JPH02119236A - 直線状定フォトン束光電圧測定値から少数担体拡散長を判定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は担体の平均寿命を低下させる汚染不純物を評価
するために半導体試料の少数担体拡散長を測定する方法
に関する。

（従来の技術） 半導体材料、特にシリコン（Ｓｉ）　　およびヒ化ガリ
ウムＣＧｅ＆Ａｓ）はエレクトロニクスおよびオプトエ
レクトロニクスデバイスならびに対応する集積回路（Ｉ
Ｃ）を製造するためのエレクトロニクス工業に重要なも
のとなった。しかし高い製造収率およびデバイス信頼性
を保証するためには、半導体ウェーハの製造およびＩＣ
製造におけるそれらの加工は、平均寿命を低下させる再
結合中心を導入することにより半導体デバイスを劣化さ
せることが知られている重金属系汚染物質の導入を低下
させる条件下で行うことが要求される。従って汚染下純
物の品質管理尺度は加工前にはウェーハが許容できる程
度に純粋であるのを確立すること、また加工後には過度
の劣化性の汚染が起こっていないのを保証する必要があ
る。単一ウェーハ上の種々の位置における測定、および
種々の加工゛工程ののちのウェーハの分析が必要である
ため多数回の測定が必要であり、さらにこれらの分析の
結果は形成された。または形成される半導体デバイスの
信頼性を示すので、試験法は迅速かつ精確でなければな
らない。

汚染物質を調べるための最も慣用される方法の１つでは
、過剰の担体が半導体の平均寿命期間中に半導体に拡散
する有効距離を示す少数担体拡散長（Ｌ）として知られ
る半導体特性を測定するものである。半導体中の過剰の
担体は担体濃度を均等化する拡散現象によって再分布す
る傾向にある。

この拡散過程は過剰の少数担体（μ）およびそれらの平
均寿命（τ〕の移動度により制御される。

拡散長（Ｌ）はこれら２係数を結合したパラメターであ
り、最も単純な場合は下記の式で表わされる。

Ｔ Ｌ＝　　　　　μτ　　　　　　　　　　　　　　（１
）式中、にはボルツマン定数、Ｔは温度、ｑは電気素量
である。

シリコンウェーハ中の重金属系汚染物質は少数担体の平
均寿命τを低下させる再結合中心として作用する。従っ
て拡散長を測定することにより。

汚染物質の濃度が測定される。

慣用されるＬ測定用非破壊法は、入射フォトンのエネル
ギーｈνが半導体バンドギャップを上回る場合は半導体
表面に衝突する光線が吸収されて過剰担体（正孔および
電子）を生成する過程を利用したものである。光の発生
および拡散過程の結果、一定数の電子正孔対が表面近接
部に達し、表面−空間帯電領域の電界によって分離され
１表面光電圧（ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａ
ｇｅ、　５ＰＶ）を生じる。従って光電圧の測定を少数
担体拡散長りの判定に用い、そしてこれを平均寿命τ、
およびＮｏ＝Ｃτ　　（Ｃは各不純物に応じた定数であ
るっである場合の重金属系汚染物質の濃度Ｎｃの判定に
用いることができる。

表面光電圧から拡散長を判定する先行技術は０定規模表
面電圧（ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｍａｇｉｌｉｔｕｄｅｓｕ
ｒｆａｃｅ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ−”（ＣＭＳＰ
Ｖ）　　法と。

して知られている方法によるものであり、その原理はグ
ツドマンにより”半導体における短い少数担体拡散長の
測定法”−Ｊ、Ａｐヅエ、　Ｐｈｙｓ　、　Ｖｏ　ｌ。

３３　、ｐ、２７５０，１９６１；　　のち［ＡＳＴＭ
基準ＡＮ＆Ｉ／ＡＳＴＭ　Ｆ−３９１−７８，ｐ、７７
０゜１９７６として受容され、米国特許第４，３３７，
０５１号明細書に述べられたものに提唱されている。

この先行技術法の特徴的工程は、数種の波長（λｉ）（
フォトンエネルギー（ｈνｉ）に対応〕における光電圧
およびフォトン束を測定し、入射光線強度またはフォト
ン束（φ）の調整により光電圧の大きさを変化させて一
定の光電圧を発生させ、対応するフォトン束を測定し、
次いで各種フォトンエネルギーにおける半導体試料の遊
牧光定数ｃＬ−’に対してフォトン乗値をプロットする
。次いでこのプロットを直線外挿して逆吸光係数軸に沿
った切片（１ｎｔｅｒｃｅｐｔ　）を判定し、少数担体
拡散長Ｌ（すなわちＬ　＝−ｃＬ　　　Ｉ＝ｏ　　の場
合）を求める。従ってＣＭＳＰＶ法の場合、拡散長は事
実異なる入射フォトンエネルギー（ｈν、・・・ｈνｉ
〕につき測定されたＳＰＶ値（Ｖ＋−・・Ｖｉ）からで
はなく、測定されたすべてのフォトンエネルギーにつき
一定の大きさのＳＰｖ信号ｖ１：　ｖ、＝Ｖ、・・・Ｖ
ｉを維持するのに必要なフォトン束（φ、・・・φｉ）
から判定される。

理論的観点からは、この先行技術は十分に厚い（ｄ＞＞
　！−’　　）半導体ウェーノ・の照明された面に近接
した部位における過剰少数担体密度（すなわちＰ−型半
導体については電子密度Δｎｓ、Ｎ−型半導体について
は正孔密度ΔＩ）３　）間の定常状態での関係を利用す
ることにより、光電圧と吸光係数および拡散長とを関連
づけた式（ｅｘｐｌｉｃｉｔｆｏｒｍｕｌａ　）　　の
欠陥を克服する。この関係は事実。

文献記載の理論的処理、すなわち次式から容易に求めら
れる。

式中、Ｒは反射能、Ｄは少数担体拡散率、Ｓは表面再結
合速度である。過剰担体密度△ｎ５は、フォトンエネル
ギーがバンドギャップより大きいかまたはこれと等しい
場合（ｈν＞Ｅｇ）、フォトンエネルギーに対する吸光
係数−の依存性が強いため、衝突光線のフォトンエネル
ギーｈνに依存する。

その際先行技術方法は１表面光電圧Ｖが過剰担体密度Δ
ｎ８の単調増加関数である、すなわちＶ＝ｆ（ΔｎＢ）
であると仮定し、定−表面電圧Ｖ＝ｃｏｎｓｔ　　が定
−担体密度Δｎ　Ｂ＝　ｃｏｎａｔに対応する、すなわ
ち Ｖ＝ｃｏｎｓｔ→Δｎ３＝：　ｃｏｎｓｔ、　　　　　
（３）と結論している。関係式（２）を用いると、条件
（３）は下記のようになることが示される。

φ（Ｖ＝ｃｏｎｓｔ）’：：Ｃｔ（１＋ｃｃ、　　Ｌ　
　）　　（４）式中＋　Ｃ，は吸光係数ぬと実際上無関
係な定パラメーターでアシ、次いで５Ｍ５ＰＶ法におい
て拡散長りの値を判定するために用いられるのはこの式
である。

しかし残念ながらＣＭＳＰＶ法は光電圧が常にΔｎ３の
単調増加関数であると仮定した点において誤差を生じや
すい。各種の表面効果のため、表面光電圧が担体密度Δ
ｎ８の増大に伴って低下する例が報告されている。さら
に、担体密度Δｎ８および吸光係数−に関する式（２）
におけるパラメーターＳ−ＤおよびＬ自身が、比較的高
い７オト／束においてはフォトン束の関数となり、この
ためこの理論定常状態式が乱れる可能性もある。これら
両現象はＣＭＳＰＶの仮定を無効にし、潜在的に測定誤
差を生じる。

さらにＣＭＳＰＶ法は各フォトンエネルギーにおける各
測定につき定電圧および対応するフォトン束を見出すこ
とを含む多工程法であシ、従って測定電圧に対応して光
束を制御するためにサーボ機構を採用し、手動操作様式
でオペレーターがかなりの努力を払ったとしても、かな
シの時間を要する。最後に、ＳＰｖを測定する先行技術
方法では１周囲光により導入される、測定拡散長値の誤
差およびノイズ効果を避けるために測定ステージを遮光
した状態で光電圧測定を行うという不都合さが要求され
る。

従って本発明の目的は、少数担体拡散長をよ゛り精確に
、信頼性をもって、よシ簡単かつ迅速に測定するための
方法および装置を提供することである。

（発明の要約〕 図面について簡単に述べる。

第１４図は本発明に従って直線約定フォトン束表面電圧
の逆数を逆数光係数の関数としてプロットしたものであ
る。

第１ｂ図は表面光電圧を定７オト／エネルギーについて
フォトン束および過剰担体密度の関数としてプロットし
たものである。

第１ｃ図は定フォトン束表面光電圧をフォトンエネルギ
ーの関数としてプロットしたものであり。

単調領域、および表面効果により生じた非単調領域を示
す。

第２α図は本発明に従って表面光電圧を吸光係数に対し
てプロットしたものである。

第２ｂ図は本発明に従って２種の異なるフォトン乗値に
つき（φ２＝２φ、〕２表面光電圧の逆数を逆数光係数
に対してプロットしたものである。

第２ｃ図は本発明に従って、光電圧で除した吸光係数を
吸光係数の関数としてプロットしたものである。フォト
ン束φ、＝２φ１である。

第６図は本発明に従って、既知の短い拡散長の半導体試
料につき、充電圧全吸光係数に対してプロットしたもの
である。

第４図は本発明方法の過程を示す模式図である。

第５図は拡散長測定システムのブロック模式図である。

第６ｔ＆図は試料表面の上方に配置された測定プローブ
の詳細断面図である。

第６ｂ図は光電圧測定中に予想される、試料表面に配置
された測定プローブの詳細断面図である。

第６ｃ図は軟質電極の詳細拡大図である。

（−船釣説明） 本発明においては、まずフォトン束に対する光電圧の直
線性を確認するために１種々のフォトン束につき誘導光
電圧を測定する。次いで、直線的な充電圧領域内の値の
定フォトン束を含む光を用いて、一連の選ばれたフォト
ンエネルギーにつき光電圧を測定し、フォトンエネルギ
ーに伴って単調増加するこれらの光電正値をそのフォト
ンエネルギーに対応する逆数光係数の関数としてプロッ
トする。少数担体拡散長は外挿してゼロ光電圧における
逆数光係数を見出すことにより判定される。

単調領域外の値は分析から除外され、これによって表面
効果による妨害が除かれ、拡散長の精確な判定が保証さ
れる。従ってこの方法は、異なる入射フォトンエネルギ
ーにおいて測定された表面光電圧から直接に拡散長を判
定するものである。

本発明の直線光電圧定フォトン束法は、フォトン束の測
定およびＳＰｖ信号の大きさを均等化する必要性が除か
れ、従ってよシ迅速かつ簡単であり、従って半導体集積
回路加工ラインにおける汚染の重要な判定に必要な多数
のウェーハにおける測定または各ウェーハにおける異な
る位置での測定にいっそう適しているという点で、定規
模表面光電圧法より改良されている。さらに本発明は拡
散長測定における表面効果または光強度効果のため生じ
る誤差（ｉｎａｃｃｕｒａｃｙ、　ｅｒｒｏｒ　）の危
険性が減少し、または除かれる。

（詳細な説明） 第１８、図について述べると、逆数光係数の関数として
の光電圧の逆数のプロット（一連のフォトンエネルギー
または波長に対応〕が示され、これにより少数担体拡散
長りが外挿によって判定される。単調増加基準を満たさ
ない点８（たとえばＶｎ　＜　Ｖｎ＋１−　第１ｄ図も
参照されたい〕は拡散長りの計算から除外される。

先行技術法、たとえばＣＭＳＰＶ法は２つの原因から誤
差の可能性を生じる。第１に特定の光電圧についての衝
突光線の強度が直線的な表面光電圧領域外にある可能性
がある。第２に表面効果のため光電圧がフォトンエネル
ギーの単調増加関数でない可能性がある。

式（２）および対応する式（４）の有効性は、事実低い
励起密度、従って低いフォトン乗値φに限られるにちが
いない。比較的高い励起密度ではノくラメ−ターＳ−Ｌ
およびＤはフォトン束φに依存するようになる。さらに
、拡散過程が単極拡散から二極拡散へ変化し、拡散長り
の意味および値が変化する可能性がある。高いフォトン
束については、光電正値も飽和して、表面電位バリヤー
の暗値（ｄａｒｋ　ｖａｌｕｅ　）　Ｖｏとデンバー電
位Ｖｄの和に等しい値ｖＳに近づく傾向を示す。この挙
動を第１ｂ図にフォトン束に対する表面光電圧の曲線と
して示す。これはフォトン束が高くなるほど飽和値ｖｓ
に近づく傾向を示す。表面光電圧法により測定した拡散
長りは照度に依存すること、さらにＣＭＳＰＶ法につい
ては選ばれた表面光電圧の値に依存することが認められ
た。妨害効果を除くためには、十分に低い照度において
表面光電圧測定を行うこと、および照度が測定パラメー
ターに影響を与えないことを証明する試験を行うことが
必要である。さらに、一定の光電圧においては過剰担体
密度△ｎ３　　も一定であるという仮定−式（３）。

これが定規模光電正性の精度にとって基本的である−は
必ずしも常に有効ではない。同一の光電正値が異なる値
の担体密度Δｎ３に対応する場合があるからである。こ
れについて以下に示す。

第１ｂ図を参照すると２光電圧はフォトンエネルギーが
一定に保たれている限り過剰担体密度Δｎｓ　（フォト
ン束φを変化させることにより変化させる）と共に常に
単調増加する。しかし第１ｃ図に示すように、いずれの
表面光電圧拡散長測定においても、異なるフォトンエネ
ルギーを用いた場合にＳＰｖ信号が最高値を越える可能
性がある。この条件では表面光電圧と担体密度Δｎ３の
関係はもはや独特なものでなく、むしろ同一の光電圧が
異なる値の担体に対応する可能性がある。

デンバー効果１表面欠陥、または裏面に対する残留光起
電力効果の関与、または半導体試料中に存在する内部接
点など幾つかの現象がこのような充電圧最大値へ導くで
あろう。

従って、光電圧が担体密度△ｎＢの単調関数であるとい
う仮定は定−光電正性、たとえばＣＭＳＰＶ法の有効性
を保証しないことが明らかである。この条件には、光電
圧がフォトンエネルギーｈνの単調増加関数でもあると
いう付加的要件が補足されていなければならない。信頼
性のある拡散長りの測定については、フォトンエネルギ
ーの測定範囲を選択するためにこの後者の条件を実験的
に証明して用いなければならない。

本発明の拡散長測定法は、照度を直線的充電圧簡単に次
式で表わされる直線的ＳＰＶ条件Ｖ＝Ａφ　　　　　　
　　　　（５〕 （式中、Ａは定数であり、■は光電圧である）を光電圧
とフォトンエネルギーとの（従って光電圧と吸光係数６
との）単調関係と組合わせると、定−光電圧を得るため
にフォトン束を測定する必要がなくなる。低強度範囲で
は表面光電圧と過剰キャリヤー密度との間に正比例関係
が成立つ。すなわち Ｖ　＝　Ａ、△ｎ　、　　　　　　　　　　　　＋６１
式５．６および２から次いで拡散長りの関数としての表
面光電圧に関する式（ｅｘｐｌｉｃｉｔｅｘｐｒｅｓｓ
ｉｏｎ　）が導かれる。。

す、これらの妨害現象をすべて認識し、それらの関与を
除いたものである。これらの条件下では以下に示すよう
に１表面光電圧と吸光係数の間に正比例関係が認められ
る。

（式中、φｅｆｆ　”φ（ｉ−ａ）は有効フォト／束で
ある〕。

本発明においては式（７）を用いて定フォトン束、φｅ
ｆｆ　”定数、光電圧測定値から直接に拡散長を判定す
ることができる。

第２ａ図には式（７）の有効性が証明される。有効フォ
トン束が各エネルギーにおいて電圧一対−φが直線範囲
になるのを保証するのに十分なほど低い同一値をもつ場
合にフォトンエネルギーｈν〉Ｅｇの入射光により誘導
される既知拡散長Ｌ＝９２μｍのＮ−型ＦＺシリコンウ
ェーかに関する光電正値を、吸光係数に対してプロット
する。

この図から明らかなように、実験値が式（７）を用いて
算出した理想曲線上に適正に乗る。

第２ｂおよび２０図について述べると、光電圧がフォト
ン束の直線関数となる２種のフォトン乗値に関する定フ
ォトン束において光電圧を観察したプロットにより、関
係式（７）を用いた少数担体拡散長りの２種の計算法が
立証される。

第２ｂ図においては、吸光係数の逆数に対してプロット
した誘導電圧の逆数から、第１８、図に関して先に述べ
たように吸光係数軸に外挿した拡散長りが得られる。こ
のプロットは式（７）の変形を示す。

第２ｃ図には吸光係数を光電圧で除したものぬ／ｖを吸
光係数乙に対してプロットしたものが示され、この場合
も拡散長りは図示されるように外挿により見出される。

これは式（７）の変形を示す。

以上から分かるように、両方法により正しいＬの値、９
２μｍが得られる。さらにこれらは２種の異なる値のフ
ォト／束φ１　およびφ、に関して同一のＬ＝９２μｍ
を与える。第２ｃ図の方法はプロットの各点がより広軸
なＸ軸にわたって広がっているという点で、第２ｂ図の
方法より好都合であるという利点をもつ。

式（７）の結果として生じる本発明の他の観点から。

第１に測定用に選ばれたフォトン束は実際に光電圧がフ
ォトン束の直線関数となるものであり、第２に拡散長り
の算出法に用いる適切な吸光係数値が選ばれたことを証
明しうる。この後者の関係は。

特定の半導体およびフォトンエネルギーに関し文献中で
数種の吸光係数値が得られるという事実に由来する。サ
リタス（Ｓａｒｉｔａｓ　）　　ら０光導電減衰および
表面光電圧法によるシリコンにおける少数担体拡散長測
定の比較”　Ｊ　、　Ａｐｐｌ　、　Ｐｈｙｓ。

６３（９１，１９８８に示されるように、不正確な値を
選ぶと必然的に拡散長の計算に際し誤差が生じる。

式（７）から、小さい値の拡散長Ｌ、すなわちｃｔ、し
く１については光電圧が吸光係数の関数であることが明
らかである。このような場合の吸光係数に対する光電圧
のプロットを短い拡散長（汚染のため）Ｌ＝１．１μｍ
をもつＮ〜型Ｆ’Ｚ−シリコン試料について第６図に示
す。これから分かるようにすべての点が直線プロット上
にあシ、これは光電圧がフォトン束の一次関数となるべ
く適正に選ばれたこと、および適正な値の吸光係数部が
用いられたことを示す。測定点が直線からはずれた場合
。

フォトン束または吸光係数の不適正な選択による拡散長
りの計算誤差が生じる可能性がある。従って、未知の半
導体試料について測定を行う前に（または後に〕既知の
攪散長の短い半導体試料につき吸光係数に対する光電圧
を測定することにより１選ばれたフォトン束および吸光
係数を検査する方法を提供する。

第４図について述べると１本発明方法の好ましい形態が
より詳細に記載される。拡散長りの判定のための−Ｘｔ
圧測定の前に、２種の７才トン束φ。

およびφ２の白色光を支持体表面に当て、光電圧Ｖ、お
よびｖ２を測定する。比■１／■２が実質的に比φ、／
φ２に等しい場合（たとえば５係以内〕、光電圧とフォ
トン束φの関係は第１ｂ図に示す直線領域内にあると考
えられる。ここに述べた同等性が成立しない場合、入射
白色光を減衰させ、測定を反復する。直線性測定のため
に白色光を用いる利点は、測定に用いる分析用波長がす
べてこのビーム内に含まれることである。従って特定の
波長に特有であると思われる直線性に対する効果が効果
的に説明される。

強度が直線範囲内にある場合、ウェーノ・を漸増するエ
ネルギー、すなわちｈν、くｈν４＜ｈ’５くｈνａ　
＜　ｈν’ｒ　＜　ｈν８　を有し、それぞれの有効フ
ォトン束が同一定数である数種のフォトンエネルギーｈ
ν、・・・ｈν８　の光線で順次照明する。

光電圧Ｖ、　−Ｖ、が直ｉｔａ囲内にあるのを保証する
ために、選ばれるフォトン乗値は低い方の白色光試験フ
ォトン束φ２　より低い。攪散長を計算する前に光電圧
を分析して、各測定電圧が先に測定したものより大きい
ことを確認する。たとえば第１８、および４図のＶ、の
ようにこの関係が成立しない場合、これらの電圧は拡散
長りの計算から除外される。

第５図について述べると、本発明に従ったシリコンウェ
ー・・の少数担体拡散長測定用装置の好ましい形態が示
される。これは測定区域１２に保持されたウェーハ１１
に衝突する放射線を発生するための光源１０、個々の光
電圧を測定するためのロックイン増幅器４８を虐むエレ
クトロニクスシステム１４、少数担体拡散長および半導
体汚染係数の計算を含む各種の計算を行うための、かつ
所望により測定システムを制御するためのデータ処理ス
テーション１６からなる。

光学システム１０は好ましくは光源ハウジング２０内に
保持された石英ノ・ロゲン電球１８を用いる。この電球
により発生する放射線は集束され、まず光源ハウジング
２０内に保持されて５〜１００Ｍｈｚ　の選ばれた周波
数で操作される回転チョッパー２２を通過する。チョッ
パーに続いて、アセンブリー２３内に保持された光線強
度減衰器、アイリス絞り２３、および目盛付き可変中濃
度フィルター２８がある。減衰器は光線強度を下記のよ
うに直線性測定法において増大または低下させるために
使用しうる。

フィルターを通過したのち減衰したビームを。

周知のケーブル固定法によりフィルターアセンフリー２
３に接続した第１ガラス繊維オプチカルケーブル６０上
に収束させる。ケーブル３０はチョッパーにより変調さ
れた線源からの放射線を波長選択に用いられるフィルタ
ーホイール６６へ伝送する。フィルターホイール中の各
フィルターは。

狭帯域フィルターおよび注文生産した一組の濃度フィル
ターからなり、前者は単色光を保証し、後者は定フォト
ン束φ８Ｈ＝　ｃｏｎｓｔ　　ｋ得るために用いられる
。

フィルターホイール６６のフィルターを通過したのち、
少数担体拡散長を測定する光電圧測定の場合は実責的に
単色光であると思われるビームをファイバー第１デカル
ケーブル６８に結合させ。

これは放射線を測定ステージ１２へ同ける。この好まし
い形態においてフフイバーオプチ力ルケーブルの使用は
、通常の開放式光学設計の場合遮光しなければ測定誤差
およびノイズ増加の原因となる可能性のある周囲光線か
ら完全に遮光する必要はないという点で、装置上特別な
利点をもたらす。

ステージ１２において、ウェーハ１１に入射する光線は
光電圧を発生し、これはプローブ６６により検出され、
結合５０によりエレクトロニクスシステム１４中のロッ
クイン増幅器４８に結合する。エレクトロニクスシステ
ムはさらに、結合５８によりロックイン４８に対する対
照信号を与える光源チョッパーに対する制御を含む。さ
らに第５図について述べると、フィルターホイール６６
の正面図が図示され、１〜８と表示した８個のフィルタ
ーが含まれるものとして示されており。

これらはノブ６２を回すことによりオズチカルケーブル
３０の放射線路に選択的に配置することができる。直線
性検査のために用いるフィルターたとえば１および２は
白色光を透過し１強度比Ｉ、／Ｉ、　＝２．００±０．
０５　をもつ。フィルター６〜８は単色光を透過する狭
帯域（半値幅、たとえば＜　０．０１　ｅｖ　）　干渉
フィルター、および少数担体拡散長測定に用いる±２％
以内の類似のフォトン束を保証する注文生産した濃度フ
ィルターからなる。シリコンウェーハの拡散長りを測定
するためのフィルター特性の組の例を下記の第１表に示
す。

ホイール 第　　Ｉ　　表 フォトン　　　　有効フォトン束出力 ３　　　　　１．２１０　　　　　　１．００４　　　
　　１．２４０　　　　　　０．９Ｂ５　　　　　１．
２３９　　　　　　　１．０２３　　　　　１．３０３
　　　　　　１．００７　　　　　１．３４０　　　　
　　０．９９８　　　　　１．３８０　　　　　　　１
．０１測定ステ＝ンヨン１２は、たとえばウェーハを支
持する回転ポジショナ−により、ウニ−７・面に回転運
動（ｄ）を与える。ウニ−・・１１自身は電気的に接地
されたアルミニウムベース８８上に固定されている。回
転ポジショナ−６４は、ウェーハ面で矢印Ｘの方向に直
線運動しうるステージ上に支持されている。このステー
ジはさらに、放射線をウェーハ表面に向け、誘導された
光電圧を検出するためのオプチカルケーブル３８を受容
するプローブ６６全包む。このプローブは矢印で示すよ
うにプローブをＺ方向に上下させうる垂直ポジショナ−
上に支持されていてもよい。

上記装置において少数担体拡散長を測定するための好ま
しい方法は、光線強度の関数としての光電圧の直線性を
確認し、次いでそれぞれからの放射線の有効フォトン束
が一定であり、かつ直線範囲内にある６種の異なるフォ
トンエネルギーにつき光電圧を測定する。最後に、種々
の波長における光電圧をあらかじめ測定し、特定の波長
における遊牧光係数の関数として光電圧をプロットし。

そして第１ｃＬ図に関して先に述べたようにこのプロッ
トをＸ軸に対して外挿することにより、少数担体平均寿
命、拡散長および／または汚染係数の計算を行う。

適正に処理されたウェーハ（たとえばＰ−型ウェーハに
ついてはＢＨＦ中で酸化物層を除去し。

Ｎ−型ウェーハについてはさらにに、　Ｍｎ　Ｏ，中に
１〜２分間浸漬し、または脱イオン水中で１５〜４５分
間煮沸して、表面バリヤー高さを安定化することにより
）をステージ台に乗せ、プローブ電極がウェーハに接触
する状態にプローブ６６を下降させる。フィルターホイ
ール６６は位置１．すなわち直線性検査のための第１フ
イルターの位置に調整される。ロックイン４８をチョッ
パー処理信号と同調すべく調整したのち、減衰器を調整
して光電圧の大きさを低下させる。位置１に対応する光
電圧の読みＶ、を記録し、フィルターホイールを位置２
へ移動させ、そして光電圧Ｖ２　を測定し、記録する。

これらのフィルターにより透過する白色光の強度比は前
記のようにＩｔ　／　Ｉｔ　”２．００±０．０５　で
ある。次いで光電圧ｖｌおよびＶ２　　をコンピュータ
ーに導入し、下記が成立する場合は直線性試験に合格す
る。

１．９５≦Ｖ、／Ｖ、≦２．０５ 電圧がこの範囲内にない場合、減衰器をさらに調整して
入射光線の強度を低下させ、ｖｌおよびｖ２の値を再び
測定する。

拡散長を判定するための光電圧測定のためには、フィル
ターホイールを順次位置６から８へ移動させ、得られた
充電圧値を測定し、記録する。

この形態においてキャリヤー長りを計算するためには、
この方法は下記の条件に応じてデータ点２．６，４．５
または６個を使用しうる。

ｖｌ　＜　”４＜　ｖ５　＜　”ａ　＜　ｖ？　＜　”
ａ　テｈル場合、６点すべてがデータ処理に用いられる
。しかしｖａが表面効果により影響を受ける場合は Ｖａ　＜　ｖｌ　＜　”ｓ　＜Ｖａ　＜　ｖ７　＞　ｖ
ａ　テアリ、この系はｖａ　　を除外し、データ処理に
５点を用いる。

Ｖ７　およびｖａ　　が双方とも表面再結合効果により
影響金堂ける場合は ■！　＜”４　＜　’Ｐ　＜”ａ　＞　Ｖ？　＞　Ｖｓ
　テｈ’）、この系はＶ７　およびＶｓ　　を除外し、
残り４点をブタ処理に用いる。

これが表面効果により影響を受けた光電圧データを除外
するための好ましい形態の１つにすぎないことは当業者
には明らかであろう。本発明の範囲から逸脱することな
く他のより複雑な計算法を実施することもできる。

有効な点、すなわち上記基準に従う電圧を用いて、吸光
係数の逆数の関数としての光電圧の逆数１／Ｖの最小二
乗適合処理を行い、切片（１ｎｔｅｒｃｅｐｔ）を判定
し、拡散長として報告する。

少数担体平均寿命（τ）もＮ−型シリコンの正孔および
Ｐ−型シリコンの電子につき１式（１１ならびに既知の
値の電子および正孔移動度、それぞれμ。およびμｐを
用いて計算することができる。

室温測定に対応した近似式は 電子については　ガ＝０．５ｘＬ２ｘ　１０’　μ８正
孔については　τｐ＝　　１　ｘ　Ｌ２ｘ　１０４　μ
８であり、ここでＬはμｍで表わされる。

汚染係数ＣＦ）は対照の水に対する再結合中心（汚染物
質〕の濃度の相対的増大の尺度を与える。

汚染係数の計算については、清浄な（汚染していない〕
ウェーハにおけるＬ　ｒｅｆの値を使用しうる。

従って汚染係数Ｆは次式により与えられる。

Ｆ＝　（Ｌｒ、４　／Ｌ　）２−１ 本発明の他の観点では１周囲光に暴露された試料素材に
つき、半導体試料のビームが入射する領域のみを遮光す
ることにより、ＳＰＶを測定しうるプローブが提供され
る。

ここで第６Ｇおよび６ｂ図について述べると。

それぞれ光電圧測定中に予想されるウェーハ表面の上方
およびウェーハ表面上に配置されたプローブの詳細断面
図である。プローブ本体は光に対して透過性でない暗色
プラスチックなどの材料から構成され、密封状態で、ま
たは一般の結合具により結合しうるファイバーオプチッ
クケーブルを受容するための第１開ロ６８、および第１
開口の反対側に配置された。供給された放射線を垂直方
向に向けるための第２開ロア０からなる。第２開ロア０
はウェーハ上に光電圧探査スポットヲ定め、この探査面
積△Ｓはこの開口の横断面積にほぼ等しい。好ましくは
第」開口と第２開口の間、およびファイバーオプチック
ケーブルがプローブ本体内で終結している地点を越えた
位置に、第２開口を通る均一な放射線ビームを形成する
ためのレンズ９０が備えられている。第２開口の周りに
、開ロア０より実質的に大きな外径をもつベース領域７
２が備えられてお９．たとえばベース７２の外径は好ま
しくは約２５ｍｍ、　Ｔ＋であり、一方間口７０の直径
は約２肋、Ｔ２　である。

このプローブは第６ｃ図にいっそう詳細に示すように、
ウェーハに面した。たとえばインジウム−スズ酸化物の
導電面を備えた。第２開ロア０を横切って配置された透
明なプラスチックフィルムから作成された半透明、軟質
箔状光電圧ピックアップ電極７４をさらに備えている。

当技術分野で知られているように、インジウム−スズ酸
化物被膜の代替である薄い金属製の透明なフィルムをウ
ェーハに面して、誘電スペーサーと共に使用できる。

この電極は第１末端が固着領域７６においてベース７２
に固着し、第２末端がベース内のクリアスロット７８に
滑りはめされる。電極は第６α図に示すようにプローブ
がウェーハと接触していない場合はその形状によって、
これがベース自体を越えて広がった状態で、ベース付近
に柔軟に張られている。プローブベース：７：ｌ：さら
に第２開口の周りに切欠き領域８０を備えており、電極
はそこから広がっている。電極上の導電性インジウム−
スズ酸化物層は固着領域７６付近に接続したロックイン
に接続している（第５図の結合５０により〕。

光電圧測定前に１０−ブ６６を垂直ポジショナ−の調整
によりウニ−・・表面へ下降させる。表面と接触すると
、電極７４はベース表面８４がウェーハと接触するまで
スロット７８内へ滑す込み、電極７４は第４ｂ図に示す
ように切欠き領域８０内に収容される。

光電圧測定に際しては、変調された放射線が電極を透過
してウェーハ表面へ向けられ、ここで光電圧が誘導され
、電極により測定される。ベース８４の幅は、ビームに
より画像化され、そしてピックアップ電極により測定さ
れるウェーハ領域よりはるかに大きなウェーハ表面に接
触しているので、漂遊バックグラウンド光は呼掛けられ
た表面領域から遮断されており、これにより測定に際し
てのノイズ水準が低下する。この設計は１周囲光の存在
下での使用を可能にし、これによりウェーハ全体を遮光
するという不便さが避けられることによって、従来の表
面光電圧プローブより著しく改良されている。

好ましくは第６ａ〜６０図について述べたプローブは第
５図について述べた装置に用いられる。

このプローブはビームにより呼掛けられた部分のウユー
ハから周囲光を効果的に遮断し、かつ第５図の装置はビ
ームの伝達のためにファイバーオプチクスを用いている
ので、周囲光内での操作が可能であることにより測定が
便利になり、一方では低いノイズ水準が維持され、拡散
長を精確に測定することができる。

以上の教示を考慮して本発明を種々に変更および修正す
ることができる。従って本発明の範囲はここに述べた詳
細に限定されるものではなく、詳述されたものと異なる
態様で実施することができ、特許請求の範囲によっての
み限定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１．図は本発明に従って直線約定フォトン束表面電圧
の逆数を逆吸光係数の関数としてプロットしたものであ
る。 第１ｂ図は表面光電圧を定フォトンエネルギーについて
フォトン束および過剰担体密度の関数としてプロットし
たものである。 第１ｃ図は定フォトン束表面光電圧をフォトンエネルギ
ーの関数としてプロットしたものであシ、単調領域、お
よび表面効果により生じた非単調領域を示す。 第２ａ図は本発明に従って表面光電圧を吸光係数に対し
てプロットしたものである。 第２ｂ図は本発明に従って２種の異なるフォトン末位に
つき（φ、＝２φ１〕１表面光電圧の逆数を逆吸光係数
に対してプロットしたものである。 第２ｃ図は本発明に従って、光電圧で除した吸光係数を
吸光係数の関数としてプロットしたものである。フォト
ン束φ２＝２φ１　である。 第６図は本発明に従って、既知の短い拡散長の半導体試
料につき、光電圧を吸光係数に対してプロットしたもの
である。 第４図は本発明方法の過程を示す模式図である。 第５図は拡散長測定システムのブロック模式図である。 第６ａ図は試料表面の上方に配置された測定プローブの
詳細断面図である。 第６ｂ図は光電圧測定中に予想される、試料表面に配置
された測定プローブの詳細断面図である。 第６ｃ図は軟質電極の詳細拡大図である。 第５〜６ｃ図において番号は下記のものを表わす。 １０：光源　　　　　１１：ウェーハ １　２　　１ｊｔｌｌ定１ｆｆＹ　　　　　　１　４　
　：　　エレクトロニクスンステム１６　　データ処理
ステーション　′１８　：電球２０　光源ハウジング　
　２２：回転チョッパ＝２３　アイリス絞り　　　２８
：中濃度フィルター６０　　オプチカルケーブル　　６
６　：　フィルターホイール６８、ファイバーオプチカ
ルケーブル ４８：ロックイン増幅器 ６６：プローブ　　　６８：第１開ロ ア０：第２開口　　　７２：ベース領域７４：電極　　
　　　７６：固着領域 ７８ニスロツト　　　８０：切欠き領域。 口面の４亡（内容に変更なし） ７ストノエオルイー ｈＶ、（ｅｖ） Ｏ〈（ｐｍ−リ ＦＩＧ、２ａ Ｏ〈（ｃｍ−り 日Ｇ、３ ＦＩＧ、５ （″Ｘ摩運セ 手 続 補 正 杏 １、事件の表示 平成１年特許願第２１７１８６号 ２゜ 発明の名称 直線状定フォトン束光電圧測定値から少数担体拡散長を
判定するための方法および装置 ３゜ 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 氏　名　　ジャセック・ジエイ・ラボ−スキ４、代 理 人 住 所 東京都千代田区大手町二丁目２番１号 新大手町ビル　２０６区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体の表面を異なるフォトンエネルギーの単色放
   射線のビームで順次照明して表面光電圧を誘導し： 異なるフォトンエネルギーの上記放射線は実質的に等し
   いフォトン束のものであり； 上記光電圧を測定し；そして 上記光電圧をその半導体につき上記フォトンエネルギー
   の吸光係数の関数として分析して、少数担体拡散長を演
   繹する 工程からなる、半導体材料の試料の少数担体拡散長を判
   定する方法。 ２、さらに、光電圧をフォトン束の関数として分析し；
   そしてこの分析に基づいて異なるフォトンエネルギーの
   フォトン束を選ぶ工程を含む、請求項１に記載の方法。 ３、さらに、光電圧がフォトン束の一次関数である範囲
   からフォトン束を選ぶ工程を含む、請求項２に記載の方
   法。 ４、さらに、少なくとも２種の異なる水準のフォトン束
   につき、白色光ビームを半導体に衝突させ。 これら２水準の白色光ビームにより誘導される光電圧を
   検出し、そして これら２種のフォトン束に対する電圧を比較する 工程を含む、請求項１に記載の方法。 ５、上記の比較が、少なくとも一比率の電圧を少なくと
   も一比率のフォトン束と比較することを含む、請求項４
   に記載の方法。 ６、少なくとも一比率の電圧と少なくとも一比率のフォ
   トン束が実質的に等しい場合にそのフォトン束が選ばれ
   る、請求項５に記載の方法。 ７、さらに、光電圧をフォトンエネルギーの関数として
   分析し、該波長のフォトンエネルギーに対する光電圧の
   単調増加プロットに該当しない光電圧を除外する工程を
   含む、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。 ８、光電圧の分析が第１光電圧と第２光電圧を比較する
   ことを含み、 その際第１光電圧は第２光電圧より低いフォトン束によ
   り誘導されたものであり、そして 第２光電圧が第１光電圧より低い場合は第２光電圧を除
   外するものである、 請求項７に記載の方法。 ９、第１光電圧と第２光電圧が実質的に等しい場合に第
   ２光電圧を除外する、請求項８に記載の方法。 １０、さらに、半導体試料表面上の複数の位置における
   少数担体拡散長を測定して該試料の拡散長のマップを作
   成する工程を含む、請求項１に記載の方法。 １１、さらに、既知の短い拡散長を有する半導体試料に
   つき誘導光電圧を測定し、 上記の既知の拡散長を有する半導体試料につき、光電圧
   を前記フォトンエネルギーに対応する吸光係数の関数と
   して分析し、そして この分析により得られる少数担体拡散長の測定値の有効
   性を判定する 工程を含む、請求項１に記載の方法。 １２、判定が、吸光係数に対する光電圧の実質上直線的
   なプロットを与えない吸光係数を除外することを含む、
   請求項１１に記載の方法。 １３、判定が、光電圧が吸光係数の一次関数でない場合
   にそのフォトン束を除外することを含む請求項１１また
   は１２に記載の方法。 １４、半導体表面の少なくとも一部を異なるフォトンエ
   ネルギーの単色放射線ビームで順次照明して光電圧を誘
   導するための照明手段であって、該照明手段が、異なる
   フォトンエネルギーにおいて実質的に等しいフォトン束
   を有する放射線を供給しうるもの； 光電圧を検出しうる検出手段； 半導体につき上記の異なるフォトンエネルギーの吸光係
   数の関数として光電圧を分析して少数担体拡散長を演繹
   するための分析手段 からなる、半導体材料の試料の少数担体拡散長を検出す
   る装置。 １５、照明手段が放射線を半導体材料へ向けるためのフ
   ァイバーオプチックケーブルを含む、請求項１４に記載
   の装置。 １６、分析手段がさらに光電圧をフォトン束の関数とし
   て分析しうるものであり；かつ フォトン束がこの分析に基づいて選ばれる、請求項１５
   に記載の装置。 １７、電圧が強度の一次関数である範囲から強度が選ば
   れる、請求項１６に記載の装置。 １８、照明手段が半導体に少なくとも２水準のフォトン
   束の白色光ビームを衝突させるべく調整され、検出手段
   が上記水準の白色光ビームにより誘導される光電圧を検
   出すべく調整され、かつ分析手段が該電圧を該フォトン
   束と比較すべく調整されている、請求項１５に記載の装
   置。 １９、上記の比較が、少なくとも一比率の電圧を少なく
   とも一比率のフォトン束と比較することを含む、請求項
   １８に記載の装置。 ２０、少なくとも一比率の電圧と少なくとも一比率のフ
   ォトン束が実質的に等しい場合にそのフォトン束が選ば
   れる、請求項１９に記載の装置。 ２１、検出手段が、 放射線に対して不透明な材料から作成されたハウジング
   からなり； 該ハウジングが目的の線源からの光を受容するための開
   口を備えた、支持体から遠方にある第１側、およびこの
   光を半導体表面へ向けるための開口を備えた、支持体に
   近接した第２側を含み；第２側が、第２開口を横切って
   配置された軟質の透明な電極、および光電圧を測定する
   ために支持体上にプローブが配置された際に電極が上記
   の近接末端と接触する状態で軟質電極を受容するための
   、第２開口の周りの中空領域を含み； 第２末端がさらに、第２開口からの放射線に暴露された
   支持体領域から周囲光を効果的に遮断するために、第２
   開口より実質的に大きな外径のものである、 請求項１４に記載の装置。 ２２、軟質電極がプラスチックフィルムの第１層および
   導電性材料の第２層からなり、光電圧測定に際して第２
   層が半導体と接触する、請求項２１に記載の装置。 ２３、さらに、半導体試料表面上の複数の位置における
   少数担体拡散長を測定して該試料の拡散長のマップを作
   成するための手段を含む、請求項１４に記載の装置。 ２４、目的の線源からの光線を受容するための開口を備
   えた、支持体から遠方にある第１側：　該光線を半導体
   表面へ向けるための開口を備えた、支持体表面に近接し
   た第２側からなり：　第２側が、第２開口を横切って配
   置された軟質の透明な電極、および光電圧を測定するた
   めに支持体上にプローブが配置された際に電極が上記の
   近接末端と接触する状態で軟質電極を受容するための、
   第２開口の周りの中空領域を含み： 　第２末端がさらに、第２開口からの放射線に暴露され
   た支持体領域から周囲光を効果的に遮断するために、第
   ２開口より実質的に大きな外径のものである、 半導体表面における光電圧を測定するための装置。 ２５、軟質電極がプラスチックフィルムの第１層および
   導電性材料の第２層からなり、光電圧測定に際して第２
   層が半導体と接触する、請求項２３に記載の装置。