JPH1126531A - 少数キャリアのライフタイム測定装置 - Google Patents
少数キャリアのライフタイム測定装置Info
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- JPH1126531A JPH1126531A JP17791197A JP17791197A JPH1126531A JP H1126531 A JPH1126531 A JP H1126531A JP 17791197 A JP17791197 A JP 17791197A JP 17791197 A JP17791197 A JP 17791197A JP H1126531 A JPH1126531 A JP H1126531A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 比抵抗の小さい半導体試料や，短波長の検出
用電磁波を用いた測定でも，高感度で測定が可能な少数
キャリアのライフタイム測定装置を提供する。 【解決手段】 半導体ウェーハ１２へ照射された検出用
電磁波１６の反射波のパルス励起光照射２前後の変化に
基づいた半導体ウェーハの少数キャリアのライフタイム
測定装置において，偏波手段５により検出用電磁波の電
場ベクトルが入射面と平行になるように調整し，入射角
調整手段４により検出用電磁波を，半導体ウェーハにウ
ェーハに対するブリュースタ角近傍の角度で入射させ
る。検出用電磁波をその電場ベクトルが入射面と平行に
なるようにウェーハに入射させた場合には，入射角がブ
リュースタ角に近づくにつれ検出感度が高くなるため，
垂直入射の場合に比べて高感度で測定できる。従って比
抵抗の小さい半導体試料の測定や，短波長の検出用電磁
波を用いた測定でも，高感度で測定可能となる。
用電磁波を用いた測定でも，高感度で測定が可能な少数
キャリアのライフタイム測定装置を提供する。 【解決手段】 半導体ウェーハ１２へ照射された検出用
電磁波１６の反射波のパルス励起光照射２前後の変化に
基づいた半導体ウェーハの少数キャリアのライフタイム
測定装置において，偏波手段５により検出用電磁波の電
場ベクトルが入射面と平行になるように調整し，入射角
調整手段４により検出用電磁波を，半導体ウェーハにウ
ェーハに対するブリュースタ角近傍の角度で入射させ
る。検出用電磁波をその電場ベクトルが入射面と平行に
なるようにウェーハに入射させた場合には，入射角がブ
リュースタ角に近づくにつれ検出感度が高くなるため，
垂直入射の場合に比べて高感度で測定できる。従って比
抵抗の小さい半導体試料の測定や，短波長の検出用電磁
波を用いた測定でも，高感度で測定可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，少数キャリアのラ
イフタイム測定装置に係り，詳しくは半導体ウェーハの
品質管理に用いられる，光伝導マイクロ波減衰法による
少数キャリアのライフタイム測定装置に関するものであ
る。
イフタイム測定装置に係り，詳しくは半導体ウェーハの
品質管理に用いられる，光伝導マイクロ波減衰法による
少数キャリアのライフタイム測定装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年の超ＬＳＩに代表される半導体デバ
イスの超精密化傾向に伴い，そこに使用される半導体ウ
ェーハには，より厳しい品質管理が要求されるようにな
ってきている。そこで，半導体ウェーハの結晶欠陥を評
価する方法として，そのライフタイムの変動を測定評価
する方法が一般に知られており，例えば特公昭６１−６
０５７６号公報に開示された半導体ウェーハの少数キャ
リアのライフタイム測定装置（以下，従来技術という）
等がある。図５は上記従来技術に係る少数キャリアのラ
イフタイム測定装置の一例Ａ０の概略構成を示す図であ
る。図５に示す如く，ライフタイム測定装置Ａ０は，試
料保持台兼搬送機構５１と，試料保持台兼搬送機構５１
に支持される試料５２（半導体ウェーハ）の表面に光パ
ルスを照射する光パルス発生器５３と，マイクロ波を発
生させるガン発振器５４と，ガン発振器５４により発生
されたマイクロ波を調整するインピーダンス整合器５
５，Ｅ−Ｈチューナ５６，マジックＴ５８及び無反射終
端５９と，上記マイクロ波を試料５２の表面に照射する
ための導波管６１と，上記試料５２により反射された反
射マイクロ波を，上記導波管６１，上記マジックＴ５
８，及びＥ−Ｈチューナ５７を介して検出する検波器６
２と，該検波器６２により検出されたマイクロ波の変化
を表示するシンクロスコープ６３とから構成されてい
る。以下，上記ライフタイム測定装置Ａ０の測定原理を
説明する。光パルス発生器５３から試料５２に対して照
射された光パルスにより，試料５２に自由電子−正孔対
であるキャリアが励起され，一時的にキャリア濃度が上
昇する。その後，増加したキャリアは再結合により時間
とともに次第に消滅し，キャリア濃度が低下する。この
ようなキャリア濃度の変化状態にある試料５２に対して
導波管６１を介してマイクロ波が照射されると，キャリ
アに反射する反射マイクロ波の量は，キャリア濃度の増
減に応じて変化する。即ち，反射マイクロ波の時間的変
化は，発生したキャリアの時間的減衰波形と一致する。
従って，ガン発振器５４により発生され導波管６１等を
介して試料５２に照射されたマイクロ波の反射波を，再
び導波管６１等を介して検波器６２により検出し，該反
射マイクロ波の減衰波形を計測することにより，試料５
２の物性を表す少数キャリアのライフタイムを測定する
ことができる。
イスの超精密化傾向に伴い，そこに使用される半導体ウ
ェーハには，より厳しい品質管理が要求されるようにな
ってきている。そこで，半導体ウェーハの結晶欠陥を評
価する方法として，そのライフタイムの変動を測定評価
する方法が一般に知られており，例えば特公昭６１−６
０５７６号公報に開示された半導体ウェーハの少数キャ
リアのライフタイム測定装置（以下，従来技術という）
等がある。図５は上記従来技術に係る少数キャリアのラ
イフタイム測定装置の一例Ａ０の概略構成を示す図であ
る。図５に示す如く，ライフタイム測定装置Ａ０は，試
料保持台兼搬送機構５１と，試料保持台兼搬送機構５１
に支持される試料５２（半導体ウェーハ）の表面に光パ
ルスを照射する光パルス発生器５３と，マイクロ波を発
生させるガン発振器５４と，ガン発振器５４により発生
されたマイクロ波を調整するインピーダンス整合器５
５，Ｅ−Ｈチューナ５６，マジックＴ５８及び無反射終
端５９と，上記マイクロ波を試料５２の表面に照射する
ための導波管６１と，上記試料５２により反射された反
射マイクロ波を，上記導波管６１，上記マジックＴ５
８，及びＥ−Ｈチューナ５７を介して検出する検波器６
２と，該検波器６２により検出されたマイクロ波の変化
を表示するシンクロスコープ６３とから構成されてい
る。以下，上記ライフタイム測定装置Ａ０の測定原理を
説明する。光パルス発生器５３から試料５２に対して照
射された光パルスにより，試料５２に自由電子−正孔対
であるキャリアが励起され，一時的にキャリア濃度が上
昇する。その後，増加したキャリアは再結合により時間
とともに次第に消滅し，キャリア濃度が低下する。この
ようなキャリア濃度の変化状態にある試料５２に対して
導波管６１を介してマイクロ波が照射されると，キャリ
アに反射する反射マイクロ波の量は，キャリア濃度の増
減に応じて変化する。即ち，反射マイクロ波の時間的変
化は，発生したキャリアの時間的減衰波形と一致する。
従って，ガン発振器５４により発生され導波管６１等を
介して試料５２に照射されたマイクロ波の反射波を，再
び導波管６１等を介して検波器６２により検出し，該反
射マイクロ波の減衰波形を計測することにより，試料５
２の物性を表す少数キャリアのライフタイムを測定する
ことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に，キャリア濃度
の高い（比抵抗の小さい）半導体試料ほど，パルス光照
射によって変化するキャリア濃度の変化割合が小さくな
るため，検出される反射マイクロ波の減衰波形の変化が
小さくなる。従って，上記従来技術に係るライフタイム
測定装置Ａ０では，キャリア濃度の高い（比抵抗の小さ
い）半導体試料を用いた場合には測定精度が劣化すると
いう問題点があった。また，高空間分解能で評価したい
場合，検出用電磁波（上記従来技術ではマイクロ波を使
用）の波長を小さくする必要がある。ところが，検出感
度は概ね検出用電磁波の波長の二乗に比例するため，空
間分解能を高めるほど検出感度が悪くなってしまう。従
って，上記従来技術に係るライフタイム測定装置Ａ０で
は，検出用電磁波としてマイクロ波（波長：数ｍｍ〜数
ｃｍ）に代わって，例えば赤外光（波長：１〜数十μ
ｍ）を使用した場合，検出感度は極めて悪くなり測定精
度の劣化や測定時間が長くなるという問題点もあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目
的とするところは，比抵抗の小さい半導体試料を対象と
する測定や，短波長の検出用電磁波を用いた測定におい
ても，高感度で測定を行うことが可能な少数キャリアの
ライフタイム測定装置を提供することである。
の高い（比抵抗の小さい）半導体試料ほど，パルス光照
射によって変化するキャリア濃度の変化割合が小さくな
るため，検出される反射マイクロ波の減衰波形の変化が
小さくなる。従って，上記従来技術に係るライフタイム
測定装置Ａ０では，キャリア濃度の高い（比抵抗の小さ
い）半導体試料を用いた場合には測定精度が劣化すると
いう問題点があった。また，高空間分解能で評価したい
場合，検出用電磁波（上記従来技術ではマイクロ波を使
用）の波長を小さくする必要がある。ところが，検出感
度は概ね検出用電磁波の波長の二乗に比例するため，空
間分解能を高めるほど検出感度が悪くなってしまう。従
って，上記従来技術に係るライフタイム測定装置Ａ０で
は，検出用電磁波としてマイクロ波（波長：数ｍｍ〜数
ｃｍ）に代わって，例えば赤外光（波長：１〜数十μ
ｍ）を使用した場合，検出感度は極めて悪くなり測定精
度の劣化や測定時間が長くなるという問題点もあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目
的とするところは，比抵抗の小さい半導体試料を対象と
する測定や，短波長の検出用電磁波を用いた測定におい
ても，高感度で測定を行うことが可能な少数キャリアの
ライフタイム測定装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，半導体ウェーハに励起光を照射するパルス
励起光照射手段と，上記パルス励起光照射手段により励
起光が照射される半導体ウェーハの領域に検出用電磁波
を放射する検出用電磁波放射手段と，半導体ウェーハに
て反射された上記検出用電磁波の反射波を検出する検出
手段とを具備し，上記反射波の上記パルス励起光照射前
後の変化に基づいて半導体ウェーハの少数キャリアのラ
イフタイムを測定する少数キャリアのライフタイム測定
装置において，上記検出用電磁波放射手段により放射さ
れ上記半導体ウェーハに入射する上記検出用電磁波の電
場ベクトルが入射面と平行になるように調整する偏波手
段と，上記検出用電磁波を，上記半導体ウェーハに対し
て，該半導体ウェーハに対するブリュースタ角近傍の角
度で入射させる入射角調整手段とを具備してなることを
特徴とする少数キャリアのライフタイム測定装置（但
し，入射角＝ブリュースタ角の場合を除く）として構成
されている。また，上記検出用電磁波として赤外光を用
いれば，高分解能で且つ高感度の測定が可能となる。
に本発明は，半導体ウェーハに励起光を照射するパルス
励起光照射手段と，上記パルス励起光照射手段により励
起光が照射される半導体ウェーハの領域に検出用電磁波
を放射する検出用電磁波放射手段と，半導体ウェーハに
て反射された上記検出用電磁波の反射波を検出する検出
手段とを具備し，上記反射波の上記パルス励起光照射前
後の変化に基づいて半導体ウェーハの少数キャリアのラ
イフタイムを測定する少数キャリアのライフタイム測定
装置において，上記検出用電磁波放射手段により放射さ
れ上記半導体ウェーハに入射する上記検出用電磁波の電
場ベクトルが入射面と平行になるように調整する偏波手
段と，上記検出用電磁波を，上記半導体ウェーハに対し
て，該半導体ウェーハに対するブリュースタ角近傍の角
度で入射させる入射角調整手段とを具備してなることを
特徴とする少数キャリアのライフタイム測定装置（但
し，入射角＝ブリュースタ角の場合を除く）として構成
されている。また，上記検出用電磁波として赤外光を用
いれば，高分解能で且つ高感度の測定が可能となる。
【０００５】
【作用】本発明に係る少数キャリアのライフタイム測定
装置では，検出用電磁波放射手段から発せられた検出用
電磁波は，偏波手段により電場ベクトルが入射面と平行
になるように調整され（Ｐ偏光），更に入射角調整手段
により入射角がブリュースタ角近傍の角度となるように
調整され，半導体ウェーハの表面に照射される。また，
パルス励起光照射手段により，上記半導体ウェーハの表
面にパルス波が照射される。上記パルス励起光照射手段
によりパルス光が照射されると，半導体ウェーハ内にキ
ャリアが励起されるため，上記検出用電磁波の反射強度
は瞬間的に上昇する。その後，キャリアの再結合による
消滅のため，上記反射電磁波の反射強度は時間とともに
低下し，やがて定常値に戻る。この反射電磁波の強度変
化は検出手段により検出され，その強度減衰に基づいて
半導体ウェーハの少数キャリアのライフタイムが測定さ
れる。ここで，図３（ブリュースタ角＝７４°の場合）
に示すように，検出用電磁波をその電場ベクトルが入射
面と平行になるように半導体ウェーハに対して入射させ
た場合には，上記入射角がブリュースタ角に近づくにつ
れ検出感度が高くなるため，本測定装置により垂直入射
の場合に比べて高感度で測定することが可能となる。こ
れにより，比抵抗の小さい半導体試料を対象とする測定
や，短波長の検出用電磁波を用いた測定においても，高
感度で測定を行うことが可能となる。また，上記検出用
電磁波として赤外光を用いれば，高分解能で且つ高感度
の測定が可能となる。
装置では，検出用電磁波放射手段から発せられた検出用
電磁波は，偏波手段により電場ベクトルが入射面と平行
になるように調整され（Ｐ偏光），更に入射角調整手段
により入射角がブリュースタ角近傍の角度となるように
調整され，半導体ウェーハの表面に照射される。また，
パルス励起光照射手段により，上記半導体ウェーハの表
面にパルス波が照射される。上記パルス励起光照射手段
によりパルス光が照射されると，半導体ウェーハ内にキ
ャリアが励起されるため，上記検出用電磁波の反射強度
は瞬間的に上昇する。その後，キャリアの再結合による
消滅のため，上記反射電磁波の反射強度は時間とともに
低下し，やがて定常値に戻る。この反射電磁波の強度変
化は検出手段により検出され，その強度減衰に基づいて
半導体ウェーハの少数キャリアのライフタイムが測定さ
れる。ここで，図３（ブリュースタ角＝７４°の場合）
に示すように，検出用電磁波をその電場ベクトルが入射
面と平行になるように半導体ウェーハに対して入射させ
た場合には，上記入射角がブリュースタ角に近づくにつ
れ検出感度が高くなるため，本測定装置により垂直入射
の場合に比べて高感度で測定することが可能となる。こ
れにより，比抵抗の小さい半導体試料を対象とする測定
や，短波長の検出用電磁波を用いた測定においても，高
感度で測定を行うことが可能となる。また，上記検出用
電磁波として赤外光を用いれば，高分解能で且つ高感度
の測定が可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して，本発明
の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に
供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を
具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定す
る性格のものではない。ここに，図１は本発明の実施の
形態に係るライフタイム測定装置Ａ１の概略構成を示す
模式図，図２はパルス光の照射時刻暦と反射赤外光強度
との関係を示すグラフ，図３はＰ偏光した検出用赤外光
を半導体ウェーハ（ブリュースタ角＝７４°）に対して
入射させた場合の，入射角と反射赤外光強度の変化率
（ΔＩ／Ｉ）との関係を示すグラフ，図４はブリュース
タ角θb の説明図である。本実施の形態に係るライフタ
イム測定装置Ａ１は，図１に示すような概略構成を有す
る。
の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に
供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を
具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定す
る性格のものではない。ここに，図１は本発明の実施の
形態に係るライフタイム測定装置Ａ１の概略構成を示す
模式図，図２はパルス光の照射時刻暦と反射赤外光強度
との関係を示すグラフ，図３はＰ偏光した検出用赤外光
を半導体ウェーハ（ブリュースタ角＝７４°）に対して
入射させた場合の，入射角と反射赤外光強度の変化率
（ΔＩ／Ｉ）との関係を示すグラフ，図４はブリュース
タ角θb の説明図である。本実施の形態に係るライフタ
イム測定装置Ａ１は，図１に示すような概略構成を有す
る。
【０００７】赤外半導体レーザ発振器１（検出用電磁波
放射手段の一例）から発せられた赤外光１６（検出用電
磁波の一例）は，光フィルタ３を通過してミラー４（入
射角調整手段の一例）で反射され，波長板５（偏波手段
の一例）により電場ベクトルが入射面と平行になるよう
に調整され（Ｐ偏光），試料保持台１３上に設置された
半導体ウェーハ１２の表面に入射角θで照射される。こ
の入射角θは，上記ミラー４の角度をコンピュータ１０
により変更することで調整される。半導体ウェーハ１２
によって反射された反射赤外光は，ミラー６で反射さ
れ，レンズ７を介して光検出器（Ｇｅフォトダイオー
ド）８（検出手段の一例）で受光される。上記光検出器
８では，受光した赤外光の強度に応じた強度信号が出力
される。光検出器８から出力された上記強度信号は増幅
器９で増幅されて上記コンピュータ１０に取り込まれ，
上記強度信号の時間変化が表示装置１１に出力される。
また，パルス光源２（パルス励起光照射手段の一例）に
より発せられたパルス光１７は，図のように上記光フィ
ルタ３で反射され，上記赤外光１６と同軸上を進んで上
記半導体ウェーハ１２の表面に照射される。更に，上記
半導体ウェーハ１２を設置する上記試料保持台１３はＸ
−Ｙステージ１４上に搭載されており，その移動はステ
ージドライバ１５を介して上記コンピュータ１０により
制御される。これにより，半導体ウェーハ１２の所定位
置の自動測定や全面の測定が可能である。尚，上記赤外
半導体レーザ発振器１から発せられる赤外光１６の波長
を１．５５μｍ，出力を２０ｍＷとし，上記パルス光源
２により発せられるパルス光１７の波長を５２３ｎｍ，
パルス幅１０ｎｍとする。また上記半導体ウェーハ１２
の赤外光に対する屈折率を３．５とする。上記赤外光１
６の半導体ウェーハ１２への入射角θは，ブリュースタ
角θb の近傍（ブリュースタ角と一致する場合を除く）
に設定される。ブリュースタ角θ b とは，屈折光線と反
射光線とのなす角度が９０°になるときの光線の入射角
（図４参照）をいい，次式のように屈折率ｎを用いて表
される。 θb ＝ｔａｎ-1 ｎ 上記半導体ウェーハ１２は，屈折率ｎ＝３．５よりブリ
ュースタ角θb ＝７４°となるため，上記入射角θは例
えば７０°に設定される。
放射手段の一例）から発せられた赤外光１６（検出用電
磁波の一例）は，光フィルタ３を通過してミラー４（入
射角調整手段の一例）で反射され，波長板５（偏波手段
の一例）により電場ベクトルが入射面と平行になるよう
に調整され（Ｐ偏光），試料保持台１３上に設置された
半導体ウェーハ１２の表面に入射角θで照射される。こ
の入射角θは，上記ミラー４の角度をコンピュータ１０
により変更することで調整される。半導体ウェーハ１２
によって反射された反射赤外光は，ミラー６で反射さ
れ，レンズ７を介して光検出器（Ｇｅフォトダイオー
ド）８（検出手段の一例）で受光される。上記光検出器
８では，受光した赤外光の強度に応じた強度信号が出力
される。光検出器８から出力された上記強度信号は増幅
器９で増幅されて上記コンピュータ１０に取り込まれ，
上記強度信号の時間変化が表示装置１１に出力される。
また，パルス光源２（パルス励起光照射手段の一例）に
より発せられたパルス光１７は，図のように上記光フィ
ルタ３で反射され，上記赤外光１６と同軸上を進んで上
記半導体ウェーハ１２の表面に照射される。更に，上記
半導体ウェーハ１２を設置する上記試料保持台１３はＸ
−Ｙステージ１４上に搭載されており，その移動はステ
ージドライバ１５を介して上記コンピュータ１０により
制御される。これにより，半導体ウェーハ１２の所定位
置の自動測定や全面の測定が可能である。尚，上記赤外
半導体レーザ発振器１から発せられる赤外光１６の波長
を１．５５μｍ，出力を２０ｍＷとし，上記パルス光源
２により発せられるパルス光１７の波長を５２３ｎｍ，
パルス幅１０ｎｍとする。また上記半導体ウェーハ１２
の赤外光に対する屈折率を３．５とする。上記赤外光１
６の半導体ウェーハ１２への入射角θは，ブリュースタ
角θb の近傍（ブリュースタ角と一致する場合を除く）
に設定される。ブリュースタ角θ b とは，屈折光線と反
射光線とのなす角度が９０°になるときの光線の入射角
（図４参照）をいい，次式のように屈折率ｎを用いて表
される。 θb ＝ｔａｎ-1 ｎ 上記半導体ウェーハ１２は，屈折率ｎ＝３．５よりブリ
ュースタ角θb ＝７４°となるため，上記入射角θは例
えば７０°に設定される。
【０００８】以下，ライフタイム測定装置Ａ１を以上の
ような構成とした理由について説明する。図２に示すよ
うに，上記パルス光源２によりパルス光が照射される
と，半導体ウェーハ１２内にキャリアが励起されるた
め，上記光検出器８で受光される反射赤外光の強度は瞬
間的に定常値ＩからΔＩだけ上昇する。その後，キャリ
アの再結合による消滅のため，上記反射赤外光強度は時
間とともに低下し，やがて定常値Ｉに戻る。この反射赤
外光強度の減衰波形より半導体ウェーハ１２のライフタ
イムが算出される。この時，上記反射赤外光強度の定常
値Ｉに対する上記変化量ΔＩの比で表される変化率（Δ
Ｉ／Ｉ）が大きいほど，検出感度は高くなる。上記ライ
フタイム測定装置Ａ１において，赤外光の半導体ウェー
ハ１２への入射角θを０〜９０°まで変化させたときの
反射赤外光強度の変化率（ΔＩ／Ｉ）の変化を図３に示
す。同図は，次のようなシミュレーションによって求め
られた。空気中（比誘電率ε1 ＝１．０）から比誘電率
（ε2 ）の半導体に，電場ベクトルが入射面と平行にな
るように調整された（Ｐ偏光）電磁波が入射角θi で入
射したとき，電磁波の振幅反射率Ｒは次式で表される。
ような構成とした理由について説明する。図２に示すよ
うに，上記パルス光源２によりパルス光が照射される
と，半導体ウェーハ１２内にキャリアが励起されるた
め，上記光検出器８で受光される反射赤外光の強度は瞬
間的に定常値ＩからΔＩだけ上昇する。その後，キャリ
アの再結合による消滅のため，上記反射赤外光強度は時
間とともに低下し，やがて定常値Ｉに戻る。この反射赤
外光強度の減衰波形より半導体ウェーハ１２のライフタ
イムが算出される。この時，上記反射赤外光強度の定常
値Ｉに対する上記変化量ΔＩの比で表される変化率（Δ
Ｉ／Ｉ）が大きいほど，検出感度は高くなる。上記ライ
フタイム測定装置Ａ１において，赤外光の半導体ウェー
ハ１２への入射角θを０〜９０°まで変化させたときの
反射赤外光強度の変化率（ΔＩ／Ｉ）の変化を図３に示
す。同図は，次のようなシミュレーションによって求め
られた。空気中（比誘電率ε1 ＝１．０）から比誘電率
（ε2 ）の半導体に，電場ベクトルが入射面と平行にな
るように調整された（Ｐ偏光）電磁波が入射角θi で入
射したとき，電磁波の振幅反射率Ｒは次式で表される。
【数１】 光励起によるキャリア密度変化による反射率変化Ｋは，
【数２】 で計算される。図３は，キャリア濃度２Ｅ１５／ｃｍ3
（比抵抗６．８Ωｃｍ）のＰ型シリコンに波長λ＝１．
５μｍ（ｆ＝２Ｅ１４Ｈｚ）の赤外光を照射した場合の
反射率変化（｜Ｋ｜2 ）を示した結果である。その他の
物理定数は，μe ＝４．９６Ｅ１２，μh ＝１．０１Ｅ
１３，ｍe ＝０．２６ｍ0 ，ｍh ＝０．３８ｍ0 （ｍ0
は電子の静止質量）とした。
（比抵抗６．８Ωｃｍ）のＰ型シリコンに波長λ＝１．
５μｍ（ｆ＝２Ｅ１４Ｈｚ）の赤外光を照射した場合の
反射率変化（｜Ｋ｜2 ）を示した結果である。その他の
物理定数は，μe ＝４．９６Ｅ１２，μh ＝１．０１Ｅ
１３，ｍe ＝０．２６ｍ0 ，ｍh ＝０．３８ｍ0 （ｍ0
は電子の静止質量）とした。
【０００９】図３より，反射赤外光強度の変化率（ΔＩ
／Ｉ），即ち検出感度は，ブリュースタ角θb ＝７４°
の近傍ほど高くなっており，その値は垂直入射（θ＝０
°）の場合の１０倍以上を示している。また，同じ測定
精度を得ようとすると，垂直入射の場合に比べて測定時
間が１／１００程度に短縮できた。但し，入射角θがブ
リュースタ角θb と完全に一致する場合には，反射赤外
光が０となるため測定不能となる。以上のように，Ｐ偏
光した赤外光を半導体ウェーハ１２に対してブリュース
タ角θb の近傍の角度で入射させることにより，従来の
垂直入射の場合に比べて検出感度を格段に高められるこ
とが明らかになった。尚，入射角θをブリュースタ角θ
b に近づけると，検出感度が高まる反面，反射赤外光の
強度自体は小さくなる（１／１０〜１／１００程度）
が，上記の例では赤外半導体レーザ発振器１の出力を２
０ｍＷとしているため，反射赤外光の強度は数十μＷ以
上となり，光検出器８として用いているＧｅフォトダイ
オード（飽和値１００μＷ程度）により十分な検出感度
が得られる。以上説明したように，本実施の形態に係る
ライフタイム測定装置Ａ１では，検出用電磁波として用
いられる赤外光が，その電場ベクトルが入射面と平行に
なるように半導体ウェーハに対して入射され，更にその
入射角θが該半導体ウェーハに対するブリュースタ角近
傍の角度に設定されるため，図３に示すように，垂直入
射（θ＝０°）の場合の１０倍以上の高感度で測定する
ことが可能となる。これにより，比抵抗の小さい半導体
試料を対象とする測定や，短波長の検出用電磁波を用い
た測定においても，高感度で測定を行うことが可能とな
る。
／Ｉ），即ち検出感度は，ブリュースタ角θb ＝７４°
の近傍ほど高くなっており，その値は垂直入射（θ＝０
°）の場合の１０倍以上を示している。また，同じ測定
精度を得ようとすると，垂直入射の場合に比べて測定時
間が１／１００程度に短縮できた。但し，入射角θがブ
リュースタ角θb と完全に一致する場合には，反射赤外
光が０となるため測定不能となる。以上のように，Ｐ偏
光した赤外光を半導体ウェーハ１２に対してブリュース
タ角θb の近傍の角度で入射させることにより，従来の
垂直入射の場合に比べて検出感度を格段に高められるこ
とが明らかになった。尚，入射角θをブリュースタ角θ
b に近づけると，検出感度が高まる反面，反射赤外光の
強度自体は小さくなる（１／１０〜１／１００程度）
が，上記の例では赤外半導体レーザ発振器１の出力を２
０ｍＷとしているため，反射赤外光の強度は数十μＷ以
上となり，光検出器８として用いているＧｅフォトダイ
オード（飽和値１００μＷ程度）により十分な検出感度
が得られる。以上説明したように，本実施の形態に係る
ライフタイム測定装置Ａ１では，検出用電磁波として用
いられる赤外光が，その電場ベクトルが入射面と平行に
なるように半導体ウェーハに対して入射され，更にその
入射角θが該半導体ウェーハに対するブリュースタ角近
傍の角度に設定されるため，図３に示すように，垂直入
射（θ＝０°）の場合の１０倍以上の高感度で測定する
ことが可能となる。これにより，比抵抗の小さい半導体
試料を対象とする測定や，短波長の検出用電磁波を用い
た測定においても，高感度で測定を行うことが可能とな
る。
【００１０】
【実施例】上記実施の形態では，検出用電磁波として赤
外光を使用したが，電磁波の波長に応じた伝送路（導波
管等の適用）を用いることで，マイクロ波，ミリ波，サ
ブミリ波を用いることも容易である。但し，赤外光を使
用する場合においては，半導体ウェーハ毎の比抵抗の違
いに対する屈折率ｎの変化は小さいため，半導体ウェー
ハ毎に入射角θを調整する必要はないが，マイクロ波域
では，半導体ウェーハ毎の比抵抗の違いに対する屈折率
ｎの変化が大きいため，半導体ウェーハ毎に入射角θを
調整する必要がある。また，上記実施の形態では，パル
ス光照射による反射波の変化の検出において反射波の強
度変化を検出する構成としたが，マイクロ波域では局発
信号とのミキシング検波，光域では光干渉系を採用する
ことにより反射波の位相変化を検出するように構成する
ことも可能である。
外光を使用したが，電磁波の波長に応じた伝送路（導波
管等の適用）を用いることで，マイクロ波，ミリ波，サ
ブミリ波を用いることも容易である。但し，赤外光を使
用する場合においては，半導体ウェーハ毎の比抵抗の違
いに対する屈折率ｎの変化は小さいため，半導体ウェー
ハ毎に入射角θを調整する必要はないが，マイクロ波域
では，半導体ウェーハ毎の比抵抗の違いに対する屈折率
ｎの変化が大きいため，半導体ウェーハ毎に入射角θを
調整する必要がある。また，上記実施の形態では，パル
ス光照射による反射波の変化の検出において反射波の強
度変化を検出する構成としたが，マイクロ波域では局発
信号とのミキシング検波，光域では光干渉系を採用する
ことにより反射波の位相変化を検出するように構成する
ことも可能である。
【００１１】
【発明の効果】本発明に係る少数キャリアのライフタイ
ム測定装置は，半導体ウェーハに励起光を照射するパル
ス励起光照射手段と，上記パルス励起光照射手段により
励起光が照射される半導体ウェーハの領域に検出用電磁
波を放射する検出用電磁波放射手段と，半導体ウェーハ
にて反射された上記検出用電磁波の反射波を検出する検
出手段とを具備し，上記反射波の上記パルス励起光照射
前後の変化に基づいて半導体ウェーハの少数キャリアの
ライフタイムを測定する少数キャリアのライフタイム測
定装置において，上記検出用電磁波放射手段により放射
され上記半導体ウェーハに入射する上記検出用電磁波の
電場ベクトルが入射面と平行になるように調整する偏波
手段と，上記検出用電磁波を，上記半導体ウェーハに対
して，該半導体ウェーハに対するブリュースタ角近傍の
角度で入射させる入射角調整手段とを具備してなること
を特徴とする少数キャリアのライフタイム測定装置（但
し，入射角＝ブリュースタ角の場合を除く）として構成
されているため，図３（ブリュースタ角＝７４°の場
合）に示すように，垂直入射の場合の１０倍以上の高感
度で測定することが可能となる。これにより，比抵抗の
小さい半導体ウェーハを対象とする測定や，短波長の検
出用電磁波を用いた測定においても，高感度で測定を行
うことが可能となる。また，上記検出用電磁波として赤
外光を用いれば，高分解能で且つ高感度の測定が可能と
なる。
ム測定装置は，半導体ウェーハに励起光を照射するパル
ス励起光照射手段と，上記パルス励起光照射手段により
励起光が照射される半導体ウェーハの領域に検出用電磁
波を放射する検出用電磁波放射手段と，半導体ウェーハ
にて反射された上記検出用電磁波の反射波を検出する検
出手段とを具備し，上記反射波の上記パルス励起光照射
前後の変化に基づいて半導体ウェーハの少数キャリアの
ライフタイムを測定する少数キャリアのライフタイム測
定装置において，上記検出用電磁波放射手段により放射
され上記半導体ウェーハに入射する上記検出用電磁波の
電場ベクトルが入射面と平行になるように調整する偏波
手段と，上記検出用電磁波を，上記半導体ウェーハに対
して，該半導体ウェーハに対するブリュースタ角近傍の
角度で入射させる入射角調整手段とを具備してなること
を特徴とする少数キャリアのライフタイム測定装置（但
し，入射角＝ブリュースタ角の場合を除く）として構成
されているため，図３（ブリュースタ角＝７４°の場
合）に示すように，垂直入射の場合の１０倍以上の高感
度で測定することが可能となる。これにより，比抵抗の
小さい半導体ウェーハを対象とする測定や，短波長の検
出用電磁波を用いた測定においても，高感度で測定を行
うことが可能となる。また，上記検出用電磁波として赤
外光を用いれば，高分解能で且つ高感度の測定が可能と
なる。
【００１２】
【図１】 本発明の実施の形態に係るライフタイム測定
装置Ａ１の概略構成を示す模式図。
装置Ａ１の概略構成を示す模式図。
【図２】 パルス光の照射時刻暦と反射赤外光強度との
関係を示すグラフ。
関係を示すグラフ。
【図３】 Ｐ偏光した検出用赤外光を半導体ウェーハ
（ブリュースタ角＝７４°）に対して入射させた場合
の，入射角と反射赤外光強度の変化率（ΔＩ／Ｉ）との
関係を示すグラフ。
（ブリュースタ角＝７４°）に対して入射させた場合
の，入射角と反射赤外光強度の変化率（ΔＩ／Ｉ）との
関係を示すグラフ。
【図４】 ブリュースタ角θb の説明図。
【図５】 従来のライフタイム測定装置Ａ０の概略構成
を示す模式図。
を示す模式図。
１…赤外半導体レーザ発振器（検出用電磁波放射手段の
一例） ２…パルス光源（パルス励起光照射手段の一例） ４…ミラー（入射角調整手段の一例） ５…波長板（偏波手段の一例） ８…光検出器（検出手段の一例） １２…半導体ウェーハ １６…赤外光（検出用電磁波の一例） １７…パルス光
一例） ２…パルス光源（パルス励起光照射手段の一例） ４…ミラー（入射角調整手段の一例） ５…波長板（偏波手段の一例） ８…光検出器（検出手段の一例） １２…半導体ウェーハ １６…赤外光（検出用電磁波の一例） １７…パルス光
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体ウェーハに励起光を照射するパル
ス励起光照射手段と，上記パルス励起光照射手段により
励起光が照射される半導体ウェーハの領域に検出用電磁
波を放射する検出用電磁波放射手段と，半導体ウェーハ
にて反射された上記検出用電磁波の反射波を検出する検
出手段とを具備し，上記反射波の上記パルス励起光照射
前後の変化に基づいて半導体ウェーハの少数キャリアの
ライフタイムを測定する少数キャリアのライフタイム測
定装置において，上記検出用電磁波放射手段により放射
され上記半導体ウェーハに入射する上記検出用電磁波の
電場ベクトルが入射面と平行になるように調整する偏波
手段と，上記検出用電磁波を，上記半導体ウェーハに対
して，該半導体ウェーハに対するブリュースタ角近傍の
角度で入射させる入射角調整手段とを具備してなること
を特徴とする少数キャリアのライフタイム測定装置。但
し，入射角＝ブリュースタ角の場合を除く。 - 【請求項２】 上記検出用電磁波が赤外光である請求項
１記載の少数キャリアのライフタイム測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17791197A JP3648019B2 (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 少数キャリアのライフタイム測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17791197A JP3648019B2 (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 少数キャリアのライフタイム測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126531A true JPH1126531A (ja) | 1999-01-29 |
| JP3648019B2 JP3648019B2 (ja) | 2005-05-18 |
Family
ID=16039225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17791197A Expired - Lifetime JP3648019B2 (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 少数キャリアのライフタイム測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3648019B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008051719A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Kobe Steel Ltd | 薄膜半導体の結晶性測定装置及びその方法 |
| JP2009111257A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Kobe Steel Ltd | シリコン半導体薄膜の結晶性評価装置 |
-
1997
- 1997-07-03 JP JP17791197A patent/JP3648019B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008051719A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Kobe Steel Ltd | 薄膜半導体の結晶性測定装置及びその方法 |
| JP2009111257A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Kobe Steel Ltd | シリコン半導体薄膜の結晶性評価装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3648019B2 (ja) | 2005-05-18 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040916 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041102 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041227 |
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| A521 | Written amendment |
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