JPS61152033A - 半導体少数キヤリアライフタイム測定装置 - Google Patents
半導体少数キヤリアライフタイム測定装置Info
- Publication number
- JPS61152033A JPS61152033A JP27300184A JP27300184A JPS61152033A JP S61152033 A JPS61152033 A JP S61152033A JP 27300184 A JP27300184 A JP 27300184A JP 27300184 A JP27300184 A JP 27300184A JP S61152033 A JPS61152033 A JP S61152033A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- laser beam
- refractive index
- periodically
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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)
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric 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】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体ウェハの非破壊測定に好適な半導体少数
キャリアライフタイム測定装置に関するものである。
キャリアライフタイム測定装置に関するものである。
従来、半導体の少数キャリアライフタイムの測定方法は
、例えば特公昭５５−１４９１５号公報、特公昭５６−
７２９５ 号公報、及び特公昭５７−１０５７１号公
報などに見られるようなμ波の透過率の変化を利用した
ものが多かった０しかしこれらは、試料たる半導体ウエ
ノ１の大きさに制約があったり、測定個所が限定できな
い方法もあり、また、いずれの方法も測定個所の面分解
能は１−前後であるという問題点があった。その他、測
定に電極や表面酸化膜の形成を必要としたり、測定が非
破壊で行えないなどの方法もあり、従来、これらの点に
ついての改善が要望されていた。
、例えば特公昭５５−１４９１５号公報、特公昭５６−
７２９５ 号公報、及び特公昭５７−１０５７１号公
報などに見られるようなμ波の透過率の変化を利用した
ものが多かった０しかしこれらは、試料たる半導体ウエ
ノ１の大きさに制約があったり、測定個所が限定できな
い方法もあり、また、いずれの方法も測定個所の面分解
能は１−前後であるという問題点があった。その他、測
定に電極や表面酸化膜の形成を必要としたり、測定が非
破壊で行えないなどの方法もあり、従来、これらの点に
ついての改善が要望されていた。
本発明は上記のような要望に鑑みてなされたもので、半
導体試料の大きさに制約がなく、特定個所の測定が非破
壊で行い得、その面分解能も優れ、また測定に電極形成
等を必要としない新規な半導体少数キャリアライフタイ
ム測定装置を提供することを目的とする。
導体試料の大きさに制約がなく、特定個所の測定が非破
壊で行い得、その面分解能も優れ、また測定に電極形成
等を必要としない新規な半導体少数キャリアライフタイ
ム測定装置を提供することを目的とする。
本発明の装置は、試料たる半導体の表面を強度が周波数
変調されたレーザ光で励起すると、生成した半導体内の
過剰少数キャリアの再結合により光の変調周波数と同一
周波数の熱波を発生することに着目し、該熱波により熱
せられるため周期的に変化する半導体表面近傍の空気の
屈折率を、もう一本の測定用レーザ光の光路の変化とし
て光の位置センナにより測定し、少数キャリアのライフ
タイムに依存して変化するもとの変調信号からの位相遅
れや変調周波数依存性の変化から少数キャリアのライフ
タイム測定するようにしたものである。
変調されたレーザ光で励起すると、生成した半導体内の
過剰少数キャリアの再結合により光の変調周波数と同一
周波数の熱波を発生することに着目し、該熱波により熱
せられるため周期的に変化する半導体表面近傍の空気の
屈折率を、もう一本の測定用レーザ光の光路の変化とし
て光の位置センナにより測定し、少数キャリアのライフ
タイムに依存して変化するもとの変調信号からの位相遅
れや変調周波数依存性の変化から少数キャリアのライフ
タイム測定するようにしたものである。
以下第１図〜第４図を参照して本発明の詳細な説明する
。第１図は本発明による半導体少数キャリアライフタイ
ム測定装置の一実施例を示す構成図で、図中１は励起用
レーザである。
。第１図は本発明による半導体少数キャリアライフタイ
ム測定装置の一実施例を示す構成図で、図中１は励起用
レーザである。
このレーザ１を発した連続光（励起レーザ光）Ａは、例
えば音響光学変調器等の光強度変調器２により変調され
、光学系、ここではミラー３゜レンズ４により、試料台
６上の半導体試料５の目的とする測定個所に集光される
。集光個所近傍の空気は光により試料５たる半導体中に
生成された少数キャリアの再結合によって周期的に暖め
られ、周期的に周囲の空気と異った屈折率を有する様に
なる。従って、もう一つの測定用レーザ７を発したレー
ザ光Ｂを光学系、ここではミラー８．レンズ９により試
料５の変調光集光個所上数ＩＩＩの熱波伝達域ａを通る
様に集光し、かつ試料５が変調された励起レーザ光Ａに
より熱せられていない状態で集光されなレーザ光Ｂの強
度中心が光の位置センサ１０の中心上に来る様に位置セ
ンサ１０を設定する。
えば音響光学変調器等の光強度変調器２により変調され
、光学系、ここではミラー３゜レンズ４により、試料台
６上の半導体試料５の目的とする測定個所に集光される
。集光個所近傍の空気は光により試料５たる半導体中に
生成された少数キャリアの再結合によって周期的に暖め
られ、周期的に周囲の空気と異った屈折率を有する様に
なる。従って、もう一つの測定用レーザ７を発したレー
ザ光Ｂを光学系、ここではミラー８．レンズ９により試
料５の変調光集光個所上数ＩＩＩの熱波伝達域ａを通る
様に集光し、かつ試料５が変調された励起レーザ光Ａに
より熱せられていない状態で集光されなレーザ光Ｂの強
度中心が光の位置センサ１０の中心上に来る様に位置セ
ンサ１０を設定する。
変調後の励起レーザ光Ａの照射に基づく熱波伝達域ａの
屈折率の周期的変化は、ここを通るレーザ光Ｂを周期的
に屈折させるので、そのレーザ光Ｂの強度中心は周期的
に位置センサ１０の中心からずれる。例えば温度１°Ｃ
の変化に対する屈折率の変化は１０′″Ｓ程度であり、
屈折角φの大きさはレーザ光Ｂの表面からの距離及び励
起レーザ光Ａの中心軸からの相対距離によって変化する
が、表面からの距離が１〜５鴎程度の標準的な条件で約
１０弓ｒａｄ程度になる。測定個所から位置センサ１０
までの距離を２ｍ位にとればレーザ光Ｂのビーム位置は
位置センサ１０の面上で２０μｍ程度ずれることになり
、測定ビームであるレーザ光Ｂの径を５０μｍとすれば
十分な感度が得られる。
屈折率の周期的変化は、ここを通るレーザ光Ｂを周期的
に屈折させるので、そのレーザ光Ｂの強度中心は周期的
に位置センサ１０の中心からずれる。例えば温度１°Ｃ
の変化に対する屈折率の変化は１０′″Ｓ程度であり、
屈折角φの大きさはレーザ光Ｂの表面からの距離及び励
起レーザ光Ａの中心軸からの相対距離によって変化する
が、表面からの距離が１〜５鴎程度の標準的な条件で約
１０弓ｒａｄ程度になる。測定個所から位置センサ１０
までの距離を２ｍ位にとればレーザ光Ｂのビーム位置は
位置センサ１０の面上で２０μｍ程度ずれることになり
、測定ビームであるレーザ光Ｂの径を５０μｍとすれば
十分な感度が得られる。
位置センサ１０はレーザ光Ｂの中心位置の移動に応じて
起電力を生ずるもので、励起レーザ光Ａの変調を行うた
めの変調信号Ｃを発生させる信号発生器１１から、変調
信号Ｃと同じ変調周波数と位相をもつ変調信号りを参照
信号として取り出してロックインアンプ１２に入力する
。同時に位置センサ１０からの起電力信号もロックイン
アンプ１２に入力することにより、変調信号Ｃ９Ｄと同
周波数の起電力信号、即ち周期的な屈折率の変化に基づ
く起電力の変化を抽出することができる。
起電力を生ずるもので、励起レーザ光Ａの変調を行うた
めの変調信号Ｃを発生させる信号発生器１１から、変調
信号Ｃと同じ変調周波数と位相をもつ変調信号りを参照
信号として取り出してロックインアンプ１２に入力する
。同時に位置センサ１０からの起電力信号もロックイン
アンプ１２に入力することにより、変調信号Ｃ９Ｄと同
周波数の起電力信号、即ち周期的な屈折率の変化に基づ
く起電力の変化を抽出することができる。
第２図及び第３図は本発明による半導体少数キャリアラ
イフタイム測定原理の説明図である。
イフタイム測定原理の説明図である。
纂２図に示すごとく、強度変調された励起レーザ光Ａで
照射された半導体試料５内には自由電子す、正孔Ｃが光
照射強度Ｉに応じて生成し、拡散等に伴う移動により再
び自由電子す、正孔Ｃが再結合し、エネルギーを熱とし
て発生させる。このときの再結合速度は、仮に電子を少
数キャリアとし、その数をｎとすれば、時間ｔに対して
第（０式の様になる。
照射された半導体試料５内には自由電子す、正孔Ｃが光
照射強度Ｉに応じて生成し、拡散等に伴う移動により再
び自由電子す、正孔Ｃが再結合し、エネルギーを熱とし
て発生させる。このときの再結合速度は、仮に電子を少
数キャリアとし、その数をｎとすれば、時間ｔに対して
第（０式の様になる。
−ｄｎ／ｄｔ＝ｎ／τ ・・・・・・（１
）このときのτはキャリアの寿命と呼ばれ、初めに生成
しなキャリアはこの時間で経過後に１ ／ ｅになる。
）このときのτはキャリアの寿命と呼ばれ、初めに生成
しなキャリアはこの時間で経過後に１ ／ ｅになる。
一方キャリアの生成速度は、光の吸収係数α、キャリア
生成確率断面積σ、光照射強度Ｉに比例し、第（２）式
の様に表わされる。
生成確率断面積σ、光照射強度Ｉに比例し、第（２）式
の様に表わされる。
ｄｎ／ｄｔ＝α（ｌ Ｉ（ｔ） −・
−・・（２）但し、光の変調を考慮しＩ ＝ Ｉ （ｔ
）とした１１以上から少数キャリアの生成消滅は全体と
して第（５）式の様になる。
−・・（２）但し、光の変調を考慮しＩ ＝ Ｉ （ｔ
）とした１１以上から少数キャリアの生成消滅は全体と
して第（５）式の様になる。
ｄｎ／ｄｔ＝αａ Ｉ（ｔ） −ｎ ／ ｒ
・＝ −（３）従って励起レーザ光Ａの強度を第３図
（ｉ）の様な矩形波で変調した場合、キャリアの寿命τ
が変調した周波数ωに対し十分長ければ、キャリアの生
成、消滅速度は直ちにバランスし、キャリアの再結合に
基づく温度上昇は周波数に依らず第５１伍）に示した様
な飽和温度値をもつ。故に位置センサ１０の起電力も同
様な一定飽和値をもつ。しかし変調周波数を大きくし念
９、少数キャリアのライフタイムがωに対して短く、ω
τ〈１となる様な場合には、第５図（ｆｆｉ）の両方向
矢印に示す様に飽和値に達する前に励起が止められるの
で、変調周波数の増加とともに起電力が減小する。この
とき励起開始から変調周波数の半周期迄の少数キャリア
の数の変化は第（４）式の様になる。
・＝ −（３）従って励起レーザ光Ａの強度を第３図
（ｉ）の様な矩形波で変調した場合、キャリアの寿命τ
が変調した周波数ωに対し十分長ければ、キャリアの生
成、消滅速度は直ちにバランスし、キャリアの再結合に
基づく温度上昇は周波数に依らず第５１伍）に示した様
な飽和温度値をもつ。故に位置センサ１０の起電力も同
様な一定飽和値をもつ。しかし変調周波数を大きくし念
９、少数キャリアのライフタイムがωに対して短く、ω
τ〈１となる様な場合には、第５図（ｆｆｉ）の両方向
矢印に示す様に飽和値に達する前に励起が止められるの
で、変調周波数の増加とともに起電力が減小する。この
とき励起開始から変調周波数の半周期迄の少数キャリア
の数の変化は第（４）式の様になる。
ｎ＝τσα’Ｉ （１−ｅＸＰ（−ｔ／ｒ ） ）
−・＝（４）従って位置センサ１０からの出力信号Ｖ
は半周期口のｔ＝π／ωのとき最大になり、これがロッ
クインアンプ１２で検出表示される出力になる０第４図
はライフタイムτ＝１００μｓｅｃ及び１０μｓｅｃの
場合について上記原理に基づいて調べた結果で、各々飽
和値の出力を基準値１とした場合の変調周波数による出
力の変化を示している０この第４図において、ライフタ
イムτは出力が変調周波数に依存する部分の関係を表す
直線を延長したときの飽和出力値との交点から決定でき
る。
−・＝（４）従って位置センサ１０からの出力信号Ｖ
は半周期口のｔ＝π／ωのとき最大になり、これがロッ
クインアンプ１２で検出表示される出力になる０第４図
はライフタイムτ＝１００μｓｅｃ及び１０μｓｅｃの
場合について上記原理に基づいて調べた結果で、各々飽
和値の出力を基準値１とした場合の変調周波数による出
力の変化を示している０この第４図において、ライフタ
イムτは出力が変調周波数に依存する部分の関係を表す
直線を延長したときの飽和出力値との交点から決定でき
る。
以上のようにして本発明装置を用いて半導体少数キャリ
アのライフタイム測定が可能である。
アのライフタイム測定が可能である。
以上述べたように本発明によれば、半導体試料の大きさ
に制約がなく、かつ特定個所の測定が非破壊で行えるた
めインラインでの半導体試料の評価が行える様になる。
に制約がなく、かつ特定個所の測定が非破壊で行えるた
めインラインでの半導体試料の評価が行える様になる。
また、測定の面分解能も優れ、さらに、測定に電極の形
成や表面酸化膜の形成等を必要としない等の効果がある
。
成や表面酸化膜の形成等を必要としない等の効果がある
。
第１図は本発明による半導体少数キャリア２イアタイム
測定装置の一実施例を示す構成図、第２図及び８５図は
本発明による半導体少数キャリアライフタイム測定原理
の説明図、第４図は本発明装置における励起レーザ光の
変調周波数と位置センナの出力との関係の一例を示すグ
ラフである。 １・・・励起レーザ ２・・・光強度変調器３．８
・・・ミラー ４．９・・・レンズ５・・・半導体
試料−６・・・試料台 ７・・・測定用レーザ １ｏ・・・位置センサ１１・
・・信号発生器 １２・・・ロックインアンプＡ・
・・励起レーザ光 Ｂ・・・測定用レーザ光Ｃ・・・
変調信号 Ｄ・・・変調信号（参照信号）第 １
図 ＃２ｔＪ 瞥 第 ３ 図 Ｏｆ、→ 第 ４ 超
測定装置の一実施例を示す構成図、第２図及び８５図は
本発明による半導体少数キャリアライフタイム測定原理
の説明図、第４図は本発明装置における励起レーザ光の
変調周波数と位置センナの出力との関係の一例を示すグ
ラフである。 １・・・励起レーザ ２・・・光強度変調器３．８
・・・ミラー ４．９・・・レンズ５・・・半導体
試料−６・・・試料台 ７・・・測定用レーザ １ｏ・・・位置センサ１１・
・・信号発生器 １２・・・ロックインアンプＡ・
・・励起レーザ光 Ｂ・・・測定用レーザ光Ｃ・・・
変調信号 Ｄ・・・変調信号（参照信号）第 １
図 ＃２ｔＪ 瞥 第 ３ 図 Ｏｆ、→ 第 ４ 超
Claims (1)
- 励起用レーザ、該レーザからの光を強度変調するための
光強度変調器、該変調器からの変調光を半導体試料上に
集光するための光学系、前記変調器の変調周波数及び波
形を制御するための信号発生器、前記変調光により励起
されたキャリアの量をその消滅に伴う前記試料表面近傍
の空気の屈折率変化として測定するための測定用レーザ
、該レーザからの光の屈折率変化による光路変化を測定
するための位置検出器、前記空気の屈折率の周期的変化
による位置検出器からの信号と前記変調器への信号と同
様の前記信号発生器からの周波数変調信号を位相検波す
るためのロックインアンプを備えて成ることを特徴とす
る半導体少数キャリアライフタイム測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27300184A JPS61152033A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | 半導体少数キヤリアライフタイム測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27300184A JPS61152033A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | 半導体少数キヤリアライフタイム測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61152033A true JPS61152033A (ja) | 1986-07-10 |
Family
ID=17521761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27300184A Pending JPS61152033A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | 半導体少数キヤリアライフタイム測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61152033A (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 |
| CN108680850A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-19 | 云谷（固安）科技有限公司 | 少子寿命检测装置及检测方法 |
-
1984
- 1984-12-26 JP JP27300184A patent/JPS61152033A/ja active Pending
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 |
| CN108680850A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-19 | 云谷（固安）科技有限公司 | 少子寿命检测装置及检测方法 |
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