JPH04280649A - 半導体中不純物などの測定方法 - Google Patents

半導体中不純物などの測定方法

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JPH04280649A
JPH04280649A JP6881991A JP6881991A JPH04280649A JP H04280649 A JPH04280649 A JP H04280649A JP 6881991 A JP6881991 A JP 6881991A JP 6881991 A JP6881991 A JP 6881991A JP H04280649 A JPH04280649 A JP H04280649A
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JP
Japan
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semiconductor
impurities
microwave
semiconductor sample
specimen
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JP6881991A
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English (en)
Inventor
Koichiro Matsuda
耕一郎 松田
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Horiba Ltd
Original Assignee
Horiba Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハやチップ
などの不純物や欠陥などを非接触、非破壊かつ短時間で
測定する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体ウエハやチップなどは、それに含
まれている不純物または欠陥などを測定して、その評価
を行っている。この測定方法として、例えば、図4に示
した容量ICTS法(Isothermal Capa
citanceTransient Spectros
copy :等温容量過渡分光法)による半導体中不純
物などの測定方法が知られている。
【0003】図4において、11はICTS装置で、こ
れには一対のプローブ12a,12b が接続され、か
つプローブ12a,12b の各先端に接触針13a,
13b が設けられている。 14は半導体試料であって、これは図示を省略したが、
恒温槽内にセットされている。そして、半導体試料14
の不純物などの測定は、それに所定の定温度を維持させ
た状態で、一対のプローブ12a,12b の接触針1
3a,13b の各先端を、図示のように、半導体試料
14の測定部分に間隔をおいて接触させて、その測定部
分の静電容量に基づく信号をICTS処理装置11に入
力して、半導体試料14の測定部分の不純物または欠陥
などを測定するものである。
【0004】また、半導体中の不純物や欠陥などを非接
触で測定する方法として、レーザ励起マイクロ波DLT
S法(Deep Level Transient S
pectroscopy 深い準位過渡分光法)も知ら
れている。
【0005】このマイクロ波DLTS法は、半導体試料
を室温から所要の高温度域まで温度を上昇させながら、
この半導体試料に励起光としてのレーザ光を照射して、
半導体試料中の不純物や欠陥からキャリア(電子、正孔
)を放出させ、かつこの半導体試料にマイクロ波を照射
し、その反射マイクロ波からキャリアのライフタイムを
測定するものである。すなわち、前記マイクロ波の反射
強度は前記キャリア数に依存するため、このキャリアの
再結合による減少に従ってマイクロ波の反射強度も減衰
するから、時間に対するマイクロ波の反射強度の減衰曲
線を形成する。この減衰曲線から反射マイクロ波信号の
時間変化を測定して、それをDLTS信号として半導体
試料の不純物準位などを求めるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記図4に示した容量
ICTS法を用いた測定方法は、半導体試料14に所定
の等温度を維持させた状態で不純物などの測定を行うか
ら、測定に要する時間が短い特徴がある。しかし、接触
針13a,13b の各先端を半導体試料14の表面に
接触させることが必要であるから、測定操作が繁雑であ
るとともに、接触針13a,13b で半導体試料14
の表面にきずを付けたり、汚染が生じるなどのおそれが
大きい課題がある。
【0007】前記レーザ励起マイクロ波DLTS法は、
半導体試料にマイクロ波を照射し、その反射マイクロ波
の強度を測定するものであって、非接触であるから半導
体試料にきずを付けたり、汚染をするおそれがないこと
に対しては適切である。しかし、前記測定は半導体試料
の温度を上昇させながら行うことが必要であるから、測
定に要する時間が前記容積ICTS法の10倍程度と長
くなるとともに、高温では影響を受ける半導体試料、例
えば、アモルファスSiなどの場合は測定が困難である
課題がある。
【0008】本発明は上記のような課題を解決するもの
であって、非接触及び非破壊であるとともに、前記容量
ICTS法のように等温度を維持して測定を行うことに
よって、測定に要する時間が短く、かつ測定対象半導体
に対する制約がない半導体中不純物などの測定方法をう
ることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体中不純物
などの測定方法は、等温度を維持させた半導体試料に励
起用の光を照射して、半導体試料の不純物や欠陥などか
らキャリアを放出させるとともに、この半導体試料にマ
イクロ波を照射して、前記キャリアを吸収した反射マイ
クロ波信号を等温マイクロ波過渡分光処理装置に入力処
理して、前記キャリアの過渡応答から前記半導体試料の
不純物などを測定することを特徴とするものである。
【0010】前記励起用の光としては任意のものを使用
することが可能であり、例えば、レーザ光やLED光ま
たはランプ光を分光した光を挙げることができる。そし
て、前記等温マイクロ波過渡分光処理装置は、前記従来
のICTS処理装置(等温容量過渡分光処理装置)にお
けるC(容量)に代えて、マイクロ波を使用するととも
に、キャリア励起光源を用いるものである。
【0011】
【作用】前記本発明の半導体中不純物などの測定方法は
、半導体試料を恒温槽などに収容して、半導体試料に所
定の一定温度を維持させる。このように一定温度を維持
させた半導体試料にレーザ光などの励起用の光を照射し
て、半導体試料の不純物や欠陥などからキャリアを放出
させるとともに、この半導体試料に対してマイクロ波を
照射して、前記キャリアを吸収した反射マイクロ波信号
を等温マイクロ波過渡分光処理装置に入力し、前記キャ
リアの過渡応答を解析するこによって、前記半導体試料
の不純物や欠陥などを測定するものである。
【0012】
【実施例】本発明の半導体中不純物などの測定方法の第
1実施例を、図1に示した測定装置に基づいて説明する
【0013】図1において、1は恒温槽で、その内部に
設けたステージ2上に半導体試料3が置かれる。4は半
導体試料3に励起用の光を照射するために、ステージ2
の上位に配置された可視または赤外単色光源であり、こ
こでは半導体レーザが用いられている。5は半導体試料
3の表面に傾斜してマイクロ波を射出して照射するため
に、ステージ2の上位に配置されたマイクロ波発生装置
、6はマイクロ波発生装置5が射出したマイクロ波が半
導体試料3に照射されて反射したマイクロ波が入射され
るマイクロ波検出器で、このマイクロ波検出器5が出力
したマイクロ波信号をIMTS処理装置7(Isoth
ermal Microwave Transient
 Spectroscopy :等温マイクロ波過渡分
光処理装置)に入力する。そして、前記半導体レーザ4
及びマイクロ波発生装置5とマイクロ波検出器6は、前
記恒温槽1外に配置されている。
【0014】そして、前記恒温槽1内を所定の等温度に
設定して、ステージ2上の半導体試料3を等温度に維持
させる。この状態で半導体レーザ4が射出したレーザ光
を半導体試料3の表面に照射して、半導体試料3中の不
純物や欠陥などからキャリア(電子、正孔)を放出させ
ると同時に、マイクロ波発生装置5で射出したマイクロ
波を半導体試料3の表面に傾斜させて入射し反射させる
。この半導体試料3の表面で反射されたマイクロ波が、
前記レーザ光で励起されて半導体試料3の不純物や欠陥
などから、それらに対応して放出されたキャリアを吸収
してマイクロ波検出器5に入射する。そして、マイクロ
波検出器5からマイクロ波信号がIMTS処理装置7に
入力されるから、IMTS処理装置7が前記入力された
マイクロ波が吸収した前記キャリアの過渡応答を解析し
て、半導体試料3中の不純物などを測定するものである
【0015】このように、半導体試料3にマイクロ波を
照射して測定を行うから、半導体試料3にきずを付けた
り、汚染を生じさせるおそれはなく、かつ測定操作が簡
単である。そして、半導体試料3に一定温度を維持させ
た状態で、半導体試料3にレーザ光及びマイクロ波を照
射して、反射マイクロ波をマイクロ波検出器5に入射す
るから、この測定に要する時間は、例えば、測定に対し
て温度の掃引を要する前記従来のマイクロ波DLTS法
の測定所要時間の1/10程度に短くなり、半導体試料
3の不純物や欠陥などを効率よく測定することが可能で
ある。
【0016】なお、半導体試料3の複数箇所において、
その不純物などを測定する場合は、前記ステージ2と共
に半導体試料3を固定して、マイクロ波発生装置5とマ
イクロ波検出器6などを、例えば、X軸とY軸との2方
向に移動可能にして、半導体試料3に対するマイクロ波
の照射位置を順次に変更可能にする。また、マイクロ波
発生装置5とマイクロ波検出器5などを固定し、ステー
ジ2と共に半導体試料3を、例えば、前記のように移動
させることによって、半導体試料3の必要範囲の不純物
などを測定することも可能である。この場合、前記のよ
うに、半導体試料3を固定して、マイクロ波発生装置5
とマイクロ波検出器5などを移動させれば、ステージ2
と半導体試料3との位置関係などを不変にすることが容
易であるから、測定を継続している間連続して半導体試
料3の温度を正確に等温度に維持することが容易であり
、不純物などを高精度で測定することに対して適する。
【0017】図2は測定装置の第2実施例を示すもので
あって、恒温槽1内に半導体試料3を載置するステージ
2を配置する。そして、半導体レーザ4及びマイクロ波
発生装置5とマイクロ波検出器6のそれぞれも恒温槽1
内に配置して、マイクロ波検出器5が出力したマイクロ
波信号をIMTS処理装置(図示省略)に入力するよう
に構成されている。
【0018】この測定装置による半導体中不純物などの
測定方法は、前記図1に示した測定装置と同じであるが
、半導体レーザ4が射出したレーザ光を半導体試料3の
表面に直接照射することが可能であるとともに、マイク
ロ波発生装置5が射出したマイクロ波を半導体試料3の
表面に直接入射することができ、かつ半導体試料3の表
面で反射されたマイクロ波もマイクロ波検出器5に直接
入射させることが可能である。
【0019】図3は測定装置の第3実施例である。この
測定装置は、恒温槽1内にステージ2及びマイクロ波発
生装置5とマイクロ波検出器6とを配置して、マイクロ
波検出器5が出力したマイクロ波信号をIMTS処理装
置(図示省略)に入力するように構成されている。そし
て、ランプなどの光源4aとその分光器8とを恒温槽1
外に配置し、分光器8に接続した光学ファイバー9を恒
温槽1内に挿入して、分光器8が分光した光源4aの光
を光学ファイバー9でテスージ2上の半導体試料3に直
接照射するものである。
【0020】この測定装置による半導体中不純物などの
測定方法も、前記図1に示した測定装置と同じであるが
、恒温槽1の外部に光源4aを配置しているから、任意
の光源を使用することが可能である。
【0021】
【発明の効果】本発明の半導体中不純物などの測定方法
は、上記のように、一定温度を維持させた半導体試料の
不純物や欠陥から光励起によりキャリアを放出させ、か
つ半導体試料にマイクロ波を照射して、その反射マイク
ロ波を等温マイクロ波過渡分光処理装置で処理して、前
記キャリアに基づいて不純物や欠陥を測定するものであ
る。したがって、半導体試料に対する接触が不要である
から、不純物などの測定によって半導体試料にきずを付
けたり、汚染するようなおそれがなく、かつ測定操作が
容易である。
【0022】また、前記のように、半導体試料の温度を
一定に維持して測定を行うから、その測定に要する時間
が、例えば、非接触、非破壊であるが、測定に対して温
度掃引を要する、前記従来のレーザ励起マイクロ波DL
TS法に比して大巾に短縮するから、半導体試料の不純
物や欠陥などを効率よく測定することが可能である。し
かも、半導体試料の測定時の温度を一定に維持するから
、高温度では構造などが変化するおそれがある半導体試
料も測定対象にすることができ、ほぼ任意の半導体試料
の不純物や欠陥などを測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施例の測定装置の構成図である。
【図2】本発明第2実施例の測定装置の構成図である。
【図3】本発明第3実施例の測定装置の構成図である。
【図4】従来例の構成図である。
【符号の説明】
1  恒温槽 3  半導体試料 4  半導体レーザ 5  マイクロ波発生装置 6  マイクロ波検出器 7  IMTS処理装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  等温度を維持させた半導体試料に励起
    用の光を照射して、半導体試料の不純物や欠陥などから
    キャリアを放出させるとともに、この半導体試料にマイ
    クロ波を照射して、前記キャリアを吸収した反射マイク
    ロ波信号を等温マイクロ波過渡分光処理装置に入力処理
    して、前記キャリアの過渡応答から前記半導体試料の不
    純物などを測定する半導体中不純物などの測定方法。
JP6881991A 1991-03-09 1991-03-09 半導体中不純物などの測定方法 Pending JPH04280649A (ja)

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