JPS6237531B2 - - Google Patents
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- JPS6237531B2 JPS6237531B2 JP15221685A JP15221685A JPS6237531B2 JP S6237531 B2 JPS6237531 B2 JP S6237531B2 JP 15221685 A JP15221685 A JP 15221685A JP 15221685 A JP15221685 A JP 15221685A JP S6237531 B2 JPS6237531 B2 JP S6237531B2
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- light beam
- semiconductor
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- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 14
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Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、Siウエハのような半導体試料の少数
キヤリアの寿命を非接触、かつ、非破壊で測定す
る装置に関するものである。
キヤリアの寿命を非接触、かつ、非破壊で測定す
る装置に関するものである。
従来、半導体中の少数キヤリアの寿命は、半導
体試料にオーミツク接触を有する電極を取り付
け、キセノンランプの光をインパルス照射して出
力信号の減衰を測定することによつて求めてい
た。この測定は接触測定であり、かつ一種の被壊
測定であるので抜取り検査にしか向かない。した
がつて、測定をオンラインで行うことができな
い。
体試料にオーミツク接触を有する電極を取り付
け、キセノンランプの光をインパルス照射して出
力信号の減衰を測定することによつて求めてい
た。この測定は接触測定であり、かつ一種の被壊
測定であるので抜取り検査にしか向かない。した
がつて、測定をオンラインで行うことができな
い。
他方、非接触で測定する方法として、光を照射
して少数キヤリアを注入し、さらに、マイクロ波
を当ててその吸収の時間的応答から、少数キヤリ
アの寿命を知る方法を挙げることができる。例え
ば、ジヤーナル オブ アプライド フイジイク
ス 第30巻 第７号 1959年７月第1054〜1060頁
（Journal of Applied Physics Vol.30、No.７
July 1959pp1054〜1060）を参照。しかしなが
ら、この方法は、高価で複雑なマイクロ波発信
器、受波器、その他を必要とし、装置全体が複雑
で、かつ、高価となるという欠点がある。更に、
この方法において信号が小さい場合には減衰特性
からの読みとり誤差が大きくなりやすい欠点があ
る。
して少数キヤリアを注入し、さらに、マイクロ波
を当ててその吸収の時間的応答から、少数キヤリ
アの寿命を知る方法を挙げることができる。例え
ば、ジヤーナル オブ アプライド フイジイク
ス 第30巻 第７号 1959年７月第1054〜1060頁
（Journal of Applied Physics Vol.30、No.７
July 1959pp1054〜1060）を参照。しかしなが
ら、この方法は、高価で複雑なマイクロ波発信
器、受波器、その他を必要とし、装置全体が複雑
で、かつ、高価となるという欠点がある。更に、
この方法において信号が小さい場合には減衰特性
からの読みとり誤差が大きくなりやすい欠点があ
る。
本発明の目的は、非接触、かつ、非破壊でシリ
コンで代表される半導体ウエハ中の少数キヤリア
の寿命をオンラインで測定するための簡単で安価
な半導体特性測定装置を提供することにある。
コンで代表される半導体ウエハ中の少数キヤリア
の寿命をオンラインで測定するための簡単で安価
な半導体特性測定装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、試料
台にのせられた試料（シリコンウエハ）と容量結
合するよう設けられた透明電極とを透過して、変
調された光ビームを試料に照射することにより該
試料に発生した光電圧をとり出し、光の変調周波
数との位相差を検出し、その位相差から少数キヤ
リアの寿命を求めることを特徴とする。
台にのせられた試料（シリコンウエハ）と容量結
合するよう設けられた透明電極とを透過して、変
調された光ビームを試料に照射することにより該
試料に発生した光電圧をとり出し、光の変調周波
数との位相差を検出し、その位相差から少数キヤ
リアの寿命を求めることを特徴とする。
つまり、本発明は次のような動作原理に基づい
てなされたものである。太陽電池のように、表面
に浅い接合を有するウエハに光を照射すると光電
圧が誘起される。これを電気的等価回路で考える
と、光照射で生じた光キヤリアによる光電流源に
接合インピーダンスが並列接続された回路とな
る。ここで、接合インピーダンスは接合抵抗と接
合容量との並列接続からなる。光電圧は光電流が
接合インピーダンスに流れた時の開放電圧であ
る。この光電圧は接合を有するSiウエハの他に酸
化膜の形成されたｐ型Siおよびアルカリ洗浄した
ｎ型Siにおいても発生することは知られている。
てなされたものである。太陽電池のように、表面
に浅い接合を有するウエハに光を照射すると光電
圧が誘起される。これを電気的等価回路で考える
と、光照射で生じた光キヤリアによる光電流源に
接合インピーダンスが並列接続された回路とな
る。ここで、接合インピーダンスは接合抵抗と接
合容量との並列接続からなる。光電圧は光電流が
接合インピーダンスに流れた時の開放電圧であ
る。この光電圧は接合を有するSiウエハの他に酸
化膜の形成されたｐ型Siおよびアルカリ洗浄した
ｎ型Siにおいても発生することは知られている。
光を周波数ｆでチヨツピングすると発生する光
電流も光電圧も交流となる。本発明では、この交
流光電圧（以下単に光電圧と呼ぶ）を透明電極と
ウエハ表面間の空隙からなる容量結合により検出
する。空隙からなる容量が位相計の入力容量より
十分に大きく、かつ空隙からなる容量と位相計の
入力インピーダンスで構成されるハイパスフイル
ター回路の遮断周波数よりも高い周波数では、測
定される信号は光電圧になる。ここで、位相計の
入力抵抗を十分に大きくすれば前述の遮断周波数
は数Hz以下にすることができる。
電流も光電圧も交流となる。本発明では、この交
流光電圧（以下単に光電圧と呼ぶ）を透明電極と
ウエハ表面間の空隙からなる容量結合により検出
する。空隙からなる容量が位相計の入力容量より
十分に大きく、かつ空隙からなる容量と位相計の
入力インピーダンスで構成されるハイパスフイル
ター回路の遮断周波数よりも高い周波数では、測
定される信号は光電圧になる。ここで、位相計の
入力抵抗を十分に大きくすれば前述の遮断周波数
は数Hz以下にすることができる。
さて、光電圧は等価回路の説明から分るよう
に、光電流と接合インピーダンスとの積として与
えられる。Siにおける光の吸収係数αが少数キヤ
リアの拡散長Ｌの逆数よりも充分に小さい時、光
電流は拡散長Ｌに比例する。交流の場合、実効的
な拡散長Ｌfを用いて光電圧V0は次のように表わ
される。
に、光電流と接合インピーダンスとの積として与
えられる。Siにおける光の吸収係数αが少数キヤ
リアの拡散長Ｌの逆数よりも充分に小さい時、光
電流は拡散長Ｌに比例する。交流の場合、実効的
な拡散長Ｌfを用いて光電圧V0は次のように表わ
される。
V0＝KZjα・Ｌf ……(1)
ここで、Ｋは光の反射率、量子収率、光子数に
関係するが周波数には依存しない定数である。
関係するが周波数には依存しない定数である。
(1)式において、インピーダンスＺjは接合抵抗
Ｒjと接合容量Ｃjとを用いて、周波数ｆの交流信
号に対して次式で表わされる。
Ｒjと接合容量Ｃjとを用いて、周波数ｆの交流信
号に対して次式で表わされる。
Ｚj＝Ｒｊ／１＋ｉ２πｆＣｊＲｊ……(2)
ここで、ｉ＝√−１である。また、実効的なキ
ヤリア拡散長Ｌfは少数キヤリアの拡散係数をＤ
とすると、少数キヤリア寿命τと次のように関係
することはよく知られている。
ヤリア拡散長Ｌfは少数キヤリアの拡散係数をＤ
とすると、少数キヤリア寿命τと次のように関係
することはよく知られている。
(1)、(2)、(3)式から、光電圧の位相はＴj＝ＣjＲj
とτの２つの時定数によつて変化することがわか
る。通常、少数キヤリア寿命τは１ｍsec以下の
μsecオーダーであり、時定数Ｔjは、10ｍsecよ
りも大きいオーダーである。
とτの２つの時定数によつて変化することがわか
る。通常、少数キヤリア寿命τは１ｍsec以下の
μsecオーダーであり、時定数Ｔjは、10ｍsecよ
りも大きいオーダーである。
従つて、周波数ｆを変えた時、少数キヤリア寿
命τによる位相変化と、時定数Ｔjによる位相変
化は十分に分離できることになる。位相変化の周
波数依存性は例えば第１図のようになる。位相変
化の零基準として、１／Ｔj＜ｆ＜１／τの周波
数での位相を採つている。この場合、低周波（ｆ
＜１／Ｔj）では接合インピーダンスによる位相
が90度変化し、高周波（ｆ＞１／τ）では少数キ
ヤリア寿命により位相が45度変化するので、結
局、光電圧V0の位相特性は第１図のようにな
る。従つて、時定数Ｔjによつて45度位相変化す
る周波数をｆj、少数キヤリア寿命τによつて
22.5度位相変化する周波数をｆ〓とすると、通常
ｆj≪ｆ〓である。すなわち、ｆ〓がわかれば、
τ＝１／２πｆ〓から少数キヤリアの寿命τが求められ る。
命τによる位相変化と、時定数Ｔjによる位相変
化は十分に分離できることになる。位相変化の周
波数依存性は例えば第１図のようになる。位相変
化の零基準として、１／Ｔj＜ｆ＜１／τの周波
数での位相を採つている。この場合、低周波（ｆ
＜１／Ｔj）では接合インピーダンスによる位相
が90度変化し、高周波（ｆ＞１／τ）では少数キ
ヤリア寿命により位相が45度変化するので、結
局、光電圧V0の位相特性は第１図のようにな
る。従つて、時定数Ｔjによつて45度位相変化す
る周波数をｆj、少数キヤリア寿命τによつて
22.5度位相変化する周波数をｆ〓とすると、通常
ｆj≪ｆ〓である。すなわち、ｆ〓がわかれば、
τ＝１／２πｆ〓から少数キヤリアの寿命τが求められ る。
光電圧V0は容量結合で取り出すために、測定
は非接触、非破壊であり、シリコンウエハの表面
の汚染、あるいは、破壊を防いで測定できる。
は非接触、非破壊であり、シリコンウエハの表面
の汚染、あるいは、破壊を防いで測定できる。
以上、本発明によれば、非接触、非破壊でシリ
コンウエハの少数キヤリアのライフタイムτを測
定でき、信号の位相を測定するため信号強度が小
さくなつても比較的読みとりが容易であり、マイ
クロ波を使用しないため、装置が簡単で安価に製
造できる効果をもつ。
コンウエハの少数キヤリアのライフタイムτを測
定でき、信号の位相を測定するため信号強度が小
さくなつても比較的読みとりが容易であり、マイ
クロ波を使用しないため、装置が簡単で安価に製
造できる効果をもつ。
以下に実施例を用いて説明する。第２図は本発
明による半導体特性測定装置の基本構造を示した
ものである。第２図において、１はシリコンウエ
ハ、２は電極兼試料台（金属）、３は透明電極
（ガラス板に酸化インジウムを蒸着してある）で
ある。透明電極３はシリコンウエハ１と数10μｍ
程度の間隔をおいて設置され、シリコンウエハ１
で発生した光起電圧を容量結合でピツクアツプで
きるようになつている。光源８で放射された光は
変調器７で強度変調されてビームスプリツタ６で
一部分割され、光電変換器９で電気信号に変換さ
れる。
明による半導体特性測定装置の基本構造を示した
ものである。第２図において、１はシリコンウエ
ハ、２は電極兼試料台（金属）、３は透明電極
（ガラス板に酸化インジウムを蒸着してある）で
ある。透明電極３はシリコンウエハ１と数10μｍ
程度の間隔をおいて設置され、シリコンウエハ１
で発生した光起電圧を容量結合でピツクアツプで
きるようになつている。光源８で放射された光は
変調器７で強度変調されてビームスプリツタ６で
一部分割され、光電変換器９で電気信号に変換さ
れる。
ビームスプリツタ６を透過したもう一方の光は
反射鏡５で反射され、レンズ４でシリコンウエハ
１の試料上に照射される。電極２と３との間に発
生した光電圧の位相は光電変換器９の出力信号に
対する相対変化として位相計１０で検出され、信
号処理回路１１で少数キヤリア寿命τとして出力
表示される。
反射鏡５で反射され、レンズ４でシリコンウエハ
１の試料上に照射される。電極２と３との間に発
生した光電圧の位相は光電変換器９の出力信号に
対する相対変化として位相計１０で検出され、信
号処理回路１１で少数キヤリア寿命τとして出力
表示される。
以上述べた如く、本発明によつて、半導体ウエ
ハの少数キヤリア寿命の非接触・非破壊測定が簡
単な装置で安価に実現できる。
ハの少数キヤリア寿命の非接触・非破壊測定が簡
単な装置で安価に実現できる。
第１図は、光電圧の位相変化と周波数との関係
を示す原理説明図、第２図は、本発明による光電
圧の位相から少数キヤリアの寿命を測定するため
の半導体特性測定装置の基本構成図である。 １……シリコンウエハ、２……電極（試料
台）、３……透明電極、４……レンズ、５……反
射鏡、６……ビームスプリツタ、７……変調器、
８……光源、９……光電変換器、１０……位相
計、１１……信号処理回路。
を示す原理説明図、第２図は、本発明による光電
圧の位相から少数キヤリアの寿命を測定するため
の半導体特性測定装置の基本構成図である。 １……シリコンウエハ、２……電極（試料
台）、３……透明電極、４……レンズ、５……反
射鏡、６……ビームスプリツタ、７……変調器、
８……光源、９……光電変換器、１０……位相
計、１１……信号処理回路。
Claims (1)
- １ 周波数が可変のパルス化された光ビームを発
生する手段と、試料台上に載置された半導体試料
と、上記半導体試料に対向して容量結合するよう
に配置された透明電極と、上記透明電極を透過し
て上記光ビームを上記半導体試料に照射する手段
と、上記半導体試料に発生した光電圧を電気信号
として取り出して上記光ビーム信号との位相差を
検出する手段と、上記位相差の周波数特性を測定
し、上記周波数特性上に生じる０から−45度まで
の位相変化において−22.5度の位相に対応する周
波数を検出して、上記位相に対応する周波数から
所定の関係式に基づいて上記半導体試料の少数キ
ヤリア寿命を算出する信号処理回路とを備えてな
ることを特徴とする半導体特性測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15221685A JPS6144437A (ja) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | 半導体特性測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15221685A JPS6144437A (ja) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | 半導体特性測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6144437A JPS6144437A (ja) | 1986-03-04 |
| JPS6237531B2 true JPS6237531B2 (ja) | 1987-08-13 |
Family
ID=15535612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15221685A Granted JPS6144437A (ja) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | 半導体特性測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6144437A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04119479U (ja) * | 1991-04-05 | 1992-10-26 | 矢崎総業株式会社 | 車両用表示装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004055528A2 (en) * | 2002-12-13 | 2004-07-01 | Accent Optical Technologies, Inc. | Apparatus and method for electrical characterization of semiconductors |
-
1985
- 1985-07-12 JP JP15221685A patent/JPS6144437A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04119479U (ja) * | 1991-04-05 | 1992-10-26 | 矢崎総業株式会社 | 車両用表示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6144437A (ja) | 1986-03-04 |
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