TW201944055A - 載子壽命測定方法及載子壽命測定裝置 - Google Patents
載子壽命測定方法及載子壽命測定裝置Info
- Publication number
- TW201944055A TW201944055A TW108104914A TW108104914A TW201944055A TW 201944055 A TW201944055 A TW 201944055A TW 108104914 A TW108104914 A TW 108104914A TW 108104914 A TW108104914 A TW 108104914A TW 201944055 A TW201944055 A TW 201944055A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- light
- measurement
- stimulus
- carrier
- phase delay
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 124
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 55
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 23
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 20
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 10
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 9
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 22
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
- G01N21/9501—Semiconductor wafers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
- G01N21/9501—Semiconductor wafers
- G01N21/9505—Wafer internal defects, e.g. microcracks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2642—Testing semiconductor operation lifetime or reliability, e.g. by accelerated life tests
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
- H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
- G01N2021/1719—Carrier modulation in semiconductors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
- G01N2021/1725—Modulation of properties by light, e.g. photoreflectance
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本發明係計測測定對象物中之載子壽命之載子壽命測定方法，其具備：照射步驟，其係朝向作為測定對象物之DUT10，照射計測光、及以複數個頻率進行強度調變所得之刺激光；輸出步驟，其係檢測來自DUT10之反射光或透過光之強度並輸出檢測信號；及產生步驟，其係檢測相對於包含複數個頻率中之對應於計測對象區域之雜質濃度之頻率之調變信號的檢測信號之相位延遲，並基於相位延遲，產生表示DUT10中之載子壽命之分佈之圖像資料。
Description
本發明係關於一種計測測定對象物中之載子壽命之載子壽命測定方法及載子壽命測定裝置。
自先前起，已知有用以進行太陽電池等測定對象物之特性評價之裝置(例如參照下述專利文獻1)。該裝置包含將脈衝狀之幫浦光照射至測定對象物之幫浦光源、將探測光連續照射至測定對象物之探測光源、即時地檢測照射至測定對象物之探測光之光檢測器、及處理自光檢測器輸出之信號之信號處理部。根據此種構成，可藉由計測載子量之時間變化，而測定載子之產生消失狀況。
先前技術文獻
專利文獻
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2016-157780號公報
[發明所欲解決之問題]
於如上所述之先前之裝置中，可計測載子量之時間變化，但難以將雜質濃度未知之測定對象物作為對象計測準確之載子壽命。
實施形態之課題在於提供一種可精度良好地對測定對象物中之載子壽命進行測定之載子壽命測定方法及載子壽命測定裝置。
[解決問題之技術手段]
[解決問題之技術手段]
本發明之一形態係計測測定對象物中之載子壽命之載子壽命測定方法，其具備：照射步驟，其係朝向測定對象物，照射計測光、及以複數個頻率進行強度調變所得之刺激光；輸出步驟，其係檢測來自測定對象物之反射光或透過光之強度並輸出檢測信號；及產生步驟，其係檢測相對於包含複數個頻率中之對應於計測對象區域之雜質濃度之頻率之調變信號的檢測信號之相位延遲，並基於相位延遲，產生表示測定對象物中之載子壽命之分佈之圖像資料。
或者，本發明之另一形態係計測測定對象物之載子壽命之載子壽命測定裝置，其具備：第1光源，其產生計測光；第2光源，其產生刺激光；調變部，其以複數個頻率對刺激光進行強度調變；光檢測器，其檢測來自測定對象物之反射光或透過光之強度並輸出檢測信號；光學系統，其將計測光及經強度調變之刺激光朝向測定對象物導引，並將來自測定對象物之反射光或透過光朝向光檢測器導引；及解析部，其檢測相對於包含複數個頻率中之對應於計測對象區域之雜質濃度之頻率之調變信號的檢測信號之相位延遲，並基於相位延遲，產生表示測定對象物中之載子壽命之分佈之圖像資料。
根據上述任一形態，將計測光及以複數個頻率進行強度調變所得之刺激光照射至測定對象物，檢測來自測定對象物之反射光或透過光之強度，並基於其結果被輸出之檢測信號，產生表示載子壽命之分佈之圖像資料。此時，檢測相對於包含對應於計測對象區域之雜質濃度之頻率之調變信號的檢測信號之相位延遲，並基於該相位延遲測定載子壽命之分佈。藉此，即便在計測對象區域之雜質濃度發生各種變化之情形時，亦可精度良好地測定載子壽命之分佈。
[發明之效果]
[發明之效果]
根據實施形態，可精度良好地對測定對象物中之載子壽命進行測定。
以下，參照隨附圖式，對本發明之實施形態詳細地進行說明。再者，於說明中，對於同一要素或具有同一功能之要素，使用同一符號，並省略重複之說明。
圖1係實施形態之載子壽命測定裝置1之概略構成圖。圖1所示之載子壽命測定裝置1係用以藉由以半導體器件等作為測定對象物之被檢查器件(DUT：Device Under Test)10為對象進行光計測而測定DUT10中之載子壽命之裝置。作為載子壽命測定裝置1之測定對象，較佳地使用在半導體基板形成有電晶體等電路元件之半導體器件。亦可進而較佳地將已預先使用既定之不良解析方法(發光解析、發熱解析、OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change，光束誘導電阻變化)解析等解析方法)被推定包含不良部位之區域作為測定對象。
該載子壽命測定裝置1包含供配置DUT10之載台3、朝向DUT10照射及導引光並且導引來自DUT10之反射光之光照射/導光系統(光學系統)5、以及控制光照射/導光系統5並且檢測及處理來自DUT10之反射光之控制系統7。載台3係將DUT10以與光照射/導光系統5對向之方式支持之支持部。載台3亦可具備能夠使DUT10相對於光照射/導光系統5相對地移動之移動機構。再者，於圖1中，以單點鏈線表示光之行進路徑，以實線之箭頭表示控制用信號之傳輸路徑、以及檢測信號及處理資料之傳輸路徑。
光照射/導光系統5包含光源(第1光源)9a、光源(第2光源)9b、準直器11a、11b、分光鏡13、偏光分束鏡15、1/4波長板17、檢流計鏡19、光瞳投影透鏡21、物鏡23、光學濾光片25、及準直器27。
光源9a產生適於檢測與DUT10中之雜質濃度相對應地變化之光學特性的波長及強度之光作為計測光(探測光)並將其出射。光源9b產生包含在DUT10中被吸收一部分之波長成分之光作為刺激光(幫浦光)並將其出射。具體而言，光源9b係以產生刺激光之方式設定，該刺激光包含對應於較作為構成DUT10之基板之材料之半導體之帶隙能量高之能量的波長。進而，該光源9b構成為可基於來自外部之電信號產生經強度調變之刺激光。再者，光源9a、光源9b例如可為半導體雷射等同調光源，亦可為SLD(Super Luminescent Diode，超輻射發光二極體)等非同調光源。
準直器11a、11b分別對自光源9a、9b出射之光進行準直，分光鏡13將經準直之計測光及刺激光合成於同軸上並朝向偏光分束鏡15輸出。偏光分束鏡15使經合成之計測光及刺激光中之直線偏振光成分透過，1/4波長板17變更透過偏光分束鏡15之計測光及刺激光之偏光狀態，將計測光及刺激光之偏光狀態設定為圓偏振光。檢流計鏡19掃描成為圓偏振光之計測光及刺激光並將其輸出，光瞳投影透鏡21將自檢流計鏡19輸出之計測光及刺激光之光瞳自檢流計鏡19中繼至物鏡23之光瞳。物鏡23將計測光及刺激光聚光於DUT10上。藉由此種構成，可使經合成之計測光及刺激光掃描並照射至DUT10上之所需位置。又，亦可構成為能夠藉由使載台3移動而將無法由檢流計鏡19覆蓋之範圍作為對象掃描計測光及刺激光。
又，於上述構成之光照射/導光系統5中，可將來自DUT10之反射光與計測光及刺激光同軸地導引至1/4波長板17，從而可藉由1/4波長板17將反射光之偏光狀態自圓偏振光變更為直線偏振光。進而，成為直線偏振光之反射光藉由偏光分束鏡15朝向光學濾光片25及準直器27反射。光學濾光片25構成為僅使反射光中之與計測光同一之波長成分朝向準直器27透過，阻擋反射光中之與刺激光同一之波長成分。準直器27對反射光進行準直，並將該反射光經由光纖等朝向控制系統7輸出。
控制系統7包含光檢測器29、放大器31、調變信號源(調變部)33、網路分析器35(解析部)、控制器(解析部)37、及雷射掃描控制器39。
光檢測器29係PD(Photodiode，光二極體)、APD(Avalanche Photodiode，雪崩光電二極體)、光電倍增管等光檢測元件，接收由光照射/導光系統5導引之反射光，並檢測該反射光之強度輸出檢測信號。放大器31將自光檢測器29輸出之檢測信號放大並輸出至網路分析器35。調變信號源33產生由控制器37設定之波形之電信號(調變信號)，並基於該電信號以使刺激光強度調變之方式控制光源9b。具體而言，調變信號源33產生已設定之重複頻率(既定頻率)之矩形波之電信號，並基於該電信號控制光源9b。又，調變信號源33亦具有重複產生複數個重複頻率之矩形波之電信號之功能。藉由各重複頻率之矩形波進行強度調變所得之刺激光成為包含複數個頻率之成分，該等複數個頻率包含重複頻率及其諧波之頻率。
網路分析器35基於自放大器31輸出之檢測信號及由調變信號源33設定之重複頻率，提取及檢測對應於重複頻率之波長成分之檢測信號。具體而言，網路分析器35提取與重複頻率為同一頻率之檢測信號、及其諧波之頻率之檢測信號。進而，網路分析器35以由調變信號源33產生之電信號為基準，檢測各頻率之檢測信號相對於經強度調變之刺激光之相位延遲。繼而，網路分析器35將所提取之檢測信號之各頻率之資訊與以該檢測信號為對象進行檢測所得之相位延遲之資訊建立對應關係，並輸入至控制器37。此時，網路分析器35亦能夠以由控制器37重複設定之複數個重複頻率之電信號為對象，重複提取檢測信號，並以該檢測信號為對象檢測相位延遲。例如，亦可將重複頻率自基本頻率變更為1/10倍、10倍、…等而檢測相位延遲。此處，網路分析器35可變更為頻譜分析器，亦可變更為鎖相放大器，還可變更為將數位轉化器與FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立葉轉換)分析器組合所得之構成。
控制器37係統括地對控制系統7之動作進行控制之裝置，物理上為包含作為處理器之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、作為記錄媒體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)及ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、通信模組、以及顯示器、滑鼠、鍵盤等輸入輸出器件之電腦等控制裝置。於圖2中，示出控制器37之功能構成。如圖2所示，控制器37包含調變控制部41、移動控制部43、掃描控制部45、載子壽命算出部47、及輸出部49作為功能性之構成要素而構成。
控制器37之調變控制部41設定用以使刺激光強度調變之電信號之波形。具體而言，調變控制部41以成為特定之重複頻率之矩形波之方式設定電信號之波形。該「特定之重複頻率」可為根據所假定之DUT10中之雜質等之濃度預先記憶於控制器37內之值之頻率，亦可為經由輸入輸出器件自外部輸入之值之頻率。又，調變控制部41亦可將重複頻率自預先記錄或輸入之基本頻率重複變更為複數個頻率，而能夠以變更所得之重複頻率設定電信號。
移動控制部43及掃描控制部45以於DUT10上掃描計測光及刺激光之方式，分別控制載台3及檢流計鏡19。此時，移動控制部43以一面進行以DUT10之各部位為對象之下述載子壽命算出處理一面掃描計測光及刺激光之方式進行控制。
載子壽命算出部47執行載子壽命算出處理，該載子壽命算出處理係基於自網路分析器35輸出之檢測信號之各頻率之每一者之相位延遲之資訊，將DUT10之測定對象區域之各部位作為對象算出載子壽命，並產生表示測定對象區域內之載子壽命之分佈之圖像資料(載子壽命算出處理之詳細情況將於下文進行敍述)。輸出部49將藉由載子壽命算出部47產生之圖像資料作為圖像影像輸出至輸入輸出器件。
對於由上述構成之載子壽命測定裝置1計測之現象進行說明。圖3及圖4係自相對於計測光及刺激光之光軸垂直之方向觀察DUT10中之計測光及刺激光之照射狀態所得的圖。
藉由光照射/導光系統5，對於DUT10，一面將包含對應於較帶隙能量高之能量之波長之刺激光強度調變一面照射該刺激光，與此同時以一定之強度照射另一波長之計測光。此時，藉由刺激光於DUT10內產生載子，該載子於刺激光之強度變弱之時點以依存於DUT10內之雜質濃度及缺陷濃度之速度藉由再結合而消失。
再者，DUT10內之折射率及透過率因DUT10之基板內部之載子密度受到影響。因該影響，計測光於在基板之正面或基板之背面反射時，依存於刺激光之調變狀態被調變。計測光之調變之狀態根據載子之再結合速度變化。即，再結合於基板內之濃度較高之區域成為高速，於濃度較低之區域成為低速。其結果，於藉由計測光之反射產生之反射光中，於再結合為高速之情形時振幅變大，另一方面，於再結合為低速之情形時振幅變小，與此同時，相位相對於刺激光延遲。
於圖3中，示出以對DUT10之基板之光照射/導光系統5側之正面照射計測光及刺激光之合成光L1之方式進行設定之情形。於此情形時，刺激光於基板之正面附近大量地產生電子-電洞對。於DUT10為半導體基板之情形時具有某種程度之雜質濃度，故而根據該雜質濃度，多數載子(於n型基板之情形時為電子，於p型基板之情形時為電洞)具有一定量，亦存在少數載子(於n型基板之情形時為電洞，於p型基板之情形時為電子)。若於此狀態下刺激光入射，則載子過剩地存在於入射區域故而基板之折射率變化。已知若將大氣中之折射率設為“1”，將基板之折射率設為n，則大氣與基板之間之反射率R以下述式：
R=((n-1)/(n+1))2
表示。伴隨著因載子之產生及消失而折射率n變化，反射率R亦變化，從而反射光被調變。
R=((n-1)/(n+1))2
表示。伴隨著因載子之產生及消失而折射率n變化，反射率R亦變化，從而反射光被調變。
另一方面，於圖4中，示出以使計測光及刺激光之合成光L1透過DUT10之基板之相對於光照射/導光系統5為相反側之背面而照射之方式進行設定之情形。於此情形時，不僅受到圖3之情形時之反射面中之載子之影響，亦受到光路中之載子之影響。具體而言，因光路中之載子，不僅產生折射率之變化之效果，還產生光之衰減之效果，故而反射光受到兩者之影響。過剩之少數載子以與多數載子之密度、即基板之雜質濃度和過剩之少數載子之密度之積成正比之速度消失(更嚴密而言，過剩之少數載子以與相對於過剩量和多數載子之積之差分成正比之速度減少)。其結果，於刺激光減少時，折射率以與基板之雜質濃度成正比之速度復原。但是，該折射率之變化相較於基板之折射率本身之大小相當小。
若觀察圖3或圖4所示之情形時之反射光，則反射光之強度大致對應於折射率之變化而變化，反射光之變化相對於刺激光之變化之時間常數與基板之雜質濃度成反比。
於圖5中，於(a)部，示出由載子壽命測定裝置1照射之刺激光之時間變化之波形，於(b)~(d)部，示出對於(a)部所示之波形之刺激光由載子壽命測定裝置1檢測出之檢測信號之時間變化之波形。於相較於反射光之變化之時間常數，刺激光之重複之週期T0
相當大(重複頻率較低)之情形時，如(b)部所示，於檢測信號中觀測出之相位延遲之感度變低。於反射光之變化之時間常數為刺激光之重複之週期T0
之一半左右(時間常數相對較大而相位延遲為90度左右)之情形時，如(c)部所示，於檢測信號中相位延遲表現為振幅之變化。於檢測信號中相位延遲最顯著表現為振幅之變化的是如(d)部所示反射光之變化之時間常數為刺激光之重複之週期T0
之1/4左右(相位延遲為45度)之情形。
本實施形態中係欲藉由檢測相對於與DUT10內之測定對象區域之雜質濃度對應之頻率下之刺激光的反射光之相位延遲，計測因刺激光之入射而產生之載子之產生至消失為止之生命期(壽命)者。此處，於矩形波中不僅包含重複頻率之成分亦包含其諧波之頻率成分，故而可有效率地計測載子生命期。進而，即便在DUT10內之濃度不明確之情形時，亦可藉由重複變更重複頻率對檢測信號進行檢測而計測載子生命期(載子壽命)。
以下，對載子壽命測定裝置1中之包含載子壽命算出處理之測定順序之詳細情況進行說明。
首先，於DUT10為產生了異常動作之半導體器件之情形時，預先使用既定之不良解析方法(發光解析、發熱解析、OBIRCH解析等解析方法)特定出包含不良部位之測定對象區域。將該測定對象區域作為移動控制部43及掃描控制部45之掃描對象設定於控制器37(特定步驟)。
繼而，將DUT10載置於載台3上。例如，於DUT10為形成有電路元件之半導體器件之情形時，以可自基板之背面側照射計測光及刺激光之方式載置。於自背面側照射之情形時，亦可視需要進行背面之研磨，而使用固體浸沒透鏡(Solid Immersion Lens)。
其後，自光照射/導光系統5朝向DUT10照射計測光及刺激光(照射步驟)。此時，以計測光與刺激光之光軸及焦點深度變得相同之方式預先設定，光照射/導光系統5被設為色像差充分小之光學系統。此時，將DUT10之背面以相對於計測光及刺激光之光軸垂直之方式進行角度調整，且以計測光及刺激光之焦點亦對準DUT10之計測面之方式進行設定。
進而，藉由控制器37之控制，以由矩形波進行強度調變之方式控制刺激光。該矩形波之重複頻率係根據所假定之雜質濃度預先設定。例如，若測定對象區域為電晶體之周邊之井部分，則設定為1 MHz左右，若測定對象區域為電晶體之源極區域或汲極區域，則設定為數十MHz。對於其他值之雜質濃度，與所假定之濃度成正比地設定重複頻率。
繼而，於控制系統7之光檢測器29中，檢測來自DUT10之計測面之反射光而產生檢測信號，藉由放大器31將該檢測信號放大(輸出步驟)。然後，藉由控制系統7之網路分析器35，自檢測信號提取重複頻率之成分及其諧波之成分。此時，以避開0 Hz之大地雜訊之方式設定頻帶寬度。
此外，於控制系統7之網路分析器35中，以所提取之複數個頻率之檢測信號之波形為對象，檢測相對於刺激光之調變信號之相位延遲(產生步驟)。進而，自網路分析器35對控制器37輸出將所提取之檢測信號之各頻率之資訊與以該檢測信號為對象檢測出之相位延遲之資訊建立對應關係所得之對應資料(產生步驟)。
上述複數個頻率之檢測信號之相位延遲之檢測及與此相關之對應資料之輸出亦能夠以重複設定之複數個重複頻率為對象重複進行。藉此，即便在雜質等之濃度不明確之情形時，亦可測定載子壽命。又，上述複數個頻率之檢測信號之相位延遲之檢測及與此相關之對應資料之輸出係藉由控制器37之控制，一面於測定對象區域內掃描DUT10上之測定點一面重複進行。
其後，藉由控制器37，使用與DUT10上之測定對象區域內之複數個測定點相關之對應資料，算出複數個測定點之載子壽命(產生步驟、載子壽命算出處理)。即，基於對應資料提取相位延遲接近特定值(例如45度)之頻率，特定出該頻率與相位延遲之組合。藉此，特定出於對應於測定點之雜質濃度之頻率下檢測出之相位延遲。例如，作為該特定值，設定相位延遲最容易表現為檢測信號之振幅之變化之45度，但並不限定於此。繼而，基於頻率及相位延遲算出DUT10上之測定點之載子壽命。此時，於無法提取具有接近特定之相位延遲之相位延遲之頻率之情形時，亦可進一步變更重複頻率而重複反射光之檢測處理。
更詳細而言，以如下方式算出載子壽命。相位延遲成為45度之頻率稱為截止頻率，此時之時間常數τ成為對應於該頻率之週期之1/(2π)倍。該時間常數τ相當於DUT10之內部之載子生命期(載子壽命)。利用該性質，基於自對應資料提取之頻率F及相位延遲Δθ，並使用下述式：
LT=tanΔθ/(2πF)
算出載子生命期LT。
LT=tanΔθ/(2πF)
算出載子生命期LT。
最後，藉由控制器37，將對於複數個測定點算出之載子壽命之值繪製於圖像上而產生表示DUT10上之載子壽命之分佈之輸出圖像之資料(產生步驟)。繼而，基於該資料，將輸出圖像輸出至輸入輸出器件。藉由該輸出圖像，可非接觸地且以高動態範圍觀察DUT10上之微細之載子壽命分佈。例如，可容易地觀察載子壽命之不均。其結果，可容易地特定出DUT10上之電晶體等電路元件之異常部位。
於圖6之(a)圖，示出拍攝DUT10之測定對象區域之外觀所得之圖案圖像，於圖6之(b)圖，示出以(a)圖所示之測定對象區域為對象於載子壽命測定裝置1中輸出之載子壽命分佈之輸出圖像。如此一來，於輸出圖像中，以像素之濃淡表現載子壽命之分佈。
根據以上所說明之載子壽命測定裝置1及使用該載子壽命測定裝置之載子壽命測定方法，將計測光及以複數個頻率進行強度調變所得之刺激光照射至DUT10，檢測來自DUT10之反射光或透過光之強度，並基於其結果被輸出之檢測信號產生表示載子壽命之分佈之圖像資料。此時，檢測相對於包含對應於DUT10之計測對象區域之雜質濃度之頻率之調變信號的檢測信號之相位延遲，並基於該相位延遲測定載子壽命之分佈。藉此，即便在計測對象區域之雜質濃度發生各種變化之情形時，亦可精度良好地測定載子壽命之分佈。
又，於本實施形態之載子壽命測定方法之照射步驟中，照射具有較構成DUT10之半導體之帶隙能量高之能量之刺激光。藉此，藉由刺激光之照射，可於DUT10中有效率地產生載子，從而可精度更良好地測定載子壽命之分佈。
又，於載子壽命測定方法之照射步驟中，照射藉由矩形波進行強度調變所得之刺激光。於此情形時，可有效率地設定用以測定相位延遲之刺激光之強度調變之頻率。其結果，即便在雜質濃度發生各種變化之情形時，亦可有效率地測定載子壽命之分佈。
進而，於載子壽命測定方法中，預先特定出測定對象物中之包含不良部位之區域，而以該區域為對象進行計測。藉此，可預先縮小不良部位之範圍而有效率地測定該部位之載子壽命之分佈。其結果，DUT10之不良部位之解析變得容易。
又，於載子壽命測定方法之照射步驟中，重複照射以複數個既定頻率之每一者進行強度調變所得之刺激光，於輸出步驟中對應於每個刺激光輸出檢測信號。於此情形時，即便在雜質濃度於較大範圍內變化之情形時，亦可設定與此對應地產生相位延遲之刺激光之頻率。其結果，即便在雜質濃度於較大範圍內變化之情形時，亦可精度良好地測定載子壽命。
以上，對本發明之各種實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態，亦可於不變更各技術方案所記載之主旨之範圍內變化，或應用於其他者。
於上述實施形態中之載子壽命測定方法之產生步驟中，基於藉由在複數個調變頻率下計測反射光而獲得之對應資料，提取相位延遲接近特定值之頻率，藉此特定出於對應於測定點之雜質濃度之頻率下檢測出之相位延遲，但並不限定於此種方法。
即，亦可於產生步驟中，基於與預先經由輸入輸出器件等輸入至控制器37之測定對象區域相關之雜質濃度資訊，自對應資料，提取於對應於該資訊所表示之雜質濃度之頻率下檢測出之相位延遲。此時，控制器37亦可控制網路分析器35，以僅於對應於雜質濃度之頻率下檢測及輸出相位延遲之方式進行控制。繼而，亦可基於對應於雜質濃度之頻率及所提取之相位延遲，算出載子壽命。
藉由此種構成，可適當地設定為了算出載子壽命而檢測之相位延遲之頻率。其結果，可有效率地測定載子壽命之分佈。
上述實施形態之光照射/導光系統5構成為可朝向控制系統7導引來自DUT10之反射光，亦可構成為可朝向控制系統7導引藉由計測光透過DUT10而產生之透過光。於此情形時，基於藉由在控制系統7中檢測透過光而產生之檢測信號測定載子壽命。
上述實施形態之光照射/導光系統5亦可具備光纖耦合器，或具備複數個纖芯之光纖代替分光鏡13，作為用以將計測光與刺激光合成之要素。
於上述實施形態之光照射/導光系統5中，亦可將偏光分束鏡15配置於分光鏡13與光源9a之間。於此情形時，分光鏡13具有光學濾光片25之作用。
於上述實施形態之光照射/導光系統5中，構成為於計測光與刺激光之間使光軸及焦點一致，但只要DUT10之測定點之刺激光之光點包含計測光之光點則焦點亦可並非一致。又，於使用複數個纖芯之光纖之情形等時，亦可於計測光與刺激光之間將光軸設定為偏移。
又，於上述實施形態中，只要光檢測器29構成為僅對計測光具有感度，則亦可省略光學濾光片25。
又，於上述實施形態中，使用藉由矩形波進行強度調變所得之刺激光進行計測，亦可使用藉由正弦波等其他波形之信號進行強度調變所得之對應於複數個頻率之每一者之複數個刺激光。
於上述實施形態中，較佳亦為，於照射步驟中，照射藉由矩形波進行強度調變所得之刺激光。又，較佳亦為，調變部藉由矩形波對刺激光進行強度調變。於此情形時，可有效率地設定用以測定相位延遲之刺激光之強度調變之頻率。其結果，即便在雜質濃度發生各種變化之情形時，亦可有效率地測定載子壽命之分佈。
又，較佳亦為，於照射步驟中，照射以複數個既定頻率之每一者進行強度調變所得之刺激光，且於輸出步驟中，對應於每個刺激光而輸出檢測信號。又，較佳亦為，第2光源產生藉由調變部以複數個既定頻率之每一者進行強度調變所得之刺激光，且光檢測器對應於每個刺激光輸出檢測信號。於此情形時，即便在雜質濃度於較大範圍內變化之情形時，亦可設定與此對應地產生相位延遲之刺激光之頻率。其結果，即便在雜質濃度於較大範圍內變化之情形時，亦可精度良好地測定載子壽命。
進而，較佳亦為，進而具備預先特定出測定對象物中之包含不良部位之區域之特定步驟，於照射步驟中，朝向區域照射反射光及刺激光，且於輸出步驟中，以區域為對象輸出檢測信號。藉此，可預先縮小不良部位之範圍而有效率地測定該部位之載子壽命之分佈。其結果，測定對象物之不良部位之解析變得容易。
又，進而，較佳亦為，於產生步驟中，檢測相對於如下調變信號之相位延遲，該調變信號包含對應於預先輸入之雜質濃度資訊之頻率。又，進而，較佳亦為，解析部檢測相對於如下調變信號之相位延遲，該調變信號包含對應於預先輸入之雜質濃度資訊之頻率。若採用該構成，則可簡易地設定為了算出載子壽命而檢測之相位延遲之頻率。其結果，可有效率地測定載子壽命之分佈。
又，較佳為，於照射步驟中，照射具有較測定對象物之帶隙能量高之能量之刺激光。於上述另一形態中，較佳為，第2光源產生具有較測定對象物之帶隙能量高之能量之刺激光。於此情形時，藉由刺激光之照射，可於測定對象物中有效率地產生載子，從而可精度更良好地測定載子壽命之分佈。
[產業上之可利用性]
[產業上之可利用性]
實施形態係將計測測定對象物中之載子壽命之載子壽命測定方法及載子壽命測定裝置作為使用用途而可精度良好地對測定對象物中之載子壽命進行測定者。
1‧‧‧載子壽命測定裝置
3‧‧‧載台
5‧‧‧光照射/導光系統(光學系統)
7‧‧‧控制系統
9a‧‧‧光源(第1光源)
9b‧‧‧光源(第2光源)
10‧‧‧DUT
11a‧‧‧準直器
11b‧‧‧準直器
13‧‧‧分光鏡
15‧‧‧偏光分束鏡
17‧‧‧1/4波長板
19‧‧‧檢流計鏡
21‧‧‧光瞳投影透鏡
23‧‧‧物鏡
25‧‧‧光學濾光片
27‧‧‧準直器
29‧‧‧光檢測器
31‧‧‧放大器
33‧‧‧調變信號源(調變部)
35‧‧‧網路分析器(解析部)
37‧‧‧控制器(解析部)
39‧‧‧雷射掃描控制器
41‧‧‧調變控制部
43‧‧‧移動控制部
45‧‧‧掃描控制部
47‧‧‧載子壽命算出部
49‧‧‧輸出部
L1‧‧‧合成光
圖1係實施形態之載子壽命測定裝置1之概略構成圖。
圖2係表示圖1之控制器37之功能構成之方塊圖。
圖3係自相對於計測光及刺激光之光軸垂直之方向觀察DUT10中之計測光及刺激光之照射狀態所得的圖。
圖4係自相對於計測光及刺激光之光軸垂直之方向觀察DUT10中之計測光及刺激光之照射狀態所得的圖。
圖5(a)~(d)係表示藉由載子壽命測定裝置1產生之刺激光及檢測信號之時間變化之波形的圖。
圖6(a)係表示拍攝DUT10之測定對象區域之外觀所得之圖案圖像的圖，(b)係表示以(a)所示之測定對象區域為對象於載子壽命測定裝置1中輸出之載子壽命分佈之輸出圖像的圖。
Claims (12)
- 一種載子壽命測定方法，其係計測測定對象物中之載子壽命者，其具備： 照射步驟，其係朝向上述測定對象物，照射計測光、及以複數個頻率進行強度調變所得之刺激光； 輸出步驟，其係檢測來自上述測定對象物之反射光或透過光之強度並輸出檢測信號；及 產生步驟，其係檢測相對於包含上述複數個頻率中之對應於計測對象區域之雜質濃度之頻率之調變信號的上述檢測信號之相位延遲，並基於上述相位延遲，產生表示上述測定對象物中之載子壽命之分佈之圖像資料。
- 如請求項1之載子壽命測定方法，其中於上述照射步驟中，照射藉由矩形波進行強度調變所得之上述刺激光。
- 如請求項1之載子壽命測定方法，其中於上述照射步驟中，照射以複數個既定頻率之每一者進行強度調變所得之上述刺激光，且 於上述輸出步驟中，輸出對應於每個上述刺激光之上述檢測信號。
- 如請求項1至3中任一項之載子壽命測定方法，其進而具備預先特定出上述測定對象物中之包含不良部位之區域之特定步驟， 於上述照射步驟中，朝向上述區域照射上述反射光及上述刺激光，且 於上述輸出步驟中，以上述區域為對象輸出上述檢測信號。
- 如請求項1至4中任一項之載子壽命測定方法，其中於上述產生步驟中，檢測相對於包含對應於預先輸入之雜質濃度資訊之頻率之調變信號的上述相位延遲。
- 如請求項1至5中任一項之載子壽命測定方法，其中於上述照射步驟中，照射具有較上述測定對象物之帶隙能量高之能量之刺激光。
- 如請求項1至6中任一項之載子壽命測定方法，其中上述測定對象物為半導體器件。
- 一種載子壽命測定裝置，其係計測測定對象物之載子壽命者，其具備： 第1光源，其產生計測光； 第2光源，其產生刺激光； 調變部，其以複數個頻率對上述刺激光進行強度調變； 光檢測器，其檢測來自上述測定對象物之反射光或透過光之強度並輸出檢測信號； 光學系統，其將上述計測光及經強度調變之上述刺激光朝向上述測定對象物導引，並將來自上述測定對象物之反射光或透過光朝向上述光檢測器導引；及 解析部，其檢測相對於包含上述複數個頻率中之對應於計測對象區域之雜質濃度之頻率之調變信號的上述檢測信號之相位延遲，並基於上述相位延遲，產生表示上述測定對象物中之載子壽命之分佈之圖像資料。
- 如請求項8之載子壽命測定裝置，其中上述調變部藉由矩形波對上述刺激光進行強度調變。
- 如請求項8之載子壽命測定裝置，其中上述第2光源產生藉由上述調變部以複數個既定頻率之每一者進行強度調變所得之上述刺激光，且 上述光檢測器對應於每個上述刺激光輸出上述檢測信號。
- 如請求項8至10中任一項之載子壽命測定裝置，其中上述解析部檢測相對於包含對應於預先輸入之雜質濃度資訊之頻率之調變信號的上述相位延遲。
- 如請求項8至11中任一項之載子壽命測定裝置，其中上述第2光源照射具有較上述測定對象物之帶隙能量高之能量之刺激光。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018025799A JP7000198B2 (ja) | 2018-02-16 | 2018-02-16 | キャリア寿命測定方法及びキャリア寿命測定装置 |
| JP2018-025799 | 2018-02-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201944055A true TW201944055A (zh) | 2019-11-16 |
| TWI797254B TWI797254B (zh) | 2023-04-01 |
Family
ID=67618623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW108104914A TWI797254B (zh) | 2018-02-16 | 2019-02-14 | 載子壽命測定方法及載子壽命測定裝置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11415525B2 (zh) |
| EP (1) | EP3754693A4 (zh) |
| JP (1) | JP7000198B2 (zh) |
| KR (1) | KR102530265B1 (zh) |
| CN (1) | CN111712908B (zh) |
| TW (1) | TWI797254B (zh) |
| WO (1) | WO2019159595A1 (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AR116125A1 (es) * | 2018-12-17 | 2021-04-07 | Consejo Nacional De Investigaciones Cientificas Y Tecn Conicet | Mamógrafo óptico que utiliza infrarrojo cercano en geometría de reflectancia difusa |
| CN110470965B (zh) * | 2019-07-09 | 2020-07-28 | 同济大学 | 一种半导体表面态载流子寿命测试方法 |
| CN111505474B (zh) * | 2020-04-24 | 2021-11-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Co2激光放大器的上能级寿命测试装置及方法 |
| KR102704988B1 (ko) * | 2022-02-07 | 2024-09-06 | 한국에너지기술연구원 | 캐리어 수명 측정 장치 및 방법 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW273042B (zh) | 1992-10-19 | 1996-03-21 | Mex Kk | |
| JP3492482B2 (ja) * | 1996-10-22 | 2004-02-03 | 株式会社神戸製鋼所 | 少数キャリアのライフタイム測定装置 |
| JP2004311580A (ja) | 2003-04-03 | 2004-11-04 | Toshiba Corp | 半導体評価装置及び半導体評価方法 |
| WO2007050570A2 (en) | 2005-10-27 | 2007-05-03 | Xitronix Corporation | Method of photo-reflectance characterization of strain and active dopant in semiconductor structures |
| JP5308395B2 (ja) * | 2010-04-28 | 2013-10-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 半導体キャリア寿命測定装置および該方法 |
| RU2444085C1 (ru) * | 2010-11-29 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Западный государственный заочный технический университет" (ГОУВПО "СЗТУ") | Устройство для бесконтактного измерения времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках (варианты) |
| US9029801B2 (en) | 2011-02-15 | 2015-05-12 | Ysystems, Ltd. | Apparatus and method for measuring a luminescent decay |
| US8604447B2 (en) * | 2011-07-27 | 2013-12-10 | Kla-Tencor Corporation | Solar metrology methods and apparatus |
| WO2013161860A1 (ja) | 2012-04-24 | 2013-10-31 | 国立大学法人岡山大学 | 半導体非破壊検査装置及び半導体非破壊検査方法 |
| JP6219559B2 (ja) * | 2012-09-07 | 2017-10-25 | 株式会社神戸製鋼所 | 半導体キャリア寿命測定装置および該方法 |
| JP6107849B2 (ja) | 2015-02-24 | 2017-04-05 | 横河電機株式会社 | 光電変換素子評価装置 |
| JP2017212329A (ja) * | 2016-05-25 | 2017-11-30 | 京セラ株式会社 | キャリアライフタイム測定装置およびキャリアライフタイムの測定方法 |
-
2018
- 2018-02-16 JP JP2018025799A patent/JP7000198B2/ja active Active
-
2019
- 2019-01-17 US US16/969,210 patent/US11415525B2/en active Active
- 2019-01-17 CN CN201980013234.0A patent/CN111712908B/zh active Active
- 2019-01-17 WO PCT/JP2019/001341 patent/WO2019159595A1/ja unknown
- 2019-01-17 KR KR1020207016640A patent/KR102530265B1/ko active IP Right Grant
- 2019-01-17 EP EP19754408.3A patent/EP3754693A4/en active Pending
- 2019-02-14 TW TW108104914A patent/TWI797254B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI797254B (zh) | 2023-04-01 |
| CN111712908B (zh) | 2023-04-18 |
| US20200408701A1 (en) | 2020-12-31 |
| EP3754693A4 (en) | 2021-11-17 |
| WO2019159595A1 (ja) | 2019-08-22 |
| EP3754693A1 (en) | 2020-12-23 |
| KR102530265B1 (ko) | 2023-05-09 |
| JP7000198B2 (ja) | 2022-01-19 |
| JP2019145553A (ja) | 2019-08-29 |
| US11415525B2 (en) | 2022-08-16 |
| KR20200121281A (ko) | 2020-10-23 |
| CN111712908A (zh) | 2020-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI797254B (zh) | 載子壽命測定方法及載子壽命測定裝置 | |
| US7898668B2 (en) | Terahertz spectrometer | |
| TWI801500B (zh) | 濃度測定方法及濃度測定裝置 | |
| JP6714500B2 (ja) | 光源装置及び検査装置 | |
| JP2008002815A (ja) | 波長変化パルス光発生装置およびこれを用いた光断層計測装置 | |
| US10591427B2 (en) | Analysis system and analysis method | |
| US10365324B2 (en) | Analysis system and analysis method | |
| CN112268860A (zh) | 一种双波长飞秒抽运探测热反射系统 | |
| CN112268861A (zh) | 一种双波长飞秒抽运探测热反射系统 | |
| KR102566737B1 (ko) | 광 계측 장치 | |
| CN114812850B (zh) | 一种基于飞秒激光对不透光物体的超快测温装置及方法 | |
| JP2016136153A (ja) | 集積回路検査装置 | |
| CN117848492A (zh) | 光电二极管激光功率探测方法及装置 | |
| Gordin et al. | A system for real-time analysis of capillary blood microcirculation based on the low-frequency processing of scattered-laser-beam speckle structures |