JPH06101506B2 - Method for measuring EL2 distribution of gallium arsenide semiconductor wafer - Google Patents

Method for measuring EL2 distribution of gallium arsenide semiconductor wafer

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JPH06101506B2
JPH06101506B2 JP60016268A JP1626885A JPH06101506B2 JP H06101506 B2 JPH06101506 B2 JP H06101506B2 JP 60016268 A JP60016268 A JP 60016268A JP 1626885 A JP1626885 A JP 1626885A JP H06101506 B2 JPH06101506 B2 JP H06101506B2
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semiconductor wafer
gallium arsenide
wafer
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耕治 村井
晶 宇佐美
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、LS1の製造工程等において、特にガリウム
砒素からなる半導体ウェーハのEL2分布を測定するため
に用いられるガリウム砒素半導体ウェーハのEL2分布測
定方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention is intended to measure the EL2 distribution of a gallium arsenide semiconductor wafer used for measuring the EL2 distribution of a semiconductor wafer made of gallium arsenide, particularly in the manufacturing process of LS1 and the like. Regarding the method.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

各種の化合物半導体ウェーハのうち、特にガリウム砒素
からなる半導体ウェーハにおいては、その製造の過程に
おいて、部分的に通称EL2と呼ばれる特異なエネルギー
準位を帯びた部分が形成される。このEL2は、その発生
原因等については諸説存在し、現在のところ理論的に解
明されてはいないものの、その特性としては、ディープ
ドナー等の通常のドナー準位よりさらに遠隔の位置に存
在するものであることが、実験等により解明されてい
る。
Among various compound semiconductor wafers, in particular, in semiconductor wafers made of gallium arsenide, a portion having a unique energy level, which is commonly called EL2, is partially formed during the manufacturing process. There are various theories about the cause of this EL2, and although it has not been theoretically elucidated at the moment, its characteristic is that it exists at a position farther from the normal donor level such as deep donor. It has been clarified through experiments and the like that

すなわち、このようなガリウム砒素のウェーハにあって
は、実際の使用に際し、上記EL2が存在する部分におい
て、その電気的な特性が大きく変化するという現象が発
生する。このため、上記ガリウム砒素のウェーハでは、
予め上記EL2の存在の有無及びその分布を知っておくこ
とが、その半導体ウェーハとしての設計上極めて重要で
ある。
That is, in such a gallium arsenide wafer, in actual use, a phenomenon in which the electrical characteristics of the wafer in which the EL2 is present largely changes occurs. Therefore, in the above gallium arsenide wafer,
It is extremely important in designing a semiconductor wafer to know the existence and distribution of EL2 in advance.

従来、このようなガリウム砒素半導体ウェーハのEL2分
布を測定する方法としては、上記ウェーハ上に複数本の
測定子を接触させるDLTS法等の接触式の測定方法が専ら
用いられていた。
Conventionally, as a method for measuring the EL2 distribution of such a gallium arsenide semiconductor wafer, a contact-type measuring method such as a DLTS method in which a plurality of measuring elements are brought into contact with each other on the wafer has been exclusively used.

しかしながら、上記従来の接触式の測定方法は、いずれ
も測定時に測定子がウェーハ表面に接触し、傷や金属汚
染を与えてしまう所謂破壊検査法であるため、試料に対
する測定には適用できることができるものの、製品とさ
れるものの測定には使用することができないという基本
的な欠点があった。
However, any of the conventional contact-type measurement methods described above is a so-called destructive inspection method in which a tracing stylus comes into contact with the wafer surface at the time of measurement and causes scratches and metal contamination, and thus can be applied to measurement on a sample. However, it has a fundamental drawback that it cannot be used for measuring what is considered to be a product.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ガリウム
砒素からなる半導体ウェーハに対して非接触の状態でそ
のEL2分布を測定することができ、よって製品とされる
ものの測定にも適用することができるガリウム砒素半導
体ウェーハのEL2分布測定方法に関する。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its EL2 distribution can be measured in a non-contact state with respect to a semiconductor wafer made of gallium arsenide, and thus can be applied to measurement of a product. Method for measuring gallium arsenide semiconductor wafer EL2 distribution.

〔発明がされるまでの経緯〕[History of invention]

この発明の発明者は、上記ガリウム砒素からなる半導体
ウェーハの非接触によるEL2分布の測定について鋭意研
究に努めた結果、上記ガリウム砒素のウェーハに波長90
4nmのレーザ光を照射しつつマイクロ波やレーザ光等の
電磁波を照射してその反射量や透過量を計測した場合
に、レーザ光で励起されたEL2レベルの自由キャリアの
みが電磁波と相互作用を起こして反射量や透過量等の計
測値に特異値が生じることを見いだし、さらには、上記
方法で求めた計測値の分布が同様のウェーハについて従
来の接触式の測定方法によって得られたウェーハのEL2
分布と酷似しているという知見を得るに至った。
The inventor of the present invention, as a result of intensive research on measurement of the non-contact EL2 distribution of the semiconductor wafer made of gallium arsenide, a wavelength of 90 g
When irradiating electromagnetic waves such as microwaves and laser light while irradiating 4 nm laser light and measuring the amount of reflection and transmission thereof, only EL2-level free carriers excited by the laser light interact with the electromagnetic waves. It is found that a peculiar value occurs in the measurement value such as the reflection amount and the transmission amount caused by the occurrence of the wafer, and further, the distribution of the measurement value obtained by the above method is similar to that of the wafer obtained by the conventional contact type measurement method for the same wafer. EL2
We came to the knowledge that it is very similar to the distribution.

〔発明の構成〕[Structure of Invention]

この発明のガリウム砒素半導体ウェーハのEL2分布測定
方法は、上記知見に基づくものであって、ガリウム砒素
からなる半導体ウェーハに波長904nmのレーザ光を照射
しつつ該半導体ウェーハの一部に電磁波を照射してその
透過量又は反射量の大きさを計測し、この計測を上記半
導体ウェーハに沿ってその測定位置を変化させつつ繰り
返して上記半導体ウェーハの全面における上記電磁波の
透過量又は反射量の計測値の分布を求め、この計測値の
分布から上記ガリウム砒素半導体ウェーハのEL2の分布
位置を特定するものである。
The gallium arsenide semiconductor wafer EL2 distribution measuring method of the present invention is based on the above-mentioned findings, and irradiates a part of the semiconductor wafer with electromagnetic waves while irradiating the semiconductor wafer made of gallium arsenide with laser light having a wavelength of 904 nm. The amount of transmission or reflection of the electromagnetic wave is measured on the entire surface of the semiconductor wafer by repeating the measurement while changing the measurement position along the semiconductor wafer. The distribution is obtained, and the EL2 distribution position of the gallium arsenide semiconductor wafer is specified from the distribution of the measured values.

〔実施例〕〔Example〕

第1図および第2図は、この発明の測定方法の一例に使
用する装置の模式図を示すものである。
1 and 2 are schematic views of an apparatus used in an example of the measuring method of the present invention.

第1図において、ガリウム砒素からなるウェーハ1の片
面側には、このウェーハ1にレーザ光を照射するための
レーザダイオード2が設けられている。他方、上記ウェ
ーハ1の他面側には、マイクロ発振器3からサーキュレ
ータ4を介してこのウェーハ1にマイクロ波5aを照射す
るための導波管6が設けられている。そして、上記導波
管6には、さらに上記ウェーハ1において吸収されずに
反射したマイクロ波5bを検出する為の検波器7および増
幅器8が上記サーキュレータ4を介して接続されてい
る。ここで、上記導波管6としては、第2図に示すよう
な、端面9がH字形に形成された集束型の導波管が用い
られている。
In FIG. 1, on one side of a wafer 1 made of gallium arsenide, a laser diode 2 for irradiating the wafer 1 with laser light is provided. On the other hand, on the other surface side of the wafer 1, a waveguide 6 for irradiating the wafer 1 with the microwave 5a from the microwave oscillator 3 through the circulator 4 is provided. Further, a wave detector 7 and an amplifier 8 for detecting the microwave 5b reflected without being absorbed in the wafer 1 are further connected to the waveguide 6 via the circulator 4. Here, as the waveguide 6, a focusing type waveguide having an H-shaped end face 9 as shown in FIG. 2 is used.

そして、上記ガリウム砒素のウェーハ2のEL2分布を測
定するには、先ず、レーザダイオード2によりウェーハ
1に波長904nmのレーザ光を照射するとともに、一定の
周波数のマイクロ波を用いて、第2図中X−Yの矢印で
示す各方向の上記ウェーハ1上の各位置における出力電
圧を検波器7及び増幅器8を介して計測し、その変化の
分布を求める。このとき、導波管6として上記のような
集束型の導波管を用いることによりウェーハ1の狭い範
囲内での出力電圧を計測することができるが、さらに細
かい点について分布を得る必要がある場合には、上記マ
イクロ波の周波数を上げるか、あるいはレーザ光を用い
て、照射ビームを収斂させることにより、容易に適応す
ることができる。そして、このようにして計測されたウ
ェーハ1の各位置における上記マイクロ波の反射量の分
布と、予め同種のウェーハについて調べた上記測定方法
によって得られる反射量の分布と従来の接触式の測定方
法によって得られるEL2分布との相関関係とを、互いに
比較することによって上記ウェーハ2におけるEL2分布
が得られる。
Then, in order to measure the EL2 distribution of the gallium arsenide wafer 2, first, the laser diode 2 irradiates the wafer 1 with laser light having a wavelength of 904 nm, and at the same time, a microwave having a constant frequency is used to measure the EL2 distribution. The output voltage at each position on the wafer 1 in each direction indicated by the XY arrow is measured via the wave detector 7 and the amplifier 8 to obtain the distribution of the change. At this time, it is possible to measure the output voltage within a narrow range of the wafer 1 by using the above-mentioned focusing type waveguide as the waveguide 6, but it is necessary to obtain a distribution for finer points. In this case, it is possible to easily adapt by increasing the frequency of the microwave or using laser light to converge the irradiation beam. Then, the distribution of the amount of reflection of the microwave at each position of the wafer 1 measured in this way, the distribution of the amount of reflection obtained by the measurement method previously investigated for the same type of wafer, and the conventional contact-type measurement method The EL2 distribution on the wafer 2 is obtained by comparing the correlation with the EL2 distribution obtained by the above with each other.

しかして、このようなガリウム砒素半導体ウェーハのEL
2分布測定方法によれば、上記ガリウム砒素のウェーハ
1に接触することなく上記ウェーハ1のEL2分布を測定
することができる。したがって、製品とされるガリウム
砒素半導体ウェーハのEL2分布を製造工程中適宜計測す
ることができるため、上記半導体ウェーハの品質を向上
させることができる。
Then, such EL of gallium arsenide semiconductor wafer
According to the 2 distribution measurement method, the EL2 distribution of the wafer 1 can be measured without contacting the gallium arsenide wafer 1. Therefore, the EL2 distribution of the product gallium arsenide semiconductor wafer can be appropriately measured during the manufacturing process, so that the quality of the semiconductor wafer can be improved.

〔実験例〕[Experimental example]

第3図ないし第5図は、それぞれガリウム砒素からなる
異なった種類の半導体ウェーハについて、レーザダイオ
ードによりλ=904nmのレーザ光を照射しつつ周波数10G
Hzのマイクロ波を入射した場合の実験結果を示すもの
で、それぞれ反射量の計測値(mV)の分布を示すもので
ある。ここで、第3図はクロムが添加されたガリウム砒
素半導体ウェーハについて行った結果を、また第4図お
よび第5図は、それぞれクロムが添加されていないガリ
ウム砒素半導体ウェーハについて行った結果をそれぞれ
示すものである。第3図ないし第5図において、図中鎖
線で示す範囲内においてそれぞれEL2分布が計測されて
いる。
FIGS. 3 to 5 show that different kinds of semiconductor wafers made of gallium arsenide are irradiated with a laser beam of λ = 904 nm by a laser diode and the frequency is 10 G.
It shows the experimental results when a microwave of Hz is incident, and shows the distribution of the measured value (mV) of the reflection amount, respectively. Here, FIG. 3 shows the results performed on the gallium arsenide semiconductor wafer to which chromium was added, and FIGS. 4 and 5 show the results performed on the gallium arsenide semiconductor wafer to which chromium was not added, respectively. It is a thing. In FIGS. 3 to 5, EL2 distributions are measured within the range indicated by the chain line in the drawings.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、この発明のガリウム砒素半導体ウ
ェーハのEL2分布測定方法は、ガリウム砒素からなる半
導体ウェーハに波長904nmのレーザ光を照射しつつ該半
導体ウェーハの一部に電磁波を照射してその透過量又は
反射量の大きさを計測し、この計測を上記半導体ウェー
ハに沿ってその測定位置を変化させつつ繰り返して上記
半導体ウェーハの全面における上記電磁波の透過量や反
射量の計測値の分布を求め、この計測値の分布から上記
ガリウム砒素半導体ウェーハのEL2の分布位置を特定す
るものであるから、ウェーハに接触することなくEL2の
分布位置を容易かつ迅速に判断できる。
As described above, the gallium arsenide semiconductor wafer EL2 distribution measuring method of the present invention is a method of irradiating a semiconductor wafer made of gallium arsenide with a laser beam having a wavelength of 904 nm while irradiating an electromagnetic wave to a part of the semiconductor wafer and transmitting the electromagnetic wave. Amount or the magnitude of the amount of reflection, this measurement is repeated while changing the measurement position along the semiconductor wafer to obtain the distribution of the measured values of the amount of transmission and reflection of the electromagnetic waves on the entire surface of the semiconductor wafer. Since the EL2 distribution position of the gallium arsenide semiconductor wafer is specified from the distribution of the measured values, the EL2 distribution position can be easily and quickly determined without touching the wafer.

これにより、製品とされるガリウム砒素の半導体ウェー
ハにおけるEL2分布の計測も可能となるため、この種の
半導体ウェーハの品質を向上させることができる。
As a result, it is possible to measure the EL2 distribution in the semiconductor wafer of gallium arsenide as a product, so that the quality of this type of semiconductor wafer can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2図は、それぞれこの発明の測定方法の
一実施例に使用する装置の模式図、第3図ないし第5図
は、各々この発明の測定方法を用いた実験例を示すもの
で、マイクロ波の反射量の値を示す分布図である。 1……ガリウム砒素半導体ウェーハ、2……レーザダイ
オード、3……マイクロ波発振器、6……導波管、7…
…検波器、8……増幅器。
1 and 2 are schematic views of an apparatus used for an embodiment of the measuring method of the present invention, and FIGS. 3 to 5 show experimental examples using the measuring method of the present invention. FIG. 6 is a distribution diagram showing the value of the amount of reflection of microwaves. 1 ... Gallium arsenide semiconductor wafer, 2 ... Laser diode, 3 ... Microwave oscillator, 6 ... Waveguide, 7 ...
… Detector, 8 …… Amplifier.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−76136(JP,A) 特開 昭61−115453(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-60-76136 (JP, A) JP-A-61-115453 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ガリウム砒素からなる半導体ウェーハに波
長904nmのレーザ光を照射しつつ該半導体ウェーハの一
部に電磁波を照射してその透過量又は反射量の大きさを
計測し、この計測を上記半導体ウェーハに沿ってその測
定位置を変化させつつ繰り返して上記半導体ウェーハの
全面における上記電磁波の透過量又は反射量の計測値の
分布を求め、この分布から上記ガリウム砒素半導体ウェ
ーハのEL2の分布位置を特定することを特徴とするガリ
ウム砒素半導体ウェーハのEL2分布測定方法。
1. A semiconductor wafer made of gallium arsenide is irradiated with a laser beam having a wavelength of 904 nm and a part of the semiconductor wafer is irradiated with electromagnetic waves to measure the amount of transmission or reflection thereof. Obtaining the distribution of the measured values of the amount of transmission or reflection of the electromagnetic waves on the entire surface of the semiconductor wafer repeatedly while changing the measurement position along the semiconductor wafer, and from this distribution, the distribution position of EL2 of the gallium arsenide semiconductor wafer. A method for measuring an EL2 distribution of a gallium arsenide semiconductor wafer characterized by specifying.
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