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JP4091698B2 - Recombination lifetime measuring device - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は再結合ライフタイム測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体製造工程において悪影響を及ぼす重金属の汚染量を測定する方法として、過剰キャリアの減衰量が重金属汚染量に比例することを利用して過剰キャリアの再結合ライフタイムを測定する方法が提案されている。
【0003】
例えば、図4に示すように、ウエハステージ10上に載置したウエハ30に、光源装置12を構成するフォトダイオードにより禁制帯幅よりも大きな周波数の光、すなわち、波長500nm以上1000nm以下で、振幅100Hz以上1000Hz以下のパルス状の光を照射する。
【0004】
このパルス状の光の照射により、ウエハ30内では、電子がエネルギーを吸収して荷電子帯から伝導帯に励起される。この結果、同数の電子と正孔(以後、エレクトロンホールペアと称す。)が作られ、熱平衡状態の密度を越えた密度1.012〜1.018/cm3の過剰キャリアが生じる。
【0005】
光の照射を停止すると過剰の伝導電子は、荷電子帯へ戻って過剰の正孔と結合して消滅し、キャリア濃度はもとの熱平衡状態にもどる(再結合)が、ウエハ30が重金属により汚染されている場合は、一部の電子(又は正孔)が再結合できずに重金属にトラップされて減衰する。
【0006】
すなわち、過剰キャリアの減衰量は重金属の含有率(言い換えると重金属汚染量)に比例するので、光源装置12による光の照射を停止した後、それと同時にマイクロ波発信器14によりマイクロ波をウエハ表面に照射し、マイクロ波受信器16を用いて反射されマイクロ波を測定することにより過剰キャリアの減衰量を測定し、得られた結果から過剰キャリアの再結合ライフタイムを算出する。
【0007】
なお、この場合、光源装置12による光の照射の開始及び停止、マイクロ波発信器14によるマイクロ波の照射、マイクロ波受信器16によるマイクロ波の測定、及び、得られた測定結果に基づくデータの演算は制御部18によりそれぞれ制御されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図4に示す構成の装置では、光源装置12からの光の照射によりバルク内で発生したエレクトロン32とホール34は、バルク内の重金属などにより形成される不純物準位を介して再結合するのではなく、図5のエレクトロンバンド図に示すように、ウエハ表面に拡散してウエハ表面の結晶不連続面により形成される表面準位を介してウエハ表面で再結合してしまう(表面再結合)。なお、この図5では、n型シリコンウエハについて述べているがp型シリコンウエハについても同様である。
【0009】
この現象によって、シリコンバルク内の再結合ライフタイムを精度よく測定するのが困難であるという問題点がある。
【0010】
従来では、ウエハ表面を熱酸化したり、ウエハ表面をヨウ素等の薬品によって化学的に酸化したり、ウエハ表面にHF(フッ酸)を塗布してウエハ表面のシリコン結晶の不連続端をH(水素)置換する等の処理をウエハ表面に予め施して、エレクトロンとホールとが表面準位を介して再結合するのを防ぐ方法が提案されている。
【0011】
しかし、ウエハ表面を熱酸化する場合、熱酸化時の雰囲気や、熱酸化後のウエハ引き出し時の冷却の仕方により表面状態がその都度変わってしまい好ましくないという難点がある。また、ウエハ表面をヨウ素等の薬品によって化学的に酸化する場合は、ウエハを再利用できないという難点がある。
【0012】
さらに、ウエハ表面にHF(フッ酸)を塗布してウエハ表面のシリコン結晶の不連続端をH(水素)置換する場合は、H置換したウエハ表面の経時変化が大きいため、このようなウエハにおける再結合ライフタイムを測定しても、安定に、且つ、再現性よく評価を行うことができないという難点がある。
【0014】
以上のことから、本発明は、エレクトロンとホールとがウエハの表面準位を介して表面再結合するのを大幅に抑制することのできる再結合ライフタイム測定装置を提供すること目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の発明の再結合ライフタイム測定装置は、ウエハの導電型と逆の電荷にウエハを帯電させてから、ウエハ表面に光を照射して過剰キャリアを発生させ、該過剰キャリアの減衰量を計測して、Siバルク内のライフタイムを測定する。
【0016】
すなわち、請求項1の発明では、ウエハの導電型と逆の電荷にウエハを帯電させることにより、ウエハの表面ポテンシャルを変化させ、これにより、ウエハ表面にエレクトロンとホールとの両方が拡散するのを防いでいる。
【0017】
すなわち、n型の導電型のシリコンウエハを正に帯電させると、図2(A)に示すように、ウエハ中のエレクトロン32は表面に引き付けられ、ホール34は反発する。従って、ウエハ表面にはエレクトロン32のみが存在することになり、ウエハ表面においてエレクトロン32が表面準位を介してホール34と再結合するのを防ぐことができる。同様に、p型の導電型のシリコンウエハを負に帯電させると、図2(B)に示すように、ウエハ中のホール34は表面に引き付けられ、エレクトロン32は反発する。従って、ウエハ表面にはホール34のみが存在することになり、ウエハ表面においてホール34が表面準位を介してエレクトロン32と再結合するのを防ぐことができる。
【0018】
このように、ウエハの表面ポテンシャルをウエハの導電型に応じて上記のように変え、エレクトロン・ホールペアの表面準位を介した再結合を防いでいるため、その後、ウエハに過剰キャリアを発生させてその減衰量を測定すると、過剰キャリアの減衰量はウエハ内の重金属汚染量に基づくものとなる。従って、測定により得られる再結合ライフタイムは重金属汚染量に基づくものとなり、精度よく重金属汚染量を検出できる。
【0019】
上記請求項1の再結合ライフタイム測定装置は、上記の目的を達成するために、表面に絶縁膜を有する導電性のステージを備えたウエハ保持手段と、n型の導電型のウエハが前記ステージの絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに負電圧を印加し、p型の導電型のウエハが前記ステージの絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに正電圧を印加する電圧印加手段と、該電圧印加手段により前記ステージに負電圧または、正電圧が印加されることにより帯電されたウエハの表面に過剰にキャリアを発生させるキャリア発生手段と、該キャリア発生手段によりウエハ表面に過剰に発生させたキャリアの減衰量を測定する減衰量測定手段と、を備えている。
【0020】
請求項の発明の再結合ライフタイム測定装置における電圧印加手段は、ウエハの導電型と逆の電荷にウエハを帯電させるものであ、表面に絶縁膜が形成された導電性ステージの表面に載置されたウエハがn型の導電型である場合は前記導電性ステージに負電圧を印加し、p型の導電型である場合は前記導電性ステージに正電圧を印加する
【0021】
このような電圧印加手段により、ウエハの表面ポテンシャルをウエハの導電型に応じて変えてから、キャリア発生手段により再結合ライフタイム測定のための過剰キャリアを生じさせる構成であるので、エレクトロンとホールとがウエハの表面準位を介して表面再結合するのを大幅に抑制することができる。
【0022】
従って、減衰量測定手段により測定される過剰キャリアの減衰量は、ウエハ内の重金属汚染量に基づくものとなり、精度よく再結合ライフタイムを測定できる。
【0023】
なお、過剰キャリアの減衰量を測定する減衰量測定手段として、例えば、不純物の注入により結晶欠陥を生じた領域で吸収されるマイクロ波をウエハ表面に照射するマイクロ波照射手段と、ウエハに吸収されないマイクロ波量を測定するマイクロ波受信手段とから構成され、ウエハに吸収されたマイクロ波量を検出することにより重金属汚染量を検出するマイクロ波減衰測定装置により構成できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1から図3を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1に示すように、第1の実施の形態の再結合ライフタイム測定装置は、ウエハ30を載置すると共にアース22が接続されたウエハステージ10と、ウエハステージ10上に載置されたウエハ30に対し光を照射するフォトダイオードから構成された光源装置12と、ウエハステージ10上に載置されたウエハ30に対しマイクロ波を照射するマイクロ波発信器14と、ウエハ30に吸収されないマイクロ波を測定するマイクロ波受信器16と、ウエハステージ10上に載置されたウエハ30の表面に、100の電圧で数十μA以上数mA以下の通電で生成したイオンを照射するイオナイザー(イオン照射手段)20と、を備えている。
【0025】
これら光源装置12、マイクロ波発信器14、マイクロ波受信器16、イオナイザー20、アース22は、それぞれ制御部18に接続されており、制御部18は個々の動作を制御する。
【0026】
以下、本第1の実施の形態の再結合ライフタイム測定装置を用いた再結合ライフタイムの測定方法について説明する。
【0027】
まず、制御部18に入力されたウエハ30の導電型の情報に応じてイオナイザー20がウエハ30の表面にイオンを照射し、ウエハ30の表面を帯電させる。すなわち、ウエハステージ10上に載置されたウエハ30の導電型がn型である場合はプラスイオンを照射し、p型である場合はマイナスイオンを照射する。
【0028】
このときのイオンの照射量は、ウエハの表面電位が1V以上100V以下程度の範囲内となるように調整される。
【0029】
ウエハ30の表面が帯電されたら、イオナイザー20によるイオンの照射を止め、光源装置12を構成するフォトダイオードにより、表面が帯電されたウエハ30の表面に波長500nm以上1000nm以下で、振幅100Hz以上1000Hz以下のパルス状の光を照射する。これにより、電子がエネルギーを吸収して荷電子帯から伝導帯に励起されるので、エレクトロンホールペアが作られ、熱平衡状態の密度を越えた密度1.012/cm3以上1.018/cm3以下程度の過剰キャリアが生じる。
【0030】
ウエハ30の導電型がn型の場合は、イオナイザー20からのプラスイオンの照射によって、ウエハ30表面は正に帯電されるため、エネルギーバンド図は図2(A)に示すようになる。すなわち、エレクトロンホールペアのうち、エレクトロン32がウエハ30の表面に引き付けられ、ホール34がウエハ表面から反発する。
【0031】
また、ウエハ30の導電型がp型の場合は、イオナイザー20からのマイナスイオンの照射によって、ウエハ30表面は負に帯電されるため、エネルギーバンド図は図2(B)に示すようになる。すなわち、エレクトロンホールペアのうち、ホール34がウエハ30の表面に引き付けられ、エレクトロン32がウエハ表面から反発する。
【0032】
以上のことから、エレクトロン32とホール34とがウエハ30の表面準位を介して再結合しにくい状態となっていることがわかる。従って、過剰キャリアの減衰は、ほぼ重金属の準位を介して行われることとなる。
【0033】
ウエハ30に過剰キャリアを生じさせた後、制御部18は光源装置12による光の照射を停止させて、マイクロ波発信器14によりウエハ30の表面にマイクロ波を照射すると共に、マイクロ波受信器16を用いてウエハ30により吸収されなかったマイクロ波量を測定する。
【0034】
制御部18は、得られた結果に基づいて再結合ライフタイムを算出すると共に、マイクロ波の測定が終了したら、アース22をウエハステージ10に接続してウエハ30表面の帯電を取り除く。
【0035】
このように測定した結果に基づいて算出された再結合ライフタイムは、ウエハの表面準位の影響を受けていないため、重金属汚染量に則した過剰キャリアの減衰量を精度よく測定できることとなる。
【0036】
なお、本第1の実施の形態では、制御部により個々の装置(光源装置12、マイクロ波発信器14、マイクロ波受信器16、イオナイザー20、アース22)を制御する構成としているが、制御部18を設けずに手動で前記個々の装置12、14、16、20、22の動作を制御する構成とすることもできる。
【0037】
(第2の実施の形態)
図3に示すように、第2の実施の形態の再結合ライフタイム測定装置は、ウエハ30載置面に絶縁膜13が形成された導電性のウエハステージ11と、このウエハステージ11に対し、数Vから数100Vの正電圧又は負電圧を印加する電源部23(電圧印加手段)とアース22とを備えた電源装置24と、ウエハステージ11上に載置されたウエハ30に対し光を照射するフォトダイオードから構成された光源装置12と、ウエハステージ11上に載置されたウエハ30に対しマイクロ波を照射するマイクロ波発信器14と、ウエハ30に吸収されないマイクロ波を測定するマイクロ波受信器16と、を備えている。
【0038】
これら電源装置24、光源装置12、マイクロ波発信器14、マイクロ波受信器16は、それぞれ制御部18に接続されており、制御部18は個々の動作を制御する。
【0039】
以下、本第2の実施の形態の再結合ライフタイム測定装置を用いた再結合ライフタイムの測定方法について説明する。
【0040】
まず、制御部18に入力されたウエハ30の導電型の情報に応じて電源装置24が、ウエハステージ11に正電圧又は負電圧を印加して、ウエハ30の表面を帯電させる。すなわち、ウエハステージ10上に載置されたウエハ30の導電型がn型である場合は電圧を印加し、p型である場合は電圧を印加する。
【0041】
このときの電圧は、ウエハの表面電位が1V以上100V以下程度の範囲内となるように調整される。
【0042】
ウエハ30の表面が帯電されたら、電源装置24による電圧の印加を止め、光源装置12を構成するフォトダイオードにより、表面が帯電されたウエハ30の表面に波長500nm以上1000nm以下で、振幅100Hz以上1000Hz以下のパルス状の光を照射する。これにより、電子がエネルギーを吸収して荷電子帯から伝導帯に励起されるので、エレクトロンホールペアが作られ、熱平衡状態の密度を越えた密度1.012/cm3以上1.018/cm3以下程度の過剰キャリアが生じる。
【0043】
ウエハ30の導電型がn型の場合は、電源装置24による電圧の印加により、ウエハ30表面は正に帯電されるため、エネルギーバンド図は図2(A)に示すようになる。すなわち、エレクトロンホールペアのうち、エレクトロン32がウエハ30の表面に引き付けられ、ホール34がウエハ表面から反発する。
【0044】
また、ウエハ30の導電型がp型の場合は、電源装置24による電圧の印加により、ウエハ30表面は負に帯電されるため、エネルギーバンド図は図2(B)に示すようになる。すなわち、エレクトロンホールペアのうち、ホール34がウエハ30の表面に引き付けられ、エレクトロン32がウエハ表面から反発する。
【0045】
以上のことから、エレクトロン32とホール34とがウエハ30の表面準位を介して再結合しにくい状態となっていることがわかる。従って、過剰キャリアの減衰は、ほぼ重金属の準位を介して行われることとなる。
【0046】
ウエハ30に過剰キャリアを生じさせた後、制御部18は光源装置12による光の照射を停止させて、マイクロ波発信器14によりウエハ30の表面にマイクロ波を照射すると共に、マイクロ波受信器16を用いてウエハ30により吸収されなかったマイクロ波量を測定する。
【0047】
制御部18は、得られた結果に基づいて再結合ライフタイムを算出すると共に、マイクロ波の測定が終了したら、電源装置24をアース22に切り換え、ウエハステージ11にアース22を接続してウエハ30表面の帯電を取り除く。
【0048】
このように測定した結果に基づいて算出された再結合ライフタイムは、上記第1の実施の形態と同様に、ウエハの表面準位の影響を受けていないため、重金属汚染量に則した過剰キャリアの減衰量を精度よく測定できることとなる。
【0049】
なお、本第2の実施の形態では、制御部により個々の装置(電源装置24、光源装置12、マイクロ波発信器14、マイクロ波受信器16)を制御する構成としているが、制御部18を設けずに手動で前記個々の装置24、12、14、16の動作を制御する構成とすることもできる。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、エレクトロンとホールとがウエハの表面準位を介して表面再結合するのを大幅に抑制できる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る再結合ライフタイム測定装置の概略説明図である。
【図2】(A)はウエハ30の表面を正に帯電させたときのウエハ内のエネルギーバンド図であり、(B)ははウエハ30の表面を負に帯電させたときのウエハ内のエネルギーバンド図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る再結合ライフタイム測定装置の概略説明図である。
【図4】従来の再結合ライフタイム測定装置の概略説明図である。
【図5】ウエハの表面を帯電させない場合のウエハ内のエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
10 ウエハステージ
12 光源装置
14 マイクロ波発信器
16 マイクロ波受信器
18 制御部
20 イオナイザー
22 アース
30 ウエハ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a recombination lifetime measuring apparatus.
[0002]
[Prior art]
In general, as a method for measuring the amount of heavy metal contamination that adversely affects the semiconductor manufacturing process, a method for measuring the excess carrier recombination lifetime using the fact that the amount of excess carrier attenuation is proportional to the amount of heavy metal contamination has been proposed. ing.
[0003]
For example, as shown in FIG. 4, light having a frequency larger than the forbidden bandwidth, that is, a wavelength of 500 nm or more and 1000 nm or less is applied to a wafer 30 placed on the wafer stage 10 by a photodiode constituting the light source device 12. Irradiate pulsed light of 100 Hz to 1000 Hz.
[0004]
By irradiation with this pulsed light, electrons absorb energy in the wafer 30 and are excited from the valence band to the conduction band. As a result, the same number of electrons and holes (hereinafter referred to as “electron hole pairs”) are generated, and excess carriers having a density exceeding the density of the thermal equilibrium state of 1.0 12 to 1.0 18 / cm 3 are generated.
[0005]
When the irradiation of light is stopped, excess conduction electrons return to the valence band, combine with excess holes and disappear, and the carrier concentration returns to the original thermal equilibrium state (recombination). When contaminated, some electrons (or holes) cannot be recombined but are trapped by heavy metals and attenuated.
[0006]
That is, the amount of excess carrier attenuation is proportional to the heavy metal content (in other words, the amount of heavy metal contamination), so after the light irradiation by the light source device 12 is stopped, the microwave is simultaneously transmitted to the wafer surface by the microwave transmitter 14. The amount of attenuation of excess carriers is measured by irradiating and reflecting the microwave reflected by the microwave receiver 16, and the recombination lifetime of excess carriers is calculated from the obtained result.
[0007]
In this case, the start and stop of the light irradiation by the light source device 12, the microwave irradiation by the microwave transmitter 14, the measurement of the microwave by the microwave receiver 16, and the data based on the obtained measurement result The calculation is controlled by the control unit 18.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the apparatus having the configuration shown in FIG. 4, the electrons 32 and the holes 34 generated in the bulk by the light irradiation from the light source device 12 are recombined through impurity levels formed by heavy metals or the like in the bulk. Instead, as shown in the electron band diagram of FIG. 5, the wafer surface diffuses and recombines on the wafer surface via surface levels formed by crystal discontinuities on the wafer surface (surface recombination). ). Although FIG. 5 describes the n-type silicon wafer, the same applies to the p-type silicon wafer.
[0009]
Due to this phenomenon, there is a problem that it is difficult to accurately measure the recombination lifetime in the silicon bulk.
[0010]
Conventionally, the wafer surface is thermally oxidized, the wafer surface is chemically oxidized with a chemical such as iodine, or HF (hydrofluoric acid) is applied to the wafer surface to remove the discontinuous ends of the silicon crystal on the wafer surface with H ( A method has been proposed in which a treatment such as hydrogen) is performed on the wafer surface in advance to prevent recombination of electrons and holes through the surface level.
[0011]
However, when the wafer surface is thermally oxidized, there is a problem that the surface state changes each time depending on the atmosphere at the time of thermal oxidation and the cooling method at the time of drawing out the wafer after the thermal oxidation. In addition, when the wafer surface is chemically oxidized with a chemical such as iodine, there is a drawback that the wafer cannot be reused.
[0012]
Furthermore, when HF (hydrofluoric acid) is applied to the wafer surface and the discontinuous ends of the silicon crystal on the wafer surface are replaced with H (hydrogen), the change over time of the H-substituted wafer surface is large. Even if the recombination lifetime is measured, there is a difficulty that the evaluation cannot be performed stably and with good reproducibility.
[0014]
From the above, the present invention aims at providing a recombination lifetime measuring apparatus which can be significantly suppressed from the electron and hole to surface recombination via surface states of the wafer.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
Recombination lifetime measuring apparatus of the invention of claim 1 in order to achieve the above object, from a wafer is charged to a conductivity type opposite to the charge of the wafer, generating the excess carriers by irradiating light to the wafer surface The lifetime of the Si bulk is measured by measuring the amount of attenuation of the excess carriers.
[0016]
That is, according to the first aspect of the present invention, the surface potential of the wafer is changed by charging the wafer to a charge opposite to the conductivity type of the wafer, whereby both electrons and holes are diffused on the wafer surface. It is preventing.
[0017]
That is, when an n-type conductive silicon wafer is positively charged, as shown in FIG. 2A, electrons 32 in the wafer are attracted to the surface, and the holes 34 repel. Therefore, only the electrons 32 exist on the wafer surface, and the electrons 32 can be prevented from recombining with the holes 34 via the surface levels on the wafer surface. Similarly, when a p-type conductive silicon wafer is negatively charged, as shown in FIG. 2B, the holes 34 in the wafer are attracted to the surface, and the electrons 32 repel. Therefore, only the holes 34 exist on the wafer surface, and the holes 34 can be prevented from recombining with the electrons 32 via the surface levels on the wafer surface.
[0018]
In this way, the surface potential of the wafer is changed as described above in accordance with the conductivity type of the wafer to prevent recombination through the surface level of the electron-hole pair, and thereafter, excess carriers are generated in the wafer. When the amount of attenuation is measured, the amount of excess carrier attenuation is based on the amount of heavy metal contamination in the wafer. Therefore, the recombination lifetime obtained by measurement is based on the heavy metal contamination amount, and the heavy metal contamination amount can be detected with high accuracy.
[0019]
In order to achieve the above object, the recombination lifetime measuring apparatus according to claim 1 includes a wafer holding means including a conductive stage having an insulating film on a surface thereof, and an n-type conductive wafer. A negative voltage is applied to the conductive stage when placed on the insulating film, and a positive voltage is applied to the conductive stage when a p-type conductive wafer is placed on the insulating film of the stage. Voltage applying means for applying a voltage, carrier generating means for excessively generating carriers on the surface of the wafer charged by applying a negative voltage or a positive voltage to the stage by the voltage applying means , and the carrier generating means And an attenuation amount measuring means for measuring the attenuation amount of the carrier excessively generated on the wafer surface.
[0020]
Voltage applying means in the recombination lifetime measuring apparatus of the invention of claim 1, Der those for charging the wafer is opposite to the conductivity type of the charge of the wafer is, on the surface of the conductive stage having an insulating film formed on the surface when placed on the wafer in the conductivity type of n-type by applying a negative voltage to the conductive stage, when a p-type conductivity is a positive voltage is applied to the conductive stage.
[0021]
Since the voltage application means changes the surface potential of the wafer according to the conductivity type of the wafer, the carrier generation means generates excess carriers for recombination lifetime measurement. Can be remarkably suppressed from surface recombination via the surface level of the wafer.
[0022]
Therefore, the attenuation amount of excess carriers measured by the attenuation amount measuring means is based on the heavy metal contamination amount in the wafer, and the recombination lifetime can be measured with high accuracy.
[0023]
As an attenuation measurement means for measuring the attenuation amount of excess carriers, for example, a microwave irradiation means for irradiating the wafer surface with microwaves absorbed in a region where crystal defects are caused by impurity implantation, and not absorbed by the wafer. A microwave receiving unit that measures the amount of microwaves, and a microwave attenuation measuring device that detects the amount of heavy metal contamination by detecting the amount of microwaves absorbed by the wafer.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the recombination lifetime measuring apparatus according to the first embodiment includes a wafer stage 10 on which a wafer 30 is placed and a ground 22 is connected, and a wafer placed on the wafer stage 10. A light source device 12 configured by a photodiode that irradiates light to 30, a microwave transmitter 14 that irradiates microwaves to the wafer 30 placed on the wafer stage 10, and a microwave that is not absorbed by the wafer 30. And an ionizer (ion irradiation means) for irradiating the surface of the wafer 30 placed on the wafer stage 10 with ions generated by energization of several tens of μA to several mA at a voltage of 100 20).
[0025]
The light source device 12, the microwave transmitter 14, the microwave receiver 16, the ionizer 20, and the earth 22 are respectively connected to the control unit 18, and the control unit 18 controls each operation.
[0026]
Hereinafter, a method for measuring the recombination lifetime using the recombination lifetime measurement apparatus according to the first embodiment will be described.
[0027]
First, the ionizer 20 irradiates the surface of the wafer 30 with ions in accordance with information on the conductivity type of the wafer 30 input to the control unit 18 to charge the surface of the wafer 30. That is, when the conductivity type of the wafer 30 placed on the wafer stage 10 is n-type, positive ions are irradiated, and when the conductivity type is p-type, negative ions are irradiated.
[0028]
The ion dose at this time is adjusted so that the surface potential of the wafer falls within a range of about 1V to 100V.
[0029]
When the surface of the wafer 30 is charged, the ionization by the ionizer 20 is stopped, and the surface of the wafer 30 whose surface is charged by the photodiode constituting the light source device 12 has a wavelength of 500 nm to 1000 nm and an amplitude of 100 Hz to 1000 Hz. Irradiate the pulsed light. As a result, the electrons absorb energy and are excited from the valence band to the conduction band, so an electron hole pair is created, and the density exceeds the density of the thermal equilibrium state of 1.0 12 / cm 3 or more and 1.0 18 /. Excess carriers of about cm 3 or less are generated.
[0030]
When the conductivity type of the wafer 30 is n-type, the surface of the wafer 30 is positively charged by irradiation of positive ions from the ionizer 20, so that the energy band diagram is as shown in FIG. That is, in the electron hole pair, the electrons 32 are attracted to the surface of the wafer 30, and the holes 34 repel from the wafer surface.
[0031]
When the conductivity type of the wafer 30 is p-type, the surface of the wafer 30 is negatively charged by irradiation of negative ions from the ionizer 20, so that the energy band diagram is as shown in FIG. That is, in the electron hole pair, the hole 34 is attracted to the surface of the wafer 30 and the electron 32 repels from the wafer surface.
[0032]
From the above, it can be seen that the electrons 32 and the holes 34 are not easily recombined via the surface level of the wafer 30. Therefore, excess carriers are attenuated almost via heavy metal levels.
[0033]
After generating excess carriers on the wafer 30, the control unit 18 stops the light irradiation by the light source device 12, and the microwave transmitter 14 irradiates the surface of the wafer 30 with the microwave, and the microwave receiver 16. Is used to measure the amount of microwaves not absorbed by the wafer 30.
[0034]
The control unit 18 calculates the recombination lifetime based on the obtained result, and when the microwave measurement is completed, the ground 22 is connected to the wafer stage 10 to remove the charge on the surface of the wafer 30.
[0035]
Since the recombination lifetime calculated based on the measurement result is not affected by the surface level of the wafer, the amount of excess carrier attenuation according to the heavy metal contamination amount can be measured with high accuracy.
[0036]
In the first embodiment, the control unit controls individual devices (light source device 12, microwave transmitter 14, microwave receiver 16, ionizer 20, and earth 22). The operation of each of the individual devices 12, 14, 16, 20, and 22 may be manually controlled without providing 18.
[0037]
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 3, the recombination lifetime measuring apparatus according to the second embodiment includes a conductive wafer stage 11 in which an insulating film 13 is formed on a wafer 30 mounting surface, and the wafer stage 11. Light is applied to a power supply device 24 having a power supply unit 23 (voltage applying means) for applying a positive voltage or a negative voltage of several volts to several hundred volts and a ground 22, and the wafer 30 placed on the wafer stage 11. A light source device 12 including a photodiode, a microwave transmitter 14 for irradiating the wafer 30 placed on the wafer stage 11 with microwaves, and a microwave receiver for measuring microwaves not absorbed by the wafer 30 Instrument 16.
[0038]
The power supply device 24, the light source device 12, the microwave transmitter 14, and the microwave receiver 16 are respectively connected to the control unit 18, and the control unit 18 controls each operation.
[0039]
Hereinafter, a method for measuring the recombination lifetime using the recombination lifetime measurement apparatus according to the second embodiment will be described.
[0040]
First, the power supply device 24 applies a positive voltage or a negative voltage to the wafer stage 11 in accordance with the conductivity type information of the wafer 30 input to the control unit 18 to charge the surface of the wafer 30. That is, when the conductivity type of the wafer 30 placed on the wafer stage 10 is an n-type applies a negative voltage, if a p-type a positive voltage is applied.
[0041]
The voltage at this time is adjusted so that the surface potential of the wafer falls within the range of about 1V to 100V.
[0042]
When the surface of the wafer 30 is charged, the application of voltage by the power supply device 24 is stopped, and the surface of the wafer 30 whose surface is charged by the photodiode constituting the light source device 12 has a wavelength of 500 nm to 1000 nm and an amplitude of 100 Hz to 1000 Hz. The following pulsed light is irradiated. As a result, the electrons absorb energy and are excited from the valence band to the conduction band, so an electron hole pair is created, and the density exceeds the density of the thermal equilibrium state of 1.0 12 / cm 3 or more and 1.0 18 /. Excess carriers of about cm 3 or less are generated.
[0043]
When the conductivity type of the wafer 30 is n-type, the energy band diagram is as shown in FIG. 2A because the surface of the wafer 30 is positively charged by applying a negative voltage by the power supply device 24. That is, in the electron hole pair, the electrons 32 are attracted to the surface of the wafer 30, and the holes 34 repel from the wafer surface.
[0044]
When the conductivity type of the wafer 30 is p-type, the surface of the wafer 30 is negatively charged by the application of a positive voltage by the power supply device 24, so the energy band diagram is as shown in FIG. That is, in the electron hole pair, the hole 34 is attracted to the surface of the wafer 30 and the electron 32 repels from the wafer surface.
[0045]
From the above, it can be seen that the electrons 32 and the holes 34 are not easily recombined via the surface level of the wafer 30. Therefore, excess carriers are attenuated almost via heavy metal levels.
[0046]
After generating excess carriers on the wafer 30, the control unit 18 stops the light irradiation by the light source device 12, and the microwave transmitter 14 irradiates the surface of the wafer 30 with the microwave, and the microwave receiver 16. Is used to measure the amount of microwaves not absorbed by the wafer 30.
[0047]
The control unit 18 calculates the recombination lifetime based on the obtained result. When the microwave measurement is completed, the control unit 18 switches the power supply 24 to the ground 22 and connects the ground 22 to the wafer stage 11 to connect the wafer 30. Remove surface charge.
[0048]
Since the recombination lifetime calculated based on the measurement result is not affected by the surface level of the wafer as in the first embodiment, excess carriers in accordance with the heavy metal contamination amount are used. Therefore, it is possible to accurately measure the attenuation amount.
[0049]
In the second embodiment, the control unit controls the individual devices (the power supply device 24, the light source device 12, the microwave transmitter 14, and the microwave receiver 16). The operation of the individual devices 24, 12, 14, and 16 may be manually controlled without providing them.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to greatly suppress the surface recombination of electrons and holes through the surface level of the wafer .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a recombination lifetime measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is an energy band diagram in the wafer when the surface of the wafer 30 is positively charged, and FIG. 2B is an energy in the wafer when the surface of the wafer 30 is negatively charged. It is a band diagram.
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a recombination lifetime measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of a conventional recombination lifetime measuring apparatus.
FIG. 5 is an energy band diagram in the wafer when the surface of the wafer is not charged.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wafer stage 12 Light source device 14 Microwave transmitter 16 Microwave receiver 18 Control part 20 Ionizer 22 Ground 30 Wafer

Claims (1)

表面に絶縁膜を有する導電性のステージを備えたウエハ保持手段と、
n型の導電型のウエハが前記ステージの絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに負電圧を印加し、p型の導電型のウエハが前記ステージの絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに正電圧を印加する電圧印加手段と、
該電圧印加手段により前記ステージに負電圧または、正電圧が印加されることにより帯電されたウエハの表面に過剰にキャリアを発生させるキャリア発生手段と、
該キャリア発生手段によりウエハ表面に過剰に発生させたキャリアの減衰量を測定する減衰量測定手段と、
を備えた再結合ライフタイム測定装置。
Wafer holding means having a conductive stage having an insulating film on the surface;
When an n-type conductive wafer is placed on the insulating film of the stage, a negative voltage is applied to the conductive stage, and a p-type conductive wafer is placed on the insulating film of the stage. A voltage applying means for applying a positive voltage to the conductive stage,
Carrier generating means for generating excessive carriers on the surface of the wafer charged by applying a negative voltage or a positive voltage to the stage by the voltage applying means ;
Attenuation measuring means for measuring the attenuation of carriers excessively generated on the wafer surface by the carrier generating means;
A recombination lifetime measuring device comprising:
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