JPS5955013A - 半導体ウエ−ハの非接触測定法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体のライフタイム測定法として現在用いられそい本
ものに＊”Ｓ　Ｐ　Ｖ　’（８ｕｒｆａｃｅ”Ｐｈ５ｔ
ｏ’Ｊｃｉ口’ａｉｃ）法＊”ｍ　Ｔ３’　ｉ”Ｃ（Ｅ
ｌｅｃｔ　ｒ’ｏｎ”　Ｂｅａ’ｍ”　Ｔｉ１ｄ＋ｊｃ
ｅｄ　　Ｃｕｒ’ｒｅｎｔ’　）汰□、嚇橿効果□−１
１定法、”ＭＯ８法、光導電績衰汰等力（Ａ６゜□どれ
１らの測定法は１分解能、副＠軸成などことそし杉れ優
れた特徴を有しそいる力頌ｉｊ命試料へめ電極性は番必
要とするので画定試料１′と灸陥をあたえるｍｍ１６（
あ名。）れを避は名ため？と７光ｉ電緘ｉ法を基礎とし
て珈蝋度め変イヒを÷イク・’ｏｆｌｌに１つ七検出す
る非接触−１１定法か商売されらつあると一斗身命波法
）。・−・　　　　　　″−□′妄才り白波法には病過
→イクロ疲を検出する力嫉（ｉ禍ンイ）會ｔｊｌ沃）と
友１射マ身りロ紐審検出す乞芳蔭（反射マインロ波法）
の２種類があ机後者はウェーハ形状ｌヒ制限がなく比較
的低抵抗の試ｍＧ測定できるので撞ｉイクロ波法記比ベ
プそめ旧市範囲は広い。反射□マイクロ波性非接触ライ
フタイム劇定に用い本測定系□は、過剰キキ１ｊ′アを
扇起させる注入晃系（照醋光系′ｊと半ｉ＃しく　２） ニームの導を度の変化を：検出するためのマイクロ波系
によって構成される。このような測定法は半導体ウニ」
バあ非接□触、′□非破壊測定法としソ層望′　□□“
でめる。　　　　　　　　　　・ 一般に、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ｉ合ン）インタイムの実測値□　　　　　　
　。

τｍは半導体結晶の純度や結晶欠陥等で決まるバルクの
ライフタイムτ５だけでなく半導体ウェーハの汚れや表
面加工層等によって決まるライフタイム値成分・８が蘭
力す′：ｇ社ので。

τｍ　′　　τｍ　　　ｒＳ なる関係があり、ｒＳは表面再結合速度Ｓに関係する。

このため半導体つ、、ニームの少数キャリアのライフタ
イム実測値に含まれるｒＳの値を知るためには表面再結
合速度を同時に測定評価する必要が・ある。反射マイク
ロ波法による半導体ウェーハの少数キャリアのライフタ
イム測定法において、特定波長、特定パルス幅を持つ光
を照射して励起さ、、、、、、−；、た、、少数キャリ
アの減衰特性を検出し、数値解析の結果と対比してτ、
と８を分離して求める方法□：■□は”’＝’ａ・ｉ−
Ｃい６．宇佐美、神立、工藤応用物。

４９　（１９８０）す、１．、＠、　２〜１１９７Ｎ。

しかしながら、その第１の方法では試料つ□ニームの厚
さを変えてライフタイム測定を行う必要があるので試料
の加工に時間がかかり、　１ｌｌｌｌ定後の試料を再利
用することができないという欠点があった。また第２の
方法では少数キャリアの減衰曲線１１１１１１１１　　
□ の指数関数的な喪イピからのずれをもとに算出するので
８の値の小さく・、つｚ　７　＜・（例、）ばＳがす０
０α／　ｓｅｅ　ａｔ以下のウェーハ）の１場合に剣−
一差が大きく精度の良い分離評価が困竺でめった。。。

一方１．近、午Ｉｔ　、８．、↓製、造工程における非
接触、非破壊検査によるデバイス、歩留りと品質向上対
策の一項として、Ｓが比較的小さいウェーハのτｍとＳ
をインプロセスで非接触、非破壊的に測定評価すること
が重要視されるようになった。

本発明は、従来の方法では困難であったＳの値の比較的
小さい半導体ウェーハについてもτｍとＳの値を求める
ことができる非接触側、定方法を提供することを目的と
する。、、： 本発明の方、、法は反射マイクロ波法による半導体ウエ
ニ、ハの少数キャリアのう、インタイムの測定に際して
半導將ウェーハにパルス幅、ｔＯ，（Ｑ光牽照射して励
岬させた少数キャリアゆ！再結合により減声する過程テ
、励起キャリアや、５半導体の深さ方向に示す濃度せ布
によって異なる減衰の什々牽する状況を゛１反反射マイ
クロ波法９蝉寒現象生し千検出し輻を照ＩＪｔ西の波母
ゼよび興射光９パハテ７．幅ｔ、。

の関数として分光分析＠　Ｉｃ　１ｌｌＪ　ｆｆｌすや
髄やで、、測定照射光の波長を任意に設定し９．ｔ、。

を変化させながら二□を用！１定することに＋７ｐｘ論
、、とｔ、ｏの間係を示す曲線を得て、用意した数隼解
析の結果舎尺度として’ｍ力、）ら丁すと８を分離して
求める半導体つニー７７の悲接触ｉ１１＋１　定力法、
である。　　　　　　　。

すなわち１本発明を簡潔に述さると、半導体ウェーハに
禁止帯幅以上の千ネルギ二牽１もつ光を照射し、照幇光
のパル２幅（Ｏを変化さ、せながら。

励起した少数キャリアの再結合綽衰の様子を反射（５）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ハハマイク
ロ波の照度信号の変化として検出する少数キャリアのラ
イフタイムの測定法において、ライフタイムの実測値ｆ
ｒｎの飽和値τ８Ｔと７８丁を与える照射光のパルス幅
ｔｓ’ｒを実測し、１．［実１ｊ［１ＪＱｆｓＴＪと「
バルクのライフタイムτ５をパラメーターと、して数値
解析によって得た表面再結合速度Ｓ対圧、、意のτＢ、
７．％グラフ」との客点より求めたτｍの８、依存曲線
ａと、「実測のすｓｒ、Ｊと［バ？レクのライフタイみ
、τｍをパラメーターとして数値解析ｌζよって得た表
面再結合速度Ｓ対任意のｔｓ’ｒのグラフ２１との交点
より求めにτｍのＳ依存曲線すとの交点から、バルクの
ライフタイムτｂ、と表面再結合速度Ｓを求める半導体
ウェーハの非接触測定法である。　　、　　　。

半導体に）、々ルス幅！。の光を照射したとき励起する
少数キャリアの濃度Δｐの時間的変化は模式的に第１．
図の様に示され１．キャリア濃度が発生から増大しで最
大・点、に達するまでの領域、■と光を切ったとき最大
点か、ら再結合によって減衰して行く領域■とから成る
。一般に少数キャリアのライフ（６） タイムと言われているのは領域■の減衰特性に関し、キ
ャリア濃度が最大値の１／ｅまで減衰する時間を指す。

領域■の少数キャリアの濃度分布は次式を解くことによ
って得られる。

Δｐ：　過剰少数キャリア濃度 １　：　時間 Ｔ　：　ライフタイム Ｘ　：　半導体内の深さ方向距離 Ｄ　：　拡散定数 υ　：　パルス波形に関する関数 Ｒ：　半導体内に注入された光のフォトン数α　：　光
の吸収係数 式（１）の■は次のように表される。

ａ＝ｑαＩ（１−Ｒｓ）／ｈｖ。

ｑ　：　量子効率　　　　　　　　・　・■　＝　単位
面積当りの照ｉ光フオ”ｌ’　＞数”’ｍｓ”Ｈ−″照
射光の表面反射率　　□　□式（ｊ）を、初崩争漬Ａｐ
　（ｘ’、　’（１）　＝０’および境界条件式（２，
１）、ε２ｉ）′　のもとに琳くことによって、第１図
の嶺域ｉのキャリ□ア濃ｍ１分布が求めりれるＪ、　　
　　１　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　
　　　、　。

Ｗ　：　ウェーハの厚さ ＳＡ　＝　”ａ／Ｄ　９．　ＳＢ　＝　Ｓｂ／ＤＳ、と
Ｓｂはそれぞれウェーハの表と裏での表面再結合速度を
表す。□ 領域１の少数キｊ　ｌアの濃煕竺布は次式を解くこきに
よって得られる。

（７） 式（３）を９式（１）から求められる初期条件Δｐ（ｘ
＊ｔｏ）と境界条件□（２ａ）と（２ｈ）のもとで解く
こと１こよって、第１図の領域■の少数キ＋リナの濃度
分布が求められる。　　　　　　　　　□ 本発明の方法は、前記領域田の減衰曲線について、照射
光の吸収係数α、拡散牽数り、およびウェーハの厚さＷ
を与えて、バルクのライフタイムτｂを設定い数値解析
１ζよって得られる。表面再結合速度８をバラメニター
としたライフタイム対ｔ０の曲線群（遍□、１□第２１
）のライフタイムの飽和値ｒ８Ｔとτ訂を与える照、１
先のパルス幅ｔｓ’ｒの値（第２図のグラフ中督おいて
朱印で示した各点に対応するτ８１・とｔｓ’ｒ　）を
プロットして次の各グラフ。

１（１バルクのライフタイ１１τ、をパラメーターとす
るＳ対任意の７８ＴのグラフＣ例、第３図）。

（ロ）バルクのライフタイツ・τｂ　ヲパラメータート
するＳ対任意のｔａＴのグラフ（例、第４図）。

を用意し１反射マイクロ波性ライフタイム測定によって
得た半導体ウェーハのライフタイム実測値（８） 輻と照射光のパ）ＩｉＺ幅ｔ０の関徳曲線ｉ、第６図−
τ、対ｔｏのグラフ）から検出される実測のτＳ？と実
測のｔ［ｉＴの値を前記の数値解析によって得起８対住
誓めτ’ｓｒ藉よび□Ｓ□：鉛任誓のε８ｉあンラ：□
）と照合して同−ｒｂに附子ネＳの値を検出するもので
ある。

実施例　　　□ □ マイ）口波による示導採つエニノ・の多数ギヤリアの減
衰特性測定装瞳の構成の一例を示す。第５図の照射光源
１ば発生光の波長を２種−以ｉｋ選ｉ設定できる範ので
１発生光アノセルズー□を六ノ１玉発生器９によって変
化さぜる。蝋ｉ光は移動ステージ３に積載している半導
体ウェーハ２に照射される。この照射光によって半導・
体う呈°−・・自記励起□される少数キャリ′テの濃度
変化をン直流電癲装置６によつ七発振するマイクｉ波発
槓器５から出てサーキュレータ４を介して放射さ糺るマ
イクロ波が、半導体ウェーバ２によって反射される状□
況を検番器７を通してオフシロスコープ８舎ディスプレ
ーと１て観窄呻ｊ宇専ル、。　　　　　いＰ型シリコン
のエッチンイシた。つ、、干：下ハ（厚さ５．０、θμ
、ｍ、訓抵抗４５Ω・ａ）を試料、と、（て、竺５図（
７）　ｉ！＋１定系によって、辣、長９４．０ｎｆＩｌ
＋（、テ、＝２３．０３−’に和学）のパルス氷管照射
し、バルー４ｔ。

を変化させながら輻をｆｉｌｌ定して、第６図に示すτ
□対、ｔｏのグラフを得た。竺６図から、τ□の峰和値
Ｔ８Ｔが２３．５μｓｅｃ　Ｔτ８Ｔを与えるパル７幅
１８Ｔが１９５μｓｅｃと読み取った。このＴ８〒の値
を数値解□析によって用誓したτｂを、パラメータ二と
する８対任意のｔＢＴのグラフ（第３図）と照合して次
表値を得た。　　　　、　　　　　。

τ５Ｔ＝−２３，５μ’ｓｅｃ 次に、、　、５．８Ｔ、の竺を、・、　Ｑｗ！−哲によ
て〕て用意した。バルクの？フフタイム７　ｂ干イ：シ
ライアター吉するＳ対圧、意のｔ６Ｈ，（７）グラフ（
笹４図）と興合して次翠の値を得た。

ｔＢＴ、、＝１．：、９．５　／Ｊ　ｓｅｃ：　　　、
　　。

□ なお、第６図、第４図を求める。継竿解析には、。

照射光の吸収係継、、ｊ、、、、、　、、ｖ＋弊定数ｐ
、つ、エーハΩ厚さＷ９の値として各竺次、の竺を用り
、た。。

α＝＝　２　３　０　ａｍ−’ Ｄ＝　　３０ｄ／間・　　　　　　、　　　　。

Ｗ＝５００　μｍ 上の２つの表の値を用い□て第ツ図に示す、’ＢＴ９実
画（Ｉｌｌ　；、ソ、求めたτ、）ｏ、、ｑ依存曲線ａ
、とｔｌｌｌＴの実測値から求めなτｂ、、、、　ｏ　
ｓ　値存曲線す、の交点り）ら。

τ、　＝　８、．４　＜、μｓ、ｅ、ｃ　）とＦ４．７
．４．９．０（、ｃｍ、／、、Ｍｃ、、、、、、）の梢
果を得ルっの竺は同−一悼、晶牽吹−寞婆衰侍によ？不
、評甲し夕結果と良く一致腎てす、、＞　升、本率明の
方法によって８が比較的小さいつ、、エーハ（１０００
確／　Ｓｅｃ程度以下）についても、工、、へ、つ。

Ｓを分叫して求めるこつが可能で西る。仝が判１門した
。：、、、、、−、、、、、、、・ 杢発！の、方法によれば！一体つｆ、、７．、ノ、：）
の少数ｉヤリアのライフタイム！準１定すると囮、、時
に表面再結命、温度を声めるこ、中力、Ｓ、出悉る。数
値解析呻、畢、を竺算機処理によって、蓄積してお≦こ
とによって。

□　　　　　　）１１ 各種ウーｎ７／’９ｉ１１１１定を非接触１．、非破壊
的に行い。

インラインプロセスでの、中動的畔、愛が、、、ツ：岬
で、：ある。

□四　・

【図面の簡単な説明】

第１図二士導体に、パノース九を、照射したときに励起
すそ少数ｉヤリ７７の濃度Ｑｆｌｐ間的変比的変化す模
式図’、、、、ｌ　’ｌ’、　’、’、ｌ。 第２図〜第４Ｎ：本発明の方法を実施するための、、７
　数値解性、に、３．つて得たグラ、、−７，、、、、
。 第５図づ本発明の方法を実施す仝たや♀ライ了り、、、
　　イム測定系を示すブワ゛イク図。 第６図一本発明の実施例の実測による一対ｔｏ、、の、
、グ５．　’；、、：、、、、、、　、　　　　、、　
、：　、、、　１．　　、　　、　、　、、　、、、。 酊７図二本発嬰９麦施例の、、、７　ｂ、、　（７）　
、ｓ　棹存曲線ａおよびｂｏ　、　　、　　　　、　。 １、・・・、：照射光源　２．・・・半導体、？エーノ
’％、、５．・・・マイクロ波発生器７、・・・検波器
　　、９．・、・・パルス発生器　　　　、　　　。 、、特許出願人　三菱金、属株式会、件、、、、、　、
　、　ｊ’ｌ’・　　　　　　・□日本シリコン株式会
社　　　　・　□□代理人　弁理士　松　井　政　広　
　　□・　　　　　　　：′、、・。 第１図 □ Ｏｔ。 −時間ｔ ） 第２図 ’ａ！＝２３０Ｃｍ−１ （：１９ｓｉ）１９Ｌ （：＋ａｓｄ）上Ｓ１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体ウェーハに禁止帯幅以上のエネルギーを−もつ光
   を照射し、□熱射光のパルス幅１ｏを変化させながら、
   励起した少数キャリアの再結合減衰の様子を反射□７４
   クロ波の強度信号の変化とじプ検出□する少数キャリア
   のライフタイムの測定法において、ライフタイムめ実誦
   １値’ｍのｍ卸値τ８誉とτ８Ｔを与える照峠光の１パ
   ルス幅ｔ８〒を＊細し、　「実測の□　τ８讐丁と丁ノ
   ンルクのライフタイムτｉ゛をン櫂ラメ−ターとじて数
   値解析１とよって得た表面再結合速度Ｓ対任意のτ８Ｔ
   のグラフ」との交点より求めたτｂのＳ′□：依存曲線
   ａと、「実測のｔ８ｉ　」と丁バルクめライフタイム・
   τ、をノ寸ラメ−タムとして数値解折重とよつそ得た表
   面再結合速度Ｓ対任★の□ｔ８〒のグラフ」□　との交
   点より求めたτ、：の８依存軒ｍｂとの交点から、ノセ
   ルクのう４フタイムＴ、と表面□再結合速度８を求める
   半導体ウェーハの非接触測定法。□（１）　　　　　　
   　　　　　。。