JP5091795B2 - Crystallinity evaluation apparatus and crystallinity evaluation method for silicon semiconductor thin film - Google Patents
Crystallinity evaluation apparatus and crystallinity evaluation method for silicon semiconductor thin film Download PDFInfo
- Publication number
- JP5091795B2 JP5091795B2 JP2008201099A JP2008201099A JP5091795B2 JP 5091795 B2 JP5091795 B2 JP 5091795B2 JP 2008201099 A JP2008201099 A JP 2008201099A JP 2008201099 A JP2008201099 A JP 2008201099A JP 5091795 B2 JP5091795 B2 JP 5091795B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- semiconductor thin
- silicon semiconductor
- crystallinity
- transparent electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
本発明は、シリコン半導体の結晶性を評価するための装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and method for evaluating the crystallinity of a silicon semiconductor.
近年、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜を用いた従来のアモルファスシリコン半導体薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ ＴＦＴ）に代わり、多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）薄膜を用いた多結晶シリコン半導体薄膜トランジスタ（ｐ−Ｓｉ ＴＦＴ）が用いられている。ｐ−Ｓｉ ＴＦＴは、電子移動度の高いシリコン半導体薄膜であり、液晶表示装置の表示の高精細化、高画質化及び応答速度の高速化が実現できる。 In recent years, as a thin film transistor (TFT) used in a liquid crystal display device, a polycrystalline silicon (p-Si) thin film is used instead of a conventional amorphous silicon semiconductor thin film transistor (a-Si TFT) using an amorphous silicon (a-Si) thin film. A polycrystalline silicon semiconductor thin film transistor (p-Si TFT) using the above is used. The p-Si TFT is a silicon semiconductor thin film having a high electron mobility, and can realize high definition, high image quality, and high response speed of a liquid crystal display device.
ｐ−Ｓｉ ＴＦＴに用いられるｐ−Ｓｉ薄膜は、液晶表示装置に用いられるガラス基材等の表面に形成される。基材表面にｐ−Ｓｉ薄膜を形成する方法としては、予め基材表面に形成したａ−Ｓｉ薄膜を溶融結晶化してｐ−Ｓｉに変化させる方法が用いられる。ａ−Ｓｉ薄膜を溶融結晶化してｐ−Ｓｉに変化させる方法としては、ａ−Ｓｉ薄膜にエキシマレーザを照射してアニールし、結晶化させるエキシマレーザアニール法（ＥＬＡ法）が多用されている。しかしながら、エキシマレーザアニール法により得られるｐ−Ｓｉ薄膜の結晶粒子径や結晶方位等の結晶構造は、予め形成されたａ−Ｓｉ薄膜の膜厚のバラつきや照射するエキシマレーザのパルス変動等の製造条件により変動する。したがって、ｐ−Ｓｉ薄膜の製造において、安定した品質の製品を高い歩留まりで得るために、得られたｐ−Ｓｉ薄膜の結晶性を製造ラインにおいてオンライン上で短時間で評価し、その結果をｐ−Ｓｉ薄膜の製造条件に迅速にフィードバックすることができる方法が求められていた。 The p-Si thin film used for the p-Si TFT is formed on the surface of a glass substrate or the like used for a liquid crystal display device. As a method for forming a p-Si thin film on the substrate surface, a method is used in which an a-Si thin film previously formed on the substrate surface is melt-crystallized and changed to p-Si. As a method of melting and crystallizing an a-Si thin film to change it to p-Si, an excimer laser annealing method (ELA method) in which an a-Si thin film is irradiated with an excimer laser for annealing and crystallized is frequently used. However, the crystal structure of the p-Si thin film obtained by the excimer laser annealing method, such as the crystal grain size and crystal orientation, can be produced such as variations in the thickness of the pre-formed a-Si thin film and pulse fluctuations of the excimer laser to be irradiated. Varies depending on conditions. Therefore, in order to obtain a stable product with a high yield in the production of a p-Si thin film, the crystallinity of the obtained p-Si thin film is evaluated on-line in the production line in a short time, and the result is obtained as p. There has been a demand for a method capable of promptly feeding back to the production conditions of the Si thin film.
ｐ−Ｓｉ薄膜の結晶性を評価する方法として、従来から、Ｘ線回折法、ラザフォード後方散乱法、透過電子回折法等を用いた方法が知られているが、これらの方法は、何れも測定に比較的長い時間を要したり、測定対象を破壊して測定試料を調製することを要する破壊試験であるために、製造ラインにおいてオンライン上で短時間で評価することが困難であり、評価結果を迅速に製造条件にフィードバックすることが困難であった。 As methods for evaluating the crystallinity of a p-Si thin film, methods using an X-ray diffraction method, Rutherford backscattering method, transmission electron diffraction method and the like have been conventionally known. Because it is a destructive test that requires a relatively long time to prepare a measurement sample by destroying the measurement object, it is difficult to evaluate on-line in the production line in a short time. It was difficult to feed back to manufacturing conditions quickly.
前記問題点を解決する方法としては、例えば、下記特許文献１に記載されたようなラマン分光法を用いたシリコン半導体薄膜の結晶性評価方法が知られている。
ラマン分光法を用いたシリコン半導体薄膜の結晶性の評価方法は、測定対象を破壊して測定試料の調製することを要しない点では優れている。 The method for evaluating the crystallinity of a silicon semiconductor thin film using Raman spectroscopy is excellent in that it does not require the preparation of a measurement sample by destroying the measurement target.
しかしながら、ラマン分光法を用いた結晶性の評価方法で検出するラマン散乱光の強度は、非常に微弱である。したがって、正確な評価結果を得るためには、複数回の測定により測定結果を積算する必要があり、迅速に正確な評価結果を得るという観点からは不充分な測定方法であった。特に、製造ラインで形成された薄膜をオンライン上で評価し、迅速にその評価結果を製造条件にフィードバックするという点においては、不充分な方法であった。 However, the intensity of Raman scattered light detected by the crystallinity evaluation method using Raman spectroscopy is very weak. Therefore, in order to obtain an accurate evaluation result, it is necessary to integrate the measurement results by a plurality of measurements, which is an insufficient measurement method from the viewpoint of obtaining an accurate evaluation result quickly. In particular, the method is insufficient in that the thin film formed on the production line is evaluated on-line and the evaluation result is quickly fed back to the production conditions.
本発明は、前記問題点を解決するシリコン半導体薄膜の結晶性の評価装置及び評価方法を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide an evaluation apparatus and an evaluation method for crystallinity of a silicon semiconductor thin film that solve the above problems.
上記課題を解決するために、本発明は、基材上に成膜されたシリコン半導体薄膜の結晶性を評価するための装置であって、前記シリコン半導体薄膜の表面に強度変調された紫外光を照射することにより、前記シリコン半導体薄膜の表面に励起光キャリアを生じさせるための紫外光照射手段と、前記紫外光の照射により前記シリコン半導体薄膜の表面に生じる表面光電圧の変化を、前記シリコン半導体薄膜の表面に対して間隔をもって配置された透明電極により検出してその検出信号を出力する電圧検出手段と、前記シリコン半導体薄膜の結晶性を評価するために前記検出信号を処理する信号処理手段と、前記透明電極とシリコン半導体薄膜との間の距離を検出する距離検出手段と、前記距離検出手段により検出された距離に基づいて前記透明電極とシリコン半導体薄膜の表面が予め設定された間隔に保たれるように、前記透明電極とシリコン半導体薄膜との距離を調整するための距離調整手段とを備え、前記紫外光照射手段は、紫外光を前記透明電極を透過させて試料の表面に照射し、前記距離検出手段は、レーザ光を前記透明電極を透過させて試料の表面に照射するレーザ光源と、試料の表面から反射して前記透明電極を透過したレーザ光を受光することにより透明電極とシリコン半導体薄膜との間の距離を検出する位置検出器とを備えていることを特徴とするシリコン半導体薄膜の結晶性評価装置を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an apparatus for evaluating the crystallinity of a silicon semiconductor thin film formed on a substrate, and the surface of the silicon semiconductor thin film is irradiated with intensity-modulated ultraviolet light. An ultraviolet light irradiation means for generating excitation light carriers on the surface of the silicon semiconductor thin film by irradiating, and a change in surface photovoltage generated on the surface of the silicon semiconductor thin film by the irradiation of the ultraviolet light, Voltage detection means for detecting the output by a transparent electrode arranged with respect to the surface of the surface and outputting the detection signal; signal processing means for processing the detection signal in order to evaluate the crystallinity of the silicon semiconductor thin film ; Distance detecting means for detecting a distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film, and the transparent based on the distance detected by the distance detecting means A distance adjusting means for adjusting the distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film so that the electrode and the surface of the silicon semiconductor thin film are maintained at a predetermined interval; The light is transmitted through the transparent electrode to irradiate the surface of the sample, and the distance detecting means reflects the laser light through the transparent electrode and irradiates the surface of the sample; Provided is a silicon semiconductor thin film crystallinity evaluation apparatus comprising a position detector for detecting a distance between a transparent electrode and a silicon semiconductor thin film by receiving laser light transmitted through the transparent electrode. .
本発明によれば、紫外光を照射することによってシリコン半導体薄膜の表面に生じる表面光電圧の変化を検出することにより、シリコン半導体薄膜の結晶性を評価することができるので、試料を破壊することなく、迅速かつ正確にシリコン半導体薄膜の結晶性の評価結果を得ることができる。その理由は、以下の通りである。 According to the present invention, it is possible to evaluate the crystallinity of a silicon semiconductor thin film by detecting a change in surface photovoltage generated on the surface of the silicon semiconductor thin film by irradiating ultraviolet light, so that the sample is not destroyed. The evaluation result of the crystallinity of the silicon semiconductor thin film can be obtained quickly and accurately. The reason is as follows.
シリコン半導体に、そのバンドギャップ以上のエネルギを有する光（紫外光）を照射した場合、図２に示すように価電子帯の電子が伝導帯に励起されるとともに、正孔が生成される（光励起キャリア生成：図２では、正に帯電している様子を示している）。一般に、シリコン半導体の表面では、表面酸化膜における帯電や表面準位により、エネルギバンドは、屈曲しているため、励起キャリアは、バンドの屈曲に応じて半導体の深さ方向に移動する（図２では、電子がシリコン半導体薄膜の深部へ、正孔がシリコン半導体薄膜の表面側へ移動している）。これにより、励起光の照射前後を通じてシリコン半導体薄膜の表面の電位が変化する。そして、前記表面光電圧の変化は、シリコン半導体薄膜の結晶性が高いほど大きくなるため、前記表面光電圧を検出することによって、結晶性を評価することができる。 When a silicon semiconductor is irradiated with light (ultraviolet light) having energy greater than its band gap, valence band electrons are excited to the conduction band and holes are generated (photo excitation) as shown in FIG. Carrier generation: FIG. 2 shows a positively charged state). In general, since the energy band is bent on the surface of the silicon semiconductor due to the charge and surface level in the surface oxide film, the excited carriers move in the depth direction of the semiconductor in accordance with the bending of the band (FIG. 2). Then, electrons move to the deep part of the silicon semiconductor thin film and holes move to the surface side of the silicon semiconductor thin film). As a result, the potential of the surface of the silicon semiconductor thin film changes before and after irradiation with excitation light. And since the change of the said surface photovoltage becomes so large that the crystallinity of a silicon semiconductor thin film is high, crystallinity can be evaluated by detecting the said surface photovoltage.
特に、本発明では、励起キャリアによる表面光電圧の変化に基づいて試料の結晶性を評価するにあたり、紫外光を適用することにより、試料への光浸透長を短くすることができる。したがって、高感度に、かつ、基材の影響を受けずに表層薄膜の結晶性を評価することが可能となる。 In particular, in the present invention, the light penetration length into the sample can be shortened by applying ultraviolet light when evaluating the crystallinity of the sample based on the change in the surface photovoltage due to the excited carriers. Therefore, it is possible to evaluate the crystallinity of the surface layer thin film with high sensitivity and without being affected by the base material.
また、本発明のように、シリコン半導体薄膜の表面に対して間隔をもって配置された透明電極によって表面光電圧を検出する場合、透明電極と試料との距離に応じて検出される信号の強度が変化するため、電極と試料との間の距離を一定にして検出を行うことにより、再現性の高い評価が可能となる。 In addition, when the surface photovoltage is detected by a transparent electrode that is spaced from the surface of the silicon semiconductor thin film as in the present invention, the intensity of the detected signal changes according to the distance between the transparent electrode and the sample. Therefore, by performing detection with a constant distance between the electrode and the sample, evaluation with high reproducibility becomes possible.
具体的に、本発明では、前記透明電極とシリコン半導体薄膜との間の距離を検出する距離検出手段と、前記距離検出手段により検出された距離に基づいて透明電極とシリコン半導体薄膜の表面が予め設定された間隔に保たれるように、前記透明電極とシリコン半導体薄膜との距離を調整するための距離調整手段とをさらに備えている。Specifically, in the present invention, distance detection means for detecting the distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film, and the surfaces of the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film based on the distance detected by the distance detection means in advance. Distance adjustment means for adjusting the distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film is further provided so as to maintain the set interval.
これにより、電極とシリコン半導体薄膜の表面との間隔を一定に保つことができるので、電極による表面光電圧の検出精度を向上することができる。Thereby, since the space | interval of an electrode and the surface of a silicon semiconductor thin film can be kept constant, the detection accuracy of the surface photovoltage by an electrode can be improved.
なお、本発明における「シリコン半導体薄膜の結晶性を評価するために検出信号を処理する」とは、例えば、検出信号と所定のしきい値との大小関係を判定することや、このような大小関係を使用者が判断するためのデータを作成すること等が挙げられる。 In the present invention, “processing the detection signal to evaluate the crystallinity of the silicon semiconductor thin film” refers to, for example, determining the magnitude relationship between the detection signal and a predetermined threshold, For example, creating data for the user to determine the relationship.
前記シリコン半導体薄膜の結晶性評価装置において、前記信号処理手段は、前記紫外光の照射前後における表面光電圧の変化に基づいて結晶性を評価するための処理を行うことが好ましい。 In the silicon semiconductor thin film crystallinity evaluation apparatus, it is preferable that the signal processing means perform a process for evaluating crystallinity based on a change in surface photovoltage before and after irradiation with the ultraviolet light.
例えば、前記紫外光の照射前後における表面光電圧の変化量に基づいて結晶性を評価するための処理を行うことができる。つまり、シリコン半導体薄膜の結晶性が高くなるに従い紫外光を照射したときにおける表面光電圧の値も大きくなるため、この値に基づいて結晶性を評価することができる。 For example, a process for evaluating crystallinity can be performed based on the amount of change in surface photovoltage before and after the irradiation with ultraviolet light. That is, as the crystallinity of the silicon semiconductor thin film increases, the value of the surface photovoltage when irradiated with ultraviolet light also increases, so that the crystallinity can be evaluated based on this value.
また、前記紫外光の照射を止めた際、表面光電圧が照射前の表面光電圧に相当する電位まで減衰するまでの時間に基づいて結晶性を評価するための処理を行うこともできる。つまり、シリコン半導体薄膜の結晶性が高くなるに従い紫外光の照射したときの表面光電圧の値が大きくなり、これに応じて表面光電圧が元の値に戻るのに要する時間も長くなるため、この減衰時間に基づいて結晶性を評価することができる。 In addition, when the irradiation with the ultraviolet light is stopped, a process for evaluating the crystallinity can be performed based on the time until the surface photovoltage decays to a potential corresponding to the surface photovoltage before the irradiation. In other words, as the crystallinity of the silicon semiconductor thin film increases, the value of the surface photovoltage when irradiated with ultraviolet light increases, and the time required for the surface photovoltage to return to the original value accordingly increases. Crystallinity can be evaluated based on time.
前記シリコン半導体薄膜の結晶性評価装置において、前記紫外光照射手段は、周期的に強度が変調された紫外光を照射可能に構成され、前記信号処理手段は、前記強度変調に同期して検出された複数の検出信号を加算平均したものに基づいて結晶性を評価するための処理を行うことが好ましい。 In the silicon semiconductor thin film crystallinity evaluation apparatus, the ultraviolet light irradiation means is configured to be able to irradiate ultraviolet light whose intensity is periodically modulated, and the signal processing means is detected in synchronization with the intensity modulation. It is preferable to perform processing for evaluating crystallinity based on an average of a plurality of detection signals.
このようにすれば、紫外光を周期的に強度変調することにより、表面光電圧も同じ周期で変化するため、当該周期に同期して検出された表面光電圧の周波数成分を利用することにより、不要なノイズ周波数成分を除去することができ、高いＳ／Ｎ（信号対雑音比）で表面光電圧を測定することができる。 In this way, since the surface photovoltage also changes in the same cycle by periodically modulating the intensity of the ultraviolet light, it is unnecessary to use the frequency component of the surface photovoltage detected in synchronization with the cycle. The noise frequency component can be removed, and the surface photovoltage can be measured with a high S / N (signal to noise ratio).
さらに、前記構成では、強度変調に同期して検出された複数の検出信号を加算平均することとしているため、１回の検出結果に基づいて結晶性を評価する場合と比較して、より精度の高い評価が可能となる。 Furthermore, in the said structure, since it is supposed that the several detection signal detected synchronizing with intensity | strength modulation | alteration is carried out, it is more accurate compared with the case where crystallinity is evaluated based on one detection result. High evaluation is possible.
前記シリコン半導体薄膜の結晶性評価装置において、前記紫外光照射手段は、パルス光を照射可能に構成されていることが好ましい。 In the silicon semiconductor thin film crystallinity evaluation apparatus, it is preferable that the ultraviolet light irradiation means is configured to be capable of irradiating pulsed light.
このようにすれば、紫外光の照射後からの表面光電圧の減衰時間を得るのに適した紫外光照射手段とすることができる。 If it does in this way, it can be set as the ultraviolet light irradiation means suitable for obtaining the decay time of the surface photovoltage after irradiation of ultraviolet light.
また、本発明は、基材上に成膜されたシリコン半導体薄膜の結晶性を評価するための方法であって、シリコン半導体薄膜の表面に対して間隔をもって配置された透明電極を透過させてレーザ光を試料の表面に照射するとともに試料の表面から反射して前記透明電極を透過したレーザ光を受光することにより前記透明電極とシリコン半導体薄膜との間の距離を検出する距離検出工程と、前記距離検出工程により検出された距離に基づいて前記透明電極とシリコン半導体薄膜の表面が予め設定された間隔に保たれるように、前記透明電極とシリコン半導体薄膜との距離を調整する距離調整工程と、シリコン半導体薄膜の表面に前記透明電極を透過させて紫外光を照射する紫外光照射工程と、前記紫外光を照射した部分における表面光電圧の変化を前記透明電極により検出する検出工程と、前記表面光電圧の変化に基づいて、シリコン半導体薄膜の結晶性を評価する評価工程とを含むことを特徴とするシリコン半導体薄膜の結晶性評価方法を提供する。 The present invention also relates to a method for evaluating the crystallinity of a silicon semiconductor thin film formed on a substrate, wherein the laser is transmitted through a transparent electrode arranged at a distance from the surface of the silicon semiconductor thin film. A distance detecting step of detecting a distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film by irradiating the surface of the sample with light and receiving laser light reflected from the surface of the sample and transmitted through the transparent electrode; A distance adjusting step of adjusting a distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film so that a surface of the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film is maintained at a predetermined interval based on the distance detected by the distance detecting step; the ultraviolet light irradiation step of irradiating ultraviolet light by transmitting the transparent electrode on the surface of the silicon semiconductor film, the change in surface photovoltage at the portion irradiated with the ultraviolet light A detection step of detecting by serial transparent electrode, based on the change of the surface photovoltage provides crystalline evaluation method of a silicon semiconductor thin film characterized by comprising an evaluation step of evaluating the crystallinity of the silicon semiconductor thin film.
本発明によれば、紫外光を照射することによってシリコン半導体薄膜の表面に生じる表面光電圧を検出することができるので、この表面光電圧に基づいてシリコン半導体薄膜の結晶性を評価することができる。 According to the present invention, since the surface photovoltage generated on the surface of the silicon semiconductor thin film by irradiation with ultraviolet light can be detected, the crystallinity of the silicon semiconductor thin film can be evaluated based on the surface photovoltage.
本発明によれば、試料を破壊することなく、迅速かつ正確にシリコン半導体薄膜の結晶性の評価結果を得ることができる。 According to the present invention, the evaluation result of the crystallinity of the silicon semiconductor thin film can be obtained quickly and accurately without destroying the sample.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施形態に係る結晶性評価装置の全体構成を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a crystallinity evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
図１を参照して、結晶性評価装置は、試料７の基材上に形成されたシリコン半導体薄膜の結晶性を評価するためのものである。
Referring to FIG. 1, the crystallinity evaluation apparatus is for evaluating the crystallinity of a silicon semiconductor thin film formed on a base material of
結晶性評価装置は、試料７を載置するためのテーブル９と、このテーブル９を移動可能に保持する基台１２と、この基台１２上に立設された支持部８と、励起光１４を照射するＬＥＤ１と、ＬＥＤ１を制御する光源制御部２と、ＬＥＤ１からの励起光１４を集光するためのレンズ３と、レンズ３からの励起光１４を前記試料７に導くためのミラー４と、ミラー４からの励起光１４が透過するガラス窓５と、ガラス窓５の下面に成膜された透明電極（電圧検出手段）６と、透明電極６から出力された信号を増幅するための増幅器１０と、増幅された信号が入力される信号処理装置（信号処理手段）１１とを備えている。
The crystallinity evaluation apparatus includes a table 9 on which a
テーブル９は、試料７を載置するための上面に沿って二次元的に移動可能な状態で、前記基台１２上に保持されている。具体的に、テーブル９は、基台１２に設けられたボールねじに螺合されたナットを有し、これらボールねじ及びナットによって基台１２とテーブル９とが相対変位可能に連結されている。
The table 9 is held on the
支持部８は、前記テーブル９の周囲において基台１２の上面に立設されるとともに、途中で曲がる形状とされ、その先端部が前記テーブル９上に臨んでいる。この支持部８の先端部には、ガラス窓５及び透明電極６が保持されている。
The
ＬＥＤ１は、光源制御部２からの制御信号に応じて励起光１４を照射するようになっている。本実施形態において、光源制御部２からは方形波の制御信号が出力されており、ＬＥＤ１は、前記制御信号に応じて励起光１４を周期１ｋＨｚ（照射周期１ｍｓ）の断続光として出力する。また、ＬＥＤ１は、３６５ｎｍの波長を有する紫外光を励起光１４として照射するようになっている。
The
前記ＬＥＤ１からの励起光１４は、レンズ３により集光された上で、ミラー４によって９０°の方向転換がされた後、ガラス窓５及び透明電極６を透過して、照射径１ｍｍで試料７の表面に照射される。そして、テーブル９を二次元的に移動させることにより、励起光１４を試料７の表面の全域にわたり照射することができる。なお、本実施形態において、ＬＥＤ１、光源制御部２、レンズ３及びミラー４が紫外光照射手段を構成している。
The
透明電極６は、励起光１４が照射されることにより試料７の表面に生じた表面光電圧（Surface Photo Voltage）を容量結合によって検知するようになっている。透明電極６としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明導電膜を利用することができる。なお、本実施形態では、透明電極を用いているが、上下に貫通する孔を有する電極を用い、前記孔を通して試料７に励起光を照射することもできる。
The
また、透明電極６は、テーブル９に載置された試料７の表面に対して間隔をもって近接配置されるように、前記支持部８に固定されている。透明電極６と試料７の表面との間隔は、大きくなるほど信号レベルが小さくなり、小さくなり過ぎると透明電極６と試料７との接触の可能性が高くなる観点から、５０μｍ〜１０００μｍの範囲内で設定されることが好ましい。本実施形態では、試料７から１００μｍの間隔に配置されるように透明電極６が支持部８に固定されている。
Further, the
信号処理装置１１は、各種演算処理を行う演算部や、演算部により使用される各種情報を記憶するための記憶部を有し、前記透明電極６からの信号の処理を行うようになっている。
The
具体的に、信号処理装置１１は、図３に示すように、試料７における表面光電圧の変化と経過時間との関係を二次元的に表示する、いわゆるオシロスコープの機能を有している。また、信号処理装置１１は、励起光１４の照射前後における試料７における表面光電圧の変化量、及び、励起光１４の照射後における表面光電圧の減衰時間を特定するようになっている。そして、信号処理装置１１は、必要に応じて図３や図４に示すような試料７の結晶性を評価するための情報を作成するようになっている。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
以下、上記結晶性評価装置１の作用について図１及び図２を参照して説明する。図２は、励起光を照射したときにおける試料内部のキャリアの挙動を示す模式図である。
Hereinafter, the operation of the
ＬＥＤ１から照射された励起光１４は、レンズ３、ミラー４、ガラス窓５及び透明電極６を介して試料７の表面に照射される。
図２に示すように、励起光１４が照射されると、価電子帯の電子が伝導帯に励起されるとともに、正孔が生成される。一般に、シリコン半導体の表面では、表面酸化膜における帯電や表面準位により、エネルギバンドが屈曲しているため、キャリアはエネルギバンドの屈曲に応じて試料７の深さ方向に移動する。したがって、励起光１４の照射により試料７の表面における電位が上がる。
As shown in FIG. 2, when the
前記実施形態では、励起光１４として紫外光を採用しているため、より効果的にキャリアを生成することが可能となる。ここで、シリコン半導薄膜について紫外光を照射した場合、その浸透深さを１００ｎｍ以下とすることができるので、キャリアを効率よく生成することができ、結晶性の評価を高精度で行うことができる。特に、試料７のように基材上にシリコン半導体薄膜を生成する場合、表面光電圧の検出が基材の影響を受け易いため、浸透深さの浅くなる光を励起光１４として用いることにより、結晶性の評価をより高感度に行うことができる。
In the embodiment, since ultraviolet light is used as the
そして、試料７の表面光電圧は、透明電極６により検出され、その電気信号が増幅器１０を介して増幅された上で信号処理装置１１に入力される。
The surface photovoltage of the
図３は、時間と表面光電圧との関係を示すものとして信号処理装置１１により作成されたグラフである。図４は、サンプルごとの減衰時間を示すものとして信号処理装置１１により作成されたグラフである。なお、＜１＞、＜２＞、＜３＞、＜４＞、＜５＞及び＜６＞は、それぞれ結晶性の異なる試料として作成されたサンプルのナンバーである。＜１＞〜＜６＞で指示する試料７は、数字が小さくなるに従い結晶性が高くなっている。
FIG. 3 is a graph created by the
図３から明らかなように、＜１＞〜＜６＞について結晶性の高い試料７ほど表面光電圧（ＳＰＶ）の振幅ａが大きくなっている。したがって、表面光電圧の振幅ａに比例する透明電極６からの信号強度に基づいて試料７の結晶性を評価することができる。なお、図３では、信号処理装置１１のオシロスコープとしての機能により、表面光電圧を波形として観測したが、信号処理装置１１に励起光１４の繰り返し周期に関する信号も入力し、この周期を参照信号として、同期検波することも可能である。つまり、信号処理装置１１にロックインアンプの機能を持たせることもできる。
As apparent from FIG. 3, the surface photovoltage (SPV) amplitude a of the
また、図３に示すように、表面光電圧は、励起光１４の照射後、瞬時には減衰せずに、有限の時定数（図中の減衰時間ｔ）をもって減衰していることが分かる。この減衰時間ｔをサンプル＜１＞〜＜６＞のそれぞれについて示したものが図４である。この図４から明らかなように、＜１＞〜＜６＞について結晶性が高いものほど、キャリアの再結合消滅時間（前記減衰時間ｔ）が長くなるため、この減衰時間ｔの長短に基づいても試料７の結晶性を評価することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 3, it can be seen that the surface photovoltage is attenuated with a finite time constant (attenuation time t in the figure) without being instantaneously attenuated after the
以上説明したように、前記実施形態によれば、励起光１４を照射することによって試料７（シリコン半導体薄膜）の表面に生じる表面光電圧を検出することにより、試料７の結晶性を評価することができる。その理由は、以下の通りである。
As described above, according to the embodiment, the crystallinity of the
シリコン半導体に、そのバンドギャップ以上のエネルギを有する励起光１４を照射した場合、図２に示すように価電子帯の電子が伝導帯に励起されるとともに、正孔が生成される（光励起キャリア生成）。一般に、シリコン半導体の表面では、表面酸化膜における帯電や表面準位により、エネルギバンドは、屈曲しているため、励起キャリアは、バンドの屈曲に応じて半導体の深さ方向に移動する（図２では、電子がシリコン半導体薄膜の深部へ、正孔がシリコン半導体薄膜の表面側へ移動している）。これにより、励起光１４の照射前後を通じてシリコン半導体薄膜の表面の電位が変化する。そして、表面光電圧の変化は、シリコン半導体薄膜の結晶性が高いほど大きくなるため、表面光電圧を検出することによって、結晶性を評価することができる。
When a silicon semiconductor is irradiated with
特に、本発明では、励起キャリアによる表面光電圧の変化に基づいて試料７の結晶性を評価するにあたり、励起光１４として紫外光を適用することにより、試料７への光浸透長を短くすることができる。したがって、高感度に、かつ、基材の影響を受けずに表層薄膜の結晶性を評価することが可能となる。
In particular, in the present invention, when the crystallinity of the
前記実施形態のように、ＬＥＤ１により周期的に強度が変調された励起光１４を照射するとともに、強度変調に同期して検出された検出信号を用いて結晶性の評価を行うようにした構成によれば、検出された表面光電圧の周波数成分を利用することにより、不要なノイズ周波数を除去することができ、高いＳ／Ｎ（信号対雑音比）で表面光電圧を測定することができる。さらに、励起光１４の強度変調に同期して検出された複数の検出信号を加算平均すれば、１回の検出結果に基づいて結晶性を評価する場合と比較して、より精度の高い評価が可能となる。
As in the previous embodiment, the
前記実施形態のように、ＬＥＤ１によりパルス光を照射させる構成によれば、励起光の照射後からの表面光電圧の減衰時間ｔ（図４）を得るのに適した構成とすることができる。
According to the configuration in which the
なお、前記実施形態では、図１に示すように、基台１２上に透明電極６を固定した構成について説明したが、透明電極６と試料７の表面との間隔が一定に保たれるように構成されていることが好ましい。透明電極６と試料７の表面との間隔が変動すると、結合容量の変化に伴い検出信号が変化してしまい、検出精度に影響を受けるためである。特に、テーブル９の移動に伴い試料７の表面の全体を評価する際には、試料７の厚みや反りにより透明電極６と試料７との間の距離が変動し易いため、このような場合であっても、透明電極６と試料７との間隔が一定とすることができれば、評価精度をより一層高めることができる。以下、図５を参照して、透明電極６と試料７の表面との間隔を一定に保つための構成について説明する。
In the above embodiment, as shown in FIG. 1, the configuration in which the
図５は、本発明の別の実施形態に係る結晶性評価装置の全体構成を示す概略図である。主に前記実施形態と相違する点について、以下に説明する。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the overall configuration of a crystallinity evaluation apparatus according to another embodiment of the present invention. Differences from the above embodiment will be mainly described below.
図５に示す結晶性評価装置は、試料７にレーザ光を照射する測定用レーザ光源２０と、試料７から反射されたレーザ光を受光してそれに応じた信号を出力するビーム位置検出器２１と、ビーム位置検出器２１からの信号が入力されるコントローラ２２と、前記透明電極６をテーブル９に対して接離可能に保持する上下移動機構２３とを備えている。本実施形態では、測定用レーザ光源２０及びビーム位置検出器２１が距離検出手段の一例を構成し、コントローラ２２及び上下移動機構２３が距離調整手段の一例を構成している。
The crystallinity evaluation apparatus shown in FIG. 5 includes a measurement
測定用レーザ光源２０は、前記支持部８上に立設された連結アーム２４を介して固定されている。この測定用レーザ光源２０は、励起光１４が照射される試料７の表面上の位置にレーザ光を照射するように位置決めされている。
The measurement
ビーム位置検出器２１は、前記支持部８上に立設された連結アーム２５を介して固定されている。また、ビーム位置検出器２１は、測定用レーザ光源２０からのレーザ光の出射位置、レーザ光の反射位置（試料７の表面）、及びレーザ光の受光位置の間で三角測量の原理を用いて、ビーム位置検出器２１からレーザ光の反射位置までの距離、つまり、基台１２に対する試料７の表面の相対位置を特定し、その信号をコントローラ２２へ出力する。
The
コントローラ２２は、ビーム位置検出器２１により特定された基台１２に対する試料７の表面の相対位置と、現時点における透明電極６の位置とに基づいて、当該透明電極６と試料７の表面との間隔を予め設定された距離（本実施形態では、１００μｍ）とするための透明電極６の移動量を算出し、その信号を上下移動機構２３に出力する。
The
上下移動機構２３は、支持部８に対して透明電極６が上下動可能となるように当該透明電極６を保持している。この上下移動機構２３は、図外のモータの駆動によりボールねじ軸を回転させて、当該ボールねじ軸に螺合するナットを上下動させることにより、このナットが固定された透明電極６を上下動させるようになっている。
The
この実施形態によれば、透明電極６と試料７の表面との間隔を一定の距離に保つことができるので、透明電極６による表面光電圧の検出精度を向上することができる。
According to this embodiment, since the distance between the
なお、前記実施形態では、透明電極６と試料７の表面との間隔が１００μｍで一定となるように制御する例について説明したが、一定とすべき間隔は、上述した実施形態と同様、５０μｍ〜１０００μｍの範囲内で適宜設定することができる。この範囲内に設定することにより、信号レベルが小さくなることや、透明電極６と試料７との接触を抑制しつつ、検出精度の向上を図ることができる。
In the above-described embodiment, an example in which the distance between the
また、前記実施形態では、光源制御部２からの方形波の制御信号に応じてＬＥＤ１からの励起光１４を出射させるようにしているが、光源制御部２からの制御信号は、正弦波や三角波であってもよい。また、励起光１４を周期的に強度変調することに限定されることはなく、励起光１４の照射及び照射停止を一回のみ行った場合でも、前記振幅ａや減衰時間ｔ（図３及び図４参照）を検出することにより結晶性の評価を行うことができる。ただし、前記実施形態のように周期的に励起光１４を照射する場合には、複数の検出データを加算平均して結晶性の評価を行うことができるので、評価精度を向上することが可能となる。
Moreover, in the said embodiment, although the
１ ＬＥＤ
２ 光源制御部
３ レンズ
４ ミラー
６ 透明電極
７ 試料
１１ 信号処理装置
２０ 測定用レーザ光源
２１ ビーム位置検出器
２２ コントローラ
２３ 上下移動機構
1 LED
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記シリコン半導体薄膜の表面に強度変調された紫外光を照射することにより、前記シリコン半導体薄膜の表面に励起光キャリアを生じさせるための紫外光照射手段と、
前記紫外光の照射により前記シリコン半導体薄膜の表面に生じる表面光電圧の変化を、前記シリコン半導体薄膜の表面に対して間隔をもって配置された透明電極により検出してその検出信号を出力する電圧検出手段と、
前記シリコン半導体薄膜の結晶性を評価するために前記検出信号を処理する信号処理手段と、
前記透明電極とシリコン半導体薄膜との間の距離を検出する距離検出手段と、
前記距離検出手段により検出された距離に基づいて前記透明電極とシリコン半導体薄膜の表面が予め設定された間隔に保たれるように、前記透明電極とシリコン半導体薄膜との距離を調整するための距離調整手段とを備え、
前記紫外光照射手段は、紫外光を前記透明電極を透過させて試料の表面に照射し、
前記距離検出手段は、レーザ光を前記透明電極を透過させて試料の表面に照射するレーザ光源と、試料の表面から反射して前記透明電極を透過したレーザ光を受光することにより透明電極とシリコン半導体薄膜との間の距離を検出する位置検出器とを備えていることを特徴とするシリコン半導体薄膜の結晶性評価装置。 An apparatus for evaluating the crystallinity of a silicon semiconductor thin film formed on a substrate,
An ultraviolet light irradiation means for generating excitation light carriers on the surface of the silicon semiconductor thin film by irradiating the surface of the silicon semiconductor thin film with intensity-modulated ultraviolet light;
A voltage detecting means for detecting a change in surface photovoltage generated on the surface of the silicon semiconductor thin film by the irradiation of the ultraviolet light with a transparent electrode arranged at an interval with respect to the surface of the silicon semiconductor thin film and outputting the detection signal; ,
Signal processing means for processing the detection signal to evaluate the crystallinity of the silicon semiconductor thin film ;
Distance detecting means for detecting a distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film;
A distance for adjusting the distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film so that the surface of the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film is maintained at a preset interval based on the distance detected by the distance detecting means. Adjusting means,
The ultraviolet light irradiation means irradiates the surface of the sample with ultraviolet light transmitted through the transparent electrode,
The distance detecting means includes a laser light source that transmits laser light through the transparent electrode to irradiate the surface of the sample, and a laser beam reflected from the surface of the sample and transmitted through the transparent electrode to receive the transparent electrode and silicon. An apparatus for evaluating crystallinity of a silicon semiconductor thin film, comprising: a position detector that detects a distance between the semiconductor thin film.
シリコン半導体薄膜の表面に対して間隔をもって配置された透明電極を透過させてレーザ光を試料の表面に照射するとともに試料の表面から反射して前記透明電極を透過したレーザ光を受光することにより前記透明電極とシリコン半導体薄膜との間の距離を検出する距離検出工程と、Transmitting the transparent electrode disposed at a distance from the surface of the silicon semiconductor thin film to irradiate the surface of the sample with laser light and receiving the laser light reflected from the surface of the sample and transmitted through the transparent electrode. A distance detecting step for detecting a distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film;
前記距離検出工程により検出された距離に基づいて前記透明電極とシリコン半導体薄膜の表面が予め設定された間隔に保たれるように、前記透明電極とシリコン半導体薄膜との距離を調整する距離調整工程と、A distance adjusting step of adjusting the distance between the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film so that the surface of the transparent electrode and the silicon semiconductor thin film is maintained at a preset interval based on the distance detected by the distance detecting step. When,
シリコン半導体薄膜の表面に前記透明電極を透過させて紫外光を照射する紫外光照射工程と、An ultraviolet light irradiation step of irradiating the surface of the silicon semiconductor thin film with the ultraviolet light through the transparent electrode;
前記紫外光を照射した部分における表面光電圧の変化を前記透明電極により検出する検出工程と、A detection step of detecting a change in surface photovoltage in the portion irradiated with the ultraviolet light by the transparent electrode;
前記表面光電圧の変化に基づいて、シリコン半導体薄膜の結晶性を評価する評価工程とを含むことを特徴とするシリコン半導体薄膜の結晶性評価方法。An evaluation step of evaluating the crystallinity of the silicon semiconductor thin film based on the change of the surface photovoltage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008201099A JP5091795B2 (en) | 2008-08-04 | 2008-08-04 | Crystallinity evaluation apparatus and crystallinity evaluation method for silicon semiconductor thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008201099A JP5091795B2 (en) | 2008-08-04 | 2008-08-04 | Crystallinity evaluation apparatus and crystallinity evaluation method for silicon semiconductor thin film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010038697A JP2010038697A (en) | 2010-02-18 |
| JP5091795B2 true JP5091795B2 (en) | 2012-12-05 |
Family
ID=42011407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008201099A Expired - Fee Related JP5091795B2 (en) | 2008-08-04 | 2008-08-04 | Crystallinity evaluation apparatus and crystallinity evaluation method for silicon semiconductor thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5091795B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101126218B1 (en) * | 2010-04-28 | 2012-03-22 | 한국표준과학연구원 | Testing apparatus for the surface of semiconductor and testing method for pin-hole formed on the surface of semiconductor using the same |
| JP5703419B2 (en) * | 2011-08-05 | 2015-04-22 | クルーシブル インテレクチュアル プロパティ エルエルシーＣｒｕｃｉｂｌｅ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｌｌｃ | A non-destructive method for determining the crystallinity of amorphous alloys. |
| WO2013022417A1 (en) | 2011-08-05 | 2013-02-14 | Crucible Intellectual Property Llc | Crucible materials |
| KR101913311B1 (en) * | 2012-04-09 | 2019-01-15 | 삼성디스플레이 주식회사 | Method of measuring a silicon thin film, method of detecting defects in a silicon thin film, and apparatus for detecting defects in a silicon thin film |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2682465B2 (en) * | 1994-09-26 | 1997-11-26 | 株式会社日立製作所 | Surface measuring device |
| JP3650917B2 (en) * | 1997-08-29 | 2005-05-25 | 株式会社神戸製鋼所 | Semiconductor surface evaluation method and apparatus using surface photovoltage |
| JP2004055935A (en) * | 2002-07-23 | 2004-02-19 | Japan Science & Technology Corp | Ac surface photovoltaic measuring apparatus and non-destructive impurity concentration measuring method of semiconductor surface using it |
| JP4378507B2 (en) * | 2006-02-24 | 2009-12-09 | 学校法人日本大学 | Non-contact viscosity measurement method |
| JP2007288135A (en) * | 2006-03-20 | 2007-11-01 | Kobe Steel Ltd | Method and device for evaluating crystallinity of silicon semiconductor thin film |
| JP2007333640A (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Sharp Corp | Apparatus and method for measuring semiconductor electrical characteristic |
-
2008
- 2008-08-04 JP JP2008201099A patent/JP5091795B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2010038697A (en) | 2010-02-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6534774B2 (en) | Method and apparatus for evaluating the quality of a semiconductor substrate | |
| KR101647618B1 (en) | Method for evaluating oxide semiconductor thin film, method for managing quality of oxide semiconductor thin film, and evaluation element and evaluation device used in above evaluation method | |
| JP5091795B2 (en) | Crystallinity evaluation apparatus and crystallinity evaluation method for silicon semiconductor thin film | |
| TWI601953B (en) | Oxide semiconductor thin film evaluation device | |
| TWI451080B (en) | Method for evaluating crystallinity of thin film semiconductor and method thereof | |
| US20210287921A1 (en) | Annealing device and annealing method | |
| JP5071961B2 (en) | Laser annealing apparatus, annealing method, and melt depth measuring apparatus | |
| JP2009065146A (en) | Method of forming semiconductor thin film, and inspection device for the semiconductor thin film | |
| JP4412180B2 (en) | Laser ultrasonic inspection method and laser ultrasonic inspection device | |
| JP2007333640A (en) | Apparatus and method for measuring semiconductor electrical characteristic | |
| CN102401790A (en) | Device and method for inspecting polycrystalline silicon layer | |
| JP5358373B2 (en) | Semiconductor thin film crystallinity evaluation method and crystallinity evaluation apparatus | |
| CN106441124A (en) | Novel method for measuring film thickness by time response based on laser-induced thermoelectricity voltage | |
| EP2538204B1 (en) | Photoinduced carrier lifetime measuring method, light incidence efficiency measuring method, photoinduced carrier lifetime measuring device, and light incidence efficiency measuring device | |
| JP5389586B2 (en) | Semiconductor thin film crystallinity evaluation method and crystallinity evaluation apparatus | |
| US20230011292A1 (en) | Laser Irradiation Apparatus, Laser Irradiation Method, and Recording Medium Recording Program to be Readable | |
| JP4024657B2 (en) | Method and apparatus for forming periodic structure of crystal | |
| JP4880548B2 (en) | Apparatus and method for evaluating crystallinity of silicon semiconductor thin film | |
| KR102285056B1 (en) | Measuring system using terahertz spectroscopy | |
| JP2008051719A (en) | Crystallinity measuring instrument of thin-film semiconductor and its crystallinity measuring method | |
| US7130048B2 (en) | Method and apparatus for forming substrate for semiconductor or the like | |
| KR100623250B1 (en) | Inspection equipment and method for Poly-Si | |
| JP2009058273A (en) | Crystallinity evaluation device of silicon semiconductor thin film | |
| JP2004053250A (en) | Emission timing detecting method, emission timing detecting apparatus, and rangefinder | |
| JP2007288135A (en) | Method and device for evaluating crystallinity of silicon semiconductor thin film |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20110125 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110126 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20110125 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120531 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120612 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120802 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120821 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120914 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150921 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5091795 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |