JPH0786359A - Evaluation of semiconductor layer - Google Patents

Evaluation of semiconductor layer

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JPH0786359A
JPH0786359A JP22567293A JP22567293A JPH0786359A JP H0786359 A JPH0786359 A JP H0786359A JP 22567293 A JP22567293 A JP 22567293A JP 22567293 A JP22567293 A JP 22567293A JP H0786359 A JPH0786359 A JP H0786359A
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JP
Japan
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semiconductor layer
junction
sample
resistance
evaluated
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JP22567293A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Hisa
義浩 久
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To enable a semiconductor layer to be accurately evaluated high in operating efficiency in a short time by a method wherein a semiconductor layer is evaluated by the leakage resistances of the surface and the bulk of a P-N junction without using a sample semiconductor layer large in P-N junction area. CONSTITUTION:The P-N junction resistances of a first sample semiconductor layer 101a and a second sample semiconductor layer 101b which are different from each other in area and formed in a P-type measuring wafer 101 are measured, the above measured values are used as a parallel-connected resultant resistance of a surface leakage resistance approximated through a first function wherein the peripheral length of a P-N junction serves as a variable and an inside leakage resistance approximated through a second function wherein the base area of a P-N junction serves as a variable, whereby first parameters A and b which detemine the above functions are extracted to evaluate a semiconductor layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は半導体層の評価方法に
関し、特に実デバイスの所定の半導体材料からなる基板
上に形成される半導体層を、そのpn接合面の表面部分
を流れる表面リーク電流と、pn接合面のバルク部分,
つまりpn接合面の、基板内部に位置する部分を流れる
バルク部リーク電流との比率により評価する方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for evaluating a semiconductor layer, and in particular, a semiconductor layer formed on a substrate made of a predetermined semiconductor material of an actual device is treated with a surface leak current flowing through a surface portion of its pn junction surface. , Pn junction bulk part,
That is, the present invention relates to a method of evaluating the ratio of the pn junction surface to the leak current of the bulk portion flowing in the portion located inside the substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は従来の半導体装置のpn接合部分
の断面構造を模式的に示しており、図において、1はフ
ォトダイオード等の半導体装置200を構成するp型半
導体基板で、該p型半導体基板1の表面部分には、受光
部等として働くn型半導体層2が形成されており、該n
型半導体層2とその周辺のp型半導体基板領域との間に
はpn接合面3が形成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 6 schematically shows a sectional structure of a pn junction portion of a conventional semiconductor device. In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a p-type semiconductor substrate which constitutes a semiconductor device 200 such as a photodiode. An n-type semiconductor layer 2 serving as a light receiving portion or the like is formed on the surface portion of the n-type semiconductor substrate 1.
A pn junction surface 3 is formed between the type semiconductor layer 2 and the surrounding p-type semiconductor substrate region.

【0003】このようなPN接合面3では、その近傍の
領域には空乏層が形成されることとなり、このように空
乏層が広がった領域では、外部からの光の入射により発
生した電子及び正孔が内部電界により分離されて光電流
となる。このため光通信に用いるフォトダイオードや、
太陽電池,赤外線検知装置等の半導体装置においては、
pn接合が用いられるが、いずれの場合も高性能な装置
を得るためには、リーク電流の少ないpn接合を得るこ
とが最も重要な課題となっている。
In such a PN junction surface 3, a depletion layer is formed in a region in the vicinity thereof, and in the region where the depletion layer spreads in this way, electrons generated by the incidence of light from the outside and positive electrons are generated. The holes are separated by the internal electric field and become photocurrent. Therefore, the photodiode used for optical communication,
In semiconductor devices such as solar cells and infrared detectors,
Although a pn junction is used, in any case, obtaining a pn junction with a small leak current is the most important issue in order to obtain a high-performance device.

【0004】ここで、上記pn接合部分でのリーク電流
IJ は図6に示すように、pn接合面3のバルク部3
a,つまりpn接合3の、半導体基板1内部に位置する
部分で生ずるリーク電流(以下バルク部リーク電流)I
JBと、pn接合面3の表面露出部3bで生ずる表面リー
ク電流IJSの2つに大別できる。通常、pn接合面3の
表面露出部3bには、結晶のダングリングボンドが存在
するため、pn接合面3のバルク部3aに比べて、禁制
帯幅中の準位密度が非常に多くなっており、このため準
位密度に起因する、トンネル電流成分や発生再結合(G
R;generation recombination)電流成分が非常に大き
く、表面リーク電流IJSの値がバルク部リーク電流IJB
に比べて大きくなる場合がある。
Here, the leakage current IJ at the pn junction portion is, as shown in FIG. 6, the bulk portion 3 of the pn junction surface 3.
a, that is, a leak current (hereinafter referred to as a bulk leak current) I generated in a portion of the pn junction 3 located inside the semiconductor substrate 1
JB and the surface leak current IJS generated in the exposed surface portion 3b of the pn junction surface 3 can be roughly classified into two. Usually, since crystalline dangling bonds exist in the exposed surface portion 3b of the pn junction surface 3, the level density in the forbidden band width becomes much larger than that in the bulk portion 3a of the pn junction surface 3. Therefore, the tunnel current component and generated recombination (G
R; generation recombination) The current component is very large, and the surface leakage current IJS is the bulk leakage current IJB.
It may be larger than.

【0005】そしてこのようなリーク電流を低減するた
めの対策は、表面リーク電流IJSとバルク部リーク電流
IJBとで異なるため、pn接合面3全体のリーク電流I
J において、表面リーク電流IJSとバルク部リーク電流
IJBのうちいずれのものが支配的になっているかを知る
必要があり、従来から、半導体装置の評価方法の1つと
して、上記表面リーク電流IJSとバルク部リーク電流I
JBとの比率により半導体装置を評価する方法がある。
Since the surface leak current IJS and the bulk leak current IJB are different from each other in order to reduce the leak current, the leak current I of the entire pn junction surface 3 is reduced.
It is necessary to know which one of the surface leakage current IJS and the bulk portion leakage current IJB is dominant in J. Conventionally, as one of the evaluation methods for semiconductor devices, the surface leakage current IJS Bulk leak current I
There is a method of evaluating a semiconductor device based on the ratio with JB.

【0006】以下、この評価方法について説明する。ま
ず、この評価方法の原理について説明する。評価対象と
なる半導体層が、図6に示すn型半導体層2のように半
径rの平面円形状のpn接合面3を有している場合、p
n接合面3の側面部3cの接合面積は、その底面部3a
の接合面積に比べて小さいので、半導体基板1のバルク
部分におけるpn接合面3の面積をその底面部3aの面
積により近似することができる。この場合、バルク部リ
ーク電流IJBは、該n型半導体層2の面積(πr2 )に
比例し、表面リーク電流IJSは、n型半導体層2の周囲
長2πrに比例することとなり、このためpn接合面3
の半径rが大きくなればなるほど、半導体装置の全体の
リーク電流IJ においては、バルク部リーク電流IJBが
支配的となり、表面リーク電流IJSの影響は小さくな
る。従って、表面リーク電流IJSを無視できる程度の,
大きなサンプル半導体層のリーク電流IJ を測定するこ
とにより、単位面積当たりのバルク部リーク電流IUJB
を算出できる。
The evaluation method will be described below. First, the principle of this evaluation method will be described. When the semiconductor layer to be evaluated has a plane circular pn junction surface 3 with a radius r like the n-type semiconductor layer 2 shown in FIG.
The bonding area of the side surface portion 3c of the n-bonded surface 3 is the bottom surface portion 3a.
The area of the pn junction surface 3 in the bulk portion of the semiconductor substrate 1 can be approximated to the area of the bottom surface portion 3a of the semiconductor substrate 1 because the area is smaller than the junction area. In this case, the bulk leakage current IJB is proportional to the area (πr 2 ) of the n-type semiconductor layer 2, and the surface leakage current IJS is proportional to the peripheral length 2πr of the n-type semiconductor layer 2. Therefore, pn Bonding surface 3
As the radius r becomes larger, the bulk leakage current IJB becomes dominant in the overall leakage current IJ of the semiconductor device, and the influence of the surface leakage current IJS becomes smaller. Therefore, the surface leakage current IJS is negligible,
By measuring the leak current IJ of the large sample semiconductor layer, the bulk leak current IUJB per unit area is measured.
Can be calculated.

【0007】この結果、表面リーク電流IJSの影響が十
分現れる程度の大きさのサンプル半導体層について、そ
のリーク電流IJ を測定することにより、その測定値と
単位面積当たりのバルク部リーク電流とに基づいて、表
面リーク電流IJSとバルク部リーク電流IJBとを求める
ことができる。
As a result, by measuring the leak current IJ of a sample semiconductor layer having a magnitude enough to exert the influence of the surface leak current IJS, the leak current IJS is measured based on the measured value and the bulk part leak current per unit area. Thus, the surface leak current IJS and the bulk leak current IJB can be obtained.

【0008】次に具体的な評価方法について説明する。
まず、第1のp型測定用ウエハ201上に、表面リーク
電流IJSを無視できる程度の,大きな半径ra を有する
第1のn型サンプル半導体層201aを複数形成する
(図12(a) )。次に上記測定用ウエハ201の各サン
プル半導体層201aについてリーク電流の測定を行
い、そのリーク電流の平均値IJ1を半径raの第1のサ
ンプル半導体層201aのリーク電流とする。ここで半
導体材料にCdHgTeを用いている場合、サンプル半
導体層201aとして、そのpn接合面外周の直径が5
00μm程度のものを形成する必要がある。そして上記
リーク電流IJ1の平均値を上記サンプル半導体層の表面
積(πra2 )で割り算して、単位面積当たりのバルク
部リーク電流IUJB を求める。
Next, a specific evaluation method will be described.
First, a plurality of first n-type sample semiconductor layers 201a having a large radius ra such that the surface leak current IJS can be ignored are formed on the first p-type measurement wafer 201 (FIG. 12 (a)). Next, the leak current is measured for each sample semiconductor layer 201a of the measurement wafer 201, and the average value IJ1 of the leak currents is taken as the leak current of the first sample semiconductor layer 201a having the radius ra. Here, when CdHgTe is used as the semiconductor material, the sample semiconductor layer 201a has a pn junction surface outer diameter of 5
It is necessary to form a film having a thickness of about 00 μm. Then, the average value of the leakage current IJ1 is divided by the surface area (πra 2 ) of the sample semiconductor layer to obtain the bulk leakage current IUJB per unit area.

【0009】一方、第2のp型測定用ウエハ202上
に、半径rb が評価対象となる半導体層と同一である第
2のサンプル半導体層202aを複数形成し(図12
(b) )、上記と同様各サンプル半導体層202aについ
てリーク電流を測定し、その平均値IJ2を半径rb の第
2のサンプル半導体層202aのリーク電流とする。上
記サンプル半導体層202aの大きさは評価対象となる
半導体層によって異なるが、だいたいpn接合面の直径
が数十μmとなるよう形成する。上記第2のサンプル半
導体層は実際のデバイスで採用される半導体層とほぼ同
じ大きさであるため、表面リーク電流IJSの影響が十分
現れる程度の大きさとなっている。
On the other hand, a plurality of second sample semiconductor layers 202a having the same radius rb as the semiconductor layer to be evaluated are formed on the second p-type measuring wafer 202 (FIG. 12).
(b)) Similarly to the above, the leak current is measured for each sample semiconductor layer 202a, and the average value IJ2 is taken as the leak current of the second sample semiconductor layer 202a having the radius rb. Although the size of the sample semiconductor layer 202a varies depending on the semiconductor layer to be evaluated, the sample semiconductor layer 202a is formed so that the diameter of the pn junction surface is about several tens of μm. Since the second sample semiconductor layer has almost the same size as the semiconductor layer used in the actual device, the size is such that the influence of the surface leak current IJS sufficiently appears.

【0010】そして上記単位面積当たりのバルク部リー
ク電流IUJB に、上記第2のサンプル半導体層202a
の表面積(πrb2)を掛け算して、そのバルク部リーク
電流IJB2 を求め、これを上記測定したリーク電流IJ2
から差し引いて、第2のサンプル半導体層202aの表
面リーク電流IJS2 を求める。これにより評価対象であ
る半導体層について、表面リーク電流IJSとバルク部リ
ーク電流IJBとを求めることができ、半導体層の評価を
行うことができる。
The bulk sample leakage current IUJB per unit area is added to the second sample semiconductor layer 202a.
By multiplying the surface area (πrb 2 ) of the sample to obtain the bulk leakage current IJB2, which is the above measured leakage current IJ2.
Then, the surface leak current IJS2 of the second sample semiconductor layer 202a is obtained. As a result, the surface leak current IJS and the bulk leak current IJB can be obtained for the semiconductor layer to be evaluated, and the semiconductor layer can be evaluated.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところが従来の半導体
層の評価方法では、表面リーク電流を十分無視できる程
度の面積の大きな第1のサンプル半導体層のリーク電流
を測定して、単位面積当たりのバルク部リーク電流IJB
U を求めた後、評価対象となる半導体層と同一サイズ
の,小さい第2のサンプル半導体層のリーク電流を測定
して、評価対象の半導体層の表面リーク電流を求めると
いう2段階の手順を踏んでいるため、半導体層の評価に
時間がかかるという問題があった。特に、上記第1のサ
ンプル半導体層については、表面リーク電流を十分無視
できる程度の大きさが半導体材料により異なるため、そ
の面積をどの程度に設定すればよいかを、予め形成した
大きさの異なるいくつかのサンプル半導体層のリーク電
流を測定して決定する作業が必要となり、この作業に時
間がかかることとなった。
However, according to the conventional method for evaluating a semiconductor layer, the leak current of the first sample semiconductor layer having a large area where the surface leak current is sufficiently negligible is measured, and the bulk per unit area is measured. Leakage current IJB
After obtaining U, the leak current of a small second sample semiconductor layer of the same size as the semiconductor layer to be evaluated is measured, and the surface leak current of the semiconductor layer to be evaluated is obtained. Therefore, there is a problem that it takes time to evaluate the semiconductor layer. In particular, with respect to the first sample semiconductor layer, the size at which the surface leakage current can be sufficiently ignored differs depending on the semiconductor material. Therefore, the size of the area to be set depends on the size formed in advance. It is necessary to measure and determine the leak currents of some sample semiconductor layers, which takes time.

【0012】また、単位面積当たりのバルク部のリーク
電流を求める際には、測定誤差をできるだけ小さくする
ため、第1のサンプル半導体層を複数形成し、それぞれ
の測定値の平均値からリーク電流を求めるようにしてお
り、このため上記第1のサンプル半導体層のように面積
の大きいものについては、1枚の測定用ウエハ内に形成
できる数が少なく、場合によっては測定用ウエハを複数
用意する必要も生じ、作業効率が悪いという問題があっ
た。
Further, when obtaining the leak current of the bulk portion per unit area, in order to minimize the measurement error, a plurality of first sample semiconductor layers are formed, and the leak current is calculated from the average value of the respective measured values. Therefore, for a large area such as the first sample semiconductor layer described above, the number that can be formed in one measurement wafer is small, and in some cases it is necessary to prepare a plurality of measurement wafers. There was also a problem that work efficiency was poor.

【0013】さらに、pn接合面(サンプル半導体層)
の面積が大きくなるほど、1つのpn接合面に格子欠陥
が入る確率が高くなり、格子欠陥に起因するピンホール
リーク電流が増大するため、pn接合面積の大きい第1
のサンプル半導体層を用いる場合、リーク電流による半
導体層の評価精度が悪くなるという問題点があった。
Further, a pn junction surface (sample semiconductor layer)
The larger the area, the higher the probability that a lattice defect will enter one pn junction surface, and the pinhole leakage current due to the lattice defect increases.
In the case of using the sample semiconductor layer of 1), there was a problem that the evaluation accuracy of the semiconductor layer deteriorated due to the leak current.

【0014】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、pn接合面積の大きいサンプル
半導体層を用いることなく、リーク電流による半導体層
の評価を行うことができ、これにより半導体層を、作業
効率よく短時間でしかも高い精度で評価することができ
る半導体層の評価方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the semiconductor layer can be evaluated by the leak current without using a sample semiconductor layer having a large pn junction area. An object of the present invention is to provide a semiconductor layer evaluation method capable of evaluating a semiconductor layer with good work efficiency in a short time and with high accuracy.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体層
の評価方法は、第1導電型の半導体基板の表面領域に、
評価対象となる半導体層と同程度の大きさを有しかつ底
面積が相互に異なる第2導電型のサンプル半導体層を複
数形成する工程と、上記各サンプル半導体層と上記半導
体基板との間にバイアスを印加して、このバイアス印加
により両者間を流れるリーク電流に基づいて上記各サン
プル半導体層のPN接合抵抗を測定する工程とを含み、
上記各サンプル半導体層のPN接合抵抗の測定値を、P
N接合部分の周囲長を変数とする第1の関数で近似した
表面リーク抵抗と、PN接合部分の底面積を変数とする
第2の関数で近似した内部リーク抵抗との並列接続によ
る合成抵抗値として用いて、上記第1の関数を決定する
第1のパラメータと上記第2の関数を決定する第2のパ
ラメータとを抽出し、上記第1の関数により導出される
表面リーク抵抗と第2の関数により導出される内部リー
ク抵抗との比率を算出することにより、評価対象である
半導体層の評価を行うものである。
A method for evaluating a semiconductor layer according to the present invention is characterized in that a surface region of a semiconductor substrate of a first conductivity type is
A step of forming a plurality of second-conductivity-type sample semiconductor layers having a size similar to that of the semiconductor layer to be evaluated and different bottom areas from each other; and between the sample semiconductor layers and the semiconductor substrate Applying a bias, and measuring the PN junction resistance of each of the sample semiconductor layers based on the leak current flowing between the two by the bias application,
The measured value of the PN junction resistance of each of the sample semiconductor layers is given by P
Combined resistance value by parallel connection of the surface leak resistance approximated by the first function having the perimeter of the N junction as a variable and the internal leak resistance approximated by the second function having the bottom area of the PN junction as the variable To extract the first parameter for determining the first function and the second parameter for determining the second function, and to extract the surface leak resistance and the second parameter derived from the first function. The semiconductor layer to be evaluated is evaluated by calculating the ratio with the internal leak resistance derived from the function.

【0016】この発明は上記半導体層の評価方法におい
て、上記第2導電型のサンプル半導体層として、第1導
電型のウエハ内に形成した底面積の異なる2種類の第1
及び第2のサンプル半導体層を用い、PN接合部分の周
囲長及び底面積を変数として上記合成抵抗値を表す第3
の関数を上記第1及び第2の関数から導出し、上記第3
の関数を示す方程式に上記第1及び第2のサンプル半導
体層の周囲長及び底面積,並びにPN接合抵抗の測定値
を代入して得られる連立方程式から、上記第1及び第2
の関数を決定するパラメータを抽出するものである。
According to the present invention, in the method for evaluating a semiconductor layer, as the second conductivity type sample semiconductor layer, two kinds of first area different bottom areas formed in a first conductivity type wafer are used.
And a second sample semiconductor layer, and a third resistance value representing the combined resistance value with the peripheral length and the bottom area of the PN junction portion as variables.
Is derived from the first and second functions, and the third function
From the simultaneous equations obtained by substituting the measured values of the peripheral length and bottom area of the first and second sample semiconductor layers and the PN junction resistance into the equation showing the function of
The parameters that determine the function of are extracted.

【0017】この発明は上記半導体層の評価方法におい
て、上記第2導電型のサンプル半導体層として、第1導
電型のウエハ内に形成した底面積の異なる3種類以上の
サンプル半導体層を用い、PN接合部分の周囲長及び底
面積を変数として上記合成抵抗値を表す第3の関数を上
記第1及び第2の関数から導出し、上記第3の関数によ
り導出される合成抵抗値の、上記全種類のサンプル半導
体層についての総和と、PN接合抵抗の実測値の、上記
全種類のサンプル半導体層についての総和との差の二乗
が最小となる条件にて、上記第1及び第2の関数を決定
するパラメータを抽出するものである。
In the semiconductor layer evaluation method of the present invention, as the second conductivity type sample semiconductor layer, three or more kinds of sample semiconductor layers having different bottom areas formed in the first conductivity type wafer are used, and PN A third function, which represents the combined resistance value with the perimeter and the bottom area of the joint portion as variables, is derived from the first and second functions, and the total resistance of the combined resistance value derived by the third function is Under the condition that the square of the difference between the total sum of the sample semiconductor layers of all types and the measured sum of the PN junction resistances of the sample semiconductor layers of all the types is minimized, the first and second functions are calculated. The parameters to be determined are extracted.

【0018】この発明は上記半導体層の評価方法におい
て、上記各サンプル半導体層のPN接合抵抗の測定を、
該各サンプル半導体層と上記半導体基板との間に印加す
るバイアスの値を変えて複数のバイアス値について行
い、上記第1及び第2の関数を決定するパラメータとし
ては、上記測定を行った複数のバイアス値の各々に対応
するものを抽出し、上記複数のバイアス値に対応する、
表面リーク抵抗と内部リーク抵抗との比率より評価対象
である半導体層の評価を行うものである。
According to the present invention, in the method of evaluating a semiconductor layer, the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured.
The value of the bias applied between each of the sample semiconductor layers and the semiconductor substrate is changed to perform a plurality of bias values, and the parameters for determining the first and second functions are the plurality of measured values. Extract one corresponding to each bias value, corresponding to the plurality of bias values,
The semiconductor layer to be evaluated is evaluated from the ratio of the surface leak resistance and the internal leak resistance.

【0019】この発明は上記半導体層の評価方法におい
て、上記各サンプル半導体層のPN接合抵抗の測定の
際、上記各サンプル半導体層と上記半導体基板との間に
印加する逆バイアスの値を、上記各サンプル半導体層の
PN接合部分でブレークダウンが発生するまで増大し、
表面リーク抵抗と内部リーク抵抗との比率及びブレーク
ダウン電圧より評価対象である半導体層の評価を行うも
のである。
In the method for evaluating a semiconductor layer according to the present invention, the value of the reverse bias applied between the sample semiconductor layer and the semiconductor substrate when the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured is defined as follows. Increase until breakdown occurs at the PN junction of each sample semiconductor layer,
The semiconductor layer to be evaluated is evaluated from the ratio of the surface leak resistance to the internal leak resistance and the breakdown voltage.

【0020】この発明は上記半導体層の評価方法におい
て、上記各サンプル半導体層のPN接合抵抗の測定を、
半導体基板の異なる複数の設定温度において行い、上記
各設定温度における、上記表面リーク抵抗と内部リーク
抵抗との比率より評価対象である半導体層の評価を行う
ものである。
According to the present invention, in the method for evaluating a semiconductor layer, the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured.
The semiconductor layer is evaluated at a plurality of different set temperatures of the semiconductor substrate, and the semiconductor layer to be evaluated is evaluated from the ratio of the surface leak resistance and the internal leak resistance at each of the set temperatures.

【0021】[0021]

【作用】この発明においては、第1導電型の半導体領域
内に形成したその底面積が相互に異なる各種サンプル半
導体層のPN接合抵抗を測定し、この測定値を、PN接
合部分の周囲長を変数とする第1の関数で近似した表面
リーク抵抗と、PN接合部分の底面積を変数とする第2
の関数で近似した内部リーク抵抗との並列接続による合
成抵抗値として用いて、上記第1の関数を決定する第1
のパラメータと上記第2の関数を決定する第2のパラメ
ータとを抽出して、半導体層の評価を行うようにしたか
ら、pn接合抵抗の測定のためのサンプル半導体層とし
て、表面リーク電流を十分無視できる程度の面積の大き
なサンプル半導体層を形成する必要がなく、面積の異な
るサンプル半導体層を同一の測定用半導体基板上に作成
でき、サイズの異なる各種サンプル半導体層についての
pn接合抵抗の測定を同時に行うことができる。
According to the present invention, the PN junction resistance of various sample semiconductor layers having different bottom areas formed in the first conductivity type semiconductor region is measured, and this measured value is used as the perimeter of the PN junction portion. A surface leak resistance approximated by a first function which is a variable, and a second which is a bottom area of the PN junction part is a variable.
A first resistance that is used as a combined resistance value by parallel connection with an internal leak resistance approximated by the function
And the second parameter for determining the second function are extracted to evaluate the semiconductor layer. Therefore, the surface leak current is sufficient as the sample semiconductor layer for measuring the pn junction resistance. It is not necessary to form a sample semiconductor layer having a negligibly large area, sample semiconductor layers having different areas can be formed on the same measurement semiconductor substrate, and the pn junction resistance of various sample semiconductor layers having different sizes can be measured. Can be done at the same time.

【0022】また、測定用半導体基板に形成するサンプ
ル半導体層については、評価対象となっている半導体層
のサイズに近いものを、適宜その表面積を設定して用い
ればよく、サンプル半導体層の作成作業が簡単である。
As for the sample semiconductor layer formed on the measurement semiconductor substrate, a sample semiconductor layer close to the size of the semiconductor layer to be evaluated may be used by appropriately setting its surface area. Is easy.

【0023】また、測定誤差をできるだけ小さくするた
めに、各サイズのサンプル半導体層を複数形成する場合
には、サンプル半導体層はそのサイズが実際のデバイス
に用いられている半導体層のサイズ程度の小さいもので
あるため、1つの測定用ウエハ内に十分な数のサンプル
半導体層を形成することができ、pn接合抵抗の測定を
作業性よく行うことができる。さらに上記のように各サ
ンプル半導体層のサイズが、実デバイスで使用されてい
る半導体層程度に小さいため、サンプル半導体層内に含
まれる結晶欠陥の数も少なくなって結晶欠陥に起因する
ピンホールリーク電流も低減され、半導体層の評価精度
を向上することができる。
When a plurality of sample semiconductor layers of each size are formed in order to minimize the measurement error, the size of the sample semiconductor layer is as small as the size of the semiconductor layer used in the actual device. Therefore, a sufficient number of sample semiconductor layers can be formed in one measurement wafer, and the pn junction resistance can be measured with good workability. Furthermore, as described above, since the size of each sample semiconductor layer is as small as the semiconductor layer used in the actual device, the number of crystal defects contained in the sample semiconductor layer is also reduced, and pinhole leakage due to crystal defects is caused. The current is also reduced, and the evaluation accuracy of the semiconductor layer can be improved.

【0024】この発明においては、サンプル半導体層と
して、底面積の異なる2種類のサンプル半導体層を用
い、PN接合部分の周囲長及び底面積を変数として上記
合成抵抗値を表す第3の関数を、上記第1及び第2の関
数から導出し、上記第3の関数を示す方程式に上記第1
及び第2のサンプル半導体層の周囲長及び底面積,並び
にPN接合抵抗の測定値を代入して得られる連立方程式
から、上記第1及び第2の関数を決定するパラメータを
抽出するので、2種類のサンプル半導体層を形成するだ
けで、半導体層の評価を簡単に行うことができる。
In the present invention, two kinds of sample semiconductor layers having different bottom areas are used as the sample semiconductor layers, and the third function expressing the above-mentioned combined resistance value with the peripheral length of the PN junction and the bottom area as variables is Derived from the first and second functions, the equation showing the third function is added to the first
And the parameters for determining the first and second functions are extracted from the simultaneous equations obtained by substituting the measured values of the peripheral length and the bottom area of the second sample semiconductor layer and the PN junction resistance, so that there are two types. The semiconductor layer can be easily evaluated only by forming the sample semiconductor layer of 1.

【0025】この発明においては、サンプル半導体層と
して、第1導電型のウエハ内に形成した底面積の異なる
3種類以上のサンプル半導体層を用い、PN接合部分の
周囲長及び底面積を変数として上記合成抵抗値を表す第
3の関数を、上記第1及び第2の関数から導出し、上記
第3の関数に最小二乗法を適用して、上記第1及び第2
の関数を決定するパラメータを抽出するので、半導体層
の評価をより精度よく行うことができる。
In the present invention, three or more kinds of sample semiconductor layers having different bottom areas formed in the first conductivity type wafer are used as the sample semiconductor layers, and the peripheral length and the bottom area of the PN junction portion are used as variables. A third function representing the combined resistance value is derived from the first and second functions, and the least squares method is applied to the third function to obtain the first and second functions.
Since the parameter that determines the function of is extracted, the semiconductor layer can be evaluated more accurately.

【0026】この発明においては、上記各サンプル半導
体層のPN接合抵抗の測定を、上記各サンプル半導体層
と上記半導体基板との間に印加するバイアスの値を変え
て複数のバイアス値について行い、上記第1及び第2の
関数を決定するパラメータとしては、上記測定を行った
複数のバイアス値の各々に対応するものを抽出し、評価
対象である半導体層の評価を、上記複数のバイアス値に
対応する、表面リーク抵抗と内部リーク抵抗との比率に
より行うので、半導体層の評価を、pn接合部分への印
加バイアスの値別に幅広く行うことができる。
In the present invention, the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured for a plurality of bias values by changing the value of the bias applied between each sample semiconductor layer and the semiconductor substrate. As parameters for determining the first and second functions, those corresponding to each of the plurality of bias values measured above are extracted, and the evaluation of the semiconductor layer to be evaluated is performed corresponding to the plurality of bias values. Since it is performed by the ratio of the surface leak resistance and the internal leak resistance, the semiconductor layer can be widely evaluated for each value of the bias applied to the pn junction.

【0027】この発明においては、上記各サンプル半導
体層のPN接合抵抗の測定の際、上記各サンプル半導体
層と上記半導体基板との間に印加する逆バイアスの値
を、上記各サンプル半導体層のPN接合部分でブレーク
ダウンが発生するまで増大するようにしたので、表面リ
ーク抵抗及び内部リーク抵抗からだけでなく、これにブ
レークダウン電圧をも含めたものより、半導体層の評価
を幅広く行うことができる。
In the present invention, when measuring the PN junction resistance of each sample semiconductor layer, the value of the reverse bias applied between each sample semiconductor layer and the semiconductor substrate is defined as the PN value of each sample semiconductor layer. Since it increases until the breakdown occurs at the junction, the semiconductor layer can be widely evaluated not only from the surface leak resistance and internal leak resistance but also from the breakdown voltage included in it. .

【0028】この発明においては、上記各種サンプル半
導体層のPN接合抵抗の測定を、半導体基板の異なる複
数の設定温度において行うので、リーク電流の成分をそ
の発生原因別に分析することが可能となり、これにより
半導体層の評価を高い精度で行うことができる。
In the present invention, the PN junction resistance of each of the various sample semiconductor layers is measured at a plurality of different set temperatures of the semiconductor substrate, so that it becomes possible to analyze the leak current component according to the cause thereof. Thus, the semiconductor layer can be evaluated with high accuracy.

【0029】[0029]

【実施例】実施例1.図1は本発明の第1の実施例によ
る半導体層の評価方法に用いる測定用ウエハの構造を示
しており、図1(a) は該測定用ウエハの平面図、図1
(b) はそのIb−Ib線断面図、図1(c) はそのIc−
Ic線断面図である。図において、101は本実施例の
半導体層の評価方法において用いる測定用ウエハで、そ
の表面上には、図6に示す評価対象となる半導体層2と
相似形であって、相互に底面積が異なる第1及び第2の
サンプル半導体層101a及び101bがそれぞれ複数
形成されている。ここでは、評価対象となる半導体層の
平面形状は円形であり、また上記第1,第2のサンプル
半導体層101a,101bの半径は、それぞれ評価対
象となる半導体層2の半径に近い値r1 ,r2 となって
いる。また、103a,103bはそれぞれ上記第1,
第2のサンプル半導体層101bのpn接合面で、13
1は該pn接合面の底面部、132は該pn接合面の表
面部、133は該pn接合面の側面部であり、IJBは上
記pn接合面の底面部及び側面部を流れるバルク部リー
ク電流、IJSは上記pn接合面の表面部を流れる表面リ
ーク電流である。
EXAMPLES Example 1. FIG. 1 shows the structure of a measuring wafer used in the method for evaluating a semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of the measuring wafer.
(b) is the Ib-Ib line sectional view, FIG.1 (c) is the Ic-
It is an Ic line sectional view. In the figure, 101 is a measurement wafer used in the semiconductor layer evaluation method of the present embodiment, and has a surface similar to the semiconductor layer 2 to be evaluated shown in FIG. A plurality of different first and second sample semiconductor layers 101a and 101b are formed, respectively. Here, the planar shape of the semiconductor layer to be evaluated is circular, and the radii of the first and second sample semiconductor layers 101a and 101b are values r1 close to the radius of the semiconductor layer 2 to be evaluated, respectively. It is r2. Further, 103a and 103b are the first and the first, respectively.
At the pn junction surface of the second sample semiconductor layer 101b, 13
Reference numeral 1 is a bottom surface portion of the pn junction surface, 132 is a surface portion of the pn junction surface, 133 is a side surface portion of the pn junction surface, and IJB is a bulk leakage current flowing through the bottom surface portion and the side surface portion of the pn junction surface. , IJS is a surface leak current flowing on the surface of the pn junction surface.

【0030】また、図2は、図6に示す評価対象となる
半導体層のpn接合部分でのリーク抵抗の等価回路を示
しており、RJBはpn接合面3の底面部31及び側面部
33におけるバルク部リーク抵抗、RJSはpn接合面3
の表面露出部32における表面リーク抵抗で、ここでは
上記バルク部リーク抵抗RJB及び表面リーク抵抗RJSの
並列接続による合成抵抗値RJ を上記半導体層のpn接
合部分でのリーク抵抗としている。
FIG. 2 shows an equivalent circuit of the leak resistance at the pn junction portion of the semiconductor layer to be evaluated shown in FIG. 6, and RJB is the bottom surface portion 31 and the side surface portion 33 of the pn junction surface 3. Bulk leakage resistance, RJS is pn junction surface 3
The surface leakage resistance of the exposed surface portion 32 is defined as the combined resistance value RJ of the bulk leakage resistance RJB and the surface leakage resistance RJS connected in parallel to each other as the leakage resistance at the pn junction of the semiconductor layer.

【0031】またここで、評価対象となる半導体層2の
pn接合面3の深さは約数μmであるのに対し、pn接
合面3の接合底面部31の直径は数十μmであるので、
pn接合面3のバルク部の接合面積を、バルク部の側面
部33における接合面積を無視して底面部31での接合
面積により近似すると、バルク部リーク抵抗RJBがpn
接合面3の底面積(πr2 )に反比例することから、A
を係数(パラメータ)として RJB=A/(πr2 ) …(1) と表され、表面リーク抵抗RJSは、pn接合面3の表面
露出部32における周囲長2πrに反比例することか
ら、b,Aを係数(パラメータ)として、 RJS=bA(2πr) …(2) と表される。
The depth of the pn junction surface 3 of the semiconductor layer 2 to be evaluated is about several μm, while the diameter of the junction bottom surface portion 31 of the pn junction surface 3 is several tens μm. ,
If the junction area of the bulk portion of the pn junction surface 3 is approximated to the junction area of the bottom portion 31 ignoring the junction area of the side surface portion 33 of the bulk portion, the bulk leakage resistance RJB becomes pn.
Since it is inversely proportional to the bottom area (πr 2 ) of the joint surface 3, A
Is expressed as RJB = A / (πr 2 ) ... (1), and the surface leak resistance RJS is inversely proportional to the peripheral length 2πr of the exposed surface portion 32 of the pn junction surface 3, so that b, A Is used as a coefficient (parameter), and RJS = bA (2πr) (2).

【0032】また、評価対象となる半導体層2のpn接
合面3全体のリーク抵抗Rは、並列接続のバルク部リー
ク抵抗RJBと表面リーク抵抗RJSとの合成抵抗値により
表され、
The leak resistance R of the entire pn junction surface 3 of the semiconductor layer 2 to be evaluated is represented by the combined resistance value of the bulk leak resistance RJB and the surface leak resistance RJS connected in parallel,

【0033】[0033]

【数1】 [Equation 1]

【0034】となる。従ってこの(3)式のパラメータ
であるA,bを求めることにより、評価対象である所定
半径を有する半導体層について、上記バルク部リーク抵
抗RJB及び表面リーク抵抗RJSを求めることができる。
It becomes Therefore, the bulk leak resistance RJB and the surface leak resistance RJS can be obtained for the semiconductor layer having a predetermined radius to be evaluated by obtaining the parameters A and b of the equation (3).

【0035】次に半導体層の評価方法について説明す
る。まず、用意されたp型測定用ウエハ101上に、半
径r1 の第1のサンプル半導体層101a及び半径r2
の第2のサンプル半導体層101bをそれぞれ複数形成
する(図1(a) 参照)。
Next, a method of evaluating the semiconductor layer will be described. First, on the prepared p-type measurement wafer 101, the first sample semiconductor layer 101a having a radius r1 and the radius r2 are formed.
A plurality of second sample semiconductor layers 101b are formed (see FIG. 1A).

【0036】次に、上記測定用ウエハ101を所定の温
度に保持した状態で、第1及び第2のサンプル半導体層
101a,101bについて、リーク抵抗RJ1,RJ2を
測定する。
Next, the leak resistances RJ1 and RJ2 of the first and second sample semiconductor layers 101a and 101b are measured while the measurement wafer 101 is kept at a predetermined temperature.

【0037】具体的には、第1のサンプル半導体層10
1aのそれぞれについて、そのpn接合部分に一定のバ
イアスを印加し、このバイアスによりpn接合部分を流
れるリーク電流を測定してリーク抵抗を求め、全てのサ
ンプル半導体層101aのリーク抵抗の平均値を、第1
のサンプル半導体層101aのリーク抵抗の測定値RJ1
とする。
Specifically, the first sample semiconductor layer 10
For each of 1a, a constant bias is applied to the pn junction portion, the leak current flowing through the pn junction portion is measured by this bias to obtain the leak resistance, and the average value of the leak resistances of all the sample semiconductor layers 101a is First
Measured value RJ1 of the leak resistance of the sample semiconductor layer 101a
And

【0038】また第2のサンプル半導体層101bにつ
いても、上記第1のサンプル半導体層101aと同様に
して全サンプル半導体層101bについてリーク抵抗を
求め、その平均をサンプル半導体層101bの測定値R
J2とする。そして上記(3)式に、第1のサンプル半導
体層101aの半径r1 及びそのリーク抵抗の測定値R
J1を代入して、
Also for the second sample semiconductor layer 101b, the leak resistance is calculated for all the sample semiconductor layers 101b in the same manner as for the first sample semiconductor layer 101a, and the average thereof is measured value R of the sample semiconductor layer 101b.
J2. Then, in the above equation (3), the measured value R of the radius r1 of the first sample semiconductor layer 101a and its leak resistance is given.
Substituting J1,

【0039】[0039]

【数2】 [Equation 2]

【0040】を作成し、また上記(3)式に、第2のサ
ンプル半導体層の101bの半径r2及びそのリーク抵
抗の測定値RJ2を代入して、
Then, the radius r2 of the second sample semiconductor layer 101b and the measured value RJ2 of its leak resistance are substituted into the above equation (3),

【0041】[0041]

【数3】 [Equation 3]

【0042】を作成する。これらの式(4),(5)
を、未知数A,bについての連立方程式として解くこと
により、上記各式(4),(5)における係数A,bを
求め、これを上記(1)式及び(2)式に代入すること
により、評価対象となる半導体層のバルク部リーク抵抗
RJB及び表面リーク抵抗RJSを表す関数を決定する。
Create These expressions (4) and (5)
Are solved as simultaneous equations for unknowns A and b to obtain the coefficients A and b in the above equations (4) and (5), and these are substituted into the above equations (1) and (2). , A function representing the bulk leak resistance RJB and the surface leak resistance RJS of the semiconductor layer to be evaluated is determined.

【0043】この結果、評価対象となる半導体層のバル
ク部リーク抵抗RJB及び表面リーク抵抗RJSが該半導体
層の半径rから求められることとなり、これにより、バ
ルク部リーク抵抗RJBと表面リーク抵抗RJSとの比を導
出でき、半導体層のリーク抵抗を評価することができ
る。
As a result, the bulk leak resistance RJB and the surface leak resistance RJS of the semiconductor layer to be evaluated are obtained from the radius r of the semiconductor layer, and thus the bulk leak resistance RJB and the surface leak resistance RJS are obtained. Can be derived and the leak resistance of the semiconductor layer can be evaluated.

【0044】このように本実施例では、p型測定用ウエ
ハ101内に形成したその面積が異なる第1及び第2の
サンプル半導体層101a,101bのPN接合抵抗を
測定し、この測定値RJ を、PN接合部分の周囲長を変
数とする第1の関数で近似した表面リーク抵抗と、PN
接合部分の底面積を変数とする第2の関数で近似した内
部リーク抵抗との並列接続による合成抵抗値として用い
て、上記第1の関数を決定する第1のパラメータAと、
上記第2の関数を決定する第2のパラメータAbとを抽
出して、半導体層の評価を行うようにしたので、pn接
合抵抗の測定のためのサンプル半導体層101a,10
1bとして、表面リーク電流を十分無視できる程度の面
積の大きなサンプル半導体層を形成する必要がなく、面
積の異なるサンプル半導体層を同一の測定用半導体基板
上に作成でき、各サンプル半導体層101a,101b
についてのpn接合抵抗の測定を同時に行うことができ
る。
As described above, in this embodiment, the PN junction resistances of the first and second sample semiconductor layers 101a and 101b formed in the p-type measuring wafer 101 and having different areas are measured, and the measured value RJ is calculated. , A surface leak resistance approximated by a first function having a perimeter of the PN junction as a variable, and PN
A first parameter A for determining the first function by using as a combined resistance value by parallel connection with an internal leak resistance approximated by a second function having a bottom area of a junction as a variable;
Since the second parameter Ab that determines the second function is extracted and the semiconductor layer is evaluated, the sample semiconductor layers 101a and 10a for measuring the pn junction resistance are obtained.
As 1b, it is not necessary to form a sample semiconductor layer having a large area where surface leak current can be sufficiently ignored, sample semiconductor layers having different areas can be formed on the same measurement semiconductor substrate, and each sample semiconductor layer 101a, 101b can be formed.
The pn junction resistance can be measured at the same time.

【0045】また、測定用ウエハ101に形成するサン
プル半導体層101a,101bについては、その大き
さを特に規定する必要がないため、評価対象となってい
る半導体層のサイズに近いものを、適宜その表面積を設
定して用いればよく、サンプル半導体層の大きさを決定
する作業を省略できることにより、サンプル半導体層の
作成作業が簡単になる。
The size of the sample semiconductor layers 101a and 101b formed on the measurement wafer 101 does not need to be specified. Therefore, a sample semiconductor layer close to the size of the semiconductor layer to be evaluated is appropriately selected. The surface area is set and used, and the work of determining the size of the sample semiconductor layer can be omitted, so that the work of forming the sample semiconductor layer is simplified.

【0046】また、上記各サンプル半導体層101a,
101bはそのサイズが実際のデバイスに用いられてい
る半導体層のサイズ程度の小さいものであるため、測定
誤差をできるだけ小さくするために各サイズのサンプル
半導体層を複数形成する場合でも、1つの測定用ウエハ
内に十分な数のサンプル半導体層を形成することがで
き、pn接合抵抗の測定を作業性よく行うことができ
る。さらに上記のように各サンプル半導体層のサイズ
が、実デバイスで使用されている半導体層程度に小さい
ため、サンプル半導体層内に含まれる結晶欠陥の数も少
なくなって結晶欠陥に起因するピンホールリーク電流も
低減され、半導体層の評価精度を向上することができ
る。
Further, each of the sample semiconductor layers 101a,
Since the size of 101b is as small as the size of the semiconductor layer used in the actual device, even if a plurality of sample semiconductor layers of each size are formed in order to minimize the measurement error, one measurement A sufficient number of sample semiconductor layers can be formed in the wafer, and the pn junction resistance can be measured with good workability. Furthermore, as described above, since the size of each sample semiconductor layer is as small as the semiconductor layer used in the actual device, the number of crystal defects contained in the sample semiconductor layer is also reduced, and pinhole leakage due to crystal defects is caused. The current is also reduced, and the evaluation accuracy of the semiconductor layer can be improved.

【0047】さらに、サンプル半導体層として、底面積
の異なる2種類のサンプル半導体層101a,101b
を用い、PN接合部分の周囲長及び底面積を変数として
上記合成抵抗値を表す第3の関数を、上記第1及び第2
の関数から導出し、上記第3の関数の関係式に上記第1
及び第2のサンプル半導体層の周囲長及び底面積,並び
にPN接合抵抗の測定値を代入して得られる連立方程式
から、上記第1及び第2のパラメータA,bを抽出する
ので、2種類のサンプル半導体層を形成するだけで、半
導体層の評価を簡単に行うことができる。
Further, as sample semiconductor layers, two kinds of sample semiconductor layers 101a and 101b having different bottom areas are used.
And the third function representing the combined resistance value with the peripheral length and the bottom area of the PN junction as variables,
Is derived from the function of
Since the first and second parameters A and b are extracted from the simultaneous equations obtained by substituting the measured values of the peripheral length and the bottom area of the second and second sample semiconductor layers and the PN junction resistance, there are two types. The semiconductor layer can be easily evaluated only by forming the sample semiconductor layer.

【0048】なお、上記実施例では、(1)式のパラメ
ータをA、(2)式のパラメータをA,bとしたが、こ
れは(1)式のパラメータ、(2)式のパラメータをそ
れぞれA、Bとし、それぞれ RJB=A/(πr2 ) …(6) RJS=B/(2πr) …(7) としてもよく、この場合も上記第1の実施例と同様の効
果がある。
In the above embodiment, the parameter of the equation (1) is A and the parameter of the equation (2) is A and b. However, this is the parameter of the equation (1) and the parameter of the equation (2), respectively. AJ and RJB = A / (πr 2 ) ... (6) RJS = B / (2πr) (7), respectively. In this case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0049】ところで、この実施例では、上記(3)式
の係数A,bを、2つのサンプル半導体層101a,1
01bのリーク抵抗の実測値により決定しているため、
このように係数を決定した(3)式によって、所定半径
の半導体層のリーク抵抗を算出した場合、実測値と計算
値との誤差が大きくなることがある。
By the way, in this embodiment, the coefficients A and b of the above equation (3) are set to the two sample semiconductor layers 101a and 101a.
Since it is determined by the measured value of the leak resistance of 01b,
When the leak resistance of the semiconductor layer having a predetermined radius is calculated by the equation (3) in which the coefficient is thus determined, the error between the actual measurement value and the calculation value may be large.

【0050】例えば、図3(a) は、円形のサンプル半導
体層におけるpn接合の半径に対応するリーク抵抗の実
測値の一例を表により示しており、また図3(b) は、上
記半導体層の半径と、上記(1)〜(3)式から求めた
半導体層のリーク抵抗の計算値との関係のグラフととも
に、上記表における接合半径とリーク抵抗の実測値との
関係をプロットした四角形の点を示している。この場
合、図3(b) に示すように、イ,ロの2点における接合
半径及びリーク抵抗の実測値から係数A,bを決定した
上記(3)式を用いて、種々の半径の半導体層のリーク
抵抗を求めた場合、ハ点でのリーク抵抗の計算値と実測
値との誤差は大きくなることがある。
For example, FIG. 3 (a) shows an example of a measured value of the leak resistance corresponding to the radius of the pn junction in the circular sample semiconductor layer by a table, and FIG. 3 (b) shows the above semiconductor layer. And the graph of the relationship between the calculated value of the leak resistance of the semiconductor layer obtained from the above formulas (1) to (3), and the relationship between the junction radius and the measured value of the leak resistance in the above table. Shows the points. In this case, as shown in FIG. 3 (b), semiconductors of various radii can be obtained by using the above equation (3) in which the coefficients A and b are determined from the measured values of the junction radius and the leak resistance at the two points a and b. When the leak resistance of a layer is obtained, the error between the calculated value and the measured value of the leak resistance at point C may become large.

【0051】そこで、半導体層の評価方法において、こ
のような誤差をなくすために、互いに異なる接合半径を
有する3種類以上の半導体層の実測値から最小2乗法に
より、上記(3)式の係数A,bを求めるようにしたも
のを第2の実施例として、以下説明する。
Therefore, in order to eliminate such an error in the method of evaluating the semiconductor layer, the coefficient A of the above equation (3) is calculated by the least squares method from the measured values of three or more kinds of semiconductor layers having different junction radii. , B will be described below as a second embodiment.

【0052】実施例2.図4は本発明の第2の実施例に
よる半導体層の評価方法で用いる測定用ウエハを示して
おり、図中102は本実施例の方法で用いる測定用ウエ
ハで、その表面上には、それぞれ半径の異なる第1〜第
6のサンプル半導体層102a〜102fがそれぞれ複
数形成されている。
Example 2. FIG. 4 shows a measuring wafer used in the method for evaluating a semiconductor layer according to the second embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 102 denotes a measuring wafer used in the method of the present embodiment, on the surface of which, Plural first to sixth sample semiconductor layers 102a to 102f having different radii are formed.

【0053】次に半導体層の評価方法について説明す
る。まず、用意されたp型測定用ウエハ102上に、半
径r1 〜r6 の第1〜第6のサンプル半導体層102a
〜102fをそれぞれ複数形成する(図4参照)。
Next, a method of evaluating the semiconductor layer will be described. First, on the prepared p-type measurement wafer 102, first to sixth sample semiconductor layers 102a having radii r1 to r6 are formed.
Each of a plurality of layers 102 to 102f is formed (see FIG. 4).

【0054】次に、上記測定用ウエハ102を所定の温
度に保持した状態で、第1〜第6のサンプル半導体層1
02a〜102fについて、リーク抵抗RJ1〜RJ6を測
定する。なお、上記各サンプル半導体層についてのリー
ク抵抗RJ1〜RJ6は、上記第1実施例と同様、同一サイ
ズの全サンプル半導体層の測定値についての平均値であ
る。
Next, with the measurement wafer 102 kept at a predetermined temperature, the first to sixth sample semiconductor layers 1 are formed.
The leak resistances RJ1 to RJ6 are measured for 02a to 102f. The leak resistances RJ1 to RJ6 for each of the sample semiconductor layers are average values of the measured values of all sample semiconductor layers of the same size, as in the first embodiment.

【0055】そして以下上記第1〜第6のサンプル半導
体層の半径(接合半径)r1 〜r6と、各サンプル半導
体層について測定したリーク抵抗RJ1〜RJ6とを用いて
最小二乗法により上記(3)式のパラメータA,bを決
定する。
Then, the radii (junction radii) r1 to r6 of the first to sixth sample semiconductor layers and the leak resistances RJ1 to RJ6 measured for the respective sample semiconductor layers are used by the least squares method (3). Determine the parameters A and b of the formula.

【0056】以下詳述すると、上記接合半径r1 〜r6
のうち任意のものをri とし、リーク抵抗RJ1〜RJ6の
うち任意のものをRi とすると、上記(3)式の両辺の
差の2乗は、
More specifically, the joining radii r1 to r6 will be described below.
If any one of them is defined as ri and any one of the leak resistances RJ1 to RJ6 is defined as Ri, the square of the difference between both sides of the above equation (3) is

【0057】[0057]

【数4】 [Equation 4]

【0058】で表され、上記(8)式の分母をAnd the denominator of the above equation (8) is

【0059】[0059]

【数5】 [Equation 5]

【0060】と置くと、上記(8)式は、If we put, the above equation (8) becomes

【0061】[0061]

【数6】 [Equation 6]

【0062】となる。そして各接合半径ri についての
fi (A,b)の和をA,bについてそれぞれ微分する
と、
It becomes Then, when the sum of fi (A, b) for each joining radius ri is differentiated with respect to A and b, respectively,

【0063】[0063]

【数7】 [Equation 7]

【0064】[0064]

【数8】 [Equation 8]

【0065】となる。ここで(11),(12)式の右
辺を0とすると、以下の(13),(14)式が得られ
る。
It becomes When the right side of the equations (11) and (12) is set to 0, the following equations (13) and (14) are obtained.

【0066】[0066]

【数9】 [Equation 9]

【0067】[0067]

【数10】 [Equation 10]

【0068】そして上記(13)式をAについて変形す
ると、
When the above equation (13) is modified with respect to A,

【0069】[0069]

【数11】 [Equation 11]

【0070】となり、該(15)式を上記(14)式に
代入し変形すると、
Substituting equation (15) into equation (14) and transforming it,

【0071】[0071]

【数12】 [Equation 12]

【0072】となる。この(16)式に、測定した上記
各半導体層のリーク抵抗RJ1〜RJ6と、各半導体層の半
径r1 〜r6 とを代入し、上記(16)式の右辺と左辺
が等しくなるようにbの値を選んでやることにより、b
の値を導出できる。
It becomes Substituting the measured leak resistances RJ1 to RJ6 of each semiconductor layer and the radii r1 to r6 of each semiconductor layer into the equation (16), the right side and the left side of the equation (16) are made equal to each other. B by selecting a value
The value of can be derived.

【0073】次に、導出したbを上記(15)式に代入
することにより、Aの値を求めることができる。なお、
ここでは接合半径の異なるサンプル半導体層の数nは6
であるが、このサンプル半導体層の数nが多い程、A,
bの値を極めて正確に導出することができる。
Next, the value of A can be obtained by substituting the derived b into the above equation (15). In addition,
Here, the number n of sample semiconductor layers having different junction radii is 6
However, as the number n of the sample semiconductor layers increases, A,
The value of b can be derived very accurately.

【0074】このような本実施例においては、サンプル
半導体層として、測定用ウエハ内に形成した底面積の異
なる6種類のサンプル半導体層102a〜102fを用
い、PN接合部分の周囲長及び底面積を変数として上記
合成抵抗値を表す(3)式による第3の関数を、上記
(1)式及び(2)式による第1及び第2の関数から導
出し、上記(3)式による第3の関数に最小二乗法を適
用して、上記第1及び第2の関数を決定する係数A,b
を抽出するので、上記第1実施例の効果に加えて、上記
係数A,bを極めて正確に抽出することができ、実デバ
イスの開発における半導体層の評価精度を格段に向上す
ることができる。
In this embodiment, as the sample semiconductor layers, six kinds of sample semiconductor layers 102a to 102f formed in the measurement wafer and having different bottom areas are used, and the peripheral length and the bottom area of the PN junction are determined. A third function of the equation (3) representing the combined resistance value as a variable is derived from the first and second functions of the equations (1) and (2), and a third function of the equation (3) is derived. Applying the method of least squares to the function, the coefficients A and b for determining the first and second functions
Therefore, in addition to the effect of the first embodiment, the coefficients A and b can be extracted extremely accurately, and the evaluation accuracy of the semiconductor layer in the development of the actual device can be significantly improved.

【0075】実施例3.図3は本発明の第3の実施例に
よる半導体層の評価方法に用いる測定用ウエハを示す図
であり、この実施例の評価方法は、上記第1実施例の半
導体層の評価方法において、印加バイアスの値を変えて
pn接合部分でのリーク抵抗を測定し、しかもこの際、
印加する逆バイアスの値を、上記各サンプル半導体層の
PN接合部分でブレークダウンが発生するまで増大し
て、ブレークダウン電圧を測定するようにしたものであ
る。
Example 3. FIG. 3 is a diagram showing a measurement wafer used in a semiconductor layer evaluation method according to a third embodiment of the present invention. The evaluation method of this embodiment is the same as the semiconductor wafer evaluation method of the first embodiment. The bias resistance is changed to measure the leak resistance at the pn junction, and at this time,
The value of the reverse bias to be applied is increased until the breakdown occurs at the PN junction portion of each sample semiconductor layer, and the breakdown voltage is measured.

【0076】このため本実施例の方法で用いる測定用ウ
エハ103は、図5(a) に示すように上記第1実施例に
おける平面円形の第1,第2のサンプル半導体層に代え
て、その平面形状が長方形形状のサンプル半導体層を形
成している。つまりこのような長方形形状のサンプル半
導体層103aでは、図5(b) に示すように測定用のバ
イアスをサンプル半導体層と測定用ウエハとの間に印加
した時、そのコーナ部105では、図に示すように等電
位面105aの間隔が直線部分に比べて狭くなって電界
の集中が起こりやすく、ブレークダウン電圧の測定がし
やすくなるからである。
Therefore, the measuring wafer 103 used in the method of this embodiment is replaced by the first and second sample semiconductor layers having the plane circular shape in the first embodiment, as shown in FIG. 5 (a). A sample semiconductor layer having a rectangular planar shape is formed. That is, in such a rectangular sample semiconductor layer 103a, when a measurement bias is applied between the sample semiconductor layer and the measurement wafer as shown in FIG. This is because, as shown in the drawing, the interval between the equipotential surfaces 105a is narrower than that in the straight line portion, and the electric field is likely to be concentrated, so that the breakdown voltage is easily measured.

【0077】以下、評価対象となる半導体層の形状(接
合形状)が長方形である場合の評価方法について説明す
る。上記接合形状の1辺の長さをrとし、この辺と向か
い合わない1辺の長さをcr(cは定数)とすると、接
合面積(サンプル半導体層の底面積)はcr2 と表さ
れ、接合周囲長(サンプル半導体層の周囲長)は2(1
+c)rと表される。従って第1実施例と同様、バルク
部リーク抵抗RJ11 、及び表面リーク抵抗RJ12 はそれ
ぞれ、
An evaluation method when the shape (junction shape) of the semiconductor layer to be evaluated is a rectangle will be described below. If the length of one side of the above-mentioned junction shape is r and the length of one side that does not face this side is cr (c is a constant), the junction area (bottom area of the sample semiconductor layer) is expressed as cr 2 , The perimeter (perimeter of the sample semiconductor layer) is 2 (1
+ C) It is represented as r. Therefore, similarly to the first embodiment, the bulk leak resistance RJ11 and the surface leak resistance RJ12 are respectively

【0078】[0078]

【数13】 [Equation 13]

【0079】[0079]

【数14】 [Equation 14]

【0080】と表され、pn接合のリーク抵抗RJ10
は、
And the leakage resistance RJ10 of the pn junction.
Is

【0081】[0081]

【数15】 [Equation 15]

【0082】となる。これは上記第1の実施例に示した
(3)式と同じ形であり、上記第1,第2の実施例と同
様の方法で未知数A,bを求めることができ、これによ
り、リーク電流の評価を行うことができる。
It becomes This has the same form as the equation (3) shown in the first embodiment, and the unknowns A and b can be obtained by the same method as in the first and second embodiments. Can be evaluated.

【0083】この実施例の評価方法は、第1の実施例の
半導体層の評価方法において、上記各サンプル半導体層
のPN接合抵抗の測定を、上記各サンプル半導体層10
3a,103bと上記半導体基板との間に印加するバイ
アスの値を変えて複数のバイアス値について行い、上記
第1及び第2のパラメータA,bとしては、上記測定を
行った複数のバイアス値の各々に対応するものを抽出
し、上記複数のバイアス値に対応する、表面リーク抵抗
と内部リーク抵抗との比率より半導体層の評価を行う。
The evaluation method of this embodiment is the same as the evaluation method of the semiconductor layer of the first embodiment, except that the PN junction resistance of each of the sample semiconductor layers is measured.
3a, 103b and the semiconductor substrate, the bias value applied between the semiconductor substrate is changed to perform a plurality of bias values. The first and second parameters A and b are set to the plurality of bias values measured. Those corresponding to each are extracted, and the semiconductor layer is evaluated from the ratio of the surface leak resistance and the internal leak resistance corresponding to the plurality of bias values.

【0084】そしてさらにこの実施例では、上記第1及
び第2のサンプル半導体層103a,103bのPN接
合抵抗の測定の際、上記各サンプル半導体層と上記半導
体基板との間に印加する逆バイアスの値を、上記各サン
プル半導体層のPN接合部分でブレークダウンが発生す
るまで増大し、表面リーク抵抗と内部リーク抵抗との比
率及びブレークダウン電圧より、評価対象である半導体
層の評価を行う。
Further, in this embodiment, when measuring the PN junction resistance of the first and second sample semiconductor layers 103a and 103b, a reverse bias applied between the sample semiconductor layers and the semiconductor substrate is applied. The value is increased until breakdown occurs at the PN junction portion of each sample semiconductor layer, and the semiconductor layer to be evaluated is evaluated from the ratio of surface leak resistance to internal leak resistance and the breakdown voltage.

【0085】このように本実施例では、上記各サンプル
半導体層のPN接合抵抗の測定を、上記各サンプル半導
体層と上記半導体基板との間に印加するバイアスの値を
変えて複数のバイアス値について行い、上記第1及び第
2のパラメータA,bとしては、上記測定を行った複数
のバイアス値の各々に対応するものを抽出し、半導体層
の評価を、上記複数のバイアス値に対応する、表面リー
ク抵抗と内部リーク抵抗との比率により行うので、半導
体層の評価を、pn接合部分への印加バイアスの値別に
幅広く行うことができる。
As described above, in this embodiment, the PN junction resistance of each of the sample semiconductor layers is measured for a plurality of bias values by changing the value of the bias applied between each of the sample semiconductor layers and the semiconductor substrate. Then, as the first and second parameters A and b, those corresponding to each of the plurality of bias values measured above are extracted, and the semiconductor layer is evaluated corresponding to the plurality of bias values. Since it is performed by the ratio of the surface leak resistance and the internal leak resistance, the semiconductor layer can be widely evaluated for each value of the bias applied to the pn junction.

【0086】また、上記各サンプル半導体層のPN接合
抵抗の測定の際、上記各サンプル半導体層と上記半導体
基板との間に印加する逆バイアスの値を、上記各サンプ
ル半導体層のPN接合部分でブレークダウンが発生する
まで増大するようにしたので、表面リーク抵抗及び内部
リーク抵抗からだけでなく、これにブレークダウン電圧
をも含めたものより、半導体層の評価を幅広く行うこと
ができる。
In measuring the PN junction resistance of each sample semiconductor layer, the value of the reverse bias applied between each sample semiconductor layer and the semiconductor substrate is measured at the PN junction portion of each sample semiconductor layer. Since the breakdown voltage is increased until the breakdown occurs, the semiconductor layer can be widely evaluated not only by the surface leak resistance and the internal leak resistance but also by including the breakdown voltage.

【0087】実施例4.なお、上記第1ないし第3の実
施例による半導体装置の評価方法においては、リーク抵
抗の測定は、素子(サンプル半導体層)の温度を一定と
して行われるが、素子の温度を変化させて測定を行なう
ようにしてもよく、以下このような測定方法を本発明の
第4の実施例として説明する。
Example 4. In the semiconductor device evaluation methods according to the first to third embodiments, the leak resistance is measured with the temperature of the element (sample semiconductor layer) kept constant, but the measurement is performed by changing the temperature of the element. It may be carried out, and such a measuring method will be described below as a fourth embodiment of the present invention.

【0088】この第4の実施例による半導体層の評価方
法は、上記第1の実施例による半導体層の評価方法にお
いて、上記各サンプル半導体層のPN接合抵抗の測定
を、測定用ウエハを異なる複数の温度に設定して行い、
半導体層の評価を、上記各設定温度における、上記第1
の関数による表面リーク抵抗と第2の関数によるバルク
部リーク抵抗との比率を用いて行うものである。
The semiconductor layer evaluation method according to the fourth embodiment is the same as the semiconductor layer evaluation method according to the first embodiment, except that the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured by a plurality of wafers for measurement. Set to the temperature of
The evaluation of the semiconductor layer is performed by using the first
Is performed using the ratio of the surface leak resistance by the function of and the leak resistance of the bulk portion by the second function.

【0089】この場合pn接合のリーク電流成分の分析
を行うことも可能となる。つまり半導体層のpn接合部
分でのリーク電流はいくつかの成分を持ち、例えば、拡
散電流成分Idiffは、
In this case, it becomes possible to analyze the leakage current component of the pn junction. That is, the leak current at the pn junction of the semiconductor layer has several components, and for example, the diffusion current component Idiff is

【0090】[0090]

【数16】 [Equation 16]

【0091】また、Gr電流成分IGrは、Further, the Gr current component I Gr is

【0092】[0092]

【数17】 [Equation 17]

【0093】と表される。これらの式(20),(2
1)より、それぞれの電流成分は、温度が変わることに
より、その変化率が異なるのがわかる。従って、pn接
合部分のリーク電流を温度を変化させながら評価するこ
とにより、バルク部リーク電流,表面リーク電流がそれ
ぞれ、どのような成分により構成されているかを知るこ
とができる。
It is represented by These equations (20) and (2
From 1), it can be seen that the rate of change of each current component varies depending on the temperature. Therefore, by evaluating the leak current of the pn junction while changing the temperature, it is possible to know what components each of the bulk leak current and the surface leak current is composed of.

【0094】このような本実施例においては、半導体素
子の温度を変化させながら、リーク電流を測定してリー
ク電流の評価を行うようにしたので、リーク電流のより
詳細な分析を行うことができ、これにより、より詳細な
半導体層の評価を行うことができる。
In this embodiment, since the leak current is measured and the leak current is evaluated while changing the temperature of the semiconductor element, a more detailed analysis of the leak current can be performed. As a result, more detailed evaluation of the semiconductor layer can be performed.

【0095】なお、上記各実施例では、サンプル半導体
層の平面形状が円形あるいは長方形である場合について
示したが、サンプル半導体層の形状はこれに限るもので
はなく、また測定用ウエハに形成するサンプル半導体層
の平面形状は、実デバイスの、評価対象となる半導体層
の平面形状と相似形のものである必要はなく、その底面
積が実デバイスの半導体層と同程度のものであればよ
く、この場合も上記各実施例と同様の効果が得られる。
In each of the above embodiments, the case where the planar shape of the sample semiconductor layer is circular or rectangular is shown, but the shape of the sample semiconductor layer is not limited to this, and the sample formed on the measurement wafer is not limited to this. The plane shape of the semiconductor layer does not need to be similar to the plane shape of the semiconductor layer to be evaluated in the actual device, as long as its bottom area is approximately the same as the semiconductor layer of the actual device, Also in this case, the same effect as that of each of the above-described embodiments can be obtained.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上のようにこの発明にかかる半導体層
の評価方法によれば、第1導電型の半導体領域内に形成
したその面積が異なる各サンプル半導体層のPN接合抵
抗を測定し、この測定値を、PN接合部分の周囲長を変
数とする第1の関数で近似した表面リーク抵抗と、PN
接合部分の底面積を変数とする第2の関数で近似した内
部リーク抵抗との並列接続による合成抵抗値として用い
て、上記第1及び第2の関数を決定する第1及び第2の
パラメータを抽出して、半導体層の評価を行うようにし
たので、pn接合抵抗の測定のためのサンプル半導体層
として、表面リーク電流を十分無視できる程度の,面積
の大きなサンプル半導体層を形成する必要がなく、面積
の異なるサンプル半導体層を同一の測定用半導体基板上
に作成でき、各サンプル半導体層についてのpn接合抵
抗の測定を同時に行うことができる効果がある。
As described above, according to the semiconductor layer evaluation method of the present invention, the PN junction resistance of each sample semiconductor layer formed in the first conductivity type semiconductor region and having a different area is measured, and The surface leakage resistance obtained by approximating the measured value by a first function having the perimeter of the PN junction as a variable, and PN
The first and second parameters for determining the first and second functions are used by using the combined resistance value obtained by parallel connection with the internal leak resistance approximated by the second function whose variable is the bottom area of the junction. Since the semiconductor layer is extracted and evaluated, it is not necessary to form a sample semiconductor layer having a large area where surface leak current can be sufficiently ignored as a sample semiconductor layer for measuring the pn junction resistance. The sample semiconductor layers having different areas can be formed on the same measurement semiconductor substrate, and the pn junction resistance of each sample semiconductor layer can be simultaneously measured.

【0097】また、測定用基板に形成するサンプル半導
体層については、評価対象となっている半導体層のサイ
ズに近いものを、適宜その面積を設定して用いればよ
く、サンプル半導体層の作成作業が簡単であるという効
果がある。
As for the sample semiconductor layer to be formed on the measurement substrate, a sample semiconductor layer close to the size of the semiconductor layer to be evaluated may be used by appropriately setting the area thereof. It has the effect of being simple.

【0098】また、測定誤差をできるだけ小さくするた
めに、サイズの異なるサンプル半導体層を複数形成する
場合には、各サンプル半導体層のサイズが実際のデバイ
スに用いられている半導体層のサイズ程度の小さいもの
であるため、1つの測定用ウエハ内に十分な数のサンプ
ル半導体層を形成することができ、pn接合抵抗の測定
を作業性よく行うことができる。さらに上記のように各
サンプル半導体層のサイズが、実デバイスで使用されて
いる半導体層程度に小さいため、サンプル半導体層内に
含まれる結晶欠陥の数も少なくなって結晶欠陥に起因す
るピンホールリーク電流も低減され、半導体層の評価精
度を向上することができる効果がある。
When a plurality of sample semiconductor layers having different sizes are formed in order to minimize the measurement error, the size of each sample semiconductor layer is as small as the size of the semiconductor layer used in the actual device. Therefore, a sufficient number of sample semiconductor layers can be formed in one measurement wafer, and the pn junction resistance can be measured with good workability. Furthermore, as described above, since the size of each sample semiconductor layer is as small as the semiconductor layer used in the actual device, the number of crystal defects contained in the sample semiconductor layer is also reduced, and pinhole leakage due to crystal defects is caused. The current is also reduced, and the evaluation accuracy of the semiconductor layer can be improved.

【0099】この発明によれば、上記サンプル半導体層
として、底面積の異なる2種類のサンプル半導体層を用
い、PN接合部分の周囲長及び底面積を変数として上記
合成抵抗値を表す第3の関数を、上記第1及び第2の関
数から導出し、上記第3の関数を示す関係式に上記第1
及び第2のサンプル半導体層の周囲長及び底面積,並び
にPN接合抵抗の測定値を代入して得られる連立方程式
から、上記第1及び第2の関数を決定するパラメータを
抽出するので、2種類のサンプル半導体層を形成するだ
けで、半導体層の評価を簡単に行うことができる効果が
ある。
According to the present invention, two kinds of sample semiconductor layers having different bottom areas are used as the sample semiconductor layers, and the third function expressing the combined resistance value with the peripheral length and the bottom area of the PN junction portion as variables. Is derived from the first and second functions, and the first expression is added to the relational expression showing the third function.
And the parameters for determining the first and second functions are extracted from the simultaneous equations obtained by substituting the measured values of the peripheral length and the bottom area of the second sample semiconductor layer and the PN junction resistance, so that there are two types. There is an effect that the semiconductor layer can be easily evaluated only by forming the sample semiconductor layer.

【0100】この発明によれば、上記サンプル半導体層
として、第1導電型のウエハ内に形成した底面積の異な
る3種類以上のサンプル半導体層を用い、PN接合部分
の周囲長及び底面積を変数として上記合成抵抗値を表す
第3の関数を、上記第1及び第2の関数から導出し、上
記第3の関数に最小二乗法を適用して、上記第1及び第
2の関数を決定するパラメータを抽出するので、半導体
層の評価をより精度よく行うことができる効果がある。
According to the present invention, as the sample semiconductor layer, three or more kinds of sample semiconductor layers having different bottom areas formed in the first conductivity type wafer are used, and the peripheral length and the bottom area of the PN junction portion are varied. As a result, a third function representing the combined resistance value is derived from the first and second functions, and the least squares method is applied to the third function to determine the first and second functions. Since the parameters are extracted, there is an effect that the semiconductor layer can be evaluated more accurately.

【0101】この発明によれば、上記各サンプル半導体
層のPN接合抵抗の測定を、上記各サンプル半導体層と
上記半導体基板との間に印加するバイアスの値を変えて
複数のバイアス値について行い、上記第1及び第2の関
数を決定するパラメータとしては、上記測定を行った複
数のバイアス値の各々に対応するものを抽出し、上記複
数のバイアス値に対応する、表面リーク抵抗と内部リー
ク抵抗との比率より評価対象である半導体層の評価を行
うので、半導体層の評価を、pn接合部分への印加バイ
アスの値別に幅広く行うことができる効果がある。
According to the present invention, the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured for a plurality of bias values while changing the value of the bias applied between each sample semiconductor layer and the semiconductor substrate. As parameters for determining the first and second functions, ones corresponding to each of the plurality of measured bias values are extracted, and the surface leak resistance and the internal leak resistance corresponding to the plurality of bias values are extracted. Since the semiconductor layer to be evaluated is evaluated based on the ratio, the semiconductor layer can be evaluated widely depending on the value of the bias applied to the pn junction.

【0102】この発明によれば、上記各サンプル半導体
層のPN接合抵抗の測定の際、上記各サンプル半導体層
と上記半導体基板との間に印加する逆バイアスの値を、
上記各サンプル半導体層のPN接合部分でブレークダウ
ンが発生するまで増大するようにしたので、半導体層の
評価を、表面リーク抵抗及び内部リーク抵抗だけでな
く、ブレークダウン電圧をも含めたものより幅広く行う
ことができる効果がある。
According to the present invention, when the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured, the value of the reverse bias applied between each sample semiconductor layer and the semiconductor substrate is
Since the breakdown voltage is increased until the PN junction portion of each sample semiconductor layer is generated, the semiconductor layer can be evaluated more widely than that including not only the surface leak resistance and the internal leak resistance but also the breakdown voltage. There is an effect that can be done.

【0103】またこの発明によれば、上記各サンプル半
導体層のPN接合抵抗の測定を、半導体基板の異なる複
数の設定温度において行うので、リーク電流の成分をそ
の発生原因別に分析することが可能となり、これにより
半導体層の評価を高い精度で行うことができる効果があ
る。
Further, according to the present invention, since the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured at a plurality of different set temperatures of the semiconductor substrate, it becomes possible to analyze the component of the leak current according to the cause thereof. Thus, there is an effect that the semiconductor layer can be evaluated with high accuracy.

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

【図1】本発明の第1の実施例による半導体層の評価方
法に用いる測定用ウエハの構造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a measuring wafer used in a method for evaluating a semiconductor layer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記第1の実施例の半導体層の評価方法に用い
るリーク抵抗の等価回路を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a leak resistance used in the semiconductor layer evaluation method of the first embodiment.

【図3】上記第1の実施例による半導体層の評価方法に
おける問題点を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a problem in the semiconductor layer evaluation method according to the first embodiment.

【図4】本発明の第2の実施例による半導体層の評価方
法に用いる測定用ウエハの構造を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a structure of a measurement wafer used in a semiconductor layer evaluation method according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例による半導体層の評価方
法に用いる測定用ウエハの構造を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a measurement wafer used in a semiconductor layer evaluation method according to a third embodiment of the present invention.

【図6】従来の半導体装置の構造例を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structural example of a conventional semiconductor device.

【図7】従来の半導体層の評価方法に用いる測定用ウエ
ハの構造を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a structure of a measurement wafer used in a conventional semiconductor layer evaluation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型半導体基板 2 n型半導体領域 3,103a pn接合面 31,131 pn接合面底面部 32,132 pn接合表面露出部 33,133 pn接合面側面部 101,102 測定用ウエハ 101a,103a 第1のサンプル半導体層 101b,103b 第2のサンプル半導体層 102a〜102f 第1〜第6のサンプル半導体層 105 pn接合面角部 105a 等電位面 200 半導体装置 IJ pn接合リーク電流 IJS 表面リーク電流 IJB バルク部リーク電流 RJ pn接合リーク抵抗 RJS 表面リーク抵抗 RJB バルク部リーク抵抗 1 p-type semiconductor substrate 2 n-type semiconductor region 3, 103a pn junction surface 31, 131 pn junction surface bottom portion 32, 132 pn junction surface exposed portion 33, 133 pn junction surface side portion 101, 102 measurement wafer 101a, 103a No. 1 sample semiconductor layer 101b, 103b Second sample semiconductor layer 102a to 102f First to sixth sample semiconductor layer 105 pn junction surface corner portion 105a Equipotential surface 200 Semiconductor device IJ pn junction leakage current IJS surface leakage current IJB bulk Leakage current RJ pn junction leakage resistance RJS surface leakage resistance RJB bulk leakage resistance

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年10月28日[Submission date] October 28, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0004[Correction target item name] 0004

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0004】ここで、上記pn接合部分でのリーク電流
IJ は図6に示すように、pn接合面3のバルク部3
,つまりpn接合3の、半導体基板1内部に位置する
部分で生ずるリーク電流(以下バルク部リーク電流)I
JBと、pn接合面3の表面露出部3で生ずる表面リー
ク電流IJSの2つに大別できる。通常、pn接合面3の
表面露出部3には、結晶のダングリングボンドが存在
するため、pn接合面3のバルク部3に比べて、禁制
帯幅中の準位密度が非常に多くなっており、このため準
位密度に起因する、トンネル電流成分や発生再結合(G
R;generation recombination)電流成分が非常に大き
く、表面リーク電流IJSの値がバルク部リーク電流IJB
に比べて大きくなる場合がある。
Here, the leakage current IJ at the pn junction portion is, as shown in FIG. 6, the bulk portion 3 of the pn junction surface 3.
1 , that is, a leak current (hereinafter referred to as a bulk leak current) I generated in a portion of the pn junction 3 located inside the semiconductor substrate 1
And JB, can be divided into two surface leakage current IJS generated by the surface-exposed portion 3 2 of the pn junction plane 3. Normally, the exposed surface 3 2 of the pn junction plane 3, the number of dangling bonds of the crystal is present, as compared to the bulk portion 3 1 of the pn junction plane 3, so many state density in the forbidden band width Therefore, the tunnel current component and generated recombination (G
R; generation recombination) The current component is very large, and the surface leakage current IJS is the bulk leakage current IJB.
It may be larger than.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0006[Correction target item name] 0006

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0006】以下、この評価方法について説明する。ま
ず、この評価方法の原理について説明する。評価対象と
なる半導体層が、図6に示すn型半導体層2のように半
径rの平面円形状のpn接合面3を有している場合、p
n接合面3の側面部3の接合面積は、その底面部3
の接合面積に比べて小さいので、半導体基板1のバルク
部分におけるpn接合面3の面積をその底面部3の面
積により近似することができる。この場合、バルク部リ
ーク電流IJBは、該n型半導体層2の面積(πr2 )に
比例し、表面リーク電流IJSは、n型半導体層2の周囲
長2πrに比例することとなり、このためpn接合面3
の半径rが大きくなればなるほど、半導体装置の全体の
リーク電流IJ においては、バルク部リーク電流IJBが
支配的となり、表面リーク電流IJSの影響は小さくな
る。従って、表面リーク電流IJSを無視できる程度の,
大きなサンプル半導体層のリーク電流IJ を測定するこ
とにより、単位面積当たりのバルク部リーク電流IUJB
を算出できる。
The evaluation method will be described below. First, the principle of this evaluation method will be described. When the semiconductor layer to be evaluated has a plane circular pn junction surface 3 with a radius r like the n-type semiconductor layer 2 shown in FIG.
The bonding area of the side surface portion 3 3 of the n-bonding surface 3 is the bottom surface portion 3 1
Since small compared to the bonding area, the area of the pn junction plane 3 in the bulk portion of the semiconductor substrate 1 can be approximated by the area of the bottom portion 3 1. In this case, the bulk leakage current IJB is proportional to the area (πr 2 ) of the n-type semiconductor layer 2, and the surface leakage current IJS is proportional to the peripheral length 2πr of the n-type semiconductor layer 2. Therefore, pn Bonding surface 3
As the radius r becomes larger, the bulk leakage current IJB becomes dominant in the overall leakage current IJ of the semiconductor device, and the influence of the surface leakage current IJS becomes smaller. Therefore, the surface leakage current IJS is negligible,
By measuring the leak current IJ of the large sample semiconductor layer, the bulk leak current IUJB per unit area is measured.
Can be calculated.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0008】次に具体的な評価方法について説明する。
まず、第1のp型測定用ウエハ201上に、表面リーク
電流IJSを無視できる程度の,大きな半径ra を有する
第1のn型サンプル半導体層201aを複数形成する
(図(a) )。次に上記測定用ウエハ201の各サンプ
ル半導体層201aについてリーク電流の測定を行い、
そのリーク電流の平均値IJ1を半径ra の第1のサンプ
ル半導体層201aのリーク電流とする。ここで半導体
材料にCdHgTeを用いている場合、サンプル半導体
層201aとして、そのpn接合面外周の直径が500
μm程度のものを形成する必要がある。そして上記リー
ク電流IJ1の平均値を上記サンプル半導体層の表面積
(πra2 )で割り算して、単位面積当たりのバルク部
リーク電流IUJB を求める。
Next, a specific evaluation method will be described.
First, a plurality of first n-type sample semiconductor layers 201a having a large radius ra such that the surface leakage current IJS can be ignored are formed on the first p-type measurement wafer 201 (FIG. 7 (a)). Next, the leak current of each sample semiconductor layer 201a of the measurement wafer 201 is measured,
Let the average value IJ1 of the leak current be the leak current of the first sample semiconductor layer 201a having the radius ra. Here, when CdHgTe is used as the semiconductor material, the sample semiconductor layer 201a has a pn junction surface outer diameter of 500.
It is necessary to form a film having a size of about μm. Then, the average value of the leakage current IJ1 is divided by the surface area (πra 2 ) of the sample semiconductor layer to obtain the bulk leakage current IUJB per unit area.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0031[Correction target item name] 0031

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0031】またここで、評価対象となる半導体層2の
pn接合面3の深さは約数μmであるのに対し、pn接
合面3の接合底面部31の直径は数十μmであるので、
pn接合面3のバルク部の接合面積を、バルク部の側面
部33における接合面積を無視して底面部31での接合
面積により近似すると、バルク部リーク抵抗RJBがpn
接合面3の底面積(πr2 )に反比例することから、A
を係数(パラメータ)として RJB=A/(πr2 ) …(1) と表され、表面リーク抵抗RJSは、pn接合面3の表面
露出部32における周囲長2πrに反比例することか
ら、b,Aを係数(パラメータ)として、 RJS=bA(2πr) …(2) と表される。
The depth of the pn junction surface 3 of the semiconductor layer 2 to be evaluated is about several μm, while the diameter of the junction bottom surface portion 31 of the pn junction surface 3 is several tens μm. ,
If the junction area of the bulk portion of the pn junction surface 3 is approximated to the junction area of the bottom portion 31 ignoring the junction area of the side surface portion 33 of the bulk portion, the bulk leakage resistance RJB becomes pn.
Since it is inversely proportional to the bottom area (πr 2 ) of the joint surface 3, A
Is expressed as RJB = A / (πr 2 ) ... (1), and the surface leak resistance RJS is inversely proportional to the peripheral length 2πr of the exposed surface portion 32 of the pn junction surface 3, so that b, A Is used as a coefficient (parameter), and RJS = bA / (2πr) (2).

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0075[Correction target item name] 0075

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0075】実施例3.図は本発明の第3の実施例に
よる半導体層の評価方法に用いる測定用ウエハを示す図
であり、この実施例の評価方法は、上記第1実施例の半
導体層の評価方法において、印加バイアスの値を変えて
pn接合部分でのリーク抵抗を測定し、しかもこの際、
印加する逆バイアスの値を、上記各サンプル半導体層の
PN接合部分でブレークダウンが発生するまで増大し
て、ブレークダウン電圧を測定するようにしたものであ
る。
Example 3. FIG. 5 is a diagram showing a measurement wafer used in the semiconductor layer evaluation method according to the third embodiment of the present invention. The evaluation method of this embodiment is the same as that of the semiconductor layer evaluation method of the first embodiment. The bias resistance is changed to measure the leak resistance at the pn junction, and at this time,
The value of the reverse bias to be applied is increased until the breakdown occurs at the PN junction portion of each sample semiconductor layer, and the breakdown voltage is measured.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板の表面領域に、
評価対象となる半導体層と同程度の大きさを有しかつ底
面積が相互に異なる第2導電型のサンプル半導体層を複
数形成する工程と、 上記各サンプル半導体層と上記半導体基板との間にバイ
アスを印加して、このバイアス印加により両者間を流れ
るリーク電流に基づいて上記各サンプル半導体層のPN
接合部分でのリーク抵抗を測定する工程と、 上記各サンプル半導体層のPN接合部分でのリーク抵抗
の測定値を、該PN接合部分の周囲長を変数とする第1
の関数で近似した表面リーク抵抗と、PN接合部分の底
面積を変数とする第2の関数で近似したバルク部リーク
抵抗との並列接続による合成抵抗値として用いて、上記
第1の関数を決定する第1のパラメータと上記第2の関
数を決定する第2のパラメータとを抽出する工程と、 評価対象となる種々の底面積を有する半導体層につい
て、上記第1の関数により表面リーク抵抗を、第2の関
数により内部リーク抵抗を導出し、上記測定されたリー
ク抵抗における表面リーク抵抗とバルク部リーク抵抗と
の割合を算出し、上記半導体層の評価を行う工程とを含
むことを特徴とする半導体層の評価方法。
1. A surface region of a semiconductor substrate of the first conductivity type,
A step of forming a plurality of second-conductivity-type sample semiconductor layers having a size similar to that of the semiconductor layer to be evaluated and different bottom areas from each other; and between the sample semiconductor layers and the semiconductor substrate A bias is applied, and based on the leak current flowing between the two due to the bias application, the PN of each sample semiconductor layer is
A step of measuring a leak resistance at the junction portion, and a step of setting a measured value of the leak resistance at the PN junction portion of each of the sample semiconductor layers as a variable with the peripheral length of the PN junction portion
The first function is determined by using as a combined resistance value obtained by parallel connection of the surface leak resistance approximated by the function of and the bulk leak resistance approximated by the second function in which the bottom area of the PN junction is used as a variable. For extracting the first parameter and the second parameter for determining the second function, and for the semiconductor layer having various bottom areas to be evaluated, the surface leak resistance by the first function, Deriving an internal leak resistance by a second function, calculating a ratio of surface leak resistance to bulk leak resistance in the measured leak resistance, and evaluating the semiconductor layer. Evaluation method of semiconductor layer.
【請求項2】 請求項1記載の半導体層の評価方法にお
いて、 上記第2導電型のサンプル半導体層として、第1導電型
のウエハ内に形成した底面積の異なる2種類の第1及び
第2のサンプル半導体層を用い、 PN接合部分の周囲長及び底面積を変数として上記合成
抵抗値を表す第3の関数を上記第1及び第2の関数から
導出し、上記第3の関数を示す関係式に上記第1及び第
2のサンプル半導体層の周囲長及び底面積,並びにPN
接合抵抗の測定値を代入して得られる連立方程式から、
上記第1及び第2の関数を決定するパラメータを抽出す
ることを特徴とする半導体層の評価方法。
2. The method for evaluating a semiconductor layer according to claim 1, wherein the sample semiconductor layer of the second conductivity type has two types of first and second different bottom areas formed in a wafer of the first conductivity type. Using the sample semiconductor layer of, the third function representing the combined resistance value with the perimeter and the bottom area of the PN junction portion as variables is derived from the first and second functions, and the relationship showing the third function is shown. Where the perimeter and bottom area of the first and second sample semiconductor layers, and PN
From the simultaneous equations obtained by substituting the measured values of the junction resistance,
A method for evaluating a semiconductor layer, comprising extracting a parameter for determining the first and second functions.
【請求項3】 請求項1記載の半導体層の評価方法にお
いて、 上記第2導電型のサンプル半導体層として、第1導電型
のウエハ内に形成した底面積の異なる3種類以上のサン
プル半導体層を用い、 PN接合部分の周囲長及び底面積を変数として上記合成
抵抗値を表す第3の関数を上記第1及び第2の関数から
導出し、上記第3の関数により導出される合成抵抗値
の、上記全種類のサンプル半導体層についての総和と、
PN接合抵抗の実測値の、上記全種類のサンプル半導体
層についての総和との差の二乗が最小となる条件にて、
上記第1及び第2の関数を決定するパラメータを抽出す
ることを特徴とする半導体層の評価方法。
3. The method for evaluating a semiconductor layer according to claim 1, wherein as the second conductivity type sample semiconductor layer, three or more kinds of sample semiconductor layers formed in a first conductivity type wafer and having different bottom areas are used. Using the perimeter of the PN junction and the bottom area as variables, a third function expressing the above-mentioned combined resistance value is derived from the above-mentioned first and second functions, and the combined resistance value derived by the above-mentioned third function is calculated. , The sum of the above-mentioned sample semiconductor layers of all types,
Under the condition that the square of the difference between the measured value of the PN junction resistance and the sum of the above-mentioned sample semiconductor layers of all types is the minimum,
A method for evaluating a semiconductor layer, comprising extracting a parameter for determining the first and second functions.
【請求項4】 請求項1記載の半導体層の評価方法にお
いて、 上記各サンプル半導体層のPN接合抵抗の測定は、上記
各サンプル半導体層と上記半導体基板との間に印加する
バイアスの値を変えて複数のバイアス値について行い、
上記第1及び第2の関数を決定するパラメータとして
は、上記測定を行った複数のバイアス値の各々に対応す
るものを抽出し、 評価対象である半導体層の評価は、上記複数のバイアス
値に対応する、表面リーク抵抗と内部リーク抵抗との比
率により行うことを特徴とする半導体層の評価方法。
4. The method for evaluating a semiconductor layer according to claim 1, wherein the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured by changing a bias value applied between each sample semiconductor layer and the semiconductor substrate. For multiple bias values,
As the parameters for determining the first and second functions, those corresponding to each of the plurality of bias values measured as described above are extracted, and the semiconductor layer to be evaluated is evaluated by the plurality of bias values. A method for evaluating a semiconductor layer, which is performed by a corresponding ratio of surface leak resistance and internal leak resistance.
【請求項5】 請求項4記載の半導体層の評価方法にお
いて、 上記各サンプル半導体層のPN接合抵抗の測定の際、上
記各サンプル半導体層と上記半導体基板との間に印加す
る逆バイアスの値を、上記各サンプル半導体層のPN接
合部分でブレークダウンが発生するまで増大し、 評価対象である半導体層の評価は、表面リーク抵抗と内
部リーク抵抗との比率及びブレークダウン電圧より行う
ことを特徴とする半導体層の評価方法。
5. The method for evaluating a semiconductor layer according to claim 4, wherein a value of a reverse bias applied between each sample semiconductor layer and the semiconductor substrate when measuring the PN junction resistance of each sample semiconductor layer. Is increased until breakdown occurs at the PN junction portion of each sample semiconductor layer, and the semiconductor layer to be evaluated is evaluated based on the ratio of surface leak resistance to internal leak resistance and the breakdown voltage. And a method for evaluating a semiconductor layer.
【請求項6】 請求項1記載の半導体層の評価方法にお
いて、 上記各サンプル半導体層のPN接合抵抗の測定は、半導
体基板の異なる複数の設定温度において行い、 評価対象である半導体層の評価は、上記各設定温度にお
ける、上記表面リーク抵抗と内部リーク抵抗との比率を
用いて行うことを特徴とする半導体層の評価方法。
6. The method for evaluating a semiconductor layer according to claim 1, wherein the PN junction resistance of each sample semiconductor layer is measured at a plurality of different set temperatures of the semiconductor substrate, and the semiconductor layer to be evaluated is evaluated. A method for evaluating a semiconductor layer, which is performed using a ratio of the surface leak resistance and the internal leak resistance at each of the set temperatures.
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