JPS63302347A - 半導体結晶の不純物濃度測定方法 - Google Patents
半導体結晶の不純物濃度測定方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［概要］
半導体結晶主面に透光電極を形成し、電圧を印加して、
その半導体結晶主面に空乏層を発生させ、その空乏層に
斜め方向から赤外光を照射し、透過して反射させた赤外
光から不純物濃度を測定する。
その半導体結晶主面に空乏層を発生させ、その空乏層に
斜め方向から赤外光を照射し、透過して反射させた赤外
光から不純物濃度を測定する。
そうすれば、高ドープ半導体結晶の不純物濃度を測定す
ることができる。
ることができる。
［産業上の利用分野］
本発明は半導体結晶の不純’ｌ！ＩＪ’１Ｍ度測定方法
にかかり、特に、赤外分光法によって高ドープ半導体結
晶の不純物を測定する方法に関する。
にかかり、特に、赤外分光法によって高ドープ半導体結
晶の不純物を測定する方法に関する。
ＶＬＳ Ｉの基板として広（用いられているシリコン結
晶は、チョクラルスキー（ＣＺ）法により作製されて高
純度な結晶として知られているが、実際にはｐｐｍレベ
ルの酸素・炭素などの不純物が含まれており、これらの
不純物は半導体デバイス特性に大きな影響を与えるため
に、その含有量を把握することが重要となっている。
晶は、チョクラルスキー（ＣＺ）法により作製されて高
純度な結晶として知られているが、実際にはｐｐｍレベ
ルの酸素・炭素などの不純物が含まれており、これらの
不純物は半導体デバイス特性に大きな影響を与えるため
に、その含有量を把握することが重要となっている。
従って、各種方式の不純物濃度測定法が開発されている
が、それら既知の方法は比較的ドーパント濃度の低い高
純度な結晶に限られており、例えば、高ドープシリコン
結晶に含まれる酸素・炭素などの不純物を測定すること
は困難である。そのため、そのような高ドープ結晶の測
定法の確立が要望されている。
が、それら既知の方法は比較的ドーパント濃度の低い高
純度な結晶に限られており、例えば、高ドープシリコン
結晶に含まれる酸素・炭素などの不純物を測定すること
は困難である。そのため、そのような高ドープ結晶の測
定法の確立が要望されている。
［従来の技術と発明が解決しようとする問題点ｊこれら
の酸素・炭素などの不純物を定量する方法として赤外吸
収法（ＩＲ法）、二次イオン質量分析法（３１ＭＳ法）
、放射化分析法などが知られているが、そのうちの赤外
吸収法は測定装置が安価な上に、測定が筒車で、しかも
、非破壊法であるから特に重用されている。
の酸素・炭素などの不純物を定量する方法として赤外吸
収法（ＩＲ法）、二次イオン質量分析法（３１ＭＳ法）
、放射化分析法などが知られているが、そのうちの赤外
吸収法は測定装置が安価な上に、測定が筒車で、しかも
、非破壊法であるから特に重用されている。
このような赤外吸収法は細かい点で測定仕様が異なり、
数種の異なる測定法があるが、原理的には同一であり、
第３図に示すように、赤外光を被測定結晶に透過させる
方式で、厚さくｔ）１〜２貫１程度の半導体結晶ｌに強
度Ｉ。の赤外光を透過させると、強度ＩＯ（１−Ｒ）
２ｅ嬢’Ｏ透過光かえられ、その差が吸収になる。そう
して、特定不純物のもつ特定波長の吸収強度から不純物
濃度が測定できると云うものである。なお、上記の式に
おいて、Ｒは反射係数、αが吸収係数である。且つ、特
定不純物のもつ特定波長とは、例えば、シリコン結晶中
の酸素では１１０７ｃｍ−’ （波長９μｍ程度）で吸
収が現れ、炭素であれば６０５ｃｍ−’ （波長１６μ
ｍ程度）に吸収が現れる。従って、第４図に示すように
、その炭素、酸素の特有波数の吸収強度より含有濃度が
決定できるものである（Ａ＝ＳＴＭ Ｆ１２１−８０
． ＡＳＴＭ Ｆ１２３−８１参照）。なお、第４
図において、横軸は波数、縦軸は吸収率で、カイザ（Ｋ
ａｙｓｅｒ ； ｃｍ−’ ）とは１１に含まれる光波
の波数単位、換言すれば、波長の逆数のことである。
数種の異なる測定法があるが、原理的には同一であり、
第３図に示すように、赤外光を被測定結晶に透過させる
方式で、厚さくｔ）１〜２貫１程度の半導体結晶ｌに強
度Ｉ。の赤外光を透過させると、強度ＩＯ（１−Ｒ）
２ｅ嬢’Ｏ透過光かえられ、その差が吸収になる。そう
して、特定不純物のもつ特定波長の吸収強度から不純物
濃度が測定できると云うものである。なお、上記の式に
おいて、Ｒは反射係数、αが吸収係数である。且つ、特
定不純物のもつ特定波長とは、例えば、シリコン結晶中
の酸素では１１０７ｃｍ−’ （波長９μｍ程度）で吸
収が現れ、炭素であれば６０５ｃｍ−’ （波長１６μ
ｍ程度）に吸収が現れる。従って、第４図に示すように
、その炭素、酸素の特有波数の吸収強度より含有濃度が
決定できるものである（Ａ＝ＳＴＭ Ｆ１２１−８０
． ＡＳＴＭ Ｆ１２３−８１参照）。なお、第４
図において、横軸は波数、縦軸は吸収率で、カイザ（Ｋ
ａｙｓｅｒ ； ｃｍ−’ ）とは１１に含まれる光波
の波数単位、換言すれば、波長の逆数のことである。
ところが、このような従来の赤外吸収法による測定では
、半導体結晶中のドーパント濃度が高くなるとフリーキ
ャリアによる吸収が大きくなって、赤外光が透過せずに
測定が不能になる。Ａ Ｓ Ｔ Ｍ（アメリカ標章試験
方法）によれば、測定の可能なフリーキャリア濃度は５
Ｘ１０ ｃｍ−３以下とされている。
、半導体結晶中のドーパント濃度が高くなるとフリーキ
ャリアによる吸収が大きくなって、赤外光が透過せずに
測定が不能になる。Ａ Ｓ Ｔ Ｍ（アメリカ標章試験
方法）によれば、測定の可能なフリーキャリア濃度は５
Ｘ１０ ｃｍ−３以下とされている。
しかし、それではＩＣ，ＶＬＳＩなどに汎用されている
基板は高ドープ結晶であり、その含有する不純物濃度を
測定することはできない。
基板は高ドープ結晶であり、その含有する不純物濃度を
測定することはできない。
本発明はこのような従来は測定が不可能であつた高ドー
プ結晶の赤外吸収法による測定方法を提案するものであ
る。
プ結晶の赤外吸収法による測定方法を提案するものであ
る。
［問題点を解決するための手段］
その目的は、半導体結晶主面に透光電極を被着し、該半
導体結晶の裏面と前記透光電極との間に直流電圧を印加
して半導体結晶主面に空乏層を発生させ、該空乏層に対
して斜め方向より赤外光を照射し、該空乏層を透過して
反射させた赤外光から不純物濃度を測定するようにした
半導体結晶め不純物濃度測定方法によって達成される。
導体結晶の裏面と前記透光電極との間に直流電圧を印加
して半導体結晶主面に空乏層を発生させ、該空乏層に対
して斜め方向より赤外光を照射し、該空乏層を透過して
反射させた赤外光から不純物濃度を測定するようにした
半導体結晶め不純物濃度測定方法によって達成される。
［作用コ
即ち、本発明は被測定用の半導体結晶主面に透光電極を
設け、半導体結晶に電圧を印加して、その半導体結晶主
面に空乏層を発生させ、その空乏層に斜方向から赤外光
を照射し、空乏層を透過して反射させた赤外光の特定波
数の強度から不純物濃度を測定する。そうすれば、高ド
ープ半導体結晶の不純物濃度を測定することが可能にな
る。
設け、半導体結晶に電圧を印加して、その半導体結晶主
面に空乏層を発生させ、その空乏層に斜方向から赤外光
を照射し、空乏層を透過して反射させた赤外光の特定波
数の強度から不純物濃度を測定する。そうすれば、高ド
ープ半導体結晶の不純物濃度を測定することが可能にな
る。
［実施例］
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第１図は本発明にかかる測定方法を示しており、硼素を
高濃度にドープした抵抗（ρ）０．１Ω印のｐ型シリコ
ン結晶の酸素、炭素の濃度を測定する場合の例である。
高濃度にドープした抵抗（ρ）０．１Ω印のｐ型シリコ
ン結晶の酸素、炭素の濃度を測定する場合の例である。
１１はｐ型シリコン結晶、１２は透光電極、１３は電源
、１４はシリコン結晶裏面に接触させた裏面電極、１５
は赤外光源、１６は赤外検出器。
、１４はシリコン結晶裏面に接触させた裏面電極、１５
は赤外光源、１６は赤外検出器。
Ｄは空乏層、矢印は赤外光である。
キャリアの熱励起を抑制するために、図示していないが
、シリコン結晶１１は液体窒素温度まで冷却してあり、
また、透光電極１２は赤外光を透過させる膜であって、
例えば、酸化インジウム膜を用いる。そうして、透光電
極１２を＋にして、透光電極１２と裏面電極１４との間
に１０ボルトの直流電圧を印加すると、空乏層りは幅０
．１μｍに拡がる。
、シリコン結晶１１は液体窒素温度まで冷却してあり、
また、透光電極１２は赤外光を透過させる膜であって、
例えば、酸化インジウム膜を用いる。そうして、透光電
極１２を＋にして、透光電極１２と裏面電極１４との間
に１０ボルトの直流電圧を印加すると、空乏層りは幅０
．１μｍに拡がる。
かくして、赤外光源１５から斜め方向、例えば４５度の
角度で赤外光を照射し、透光電極１２を透過して赤外光
を空乏層りに照射する。そうすると、赤外光は空乏層り
を透過して空乏層底面で反射する。
角度で赤外光を照射し、透光電極１２を透過して赤外光
を空乏層りに照射する。そうすると、赤外光は空乏層り
を透過して空乏層底面で反射する。
その反射光を赤外検出器１６で検出して、１１０６ｃｍ
−’。
−’。
６０５ｃｍ＝における吸収率を測定して、酸素、炭素の
濃度を測定する。
濃度を測定する。
このように、空乏層りを形成すれば空乏層にはキャリア
が存在しなくなるため、赤外光がキャリアで吸収される
ことなく、透過し且つ反射して目的とする不純物の測定
が可能になる。
が存在しなくなるため、赤外光がキャリアで吸収される
ことなく、透過し且つ反射して目的とする不純物の測定
が可能になる。
次に、第２図は本発明にかかる他の測定方法の例を示し
ており、第１図に示す測定方法では感度が十分でない場
合、第２図に示すような多重反射方式を用いる。即ち、
同図において、２１．２１’は同品質のｐ型シリコン結
晶、 ２２．２２°は透光電極。
ており、第１図に示す測定方法では感度が十分でない場
合、第２図に示すような多重反射方式を用いる。即ち、
同図において、２１．２１’は同品質のｐ型シリコン結
晶、 ２２．２２°は透光電極。
２３．２３’は電源、 ２４．２４°は裏面電極、矢印
は赤外光であり、図示のように２つの結晶を対向させて
おいて、その間にシリコンより高屈折率をもつゲルマニ
ウム結晶３０を密着させる。これはシリコン表面におい
て全反射をおこさせるためである。
は赤外光であり、図示のように２つの結晶を対向させて
おいて、その間にシリコンより高屈折率をもつゲルマニ
ウム結晶３０を密着させる。これはシリコン表面におい
て全反射をおこさせるためである。
そして、一方から赤外光を斜め方向に照射し、このとき
の入射角θは臨界角５９度より大きくし、しかも、ゲル
マニウム結晶３０には垂直に入るようにする。対向した
空乏層りを複数回反復透過させ反射させて、他方から反
射光を導出して検出する。
の入射角θは臨界角５９度より大きくし、しかも、ゲル
マニウム結晶３０には垂直に入るようにする。対向した
空乏層りを複数回反復透過させ反射させて、他方から反
射光を導出して検出する。
かくすれば、空乏層の透過回数が増え、第２図に示す例
では４回になって、一層感度を向上させることができる
。なお、第２図に示す例は２つの同品質の結晶を対向さ
せているが、片方を反射鏡に置き換えてもよい。
では４回になって、一層感度を向上させることができる
。なお、第２図に示す例は２つの同品質の結晶を対向さ
せているが、片方を反射鏡に置き換えてもよい。
［発明の効果］
以上の説明から明らかなように、本発明によれば赤外吸
収法により高ドープ半導体結晶の不純物濃度を測定する
ことができ、ｒｃなと半導体装置の性能・品質の向上に
寄与するものである。
収法により高ドープ半導体結晶の不純物濃度を測定する
ことができ、ｒｃなと半導体装置の性能・品質の向上に
寄与するものである。
第１図および第２図は本発明にかかる不純物濃度の測定
方法を示す図、 第３図は赤外吸収法の原理を説明する図、第４図は吸収
率と波数との関係図表である。 図において、 ■は半導体結晶、 １１、２Ｌ ２１“はｐ型シリコン結晶、１２、２２．
２２ ’は透光電極、 １３、２３．２３ ’は電源、 １４．２４．２４“は
裏面電極、１５は赤外光源、 １６は赤外検出器
、３０はゲルマニウム結晶、 Ｄは空乏層 第１図 第２図
方法を示す図、 第３図は赤外吸収法の原理を説明する図、第４図は吸収
率と波数との関係図表である。 図において、 ■は半導体結晶、 １１、２Ｌ ２１“はｐ型シリコン結晶、１２、２２．
２２ ’は透光電極、 １３、２３．２３ ’は電源、 １４．２４．２４“は
裏面電極、１５は赤外光源、 １６は赤外検出器
、３０はゲルマニウム結晶、 Ｄは空乏層 第１図 第２図
Claims (1)
- 半導体結晶主面に透光電極を被着し、該半導体結晶の裏
面と前記透光電極との間に直流電圧を印加して半導体結
晶主面に空乏層を発生させ、該空乏層に対して傾め方向
より赤外光を照射し、該空乏層を透過して反射させた赤
外光から不純物濃度を測定するようにしたことを特徴と
する半導体結晶の不純物濃度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62139391A JPS63302347A (ja) | 1987-06-02 | 1987-06-02 | 半導体結晶の不純物濃度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62139391A JPS63302347A (ja) | 1987-06-02 | 1987-06-02 | 半導体結晶の不純物濃度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63302347A true JPS63302347A (ja) | 1988-12-09 |
Family
ID=15244207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62139391A Pending JPS63302347A (ja) | 1987-06-02 | 1987-06-02 | 半導体結晶の不純物濃度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63302347A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02290538A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-30 | Hitachi Chem Co Ltd | 改良された時間分解赤外分光光度計及び改良された時間分解赤外分光光度測定法 |
| US5321264A (en) * | 1991-07-23 | 1994-06-14 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for evaluating surface state of silicon wafer |
-
1987
- 1987-06-02 JP JP62139391A patent/JPS63302347A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02290538A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-30 | Hitachi Chem Co Ltd | 改良された時間分解赤外分光光度計及び改良された時間分解赤外分光光度測定法 |
| US5321264A (en) * | 1991-07-23 | 1994-06-14 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for evaluating surface state of silicon wafer |
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