JPH0272646A - ウェーハ表面の半導体特性測定方法 - Google Patents
ウェーハ表面の半導体特性測定方法Info
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- JPH0272646A JPH0272646A JP63224279A JP22427988A JPH0272646A JP H0272646 A JPH0272646 A JP H0272646A JP 63224279 A JP63224279 A JP 63224279A JP 22427988 A JP22427988 A JP 22427988A JP H0272646 A JPH0272646 A JP H0272646A
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- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は、Ｓｉ等のウェーハのライフタイムや再結合速
度等を非接触状態で測定しうるウェーハ表面の半導体特
性測定方法に関する。
度等を非接触状態で測定しうるウェーハ表面の半導体特
性測定方法に関する。
「従来の技術」
従来、ＬＳＩ用Ｓｉ等の半導体ウェーハの非接触測定に
よる少数キャリアのライフタイム測定には、特公昭６１
−６０５７６号公報に示される光伝導減衰法が一般に用
いられている。
よる少数キャリアのライフタイム測定には、特公昭６１
−６０５７６号公報に示される光伝導減衰法が一般に用
いられている。
この方法は、導波管を用いてウェーハの表面にマイクロ
波を照射するとと乙に、このマイクロ波の入射で生じた
少数キャリアの拡散領域内に光パルスを照射して過剰少
数キャリアを注入し１、さらに半導体表面から反射され
ろ変調マイクロ波を前記導波管で受信することにより、
過剰少数キャリアが多数キャリアと結合して減少してい
く過程を測定し、その減衰曲線から少数キャリアのライ
フタイムを算出するものである。
波を照射するとと乙に、このマイクロ波の入射で生じた
少数キャリアの拡散領域内に光パルスを照射して過剰少
数キャリアを注入し１、さらに半導体表面から反射され
ろ変調マイクロ波を前記導波管で受信することにより、
過剰少数キャリアが多数キャリアと結合して減少してい
く過程を測定し、その減衰曲線から少数キャリアのライ
フタイムを算出するものである。
ところで、一般に半導体ウェーハのライフタイムを測定
する場合、実測される実効ライフタイムτｅｆｆは、半
導体結晶の純度や結晶欠陥等で決まるバルクのライフタ
イムτｂたけでなく、半導体ウェーハの汚れや表面加工
層等によって決まるライフタイム成分τＳも関与し、こ
のライフタイ１２成分τＳは表面再結合速度Ｓに関係す
る。そしてこのＳの値が大きいと、励起させた過剰少数
キャリアが拡散して表面で再結合する比率が高くなり、
τｅｆｆの値が小さくなってτｂの測定精度が低下し、
極端な場合はτｅｆｒが測定不能となる等の問題があっ
た。
する場合、実測される実効ライフタイムτｅｆｆは、半
導体結晶の純度や結晶欠陥等で決まるバルクのライフタ
イムτｂたけでなく、半導体ウェーハの汚れや表面加工
層等によって決まるライフタイム成分τＳも関与し、こ
のライフタイ１２成分τＳは表面再結合速度Ｓに関係す
る。そしてこのＳの値が大きいと、励起させた過剰少数
キャリアが拡散して表面で再結合する比率が高くなり、
τｅｆｆの値が小さくなってτｂの測定精度が低下し、
極端な場合はτｅｆｒが測定不能となる等の問題があっ
た。
そこで、この点を改善するため、特公昭６２４８３７７
号公報においては、半導体ウェーハの同一表面に２つの
光源からそれぞれ光を照射し、一方の光源からのバイア
ス光でつＪ−ハの表面近傍に電子と正孔の対を発生させ
ながら、他方の光源の光により励起した少数キャリアの
再結合減衰曲線を反射マイクロ波で検出することにより
、前記表面再結合速度Ｓを低下させる方法か提案されて
いる。
号公報においては、半導体ウェーハの同一表面に２つの
光源からそれぞれ光を照射し、一方の光源からのバイア
ス光でつＪ−ハの表面近傍に電子と正孔の対を発生させ
ながら、他方の光源の光により励起した少数キャリアの
再結合減衰曲線を反射マイクロ波で検出することにより
、前記表面再結合速度Ｓを低下させる方法か提案されて
いる。
また、特公昭６２−５３９４４号公報においては、光パ
ルス注入で生じた少数キャリアの減衰曲線を電子計算機
で解析処理することにより、バルクのライフタイムτｂ
と表面再結合速度Ｓとを分離して測定する方法が提案さ
れている。
ルス注入で生じた少数キャリアの減衰曲線を電子計算機
で解析処理することにより、バルクのライフタイムτｂ
と表面再結合速度Ｓとを分離して測定する方法が提案さ
れている。
［発明が解決しようとする課題−１
ところが、本発明者らのその後の実験によれば、上記い
ずれの方法においてら、ウェーハ面内の分解能は２１１
ｉφ程度が限界であることがイつかった。
ずれの方法においてら、ウェーハ面内の分解能は２１１
ｉφ程度が限界であることがイつかった。
本発明者らがその原因を検討した結果、この面分解能は
マイクロ波の集束度および照射パルス光のビーノ・径に
依存４′るという新規な知見を得るに至った（その実験
について後述する）。
マイクロ波の集束度および照射パルス光のビーノ・径に
依存４′るという新規な知見を得るに至った（その実験
について後述する）。
一方、電算処理によりτｂとＳを分離する方法では、個
々の測定点において複雑な解析処理を要するため、ウェ
ーハ全面に亙って多点観測するにはかなりの時間がかか
り、オンライン測定でウェーハ評価を行なうことは困難
であるという欠点を有していた。
々の測定点において複雑な解析処理を要するため、ウェ
ーハ全面に亙って多点観測するにはかなりの時間がかか
り、オンライン測定でウェーハ評価を行なうことは困難
であるという欠点を有していた。
「課題を解決するための手段」
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、半
導体ウェーハ表面に禁止帯幅以」二のエネルギーをもつ
レーザ光ビーム・パルスを照射し、励起した少数キャリ
アによるウェーハの導ｃＵ率変調を、集束させたマイク
ロ波を用いて反射マイクロ波の強度変化として検出する
ことを特徴とする。
導体ウェーハ表面に禁止帯幅以」二のエネルギーをもつ
レーザ光ビーム・パルスを照射し、励起した少数キャリ
アによるウェーハの導ｃＵ率変調を、集束させたマイク
ロ波を用いて反射マイクロ波の強度変化として検出する
ことを特徴とする。
なお、前記レーザ光ビーム・パルスを光ファイバーで集
光し、ウェーハに照射してもよい。また、前記レーザ光
ビーム・パルスとしてＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いてもよ
い。
光し、ウェーハに照射してもよい。また、前記レーザ光
ビーム・パルスとしてＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いてもよ
い。
「作 用」
この方法によれば、照射面積を絞れるレーザ光ビーム・
パルスをウェーハに照射して少数キャリアを励起させる
とともに、この少数キャリアの拡散領域（こマイクロ波
を集束させて照射し、その反射マイクロ波から小面積内
の導電率変調を鋭敏に検出するので、面分解能を格段に
晶めることかできる。また、レーザ光ビーム・パルスを
光ファイバーで集光すれば、より一層の面分解能向上が
図れる。さらに、レーザ光ビーム・パルスとして波長が
６３３ ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いた場合は、励
起した少数キャリアが Ｓｉウェーハの内部２〜３μｍ
しか侵入せず、他の波長を用いた場合に比してより一層
ウェーハ表面付近でのキャリアの再結合を鋭敏に検出す
ることができ、測定に要する時間も大幅に短縮でき、ウ
ェーハ表面全体のマツピングが可能である。
パルスをウェーハに照射して少数キャリアを励起させる
とともに、この少数キャリアの拡散領域（こマイクロ波
を集束させて照射し、その反射マイクロ波から小面積内
の導電率変調を鋭敏に検出するので、面分解能を格段に
晶めることかできる。また、レーザ光ビーム・パルスを
光ファイバーで集光すれば、より一層の面分解能向上が
図れる。さらに、レーザ光ビーム・パルスとして波長が
６３３ ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いた場合は、励
起した少数キャリアが Ｓｉウェーハの内部２〜３μｍ
しか侵入せず、他の波長を用いた場合に比してより一層
ウェーハ表面付近でのキャリアの再結合を鋭敏に検出す
ることができ、測定に要する時間も大幅に短縮でき、ウ
ェーハ表面全体のマツピングが可能である。
「実施例」
第１図は本発明に係わるウェーハ表面の半導体特性測定
方法の一実施例に使用した装置を示す構成図である。
方法の一実施例に使用した装置を示す構成図である。
図中符号ｌは、光チョッパ２を備えたレーザ光発生器で
あり、キャリア注入用としては、周波数２００Ｈｚでデ
ユーティ−比ｌに変調された波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光（パルス幅５ ｉｓ）発生器を用い、また表
面再結合速度Ｓの値を少数キャリアの減衰曲線から分離
評価するための光源としては、パルス幅２００ ｎｓ、
波長９０４ｎｍのレーザ光をコア径５０μｍφのファイ
バーを通して照射する半導体レーザ光発生器を用いた。
あり、キャリア注入用としては、周波数２００Ｈｚでデ
ユーティ−比ｌに変調された波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光（パルス幅５ ｉｓ）発生器を用い、また表
面再結合速度Ｓの値を少数キャリアの減衰曲線から分離
評価するための光源としては、パルス幅２００ ｎｓ、
波長９０４ｎｍのレーザ光をコア径５０μｍφのファイ
バーを通して照射する半導体レーザ光発生器を用いた。
符号３は１０ＧＨｚのマイクロ波発生器であり、発生さ
れたマイクロ波はサーキュレータ４およびリッジ導波管
５（第２図参照）を介して集束され、Ｓｉウェーハ６の
レーザ照射点の裏側に照射される。反射したマイクロ波
は再びサーキュレータ４を通って検出器７に導入され、
検出器７からの信号は増幅器８を介してデジタル処理器
９に入力されてここで結果が解析される。
れたマイクロ波はサーキュレータ４およびリッジ導波管
５（第２図参照）を介して集束され、Ｓｉウェーハ６の
レーザ照射点の裏側に照射される。反射したマイクロ波
は再びサーキュレータ４を通って検出器７に導入され、
検出器７からの信号は増幅器８を介してデジタル処理器
９に入力されてここで結果が解析される。
一方、Ｓｉウェーハ６は移動ステージＩＯ」二に載置さ
れ、ステージ駆動器Ｉ＋により１００μｍ単位で水平移
動されるとともに、ウェーハ位置情報はデジタル処理器
９に入力されるようになっている。
れ、ステージ駆動器Ｉ＋により１００μｍ単位で水平移
動されるとともに、ウェーハ位置情報はデジタル処理器
９に入力されるようになっている。
（実施例Ｉ）
上記装置を用いて、５０μ肩φの光ファイバーで集光し
た９ ０４ ｎｍのレーザ光パルスをＳｉウェーハ表面
に照射し、反射マイクロ波の出力信号を計測した。第３
図はこの出力信号を１＝０の値で規格化した減衰曲線を
示している。変数Ｘは、光ファイバーの先端とＳ１ウエ
ーハとの距離であり、Ｘが大きくなると光束のビーム径
は広がり、ウェーハの栄位面積当たりの入射フォトン数
、ひいてはキャリアの注入濃度が減少すると考えられる
。
た９ ０４ ｎｍのレーザ光パルスをＳｉウェーハ表面
に照射し、反射マイクロ波の出力信号を計測した。第３
図はこの出力信号を１＝０の値で規格化した減衰曲線を
示している。変数Ｘは、光ファイバーの先端とＳ１ウエ
ーハとの距離であり、Ｘが大きくなると光束のビーム径
は広がり、ウェーハの栄位面積当たりの入射フォトン数
、ひいてはキャリアの注入濃度が減少すると考えられる
。
グラフ中、τ１はそれぞれの減衰曲線の尾部から求めた
一次モートライフタイムである。Ｘの値に拘わらずτ、
の値は略一定であるが、減衰曲線の初期部分はＸの値に
よって変化しており、この部分からは前記τｂとＳの分
離評価技術を用いた表面再結合速度Ｓの算出かできない
。
一次モートライフタイムである。Ｘの値に拘わらずτ、
の値は略一定であるが、減衰曲線の初期部分はＸの値に
よって変化しており、この部分からは前記τｂとＳの分
離評価技術を用いた表面再結合速度Ｓの算出かできない
。
次に第４図は、第３図の各減衰曲線を、それぞれのピー
ク値で規格化し、ピークを示す時間をｔｏとしてプロッ
トしたもので、Ｘ＝１．５ ２゜５．３．５ｘｉの３本
の減衰曲線が一致することがわかる。第３図でＸ＝４．
５ｘｘの場合には、Ｓおよびτｂの分離評価方法を用い
てτｂとＳを個々に算出できるが、Ｘが３ 、５ ｍｍ
より小さい場合には、減衰曲線か上に凸のグラフとなり
、実効ライフタイムでｅｆｆは大きくなる。
ク値で規格化し、ピークを示す時間をｔｏとしてプロッ
トしたもので、Ｘ＝１．５ ２゜５．３．５ｘｉの３本
の減衰曲線が一致することがわかる。第３図でＸ＝４．
５ｘｘの場合には、Ｓおよびτｂの分離評価方法を用い
てτｂとＳを個々に算出できるが、Ｘが３ 、５ ｍｍ
より小さい場合には、減衰曲線か上に凸のグラフとなり
、実効ライフタイムでｅｆｆは大きくなる。
第５図は、ファイバー先端とウェーハの距離をＸ−０で
固定し、レーザ光出力を変化させた場合の出力信号を１
＝０の値で規格化した減衰曲線を示している。図中、減
衰曲線の最大値をパラメータとして減衰曲線か示されて
いるか、最大出力電圧が１９．６ＲＶになると信号が小
さくなり、ＳＺＮ比が悪くなることがわかる。半導体レ
ーザダイオードの出力を大きくしてキャリア注入濃度を
増すと、信号のピークは光パルスが切れた後の数μｓで
観測され、第３図のＸ≦２．５Ｈの場合の減衰曲線と同
じような形になる。さらに、減衰曲線の尾部から求めた
一次モードライフタイムで１はキャリア注入濃度に依存
しなくなり、１１〜１３μｓとなっている。第３図の場
合と同様に、注入濃度が大きい場合にはＳとτｂとの分
離評価技術によりＳを求めることはできない。
固定し、レーザ光出力を変化させた場合の出力信号を１
＝０の値で規格化した減衰曲線を示している。図中、減
衰曲線の最大値をパラメータとして減衰曲線か示されて
いるか、最大出力電圧が１９．６ＲＶになると信号が小
さくなり、ＳＺＮ比が悪くなることがわかる。半導体レ
ーザダイオードの出力を大きくしてキャリア注入濃度を
増すと、信号のピークは光パルスが切れた後の数μｓで
観測され、第３図のＸ≦２．５Ｈの場合の減衰曲線と同
じような形になる。さらに、減衰曲線の尾部から求めた
一次モードライフタイムで１はキャリア注入濃度に依存
しなくなり、１１〜１３μｓとなっている。第３図の場
合と同様に、注入濃度が大きい場合にはＳとτｂとの分
離評価技術によりＳを求めることはできない。
次に第６図は、第５図の各注入濃度の減衰曲線を信号の
ピーク値で規格化し、ピークを示す時間を１＝０として
表示した減衰曲線を示し、３種の注入濃度の減衰曲線が
、第４図のＸを変化させた場合と同様に、略一致するこ
とがわかる。キャリア注入濃度を適切に設定した場合に
は、光パルスを平導体レーザダイオードから直接照射し
た場合（〜２■φ）の減衰曲線と、５０μ肩φの光ファ
イバーから照射した場合の減衰曲線とが路間−になる。
ピーク値で規格化し、ピークを示す時間を１＝０として
表示した減衰曲線を示し、３種の注入濃度の減衰曲線が
、第４図のＸを変化させた場合と同様に、略一致するこ
とがわかる。キャリア注入濃度を適切に設定した場合に
は、光パルスを平導体レーザダイオードから直接照射し
た場合（〜２■φ）の減衰曲線と、５０μ肩φの光ファ
イバーから照射した場合の減衰曲線とが路間−になる。
光ファイバーを用いた場合の減衰曲線に対してＳとτｂ
の分離評価を行なった結果、τ、＝１０．７１ μｓ、
Ｓ ＝ ３４８ｃｚ／ｓが得られ、７フイバーを使用
しない場合にはｒ、＝９．７９μｓ、Ｓ＝３１４ｃｐ／
ｓとなり、両者も略一致した。
の分離評価を行なった結果、τ、＝１０．７１ μｓ、
Ｓ ＝ ３４８ｃｚ／ｓが得られ、７フイバーを使用
しない場合にはｒ、＝９．７９μｓ、Ｓ＝３１４ｃｐ／
ｓとなり、両者も略一致した。
以上の結果から、レーザ光の強度を適切に設定すること
により、レーザ光照射に光ファイバーを用いた場合に乙
、τｂとＳとの分離評価が可能であることがわかった。
により、レーザ光照射に光ファイバーを用いた場合に乙
、τｂとＳとの分離評価が可能であることがわかった。
（実施例２）
次に、ＬＳＩの製造プロセスで多く用いられるイオン注
入による接合形成が良好であるか否かの評価を、第１図
の装置を用いたＳの測定によって試みた。
入による接合形成が良好であるか否かの評価を、第１図
の装置を用いたＳの測定によって試みた。
Ｓｉウェーハに５００人の酸化膜を形成し、その半面に
Ｐ１イオンをｌ ０１３ｃｘ−”の濃度で注入した後、
１０００℃×６０分の熱処理を施した。次に、このウェ
ーハを第１図の装置にセットし、半導体レーザによりＳ
とτｂの分離評価技術を用いてＳを測定するとともに、
それぞれの位置でので１を計測した。なお、装置の半導
体レーザダイオードには光ファイバーを接続せず、直接
ダイオードからウェーハに照射した。第７図はその結果
を示すグラフである。これかられかるようにイオン注入
領域ではＳの値が小さくなり、良好なｎ”−ｎ−ｎ”の
ｈｉｇｈ −ｌｏｗ接合が形成されたことが示されてい
る。イオン注入領域と未注入領域の境界部分ては、Ｓが
両頭域の中間値を示しており、この中心のＳがそれぞれ
の領域のＳと一致するまでの距離は±ｌｘｚであった。
Ｐ１イオンをｌ ０１３ｃｘ−”の濃度で注入した後、
１０００℃×６０分の熱処理を施した。次に、このウェ
ーハを第１図の装置にセットし、半導体レーザによりＳ
とτｂの分離評価技術を用いてＳを測定するとともに、
それぞれの位置でので１を計測した。なお、装置の半導
体レーザダイオードには光ファイバーを接続せず、直接
ダイオードからウェーハに照射した。第７図はその結果
を示すグラフである。これかられかるようにイオン注入
領域ではＳの値が小さくなり、良好なｎ”−ｎ−ｎ”の
ｈｉｇｈ −ｌｏｗ接合が形成されたことが示されてい
る。イオン注入領域と未注入領域の境界部分ては、Ｓが
両頭域の中間値を示しており、この中心のＳがそれぞれ
の領域のＳと一致するまでの距離は±ｌｘｚであった。
半導体レーザ光のビーム径は２ｚｚφであり、マイクロ
波は１ｍｚ幅のりソノ導波管により集束して放出してい
ることから、面分解能はマイクロ波の集束度で決定され
ていることかわかる。
波は１ｍｚ幅のりソノ導波管により集束して放出してい
ることから、面分解能はマイクロ波の集束度で決定され
ていることかわかる。
一方、τ、はＳの関数として表現でき、Ｓとは逆の相関
を示している。試みにて１を集束しないマイクロ波系で
測定した場合、半導体レーザダイオードと Ｓｉウェー
ハとの距離を大きく、すなわち半導体レーザ光ビームの
照射面積を大きくすると、τ１の値は、イオン注入領域
〜境界〜未注入領域で明瞭な差が見られなくなり、分解
能が低下することが確認できた。
を示している。試みにて１を集束しないマイクロ波系で
測定した場合、半導体レーザダイオードと Ｓｉウェー
ハとの距離を大きく、すなわち半導体レーザ光ビームの
照射面積を大きくすると、τ１の値は、イオン注入領域
〜境界〜未注入領域で明瞭な差が見られなくなり、分解
能が低下することが確認できた。
−・方、第８図はＩ〕“イオン注入を行なった Ｓｌウ
ェーハに、２ｍｗφのＨｅ−Ｎｅレーザパルス光ビーム
を照射し、集束マイクロ波系の出力電圧をプロットした
結果である。イオン注入した時点では、イオン注入領域
の信号強度が未注入領域よりも小さく、１−１ｅ−Ｎｅ
レーザ光て励起されたキャリアはイオン注入領域の損傷
層で再結合し、減少したことを示している。
ェーハに、２ｍｗφのＨｅ−Ｎｅレーザパルス光ビーム
を照射し、集束マイクロ波系の出力電圧をプロットした
結果である。イオン注入した時点では、イオン注入領域
の信号強度が未注入領域よりも小さく、１−１ｅ−Ｎｅ
レーザ光て励起されたキャリアはイオン注入領域の損傷
層で再結合し、減少したことを示している。
一方、１０００°Ｃ×６０分の熱処理後ではｎ ＋ｎ−
ｎ＋のｈｉｇｈ −ｌｏｗ接合の形成によって表面再結
合速度Ｓが非イオン注入領域に比して極めて小さくなっ
ており、第７図の場合と同様に特性の良いｈｉｇｈ−１
ｏｗ接合が形成されている。
ｎ＋のｈｉｇｈ −ｌｏｗ接合の形成によって表面再結
合速度Ｓが非イオン注入領域に比して極めて小さくなっ
ており、第７図の場合と同様に特性の良いｈｉｇｈ−１
ｏｗ接合が形成されている。
（実施例３）
次に、Ｓｉウェーハの搬送時に表面に導入されろと思わ
れる損傷の影響を評価するため、この種の損傷に相当す
るスクラッチをウェーハ表面に形成し、このスクラッチ
がＳに及ぼす影響を測定した。
れる損傷の影響を評価するため、この種の損傷に相当す
るスクラッチをウェーハ表面に形成し、このスクラッチ
がＳに及ぼす影響を測定した。
第９図は、ウェーハ表面に間隔を変えて２本のスクラッ
チを平行に形成し、このスクラッチと直交する方向に走
査しつつウェーハのＳ ｅｒｆを測定した結果である。
チを平行に形成し、このスクラッチと直交する方向に走
査しつつウェーハのＳ ｅｒｆを測定した結果である。
なお、図中Ｓｏはスクラッチの無いウェーハでのＳの範
囲を示す。
囲を示す。
２本のスクラッチの間隔が５００μｍの時には、５ｅｒ
ｆの値がスクラッチの中間でＳｏの値まで下がるととも
に、スクラッチの部分てはＳｏに比して極めて大きな値
を示し、スクラッチの形成がＳを大きくする欠陥の導入
を伴うことを示唆している。
ｆの値がスクラッチの中間でＳｏの値まで下がるととも
に、スクラッチの部分てはＳｏに比して極めて大きな値
を示し、スクラッチの形成がＳを大きくする欠陥の導入
を伴うことを示唆している。
一方、スクラッチの間隔が４００．３００μ７１になる
と、スクラッチの無い中間付近でら５ｅｒｒはＳｏまで
下がらず、２００μｍ以下では逆にスクラッチの中間で
最大値を示した。このウェーハのライフタイムを測定し
た結果、少数キャリアの拡散距離（Ｌ）は２００〜２２
０μ肩であった。レーザ光ビームの径を５０μ屑とする
と、５ｅｒｆに影響を及ぼさないスクラッチの間隔は（
４００〜４４０）＋５０μｍとなり、第９図の結果とも
符合する。
と、スクラッチの無い中間付近でら５ｅｒｒはＳｏまで
下がらず、２００μｍ以下では逆にスクラッチの中間で
最大値を示した。このウェーハのライフタイムを測定し
た結果、少数キャリアの拡散距離（Ｌ）は２００〜２２
０μ肩であった。レーザ光ビームの径を５０μ屑とする
と、５ｅｒｆに影響を及ぼさないスクラッチの間隔は（
４００〜４４０）＋５０μｍとなり、第９図の結果とも
符合する。
次に第１０ｆｆｌは、スクラッチの中間での５ｅｒｆの
値を、Ｓｉウェーハ表面からファイバーまでの距離Ｘを
種々変化させて求めた結果を示している。
値を、Ｓｉウェーハ表面からファイバーまでの距離Ｘを
種々変化させて求めた結果を示している。
Ｘ−０でかつスクラッチの間隔が２００．３００４００
μｍの場合、スクラッチ中間点での５ｅｆｆはＳｏ＝
５００ｃｘ／ｓより大きく観測され、５００μｍではＳ
ｏの値になる。これは第９図の結果から理解できる。
μｍの場合、スクラッチ中間点での５ｅｆｆはＳｏ＝
５００ｃｘ／ｓより大きく観測され、５００μｍではＳ
ｏの値になる。これは第９図の結果から理解できる。
一方、Ｘの値を０．５．１．０，１．５ｉｉと大きくず
ろと、スクラッチ中間点での５ｅｆｆはスクラッチ間隔
との依存性を弱め、曲線の傾きが小さくなる。例えば、
Ｘ＝１．５ａｍの場合に５ｅｒｒをＳｏと同じ値まで下
げるには、スクラッチ間隔が１３００μ灰必要となる。
ろと、スクラッチ中間点での５ｅｆｆはスクラッチ間隔
との依存性を弱め、曲線の傾きが小さくなる。例えば、
Ｘ＝１．５ａｍの場合に５ｅｒｒをＳｏと同じ値まで下
げるには、スクラッチ間隔が１３００μ灰必要となる。
これらの結果から光ファイバ−から照射される光線は円
錐状に広がっていることがわかる。
錐状に広がっていることがわかる。
次に、第１図に示した装置を使用し、波長９０４ｎｍの
半導体レーザと、６３３ ｎｍのｌ−１ｅ−Ｎｅレーザ
の２種類を使用して測定を行なった。
半導体レーザと、６３３ ｎｍのｌ−１ｅ−Ｎｅレーザ
の２種類を使用して測定を行なった。
９０４ ｎｍ光はＳｉウェーハ表面から約７０μｍ、６
３３ｎｍ光は２〜３μ次が侵入深さであり、注入した少
数キャリアは、指数関数的に減少する形でそれぞれ７０
μＩ、３μ屑の深さに分布していることが示唆される。
３３ｎｍ光は２〜３μ次が侵入深さであり、注入した少
数キャリアは、指数関数的に減少する形でそれぞれ７０
μＩ、３μ屑の深さに分布していることが示唆される。
このような注入直後の分布状態からキャリアは拡散して
いくため、キャリア分布が浅いＨｅ−Ｎｅレーザ光照射
の方か、キャリア分布が深い半導体レーザより、表面付
近でのキャリア再結合の影響を受けやすく、鋭敏である
。このため、９０４ ｒ＋ｍの半導体レーザ光ビーム照
射によるＳの測定には、高性能の電子計算機を用いても
減衰曲線を求めてから算出するため、−点の測定に５〜
６８程度の時間が必要であるのに対し、Ｉ］ｅ−Ｎｅレ
ーザを用いた場合は表面再結合速度Ｓに直接し、集束マ
イクロ波系の出力電圧の測定のみでよいから、測定時間
が例えば１秒以下に短縮されてＸＹステージの移動速度
で律速され、連続スキャンも可能となる。
いくため、キャリア分布が浅いＨｅ−Ｎｅレーザ光照射
の方か、キャリア分布が深い半導体レーザより、表面付
近でのキャリア再結合の影響を受けやすく、鋭敏である
。このため、９０４ ｒ＋ｍの半導体レーザ光ビーム照
射によるＳの測定には、高性能の電子計算機を用いても
減衰曲線を求めてから算出するため、−点の測定に５〜
６８程度の時間が必要であるのに対し、Ｉ］ｅ−Ｎｅレ
ーザを用いた場合は表面再結合速度Ｓに直接し、集束マ
イクロ波系の出力電圧の測定のみでよいから、測定時間
が例えば１秒以下に短縮されてＸＹステージの移動速度
で律速され、連続スキャンも可能となる。
次に第１１図は、間隔が５■の２本のキズをつけた Ｓ
ｉウェーハ表面において、半導体レーザパルス光ビーム
（５０μＩφファイバー付き）を用いてＳを５００μｍ
ピッチでマツピングした結果を示す。また、第１２図は
Ｈｅ−Ｎｅレーザパルス光ビーム（２ｍｉφ）を用いて
第１ｔ図と同様に集束マイクロ波系の出力電圧をマツピ
ングした結果を示している。第１１図におけるＳの値は
、ビーム径が小さいためにスクラッチの部分で鋭く立ち
上がって大きな値を示しているが、第１２図のＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光照射による場合は、スクラッチ部分での信号
低下があまり鋭くない。これは、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光照
射の場合はビーム径が大きいため、信号の変化が緩和さ
れたものと考えられる。
ｉウェーハ表面において、半導体レーザパルス光ビーム
（５０μＩφファイバー付き）を用いてＳを５００μｍ
ピッチでマツピングした結果を示す。また、第１２図は
Ｈｅ−Ｎｅレーザパルス光ビーム（２ｍｉφ）を用いて
第１ｔ図と同様に集束マイクロ波系の出力電圧をマツピ
ングした結果を示している。第１１図におけるＳの値は
、ビーム径が小さいためにスクラッチの部分で鋭く立ち
上がって大きな値を示しているが、第１２図のＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光照射による場合は、スクラッチ部分での信号
低下があまり鋭くない。これは、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光照
射の場合はビーム径が大きいため、信号の変化が緩和さ
れたものと考えられる。
さらに第１３図は、表面に傷を付けたＳｉウェーハにつ
いて、半導体レーザ光ビーム（波長９０４μｍ）を５０
μ屑φのファイバーで集光して５００μｌピツチで照射
し、表面再結合速度Ｓを測定した結果を示す。また、第
１４図は同じ試料について、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光ビーム
（波長６３３μｍ）を光学系で集光して２０μｌピツヂ
で照射し、マイクロ波の出力電圧値をそれぞれマツピン
グした結果を示している。これらの結果より、Ｈｅ−Ｎ
ｅ光ビームを集光すれば、半導体レーザ光を集光して用
いｔこ場合よりもＳの影響を受は易いから、より高感度
で短時間にＳｉウェーハのキズの評価ができることが明
らかである。
いて、半導体レーザ光ビーム（波長９０４μｍ）を５０
μ屑φのファイバーで集光して５００μｌピツチで照射
し、表面再結合速度Ｓを測定した結果を示す。また、第
１４図は同じ試料について、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光ビーム
（波長６３３μｍ）を光学系で集光して２０μｌピツヂ
で照射し、マイクロ波の出力電圧値をそれぞれマツピン
グした結果を示している。これらの結果より、Ｈｅ−Ｎ
ｅ光ビームを集光すれば、半導体レーザ光を集光して用
いｔこ場合よりもＳの影響を受は易いから、より高感度
で短時間にＳｉウェーハのキズの評価ができることが明
らかである。
「発明の効果」
以上説明したように、本発明に係わるウェーハ表面の半
導体特性測定方法によれば、照射面積を絞れるレーザ光
ビーム・パルスを半導体ウェーハに照射して少数キャリ
アを励起させるとともに、この少数キャリアの拡散領域
にマイクロ波を集束させて照射し、その反射マイクロ波
から小面積内の導電率変調を鋭敏に検出するので、従来
の方法に比して面分解能を格段に高めることができる。
導体特性測定方法によれば、照射面積を絞れるレーザ光
ビーム・パルスを半導体ウェーハに照射して少数キャリ
アを励起させるとともに、この少数キャリアの拡散領域
にマイクロ波を集束させて照射し、その反射マイクロ波
から小面積内の導電率変調を鋭敏に検出するので、従来
の方法に比して面分解能を格段に高めることができる。
また、レーザ光ビーム・パルスを光ファイバーで集光し
た場合には、面分解能を光ファイバーの直径＋キャリア
の拡散距離にまで高めることができる。さらに、レーザ
光ビーム・パルスとして波長が６３３ ｎｍ（７）Ｈｅ
−Ｎｅレーザ光を用いた場合は、励起した少数キャリ
アがウェーハ内部２〜３μ友にしか侵入しないため、他
の波長を用いた場合に比して一層ウェーハ表面付近での
キャリアの再結合を鋭敏に検出でき、測定が短時間で済
み、つ工−ハ面内でのマツピング測定がオンラインで効
率良く行なえる利点を有する。
た場合には、面分解能を光ファイバーの直径＋キャリア
の拡散距離にまで高めることができる。さらに、レーザ
光ビーム・パルスとして波長が６３３ ｎｍ（７）Ｈｅ
−Ｎｅレーザ光を用いた場合は、励起した少数キャリ
アがウェーハ内部２〜３μ友にしか侵入しないため、他
の波長を用いた場合に比して一層ウェーハ表面付近での
キャリアの再結合を鋭敏に検出でき、測定が短時間で済
み、つ工−ハ面内でのマツピング測定がオンラインで効
率良く行なえる利点を有する。
第１図は、本発明の一実施例に使用される測定装置を示
す構成図、第２図は同装置の導波管を示す斜視図、第３
図ないし第１４図は本発明の実施例の結果を示すグラフ
である。 ｌ・レーザ光発生器、 ２・・光チョッパ、３ ・マ
イクロ波発生器、４・サーキュレータ、５・・・リッジ
導波管、 ６・・・Ｓｌウェーハ、７・・・検出器
、 ９・・デジタル処理器、０・・移動ステ
ージ、 ・ステージ駆動器。
す構成図、第２図は同装置の導波管を示す斜視図、第３
図ないし第１４図は本発明の実施例の結果を示すグラフ
である。 ｌ・レーザ光発生器、 ２・・光チョッパ、３ ・マ
イクロ波発生器、４・サーキュレータ、５・・・リッジ
導波管、 ６・・・Ｓｌウェーハ、７・・・検出器
、 ９・・デジタル処理器、０・・移動ステ
ージ、 ・ステージ駆動器。
Claims (3)
- （１）半導体ウェーハ表面に禁止帯幅以上のエネルギー
をもつ光を照射し、励起した少数キャリアによるウェー
ハの導電率変調を反射マイクロ波の強度変化として検出
するウェーハ表面の半導体特性測定方法において、 前記光としてレーザ光ビーム・パルスを用いるとともに
、前記ウェーハ導電率変調の検出に集束させたマイクロ
波を用いることを特徴とするウェーハ表面の半導体特性
測定方法。 - （２）前記レーザ光ビーム・パルスを光ファイバーで集
光し、ウェーハに照射することを特徴とする第１項記載
のウェーハ表面の半導体特性測定方法。 - （３）前記レーザ光ビーム・パルスとしてＨｅ−Ｎｅレ
ーザ光を用いることを特徴とする第１項または第２項記
載のウェーハ表面の半導体特性測定方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224279A JPH067564B2 (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | ウェーハ表面の半導体特性測定方法 |
| US07/322,390 US4949034A (en) | 1988-09-07 | 1989-03-13 | Method for contactless evaluation of characteristics of semiconductor wafers and devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224279A JPH067564B2 (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | ウェーハ表面の半導体特性測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0272646A true JPH0272646A (ja) | 1990-03-12 |
| JPH067564B2 JPH067564B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=16811283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63224279A Expired - Lifetime JPH067564B2 (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | ウェーハ表面の半導体特性測定方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4949034A (ja) |
| JP (1) | JPH067564B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0697248A (ja) * | 1992-09-16 | 1994-04-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | ライフタイム測定装置及びこれを用いた測定方法 |
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| JP2007212341A (ja) * | 2006-02-10 | 2007-08-23 | Denso Corp | 抵抗測定装置および抵抗測定方法 |
| JP2008051719A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Kobe Steel Ltd | 薄膜半導体の結晶性測定装置及びその方法 |
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- 1988-09-07 JP JP63224279A patent/JPH067564B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1989
- 1989-03-13 US US07/322,390 patent/US4949034A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH067564B2 (ja) | 1994-01-26 |
| US4949034A (en) | 1990-08-14 |
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