TWI489572B - Carrier lifetime of the semiconductor device and the method of measurement - Google Patents

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TWI489572B
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Yoshito Fukumoto
Naokazu Sakoda
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Description

半導體載子壽命測定裝置及該方法
本發明是有關一種測定半導體的載子壽命的半導體載子壽命測定裝置及半導體載子壽命測定方法。
根據近年電子的發展，半導體製品被靈活應用在各個領域。半導體製品一般是以半導體晶圓製造，因此半導體晶圓的品質管理對半導體製品的高性能化而言很重要。作為評估半導體晶圓品質的指標之一，則有半導體之載子的壽命(life time)。尤其近年作為純淨的能源以太陽能電池(PV)深受注目。在該太陽能電池中，因光照射而產生的載子(電子與電洞(hole))不會在途中再結合而到達電極，為了達成較高的光電轉換效率乃極為重要。因此即便是PV用半導體晶圓也需要評估載子壽命。藉由該載子壽命的評估，在製造工序中揀選未達到所要求之規格(spec)的PV用半導體晶圓，藉此使太陽能電池的良品率提升，其結果也能達成低成本化。
作為測定該載子壽命的方法之一，已知有微波光導電衰減方法(μ-PCD法)。該微波光導電衰減方法是藉由於測定對象的半導體(半導體試料、被測定試料)照射光線而產生過剩載子，將該過剩載子以依上述半導體試料的物性所決定的載子壽命予以再結合而消滅的過程，藉由微波的反射率的時間變化或透射率的時間變化來進行檢測的方法。過剩載子的生成會使半導體的導電率增加，因此被照射到藉由光激勵而生成過剩載子的半導體的部位(部分、領域)的微波，是該反射率或透射率對應於過剩載子的密度而變化。該微波光導電衰減方法是利用此現象，藉此來測定載子壽命的方法。
半導體晶圓的表面一般存在結晶性不整，藉此而產生載子在半導體表面予以再結合的所謂表面再結合。因此，在載子壽命的測定結果中，不僅因半導體晶圓內部的再結合所致的載子壽命(塊狀(bulk)的載子壽命)，也包括因該表面再結合所致的載子壽命(表面的載子壽命)。塊狀的載子壽命對上述半導體晶圓的品質管理很重要，因表面再結合所致的載子壽命會形成測定誤差。因此，通常半導體試料會於測定前被熱處理，於半導體試料表面形成有氧化膜，藉此使上述表面再結合的發生受到抑制，或者半導體試料於測定前例如浸漬在含有碘的溶液，藉此使得造成表面再結合之原因的所謂懸鍵(dangling-bond)等被鈍化(passivation)等。此種事前的前處理費事、費時，又因熱處理而使半導體晶圓產生性能劣化和因藥液的浸漬而使半導體晶圓遭受污染。因此一直希望有更簡易的方法來測定半導體晶圓之塊狀的載子壽命，例如有揭示於日本專利文獻1至專利文獻3的技術和揭示於非專利文獻1的技術。
揭示於該專利文獻1的擔體壽命測定方法，是在熱平衡狀態的半導體基板的表面附近藉由光激發而注入過剩載子，將過剩載子濃度的衰減過程掌握為電導的變化而檢測微波的反射暈的時間性變化來進行測定的藉由光激發法的擔體壽命測定方法，其在擔體壽命測定之前，在半導體基板的表面設置絕緣膜，且使其上面形成電荷層，在設置於上述半導體基板的絕緣膜表面堆積正或負的電荷而形成上述電荷層時，利用電暈放電。
在揭示於該專利文獻1的擔體壽命測定方法，藉由上述絕緣層之下的電暈放電所生成的電荷層，由於易放電，因此在半導體載子的壽命測定中發生表面再結合，此結果更增添精度良好的測定半導體載子之壽命的難度。
因此，揭示於專利獻2的半導體載子的壽命測定裝置，是一種當對著半導體照射脈衝光時，測定照射到半導體的所定測定波的反射或者透射波的變化，藉此來測定上述半導體的載子之壽命的半導體載子之壽命測定裝置，其具備：將上述測定波導入到上述半導體表面的導波管、及設置在上述導波管之接近上述半導體的部分或是其近傍，且至少在上述測定波的反射波或透射波的變化的測定中，施加所定電壓進行電暈放電的第1電極。
又，在揭示於非專利文獻1的壽命測定方法中，是以波長不同、穿透長不同的至少兩種類的脈衝光照射到半導體，藉此在半導體內生成光激發載子，然後，檢測出光激發載子予以再結合所減少的反射波或透射波的時間性的相對變化及其差。若依揭示於該非專利文獻1的壽命測定方法，無關於晶圓表面的表面再結合速度，都能解析性地分離在表面的載子消失與在塊狀的載子消失，此結果能抽出塊狀的載子壽命，該內容已揭示於非專利文獻1。
可是，揭示於上述專利文獻2的半導體載子的測定裝置，雖具有不必進行加熱氧化膜形成等事前的前處理工序和在測定中維持半導體的測定波照射部分的帶電狀態等的優點，但如果因測定中的放電而使帶電狀態變化的話，就會發生測定誤差。又，因此需要用以使帶電狀態穩定的時間，且為了在製造工序中，亦即在製造生產線上測定載子壽命來選擇半導體晶圓，揭示於上述專利文獻2的半導體載子的測定裝置並不適合。為了這些，揭示於上述專利文獻2的半導體載子的測定裝置就有改良的空間。
又，在表面再結合速度為S、擴散係數為D的情形下，由揭示於上述非專利文獻1之壽命測定方法的測定結果所得到的值為S/D，揭示於該非專利文獻1之壽命測定方法，是假設為D=30cm2 /s，依此求出表面再結合速度S，並且求出載子壽命。可是，在電子及電洞的載子濃度分別為n及p，電子及電洞的擴散係數分別為Dn及Dp的情形下，實際的擴散係數是以(n+p)/(n/Dp+p/Dn)所獲得，且依存於載子濃度和傳導型，並非為常數。又，像是在事前不實施前處理的情形等，在表面再結合速度S比較大的情形下，所測定到(觀察到的)的載子壽命，比塊狀的載子壽命小，且其變化也變小，測定誤差變大。
一方面，揭示於專利文獻3的半導體晶圓特性的測定方法，是將光線或電子線照射到半導體晶圓之一方的面及/或另一方的面，依據因該光線或電子線的照射而瞬間性地被激發的過剩載子的載子激發條件不同所得的至少兩種類之不同的空間分佈來檢測半導體晶圓的導電率時間變化，藉此各自分離出半導體晶圓之一方的面的表面再結合速度、另一方的面的表面再結合速度以及塊狀壽命來測定的方法。
在揭示於此類的專利文獻3及非專利文獻1的方法中，是利用因互異的條件所得到的各測定結果之間的差，藉此來測定載子壽命的方法。因此，上述各測定結果間之差小的情形下，上述各測定結果間之差的有效位數少，此結果造成難以良好的精度的來測定載子壽命。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平第07-240450號公報
[專利文獻2]日本特開第2004-006756號公報
[專利文獻3]日本特開昭第57-054338號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]J. Appl. Phys. Vol. 69,(9),6495(1991)
 [發明概要]
本發明是有鑑於上述情形所成的發明，其目的在於提供一種能以更佳的精度來測定載子壽命的半導體載子壽命測定裝置及半導體載子壽命測定方法。
關於本發明的半導體載子壽命測定裝置及半導體載子壽命測定方法，是波長互異的至少兩種類的光線，照射在測定對象的半導體，且於上述測定對象的半導體照射所定測定波，將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測，依據此檢測結果使得誤差變小的方式，求出上述測定對象的半導體的載子壽命。因而，此種構成的半導體載子壽命測定裝置及半導體載子壽命測定方法，能以更佳的精度來測定載子壽命。
上述和其他本發明的目的、特徵及優點，由以下的詳細記載與所附圖面能獲致更清楚的了解。
 [用以實施發明之形態]
以下依據圖面來說明有關本發明之實施的一個形態。再者，於各圖中附上相同符號的構成，是表示同一個構成，為了方便省略該說明。又，於本說明書中，總稱時是以省略加字的參考符號表示，指示個別構成時是以附上加字的參考符號表示。
(第1實施形態)
首先，針對有關本實施形態的載子壽命測定裝置的測定原理予以說明。第1圖是針對兩個波長互異的各光線所示的測定波的反射波的相對輸出的時間變化的表面再結合依存性的圖。第1圖的橫軸是以各光線照射結束的時點為原點的μs(微秒)單位所表示的經過時間，其縱軸是相對輸出(測定波的反射波相對強度)。於第1圖是針對波長904nm的紅外光(粗線)及波長349nm的紫外光(細線)的各個，並針對表面再結合速度S為20(實線)、100(虛線)、1000(一點鏈線)以及10000(兩點鏈線)的各情形，分別表示測定波的反射波的相對輸出的時間變化。在此，δ是以後述的式4所定義。第2圖是表示兩個波長互異的各光線的測定波的反射波的相對輸出差的時間變化的圖。第2圖的橫軸是與第1圖的橫軸相同，其縱軸是各光線的測定波的反射波的相對輸出差δ。針對表面再結合速度S為20(實線)、100(虛線)、1000(一點鏈線)以及10000(兩點鏈線)的各情形，表示兩個波長互異的各光線的測定波的反射波的相對輸出差的時間變化。
在微波光導電衰減方法中，測定波的反射波的強度(相對輸出)，是因光照射結束，且因過剩載子的減少，如第1圖所示，隨著時間經過而逐漸減少。而且，其外形如第1圖所示，依存於照射在測定對象的半導體之光線的波長，甚至依存於表面再結合速度S。尤其在表面再結合速度S為1000和10000的情形下，會與各光線的情形一起產生比較大的變化。
針對此種測定結果，在微波光導電衰減法的測定所實際觀測到的載子壽命為τ1，塊狀的載子壽命為τb，擴散係數為D的情形下，式1成立。
1/τ1=1/τb+α2 ×D　‧‧‧(1)
在此，α是作為加上定義α的特性方程式2之最低次的解所獲得。再者，d是光線所照射的領域的半導體的厚度。
(α×D/S)=cot(α×d/2)　‧‧‧(2)
因此表面再結合速度狀態在不同的情形下，在第1表面再結合速度狀態中，以測定所實際觀測到的載子壽命為τ11，此時的α為α1，在與該第1表面再結合速度狀態不同的第2表面再結合速度狀態，以測定所實際觀測到載子壽命為τ12，此時的α為α2的情形下，式1a、式1b成立。
1/τ11=1/τb+α12 ×D　‧‧‧(1a)
1/τ12=1/τb+α22 ×D　‧‧‧(1b)
因而，自該兩個式1a、1b消去擴散係數D，藉此得到式3，且未依存於擴散係數D，求出塊狀的載子壽命τb。
τb=(α12 -α22 )/(α12 /τ12-α22 /τ11)　‧‧‧(3)
依據此種測定原理，有關本實施形態的載子壽命測定裝置，能求出τ11、τ12、α1及α2，還可求出塊狀的載子壽命τb。
在此，上述τ11、τ12是以測定所實際觀測到的值，另一方面，該些α1及α2是根據式2所得到的值。若根據式2，因為可以測定半導體的厚度d，所以藉由求出D/S而求出α1及α2。可是，該D/S的倒數S/D是與各光線的測定波的反射波的時間性的相對變化之差δ呈相關關係的值，且能依據該時間性的相對變化之差δ而求出S/D。再者，其詳細是應用式4等而如後述地，藉由2波長的激發測定，評估S/D。而且，該時間性的相對變化之差δ是如第2圖所示，依存在表面再結合速度，但會隨著時間經過而成為略一定值。因而，藉由求出該時間性的相對變化之差δ，也能求出該些α1及α2。
又，在半導體的評估中，除了塊狀之載子壽命τb以外，表示在表面的載子壽命的表面再結合速度S的評估也很重要。該S能以對(S/D)乘上D而求出。
以下，更具體性地針對有關本實施形態的載子壽命測定裝置予以說明。第3圖是表示第1實施形態的半導體載子壽命測定裝置之構成的圖。第3圖(A)是表示全體構成的圖，第3圖(B)是表示導波管天線前端部的部分放大圖。
本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1，是例如如第3圖(A)所示，具備：光照射部1、測定波輸出入部2、檢測部3、演算控制部4、放電部5所構成。
光照射部1是為了讓測定對象的例如矽晶圓等的半導體晶圓(被測定試料)X穿透長互異，且為了使放射波長互異的至少兩種類的光線的裝置。在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1中，光照射部1是如第3圖(A)所示，構成用來放射兩種波長互異的光線，更具體是具備：隨著演算控制部4的控制使第1波長的第1光線發光的第1光源部11-1、將從第1光源部11-1射出的第1光線射向被測定試料X並使其光路彎曲約90度的第1反射鏡12-1、隨著演算控制部4的控制將從第2光源部11-2射出的第2光線射向被測定試料X並使其光路彎曲約90度的第2反射鏡12-2所構成。
第1及第2光源部11-1、11-2，例如也可以是具備燈與波長濾波器的光源裝置等，但是在本實施形態中是具備：使得可獲得較大之輸出的雷射光發光的雷射光源裝置所構成。第1光線與第2光線是單色光，為了產生更大的穿透長差(更寬的間隔的穿透長差)，其波長差更大(更寬的間隔)為佳，例如：第1光源部11-1是使紅外線領域的所定波長的雷射光，亦即紅外線雷射光發光的裝置，第2光源部11-2是使紫外線領域的所定波長的雷射光，亦即紫外線雷射光發光的裝置。再者，第2光源部11-2也可以是使得可視光領域的所定波長的雷射光，亦即可視光雷射光發光的裝置。第1及第2光源部11-1、11-2的各波長，是例如配合被測定試料X的種類而適當地選擇。例如在被測定試料X為矽晶圓的情形下，除了上述觀點，由光激發的效率化和光源11的低成本化的觀點來看，以第1及第2光源部11-1、11-2的各波長為904nm和349nm的組合，或是904nm與523nm的組合為佳。因為第1及第2光線是將光照射到被測定試料，藉此使被測定試料產生光激發的載子(電子與電洞(hole))，半導體載子壽命測定裝置A1是測定該產生的載子之壽命(載子壽命)的裝置，所以第1及第2光線是由照亮狀態以步進(step)狀移行至熄滅狀態為佳，在本實施形態中是例如脈衝光，更具體是脈衝雷射光。
第1及第2反射鏡12-1、12-2是構成使第2反射鏡12-2透射第1光線，且配置成藉由第1反射鏡12-1使光路彎曲的第1光線，經由第2反射鏡12-2到達被測定試料，但本實施形態是例如配置成藉由第1反射鏡12-1使光路彎曲的第1光線的第1光路與藉由第2反射鏡12-2使得光路彎曲的第2光線的第2光路，以被測定試料X的光照射面(光照射領域)予以交叉成V字形。
測定波輸出入部2是用於將所定測定波入射到被測定試料X的光照射面，並且射出以被測定試料X受到所定相互作用的測定波的裝置，相當於測定波照射部之一例。在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1，測定波輸出入部2是如第3圖(A)所示，具備：測定波生成部21、導波管天線22、E-H調階器23、導波管24、循環器25所構成。
測定波生成部21是隨著演算控制部4的控制而生成上述所定測定波的裝置。在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1中，為了以測定波的強度變化取出在載子的生成消滅過程所產生的半導體的導電率變化，因此，雖然上述所定測定波亦可為電磁波，但本實施形態是微波，測定波生成部21是具備生成微波的微波振盪器所構成。測定波生成部21是連接到循環器25(circulator)的一個端子，從測定波生成部21放射出的測定波是入射到循環器25。
循環器25是具有三個以上的端子(port)，非可逆性的將一個端子的輸入循環性地輸出到另一個端子，本實施形態是具備三個第1～第3端子，將入射到第1端子的測定波射出到第2端子，將入射到第2端子的測定波射出到第3端子的光學元件。循環器25的第1端子是連接到測定生成部21，該第2端子是連接到導波管24，而且該第3端子是連接到測定波檢測部31。
導波管24是形成傳導測定波之傳播路的構件，在其一方端部連接有循環器25的第2端子，在其另一方端部連接有導波管天線22。因為在本實施形態中，測定波是微波，所以導波管24是微波導波管。
導波管天線22是將在導波管24傳播而來的測定波放射到被測定試料，而且受信受到與被測定試料相互作用的測定波，導入到導波管24的天線。導波管天線22是沿著被測定試料的法線方向而配設，一方端部是連接到導波管24，在另一方端部具備開口部22a。該開口部22a是為了將測定波放射到被測定試料，而且將受到與被測定試料相互作用的測定波予以受信的開口。而且，在導波管天線22的一方端部是具備：為了將從光照射部1被放射的第1及第2光線引導到導波管天線22內的開口部22b。因為在本實施形態中，測定波是微波，所以導波管天線22是微波天線。
E-H調階器23是介設在循環器25與導波管天線22之間的導波管24，且可將以被測定試料受到相互作用的測定波以測定波檢測部31更良好地予以檢測的方式，來調整測定波的磁場與電場的裝置。
檢測部3是檢測以被測定試料受到相互作用的測定波的裝置，例如具備檢測受到在被測定試料X相互作用的測定波的強度的測定波檢測部31所構成。因為在本實施形態中，測定波是微波，所以測定波檢測部31是具備微波檢測器所構成。
演算控制部4是管理半導體載子壽命測定裝置A1之全體控制的裝置，例如具備：配備巨處理器(macroprocessor)和記憶體等的微電腦所構成。而且，演算控制部4是具備依據在以測定波檢測部31所檢測的被測定試料X受到相互作用的測定波的強度來演算載子壽命的演算部41。該演算部41是例如依據以測定波檢測部31所檢測出的測定波的反射波(反射測定波)的強度，來實行演算載子壽命的載子壽命演算程式，藉此機能性地具備：第1狀態演算部411、第2狀態演算部412、壽命演算部413、擴散係數記憶部414、δ-S/D表格記憶部415。
第1狀態演算部411是在被測定試料X為第1表面再結合速度狀態的情形，求出藉由光照射部1使第1及第2光線照射到被測定試料X，而且藉由測定波輸出入部2使測定波照射到被測定試料X，並以檢測部3所檢測的測定波的反射波的時間性的相對變化的第1差。更具體性地是第1狀態演算部411在本實施形態中，是求出上述時間性的相對變化的第1差，依據該求出的第1差而求出在第1表面再結合速度狀態的S/D，並且依據在該求出的第1表面再結合速度狀態的S/D而求出擴散係數D。該求出的擴散係數D，為了於以下應用於測定同種類的被測定試料X的情形下，被記憶在擴散係數記憶部414。
第2狀態演算部412是求出在被測定試料X是與第1表面再結合速度狀態不同的第2表面再結合速度狀態的情形下，藉由光照射部1使第1及第2光線照射到被測定試料X，而且藉由測定波輸出入部2使測定波照射到被測定試料X，並以檢測部3所檢測的測定波的反射波的時間性的相對變化的第2差。更具體性地是第2狀態演算部412在本實施形態中，是求出上述時間性的相對變化的第2差，依據該求出的第2差而求出在第2表面再結合速度狀態的S/D，並且依據在該求出的第2表面再結合速度狀態的S/D以及以第1狀態演算部411所求出的擴散係數D，求出表面再結合速度S。
壽命演算部413是依據以第2狀態演算部412所求出的表面再結合速度S，而求出塊狀的載小壽命τb。
擴散係數記憶部414是記憶以第1狀態演算部412所求出的擴散係數D。
δ-S/D表格記憶部415是記憶δ-S/D表格。δ-S/D表格是表示δ值、S/D值的對應關係的所謂查找表(look up table)，例如因模擬等而事先求出製作。上述時間性的相對變化之差δ，是如式4所示，對於以測定波檢測部31所檢測的第2光線(短波長光線)的照射的反射測定波強度的第1光線(長波長光線)的照射的反射測定波強度的自然對數值。
δ=ln(第1光線(長波長光線)反射測定波強度)/(第2光線(短波長光線)反射測定波強度)‧‧‧(4)
放電部5是為了隨著演算控制部4的控制，使得被測定試料X的表面再結合速度由第1表面再結合速度狀態變化成第2表面再結合速度狀態的裝置，並且是為了便被測定試料X的表面成為至少兩種以上不同的表面再結合速度狀態的裝置，相當於表面再結合速度變更部之一例。放電部5在本實施形態中，是例如使其發生電暈放電，藉由測定波輸出入部2於測定波所照射的被測定試料X的測定波照射領域(光照射領域)授與該電暈放電的電暈放電發生裝置，相當於電暈授與部之一例。放電部5是例如如第3圖(A)所示，具備：於導波管天線22的開口部22a的附近施加高電壓，藉此進行電暈放電的第1電極的第1電暈線(corona wire)51、於面對測定波所照射的被測定試料X的測定波照射領域的被測定試料X的背面(背面領域)附近施加高壓電，藉此進行電暈放電的第2電極的第2電暈線52、為了將上述高電壓分別供給到第1及第2電暈線51、52，使其發生上述高電壓的電源部53、將第2電暈線52安裝於上述背面領域附近的安裝構件54所構成。
第1及第2電暈線51、52，是例如線徑0.1mm的鎢絲線等。於第3圖(B)中，導波管天線22是例如角型管，該開口部22a之面對面的兩個面的各個面的一部分是切口，在該切口的部分各自設有所定的絕緣體51a。而且，第1電暈線51是被安裝成跨越該些面對面的兩個上述絕緣體51a而橫斷上述開口部22a的中央(於第3圖(B)圖示僅為絕緣體51a之一方)。又，第1電暈線51是藉由連接線51b連接到電源部53，藉此使第1電暈線51與導波管天線22被絕緣。第2電暈線52也同樣地被絕緣而安裝於安裝構件54。又，為了在第1電暈線51與第2電暈線52之間配置被測定試料X，設有支撐被測定試料X之圖式省略的支撐構件。藉由像這樣所構成，於設置成接近被測定試料X的第1及第2電暈線51、52的電極，藉由電源部53而施加所定電壓所產生的電暈放電授與被測定試料X。
此種構成的半導體載子壽命測定裝置A1，是例如藉由依以下動作來測定半導體之塊狀的載子壽命τb。第4圖是表示第1實施形態的半導體載子壽命測定裝置的動作之一例的流程圖。第5圖是表示求出擴散係數時的半導體載子壽命測定裝置之動作的流程圖。第6圖是針對在解析例之兩個波長互異的各個光線所示的反射測定波的相對輸出的時間變化的圖。第6圖的橫軸是以微秒單位所表示的經過時間，其縱軸是相對輸出(測定波的反射波相對強度)。照射紅外線領域之波長的光線時的反射測定波的強度是以粗線(YA1(IR))表示，照射紫外線領域之波長的光線時的反射測定波的強度是以粗線(YA1(UR))表示。第7圖是表示在解析例的兩個波長互異的各光線的反射測定波的相對輸出差的時間變化的圖。第7圖的橫軸是與第6圖的橫軸相同，其縱軸是各光線的測定波的反射波的相對輸出差δ。第8圖是表示S/D=4000時的擴散係數與塊狀的載子壽命之關係的圖。第8圖的橫軸是以cm/s2 單位所表示的擴散係數D，其縱軸是以s(秒)單位所表示的塊狀之載子壽命τb。
於第4圖中，首先，欲測定的半導體晶圓的表面的污染和表面損傷等，是在事前例如藉由所謂的化學蝕刻(chemical etching)等而去除(洗淨處理)，獲得自然氧化膜的狀態(S11)。獲得該自然氧化膜的狀態是形成第1表面再結合速度狀態。而且，該洗淨處理後的半導體晶圓是作為被測定試料X被配置在上述支撐構件，且被設定於夾持在第1電暈線51與第2電暈線52之間的所定測定位置。
接著，求出被測定試料X為第1表面再結合速度狀態時的S/D，依據該求出的S/D而求出擴散係數D(S12)。
更具體是隨著演算控制部4的控制，藉由測定波輸出入部2使測定波被照射到被測定試料X的測定波照射領域(光照射領域)，且以被測定試料X所反射的測定波是以檢測部3所檢測，此檢測結果是從檢測部3被輸出到演算控制部4。又更具體是隨著演算控制部4的控制，使測定波生成部12生成測定波，該生成的測定波被入射到循環器25的第1端子。由第1端子所入射的測定波，是從循環器25的第2端子被射出，入射到導波管24，傳播到導波管24內。傳播到該導波管24內的測定波，是經由設置在途中的E-H調階器23來調整電場和磁場，為了照射被測定試料X的測定波照射領域，從導波管天線22的開口部22a向著上述測定波照射領域被放射。而且，以被測定試料X所反射的測定波(反射測定波)，是從導波管天線22的開口部22a被入射，且以導波管天線22所受信。該反射測定波是經由E-H調階器23而傳播到導波管24內，且被入射到循環器25的第2端子。從該第2端子被入射的反射測定波，是從循環器25的第3端子被射出，入射到檢測部3，且以檢測部3的測定波檢測部31檢測其強度。該檢測的反射測定波的強度，是從檢測部3的測定波檢測部31被輸出到演算控制部4的演算部41。
一方面，隨著演算控制部4的控制，藉由光照射部1將第1及第2光線以時間分割，被照射到被測定試料X的光照射領域(測定波照射領域)。又更具體是，首先，第1：隨著演算控制部4的控制，第1光源部11-1是射出脈衝雷射光的第1光線，該被射出的第1光線是以第1反射鏡12-1使光路屈曲，入射到導波管天線22的開口部22b，傳播到導波管天線22內，為了照射被測定試料X的光照射領域，從導波管天線22的開口部22a向著上述光照射領域被射出。又，接著，第2：隨著演算控制部4的控制，第2光源部11-2是射出脈衝雷射光的第2光線，該被射出的第2光線是以第2反射鏡12-2使光路屈曲，且被入射到導波管天線22的開口部22b，傳播到導波管天線22內，為了照射被測定試料X的光照射領域，從導波管天線22的開口部22a向著上述光照射領域被射出。再者，第1及第2光線的照射順序也可以與上述相反。
若藉此使第1光線照射到被測定試料X時，將測定波照射到被測定試料X，第1光線的反射測定波的強度變化會透過測定波檢測部31被取入到演算部41，並且若使第2光線照射到被測定試料X時，將測定波照射到被測定試料X，第2光線的反射測定波的強度變化會透過測定波檢測部31被取入到演算部41。通常如第5圖所示，測定波照射到被測定試料X(S21)，一面將測定波照射到被測定試料X、一面照射脈衝雷射光的第1光線(或第2光線)，藉此測定出脈衝雷射光的第1光線(或第2光線)之照射後(熄滅之後)的反射測定波的強度變化(S22)，並且一面將測定波照射到被測定試料X、一面照射脈衝雷射光的第2光線(或第1光線)，藉此測定出脈衝雷射光的第2光線(或第1光線)之照射後(熄滅之後)的反射測定波的強度變化(S23)。而且，第1及第2光線的波長互異，對於被測定試料X的該些穿透長也互異，此結果分別得到穿透長互異的第1及第2光線的照射的各反射測定波的強度。
例如如第6圖所示，反射測定波的強度是與時間的經過同時減少，不久載子就會形成熱平衡狀態而成為略一定。而且，在該反射測定波強度的減少過程，減少率(減少速度、每單位時間的減少量)是初期比較大，與時間的經過同時減小。又，第1光線的紅外線雷射光(IR)的反射測定波的時間性的強度變化，是小於第2光線的紫外線雷射光(UV)的反射測定波的時間性的強度變化。而且，如第7圖所示，各時刻的第1光線的紅外線雷射光(IR)的反射測定波的強度與第2光線的紫外線雷射光(UV)的反射測定波的強度之差δ，是與時間的經過同時減少，不久就成為略一定。再者，第6圖及第7圖是被測定試料X經氟酸洗淨之後的半導體晶圓之情形下的解析例，表面再結合速度S為9000cm/s，塊狀的載子壽命τb為79μs。
接著，演算部41的第1狀態演算部411是依據測定波檢測部31的輸出而求出δ值，求出該δ值是如上所述成為略一定的值，而且參照δ-S/D表格記憶部415的δ-S/D表格，藉此求出對應於該δ值成為略一定之值的S/D(S24)。
接著，演算部41的第1狀態演算部411，是於式2使用該求出的S/D，藉此求出第1表面再結合狀態的α1(S25)。
接著，演算部41的第1狀態演算部411，是以令式1變形的式5來評估對於被測定試料X的擴散係數的塊狀的載子壽命τb，藉此求出擴散係數D，且將該求出的擴散係數D記憶在擴散係數記憶部414(S26)。在該處理中，式5的α為α1。
τb=1/((1/τ1)-α2×D)　…(5)
塊狀的載子壽命τb是例如100μs，理想是如1000μs(=1ms)等，在比較大的值時，擴散係數D是成為與式5的峰值一致的值。
例如在S/D=4000、測定結果τ1=4μs時，若式5的塊狀的載子壽命τb，是將擴散係數D在包含峰值的所定範圍，例如在0至30的範圍作分配而計算的話，就會形成第8圖所示的圖表，式5的塊狀的載子壽命τb，是在一點具有峰值。在該峰值的值(第8圖的例子是約為15.6)是成為擴散係數D。
藉由此種的各處理而求出被測定試料X為第1表面再結合速度狀度時的S/D，且依據該求出的S/D而求出擴散係數D。
回到第4圖，接著，依據該求得的擴散係數D(第8圖的例子約為15.6)來進行被測定試料X的表面處理(S13)。該表面處理，舉例有：例如藉由電暈放電處理、氧化處理、將矽氮化物、非晶矽及氧化鋁膜予以成膜的鈍化處理等。在本實施形態中，因為能夠僅在需要測定的時間暫時性的進行表面處理，於測定後回到原來的性狀，所以作為被測定試料X的表面處理可採用電暈放電處理。更具體是隨著演算控制部4的控制，電源部53於第1及第2電暈線51、52施加極性互異的高電壓。藉此分別從第1及第2電暈線51、52於被測定試料X的兩主面授與電暈放電，完成表面處理。
接著，求出被測定試料X為第2表面再結合速度狀度時的S/D，依據該求出的S/D而求出表面再結合速度S(S14)。
更具體是一面藉由電源部53對第1及第2電暈線51、52施加高電壓、一面藉由與採用第5圖所上述的處理S21至處理S23之各處理同樣的處理，使第1光線的反射測定波的強度變化藉由測定波檢測部31被檢測，且第2光線的反射測定波的強度變化藉由測定波檢測部31被檢測，該些各反射測定波的強度變化被取入到演算部41。
接著，藉由與採用第5圖所上述的處理S24同樣的處理，使演算部41的第2狀態演算部412，依據測定波檢測部31的輸出而求出δ值，且求出該δ值是成為略一定的值，而且參照δ-S/D表格記憶部415的δ-S/D表格，藉此求出對應於該δ值是成為略一定之值的S/D。
接者，演算部41的第1狀態演算部412，是於該求出的S/D乘上以上述所求出的擴散係數D，藉此求出表面再結合速度S。
藉由此種的各處理而求出被測定試料X為第2表面再結合速度狀態時的S/D，依據該求出的S/D而求出表面再結合速度S。
接著，演算部41的壽命演算部413，是應用依據該求出的表面再結合速度S的式1及式2，藉此求出塊狀的載子壽命τb(S15)。
而且，半導體載子壽命測定裝置A1，是例如於顯示裝置和印刷裝置等之圖式省略的輸出裝置，輸出該求出的塊狀的載子壽命τb。
再者，在第2次以後的測定，也可以使用記憶在擴散係數記憶部414的擴散係數D，省略處理S11及處理S12，從處理S13開始測定。
像這樣，因為本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1，只要求得出在第1表面再結合速度狀態的反射測定波的時間性的相對變化的第1差與在第2表面再結合速度狀態的反射測定波的時間性的相對變化的第2差即可，所以可在製造生產線中測定載子壽命，而且不必實行如以往的事前的前處理，相較於以往能以更良好的精度來測定載子壽命。而且，像這樣因為只要求出第1差及第2差即可，所以不必假設測定對象的半導體的擴散係數的值，相較於以往能以更良好的精度來測定載子壽命。
一般在對半導體照射光線時，該光線(入射光)雖會穿透到上述半導體內，但該穿透長是依存在入射光的波長。在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1中，作為照射到被測定試料X的半導體的光線，可採用具有紅外線領域之波長的第1光線以及具有紫外線領域之波長的第2光線，或者具有紅外線領域之波長的第1光線及具有可視光領域之波長的第3光線。因此，因為該些各光線的波長差很大，所以該些的穿透長差也很大，其結果可使得包含在該些各光線的各個的反射測定波的表面再結合之影響的比例變得大不相同。因而，本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1，相較於以往能以更良好的精度來測定載子壽命。
又，在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1中，作為使得被測定試料X的表面再結合速度狀態由第1表面再結合速度狀態變化成第2表面再結合速度狀態的表面再結合速度狀態變更部之一例，具備於被測定試料X的測定波照射領域授與電暈放電的放電部5。因此，本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1，可藉由作為表面再結合速度狀態變更部之一例的放電部5，將被測定試料X的表面再結合速度狀態由該第1狀態變更成第2狀態，而且能藉由電暈放電來實現第2再結合速度狀態。又，藉由電暈放電來實現第2表面再結合速度狀態，因此結束電暈放電的授與，就能使得被測定試料X的物理化學性的性狀復原。
半導體晶圓，於使用前通常會經過除去該污染等之污染的洗淨處理，而形成在其表面生成有自然氧化膜的狀態。因為在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1中，因該洗淨處理而露出的自然氧化膜為第1表面再結合速度狀態，所以能與該洗淨處理共用實現第1表面再結合速度狀態的處理，就能削減工時。
以下，針對本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1的測定誤差予以檢討。
上述時間性的相對變化的差δ是求出S/D之比率，在擴散係數D為未知的狀態下，表面再結合速度S未決定，塊狀的載子壽命τb也未決定。尤其例如在化學蝕刻程度的洗淨處理，在未施以所謂表面處理的半導體晶圓，一般測定(觀測)到的表面再結合速度S約為10000cm/s，因此，塊狀的壽命τb是數微秒左右。因而在此情形下，即使擴散係數D被正確地求出，一次模式壽命τ的評估，要求0.01%的精度，現實上並不然。進而，預測即使是在半導體的相同晶錠(ingot)中，自此分割的每個晶圓，擴散係數D是不同的。
一方面，在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1中，藉由洗淨處理在自然氧化膜的狀態下測定被測定試料X，先求出擴散係數D，然後進行縮小表面再結合速度S的表面處理(電暈放電)，並且在該狀態下再度測定被測定試料X。此種測定的一次模式壽命τ的測定精度(偏離真值：%)，如表1至表3，例如欲以塊狀的壽命τb為10%左右的精度求出，只要一次模式壽命τ的測定精度是1%左右即可。再者，表1是一次模式壽命的測定精度為±10%的情形，表2是一次模式壽命的測定精度為±1%的情形，表3是一次模式壽命的測定精度為±0.1%的情形。
再者，在本述實施形態中，為了以更良好的精度來測定在為了發電照射光線之狀態的太陽能電池用半導體晶圓(PV用半導體晶圓)的實際特性，半導體載子壽命測定裝置A1，也可以如第3圖以虛線所示，又具備於被測定試料X照射發電用之光線的發電光照射部6所構成。發電光照射部6，是例如具備：隨著演算控制部4的控制來放射具有事先設定的所定分光分佈的發電用之光線(偏壓光)的第3光源部61、將以第3光源部61所放射的偏壓光向著被測定試料X的上述光照射領域(測定波照射領域)予以導光的例如光纖等的導光構件62所構成，以第3光源部61被放射的偏壓光是經由導光構件62被照射到被測定試料X的上述光照射領域。藉此作為被測定試料X的PV用半導體晶圓，是因發電用的光線而偏壓。上述所定分光分佈，是配合欲測定的PV用半導體晶圓的光激發載子等而適當地決定。從以更良好的精度來測定在太陽光的PV半導體晶圓的載子壽命的觀點來看，第3光源部61可以是照明模擬與太陽光相同的分光光譜及放射照度之光線的照明裝置。又，第3光源部61由上述觀點來看，相當於1SUN的光線為佳，具有擬似太陽光光譜的光線更理想。塊狀的載子壽命τb的測定，是一面藉由發電光照射部6將被測定試料X以偏壓光來照射、一面實行上述的各處理。又具備此種發電光照射部6，藉此半導體載子壽命測定裝置A1，就能以更良好的精度來測定在為了發電照射光線之狀態的PV用半導體晶圓的實際特性。而且，在PV用半導體晶圓為散亂於比電阻比較廣的範圍，而且評估實際的發電特性的情形下，像這樣為了使PV用半導體晶圓照射光，因此需要該光照射之狀態的擴散係數，雖然預估PV用半導體晶圓的擴散係數很困難，但是因為本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1，是如上述般地動作，所以相較於以往能以更良好的精度來測定塊狀的載子壽命τb。
又，雖然在上述實施形態中，檢測部3是檢測照射到被測定試料X的測定波的反射波，但也可以構成檢測照射到被測定試料X的測定波的透射波。例如在面對測定波所照射的被測定試料X的測定波照射領域的被測定試料的背面(背面領域)附近，以不干涉第2電暈線52的方式，設有將測定波的透射波予以導波的導波管，且以藉由該導波管將測定波的透射波傳導到檢測部3的測定波檢測部31，檢測出測定波的透射波的強度的方式，構成有檢測部3。藉由此種構成，半導體載子壽命測定裝置A1，也能藉由與測定測定波的反射波時相同的各處理，來測定塊狀的載子壽命τb。
以下針對別的實施形態予以說明。
(第2實施形態)
第9圖是表示第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置之構成的圖。第10圖是表示應用於第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置之幻(magic)T構成的立體圖。第11圖是表示有關第2實形態的半導體載子壽命測定裝置之光線照射的部分構成的圖。
第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2，是藉由所謂的微波光導電衰減法來測定半導體的載子壽命的裝置，為了對上述半導體之互異的第1及第2領域，生成過剩載子，照射波長互異的至少兩種類的光線，而且為了檢測上述過剩載子的消滅過程，例如照射微波等的測定波，直接生成藉此所得到的來自第1領域的測定波的反射波或其透射波與來自第2領域的測定波的反射波或其透射波的差(差測定波)，將該直接生成的上述差(差測定波)本身以檢測器利用其動態範圍(dynamic range)的全體來測定，依據該檢測結果求出上述半導體的載子壽命的裝置。
此種第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2，是例如如第9圖所示，具備：光照射部101(101A、101B)、測定波輸出入部102、檢測部103、演算控制部104所構成，又為了移動測定位置，具備移動部105。
光照射部101是為了在測定對象的例如矽晶圓等之半導體晶圓(被測定試料)X之互異的第1及第2領域，使穿透波長互異，用來照射波長互異的至少兩種類的光線的裝置。在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2中，光照射部101，是為了將第1波長的第1光線照射在被測定試料X的第1領域，而且將與上述第1波長不同的第2波長的第2光線照射在與被測定試料X的上述第1領域不同的第2領域，如第9圖所示，例如具備：第1光照射部101A、第2光照射部101B。
該些第1及第2領域，是規定藉由該半導體載子壽命測定裝置A2所測定的測定範圍，第1領域的中心位置(例如照射到第1領域的第1光線的光強度的重心位置)與第2領域的中心位置(例如照射到第2領域的第2光線的光強度的重心位置)之間的距離，是規定半導體載子壽命測定裝置A2的空間分解能。因而，雖然第1及第2領域是設定成互相鄰接，上述距離是因有關於半導體載子壽命測定裝置A2之空間分解能的樣式等而適當地設定的所定長度，但是為了將上述空間分解能形成高分解能，使第1及第2領域接近成愈短愈好。上述距離也受限於測定波輸出入部102之後述的第1導波管天線1024a及第2導波管天線1025a的尺寸，因此例如為數毫米。
第1光照射部101A是具備：隨著演算控制部104的控制使第1波長的第1光線發光的第1光源部1010A、將從第1光源部1010A射出的第1光線射向被測定試料X並使其光路彎曲約90度的第1反射鏡1012A、於第1反射鏡1012A反射的第1光線，在被測定試料X面上授與光照射徑及調整光強度分佈的透鏡作用的第1透鏡1013A所構成，以第1透鏡1013A受到透鏡作用的第1光線，如後述，通過第3導波管1024照射到被測定試料X的第1領域。
同樣地，第2光照射部101B是具備：隨著演算控制部104的控制使第2波長的第2光線發光的第2光源部1010B、將從第2光源部1010B射出的第2光線射向被測定試料X並使其光路彎曲約90度的第2反射鏡1012B、於以第2反射鏡1012B所反射的第2光線授與上述透鏡作用的第2透鏡1013B所構成，在第2透鏡1013B受到透鏡作用的第2光線，如後述，通過第4導波管1025照射到被測定試料X的第2領域。
第1及第2光源部1010A、1010B，也可以是例如具備燈與波長濾波器的光源裝置等，但是在本實施形態中是具備：使得可獲得較大之輸出的雷射光發光的例如半導體雷射和YAG雷射等的雷射光源裝置所構成。第1光線與第2光線是單色光，為了產生更大的穿透長差(以更寬廣的間隔的穿透長差)，其波長差更大(更寬廣的間隔)為佳，例如：第1光源部1010A是使紅外線領域的所定波長的雷射光，亦即紅外線雷射光(IR雷射光)發光的裝置，第2光源部1010B是使紫外線領域的所定波長的雷射光，亦即紫外線雷射光(UV雷射光)發光的裝置。再者，第1及第2光源部1010A、1010B中的任一方，也可以是使得可視光領域的所定波長的雷射光，亦即可視光雷射光發光的裝置。第1及第2光源部1010A、1010B的各波長，是例如配合被測定試料X的種類而適當地選擇。例如在被測定試料X為矽晶圓的情形下，除了上述觀點，由光激發的效率化和光源1010(1010A、1010B)的低成本化的觀點來看，第1及第2光源部1010A、1010B的各波長為904nm和349nm的組合，或是904nm和523nm的組合為佳。因為第1及第2光線是將照射到被測定試料X，藉此使被測定試料產生光激發的載子(電子與電洞(hole))，半導體載子壽命測定裝置A2是測定該產生的載子之壽命(載子壽命)的裝置，所以第1及第2光線是由照亮狀態以步進(step)狀移行至熄滅狀態為佳，在本實施形態中是例如脈衝光，更具體是脈衝雷射光。
而且在本實施形態中，半導體載子壽命測定裝置A2的光照射部101，為了將波長互異的至少兩種類的光線照射於上述被測定試料X的第1及第2領域的各個時所產生的初期的第1及第2過剩載子量形成互相相等，又於第1光照射部101A具備第1光強度調整器1011A，又於第2光照射部101B具備第2光強度調整器1011B。
第1光強度調整器1011A是例如具備衰減入射之光的光強度射出的光衰減器(attenuator)所構成，在第1光源部1010A至被測定試料X的第1領域面上的光路中，在第9圖所示的例子，是配置(介插)在第1光源部1010A與第1反射鏡1012A之間的光路中。同樣地，第2光強度調整器1011B，是例如具備光衰減器所構成，在第2光源部1012B至被測定試料X的第2領域面上的光路中，在第9圖所示的例子，是配置(介插)在第2光源部1012B與第2反射鏡1012B之間的光路中。
測定波輸出入部102，是將在被測定試料X的上述第1及第2領域的各個照射所定測定波，而且將上述第1領域所反射的上述測定波的第1反射波或透射上述第1領域的上述測定波的第1透射波與以上述第2領域所反射的上述測定波的第2反射波或透射上述第2領域的上述測定波的第2透射波的差的差測定波，藉由直接使用上述第1反射波或上述第1透射波，而且直接使用上述第2反射波或上述第2透射波所生成的裝置。像這樣在第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2，作為於被測定試料X的上述第1及第2領域的各領域照射所定測定波的測定波照射的功能、作為將以上述第1領域反射的上述測定波的第1反射波或透射上述第1領域的上述測定波的第1透射波與以上述第2領域反射的上述測定波的第2反射波或透射上述第2領域的上述測定波的第2透射波之差的差測定波，藉由直接使用上述第1反射波或上述第1透射波，而且直接使用上述第2反射波或上述第2透射波生成的差測定波生成部之功能，是作為測定波輸出入部102並構成一體實現。
此種測定波輸出入部102，是如第9圖所示，例如具備：測定波生成部1020、分歧部1021、第1～第5導波管1022～1026、分歧合成部1027。
測定波生成部1020，是隨著演算控制部104的控制而生成上述所定測定波的裝置。在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2中，為了以測定波的強度變化取出在載子的生成消滅過程所產生的半導體的導電率變化，因此，雖然上述所定測定波也可以是電磁波，但本實施形態是微波，測定波生成部1020是例如具備26GHz的甘恩二極體(Gunn diode)等所構成之具備生成微波的微波振盪器所構成。測定波生成部1020是連接在分歧部1021。
分歧部1021是將所入射的測定波分歧(分配)成兩股的裝置，例如具備10dB耦合器(coupler)等的方向結合器所構成。該方向性結合器是例如具有三個的第1～第3端子的導波管，入射到第1端子的微波是以一定的強度比分別從第3及第4端子被射出。分歧部1021是經由第1導波管1022被連接在分歧合成部1027，而且經由第2導波管1023被連接在檢測部103。
第1～第5導波管1022～1026是形成傳導測定波的傳播路的構件，因為在本實施形態中，測定波是微波，所以第1～第5導波管1022～1026是微波導波管。
分歧合成部1027是為了將測定波分別放射到被測定試料X的第1及第2領域，將經由第1導波管1022從分歧部1021入射的測定波(上述一方的測定波)分歧(分配)成兩股，而且將以被測定試料X的第1領域所反射的測定波的第1反射波或透射上述第1領域的上述透射波與以被測定試料X的第2領域所反射的上述測定波的第2反射波或透射上述第2領域的上述測定波的第2透射波之差的差測定波，藉由直接使用上述第1反射波或上述第1透射波，而且直接使用上述第2反射波或上述第2透射波所生成的裝置。在本實施形態中，為了以更少的零件數構成分歧合成部1027，本實施形態的分歧合成部1027是為了將測定波分別放射到被測定試料X的第1及第2領域，將經由第1導波管1022從分歧部1021被入射的測定波(上述一方的測定波)分歧(分配)成兩股，而且將以被測定試料X的第1領域所反射的測定波的第1反射波與以被測定試料X的第2領域所反射的上述測定波的第2反射波之差的差測定波，藉由直接使用上述第1反射波，而且直接使用上述第2反射波所生成的裝置。此種分歧合成部1027也可以是組合複數個分歧導波管所構成，但是在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2，是例如幻T型導波管1027。該幻T型導波管1027是例如如第10圖所示，具有四個第1～第4端子1027a～1027d的四個開口元件，將E面T分歧導波管與H面T分歧導波管加以組合的構造。入射到第2端子1027b的微波，是分別從第3及第4端子1027c、1027d以逆相被分配成等電力射出，而且相反地，入射到第3及第4端子1027c、1027d的各微波，是該些各微波間之差從第2端子1027b被射出，該些之和從第1端子1027a被射出。像這樣幻T型導波管1027，就能以微波的狀態(原來的微波)，生成各微波間之差的微波。於幻T型導波管1027的第1端子1027a，是連接有第1導波管1022，於第2端子1027b，是連接有第5導波管1026，於第3端子1027c，是連接有第3導波管1024，於第4端子1027d，是連接有第4導波管1025
第3導波管1024是為了將以分歧合成部1027所分歧之一方的測定波放射(發訊)到被測定試料X的第1領域，將上述一方之測定波予以導波，而且受到與被測定試料X相互作用的測定波，在本實施形態中，是將在被測定試料X的第1領域所反射的測定波的第1反射波予以受波(受信)，且將該受波的測定波的第1反射波或第1透射波，再度導波到分歧合成部1027。因此，在第3導波管1024的端部，具有第1導波管天線1024a。該第1導波管天線1024a，是將傳播到第3導波管1024而來的上述一方之測定波放射到被測定試料X，而且將受到與被測定試料X相互作用的測定波予以受波，傳導到第3導波管1024的天線。第1導波管天線1024a，是如第11圖所示，沿著被測定試料X的法線方向配設，在一方端部的側面延伸設有第3導波管1024，在另一方端部具備開口部1024b。該開口部1024b，是為了將上述一方的測定波放射(發訊)到被測定試料X，而且將受到與被測定試料X相互作用的測定波予以受波的開口。而且，為了將與上述一方的測定波一同從第1光照射部1A放射的第1光線傳導到被測定試料X的第1領域，於第1導波管天線1024a的上述一方端部，具備為了將從第1光照射部101A放射的第1光線引導到第1導波管天線1024a內的開口部1024c。在本實施形態，因為測定波是微波，所以第1導波管天線1024a是微波天線。
同樣地，第4導波管1025是為了將以分歧合成部1027所分歧之另一方的測定波放射(發訊)到被測定試料X的第2領域，將上述另一方之測定波予以導波，而且受到與被測定試料X相互作用的測定波，在本實施形態，將以被測定試料X的第2領域所反射的測定波的第2反射波予以受波(受訊)，且將該受波的測定波的第2反射波或第2透射波，再度導波到分歧合成部1027。因此，在第4導波管1025的端部，具有第2導波管天線1025a。該第2導波管天線1025a，是將傳播到第4導波管1025而來的上述另一方之測定波放射到被測定試料X，而且將受到與被測定試料X相互作用的測定波予以受波，傳導到第4導波管1025的天線。第2導波管天線1025a，是與第1導波管天線1024a同樣地，沿著被測定試料X的法線方向配設，在一方端部的側面延伸設有第4導波管1025，在另一方端部具備開口部1025b。該開口部1025b，是為了將上述另一方的測定波放射(發訊)到被測定試料X，而且將受到與被測定試料X相互作用的測定波予以受波的開口。而且，為了將與上述另一方的測定波一同從第2光照射部101B放射的第2光線傳導到被測定試料X的第2領域，於第2導波管天線1025a的上述一方端部，具備為了將從第2光照射部101B放射的第2光線引導到第2導波管天線1025a內的開口部1025c。在本實施形態，因為測定波是微波，所以第2導波管天線1025a是微波天線。
第5導波管1026，是連接在分歧合成部1027，在本實施形態，是連接在幻T型導波管1027的第2端子1027b，將來自第3導波管1024及第4導波管1025的反射微波的上述差測定波導波到檢測部103。
檢測部103是檢測以測定波輸出入部102所生成的上述差測定波的裝置，例如具備混頻器(mixer)1030、檢測器1031所構成。以檢測部103所檢測的上述差測定波的檢測結果(上述差測定波的強度)，是輸出到演算控制部104。
混頻器1030，是經由第2導波管1023連接在分歧部1021，而且經由第5導波管1026連接在分歧合成部1027，將來自藉由第2導波管1023所導波的測定波生成部1020的測定波與藉由第5導波管1026所導波的上述差測定波予以混合(乘法、合波)，藉此將上述差測定波以上述測定波來檢波。檢測器1031，是連接在混頻器1030，且檢測藉由混頻器1030所檢波的檢波訊號之強度。藉此檢測上述差測定波的強度。檢測器1031是將該檢測結果輸出到演算控制部104。
演算控制部104，是配合該部的功能來控制半導體載子壽命測定裝置A2的各部，藉此管理半導體載子壽命測定裝置A2的全體控制的裝置，例如具備：配備巨處理器(macroprocessor)和記憶體等的微電腦所構成。而且，演算控制部104，是依據以檢測部103所檢測的檢測結果求出被測定試料X的載子壽命。
移動部105是為了移動測定位置，隨著演算控制部104的控制使得被測定試料X在XY平面(水平面)內移動的裝置，例如具備：工作台(stage)1050、工作台控制部1051所構成。工作台1050是載置著被測定試料X，使得被測定試料X在XY平面內移動的機構，工作台控制部1051是隨著演算控制部104的控制而測定出被測定試料X的所定位置的方式，來驅動控制工作台1050。
再者，也可以構成在第1導波管天線1024a的開口部1024b，於介設著被測定試料X而面對面的位置，設置將透射上述第1領域的上述測定波的第1透射波於以受波(受信)的第3導波管天線，在第2導波管天線1025a的開口部1025b，於介設著被測定試料X而面對面的位置，設置將透射上述第2領域的上述測定波的第2透射波予以受波(受信)的第4導波管天線，將以該第3導波管天線所受波的上述測定波的第1透射波與以第4導波管天線所受波的上述測定波的第2透射波之差的差測定波，藉由直接使用上述第1透射波，而且直接使用上述第2透射波所生成的合成部，將以該合成部所合成的差測定波導波到檢測部103的混頻器1030。
此種構成的半導體載子壽命測定裝置A2，是例如藉由依以下動作來測定半導體的載子壽命。首先，欲測定的半導體晶圓的表面的污染和表面損傷等，是在事前例如藉由所謂的化學蝕刻(chemical etching)等去除(洗淨處理)，獲得自然氧化膜的狀態。而且，該洗淨處理後的半導體晶圓是作為被測定試料X被配置在工作台1050。
而且，例如為了將圖式省略之測定開始的指示輸入到半導體載子壽命測定裝置A2的啟動開關開始操作，半導體載子壽命測定裝置A2的被測定試料X的載子壽命的測定就會開始，為了測定所定測定位置，隨著演算控制部104的控制，藉由工作台控制部1051而使工作台1050被驅動控制，且被測定試料X會被移動到所定位置。
接著，若藉由移動部105而使得被測定試料X被移動到所定位置，隨著演算控制部104的控制，藉由測定波輸出入部102而使得測定波分別被放射到被測定試料X的第1及第2領域，且隨著演算控制部104的控制，而分別藉由第1及第2光照射部101A、101B，使第1及第2光線分別被照射到被測定試料X的上述第1及第2領域，直接生成以上述第1領域受到與被測定試料X相互作用的測定波與以上述第2領域受到與被測定試料X相互作用的測定波之差的差測定波，且該差測定波是以檢測部103檢測，該檢測結果會從檢測部103被輸出到演算控制部104。
更具體是在測定波輸出入部102，隨著演算控制部104的控制，藉由測定波生成部1020而生成測定波，該生成的測定波，會從測定波生成部1020被射出到分歧部1021。該測定波是以分岐部1021分歧成兩股，其一方的測定波(第11測定波)是經由第1導波管1022而射出到分歧合成部1027，其另一方的測定波(第12測定波)是經由第2導波管1023而射出到檢測部103的混頻器1030。從分歧部1021經由第1導波管1022而入射到分歧合成部1027(幻T型導波管1027的第1端子1027a)的測定波(第11測定波)，是以同相而分歧成等電力，該分歧之一方的測定波(第1021測定波)，是從分歧合成部1027(幻T型導波管1027的第3端子1027c)被射出到第3導波管1024，該分歧之另一方的測定波(第22測定波)，是從分歧合成部1027(幻T型導波管1027的第4端子1027d)被射出到第4導波管1025。以分歧合成部1027所分歧的上述一方的測定波(第21測定波)，是藉由第3導波管1024而導波，從第1導波管天線1024a被放射到被測定試料X的第1領域，且以分歧合成部1027所分歧的上述另一方的測定波(第22測定波)，是藉由第4導波管1025而導波，從第2導波管天線1025a被放射到被測定試料X的第2領域。
在該第1領域受到與被測定試料X相互作用的測定波，在第9圖所示的構成中，以第1領域所反射的測定波的第1反射波，是以第1導波管天線1024a所受波，藉由第3導波管1024而導波，再度被入射到分歧合成部1027(幻T型導波管1027的第3端子1027c)。在該第2領域受到與被測定試料X相互作用的測定波，在第9圖所示的構成中，以第1領域所反射的測定波的第1反射波，是以第1導波管天線1024a所受波，藉由第3導波管1024而導波，再度入射到分歧合成部1027(幻T型導波管1027的第4端子1027d)。而且，第1反射波與第2反射波，是以分歧合成部1027(幻T型導波管1027)，直接以微波狀態合成，第1反射波與第2反射波之差的差測定波，是從分歧合成部1027(幻T型導波管1027的第2端子1027b)經由第5導波管1026被射出到檢測部103的混頻器1030。
而且，在檢測部103，來自藉由第2導波管1023而導波的測定波生成部1020的測定波(第12測定波)與藉由第5導波管1026而導波的上述差測定波是以混頻器1030混合(乘法、合波)，上述差測定波是以上述測定波被檢波。以該混頻器1030所檢波的檢波訊號，是被射出到檢測器1031，檢測其強度(level)。藉此檢測上述差測定波的強度(level)。藉由該檢測部1031而檢測的上述差測定波的強度(檢測結果)，是輸出到演算控制部104。
一方面，在光照射部1，在該第1光照射部101A，是隨著演算控制部104的控制，藉由第1光源部1010A而生成第1光線，該生成的第1光線，是從第1光源部1010A被射出到第1光強度調整器1011A。該第1光線，是第1光線之照射的初期的第1過剩載子量等於第2光線之照射的初期的第2過剩載子量的方式，藉由第1光強度調整器1011A而使得該光強度(level)被調整成所定光強度，該調整的第1光線，是從第1光強度調整器1011A被射出到第1反射鏡1012A。該第1光線，是藉由第1反射鏡1012A而使得該光路向著被測定試料X略90度折曲被反射，該反射的第1光線，是從第1反射鏡1012A射出到第1透鏡1013A。該第1光線是因第1透鏡1013A而受到透鏡作用，受到該透鏡作用的第1光線，是通過第3導波管1024的第1導波管天線1024a而照射到被測定試料X的第1領域。藉由第1透鏡1013A的透鏡作用，被測定試料X的第1領域是以略均勻且略廣域照射而藉由第1光線被照射。因此，半導體載子壽命測定裝置A2，能減低面內方向之過剩載子的擴散。
同樣的，在該第2光照射部101B，是隨著演算控制部104的控制，藉由第2光源部1010B而生成第2光線，該生成的第2光線，是從第2光源部1010B被射出到第2光強度調整器1011B。該第2光線，是第2光線之照射的初期的第2過剩載子暈等於第1光線之照射的初期的第1過剩載子量的方式，藉由第2光強度調整器1011B而使得該光強度(level)被調整成所定光強度(level)，該調整的第2光線，是從第2光強度調整器1011B被射出到第2反射鏡1012B。該第2光線，是藉由第2反射鏡1012B而使得該光路向著被測定試料X略90度折曲被反射，該反射的第2光線，是從第2反射鏡1012B被射出到第2透鏡1013B。該第2光線是藉由第2透鏡1013B而受到透鏡作用，受到該透鏡作用的第2光線，是通過第4導波管25的第2導波管天線25a被照射到被測定試料X的第2領域。藉由第2透鏡1013B的透鏡作用，被測定試料X的第2領域會以略均勻且略廣域照射而藉由第1光線被照射。因此，半導體載子壽命測定裝置A2，能減低面內方向之過剩載子的擴散。
再者，第1光強度調整器1011A及第2光強度調整器1011B，是將波長互異的至少兩種類的光線，照射到被測定試料X的第1及第2領域的各個時所產生的初期的第1及第2過剩載子量為互相相等的方式，實際藉由於被測定試料X照射第1光線及第2光線等，在測定前事先調整。
藉此若將第1及第2光線的各個照射到被測定試料X的第1及第2領域時，將測定波照射到被測定試料X，使得在第1光線的第1領域的測定波的第1反射波被第3導波管1024的第1導波管天線1024a受波，經由第3導波管1024被導波到分歧合成部1027(幻T型導波管1027)，而且使得在第2光線的第2領域的測定波的第2反射波被第4導波管1025的第2導波管天線1025a受波，經由第4導波管1025被導波到分歧合成部1027(幻T型導波管1027)。而且，藉由分歧合成部1027(幻T型導波管1027)，於被測定試料X的第1及第2領域分別照射第1及第2光線時的測定波的第1反射波與第2反射波，是直接以微波狀態，合成測定波的第1反射波與第2反射波之差的差測定波。該差測定波是經由第5導波管1026被射出到檢測部103，以檢測部103檢測，該檢測的差測定波的強度被取入到演算控制部104。通常是藉由測定波照射在被測定試料X，一面將測定波分別照射於被測定試料X的第1及第2領域、一面分別照射脈衝雷射光的第1及第2光線，而從脈衝雷射光的第1及第2光線的照射熄滅之後(照射熄滅之後)開始測定上述差測定波的強度變化。
接著，藉由演算控制部104，依據上述差測定波藉由公知的常規手段演算求出被測定對象的載子壽命。藉此而測定被測定試料X的上述所定位置的載子壽命，半導體載子壽命測定裝置A2，是為了測定在被測定試料X之下一個所定位置的載子壽命，隨著演算控制部104的控制，藉由工作台控制部1051而使得工作台1050被驅動控制，且使得被測定試料X被移動到下一個所定位置，重覆上述的動作。藉此，半導體載子壽命測定裝置A2，是將被測定試料X的全面以所定間隔來掃瞄載子壽命，測定被測定試料X整面的載子壽命。該載子壽命是包括第1及第2領域之領域的測定值。
而且，半導體載子壽命測定裝置A2，是例如於顯示裝置和印刷裝置等之圖式省略的輸出裝置，輸出該求出的載子壽命。
第12圖是表示測定波之反射波的時間性的相對輸出變化的圖。第12圖的橫軸是表示經過時間，其縱軸是表示對數尺(logarithmic scale)的相對輸出的強度(level)。於第12圖中，實線是表示於半導體照射紅外光時的相對輸出的時間變化，虛線是表示於半導體照射紫外光時的相對輸出的時間變化。第13圖是表示於半導體分別照射紅外光與紫外光時所得到的測定波的反射波的相對輸出差(差測定波)的時間變化的圖。第13圖的橫軸是表示經過時間，其縱軸是表示相對輸出差(差測定波)的強度(level)。
一般測定波的反射波的強度(相對輸出)，是如第12圖所示，在光線照射熄滅之稍後成為最大，然後與時間的經過同時減少，不久載子就會形成熱平衡狀態而成為略一定。而且，在上述反射測定波強度的減少過程中，減少率(減少速度、每單位時間的減少量)初期比較大，與時間的經過同時減小。又，第1光線的紅外線雷射光(IR，第12圖中實線)的上述反射測定波的時間性的強度變化，是小於第2光線的紫外線雷射光(UV，第12圖中虛線)的上述反射測定波的時間性的強度變化。而且，如第13圖所示，在各時刻的第1光線的紅外線雷射光(IR)的上述反射波的強度與第2光線的紫外線雷射光(UV)的上述反射波的強度之差(差測定波的強度)δ，是與時間的經過同時減少，不久成為略一定。再者，第12圖、第13圖，是以光線的照射熄滅之稍後的最大值所規格化。
該差(差測定波的強度)δ是依存在表面再結合速度S，且該差(差測定波的強度)δ愈大，表面再結合速度S愈大，就能由該差(差測定波的強度)δ求出表面再結合速度S。更具體而言，一般是事先求出與該差(差測定波的強度)δ和表面再結合速度S除以擴散速度D的S/D的關係(δ-S/D表格)，求出δ值如上述地成為略一定的值，對應該略一定的δ值的S/D是參照上述δ-S/D表格而求出S/D，於此事先求出的擴散係數D，例如乘以D=30cm2 /s，求出表面再結合速度S，而且求出載子壽命。
以往，檢測器是檢測出測定波的第1反射波，接著檢測出測定波的第2反射波，由該些各檢測結果，求出上述δ值。因此，測定波的第1及第2反射波的各個，是以上述檢測器的動態範圍全體被測定。亦即，測定波的第1反射波之其0的位準(level)至其最大值的位準的範圍，是以上述檢測器的動態範圍全體被測定。此結果，如第12圖所示，在測定波的第1及第2反射波的各個在上述檢測器的動態範圍全體的範圍R2被測定的情形下，該些各別檢測結果的差，是小於(狹小)上述範圍R2的範圍R3(R3<R2)，無法有效使用上述檢測器的動態範圍全體。例如，在上述範圍R2為10位元(bit)(=1024)時，上述範圍R3是其中的數位元，例如3位元(=8)。該上述範圍R3，是上述第1反射波的強度與上述第2反射波的強度之差愈小則愈小，就無法有效使用上述檢測器的動態範圍全體。
一方面，在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2，上述第1反射波與上述第2反射波之差的差測定波會直接生成微波，該微波的差測定波是以上述檢測器被檢測。亦即，上述差測定波之其0的強度(level)至其最大值的強度的範圍，是以上述檢測器的動態範圍全體被測定。因而，如第13圖所示，該差測定波能使用上述檢測器的動態範圍全體被檢測，且能夠以與上述檢測器的動態範圍全體的範圍R2同等的範圍R1被檢測。亦即，若與上述例比較，該差測定波，是以與上述範圍R2同等的10位元(=1024)被檢測。
像這樣在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2中，以被測定試料X的第1領域反射的測定波的第1反射波或透射上述第1領域的測定波的第1透射波與以被測定試料X的第2領域反射的測定波的第2反射波或透射上述第2領域的測定波的第2透射波之差的差測定波，是藉由分歧合成部1027而直接使用上述第1反射波或上述第1透射波，而且直接使用上述第2反射波或上述第2透過波所生成，該差測定波是以檢測部103被檢測，依據該檢測結果求出載子壽命。因此，求出將上述第1反射波或上述第1透射波以所定檢測器測定藉此所得到的第1測定結果與將上述第2反射波或上述第2透射波以上述檢測器測定藉此所得到的第2測定結果之差，藉此所演算的各測定結果間之差的有效位數，因為相當於藉由將上述差測定波本體直接以上述檢測器所測定而得到的上述各測定結果間之差的檢測結果的有效位數，如上述地使用上述檢測器之動態範圍的全體而直接地檢測上述差測定波，所以會更多。因而，此種本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2，能以更佳的精度來測定載子壽命。
一般在對半導體照射光線時，該光線(入射光)雖會穿透到上述半導體內，但該穿透長是依存在入射光的波長。在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2中，第1及第2光線是由：具有紅外線領域的波長的紅外光、具有可視光領域的波長的可視光及具有紫外線領域的波長的紫外光中所選擇的兩種光線。因此，因為該些各光線的波長差很大，所以該些的穿透長差也變大，其結果能讓包含在測定波的上述第1及第2反射波的表面再結合之影響的比率變得大不相同。或是，能夠使得包含在測定波的上述第1及第2透射波的表面再結合之影響的比例變得大不相同。因而，此種本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2，相較於以往能以更良好的精度來測定載子壽命。
又，在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2中，將第1及第2光線，分別照射於上述第1及第2領域時所產生的初期的第1及第2過剩載子量形成互相相等的方式，使上述第1及第2光線的各光強度，分別藉由第1及第2光強度調整器1011A、1011B被調整。因此，上述第1及第2過剩載子量於其初期為互相略為相等，所以例如表面再結合速度S為零時的檢測器1031的輸出訊號位準就能為零，且能以更良好的精度來檢定載子壽命。又，在這種情形下，作為R<<△1、△2而表示第1反射波的強度R1為R1=R+△1，且表示第2反射波的強度R2為R2=R+△2，在初期，R1與R2略為一致(R1～R2)，所以成為δ=ln(R1/R2)=ln((R+△1)/(R+△2))～ln(R-△)、△=△1-△2，就能從差測定波的檢測結果直接算出δ。再者，本段落的“～”是兩者在數學上近似的意思。
以下針對別的實施形態予以說明。
(第3實施形態)
在第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2中，如上述，於上述求出的S/D使用擴散速度D之已知的值，例如D=30cm2 /s，藉此求出表面再結合速度S，而且求出載子壽命。但是也有擴散係數D不一定是已知的情形。尤其當擴散係數D是以電子及電洞的載子濃度分別為n及p，且以電子及電洞的擴散係數D分別為Dn及Dp時，實際以D=(n+p)/(n/Dp+p/Dn)獲得，且依存於載子濃度和傳導型。因此，第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置A3，是於第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2組合第1實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1所構成，也會測定擴散係數D，以更高精度求出載子壽命。
更具體而言，針對有關該3實施形態的載子壽命測定裝置A3予以說明。第14圖是表示第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置之構成的圖。第14圖(A)是表示全體構成，第14圖(B)是表示導波管天線之前端部的部分放大立體圖。
該第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2，是例如：如第14圖(A)所示，具備：光照射部101(101A、101B)、測定波輸出入部2、檢測部103、演算控制部104b、放電部106所構成，又為了移動測定位置，具備於第14圖未圖示的移動部105。因為該些第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置A3的光照射部101(101A、101B)、測定波輸出入部102、檢測部103及移動部105，是與第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2的光照射部101(101A、101B)、測定波輸出部102、檢測部103及移動部105相同，故省略其說明。再者，移動部105，在第3實施形態的載子壽命測定裝置A3中，如後述，不僅是被測定試料X的表面，在背面也配置電暈線1062，所以工作台105是以被測定試料X的緣端部來支撐被測定試料X的構造，例如具備平面斷面圓形和矩形等之中空筒狀體所構成。
放電部106是為了隨著演算控制部104b的控制，使得被測定試料X的表面再結合速度由第1表面再結合速度狀態變化成與第1表面再結合速度狀態不同的第2表面再結合速度狀態的裝置，並且是為了使被測定試料X的表面形成至少兩種以上不同的表面再結合速度狀態的裝置，相當於表面再結合速度變更部之一例。放電部106，在本實施形態中，是例如使其發生電暈放電，於藉由測定波輸出入部2而使得測定波所照射的被測定試料X的第1及第2領域授與該電暈放電的電暈放電發生裝置，相當於電暈授與部之一例。放電部106，在本實施形態中，是為了於第1及第2領域的兩個領域授與電暈放電，具備：與第1實施形態相同的於被測定試料X的第1領域授與電暈放電的第1電暈放電部106A、與第1實施形態相同的於被測定試料X的第2領域授與電暈放電的第2電暈放電部106B。更具體而言，第1電暈放電部106是例如如第14圖(A)及(B)所示，具備：藉由於第3導波管天線1024a的開口部1024b的附近施加高電壓所電暈放電的第1電極的第11電暈線1061A、藉由於面對測定波所照射的被測定試料X的第1領域的被測定試料X的背面(背面領域)附近施加高壓電所電暈放電的第2電極的第12電暈線1062A、為了將上述高電壓分別供給到第11及第12電暈線1061A、1062A，使其發生上述高電壓的電源部1063、將第12電暈線1062A安裝於上述背面領域附近的安裝構件1064A所構成。同樣地，第2電暈放電部106B是，例如如第14圖(A)所示，具備：藉由於第4導波管天線1025a的開口部1025b的附近施加高電壓所電暈放電的第1電極的第21電暈線(corona wire)1061B、藉由於面對測定波所照射的被測定試料X的第2領域的被測定試料X的背面(背面領域)附近施加高壓電所電暈放電的第2電極的第22電暈線1062B、為了將上述高電壓分別供給到第21及第22電暈線1061B、1062B，使其發生上述高電壓的電源部1063、將第22電暈線1062B安裝於上述背面領域附近的安裝構件1064B所構成。
該些第11、第12、第21及第22電暈線1061A、1062A；1061B、1062B，是例如線徑0.1mm的鎢絲線等。於第14圖(B)中，導波管天線1024a是例如角型管，該開口部1024b之面對面的兩個面的各個面的一部分是切口，在該切口的部分各設有所定的絕緣體1061Aa。而且，第11電暈線1061A，是被安裝成跨越該些面對面的兩個上述絕緣體1061Aa而橫斷上述開口部1024b的中央(於第14圖(B)圖示僅為絕緣體1061Aa之一方)。又，第11電暈線1061是藉由連接線1061Ab而連接到電源部1063，藉此使第11電暈線1061與導波管天線1024a被絕緣。第12電暈線1062A也同樣地被絕緣而安裝在安裝構件1064。而且，第21電暈線1061B及第22電暈線1062B也是相同。又，在第11電暈線1061A與第12電暈線1062A之間，於第21電暈線1061B與第22電暈線1062B之間配置有被測定試料X的方式，設有支撐被測定試料X之圖式省略的上述工作台105。藉由像這樣所構成，於設置成接近被測定試料X的第11及第12電暈線1061A、1062A的電極，以及於設置成接近被測定試料X的第21及第22電暈線1061B、1062B的電極，藉由電源部1063而施加所定電壓所產生的電量放電授與被測定試料X。
演算控制部104b是與演算控制部104相同，為管理半導體載子壽命測定裝置A3的全體控制的裝置，例如具備：配備巨處理器和記憶體等的微電腦所構成。而且，演算控制部104b是與第1實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1的演算控制部4的演算部41相同，如第7圖所示具備：依據在以檢測部103所檢測的被測定試料X受到相互作用的各測定波之差的差測定波的強度，來演算載子壽命之圖式省略的演算部。該演算部是例如藉由依據以檢測部103所檢測的上述差測定波的強度來實行演算載子壽命的載子壽命演算程式，具備機能性與演算部41相同的第1狀態演算部、第2狀態演算部、壽命演算部、擴散係數記憶部以及δ-S/D表格記憶部。因為該些是與第1實施形態的演算部41的第1狀態演算部411、第2狀態演算部412、壽命演算部413、擴散係數記憶部414以及δ-S/D表格記憶部415相同，所以省略其說明。
此種構成的半導體載子壽命測定裝A3，是例如藉由依以下動作來測定半導體之塊狀的載子壽命τb。
與採用第4圖予以說明的第1實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1相同，首先，欲測定的半導體晶圓，是在事前形成上述洗淨處理，獲得自然氧化膜的狀態。獲得該自然氧化膜的狀態是形成第1表面再結合速度狀態。而且，該洗淨處理後的半導體晶圓是作為被測定試料X被配置在上述移動部105的工作台1050(於第14圖未圖示)，被安裝於間隔在第11電暈線1061A與第12電暈線1062A之間，而且間隔在第21電暈線1061B與第22電暈線1062B之間的所定配置位置。
而且，例如若圖式省略的上述測定啟動開關被操作，半導體載子壽命測定裝置A3的被測定試料X的載子壽命的測定就會開始，為了測定所定測定位置，隨著演算控制部104b的控制，藉由工作台控制部1051而使工作台1050被驅動控制，且被測定試料X會被移動到所定位置。
接著，求出被測定試料X為第1表面再結合速度狀態時的S/D，依據該求出的S/D而求出擴散係數D。第15圖是表示求出擴散係數時的第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置之動作的流程圖。
更具體而言，若藉由移動部105而使被測定試料X被移動到所定位置，如第15圖所示，隨著演算控制部104b的控制，藉由測定波輸出入部102而使得測定波分別被放射到被測定試料X的第1及第2領域(S121)，隨著演算控制部104b的控制，藉由第1及第2光照射部101A、101B的各個，使得第1及第2光線分別被照射到被測定試料X的上述第1及第2領域，直接生成以上述第1領域受到與被測定試料X相互作用的測定波與以上述第2領域受到與被測定試料X相互作用的測定波之差的差測定波，該差測定波是以檢測部103被檢測(S122)，該檢測結果從檢測部103被輸出到演算控制部104b。
而且，演算部1041的第1狀態演算部10411，是依據檢測部103的輸出而求出δ值，求出該δ值是如上述地成為略一定的值，而且參照δ-S/D表格記憶部10415的δ-S/D表格，藉此求出對應於該δ值是成為略一定之值的S/D(S123)。接著，演算部1041的第1狀態演算部10411，是於上述式2使用該求出的S/D，藉此求出第1表面再結合狀態的α1(S124)。接著，演算部1041的第1狀態演算部10411，是以令上述式1變形的上述式5來評估對於被測定試料X的擴散係數D的塊狀的載子壽命τb，藉此求出擴散係數D，將該求出的擴散係數D記憶在擴散係數記憶部10414(S125)。於此處理中，上述式5的α為α1。
在此，塊狀的載子壽命τb是例如100μs，理想是如1000μs(=1ms)等，在比較大的值時，擴散係數D是成為與上述式5的峰值一致的值。
例如在S/D=4000、測定結果τ1=4μs時，若上述式5的塊狀的載子壽命τb，是將擴散係數D在如包含峰值的所定範圍，例如在0至30的範圍作分配而計算的話，就會形成第8圖所示的圖表，上述式5的塊狀的載子壽命τb，是在一點具有峰值。在該峰值的值(第8圖的例子是約15.6)是成為擴散係數D。
藉由此種的各處理而求出被測定試料X為第1表面再結合速度狀度時的S/D，且依據該求出的S/D而求出擴散係數D。
接著，依據該求得的據散係數D(第8圖的例子是約為15.6)來實行被測定試料X的表面處理。該表面處理想舉例有：例如藉由電暈放電處理、氧化處理、將矽氮化物、非晶矽及氧化鋁膜予以成膜的鈍化處理等。在本實施形態中，因為能夠只在測定所需時間暫時性的進行表面處理，於測定後回到原來的性狀，所以作為被測定試料X的表面處理可採用電暈放電處理。更具體而言，隨著演算控制部104b的控制，電源部1063是於第11及第12電暈線1061A、1062A施加極性互異的高電壓，而且於第21及第22電暈線1061B、1062B施加極性互異的高電壓。藉此而分別從第11及第12電暈線1061A、1062A，於有關第1領域的被測定試料X的兩主面授與電暈放電，完成表面處理，而且分別從第21及第22電暈線1061B、1062B，於有關第2領域的被測定試料X的兩主面授與電暈放電，完成表面處理。
接著，求出被測定試料X為第2表面再結合速度狀態時的S/D，依據該求出的S/D而求出表面再結合速度S。
更具體而言，藉由電源部1063而一面於第11及第12與第21及第22電暈線1061A、1062A；1061B、1062B施加高電壓、一面藉由與使用第9圖所上述之處理S21及處理S22之各處理相同的處理，並且第1及第2光線的差測定波藉由檢測部103被檢測，取入到演算控制部104b的演算部1041。
接著，藉由與使用第15圖所上述的處理S123相同的處理，演算部1041的第2狀態演算部10412，是依據檢測部103的輸出而求出δ值，求出該δ值是成為略一定的值，而且參照δ-S/D表格記憶部10415的δ-S/D表格，藉此求出對應於該δ值是成為略一定之值的S/D。
接著，演算部1041的第2狀態演算部10412，是於該求出的S/D乘上以上述所求出的擴散係數D，藉此求出表面再結合速度S。
藉由此種的各處理而求出被測定試料X為第2表面再結合速度狀態時的S/D，依據該求出的S/D而求出表面再結合速度S。
接著，演算部1041的壽命演算部10413，是採用依據該求出的表面再結合速度S的上述式1及上述式2，藉此求出塊狀的載子壽命τb。
而且，半導體載子壽命測定裝置A3，是例如於顯示裝置和印刷裝置等之圖式省略的輸出裝置，輸出該求出的塊狀的載子壽命τb。
再者，在第2次以後的測定，也可以使用記憶在擴散係數記憶部10414的擴散係數D，省略求出上述的第1表面再結合速度狀態的擴散係數D的處理，從形成第2表面再結合速度狀態的表面處理開始測定。
像這樣，本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A3，是實行被測定試料X的半導體在第1表面再結合速度狀態的情形，藉由一面將所定測定波照射在被測定試料X的半導體，一面照射波長互異的至少兩種類的光線，在本實施形態是第1及第2光線，測定以被測定試料X的第1領域的測定波的第1反射波或第1透射波與以被測定試料X的第2領域的測定波的第2反射波或第2透射波之差的第1差測定波的第1差測定工序，及將被測定試料X的半導體的表面再結合速度作為S，將擴散係數作為D時，依據藉由上述第1差測定工序所測定的第1差測定波求出第1表面再結合狀態的S/D的第1S/D演算工序，及依據在上述第1S/D演算工序所求出的第1表面再結合速度狀態的S/D求出擴散係數D的擴散係數演算工序，及將上述測定對象的半導體從上述第1表面再結合速度狀態變化成與上述第1表面再結合速度狀態不相同的第2表面再結合速度狀態的表面再結合速度狀態變更工序，及被測定試料X的半導體在第2表面再結合速度狀態的情形，藉由一面將所定測定波照射在被測定試料X的半導體，一面照射波長互異的至少兩種類的光線，在本實施形態是第1光線及第2光線，測定以被測定試料X的第1領域的反射波的第1反射波或第1透射波與被測定試料X的第2領域的測定波的第2反射波或第2透射波之差的第2差測定波的第2差測定工序，及依據在上述第2差測定工序所測定的第2差測定波求出第2表面再結合速度狀態的S/D的第2S/D演算工序，及依據在上述第2S/D演算工序所求出的第2表面再結合速度狀態的S/D求出表面再結合速度S的表面再結合速度演算工序，及依據在上述表面再結合速度演算工序所求出的表面再結合速度S求出被測定試料X的半導體的載子壽命的壽命演算工序的各工序。
因為此種本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A3，只要得到第1及第2表面再結合速度狀的各差測定波即可，所以不必假設被測定試料X的半導體的擴散係數D的值，相較於以往能以更良好的精度來測定載子壽命。
又，在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A3中，作為使得被測定試料X的表面再結合速度狀態，在複數個狀態間變化的表面再結合速度狀態變更部之一例，具備於被測定試料X的第1及第2領域授與電暈放電的放電部106。因此，本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A3，可藉由該放電部106將被測定試料X的表面再結合速度狀態從其第1狀態變更成第2狀態，而且可藉由電暈放電來實現第2再結合速度狀態。又，為了藉由電暈放面來實現第2表面再結合速度狀態，結束電暈放電的授與，就能使得被測定試料X的物理化學性的性狀復原。由於變更表面再結合速度狀態，不必實行事前處理，而且在載子壽命測定的前後，物理化學性的性狀大致上沒有變化，所以可在製造生產線中測定載子壽命。
又，半導體晶圓，於使用前通常會經過除去該污染等之污染的洗淨處理，成為在其表面生成有自然氧化膜的狀態。因為在本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A3中，因該洗淨處理而露出的自然氧化膜為第1表面再結合速度狀態，所以能與該洗淨處理共用實現第1表面再結合速度狀態的處理，在被測定試料X為半導體晶圓的情形下就能削減工時。
又，在上述第14圖所示的例子的第3實施形態，雖然檢測部103是檢測照射在被測定試料X的測定波的反射波，但也可以構成使用照射在被測定試料X的測定波的第1及第2透射波。例如設有在面對測定波所照射的被測定試料X的第1領域的被測定試料X的背面(背面領域)附近，不與第12電暈線1062A干涉的方式，設有將測定波的第1透射波予以導波的導波管，在面對測定波所照射的被測定試料X的第2領域的被測定試料X的背面(背面領域)附近，不與第22電暈線1062B干涉的方式，設有將測定波的第2透射波予以導波的導波管，將藉由該些各導波管而導波的測定波的第1及第2透射波間之差的差測定波，直接使用上述第1透射波，而且直接使用上述第2透射波，藉此生成的合成部，也可以構成將以該合成部合成的差測定波導波到檢測部103的混頻器1030。藉由此種構成，半導體載子壽命測定裝置A3，就能藉由與使得測定波的反射波進行測定時同樣的各個處理，來測定塊狀的載子壽命τb。
以下針對別的實施形態予以說明。
(第4實施形態)
作為第1實施形態的半導體載子壽命測定裝置A1的變形形態，如上述，在被測定試料X為太陽能電池用半導體晶圓(PV用半導體晶圓)時，PV用半導體晶圓的特性，以在為了發電照射光線的狀態下測定較實際。第4實施形態的半導體載子壽命測定裝置A4，是在上述第2及第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2、A3，為了以更好的精度來測定在為了發電照射光線的狀態的太陽能電池用半導體晶圓(PV用半導體晶圓)的實際特性，還具備於被測定試料X照射發電用之光線的發電光照射部107。
此例，雖是針對又於第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2具備發電光照射部107的第4實施形態的半導體載子壽命測定裝置A4予以說明，但又於第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置A3具備發電光照射部107的第4實施形態的半導體載子壽命測定裝置A4也能同樣地予以說明。
第16圖是表示第4實施形態的半導體載子壽命測定裝置之構成的圖。於第16圖中，第4實施形態的半導體載子壽命測定裝置A4，是具備光照射部101(101A、101B)、測定波輸出入部102、檢測部103、演算控制部104、移動部105、發電光照射部107所構成。該些第4實施形態的半導體載子壽命測定裝置A4的光照射部101(101A、101B)、測定波輸出入部102、檢測部103、演算控制部104及移動部105，因與第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置A2的光照射部101(101A、101B)、測定波輸出部102、檢測部103、演算控制部104及移動部105相同，故省略其說明。
發電光照射部107是例如具備：隨著演算控制部104的控制來放射具有事先設定的所定分光分佈的發電用之光線(偏壓光)的第3光源部1071、將以第3光源部1071放射的偏壓光向著被測定試料X的上述第1及第2領域予以導光的例如光纖等的導光構件1072所構成，以第3光源部1071放射的偏壓光是經由導光構件1072照射到被測定試料X的上述第1及第2領域。藉此作為被測定試料X的PV用半導體晶圓，是因發電用的光線而偏壓。上述所定分光分佈，是配合欲測定的PV用半導體晶圓的光激發載子等而適當地決定。從更良好的精度來測定在太陽光的PV半導體晶圓的載子壽命的觀點來看，第3光源部1071可以是照明模擬與太陽光相同的分光光譜及放射照度之光線的照明裝置。又，第3光源部1071從上述觀點來看，相當於1SUN的光線為佳，具有擬似太陽光光譜的光線更理想。載子壽命的測定是一面藉由發電光照射部107將被測定試料X以偏壓光來照射、一面實行上述的各處理。又具備這樣的發電光照射部107，藉此本實施形態的半導體載子壽命測定裝置A4，就能以更良好的精度來測定在為了發電照射光線之狀態的PV用半導體晶圓的實際特性。
而且，在PV用半導體晶圓散亂於比電阻比較廣範圍並同時評估實際的發電特性的情形下，為了像這樣地讓光照射PV用半導體晶圓，因此需要該光照射之狀態的擴散係數，雖然預估PV用半導體晶圓的擴散係數很困難，但是尤其在第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置A3另外具備有發電光照射部107的第4實施形態的半導體載子壽命測定裝置A4，是如第3實施形態所說明的方式進行動作，所以相較於以往能以更良好的精度來測定塊狀的載子壽命τb。
雖然本說明書是如上述地揭示各種形態的技術，但於以下整理其中主要的技術。
有關其中一形態的半導體載子壽命測定裝置，是具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射在測定對象的半導體的光照射部、於上述測定對象的半導體照射所定測定波的測定波照射部、將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測，依據此檢測結果使得誤差變小的方式，求出上述測定對象的半導體的載子壽命的檢測演算部。
有關其中一形態的半導體載子壽命測定方法，是具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射在測定對象的半導體的光照射工序、於上述測定對象的半導體照射所定測定波的測定波照射工序、將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測，依據此檢測結果使得誤差變小的方式，求出上述測定對象的半導體的載子壽命的檢測演算工序。
此種構成的半導體載子壽命測定裝置及半導體載子壽命測定方法，能以更佳的精度來測定載子壽命。
有關其中一形態的半導體載子壽命測定裝置，具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射在測定對象的半導體的光照射部，於上述測定對象的半導體照射所定測定波的測定波照射部，將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測的檢測部，及依據上述測定對象的半導體在第1表面再結合速度狀態的情形，藉由上述光照射部使得上述至少兩種類的光線被照射在上述測定對象的半導體，而且藉由上述測定波照射部使得上述測定波被照射在上述測定對象的半導體，而以上述檢測部所檢測的上述反射波或上述透射波的時間性的相對變化的第1差，且依據上述測定對象的半導體在與上述第1表面再結合速度狀態不相同的第2表面再結合速度狀態的情形，藉由上述光照射部使得上述至少兩種類的光線被照射在上述測定對象的半導體，而且藉由上述測定波照射部使得上述測定波被照射在上述測定對象的半導體，而以上述檢測部所檢測的上述反射波或上述透射波的時間性的相對變化的第2差，求出上述測定對象的半導體的載子壽命的演算部。
而且，有關另一形態的半導體載子壽命測定方法，具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射在測定對象的半導體的光照射工序，於上述測定對象的半導體照射所定測定波的測定波照射工序，將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測的檢測工序，及依據上述測定對象的半導體在第1表面再結合速度狀態的情形，藉由上述光照射部使得上述至少兩種類的光線被照射在上述測定對象的半導體，而且藉由上述測定波照射部使得上述測定波被照射在上述測定對象的半導體，而以上述檢測部所檢測的上述反射波或上述透射波的時間性的相對變化的第1差，且依據上述測定對象的半導體在與上述第1表面再結合速度狀態不相同的第2表面再結合速度狀態的情形，藉由上述光照射工序使得上述至少兩種類的光線被照射在上述測定對象的半導體，而且藉由上述測定波照射工序使得上述測定波被照射在上述測定對象的半導體，而以上述檢測工序所檢測的上述反射波或上述透射波的時間性的相對變化的第2差，求出上述測定對象的半導體的載子壽命的演算工序。又，另一形態，在上述半導體載子壽命測定方法中，理想上為了依據測定對象的半導體在第1及第2表面再結合速度狀態的兩種狀態下的檢測結果求出載子壽命，上述演算工序依據上述第1差與上述第2差，求出上述測定對象的半導體的擴散係數與表面再結合速度的比率而求出上述測定對象的半導體的載子壽命。
而且，有關另一形態的半導體載子壽命測定方法，具備：測定對象的半導體在第1表面再結合速度狀態的情形，藉由一面將所定測定波照射在上述測定對象的半導體，一面照射波長互異的至少兩種類的光線，測定以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波的時間性的相對變化的第1差的第1差測定工序，將上述測定對象的半導體的表面再結合速度作為S，將擴散係數作為D時，依據藉由上述第1差測定工序所測定的第1差求出第1表面再結合狀態的S/D的第1S/D演算工序，依據在上述第1S/D演算工序所求出的第1表面再結合速度狀態的S/D求出擴散係數D的擴散係數演算工序，將上述測定對象的半導體從上述第1表面再結合速度狀態變化成與上述第1表面再結合速度狀態不相同的第2表面再結合速度狀態的表面再結合速度狀態變更工序，上述測定對象的半導體在第2表面再結合速度狀態的情形，藉由一面將上述測定波照射在上述測定對象的半導體，一面照射上述波長互異的至少兩種類的光線，測定以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波的時間性的相對變化的第2差的第2差測定工序，依據在上述第2差測定工序所測定的第2差求出第2表面再結合速度狀態的S/D的第2S/D演算工序，依據在上述第2S/D演算工序所求出的第2表面再結合速度狀態的S/D求出表面再結合速度S的表面再結合速度演算工序，及依據在上述表面再結合速度演算工序所求出的表面再結合速度S求出上述測定對象的半導體的載子壽命的壽命演算工序。
此種構成的半導體載子壽命測定裝置及半導體載子壽命測定方法，是測定對象的半導體在第1表面再結合速度狀態的情形下，至少兩種類的光線被照射在測定對象的半導體，而且測定波被照射在測定對象的半導體，求出其反射波或其透射波的時間性的相對變化的第1差，且在測定對象的半導體在與第1表面再結合速度狀態不相同的第2表面再結合速度狀態的情形，使得至少兩種類的光線被照射在測定對象的半導體，而且測定波照射在測定對象的半導體，而求出其反射波或其透射波的時間性的相對變化的第2差，而且依據該些第1差及第2差而求出測定對象的半導體的載子壽命。
因而，此種構成的半導體載子壽命測定裝置及半導體載子壽命測定方法，因為像這樣只要求出第1差及第2差即可，所以可在製造生產線中測定載子壽命，而且不必實行如以往的事前的前處理，相較於以往能以更良好的精度來測定載子壽命。而且，像這樣因為只要求出第1差及第2差即可，所以不必假設測定對象的半導體的擴散係數的值，相較於以往能以更良好的精度來測定載子壽命。
又，在另一形態，在上述半導體載子壽命測定裝置，上述至少兩種類之光線的波長差愈大愈好，所以上述至少兩種類的光線，具有紅外線領域的波長的第1光線及具有紫外線領域的波長的第2光線為佳，或是，上述至少兩種類的光線，具有紅外線領域的波長的第1光線及具有可視光領域的波長的第3光線為佳。
在對半導體照射光線時，該光線(入射光)雖會穿透到上述半導體內，但該穿透長是依存在入射光的波長。若依此構成，上述至少兩種類的光線的波長差很大，所以該些穿透長差變大，其結果可使得分別藉由上述至少兩種類的光線的測定波的反射波或包含在測定波的透射波的表面再結合的影響之比例大不相同。因而，若依此構成，相較於以往能以更良好的精度來測定載子壽命。
在此，穿透長是自光線照射的表面至其光線的光強度為入射強度的1/e之地點的距離(深度)，通常光線的波長愈長穿透長也愈長(變大、變深)。
又，其他之一形態，在該些上述半導體載子壽命測定裝置，又具備使上述測定對象的半導體從上述第1表面再結合速度狀態變化成上述第2表面再結合速度狀態的表面再結合速度狀態變更部。
若依此構成，可藉由表面再結合速度狀態變更部，將測定對象的半導體的表面再結合速度狀態從該第1狀態變更成第2狀態。
又，其他之一形態，在上述半導體載子壽命測定裝置，上述表面再結合速度狀態變更部，是於藉由上述測定波照射部照射測定波的半導體的測定波照射領域，授與電暈放電的電暈放電授與部。
若依此構成，就能藉由電暈放電來實現第2再結合速度狀態。而且，為了藉由電暈放電實現第2表面再結合速度狀態，結束電暈放電的授與，就能使得測定對象的物理化學性的性狀復原。
又，另一形態，在該些上述半導體載子壽命測定裝置中，上述測定對象的半導體，是作為上述第1表面再結合速度狀態授與自然氧化膜的狀態。
半導體晶圓，於使用前通常會經過除去該污染等之污染的洗淨處理，成為在其表面生成有自然氧化膜的狀態。若依此構成，因為藉由該洗淨處理而露出的自然氧化膜為第1表面再結合速度狀態，所以能與該洗淨處理共用實現第1表面再結合速度狀態的處理，就能削減工時。
又，另一形態，在該些上述半導體載子壽命測定裝置中，又具備於上述測定對象的半導體照射發電用之光線的發電光照射部。
若依此構成，因為具備發電光照射部，所以能以更良好的精度來測定在為了發電照射光線的狀態下的上述測定對象的半導體的實際特性。
又，有關另一形態的半導體載子壽命測定裝置，是具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射於測定對象的半導體的互異的第1及第2領域的光照射部，及於第1及第2領域的各個照射所定測定波的測定波照射部，及將在上述第1領域所反射的上述測定波的第1反射波或透射上述第1領域的上述測定波的第1透射波與在上述第2領域所反射的上述測定波的第2反射波或透射上述第2領域的上述測定波的第2透射波的差的差測定波，藉由直接使用上述第1反射波或是上述第1透射波，而且直接使用上述第2反射波或上述第2透射波所生成的差測定波生成部，及檢測在上述差測定波生成部所生成的差測定波的檢測部，及依據在上述檢測部所檢測的檢測結果來求出上述測定對象的半導體的載子壽命的演算部。
而且，有關另一形態的半導體載子壽命測定方法，是具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射於測定對象的半導體的互異的第1及第2領域的光照射工序，於第1及第2領域的各個照射所定測定波的測定波照射工序，將在上述第1領域所反射的上述測定波的第1反射波或透射上述第1領域的上述測定波的第1透射波與在上述第2領域所反射的上述測定波的第2反射波或透射上述第2領域的上述測定波的第2透射波的差的差測定波，藉由直接使用上述第1反射波或是上述第1透射波，而且直接使用上述第2反射波或上述第2透射波所生成的差測定波生成工序，檢測在上述差測定波生成工序所生成的差測定波的檢測工序，及依據在上述檢測工序所檢測的檢測結果來求出上述測定對象的半導體的載子壽命的演算工序。
此種構成的半導體載子壽命測定裝置及該方法，以第1領域反射的測定波的第1反射波或透射第1領域的測定波的第1透射波與以第2領域反射的測定波的第2反射波或透射第2領域的測定波的第2透射波之差的差測定波，是藉由直接使用第1反射波或第1透射波，而且直接使用第2反射波或第2透過波所生成，該差測定波是以檢測器檢測，依據該檢測結果求出載子壽命。因此，比起求出將第1反射波或第1透射波以所定檢測器測定藉此所得到的第1測定結果與將第2反射波或第2透射波以上述檢測器測定藉此所得到的第2測定結果之差，藉此所演算的各測定結果間之差的有效位數，相當於將上述差測定波本身直接以上述檢測器測定，藉此所得到的上述各測定結果間之差的檢測結果的有效位數，因為使用上述檢測器之動態範圍的全體，直接地檢測上述差測定波，所以會多更多。因而，此種本實施形態的半導體載子壽命測定裝置及該方法，能以更佳的精度來測定載子壽命。
又，另一形態，在上述半導體載子壽命測定裝置中上述至少兩種類的光線是由：具有紅外線領域的波長的第1光線、具有可視光領域的波長的第2光線及具有紫外線領域的波長的第3光線中所選擇的兩種光線。
在對半導體照射光線時，該光線(入射光)雖會穿透到上述半導體內，但該穿透長是依存在入射光的波長。若依此構成，上述至少兩種類的光線的波長差很大，所以該些穿透長差亦變大，其結果可使得分別藉由上述至少兩種類的光線的測定波的反射波或包含在測定波的透射波的表面再結合的影響之比例大不相同。因而，若依此構成，相較於以往能以更良好的精度來測定載子壽命。
此例，穿透長是自光線照射的表面至其光線的光強度為入射強度的1/e之地點的距離(深度)，通常光線的波長愈長穿透長也愈長(變大、變深)。
又，另一形態，在該些上述半導體載子壽命測定裝置中，又具備將波長互異的至少兩種類的光線照射於上述第1及第2領域的各個領域時所產生的初期的第1及第2過剩載子量成為互相相等的方式，來控制上述至少兩種類的光線中的至少一個光強度的光強度控制部。
若依此構成，因為將上述至少兩種類的光線照射於上述第1及第2領域的各個領域時所產生的初期的第1及第2過剩載子量成為略相等，所以例如表面再結合速度為零時的檢測器的輸出訊號位準可為零，能以更良好的精度來測定載子壽命。
又，另一形態，在該些上述半導體載子壽命測定裝置中，又具備使得上述測定對象的半導體的表面再結合速度狀態變化的表面再結合速度狀態變更部，上述演算部是依據在上述測定對象的半導體為第1表面再結合速度狀態時以上述檢測部檢測的第1檢測結果、和在上述測定對象的半導體為與上述第1表面再結合速度狀態不同的第2表面再結合速度狀態時以上述檢測部檢測的第2檢測結果，求出上述測定對象的半導體的載子壽命。
若依此構成，在測定對象的半導體為第1表面再結合速度狀態時以檢測部檢測出第1檢測結果，且在上述測定對象的半導體為與上述第1表面再結合速度狀態不同的第2表面再結合速度狀態時以上述檢測部測定出第2檢測結果，而且依據該些第1及第2檢測結果，求出測定對象的半導體的載子壽命。因而，此種構成的半導體載子壽命測定裝置，像這樣因為只要求出第1及第2檢測結果即可，所以不必假設或測定測定對象的半導體的擴散係數的值，相較於以往能更簡易且更良好的精度來測定載子壽命。
又，其他之一形態，在上述半導體載子壽命測定裝置，上述表面再結合速度狀態變更部，是於藉由上述測定波照射部照射測定波的半導體的測定波照射領域，授與電暈放電的電暈放電授與部。
若依此構成，就能藉由電暈放電來實現第2再結合速度狀態。而且，為了藉由電暈放電實現第2表面再結合速度狀態，結束電暈放電的授與，就能使得測定對象的物理化學性的性狀復原。因此，此種構成的半導體載子壽命測定裝置，可運用於製造生產線中，將未達到要求之樣式(specification)的半導體晶圓在製造工序來選別，藉此就能提升製品的良率。
又，另一形態，在該些上述半導體載子壽命測定裝置中，上述測定對象的半導體，是作為上述第1表面再結合速度狀態授與自然氧化膜的狀態。
半導體晶圓，於使用前通常會經過除去該污染等之污染的洗淨處理，成為在其表面生成有自然氧化膜的狀態。若依此構成，因為藉由該洗淨處理而露出的自然氧化膜為第1表面再結合速度狀態，所以能與該洗淨處理共用實現第1表面再結合速度狀態的處理，就能削減工時。
又，另一形態，在該些上述半導體載子壽命測定裝置中，又具備於上述測定對象的半導體照射發電用之光線的發電光照射部。
若依此構成，因為具備發電光照射部，所以能以更良好的精度來測定在為了發電照射光線的狀態下的上述測定對象的半導體的實際特性。因而，此種構成的半導體載子壽命測定裝置，是例如最適合於PV用半導體晶圓的載子壽命的測定。
本申請案是以2009年10月6日申請的日本發明專利申請第2009-232880號及2010年4月28日申請的日本發明專利申請第2010-103331號為基礎，其內容包含於本案。
為了表現本發明，雖於上述中，一面參照圖面、一面經由實施形態適切且充分說明本發明，但應該理解到若為該業者就很容易地得以變更及/或改良上述的實施形態。因而，該業者實施的變更形態或改良形態，只要未脫離記載於申請專利範圍之請求項的權利範圍之程度，該變更形態或改良形態即可被解釋為包括在該申請項的權利範圍。
[產業上的可利用性]
若依本發明即可提供一種測定半導體的載子壽命的半導體載子壽命測定裝置及半導體載子壽命測定方法。
A1～A4．．．半導體載子壽命測定裝置
1．．．光照射部
2．．．測定波輸出入部
3．．．檢測部
4．．．演算控制部
5．．．放電部
X．．．被測定試料
11-1．．．第1光源部
11-2．．．第2光源部
12-1．．．第1反射鏡
12-2．．．第2反射鏡
21．．．測定波生成部
22．．．導波管天線
23．．．E-H調階器
24．．．導波管
25．．．循環器
22a、22b．．．開口部
31．．．測定波檢測部
41．．．演算部
411．．．第1狀態演算部
412．．．第2狀態演算部
413．．．壽命演算部
414．．．擴散係數記憶部
415．．．δ-S/D表格記憶部
51．．．第1電暈線
51a．．．絕緣體
51b．．．連接線
52．．．第2電暈部
53．．．電源部
54．．．安裝構件
6．．．發電光照射部
61．．．第3光源部
62．．．導光構件
101(101A、101B)．．．光照射部
102．．．測定波輸出入部
103．．．檢測部
104．．．演算控制部
105．．．移動部
1010．．．光源
1010A．．．第1光源部
1010B．．．第2光源部
1012A．．．第1反射鏡
1012B．．．第1反射鏡
1013A．．．第1透鏡
1013B．．．第2透鏡
1022～1026．．．第1～第5導波管
1024a．．．第1導波管天線
1024b、1024c．．．開口部
1025．．．第4導波管
1025a．．．第2導波管天線
1025b、1025c．．．開口部
1011A．．．第1光強度調整器
1011B．．．第2光強度調整器
1020．．．測定波生成部
1021．．．分歧部
1027．．．分歧合成部(幻T型導波管)
1027a～1027d．．．第1～第4端子(port)
1A．．．第1光照射部
1030．．．混頻器(mixer)
1031．．．檢測部
1050．．．工作台
1051．．．工作台控制部
104b．．．演算控制部
106．．．放電部
106A．．．第1電量放電部
106B．．．第2電暈放電部
1061A．．．第11電暈線
1061B．．．第21電暈線
1061Aa．．．絕緣體
1061Ab．．．連接線
1062．．．電暈線
1062A．．．第12電暈線
1062B．．．第22電暈線
1064A．．．安裝構件
1063．．．電源部
1041．．．演算部
10411．．．第1狀態演算部
10412．．．第2狀態演算部
10413．．．壽命演算部
10414．．．擴散係數記憶部
10415．．．δ-S/D表格記憶部
107．．．發電光照射部
1071．．．第3光源部
1072．．．導光構件
第1圖是針對兩個波長互異的各個光線所示的測定波的反射波的相對輸出的時間變化的表面再結合依存性的圖。
第2圖是表示兩個波長互異的各個光線的測定波的反射波的相對輸出差的時間變化的圖。
第3圖是表示第1實施形態的半導體載子壽命測定裝置之構成的圖。
第4圖是表示第3圖所示的半導體載子壽命測定裝置的動作之一例的流程圖。
第5圖是表示求出擴散係數時的第3圖所示的半導體載子壽命測定裝置之動作的流程圖。
第6圖是針對在解析例的兩個波長互異的各光線所示的反射測定波的相對輸出的時間變化的圖。
第7圖是表示在解析例的兩個波長互異的各光線的反射測定波的相對輸出差的時間變化的圖。
第8圖是表示S/D=4000時的擴散係數與塊狀的載子壽命之關係的圖。
第9圖是表示第2實施形態的半導體載子壽命測定裝置之構成的圖。
第10圖是表示應用於第9圖所示的半導體載子壽命測定裝置的幻(magic)T之構成的立體圖。
第11圖是表示有關第9圖所示的半導體載子壽命測定裝置的光線照射之部分構成的圖。
第12圖是表示測定波之反射波的時間性的相對輸出變化的圖。
第13圖是表示於半導體分別照射紅外光與紫外光時所得到的測定波的反射波的相對輸出差(差測定波)的時間變化的圖。
第14圖是表示第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置之構成的圖。
第15圖是表示求出擴散係數時的第3實施形態的半導體載子壽命測定裝置之動作的流程圖。
第16圖是表示第4實施形態的半導體載子壽命測定裝置之構成的圖。
1．．．光照射部
2．．．測定波輸出入部
3．．．檢測部
4．．．演算控制部
5．．．放電部
6．．．發電光照射部
11．．．光源
11-1．．．第1光源部
11-2．．．第2光源部
12-1．．．第1反射鏡
12-2．．．第2反射鏡
21．．．測定波生成部
22．．．導波管天線
22a、22b．．．開口部
23．．．E-H調階器
24．．．導波管
25．．．循環器
31．．．測定波檢測部
41．．．演算部
411．．．第1狀態演算部
412．．．第2狀態演算部
413．．．壽命演算部
414．．．擴散係數記憶部
415．．．δ-S/D表格記憶部
51．．．第1電暈線
51a．．．絕緣體
51b．．．連接線
52．．．第2電暈部
53．．．電源部
54．．．安裝構件
61．．．第3光源部
62．．．導光構件

Claims (18)

  1. 一種半導體載子壽命測定裝置，其特徵為具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射在測定對象的半導體的光照射部，於上述測定對象的半導體照射所定測定波的測定波照射部，及將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測，依據此檢測結果使得誤差變小的方式，求出上述測定對象的半導體的載子壽命的檢測演算部，上述檢測演算部是具備：將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測的檢測部，及依據上述測定對象的半導體在第1表面再結合速度狀態的情形，藉由上述光照射部使得上述至少兩種類的光線被照射在上述測定對象的半導體，而且藉由上述測定波照射部使得上述測定波被照射在上述測定對象的半導體，而以上述檢測部所檢測的上述反射波或上述透射波的時間性的相對變化的第1差，且依據上述測定對象的半導體在與上述第1表面再結合速度狀態不相同的第2表面再結合速度狀態的情形，藉由上述光照射部使得上述至少兩種類的光線被照射在上述測定對象的半導體，而且藉由上述測定波照射部使得上述測定波被照射在上述測定對象的半導體 ，而以上述檢測部所檢測的上述反射波或上述透射波的時間性的相對變化的第2差，求出上述測定對象的半導體的載子壽命的演算部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，上述至少兩種類的光線，是具有紅外線領域的波長的第1光線及具有紫外線領域的波長的第2光線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，上述至少兩種類的光線，是具有紅外線領域的波長的第1光線及具有可視光領域的波長的第3光線。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，又具備將上述測定對象的半導體從上述第1表面再結合速度狀態變化成上述第2表面再結合速度狀態的表面再結合速度狀態變更部。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，上述表面再結合速度狀態變更部是藉由上述測定波照射部，於測定波所照射的半導體的測定波照射領域授與電暈放電的電暈放電授與部。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，上述測定對象的半導體是作為上述第1表面再結合速 度狀態授與有自然氧化膜的狀態。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，又具備於上述測定對象的半導體照射發電用的光線的發電光照射部。
  8. 一種半導體載子壽命測定裝置，其特徵為具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射在測定對象的半導體的光照射部，於上述測定對象的半導體照射所定測定波的測定波照射部，及將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測，依據此檢測結果使得誤差變小的方式，求出上述測定對象的半導體的載子壽命的檢測演算部，上述光照射部將波長互異的至少兩種類的光線照射於測定對象的半導體中的互異的第1及第2領域，上述測定波照射部於上述第1及第2領域分別照射所定測定波，上述檢測演算部是具備：將在上述第1領域所反射的上述測定波的第1反射波或透射上述第1領域的上述測定波的第1透射波與在上述第2領域所反射的上述測定波的第2反射波或透射上述第2領域的上述測定波的第2透射波的差的差測定波，藉由直接使用上述第1反射波或上述第1透射波，而且直接使 用上述第2反射波或上述第2透射波來生成的差測定波生成部，檢測在上述差測定波生成部所生成的差測定波的檢測部，及依據在上述檢測部所檢測的檢測結果來求出上述測定對象的半導體的載子壽命的演算部。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，上述至少兩種類的光線是由：具有紅外線領域的波長的第1光線、具有可視光領域的波長的第2光線及具有紫外線領域的波長的第3光線中所選擇的兩種光線。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，又具備將波長互異的至少兩種類的光線分別照射於上述第1及第2領域時所產生的初期的第1及第2過剩載子量成為互相相等的方式，控制上述至少兩種類的光線中的至少一個光強度的光強度控制部。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，又具備變更上述測定對象的半導體的表面再結合速度狀態的表面再結合速度狀態變更部，上述演算部是依據上述測定對象的半導體在第1表面再結合速度狀態的情形以上述檢測部所檢測的第1檢測結果，及上述測定對象的半導體在與上述第1表面再結合速 度狀態不相同的第2表面再結合速度狀態的情形以上述檢測部所檢測的第2檢測結果來求出上述測定對象的半導體的載子壽命。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，上述表面再結合速度狀態變更部是藉由上述測定波照射部，於測定波所照射的半導體的測定波照射領域授與電暈放電的電暈放電授與部。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，上述測定對象的半導體是作為上述第1表面再結合速度狀態授與有自然氧化膜的狀態。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的半導體載子壽命測定裝置，其中，又具備於上述測定對象的半導體照射發電用的光線的發電光照射部。
  15. 一種半導體載子壽命測定方法，其特徵為具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射在測定對象的半導體的光照射工序，於上述測定對象的半導體照射所定測定波的測定波照射工序，及將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測，依據此檢測結果使得誤差變小的方式，求出上 述測定對象的半導體的載子壽命的檢測演算工序，上述檢測演算工序是具備：將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測的檢測工序，及依據上述測定對象的半導體在第1表面再結合速度狀態的情形，藉由上述光照射工序使得上述至少兩種類的光線被照射在上述測定對象的半導體，而且藉由上述測定波照射工序使得上述測定波被照射在上述測定對象的半導體，而以上述檢測工序所檢測的上述反射波或上述透射波的時間性的相對變化的第1差，且依據上述測定對象的半導體在與上述第1表面再結合速度狀態不相同的第2表面再結合速度狀態的情形，藉由上述光照射工序使得上述至少兩種類的光線被照射在上述測定對象的半導體，而且藉由上述測定波照射工序使得上述測定波被照射在上述測定對象的半導體，而以上述檢測工序所檢測的上述反射波或上述透射波的時間性的相對變化的第2差，求出上述測定對象的半導體的載子壽命的演算工序。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的半導體載子壽命測定方法，其中，上述演算工序依據上述第1差與上述第2差，求出上述測定對象的半導體的擴散係數與表面再結合速度的比率而求出上述測定對象的半導體的載子壽命。
  17. 一種半導體載子壽命測定方法，其特徵為具備： 測定對象的半導體在第1表面再結合速度狀態的情形，藉由一面將所定測定波照射在上述測定對象的半導體，一面照射波長互異的至少兩種類的光線，測定以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波的時間性的相對變化的第1差的第1差測定工序，將上述測定對象的半導體的表面再結合速度作為S，將擴散係數作為D時，依據藉由上述第1差測定工序所測定的第1差求出第1表面再結合速度狀態的S/D的第1S/D演算工序，依據在上述第1S/D演算工序所求出的第1表面再結合速度狀態的S/D求出擴散係數D的擴散係數演算工序，將上述測定對象的半導體從上述第1表面再結合速度狀態變化成與上述第1表面再結合速度狀態不相同的第2表面再結合速度狀態的表面再結合速度狀態變更工序，上述測定對象的半導體在第2表面再結合速度狀態的情形，藉由一面將上述測定波照射在上述測定對象的半導體，一面照射上述波長互異的至少兩種類的光線，測定以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波的時間性的相對變化的第2差的第2差測定工序，依據在上述第2差測定工序所測定的第2差求出第2表面再結合速度狀態的S/D的第2S/D演算工序，依據在上述第2S/D演算工序所求出的第2表面再結 合速度狀態的S/D求出表面再結合速度S的表面再結合速度演算工序，及依據在上述表面再結合速度演算工序所求出的表面再結合速度S求出上述測定對象的半導體的載子壽命的壽命演算工序。
  18. 一種半導體載子壽命測定方法，其特徵為具備：將波長互異的至少兩種類的光線，照射在測定對象的半導體的光照射工序，於上述測定對象的半導體照射所定測定波的測定波照射工序，及將以上述測定對象的半導體所反射的上述測定波的反射波或透射上述測定對象的半導體的上述測定波的透射波予以檢測，依據此檢測結果使得誤差變小的方式，求出上述測定對象的半導體的載子壽命的檢測演算工序，在上述光照射工序中，將波長互異的至少兩種類的光線照射於測定對象的半導體中的互異的第1及第2領域，在上述測定波照射工序中，於上述第1及第2領域分別照射所定測定波，上述檢測演算工序是具備：將在上述第1領域所反射的上述測定波的第1反射波或透射上述第1領域的上述測定波的第1透射波與在上述第2領域所反射的上述測定波的第2反射波或透射上述第2領域的上述測定波的第2透射波的差的差測定波，藉由直接使用上述第1反射波或上述第1透射波，而且直接使 用上述第2反射波或上述第2透射波來生成的差測定波生成工序，檢測在上述差測定波生成工序所生成的差測定波的檢測工序，及依據在上述檢測工序所檢測的檢測結果來求出上述測定對象的半導體的載子壽命的演算工序。
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