JPH0732185B2 - 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

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シリコンウェハーやシリコン単結晶棒の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（A_2,3…）は、シリコン単結晶に第
１接触子（T₁）である金属ピ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
に発生するショット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（図示せず）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（A₂）の原理図
で、半導体材料（４）に接触する第１接触子（T₁）と、
ヒータ（Ｈ）が巻設され、半導体材料（４）にピンポイ
ント接触する第２接触子（T₂）と、第1,第２接触子
（T₁）（T₂）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（T₂）のヒータ（Ｈ）にて半
導体材料（４）に熱を加え、第１接触子（T₁）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（A₃）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（T₁）と、半導体材料
（４）に面接触する第２接触子（T₂）と、第1,第２接触
子（T₁）（T₂）の間で通電した時の整流方向を検出する
零検出器（11）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（T₂）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（T₂）間に通電すると第１接触子（T₁）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ｍΩ−cm〜100Ω−cm程度の低低効率のものの
測定に適し、後者は100Ω−cm〜10kΩ−cm程度の高低抗
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（A_2,3…）では、 第２接触子（T₂）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10〜50g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）（T₂）を半導体材料（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（T₁）（T₂）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） 前記目的を達成するため、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（11）とで構成
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）
（６）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
検出器（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
続されている。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LE
D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）（LE
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、立ち上がり点を（Ｕ）、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
対の検出電極（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、光起電力の発生と共に検出電極
（５）（６）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電極（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（Ｄ）に向
けて徐々に低下する。発光器（３）が消え、発光出力の
立ち下がり点（Ｄ）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）（６）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。前記検出電極
（５）（６）による検出電極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成しているので、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 （A₁）…本発明のＰ−Ｎ判定器 （A₂）（A₃）…従来のＰ−Ｎ判定器 （Ｈ）…ヒータ （T₁）…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）（６）…検出電極、（７）…第１増幅器 （８）…電子スイッチ、（９）…平滑コンデンサ （10）…第２増幅器、（11）…導電型検出器 （12）…変圧器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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。