JPH08264609A - 半導体のライフタイム測定方法 - Google Patents
半導体のライフタイム測定方法Info
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- JPH08264609A JPH08264609A JP9455795A JP9455795A JPH08264609A JP H08264609 A JPH08264609 A JP H08264609A JP 9455795 A JP9455795 A JP 9455795A JP 9455795 A JP9455795 A JP 9455795A JP H08264609 A JPH08264609 A JP H08264609A
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- Japan
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- lifetime
- semiconductor
- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 きわめて薄い半導体層でのライフタイム測定
を可能とする。大きなエネルギギャップを有する半導体
についてのライフタイム測定を可能とする。 【構成】 例えば波長３３７ｎｍのＮ2ガスレーザをＳ
ＯＩ構造の活性層に照射して活性層に発生した過剰キャ
リアの濃度の時間的変化を求める。この活性層での少数
キャリアのライフタイムを測定する。レーザは５２０ｎ
ｍ未満の波長を有するレーザ光を用いる。そのレーザ出
力は、１０13個／ｃｍ3以上の正孔−電子対を形成でき
る程度とする。これでＳｉＣについても測定できる。ま
た、マイクロ波をプローブとした導波管法等によりこの
キャリア減衰過程を測定する。活性層の厚さとして１０
μｍ以下０．１μｍ程度でも測定できる。
を可能とする。大きなエネルギギャップを有する半導体
についてのライフタイム測定を可能とする。 【構成】 例えば波長３３７ｎｍのＮ2ガスレーザをＳ
ＯＩ構造の活性層に照射して活性層に発生した過剰キャ
リアの濃度の時間的変化を求める。この活性層での少数
キャリアのライフタイムを測定する。レーザは５２０ｎ
ｍ未満の波長を有するレーザ光を用いる。そのレーザ出
力は、１０13個／ｃｍ3以上の正孔−電子対を形成でき
る程度とする。これでＳｉＣについても測定できる。ま
た、マイクロ波をプローブとした導波管法等によりこの
キャリア減衰過程を測定する。活性層の厚さとして１０
μｍ以下０．１μｍ程度でも測定できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体における少数
キャリアのライフタイム測定方法、特にＳＯＩ（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造基板の活性
層およびＳｉＣのライフタイム測定方法に関する。
キャリアのライフタイム測定方法、特にＳＯＩ（Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造基板の活性
層およびＳｉＣのライフタイム測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の半導体デバイスはますます高密度
化されているため、それに使用される半導体材料のライ
フタイム等の特性も厳格に管理されたものが要求されて
いる。鏡面研磨された半導体基板等を傷つけたり表面を
汚染することなく、ライフタイム等を非接触で測定する
方法が求められている。この要求を満足すべく、従来種
々の試みがなされている。
化されているため、それに使用される半導体材料のライ
フタイム等の特性も厳格に管理されたものが要求されて
いる。鏡面研磨された半導体基板等を傷つけたり表面を
汚染することなく、ライフタイム等を非接触で測定する
方法が求められている。この要求を満足すべく、従来種
々の試みがなされている。
【０００３】マイクロ波光導伝減衰法（導波管法、反射
マイクロ波法）は、シリコンウェーハの再結合ライフタ
イムを評価する方法として、広く使われている。これは
光パルスによって半導体の電子を励起し、この電子が再
結合するまでの過程を、１０ＧＨｚのマイクロ波をプロ
ーブとして測定する方法である。この場合、使用してい
るレーザ光は赤外光であり、波長として７００〜１００
０ｎｍのものが使用されていた。
マイクロ波法）は、シリコンウェーハの再結合ライフタ
イムを評価する方法として、広く使われている。これは
光パルスによって半導体の電子を励起し、この電子が再
結合するまでの過程を、１０ＧＨｚのマイクロ波をプロ
ーブとして測定する方法である。この場合、使用してい
るレーザ光は赤外光であり、波長として７００〜１００
０ｎｍのものが使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、レーザ光のシリコンへの侵入深さ
が数１０μｍもあり、例えば厚さ１０μｍの活性層のＳ
ＯＩの場合は、支持基板までレーザ光が侵入し、支持基
板でもキャリアが発生してしまった。したがって、この
活性層のライフタイムだけを測定することができなかっ
た。また、このレーザ光は波長が長かったため、ワイド
なエネルギギャップ（２ｅＶ以上）を有する半導体（Ｓ
ｉＣ）の場合、キャリアを発生させることができなかっ
た。
うな従来の方法では、レーザ光のシリコンへの侵入深さ
が数１０μｍもあり、例えば厚さ１０μｍの活性層のＳ
ＯＩの場合は、支持基板までレーザ光が侵入し、支持基
板でもキャリアが発生してしまった。したがって、この
活性層のライフタイムだけを測定することができなかっ
た。また、このレーザ光は波長が長かったため、ワイド
なエネルギギャップ（２ｅＶ以上）を有する半導体（Ｓ
ｉＣ）の場合、キャリアを発生させることができなかっ
た。
【０００５】この発明は、きわめて薄い半導体層でのラ
イフタイム測定を可能とすることを、その目的としてい
る。また、この発明は、大きなエネルギギャップを有す
る半導体についてのライフタイム測定を可能とすること
を、その目的としている。
イフタイム測定を可能とすることを、その目的としてい
る。また、この発明は、大きなエネルギギャップを有す
る半導体についてのライフタイム測定を可能とすること
を、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、外部からレーザを照射して半導体内に発生した過剰
キャリアの濃度の時間的変化を求めることにより、上記
半導体における少数キャリアのライフタイムを測定する
方法において、上記レーザは５２０ｎｍ未満の波長を有
する半導体のライフタイム測定方法である。
は、外部からレーザを照射して半導体内に発生した過剰
キャリアの濃度の時間的変化を求めることにより、上記
半導体における少数キャリアのライフタイムを測定する
方法において、上記レーザは５２０ｎｍ未満の波長を有
する半導体のライフタイム測定方法である。
【０００７】請求項２に記載の発明は、上記レーザとし
てＮ2ガスレーザを用いる請求項１に記載の半導体のラ
イフタイム測定方法である。
てＮ2ガスレーザを用いる請求項１に記載の半導体のラ
イフタイム測定方法である。
【０００８】請求項３に記載の発明は、上記過剰キャリ
アの時間的変化は、マイクロ波をプローブとした導波管
法により測定する請求項１または請求項２に記載の半導
体のライフタイム測定方法である。
アの時間的変化は、マイクロ波をプローブとした導波管
法により測定する請求項１または請求項２に記載の半導
体のライフタイム測定方法である。
【０００９】請求項４に記載の発明は、上記半導体はＳ
ＯＩ構造の活性層である請求項１、請求項２または請求
項３に記載の半導体のライフタイム測定方法である。
ＯＩ構造の活性層である請求項１、請求項２または請求
項３に記載の半導体のライフタイム測定方法である。
【００１０】
【作用】この発明に係るライフタイム測定方法にあって
は、例えばＳＯＩ構造の半導体基板での活性層について
もライフタイムを測定することができる。活性層の厚さ
に対応して短い波長のレーザ光を照射することにより、
シリコンへの侵入深さを調整することができ、ライフタ
イムを測定することができる。例えばＡｒイオン（５１
４ｎｍ，４８８ｎｍ）、Ｎ2ガス（３３７ｎｍ）、Ｘｅ
Ｃｌ（３０８）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９
３ｎｍ）、Ｆ2（１５７ｎｍ）等の各レーザを用いるこ
とができる。また、ＳｉＣ基板についてもそのライフタ
イムを測定することができる。例えばＳｉＣに１０13〜
１０14個／ｃｍ3以上の正孔と電子の対を形成可能な程
度の高出力のレーザ光を照射することにより、マイクロ
波をプローブとしてライフタイムを測定することができ
る。図１はレーザ光の波長に対するシリコンへの侵入深
さを示すグラフである。この図に示すように、測定対象
である活性層の厚さに応じてレーザ光を選択して照射す
ることにより、その活性層のライフタイムを正確に測定
することができる。
は、例えばＳＯＩ構造の半導体基板での活性層について
もライフタイムを測定することができる。活性層の厚さ
に対応して短い波長のレーザ光を照射することにより、
シリコンへの侵入深さを調整することができ、ライフタ
イムを測定することができる。例えばＡｒイオン（５１
４ｎｍ，４８８ｎｍ）、Ｎ2ガス（３３７ｎｍ）、Ｘｅ
Ｃｌ（３０８）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９
３ｎｍ）、Ｆ2（１５７ｎｍ）等の各レーザを用いるこ
とができる。また、ＳｉＣ基板についてもそのライフタ
イムを測定することができる。例えばＳｉＣに１０13〜
１０14個／ｃｍ3以上の正孔と電子の対を形成可能な程
度の高出力のレーザ光を照射することにより、マイクロ
波をプローブとしてライフタイムを測定することができ
る。図１はレーザ光の波長に対するシリコンへの侵入深
さを示すグラフである。この図に示すように、測定対象
である活性層の厚さに応じてレーザ光を選択して照射す
ることにより、その活性層のライフタイムを正確に測定
することができる。
【００１１】また、上記レーザ光照射によって半導体に
キャリアを発生せしめ、そのキャリアの濃度の時間的変
化を、この半導体にマイクロ波を入射し、入射波に対し
て得られる変調マイクロ波を分周器および位相差を固定
して位相検波し、位相検波器の平均検波出力を零にする
パルス信号の周期を求めることによって、極めて能率良
く、しかも高精度でこの半導体の少数キャリアのライフ
タイムを求めることができる。
キャリアを発生せしめ、そのキャリアの濃度の時間的変
化を、この半導体にマイクロ波を入射し、入射波に対し
て得られる変調マイクロ波を分周器および位相差を固定
して位相検波し、位相検波器の平均検波出力を零にする
パルス信号の周期を求めることによって、極めて能率良
く、しかも高精度でこの半導体の少数キャリアのライフ
タイムを求めることができる。
【００１２】
【実施例】以下この発明に係るライフタイム測定方法の
一実施例を説明する。図２はＳＯＩ構造の活性層のライ
フタイム測定を、活性層の厚さを変えて行ったものであ
る。図３は同じく光源としてＡｒレーザを用いた例を示
している。なお、ライフタイム測定は、マイクロ波反射
法によった。すなわち、導波管の開口端から、この開口
端と所定距離をおいて対向するＳＯＩウェーハの表面
（活性層）に、マイクロ波を入射させ、この活性層から
反射される変調マイクロ波を開口端から吸引して測定す
る。
一実施例を説明する。図２はＳＯＩ構造の活性層のライ
フタイム測定を、活性層の厚さを変えて行ったものであ
る。図３は同じく光源としてＡｒレーザを用いた例を示
している。なお、ライフタイム測定は、マイクロ波反射
法によった。すなわち、導波管の開口端から、この開口
端と所定距離をおいて対向するＳＯＩウェーハの表面
（活性層）に、マイクロ波を入射させ、この活性層から
反射される変調マイクロ波を開口端から吸引して測定す
る。
【００１３】この測定方法では、ガン発振器で発生した
マイクロ波はインピーダンス整合器とＲ−Ｈチューナを
通じてマジックに加えられ、これから３つの導波管によ
り３方向に伝送される。無反射終端に伝送されたマイク
ロ波は消滅する。導波管で伝送されたマイクロ波は、そ
の開口端と所定距離をおいて平行に対向するように支持
台により水平に支持されているＳＯＩウェーハの表面に
入射する。さらに、マイクロ波は結晶中の自由キャリア
との相互作用により振幅・位相に相当な変化を受けた
後、反射マイクロ波として再び導波管を経てマジックに
戻り、その働きでＥ−Ｈチューナを通って検波器で検出
される。
マイクロ波はインピーダンス整合器とＲ−Ｈチューナを
通じてマジックに加えられ、これから３つの導波管によ
り３方向に伝送される。無反射終端に伝送されたマイク
ロ波は消滅する。導波管で伝送されたマイクロ波は、そ
の開口端と所定距離をおいて平行に対向するように支持
台により水平に支持されているＳＯＩウェーハの表面に
入射する。さらに、マイクロ波は結晶中の自由キャリア
との相互作用により振幅・位相に相当な変化を受けた
後、反射マイクロ波として再び導波管を経てマジックに
戻り、その働きでＥ−Ｈチューナを通って検波器で検出
される。
【００１４】同時に、レーザ光源（Ｎ2ガスレーザ）を
用いた光パルス発生器からは、光パルスが、マイクロ波
が入射するＳＯＩウェーハの表面活性層部分に照射され
る。この結果、この測定温度における平衡濃度により過
剰なキャリアを活性層部分に発生させる。この過剰少数
キャリアは多数キャリアと再結合して次第に減少する結
果、キャリア濃度は次第に平衡濃度に滅衰する。この滅
衰過程は、マイクロ波によって検波されて検波器の出力
信号として取り出され、これはシンクロスコープで滅衰
曲線として表示される。この滅衰曲線からライフタイム
を読み取る。
用いた光パルス発生器からは、光パルスが、マイクロ波
が入射するＳＯＩウェーハの表面活性層部分に照射され
る。この結果、この測定温度における平衡濃度により過
剰なキャリアを活性層部分に発生させる。この過剰少数
キャリアは多数キャリアと再結合して次第に減少する結
果、キャリア濃度は次第に平衡濃度に滅衰する。この滅
衰過程は、マイクロ波によって検波されて検波器の出力
信号として取り出され、これはシンクロスコープで滅衰
曲線として表示される。この滅衰曲線からライフタイム
を読み取る。
【００１５】図２の（Ａ）〜（Ｅ）は活性層の厚さを５
０μｍ〜０．１μｍまで変更して上記測定を行った場合
の検波電圧（縦軸）と時間（横軸）との関係を示してい
る。これらの図から明らかなように、この実施例に係る
Ｎ2ガスレーザ（波長＝３３７ｎｍ，出力＝１００Ｗ）
を用いた場合は、比較例である半導体レーザ（波長＝９
０４ｎｍ，出力＝１００ｍＷ）を用いた場合に比べて薄
い活性層でのライフタイム測定を可能としている。
０μｍ〜０．１μｍまで変更して上記測定を行った場合
の検波電圧（縦軸）と時間（横軸）との関係を示してい
る。これらの図から明らかなように、この実施例に係る
Ｎ2ガスレーザ（波長＝３３７ｎｍ，出力＝１００Ｗ）
を用いた場合は、比較例である半導体レーザ（波長＝９
０４ｎｍ，出力＝１００ｍＷ）を用いた場合に比べて薄
い活性層でのライフタイム測定を可能としている。
【００１６】また、図３（Ａ），（Ｂ）にはＡｒレーザ
を用いた結果を示している。この実施例によれば、波長
が４８８ｎｍ、出力が１０ＷのＡｒレーザを用いても充
分にＳＯＩウェーハの活性層のライフタイムを測定する
ことができる。なお、半導体ウェーハの一部に入射して
得られるマイクロ波は反射波以外にも透過波でも良い。
また、反射マイクロ波法に代えて容量プローブ法、同軸
ケーブル法、ストリップ線路法、相加渦電流法等によっ
てもよい。
を用いた結果を示している。この実施例によれば、波長
が４８８ｎｍ、出力が１０ＷのＡｒレーザを用いても充
分にＳＯＩウェーハの活性層のライフタイムを測定する
ことができる。なお、半導体ウェーハの一部に入射して
得られるマイクロ波は反射波以外にも透過波でも良い。
また、反射マイクロ波法に代えて容量プローブ法、同軸
ケーブル法、ストリップ線路法、相加渦電流法等によっ
てもよい。
【００１７】
【発明の効果】この発明によれば、ＳＯＩ構造の活性層
のライフタイムを測定することができる。また、ＳｉＣ
基板のライフタイムを測定することができる。特に、今
後使用が増大するであろう厚さ０．１０μｍの活性層を
もった極薄膜ＳＯＩウェーハについてもそのライフタイ
ムを測定することができる。
のライフタイムを測定することができる。また、ＳｉＣ
基板のライフタイムを測定することができる。特に、今
後使用が増大するであろう厚さ０．１０μｍの活性層を
もった極薄膜ＳＯＩウェーハについてもそのライフタイ
ムを測定することができる。
【図１】この発明に係るレーザ光の波長とシリコンへの
侵入深さとの関係を示すグラフである。
侵入深さとの関係を示すグラフである。
【図２】この発明の一実施例に係るレーザ光（Ｎ2レー
ザ＝３３７ｎｍ）と活性層厚さとの関係を示すグラフで
ある。
ザ＝３３７ｎｍ）と活性層厚さとの関係を示すグラフで
ある。
【図３】この発明の一実施例に係るレーザ光（Ａｒレー
ザ＝４８８ｎｍ）と活性層厚さとの関係を示すグラフで
ある。
ザ＝４８８ｎｍ）と活性層厚さとの関係を示すグラフで
ある。
Claims (4)
- 【請求項１】 外部からレーザを照射して半導体内に発
生した過剰キャリアの濃度の時間的変化を求めることに
より、上記半導体における少数キャリアのライフタイム
を測定する方法において、 上記レーザは５２０ｎｍ未満の波長を有する半導体のラ
イフタイム測定方法。 - 【請求項２】 上記レーザとしてＮ2ガスレーザを用い
る請求項１に記載の半導体のライフタイム測定方法。 - 【請求項３】 上記過剰キャリアの時間的変化は、マイ
クロ波をプローブとした導波管法により測定する請求項
１または請求項２に記載の半導体のライフタイム測定方
法。 - 【請求項４】 上記半導体はＳＯＩ構造の活性層である
請求項１、請求項２または請求項３に記載の半導体のラ
イフタイム測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9455795A JPH08264609A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 半導体のライフタイム測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9455795A JPH08264609A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 半導体のライフタイム測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08264609A true JPH08264609A (ja) | 1996-10-11 |
Family
ID=14113634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9455795A Pending JPH08264609A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 半導体のライフタイム測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08264609A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111487260A (zh) * | 2019-01-25 | 2020-08-04 | 株式会社迪思科 | 检查装置 |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP9455795A patent/JPH08264609A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111487260A (zh) * | 2019-01-25 | 2020-08-04 | 株式会社迪思科 | 检查装置 |
| JP2020118597A (ja) * | 2019-01-25 | 2020-08-06 | 株式会社ディスコ | 検査装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020801 |