JPS6160576B2 - - Google Patents
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- JPS6160576B2 JPS6160576B2 JP52033081A JP3308177A JPS6160576B2 JP S6160576 B2 JPS6160576 B2 JP S6160576B2 JP 52033081 A JP52033081 A JP 52033081A JP 3308177 A JP3308177 A JP 3308177A JP S6160576 B2 JPS6160576 B2 JP S6160576B2
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- JP
- Japan
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- semiconductor
- waveguide
- open end
- measuring
- sample
- Prior art date
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、マイクロ波を使用して半導体の特性
を測定する方法に関する。
を測定する方法に関する。
最近の半導体デバイスは、例えばLSIに象徴さ
れるようにますます精密化の傾向を強めているた
めそれに使用される半導体材料の特性も厳格に管
理されたものが要求されている。従つて、デバイ
ス加工を施すために鏡面研磨された半導体基板の
原料、またはデバイス加工途中あるいは最終の各
工程での各種特性についても的確に把握すること
が必要とされる。このような測定上重要なこと
は、(イ)大口径化したシリコン等の半導体ウエーハ
の局部的なライフタイムの変動を測定評価するこ
と、および(ロ)大量のウエーハ製品を汚染、損傷な
しに測定すること、である。
れるようにますます精密化の傾向を強めているた
めそれに使用される半導体材料の特性も厳格に管
理されたものが要求されている。従つて、デバイ
ス加工を施すために鏡面研磨された半導体基板の
原料、またはデバイス加工途中あるいは最終の各
工程での各種特性についても的確に把握すること
が必要とされる。このような測定上重要なこと
は、(イ)大口径化したシリコン等の半導体ウエーハ
の局部的なライフタイムの変動を測定評価するこ
と、および(ロ)大量のウエーハ製品を汚染、損傷な
しに測定すること、である。
しかし、そのような要求に応えることができる
従来技術はまだ見当らない。すなわち、この種の
測定方法として、導波管の内部に試料を封入し
たり、スリツトを介して挿入したりして、マイク
ロ波が試料を透過する際に受ける注入キヤリヤに
よる吸収を利用して信号を検出する方法、導波
管の先端を細く（各辺が１mm前後）尖らせ（但
し、マイクロ波を先端迄導くため導波管のＨ面を
取り除く必要がある）、その先端に試料を当接さ
せて行なう方法（特公昭47−40139号）、さらには
導波管の断面積よりも１〜２桁も大きいホー
ン・アンテナを用いてマイクロ波を放射し試料中
を透過させた後、対向する他のホーン・アンテナ
で捕集し検出する方法、が知られているが、それ
らの各方法では前記(イ)および(ロ)のニーズには充分
には応えることができないのである。例えば、
の方法では、導波管の寸法に試料の大きさや取扱
いが制約されるため、前記(イ)および(ロ)の両ニーズ
に応えることができず、またの方法では、前記
(イ)のニーズに応えることはできるものの、接触測
定であるが故に(ロ)のニーズには応えることができ
ず、さらにまたの方法では、非接触測定である
が故に前記(ロ)のニーズに応えることはできるもの
の、マイクロ波ビームがホーンアンテナによつて
大幅に拡大するため(イ)のニーズに応えようがな
く、Ｓ／Ｎ比も極端に悪化するという各問題があ
る。
従来技術はまだ見当らない。すなわち、この種の
測定方法として、導波管の内部に試料を封入し
たり、スリツトを介して挿入したりして、マイク
ロ波が試料を透過する際に受ける注入キヤリヤに
よる吸収を利用して信号を検出する方法、導波
管の先端を細く（各辺が１mm前後）尖らせ（但
し、マイクロ波を先端迄導くため導波管のＨ面を
取り除く必要がある）、その先端に試料を当接さ
せて行なう方法（特公昭47−40139号）、さらには
導波管の断面積よりも１〜２桁も大きいホー
ン・アンテナを用いてマイクロ波を放射し試料中
を透過させた後、対向する他のホーン・アンテナ
で捕集し検出する方法、が知られているが、それ
らの各方法では前記(イ)および(ロ)のニーズには充分
には応えることができないのである。例えば、
の方法では、導波管の寸法に試料の大きさや取扱
いが制約されるため、前記(イ)および(ロ)の両ニーズ
に応えることができず、またの方法では、前記
(イ)のニーズに応えることはできるものの、接触測
定であるが故に(ロ)のニーズには応えることができ
ず、さらにまたの方法では、非接触測定である
が故に前記(ロ)のニーズに応えることはできるもの
の、マイクロ波ビームがホーンアンテナによつて
大幅に拡大するため(イ)のニーズに応えようがな
く、Ｓ／Ｎ比も極端に悪化するという各問題があ
る。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、
導波管外での反射タイプの非接触測定という全く
新たな方法を採用することにより、前記(イ)および
(ロ)の両ニーズに応えることができる半導体特性測
定方法を提供することを目的とする。
導波管外での反射タイプの非接触測定という全く
新たな方法を採用することにより、前記(イ)および
(ロ)の両ニーズに応えることができる半導体特性測
定方法を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明は、その側
壁が先端の開口端まで閉じている導波管を用い、
該導波管の開口端から該開口端と所定距離をおい
て対向する半導体の表面にマイクロ波を入射さ
れ、上記半導体の表面から反射される変調マイク
ロ波を前記開口端から吸収して測定することによ
り上記半導体の特性を測定するものである。
壁が先端の開口端まで閉じている導波管を用い、
該導波管の開口端から該開口端と所定距離をおい
て対向する半導体の表面にマイクロ波を入射さ
れ、上記半導体の表面から反射される変調マイク
ロ波を前記開口端から吸収して測定することによ
り上記半導体の特性を測定するものである。
以下、このような特徴をもつ本発明の実施例を
添附図面を参照して説明する。第１図は例えばシ
リコンのような半導体の試料の抵抗率またはキヤ
リヤ濃度を測定する本発明の一実施例に使用する
装置のブロツク図である。この図において、ガン
発振器１で発生したマイクロ波はインピーダンス
整合器２とＥ−Ｈチユーナ３を通じてマジツクＴ
４に加えられ、これから３つの導波管により３方
向に伝送される。無反射終端５に伝送されたマイ
クロ波は消滅するが、導波管９で伝送されたマイ
クロ波はその開口端と所定距離ｄをおいて平行に
対向するように支持兼搬送機構１１により保持搬
送されている試料１０の表面に入射し、結晶中の
自由キヤリヤとの相互作用により振幅・位相に相
当な変化を受けた後、反射マイクロ波として再び
導波管９を経てマジツクＴ４に戻り、その働きで
Ｅ−Ｈチユーナ６を通つて検波器７で検出され
て、測定しようとする特性を表わす量として検波
電流指示計８に表示される。
添附図面を参照して説明する。第１図は例えばシ
リコンのような半導体の試料の抵抗率またはキヤ
リヤ濃度を測定する本発明の一実施例に使用する
装置のブロツク図である。この図において、ガン
発振器１で発生したマイクロ波はインピーダンス
整合器２とＥ−Ｈチユーナ３を通じてマジツクＴ
４に加えられ、これから３つの導波管により３方
向に伝送される。無反射終端５に伝送されたマイ
クロ波は消滅するが、導波管９で伝送されたマイ
クロ波はその開口端と所定距離ｄをおいて平行に
対向するように支持兼搬送機構１１により保持搬
送されている試料１０の表面に入射し、結晶中の
自由キヤリヤとの相互作用により振幅・位相に相
当な変化を受けた後、反射マイクロ波として再び
導波管９を経てマジツクＴ４に戻り、その働きで
Ｅ−Ｈチユーナ６を通つて検波器７で検出され
て、測定しようとする特性を表わす量として検波
電流指示計８に表示される。
次に、本発明の特徴である導波管９と試料１０
の配置関係を説明する。第２図に示すように、試
料１０と導波管９の開口部先端とは接触せず反射
されたマイクロ波が検出される範囲内の距離ｄを
隔てて配置される。導波管９としては、その側壁
が先端の開口部まで閉じているものを用いるが、
図中ａは導波管９が絞られることなく開口してい
る場合で、大きな測定面積内の平均的な特性を求
めるのに適しているのに対し、ｂは先細り状に絞
つて微小面積の開口端となつている場合で、局所
的な特性値を求める時に用いる。局所測定におい
ては、例えば導波管のＨ面に平行な両壁を先細り
状にして、その先端の両壁間隔を使用マイクロ波
周波数10GHzとした場合0.1〜0.5mmとするとよ
い。
の配置関係を説明する。第２図に示すように、試
料１０と導波管９の開口部先端とは接触せず反射
されたマイクロ波が検出される範囲内の距離ｄを
隔てて配置される。導波管９としては、その側壁
が先端の開口部まで閉じているものを用いるが、
図中ａは導波管９が絞られることなく開口してい
る場合で、大きな測定面積内の平均的な特性を求
めるのに適しているのに対し、ｂは先細り状に絞
つて微小面積の開口端となつている場合で、局所
的な特性値を求める時に用いる。局所測定におい
ては、例えば導波管のＨ面に平行な両壁を先細り
状にして、その先端の両壁間隔を使用マイクロ波
周波数10GHzとした場合0.1〜0.5mmとするとよ
い。
以上のような装置を用いるので、被測定試料を
加工せずに非接触で連続測定できることは明らか
であるが、以下種々の特性を装定した例を示す。
加工せずに非接触で連続測定できることは明らか
であるが、以下種々の特性を装定した例を示す。
第３図は、第１図のような装置をそのまま用い
て、一定の厚み（0.5mm）を有する半導体シリコ
ン（Ｎ型）のウエハーの抵抗率と、マイクロ波検
波電流との関係を実測した結果を示す一例であ
る。マイクロ波は10GHzを使用し、試料の支持は
テフロン製ローラで行い、導波管先端と試料表面
との距離ｄは1.0mmにして得られたものである。
この場合、得られる検波電流の大きさは、一定の
抵抗率の試料に対し、試料厚さや上記距離ｄが変
れば変化するので、これ等を一定の値に調整する
か、補正を行う必要がある。また、入射マイクロ
波が十分大きな値を有する試料部分の近傍に導電
性物質があれば測定信号に変化が生ずるので、試
料を銅板上に置く、絶縁体で保持する、遠方で保
持する等、各々の条件を一定にすると共に、その
条件毎に抵抗率（又はキヤリヤ濃度）と測定信号
の関係を求めておく必要がある。
て、一定の厚み（0.5mm）を有する半導体シリコ
ン（Ｎ型）のウエハーの抵抗率と、マイクロ波検
波電流との関係を実測した結果を示す一例であ
る。マイクロ波は10GHzを使用し、試料の支持は
テフロン製ローラで行い、導波管先端と試料表面
との距離ｄは1.0mmにして得られたものである。
この場合、得られる検波電流の大きさは、一定の
抵抗率の試料に対し、試料厚さや上記距離ｄが変
れば変化するので、これ等を一定の値に調整する
か、補正を行う必要がある。また、入射マイクロ
波が十分大きな値を有する試料部分の近傍に導電
性物質があれば測定信号に変化が生ずるので、試
料を銅板上に置く、絶縁体で保持する、遠方で保
持する等、各々の条件を一定にすると共に、その
条件毎に抵抗率（又はキヤリヤ濃度）と測定信号
の関係を求めておく必要がある。
また、第４図は本発明をシリコン・リボン結晶
（Ｐ型）の少数キヤリヤ寿命（ライフタイム）τ
の測定に適用した場合のブロツク図である。第４
図ではガン発振器１から導波管に放射されたマイ
クロ波が、インピーダンス整合器２、Ｅ−Ｈチユ
ーナ３、マジツクＴ４、無反射終端５で調整され
て導波管９の開口端から、保持台兼搬送機構１１
で支持搬送された半導体試料１０の表面に向つて
放射され、試料の内部で各瞬間のキヤリヤ濃度に
対応した位相・振幅の変化を与えられて反射し、
再び導波管９の開口端に戻り、マジツクＴ４の働
きでＥ−Ｈチユーナ６を経て検波器７で検出され
る所までは第１図の例と同様であるが、キセノン
ランプ、発光ダイオード、レーザー光源等の何れ
かを用いた光パルス発生器１２の出力である光パ
ルスを、前記マイクロ波が入射する試料表面部分
及びそのキヤリヤの拡散距離内に照射して、測定
温度に於ける平衡濃度より過剰なキヤリヤを発生
させること、そしてこの過剰少数キヤリヤが多数
キヤリヤと再結合して次第に減少し、従つてキヤ
リヤ濃度が次第に平衡濃度に減衰する過程を、上
記マイクロ波によつて検出し検波器７の出力信号
として取り出し、それをシンクロスコープ１３で
減衰曲線として表示し、試料のライフ・タイムτ
を得る点が異なつている。
（Ｐ型）の少数キヤリヤ寿命（ライフタイム）τ
の測定に適用した場合のブロツク図である。第４
図ではガン発振器１から導波管に放射されたマイ
クロ波が、インピーダンス整合器２、Ｅ−Ｈチユ
ーナ３、マジツクＴ４、無反射終端５で調整され
て導波管９の開口端から、保持台兼搬送機構１１
で支持搬送された半導体試料１０の表面に向つて
放射され、試料の内部で各瞬間のキヤリヤ濃度に
対応した位相・振幅の変化を与えられて反射し、
再び導波管９の開口端に戻り、マジツクＴ４の働
きでＥ−Ｈチユーナ６を経て検波器７で検出され
る所までは第１図の例と同様であるが、キセノン
ランプ、発光ダイオード、レーザー光源等の何れ
かを用いた光パルス発生器１２の出力である光パ
ルスを、前記マイクロ波が入射する試料表面部分
及びそのキヤリヤの拡散距離内に照射して、測定
温度に於ける平衡濃度より過剰なキヤリヤを発生
させること、そしてこの過剰少数キヤリヤが多数
キヤリヤと再結合して次第に減少し、従つてキヤ
リヤ濃度が次第に平衡濃度に減衰する過程を、上
記マイクロ波によつて検出し検波器７の出力信号
として取り出し、それをシンクロスコープ１３で
減衰曲線として表示し、試料のライフ・タイムτ
を得る点が異なつている。
次に本発明の特徴である導波管９と試料１０の
配置及び光パルスを照射する方法について説明す
る。即ち、導波管９の開口先端と試料１０の表面
とは接触せず距離ｄを隔てて配置され、光パルス
は導波管の外側からでもマイクロ波の入射位置近
傍に容易に照射され得る状態にあり、試料の導波
管側のマイクロ波の入射する表面に光パルスを当
てることが出来るので、入射フオトンによる過剰
キヤリヤの発生量が最も多い表面での変化を検出
するため、最も感度の良い測定が出来る。勿論、
試料の厚さが十分薄く、反射マイクロ波が到達す
る深さまで試料の裏側からの光の吸収が十分生じ
るような場合には、試料の裏側から光パルスを照
射する方法も可能であり、場合によつては有効で
ある。
配置及び光パルスを照射する方法について説明す
る。即ち、導波管９の開口先端と試料１０の表面
とは接触せず距離ｄを隔てて配置され、光パルス
は導波管の外側からでもマイクロ波の入射位置近
傍に容易に照射され得る状態にあり、試料の導波
管側のマイクロ波の入射する表面に光パルスを当
てることが出来るので、入射フオトンによる過剰
キヤリヤの発生量が最も多い表面での変化を検出
するため、最も感度の良い測定が出来る。勿論、
試料の厚さが十分薄く、反射マイクロ波が到達す
る深さまで試料の裏側からの光の吸収が十分生じ
るような場合には、試料の裏側から光パルスを照
射する方法も可能であり、場合によつては有効で
ある。
第５図は以上の測定装置を用いて、シリコンの
単結晶ウエハー（Ｐ及びＮ型）のライフ・タイム
τを導波管９の開口先端と試料裏面との距離ｄと
の関係に於いて測定した結果を示す。この図から
明らかな様に距離ｄを変化させても測定結果には
影響はない。
単結晶ウエハー（Ｐ及びＮ型）のライフ・タイム
τを導波管９の開口先端と試料裏面との距離ｄと
の関係に於いて測定した結果を示す。この図から
明らかな様に距離ｄを変化させても測定結果には
影響はない。
以上の説明から明らかなように、導波管外での
反射タイプの非接触測定という全く新たな方式を
採つた本発明によれば、前述した微小部分の局所
測定および非接触非汚染という両ニーズに充分に
応えることが出来るという優れた効果が得られ
る。
反射タイプの非接触測定という全く新たな方式を
採つた本発明によれば、前述した微小部分の局所
測定および非接触非汚染という両ニーズに充分に
応えることが出来るという優れた効果が得られ
る。
第１図はキヤリヤ濃度又は抵抗率を測定する本
発明の一実施例を示すブロツク図、第２図ａは、
第１図の実施例において導波管の開口端が使用マ
イクロ波周波数に対応した標準寸法を有する場合
の導波管と被測定半導体試料の配置を示す配置
図、同図ｂは、導波管を絞つた後開口端を設けた
場合の導波管と被測定半導体試料の配置を示す配
置図、第３図は第１図の方法を用いて得たＮ型の
シリコンの抵抗率と検波器出力電流との関係を示
す説明図、第４図は本発明により少数キヤリヤ寿
命を測定する場合の一実施例を示すブロツク図、
第５図は第４図に示す方法を用いて測定したシリ
コンのライフ・タイム、開口端、および試料表面
間距離の関係を示すデータ図である。 １……ガン発振器、２……インピーダンス整合
器、３……Ｅ−Ｈチユーナ、４……マジツクＴ、
５……無反射終端、６……Ｅ−Ｈチユーナ、７…
…検波器、８……検波電流指示計、９……開口端
を有する導波管、１０……被測定試料、１１……
試料保持台、１２……光パルス発生器、１３……
シンクロスコープ、Ｒ……光パルス照射及び少数
キヤリヤ拡散距離範囲。
発明の一実施例を示すブロツク図、第２図ａは、
第１図の実施例において導波管の開口端が使用マ
イクロ波周波数に対応した標準寸法を有する場合
の導波管と被測定半導体試料の配置を示す配置
図、同図ｂは、導波管を絞つた後開口端を設けた
場合の導波管と被測定半導体試料の配置を示す配
置図、第３図は第１図の方法を用いて得たＮ型の
シリコンの抵抗率と検波器出力電流との関係を示
す説明図、第４図は本発明により少数キヤリヤ寿
命を測定する場合の一実施例を示すブロツク図、
第５図は第４図に示す方法を用いて測定したシリ
コンのライフ・タイム、開口端、および試料表面
間距離の関係を示すデータ図である。 １……ガン発振器、２……インピーダンス整合
器、３……Ｅ−Ｈチユーナ、４……マジツクＴ、
５……無反射終端、６……Ｅ−Ｈチユーナ、７…
…検波器、８……検波電流指示計、９……開口端
を有する導波管、１０……被測定試料、１１……
試料保持台、１２……光パルス発生器、１３……
シンクロスコープ、Ｒ……光パルス照射及び少数
キヤリヤ拡散距離範囲。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ その側壁が先端の開口部まで閉じている導波
管を用い、該導波管の開口端から該開口端と所定
距離をおいて対向する半導体の表面にマイクロ波
を入射させ、前記半導体の表面から反射される変
調マイクロ波を前記開口端から吸収して測定する
ことにより前記半導体の特性を測定することを特
徴とする半導体特性測定方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
て、前記導波管が開口端に向うに従つて細くなる
ような形状であることを特徴とする半導体特性測
定方法。 ３ その側壁が先端の開口部まで閉じている導波
管を用い、該導波管の開口端から該開口端と所定
距離をおいて対向する半導体の表面にマイクロ波
を入射させるとともに、このマイクロ波入射によ
り生じる少数キヤリヤ拡散の領域内に所定手段に
より過剰少数キヤリヤを注入し、前記導波管の開
口端が前記半導体の表面から反射される変調マイ
クロ波を受けて前記過剰少数キヤリヤが多数キヤ
リヤと結合して減少していく過程を測定して半導
体の少数キヤリヤ寿命を測定する方法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の方法におい
て、前記所定手段が光パルスを照射することであ
る半導体の少数キヤリヤ寿命を測定する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308177A JPS53118373A (en) | 1977-03-25 | 1977-03-25 | Method of measuring characteristic of semiconductor by microwave |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3308177A JPS53118373A (en) | 1977-03-25 | 1977-03-25 | Method of measuring characteristic of semiconductor by microwave |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53118373A JPS53118373A (en) | 1978-10-16 |
| JPS6160576B2 true JPS6160576B2 (ja) | 1986-12-22 |
Family
ID=12376739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3308177A Granted JPS53118373A (en) | 1977-03-25 | 1977-03-25 | Method of measuring characteristic of semiconductor by microwave |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS53118373A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5961039A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体基板結晶品質検査方法 |
| JPS61114543A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-06-02 | Hitachi Ltd | 半導体評価装置 |
| US4777146A (en) * | 1987-02-24 | 1988-10-11 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Fabrication process involving semi-insulating material |
| JPH07105427B2 (ja) * | 1992-10-19 | 1995-11-13 | 学校法人幾徳学園 | 半導体材料のライフタイム評価方法とその装置 |
| WO2002006800A2 (en) * | 2000-07-14 | 2002-01-24 | Midwest Research Institute | Radio frequency coupling apparatus and method for measuring minority carrier lifetimes in semiconductor materials |
| JP4265206B2 (ja) * | 2002-11-27 | 2009-05-20 | 株式会社 東北テクノアーチ | 非接触導電率測定システム |
| JP6219559B2 (ja) * | 2012-09-07 | 2017-10-25 | 株式会社神戸製鋼所 | 半導体キャリア寿命測定装置および該方法 |
-
1977
- 1977-03-25 JP JP3308177A patent/JPS53118373A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53118373A (en) | 1978-10-16 |
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