JPH0422019B2 - - Google Patents

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JPH0422019B2
JPH0422019B2 JP57087944A JP8794482A JPH0422019B2 JP H0422019 B2 JPH0422019 B2 JP H0422019B2 JP 57087944 A JP57087944 A JP 57087944A JP 8794482 A JP8794482 A JP 8794482A JP H0422019 B2 JPH0422019 B2 JP H0422019B2
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JP
Japan
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junction
photocurrent
carrier
photon beam
wafer
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JP57087944A
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Japanese (ja)
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JPS58206133A (en
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Tadasuke Munakata
Noriaki Pponma
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US06/432,805 priority patent/US4563642A/en
Priority to DE8282109245T priority patent/DE3271027D1/en
Priority to EP82109245A priority patent/EP0077021B1/en
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Publication of JPH0422019B2 publication Critical patent/JPH0422019B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P74/00Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/265Contactless testing
    • G01R31/2656Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation

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  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光電圧効果を利用して半導体ウエハ
中の電流担体(キヤリヤ)の寿命時間を非破壊的
に測定するための装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for nondestructively measuring the lifetime of current carriers in a semiconductor wafer using the photovoltage effect.

近年、固体回路素子はプレーナ型が主流とな
り、具体的には約400μm程度の厚さを有する半導
体ウエハ上に形成されるようになつてきている。
当然のことながら、固体回路素子は、半導体中の
電流担体(以下、単にキヤリヤと略す)の輸送現
象を用いているから、半導体素子製造工業にあつ
ては、ウエハ中のキヤリヤの寿命時間の大小が、
素子の特性に大きな影響を及ぼす。
In recent years, planar type solid-state circuit elements have become mainstream, and specifically, they are being formed on semiconductor wafers having a thickness of about 400 μm.
Naturally, solid-state circuit devices use the transport phenomenon of current carriers (hereinafter simply referred to as carriers) in semiconductors, so in the semiconductor device manufacturing industry, the lifetime of carriers in wafers is important. but,
This has a large effect on the characteristics of the element.

さらに、一枚のウエハから切りだされる多数の
素子の良品率(歩留り)を向上させるためには、
ウエハ中のキヤリヤ寿命が、場所によらず一様で
あることが必須の条件である。
Furthermore, in order to improve the good product rate (yield) of a large number of devices cut out from a single wafer,
It is an essential condition that the carrier life within the wafer is uniform regardless of location.

また、太陽電池にあつては、太陽エネルギの変
換効率を高めるためには、広い面積にわたつて、
キヤリヤの寿命時間が長くないといけないという
要求がある。
In addition, in the case of solar cells, in order to increase the conversion efficiency of solar energy, it is necessary to
There is a requirement that the carrier have a long service life.

従つて、回路素子の場合に限らず、太陽電池の
場合にも、その基板となるウエハ中のキヤリヤ寿
命についてあらかじめ測定し、評価しておくこと
は極めて重要である。
Therefore, not only in the case of circuit elements but also in the case of solar cells, it is extremely important to measure and evaluate the carrier life in a wafer serving as a substrate in advance.

上記の目的のために、光で半導体ウエハ中にキ
ヤリヤを励起し、このキヤリヤの減衰状態をマイ
クロ波を用いて測定する装置が市販されており、
接合形成前のウエハについてのキヤリヤ寿命測定
装置として有効に活用されている。
For the above purpose, there is a commercially available device that excites a carrier in a semiconductor wafer with light and measures the attenuation state of this carrier using microwaves.
It is effectively used as a carrier life measuring device for wafers before bonding.

ところが、回路素子の場合にしろ、太陽電池の
場合にしろ、半導体素子を能動素子として動作さ
せる場合には、必ずウエハ上にp−n接合で代表
される接合が形成されねばならず、このため、イ
オンインプランテーシヨン工程とそのアニール工
程とを含めて、800〜1000℃程度の熱工程を経る
場合が多い。よく知られているように、ウエハを
熱工程に入れると、内在する酸素やその他の微量
不純物の析出、拡散により、キヤリヤの寿命時間
は加熱前のウエハ単体の場合に比べて、多くの場
合減小する。
However, in order to operate a semiconductor device as an active device, whether it is a circuit element or a solar cell, a junction, typically a p-n junction, must be formed on the wafer. , including the ion implantation process and its annealing process, which often undergo a thermal process at about 800 to 1000°C. As is well known, when a wafer is subjected to a thermal process, the lifetime of the carrier is often reduced compared to that of the wafer alone before heating due to the precipitation and diffusion of oxygen and other trace impurities. make smaller

そのため、ウエハ単体で測定したキヤリヤの寿
命時間は、結果的には、完成した素子の実状をあ
らわさないことになる。ここにおいて、どうして
も接合形成工程が完了した後の状態でキヤリヤ寿
命を測定・評価する必要を生じることになる。当
然ながら、接合が存在すると、従来の光励起−マ
イクロ波計測によるキヤリヤ寿命時間の測定方法
はもはや利用できない。何故なら、新しく形成さ
れた接合構成層によりマイクロ波応答がマスクさ
れてしまい、検知できなくなつてしまうからであ
る。
Therefore, the lifetime of the carrier measured for a single wafer does not ultimately represent the actual state of the completed device. Here, it becomes necessary to measure and evaluate the carrier life after the bond forming process is completed. Naturally, if a junction is present, the conventional optical excitation-microwave measurement method of carrier lifetime measurement is no longer applicable. This is because the microwave response is masked by the newly formed bonding layer and becomes undetectable.

そこで、接合が形成された状態で、ウエハ基板
のキヤリヤ寿命時間を測定する方法がこれまでに
いくつか提案されているが、その中で本発明に最
も近い光電流法について以下に述べる。[参考文
献:ソリツド−ステートエレクトロニツクス、
1975年、第18巻、第453〜458頁(Solid−State
Electronics,1975,Vol.18,pp.453〜458)]。
Therefore, several methods have been proposed for measuring the carrier life time of a wafer substrate in a state in which a bond is formed. Among these methods, the photocurrent method that is closest to the present invention will be described below. [References: Solid-state electronics,
1975, Volume 18, Pages 453-458 (Solid-State
Electronics, 1975, Vol. 18, pp. 453-458)].

第1図aには光電流法の原理構成を示す。一例
として、p型Si基板(ウエハ)1上にn型層2を
形成してなるp−n接合の場合を示してある。こ
の接合に光子ビーム3を照射すると、よく知られ
ているように、接合には光電流が発生する。ウエ
ハ基板1と、n型層2上にそれぞれ金属電極4,
4′を形成すると、光子ビーム3で励起された光
電流を接合外部に引きだすことができ、これを増
幅器5で増幅し、メータ6で正確に読みとること
ができる。
FIG. 1a shows the basic configuration of the photocurrent method. As an example, a pn junction is shown in which an n-type layer 2 is formed on a p-type Si substrate (wafer) 1. When this junction is irradiated with a photon beam 3, a photocurrent is generated in the junction, as is well known. Metal electrodes 4 and 4 are provided on the wafer substrate 1 and the n-type layer 2, respectively.
By forming 4', the photocurrent excited by the photon beam 3 can be drawn out of the junction, amplified by the amplifier 5, and accurately read by the meter 6.

ここで、光子ビームをパルス化し、パルス周波
数を変化させて光電流を読むと、第1図bのよう
に光電流Iphは変化する。すなわち、角周波数ω
=2π×パルス周波数とすると、角周波数ωの小
さい範囲では光電流Iphは殆ど一定であるが、例
えばω0を越すと、光電流Iphはω-1/2に比例して減
小してくる。この光電流Iphの変化点(曲折点)
P0は図式的に簡単に求めることができる。
Here, when the photon beam is pulsed and the photocurrent is read by changing the pulse frequency, the photocurrent I ph changes as shown in Figure 1b. That is, the angular frequency ω
= 2π × pulse frequency, the photocurrent I ph is almost constant in a small range of angular frequency ω, but for example, when ω exceeds 0 , the photocurrent I ph decreases in proportion to ω -1/2 . It's coming. The changing point (bending point) of this photocurrent I ph
P 0 can be easily determined graphically.

光電流が、殆んど基板1で発生しているという
仮定が成り立てば、ω0とキヤリヤの寿命時間τ
の関係は、簡単に次式で表わされる。
If it is assumed that most of the photocurrent is generated in the substrate 1, then ω 0 and carrier lifetime τ
The relationship is simply expressed by the following equation.

ω0τ=1 ………(1) 第1図bからω0が求まると、式(1)から、キヤ
リヤの寿命時間τは簡単に計算で求めることがで
きる。
ω 0 τ=1 (1) Once ω 0 is determined from Fig. 1b, the life time τ of the carrier can be easily calculated from equation (1).

しかるに、太陽電池の場合のように、接合があ
らかじめ金属電極4,4′を有している場合は、
上述した光電流法は非常に便利な手段である。
However, when the junction already has metal electrodes 4, 4', as in the case of solar cells,
The photocurrent method described above is a very convenient tool.

ところが、太陽電池の場合でも、接合形成直後
は、金属電極を有しておらず、このような状態で
は、従来の光電流法は適用不可能となる。一方、
回路素子工程の場合は、接合形成は工程の初期段
階になされるから、引き続き行なわれるいくつか
のプロセスに対する汚染除去のために、接合に電
極を形成することは許されない。従つて、無理に
従来の光電流法を適用すると、次の工程以降を放
棄する(つまり、不良品として処分する)ことに
なり、その意味で、光電流法は一種の破壊検査と
なつてしまう。
However, even in the case of a solar cell, there is no metal electrode immediately after the bond is formed, and in such a state, the conventional photocurrent method cannot be applied. on the other hand,
In the case of circuit element processes, since the junction formation is done at an early stage of the process, it is not permissible to form electrodes on the junction for decontamination for some subsequent processes. Therefore, if you forcefully apply the conventional photocurrent method, you will end up abandoning the next step (in other words, disposing of it as a defective product), and in that sense, the photocurrent method becomes a kind of destructive inspection. .

接合には、p−n接合の他に、金属とSiのシヨ
ツトキ接合や、p+−p型のいわゆる抵抗率変化
による接合があるが、いずれの場合も測定用の金
属電極を形成すると破壊検査になつてしまうこと
は、p−n接合の場合と同様である。
In addition to p-n junctions, there are other types of junctions, such as shot junctions between metal and Si, and p + -p type junctions based on so-called resistivity change. In either case, once metal electrodes are formed for measurement, destructive inspection This is the same as in the case of a pn junction.

さらに、接合の種類として、SiO2−p型Siで
代表される、いわゆる電界誘起接合(Field
Induced Junction)がある。この接合の場合は、
金属電極をSiO2膜上に形成できたとしても、
SiO2膜が50Å程度にうすくない限り、接合部に
発生する光電流を検知できない。何故なら、
SiO2は絶縁物であるから、一般に、電流を通さ
ないからである。ここにおいて、従来の光電流法
では、全く適用できない接合が存在することにな
る。ところが、FETトランジスタでよく知られ
ているように、電界誘起接合はp−n接合同様今
では非常に広く用いられており、これに適用でき
ないことは、半導体特性の計測方法としては致命
的欠陥を有していることになる。
Furthermore, as a type of junction, there are so-called field-induced junctions (Field-induced junctions) represented by SiO 2 -p-type Si.
Induced Junction). For this connection,
Even if a metal electrode could be formed on the SiO 2 film,
Unless the SiO 2 film is as thin as 50 Å, the photocurrent generated at the junction cannot be detected. Because,
This is because SiO 2 is an insulator and generally does not conduct current. Here, there are junctions to which the conventional photocurrent method cannot be applied at all. However, as is well known in FET transistors, field-induced junctions, like p-n junctions, are now very widely used, and the inability to apply them is a fatal flaw as a method for measuring semiconductor characteristics. It means that you have it.

本発明は、上に述べた光電流法の欠点を補うべ
く提案されたものである。すなわち、本発明の目
的は、接合上に測定用の金属電極をあえて形成す
ることなく、接合それ自体を用いてキヤリヤの寿
命時間を計測することができ、したがつて接合形
成後における半導体素子製造工程途中における半
導体ウエハの非破かい検査に適するキヤリヤ寿命
測定装置を提供することにある。
The present invention has been proposed to compensate for the drawbacks of the photocurrent method described above. That is, an object of the present invention is to be able to measure the life time of a carrier using the bond itself without intentionally forming a metal electrode for measurement on the bond, and thus to improve semiconductor device manufacturing after forming the bond. An object of the present invention is to provide a carrier life measuring device suitable for non-damaging inspection of semiconductor wafers during the process.

本発明の他の目的は、従来周知の光電流法では
全く測定不可能であつた電界誘起接合を有する半
導体ウエハのキヤリヤ寿命時間の測定にも有効に
適用でき、その意味で、従来の光電流法の適用可
能範囲を大幅に越えた測定方法を提供することに
ある。
Another object of the present invention is that it can be effectively applied to the measurement of the carrier lifetime of semiconductor wafers having electric field-induced junctions, which could not be measured using the conventional photocurrent method. The objective is to provide a measurement method that far exceeds the applicable scope of the law.

上記の目的を達成するため、本発明において
は、光電流の代りに、接合部に発生する光電圧を
容量結合法を用いて検出し、この光電圧より接合
を有する半導体ウエハのキヤリヤ寿命を非破壊で
測定するようにしたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the present invention, instead of photocurrent, a photovoltage generated at a junction is detected using a capacitive coupling method, and the carrier life of a semiconductor wafer having a junction is determined from this photovoltage. It is characterized by the fact that it is measured by destruction.

以下には、p−n接合の場合について、本発明
の原理を詳細に述べる。
In the following, the principle of the present invention will be described in detail in the case of a pn junction.

p−n接合には、よく知られているように接合
容量Cjと接合抵抗Rjとが定義され、この二つの因
子が並列に接続されているものと考えられてい
る。光子ビームで接合を励起すると光電流Iph
発生することは既に述べたが、この接合に外部回
路を設けないと光電流は第2図aに示すように、
接合容量Cjと接合抵抗Rjに流れることになる。そ
の結果、接合の両端に電圧が発生し、これが光電
圧Vphとなる。
As is well known, a pn junction has a junction capacitance C j and a junction resistance R j defined, and these two factors are considered to be connected in parallel. We have already mentioned that when a junction is excited with a photon beam, a photocurrent I ph is generated, but if no external circuit is provided to this junction, the photocurrent will be as shown in Figure 2a.
This will flow to the junction capacitance C j and the junction resistance R j . As a result, a voltage is generated across the junction, which becomes the photovoltage V ph .

従つて、光電圧Vphは次式で与えられる。 Therefore, the photovoltage V ph is given by the following equation.

Vph=Rj/1+jωCjRj・Iph ………(2) 上式で、j=√−1で虚数部を示す。 V ph =R j /1+jωC j R j・I ph (2) In the above equation, j=√−1 indicates the imaginary part.

式(2)において、接合容量Cj、接合抵抗Rjがパル
ス状光子ビームの角周波数ωに依存せず一定で、
かつ、光電流Iphもωによらないなら、光電圧Vph
の振幅変化は、第2図bに示すように、ωの小さ
い範囲では一定で、ω1をこすと、ω-1に比例して
減小してくる。式(2)から簡単に求まるように、 ω1CjRj=1 ………(3) なる関係になることは明らかである。
In equation (2), the junction capacitance C j and the junction resistance R j are constant independent of the angular frequency ω of the pulsed photon beam,
And if the photocurrent I ph also does not depend on ω, then the photovoltage V ph
As shown in Fig. 2b, the amplitude change of is constant in a small range of ω, and when ω 1 is exceeded, it decreases in proportion to ω -1 . As can be easily determined from equation (2), it is clear that the following relationship holds true: ω 1 C j R j =1 (3).

ところが、すでに光電流法の説明で述べたよう
に、Iphは第1図bに示すように、ω0をこすと
ω-1/2に依存して変化するから、Vphの振幅変化
は、第2図bに示すように、ω0をこすとこんど
はω-3/2に比例して減小し始める。そして、この
ω0の値から、τ=1/ω0なる関係に基づいて、
基板のキヤリヤ寿命時間τを求めることができる
ことは既に述べた通りである。
However, as already mentioned in the explanation of the photocurrent method, I ph changes depending on ω -1/2 when ω 0 is crossed, as shown in Figure 1b, so the amplitude change of V ph is , as shown in Figure 2b, when ω 0 is removed, it begins to decrease in proportion to ω -3/2 . Then, from this value of ω 0 , based on the relationship τ=1/ω 0 ,
As already mentioned, it is possible to determine the carrier life time τ of the substrate.

Iphが第1図bに示すようにω-1/2に比例して減
小するのは、パルス光で励起されたキヤリヤの寿
命時間τ(ω)が、見掛上、次のような周波数依
存性をもつことに起因するもので、これはよく知
られている事実である。
The reason why I ph decreases in proportion to ω -1/2 as shown in Figure 1b is because the lifetime time τ(ω) of the carrier excited by pulsed light is apparently as follows. This is due to frequency dependence, which is a well-known fact.

τ(ω)=τ/1+jωτ ………(4) さて、本発明では、Cj,Rjが、ωによらず一定
であることを仮定しているが、この仮定は常に満
されるわけではない。第2図bからも分るよう
に、Vphはωに依存するが、CjもRjもVphに依存
して変化する。すなわち、Vphが熱エネルギの等
価電圧(室温では約25mV)を越すと、RjはVph
に依存して大幅に変り、Cjも若干変る。逆に、
Vphが熱エネルギの等価電圧より充分小さけれ
ば、熱平衡状態は保たれ、このときのRj,Cj
Vphによらず、従つて、ωによらず一定である。
この時、第2図bの理想曲線がえられる。
τ(ω)=τ/1+jωτ (4) Now, in the present invention, it is assumed that C j and R j are constant regardless of ω, but this assumption is not always satisfied. isn't it. As can be seen from FIG. 2b, V ph depends on ω, but both C j and R j change depending on V ph . That is, when V ph exceeds the equivalent voltage of thermal energy (approximately 25 mV at room temperature), R j becomes V ph
It changes significantly depending on , and C j also changes slightly. vice versa,
If V ph is sufficiently smaller than the equivalent voltage of thermal energy, the thermal equilibrium state is maintained, and R j and C j at this time are
It is constant regardless of V ph and therefore regardless of ω.
At this time, the ideal curve shown in FIG. 2b is obtained.

上述したように、本発明では、光電流Iphの検
出の代りに、光電圧Vphを検出する。一般に電圧
の検出は、電流の場合と異なり、容量結合で可能
であり、この容量結合が本発明の重要着眼点にな
つている。
As described above, in the present invention, the photovoltage V ph is detected instead of the photocurrent I ph . Generally, voltage can be detected by capacitive coupling, unlike current detection, and this capacitive coupling is an important focus of the present invention.

第3図aに、本発明装置の原理構成を示す。通
常、ウエハ1の裏面は金属に接触することは許さ
れるから、ここでは、試料台を兼ねた金属電極
4″上に接合のあるウエハ1をのせる。ウエハ1
のn型層2の上には、10μm〜100μm程度の透明
な絶縁物からなるスペーサ7をおく。理想的には
空気層(あるいは真空層でも可)であることが望
ましいが、接合の表面を破かいもしくは汚染しな
い物質であつて、照射光ビームに対して透明な絶
縁物でさえあれば、特に材質を問わない。このス
ペーサ7の上に透明電極8を置く。こうして、光
子ビーム3で接合を照射すると、接合の表裏間に
光電圧が発生するから、この光電圧を電極4″
(接地)と電極8とによつて検知する。このよう
にして発生する電圧は、通常1mV以下であるか
ら、これをロツクインアンプ9で増幅して測定す
る。
FIG. 3a shows the basic configuration of the device of the present invention. Normally, the back side of the wafer 1 is allowed to come into contact with metal, so here, the wafer 1 with a bond is placed on the metal electrode 4'' which also serves as a sample stage.Wafer 1
A spacer 7 made of a transparent insulator with a thickness of approximately 10 μm to 100 μm is placed on the n-type layer 2 . Ideally, it would be an air layer (or even a vacuum layer), but any material that does not damage or contaminate the surface of the bond and is an insulator that is transparent to the irradiating light beam is especially suitable. Regardless of the material. A transparent electrode 8 is placed on top of this spacer 7. In this way, when the junction is irradiated with the photon beam 3, a photovoltage is generated between the front and back sides of the junction, and this photovoltage is applied to the electrode 4''.
(ground) and electrode 8. Since the voltage thus generated is usually 1 mV or less, it is amplified by the lock-in amplifier 9 and measured.

第3図bにはこの測定法の等価回路を示す。図
中、Cnはスペーサ7による容量であり、Rl、Cl
ロツクインアンプ9の入力抵抗、入力容量であ
る。観測される電圧をΔVとすると、 ΔV=VphjωCnRl(1+jωCjRj)/1−ω2(CnCl
+CjCl+CnCj)RjRl+jω{(Cn+Cj)Rj+(Cl+Cn)R
l}………(5) となる。
FIG. 3b shows an equivalent circuit for this measurement method. In the figure, C n is the capacitance due to the spacer 7, and R l and C l are the input resistance and input capacitance of the lock-in amplifier 9. Letting the observed voltage be ΔV, ΔV=V ph jωC n R l (1+jωC j R j )/1−ω 2 (C n C l
+C j C l +C n C j )R j R l +jω{(C n +C j )R j +(C l +C n )R
l }......(5).

式(5)から分るように、Rlが大きく、Clが小さい
(つまり、ロツクインアンプ9の入力インピーダ
ンスが大きい)なら、広い周波数範囲にわたつ
て、ΔVVphとなるから、容量結合でVphを測定
でき、ひいては、第2図bの曲線をえることがで
きるから、それよりω0を知りτ=1/ω0より光
子ビーム照射点のキヤリヤの寿命τを求めること
ができる。
As can be seen from equation (5), if R l is large and C l is small (that is, the input impedance of lock-in amplifier 9 is large), ΔVV ph will be obtained over a wide frequency range, so capacitive coupling Since V ph can be measured and, in turn, the curve shown in FIG. 2b can be obtained, we can know ω 0 from this and calculate the lifetime τ of the carrier at the photon beam irradiation point from τ = 1/ω 0 .

第4図に本発明装置の一実施例の全体構成を示
す。光子ビーム3を放射するための光源12とし
てはガスレーザ、半導体レーザ、ランプなどが考
えられるが、ここでは発光ダイオードを用いた例
を示す。発光ダイオードは安価、小型で便利に使
用できる特長がある。この発光ダイオード12
は、駆動電流源10から交流(パルス)電流を供
給されることにより、パルス光3を照射する。駆
動用電流信号は検出抵抗11で検出され、ロツク
インアンプ9の参照信号として使われる。
FIG. 4 shows the overall configuration of an embodiment of the device of the present invention. The light source 12 for emitting the photon beam 3 may be a gas laser, a semiconductor laser, a lamp, etc., but here an example using a light emitting diode will be shown. Light emitting diodes are inexpensive, small, and convenient to use. This light emitting diode 12
irradiates pulsed light 3 by being supplied with an alternating current (pulsed) current from a drive current source 10. The driving current signal is detected by the detection resistor 11 and used as a reference signal for the lock-in amplifier 9.

光電圧は透明電極8で検出し、ロツクインアン
プ9で増幅する。ロツクインアンプ9の出力は信
号処理回路15に供給される。信号処理回路15
からは、パルス光3の周波数を変えるための指示
が可変周波発振器14に与えられ、信号処理回路
15は発振器14の発振周波数をモニタしてい
る。発振器14の出力は、発光ダイオード駆動回
路10に供給され、ここで所定の周波数の電流パ
ルスに変換され、発光ダイオード12に供給され
る。
The photovoltage is detected by a transparent electrode 8 and amplified by a lock-in amplifier 9. The output of the lock-in amplifier 9 is supplied to a signal processing circuit 15. Signal processing circuit 15
From here, an instruction to change the frequency of the pulsed light 3 is given to the variable frequency oscillator 14, and the signal processing circuit 15 monitors the oscillation frequency of the oscillator 14. The output of the oscillator 14 is supplied to a light emitting diode drive circuit 10, where it is converted into a current pulse of a predetermined frequency and supplied to the light emitting diode 12.

発光ダイオード12からの放射光パルス3は、
アパーチヤ13でで放射角を制限された後、レン
ズ17で収束されて、p−n接合部に照射され
る。
The emitted light pulse 3 from the light emitting diode 12 is
After the radiation angle is limited by the aperture 13, the radiation is focused by the lens 17 and irradiated onto the pn junction.

信号処理回路15では、このようにしてとりこ
まれる周波数と光電圧の情報より、あらかじめセ
ツトされた所定のシーケンスに従つてその変化モ
ードが評価され、これよりω0を知り、キヤリヤ
の寿命時間τ=1/ω0が計算され、その結果が
表示部16にデジタル表示される。
In the signal processing circuit 15, the change mode is evaluated according to a predetermined sequence set in advance from the frequency and photovoltage information taken in in this way, and from this, ω 0 is known, and the life time τ of the carrier is determined. =1/ω 0 is calculated, and the result is digitally displayed on the display unit 16.

重複説明は省略するが、以上のプロセスは、p
−n接合に限らず、電界誘起接合についても全く
同様に成立つもので、従来の光電流法の範囲を越
えて、非破壊で広い範囲の試料に適用できること
は明らかである。
Although redundant explanation will be omitted, the above process is
The same holds true not only for -n junctions but also for electric field induced junctions, and it is clear that the method can be applied non-destructively to a wide range of samples beyond the scope of the conventional photocurrent method.

以上説明したところから明らかなように、本発
明によれば、接合上に測定用の金属電極をわざわ
ざ形成することなく、非破壊でキヤリヤ寿命を測
定できるため、半導体素子製造ライン中のどの工
程における半導体ウエハについてもいつでもその
キヤリヤ寿命の適、不適をチエツクしてやること
ができ、半導体製造プロセスの歩留り向上に資す
るところ大であり、しかも従来のマイクロ波を用
いる測定装置におけるような複雑かつ高価な測定
手段を用いていないため、簡便に製作、使用でき
る等、実用に供してその効果はきわめて大きいも
のである。
As is clear from the above explanation, according to the present invention, the carrier life can be measured non-destructively without the need to take the trouble of forming a metal electrode for measurement on the junction. It is possible to check whether the carrier life of semiconductor wafers is suitable or not at any time, which greatly contributes to improving the yield of the semiconductor manufacturing process, and what is more, it does not require complicated and expensive measurement methods such as those used in conventional microwave measurement equipment. Since the method does not use any of the following, it can be easily manufactured and used, and its effects are extremely large in practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図aおよびbは従来周知の光電流法による
キヤリヤ寿命測定法の原理説明図、第2図aおよ
びbは本発明による光電圧法にもとづくキヤリヤ
寿命測定法の原理説明図、第3図aおよびbは本
発明によるキヤリヤ寿命測定装置の原理構成の説
明図、第4図は本発明の一実施例になるキヤリヤ
寿命測定装置の全体構成を示すブロツク概略図で
ある。 1…ウエハ基板、2…n型層、3…光子ビー
ム、4″…金属電極、7…スペーサ、8…透明電
極、9…ロツクインアンプ、10…駆動電流源、
11…検出抵抗、12…発光ダイオード、13…
アパーチヤ、14…発振器、15…信号処理回
路、16…表示部。
Figures 1a and b are diagrams explaining the principle of the carrier life measurement method using the conventional well-known photocurrent method, Figures 2a and b are diagrams explaining the principle of the carrier life measurement method based on the photovoltage method according to the present invention, and Figure 3. 4A and 4B are explanatory diagrams of the principle structure of a carrier life measuring device according to the present invention, and FIG. 4 is a schematic block diagram showing the overall structure of a carrier life measuring device according to an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Wafer substrate, 2... N-type layer, 3... Photon beam, 4''... Metal electrode, 7... Spacer, 8... Transparent electrode, 9... Lock-in amplifier, 10... Drive current source,
11...Detection resistor, 12...Light emitting diode, 13...
aperture, 14... oscillator, 15... signal processing circuit, 16... display unit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 接合を有する半導体ウエハに対しパルス化さ
れた光子ビームを照射する手段と、この光子ビー
ムの照射によつて上記接合に発生する電電圧Vph
を容量結合を介して検出する手段と、上記パルス
化光子ビームの角周波数ωを変化せしめる手段
と、この角周波数ωの変化に伴つて上記光電圧
Vphの振幅がω-1に比例して変化する領域から
ω-3/2に比例して変化する領域へと移行する際の
角周波数ω0を求め、この角周波数ω0よりτ=
1/ω0なる関係に基づいて上記半導体ウエハの
光子ビーム照射位置におけるキヤリヤの寿命時間
τを求める手段とを有してなることを特徴とする
キヤリヤ寿命測定装置。
1 means for irradiating a semiconductor wafer having a bond with a pulsed photon beam, and an electric voltage V ph generated in the bond by irradiation with the photon beam;
means for detecting the angular frequency ω of the pulsed photon beam via capacitive coupling; and means for changing the angular frequency ω of the pulsed photon beam;
Find the angular frequency ω 0 when the amplitude of V ph changes from a region where it changes in proportion to ω -1 to a region where it changes in proportion to ω -3/2 , and from this angular frequency ω 0 τ=
A carrier life measuring device comprising means for determining the carrier life time τ at the photon beam irradiation position of the semiconductor wafer based on the relationship 1/ω 0 .
JP57087944A 1981-10-09 1982-05-26 Measuring device for life of carrier Granted JPS58206133A (en)

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