JPH0324746A - 非接触による半導体材料の導電型判別方法とその装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、シリコンウエハーやシリコン単結品棒のＰ−
Ｎ判定を非接触にて簡単且つ確実に行う事の出来る半導
体材料の導電型判別方法とその装置の改良に関する． （従来技術とその問題点〉 従来のＰ−Ｎ判定器（＾，，，・・・）は、シリコン単
結晶に第１接触子（Ｔ，）である金属ビンをポイント接
触させ、同時に第２接触子（Ｔ２）をオーミックコンタ
クトさせた時に発生するシリッｌ・キー効果を利用した
もので、熱起電力判定方式（第３図〉、整流性判定方式
（第４図）、ホール効果を利用した方式（５！Ｉ示せず
〉など各種のものが有り、それぞれの特徴に応じて使い
分けがなされている， 第３図は熱起電力方式のＰ−Ｎ判定器（八〇の原理図で
、半導体材料（４）に接触する第１接触子（Ｔ，）と、
ヒータ（Ｈ）が巻設され、半導体材料（４）にビンポイ
ント接触する第２接触子（Ｔ，〉と、第１，第２接触子
（ＴＩ）（Ｔｆｆ）との間に接続された零検出器（１１
）とで構成されており、第２接触子（Ｔハのヒータ（Ｈ
）にて半導体材料（４）に熱を加え、第１ｔＩＰ触子（
Ｔ，）と第２接触子（Ｔ２）との間で熱起電力効果を発
生させ、その熱起電力の方向を検出してＰ型かＮ型かを
判定する方式である． 第４図は、整流性判別方式のＰ−Ｎ判定器（＾，〉の原
理図で、変圧器（１２）の２次側から導出され、半導体
材料（４）に点接触する第１接触子（Ｔ，〉と、半導体
材料（４〉に面接触する第２接触子（Ｔ，）と、第１，
第２接触子（Ｔ１）（Ｔｔ）の間で通電した時の整流方
向を検出する零検出器（ｌ１）とで構成されている．点
接触する第１接触子（Ｔ１）は例えばダイオード特性の
発現しやすいステンレス針を用い、面接触する第２接触
子（Ｔ重）にはオーミックコンタクトになりやすい例え
ばオスミウムが用いられる．このような状態の下で交流
電源にて第１、第２接触子（Ｔ，）間に通電すると第１
接触子（“ｒＩ）のポイント接触部分にてダイオード特
性による整流効果が生まれ、この整流方向を検出するこ
とにより、半導体材料《４）がＰ型かＮ型か判定する事
が出来るのである． 前者は数曽Ω−ａｍ〜１０ｏΩ−Ｃ一程度の低抵抗率の
ものの測定に適し、後者は１００Ω−Ｃ一〜ＩＯＫΩ−
Ｃ一程度の高抵抗率のものの測定に適する． さて、このような従来のＰ−Ｎ判定器（＾ｈ１・・）で
は、 ■第２接触子（Ｔ，）と半導体材料（４）との間にオー
ミックコンタクトを必要とするが、半導体材料（４〉の
表面に薄いが絶縁性が高く接触抵抗の大きい酸化皮膜が
あり、安定なオーミックコンタクトを得る事が意外に困
難で有った事． ■絶縁皮膜を破るために接触圧力を高める必要があるが
、半導体材料（４）がシリコンウェハーのようなもので
は破損する恐れが高く、余り高い接触圧力を加える事が
出来ず、再現性が不安定であった．換言すれば、酸化膜
の存在は導電型の判別を阻害する方向に働くものであり
、酸化膜による導電型誤判別が発生するという問題があ
った．■逆に、シリコン単結晶棒のような場合は大きな
接触圧力を加える事が出来るが、接触圧力が大きすぎる
とポイント接触の部分がオーミックコンタクトになって
しまい、逆に測定不可能になる．従って、ポイント接触
部分の接触圧力は１０〜５０．程度の範囲になければな
らないが、この条件出しが非常に困難且つ再現性に欠け
る事など、諸問題があったが、これらにも増して大きな
欠点は第１，第２接触子（Ｔ１）（Ｔｔ）を半導体材１
　（４）の表面に接触させて導電型を判別しなければな
らない事にある．即ち、第１．第２接触子（Ｔ＋）（Ｔ
ｔ）を半導体表面に接触させなければならないため半導
体材料（４）の表面に傷をつけたり汚したりして後工程
に支障を生じさせると言う問題点があり、半導体表面を
無傷且つ清浄に保つためには測定時でも半導体材料（４
）の表面には出来るだけ非接触である事が望まれていた
． （発明の目的） 本発明の目的とするところは、酸化膜の存在に影響され
る事なく、しかも従来例のように条件設定が非常に困難
で再現性に欠けると言うようなこともなく、更に非接触
にて高い精度で半導体材料の導電型を判別出来る判別方
法とその装置を提供するにある． （問題解決の手段） 前記目的を達戒するため、請求項（１）の本発明方法で
は： ■半導体材料（４）に間欠的に光を照射して半導体材料
（４）がＰ型の時には正の光起電力を半導体材料（４）
内に発生させ、半導体材料（４〉がＮ型の場合には負の
光起電力を半導体材料（４）内に発生させ、■この光起
電力を半導体材料（４）に静電結合にて接続した検出電
極（５）（６）にて検出した後、この検出した光起電力
を平滑コンデンサ（９）に充電し、■この充電された平
滑コンデンサ（９）の電圧を測定する事により半導体材
料（４）のＰ−Ｎ判定を行う． と言う技術的手段を採用しており、請求項（２）の本発
明装置は； ■高周波発信器（１）と、 ■高周波発信器（１）の出力にベースが接続され、当該
出力にてオンオフ制御されるトランジスタ（２）と、 ■トランジスタ（２〉のコレクタに接続され、高周波に
て点滅する発光器（３〉と、 ■半導体材料（４）に静電結合にて接続され、前記発光
器（３）の光を受けて発生した半導体材料（４）内の光
起電力を検出するための一対の検出電極（５）　（６）
と、 ■検出電極（５）（６）が検出した光起電力を増幅する
第１増幅器〈７〉と、 ■第１増幅器〈７〉の出力側に接続され、高周波発信器
（１）の出力にて第１増幅器〈７〉の出力を同期整流す
る電子スイッチ〈８〉と、 ■電子スイッチ（８）からの出力を充電する平滑コンデ
ンサ（９）と、 ■充電された平滑コンデンサ（９）の電圧を増幅して出
力する第２増幅器（１０）と、 ■第２増幅器（１０〉からの出力を受けて半導体材料（
４〉の導電型を判定する導電型検出器（１ｌ〉とで楕戒
される． と言う技術的手段を採用している． 〈作　　用〉 ■発信器（１）にて発光器（３〉が高周波で点滅し、半
導体材料（４〉を照射する． ■照射された半導体材料（４〉には、光起電力が発生す
るがこの光起電力を静電結合された一対の電極（５）（
８）にて検出する． ■検出された光起電力は増幅され、且つ、発信器（１）
にて制御される電子スイッチ〈８）にて同期整流され、
平滑コンデンサ（９）に充電される．■この平滑コンデ
ンサ（９）の電圧を増幅し、導電型検出Ｈ（１１）に極
性を検出し、半導体材料（４）の導電型の判別を行う． （実　施　例） 以下、本発明を図示実施例に従って詳述する．第１図は
本発明の原理図、第２図は本発明における動作タイミン
グを表すグラフである．第１図において、（３〉は発信
器（１）で、抵抗を介してトランジスタ（２）のベース
に接続されている．このトランジスタ〈２〉のコレクタ
には例えばＬＥＤのような発光器（３）が接続されてい
る．この発光器《３）は半導体材料（４）の上方に配設
されており、半導体材料（４）を照射するようになって
いる．一方、半導体材料（４）の裏面にはコンデンサと
同じ原理に基づく静電結合による一対の検出電極（５）
（６）が非接触にて接続されており、電極（５）（６）
の出力端は第１増幅器（７〉に接続されており、更にこ
の第１増幅器（７〉の出力側に電子スイッチ《８〉が接
続されいる．この電子スイッチ（８〉は発信器（１）に
てオンオフ制御されるようになっている．電子スイッチ
（８〉の出力側は第２増幅器（１０）に接続されており
、更に第２増幅器（１０）の出力側に導電型検出器（１
１）が接続されている．ここで導電型検出器（１１）と
しては例えば、電圧の正負によって針の振れ方向が逆転
する零検出器や選択的に点灯する色の異なる２個１組の
ＬＥＤなどが使用される．ここでは以下零検出器を導電
型検出器（１１）の使用例として説明する． 又、電子スイッチ（８〉と第２増幅器（１０）の間には
平滑コンデンサ《９）が並列接続されており、電子スイ
ッチ（８）にて同期整流された光起電力が充電されるよ
うになっている． しかして、発信器（１）を発信させ、この発信パルスに
てトランジスタ（２）を駆動させて発光器（３）（Ｌ　
Ｅ　Ｄ　）を高周波にて点滅させ、半導体材料（４〉を
照射する．第２図から分かるように発信器（１）出力信
号並びに発光器（３）の発光出力はほぼ矩形状のパルス
である．半導体材料（４）内では、照射された光エネル
ギにより光起電力が発生する．この光起電力は発光器（
３）の発光出力に対して立ち上がり並びに立ち下がりが
若干遅れる．ここで、立ち−ヒがり点を（υ）、立ち下
がり点を（Ｄ）とする．又、半導体材料（４）の導電型
によってＰ型の場合は正の光起電力が発生し、Ｎ型の場
合は負の光起電力が発生する。この光起電力は静電結合
した一対の検出電％　（５）　（６）にて検出されるが
、静電結合がコンデンサと同じ原理であるために、検出
電圧の波形は第２図のように、光起電力０発生と共に検
出ｉｔ　価（５）　（８）に電流が流れて急速に立ち上
がり、光起電力が一定になった処で検出ｔ極（５）（６
）に流れる電流が徐々に減少して発光出力の立ち下がり
点〈Ｉ）〉に向けて徐々に低下する６発光器（３）が消
え、発光出力の立ち下がり点（［１）を越えた処で光起
電力は減少して行くが、この減少に合わせて検出電極（
５）（Ｅｌ）には逆方向の電流が流れ、逆の電圧が検出
される事になる．この逆方向の電圧は導電型判別の障害
となるため、後述の電子スイッチ（８）にて消去される
．前記検出？ｔ極（５）（８）による検出電圧が正の場
合は半導体材料（４）はＰ型であり、負の場合はＮ型で
ある．検出電極（５）（６）にて検出された検出電圧は
、まず、第１増幅器（７〉にて増幅され、発信器（１）
によって制御される電子スイッチ（８）にて同期整流さ
れ、発光出力の立ち下がり点（Ｄ）を越えた処で発生す
る前記逆方向の電圧がカットされた波形（第２図の同期
整流出力）として電子スイッチ（８）から出力され、平
滑コンデンサ（９）に充電される．充電された平滑コン
デンサ（９〉の電圧を第２増幅器（１０）で増幅し、零
検出器（１１）で半導体材料（４）の極性を判別する． （効　　果） 第１発明は叙上のように、半導体材料に間欠的に光を照
射して半導体材料がＰ型の時には正の光起電力を半導体
材料内に発生させ、半導体材料がＮ型の場合には負の光
起電力を半導体材料内に発生させ、この光起電力を半導
体材料に静電結合にて接続した検出電極にて検出した後
、この検出した光起電力を平滑コンデンサに充電し、こ
の充電された平滑コンデンサの電圧を測定する事により
半導体材料のＰ−Ｎ判定を行うのであるから、従来のよ
うに検出電極が半導体材料に接触すると言うような事が
なく、半導体材料表面を傷付けたり・する事もなければ
表面を汚したりする事もなく、極めて清浄な状態で後工
程に半導体材料を供給する事が出来るものである． 更に、光を利用した光起電力による導電型の判別である
から従来のように酸化膜に邪魔されて誤判定を起こすと
いうような心配がなく、極めて高い精度でどの判定を行
う事が出来るという利点がある． 又、請求項（２）では、高周波発信器と、高周波発信器
の出力にベースが接続され、当該出力にてオンオフ制御
されるトランジスタと、トランジスタのコレクタに接続
され、高周波にて点滅する発光器と、半導体材料に静電
結合にて接続され、前記発光器の光を受けて発生した半
導体材料内の光起電力を検出するための一対の検出電極
と、検出電極が検出した光起電力を増幅する第１増幅器
と、第１増幅器の出力側に接続され、高周波発信器の出
力にて第１増幅器の出力を同期整流する電子スイッチと
、電子スイッチからの出力を充電する平滑コンデンサと
、充電された平滑コンデンサの電圧を増幅して出力する
第２増幅器と、第２増幅器からの出力を受けて半導体材
料の導電型を判定する導電型検出器とで非接触による半
導体材料の導電型判別装置を構或しているので、請求項
（１）の非接触による半導体材料の導電型判別方法を実
現出来た．

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明方法の原理図 第２図・・・本発明における動作タイミングを表すグラ
フ 第３図・・・従来の熱起電力判別方式の原理図、第４図
・・・従来の整流性判別方式の原理図（＾１）・・・本
発明のＰ−Ｎ判定器 （＾，〉（＾！）・・・従来のＰ−Ｎ判定器〈１１）・
・・ヒータ （Ｔ．）・・・第１接触子　　（Ｔ２）・・・第２接触
子（１）・・・高周波発信器　（２）・・・トランジス
タ（３〉・・・発光器　　　　（４）・・・半導体材料
（５）（８）・・・検出電極　　（７〉・・・第１増幅
器（８）・・・電子スイッチ （１０〉・・・第２増幅器 《１２）・・・変圧器 （９）・・・゛平滑コンデンサ （１１）・・・導電型検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体材料に間欠的に光を照射して半導体材料が
   Ｐ型の時には正の光起電力を半導体材料内に発生させ、
   半導体材料がＮ型の場合には負の光起電力を半導体材料
   内に発生させ、この光起電力を半導体材料に静電結合に
   て接続した検出電極にて検出した後、この検出した光起
   電力を平滑コンデンサに充電し、この充電された平滑コ
   ンデンサの電圧を測定する事により半導体材料のＰ−Ｎ
   判定を行う事を特徴とする非接触による半導体材料の導
   電型判別方法。
2. （２）高周波発信器と、高周波発信器の出力にベースが
   接続され、当該出力にてオンオフ制御されるトランジス
   タと、トランジスタのコレクタに接続され、高周波にて
   点滅する発光器と、半導体材料に静電結合にて接続され
   、前記発光器の光を受けて発生した半導体材料内の光起
   電力を検出するための一対の検出電極と、検出電極が検
   出した光起電力を増幅する第１増幅器と、第１増幅器の
   出力側に接続され、高周波発信器の出力にて第１増幅器
   の出力を同期整流する電子スイッチと、電子スイッチか
   らの出力を充電する平滑コンデンサと、充電された平滑
   コンデンサの電圧を増幅して出力する第２増幅器と、第
   ２増幅器からの出力を受けて半導体材料の導電型を判定
   する導電型検出器とで構成された事を特徴とする非接触
   による半導体材料の導電型判別装置。