(57)【要約】  電荷キャリアの寿命を測定するための装置は、紫外線を測定位置へと向けるための手段を備える測定プローブを備える。測定プローブは、測定位置に対して所定の空間的関係を成して設けられる少なくとも１つの電極を更に備える。装置は、マイクロ波放射線を測定位置へと向けるようになっているマイクロ波源と、紫外線に応じて測定位置で反射されるマイクロ波放射線の強度の変化を測定するようになっているマイクロ波検出器と、半導体構造体を受けるとともに、半導体構造体の一部に電気的に接触するようになっている半導体構造体ホルダとを更に備える。また、半導体構造体の少なくとも一部を測定位置に位置決めするために基板ホルダを測定プローブに対して移動させるための手段が設けられる。装置は、半導体構造体ホルダと電極との間にバイアス電圧を印加するようになっている電源を更に備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷キャリアの寿命を測定するための装置（１００）であって、
紫外線を測定位置（１１９）へ向けるための手段（１０９）を備え、前記測定位置（１１９）に対して所定の空間的関係を成して設けられる少なくとも１つの電極（１１０、３１２〜３２１、３３１〜３３８）を更に備える測定プローブ（１０８）と、
マイクロ波放射線（２０１）を前記測定位置（１１９）へと向けるようになっているマイクロ波源（１０２）と、
前記紫外線に応じて前記測定位置（１１９）で反射されるマイクロ波放射線（２０２）の強度の変化を測定するようになっているマイクロ波検出器（１０４）と、
半導体構造体（１１７）を受けるとともに、前記半導体構造体（１１７）の一部に電気的に接触するようになっている半導体構造体ホルダ（１１１）と、
前記半導体構造体（１１７）の少なくとも一部を前記測定位置（１１９）に位置決めするために前記半導体構造体ホルダ（１１１）を前記測定プローブ（１０８）に対して移動させるための手段（１１２）と、
前記半導体構造体ホルダ（１１１）と前記電極（１１０、３１２〜３２１、３３１〜３３８）との間にバイアス電圧を印加するようになっている電源（１０６）と、
を備える、装置（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの電極（１１０）が、前記測定位置（１１９）に隣接して設けられる１つの電極（１１０）を備える、請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電極（３１４、３１９、３３１、３３５）が第１の電極（３１４、３３１）と第２の電極（３１９、３３５）とを備え、前記測定位置（１１９）が前記第１の電極（３１４、３３１）と前記第２の電極（３１９、３３５）との間に設けられる、請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電極（３１２〜３２１）が、第１のライン（３１０）に沿って配置される複数の第１の電極（３１２〜３１６）と、第２のライン（３１１）に沿って配置される複数の第２の電極（３１７〜３２１）とを備え、前記第２のライン（３１１）が前記第１のライン（３１０）と平行であり、前記測定位置（１１９）が前記第１のライン（３１０）と前記第２のライン（３１１）との間に設けられる、請求項３に記載の装置（１００）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電極（３３１〜３３８）が、前記測定位置（１１９）を円形に取り囲む複数の電極（３３１〜３３８）を備える、請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの電極が、前記半導体構造体を穿刺するようになっている針を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの電極が、前記半導体構造体上に形成される導電性の接点構造に対して電気的に接続するようになっている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項８】
コロナワイヤ（１１３）と、前記コロナワイヤ（１１３）と前記半導体構造体ホルダ（１１１）との間に電圧を印加するための手段（１１４）とを更に備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項９】
前記コロナワイヤ（１１３）を前記半導体構造体ホルダ（１１１）に対して移動させるための手段（１１２）を更に備える、請求項８に記載の装置（１００）。
【請求項１０】
不動態化溶液を前記半導体構造体（１１７）へ供給するようになっている不動態化溶液供給源（１１５）を更に備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
紫外線を前記測定位置へと向けるための前記手段（１０９）がパルス紫外線レーザを備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１２】
基板（２０４）と、前記基板（２０４）上に形成される絶縁材料の層（２０５）と、絶縁材料の前記層（２０５）上に形成される半導体材料の層（２０６）とを備える半導体構造体（１１７）を設けるステップと、
測定実行を行なうステップと、
を備え、
測定実行を行なう前記ステップが、
マイクロ波放射線（２０１）により前記半導体構造体（１１７）を照射する工程と、
測定位置（１１９）に設けられる前記半導体構造体（１１７）の部分へ紫外線（１１８）を向ける工程と、
前記測定位置（１１９）に対して所定の空間的関係を有する少なくとも１つの接触点（２１０）と前記基板（２０４）との間にバイアス電圧を印加する工程と、
前記紫外線（１１８）に応じて前記半導体構造体（１１７）から反射されるマイクロ波放射線（２０２）の強度の変化を測定する工程と、
を含む、電荷キャリアの寿命を測定する方法であって、
前記半導体構造体（１１７）を前記測定位置（１１９）に対して移動させるステップと、
前記測定実行を少なくとも１回繰り返し、その際、前記測定位置（１１９）と前記少なくとも１つの接触点（２１０）との間の前記所定の空間的関係が維持される、ステップと、
を更に備える、方法。
【請求項１３】
前記半導体構造体（１１７）を設ける前記ステップが、半導体材料の前記層（２０６）の表面を不動態化する工程を備える、請求項１２に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項１４】
半導体材料の前記層（２０６）の前記表面を前記不動態化する前記工程が、半導体材料の前記層（２０６）の前記表面に対して不動態化溶液を供給する工程を含む、請求項１３に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項１５】
前記不動態化溶液が、希釈フッ化水素、及びハロゲンを溶媒に溶かした溶液のうちの少なくとも一方を含む、請求項１４に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項１６】
半導体材料の前記層（２０６）の前記表面を前記不動態化する前記工程が、半導体材料の前記層（２０６）上に誘電体材料の層（２０７）を形成する工程を含む、請求項１３に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項１７】
誘電体材料の前記層（２０７）の表面にコロナ放電が印加されて、誘電体材料の前記層の前記表面が帯電される、請求項１６に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項１８】
各測定実行の前に前記コロナ放電が印加される、請求項１７に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項１９】
半導体材料の層（２０６）と誘電体材料の層（２０７）との間の界面を硬化するためにアニーリングを行なうステップを更に備える、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項２０】
前記半導体構造体（１１７）を設ける前記ステップが、半導体材料の前記層（２０６）上に複数の導電性の接点構造（４１１、４１２、４１３）を形成する工程を更に備え、各測定実行時に、前記基板（２０４）と前記複数の接点構造（４１１、４１２、４１３）のうちの１つとの間に前記バイアス電圧が印加され、前記紫外線（１１８）が、前記複数の接点構造（４１１、４１２、４１３）のうちの前記１つに対して前記所定の空間的関係を有する前記半導体構造体（１１７）の部分へと向けられる、請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項２１】
前記複数の接点構造（４１１、４１２、４１３）のそれぞれが、リング形状形態、正方形状形態、及び長方形状形態のうちの１つを有するとともに、中心開口（４３０、４３１）を備える、請求項２０に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項２２】
前記基板（２０４）と前記少なくとも１つの接触点との間に前記バイアス電圧を印加する前記工程が、少なくとも１つの電極（１１０、３１２〜３２１、３３１〜３３８）によって前記半導体構造体（１１７）を穿刺することを含む、請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項２３】
前記半導体構造体（１１７）の複数の部分（４２０、４２１、４２２）同士の間を電気的に絶縁する絶縁構造体を形成するステップを更に備え、各測定実行時に、前記紫外線（１１８）が前記半導体構造体（１１７）の前記複数の部分（４２０、４２１、４２２）のうちの１つへと向けられ、前記少なくとも１つの接触点が前記半導体構造体（１１７）の前記複数の部分のうちの前記１つに設けられる、請求項１２〜２２のいずれか１項に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項２４】
前記絶縁構造体が、トレンチ（４０４、４０５）、酸化領域、及び窒化領域のうちの少なくとも１つを備える、請求項２３に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【請求項２５】
前記絶縁構造体を形成する前記ステップが、浅いトレンチ分離を形成する工程、メサを形成する工程、半導体材料の前記層（２０６）の局部酸化を行なう工程のうちの少なくとも１つを備える、請求項２３または２４に記載の電荷キャリアの寿命を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体構造体における電荷キャリアの寿命を測定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、例えばトランジスタ、キャパシタ、及びレジスタなどの多数の個々の回路素子を備える。これらの回路素子は、メモリデバイス、論理デバイス、及びマイクロプロセッサなどの複雑な回路を形成するために導電性形態部によって接続される。近年の集積回路において、回路素子は、いわゆる半導体オンインシュレータ構造体上または該半導体オンインシュレータ構造体中に形成される場合がある。半導体オンインシュレータ構造体は、基板上に設けられる絶縁材料の層上に形成される半導体材料の層、例えばシリコンの層を備える。絶縁材料は例えば二酸化ケイ素を含んでいる場合があり、また、基板はシリコンウエハを備えている場合がある。回路素子の特性は、半導体材料の層の特性に影響され得る。特に、回路素子の特性は、半導体材料の層における電荷キャリア（電子及び正孔）の再結合寿命によって影響され得る。したがって、半導体材料の層における電子及び／又は正孔の再結合寿命を測定することが望ましい場合がある。
【０００３】
電荷キャリアの再結合寿命を測定する従来技術に係る方法では、マイクロ波放射線によって半導体ウエハが照射される。ウエハにおける電荷キャリアの濃度に関連するマイクロ波放射線におけるウエハの反射率は、反射されるマイクロ波放射線の強度を測定することによって監視される。ウエハ中に電子−正孔対を形成するためにレーザパルスが印加される。電子正孔対の形成に起因して、電荷キャリアの濃度、特に少数キャリアの濃度が増大される。これにより、過剰な少数キャリアが生成される。過剰な少数キャリアの生成は、マイクロ波放射線におけるウエハの反射率の増大をもたらす。
【０００４】
その後、過剰な少数キャリアは多数キャリアと再結合することができ、それにより、マイクロ波放射線におけるウエハの反射率の減少がもたらされる。過剰な少数キャリアの寿命に関連し得る減少の時定数が決定される場合がある。
【０００５】
電荷キャリアの寿命を決定する従来技術に係る方法の１つの例では、指数関数、すなわち、
Ｒ（ｔ）＝Ａ＋Ｂexp（−ｔ／τ１）
が、反射率がほぼ指数関数的に減少する期間にわたって得られる測定データに対して当てはめられ得る。この場合、ｔは、レーザパルス以降に経過した時間を示しており、また、Ａ、Ｂ、τ１は、Ｒ（ｔ）がその期間にわたって得られる反射率測定値をできるだけ正確に表すように適合されるパラメータである。パラメータτ１は、“一次モード寿命”として示され、過剰な少数キャリアの寿命のための指標を与え得る。
【０００６】
電荷キャリアの寿命を決定する方法の従来技術に係る方法の他の例では、測定された反射率とレーザパルスを印加する前に決定される反射率との間の差を表わす差分信号が１／ｅだけ減衰する期間が決定される。この場合、ｅは、当業者に良く知られるオイラー数である。Ｖ０が差分信号の最大値である場合、差分信号がＶ０からＶ０／ｅへと減衰する時間τeが測定される。時間τeは、“１／ｅ寿命”として示され、過剰な少数キャリアの寿命のための指標を与え得る。
【０００７】
過剰な少数キャリアの寿命は、ウエハの体積中における再結合中心での電荷キャリアの再結合及びウエハの表面での電荷キャリアの再結合の両方によって影響され得る。体積中の電荷キャリアの再結合は内部再結合寿命によって特徴付けられ、一方、表面での電荷キャリアの再結合は表面再結合寿命によって特徴付けられ得る。
【０００８】
内部再結合寿命は、再結合がウエハの体積中の再結合中心でのみ起こる場合に得られる過剰な電荷キャリアの寿命として規定される。内部再結合寿命は、ウエハ材料の特性を特徴付ける量であり、ウエハの幾何学的形状とはほぼ無関係である。表面再結合寿命は、再結合がウエハの表面でのみ起こる場合に得られる電荷キャリアの寿命として規定される。表面再結合寿命は、ウエハの幾何学的形状によって、特に、ウエハの厚さによって影響され得る。この場合、表面再結合寿命は、ウエハの厚さが減少される場合に増大し得る。
【０００９】
ウエハにおける過剰な少数キャリアの寿命が決定される場合、電荷キャリアの再結合がウエハの表面で優先的に起これば、測定された寿命が表面再結合寿命にほぼ等しくなり得る。しかしながら、電荷キャリアの再結合がウエハの体積中で優先的に起こる場合には、測定された寿命が内部再結合寿命にほぼ等しくなり得る。表面での電荷キャリア再結合の速度と体積中での電荷キャリア再結合の速度とが同じ程度の大きさである場合、過剰な少数キャリアの寿命の測定値は、表面再結合寿命及び内部再結合寿命の両方に応じた値を示し得る。
【００１０】
そのため、内部再結合寿命の測定は、電荷キャリア再結合がウエハの体積中で優先的に起こるように表面再結合寿命を増大させるための対策を必要とし得る。そのような対策は、従来、“表面の不動態化”として示される。内部再結合寿命を決定する従来技術に係る方法の例では、内部再結合寿命の１０倍よりも長い表面再結合寿命を得ることが望ましい場合がある。従来技術では、ウエハの厚さを増大させることによって、ウエハの表面上で二酸化ケイ素の層を成長させることによって、測定を行なう前にウエハを希釈フッ酸（fluoric acid）中に挿入することによって、あるいは、ウエハがヨウ素溶液中に投じられる間に測定を行なうことによって、表面での電荷キャリア再結合の可能性を減らすことが提案されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
半導体オンインシュレータ構造体の半導体材料の層における過剰な少数キャリアの寿命の測定は、以下で説明するように、それと関連付けられる特定の問題を伴う場合がある。
【００１２】
第１に、半導体材料の層中に過剰な少数キャリアを選択的に形成するために紫外線領域のレーザパルスが使用される場合がある。
【００１３】
比較的長い波長を有するレーザパルス、例えば電磁スペクトルの近赤外線領域のレーザパルスが半導体オンインシュレータ構造体に印加される場合には、半導体層及び基板の両方がレーザパルスによって照射される。これは、近赤外光におけるシリコンなどの半導体材料の吸収係数が比較的低く、それにより、レーザパルスが半導体材料の層を貫通し得るからである。そのため、マイクロ波放射線における半導体オンインシュレータ構造体の反射率に影響を及ぼし得る過剰な少数キャリアは、基板及び半導体材料の層の両方に生成される。
【００１４】
半導体オンインシュレータ構造体における過剰な少数キャリアの寿命の測定が赤外光を備えるレーザパルスによって行なわれる場合には、半導体材料の層における過剰な少数キャリアと基板における過剰な少数キャリアとがマイクロ波放射線における半導体オンインシュレータ構造体の反射率に寄与し、それにより、半導体材料の層の寄与を基板の寄与から分離することが難しくなる。
【００１５】
しかしながら、紫外線は、半導体材料の層中に比較的大きい度合いまで吸収され得るため、過剰な少数キャリアが実質的に半導体材料の層のみに生成され得る。そのため、測定の結果に対する基板の影響が減少され得る。
【００１６】
また、半導体材料の層における電荷キャリアは、半導体材料の層の表面、及び半導体材料の層と基板との間の界面の両方で再結合し得る。したがって、半導体材料の層における内部再結合寿命を測定するためには、半導体材料の層の表面を不動態化して、表面での電荷キャリア再結合の可能性を減らすとともに、半導体材料の層と絶縁材料の層との間の界面での電荷キャリア再結合の可能性を減らすための対策を講じることが望ましい場合がある。
【００１７】
従来技術では、前述した不動態化技術に類似する不動態化技術を半導体材料の層の表面に適用すること、及び半導体材料の層と基板との間にバイアス電圧を印加することが提案されてきた。この目的のため、半導体材料の層の表面にグランド接点が設けられる場合があり、また、基板が電圧源に接続される場合がある。
【００１８】
バイアス電圧の極性は、半導体材料の層と絶縁層との間の界面における半導体材料の層中で多数キャリアの蓄積が引き起こされるようになっていてもよく、あるいは、界面で反転が引き起こされるようになっていてもよい。この場合、界面での多数電荷キャリアの密度は減少される。蓄積が引き起こされる場合、界面での電場は、少数電荷キャリアを界面から離間させるように推し進め得る。反転が引き起こされる場合には、界面での少数キャリアのための再結合相手の密度が減少される。したがって、蓄積及び反転はいずれも、半導体材料の層と絶縁層との間の界面での再結合の可能性を減らすのに役立ち得る。
【００１９】
半導体オンインシュレータ構造体における電荷キャリアの寿命を測定する従来技術に係る方法の問題点は、バイアス電圧によって形成される電場がグランド接点の近傍でしか適切に規定され得ないという点である。そのため、グランド接点の近傍では半導体材料の層と絶縁層との界面で適切な蓄積または反転を得ることができるが、これは、グランド接点から隔たった場所では当てはまり得ない。したがって、グランド接点から距離を隔てて設置される半導体オンインシュレータ構造体の部分では、半導体材料の層と絶縁層との間の界面での電荷キャリア再結合の望ましくない高い可能性を得る場合がある。
【００２０】
半導体オンインシュレータ構造体における電荷キャリアの寿命を測定する従来技術に係る方法の他の問題点は、グランド接点と基板との間に印加される電場が絶縁層を通じて流れる漏れ電流を生成し得るという点である。電荷キャリアの寿命を測定する従来技術に係る方法では比較的高いバイアス電圧が必要とされるため、比較的高い漏れ電流を得る場合があり、また、絶縁層を貫く新たな漏れ経路が形成される場合さえある。また、漏れは、半導体オンインシュレータ構造体の縁部で生じ得る。漏れ電流は、電荷キャリア寿命の測定に悪影響を及ぼし得る。これは、漏れ電流が、再結合したキャリアに取って代わる更なるキャリアを与える（誤って寿命値を過大評価する）場合があり、あるいは、未だ再結合していないキャリアを除去する（誤って寿命値を過小評価する）場合があるからである。
【００２１】
本発明の目的は、前述した問題を回避することができ、又は少なくとも減らすことができる、電荷キャリアの寿命を測定するための装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
電荷キャリアの寿命を測定するための本発明に係る装置は、紫外線を測定位置へと向けるための手段を備える測定プローブを備える。随意的に、測定プローブは、測定位置に対して所定の空間的関係を成して設けられる少なくとも１つの電極を更に備える。装置は、マイクロ波放射線を測定位置へと向けるようになっているマイクロ波源と、紫外線に応じて測定位置で反射されるマイクロ波放射線の強度の変化を測定するようになっているマイクロ波検出器と、半導体構造体を受けるとともに、半導体構造体の一部に電気的に接触するようになっている半導体構造体ホルダとを更に備える。また、半導体構造体の少なくとも一部を測定位置に位置決めするために基板ホルダを測定プローブに対して移動させるための手段が設けられる。装置は、半導体構造体ホルダと電極との間にバイアス電圧を印加するようになっている電源を更に備える。
【００２３】
少なくとも１つの電極と測定プローブとの間の所定の空間的関係に起因して、半導体構造体の測定位置で所定の電場分布を得ることができる。そのため、適切に規定されるバイアス電圧を測定位置で得ることができる。電極は測定プローブの一部であるため、半導体構造体の異なる位置で測定を行なうために測定プローブが半導体構造体ホルダに対して移動しても、所定の空間的関係が維持される。したがって、半導体構造体の異なる場所での測定を明確に規定された測定条件下で行なうことができる。
【００２４】
また、少なくとも１つの電極が測定位置の近傍に設けられてもよい。これにより、バイアス電圧を測定位置の近傍に選択的に印加することができる。したがって、印加された電場が測定位置の近傍で良好に制御され、それにより、半導体材料の層と絶縁層との間の界面で蓄積または反転層の制御がなされる。
【００２５】
１つの実施形態において、少なくとも１つの電極は、測定位置に隣接して設けられる１つの電極を備える。したがって、都合のよい方法で測定位置の近傍にバイアス電圧を印加することができる。
【００２６】
他の実施形態では、少なくとも１つの電極が第１の電極と第２の電極とを備え、測定位置が第１の電極と第２の電極との間に設置される。この電極配置は、検査されるべき半導体構造体の表面と平行な方向の比較的小さい電場成分を得るのに役立ち得る。したがって、測定位置に生成される電荷キャリアを測定位置から離れるように推し進める半導体構造体中の電流を減らすことができる。これは、測定の精度を高めるのに役立ち得る。
【００２７】
少なくとも１つの電極は、第１のラインに沿って配置される複数の第１の電極と、第２のラインに沿って配置される複数の第２の電極とを備えてもよく、この場合、上記第２のラインは上記第１のラインと平行であり、上記測定位置が第１のラインと第２のラインとの間に設置される。代替的に、又はこれに加えて、少なくとも１つの電極は、測定位置を円形に取り囲む複数の電極を備えてもよい。したがって、測定位置で所望の電場分布を得ることができる。
【００２８】
少なくとも１つの電極は、半導体構造体を穿刺するようになっている針を備えてもよい。これにより、例えば半導体構造体の表面を不動態化するために意図的に形成されてもよく、又は半導体構造体が空気及び／又は水分に晒されるときに半導体材料の酸化によって不意に形成される場合がある電気絶縁材料の層によって半導体材料の層が覆われても、半導体構造体に設けられる半導体材料の層に対して電気的な接続を行なうことができる。
【００２９】
他の実施形態において、少なくとも１つの電極は、半導体構造体上に形成される導電性の接点構造に対して電気的に接続するようになっていてもよい。これにより、電極によって半導体材料と接触することに代わる方法で、バイアス電圧を印加するべく半導体構造に対する電気的接続を行なうことができる。
【００３０】
装置は、コロナワイヤと、コロナワイヤと半導体構造体ホルダとの間に電圧を印加するための手段とを更に備えてもよい。これにより、半導体構造体上に形成される誘電体材料の層の表面を帯電するために使用され得るコロナ放電をコロナワイヤの近傍に生成することができる。帯電表面を有する誘電体材料の層は、半導体構造体の表面を効率的に不動態化するために使用されてもよい。
【００３１】
装置は、コロナワイヤを半導体構造体ホルダに対して移動させるための手段を更に備えてもよい。これにより、誘電体材料の層の表面のほぼ全体を効率的な方法で均一に帯電させることができる。
【００３２】
他の実施形態において、装置は、不動態化溶液を半導体構造体へ供給するようになっている不動態化溶液供給源を更に備えてもよい。したがって、半導体構造体の表面を化学的に改質することにより半導体構造体の表面を不動態化することができる。
【００３３】
紫外線を測定位置へと向けるための手段は、パルス紫外線レーザを備えてもよい。したがって、半導体構造体を紫外線で照射することにより、過剰な少数キャリアを効率的な方法で半導体構造体に生成することができる。
【００３４】
電荷キャリアの寿命を測定する本発明に係る方法は、基板と、上記基板上に形成される絶縁材料の層と、絶縁材料の上記層上に形成される半導体材料の層とを備える半導体構造体を設けるステップを備える。測定実行が行なわれる。測定実行は、マイクロ波放射線により半導体構造体を照射する工程と、測定位置に設置される半導体構造体の部分へと紫外線を向ける工程とを含む。測定位置に対して所定の空間的関係を有する少なくとも１つの接触点と基板との間にバイアス電圧が印加される。紫外線に応じて半導体構造体から反射されるマイクロ波放射線の強度の変化が測定される。電荷キャリアの寿命を測定する方法は、半導体構造体を測定位置に対して移動させるステップと、測定実行を少なくとも１回繰り返し、その際、測定位置と少なくとも１つの接触点との間の所定の空間的関係が維持される、ステップとを更に備える。
【００３５】
半導体材料の層及び絶縁材料の層が半導体オンインシュレータ構造体を形成し、そのため、半導体オンインシュレータ構造体における電荷キャリアの再結合を検査することができる。測定位置と接触点との間の所定の空間的関係が少なくとも２つの測定実行時に維持されるため、各測定実行中に半導体構造体の測定位置の近傍で所定の電場分布を得ることができる。そのため、測定が行なわれるときには常に、適切に規定されるバイアス電圧を測定位置で得ることができる。したがって、測定実行間で半導体構造体が測定位置に対して移動される場合には、半導体構造体の異なる場所での測定を明確に規定される測定条件下で行なうことができるとともに、バイアス電圧を測定位置の近傍に選択的に印加することができ、それにより、半導体構造体の界面での電荷キャリアの再結合を減らすために必要とされるバイアス電圧を減少させることができる。したがって、バイアス電圧によって引き起こされる漏れ電流を有利に減らすことができる。バイアス電圧は、絶縁材料の層の厚さ及び測定面積にしたがって選択されてもよい。
【００３６】
半導体構造体を設ける上記ステップは、半導体材料の層の表面を不動態化する工程を備えてもよい。半導体材料の層の表面の不動態化は、半導体構造体の表面での電荷キャリアの再結合の可能性を減らすのに役立ち得る。
【００３７】
１つの実施形態において、半導体材料の層の表面の不動態化は、半導体材料の層の表面に対して不動態化溶液を供給することを含んでもよい。不動態化溶液は、希釈フッ化水素、及びハロゲンを溶媒中に溶かした溶液のうちの少なくとも一方を含んでもよい。不動態化溶液を加えることにより、半導体構造体の表面の化学的構造を変えることができ、それにより、表面での電荷キャリア再結合の可能性を減らすことができる。
【００３８】
他の実施形態において、半導体材料の層の表面の不動態化は、半導体材料の層上に誘電体材料の層を形成することを含んでもよい。半導体材料の層の表面上の誘電体材料の存在は、半導体材料の層の表面での電荷キャリア再結合の可能性を減少させることができる。
【００３９】
半導体材料の層の表面の不動態化は、誘電体材料の層の表面にコロナ放電を加えて、誘電体材料の層の表面を帯電させることを更に含んでもよい。誘電体材料の層は電気的に絶縁であるため、１つ以上の測定実行を行なうのに十分な期間にわたって表面を帯電させたままにすることができる。帯電された表面は半導体材料の層に電場を生成することができ、それにより、半導体材料の層の表面の近傍で多数電荷キャリアの蓄積及び／又は反転が得られる。これは、半導体構造体の表面の近傍での電荷キャリア再結合の可能性を減らすのに役立ち得る。
【００４０】
各測定実行の前に上記コロナ放電が加えられてもよい。これにより、半導体構造体において再現可能な電場状態下で測定実行を行なうことができる。
【００４１】
幾つかの実施形態では、半導体材料の層と誘電体材料の層との間の界面を硬化するためにアニーリングが行なわれてもよい。これは、界面での再結合中心の数を減らすのに役立ち得る。
【００４２】
半導体構造体を設ける上記ステップは、半導体材料の層上に複数の導電性の接点構造を形成する工程を更に備えてもよい。各測定実行時に、基板と複数の接点構造のうちの１つとの間にバイアス電圧を印加することができ、また、紫外線は、複数の接点構造のうちの上記１つに対して所定の空間的関係を有する半導体構造体の部分へと向けられてもよい。これにより、測定位置に対して所定の空間的関係を有する少なくとも１つの接触点を与えることができる。
【００４３】
他の実施形態において、基板と少なくとも１つの接触点との間に上記バイアス電圧を印加する上記工程は、少なくとも１つの電極によって半導体構造体を穿刺することを含んでもよい。そのため、半導体構造体の表面を不動態化するために注意深く形成されてもよく、又は半導体構造体が空気及び／又は水分に晒されるときに不注意に形成される場合がある薄い誘電体層が存在する場合であっても、少なくとも１つの接触点を半導体構造体に対して電気的に接続することができる。
【００４４】
電荷キャリアの寿命を測定する本発明に係る方法は、半導体構造体の複数の部分同士の間を電気的に絶縁する絶縁構造体を形成するステップを更に備えてもよい。各測定実行時に、紫外線が半導体構造体の上記複数の部分のうちの１つへと向けられてもよく、また、少なくとも１つの接触点が半導体構造体の上記複数の部分のうちの上記１つに設けられてもよい。これにより、半導体構造体の複数の部分のうちの上記１つと基板との間にバイアス電圧を選択的に印加することができる。これは、半導体構造体に明確な電場分布を与えるのに役立ち得るとともに、特に絶縁材料の層での漏れ電流の悪影響を回避するのに役立ち得る。
【００４５】
少なくとも１つの絶縁構造体は、少なくとも１つのトレンチ、酸化領域、及び窒化領域を備えてもよい。絶縁構造体を形成する上記ステップは、浅いトレンチ分離を形成する工程、メサを形成する工程、半導体材料の層の局部酸化を行なう工程のうちの少なくとも１つを備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】電荷キャリアの寿命を測定するための本発明の一実施形態に係る装置の概略斜視図を示している。
【図２】電荷キャリアの寿命を測定する本発明の一実施形態に係る方法の一段階における半導体構造体の概略断面図を示している。
【図３ａ】本発明の実施形態に係る測定位置及び接触点の空間的配置の概略図を示している。
【図３ｂ】本発明の実施形態に係る測定位置及び接触点の空間的配置の概略図を示している。
【図３ｃ】本発明の実施形態に係る測定位置及び接触点の空間的配置の概略図を示している。
【図４ａ】電荷キャリアの寿命を測定する本発明の一実施形態に係る方法の段階における半導体構造体の概略断面図を示している。
【図４ｂ】電荷キャリアの寿命を測定する本発明の一実施形態に係る方法の段階における半導体構造体の概略断面図を示している。
【図４ｃ】電荷キャリアの寿命を測定する本発明の一実施形態に係る方法の段階における半導体構造体の概略断面図を示している。
【図５ａ】電荷キャリアの寿命を測定する本発明の一実施形態に係る方法の最中に半導体構造体上に形成される接点構造の概略平面図を示している。
【図５ｂ】電荷キャリアの寿命を測定する本発明の一実施形態に係る方法の最中に半導体構造体上に形成される接点構造の概略平面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
ここで、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００４８】
図１は、電荷キャリアの寿命を測定するための本発明の一実施形態に係る装置１００の概略斜視図を示している。装置１００は測定プローブ１０８を備える。測定プローブ１０８は、電磁放射線１１８を測定位置１１９へ向けるようになっている光源１０９を備えてもよい。幾つかの実施形態において、光源１０９は、電磁スペクトルの紫外線領域で光を放射するようになっていてもよく、及び／又は、比較的短い持続時間を有する光パルスを放射するように構成することができる。１つの実施形態において、光源１０９は、パルス紫外線レーザ、例えば約３３７ｎｍの波長を有する光を放射するようになっている当業者に良く知られるタイプの窒素ガスレーザを備えることができる。レーザによって放射されるパルスの持続時間は、約１ｎｓの値を有していてもよい。
【００４９】
測定プローブ１０８は、半導体構造体１１７上の接触点に対する電気的接続を行なうようになっている電極１１０を更に備える。電極１１０及び光源１０９は測定プローブ１０８に固定されていてもよい。したがって、電極１１０、光源１０９、及び測定位置１１９の間に所定の空間的配置を与えることができる。
【００５０】
本発明は、単一の電極１１０が設けられる実施形態に限定されない。他の実施形態では、半導体構造体１００が複数の電極を備えてもよく、その場合、各電極は、半導体構造体１１７上の複数の接触点のうちの１つに対する電気的接続を行なうように構成される。以下、測定位置１１９に対する電極１１０または複数の電極の配置について更に詳しく説明する。
【００５１】
幾つかの実施形態では、光源１０９の一部が測定プローブ１０８とは異なる場所に設けられてもよい。例えば、１つの実施形態において、光源１０９は、電磁放射線を発生させるようになっているレーザを備えてもよい。レーザは、測定プローブ１０８とは異なる場所に設けることができる。光源１０９は、レーザにより放射される電磁放射線を測定位置１１９へ向けるために測定プローブ１０８に接続される光学部品と、レーザによって放射される放射線を測定プローブ１０８に接続される光学部品へと案内するための手段とを更に備えてもよい。レーザによって放射される放射線を案内するための手段は、例えば、１つ以上の光ファイバ、及び／又は、ミラー、プリズム及び／又はレンズの配置を備えてもよい。
【００５２】
装置１００はマイクロ波源１０２を更に備える。マイクロ波源１０２は、当業者に良く知られるタイプのマイクロ波送信器、例えばガンダイオードを備える回路を備えてもよい。１つの実施形態において、マイクロ波源１０２は、比較的高い周波数、例えば約３０ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波信号を供給するようになっていてもよい。また、装置１００は、当業者に良く知られるタイプのマイクロ波受信器であってもよいマイクロ波検出器１０４を備える。
【００５３】
マイクロ波源１０２及びマイクロ波検出器１０４は、サーキュレータ１０３に接続することができる。サーキュレータ１０３はアンテナ１０５に接続することができる。サーキュレータは、当業者に良く知られたデバイスであり、第１のポート１２０と、第２のポート１２１と、第３のポート１２２とを有する。第１のポート１２０はマイクロ波源１０２に接続され、第２のポート１２１はアンテナ１０５に接続され、第３のポート１２２はマイクロ波検出器１０４に接続される。マイクロ波源１０２によって発生されて第１のポート１２０へ供給されるマイクロ波信号は、第２のポート１２１へと転送される。第２のポート１２１へ供給されるアンテナ１０５からのマイクロ波信号は、マイクロ波検出器１０４に接続される第３のポートへ転送される。したがって、アンテナ１０５は、マイクロ波放射線を測定位置１１９へと方向付けるため及び測定位置１１９で反射されたマイクロ波放射線を受けるための両方で使用されてもよい。
【００５４】
本発明は、図１に示される単一のアンテナ１０５及びサーキュレータ１０３を備える実施形態に限定されない。他の実施形態において、装置１００は、マイクロ波放射線を測定位置１１９へと向けるためにマイクロ波源１０２に接続される第１のアンテナと、測定位置１１９で反射されたマイクロ波放射線を受けるためにマイクロ波検出器１０４に接続される第２のアンテナとを備えてもよい。
【００５５】
マイクロ波検出器１０４は、測定位置１１９で反射されるマイクロ波放射線の強度を測定するように構成することができる。特に、マイクロ波検出器１０４は、以下で更に詳しく説明するように、測定位置１１９が光源１０９により電磁放射線１１８で照射された後に得られる反射されたマイクロ波放射線の強度の変化を測定するようになっていてもよい。
【００５６】
装置１００は、半導体構造体１１７を受けるようになっている半導体構造体ホルダ１１１を更に備える。以下で更に詳しく説明するように、半導体構造体１１７は、例えばシリコンウエハなどの半導体ウエハの形態で設けられてもよい基板を備えることができる。１つの実施形態において、半導体構造体ホルダ１１１は、当業者に良く知られるタイプのウエハチャックを備えることができる。ウエハチャックが導電性材料を備えてもよい。そのため、半導体構造体１１７の一部に対する電気的接続を半導体構造体ホルダ１１１を介して行なうことができる。半導体構造体１１７が半導体ウエハを含む基板を備える実施形態において、半導体構造体ホルダ１１１は、基板に対する電気的接続を行なうように構成することができる。
【００５７】
幾つかの実施形態において、半導体構造体ホルダ１１１は、半導体構造体１１７を所定の温度に維持するようになっているサーモスタット（図示せず）を更に備えてもよい。それにより、装置１００によって行なわれる測定の結果に対する温度変動の影響を減らすことができる。
【００５８】
装置１００は、基板ホルダ１１１を測定プローブ１０８に対して移動させるための手段を更に備えてもよい。１つの実施形態において、基板ホルダ１１１を測定プローブ１０８に対して移動させるための手段は、当業者に知られるタイプの並進ステージ１１２を備えてもよく、その場合、半導体構造体ホルダ１１１が並進ステージ１１２に固定される。並進ステージ１１２は、座標系１２３によって図１に示されるｘ方向及び／又はｙ方向に半導体構造体ホルダを移動させるようになっていてもよい。本発明は、基板ホルダ１１１が移動できる実施形態に限定されない。他の実施形態では、半導体構造体ホルダ１１１を固定された場所に設けることができ、また、例えば測定プローブ１０８を並進ステージ１１２に類似する並進ステージに接続することによって測定プローブ１０８を移動させることができる。
【００５９】
測定プローブ１０８は、幾つかの実施形態では、測定位置１１９での電磁放射線１１８の入射方向と略平行な方向に電極１１０を移動させるための手段を備えてもよく、上記方向は、幾つかの実施形態では、座標系１２３に示されるｚ方向であってもよい。電極を移動させるための手段は、当業者に知られるタイプのアクチュエータを備えてもよい。それにより、電極１１０は、電極１１０を半導体構造体１１７へ至るまで下降させることによって、又は電極１１０を上方へ移動させることによってそれぞれ、半導体構造体１１７と接触されてもよく、又は半導体構造体１１７から取り除かれてもよい。他の実施形態において、装置１００は、半導体構造体ホルダ１１１をｚ方向に移動させるための手段、例えば当業者に知られるタイプのアクチュエータを備えてもよい。
【００６０】
半導体構造体ホルダ１１１を測定プローブ１０８に対して移動させることにより、半導体構造体１１７の一部が測定位置１１９に位置付けられて、半導体構造体１１７の一部にある電荷キャリアの寿命が測定されてもよい。その後、半導体構造体ホルダ１１１及び測定プローブ１０８が再び互いに対して移動されて、半導体構造体１１７の他の部分が測定位置１１９に位置付けられ、半導体構造体１１７の他の部分にある電荷キャリアの寿命が測定されてもよい。このように、電荷キャリア寿命の空間的に分解された測定値が得られてもよい。
【００６１】
装置１００は電源１０６を更に備えてもよい。電源１０６は、電極１１０及び半導体構造体ホルダ１１１に対して接続することができ、また、半導体構造体ホルダ１１１、及びしたがって、幾つかの実施形態では半導体構造体１１７の基板と電極１１０との間にバイアス電圧を印加するようになっていてもよい。それにより、以下で更に詳しく説明するように、多数キャリアの蓄積及び／又は反転が半導体構造体１１７に設けられる材料層間の界面に生み出されてもよい。
【００６２】
装置１００は、半導体構造体１１７の表面を不動態化するための手段を更に備えてもよい。幾つかの実施形態において、半導体構造体１１７の表面を不動態化するための手段は、コロナワイヤ１１３と、コロナワイヤ１１３、基板ホルダ１１１及び／又は半導体構造体１１７の一部の間に電圧を印加するようになっている電源１１４とを備えてもよい。電源１１４によって印加される電圧は、コロナワイヤ１１３の近傍にコロナ放電を生成するようになっていてもよい。そのような実施形態において、装置１００は、半導体構造体１１７及び／又は基板ホルダ１１１に対してコロナワイヤ１１３を移動させるための手段を備えてもよい。例えば、並進ステージ１１２は、半導体構造体ホルダ１１１をコロナワイヤ１１３の下側で移動させるように構成することができる。この場合、半導体構造体ホルダ１１１とコロナワイヤ１１３との間の距離は、半導体構造体ホルダ１１１上に設けられる半導体構造体１１７に対してコロナ放電が加えられるように適合されてもよい。したがって、半導体構造体１１７の表面上に静電荷が形成されてもよい。以下で更に詳しく説明するように、半導体構造体１１７の表面上の静電荷は、表面での電荷キャリアの再結合の可能性を減らすのに役立つ場合がある。したがって、半導体構造体１１７の表面の不動態化が得られてもよい。
【００６３】
他の実施形態において、半導体構造体１１７の表面を不動態化するための手段は、半導体構造体１１７の表面に対して不動態化溶液を加えるための導管１１６に接続される不動態化溶液供給源１１５を備えてもよい。不動態化溶液は、半導体構造体１１７の表面上の材料と化学反応するようになっている化合物を含んでもよい。それにより、半導体構造体１１７の表面の化学的構造は、半導体構造体１１７の表面での電荷キャリアの再結合の可能性が減少されるように改質されてもよい。１つの実施形態において、不動態化溶液供給源は、希釈フッ酸（fluoric acid）を半導体構造体１１７へ供給するようになっていてもよい。他の実施形態において、流体供給源は、ハロゲンの溶液、例えばヨウ素濃度が約０．０２モル／ｌ〜約０．２モル／ｌの範囲の無水（≧９９．９％）エタノールと純（≧９９．８％）ヨウ素との混合物を半導体構造体１１７へ供給するように構成されてもよい。
【００６４】
不動態化溶液供給源１１５は、図１に示されるように半導体構造体１１７が半導体構造体ホルダ１１１上に設けられる間に不動態化溶液を半導体構造体１１７へ供給するようになっている必要はない。他の実施形態において、不動態化溶液は、半導体構造体１１７が他の場所に設けられる間に半導体構造体１１７へ供給されてもよい。それにより、化学反応性の高い不動態化溶液による装置１００の部品の損傷が有利に回避されてもよい。
幾つかの実施形態では、コロナワイヤ１１３及び電源１１４が不動態化溶液供給源１１５及び導管１１６に加えて設けられてもよい。そのため、組み合わせて、又は代替的に異なる不動態化技術が装置１００によって行なわれてもよい。
【００６５】
装置１００が制御ユニット１０１を更に備えてもよく、該制御ユニットは、幾つかの実施形態では、当業者に良く知られるタイプのコンピュータ１０１を備えてもよい。制御ユニット１０１は、マイクロ波源１０２、マイクロ波検出器１０４、電源１１４、１１６、光源１０９、不動態化溶液供給源１１５、測定プローブ１０８、及び並進テーブル１１２に対して接続されてもよい。そのため、装置１００がほぼ自動的な方法で動作されてもよく、また、装置１００によって得られる測定データを処理することができる。
【００６６】
図１及び図２を参照して、電荷キャリアの寿命を測定する本発明に係る方法について説明する。
【００６７】
半導体構造体１１７が設けられてもよい。半導体構造体１１７は基板２０４を備えてもよい。本発明の１つの実施形態において、基板２０４は、半導体材料のウエハ、例えばシリコンウエハを備えてもよい。基板２０４上には、絶縁材料の層２０５、例えば二酸化ケイ素の層と、半導体材料の層２０６、例えばシリコンの層とを形成することができる。１つの実施形態では、層２０６がシリコンを備えてもよい。他の実施形態では、層２０６がシリコンゲルマニウム及び／又はシリコンカーバイドを備えてもよい。当業者が知るように、シリコンゲルマニウム及び／又はシリコンカーバイドの層は、層２０６内での電子及び／又は正孔の移動性を高めるのに役立ち得る固有の弾性応力を半導体構造体１１７中に与えるために使用されてもよい。当業者が知るように、基板２０４、絶縁材料の層２０５、及び半導体材料の層２０６は、半導体オンインシュレータ構造体を形成する。
【００６８】
絶縁材料の層２０５及び半導体材料の層２０６は、例えばスマートカット（商標）テクノロジーを使用する当業者に良く知られる半導体製造技術によって形成されてもよい。１つの実施形態において、絶縁材料の層２０５は、当業者に良く知られる、例えば熱酸化によって基板２０４を酸化することにより形成することができる。その後、分子結合などの既知のボンディング技術を使用して、層２０６の材料を備える補助ウエハが基板２０４に結合されてもよく、また、補助ウエハがクリーブされてもよい。基板２０４上に残存する補助ウエハの部分が半導体材料の層２０６を形成する。
【００６９】
半導体材料の層２０６の表面が不動態化されてもよい。
【００７０】
幾つかの実施形態において、層２０６の表面は、層２０６の材料と化学反応するようになっている不動態化溶液に対して半導体構造体１１７を晒すことによって不動態化させることができる。したがって、層２０６の表面の化学的構造は、層２０６の表面での電荷キャリアの再結合の可能性が減少されるように改質されてもよい。不動態化溶液は、希釈フッ化水素及び／又はハロゲンの溶液、例えばヨウ素を、溶媒、例えばエタノール中に含んでもよい。１つの実施形態において、不動態化溶液は、図１に関連して前述した不動態化溶液供給源１１５及び導管１１６によって半導体構造体１１７へと供給されてもよい。
【００７１】
他の実施形態において、半導体材料の層２０６の表面の不動態化は、半導体材料の層２０６上に誘電体材料の層２０７を形成することを含んでもよい。１つの実施形態において、層２０７は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、及び／又は、酸窒化ケイ素を含んでもよい。層２０６がシリコンを備える実施形態では、当業者に良く知られる熱酸化技術及び／又は窒化技術によって層２０７を形成することができる。他の実施形態では、化学堆積及び／又はプラズマ化学堆積などの良く知られる堆積技術によって層２０７を形成することができる。
【００７２】
随意的に、層２０６と層２０７との間の界面の品質を高めるためにアニーリングが行なわれてもよく、これによっても、界面での表面再結合が減少される。
【００７３】
誘電体材料の層２０７の形成後、半導体構造体１１７が基板ホルダ１１１上に配置されてもよく、また、層２０７の表面が帯電されてもよい。この目的のため、層２０７の表面がコロナ放電に晒されてもよい。幾つかの実施形態において、コロナ放電は、コロナワイヤと基板ホルダ１１１との間にコロナ放電を引き起こすのに十分な電圧を印加するとともに例えば並進ステージ１１２を動作させて半導体構造体１１７をコロナワイヤ１１３に対して移動させることによって、層２０７の表面に加えることができる。
【００７４】
コロナ放電が誘電体材料の層２０７の表面に対して加えられると、図２に参照符号２０８で示されるように、層２０７の表面上に静電荷が形成され得る。静電荷の極性は、コロナワイヤ１１３の極性を変えることによって制御されてもよい。コロナワイヤ１１３が陰極である場合、電荷２０８は図２に示されるようにマイナスとなり得る。コロナワイヤ１１３が陽極である場合、電荷２０８はプラスとなり得る。容量効果に起因して、誘電体材料の層２０７の表面上の静電荷２０８の存在は、誘電体材料の層２０７と半導体材料の層２０６との間の界面で反対の静電荷２０９の形成をもたらし得る。
【００７５】
静電荷２０９の存在は、層２０６、２０７間の界面で多数キャリアの蓄積または反転を引き起こし得る。したがって、層２０６、２０７間の界面での電荷キャリアの再結合の可能性が減少され得る。これは、半導体構造体１１７の表面での電荷キャリアの表面再結合寿命を増大させるのに役立ち得る。
【００７６】
半導体材料の層２０６の表面の不動態化後、測定が実行されてもよい。
【００７７】
測定実行時に、基板ホルダ１１１と半導体材料の層２０６の接触点２１０との間にバイアス電圧が印加されてもよい。
【００７８】
幾つかの実施形態において、接触点２１０は、半導体材料の層２０６と電極１１０によって接触することにより与えられてもよい。この目的のため、電極１１０がチップ２１１を備えてもよい。したがって、電極１１０、または、電極１１０の少なくとも一部が針の形態を有してもよい。電極１１０は、比較的硬質の導電性材料、例えばスチール、タングステン、及び／又はタングステンカーバイドを備えてもよい。接触点２１０を与えるため、電極１１０を半導体構造体１１７へ至るまで下降させることにより、及び／又は半導体構造体１１７を電極１１０へ向けて上方へ移動させることにより、電極１１０と半導体構造体１１７とが互いの方へ移動されてもよい。これにより、電極１１０のチップ２１１は、誘電体材料の層２０７を貫通して、半導体材料の層２０６と接触することができる。したがって、電極１１０は、接触点２１０で半導体材料の層２０６に対して電気的に接続できる。
【００７９】
接触点２１０を設けた後、電源１０６を作動させることにより、基板ホルダ１１１と電極１１０との間にバイアス電圧が印加されてもよい。絶縁材料の層２０５は、半導体材料の層２０６と基板２０４との間での電流の流れを実質的に防止することができる。したがって、半導体材料の層２０６と絶縁材料の層２０５との間の界面に電荷２１２が形成され得る。電荷２１２は、半導体材料の層２０６と絶縁材料の層２０５との間の界面での多数キャリアの蓄積及び／又は反転に起因する。電荷２１２の極性は、半導体構造体ホルダ１１１と電極１１０との間に印加される電圧を変えることによって制御されてもよい。幾つかの実施形態では、電荷２１２の極性が電荷２０９の極性と同じであってもよい。
【００８０】
マイクロ波源１０２は、半導体構造体１１７をマイクロ波放射線で照射するために測定実行中に動作されてもよく、また、半導体構造体１１７から反射されるマイクロ波放射線の強度をマイクロ波検出器１０４によって測定することができる。図２において、参照符号２０１は、半導体構造体１１７に入射するマイクロ波放射線を示しており、また、参照符号２０２は、半導体構造体１１７から反射されるマイクロ波放射線を示している。１つの実施形態では、マイクロ波放射線が約３０ＧＨｚの比較的高い周波数を有してもよい。マイクロ波放射線における半導体構造体１１７の反射率は、半導体構造体１１７中の電荷キャリアの濃度によって、特に、半導体材料の層２０６中の少数キャリアの濃度によって影響され得る。そのため、反射されたマイクロ波放射線の強度は、層２０６中の少数キャリアの濃度に関する指標を与えることができる。
【００８１】
また、電磁放射線１１８は、測定実行中に測定位置１１９へと向けられてもよい。電磁放射線１１８は、測定位置１１９に設けられる半導体構造体１１７の部分に衝突してもよい。電磁放射線１１８は、前述した装置１００の光源１０９を作動させることによって発生させることができる。光源１０９がパルス紫外線レーザを備える実施形態では、パルス紫外線レーザを作動させて１つ以上のレーザパルスを供給することにより電磁放射線１１８が測定位置１１９へと向けられてもよい。
【００８２】
電磁放射線１１８による半導体構造体１１７の照射は、測定位置１１９の近傍に電子−正孔対２０３を生成し得る。電子−正孔対２０３の存在は、測定位置１１９の近傍の少数キャリアの密度を増大させ得る。電磁放射線１１８が紫外線を含む本発明の実施形態において、層２０６の半導体材料中における電磁放射線１１８の侵入深さは、層２０６の厚さより小さくてもよい。これにより、少数キャリアが半導体材料の層２０６中に選択的に生成され、一方、基板２０４中の少数キャリアの密度が、電磁放射線１１８による半導体構造体１１７の照射によって実質的に影響されない。
【００８３】
半導体材料の層２０６中の少数キャリアの密度の変化は、マイクロ波放射線２０１における半導体構造体１１７の反射率の変化をもたらし得る。そのため、半導体構造体１１７が電磁放射線１１８によって照射されると、反射されたマイクロ波放射線２０２の強度の変化、例えば反射されたマイクロ波放射線２０２の強度の増大が観察され得る。
【００８４】
電磁放射線１１８による半導体構造体１１７の照射後、電子−正孔対２０３が再結合し得る。そのため、反射されたマイクロ波放射線２０２の強度は、半導体構造体１１７の照射前に得られる値まで減少し得る。反射されたマイクロ波放射線の強度の減少の持続時間は、半導体材料の層２０６中の電子−正孔対の寿命に関連し得る。層２０６の表面が不動態化プロセスに晒されたため、また、電極１１０と基板２０４との間にバイアス電圧が印加されるため、層２０６の表面及び層２０６、２０５間の界面での電子−正孔対の再結合が実質的に回避され得る。そのため、電子−正孔対２０３の寿命が内部再結合寿命にほぼ等しい。
【００８５】
前述した従来技術に係る電荷キャリア寿命の測定方法と同様に、電子−正孔対２０３の生成において作られる小数キャリアの寿命は、反射されたマイクロ波放射線２０２の測定強度に対して指数関数を当てはめて一次モード寿命を決定することによって決められてもよい。
【００８６】
測定実行の完了後、例えば並進ステージ１１２によって半導体構造体１１７が測定プローブ１０８及び測定位置１１９に対して移動されてもよい。その後、他の測定実行を行なうことができる。電極１１０が測定プローブ１０８に取り付けられているため、半導体構造体１１７における測定位置１１９と電極１１０により与えられる接触点との間の空間的関係が他の測定実行で維持されてもよい。したがって、半導体構造体１１７における電荷キャリアの寿命の空間分解測定を行なうことができる。測定位置１１９と電極１１０との間の空間的関係について図３ａを参照して更に詳しく説明する。図３ａにおいて、参照符号３０２は、測定位置１１９に衝突する電磁放射線１１８のビームの直径を示している。電極１１０は、測定位置１１９の中心から所定の距離３０１を隔てて測定位置１１９に隣接して設けられてもよい。距離３０１は、電極１１０が電磁放射線によって実質的に照射されないように、電磁放射線のビーム３０２の直径３０２の１／２より大きくてもよい。そのため、望ましくない光電子の形成及び／又は電磁放射線１１８の遮断をもたらし得る、電磁放射線１１８による電極１１０の照射を実質的に回避できる。
【００８７】
既に先に述べたように、本発明は、バイアス電圧を印加するために単一の電極１１０が使用される実施形態に限定されない。以下、図３ｂを参照して、複数の電極が設けられる本発明の実施形態について説明する。
【００８８】
図３ｂにおいて、参照符号３１２〜３１６は第１の複数の電極を示しており、また、参照符号３１７〜３２１は第２の複数の電極を示している。第１の複数の電極３１２〜３１６及び第２の複数の電極３１７〜３２１は、図１に関連して前述した装置１００の測定プローブ１０８に取り付けられてもよく、また、第１の複数の電極３１２〜３１６及び第２の複数の電極３１７〜３２１のそれぞれが電源１０６の１つの極に接続されてもよい。電源１０６の第２の極は、図１に示されるように、基板ホルダ１１１に接続できる。したがって、電極３１２〜３２１のそれぞれと半導体構造体１１７の基板２０４との間にバイアス電圧が印加されてもよい。
【００８９】
第１の複数の電極３１２〜３１６が第１のライン３１０に沿って配置されてもよい。第２の複数の電極３１７〜３２１が第２のライン３１１に沿って配置されてもよい。この場合、第１のライン３１０及び第２のライン３１１は互いに略平行である。測定位置１１９は、第１のライン３１０と第２のライン３１１との間に設けられてもよい。測定位置１１９の中心からの第１のライン３１０の距離３２２は、測定位置１１９の中心からの第２のライン３１１の距離３２３にほぼ等しくてもよい。距離３２２及び距離３２３は、電極３１２〜３２１の照射が実質的に回避され得るように、電磁放射線１１８のビームの直径３０２の１／２より大きくてもよい。複数の電極３１２〜３２１を設けると、測定位置１１９の近傍により均一な電場を形成でき有益である。
【００９０】
以下、図３ｃを参照して、複数の電極が設けられる本発明の更なる実施形態について説明する。
【００９１】
図３ｃは、円３３０上に配置される複数の電極３３１〜３３８を示している。円３３０の中心が測定位置１１９の中心に設けられてもよい。それにより、複数の電極３３１〜３３８は測定位置１１９を円形に取り囲む。円３３０の直径３３９は、電磁放射線のビーム１１８の直径３０２より大きくてもよい。それにより、電極３３１〜３３８の照射を実質的に回避できる。電極３３１〜３３８の円形配置は、測定位置１１９に略対称な電場形態を与えることができ有益である。
【００９２】
更なる実施形態では、２つの電極が設けられてもよく、その場合、測定位置１１９が電極間に配置されてもよい。
【００９３】
図３ａ〜図３ｃに関連して前述した実施形態において、各電極１１０、３１２〜３２１、３３１〜３３８は、半導体構造体１１７を穿刺するようになっている針を備えてもよい。それにより、各電極１１０、３１２〜３２１、３３１〜３３８は、半導体材料の層２０６に対して電気的に接続できる。したがって、その配置が電極１１０、３１２〜３２１、３３１〜３３８の配置に対応する複数の接触点に対してバイアス電圧を印加することができる。そのため、測定位置１１９に対して所定の関係を有する複数の接触点を従来の方法で設けることができる。
【００９４】
しかしながら、本発明は、半導体材料の層２０６と接触する１つ以上の電極１１０、３１２〜３２１、３３１〜３３８によって半導体構造体１１７上に接触点が設けられる実施形態に限定されない。
【００９５】
他の実施形態において、接触点は、図４ａ〜図４ｃを参照して以下で説明するように、半導体材料の層２０６上に複数の導電接点構造を形成することによって設けられてもよい。
【００９６】
図４ａは、電荷キャリアの寿命を測定する本発明の一実施形態に係る方法の第１の段階における半導体構造体１１７の概略断面図を示している。
【００９７】
図２を参照して前述した実施形態と同様に、半導体構造体１１７は、基板２０４と、絶縁材料の層２０５と、半導体材料の層２０６とを備える。基板２０４及び層２０４、２０５、２０６の特徴、並びに、層２０５、２０６の形成は、図２を参照して前述したものに対応している。半導体材料の層２０６上には、前述したように層２０６の表面の不動態化のために、誘電体材料の層２０７が形成されてもよい。他の実施形態では、誘電体材料の層２０７が省かれてもよく、また、不動態化溶液によって層２０６の表面の不動態化を行なうことができる。
【００９８】
半導体材料の層２０６及び誘電体材料の層２０７には、絶縁のためにトレンチ４０４、４０５（図４ｂ）を形成することができる。この目的を達成するため、半導体構造体１１７上にマスク４０１が形成される。幾つかの実施形態において、マスク４０１は、フォトレジストを備えてもよく、また、当業者に良く知られるフォトリソグラフィの技術によって形成され得る。他の実施形態では、マスク４０１がハードマスクを備えることができる。ハードマスクの形成のための技術は、半導体処理の当業者に良く知られている。マスク４０１は、トレンチ４０４、４０５が形成されるべき場所に設けられる開口４０２、４０３を備える。開口４０２、４０３間の部分４２０、４２１、４２３がマスク４０１によって覆われる。
【００９９】
図４ｂは、本発明に係る方法のその後の段階における半導体構造体１１７の概略断面図を示している。
【０１００】
マスク４０１の形成後、エッチングプロセスを行なうことができる。エッチングプロセスにおいて、半導体構造体１１７は、最初に、半導体材料の層２０６及びマスク４０１の材料をほぼ無傷の状態のままにしつつ層２０７の誘電体材料を選択的に除去するようになっているエッチャントに晒されてもよい。これにより、マスク４０１の開口４０２、４０３の下側の層２０７に開口を形成することができる。その後、半導体構造体１１７は、マスク４０１及び層２０７、２０５の材料をほぼ無傷の状態のままにしつつ層２０６の半導体材料を選択的に除去するようになっているエッチャントに晒されてもよい。開口４０２、４０３間の半導体構造体１１７の部分４２０、４２１、４２２は、エッチャントによって影響されないようにマスク４０１により保護される。そのため、層２０６、２０７を貫通して延びるトレンチ４０４、４０５を形成できる。トレンチ４０４、４０５の形成後、当業者に良く知られるレジスト除去プロセスによりマスク４０１を除去することができる。
【０１０１】
半導体構造体４０１の部分４２０、４２１、４２２にある半導体材料の層２０６の部分をトレンチによって互いに分離することができ、それにより、トレンチ４０２、４０３は、層２０６の個々の部分同士の間を電気的に絶縁する。したがって、トレンチ４０２、４０３が絶縁構造を形成する。
【０１０２】
幾つかの実施形態において、トレンチ４０４、４０５は、例えば二酸化ケイ素及び／又は窒化ケイ素などの電気絶縁材料で満たされてもよい。これは、当業者に良く知られる酸化、窒化、及び／又は堆積の技術によって行なうことができる。
【０１０３】
あるいは、随意的な層２０７の除去後に、エッチングすることなく、層２０６を酸化し、窒化し、あるいは、絶縁材料へと変換することができる。
【０１０４】
幾つかの実施形態では、トレンチ４０２、４０３及び更なるトレンチ（図示せず）が半導体材料の層２０６及び誘電体材料の層２０７に形成されてもよい。この場合、トレンチが格子パターンで配置される。これらの実施形態の幾つかにおいては、トレンチの第１のサブセットがトレンチの第２のサブセットの方向に対して略垂直な方向に配置されてもよい。それにより、互いに電気的に絶縁される半導体材料の層２０６の部分の正方形または長方形格子が形成されてもよい。
【０１０５】
トレンチ４０４、４０５の形成後、半導体構造体１１７上に複数の導電接点構造４１１、４１２、４１３（図４ｃ）が形成されてもよい。この目的を達成するため、半導体構造体１１７上にマスク４０６が形成されてもよい。マスク４０６は、フォトレジストを備えてもよく、また、当業者に良く知られたフォトリソグラフィの技術によって形成することができる。
【０１０６】
マスク４０６は、接点構造４１１、４１２、４１３が形成されるべき場所に設けられる開口４０７、４０８、４０９を備えてもよい。開口４０７、４０８、４０９の形状は、接点構造４１１、４１２、４１３の所望の形状に対応していてもよい。開口４０７、４０８、４０９の底部で、誘電体材料の層２０７が露出され、或いは除去されてもよい。
【０１０７】
マスク４０６の形成後、半導体構造体１１７上に導電性材料の層４１０を形成することができる。導電性材料の層４１０は、開口４０７、４０８、４０９の底部で露出される誘電体材料の層２０７の部分とマスク４１０とを覆ってもよい。
【０１０８】
図４ｃは、本発明に係る方法のその後の段階における半導体構造体１１７の概略断面図を示している。
【０１０９】
導電性材料の層４１０の形成後、レジスト除去プロセスが行なわれてもよい。レジスト除去プロセスにおいて、半導体構造体１１７は、半導体構造体１１７の他の材料をほぼ無傷の状態のままにしつつマスク４０６の材料を選択的に除去するようになっているレジスト除去溶液に晒される。そのため、マスク４０６を除去することができる。マスク４０６上にある導電性材料の層４１０の部分がマスク４０６と共に除去されてもよく、一方、誘電体材料の層２０７上に形成される導電性材料の層４１０の部分が半導体構造体１１７上に残存して複数の接点構造４１１、４１２、４１３を形成してもよい。
【０１１０】
幾つかの実施形態では、導電性材料の層４１０が金属を備えてもよい。
【０１１１】
これらの実施形態の幾つかにおいて、層４１０は、Ａｌ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｎｄ、Ｔｉ及びＹのうちの少なくとも１つを備える第１の副層と、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｎｉ及びＰｔのうちの少なくとも１つを備える第２の副層とを備えることができる。この場合、第１の副層が誘電体材料の層２０７上に形成され、第２の副層が第１の副層上に形成される。第１の副層及び第２の副層は、当業者に良く知られる堆積プロセスによって形成できる。レジスト除去プロセス後、アニーリングプロセスが行なわれてもよい。アニーリングプロセスでは、開口４０７、４０８、４０９の底部で露出される誘電体材料が第１の副層の材料との化学反応によって使い果たされ、それにより、層４１０が半導体材料の層２０６に対して電気的に接続されてもよい。
【０１１２】
他の実施形態では、マスク４０６の形成後、導電性材料の層４１０の形成前に、エッチングプロセスが行なわれてもよい。エッチングプロセスにおいて、半導体構造体１１７は、半導体材料の層２０６及びマスク４０６の材料をほぼ無傷の状態のままにしつつ層２０７の誘電体材料を選択的に除去するようになっているエッチャントに晒されてもよい。それにより、開口４０７、４０８、４０９の底部の誘電体材料の層２０７の部分を選択的に除去できる。そのため、層４１０が層２０６と接触して層２０６と電気的に接続する。
【０１１３】
本発明の実施形態では、半導体構造体１１７のそれぞれの部分４２０、４２１、４２２に１つの接点構造が形成されてもよい。例えば、接点構造４１１を部分４２０に設け、接点構造４１２を部分４２１に設け、また、接点構造４１３を部分４２２に設けることができる。接点構造４１１、４１２、４１３がほぼ等しい形状を有してもよい。
【０１１４】
１つの実施形態において、各接点構造４１１、４１２、４１３は、接点構造４１２に関して図５ａの平面図に概略的に示されるように、略リング状形態を有してもよい。他の実施形態において、それぞれの接点構造４１１、４１２、４１３は、接点構造４１２に関して図５ｂに概略的に示されるように、略正方形または長方形の形状を有してもよい。
【０１１５】
接点構造４１１、４１２、４１３の形成後、測定を実行できる。この目的を達成するため、半導体構造体１１７が図１を参照して前述した装置１００の半導体構造体ホルダ１１１上に配置され、それにより、半導体構造体ホルダ１１１が基板２０４と電気的に接続される。その後、図１及び図２を参照して前述したように、コロナワイヤ１１３によって誘電体材料の層２０７の表面を帯電させることにより半導体構造体１１７の表面が不動態化されてもよく、また、接点構造４１１、４１２、４１３のうちの１つ、例えば接点構造４１２と半導体構造体ホルダ１１１との間にバイアス電圧が印加されてもよい。
【０１１６】
幾つかの実施形態では、接点構造４１２に電気的に接続するようになっている電極１１０’により接点構造４１２と接触することによってバイアス電圧を印加することができる。１つの実施形態において、電極１１０’は、電源１０６に接続される導電性スタイラスを備えることができる。電極１１０’は、前述した電極１１０の代わりに測定プローブ１０８に取り付けられてもよく、あるいは、電極１１０に加えて設けられてもよい。電極１１０’により接点構造４１２と接触するために、半導体構造体ホルダ１１１は、電極１１０’が接点構造４１２の上側に設置されるまで、測定プローブ１０８に対してｘ方向及びｙ方向に移動されてもよい。その後、電極が接点構造４１２に電気的に接続するまで、半導体構造体ホルダ１１１が上方へ移動されてもよく、あるいは、測定プローブ１０８が下降されてもよい。
【０１１７】
そのような場合に、円形、長方形、または、正方形の形状の電極を用いると、接点構造によって規定される領域全体にわたってバイアス電圧が制御される。したがって、測定プローブ１０８を電極に隣接させ、或いは近接させることなく、この領域のあらゆる場所を測定することができる。
【０１１８】
その後、半導体構造体１１７がマイクロ波放射線２０１で照射されてもよく、また、電磁放射線１１８が測定位置１１９へと向けられてもよい。電極１１０’及び光源１０９の両方が測定プローブ１０８に取り付けられているため、測定位置及び接点構造４１２は、電極１１０’が接点構造４１２と接触する場合に互いに対して所定の空間的関係を有することができる。接点構造４１２が図５ａに示されるように略リング形状の形態を有する、又は図５ｂに示されるように略正方形形状の形態を有する実施形態において、測定位置１１９と接点構造４１２との間の空間的関係は、接点構造４１２の中心開口４３０または４３１で露出される半導体材料の層２０６の部分のそれぞれが電磁放射線１１８により照射されるような関係であってもよい。
【０１１９】
電磁放射線１１８による照射に起因して、半導体材料の層２０６に電子−正孔対２０３を形成することができる。その後、図１及び図２を参照して前述したように、電磁放射線１１８を半導体構造体１１７へと向けた後に半導体構造体１１７から反射されるマイクロ波放射線２０２の強度を測定することにより、電子及び／又は正孔の寿命が決定されてもよい。
【０１２０】
その後、次の測定実行が行なわれてもよい。次の測定実行では、測定位置１１９と接点構造４１１、４１２、４１３のうちの他の１つ、例えば接点構造４１３とが互いに所定の空間的関係を成すまで半導体構造体１１７が測定プローブ１０８に対して移動されるとともに、接点構造４１３を電極１１０’と接触させることにより電極１１０’と接点構造４１３との間の電気的接触が確立される。これにより、半導体構造体１１７における電荷キャリアの寿命の空間分解測定値を得ることができる。トレンチ４０４、４０５は、領域４２０、４２１、４２２のうちの１つで行なわれる測定が領域４２０、４２１、４２２のうちの他の１つの状態によって実質的に影響され得ないように半導体構造体１１７の領域４２０、４２１、４２２間を電気的に絶縁する。
【０１２１】
本発明の更なる実施形態では、トレンチ４０４、４０５が部分４２０、４２１、４２２間の電気的絶縁を行なうように形成されてもよく、また、接点構造４１１、４１２、４１３の形成が省かれてもよい。そのような実施形態では、図１、２、３ａ、３ｂ、３ｃを参照して前述した電極１１０、３１２〜３２１、３３１〜３３８に類似する針を備える１つ以上の電極によりバイアス電圧が印加されてもよい。
【図１】
2010539678.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
2010539678.tif 000008
【図４ｂ】
2010539678.tif 000009
【図４ｃ】
2010539678.tif 000010
【図５ａ】
2010539678.tif 000011
【図５ｂ】
2010539678.tif 000012
【国際調査報告】
2010539678.tif 000013
2010539678.tif 000014
2010539678.tif 000015