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JP5925634B2 - Semiconductor defect evaluation method - Google Patents

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JP5925634B2 JP2012175508A JP2012175508A JP5925634B2 JP 5925634 B2 JP5925634 B2 JP 5925634B2 JP 2012175508 A JP2012175508 A JP 2012175508A JP 2012175508 A JP2012175508 A JP 2012175508A JP 5925634 B2 JP5925634 B2 JP 5925634B2
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Description

本発明はワイドギャップ半導体において、CPM測定装置を用いた半導体の欠陥評価方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor defect evaluation method using a CPM measuring device in a wide gap semiconductor.

従来、液晶テレビに代表される表示装置には非晶質シリコンを用いたトランジスタが用いられて来たが、シリコン半導体に代わる材料として酸化物半導体が注目されている。例えば、アクティブマトリクス型の表示装置におけるトランジスタのチャネル領域として、In、GaおよびZnを含む非晶質酸化物を用い、該非晶質酸化物の電子キャリア濃度が1×1018cm−3未満としたものが開示されている(特許文献1参照)。 Conventionally, a transistor using amorphous silicon has been used for a display device typified by a liquid crystal television. However, an oxide semiconductor has been attracting attention as a material replacing a silicon semiconductor. For example, an amorphous oxide containing In, Ga, and Zn is used as a channel region of a transistor in an active matrix display device, and the electron carrier concentration of the amorphous oxide is less than 1 × 10 18 cm −3 . Have been disclosed (see Patent Document 1).

しかし、酸化物半導体を用いたトランジスタにはいくつかの問題がある。その一つは特性の不安定性であり、可視光および紫外光を照射することでしきい値電圧が変化することが指摘されている(非特許文献1参照。)。また、トランジスタの信頼性の面では、バイアス−熱ストレス試験によって特性が変化してしまうという問題が指摘されている(非特許文献2参照。)。 However, a transistor including an oxide semiconductor has several problems. One of them is characteristic instability, and it has been pointed out that the threshold voltage changes when irradiated with visible light and ultraviolet light (see Non-Patent Document 1). In terms of transistor reliability, a problem has been pointed out that characteristics are changed by a bias-thermal stress test (see Non-Patent Document 2).

特開2006−165528号公報JP 2006-165528 A

P. Barquinha, A. Pimentel, A. Marques, L. Pereira, R. Martins, E. Fortunato、「Effect of UV and visible light radiation on the electrical performances of transparent TFTs based on amorphous indium zinc oxide」、Journal of Non−Crystalline Solids 352 (2006) 1756−1760P. Barquinha, A.D. Pimentel, A.M. Marques, L.M. Pereira, R.A. Martins, E.M. Fortunato, “Effect of UV and visible light radiation on the electrical perforations of trans-ant TFTs based on the two of the six-in-one-in-the-lens” Kwang−Hee Lee, Ji Sim Jung, Kyoung Seok Son, Joon Seok Park, Tae Sang Kim, Rino Choi, Jae Kyeong Jeong, Jang−Yeon Kwon, Bonwon Koo, and Sangyun Lee、「The effect of moisture on the photon−enhanced negative bias thermal instability in Ga−In−Zn−O thin film transistors」、APPLIED PHYSICS LETTERS 95, (2009) 232106Kwang-Hee Lee, Ji Sim Jung, Kyoung Seok Son, Joon Seok Park, Tae Sang Kim, Rino Choi, Jae Kyeong Jeong, Jang-Yeon Kwon, Bonwon Koo, and Sangyun Lee, "The effect of moisture on the photon-enhanced negative bias thermal instability in Ga-In-Zn-O thin film transistors ", APPLIED PHYSICS LETTERS 95, (2009) 232106

半導体の欠陥評価方法の一つとして、一定光電流測定法(CPM:Constant Photocurrent Method)が知られている。 As one of semiconductor defect evaluation methods, a constant photocurrent measurement method (CPM) is known.

CPM測定は、試料に設けられた第1の電極および第2の電極間に電圧を印加した状態で光電流値が一定となるように端子間の試料面に照射する光量を調整し、照射光量から吸光係数を導出することを各波長にて行うものである。CPM測定において、試料に欠陥があるとき、欠陥の存在する準位に応じたエネルギー(波長より換算)における吸光係数が増加する。この吸光係数の増加分に定数を掛けることにより、試料の欠陥密度を導出することができる。 In CPM measurement, the amount of light applied to the sample surface between the terminals is adjusted so that the photocurrent value is constant while a voltage is applied between the first electrode and the second electrode provided on the sample, The extinction coefficient is derived from each wavelength at each wavelength. In the CPM measurement, when a sample has a defect, an extinction coefficient at an energy (converted from a wavelength) corresponding to the level where the defect exists is increased. By multiplying the increase in the extinction coefficient by a constant, the defect density of the sample can be derived.

酸化物半導体は、バンドギャップの大きい、ワイドギャップ半導体の一つである。これまで、ワイドギャップ半導体の欠陥密度を、CPM測定によって精度高く評価することは困難であった。 An oxide semiconductor is one of wide gap semiconductors with a wide band gap. Until now, it has been difficult to accurately evaluate the defect density of wide gap semiconductors by CPM measurement.

そこで、ワイドギャップ半導体においても、欠陥密度をCPM測定によって精度高く評価することを可能とする。 Therefore, even in a wide gap semiconductor, it is possible to evaluate the defect density with high accuracy by CPM measurement.

ワイドギャップ半導体のバンドギャップの波長(λEg)以下、所定の波長範囲以上において、CPM測定で得られた照射光量から導出した吸収係数と、別途測定したワイドギャップ半導体のλEg以下、所定の波長範囲以上における吸収係数とのフィッティング値F(x)を0.0001以上1以下、好ましくは0.0001以上0.1以下となるようにg(hν)を変更していく。 Below the band gap wavelength (λ Eg ) of the wide gap semiconductor and above the predetermined wavelength range, the absorption coefficient derived from the irradiation light quantity obtained by CPM measurement, and below the λ Eg of the wide gap semiconductor measured separately and the predetermined wavelength G (hν) is changed so that the fitting value F (x) with the absorption coefficient above the range is 0.0001 or more and 1 or less, preferably 0.0001 or more and 0.1 or less.

フィッティング値F(x)は数式(1)で定義する。 The fitting value F (x) is defined by Equation (1).

数式(1)において、f(hν)は、別途測定したワイドギャップ半導体のλEg以下、所定の波長範囲以上における吸収係数である。また、g(hν)は、CPM測定で導出したワイドギャップ半導体のλEg以下、所定の波長範囲以上における照射光量を試料の形状および光学的特性で規格化した規格化照射光量に任意数を乗じたものである。 In the formula (1), f (hν) is an absorption coefficient of λ Eg or less of the separately measured wide gap semiconductor and a predetermined wavelength range or more. In addition, g (hν) is obtained by multiplying a standardized irradiation light amount obtained by standardizing the irradiation light amount in a predetermined wavelength range or less, which is equal to or less than λ Eg of the wide gap semiconductor derived by CPM measurement, by an arbitrary number. It is a thing.

具体的には、試料の形状とは実効的に光の照射を受ける面積に相当し、光学的特性とは試料の透過率に相当する。 Specifically, the shape of the sample corresponds to an area that is effectively irradiated with light, and the optical characteristic corresponds to the transmittance of the sample.

前述の所定の波長は、λEgに30nm以上100nm以下を引いた値とする。例えばλEg−50nmとする。 The predetermined wavelength is a value obtained by subtracting 30 nm to 100 nm from λ Eg . For example, λ Eg −50 nm.

また、フィッティング値F(x)の算出は、λEg以下、所定の波長以上において3点以上10点以下、例えば5点の波長を用いて行う。 Further, the fitting value F (x) is calculated using λ Eg or less, a wavelength of 3 points or more and 10 points or less, for example, 5 points at a predetermined wavelength or more.

g(hν)は、CPM測定で得られた規格化照射光量に任意数を乗じて得られる。なお、規格化照射光量を規格化照射光量から導出されるフォトン数と読み替えても構わない。このとき、λEg以下、所定の波長以上において、別途測定した吸収係数とのフィッティング値F(x)が0.0001以上1以下、好ましくは0.0001以上0.1以下となるよう規格化照射光量に任意数を乗じる。 g (hν) is obtained by multiplying the normalized irradiation light quantity obtained by CPM measurement by an arbitrary number. The normalized irradiation light quantity may be read as the number of photons derived from the normalized irradiation light quantity. At this time, the normalized irradiation is performed so that the fitting value F (x) with the separately measured absorption coefficient is 0.0001 or more and 1 or less, preferably 0.0001 or more and 0.1 or less at λ Eg or less and a predetermined wavelength or more. Multiply the light quantity by an arbitrary number.

以上のように、フィッティング値F(x)を上述の範囲とすることで、ワイドギャップ半導体の欠陥密度を精度高く評価することができる。具体的には、1×1015個/cm以下、好ましくは1×1014個/cm以下の欠陥密度を評価することが可能となる。 As described above, by setting the fitting value F (x) within the above range, the defect density of the wide gap semiconductor can be evaluated with high accuracy. Specifically, a defect density of 1 × 10 15 pieces / cm 3 or less, preferably 1 × 10 14 pieces / cm 3 or less can be evaluated.

ここで、ワイドギャップ半導体とは、バンドギャップが2.2eV以上6.0eV以下、2.5eV以上5.0eV以下または2.8eV以上4.0eV以下の半導体をいう。 Here, the wide gap semiconductor refers to a semiconductor having a band gap of 2.2 eV or more and 6.0 eV or less, 2.5 eV or more and 5.0 eV or less, or 2.8 eV or more and 4.0 eV or less.

半導体としては、例えば、酸化物半導体、有機半導体または化合物半導体(酸化物半導体を除く)などが挙げられる。 Examples of the semiconductor include an oxide semiconductor, an organic semiconductor, or a compound semiconductor (excluding an oxide semiconductor).

ワイドギャップ半導体においても、欠陥密度を精度高く評価することが可能となる。 Even in a wide gap semiconductor, the defect density can be evaluated with high accuracy.

本発明の一態様である測定方法を説明するフロー図。FIG. 6 is a flowchart illustrating a measurement method which is one embodiment of the present invention. 本発明の一態様であるCPM測定装置の模式図。The schematic diagram of the CPM measuring apparatus which is 1 aspect of this invention. 酸化物半導体膜のCPM測定から導出した吸収係数を示す図。FIG. 10 shows an absorption coefficient derived from CPM measurement of an oxide semiconductor film.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed. In addition, the present invention is not construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in describing the structure of the present invention with reference to drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals in different drawings. In addition, when referring to the same thing, a hatch pattern is made the same and there is a case where it does not attach a code in particular.

電圧は、ある電位と、基準の電位(例えばグラウンド電位)との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧、電位、電位差を、各々、電位、電圧、電圧差と言い換えることが可能である。 In many cases, the voltage indicates a potential difference between a certain potential and a reference potential (for example, a ground potential). Thus, voltage, potential, and potential difference can be referred to as potential, voltage, and voltage difference, respectively.

本明細書においては、「接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在している場合だけのこともある。 In this specification, even when expressed as “connected”, in an actual circuit, there may be only a case where there is no physical connection portion and a wiring is extended.

なお、第1、第2として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。 The ordinal numbers attached as the first and second are used for convenience and do not indicate the order of steps or the order of lamination. In addition, a specific name is not shown as a matter for specifying the invention in this specification.

(実施の形態1) (Embodiment 1)

まず、CPM測定装置について図2を用いて説明する。 First, a CPM measuring apparatus will be described with reference to FIG.

図2は、CPM測定装置の模式図である。簡単のため、光の経路を矢印で、配線などを実線で示す。ランプ201から照射された光がモノクロメータ202、フィルタ203およびビームスプリッタ204を介して試料205に入射する。なお、フィルタ203が設けられない場合やフィルタ203が複数枚設けられる場合もある。ビームスプリッタ204では、光を透過および反射させ、透過光を試料205へ、反射光をフォトダイオード210へ、それぞれ入射させる。ただし、必ずしも透過光が試料205へ、反射光がフォトダイオード210へ入射するわけではなく、逆にしても構わない。 FIG. 2 is a schematic diagram of a CPM measuring apparatus. For simplicity, the light path is indicated by an arrow, and the wiring is indicated by a solid line. Light emitted from the lamp 201 enters the sample 205 via the monochromator 202, the filter 203 and the beam splitter 204. In some cases, the filter 203 is not provided or a plurality of filters 203 are provided. The beam splitter 204 transmits and reflects light, and transmits the transmitted light to the sample 205 and the reflected light to the photodiode 210. However, the transmitted light is not necessarily incident on the sample 205 and the reflected light is not incident on the photodiode 210, and may be reversed.

ランプ201として、例えばキセノンランプ、水銀ランプおよびハロゲンランプなどを用いればよい。なお、ランプ201として、前述のランプを組み合わせて用いてもよい。好ましくはキセノンランプを用いる。 As the lamp 201, for example, a xenon lamp, a mercury lamp, a halogen lamp, or the like may be used. Note that the lamp 201 may be used in combination with the lamps described above. A xenon lamp is preferably used.

モノクロメータ202は、広範囲の波長の光から狭い範囲の波長のみを取り出すことができれば何を用いても構わない。 Any monochromator 202 may be used as long as it can extract only a narrow range of wavelengths from a wide range of wavelengths.

フィルタ203は、減光(ND:Neutral Density)フィルタ、ウェッジフィルタおよびカットフィルタから選ばれた一種以上を用いればよい。カットフィルタとは、特定の範囲の波長を通し、他の波長を減衰させる機能を有する光学フィルタをいう。また、それぞれのフィルタを複数種用いてもよい。こうすることで、照射光量または/および照射波長の制御性を高めることができる。 The filter 203 may be one or more selected from a neutral density (ND) filter, a wedge filter, and a cut filter. The cut filter refers to an optical filter having a function of passing a specific range of wavelengths and attenuating other wavelengths. Moreover, you may use multiple types of each filter. By doing so, the controllability of the irradiation light quantity and / or the irradiation wavelength can be enhanced.

フォトダイオード210によって照射された光を電流に変えた後、ロックインアンプ209によって電流を計測し、計算機208によって照射光量を見積もることができる。 After the light irradiated by the photodiode 210 is changed to an electric current, the electric current can be measured by the lock-in amplifier 209, and the amount of irradiation light can be estimated by the computer 208.

試料205は、ワイドギャップ半導体、第1の電極および第2の電極が設けられている。第1の電極および第2の電極は直流電源206に抵抗を介して接続され、抵抗と並列してロックインアンプ207によって光電流値を計測することができる。なお、得られた光電流値は、計算機208を介して、フィルタ203にフィードバックされ、光電流値が高すぎる場合、フィルタ203の透過率を下げ、照射光量を低減させる。また、光電流値が低すぎる場合は、フィルタ203の透過率を上げ、照射光量を増加させる。 The sample 205 is provided with a wide gap semiconductor, a first electrode, and a second electrode. The first electrode and the second electrode are connected to the DC power source 206 via a resistor, and the photocurrent value can be measured by the lock-in amplifier 207 in parallel with the resistor. Note that the obtained photocurrent value is fed back to the filter 203 via the calculator 208. If the photocurrent value is too high, the transmittance of the filter 203 is lowered to reduce the amount of irradiation light. On the other hand, when the photocurrent value is too low, the transmittance of the filter 203 is increased to increase the amount of irradiation light.

なお、ロックインアンプ207およびロックインアンプ209は、入力された信号のうち、特定の周波数の信号を増幅して検出し、出力する機能を有する。そのため、ノイズなどの影響が低減され、高感度に信号を検出することが可能となる。 Note that the lock-in amplifier 207 and the lock-in amplifier 209 have a function of amplifying, detecting, and outputting a signal having a specific frequency among the input signals. For this reason, the influence of noise and the like is reduced, and a signal can be detected with high sensitivity.

試料205に設けられた第1の電極および第2の電極は、Al、Ti、Cr、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAu、それらの窒化物、酸化物ならびに合金から一以上選択し、単層でまたは積層で用いればよい。または、Si、Ti、Ni、Cu、Zn、Ga、InおよびSnから選ばれた複数種の材料を含む透明導電膜を用いてもよい。好ましくは、ワイドギャップ半導体との界面に絶縁膜を形成しない材料を選択する。 The first electrode and the second electrode provided in the sample 205 are Al, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Mo, Ag, Ta, W, Pt and Au, and nitrides thereof, One or more oxides and alloys may be selected and used in a single layer or a stacked layer. Alternatively, a transparent conductive film including a plurality of types of materials selected from Si, Ti, Ni, Cu, Zn, Ga, In, and Sn may be used. Preferably, a material that does not form an insulating film at the interface with the wide gap semiconductor is selected.

第1の電極および第2の電極は、同一層かつ同一材料とすると試料の作製が簡便となり好ましい。 It is preferable that the first electrode and the second electrode have the same layer and the same material because the sample can be easily manufactured.

なお、第1の電極および第2の電極は、矩形または櫛歯状の形状とすればよい。このほか、第1の電極および第2の電極の形状は、適宜変形して形成することができる。 Note that the first electrode and the second electrode may have a rectangular shape or a comb-like shape. In addition, the shapes of the first electrode and the second electrode can be appropriately modified.

試料205に設けられるワイドギャップ半導体は、酸化物半導体膜(In−Ga−Zn−O系材料など)、有機化合物、シリコン系化合物(炭化シリコンなど)、炭素系化合物(ダイアモンドなど)などとすればよい。 If the wide gap semiconductor provided in the sample 205 is an oxide semiconductor film (such as an In—Ga—Zn—O-based material), an organic compound, a silicon-based compound (such as silicon carbide), a carbon-based compound (such as diamond), or the like. Good.

次に、CPM測定方法を図1を用いて説明する。 Next, the CPM measurement method will be described with reference to FIG.

図1はCPM測定方法のフロー図である。ステップS101で測定開始し、ステップS102で測定条件(波長範囲、チョッパー周波数、定電流値)を任意に決定する。波長範囲、定電流値は、CPM測定の対象となるワイドギャップ半導体の種類によって適宜選択する必要がある。波長範囲はワイドギャップ半導体のバンドギャップなどから決定する。例えば、バンドギャップが2.8eV以上4.0eV以下のワイドギャップ半導体であれば、波長範囲は200nm以上1200nm以下とすればよい。チョッパー周波数は、光照射および遮光の切り替え速度に対応する。チョッパー周波数は、ワイドギャップ半導体の光応答性から選択すればよい。CPM測定においては、光照射によるチャージアップが問題となることがある。その場合、チョッパー周波数を低くすることで光照射によるチャージアップの影響を低減することができる。定電流値は予備測定によって前もって決定しておく。 FIG. 1 is a flowchart of a CPM measurement method. Measurement is started in step S101, and measurement conditions (wavelength range, chopper frequency, constant current value) are arbitrarily determined in step S102. The wavelength range and the constant current value must be appropriately selected depending on the type of the wide gap semiconductor that is the target of CPM measurement. The wavelength range is determined from the band gap of a wide gap semiconductor. For example, in the case of a wide gap semiconductor having a band gap of 2.8 eV to 4.0 eV, the wavelength range may be 200 nm to 1200 nm. The chopper frequency corresponds to the switching speed between light irradiation and light shielding. The chopper frequency may be selected from the photoresponsiveness of the wide gap semiconductor. In CPM measurement, charge-up due to light irradiation may be a problem. In that case, the influence of charge-up by light irradiation can be reduced by lowering the chopper frequency. The constant current value is determined in advance by preliminary measurement.

定電流値の決定は、測定を予定している波長範囲から任意の波長を数点選択して行う。波長は、測定を予定している波長範囲において、偏りなく選択すると好ましい。次に、試料205の第1の電極および第2の電極間に電圧を印加し、装置の最大照射光量近傍にて選択した各波長おける光電流値を測定する。得られた光電流値のうち、もっとも小さかった値よりも5%から30%程度小さい電流値を定電流値に定める。 The constant current value is determined by selecting several arbitrary wavelengths from the wavelength range scheduled for measurement. It is preferable to select the wavelength without deviation in the wavelength range in which measurement is planned. Next, a voltage is applied between the first electrode and the second electrode of the sample 205, and the photocurrent value at each wavelength selected in the vicinity of the maximum irradiation light amount of the apparatus is measured. Among the obtained photocurrent values, a current value that is 5% to 30% smaller than the smallest value is determined as a constant current value.

次に、ステップS103にて、試料205の第1の電極および第2の電極間に電圧を印加する。第1の電極および第2の電極間の電圧は例えば0.1V以上50V以下とする。 Next, in step S103, a voltage is applied between the first electrode and the second electrode of the sample 205. The voltage between the first electrode and the second electrode is, for example, 0.1 V or more and 50 V or less.

次に、ステップS104にて初期の照射光量を決定する。初期の照射光量は、例えば、装置の最大照射光量とすればよい。 Next, an initial irradiation light amount is determined in step S104. The initial irradiation light amount may be, for example, the maximum irradiation light amount of the apparatus.

次に、ステップS105では、チョッパーによって点滅させた光を試料205へ照射する。この点滅の周期はチョッパー周波数によって選択でき、ロックインアンプ207を用いることでチョッパー周波数と同様の周波数を持つ微弱な光電流値を検出することが可能となる。 Next, in step S105, the sample 205 is irradiated with light blinked by the chopper. The blinking cycle can be selected according to the chopper frequency, and by using the lock-in amplifier 207, it is possible to detect a weak photocurrent value having a frequency similar to the chopper frequency.

ステップS105で検出された光電流値が、ステップS102で決定した任意の光電流値の一定範囲内(例えば、プラスマイナス10%以内)となっているかをステップS106にて判断する。検出された光電流値が、任意に決定した光電流値の一定範囲外(例えば、プラスマイナス10%外)のとき、ステップS107にて照射光量を変更する。なお、ステップS106で判断する光電流値の範囲は、狭めるとCPM測定の精度が高まり、広げるとCPM測定の精度が下がる。ただし、ステップS106で判断する光電流値の範囲が狭いほど、光電流値の制御に時間が掛かり、CPM測定の時間が長くなってしまう。 In step S106, it is determined whether the photocurrent value detected in step S105 is within a certain range (for example, within plus or minus 10%) of the arbitrary photocurrent value determined in step S102. When the detected photocurrent value is outside a predetermined range of the photocurrent value determined arbitrarily (for example, outside of plus or minus 10%), the irradiation light amount is changed in step S107. Note that the accuracy of CPM measurement increases when the range of the photocurrent value determined in step S106 is narrowed, and the accuracy of CPM measurement decreases when it is widened. However, the narrower the range of the photocurrent value determined in step S106, the longer it takes to control the photocurrent value, and the longer the time for CPM measurement.

照射光量の変更には、NDフィルタまたは/およびウェッジフィルタなどを用いればよい。 An ND filter or / and a wedge filter may be used for changing the irradiation light quantity.

ステップS107にて照射光量を変更した場合、再びステップS105に戻り、光電流値を検出する。検出された光電流値がステップS102で決定した任意の光電流値のプラスマイナス10%以内となっているかをステップS106にて判断する。検出された光電流値が、任意に決定した光電流値のプラスマイナス10%外のとき、ステップS107にて照射光量を変更する。これを、ステップS102で決定した光電流値のプラスマイナス10%以内となるまで繰り返し行う。 When the irradiation light quantity is changed in step S107, the process returns to step S105 again to detect the photocurrent value. In step S106, it is determined whether the detected photocurrent value is within ± 10% of the arbitrary photocurrent value determined in step S102. When the detected photocurrent value is out of plus or minus 10% of the arbitrarily determined photocurrent value, the amount of irradiation light is changed in step S107. This is repeated until the photocurrent value determined in step S102 is within ± 10%.

ステップS106にて、検出された光電流値が、ステップS102で決定した任意の光電流値のプラスマイナス10%以内と判断された場合、ステップS108に移り、任意の波長範囲の測定が全て行われているか判断する。任意の波長範囲の測定が全て行われていないと判断された場合、ステップS109にて照射光の波長を変更し、ステップS105に戻す。 If it is determined in step S106 that the detected photocurrent value is within ± 10% of the arbitrary photocurrent value determined in step S102, the process proceeds to step S108, and all measurements in an arbitrary wavelength range are performed. Judgment is made. If it is determined that all the measurements in the arbitrary wavelength range have not been performed, the wavelength of the irradiation light is changed in step S109, and the process returns to step S105.

なお、照射光の波長に応じてカットフィルタを設けると好ましい。なお、ステップS109にて照射光の波長を変更するのに伴い、最適な波長範囲を有するカットフィルタへの変更ステップを追加してもよい。カットフィルタを最適な波長範囲を有するカットフィルタに変更することによって、迷光の影響を低減でき、CPM測定を精度高く行うことが可能となる。 In addition, it is preferable to provide a cut filter according to the wavelength of irradiation light. As the wavelength of irradiation light is changed in step S109, a step for changing to a cut filter having an optimum wavelength range may be added. By changing the cut filter to a cut filter having an optimal wavelength range, the influence of stray light can be reduced, and CPM measurement can be performed with high accuracy.

ステップS105〜ステップS109を繰り返し、ステップS108にて波長範囲の測定が全て行われていると判断されると、ステップS110に移り、CPM測定を終了する。 Steps S105 to S109 are repeated, and if it is determined in step S108 that all wavelength ranges have been measured, the process proceeds to step S110 and the CPM measurement is terminated.

以上がCPM測定方法の一例である。 The above is an example of the CPM measurement method.

こうして得られた波長ごとの照射光量を試料の形状および光学的特性によって規格化した規格化照射光量とする。規格化照射光量に任意数を乗じ、概略ワイドギャップ半導体のλEg以下の範囲において、別途測定した波長ごとの吸収係数とフィッティングすることで吸収係数として扱うことが可能となる。 The amount of irradiation light thus obtained for each wavelength is set as a normalized amount of irradiation light normalized by the shape and optical characteristics of the sample. By multiplying the normalized irradiation light quantity by an arbitrary number and fitting with an absorption coefficient for each wavelength measured separately within a range of approximately λ Eg or less of the wide gap semiconductor, it can be handled as an absorption coefficient.

なお、波長ごとの吸収係数は、分光エリプソメトリー、または分光光度計による透過率および反射率などの測定から導出すればよい。 In addition, what is necessary is just to derive | lead-out the absorption coefficient for every wavelength from measurements, such as a transmittance | permeability and a reflectance by a spectroscopic ellipsometry or a spectrophotometer.

CPM測定から得られる吸収係数は、電流値の測定から導出しているため、フォトン数の測定が困難となるほどの微量な光の吸収を評価することが可能となる。そのため、CPM測定は、分光エリプソメトリー、分光光度計などと比較し、ワイドギャップ半導体のλEg以下の範囲において、吸収係数を精度高く導出することができる。 Since the absorption coefficient obtained from the CPM measurement is derived from the measurement of the current value, it is possible to evaluate the absorption of a trace amount of light that makes it difficult to measure the number of photons. Therefore, the CPM measurement can derive the absorption coefficient with high accuracy in the range of λ Eg or less of the wide gap semiconductor, as compared with spectroscopic ellipsometry, spectrophotometer, and the like.

従って、ワイドギャップ半導体のバンドギャップ内における低密度の欠陥準位についても、精度高く評価することができる。 Therefore, a low-density defect level within the band gap of the wide gap semiconductor can be evaluated with high accuracy.

なお、CPM測定で得られる値は定電流値となるときの照射光量として記録される。そのため、規格化照射光量としてから吸収係数を導出することになる。具体的には、試料への照射面積、試料の透過率を用いて算出すればよい。 In addition, the value obtained by CPM measurement is recorded as the irradiation light quantity when it becomes a constant current value. Therefore, the absorption coefficient is derived from the normalized irradiation light amount. Specifically, it may be calculated using the irradiation area of the sample and the transmittance of the sample.

一般的には、CPM測定で得られた規格化照射光量に任意数を乗じたものを、別途測定された吸収係数と適切な範囲でフィッティングを行うことで吸収係数を導出している。その際に、CPM測定から導出した吸収係数と、別途測定された吸収係数とが、ワイドギャップ半導体のλEg以下の範囲において、1点、2点程度一致しているのみの場合や、ごく僅かなエネルギー範囲においてのみ一致しているのみの場合では、CPM測定から導出した吸収係数は、実際の吸収係数を表しているとは言い難く、当然ながら評価される欠陥密度も精度も低いものとなる。 In general, the absorption coefficient is derived by fitting the normalized irradiation light quantity obtained by CPM measurement by an arbitrary number and fitting the absorption coefficient measured separately and in an appropriate range. At that time, the absorption coefficient derived from the CPM measurement and the absorption coefficient measured separately are in the range of λ Eg or less of the wide-gap semiconductor, or only one point or two points coincide with each other, or very slightly In the case of matching only in a wide energy range, it is difficult to say that the absorption coefficient derived from the CPM measurement represents the actual absorption coefficient, and naturally, the defect density and accuracy to be evaluated are low. .

そこで、ワイドギャップ半導体のλEg以下、所定の波長以上におけるCPM測定で得られた規格化照射光量に任意数を乗じたもの(g(hν))と、別途測定したワイドギャップ半導体のλEg以下、所定の波長以上における吸収係数f(hν)との、数式(1)におけるフィッティング値F(x)を0.0001以上1以下、好ましくは0.0001以上0.1以下となるようにg(hν)を変更していく。なお、数式(1)については前述の説明を参酌する。 Therefore, λ Eg or less of the wide gap semiconductor, the normalized irradiation light quantity obtained by CPM measurement at a predetermined wavelength or more (g (hν)), and λ Eg or less of the wide gap semiconductor measured separately. The fitting value F (x) in Equation (1) with the absorption coefficient f (hν) at a predetermined wavelength or more is 0.0001 or more and 1 or less, preferably 0.0001 or more and 0.1 or less. hν) is changed. For the formula (1), the above description is taken into consideration.

なお、前述の所定の波長以上は、λEgから30nm以上100nm以下を引いた値とする。例えばλEg−50nmとする。 The above-mentioned predetermined wavelength or more is a value obtained by subtracting 30 nm to 100 nm from λ Eg . For example, λ Eg −50 nm.

また、フィッティング値の算出は、λEg以下、所定の波長以上において3点以上10点以下、例えば5点の波長を用いて行う。 Also, the fitting value is calculated using λ Eg or less, a wavelength of 3 points or more and 10 points or less, for example, 5 points at a predetermined wavelength or more.

g(hν)は、CPM測定で得られた規格化照射光量に任意数を乗じて得られる。このとき、λEg以下、所定の波長以上において、別途測定した吸収係数とのフィッティング値F(x)が0.0001以上1以下、好ましくは0.0001以上0.1以下となるよう規格化照射光量に任意数を乗じる。 g (hν) is obtained by multiplying the normalized irradiation light quantity obtained by CPM measurement by an arbitrary number. At this time, the normalized irradiation is performed so that the fitting value F (x) with the separately measured absorption coefficient is 0.0001 or more and 1 or less, preferably 0.0001 or more and 0.1 or less at λ Eg or less and a predetermined wavelength or more. Multiply the light quantity by an arbitrary number.

以上のように、フィッティング値を上述の範囲とすることで、ワイドギャップ半導体の欠陥密度を精度高く評価することができる。具体的には、1×1015個/cm以下、好ましくは1×1014個/cm以下の欠陥密度を評価することが可能となる。 As described above, by setting the fitting value within the above range, the defect density of the wide gap semiconductor can be evaluated with high accuracy. Specifically, a defect density of 1 × 10 15 pieces / cm 3 or less, preferably 1 × 10 14 pieces / cm 3 or less can be evaluated.

本実施の形態は、適宜他の実施例などと組み合わせて用いることができる。 This embodiment can be used in combination with any of the other examples as appropriate.

本実施例では、ワイドギャップ半導体である酸化物半導体の吸収係数をCPM測定から導出する方法について説明する。 In this example, a method for deriving the absorption coefficient of an oxide semiconductor that is a wide gap semiconductor from CPM measurement will be described.

測定する試料は、ガラス基板上に酸化シリコン膜を300nmの厚さで成膜し、酸化シリコン膜上に酸化物半導体膜を200nmの厚さで成膜し、酸化物半導体膜上に一対のタングステン電極を100nmの厚さで形成し、酸化物半導体膜および一対のタングステン電極を覆って酸化アルミニウム膜を100nmの厚さで成膜した後、酸化アルミニウム膜の一部をエッチングし、一対のタングステン電極を露出させることで作製した。 As a sample to be measured, a silicon oxide film with a thickness of 300 nm is formed over a glass substrate, an oxide semiconductor film with a thickness of 200 nm is formed over the silicon oxide film, and a pair of tungsten is formed over the oxide semiconductor film. An electrode is formed to a thickness of 100 nm, an aluminum oxide film is formed to a thickness of 100 nm so as to cover the oxide semiconductor film and the pair of tungsten electrodes, and then a part of the aluminum oxide film is etched to form a pair of tungsten electrodes It was produced by exposing

ここで、酸化物半導体膜として、In−Ga−Zn−O膜を用いた。 Here, an In—Ga—Zn—O film was used as the oxide semiconductor film.

CPM測定は、図1に示すフローに従って行った。なお、測定範囲は200nm〜1200nmである。 CPM measurement was performed according to the flow shown in FIG. The measurement range is 200 nm to 1200 nm.

次に、酸化物半導体膜のλEg以下、所定の波長以上において、分光光度計から導出した吸収係数と、CPM測定で得られた波長ごとの規格化照射光量と、が概略一致するよう規格化照射光量に任意数を乗じた。 Next, normalization is performed so that the absorption coefficient derived from the spectrophotometer and the normalized irradiation light amount for each wavelength obtained by the CPM measurement substantially coincide with each other at λ Eg or less and a predetermined wavelength or more of the oxide semiconductor film. The irradiation light quantity was multiplied by an arbitrary number.

次に、数式(1)を用いて、酸化物半導体膜のλEg以下、所定の波長以上において、分光光度計から導出した吸収係数f(hν)と、CPM測定で得られた規格化照射光量に任意数を乗じたg(hν)と、がフィッティング値F(x)が0.0001以上1以下、好ましくは0.0001以上0.1以下となるまで、任意数を変更した。 Next, using Equation (1), the absorption coefficient f (hν) derived from the spectrophotometer and the normalized irradiation light amount obtained by the CPM measurement at λ Eg or less and a predetermined wavelength or more of the oxide semiconductor film The arbitrary number was changed until g (hν) multiplied by an arbitrary number and the fitting value F (x) became 0.0001 or more and 1 or less, preferably 0.0001 or more and 0.1 or less.

こうして、F(x)が0.088となったところで、CPM測定で導出した吸収係数と定めた。結果を図3に示す。なお、図3では、波長をエネルギーに換算した値を横軸に示す。 Thus, when F (x) reached 0.088, the absorption coefficient derived by CPM measurement was determined. The results are shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates a value obtained by converting the wavelength into energy.

図3に示すとおり、λEg以下、所定の波長以上(バンドギャップ以上のエネルギー範囲)で、分光光度計から導出した吸収係数(破線)と、CPM測定から導出した吸収係数(実線)と、がよくフィッティングしていることがわかる。 As shown in FIG. 3, an absorption coefficient derived from a spectrophotometer (broken line) and an absorption coefficient derived from CPM measurement (solid line) at λ Eg or less, a predetermined wavelength or more (energy range of band gap or more), and It turns out that it is fitting well.

そのため、本実施例におけるCPM測定から導出した吸収係数から、精度高く酸化物半導体膜の欠陥密度を評価できることがわかる。 Therefore, it can be seen from the absorption coefficient derived from the CPM measurement in this example that the defect density of the oxide semiconductor film can be evaluated with high accuracy.

S101 ステップ
S102 ステップ
S103 ステップ
S104 ステップ
S105 ステップ
S106 ステップ
S107 ステップ
S108 ステップ
S109 ステップ
S110 ステップ
201 ランプ
202 モノクロメータ
203 フィルタ
204 ビームスプリッタ
205 試料
206 直流電源
207 ロックインアンプ
208 計算機
209 ロックインアンプ
210 フォトダイオード
S101 Step S102 Step S103 Step S104 Step S105 Step S106 Step S107 Step S108 Step S109 Step S110 Step 201 Lamp 202 Monochromator 203 Filter 204 Beam splitter 205 Sample 206 DC power supply 207 Lock-in amplifier 208 Computer 209 Lock-in amplifier 210 Photodiode

Claims (4)

バンドギャップが2.2eV以上6.0eV以下の半導体上の一対の電極を有する試料に対し、前記一対の電極間に電圧を印加するステップと
前記半導体に周期的に任意の波長の光を照射して、前記一対の電極間を流れる光電流値を検出するステップと
前記光電流値が定電流値になるように照射光量を変えるステップと
前記任意の波長および前記照射光量を記録するステップと
記バンドギャップの波長より50nm短い波長以上前記半導体のバンドギャップの波長以下の波長範囲における前記照射光量を前記試料に対して規格化して、規格化照射光量とするステップと
記波長範囲における前記半導体の吸収係数を、分光エリプソメトリーまたは分光光度計による透過率および反射率の測定から導出するステップと、有し、
下記数式(1)に示す、前記規格化照射光量と前記吸収係数とのフィッティング値F(x)が0.0001以上1以下を満たすよう、前記規格化照射光量に任意数を乗じることを特徴とする半導体の欠陥評価方法。

(ただし、λEgは前記半導体のバンドギャップ波長を示し、f(hν)は前記吸収係数を示し、g(hν)は前記規格化照射光量に前記任意数を乗じたものを示す。)
Applying a voltage between the pair of electrodes to a sample having a pair of electrodes on a semiconductor having a band gap of 2.2 eV or more and 6.0 eV or less;
Irradiating light of an arbitrary wavelength to the semiconductor periodically to detect a photocurrent value flowing between the pair of electrodes;
A step of the photocurrent values Ru changing irradiation light amount to be constant current value,
Recording the arbitrary wavelength and the irradiation light amount;
The irradiation light intensity in the wavelength range below wavelength than the band gap of the prior SL 50nm than the wavelength of the bandgap wavelength shorter than the upper front Symbol semiconductor, and normalized to the sample, the steps of the normalized light quantity,
The absorption coefficient of the semiconductor before Symbol wavelength range, spectroscopic ellipsometry Ma et deriving from the measurement of transmittance and reflectance by a spectrophotometer, a,
Below shown in equation (1), wherein as the fitting value F between the normalized light quantity and the absorption coefficient (x) satisfies 0.0001 or more and 1 or less, Jill can multiply any number to the normalized irradiation dose A defect evaluation method for a semiconductor characterized.

(However, the lambda Eg represents the wavelength of the band gap of the semiconductor, f (hv) shows a front Ki吸 yield coefficients, g (hv) shows are multiplied by the arbitrary number of prior Symbol normalization irradiation dose .)
請求項1において、
前記光電流値が前記定電流値から一定範囲内であるときは、前記任意の波長および前記照射光量を記録し、かつ前記任意の波長を変更し、
前記光電流値が前記定電流値から一定範囲外であるときは、前記任意の波長の光の前記照射光量を変更し、
あらかじめ定めた波長範囲において、前記任意の波長の光の波長および前記照射光量を記録することを特徴とする半導体の欠陥評価方法。
In claim 1,
When the photocurrent value is within a certain range from the constant current value, record the arbitrary wavelength and the irradiation light amount, and change the arbitrary wavelength,
When the photocurrent value is out of a certain range from the constant current value, the amount of irradiation light of the arbitrary wavelength is changed,
A semiconductor defect evaluation method, wherein the wavelength of light having an arbitrary wavelength and the amount of irradiation light are recorded in a predetermined wavelength range.
請求項1または請求項2において、
前記半導体が、酸化物半導体であることを特徴とする半導体の欠陥評価方法。
In claim 1 or claim 2,
A semiconductor defect evaluation method, wherein the semiconductor is an oxide semiconductor.
請求項1または請求項2において、
前記半導体が、有機半導体または化合物半導体であることを特徴とする半導体の欠陥評価方法。

In claim 1 or claim 2,
A semiconductor defect evaluation method, wherein the semiconductor is an organic semiconductor or a compound semiconductor.

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