JPH0342851A - 少数キヤリアの界面再結合速度決定方法 - 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、半導体と他の物質との間の界面における少数
キャリアの再結合速度を決定する方法に関する。

〔従来の技術〕

少数キャリアの界面再結合速度Ｓは、少数キャリアが界
面で再結合により消滅する速度の尺度である〔スゼー（
Ｓ、　Ｍ、　５ｚｅ）著、「フィジックスオブ・セξコ
ンダクターズ（Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｏｆ　Ｓｅｍ１ｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒｓ）　Ｊ　Ｗｈｉｌｅｙ−１ｎｔｅｒｓｃ
ｉｅｎｃｅ　Ｐｕｂｌ、出版）。

この速度は界面状態密度Ｎ、すなわち禁止帯中における
電気的な活性状態での密度に比例する。

例えばＳ　ｉ　−Ｓ　Ｉ　Ｏｘのような界面をその電気
特性に関して特徴づけるには、Ｓ又はＮは重要なファク
タの１つである。これによって集積回路におけるトラン
ジスタの電気特性及び長時間的挙動は影響される。更に
界面再結合速度Ｓは、マイクロエレクトロニクデバイス
の製造に際しての層の製法を監視する際の対照規準とし
ても使用することができる。

Ｓを決定するには不純物分光法（深い準位濾過分光法＝
ｄｅｅｐ　１ｅｖｅｌ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　５ｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ　−ＤＬＴＳ）を使用することができ
る。この方法はジョンソン（Ｎ、　Ｍ、Ｊｏｈｎｓｏｎ
）の論文、ｒＪ、　Ｖａｃ。

Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈ、」２１　　（１９Ｂ２）、３０３
に示されている。このためには半導体にＭＯＳコンデン
サを装備する必要がある。金属ゲートに交流電圧を印加
し、直流電圧に重畳すると、第１半位相の界面状態は電
荷キャリアで満たされ、第２半位相の界面状態は半導体
の伝導帯に放出される。この放出率が温度範囲を越えて
測定される場合、これから界面状態密度及び再結合速度
を決定することができる。

再結合速度を決定する第２の方法は、電子−正孔対の熱
的発生にその原因を有するＭＯＳコンデンサの容量の時
間的変化を測定することにある〔ラバニー（に、　Ｓ、
　Ｒａｂｂａｎｉ）その他著「ソリッド・ステート・エ
レクトロニクス（Ｓｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　［！１ｅｅ
ｔｒｏｎｉｃｓ）Ｊ　２４　（１９８１年）、６６１頁
参照）。

これらの方法は特殊な試験構造体を必要とし、また僅か
な位置分解能で測定する場合には多くの時間を要する。

〔発明が解決しようとする＆！Ｊ、題）従って本発明の
課題は、半導体と他の物質との接触面における少数キャ
リアの再結合速度を決定するための、試験構造体を必要
としない高い位置分解能を有する簡単な方法を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は、半導体結晶体の前面に第１半室を、半導体
結晶体の背面に第２半室を取り付け、その際両半室は電
解液で満たすことができ、少なくとも第２半室は１個の
電極を含み、電解液で満たされており、電解液は電極及
び半導体結晶体の背面と接触しており、少なくとも第２
半室中の電極は１個の電圧源及びオーム接触部を介して
半導体結晶体に接続されており、電圧源で直流電圧を印
加し、それにより半導体結晶体の背面に遮断可能の空間
電荷領域を生ぜしめ、前面を光源で照射することにより
半導体と他の物質との界面における少数キャリアの再結
合速度を決定する方法において、第１測定工程で第２半
室を電解液で満たし、第２半室内で電極と背面との間を
流れる第１光電流を測定しまた第２測定工程で双方の半
室を電解液で満たし、第２半室内で電極と背面との間を
流れる第２光電流を測定する二工程測定法を利用し、こ
れから数理方程式： ％式％（） Ｓ＝電荷キャリ゛？の拡散少数、α＝光の吸収定数、Ａ
＝＋！／ｌ！　　’−第２光電流と第１光電流との比、
Ｌ−拡散距離、Ｘ−ウェハーの厚］を用いて界面再結合
速度を決定することによって解決される。

〔実施例〕

次に本発明を図面に示した実施例に基づき更に詳述する
。

第１図によれば半導体結晶体（いわゆるウェハー）３は
、電解液５．６で満たすことのできる２個の半室ｌ、２
間に存在する。電解液としては例えば２％弗化水素酸を
、湿潤剤を加えて使用することができる。第１半室ｌを
電解液で満たした場合、電解液は電極７及びウェハー３
の前面９と接する。ウェハー３はオーム接触部４を介し
て直流電圧Ｒ１３に接続され、直流電圧源の他極は電流
計１１を介して電極７と接続されている。ウェハー背面
１０に接する第２半室２も同様に構成されている。すな
わち電解液６中の電極８は電流計１２を介して直流電圧
源１４と接続され、その他極は同様にオーム接触部４を
介してウェハー３に接続されている。各半室内で電解液
は撹拌及び排気可能である（図示されていない）。

直流電圧源１４に、ウェハー背面１０で遮断可能の空間
電荷領域が生じるように、電圧を印加する（例えばｐシ
リコンウェハーの場合接触部４に約−５ｖを印加する）
、この時点で前面９を光源１５の可視波長の光線で照射
すると、電子−正孔対が薄層（１〜２μ）に生じる。少
数キャリアはウェハー背面１０にまで拡散され、半室２
中に、電流計！２で測定される光電流１□を生しる。光
電流は公知のウェハー厚さの場合、半導体３中における
少数キャリアの拡散距離り及びウェハー前面９における
界面状態密度Ｎに影響される。第１半室１を電解液５で
満たすことによってＮは、生じた少数キャリアが前面９
に無視し得る程度に再結合するにすぎないほど、僅かで
ある。すなわちＩｔ−Ｌ　　（Ｌ）である。

しかし測定半室ｌが電解液で満たされていない場合には
、任意の界面（例えばシリコンウェハーが酸化されてい
る場合５ｔ−３ｉＯ３）に存在する界面状態は、背面１
０で測定された光電流■。

に強い影響を及ぼす可能性がある。この事実はレーマン
（Ｖ、　Ｌｅｈｓａｎｎ）及びフェル（Ｈ，Ｆｉｉｌｌ
）の論文ｒＪ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、
　Ｊ、１３５　（１９８８）第２８３１頁に詳述されて
いる。この場合に測定された電流ｈ　′は拡散路ｔ％Ｉ
Ｌ及び界面再結合速度Ｓの関数、すなわちＩＮ　　””
Ｉｔ　　′　（Ｌ’Ｓ）である。

順次に実施するＩ２及びＩ□　′の測定から再結合速度
Ｓを検出するには、更に拡散路＃Ｌを求めなければなら
ない、これは欧州特許出願公開第０２９５４４０号明細
書に記載されている方法により有利に行うことができる
。半室ｌ、２を満たし、付加的に前面光電流１１を電流
計１１により測定する。すなわち直流電圧源１３を用い
てウェハー３の前面９に遮断可能の空間電荷領域を生ぜ
しめ、光ｆｌ１５により照射することによって光電流ｌ
。

を前面半室ｌ内に生ぜしめる（背面半室２は接続されて
いない）、これは実際に拡散距離りからもまた第１半室
１が満たされていることから界面状態密度Ｎからも影響
されることはない、電流の強さ■、及びｈから拡散路１
！ｉＩＬを算出することができる。

拡散距離りが例えば他の測定からすでに知られいる場合
、第１半室の電流回路は必要ない、この場合直流電圧源
１３、電流計１１及び電極７は省くことができる。

界面再結合速度Ｓは、し、■２及びＩｔ　　′から数理
方程式： ％式％（） Ｓ＝電荷キャリアの拡散定数、「−光の吸収定数、Ａ”
　Ｉ　ｔ　／　＋　！　　’−第２光電流と第１光電流
との比、Ｌ＝拡散距離、Ｘ＝ウェハーの厚さ〕を用いて
算出する。ウェハーを２回の測定工程で全面的に照射し
た場合、そのウェハーのＳの平均値が得られる。集束さ
れた光線又はレーザ光線を用いて前面を走査した際、再
結合速度Ｓを位置分解的↓こ決定することができる。

Ｓの測定は次のようにして実施することもできる。すな
わち第１測定工程で、半室１を電解液で満たすことなく
、背面光電流Ｉｔ　　′を測定する。

前面９をヘリウム−ネオンレーザ光源１５の光線で走査
する。測定値はウェハーの各点に関し個々に記憶する。

第２測定工程で第２半室を２％ＨＦで満たす（場合によ
っては半導体ウェハー上の層を予め溶解する）。背面光
電流り及び前面光電流ＩＩを位置分解的に測定する。■
２及びＬから、欧州特許出願公開第０２９５４４０号明
細書に記載されているように、拡散距離りを検出する。

これから前記の数理方程式により界面再結合速度Ｓを位
置分解的に決定する。

測定結果に関する例を第２図ないし第４図に示す、未処
理のＳ＋ウェハーを半分だけ約１分間稀ＨＦｉ液内に保
ったく第２図の右半分〉０次いで上記のようにして１２
　′及びＩ、を測定した９点状に測定した電流を第２図
及び第３図にグレイトーンスケールで示す、この場合ス
ケールは双方の図面で相異している。界面状態での再結
合によりウェハーの未処理面におけるＩ、゛は極めて小
さいが（第２図）、処理した従って実際に酸化されてい
ない面はより高い値を示す、すなわち界面状態は飽和さ
れていることから、■、値は一層高い（第３図）、前記
の数理方程式による量的分析は再結合速度Ｓの位置分解
測定結果であり、これは第４図に示されている。Ｓの平
均値は未処理の表面に対しては３．８・１０ｈｃｍ／秒
であり、またＨＦで処理した表面に対しては１．３・１
０３ｃｍ／秒である。

【図面の簡単な説明】

第１図は電解液二重室の略示横断面図、第２図ないし第
４図はシリコンウェハーを介しての位置分解測定写真図
であり、第２図は前面半室が電解液で満たされていない
背面光電流■アの測定写真図、第３図は前面半室が電解
液で満たされている前面光電流Ｉ！の測定写真図、第４
図は再結合速度Ｓの測定写真図である。 ｌ・・・第１半室 ２・・・第２半室 ３・・・半導体結晶体（ウェハー） ４・・・オーム接触部 ５．６・・・電解液 ７．８・・・電極 １１．１２・・・電流計 １３．１４・・・直流電圧源 １５・・・光源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体結晶体（３）の前面（９）に第１半室（１）
   を、半導体結晶体（３）の背面（１０）に第２半室（２
   ）を取り付け、その際両半室は電解液（５、６）で満た
   すことができ、少なくとも第２半室（２）は１個の電極
   （８）を含み、電解液（６）で満たされており、電解液
   は電極（８）及び半導体結晶体（３）の背面（１０）と
   接触しており、少なくとも第２半室（２）中の電極（８
   ）は１個の電圧源（１４）及びオーム接触部（４）を介
   して半導体結晶体（３）に接続されており、電圧源（１
   ４）で直流電圧を印加し、それにより半導体結晶体（３
   ）の背面（１０）に遮断可能の空間電荷領域を生ぜしめ
   、前面（９）を光源（１５）で照射することにより半導
   体と他の物質との界面における少数キャリアの再結合速
   度を決定する方法において、第１測定工程で第２半室（
   ２）を電解液で満たし、第２半室（２）内で電極（８）
   と背面（１０）との間を流れる第１光電流（Ｉ＿ｚ′）
   を測定しまた第２測定工程で双方の半室（１、２）を電
   解液で満たし、第２半室（２）内で電極（８）と背面（
   １０）との間を流れる第２光電流（Ｉ＿ｚ）を測定する
   二工程測定法を利用し、これから数理方程式： Ｓ＝（Ｄα（１−Ａ））／（Ａ−αＬｔａｎｈ（Ｘ／Ｌ
   ））〔式中Ｄ＝電荷キャリアの拡散定数、α＝光の吸収
   定数、Ａ＝Ｉ＿ｚ／Ｉ＿ｚ′＝第２光電流と第１光電流
   との比、Ｌ＝拡散距離、Ｘ＝ウェハーの厚さ〕を用いて
   界面再結合速度を決定することを特徴とする少数キャリ
   アの界面再結合速度決定方法。 ２）照射を全面的に行うことを特徴とする請求項１記載
   の方法。 ３）光線を半導体結晶体（３）の前回に集束させ、これ
   を走査することにより位置分解測定を実施することを特
   徴とする請求項１記載の方法。 ４）光源（１５）としてレーザを使用することを特徴と
   する請求項１ないし３の１つに記載の方法。 ５）電解液（５、６）として濃度Ｃ≧０．５％の稀弗化
   水素酸を使用することを特徴とする請求項１ないし４の
   １つに記載の方法。 ６）第１半室（１）が電極（７）を含みかつ電解液（５
   ）で満たされており、電解液が電極（７）及び半導体結
   晶体（３）の前面（９）と接触しており、第１半室（１
   ）中の電極（７）は電圧源（１３）及びオーム接触部（
   ４）を介して半導体結晶体（３）に接続されており、電
   圧源（１３）で直流電圧を印加し、それによりその前面
   （９）に遮断可能の空間電荷領域を生ぜしめ、第２測定
   工程で、第１半室（１）内で電極（７）と前面（９）と
   の間を流れる第３光電流（Ｉ＿１）を付加的に測定し、
   第２及び第３光電流から拡散距離（Ｌ）を算出すること
   を特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の方法。