JPH09162251A - Method and apparatus for measuring interfacial state density - Google Patents

Method and apparatus for measuring interfacial state density

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JPH09162251A
JPH09162251A JP31774395A JP31774395A JPH09162251A JP H09162251 A JPH09162251 A JP H09162251A JP 31774395 A JP31774395 A JP 31774395A JP 31774395 A JP31774395 A JP 31774395A JP H09162251 A JPH09162251 A JP H09162251A
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JP
Japan
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state density
lifetime
interface state
reciprocal
carrier lifetime
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP31774395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
▲高▼ ▲高▼濱
Takashi Takahama
Kazuhiko Sato
和彦 佐藤
Takamitsu Nagara
高光 長良
Jiro Yoshigami
二郎 由上
Osamu Okura
理 大倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize effective quality control and manufacture reliable products without defects by deriving the initial interfacial state density from the difference between the reciprocal of the initial lifetime of excessive carriers and the reciprocal of the saturation lifetime measured when it no longer decreases during the irradiation of a substrate with light. SOLUTION: A silicon substrate 1 is irradiated with a pulsed beam from a laser source 2 to produce electron-hole pairs as excessive carriers. Upon an interrupt of the pulsed beam, the attenuation of excessive carriers is measured by means of microwaves generated by a Gunn diode 3. The lifetime of excessive carriers is determined from the detected microwaves for each irradiation, and the initial interfacial state density is derived from the difference between the reciprocal of the saturation lifetime thus derived and the reciprocal of the initial lifetime. Since this measurement is independent from the processes of forming electrodes and ohmic contact on the reverse side, it is possible to reduce the costs of production systems and quality inspection and facilitate in-line measurements.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はシリコン基板の界面
準位密度測定方法および界面準位密度測定装置に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for measuring an interface state density of a silicon substrate and an apparatus for measuring an interface state density.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン基板表面に形成したシリコン酸
化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜、或いは、シリコン基
板表面が空気や水と接触することによって生成する自然
酸化膜と、シリコンとの界面には界面準位が存在してい
る。界面準位はソーラーセルやダイナミックRAM等の
シリコンデバイスの特性を左右する重要な性質である。
2. Description of the Related Art An insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film formed on the surface of a silicon substrate, or a natural oxide film formed when the surface of a silicon substrate comes into contact with air or water, and an interface between silicon and The interface state exists. The interface state is an important property that influences the characteristics of silicon devices such as solar cells and dynamic RAMs.

【0003】このため、シリコンデバイスの開発におい
て界面準位密度の測定は不可欠であり、これまで、いく
つかの測定方法が提案されている。すなわち、高周波C
−V法,低周波C−V法,コンダクタンス法,Quasi−S
tatic 法,電荷−電圧法,DLTS法,チャージポンピ
ング法,熱刺激電流法,光飽和法等である。
Therefore, measurement of the interface state density is indispensable in the development of silicon devices, and several measurement methods have been proposed so far. That is, high frequency C
-V method, low frequency CV method, conductance method, Quasi-S
The tatic method, the charge-voltage method, the DLTS method, the charge pumping method, the thermally stimulated current method, the optical saturation method and the like.

【0004】高周波C−V法,低周波C−V法は、印加
電圧を掃引しながら容量を測定し、界面準位でのキャリ
アの充放電周波数追従性を用いて界面準位密度を求める
ものである。コンダクタンス法は、印加電圧を掃引しな
がらコンダクタンスを測定して界面準位密度を算出する
方法であり、Quasi−Static 法は定常応答法としての低
周波C−V法を準定常応答法として改良したものであ
る。電荷−電圧法は測定試料を既知の容量と直列に接続
して、ゲート電極に蓄積した電荷量を測定することによ
って界面準位密度を算出するものである。DLTS(De
ep LevelTransient Spectoroscopy)法と熱刺激電流法
は、界面準位でのキャリアの捕獲・放出に起因するイン
ピーダンス変化を温度の変化に対応させることによって
界面準位密度を測定する方法である。チャージポンピン
グ法はFETのソース・ドレイン電流が界面準位で捕獲
された後に再結合する際の基板電流を測定する方法であ
り、光飽和法はバイアス印加状態で光照射を行いバイア
ス電圧と表面バンドベンディング特性より界面準位密度
を求める方法である。
In the high frequency CV method and the low frequency CV method, the capacitance is measured while sweeping the applied voltage, and the interface state density is obtained by using the charge / discharge frequency followability of carriers at the interface state. Is. The conductance method is a method of calculating the interface state density by measuring the conductance while sweeping the applied voltage, and the Quasi-Static method is an improvement of the low frequency CV method as a steady response method as a quasi steady response method. It is a thing. In the charge-voltage method, an interface state density is calculated by connecting a measurement sample in series with a known capacitance and measuring the amount of charge accumulated in the gate electrode. DLTS (De
The ep Level Transient Spectoroscopy) method and the thermally stimulated current method are methods for measuring the interface state density by making impedance changes caused by carrier capture / emission at the interface states correspond to changes in temperature. The charge pumping method is a method of measuring the substrate current when the source / drain current of the FET is recombined after being trapped at the interface state. This is a method of obtaining the interface state density from the bending characteristics.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】超LSIを製造する
際、製造工程品質管理は必須である。製造工程品質管理
が効果的に行われることによって、不良発生を未然に防
ぎ、製品の信頼性を向上させることが可能となる。この
製造工程品質管理における重要技術の一つとして、製造
工程品質検査技術がある。
When manufacturing a VLSI, quality control of the manufacturing process is essential. Effective quality control of the manufacturing process makes it possible to prevent defects from occurring and improve product reliability. One of the important technologies in the quality control of the manufacturing process is a manufacturing process quality inspection technology.

【0006】広く実施されている製造工程品質検査の一
手段として、次の方法がある。まず、検査すべき製造工
程を決定する。次に、検査すべき製造工程で、所望のシ
リコン基板に所望の処理をした後、そのシリコン基板の
特性を測定する。そして、この測定結果より製造工程の
品質を評価するという方法である。このような製造工程
品質検査で、測定評価すべきシリコン基板の特性とし
て、過剰キャリアライフタイムがある。とくに、マイク
ロ波光導電減衰法を用いた過剰キャリアライフタイム測
定は、その簡便さから、超LSI製造ラインに普及して
いる。
The following method is one of the widely used means for quality inspection of manufacturing process. First, the manufacturing process to be inspected is determined. Next, in a manufacturing process to be inspected, a desired silicon substrate is subjected to desired treatment, and then the characteristics of the silicon substrate are measured. Then, the quality of the manufacturing process is evaluated from the measurement result. Excess carrier lifetime is a characteristic of the silicon substrate to be measured and evaluated in such a manufacturing process quality inspection. In particular, the measurement of excess carrier lifetime using the microwave photoconductivity decay method is widely used in VLSI manufacturing lines because of its simplicity.

【0007】一方、シリコン基板の界面準位密度は、過
剰キャリアライフタイムと密接に関係した量であり、過
剰キャリアライフタイムと並んで測定評価すべきシリコ
ン基板の重要な特性である。マイクロ波光導電減衰法と
いう一つの技術で、界面準位密度と過剰キャリアライフ
タイムという二つの重要な量が測定できれば、製造工程
品質管理の信頼性と簡便性を高めることが可能となる。
On the other hand, the interface state density of the silicon substrate is a quantity closely related to the excess carrier lifetime, and is an important characteristic of the silicon substrate to be measured and evaluated along with the excess carrier lifetime. If two important quantities, the interface state density and the excess carrier lifetime, can be measured by one technique called the microwave photoconductivity decay method, the reliability and simplicity of the quality control of the manufacturing process can be improved.

【0008】マイクロ波光導電減衰法を利用してシリコ
ン基板の界面準位密度を測定する手段としては、特願平
7−114267 号明細書がある。ここでは、厚さの異なる複
数枚のシリコン基板を準備し、それぞれの厚さの逆数の
2乗値と、それらのシリコン基板をマイクロ波光導電減
衰法で測定した過剰キャリアライフタイムの逆数値との
比例定数を求め、厚さの異なるシリコン基板で実測した
界面準位密度との対応関係を取得する。この界面準位密
度の実測は、シリコン基板上に電極を形成した後、C−
V測定法等を用いて行う。ここで取得した対応関係が、
マイクロ波光導電減衰法を利用してシリコン基板の界面
準位密度を測定する従来法の変換基本データとなり、こ
の変換基本データは、一度取得すれば、それ以降は取得
する必要はない。
As a means for measuring the interface state density of a silicon substrate using the microwave photoconductivity decay method, Japanese Patent Application No.
There is a specification of 7-114267. Here, a plurality of silicon substrates having different thicknesses are prepared, and the squared value of the reciprocal of each thickness and the reciprocal of the excess carrier lifetime measured by the microwave photoconductivity decay method for those silicon substrates are used. The proportionality constant is obtained and the correspondence with the interface state density actually measured on silicon substrates having different thicknesses is acquired. This interface state density was measured by forming C- after forming an electrode on a silicon substrate.
The V measurement method or the like is used. The correspondence obtained here is
It becomes the conversion basic data of the conventional method of measuring the interface state density of the silicon substrate by using the microwave photoconductivity decay method, and once the conversion basic data is acquired, it is not necessary to acquire it thereafter.

【0009】上述の変換基本データを取得したら、界面
順位密度を測定しようとしているシリコン基板を複数枚
準備する。このとき準備する複数枚のシリコン基板は、
界面準位密度が等しく厚さの異なる試料でなければなら
ない。これらシリコン基板の過剰キャリアライフタイム
測定をマイクロ波光導電減衰法によって行う。
After obtaining the above-mentioned conversion basic data, a plurality of silicon substrates whose interface order density is to be measured are prepared. The multiple silicon substrates prepared at this time are
The samples should have the same interface state density and different thickness. The excess carrier lifetime of these silicon substrates is measured by the microwave photoconductive decay method.

【0010】図2に、マイクロ波光導電減衰法によるシ
リコン基板の過剰キャリアライフタイム測定の様子を示
す。シリコン基板1の表面に、レーザ光源2で発生させ
たパルス光を照射し、電子正孔対を過剰キャリアとして
発生させる。パルス光遮断直後のシリコン基板1内過剰
キャリアの減衰量をガンダイオード3で発生させたマイ
クロ波で測定する。このとき、マイクロ波は、導波管C
1からサーキュレータ4を経て導波管C2を通り、シリ
コン基板1で吸収・反射して、再びサーキュレータ4を
通過し、導波管C3へ導かれ、検波ダイオード5に到
る。検波された過剰キャリアの減衰信号は、導軸線6で
オシロスコープ7に入力され、その測定結果からライフ
タイムを算出する。
FIG. 2 shows a state of measuring excess carrier lifetime of a silicon substrate by the microwave photoconductive attenuation method. The surface of the silicon substrate 1 is irradiated with pulsed light generated by the laser light source 2 to generate electron-hole pairs as excess carriers. The attenuation amount of excess carriers in the silicon substrate 1 immediately after the pulsed light is cut off is measured by the microwave generated by the Gunn diode 3. At this time, the microwave is transmitted through the waveguide C.
From 1 to the circulator 4, it passes through the waveguide C2, is absorbed and reflected by the silicon substrate 1, passes through the circulator 4 again, is guided to the waveguide C3, and reaches the detection diode 5. The detected attenuation signal of the excess carrier is input to the oscilloscope 7 through the conducting axis 6 and the lifetime is calculated from the measurement result.

【0011】本過剰キャリアライフタイム測定後、過剰
キャリアライフタイム測定値の逆数値とシリコン基板の
厚さの逆数の2乗値との比例定数を求める。この比例定
数と上述の変換基本データである対応関係から界面準位
密度を得ることができる。
After the measurement of the excess carrier lifetime, the proportional constant between the reciprocal value of the excess carrier lifetime measurement value and the square of the reciprocal number of the thickness of the silicon substrate is obtained. The interface state density can be obtained from this proportionality constant and the above-mentioned conversion basic data corresponding to each other.

【0012】以上の方法で、厚さの異なる複数枚のシリ
コン基板を用いること以外に、基板表面に複数の厚さの
異なる領域を複数場所形成した1枚のシリコン基板を用
いる手段も、前記特願平7−114267 号明細書中に記載さ
れている。すなわち、基板表面に複数の厚さの異なる領
域を複数場所形成した1枚のシリコン基板中の異なる厚
さ領域それぞれの厚さの逆数の2乗値と、そのシリコン
基板の異なる厚さ領域をそれぞれマイクロ波光導電減衰
法で測定した過剰キャリアライフタイムの逆数値との比
例定数を求める。そして、本比例定数と、厚さの異なる
領域それぞれで実測した界面準位密度との対応関係を取
得する。これは、すでに述べた変換基本データに相当す
る。そして、界面順位密度を測定しようとしているシリ
コン基板として、基板表面に複数の厚さの異なる領域を
複数場所形成した1枚のシリコン基板を用意する。この
シリコン基板の過剰キャリアライフタイム測定をマイク
ロ波光導電減衰法によって行う。過剰キャリアライフタ
イム測定後、過剰キャリアライフタイム測定値の逆数値
とシリコン基板の厚さの逆数の2乗値との比例定数を求
める。この比例定数と上述の変換基本データである対応
関係から界面準位密度を得ることができる。
In addition to using a plurality of silicon substrates having different thicknesses by the above method, means for using a single silicon substrate having a plurality of regions having different thicknesses formed on the surface of the substrate at a plurality of positions is also described above. It is described in Japanese Patent Application No. 7-114267. That is, the square value of the reciprocal of the thickness of each different thickness region in a single silicon substrate in which a plurality of regions of different thickness are formed on the surface of the substrate and the different thickness regions of the silicon substrate are respectively determined. The constant of proportionality with the reciprocal value of the excess carrier lifetime measured by the microwave photoconductivity decay method is obtained. Then, the correspondence relationship between the proportional constant and the interface state density actually measured in each of the regions having different thicknesses is acquired. This corresponds to the conversion basic data already described. Then, as a silicon substrate whose interface order density is to be measured, a single silicon substrate having a plurality of regions having different thicknesses formed in a plurality of locations on the substrate surface is prepared. The excess carrier lifetime of this silicon substrate is measured by the microwave photoconductive decay method. After measuring the excess carrier lifetime, the proportional constant between the reciprocal value of the excess carrier lifetime measurement value and the square value of the reciprocal number of the thickness of the silicon substrate is obtained. The interface state density can be obtained from this proportionality constant and the above-mentioned conversion basic data corresponding to each other.

【0013】以上に述べた、マイクロ波光導電減衰法を
利用したシリコン基板の界面準位密度を測定するための
先願技術では、厚さの異なる複数の被測定用シリコン基
板を準備するか、或いは、1枚のシリコン基板であって
も基板表面に複数の厚さの異なる領域を形成した特別な
シリコン基板を準備しなければならなかった。すなわ
ち、基板表面に複数の厚さの異なる領域を形成していな
い、ごく普通のシリコン基板を1枚だけでは測定するこ
とが出来ないという問題点があった。
In the above-mentioned prior application technique for measuring the interface state density of a silicon substrate using the microwave photoconductive attenuation method, a plurality of silicon substrates to be measured having different thicknesses are prepared, or Even with a single silicon substrate, it was necessary to prepare a special silicon substrate in which a plurality of regions having different thicknesses were formed on the substrate surface. That is, there is a problem in that a plurality of regions having different thicknesses are not formed on the surface of the substrate and it is not possible to measure with a single ordinary silicon substrate.

【0014】本発明が解決しようとする課題は、基板表
面に複数の厚さの異なる領域を形成していないごく普通
のシリコン基板を1枚だけ用いて、マイクロ波光導電減
衰法を利用し、シリコン基板の界面準位密度を測定する
方法及び測定装置を提供する点にある。
The problem to be solved by the present invention is to use a microwave photoconductive attenuation method by using only one ordinary silicon substrate in which a plurality of regions having different thicknesses are not formed on the surface of the substrate. Another object is to provide a method and a measuring apparatus for measuring the interface state density of a substrate.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】半導体基板に光を照射し
続けながら、マイクロ波光導電減衰法で過剰キャリアラ
イフタイムを計測する。すると、時間経過に伴い過剰キ
ャリアライフタイムが減少し、やがて、飽和する。この
減少飽和時の過剰キャリアライフタイムの逆数から初期
のライフタイムの逆数を差し引いた値と初期界面準位密
度との間には、比例関係がある。本発明においては、本
比例関係をあらかじめ取得しておくことにより、マイク
ロ波光導電減衰法を用いて、前記減少飽和時の過剰キャ
リアライフタイムの逆数から初期のライフタイムの逆数
を差し引いた値を算出することによって、界面準位密度
を決定する。
Means for Solving the Problems While irradiating a semiconductor substrate with light, an excess carrier lifetime is measured by a microwave photoconductive decay method. Then, the excess carrier lifetime decreases with time, and eventually becomes saturated. There is a proportional relationship between the value obtained by subtracting the reciprocal of the initial lifetime from the reciprocal of the excess carrier lifetime at the time of this saturation saturation and the initial interface state density. In the present invention, by obtaining this proportional relationship in advance, the value obtained by subtracting the reciprocal of the initial lifetime from the reciprocal of the excess carrier lifetime at the time of decreasing saturation is calculated using the microwave photoconductive decay method. By doing so, the interface state density is determined.

【0016】或いは、キャリアライフタイム測定手段と
データ入力手段と記憶手段とが計算手段に接続された装
置を用意する。この装置の記憶手段中に、前記減少飽和
時の過剰キャリアライフタイムの逆数から初期ライフタ
イムの逆数を差し引いた値と初期界面準位密度との対応
関係を保持しておく。本対応関係にもとづいて計算手段
が、測定した半導体基板のキャリアライフタイム経時変
化より界面準位密度を算出し、表示手段に出力する。
Alternatively, an apparatus in which the carrier lifetime measuring means, the data inputting means and the storing means are connected to the calculating means is prepared. In the storage means of this device, the correspondence relationship between the value obtained by subtracting the reciprocal of the initial lifetime from the reciprocal of the excess carrier lifetime at the time of the saturated saturation and the initial interface state density is held. Based on this correspondence, the calculation means calculates the interface state density from the measured carrier lifetime lifetime change of the semiconductor substrate and outputs it to the display means.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施例1)まず、一つのシリコンインゴットの任意の
領域から連続して切り出した同一の厚さのシリコン基板
を複数枚用意する。ここで、一つのシリコンインゴット
の任意の領域から連続して切り出すというのは、シリコ
ン基板のバルクの準位密度とキャリア濃度及びキャリア
生成ドーパントが複数枚にわたって同一となるようにす
る意味であり、シリコン基板のバルクの準位密度とキャ
リア濃度及びキャリア生成ドーパントが複数枚にわたっ
て同一となっていれば、どのような履歴をもつ基板であ
ってもよい。本実施例では、ボロンを1×1015atoms
/cm3含有するシリコン基板を用いた。また、複数枚と
いうのは2枚以上であればよいという意味であるが、本
実施例では4枚のシリコン基板を用いた場合で説明す
る。
(Example 1) First, a plurality of silicon substrates having the same thickness, which are continuously cut out from an arbitrary region of one silicon ingot, are prepared. Here, continuous cutting from an arbitrary region of one silicon ingot means that the bulk level density, the carrier concentration, and the carrier generation dopant of the silicon substrate are the same over a plurality of silicon substrates. The substrate may have any history as long as the bulk level density of the substrate, the carrier concentration, and the carrier generation dopant are the same for a plurality of substrates. In this embodiment, boron is added at 1 × 10 15 atoms.
A silicon substrate containing / cm 3 was used. Further, the term "plurality of sheets" means that it is sufficient that the number of sheets is two or more.

【0018】次に、4枚のシリコン基板全てに対して同
一のRCA洗浄並びに希フッ酸洗浄を行った後、基板表
面に50〜100nm程度の熱酸化膜を形成する。この
とき、酸化温度・酸化方法は従来からよく知られたもの
でよい。本実施例では、1000℃で1時間ドライ酸化を行
った。
Next, the same RCA cleaning and dilute hydrofluoric acid cleaning are performed on all four silicon substrates, and then a thermal oxide film of about 50 to 100 nm is formed on the substrate surface. At this time, the oxidation temperature and the oxidation method may be those well known in the art. In this example, dry oxidation was performed at 1000 ° C. for 1 hour.

【0019】次に、これら4枚のシリコン基板全ての表
面の一部に電極を形成する。電極材料・加工法は従来か
らよく知られたものでよい。本実施例では、リンドープ
トポリシリコン電極をデポした後、マイクロ波で所望の
形にエッチングした。電極を形成する場所と大きさは、
後で実施するマイクロ波光導電減衰法によるライフタイ
ム測定の際、導波管断面よりも大きな領域が電極の無い
領域として存在するように選べば、大きさ場所ともに任
意である。本実施例では、図3に示すようにシリコン基
板1の右側領域に5mm角の電極8を形成し、同図中、破
線で示したように電極8の無い領域9を形成した。
Next, electrodes are formed on a part of the surfaces of all of these four silicon substrates. The electrode material and processing method may be those well known in the art. In this example, the phosphorus-doped polysilicon electrode was deposited and then microwave-etched to a desired shape. The location and size of the electrodes are
In the lifetime measurement by the microwave photoconductivity decay method which will be performed later, the size and location can be arbitrarily selected if a region larger than the waveguide cross section exists as a region without electrodes. In this embodiment, as shown in FIG. 3, a 5 mm square electrode 8 was formed in the right side region of the silicon substrate 1, and a region 9 without the electrode 8 was formed as shown by the broken line in the figure.

【0020】次に、4枚のシリコン基板全てに水素アニ
ールを施す。すると、シリコンと熱酸化膜界面に存在す
る準位は水素によってターミネートされ、界面準位密度
の比較的低いシリコン基板を作ることが出来る。その低
界面準位密度基板を極低水分窒素中でアニールすると、
ターミネータとしての水素が離脱して、界面準位密度が
増加する。
Next, hydrogen annealing is applied to all four silicon substrates. Then, the levels existing at the interface between silicon and the thermal oxide film are terminated by hydrogen, and a silicon substrate having a relatively low interface level density can be produced. When the low interface state density substrate is annealed in extremely low moisture nitrogen,
Hydrogen as a terminator is released to increase the interface state density.

【0021】ここで、極低水分窒素中というのは次のよ
うな意味を持つ。すなわち、窒素アニール雰囲気中に僅
かな水分が存在すると、アニールによって離脱した水素
の替わりに水分が界面準位のターミネータとして働き、
界面準位密度増加が抑制されたり、水分がシリコンを酸
化してしまい界面状態の制御が困難になり、所望の界面
準位密度が得られないという意味である。そこで、界面
準位密度増加を目的とするアニールでは、雰囲気中の水
分量を数百ppm オーダー以下とする。また、この極低水
分窒素中アニールでは、雰囲気中の水分濃度或いはアニ
ール温度を制御することで、界面準位密度を制御するこ
とができる。尚、本アニールは、窒素中のみでなく、ア
ルゴンやキセノン等の希ガス中であってもよい。本実施
例では、ここに述べた水素アニールと極低水分窒素中ア
ニールを用いて、4種類の界面準位密度の異なるシリコ
ン基板を作った。
Here, "in extremely low moisture nitrogen" has the following meaning. That is, when a small amount of water is present in the nitrogen annealing atmosphere, the water acts as a terminator for the interface level instead of the hydrogen released by the annealing,
This means that an increase in the interface state density is suppressed, or moisture oxidizes silicon, making it difficult to control the interface state, and thus a desired interface state density cannot be obtained. Therefore, in annealing for the purpose of increasing the interface state density, the amount of water in the atmosphere is set to several hundreds ppm or less. In this extremely low moisture nitrogen anneal, the interface state density can be controlled by controlling the moisture concentration in the atmosphere or the annealing temperature. The main annealing may be performed not only in nitrogen but also in a rare gas such as argon or xenon. In this example, four types of silicon substrates having different interface state densities were prepared by using the hydrogen annealing and the extremely low moisture nitrogen annealing described here.

【0022】次に、これらシリコン基板表面上の電極8
のちょうど裏側面にあたる領域のみを界面準位密度測定
用装置の端子に対してオーミック状態とする。本実施例
では、裏面のリンドープトポリシリコン膜を除去した
後、電極8を形成したシリコン基板表面のちょうど裏側
面にあたる領域以外をレジストで覆い、希フッ酸で熱酸
化膜を除去し、導電ペーストを塗布した。
Next, the electrodes 8 on the surface of these silicon substrates
Only the region corresponding to the back side of the device is brought into an ohmic state with respect to the terminal of the interface state density measuring device. In this embodiment, after removing the phosphorus-doped polysilicon film on the back surface, the area other than just the back surface of the surface of the silicon substrate on which the electrode 8 is formed is covered with a resist, the thermal oxide film is removed with dilute hydrofluoric acid, and the conductive paste is used. Was applied.

【0023】こうして出来上がったシリコン基板の電極
8に針を当て、界面準位密度を測定する。このときの測
定方法は従来の技術の項で述べた方法のうちどれを用い
てもよいが、本実施例では測定の容易な高周波C−V法
を用いた。ここで測定した界面準位密度を初期界面準位
密度と呼ぶことにする。
A needle is applied to the electrode 8 of the silicon substrate thus formed, and the interface state density is measured. As the measuring method at this time, any of the methods described in the section of the conventional art may be used, but in this embodiment, the high frequency CV method, which is easy to measure, was used. The interface state density measured here will be called the initial interface state density.

【0024】次に、電極8の無い領域9に対し、マイク
ロ波光導電減衰法で過剰キャリアライフタイムを測定す
る。本発明の特徴の一つは、この過剰キャリアライフタ
イム測定で、一定量の光をシリコン基板に照射し続け
て、過剰キャリアライフタイムの経時変化を測定するこ
とにある。
Next, the excess carrier lifetime of the region 9 without the electrode 8 is measured by the microwave photoconductive decay method. One of the features of the present invention is that in this excess carrier lifetime measurement, the silicon substrate is continuously irradiated with a certain amount of light to measure the change with time of the excess carrier lifetime.

【0025】図4に、測定結果を示す。横軸は、光を照
射し続けたときの経過時間を表し、縦軸は、過剰キャリ
アライフタイムを表している。図中の白丸・四角・三角
・黒丸の各測定点は、先に高周波C−V法によって測定
した初期界面準位密度毎に、過剰キャリアライフタイム
の経時変化をプロットしたものであり、各点の初期界面
準位密度は図中に記した通りである。尚、本実施例で
は、シリコン基板に照射し続ける一定量の光として、図
2中に示したレーザ光源2から照射されるパルス光を用
いたが、一般に市販されている蛍光灯や電球等を光源に
用いてもよい。
FIG. 4 shows the measurement results. The horizontal axis represents the elapsed time when light irradiation is continued, and the vertical axis represents the excess carrier lifetime. The white circles, squares, triangles, and black circles in the figure are plots of changes in excess carrier lifetime over time for each initial interface state density measured by the high-frequency CV method. The initial interface state density of is as described in the figure. In the present embodiment, pulsed light emitted from the laser light source 2 shown in FIG. 2 was used as the fixed amount of light that is continuously emitted to the silicon substrate, but a commercially available fluorescent lamp, electric bulb, or the like may be used. You may use it for a light source.

【0026】図4により光を照射し続けるとシリコン基
板の過剰キャリアライフタイムは減少することがわか
る。この過剰キャリアライフタイムの減少は、光照射に
よって、界面準位密度が増加したことに起因して生じた
ものである。
It can be seen from FIG. 4 that the excess carrier lifetime of the silicon substrate decreases when the light irradiation is continued. This decrease in excess carrier lifetime is caused by the increase in interface state density due to light irradiation.

【0027】次に、ライフタイム逆数差を定義する。ま
ず、本データ中、経過時間1分のところにプロットして
あるデータを初期ライフタイムと呼ぶことにする。そし
て、光照射経過時間中の各時刻でのライフタイムの逆数
から初期ライフタイムの逆数を差し引いたものをライフ
タイムの逆数差と定義する。
Next, the difference in reciprocal lifetime is defined. First, in this data, the data plotted at the elapsed time of 1 minute is called the initial lifetime. The difference between the reciprocal of the lifetime and the reciprocal of the lifetime at each time during the light irradiation elapsed time is subtracted from the reciprocal of the initial lifetime.

【0028】図5に光照射経過時間とライフタイムの逆
数差との関係を示す。光照射時間経過に伴って、ライフ
タイムの逆数差は増加し、或る時間以上が経過すると、
初期界面準位密度毎にそれぞれライフタイムの逆数差は
異なる値に飽和することがわかる。この飽和したライフ
タイムの逆数差を飽和逆数値と呼ぶことにする。
FIG. 5 shows the relationship between the elapsed time of light irradiation and the reciprocal difference of lifetime. As the light irradiation time elapses, the reciprocal difference of lifetime increases, and after a certain time or more,
It can be seen that the reciprocal difference in lifetime saturates to a different value for each initial interface state density. The difference in the reciprocal of the saturated lifetime is called the saturated reciprocal value.

【0029】この飽和逆数値と初期界面準位密度との関
係を図1に示す。本図より、飽和逆数値と初期界面準位
密度とは直線関係となることがわかる。本直線関係を利
用すれば、飽和逆数値を計測することで、界面準位密度
を決定することが可能となる。
The relationship between the saturation reciprocal value and the initial interface state density is shown in FIG. From this figure, it can be seen that the saturated reciprocal value and the initial interface state density have a linear relationship. If this linear relationship is used, the interface state density can be determined by measuring the saturation reciprocal value.

【0030】ところで図1及び図5は、シリコン基板バ
ルクの準位密度が同一の試料に関するデータであるが、
シリコン基板バルクの準位密度の異なる試料に関して
も、同様の関係が成り立つことを調べてみた。シリコン
基板バルクの準位密度を変化させるのは、基板内溶存酸
素量を変えたり、鉄や銅等の金属元素をドーピングした
り、或いはIG処理やイオン注入等の技術で容易に出来
る。本実施例では、低酸素基板とシリコンイオン注入プ
ロセスを用いて、シリコン基板バルクの準位密度を変化
させ、前に述べた水素アニールと極低水分窒素中アニー
ルを使って界面準位密度が同一のシリコン基板を作っ
た。
By the way, FIGS. 1 and 5 show data on samples having the same level density of the bulk of the silicon substrate.
We investigated that the same relationship holds for samples with different level densities of silicon substrate bulk. The level density of the bulk of the silicon substrate can be changed easily by changing the amount of dissolved oxygen in the substrate, doping with a metal element such as iron or copper, or a technique such as IG treatment or ion implantation. In this example, a low oxygen substrate and a silicon ion implantation process are used to change the level density of the bulk of the silicon substrate, and the hydrogen state annealing and the ultra-low moisture nitrogen annealing described above are used to obtain the same interface state density. Made of silicon substrate.

【0031】こうして作ったシリコン基板を用いて、シ
リコン基板バルクの準位密度が同一の試料に関して実施
したように一定量の光をシリコン基板に照射し続けて、
過剰キャリアライフタイムの経時変化を測定した。その
結果を図6に示す。本図中、シリコンイオン注入ドーズ
量が高いものはバルク準位密度も高く、シリコンイオン
注入ドーズ量が低いものはバルク準位密度も低いものに
なっている。また、初期界面準位密度はすべて5.4×
1010ケ/cm2である。
Using the silicon substrate thus manufactured, the silicon substrate is continuously irradiated with a certain amount of light as in the case where the silicon substrate bulk has the same level density.
The change in excess carrier lifetime with time was measured. FIG. 6 shows the result. In the figure, those with a high dose of silicon ion implantation have a high bulk level density, and those with a low dose of silicon ion implantation have a low bulk level density. All initial interface state densities are 5.4 ×
It is 10 10 / cm 2 .

【0032】図7は図6に示した結果から算出した、光
照射経過時間とライフタイム逆数差との関係である。こ
こで、ライフタイム逆数差とは、前述と同様に光照射経
過時間中の各時刻でのライフタイムの逆数から初期ライ
フタイムの逆数を差し引いたものと定義した。図7よ
り、光照射経過時間とライフタイム逆数差との関係は、
バルクの準位密度には依存せず、初期界面準位密度にの
み依存することがわかる。したがって、バルクの準位密
度が異なる場合でも、飽和逆数値と初期界面準位密度と
の関係は、図1に示したものと一致し、飽和逆数値と初
期界面準位密度とは直線関係となることがわかる。本直
線関係を利用すれば、飽和逆数値を計測することで、界
面準位密度を決定することが可能となる。
FIG. 7 shows the relationship between the light irradiation elapsed time and the reciprocal lifetime difference calculated from the results shown in FIG. Here, the lifetime reciprocal difference is defined as the reciprocal of the initial lifetime subtracted from the reciprocal of the lifetime at each time during the light irradiation elapsed time, as described above. From FIG. 7, the relationship between the elapsed time of light irradiation and the reciprocal difference of lifetime is
It can be seen that it does not depend on the bulk level density, but only on the initial interface level density. Therefore, even when the bulk level densities are different, the relationship between the saturation reciprocal value and the initial interface state density agrees with that shown in FIG. 1, and the saturation reciprocal value and the initial interface state density have a linear relationship. You can see. If this linear relationship is used, the interface state density can be determined by measuring the saturation reciprocal value.

【0033】すなわち、一度、図1に相当するデータを
取得してしまえば、その後、界面準位密度を測定する場
合、電極形成や基板裏面のオーミックコンタクト処理
は、不要となる。更に、厚さの異なる複数の被測定用シ
リコン基板を準備する必要もなく、また、1枚のシリコ
ン基板であっても基板表面に複数の厚さの異なる領域を
形成した特別なシリコン基板を準備する必要もなくな
り、マイクロ波光導電減衰法を利用して、非接触で、シ
リコン基板の界面準位密度を測定することが可能とな
る。
That is, once the data corresponding to FIG. 1 is acquired, the electrode formation and ohmic contact treatment on the back surface of the substrate are not necessary when the interface state density is measured thereafter. Further, it is not necessary to prepare a plurality of silicon substrates for measurement having different thicknesses, and even a single silicon substrate is prepared with a special silicon substrate having a plurality of regions having different thicknesses formed on the substrate surface. Therefore, it becomes possible to measure the interface state density of the silicon substrate in a non-contact manner by utilizing the microwave photoconductive attenuation method.

【0034】以下に図1の利用方法を述べる。The method of using FIG. 1 will be described below.

【0035】製造装置や製造プロセスの品質検査を行う
場合、図1を取得したときと同一の厚さ,同一のキャリ
ア生成ドーパントを有し、同一のキャリア濃度のシリコ
ン基板を用意する。この用意したシリコン基板を検査所
望の製造装置や製造プロセスで所望の処理をする。処理
後、マイクロ波光導電減衰法で過剰キャリアライフタイ
ムを測定する。もちろん、このとき電極形成処理及び裏
面オーミックコンタクト処理は不要である。そして、図
1を取得したときと同一の光源を用いて、過剰キャリア
ライフタイムの経時減衰を計測し、前述の飽和逆数値を
算出する。この飽和逆数値と図1の関係より界面準位密
度を求める。尚、ここで界面準位密度を求めるために用
いたシリコン基板のバルクの準位密度は、図1の関係を
導き出すために用いた用いたシリコン基板のバルクの準
位密度と同一である必要がないことは、図7が示すとお
りである。こうして測定した界面準位密度を用いて、製
造装置や製造プロセスを定量的に検査・評価する。
When a quality inspection of a manufacturing apparatus or a manufacturing process is performed, a silicon substrate having the same thickness, the same carrier generation dopant and the same carrier concentration as those obtained in FIG. 1 is prepared. The prepared silicon substrate is inspected and processed in a desired manufacturing apparatus or manufacturing process. After the treatment, the excess carrier lifetime is measured by the microwave photoconductive decay method. Of course, at this time, the electrode forming process and the back surface ohmic contact process are unnecessary. Then, the same light source as that used to acquire FIG. 1 is used to measure the time-dependent decay of the excess carrier lifetime, and the above-mentioned saturation reciprocal value is calculated. The interface state density is obtained from the relationship between this saturation reciprocal value and FIG. The bulk level density of the silicon substrate used to obtain the interface state density here needs to be the same as the bulk level density of the silicon substrate used to derive the relationship in FIG. The absence is as shown in FIG. 7. Using the interface state density thus measured, the manufacturing apparatus and manufacturing process are quantitatively inspected and evaluated.

【0036】製造技術開発支援や製品不良解析等でも全
く同様に本方法が適用できる。この方法と同じく、図1
の関係を取得したときと同一の厚さ,同一のキャリア生
成ドーパントを有し、同一のキャリア濃度のシリコン基
板を用意する。このシリコン基板に対して、新たに開発
中のシリコンデバイス製造プロセスや新たに開発した製
造装置で所望の処理を行う。或いは、不良が発生した製
造ラインで、このシリコン基板を製造装置や製造プロセ
スで所定の処理や異条件の処理を行う。処理後、マイク
ロ波光導電減衰法で過剰キャリアライフタイムを測定す
る。そして、図1を取得したときと同一の光源を用い
て、過剰キャリアライフタイムの経時減衰を計測し、上
述の飽和逆数値を算出する。この飽和逆数値と図1の関
係より界面準位密度を求める。本方法では、非接触測定
で界面準位密度が求められるのでインライン測定が実施
できる。これによって、製造ライン中の不良発生装置の
速やかな特定や不良誘発条件等、きめ細かい不良解析
や、製造装置のハード及びソフト面での微調整や製造最
適条件の設定等、高精度な技術開発を支援出来る。
This method can be applied in the same manner even in manufacturing technology development support and product defect analysis. Similar to this method,
A silicon substrate having the same thickness, the same carrier generation dopant, and the same carrier concentration as when the relationship was obtained is prepared. A desired process is performed on the silicon substrate by a newly-developed silicon device manufacturing process or a newly-developed manufacturing apparatus. Alternatively, in the manufacturing line where the defect occurs, the silicon substrate is subjected to predetermined processing and processing under different conditions by a manufacturing apparatus or manufacturing process. After the treatment, the excess carrier lifetime is measured by the microwave photoconductive decay method. Then, the same light source as that used to acquire FIG. 1 is used to measure the time-dependent decay of the excess carrier lifetime, and the above-mentioned saturated reciprocal value is calculated. The interface state density is obtained from the relationship between this saturation reciprocal value and FIG. In this method, in-line measurement can be performed because the interface state density is obtained by non-contact measurement. As a result, high-precision technical development such as quick identification of defect occurrence devices in the production line and defect induction conditions, detailed defect analysis, fine adjustment of hardware and software aspects of the manufacturing device, and setting of optimum manufacturing conditions. I can help.

【0037】(実施例2)図8は本発明の構成を示すブ
ロック図である。本発明は、CRTや液晶ディスプレ
イ,プリンタ等の表示手段10を有している。11Aは
マイクロ波光導電減衰法過剰キャリアライフタイム測定
手段であり、本実施例で用いたものは、すでに図2に示
したので、本測定手段の説明は省略する。11BはCP
U実行コントロールデータ入力手段であり、11A,B
それぞれの出力はインターフェイスI/F13を介して
計算手段たるCPU14に入力される。このCPU14
には記憶手段12が接続されている。そして、このCP
U14からの信号によって、計測結果の界面準位密度が
表示手段10に表示されるようになっている。
(Embodiment 2) FIG. 8 is a block diagram showing the structure of the present invention. The present invention has a display means 10 such as a CRT, a liquid crystal display, and a printer. Reference numeral 11A is a microwave photoconductive decay method excess carrier lifetime measuring means, and the one used in this embodiment has already been shown in FIG. 11B is CP
U execution control data input means, 11A, B
Each output is input to the CPU 14 as a calculation means via the interface I / F 13. This CPU14
The storage means 12 is connected to. And this CP
The interface state density of the measurement result is displayed on the display means 10 by the signal from U14.

【0038】記憶手段12の内容は、図1に示した関係
を、テーブル化したものと、作業用プログラムが記憶さ
れていて、CPU14実行の指針として使用されるよう
になっている。ここで、テーブル化したものとは、実施
例1において述べた飽和逆数値の任意の値が与えられれ
ば、それに対応した界面準位密度が算出出来るようにな
っているもののことである。
The contents of the storage means 12 are obtained by tabulating the relationship shown in FIG. 1 and a work program, and are used as a guideline for executing the CPU 14. Here, what is made into a table means that if an arbitrary value of the reciprocal saturation value described in the first embodiment is given, the interface state density corresponding to it can be calculated.

【0039】ところで、シリコン基板のキャリア生成ド
ーパント種が異なったり、キャリア濃度が変化したりす
ると、それに伴って図1の関係は変化する。また、マイ
クロ波光導電減衰法過剰キャリアライフタイム測定にお
ける過剰キャリア発生量が変化しても、図1の関係は変
化する。或いは、過剰キャリアライフタイムの経時減少
を生じさせるための光源の種類や光照射量が変化しても
図1の関係は変化する。本発明では、測定しようとする
シリコン基板のキャリア生成ドーパント種とキャリア濃
度及びマイクロ波光導電減衰法過剰キャリアライフタイ
ム測定における過剰キャリア発生量及び光照射量に応じ
た図1相当の関係を複数種類、記憶手段5中に保持する
ようになっている。
By the way, if the carrier generation dopant species of the silicon substrate is different or the carrier concentration is changed, the relationship of FIG. 1 changes accordingly. Further, even if the excess carrier generation amount in the microwave photoconductive decay method excess carrier lifetime measurement changes, the relationship of FIG. 1 changes. Alternatively, the relationship in FIG. 1 changes even if the type of light source or the light irradiation amount for causing the excess carrier lifetime to decrease with time changes. In the present invention, the carrier generation dopant species of the silicon substrate to be measured, the carrier concentration, and a plurality of types of relationships corresponding to FIG. 1 according to the excess carrier generation amount and the light irradiation amount in the microwave photoconductive decay method excess carrier lifetime measurement, It is designed to be held in the storage means 5.

【0040】本発明の構成装置の作用を図9のフローチ
ャートを用いて説明する。マイクロ波光導電減衰法過剰
キャリアライフタイム測定手段11A及びデータ入力手
段11Bより測定条件を入力する(ステップS1)。こ
こで、マイクロ波光導電減衰法過剰キャリアライフタイ
ム測定手段11Aからの測定条件入力項目は、過剰キャ
リア発生量を決める条件項目と過剰キャリアライフタイ
ムの経時減少変化を決める条件項目であって、過剰キャ
リア発生用パルスレーザの印加電圧,パルスレーザ光の
直径,パルスレーザ光源設定位置である。本実施例で
は、過剰キャリアライフタイムの経時減少変化を生じさ
せる光源として、過剰キャリア発生用パルスレーザを兼
用しているので、入力データは以上の項目でよい。しか
し、過剰キャリアライフタイムの経時減少変化を生じさ
せる光源として、過剰キャリア発生用パルスレーザ以外
の光源を使用する場合は、条件項目だけでなく過剰キャ
リアライフタイムの経時減少変化を生じさせる光源の光
照射量と光の波長とを入力する必要がある。また、デー
タ入力手段11Bからの測定条件入力項目は、シリコン
基板のキャリア生成ドーパント種,キャリア濃度,基板
厚である。次に、入力された測定条件項目と同一条件下
の図1に相当のテーブル化された関係が、記憶手段12
中に存在するか否かをステップS2の条件判定で調べ
る。このとき、入力された条件と同一条件下の図1に相
当のテーブル化された関係が記憶手段12中に存在する
場合、図9のフローチャート中ステップS2よりYES
へ進む。そして、マイクロ波光導電減衰法過剰キャリア
ライフタイム測定及び過剰キャリアライフタイムの経時
減少変化測定を実施する(ステップS3)。この測定値
はインターフェイスI/F13を介して計算手段たるC
PU14に入力され、そこで記憶手段12中の図1相当
のテーブル化された関係から界面準位密度を算出する
(ステップS4)。結果を表示手段10に表示して(ス
テップS5)、測定を終了する。
The operation of the constituent device of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. Microwave photoconductivity decay method excess carrier lifetime measuring means 11A and data input means 11B are used to input measurement conditions (step S1). Here, the measurement condition input items from the microwave photoconductive decay method excess carrier lifetime measuring means 11A are a condition item that determines the excess carrier generation amount and a condition item that determines the change over time of the excess carrier lifetime. The applied voltage of the pulse laser for generation, the diameter of the pulse laser light, and the setting position of the pulse laser light source. In this embodiment, since the pulse carrier for generating excess carriers is also used as the light source for causing the change in the excess carrier lifetime to decrease with time, the input data may be the above items. However, if a light source other than the pulse carrier laser for generating excess carriers is used as the light source that causes the change in excess carrier lifetime over time, not only the condition items but also the light from the light source that causes decrease in excess carrier lifetime over time. It is necessary to input the irradiation amount and the wavelength of light. The measurement condition input items from the data input means 11B are the carrier generation dopant species of the silicon substrate, the carrier concentration, and the substrate thickness. Next, the tabled relationship corresponding to FIG. 1 under the same condition as the input measurement condition item is stored in the storage unit 12.
Whether or not it exists is checked by the condition determination in step S2. At this time, if the tabled relationship corresponding to FIG. 1 under the same condition as the input condition exists in the storage means 12, YES from step S2 in the flowchart of FIG.
Proceed to. Then, microwave photoconductive decay method excess carrier lifetime measurement and excess carrier lifetime decrease measurement with time are performed (step S3). This measured value is calculated through the interface I / F 13 as C which is a calculation means.
It is input to the PU 14, and there the interface state density is calculated from the tabulated relationship corresponding to FIG. 1 in the storage means 12 (step S4). The result is displayed on the display means 10 (step S5), and the measurement is completed.

【0041】条件判定ステップS2で、入力された条件
と同一条件下の図1相当のテーブル化された関係が記憶
手段12中に存在しない場合、図9のフローチャート中
ステップS2よりNOへ進む。ステップS6では、入力
された条件と同一条件下の図1相当の関係を記憶手段1
2中に入力記憶させるか否かを判定する。その判定用デ
ータは、CPU実行コントロールデータ入力手段11B
より、YES或いはNOを入力する。ここでNOを入力
すると測定終了となり、YESを入力すると新たな条件
下での図1相当の関係を記憶手段12中に入力記憶させ
る工程へ進むことになる。以下、YESを入力した場合
について説明する。
In the condition determining step S2, if the tabled relation corresponding to FIG. 1 under the same condition as the input condition does not exist in the storage means 12, the process proceeds from step S2 to NO in the flowchart of FIG. In step S6, the storage unit 1 stores the relationship corresponding to FIG. 1 under the same conditions as the input conditions.
It is determined whether or not the data is input and stored in 2. The judgment data is the CPU execution control data input means 11B.
Then, enter YES or NO. If NO is input here, the measurement ends, and if YES is entered, the process proceeds to the step of inputting and storing the relationship corresponding to FIG. The case where YES is input will be described below.

【0042】キャリア生成ドーパント種とキャリア濃度
とが、測定しようとしているシリコン基板と等しいシリ
コン基板を、実施例1で述べたような、一部分に電極を
持つシリコン基板として厚さの異なるものを複数枚準備
する。そして、同じく実施例1で述べたように、本基板
の界面準位密度をあらかじめ測定しておき、電極の無い
領域に対してマイクロ波光導電減衰法過剰キャリアライ
フタイム測定及び過剰キャリアライフタイムの経時減少
変化測定を実施する(ステップS7)。測定した過剰キ
ャリアライフタイム及び、測定しようとしている過剰キ
ャリアライフタイムの測定条件であるところの過剰キャ
リア発生用パルスレーザの印加電圧,パルスレーザ光の
直径,パルスレーザ光源設定位置,過剰キャリアライフ
タイムの経時減少変化を生じさせる光源の光照射量と光
の波長とは、マイクロ波光導電減衰法過剰キャリアライ
フタイム測定手段11AよりインターフェイスI/F1
3を介してCPU14に入力される。別途測定しておい
た界面準位密度と基板厚、及び、キャリア生成ドーパン
ト種とキャリア濃度とをデータ入力手段11Bより入力
する(ステップS8)。入力されたデータより、実施例
1において述べた方法と同様の手順で、図1相当の関係
を求め、飽和逆数値との直線関係の傾きに対して、界面
準位密度が選択出来るようにテーブル化する(ステップ
S9)。このテーブルとテーブルに応じた測定条件を記
憶手段12中に記憶する(ステップS10)。
A plurality of silicon substrates having the same carrier generation dopant species and the same carrier concentration as the silicon substrate to be measured are used as the silicon substrates having electrodes in a part as described in the first embodiment. prepare. Then, as also described in Example 1, the interface state density of the present substrate was measured in advance, and the microwave photoconductivity decay method excess carrier lifetime measurement and the excess carrier lifetime elapsed with respect to the region without electrodes were measured. Decrease change measurement is performed (step S7). The measured excess carrier lifetime and the applied voltage of the pulse laser for generating excess carrier, the diameter of the pulse laser light, the setting position of the pulse laser light source, and the excess carrier lifetime which are the measurement conditions of the excess carrier lifetime to be measured. The amount of light emitted from the light source and the wavelength of the light that cause a decrease with time are determined by the microwave photoconductive decay method excess carrier lifetime measuring means 11A through the interface I / F1.
3 is input to the CPU 14. The interface state density and the substrate thickness, and the carrier generation dopant species and the carrier concentration, which have been separately measured, are input from the data input unit 11B (step S8). From the input data, the relationship corresponding to FIG. 1 is obtained by the same procedure as the method described in the first embodiment, and the interface state density can be selected with respect to the slope of the linear relationship with the saturation reciprocal value. (Step S9). This table and the measurement conditions according to the table are stored in the storage means 12 (step S10).

【0043】次に、再び、ステップS1において入力さ
れた測定条件に対して条件判定を行う(ステップS
2)。入力された測定条件項目と同一条件下の図1相当
のテーブル化された関係が、記憶手段12中に存在する
か否かをステップS2の条件判定で調べる。ステップS
1或いはステップS8にて入力ミスが無いかぎり、入力
された条件と同一条件下の図1相当のテーブル化された
関係が記憶手段12中に存在するはずであるから、ステ
ップS2よりYESへ進む。そして、マイクロ波光導電
減衰法過剰キャリアライフタイム測定を実施する(ステ
ップS3)。この測定値はインターフェイスI/F13
を介して計算手段たるCPU14に入力され、そこで記
憶手段12中の図1相当のテーブル化された関係から界
面準位密度を算出する(ステップS4)。結果を表示手
段10に表示して(ステップS5)、測定を終了する。
Then, again, the condition determination is performed for the measurement condition input in step S1 (step S
2). It is checked in the condition determination in step S2 whether or not the tabled relationship corresponding to FIG. 1 under the same condition as the input measurement condition item exists in the storage unit 12. Step S
As long as there is no input error in 1 or step S8, the tabulated relationship corresponding to FIG. 1 under the same conditions as the input conditions should exist in the storage means 12, so the process proceeds from step S2 to YES. Then, the microwave photoconductivity decay method excess carrier lifetime measurement is performed (step S3). This measured value is the interface I / F13
It is input to the CPU 14 as a calculation means via the, and the interface state density is calculated from the tabled relation corresponding to FIG. 1 in the storage means 12 (step S4). The result is displayed on the display means 10 (step S5), and the measurement is completed.

【0044】本発明の装置を用いて、製造装置や製造プ
ロセスの品質管理を行う場合、ステップS1の測定条件
入力項目の内容を一定化しておくと、ステップ2の条件
判定においてNOとなることはないので、図1相当の関
係を意識することなく測定できる。このため、特定のグ
ラフを読み取る技能知識のない者でも短時間で容易に界
面準位密度を測定することができる。製造技術開発支援
や製品不良解析等を行う場合においても、ステップ2の
条件判定においてNOとならなければ、図1相当の関係
を意識する必要は無く、特定のグラフを読み取る技能知
識のない者でも短時間で容易に界面準位密度を測定する
ことができる。また、ステップ2の条件判定においてN
Oとなっても、やはり図1相当の関係の詳細は意識する
必要が無く、特定のグラフを作成する技能知識のない者
でも短時間で容易に界面準位密度を測定することができ
る。
When quality control of a manufacturing apparatus or a manufacturing process is performed using the apparatus of the present invention, if the contents of the measurement condition input items in step S1 are made constant, the condition determination in step 2 may be NO. Since it does not exist, the measurement can be performed without being aware of the relationship corresponding to FIG. Therefore, even a person who does not have the technical knowledge of reading a specific graph can easily measure the interface state density in a short time. Even if manufacturing technology development support or product failure analysis is performed, if the result of step 2 is NO in the condition determination, it is not necessary to be aware of the relationship corresponding to FIG. 1, and even a person who does not have the technical knowledge to read a specific graph. The interface state density can be easily measured in a short time. Also, in the condition judgment of step 2, N
Even if it becomes O, it is not necessary to pay attention to the details of the relationship corresponding to FIG. 1, and even a person who does not have the technical knowledge to create a specific graph can easily measure the interface state density in a short time.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によると、厚さの異なる複数枚の
シリコン基板や、基板表面に厚さの異なる領域を形成し
たシリコン基板を準備することなく、マイクロ波光導電
減衰法を用いてシリコン基板の界面準位密度測定が可能
になり、電極形成プロセスと裏面オーミック処理の影響
の無い測定ができると同時に、製造装置や製造プロセス
の品質検査コストは安くなり、インライン測定が容易に
出来る。
According to the present invention, it is possible to use a microwave photoconductive attenuation method without preparing a plurality of silicon substrates having different thicknesses or a silicon substrate having regions having different thicknesses formed on the substrate surface. It is possible to measure the interface state density, and it is possible to perform the measurement without the influence of the electrode forming process and the back surface ohmic treatment, and at the same time, the quality inspection cost of the manufacturing apparatus and the manufacturing process is reduced and the in-line measurement can be easily performed.

【0046】また、特定のグラフを読み取ったり、作成
したりする技能知識のない者でも短時間で容易に界面準
位密度を測定することができる。
Also, the interface state density can be easily measured in a short time even by a person who does not have the technical knowledge of reading or creating a specific graph.

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

【図1】シリコン基板に光を照射し続けた際の過剰キャ
リアライフタイムの飽和逆数値と初期界面準位密度との
特性図。
FIG. 1 is a characteristic diagram of a saturation reciprocal value of excess carrier lifetime and initial interface state density when a silicon substrate is continuously irradiated with light.

【図2】マイクロ波光導電減衰法過剰キャリアライフタ
イム測定の様子を示す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a state of measuring excess carrier lifetime by a microwave photoconductivity decay method.

【図3】実施例1の説明に使用するシリコン基板上の電
極を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing electrodes on a silicon substrate used for description of the first embodiment.

【図4】初期界面準位密度の異なるシリコン基板に光を
照射した際の、光照射経過時間と過剰キャリアライフタ
イムとの関係を表す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a light irradiation elapsed time and an excess carrier lifetime when a silicon substrate having different initial interface state densities is irradiated with light.

【図5】初期界面準位密度の異なるシリコン基板に光を
照射した際の、光照射経過時間と過剰キャリアライフタ
イムの逆数との関係を表す特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the light irradiation elapsed time and the reciprocal of excess carrier lifetime when light is irradiated to silicon substrates having different initial interface state densities.

【図6】初期界面準位密度は等しく、バルク準位密度の
異なるシリコン基板に光を照射した際の、光照射経過時
間と過剰キャリアライフタイムとの関係を表す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between light irradiation elapsed time and excess carrier lifetime when light is irradiated to silicon substrates having the same initial interface state density and different bulk state densities.

【図7】初期界面準位密度は等しく、バルク準位密度の
異なるシリコン基板に光を照射した際の、光照射経過時
間と過剰キャリアライフタイムの逆数との関係を表す特
性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the light irradiation elapsed time and the reciprocal of excess carrier lifetime when light is irradiated to silicon substrates having the same initial interface state density and different bulk state densities.

【図8】実施例2の説明に使用する本発明測定装置中の
過剰キャリアライフタイム測定手段を表すブロック図。
FIG. 8 is a block diagram showing an excess carrier lifetime measuring means in the measuring apparatus of the present invention used for the description of Example 2;

【図9】本発明測定装置のフローチャート。FIG. 9 is a flowchart of the measuring device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…GaAsパルスレーザ、3…ガ
ンダイオード、4…サーキュレータ、5…マイクロ波検
波器、6…同軸線、7…シグナルストレージ、8…電
極、10…表示手段、11A…過剰キャリアライフタイ
ム測定手段、11B…コントロールデータ入力手段、12
…記憶手段、13…インターフェイス、14…計算手段
CPU。
1 ... Silicon substrate, 2 ... GaAs pulse laser, 3 ... Gunn diode, 4 ... Circulator, 5 ... Microwave detector, 6 ... Coaxial line, 7 ... Signal storage, 8 ... Electrode, 10 ... Display means, 11A ... Excess carrier Lifetime measuring means, 11B ... Control data input means, 12
... storage means, 13 ... interface, 14 ... calculation means CPU.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 和彦 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 長良 高光 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 由上 二郎 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大倉 理 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuhiko Sato 5-20-1 Kamimizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo Hiritsu Cho-LS Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Takamitsu Nagara Kodaira, Tokyo Ichijomizu Honmachi 5-chome 20-20 Hitate Cho-LS Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Jiro Yuue 1-280 Higashi-Kengikubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside Hitachi Central Research Laboratory (72) Inventor Satoshi Okura 1-280 Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside Hitachi Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板に光を照射し続け、マイクロ波
光導電減衰法で過剰キャリアライフタイムを計測し、時
間経過に伴い過剰キャリアライフタイムが減少飽和した
ら、減少飽和時の過剰キャリアライフタイムの逆数から
初期ライフタイムの逆数を差し引いた値と初期界面準位
密度との比例定数から界面準位密度を求めることを特徴
とする界面準位密度測定方法。
1. A semiconductor substrate is continuously irradiated with light, and an excess carrier lifetime is measured by a microwave photoconductive decay method. When the excess carrier lifetime decreases and saturates with time, the excess carrier lifetime at the time of the decrease saturation is measured. A method for measuring an interface state density, which comprises obtaining an interface state density from a proportional constant of a value obtained by subtracting an inverse number of an initial lifetime from an inverse number and an initial interface state density.
【請求項2】キャリアライフタイム測定手段とデータ入
力手段と記憶手段とが計算手段に接続されており、前記
記憶手段中に、請求項1に記載した減少飽和時の過剰キ
ャリアライフタイムの逆数から初期ライフタイムの逆数
を差し引いた値と初期界面準位密度との対応関係を保持
し、本対応関係にもとづいて計算手段が、測定したキャ
リアライフタイムの経時変化より界面準位密度を算出
し、表示手段に出力する界面準位密度測定装置。
2. A carrier lifetime measuring means, a data inputting means, and a storing means are connected to a calculating means, and in the storing means, from the reciprocal of the excess carrier lifetime at the time of decreasing saturation described in claim 1. The correspondence between the value obtained by subtracting the reciprocal of the initial lifetime and the initial interface state density is retained, and based on this correspondence, the calculation means calculates the interface state density from the change over time of the measured carrier lifetime, An interface state density measuring device for outputting to display means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020092169A (en) * 2018-12-05 2020-06-11 信越半導体株式会社 Method of evaluating nitrogen concentration in silicon single crystal substrate

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