructive, non-contact, in the wafer state, if necessary, a few μm
It is possible to measure at high granularity with a high spatial resolution of about 100 yen.

■ したがって、本方法を半導体ウェハの品質管理に応
用した場合、出荷前に任意のウェハを気軽に選び出し、
デバイス特性に直接の影響を与える当該ウェハの表面領
域の深い準位の濃度分布を短時間で得る等もできるので
、この種のウェハの製造業者にとっても、また利用者に
とっても、大いなる福音となる。
■ Therefore, when this method is applied to quality control of semiconductor wafers, it is possible to easily select any wafer before shipping,
This is great news for both manufacturers and users of this type of wafer, as it is possible to quickly obtain the concentration distribution of deep levels in the surface region of the wafer, which directly affects device characteristics. .

■ 任意抽出したウェハは、非破壊検査、非接触検査の
ため、また極低温環境に晒す等の厳しい熱サイクルの影
響も受けはしないため、要すれば出荷製品中に戻すこと
もできる。
■ Randomly extracted wafers can be returned to shipped products if necessary because they are subjected to non-destructive and non-contact testing and are not affected by severe thermal cycles such as exposure to cryogenic environments.

■ と言うことはまた、ウェハが何等かのデバイス・プ
ロセスに入った後も、任意のステップでウェハ31にお
ける帯間吸収遷移によりフォト・ルミネッセンス光を導
出すべき照射光は、この実施例の場合、適当なるレーザ
光源32からのレーザ光33であり、収束レンズ系34
により、所望のスポット径に絞られてウェハ31に照射
される。
■ This also means that even after the wafer enters some device process, the irradiation light that should lead to photoluminescence light due to interband absorption transition in the wafer 31 at any step is , a laser beam 33 from a suitable laser light source 32, and a converging lens system 34.
As a result, the wafer 31 is irradiated with the beam focused to a desired spot diameter.

ウェハ31がX−Yステージ38上に載置されているの
は、必要に応じ、相対的にレーザ光33をウェハ表面に
おいて一次元ないし二次元走査するためであり、したが
って、この目的が果たされる限り、図示構成に代え、レ
ーザ光33の方を光学的に偏向処理する等により、走査
しても良いし、レーザ光33もウェハ31も、共に走査
するようにしても良い。もちろん、ウェハ31の特定の
一ケ所ないし数カ所のみの評価で良いのなら、位置決め
用を除き、連続的な走査系は不要になる。
The reason why the wafer 31 is placed on the X-Y stage 38 is to relatively scan the laser beam 33 one-dimensionally or two-dimensionally on the wafer surface as necessary, and thus this purpose is achieved. As far as possible, instead of the illustrated configuration, scanning may be performed by optically deflecting the laser beam 33, or both the laser beam 33 and the wafer 31 may be scanned. Of course, if it is sufficient to evaluate only one or several specific locations on the wafer 31, a continuous scanning system is not required except for positioning.

すでに第7図に即して詳細に説明したので、木項では本
発明が利用するフォト・ルミネッセンスの原理自体につ
いては、その再度の説明を控えるが、レーザ光33の照
射により、ウェハ31の方から発せられたフォト・ルミ
ネッセンス光は、集光レンズ35、分光器36、検出器
37から成る評価手段ないしフォト・ルミネッセンス分
光装置39にて捕えられ、解析される。
Since it has already been explained in detail with reference to FIG. 7, the principle of photoluminescence used in the present invention will not be explained again in this section. The photoluminescence light emitted from the photoluminescence light is captured and analyzed by an evaluation means or photoluminescence spectrometer 39 consisting of a condenser lens 35, a spectrometer 36, and a detector 37.

すでに述べたように、この評価手段としての分光装置3
9には、当然、高感度なものが望ましいが、これに適当
なるものとしては、本出願人がすでに特願昭61−21
2141号にて開示した構成に基づくものがある。
As already mentioned, the spectroscopic device 3 as this evaluation means
9, it is naturally desirable to have a high-sensitivity device, but the applicant has already proposed a device suitable for this
There is one based on the configuration disclosed in No. 2141.

もちろん、これは限定的ではなく、他に適当なものがあ
れば援用して差支えない。むしろ、すでに作用の項にお
いて述べたように、絶対値的な問題よりも、目的とする
深い準位の存在に基づくフォト・ルミネッセンス光と、
評価に対し、言わば邪魔になる禁制帯線フォト・ルミネ
ッセンス光の相対的な強度比の問題において、本発明の
場合、従来の極低温環境下におけるよりも有利な条件を
得ることに成功しているので、ある程度高感度に設計さ
れている分光装置系であれば、十分、有意に利用可能で
ある。
Of course, this is not limiting, and other suitable methods may be used. Rather, as already mentioned in the section on action, photoluminescence light is based on the existence of the target deep level rather than on absolute value issues,
Regarding the problem of the relative intensity ratio of forbidden band photoluminescence light, which hinders evaluation, in the case of the present invention, we have succeeded in obtaining more advantageous conditions than in the conventional cryogenic environment. Therefore, a spectroscopic device system designed to have a certain degree of sensitivity can be sufficiently and meaningfully used.

以下では、本発明をさらに具体的な例に即し・説明する
In the following, the present invention will be explained based on more specific examples.

評価対象ウェハ31は、通常市販されているGa八へ高
速集積回路作成用の無添加半絶縁性ウエノλである。
The wafer 31 to be evaluated is an additive-free semi-insulating wafer λ for producing high-speed integrated circuits using Ga 8, which is normally commercially available.

レーザ光33には波長647nmのに「レーザを用い、
収束レンズ系34により、ウェハ31の表面におけるス
ポット径を約100μmに絞った。
The laser beam 33 uses a laser with a wavelength of 647 nm,
The spot diameter on the surface of the wafer 31 was narrowed down to about 100 μm using the converging lens system 34.

ウェハ表面上における当該レーザ光33の光強度は、余
りに強い光でウェハを照射したがために当該ウェハの特
性劣化が生じないよう、約5mWに留めた。
The light intensity of the laser beam 33 on the wafer surface was kept at about 5 mW to avoid deterioration of the characteristics of the wafer due to irradiation of the wafer with too strong light.

分光装置として、先に挙げた特許出願に係る発明に即し
構成した分光装置39を用い、ウェハ31からのフォト
・ルミネッセンス光を捕えたが、それに際し、波長分解
能を波長1pm以下では5 nm、それ以上では40r
vに設定し、さらに光強度の検出器37としては、波長
1.7μm以下ではGe検出器を、それ以上ではpbs
検出器を用いた。
The photoluminescence light from the wafer 31 was captured using a spectroscopic device 39 configured in accordance with the invention related to the patent application mentioned above. 40r above that
Furthermore, as the light intensity detector 37, a Ge detector is used for wavelengths of 1.7 μm or less, and a PBS is used for wavelengths of 1.7 μm or less.
using a detector.

こうした測定の結果、第2図示のように、室温環境とい
う意図的な条件下で世界で始めて、兄事なフォト・ルミ
ネッセンス・スペクトルを得ることに成功した。
As a result of these measurements, as shown in Figure 2, we succeeded for the first time in the world in obtaining a unique photoluminescence spectrum under the intentional conditions of a room temperature environment.

そしてこの第2図中、光子エネルギ軸上で、1.42e
Vの所にピークを持つのは禁制帯線発光であり、0.6
5eVの所にピークを持つ発光帯はEL2準位に起因す
ることも判明した。− すなわち、この0.65eVの所にピークを持つ発光帯
は、スペクトル形状から解析されるエネルギ準位が約0
.75eVで、無添加半絶縁性GaAsウェハ中に支配
的に存在することが知られているEL2と呼ばれる深い
準位の準位エネルギに一致し、また、従来の低温フォト
・ルミネッセンス法を利用した同一試料の液体ヘリウム
への浸漬状態での測定において、このEL2の発光帯と
正確に同定される0、66eVの発光帯が観測され、温
度上昇と共に室温の0.65eV発光帯に至るまで、は
ぼ同一形状で発光帯が追跡されたのである。
And in this Figure 2, on the photon energy axis, 1.42e
The peak at V is forbidden band line emission, which is 0.6
It was also found that the emission band having a peak at 5 eV is caused by the EL2 level. - In other words, the emission band with a peak at 0.65 eV has an energy level of approximately 0 as analyzed from the spectral shape.
.. 75 eV, which corresponds to the level energy of a deep level called EL2, which is known to predominately exist in doped-free semi-insulating GaAs wafers. In the measurement with the sample immersed in liquid helium, a 0.66 eV emission band, which is accurately identified as the EL2 emission band, was observed, and as the temperature rose, the emission band gradually decreased until reaching the room temperature 0.65 eV emission band. A luminescent band with the same shape was traced.

さらに後述のように、試しに同一試料を既述の光吸収法
で測定してみた結果も、ウェハ面内のEL2準位の濃度
分布と0.65eV発光帯の強度分布゛=が定量的に良
く一致した。
Furthermore, as will be described later, the results of a trial measurement of the same sample using the light absorption method described above also revealed that the concentration distribution of the EL2 level within the wafer plane and the intensity distribution of the 0.65 eV emission band were quantitatively determined. It was a good match.

第3図は、先の実験例と同一の条件で、Crを添加した
半絶縁性GaAsウェハを評価対象ウニA31とし、得
られた測定結果を示している。
FIG. 3 shows the measurement results obtained under the same conditions as in the previous experimental example, using a semi-insulating GaAs wafer doped with Cr as the evaluation target sea urchin A31.

このウェハでは禁制帯線発光は検出されなかったが、光
子エネルギ軸上、0.82eVの所にピークを持つ発光
帯が観測された。
Although forbidden band line emission was not detected in this wafer, an emission band having a peak at 0.82 eV on the photon energy axis was observed.

この発光帯は、既述した従来法である低温フォト・ルミ
ネッセンス法、光吸収法による結果との比較、また発光
強度のCrfi度依存性により、同ウェハで支配的な準
位であるC「準位からのフォト・ルミネッセンスと同定
された。
This emission band was determined by comparison with the results of the conventional low-temperature photoluminescence method and optical absorption method mentioned above, and by the dependence of the emission intensity on the Crfi degree, which is the dominant level of the wafer. It was identified as photoluminescence from

上記の第2図と第3図とを比較すれば明らかなように、
本発明によると、むしろ室温条件を限定しているが故に
、得られたフォト・ルミネッセンス・スペクトル特性か
ら、 EL2準位であるかC「準位であるか等、深い準
位の種類も明確に弁別することができている。
As is clear from comparing Figures 2 and 3 above,
According to the present invention, since the room temperature conditions are rather limited, it is possible to clearly identify the type of deep level, such as whether it is an EL2 level or a C level, from the obtained photoluminescence spectral characteristics. able to discriminate.

次に、二次元評価の特殊な場合ないし簡便な場合として
、所定の一次元方向に沿い、深い準位に関するウェハ面
内での濃度分布を調べる応用の一例として、無添加半絶
縁性GaAs結晶の電気的な特性を均一化する手法とし
て知られている、長時間熱処理の効果を調べたので、そ
の結果を第4図に挙げ、説明する。
Next, as a special case or a simple case of two-dimensional evaluation, as an example of an application to investigate the concentration distribution within the wafer surface regarding deep levels along a predetermined one-dimensional direction, we will examine a doped-free semi-insulating GaAs crystal. The effect of long-term heat treatment, which is known as a method for uniformizing electrical characteristics, was investigated, and the results are shown in FIG. 4 and explained below.

第4図(A)は950℃で8時間の熱処理を行なう前の
ウェハに対し、また、第4図(B)はそうした熱処理後
のウェハに対し、それぞれ本発明を適用し、深い準位の
フォト・ルミネッセンス光強度を各クエへの中心位置か
ら径方向に測定した結果を示していて、各部位における
フォト・ルミネッセンス・スペクトルは第2図示と同様
である。
FIG. 4(A) shows a wafer before heat treatment at 950°C for 8 hours, and FIG. 4(B) shows a wafer after such heat treatment by applying the present invention. It shows the results of measuring the photoluminescence light intensity in the radial direction from the center position to each query, and the photoluminescence spectrum at each location is the same as shown in the second figure.

本測定は、第1図示の装置により、分光器36の波長を
0.65eVの発光帯に合せ、ビーム径を100μmに
絞ったレーザ・ビーム33をウェハ31の一直径方向に
1001ステツプで順次、−次元走査し、各部位におけ
るフォト・ルミネッセンス光強度を求める手順でなした
もので、各サンプル点ごとの測定時間は移動時間を含め
、約1秒とした。
In this measurement, the wavelength of the spectrometer 36 is adjusted to the emission band of 0.65 eV, and the laser beam 33 with a beam diameter of 100 μm is sequentially applied in 1001 steps in the diameter direction of the wafer 31 using the apparatus shown in the first figure. -Dimension scanning to determine the photoluminescence light intensity at each location, and the measurement time for each sample point was approximately 1 second, including the travel time.

この結果から見ると、第4図(八)に示されているよう
に、熱処理前のウニ八周辺部では強度変動が非常に太き
(、EL2準位が不均一に分布していることが分かる。
From this result, as shown in Figure 4 (8), the intensity fluctuations are very wide in the area around the sea urchin 8 before heat treatment (the EL2 level is unevenly distributed). I understand.

これはまた、光吸収法、抵抗率法、低温フォト・ルミネ
ッセンス法により得られる測定結果とも良く一致してい
る。
This is also in good agreement with measurement results obtained by optical absorption method, resistivity method, and low-temperature photoluminescence method.

一方、第4図(B)の熱処理後の強度分布を見ると、比
較的に平坦な強度分布となっており、 EL2準位の濃
度分布が均一化されていることが分かる。
On the other hand, looking at the intensity distribution after the heat treatment in FIG. 4(B), it is found that the intensity distribution is relatively flat, and the concentration distribution of the EL2 level is made uniform.

実際にもこのような熱処理を加えたウェハに対し、デバ
イスを作成した場合、そのウェハ面内でのデバイス特性
は良く均一化されている。
In fact, when devices are fabricated from wafers that have been subjected to such heat treatment, the device characteristics within the wafer surface are well uniformed.

こうしたことから逆に、本発明による室温フォト・ルミ
ネッセンス法は、上記のような応用により、ウェハの電
気的特性の均一性評価にも良く応え得ることが証明され
る。もちろん、上記は簡単化のため、−次元走査とした
のであって、後述の実施例にも示されるように、当然、
必要に応じての二次元走査が可能であるし、ビーム径、
走査ステップ等も任意設計的な問題である。
From these facts, it is proved that the room temperature photoluminescence method according to the present invention can be used to evaluate the uniformity of electrical characteristics of a wafer by applying it as described above. Of course, for the sake of simplicity, the above is a -dimensional scan, and as shown in the examples below, naturally,
Two-dimensional scanning is possible as needed, and the beam diameter,
The scanning step, etc. is also a matter of arbitrary design.

次に、深い準位El、2のフォト・ルミネッセンス光強
度と当該深い準位の濃度との関係を調べるため、無添加
半絶縁性GaAsインゴット中、異なる位置から切り出
した三枚のウェハに対し、それぞれ本発明による室温フ
ォト・ルミネッセンス法と、従来の光吸収法とを共に適
用して、それらにより得られた結果の相関関係を求めた
Next, in order to investigate the relationship between the photoluminescence light intensity of the deep level El,2 and the concentration of the deep level, three wafers cut from different positions in the doped-free semi-insulating GaAs ingot were The room temperature photoluminescence method according to the present invention and the conventional light absorption method were applied together, and the correlation between the results obtained was determined.

ここで、光吸収法による測定には直径3mmの光ビーム
を、また本発明の室温フォト・ルミネッセンス法のため
には直径100μlの光ビームを利用した。
Here, a light beam with a diameter of 3 mm was used for the measurement by the optical absorption method, and a light beam with a diameter of 100 μl was used for the room temperature photoluminescence method of the present invention.

その結果は第5図に示されているが、直径3mmの光ビ
ームによる光吸収測定における強度変動範囲はエラー・
バー表記で示し、その平均値が黒丸でプロットされてい
る。
The results are shown in Figure 5, and the range of intensity fluctuation in light absorption measurement using a light beam with a diameter of 3 mm is due to errors.
It is shown in bar notation, and the average value is plotted as a black circle.

しかるに、本第5図は、フォト・ルミネッセンス光強度
と光吸収係数との間には単純な比例関係が成立すること
を示し、したがって、本発明の室温フォト・ルミネッセ
ンス法により、深い準位の定量的な分析も十分に可能で
あることが証明された。
However, this Figure 5 shows that a simple proportional relationship holds between the photoluminescence light intensity and the optical absorption coefficient, and therefore, the room temperature photoluminescence method of the present invention can be used to quantify deep levels. It has been proven that a similar analysis is also possible.

最後に、ウェハ面内での深い準位の二次元分布を調べた
実験例の結果も第6図に示す。
Finally, FIG. 6 also shows the results of an experimental example in which the two-dimensional distribution of deep levels within the wafer surface was investigated.

この測定では、無添加半絶縁性GaAsウェハに対し、
第1図示の装置を用い、x−Yステージ38を操作する
ことにより、直径1mmのレーザ・ビーム33をウェハ
31の面上で1mmステップでX−Y二次元走査し、こ
のウェハの支配的な深い準位であるEL2準位からのフ
ォト・ルミネッセンス光強度を測定した。測定に要した
時間は全体で約−時間と、従来法を採用した場合に比し
、極めて短い。
In this measurement, for an undoped semi-insulating GaAs wafer,
By operating the x-y stage 38 using the apparatus shown in FIG. The intensity of photoluminescence light from the EL2 level, which is a deep level, was measured. The total time required for the measurement was about - hours, which is extremely short compared to the case where the conventional method is adopted.

こうした測定の結果、強度の弱い所は薄い階調で、強い
所は濃い階調で示すという原則に従い、適宜、各サンプ
ル領域の濃度に対する塗り模様を変えたが、第6図に示
される通り、ウェハの結晶面方位が(100)であるこ
とに対応し、 EL2準位が4回対称に分布していると
いう興”味深い現象が捕えられた。
As a result of these measurements, we followed the principle that areas with weak intensity are shown with light gradations and areas with strong intensity are shown with dark gradations, and we changed the coating pattern for the density of each sample area as appropriate, but as shown in Figure 6, An interesting phenomenon was observed in which the EL2 level is distributed in a 4-fold symmetry, corresponding to the (100) crystal plane orientation of the wafer.

ところで、本項において評価対象半導体として主として
取り上げた、普通に市販されているこの種の無添加半絶
縁性GaAsウェハに関しては、 EL2準位以外の深
い準位からのフォト・ルミネッセンス光が生ずることは
ほとんどない。したがって、こうしたウェハに関する限
り、深い準位の種類をまで、同定する必要もまた、はと
んどない。そこで、このような場合には当然、スペクト
ル測定は不要となるので、専らフォト・ルミネッセンス
光強度の効率的な検出に重きを置き、第1図示装置中の
分光器36を省略し、代わりに適当なる光学フィルタ等
を挿入して、例えば0.65eVバンド光を効率良く検
出するようにした方が得策である。
By the way, regarding this type of commercially available doped-free semi-insulating GaAs wafer, which is mainly taken up as the semiconductor to be evaluated in this section, photoluminescence light is not generated from deep levels other than the EL2 level. rare. Therefore, as far as such wafers are concerned, there is no need to identify even the types of deep levels. Therefore, in such a case, spectrum measurement is naturally unnecessary, so emphasis is placed exclusively on efficient detection of the photoluminescence light intensity, and the spectrometer 36 in the device shown in the first figure is omitted, and an appropriate one is used instead. It is better to insert an optical filter or the like to efficiently detect, for example, 0.65 eV band light.

ただし、分光器36を省略したからと言って、本発明の
要旨構成中に言うように、波長に鑑みて光強度を測定し
ていることに変りはないので注意を要する。当該0.6
5eVバンド光に対応する波長は、目的の深い準位EL
2からのフォト・ルミネッセンス光を同定するからであ
る。
However, even if the spectrometer 36 is omitted, care must be taken because the light intensity is still measured in consideration of the wavelength, as stated in the gist of the present invention. 0.6 concerned
The wavelength corresponding to the 5 eV band light is the target deep level EL.
This is because the photoluminescence light from 2 is identified.

もちろん、本発明による以上の方法原理、装置構成から
して、GaAs以外の各種半導体に対しても本発明が有
効利用できることは明らかである。
Of course, from the above-described method principles and device configuration according to the present invention, it is clear that the present invention can be effectively utilized for various semiconductors other than GaAs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の室温フォト・ルミネッセンス法に用い
る装置構成例の概略構成図。 第2図は本発明を適用して得られた無添加半絶縁性Ga
Asウェハからのフォト・ルミネッセンス・スペクトル
を示す特性図。 第3図は本発明を適用して得られたCr添加半絶縁性G
aAsウェハからのフォト・ルミネッセンス・スペクト
ルを示す特性図。 第4図は通常の熱処理効果を本発明を利用して確認した
結果得られた、熱処理前と処理後の無添加半絶縁性Ga
Asウェハの径方向に沿う EL2準位のフォト・ルミ
ネッセンス強度分布を示す特性図。 第5図は無添加半絶縁性GaAsウェハのEL2準位の
フォト・ルミネッセンス強度と光吸収係数との関係を示
す特性図。 第6図は無添加半絶縁性GaAsウェハのEL2準位の
フォト・ルミネッセンス強度の二次元濃度分布を示す説
明図。 第7図はフォト・ルミネッセンス法自体の原理を示す説
明図。 第8図は従来の低温フォト・ルミネッセンス法において
採用される装置の概略構成図。 第9図は評価対象試料の温度環境条件として液体ヘリウ
ム温度を限定してなす従来の低温フォト・ルミネッセン
ス法により得られた無添加半絶縁性GaAsウェハから
のフォト・ルミネッセンス・スペクトルを示す特性図。 である。 図中、31は評価対象半導体、32はレーザ光源、33
はレーザ・ビーム、34は収束レンズ系、35は集光レ
ンズ系、36は分光器、37は光強度検出器、38はX
−Yステージ、39は評価手段ないし分光装置、である
。 39分光装置(評イ■手刷 X−Yステージ 第2図 第3図 λシ牛エネ/ム’t”(eV) 第4図 任ろり庫(mm) 第5図 ロ哩スイ系委E(C口11) 第0図 t5−工冬/L穴’(ev)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a device configuration used in the room temperature photoluminescence method of the present invention. Figure 2 shows additive-free semi-insulating Ga obtained by applying the present invention.
A characteristic diagram showing a photoluminescence spectrum from an As wafer. Figure 3 shows a Cr-doped semi-insulating G obtained by applying the present invention.
A characteristic diagram showing a photoluminescence spectrum from an aAs wafer. Figure 4 shows additive-free semi-insulating Ga before and after heat treatment, obtained as a result of confirming the effect of ordinary heat treatment using the present invention.
A characteristic diagram showing the photoluminescence intensity distribution of the EL2 level along the radial direction of the As wafer. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the photoluminescence intensity at the EL2 level and the light absorption coefficient of an undoped semi-insulating GaAs wafer. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a two-dimensional concentration distribution of photoluminescence intensity at the EL2 level of an undoped semi-insulating GaAs wafer. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the principle of the photoluminescence method itself. FIG. 8 is a schematic diagram of an apparatus employed in the conventional low-temperature photoluminescence method. FIG. 9 is a characteristic diagram showing a photoluminescence spectrum from an additive-free semi-insulating GaAs wafer obtained by a conventional low-temperature photoluminescence method in which the temperature of liquid helium is limited as the temperature environment condition of the sample to be evaluated. It is. In the figure, 31 is a semiconductor to be evaluated, 32 is a laser light source, and 33
is a laser beam, 34 is a converging lens system, 35 is a condensing lens system, 36 is a spectrometer, 37 is a light intensity detector, and 38 is an X
-Y stage, 39 is an evaluation means or a spectroscopic device. 39 Spectroscopic device (review) ■ Hand-printed X-Y stage Figure 2 Figure 3 C port 11) Figure 0 t5-Work winter/L hole' (ev)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)深い準位に関して評価を行なうべき半導体試料を
室温環境下に置き; 該室温環境下に置いた状態のまま、上記半導体試料にそ
の価電子帯と伝導帯間での帯間吸収遷移を起こし得る光
を照射し; 該光照射に基づき、該半導体試料から得られたフォト・
ルミネッセンス光の波長情報、強度情報から、該半導体
試料の上記深い準位に関する評価を行なうこと; を特徴とする半導体評価方法。
(1) Place a semiconductor sample whose deep levels are to be evaluated in a room temperature environment; irradiate light that can cause
A semiconductor evaluation method characterized by: evaluating the deep level of the semiconductor sample from wavelength information and intensity information of luminescence light.
(2)半導体試料の価電子帯と伝導帯間での帯間吸収遷
移を起こし得る光は、該半導体試料表面を走査するよう
に与え、もって該半導体試料の深い準位の二次元的な濃
度分布を得ること; を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体評価
方法。
(2) Light capable of causing an interband absorption transition between the valence band and conduction band of the semiconductor sample is applied so as to scan the surface of the semiconductor sample, thereby increasing the two-dimensional concentration of the deep level of the semiconductor sample. The semiconductor evaluation method according to claim 1, characterized in that: obtaining a distribution;
(3)深い準位に関して評価を行なうべき半導体試料を
室温環境下に保持する手段と; 該室温環境下に置いた状態のまま、上記半導体試料にそ
の価電子帯と伝導帯間での帯間吸収遷移を起こし得る光
を照射する手段と; 該光照射に基づき、該半導体試料から得られたフォト・
ルミネッセンス光の波長情報、強度情報から、該半導体
試料の上記深い準位に関する評価を行なう手段と; を有して成る半導体評価装置。
(3) means for maintaining a semiconductor sample whose deep levels are to be evaluated in a room temperature environment; means for irradiating light capable of causing an absorption transition;
A semiconductor evaluation device comprising: means for evaluating the deep level of the semiconductor sample from wavelength information and intensity information of luminescence light.
(4)半導体試料に照射される光を、該半導体表面に関
し、相対的に二次元走査する手段をさらに有すること; を特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の半導体評価
装置。
(4) The semiconductor evaluation apparatus according to claim 3, further comprising means for relatively two-dimensionally scanning the semiconductor sample with respect to the semiconductor surface with respect to the semiconductor sample.
(5)深い準位に関し評価を行なう手段は、フォト・ル
ミネッセンス光の波長に関する分光器と特定波長に関す
る強度検出器を有すること;を特徴とする特許請求の範
囲第3項または第4項に記載の半導体評価装置。
(5) The means for evaluating the deep level includes a spectroscope for the wavelength of photoluminescence light and an intensity detector for the specific wavelength; as set forth in claim 3 or 4. semiconductor evaluation equipment.
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