JPS59150443A - 半導体のキヤリアライフタイム計測装置 - Google Patents
半導体のキヤリアライフタイム計測装置Info
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- JPS59150443A JPS59150443A JP2540383A JP2540383A JPS59150443A JP S59150443 A JPS59150443 A JP S59150443A JP 2540383 A JP2540383 A JP 2540383A JP 2540383 A JP2540383 A JP 2540383A JP S59150443 A JPS59150443 A JP S59150443A
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- JP
- Japan
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- light source
- light
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- carrier
- semiconductor material
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
オ発ＦＩＡＶｉ半導体装置の品質検査ならびにその材料
、処理のプロセス目的への適合性の判定のため、キャリ
アの発生条件を変化させて応答性を精細かつ正確に把握
するための計測装置に関する。
、処理のプロセス目的への適合性の判定のため、キャリ
アの発生条件を変化させて応答性を精細かつ正確に把握
するための計測装置に関する。
エレクトロニクス分野の制御素子は微量不純物元素を半
導体の９１． Ｇｅ結晶に加えてｎ型、ｐ型とした半導
体材料などでつくられる。近年Ｓ１クエノ・−全母体と
した半導体装置においては。
導体の９１． Ｇｅ結晶に加えてｎ型、ｐ型とした半導
体材料などでつくられる。近年Ｓ１クエノ・−全母体と
した半導体装置においては。
高密度、高集積化が進み多数の素子を持つＩＣ。
超Ｌ８工、コンピュータメモリ等が出現しており。
これに伴って品〆質歩餡および品質性能向上に対する要
求も高度化しているＯ 従来、半導体材料やそのプロセス工程での品質検査は、
キャリアの移動度、導電率、比抵抗。
求も高度化しているＯ 従来、半導体材料やそのプロセス工程での品質検査は、
キャリアの移動度、導電率、比抵抗。
厚δ、ライフタイム等の諸項目にわたって検査きれ、−
ｆ：れによシプロセス目的に適合した処理がなされたか
否かがチェツクきれる。物にライフタイムは、従来から
ＪＩＳ法、タ゛イオート°法。
ｆ：れによシプロセス目的に適合した処理がなされたか
否かがチェツクきれる。物にライフタイムは、従来から
ＪＩＳ法、タ゛イオート°法。
ＭＯＳ −ＣＴ法と各デバイスの目的に適った計測法に
より計測されて米たが、これらは電極を用いた計測方法
で電極相は自体が不純物元素の導入、熱影響等によシ半
導体累子に破壊影響を与え、特性の変化を導入すること
になってしまう。
より計測されて米たが、これらは電極を用いた計測方法
で電極相は自体が不純物元素の導入、熱影響等によシ半
導体累子に破壊影響を与え、特性の変化を導入すること
になってしまう。
これに対し近年、非接触、非破壊のライフタイム計測方
式が開発され各プロセス工程での処理に応用されつつあ
る。かかるライフタイム計測方式の１例を第１図に示す
。被計測半導体材料（１）には電極から電気パルスシグ
ナルを与える代り電磁波である光によシエネルギー準位
以上のエネツレギーのパルス光を発生装置（２）から与
えて半導体材料の価電子をエネルギ準位を超えて伝導帯
に自由電子キャリアとして励起する。ホールもつくられ
る。このフォトキャリアは励起がａａされないので半導
体材料の性状゛に応じた過程で自由電子が消滅する。こ
の消滅時間をライ７クイムとよぶ。半導体材料（１）
Ｉｃは、オンジレーク（３）を含む電磁波発生装置（４
）からマイクロウェーブが波＃、 （４５で示すよりに
常時投射され反射波が検出器（ディテクター）（５）に
より検出されている。発生装置（２）から非常に短かい
時間、すなわち計測するライフタイムの１／１０以下の
ｎ５ｅｃ 、単位のパルスとして高輝度の光を半導体材
料（１）に供給すると、苧＃１体材料（１）内部に瞬間
的Ｋ ７ ｙｒ ト＋ヤリアが発生しこのキャリアによ
り電磁波出力終端条件が変化しその変化量が検出器（５
）で検出されるので増幅器（６）で増幅きれて（７）の
よりな減衰波形として観測される。この波形の減衰特性
からライフタイム値を読みとることができる。
式が開発され各プロセス工程での処理に応用されつつあ
る。かかるライフタイム計測方式の１例を第１図に示す
。被計測半導体材料（１）には電極から電気パルスシグ
ナルを与える代り電磁波である光によシエネルギー準位
以上のエネツレギーのパルス光を発生装置（２）から与
えて半導体材料の価電子をエネルギ準位を超えて伝導帯
に自由電子キャリアとして励起する。ホールもつくられ
る。このフォトキャリアは励起がａａされないので半導
体材料の性状゛に応じた過程で自由電子が消滅する。こ
の消滅時間をライ７クイムとよぶ。半導体材料（１）
Ｉｃは、オンジレーク（３）を含む電磁波発生装置（４
）からマイクロウェーブが波＃、 （４５で示すよりに
常時投射され反射波が検出器（ディテクター）（５）に
より検出されている。発生装置（２）から非常に短かい
時間、すなわち計測するライフタイムの１／１０以下の
ｎ５ｅｃ 、単位のパルスとして高輝度の光を半導体材
料（１）に供給すると、苧＃１体材料（１）内部に瞬間
的Ｋ ７ ｙｒ ト＋ヤリアが発生しこのキャリアによ
り電磁波出力終端条件が変化しその変化量が検出器（５
）で検出されるので増幅器（６）で増幅きれて（７）の
よりな減衰波形として観測される。この波形の減衰特性
からライフタイム値を読みとることができる。
このライフタイム計測は１例えばクエハーの場合、電極
付は等の付帯処理をともなゎ々い非接触、非破壊試験が
可能となり、各プロセスでのライフタイム値と製品品質
対応が早くかつ正確に行なうことが可能とηった点です
ぐれているが、−力においては半導体の新材料えの応用
やよシ具体的なプロセス評価法としての性能向上１例え
ば半導体表面のライフタイム計測が要求逼れてきている
。
付は等の付帯処理をともなゎ々い非接触、非破壊試験が
可能となり、各プロセスでのライフタイム値と製品品質
対応が早くかつ正確に行なうことが可能とηった点です
ぐれているが、−力においては半導体の新材料えの応用
やよシ具体的なプロセス評価法としての性能向上１例え
ば半導体表面のライフタイム計測が要求逼れてきている
。
この技術的課題に対し、本発明は、第１図に示す非接触
、非破壊法２イアタイム計測方式を基本として半導体新
材料ライフタイム計測を可能にしかつ半導体材料の深さ
を変えたライフタイム計測を可能とすることを目的とす
る。
、非破壊法２イアタイム計測方式を基本として半導体新
材料ライフタイム計測を可能にしかつ半導体材料の深さ
を変えたライフタイム計測を可能とすることを目的とす
る。
この目的達成のため１本発明のキャリアライフタイム計
測装置は、半導体のキャリアライフタイム計測器におい
て、キャリア発生光源に超短光、ショートアーク光源を
用いることにシリコンクエバーおよびアモルファス、化
合物半導体等のライフタイム計測を可能とし、かつ波長
を選択することにより発生キャリアの深さ方向発生密度
分布を変化することにより、半導体表。
測装置は、半導体のキャリアライフタイム計測器におい
て、キャリア発生光源に超短光、ショートアーク光源を
用いることにシリコンクエバーおよびアモルファス、化
合物半導体等のライフタイム計測を可能とし、かつ波長
を選択することにより発生キャリアの深さ方向発生密度
分布を変化することにより、半導体表。
内部ライフタイムの分離計測を可能にしたことを特徴と
している。
している。
以下、禾発ＦＩｆ４を添付図を参照し実施例により具体
的に説明する。先に説明した構成の非接触。
的に説明する。先に説明した構成の非接触。
非破壊キャリアライフタイム計測方式では、そのキャリ
ア発生用パルス光発生装置（２）は光源にレーデや発光
ダイオードを使用している。この場合、光源波長、出力
が限定されるため１次のような一問題点がある。
ア発生用パルス光発生装置（２）は光源にレーデや発光
ダイオードを使用している。この場合、光源波長、出力
が限定されるため１次のような一問題点がある。
（Ａ）新半導体材料九対し、その高効率吸収波長域に発
生波長を適合させにくい。
生波長を適合させにくい。
（Ｂ）概して光エネルギーが小さく計測可能濃度に限界
がある。
がある。
（Ｃ）光発生波長が狭いため、深さ方向でのキャリ発生
土密度、＠にアモルファス半導体の場合。
土密度、＠にアモルファス半導体の場合。
薄膜構造であり、接触によるチェックはむずかしく、ま
た薄膜半導体に限らず一般の８１クエハーの場合でも実
際のエレメント形成が表面から５〜ｌＯμ以内の厚さに
製作されておシ、５００μ程度の比較的厚いクエハー基
層はたとえばゲッタリング作用等により表層薄膜の改良
に寄与させることがあるに過ぎない０従って表面ライ７
タイム計測は実に重要な意味をも含んでいる。
た薄膜半導体に限らず一般の８１クエハーの場合でも実
際のエレメント形成が表面から５〜ｌＯμ以内の厚さに
製作されておシ、５００μ程度の比較的厚いクエハー基
層はたとえばゲッタリング作用等により表層薄膜の改良
に寄与させることがあるに過ぎない０従って表面ライ７
タイム計測は実に重要な意味をも含んでいる。
第２図は本発明の具体的実施例のキャリアライフタイム
計測装置の構成を示す。この装置のキャリア発生用光源
（２Ａ）は、光源繰返し発光用発信器（８）を持つ光源
用電源（９）によシ駆動され。
計測装置の構成を示す。この装置のキャリア発生用光源
（２Ａ）は、光源繰返し発光用発信器（８）を持つ光源
用電源（９）によシ駆動され。
ｎ ＢｅＱ ７ｊ−ダの超短光を高繰返し発光する７ラ
ツシユライトとなっている。高入力でショートアークに
より比較的広いバンドの高エネルギー光を照射する。光
源ライトは封入ガス種類の異なるものに変え波長を変え
ることができる。
ツシユライトとなっている。高入力でショートアークに
より比較的広いバンドの高エネルギー光を照射する。光
源ライトは封入ガス種類の異なるものに変え波長を変え
ることができる。
（至）は集光学系で光を集束して半導体材料（１）に集
中照射する◇（ロ）は光波長選択特性を有するオプティ
カッしフィルタである。（４）はオンジレータ（８）を
合むマイクロクエープ電磁波発生装置で、マイクロクエ
ープが半導体材料（１）に常時投射されフォトキャリア
を発生した半導体材料（１）からの反射電磁波は検出器
（５）で検出され増幅器（６）で増ｌｌ６１され、その
変化過程にょクキヤリアライアタイムが計測される。
中照射する◇（ロ）は光波長選択特性を有するオプティ
カッしフィルタである。（４）はオンジレータ（８）を
合むマイクロクエープ電磁波発生装置で、マイクロクエ
ープが半導体材料（１）に常時投射されフォトキャリア
を発生した半導体材料（１）からの反射電磁波は検出器
（５）で検出され増幅器（６）で増ｌｌ６１され、その
変化過程にょクキヤリアライアタイムが計測される。
一般にある物質に光を照射した場合、被照射体の深き（
−）における光強度（１）は、その物質の光吸収係数（
−および入射光強度（工。）により次式で定まる。
−）における光強度（１）は、その物質の光吸収係数（
−および入射光強度（工。）により次式で定まる。
■＝１．ｅ−α１１１−・■・壷・（１）第８図は（１
）式の特性をＳｉクエハーについて例示するものであっ
て、横軸に波長（λ）（単位λ）をとり縦軸に吸収係数
（→（単位１７ム）および滲透過ｔ （ｄ） （単位μ
ｍ）をとって示した。この場合。
）式の特性をＳｉクエハーについて例示するものであっ
て、横軸に波長（λ）（単位λ）をとり縦軸に吸収係数
（→（単位１７ム）および滲透過ｔ （ｄ） （単位μ
ｍ）をとって示した。この場合。
吸収係数（ハ）は、物質、温度（例２９６＠Ｋ）により
（１）式１＝工１１ ｅ Ｘ ｐ （−αＸ）で定まる
定数で透過深さＯの特定値（ｄ）（単位μｍ）をｘ ＝
＝ ｄ ＝−としく１）式が工／工。ニーとなる値ＩＣ
ＩＷｉ定してプロットした。
（１）式１＝工１１ ｅ Ｘ ｐ （−αＸ）で定まる
定数で透過深さＯの特定値（ｄ）（単位μｍ）をｘ ＝
＝ ｄ ＝−としく１）式が工／工。ニーとなる値ＩＣ
ＩＷｉ定してプロットした。
これから光波長（λ）によって工／工。＝ １／ｅ と
なる深避（→が異なることが分る。このことは深さ方向
に対し波長（λ）を変化した光を注入すれば発生するフ
ォトキャリアの有効に発生される深さ、すなわち密度の
高い部分の深、さくｄ）を変化することが可能４ことが
わかる。例えば第３図で５００ＯＡでｄ＝Ｑ・８μｍで
ある。
なる深避（→が異なることが分る。このことは深さ方向
に対し波長（λ）を変化した光を注入すれば発生するフ
ォトキャリアの有効に発生される深さ、すなわち密度の
高い部分の深、さくｄ）を変化することが可能４ことが
わかる。例えば第３図で５００ＯＡでｄ＝Ｑ・８μｍで
ある。
次に電磁波発生装置（４）に例えばマイクロクエープを
使用した場合のマイクロクエープの８１結晶内への佼入
深蔓０）は、マイクロクエープ周波数（角周波数単位ω
）およびＳ１クエハーの比抵抗値（ρ）によってきまり
次式（２）のようになる。
使用した場合のマイクロクエープの８１結晶内への佼入
深蔓０）は、マイクロクエープ周波数（角周波数単位ω
）およびＳ１クエハーの比抵抗値（ρ）によってきまり
次式（２）のようになる。
ただし、ω：角周波敗、ε：誘電率、μ：透磁率、ｐ：
比抵抗値。
比抵抗値。
（２）式よりマイクロクエープが最もフォトキャリアの
密度の高い深さまで入シこんでいれば。
密度の高い深さまで入シこんでいれば。
マイクロクエープの反射波形観測にｉり得られるライフ
タイム波形は、その密度の高いエリア言いかえれば深さ
位置でのライツクイム情報を含んだ波形として観測する
ことができる。
タイム波形は、その密度の高いエリア言いかえれば深さ
位置でのライツクイム情報を含んだ波形として観測する
ことができる。
以上のよりに本発明はキャリア発生光源（２Ａ）として
使用するｎ ＢｅＣ／（ルス７ラッシュライトの分光特
性によって得られる半導体材料内のキャリア発生密度を
高くする深さと、この深δに入シ込むマイクロクエープ
によるセンシングとの関係による半導体材料のある表面
下深さのキャリアの２４７タイムの計測を可能とするも
のである。
使用するｎ ＢｅＣ／（ルス７ラッシュライトの分光特
性によって得られる半導体材料内のキャリア発生密度を
高くする深さと、この深δに入シ込むマイクロクエープ
によるセンシングとの関係による半導体材料のある表面
下深さのキャリアの２４７タイムの計測を可能とするも
のである。
第４図はキャリア発生用光源（２Ａ）のｎ Ｂｅ（！
７ランシユライトとして８５％Ｈ！のＡｒ、Ｈｚ？イト
を使用した場合の分光特性を横軸に波長をとり縦軸に相
対出力をとって示す。フィルタ（ロ）と組合わせれば任
意の波長のみを半導体材料（１）に照射可能となり１表
、内部の２４７タイムの分離計測が可能である。また他
波長の光を与えることによって生ずる様々なトラップ現
象や雑音を押えることができる。第５図はクリプトンフ
ィトを使用する場合の第４図と同様な分光特性を示す〇 以上のように本発明のクイ７タイム計測装置は、従来の
この種の装置に要−求逼れた辰、内部の２イブタイム計
測を可能ならしめたばかりでシ＜、その光源のもつ＠黴
から広範囲な半導体ライフタイムの計測を可能とし、半
導体材料を無破壊状態でクイックイム計測してそのまま
プロセス回路に戻せるので、半導体材料プロセス検査装
置として工業上非常に有利々条件を有する等の幼木があ
る０
７ランシユライトとして８５％Ｈ！のＡｒ、Ｈｚ？イト
を使用した場合の分光特性を横軸に波長をとり縦軸に相
対出力をとって示す。フィルタ（ロ）と組合わせれば任
意の波長のみを半導体材料（１）に照射可能となり１表
、内部の２４７タイムの分離計測が可能である。また他
波長の光を与えることによって生ずる様々なトラップ現
象や雑音を押えることができる。第５図はクリプトンフ
ィトを使用する場合の第４図と同様な分光特性を示す〇 以上のように本発明のクイ７タイム計測装置は、従来の
この種の装置に要−求逼れた辰、内部の２イブタイム計
測を可能ならしめたばかりでシ＜、その光源のもつ＠黴
から広範囲な半導体ライフタイムの計測を可能とし、半
導体材料を無破壊状態でクイックイム計測してそのまま
プロセス回路に戻せるので、半導体材料プロセス検査装
置として工業上非常に有利々条件を有する等の幼木があ
る０
第１図は半導体材料の非接触、非破壊ライフタイム計測
方式の１例の構成を示す線図、第２図Ｆｉ本発明の実施
例のキャリアライフタイム計測装置の構成を示す線図、
第８図・け横軸に波長をと夛縦軸に吸収係数および滲透
深でをとって示した図表、第４図および第５図は７ラツ
シユライトの２種につき横軸に波長をとり縦軸に相対出
力をとって示した図表である。 （１）・・半導体材料、（２）・・パルス光発生装置。 （３）・・オツシレータ、（４）・・電磁波発生装置。 （４）・・波動、（５）・・検出器、（６）・・増幅器
、（７）・・減衰波形、（８ン・・光源繰返し発光用発
信器。 （９）・・光源用電源、α１１１？集光学系、Ｑυ・・
フィルタ・ （２Ａ）・・キャリア発生用光源。 特許出願人代理人氏名 弁理士 角 １） 嘉 １ 算１ 図 威２ 図
方式の１例の構成を示す線図、第２図Ｆｉ本発明の実施
例のキャリアライフタイム計測装置の構成を示す線図、
第８図・け横軸に波長をと夛縦軸に吸収係数および滲透
深でをとって示した図表、第４図および第５図は７ラツ
シユライトの２種につき横軸に波長をとり縦軸に相対出
力をとって示した図表である。 （１）・・半導体材料、（２）・・パルス光発生装置。 （３）・・オツシレータ、（４）・・電磁波発生装置。 （４）・・波動、（５）・・検出器、（６）・・増幅器
、（７）・・減衰波形、（８ン・・光源繰返し発光用発
信器。 （９）・・光源用電源、α１１１？集光学系、Ｑυ・・
フィルタ・ （２Ａ）・・キャリア発生用光源。 特許出願人代理人氏名 弁理士 角 １） 嘉 １ 算１ 図 威２ 図
Claims (1)
- 半導体のキャリアライフタイム計測器において、キャリ
ア発生光源に超短光、ショートアーク光源を用りること
によりシリコンクエバーおよびアモルファス、化合物半
導体等のライフタイム計測を可能とし、かつ波長を選択
することにより発生キャリアの深さ方向発生密度分布を
変化することにより半導体表、内部クイックイム分離計
測を可能としたことをり徴とする半導体のキャリアライ
フタイム計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2540383A JPS59150443A (ja) | 1983-02-16 | 1983-02-16 | 半導体のキヤリアライフタイム計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2540383A JPS59150443A (ja) | 1983-02-16 | 1983-02-16 | 半導体のキヤリアライフタイム計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59150443A true JPS59150443A (ja) | 1984-08-28 |
Family
ID=12164936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2540383A Pending JPS59150443A (ja) | 1983-02-16 | 1983-02-16 | 半導体のキヤリアライフタイム計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59150443A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01245527A (ja) * | 1988-03-26 | 1989-09-29 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン酸化膜界面の特性均一化方法 |
| JPH07130810A (ja) * | 1993-11-08 | 1995-05-19 | Hitachi Ltd | キャリヤライフタイム測定法及びその装置 |
| CN108827914A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-11-16 | 天津大学 | 太赫兹瞬态吸收光谱探测系统及载流子寿命测量方法 |
| JP2019012740A (ja) * | 2017-06-29 | 2019-01-24 | 京セラ株式会社 | 光誘起キャリアのバルクキャリアライフタイムの測定方法および測定装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5266373A (en) * | 1975-11-28 | 1977-06-01 | Sharp Corp | Determination of lifetime and surface recombination speed of semicondu ctor device |
| JPS5754338A (ja) * | 1980-09-19 | 1982-03-31 | Ikutoku Kogyo Daigaku | Handotaiueehatokuseinosokuteihoho |
-
1983
- 1983-02-16 JP JP2540383A patent/JPS59150443A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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| CN108827914A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-11-16 | 天津大学 | 太赫兹瞬态吸收光谱探测系统及载流子寿命测量方法 |
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