JPH06177218A - Measuring device for free-carrier life and the like of semiconductor - Google Patents
Measuring device for free-carrier life and the like of semiconductorInfo
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- JPH06177218A JPH06177218A JP32915892A JP32915892A JPH06177218A JP H06177218 A JPH06177218 A JP H06177218A JP 32915892 A JP32915892 A JP 32915892A JP 32915892 A JP32915892 A JP 32915892A JP H06177218 A JPH06177218 A JP H06177218A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、走査光学顕微鏡に係
り、特に、半導体の自由担体寿命等測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning optical microscope, and more particularly to an apparatus for measuring the free carrier life of semiconductors.
【０００２】[0002]
【従来の技術】走査光学顕微鏡は、細く絞ったレーザ光
で観察物体上を走査し、検出された反射光あるいは透過
光、蛍光の走査信号より画像を形成する。光検出器の前
にピンホールを置くと、従来の光学顕微鏡と異なる光学
特性をもち、３次元的な観察に適するようになる。ピン
ホールを使用したこの走査光学顕微鏡は共焦点顕微鏡と
称され、これに関しては、“セオリ アンド プラクチ
ス オブ スキャンニング マイクロスコピー，ティ・
ウィルソン アンド シー シェパード，アカデミック
ロンドン １９８４(‘Theory and Practice of Scan
ning Microscopy'T.Wilson and C. Sheppard，Academi
c，London, １９８４）に詳しい説明がある。2. Description of the Related Art A scanning optical microscope scans an observation object with a laser beam that is narrowed down, and forms an image from a detected scanning signal of reflected light or transmitted light or fluorescence. If a pinhole is placed in front of the photodetector, it has optical characteristics different from those of the conventional optical microscope and is suitable for three-dimensional observation. This pinhole-based scanning optical microscope is called a confocal microscope and is described in the context of "Theory and Practices of Scanning Microscopy,"
Wilson and Sea Shepherd, Academic London 1984 ('Theory and Practice of Scan
ning Microscopy'T. Wilson and C. Sheppard, Academi
c, London, 1984).
【０００３】一方、二つの波長の光を用いて半導体中で
の自由担体の寿命を測定する方法がある。これに関して
は、ジャーナル．オブ．アプライド．フィジクス．(J．
App.Phis．６０巻，２００８から２０１５ページに詳し
く述べられている。この方法では、バンドギャップ付近
のエネルギの光で自由担体を発生させ、バンドギャップ
より低いエネルギの光の自由担体での吸収の時間変化を
観測し、自由担体の寿命を測定する。On the other hand, there is a method of measuring the lifetime of a free carrier in a semiconductor using light of two wavelengths. In this regard, Journal. of. Applied. Physics. (J.
App.Phis. Volume 60, pages 2008-2015. In this method, a free carrier is generated with light having an energy near the band gap, a time change of absorption of light having an energy lower than the band gap in the free carrier is observed, and the life of the free carrier is measured.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】半導体に発生した自由
担体と光の相互作用により、自由担体の寿命を測定する
従来の方法では、インゴットを試料とし、二つの波長の
光を直交させ、インゴットを移動させることで深さ方向
の測定を行っており、分解能のよい方法とはいえず、ま
た薄い半導体基板にこの方法を適用するのは困難であ
る。In the conventional method of measuring the lifetime of a free carrier by the interaction of light and the free carrier generated in a semiconductor, an ingot is used as a sample, and light having two wavelengths is made to intersect at right angles. Since the measurement is performed in the depth direction by moving it, it cannot be said that the method has good resolution, and it is difficult to apply this method to a thin semiconductor substrate.
【０００５】本発明の目的は、半導体内部の自由担体の
寿命に関連する物理量を高分解能で、かつ３次元的に非
破壊で観測可能な装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide an apparatus capable of non-destructively observing a physical quantity related to the lifetime of free carriers inside a semiconductor in three dimensions with high resolution.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、二つの波長の異なる光を用いた共焦点光学系によ
り、半導体中の自由担体の寿命に関連する物理量を測定
し、画像化する手段を採用する。In order to achieve the above object, a confocal optical system using two lights having different wavelengths is used to measure and image a physical quantity related to the lifetime of a free carrier in a semiconductor. Adopt means.
【０００７】[0007]
【作用】二つの波長の光を共焦点顕微鏡において、光軸
を一致させ、両者をレンズにより観察物体の同一場所に
しぼり込む。二つの光の照射場所は物体を走査しても、
常に同一性を保っているものとする。一方の光は半導体
のバンドギャップのエネルギ付近の波長であり、他方の
光のエネルギはバンドギャップのエネルギより小さいも
のとする。このため両者は半導体中に非破壊で侵入可能
である。In the confocal microscope, the light axes of the two wavelengths are made to coincide with each other, and the two are focused on the same position of the observation object by the lens. Even if the object is scanned at the two light irradiation locations,
We shall always keep the same. It is assumed that one light has a wavelength near the energy of the band gap of the semiconductor and the energy of the other light is smaller than the energy of the band gap. Therefore, both can enter the semiconductor nondestructively.
【０００８】バンドギャップ付近のエネルギを有する光
は、荷電帯から伝導帯に電子を励起することにより自由
担体を作ることが出来る。他の光をプローブ光とする
と、このプローブ光は自由担体により吸収あるいは反射
されるので、これを計測することにより、自由担体濃度
の変化を知ることが可能である。計測領域は絞り込まれ
た励起光およびプローブ光とピンホールによる共焦点光
学系により限定される。しかも、励起光およびプローブ
光は半導体内部に侵入可能なものを使用しているので、
３次元的な測定が可能となる。ピンホールを使用せずに
プローブ光の全強度を測定しても、深さ方向の分解能は
あるが、プローブ光をピンホール上にしぼり込むことに
より、深さ方向および横方向の分解能を向上させること
が可能である。Light having energy near the band gap can create free carriers by exciting electrons from the charge band to the conduction band. When other light is used as the probe light, this probe light is absorbed or reflected by the free carrier, and by measuring this, it is possible to know the change in the free carrier concentration. The measurement area is limited by the confocal optical system formed by the narrowed excitation light and probe light and the pinhole. Moreover, since the excitation light and the probe light are those that can penetrate inside the semiconductor,
Three-dimensional measurement is possible. Even if the total intensity of the probe light is measured without using the pinhole, there is depth resolution, but by narrowing down the probe light onto the pinhole, the depth and lateral resolution is improved. It is possible.
【０００９】[0009]
【実施例】図１に本発明の実施例を示す。１０は第一の
光源であり、１１は第二の光源である。第一の光の波長
は半導体試料のバンドギャップのエネルギと同等程度の
波長であり、第二の波長の光はこのバンドギャップのエ
ネルギより小さいものとする。二つの光源から発生した
二つの波長の光は半透鏡２０を用いて同一光路を通過す
るようにする。これらの光はレンズ３０により半導体試
料４０に照射する。レンズ３０は第一の光の波長および
第二の波長に対して色収差を補正してある。これによ
り、二つの光は半導体試料４０の同一場所を照射するこ
とになる。半導体試料４０は走査手段５２により３次元
的に走査される。走査手段はステージおよびステージ制
御回路等から構成されている。二つの波長の光は半導体
試料を透過した後、レンズ３１で平行光にされる。光路
中には二つの透過光を分離する手段としてフィルタ２１
が設置してあり、第一の波長の光は遮断し、第二の波長
の光を透過させる特性を有するものとする。フィルタ２
１を透過した第二の波長の光はレンズ３２でピンホール
２２上に集光される。ピンホール２２を透過した光は光
検出器５０で検出され、５１の画像表示装置に画像表示
される。EXAMPLE FIG. 1 shows an example of the present invention. Reference numeral 10 is a first light source, and 11 is a second light source. The wavelength of the first light is about the same as the energy of the band gap of the semiconductor sample, and the light of the second wavelength is smaller than the energy of this band gap. Light of two wavelengths generated from two light sources is made to pass through the same optical path by using a semitransparent mirror 20. These lights irradiate the semiconductor sample 40 with the lens 30. The lens 30 has chromatic aberration corrected for the wavelength of the first light and the wavelength of the second light. As a result, the two lights illuminate the same location on the semiconductor sample 40. The semiconductor sample 40 is three-dimensionally scanned by the scanning means 52. The scanning means includes a stage and a stage control circuit. After passing through the semiconductor sample, the light of two wavelengths is collimated by the lens 31. A filter 21 is provided in the optical path as a means for separating two transmitted lights.
Is installed, and has a property of blocking light of the first wavelength and transmitting light of the second wavelength. Filter 2
The light of the second wavelength that has passed through 1 is condensed on the pinhole 22 by the lens 32. The light transmitted through the pinhole 22 is detected by the photodetector 50 and displayed as an image on the image display device 51.
【００１０】図２には半導体試料からの反射光を使用す
る実施例を示す。この場合、光を半導体試料上に集光す
る光学系と、反射光をピンホール２２上に集光する光学
系は光学素子を一部共用している。二つの光源からの光
はレンズ３０，３１、およびレンズ３２，３１により試
料上の同一場所に集光され、試料からの反射光はレンズ
３１を透過した後、半透鏡２０，２３で反射され、フィ
ルタ２１で第二の波長の光のみがレンズ３３でピンホー
ル２２上に集光される。ピンホール２２を透過した光は
光検出器５０で検出され、これからの信号をもとに画像
表示装置５２に表示される。FIG. 2 shows an embodiment using reflected light from a semiconductor sample. In this case, the optical system that collects the light on the semiconductor sample and the optical system that collects the reflected light on the pinhole 22 share some optical elements. The light from the two light sources is condensed at the same place on the sample by the lenses 30 and 31, and the lenses 32 and 31, and the reflected light from the sample is reflected by the semi-transparent mirrors 20 and 23 after passing through the lens 31. Only light of the second wavelength is collected by the filter 21 on the pinhole 22 by the lens 33. The light transmitted through the pinhole 22 is detected by the photodetector 50 and displayed on the image display device 52 based on the signal from this.
【００１１】実施例１および２において、光源１０をパ
ルスレーザにすることも可能である。この場合、光検出
器５０はパルスが発生した時点からある時間を経過した
時点での信号を検出し、画像化する。画像信号が弱い場
合は検出を繰り返し、積算することで信号雑音比を向上
させることができる。また、半導体試料の特定位置に光
の焦点位置を固定して、パルス発生時点からの計測まで
の時間間隔を変えながら、第二の波長の透過あるいは反
射光の強度を測定することにより、自由担体の寿命を測
定することが可能である。この操作を走査位置を変えな
がら行うことにより、寿命の場所による変化を画像表示
することが可能である。In the first and second embodiments, the light source 10 may be a pulse laser. In this case, the photodetector 50 detects the signal at a time point after a certain time has elapsed from the time point when the pulse is generated and forms an image. When the image signal is weak, the detection can be repeated and integrated to improve the signal-noise ratio. In addition, by fixing the focal position of the light at a specific position of the semiconductor sample and changing the time interval from the pulse generation time to the measurement while measuring the intensity of the transmitted or reflected light of the second wavelength, the free carrier It is possible to measure the life of the. By performing this operation while changing the scanning position, it is possible to display the change of the life depending on the place as an image.
【００１２】さらに、第二の波長の光源１１をパルスレ
ーザにすることも可能である。この場合、光検出器の信
号の時間変化を追う必要はなく、二つのパルスレーザの
パルスの時間差を変化させ、第二の波長の光の強度を検
出することにより、半導体の自由担体の寿命を測定する
ことができる。Furthermore, the light source 11 of the second wavelength can be a pulse laser. In this case, it is not necessary to follow the time change of the signal of the photodetector, and by changing the time difference between the pulses of the two pulse lasers and detecting the intensity of the light of the second wavelength, the life of the semiconductor free carrier can be improved. Can be measured.
【００１３】[0013]
【発明の効果】本発明によれば、集光した二つの波長の
光を使用することにより、半導体内部の自由担体の寿命
に関連する物理量を、高分解能で、かつ３次元的に非破
壊で観測可能な装置を提供することが出来る。According to the present invention, the use of condensed light of two wavelengths enables the physical quantity related to the lifetime of the free carrier inside the semiconductor to be resolved with high resolution and three-dimensionally. An observable device can be provided.
【図１】本発明の第１の実施例のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例のブロック図。FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.
１０…第一の光源、１１…第二の光源、２０…半透鏡、
２１…フィルタ、２２…ピンホール、２３…半透鏡、３
０，３１，３２，３３…レンズ、４０…半導体試料、５
０…光検出器、５１…画像表示装置、５２…走査手段。10 ... 1st light source, 11 ... 2nd light source, 20 ... Semi-transparent mirror,
21 ... Filter, 22 ... Pinhole, 23 ... Semi-transparent mirror, 3
0, 31, 32, 33 ... Lens, 40 ... Semiconductor sample, 5
0 ... Photodetector, 51 ... Image display device, 52 ... Scanning means.
Claims (9)
前記第一の光源からの前記第一の波長の光と、第二の波
長の光を出射する第二の光源と、前記第二の光源からの
前記第二の波長の光と、前記第一の波長の光及び前記第
二の波長の光を同一場所に集光する第一の光学系と、半
導体である観察物体と、前記観察物体を走査する手段あ
るいは光の集光位置を走査する走査手段と、二つの透過
光を分離する手段と、分離された一方の透過光を集光す
る第二の光学系と、集光位置に設置されたピンホール
と、前記ピンホールを透過した光を検出する光検出器と
からなることを特徴とする半導体の自由担体寿命等測定
装置。1. A first light source that emits light of a first wavelength,
The light of the first wavelength from the first light source, the second light source for emitting light of the second wavelength, the light of the second wavelength from the second light source, the first Optical system for condensing the light of the wavelength and the light of the second wavelength in the same place, the observation object which is a semiconductor, a means for scanning the observation object, or a scanning for scanning the light condensing position. Means, a means for separating the two transmitted lights, a second optical system for collecting one of the separated transmitted lights, a pinhole installed at the light collecting position, and a light transmitted through the pinhole. A semiconductor free carrier lifetime measuring device, which comprises a photodetector for detecting.
前記第一の光源からの前記第一の波長の光と、第二の波
長の光を出射する第二の光源と、前記第二の光源からの
前記第二の波長の光と、前記第一の波長の光及び前記第
二の波長の光を同一場所に集光する第一の光学系と、半
導体である観察物体と、前記観察物体を走査する手段あ
るいは光の集光位置を走査する走査手段と、前記二つの
波長の反射光を分離する手段と、分離された一方の反射
光を集光する光学系と、集光位置に設置されたピンホー
ルと、前記ピンホールを透過した光を検出する光検出器
とからなることを特徴とする半導体の自由担体寿命等測
定装置。2. A first light source that emits light of a first wavelength,
The light of the first wavelength from the first light source, the second light source for emitting light of the second wavelength, the light of the second wavelength from the second light source, the first Optical system for condensing the light of the wavelength and the light of the second wavelength in the same place, the observation object which is a semiconductor, a means for scanning the observation object, or a scanning for scanning the light condensing position. Means, a means for separating the reflected light of the two wavelengths, an optical system for condensing one of the separated reflected light, a pinhole installed at the condensing position, and light transmitted through the pinhole. A semiconductor free carrier lifetime measuring device, which comprises a photodetector for detecting.
一の波長の光は対象とする前記半導体のバンドギャップ
と同等程度のエネルギを有し、第二の波長の光は前記半
導体のバンドギャップより小さいエネルギを有する半導
体の自由担体寿命等測定装置。3. The light according to claim 1 or 2, wherein the light of the first wavelength has energy equivalent to the band gap of the semiconductor of interest, and the light of the second wavelength is the band of the semiconductor. A free carrier lifetime measuring device for semiconductors having energy smaller than the gap.
前記第一の光源からの前記第一の波長の光と、第二の波
長の光を出射する第二の光源と、前記第二の光源からの
前記第二の波長の光と、前記第一の波長の光及び前記第
二の波長の光を同一場所に集光する第一の光学系と、半
導体である観察物体と、前記観察物体を走査する手段あ
るいは光の集光位置を走査する走査手段と、前記第二の
波長の光の透過光を集光する光学系と、集光位置に設置
されたピンホールと、前記ピンホールの後方に設置され
た検出器と、前記第一の波長のパルスから一定時間の後
の検出器からの出力を検出する回路とからなることを特
徴とする半導体の自由担体寿命等測定装置。4. A first light source for emitting light of a first wavelength,
The light of the first wavelength from the first light source, the second light source for emitting light of the second wavelength, the light of the second wavelength from the second light source, the first Optical system for condensing the light of the wavelength and the light of the second wavelength in the same place, the observation object which is a semiconductor, a means for scanning the observation object, or a scanning for scanning the light condensing position. Means, an optical system for condensing the transmitted light of the light of the second wavelength, a pinhole installed at the condensing position, a detector installed behind the pinhole, and the first wavelength And a circuit for detecting the output from the detector after a predetermined time from the pulse of 1.
前記第一の光源からの前記第一の波長の光と、第二の波
長の光を出射する第二の光源と、前記第二の光源からの
前記第二の波長の光と、前記第一の波長の光及び前記第
二の波長の光を同一場所に集光する第一の光学系と、半
導体である観察物体と、前記観察物体を走査する手段あ
るいは光の集光位置を走査する走査手段と、前記第二の
波長の光の反射光を集光する光学系と、集光位置に設置
されたピンホールと、前記ピンホールの後方に設置され
た検出器と、第一の波長のパルスから一定時間の後の検
出器からの出力を検出する回路と、前記回路からの出力
を画像として表示する表示装置とからなることを特徴と
する半導体の自由担体寿命等測定装置。5. A first light source for emitting light of a first wavelength,
The light of the first wavelength from the first light source, the second light source for emitting light of the second wavelength, the light of the second wavelength from the second light source, the first Optical system for condensing the light of the wavelength and the light of the second wavelength in the same place, the observation object which is a semiconductor, a means for scanning the observation object, or a scanning for scanning the light condensing position. Means, an optical system for condensing the reflected light of the light of the second wavelength, a pinhole installed at the condensing position, a detector installed behind the pinhole, and a first wavelength 1. A semiconductor free carrier lifetime measuring device comprising a circuit for detecting an output from a detector after a certain time from a pulse, and a display device for displaying the output from the circuit as an image.
置での第一の波長のパルス発生時刻からの第二の波長の
光の時間的強度変化を検出可能な半導体の自由担体寿命
等の測定装置。6. The free carrier life of a semiconductor, etc. capable of detecting a temporal intensity change of light of a second wavelength from a pulse generation time of the first wavelength at a specific scanning position. measuring device.
能を有する半導体の自由担体寿命等測定装置。7. The semiconductor free carrier lifetime measuring device according to claim 6, which has a function of repeatedly integrating.
長の光は、前記第一の波長の光のパルスよりある時間遅
らせたパルス光とする半導体の自由担体寿命等測定装
置。8. A semiconductor free carrier lifetime measuring device according to claim 4, wherein the light of the second wavelength is pulsed light delayed by a certain time from the pulse of the light of the first wavelength.
自由担体寿命測定装置の集光光学系で、前記第一および
第二の波長の光に対して色収差を補正した自由担体寿命
測定装置。9. The free carrier lifetime measuring device according to claim 1, wherein the focusing optical system of the semiconductor free carrier lifetime measuring device corrects chromatic aberration with respect to the light of the first and second wavelengths.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32915892A JPH06177218A (en) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | Measuring device for free-carrier life and the like of semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32915892A JPH06177218A (en) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | Measuring device for free-carrier life and the like of semiconductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06177218A true JPH06177218A (en) | 1994-06-24 |
Family
ID=18218294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32915892A Pending JPH06177218A (en) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | Measuring device for free-carrier life and the like of semiconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06177218A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007288135A (en) * | 2006-03-20 | 2007-11-01 | Kobe Steel Ltd | Method and device for evaluating crystallinity of silicon semiconductor thin film |
| JP2015076583A (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | 横河電機株式会社 | Photoelectric conversion element evaluation device |
| JP2016056050A (en) * | 2014-09-09 | 2016-04-21 | シャープ株式会社 | Inspection method of single crystal silicon ingot, production method of single crystal silicon material using the same, and manufacturing method of electronic device |
| US11761906B2 (en) | 2021-01-07 | 2023-09-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical device |
-
1992
- 1992-12-09 JP JP32915892A patent/JPH06177218A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2016056050A (en) * | 2014-09-09 | 2016-04-21 | シャープ株式会社 | Inspection method of single crystal silicon ingot, production method of single crystal silicon material using the same, and manufacturing method of electronic device |
| US11761906B2 (en) | 2021-01-07 | 2023-09-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical device |
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