JP2002148191A - 半導体の特性評価方法およびその装置 - Google Patents
半導体の特性評価方法およびその装置Info
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Abstract
のままで、半導体の特性値およびインゴット内の特性値
分布を高精度に評価し、スライス前の段階で各種の加工
仕様を含めた選別スライス加工ができるようにして、ウ
エハの製造における歩留まりを向上させるとともに、結
晶成長プロセスへのフィードバックを迅速に行い得る半
導体の特性評価方法およびその装置を提供する。 【解決手段】 化合物半導体の特性評価装置は、表面を
平滑化して表面変質層を除去した化合物半導体のインゴ
ット10を支持する可動ステージ12と、この化合物イ
ンゴットの長手方向に沿って断続的または連続的に、そ
の化合物半導体の価電子帯と伝導帯との間の帯間吸収遷
移を起こし得る励起光を室温環境下において不活性ガス
雰囲気中で照射する励起光源18と、この励起光の照射
によって得られたフォトルミネッセンス光を検出する光
検出部20と、このフォトルミネッセンス光の波長情報
および強度情報の少なくとも一方に基づいてキャリア濃
度を評価する評価手段とからなる。
Description
性評価方法およびその装置に関し、特に、化合物半導体
の特性値をウエハスライス前のインゴット状態の段階で
事前に把握して、化合物半導体をウエハ状にスライス加
工する前にその特性により選別したり、迅速に結晶成長
条件にフィードバックすることができる化合物半導体の
特性評価方法およびその装置に関する。
オード(LED)、レーザーダイオード(LD)など、
高速情報通信やオプトエレクトロニクスの分野で各種の
応用がなされている。一般に、これらのデバイスを製造
するにあたり、その基板として化合物半導体のウエハが
使用されている。例えば、LEDやLDの場合、ウエハ
上にエピタキシャル成長を行ってpn層を形成し、その
接合部に電流注入することにより発光させている。その
際、エピタキシャル層の上面と基板の裏面に形成された
電極から上下に電流を流すため、基板の導電型(p型、
n型)は勿論、基板の抵抗値やキャリア濃度は重要な特
性値であり、ウエハの用途別に異なる値が求められてい
る。
チョクラルスキー法、横型ボート法、縦型ボート法など
により単結晶インゴットを製造し、スライシングにより
厚さ数百μmのウエハ状に切断し、更にラッピング、エ
ッチング、鏡面研磨などの工程を経て、製品ウエハとし
て製造されている。また、化合物半導体ウエハとして要
求される特性値を制御するために、インゴットの成長時
に所定量の原料とともに所定の不純物(ドーパント)が
添加(ドーピング)されている。
は殆どないため、得られるインゴット中の不純物濃度は
傾斜を有する。例えば、GaAs中にZnを添加した場
合には、実効偏析係数は0.4程度であり、インゴット
の固化率0.1と0.9の場合を比較すると、後者の不
純物濃度は前者の約3.7倍になってしまう。また、揮
発性が高い場合や成長系で化学反応ロスを伴うドーパン
トを用いる場合には、成長ロット間でインゴットの不純
物濃度のバラツキを生じる場合がある。
キャリア濃度の要求値に対し、単結晶インゴットから切
り出したウエハについて、キャリア濃度の要求値を満足
する範囲を検査して求める必要がある。
濃度や抵抗率を評価する周知の方法として、ホール(Ha
ll)効果を利用する方法や、ダイオードを形成してその
静電容量−電圧特性(CV)を利用する方法などが知ら
れている(例えば、半導体評価技術、河東田隆編著(産
業図書)、221〜235頁を参照)。これらの評価方
法は、化合物半導体のキャリア濃度や抵抗率の評価方法
の標準的な手法として実際に使用されている。
に電極付けを行う必要があり、一般にインゴットからウ
エハまたはウエハ状の試料片をスライスし、更にホール
効果の測定では、ウエハから短冊状、クローバリーフ形
または正方形状に切り出して試料を形成するので破壊検
査になる。また、CV法においても、最も簡便に試料を
作成する場合でも、ショットキー電極の形成面は清浄で
加工層がない状態にする必要があるので、鏡面研磨また
は鏡面エッチングを要し、結局は破壊検査になる。即
ち、これらの評価方法をインゴット状態で実施すること
は現実的に不可能であるといえる。
しては、一般に実用化されている上記の2つの手法の他
に、従来より開発されている代表的な評価方法として、
光吸収法とフォトルミネッセンス法が知られてい
る。以下、これらの方法について説明する。
濃度を求める方法であり、GaAsの場合には、深い不
純物準位(EL2)濃度を求める場合に用いられている
(G. M. Martin, Appl. Phys. Lett. 39.747(1981年)
を参照)。また、n型にドーピングされた結晶の場合に
は、フリーキャリア吸収があり、4μm以上の赤外波長
では、キャリア濃度nと吸収係数αとの間にα∝K・n
・λ3(Kは定数、λは波長を示す)という関係がある
ことが報告されており(J. S. Blakemore, J. Appl. Ph
ys. 53. R144(1981年)を参照)、この関係からキャリ
ア濃度を算出することができる。
するため、一般に光の入射面と出射面が平行であるのが
望ましく、表面状態を常に一定にする必要があるととも
に、汚れや異物の付着によって光の進行が妨害されるた
め、清浄でなければ再現性のある結果が得られないとい
う問題がある。また、試料のキャリア濃度に応じて適切
なサンプル厚みがあり、上述した式からわかるように、
キャリア濃度が高い場合には、吸収係数が大き過ぎて、
透過光が微弱となり過ぎるなどの問題があり、定形の厚
みの広いキャリア濃度レンジの評価は困難である。
きなエネルギーを有する光を照射し、帯間吸収過程で過
剰な電子−正孔対を形成させ、電子が直接または各種捕
獲過程を経由して価電子帯の正孔または浅いアクセプタ
準位と再結合する際に発光される光(ルミネッセンス)
を情報として用いる評価方法である。ルミネッセンス発
光強度は試料温度の上昇とともに低下するので、液体ヘ
リウム温度(4.2K)や液体窒素温度(77K)ある
いは冷凍機を用いた低温状態で測定されることが多い。
この方法では、評価の対象となる半導体材料中の不純物
の種類や濃度によりスペクトルが変化するので、これを
利用して不純物濃度を求めることができる。
には、フォトルミネッセンススペクトルのピーク波長が
Si濃度とともに高エネルギー側にシフトすることが知
られている(半導体評価技術、河東田隆編著(産業図
書)、267頁、図7.6を参照)。同様に、Siドー
プGaAsにおいて、キャリア濃度に対するフォトルミ
ネッセンスのスペクトル形状の理論計算値と実際値の比
較、スペクトルのピーク波長のシフト量、ピーク値の半
分となる高エネルギー側のエネルギー位置とキャリア濃
度の関係、スペクトル半値幅(FWHM)とキャリア濃
度の関係が報告されている(牧田雄之助、電子技術総合
研究所彙報48,508(1984年)を参照)。ま
た、同じくSiドープGaAs鏡面ウエハにおいて、微
細な領域についてフォトルミネッセンスの強度マップと
CV法で求めたキャリア濃度マップの比較例も報告され
ている(R. Toba, et. al., Material Science Forum V
ol. 196-201, 1785(1995年)を参照)。
は、波長情報や強度情報からキャリア濃度などの結晶特
性情報が得られるので、この方法は非常に有用である。
また、ホール効果やCV法のように電極付けを行う必要
がないのも有利な点である。
る試料表面として、鏡面研磨または鏡面エッチング相当
のウエハまたはウエハから切り出した短冊状の試料の表
面を使用することが常識的になっている。実際に強度を
比較する場合には表面の状態が一定でなければならない
ので、再現性の良い表面を得るためには、ウエハ製品レ
ベルと同等な鏡面研磨面を必要とする。また、同じ励起
光強度条件の場合には、鏡面状態とラップ面では、後者
はフォトルミネッセンス発光強度が1〜2桁低いので、
鏡面状態における評価の方が検出時のSN比なども含め
て有利である。また、低温状態で測定する場合には、バ
ンド端発光群は微細に***したスペクトルを得ることが
できるので、不純物や欠陥の同定も可能となることや、
室温に比べて低温の方が発光強度が1〜4桁程度強いの
で、測定のために冷却することが常識的になっている。
発光強度が弱くても検出が可能になってきており、室温
状態でも限定された目的において評価が可能になってき
ている。ここで、限定された目的とは、液体ヘリウムや
液体窒素温度における測定によってのみ得られるスペク
トルの微細構造は温度の上昇とともに消失してしまうの
で、低温と同じ内容の評価はできないが、そのようなス
ペクトルの微細構造を得る必要がないような場合という
意味である。
求とは別に、デバイスの用途により、ウエハの面方位
(インゴットの成長軸方位から意図的に方位をずらして
切断)やウエハの厚みが異なるなど、多様化している。
最終的なウエハ製品は、これらの全ての諸特性値を全て
満足しなければならないのは当然であるが、この点が次
のような問題点を発生させていた。
囲は、インゴット内の濃度変化範囲よりも狭い場合が多
いため、個別のデバイス用途に応じて、加工仕様を含め
てスライス時に切り分けを行う必要がある。そのため、
従来は、蓄積したデータに基づいてキャリア濃度等の境
界位置の概略を予想して、スライス時に選別加工を行っ
ていた。
象によってインゴット内の不純物濃度が部位によって変
化することに加えて、成長バッチ間でのバラツキ幅が重
奏するため、特性値が予想値と異なる場合があり、その
場合、材料の損失や追加によりキャリア濃度の要求範囲
の確認評価を行う必要があるなど手間や損失を増大させ
るという問題があった。また、インゴットの結晶特性値
は、迅速に結晶成長条件にフィードバックされるべきも
のであり、実験的な場合は、どのような試料片のサンプ
リングにおける評価も可能であるが、工業生産では、加
工仕様も含めた製品特性範囲が定まってからスライス加
工する場合も多いため、逆にフィードバック期間が長く
なってしまうという問題もあった。
の特性値は、従来の評価方法では、インゴットからウエ
ハをスライスした後に評価せざるを得ないといった問題
を抱えていた。
度の測定や分布を評価しようとする場合には、前述のフ
ォトルミネッセンス法を室温環境下において適用する可
能性が最も高い。しかし、その場合には以下の問題があ
る。
は、液体封止チョクラルスキー(LEC)法、縦型ボー
ト(VBG)法、横型ボート(HB)法などにより製造
されるのが一般的である。LEC法の結晶は、直径制御
性が向上したといえども、結晶表面には数mm程度の凹
凸があり、VBG法やHB法においても、容器内の接触
部の凹凸があり、表面は平滑でなく、熱分解や接触など
によって表面変質が生じるので、最表面の特性はインゴ
ットの内部の特性を反映しない。したがって、これらの
表面を評価しても内部の情報を正確には捕らえることは
できない。
ンゴットから円形や矩形などの定形のウエハの状態にス
ライス加工することにより得られる。その直前にインゴ
ットを定形に加工するため、円筒研削または平面研削加
工を行う。この場合、機械研削を行うため、表面の状態
は研削砥石や加工条件によって定まるが、通常数十μm
レベルの凹凸面に仕上げることができる。しかし、研削
液などの汚れが生じるので、常識的にはフォトルミネッ
センスなどの光学的な評価を行う表面とは考えられな
い。また、鏡面仕上状態ではないので、フォトルミネッ
センスの発光強度が1〜2桁程度低下するため、検出の
ために励起光強度を1〜2桁増加させる必要があると考
えられる。
に強い励起光を照射すると、フォトルミネッセンス光強
度が経時変化する。例えばGaAsやInPの場合に
は、図1(a)に示すように大気雰囲気中で強い励起光
を照射すると、図1(b)に示すように発光強度がそれ
ぞれ減衰および漸増変化する。この現象の原因は学術的
に解明されていないが、液体ヘリウムや液体窒素中の試
料では生じないので、大気成分とGaAsやInPが反
応するなど、何らかの表面構造の変化によって生じるも
のと考えられる。特に、励起光の強度を増加させるほど
この現象が顕著となる。通常、スペクトルを得るために
検出側の分光器の波長を走査するが、走査中に刻々と発
光強度が変化するので、図2に示すように、測定された
スペクトル形状に大きな影響を与えてしまう。即ち、ピ
ーク波長や半値幅(FWHM)などの波長情報の評価に
誤差を与え、ひいてはフォトルミネッセンスの波長情報
を利用するキャリア濃度評価にも誤差が生じることにな
る。
来の問題点に鑑み、ウエハ状にスライスする前のインゴ
ット状態のままで、半導体の特性値およびインゴット内
の特性値分布を高精度に評価し、スライス前の段階で各
種の加工仕様を含めた選別スライス加工ができるように
して、ウエハの製造における歩留まりを向上させるとと
もに、結晶成長プロセスへのフィードバックを迅速に行
い得る半導体の特性評価方法およびその装置を提供する
ことを目的とする。
解決するために鋭意研究した結果、表面を平滑化して表
面変質層を除去した化合物半導体のインゴットに対し
て、その化合物半導体の価電子帯と伝導帯との間の帯間
吸収遷移を起こし得る励起光を不活性ガス雰囲気中、好
ましくは乾燥窒素雰囲気中で照射することにより、研削
加工したインゴット表面からであっても、室温において
も経時変化なく且つ十分な強度のフォトルミネッセンス
光を得ることができ、その波長情報や強度情報に基づい
て、ウエハ状にスライスする前のインゴット状態でキャ
リア濃度の分布を十分な精度で予測することができるこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
方法は、表面を平滑化して表面変質層を除去したGaA
sやInPなどの化合物半導体のインゴットを固定し、
この化合物半導体のインゴットの長手方向に沿って断続
的または連続的に、その化合物半導体の価電子帯と伝導
帯との間の帯間吸収遷移を起こし得る励起光を室温環境
下において不活性ガス雰囲気中、好ましくは窒素雰囲気
中で照射し、この励起光の照射によって得られたフォト
ルミネッセンス光の波長情報および強度情報の少なくと
も一方に基づいてキャリア濃度を評価することを特徴と
する。
物半導体のインゴットの光照射面が円筒研削または平面
研削されているのが好ましい。
価装置は、表面を平滑化して表面変質層を除去したGa
AsやInPなどの化合物半導体のインゴットを支持す
る支持手段と、この化合物インゴットの長手方向に沿っ
て断続的または連続的に、その化合物半導体の価電子帯
と伝導帯との間の帯間吸収遷移を起こし得る励起光を室
温環境下において不活性ガス雰囲気中、好ましくは窒素
雰囲気中で照射する光照射手段と、この励起光の照射に
よって得られたフォトルミネッセンス光を検出する光検
出手段と、このフォトルミネッセンス光の波長情報およ
び強度情報の少なくとも一方に基づいてキャリア濃度を
評価する評価手段とからなる。
物半導体のインゴットの光照射面が円筒研削または平面
研削されているのが好ましい。また、上記の半導体の特
性評価装置において、化合物半導体のインゴットに照射
される励起光が、化合物半導体のインゴットの光照射面
に対して一次元または二次元に移動して照射され、その
照射点の位置情報を得る位置情報手段を有するようにし
てもよい。さらに、上記の半導体の特性評価装置におい
て、化合物半導体のインゴットの光照射面と光照射手段
および光検出手段との間の距離を一定に保持する保持手
段を有するのが好ましい。また、光照射手段は、化合物
半導体のインゴットに対して鉛直方向下側または水平方
向から励起光を照射するのが好ましい。
って、インゴットの表面変質層を円筒研削や平面研削な
どによって除去するので、フォトルミネッセンス法にお
ける励起光の照射面はインゴット内部と同様の結晶特性
面となり、ウエハ状にスライスしたり試料断片を採取し
なくても、インゴット状態におけるその分布を評価する
ことができる。
造変化に伴うフォトルミネッセンスの経時変化は、酸素
との反応を避けるために光照射部を不活性ガス雰囲気、
好ましくは乾燥窒素雰囲気にすることによって防止する
ことができ、波長情報や強度情報を精度良く測定するこ
とができるので、ピーク波長、半値幅、ピークの半値に
なる高エネルギー側波長などと、ホール効果測定による
キャリア濃度との相関式を用いて精度良く算出すること
ができる。
法の実施の形態では、室温におけるフォトルミネッセン
ス法を利用して半導体の特性を評価する。
インゴットの最表面の変質層を円筒研削や平面研削加工
などにより除去し、インゴットの内部と同様の結晶特性
を呈する面を露呈させる。これは、ウエハの加工を行う
前の工程でもあり、非常に好都合である。このように、
特性評価対象の表面をスライス加工直前の円筒研削や平
面研削した面にすることにより、結晶表面の凹凸や表面
の変質部を除去して、結晶の内部の特性情報を正確に得
ることができるとともに、フォトルミネッセンススペク
トルの測定位置に目印などを付けることができるため、
キャリア濃度規格に合わせて選別スライスすることが極
めて容易になるなど、規格はずれによる材料の損失を大
幅に低減することが可能となる。
ミネッセンススペクトルを測定するとフォトルミネッセ
ンスの発光強度が低下するので、検出に十分な発光強度
を確保するために励起光強度を増加させる。このような
励起光強度の増加に伴う発光強度の過渡変化(図1
(b)を参照)は、励起光照射を不活性ガス、好ましく
は乾燥窒素中で行う(または少なくとも励起光照射部を
不活性ガス雰囲気、好ましくは乾燥窒素ガス雰囲気にす
る)ことにより防止または抑制する。励起光は1mmφ
程度のスポット光であり、光のアシストによる表面変化
はこの部分のみに生じるので、インゴット全体を不活性
ガス雰囲気(好ましくは乾燥窒素雰囲気)にしても良い
が、スポット光の照射される部分に不活性ガス、好まし
くは乾燥窒素をパージしても良い。このように励起光照
射を不活性ガス(好ましくは乾燥窒素)中で行うことに
より、化合物半導体のインゴットの側面の表面状態が円
筒研削や平面研削加工などを行った表面状態であって
も、半導体結晶についての波長情報や強度情報に関する
誤差のないフォトルミネッセンススペクトルを得ること
ができる(図3を参照)。
ミネッセンスの波長情報や強度情報の分布を得るため
に、円筒研削や平面研削などによって定形化したインゴ
ットを測定の基準面に固定することにより、インゴット
の励起光照射面と励起光照射部および検出部との距離を
一定に保った状態で、インゴットの表面と励起光部およ
び検出部との相対的な一次元または二次元の走査を行っ
て、相対的に照射位置を変えてフォトルミネッセンスの
スペクトルの分布測定を行い、インゴット内のフォトル
ミネッセンスのスペクトルの分布を評価する。このよう
にインゴットを固定することにより、励起光強度および
検出されるフォトルミネッセンス強度の信頼性の向上を
図ることができる。
導体の特性評価方法およびその装置の実施の形態につい
て詳細に説明する。
る半導体の特性評価装置の実施の形態について説明す
る。
に、本実施の形態の半導体の特性評価装置による評価対
象であるインゴット10は、略円筒形のインゴットの側
面に平面研削により長手方向に延びる平面部が形成され
たインゴットである。このインゴット10は、略円形の
断面の他、略多角形の断面を有するものでもよく、イン
ゴット10の断面の直径または対角線の長さは40mm
以上、インゴットの長さは50mmであるのが好まし
い。
実施の形態では、半導体の特性評価装置は、インゴット
10を載置する可動ステージ12と、この可動ステージ
12に対して垂直に延びてインゴット10の平面部に当
接するストッパ14と、インゴット10を固定してイン
ゴット10の位置ずれを防止するプッシャ16と、スト
ッパ14の開口部14aを介してインゴット10の平面
部に対して略垂直(この実施の形態では略水平方向)に
励起レーザー光を照射する励起光源18と、インゴット
10の平面部からのフォトルミネッセンス光を検出する
光検出部20とからなる。また、図4(b)に示すよう
に、ストッパ14に形成された開口部14aは、インゴ
ット10の長手方向に延びており、インゴット10の長
手方向に沿って励起光を照射できるようになっている。
施の形態では、半導体の特性評価装置は、インゴット1
0の平面部を下向きにしてインゴット10を載置する可
動ステージ121と、インゴット10を固定してインゴ
ット10の位置ずれを防止するプッシャ16と、可動ス
テージ121の開口部121aを介してインゴット10
の平面部に対して略垂直(この実施の形態では略鉛直方
向)に励起レーザー光を照射する励起光源18と、イン
ゴット10の平面部からのフォトルミネッセンス光を検
出する光検出部20とからなる。また、可動ステージ1
21に形成された開口部121aは、インゴット10の
長手方向に延びており、インゴット10の長手方向に沿
って励起光を照射できるようになっている。この実施の
形態では、インゴット10の平面部を下向きにして自重
により可動ステージ121の基準面に当てることによ
り、インゴット10の励起光照射面と励起光源18およ
び光検出部20との距離を簡単に一定に保つことができ
る。
として、JOBIN YVON・SPEX社製のTRI
AX−320分光器と、S−1タイプの感度曲線を有す
るフォトマルチプライヤ(浜松ホトニクス社製R176
7型またはR5108型)とを使用することができる
が、評価対象の半導体材料により適宜検知器を選択すれ
ば良い。また、励起光源18としては、評価対象の半導
体材料の価電子帯と伝導帯との間の帯間吸収遷移を起こ
し得る励起光を照射する励起光レーザーなどの励起光源
を使用することができる。なお、この励起光を化合物半
導体のインゴット10の光照射面に対して長手方向に沿
って一次元に移動して照射するだけでなく、二次元に移
動して照射するように構成してもよく、また、照射点の
位置情報を得るための図示しない位置情報手段を設けて
もよい。
(a)に示すようにインゴット全体を乾燥窒素雰囲気に
するか、図6(b)に示すようにスポット光の照射され
る部分に乾燥窒素をパージすることにより、光照射部を
窒素雰囲気に維持する。
の形態のような方法により、フォトルミネッセンス光の
波長情報(または強度情報)に基づいてキャリア濃度を
自動的に評価する図示しない評価手段を設けるようにし
てもよい。
いて半導体の特性を評価する、本発明による半導体の特
性評価方法の実施の形態について説明する。
いて、インゴット10の側面でフォトルミネッセンスス
ペクトルの分布を測定する。次いで、各測定位置におけ
るスペクトルのピーク波長、ピーク値の半値となる高エ
ネルギー側の波長、半値幅などの波長情報(または強度
情報)と、予め他の手法、例えばホール効果により求め
ておいたキャリア濃度との較正線(図7、図8、図9を
参照)を使用することにより、スライスする前の段階で
インゴット10のキャリア濃度を評価する。なお、表面
状態が一定の場合には、ピーク強度とキャリア濃度との
間にも相関があり、評価が可能な場合があるが、機械加
工研削面の場合には、研削ダメージの導入深さがインゴ
ット間で変動したり、切削液の汚れなどが残る場合があ
り、インゴット内およびインゴット間において表面状態
を一定にすることが困難なため、波長情報を利用して評
価するのが好ましい。
の特性評価方法について更に詳細に説明する。
2〜84mmφ、定径部の長さ200mmの円柱状のS
iドープ(100)GaAs単結晶を成長させた。得ら
れた結晶は、冷却時に容器と結晶間の酸化ホウ素との熱
膨張差により、インゴットの表面の一部に貝殻上の剥離
が生じており、光学的分布評価用としては不適切であっ
た。
79mmφに円筒研削し、更に円柱の側面の(011)
面に幅16mmのオリエンテーションフラット面を平面
研削により形成した。研削時の切削液はウエスでぬぐっ
たが、目視により汚れが若干残った状態であった。
基準面上にインゴットの平面研削面を載せ、下方側から
300mWのArレーザー光(514.5nm)を照射
し、光検出部20によりフォトルミネッセンス光を検出
してスペクトルを得た。
て、インゴットのシード側端からテール側端まで所定ピ
ッチで各点におけるスペクトルを得た。
の流量の乾燥窒素でパージした。また、スペクトルの波
長情報(高エネルギー側半値波長、半値幅など)を用い
て、インゴットの長手方向のキャリア濃度を換算して分
布図を得た。
ール効果測定用のウエハをサンプリングし、各ウエハか
ら10mm□の試料を切り出し、四隅にInの電極付け
を行った後、350℃、5分間のオーミックアロイ処理
を行って、ファンデァポー(Van der Pauw)法によりキ
ャリア濃度を求めた。
は±5%内で一致しており、インゴット状態において十
分にキャリア濃度を予測することが可能であった。ま
た、図11に示すように、キャリア濃度分布を連続的に
評価した場合も同様の結果が得られた。
1.2×1018cm−3、ウエハ面方位が(10
0)、ウエハの仕上厚みが600μmであるウエハ仕様
Aと、キャリア濃度規格が1.0〜2.0×1018c
m−3、ウエハ面方位が(100)から10°傾き、ウ
エハの厚みが450μmであるウエハ仕様Bとを一本の
インゴットから効率的に採取するため、マージンを考慮
して1.1×1018cm−3の位置で切り分けた。
フォトルミネッセンスの測定を行い、インゴットのキャ
リア濃度分布を予測し、インゴットの側面のスライス条
件の変更位置にマーキングを施した。
に、角度やスライス厚みを調整して、ウエハ仕様AとB
を切り分けた。境界位置におけるウエハをサンプリング
し、ホール効果測定用の試料を調整した後、ファンデァ
ポー法によりキャリア濃度を実測したところ、1.08
×1018cm―3になり、仕様A、Bともに規格外と
なるウエハは存在しなかった。なお、従来の統計的な予
想に基づいて切り分けると仮定すると、15枚のウエハ
が規格外になり、損失を発生させたことになる。
iドープGaAsを10回成長させた。これらの成長
は、目的のキャリア濃度が、結晶の固化率0.1で0.
8×1018cm− 3以上、固化率0.9で2.0×1
018cm−3以下になるような、原料GaAsとドー
パントSiの仕込み量、成長炉の温度条件および攪拌条
件によって行った。
取り出し、直ぐに次の成長を開始したため、仕込み条件
の変更はできなかったが、2回目の成長中にインゴット
の円筒研削および平面研削工程までのプロセスが進捗
し、直ちに実施例1と同様の評価を行った。その結果、
結晶成長の後半でキャリア濃度が目的値よりも高いこと
が判明した。
4程度の進捗であったため、結晶成長の後半の攪拌条件
を修正し、成長を続行した。その結果、目的である固化
率0.9の位置におけるキャリア濃度は1.93×10
18cm−3になり、速やかな成長条件へのフィードバ
ックにより、目的の値を得ることができた。
は少なくともその次の成長条件に結果を反映することが
できたので、キャリア濃度の歩留まりは98%と大幅に
上昇した。
連続10回行った。この場合、キャリア濃度の評価は、
一般に実施されているホール効果測定によって行った。
円筒研削および平面研削加工までは進めることができた
が、加工仕様が定まるまでスライスできないので、結晶
成長へのフィードバックができるのは、速くて2バッチ
後、遅ければ5バッチ後、平均的に3.5バッチ後とな
り、その間に発生した目標からのずれは修正できなかっ
た。そのため、10本のインゴットのキャリア濃度規格
の歩留まりは、平均で88%であった。
cm−3〜2.5×1018cm−3の範囲のSiドー
プGaAsのフォトルミネッセンススペクトルを測定す
る際に、励起光照射部を室温・大気状態にした。その
際、バンド端のピーク波長は860〜875nmに位置
し、分光器は波長820〜900nm間を4nm/秒で
走査したため、測定に20秒を要した。その間、図3の
点線で示すようにフォトルミネッセンス強度が経時変化
するので、測定中の強度変化を約5%以下に抑えるため
に、Arレーザーの励起光強度を50mWに下げる必要
があった。そのため、実施例1の場合と比べて、フォト
ルミネッセンスの強度が約1低下し、測定におけるSN
比が低下した。そのため、波長情報から求めたキャリア
濃度の算出値は、ホール効果測定の実測値に対し、±1
0〜20%の誤差を生じた。
性ガス雰囲気中、好ましくは乾燥窒素雰囲気中で励起光
の照射を行うことにより、研削加工したインゴット表面
からであっても、室温においても経時変化なく且つ十分
な強度のフォトルミネッセンス光を得ることができ、そ
の波長情報や強度情報に基づいて、ウエハ状にスライス
する前のインゴット状態でキャリア濃度の分布を十分な
精度で予測することができる。これにより、ウエハ加工
時の損失を大幅に低減することができるとともに、迅速
に結晶成長工程にフィードバックすることができる。
照射した場合におけるフォトルミネッセンス光の経時変
化を示す図。
ォトルミネッセンス光の経時変化によって生じるスペク
トルの誤差を説明する図。
Asに励起光を照射した場合におけるフォトルミネッセ
ンス光の経時変化を示す図。
形態を概略的に示す図。
の形態を概略的に示す図。
態において乾燥窒素雰囲気にする手段の例を示す図。
ーク強度とキャリア濃度との関係からキャリア濃度を算
出するための較正線を概略的に示す図。
エネルギー側半値波長とキャリア濃度との関係からキャ
リア濃度を算出するための較正線を概略的に示す図。
値幅とキャリア濃度との関係からキャリア濃度を算出す
るための較正線を概略的に示す図。
の断続的な評価結果と従来法により得られたキャリア濃
度分布の評価結果とを比較して示す図。
の連続的な評価結果と従来法により得られたキャリア濃
度分布の評価結果とを比較して示す図。
Claims (13)
- 【請求項1】 表面を平滑化して表面変質層を除去した
化合物半導体のインゴットを固定し、この化合物半導体
のインゴットの長手方向に沿って断続的または連続的
に、その化合物半導体の価電子帯と伝導帯との間の帯間
吸収遷移を起こし得る励起光を室温環境下において不活
性ガス雰囲気中で照射し、この励起光の照射によって得
られたフォトルミネッセンス光の波長情報および強度情
報の少なくとも一方に基づいてキャリア濃度を評価する
ことを特徴とする、半導体の特性評価方法。 - 【請求項2】 前記不活性ガスが窒素であることを特徴
とする、請求項1に記載の半導体の特性評価方法。 - 【請求項3】 前記化合物半導体のインゴットの光照射
面が円筒研削されていることを特徴とする、請求項1ま
たは2に記載の半導体の特性評価方法。 - 【請求項4】 前記化合物半導体のインゴットの光照射
面が平面研削されていることを特徴とする、請求項1ま
たは2に記載の半導体の特性評価方法。 - 【請求項5】 前記化合物半導体がGaAsまたはIn
Pであることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか
に記載の半導体の特性評価方法。 - 【請求項6】 表面を平滑化して表面変質層を除去した
化合物半導体のインゴットを支持する支持手段と、この
化合物インゴットの長手方向に沿って断続的または連続
的に、その化合物半導体の価電子帯と伝導帯との間の帯
間吸収遷移を起こし得る励起光を室温環境下において不
活性ガス雰囲気中で照射する光照射手段と、この励起光
の照射によって得られたフォトルミネッセンス光を検出
する光検出手段と、このフォトルミネッセンス光の波長
情報および強度情報の少なくとも一方に基づいてキャリ
ア濃度を評価する評価手段とからなる、化合物半導体の
特性評価装置。 - 【請求項7】 前記不活性ガスが窒素であることを特徴
とする、請求項6に記載の半導体の特性評価装置。 - 【請求項8】 前記化合物半導体のインゴットの光照射
面が円筒研削されていることを特徴とする、請求項6ま
たは7に記載の半導体の特性評価装置。 - 【請求項9】 前記化合物半導体のインゴットの光照射
面が平面研削されていることを特徴とする、請求項6ま
たは7に記載の半導体の特性評価装置。 - 【請求項10】 前記化合物半導体のインゴットに照射
される励起光が、前記化合物半導体のインゴットの光照
射面に対して一次元または二次元に移動して照射され、
その照射点の位置情報を得る位置情報手段を有すること
を特徴とする、請求項6乃至9のいずれかに記載の半導
体の特性評価装置。 - 【請求項11】 前記化合物半導体のインゴットの光照
射面と前記光照射手段および前記光検出手段との間の距
離を一定に保持する保持手段を有することを特徴とす
る、請求項6乃至10のいずれかに記載の半導体の特性
評価装置。 - 【請求項12】 前記光照射手段が、前記化合物半導体
のインゴットに対して鉛直方向下側または水平方向から
励起光を照射することを特徴とする、請求項6乃至11
のいずれかに記載の特性評価装置。 - 【請求項13】 前記化合物半導体がGaAsまたはI
nPであることを特徴とする、請求項6乃至12のいず
れかに記載の半導体の特性評価装置。
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