(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に絶縁膜を有する導電性のステージを備えたウエハ保持手段と、
ｎ型の導電型のウエハが前記ステージの絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに負電圧を印加し、ｐ型の導電型のウエハが前記ステージの絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに正電圧を印加する電圧印加手段と、
該電圧印加手段により前記ステージに負電圧または、正電圧が印加されることにより帯電されたウエハの表面に過剰にキャリアを発生させるキャリア発生手段と、
該キャリア発生手段によりウエハ表面に過剰に発生させたキャリアの減衰量を測定する減衰量測定手段と、
を備えた再結合ライフタイム測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再結合ライフタイム測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体製造工程において悪影響を及ぼす重金属の汚染量を測定する方法として、過剰キャリアの減衰量が重金属汚染量に比例することを利用して過剰キャリアの再結合ライフタイムを測定する方法が提案されている。
【０００３】
例えば、図４に示すように、ウエハステージ１０上に載置したウエハ３０に、光源装置１２を構成するフォトダイオードにより禁制帯幅よりも大きな周波数の光、すなわち、波長５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下で、振幅１００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下のパルス状の光を照射する。
【０００４】
このパルス状の光の照射により、ウエハ３０内では、電子がエネルギーを吸収して荷電子帯から伝導帯に励起される。この結果、同数の電子と正孔(以後、エレクトロンホールペアと称す。)が作られ、熱平衡状態の密度を越えた密度１．０12〜１．０18／ｃｍ3の過剰キャリアが生じる。
【０００５】
光の照射を停止すると過剰の伝導電子は、荷電子帯へ戻って過剰の正孔と結合して消滅し、キャリア濃度はもとの熱平衡状態にもどる（再結合）が、ウエハ３０が重金属により汚染されている場合は、一部の電子（又は正孔）が再結合できずに重金属にトラップされて減衰する。
【０００６】
すなわち、過剰キャリアの減衰量は重金属の含有率（言い換えると重金属汚染量）に比例するので、光源装置１２による光の照射を停止した後、それと同時にマイクロ波発信器１４によりマイクロ波をウエハ表面に照射し、マイクロ波受信器１６を用いて反射されマイクロ波を測定することにより過剰キャリアの減衰量を測定し、得られた結果から過剰キャリアの再結合ライフタイムを算出する。
【０００７】
なお、この場合、光源装置１２による光の照射の開始及び停止、マイクロ波発信器１４によるマイクロ波の照射、マイクロ波受信器１６によるマイクロ波の測定、及び、得られた測定結果に基づくデータの演算は制御部１８によりそれぞれ制御されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す構成の装置では、光源装置１２からの光の照射によりバルク内で発生したエレクトロン３２とホール３４は、バルク内の重金属などにより形成される不純物準位を介して再結合するのではなく、図５のエレクトロンバンド図に示すように、ウエハ表面に拡散してウエハ表面の結晶不連続面により形成される表面準位を介してウエハ表面で再結合してしまう（表面再結合）。なお、この図５では、ｎ型シリコンウエハについて述べているがｐ型シリコンウエハについても同様である。
【０００９】
この現象によって、シリコンバルク内の再結合ライフタイムを精度よく測定するのが困難であるという問題点がある。
【００１０】
従来では、ウエハ表面を熱酸化したり、ウエハ表面をヨウ素等の薬品によって化学的に酸化したり、ウエハ表面にＨＦ（フッ酸）を塗布してウエハ表面のシリコン結晶の不連続端をＨ（水素）置換する等の処理をウエハ表面に予め施して、エレクトロンとホールとが表面準位を介して再結合するのを防ぐ方法が提案されている。
【００１１】
しかし、ウエハ表面を熱酸化する場合、熱酸化時の雰囲気や、熱酸化後のウエハ引き出し時の冷却の仕方により表面状態がその都度変わってしまい好ましくないという難点がある。また、ウエハ表面をヨウ素等の薬品によって化学的に酸化する場合は、ウエハを再利用できないという難点がある。
【００１２】
さらに、ウエハ表面にＨＦ（フッ酸）を塗布してウエハ表面のシリコン結晶の不連続端をＨ（水素）置換する場合は、Ｈ置換したウエハ表面の経時変化が大きいため、このようなウエハにおける再結合ライフタイムを測定しても、安定に、且つ、再現性よく評価を行うことができないという難点がある。
【００１４】
以上のことから、本発明は、エレクトロンとホールとがウエハの表面準位を介して表面再結合するのを大幅に抑制することのできる再結合ライフタイム測定装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１の発明の再結合ライフタイム測定装置は、ウエハの導電型と逆の電荷にウエハを帯電させてから、ウエハ表面に光を照射して過剰キャリアを発生させ、該過剰キャリアの減衰量を計測して、Ｓｉバルク内のライフタイムを測定する。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明では、ウエハの導電型と逆の電荷にウエハを帯電させることにより、ウエハの表面ポテンシャルを変化させ、これにより、ウエハ表面にエレクトロンとホールとの両方が拡散するのを防いでいる。
【００１７】
すなわち、ｎ型の導電型のシリコンウエハを正に帯電させると、図２（Ａ）に示すように、ウエハ中のエレクトロン３２は表面に引き付けられ、ホール３４は反発する。従って、ウエハ表面にはエレクトロン３２のみが存在することになり、ウエハ表面においてエレクトロン３２が表面準位を介してホール３４と再結合するのを防ぐことができる。同様に、ｐ型の導電型のシリコンウエハを負に帯電させると、図２（Ｂ）に示すように、ウエハ中のホール３４は表面に引き付けられ、エレクトロン３２は反発する。従って、ウエハ表面にはホール３４のみが存在することになり、ウエハ表面においてホール３４が表面準位を介してエレクトロン３２と再結合するのを防ぐことができる。
【００１８】
このように、ウエハの表面ポテンシャルをウエハの導電型に応じて上記のように変え、エレクトロン・ホールペアの表面準位を介した再結合を防いでいるため、その後、ウエハに過剰キャリアを発生させてその減衰量を測定すると、過剰キャリアの減衰量はウエハ内の重金属汚染量に基づくものとなる。従って、測定により得られる再結合ライフタイムは重金属汚染量に基づくものとなり、精度よく重金属汚染量を検出できる。
【００１９】
上記請求項１の再結合ライフタイム測定装置は、上記の目的を達成するために、表面に絶縁膜を有する導電性のステージを備えたウエハ保持手段と、ｎ型の導電型のウエハが前記ステージの絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに負電圧を印加し、ｐ型の導電型のウエハが前記ステージの絶縁膜上に載置された場合は前記導電性ステージに正電圧を印加する電圧印加手段と、該電圧印加手段により前記ステージに負電圧または、正電圧が印加されることにより帯電されたウエハの表面に過剰にキャリアを発生させるキャリア発生手段と、該キャリア発生手段によりウエハ表面に過剰に発生させたキャリアの減衰量を測定する減衰量測定手段と、を備えている。
【００２０】
請求項１の発明の再結合ライフタイム測定装置における電圧印加手段は、ウエハの導電型と逆の電荷にウエハを帯電させるものであり、表面に絶縁膜が形成された導電性ステージの表面に載置されたウエハがｎ型の導電型である場合は前記導電性ステージに負電圧を印加し、ｐ型の導電型である場合は前記導電性ステージに正電圧を印加する。
【００２１】
このような電圧印加手段により、ウエハの表面ポテンシャルをウエハの導電型に応じて変えてから、キャリア発生手段により再結合ライフタイム測定のための過剰キャリアを生じさせる構成であるので、エレクトロンとホールとがウエハの表面準位を介して表面再結合するのを大幅に抑制することができる。
【００２２】
従って、減衰量測定手段により測定される過剰キャリアの減衰量は、ウエハ内の重金属汚染量に基づくものとなり、精度よく再結合ライフタイムを測定できる。
【００２３】
なお、過剰キャリアの減衰量を測定する減衰量測定手段として、例えば、不純物の注入により結晶欠陥を生じた領域で吸収されるマイクロ波をウエハ表面に照射するマイクロ波照射手段と、ウエハに吸収されないマイクロ波量を測定するマイクロ波受信手段とから構成され、ウエハに吸収されたマイクロ波量を検出することにより重金属汚染量を検出するマイクロ波減衰測定装置により構成できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１から図３を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態の再結合ライフタイム測定装置は、ウエハ３０を載置すると共にアース２２が接続されたウエハステージ１０と、ウエハステージ１０上に載置されたウエハ３０に対し光を照射するフォトダイオードから構成された光源装置１２と、ウエハステージ１０上に載置されたウエハ３０に対しマイクロ波を照射するマイクロ波発信器１４と、ウエハ３０に吸収されないマイクロ波を測定するマイクロ波受信器１６と、ウエハステージ１０上に載置されたウエハ３０の表面に、１００の電圧で数十μＡ以上数ｍＡ以下の通電で生成したイオンを照射するイオナイザー（イオン照射手段）２０と、を備えている。
【００２５】
これら光源装置１２、マイクロ波発信器１４、マイクロ波受信器１６、イオナイザー２０、アース２２は、それぞれ制御部１８に接続されており、制御部１８は個々の動作を制御する。
【００２６】
以下、本第１の実施の形態の再結合ライフタイム測定装置を用いた再結合ライフタイムの測定方法について説明する。
【００２７】
まず、制御部１８に入力されたウエハ３０の導電型の情報に応じてイオナイザー２０がウエハ３０の表面にイオンを照射し、ウエハ３０の表面を帯電させる。すなわち、ウエハステージ１０上に載置されたウエハ３０の導電型がｎ型である場合はプラスイオンを照射し、ｐ型である場合はマイナスイオンを照射する。
【００２８】
このときのイオンの照射量は、ウエハの表面電位が１Ｖ以上１００Ｖ以下程度の範囲内となるように調整される。
【００２９】
ウエハ３０の表面が帯電されたら、イオナイザー２０によるイオンの照射を止め、光源装置１２を構成するフォトダイオードにより、表面が帯電されたウエハ３０の表面に波長５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下で、振幅１００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下のパルス状の光を照射する。これにより、電子がエネルギーを吸収して荷電子帯から伝導帯に励起されるので、エレクトロンホールペアが作られ、熱平衡状態の密度を越えた密度１．０12／ｃｍ3以上１．０18／ｃｍ3以下程度の過剰キャリアが生じる。
【００３０】
ウエハ３０の導電型がｎ型の場合は、イオナイザー２０からのプラスイオンの照射によって、ウエハ３０表面は正に帯電されるため、エネルギーバンド図は図２（Ａ）に示すようになる。すなわち、エレクトロンホールペアのうち、エレクトロン３２がウエハ３０の表面に引き付けられ、ホール３４がウエハ表面から反発する。
【００３１】
また、ウエハ３０の導電型がｐ型の場合は、イオナイザー２０からのマイナスイオンの照射によって、ウエハ３０表面は負に帯電されるため、エネルギーバンド図は図２（Ｂ）に示すようになる。すなわち、エレクトロンホールペアのうち、ホール３４がウエハ３０の表面に引き付けられ、エレクトロン３２がウエハ表面から反発する。
【００３２】
以上のことから、エレクトロン３２とホール３４とがウエハ３０の表面準位を介して再結合しにくい状態となっていることがわかる。従って、過剰キャリアの減衰は、ほぼ重金属の準位を介して行われることとなる。
【００３３】
ウエハ３０に過剰キャリアを生じさせた後、制御部１８は光源装置１２による光の照射を停止させて、マイクロ波発信器１４によりウエハ３０の表面にマイクロ波を照射すると共に、マイクロ波受信器１６を用いてウエハ３０により吸収されなかったマイクロ波量を測定する。
【００３４】
制御部１８は、得られた結果に基づいて再結合ライフタイムを算出すると共に、マイクロ波の測定が終了したら、アース２２をウエハステージ１０に接続してウエハ３０表面の帯電を取り除く。
【００３５】
このように測定した結果に基づいて算出された再結合ライフタイムは、ウエハの表面準位の影響を受けていないため、重金属汚染量に則した過剰キャリアの減衰量を精度よく測定できることとなる。
【００３６】
なお、本第１の実施の形態では、制御部により個々の装置（光源装置１２、マイクロ波発信器１４、マイクロ波受信器１６、イオナイザー２０、アース２２）を制御する構成としているが、制御部１８を設けずに手動で前記個々の装置１２、１４、１６、２０、２２の動作を制御する構成とすることもできる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図３に示すように、第２の実施の形態の再結合ライフタイム測定装置は、ウエハ３０載置面に絶縁膜１３が形成された導電性のウエハステージ１１と、このウエハステージ１１に対し、数Ｖから数１００Ｖの正電圧又は負電圧を印加する電源部２３（電圧印加手段）とアース２２とを備えた電源装置２４と、ウエハステージ１１上に載置されたウエハ３０に対し光を照射するフォトダイオードから構成された光源装置１２と、ウエハステージ１１上に載置されたウエハ３０に対しマイクロ波を照射するマイクロ波発信器１４と、ウエハ３０に吸収されないマイクロ波を測定するマイクロ波受信器１６と、を備えている。
【００３８】
これら電源装置２４、光源装置１２、マイクロ波発信器１４、マイクロ波受信器１６は、それぞれ制御部１８に接続されており、制御部１８は個々の動作を制御する。
【００３９】
以下、本第２の実施の形態の再結合ライフタイム測定装置を用いた再結合ライフタイムの測定方法について説明する。
【００４０】
まず、制御部１８に入力されたウエハ３０の導電型の情報に応じて電源装置２４が、ウエハステージ１１に正電圧又は負電圧を印加して、ウエハ３０の表面を帯電させる。すなわち、ウエハステージ１０上に載置されたウエハ３０の導電型がｎ型である場合は負電圧を印加し、ｐ型である場合は正電圧を印加する。
【００４１】
このときの電圧は、ウエハの表面電位が１Ｖ以上１００Ｖ以下程度の範囲内となるように調整される。
【００４２】
ウエハ３０の表面が帯電されたら、電源装置２４による電圧の印加を止め、光源装置１２を構成するフォトダイオードにより、表面が帯電されたウエハ３０の表面に波長５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下で、振幅１００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下のパルス状の光を照射する。これにより、電子がエネルギーを吸収して荷電子帯から伝導帯に励起されるので、エレクトロンホールペアが作られ、熱平衡状態の密度を越えた密度１．０12／ｃｍ3以上１．０18／ｃｍ3以下程度の過剰キャリアが生じる。
【００４３】
ウエハ３０の導電型がｎ型の場合は、電源装置２４による負電圧の印加により、ウエハ３０表面は正に帯電されるため、エネルギーバンド図は図２（Ａ）に示すようになる。すなわち、エレクトロンホールペアのうち、エレクトロン３２がウエハ３０の表面に引き付けられ、ホール３４がウエハ表面から反発する。
【００４４】
また、ウエハ３０の導電型がｐ型の場合は、電源装置２４による正電圧の印加により、ウエハ３０表面は負に帯電されるため、エネルギーバンド図は図２（Ｂ）に示すようになる。すなわち、エレクトロンホールペアのうち、ホール３４がウエハ３０の表面に引き付けられ、エレクトロン３２がウエハ表面から反発する。
【００４５】
以上のことから、エレクトロン３２とホール３４とがウエハ３０の表面準位を介して再結合しにくい状態となっていることがわかる。従って、過剰キャリアの減衰は、ほぼ重金属の準位を介して行われることとなる。
【００４６】
ウエハ３０に過剰キャリアを生じさせた後、制御部１８は光源装置１２による光の照射を停止させて、マイクロ波発信器１４によりウエハ３０の表面にマイクロ波を照射すると共に、マイクロ波受信器１６を用いてウエハ３０により吸収されなかったマイクロ波量を測定する。
【００４７】
制御部１８は、得られた結果に基づいて再結合ライフタイムを算出すると共に、マイクロ波の測定が終了したら、電源装置２４をアース２２に切り換え、ウエハステージ１１にアース２２を接続してウエハ３０表面の帯電を取り除く。
【００４８】
このように測定した結果に基づいて算出された再結合ライフタイムは、上記第１の実施の形態と同様に、ウエハの表面準位の影響を受けていないため、重金属汚染量に則した過剰キャリアの減衰量を精度よく測定できることとなる。
【００４９】
なお、本第２の実施の形態では、制御部により個々の装置（電源装置２４、光源装置１２、マイクロ波発信器１４、マイクロ波受信器１６）を制御する構成としているが、制御部１８を設けずに手動で前記個々の装置２４、１２、１４、１６の動作を制御する構成とすることもできる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、エレクトロンとホールとがウエハの表面準位を介して表面再結合するのを大幅に抑制できる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る再結合ライフタイム測定装置の概略説明図である。
【図２】（Ａ）はウエハ３０の表面を正に帯電させたときのウエハ内のエネルギーバンド図であり、（B）ははウエハ３０の表面を負に帯電させたときのウエハ内のエネルギーバンド図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る再結合ライフタイム測定装置の概略説明図である。
【図４】従来の再結合ライフタイム測定装置の概略説明図である。
【図５】ウエハの表面を帯電させない場合のウエハ内のエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
１０    ウエハステージ
１２    光源装置
１４    マイクロ波発信器
１６    マイクロ波受信器
１８    制御部
２０    イオナイザー
２２    アース
３０    ウエハ
【図１】
0004091698.tif 000002
【図２】
0004091698.tif 000003
【図３】
0004091698.tif 000004
【図４】
0004091698.tif 000005
【図５】
0004091698.tif 000006