シリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法と、シリコンのライフタイム測定方法とライフタイム測定ヘッド
【課題】電極とシリコンとのオーミック・コンタクトを容易に得ることができ、その電極を使用してシリコンのライフタイム測定ができ、その測定に利用できる測定ヘッドを提供する。
【解決手段】測定対象であるシリコン１に電極２Ａ，２Ｂを押し当てて回転させ、シリコン１と電極２Ａ，２Ｂとの接触部にオーミック・コンタクトを形成し、シリコン１にパルス光を照射し、その照射により発生する過剰キャリアにより変化する電気伝導度の時間的な変化量を測定して少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する。電極２Ａ，２Ｂをシリコン１に押し付けるシリンダと、電極２Ａ，２Ｂを回転させるモータと、当該電極と電気的に導通するプローブと、シリコン１に励起エネルギーを出射する光照射部を備え、電極を押し具でシリコン１に押し付けながらモータで回転させて、電極２Ａ，２Ｂとシリコン１とのオーミック・コンタクトを得られるようにした。
【解決手段】測定対象であるシリコン１に電極２Ａ，２Ｂを押し当てて回転させ、シリコン１と電極２Ａ，２Ｂとの接触部にオーミック・コンタクトを形成し、シリコン１にパルス光を照射し、その照射により発生する過剰キャリアにより変化する電気伝導度の時間的な変化量を測定して少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する。電極２Ａ，２Ｂをシリコン１に押し付けるシリンダと、電極２Ａ，２Ｂを回転させるモータと、当該電極と電気的に導通するプローブと、シリコン１に励起エネルギーを出射する光照射部を備え、電極を押し具でシリコン１に押し付けながらモータで回転させて、電極２Ａ，２Ｂとシリコン１とのオーミック・コンタクトを得られるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料、例えば、シリコン単結晶中の少数キャリアのバルク再結合ライフタイムを、直流回路を用いた光導電減衰法（以下「直流光導電減衰法」という。）により測定するためのオーミック・コンタクト形成方法と、シリコンのライフタイム測定方法と、そのライフタイム測定に用いるライフタイム測定ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶に励起エネルギーを照射する（パルス光を照射する）と過剰キャリアが発生する。過剰キャリアはシリコン単結晶の物理的特性によって決まるライフタイム後に再結合して消滅する。シリコン単結晶中の少数キャリアの再結合ライフタイムは、シリコン単結晶中の金属不純物や結晶欠陥によって低下する（少数キャリアの再結合が速くなってライフタイムが短くなる。）ため、再結合ライフタイムを測定することによりシリコン単結晶の品質を評価することができる。
【０００３】
シリコン単結晶の品質評価方法として、直流光導電減衰法によるライフタイム測定方法がある。シリコン単結晶に過剰キャリアが発生するとシリコン単結晶の導電率が増加する。シリコン単結晶にオーミック・コンタクト電極を形成してその電極に直流回路から直流電圧を印加すると、過剰キャリアが発生しその密度に応じて電気伝導度が変化する。直流光導電減衰法はオーミック・コンタクト電極間の前記電気伝導度の時間変化からライフタイムを測定する方法である。
【０００４】
シリコン単結晶の直流光導電減衰法によるライフタイム測定方法については、米国材料試験協会（ASTM：American Society for Testing and Materials）のASTM F28、ドイツ規格協会（DIN：Deutsches Institut fur Normung）のDIN50440、日本工業規格のJIS H 0604（シリコン単結晶の光導電減衰法）に規定されている。
【０００５】
直流光導電減衰法によりライフタイムを高精度で高安定に測定するためには、試料（シリコン）と測定回路の電極との良好な接触（オーミック・コンタクト）が重要である。しかし、実際はシリコン表面に薄い酸化膜があったり、準位があったりしてバリアの高さが決まってしまう等の理由から、単に、シリコン単結晶に電極を接触させるだけではオーミック・コンタクトは得られない。そこで、前記ASTM F28、DIN50440及びJIS H 0604では、予めシリコンに次の方法により電極を形成して、オーミック・コンタクトを得て測定することを規定している。
【０００６】
ASTM F28、DIN50440では、シリコンを３５℃に暖め、ガリウムを擦り込んでなじませる。JIS H 0604ではインジウムを約４００℃の半田ゴテを使用し擦り込んでなじませる。
【０００７】
しかし、予め、試料にガリウム、インジウムなどの電極付けを行う作業は、相応の時間と工数を必要とするため測定の迅速化、自動化の面から課題がある。
【０００８】
ライフタイム測定方法に関する発明として特許文献１、２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−３０２２４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９２８０９号公報
【００１０】
特許文献１はライフタイム測定方法ではあるが、パッシベーション時間の違いにより影響されずに安定的に再結合ライフタイムを測定できるようにした方法であり、特許文献２はヨウ素エタノール法による前処理方法に関する方法であり、いずれもオーミック・コンタクトの改善に関するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、ガリウム、インジウムなどを使用することなく電極とシリコンのオーミック・コンタクトを得る方法と、直流光導電減衰法によるシリコンのライフタイム測定方法と、その測定に使用できる測定ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（シリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法）
本発明の一つは、シリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法であり、測定対象であるシリコンに電極を押し付け、その電極とシリコンのいずれか一方又は双方を回転させて、回転による摩擦でシリコンの表面を荒すと共に電極とシリコンとの間の界面状態を物理的に変化させて合金層とシリサイド層のいずれか一方又は双方を形成することにより、当該電極とシリコンとのオーミック・コンタクトを得る方法である。
【００１３】
（シリコンのライフタイム測定方法）
本発明のシリコンのライフタイム測定方法は、シリコンに押し付けながら回転させてシリコンとオーミック・コンタクトさせた二つの電極に直流電圧を印加してシリコンに直流電流を流し、二つの電極間のシリコンにパルス光を照射し、当該パルス光の照射によりシリコン内に発生した過剰キャリアにより変化するシリコンの電気伝導度の時間的な変化量を測定することにより、シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定方法である。
【００１４】
本発明では、前記シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイム測定後に、ライフタイム測定に使用した電極をシリコンの別の箇所に押し付け、その電極を回転させることにより、その電極とシリコンの新たなに箇所にオーミック・コンタクトを得、その電極に直流電圧を印加して、シリコンの新たな箇所の少数キャリアの再結合ライフタイムを測定することができる。
【００１５】
（シリコンのライフタイム測定ヘッド）
本発明のシリコンのライフタイム測定ヘッドは、電極を挟着保持可能な電極チャックと、電極チャックを回転させる回転駆動体と、シリコン側への前記電極チャック及び回転駆動体の往復移動をガイドするリニアガイドと、電極チャックに挟着保持されている電極及び回転駆動体が前記ガイドに案内されて往復移動し、前記電極を前進時にシリコンに押し付け、後退時にシリコンから引き離す押し付け具と、電極チャックと導通するコンタクトプローブと、前記シリコンにパルス光を照射する光照射部を備え、前記押し付け具により電極をシリコンに押し付け、当該押し付け状態で回転駆動体により電極を回転させることによって電極とシリコンとのオーミック・コンタクトを得ることができ、その電極に直流電圧を印加するとシリコンに直流電流を流すことができ、光照射部から電極間のシリコンにパルス光を照射してシリコン内に過剰キャリアを発生させることができ、過剰キャリアの発生により生ずるシリコンの電気伝導度の時間的な変化量を測定することにより、シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定可能としたものである。
【００１６】
前記ライフタイム測定ヘッドは、電極チャックと押し付け具と、回転駆動体が二セット設けられ、二セットの電極チャックは互いに間隔をあけて配置されて、別々に往復移動、回転可能としてある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法は、ガリウム、インジウムなどを使用する必要がないため、オーミック・コンタクトの迅速な形成が可能であり、シリコンのライフタイム測定に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００１８】
本発明のシリコンのライフタイム測定方法によれば、一つのシリコンの切断面の多点に電極を押し付け直して新たなオーミック・コンタクトを得て、一つのシリコンの多点を測定することができる。
【００１９】
本発明のシリコンのライフタイム測定ヘッドを使用すれば、シリコンとオーミック・コンタクトした二つの電極を使用して電極の回転、シリコンへの電極の押し付けを容易且つ確実に行うことができ、シリコンのライフタイム測定を手軽に且つ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法説明図。
【図２】本発明のシリコンのライフタイム測定原理図。
【図３】（ａ）はシリコンのライフタイム測定時の指数関数的減衰曲線図、（ｂ）は片対数に変換した減衰曲線図。
【図４】本発明のライフタイム測定ヘッドの一例を示す前面側斜視図。
【図５】（ａ）は図４のライフタイム測定ヘッドの背面側斜視図、（ｂ）は同ヘッドの底面側斜視図。
【図６】（ａ）は図４のライフタイム測定ヘッドの正面側斜視図、（ｂ）は同ヘッドの底面側斜視図。
【図７】本発明のシリコンのライフタイム測定構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［シリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法の実施形態］
本発明のシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。図１、図２は試料１がシリコン単結晶のシリコンインゴットの場合である。図１に示すオーミック・コンタクト形成方法は、棒状又はパイプ状の二本の電極２Ａ、２Ｂを、測定対象であるシリコンインゴット１の端面に押し付けながら回転させ、電極２Ａ、２Ｂとシリコンインゴット１との接触部分に合金層又はシリサイド層を形成して、シリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂをオーミック・コンタクトする方法である。
【００２２】
電極２Ａ、２Ｂはパイプ状のものでも中実（棒状）のものでもよく、その材質も各種金属とすることができる。一例として図１に示す電極２Ａ、２Ｂは直径６ｍｍ程度のアルミパイプであり、両電極２Ａ、２Ｂの間隔を４０ｍｍ程度としてある。電極２Ａ、２Ｂの太さはこれより太くても細くてもよく、両電極２Ａ、２Ｂの間隔はこれより広くすることも狭くすることもできる。
【００２３】
電極２Ａ、２Ｂの回転は例えばモータにより行うことができ、押し付けは例えば押し具により行うことができる。電極２Ａ、２Ｂの回転速度や押し付け力は任意に選択可能であるが、回転速度３０／秒程度、押し付け力２０Ｎ程度とすると、回転時間数秒程度でオーミック・コンタクトが得られる。
【００２４】
本発明ではシリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂの回転及び押し付けは相対的に行えばよく、シリコンインゴット１を電極２Ａ、２Ｂに押し付けながら回転させることも、シリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂを互いに押し付けながら両者を回転させることもできる。この場合、双方の回転方向は逆方向への回転でも同方向への回転でも良い。
【００２５】
［シリコンのライフタイム測定方法の実施形態］
本発明のシリコンのライフタイム測定方法の実施形態の一例として、シリコンインゴット１のライフタイムを測定する場合について図２の測定原理図を参照して説明する。シリコンインゴット１は単結晶が均一な組成を持ち、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上のものが好ましい。このライフタイム測定方法は、前記オーミック・コンタクト形成方法によりシリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂのオーミック・コンタクトを得てから、既存の直流光導電減衰法により行うことができる。
【００２６】
本発明のシリコンのライフタイム測定方法の一例を図１〜図３に基づいて以下に説明する。
（１）前記したオーミック・コンタクト形成方法により、シリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂとのオーミック・コンタクトを得たら、電極２Ａ、２Ｂの回転を停止させ、押し付けは継続する。
（２）前記電極２Ａ、２Ｂに直流電源３から直列抵抗Ｒを通して直流電圧（例えば２０Ｖ）を印加して、シリコンインゴット１に直流電流を流す。流す直流電流の極性を切り替えて電極２Ａ、２Ｂ間の電圧を測定し、電極２Ａ、２Ｂの接触に整流性がないことを確認する。
（３）両電極２Ａ、２Ｂ間のシリコンインゴット１に励起エネルギー（パルス光）を照射する。パルス光には例えばパルス発振器４から発振されるパルス信号に基づいてレーザー光源（例えば、ＹＡＧレーザー）５から発生されるパルス光を使用することができる。パルス光としては、例えば、波長１０６４ｎｍ、パルス幅約３０μＳ、パルス出力最大５ｍｊ程度が適する。パルス光は減衰器（ＮＤフィルタ−）７を通すことにより強度を制御してシリコンインゴット１に照射することができる。図２に示す減衰器７はＹＡＧレーザー５で発生したパルス光を数個のＮＤフィルター７により、測定するシリコンインゴットに合わせた強度に調整できるようにしてある。
（４）パルス光の照射によりシリコンインゴット１に過剰キャリア（正孔又は電子）が発生すると、シリコンインゴット１の電気伝導度が過剰キャリアの濃度に応じて変化する。電気伝導度は時間経過に伴って指数関数的に減衰する（図３（ａ））。本発明では、過剰キャリアの発生による電気伝導度の変化量を測定し、その減衰曲線の時定数により少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する。
（５）パルス光の照射による二つの電極２Ａ、２Ｂ間の変化電圧を増幅器８で増幅し、デジタルオシロスコープ（以下単に「オシロスコープ」という。）９で観測し、その観測データを電子計算機（例えば、パーソナルコンピュータ：ＰＣ）１０で処理して少数キャリアの再結合ライフタイムを得ることができる。前記増幅器８には既存のオペアンプなどを用いることができる。
【００２７】
図３（ａ）に示すEXPOTENTIAL DECAY PART（指数関数的減衰部分）の信号電圧ΔＶが１／ｅ（＝０．３６７）に減衰する時間（減衰時間）τF'を読み取ってPRIMARY MODE LIFETIME（一次モードライフタイム）の近似値とする。次に、指数関数的減衰曲線をSEMI-LOGARITHMIC SCALE InΔＶ＝Ｕ（ｔ）（片対数目盛に変換した減衰曲線：図３（ｂ））に変換すると、LINEAR PLOT（直線状のプロット）が得られる。この直線の傾斜からτFを算出する。１／eの減衰時間τF'を求めたTIME AREA（時間領域）がSEMI-LOGARITHMIC（片対数）のSTRAIGHT LINE PART（直線部分）のTIME AREA（時間領域）に含まれている場合は、τF'とτFは一致する。
【００２８】
［シリコンのライフタイム測定ヘッド］
本発明のシリコンのライフタイム測定に使用するライフタイム測定ヘッド（以下「測定ヘッド」という。）の一例を図４〜図６に基づいて説明する。この測定ヘッドは二本の電極２Ａ、２Ｂを別々に挟着可能な二つの電極チャック２０Ａ、２０Ｂと、夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂを別々に回転させる二つの回転駆動体２１Ａ、２１Ｂと、夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂをシリコンインゴット１（図２）に別々に押し付ける押し具２２Ａ、２２Ｂ（図５（ａ）、（ｂ））と、二つの電極２Ａ、２Ｂ間のシリコンインゴット１に励起エネルギー光を照射する光照射部（パルス光照射部）２３（図４）を備えている。
【００２９】
夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂは、対向配置された二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂがエア式或いは油圧式の開閉機構により横方向に開閉され、開いた二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂ間に電極２Ａ、２Ｂを差し込んでから二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂを閉じると両挟着片２４Ａ、２４Ｂ間に電極２Ａ、２Ｂが挟着保持され、二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂを開くと電極２Ａ、２Ｂの挟着が解放されるようにしてある。夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転軸２５Ａ、２５Ｂ（図５（ｂ））は背面側に突出しており、夫々の回転軸２５Ａ、２５Ｂに回転輪２６Ａ、２６Ｂ（図５（ｂ））が取付けられている。前記した二つの電極チャック２０Ａ、２０Ｂはブロック状のチャック取付け体２７Ａ、２７Ｂ（図５（ｂ））に取付けられている。
【００３０】
前記回転駆動体２１Ａ、２１Ｂにはモータが使用されている。モータ２１Ａ、２１Ｂは板状のモータ取付け体２８Ａ、２８Ｂ（図４、図５（ａ））に取付けられて夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂの外側に配置され、モータ２１Ａ、２１Ｂの回転軸２９Ａ、２９Ｂ（図５（ｂ））及びその回転軸２９Ａ、２９Ｂに取付けられたプ―リ３０Ａ、３０Ｂ（図５（ａ）、（ｂ））が電極チャック２０Ａ、２０Ｂの背面側に向けて配置されている。このプーリ３０Ａ、３０Ｂと電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転輪２６Ａ、２６Ｂとにベルト３１Ａ、３１Ｂ（図５（ａ）、（ｂ））が掛けられ、モータ２１Ａ、２１Ｂの回転によりプーリ３０Ａ、３０Ｂが回転するとベルト３１Ａ、３１Ｂが回転して、電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転輪２６Ａ、２６Ｂが回転し、電極チャック２０Ａ、２０Ｂが回転するようにしてある。モータ２１Ａ、２１Ｂは正・逆回転の切り替えが可能であり、回転を切り替えることによって電極チャック２０Ａ、２０Ｂに挟着保持された電極２Ａ、２Ｂの回転方向を切り替えることができる。ベルト３１Ａ、３１Ｂにはタイミングベルトを使用すると回転制御が容易になる。この場合、モータのプーリ３０Ａ、３０Ｂと電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転輪２６Ａ、２６Ｂもタイミングベルトが噛み合う凹凸を備えたものとする。
【００３１】
前記した押し具２２Ａ、２２Ｂにはエアシリンダ（図５（ａ）、（ｂ））が使用されている。押し具２２Ａ、２２Ｂは縦向きの肉厚板状の支持材３２に取付けられており、この押し具２２Ａ、２２Ｂには外部のエア駆動部（エア回路）が連結されて、エア回路からのエアの給排により板状の支持材３２の前方に突出しているエアシリンダ２２Ａ、２２Ｂのピストンが前進、後退するようにしてある。押し具２２Ａ、２２Ｂには油圧シリンダを使用することもできる。その場合はエア回路を油圧回路とする。
【００３２】
前記二つのチャック取付け体２７Ａ、２７Ｂ（図５（ｂ））とモータ取付け体２８Ａ、２８Ｂ（図４）は図６（ａ）に示す別体の移動体３３Ａ、３３Ｂに取付けられている。この移動体３３Ａ、３３Ｂは、縦向き板状の支持材３２から前方に突設されている横向きのブロック状の基体３４の底面に取付けられている二本の角棒状のリニアガイド３５Ａ、３５Ｂに嵌合されて、前記押し具２２Ａ、２２Ｂのピストンが前方に押されるとリニアガイド３５Ａ、３５Ｂにガイドされて前進移動し、そのピストンにより後方に引き戻されると後退してリニアガイド３５Ａ、３５Ｂにガイドされて後退移動するようにしてある。この前進移動により移動体３３Ａ、３３Ｂに取付けてある電極チャック２０Ａ、２０Ｂ及びモータ２１Ａ、２１Ｂが前進して電極チャック２０Ａ、２０Ｂに挟着保持されている電極２Ａ、２Ｂがシリコンインゴット１に押し付けられ、後退移動により電極２Ａ、２Ｂがシリコンインゴット１から引き離される。
【００３３】
前記電極２Ａ、２Ｂの背面側には二本のコンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂ（図５（ａ））が突設されている。コンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂは電極２Ａ、２Ｂに直流電圧を印加するための直流電源３（図２）を接続するためのものである。
【００３４】
前記二つの電極チャック２０Ａ、２０Ｂの間には光照射部２３（図４）が設けられている。光照射部２３はオーミック・コンタクトされた二つの電極２Ａ、２Ｂ間のシリコンインゴット１に励起エネルギー光を照射するためのものであり、パルス光出口２３ａ（図４）が電極チャック２０Ａ、２０Ｂの間に設けられ、光ファイバ接続部２３ｂ（図５（ａ））が縦向きの板状の支持材３２の背面に突設されている。光ファイバ接続部２３ｂには外部のＹＡＧレーザー５（図２）を接続して、ＹＡＧレーザー５から出射されるパルス光が入射され、そのパルス光が前記パルス光出口２３ａ（図４）から出射して、シリコンインゴット１に照射されるようにしてある。
【００３５】
図示したモータ２１Ａ、２１Ｂ、押し具２２Ａ、２２Ｂは二つの電極２Ａ、２Ｂ用に別々に備えられ、夫々の電極２Ａ、２Ｂを別々にシリコンインゴット１に押し付けたり、回転させたりすることができるようにしてあるが、可能であれば一つを二つの電極２Ａ、２Ｂに共用とすることもできる。
【００３６】
［直流電源］
前記直流電源３（図２）はシリコンインゴット１に電流を供給するための直流安定化電源である。電圧は０〜３０Ｖの範囲で任意に設定できるようにしてあるが、２０Ｖ程度に設定して使用するのが好ましい。
【００３７】
［ライフタイム測定ヘッドを使用したライフタイム測定］
前記したライフタイム測定ヘッドを使用して、直流光導電減衰法によりシリコンインゴット１のライフタイムを測定する場合は次のようにして行うことができる。
【００３８】
（１）前記測定ヘッドの二つの電極チャック２０Ａ、２０Ｂの夫々の二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂ間に電極２Ａ、２Ｂを挟んで保持させる。
【００３９】
（２）前記電極チャック２０Ａ、２０Ｂを押し具２２Ａ、２２Ｂにより前進移動させてワークターンテーブル（図示しない）にセットされているシリコンインゴット１側に押し付ける。
【００４０】
（３）前記電極チャック２０Ａ、２０Ｂをモータ２１Ａ、２１Ｂにより回転させて、電極２Ａ、２Ｂとシリコンインゴット１のオーミック・コンタクトを得る。オーミック・コンタクトを得たら、電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転を停止させ、シリコンインゴット１への電極２Ａ、２Ｂの前記押し付けを保持する。
【００４１】
（４）前記状態で、前記した本発明のライフタイム測定方法により、測定ヘッドのコンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂ（図５（ａ））に直流電圧を印加し、電極２Ａ、２Ｂからシリコンインゴット１に直流電流を流し、電極２Ａ、２Ｂの間のシリコンインゴット１にパルス光を照射してシリコンインゴット１のライフタイムを測定する。測定ヘッドのコンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂ（図５（ａ））に直流電圧を印加する場合は、図７に示すように、ＤＣ電源３からプローブエレクトロニクス４０を介して直流電圧を印加することができる。プローブエレクトロニクス４０はシリコンインゴット１に直流電圧を印加してライフタイム波形を検出するための直列抵抗Ｒ（図２）及びOFFSET VOLTAGE（オフセット電圧）とライフタイムを分離するOFFSET CENCELLER（オフセット除去器）を備えている。この場合、インストールメントユニット４１（図７）によりプローブエレクトロニクス４０の直列抵抗、増幅器８（図２）の利得の切り替えをパソコン１０の制御信号に従って行うと共に、両電極２Ａ、２Ｂ間の電圧及び動作状態をランプ表示することができる。
【００４２】
（５）電極２Ａ、２Ｂがオーミック・コンタクトされたシリコンインゴット１に光照射部２３（図５）からパルス光を照射する場合、オプティカルコントローラ４２（図７）でＹＡＧレーザー５、減衰器７及びバックライトＢＬの制御を行うと共にそれらの動作状態を表示することもできる。図７の電源装置４３はＹＡＧレーザー５の電源装置である。図７のバックライトＢＬは、ライフタイム測定信号の減衰曲線が長く尾を引いてBASE LINE（基線）に戻らない場合に、シリコンインゴット１をハロゲンランプで照光してTRAP EFFECT（トラップ効果）を消して測定できるようにするものである。
【００４３】
（６）前記オーミック・コンタクトの位置でのライフタイム測定が終了したら、押し具２２Ａ、２２Ｂを引き戻して、電極２Ａ、２Ｂをシリコンインゴット１から引き離す。
【００４４】
（７）引き離した状態で、シリコンインゴット１がセットされているワークターンテーブルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれか一又は二以上の方向に移動させて、シリコンインゴット１の位置を変える。
【００４５】
（８）前記位置変更後、押し具２２Ａ、２２Ｂにより電極チャック２０Ａ、２０Ｂを前進させて、電極チャック２０Ａ、２０Ｂに挟着保持されている電極２Ａ、２Ｂをシリコンインゴット１の別の箇所に押し付け、電極チャック２０Ａ、２０Ｂをモータ２１Ａ、２１Ｂにより回転させてその押し付け箇所で電極２Ａ、２Ｂとシリコンインゴット１のオーミック・コンタクトを得る。オーミック・コンタクトを得たら電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転を停止させ、シリコンインゴット１への電極２Ａ、２Ｂの前記押し付けを保持する。
【００４６】
（９）前記状態で、前記測定時と同様にコンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂに直流電圧を印加し、シリコンインゴット１にパルス光を照射してシリコンインゴット１のライフタイムを測定する。
【００４７】
前記押し付け箇所での測定終了後、ワークターンテーブルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれか一又は二以上の方向に移動させて、ワークターンテーブルにセットされているシリコンインゴット１の位置を変え、電極２Ａ、２Ｂとシリコンインゴット１のオーミック・コンタクトの位置を変えて次の測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法、シリコンのライフタイム測定方法、シリコンのライフタイム測定ヘッドは、電極と他の物体、例えば、シリコンウェーハとオーミック・コンタクトを得て各種測定を行う場合にも利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ シリコンインゴット（試料）
２Ａ、２Ｂ 電極
３ 直流電源
４ パルス発振器
５ ＹＡＧレーザー
７ 減衰器（ＮＤフィルター）
８ 増幅器
９ オシロスコープ
１０ 電子計算機（パソコン）
２０Ａ、２０Ｂ 電極チャック
２１Ａ、２１Ｂ 回転駆動体（モータ）
２２Ａ、２２Ｂ 押し具（エアシリンダ）
２３ 光照射部
２３ａ パルス光出口
２３ｂ 光ファイバ接続部
２４Ａ、２４Ｂ 挟着片
２５Ａ、２５Ｂ 電極チャックの回転軸
２６Ａ、２６Ｂ 回転輪
２７Ａ、２７Ｂ チャック取付け体
２８Ａ、２８Ｂ モータ取付け体
２９Ａ、２９Ｂ モータの回転軸
３０Ａ、３０Ｂ プーリ
３１Ａ、３１Ｂ ベルト
３２ 板状の支持材
３３Ａ、３３Ｂ 移動体
３４ 基体
３５Ａ、３５Ｂ リニアガイド
３６Ａ、３６Ｂ コンタクトプローブ
４０ プローブエレクトロニクス
４１ インストールメントユニット
４２ オプティカルコントローラ
４３ ＹＡＧレーザー用電源装置
Ｒ 直列抵抗
ＢＬ バックライト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料、例えば、シリコン単結晶中の少数キャリアのバルク再結合ライフタイムを、直流回路を用いた光導電減衰法（以下「直流光導電減衰法」という。）により測定するためのオーミック・コンタクト形成方法と、シリコンのライフタイム測定方法と、そのライフタイム測定に用いるライフタイム測定ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶に励起エネルギーを照射する（パルス光を照射する）と過剰キャリアが発生する。過剰キャリアはシリコン単結晶の物理的特性によって決まるライフタイム後に再結合して消滅する。シリコン単結晶中の少数キャリアの再結合ライフタイムは、シリコン単結晶中の金属不純物や結晶欠陥によって低下する（少数キャリアの再結合が速くなってライフタイムが短くなる。）ため、再結合ライフタイムを測定することによりシリコン単結晶の品質を評価することができる。
【０００３】
シリコン単結晶の品質評価方法として、直流光導電減衰法によるライフタイム測定方法がある。シリコン単結晶に過剰キャリアが発生するとシリコン単結晶の導電率が増加する。シリコン単結晶にオーミック・コンタクト電極を形成してその電極に直流回路から直流電圧を印加すると、過剰キャリアが発生しその密度に応じて電気伝導度が変化する。直流光導電減衰法はオーミック・コンタクト電極間の前記電気伝導度の時間変化からライフタイムを測定する方法である。
【０００４】
シリコン単結晶の直流光導電減衰法によるライフタイム測定方法については、米国材料試験協会（ASTM：American Society for Testing and Materials）のASTM F28、ドイツ規格協会（DIN：Deutsches Institut fur Normung）のDIN50440、日本工業規格のJIS H 0604（シリコン単結晶の光導電減衰法）に規定されている。
【０００５】
直流光導電減衰法によりライフタイムを高精度で高安定に測定するためには、試料（シリコン）と測定回路の電極との良好な接触（オーミック・コンタクト）が重要である。しかし、実際はシリコン表面に薄い酸化膜があったり、準位があったりしてバリアの高さが決まってしまう等の理由から、単に、シリコン単結晶に電極を接触させるだけではオーミック・コンタクトは得られない。そこで、前記ASTM F28、DIN50440及びJIS H 0604では、予めシリコンに次の方法により電極を形成して、オーミック・コンタクトを得て測定することを規定している。
【０００６】
ASTM F28、DIN50440では、シリコンを３５℃に暖め、ガリウムを擦り込んでなじませる。JIS H 0604ではインジウムを約４００℃の半田ゴテを使用し擦り込んでなじませる。
【０００７】
しかし、予め、試料にガリウム、インジウムなどの電極付けを行う作業は、相応の時間と工数を必要とするため測定の迅速化、自動化の面から課題がある。
【０００８】
ライフタイム測定方法に関する発明として特許文献１、２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−３０２２４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９２８０９号公報
【００１０】
特許文献１はライフタイム測定方法ではあるが、パッシベーション時間の違いにより影響されずに安定的に再結合ライフタイムを測定できるようにした方法であり、特許文献２はヨウ素エタノール法による前処理方法に関する方法であり、いずれもオーミック・コンタクトの改善に関するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、ガリウム、インジウムなどを使用することなく電極とシリコンのオーミック・コンタクトを得る方法と、直流光導電減衰法によるシリコンのライフタイム測定方法と、その測定に使用できる測定ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（シリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法）
本発明の一つは、シリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法であり、測定対象であるシリコンに電極を押し付け、その電極とシリコンのいずれか一方又は双方を回転させて、回転による摩擦でシリコンの表面を荒すと共に電極とシリコンとの間の界面状態を物理的に変化させて合金層とシリサイド層のいずれか一方又は双方を形成することにより、当該電極とシリコンとのオーミック・コンタクトを得る方法である。
【００１３】
（シリコンのライフタイム測定方法）
本発明のシリコンのライフタイム測定方法は、シリコンに押し付けながら回転させてシリコンとオーミック・コンタクトさせた二つの電極に直流電圧を印加してシリコンに直流電流を流し、二つの電極間のシリコンにパルス光を照射し、当該パルス光の照射によりシリコン内に発生した過剰キャリアにより変化するシリコンの電気伝導度の時間的な変化量を測定することにより、シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定方法である。
【００１４】
本発明では、前記シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイム測定後に、ライフタイム測定に使用した電極をシリコンの別の箇所に押し付け、その電極を回転させることにより、その電極とシリコンの新たなに箇所にオーミック・コンタクトを得、その電極に直流電圧を印加して、シリコンの新たな箇所の少数キャリアの再結合ライフタイムを測定することができる。
【００１５】
（シリコンのライフタイム測定ヘッド）
本発明のシリコンのライフタイム測定ヘッドは、電極を挟着保持可能な電極チャックと、電極チャックを回転させる回転駆動体と、シリコン側への前記電極チャック及び回転駆動体の往復移動をガイドするリニアガイドと、電極チャックに挟着保持されている電極及び回転駆動体が前記ガイドに案内されて往復移動し、前記電極を前進時にシリコンに押し付け、後退時にシリコンから引き離す押し付け具と、電極チャックと導通するコンタクトプローブと、前記シリコンにパルス光を照射する光照射部を備え、前記押し付け具により電極をシリコンに押し付け、当該押し付け状態で回転駆動体により電極を回転させることによって電極とシリコンとのオーミック・コンタクトを得ることができ、その電極に直流電圧を印加するとシリコンに直流電流を流すことができ、光照射部から電極間のシリコンにパルス光を照射してシリコン内に過剰キャリアを発生させることができ、過剰キャリアの発生により生ずるシリコンの電気伝導度の時間的な変化量を測定することにより、シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定可能としたものである。
【００１６】
前記ライフタイム測定ヘッドは、電極チャックと押し付け具と、回転駆動体が二セット設けられ、二セットの電極チャックは互いに間隔をあけて配置されて、別々に往復移動、回転可能としてある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法は、ガリウム、インジウムなどを使用する必要がないため、オーミック・コンタクトの迅速な形成が可能であり、シリコンのライフタイム測定に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００１８】
本発明のシリコンのライフタイム測定方法によれば、一つのシリコンの切断面の多点に電極を押し付け直して新たなオーミック・コンタクトを得て、一つのシリコンの多点を測定することができる。
【００１９】
本発明のシリコンのライフタイム測定ヘッドを使用すれば、シリコンとオーミック・コンタクトした二つの電極を使用して電極の回転、シリコンへの電極の押し付けを容易且つ確実に行うことができ、シリコンのライフタイム測定を手軽に且つ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法説明図。
【図２】本発明のシリコンのライフタイム測定原理図。
【図３】（ａ）はシリコンのライフタイム測定時の指数関数的減衰曲線図、（ｂ）は片対数に変換した減衰曲線図。
【図４】本発明のライフタイム測定ヘッドの一例を示す前面側斜視図。
【図５】（ａ）は図４のライフタイム測定ヘッドの背面側斜視図、（ｂ）は同ヘッドの底面側斜視図。
【図６】（ａ）は図４のライフタイム測定ヘッドの正面側斜視図、（ｂ）は同ヘッドの底面側斜視図。
【図７】本発明のシリコンのライフタイム測定構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［シリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法の実施形態］
本発明のシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。図１、図２は試料１がシリコン単結晶のシリコンインゴットの場合である。図１に示すオーミック・コンタクト形成方法は、棒状又はパイプ状の二本の電極２Ａ、２Ｂを、測定対象であるシリコンインゴット１の端面に押し付けながら回転させ、電極２Ａ、２Ｂとシリコンインゴット１との接触部分に合金層又はシリサイド層を形成して、シリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂをオーミック・コンタクトする方法である。
【００２２】
電極２Ａ、２Ｂはパイプ状のものでも中実（棒状）のものでもよく、その材質も各種金属とすることができる。一例として図１に示す電極２Ａ、２Ｂは直径６ｍｍ程度のアルミパイプであり、両電極２Ａ、２Ｂの間隔を４０ｍｍ程度としてある。電極２Ａ、２Ｂの太さはこれより太くても細くてもよく、両電極２Ａ、２Ｂの間隔はこれより広くすることも狭くすることもできる。
【００２３】
電極２Ａ、２Ｂの回転は例えばモータにより行うことができ、押し付けは例えば押し具により行うことができる。電極２Ａ、２Ｂの回転速度や押し付け力は任意に選択可能であるが、回転速度３０／秒程度、押し付け力２０Ｎ程度とすると、回転時間数秒程度でオーミック・コンタクトが得られる。
【００２４】
本発明ではシリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂの回転及び押し付けは相対的に行えばよく、シリコンインゴット１を電極２Ａ、２Ｂに押し付けながら回転させることも、シリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂを互いに押し付けながら両者を回転させることもできる。この場合、双方の回転方向は逆方向への回転でも同方向への回転でも良い。
【００２５】
［シリコンのライフタイム測定方法の実施形態］
本発明のシリコンのライフタイム測定方法の実施形態の一例として、シリコンインゴット１のライフタイムを測定する場合について図２の測定原理図を参照して説明する。シリコンインゴット１は単結晶が均一な組成を持ち、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上のものが好ましい。このライフタイム測定方法は、前記オーミック・コンタクト形成方法によりシリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂのオーミック・コンタクトを得てから、既存の直流光導電減衰法により行うことができる。
【００２６】
本発明のシリコンのライフタイム測定方法の一例を図１〜図３に基づいて以下に説明する。
（１）前記したオーミック・コンタクト形成方法により、シリコンインゴット１と電極２Ａ、２Ｂとのオーミック・コンタクトを得たら、電極２Ａ、２Ｂの回転を停止させ、押し付けは継続する。
（２）前記電極２Ａ、２Ｂに直流電源３から直列抵抗Ｒを通して直流電圧（例えば２０Ｖ）を印加して、シリコンインゴット１に直流電流を流す。流す直流電流の極性を切り替えて電極２Ａ、２Ｂ間の電圧を測定し、電極２Ａ、２Ｂの接触に整流性がないことを確認する。
（３）両電極２Ａ、２Ｂ間のシリコンインゴット１に励起エネルギー（パルス光）を照射する。パルス光には例えばパルス発振器４から発振されるパルス信号に基づいてレーザー光源（例えば、ＹＡＧレーザー）５から発生されるパルス光を使用することができる。パルス光としては、例えば、波長１０６４ｎｍ、パルス幅約３０μＳ、パルス出力最大５ｍｊ程度が適する。パルス光は減衰器（ＮＤフィルタ−）７を通すことにより強度を制御してシリコンインゴット１に照射することができる。図２に示す減衰器７はＹＡＧレーザー５で発生したパルス光を数個のＮＤフィルター７により、測定するシリコンインゴットに合わせた強度に調整できるようにしてある。
（４）パルス光の照射によりシリコンインゴット１に過剰キャリア（正孔又は電子）が発生すると、シリコンインゴット１の電気伝導度が過剰キャリアの濃度に応じて変化する。電気伝導度は時間経過に伴って指数関数的に減衰する（図３（ａ））。本発明では、過剰キャリアの発生による電気伝導度の変化量を測定し、その減衰曲線の時定数により少数キャリアの再結合ライフタイムを測定する。
（５）パルス光の照射による二つの電極２Ａ、２Ｂ間の変化電圧を増幅器８で増幅し、デジタルオシロスコープ（以下単に「オシロスコープ」という。）９で観測し、その観測データを電子計算機（例えば、パーソナルコンピュータ：ＰＣ）１０で処理して少数キャリアの再結合ライフタイムを得ることができる。前記増幅器８には既存のオペアンプなどを用いることができる。
【００２７】
図３（ａ）に示すEXPOTENTIAL DECAY PART（指数関数的減衰部分）の信号電圧ΔＶが１／ｅ（＝０．３６７）に減衰する時間（減衰時間）τF'を読み取ってPRIMARY MODE LIFETIME（一次モードライフタイム）の近似値とする。次に、指数関数的減衰曲線をSEMI-LOGARITHMIC SCALE InΔＶ＝Ｕ（ｔ）（片対数目盛に変換した減衰曲線：図３（ｂ））に変換すると、LINEAR PLOT（直線状のプロット）が得られる。この直線の傾斜からτFを算出する。１／eの減衰時間τF'を求めたTIME AREA（時間領域）がSEMI-LOGARITHMIC（片対数）のSTRAIGHT LINE PART（直線部分）のTIME AREA（時間領域）に含まれている場合は、τF'とτFは一致する。
【００２８】
［シリコンのライフタイム測定ヘッド］
本発明のシリコンのライフタイム測定に使用するライフタイム測定ヘッド（以下「測定ヘッド」という。）の一例を図４〜図６に基づいて説明する。この測定ヘッドは二本の電極２Ａ、２Ｂを別々に挟着可能な二つの電極チャック２０Ａ、２０Ｂと、夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂを別々に回転させる二つの回転駆動体２１Ａ、２１Ｂと、夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂをシリコンインゴット１（図２）に別々に押し付ける押し具２２Ａ、２２Ｂ（図５（ａ）、（ｂ））と、二つの電極２Ａ、２Ｂ間のシリコンインゴット１に励起エネルギー光を照射する光照射部（パルス光照射部）２３（図４）を備えている。
【００２９】
夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂは、対向配置された二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂがエア式或いは油圧式の開閉機構により横方向に開閉され、開いた二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂ間に電極２Ａ、２Ｂを差し込んでから二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂを閉じると両挟着片２４Ａ、２４Ｂ間に電極２Ａ、２Ｂが挟着保持され、二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂを開くと電極２Ａ、２Ｂの挟着が解放されるようにしてある。夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転軸２５Ａ、２５Ｂ（図５（ｂ））は背面側に突出しており、夫々の回転軸２５Ａ、２５Ｂに回転輪２６Ａ、２６Ｂ（図５（ｂ））が取付けられている。前記した二つの電極チャック２０Ａ、２０Ｂはブロック状のチャック取付け体２７Ａ、２７Ｂ（図５（ｂ））に取付けられている。
【００３０】
前記回転駆動体２１Ａ、２１Ｂにはモータが使用されている。モータ２１Ａ、２１Ｂは板状のモータ取付け体２８Ａ、２８Ｂ（図４、図５（ａ））に取付けられて夫々の電極チャック２０Ａ、２０Ｂの外側に配置され、モータ２１Ａ、２１Ｂの回転軸２９Ａ、２９Ｂ（図５（ｂ））及びその回転軸２９Ａ、２９Ｂに取付けられたプ―リ３０Ａ、３０Ｂ（図５（ａ）、（ｂ））が電極チャック２０Ａ、２０Ｂの背面側に向けて配置されている。このプーリ３０Ａ、３０Ｂと電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転輪２６Ａ、２６Ｂとにベルト３１Ａ、３１Ｂ（図５（ａ）、（ｂ））が掛けられ、モータ２１Ａ、２１Ｂの回転によりプーリ３０Ａ、３０Ｂが回転するとベルト３１Ａ、３１Ｂが回転して、電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転輪２６Ａ、２６Ｂが回転し、電極チャック２０Ａ、２０Ｂが回転するようにしてある。モータ２１Ａ、２１Ｂは正・逆回転の切り替えが可能であり、回転を切り替えることによって電極チャック２０Ａ、２０Ｂに挟着保持された電極２Ａ、２Ｂの回転方向を切り替えることができる。ベルト３１Ａ、３１Ｂにはタイミングベルトを使用すると回転制御が容易になる。この場合、モータのプーリ３０Ａ、３０Ｂと電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転輪２６Ａ、２６Ｂもタイミングベルトが噛み合う凹凸を備えたものとする。
【００３１】
前記した押し具２２Ａ、２２Ｂにはエアシリンダ（図５（ａ）、（ｂ））が使用されている。押し具２２Ａ、２２Ｂは縦向きの肉厚板状の支持材３２に取付けられており、この押し具２２Ａ、２２Ｂには外部のエア駆動部（エア回路）が連結されて、エア回路からのエアの給排により板状の支持材３２の前方に突出しているエアシリンダ２２Ａ、２２Ｂのピストンが前進、後退するようにしてある。押し具２２Ａ、２２Ｂには油圧シリンダを使用することもできる。その場合はエア回路を油圧回路とする。
【００３２】
前記二つのチャック取付け体２７Ａ、２７Ｂ（図５（ｂ））とモータ取付け体２８Ａ、２８Ｂ（図４）は図６（ａ）に示す別体の移動体３３Ａ、３３Ｂに取付けられている。この移動体３３Ａ、３３Ｂは、縦向き板状の支持材３２から前方に突設されている横向きのブロック状の基体３４の底面に取付けられている二本の角棒状のリニアガイド３５Ａ、３５Ｂに嵌合されて、前記押し具２２Ａ、２２Ｂのピストンが前方に押されるとリニアガイド３５Ａ、３５Ｂにガイドされて前進移動し、そのピストンにより後方に引き戻されると後退してリニアガイド３５Ａ、３５Ｂにガイドされて後退移動するようにしてある。この前進移動により移動体３３Ａ、３３Ｂに取付けてある電極チャック２０Ａ、２０Ｂ及びモータ２１Ａ、２１Ｂが前進して電極チャック２０Ａ、２０Ｂに挟着保持されている電極２Ａ、２Ｂがシリコンインゴット１に押し付けられ、後退移動により電極２Ａ、２Ｂがシリコンインゴット１から引き離される。
【００３３】
前記電極２Ａ、２Ｂの背面側には二本のコンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂ（図５（ａ））が突設されている。コンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂは電極２Ａ、２Ｂに直流電圧を印加するための直流電源３（図２）を接続するためのものである。
【００３４】
前記二つの電極チャック２０Ａ、２０Ｂの間には光照射部２３（図４）が設けられている。光照射部２３はオーミック・コンタクトされた二つの電極２Ａ、２Ｂ間のシリコンインゴット１に励起エネルギー光を照射するためのものであり、パルス光出口２３ａ（図４）が電極チャック２０Ａ、２０Ｂの間に設けられ、光ファイバ接続部２３ｂ（図５（ａ））が縦向きの板状の支持材３２の背面に突設されている。光ファイバ接続部２３ｂには外部のＹＡＧレーザー５（図２）を接続して、ＹＡＧレーザー５から出射されるパルス光が入射され、そのパルス光が前記パルス光出口２３ａ（図４）から出射して、シリコンインゴット１に照射されるようにしてある。
【００３５】
図示したモータ２１Ａ、２１Ｂ、押し具２２Ａ、２２Ｂは二つの電極２Ａ、２Ｂ用に別々に備えられ、夫々の電極２Ａ、２Ｂを別々にシリコンインゴット１に押し付けたり、回転させたりすることができるようにしてあるが、可能であれば一つを二つの電極２Ａ、２Ｂに共用とすることもできる。
【００３６】
［直流電源］
前記直流電源３（図２）はシリコンインゴット１に電流を供給するための直流安定化電源である。電圧は０〜３０Ｖの範囲で任意に設定できるようにしてあるが、２０Ｖ程度に設定して使用するのが好ましい。
【００３７】
［ライフタイム測定ヘッドを使用したライフタイム測定］
前記したライフタイム測定ヘッドを使用して、直流光導電減衰法によりシリコンインゴット１のライフタイムを測定する場合は次のようにして行うことができる。
【００３８】
（１）前記測定ヘッドの二つの電極チャック２０Ａ、２０Ｂの夫々の二つの挟着片２４Ａ、２４Ｂ間に電極２Ａ、２Ｂを挟んで保持させる。
【００３９】
（２）前記電極チャック２０Ａ、２０Ｂを押し具２２Ａ、２２Ｂにより前進移動させてワークターンテーブル（図示しない）にセットされているシリコンインゴット１側に押し付ける。
【００４０】
（３）前記電極チャック２０Ａ、２０Ｂをモータ２１Ａ、２１Ｂにより回転させて、電極２Ａ、２Ｂとシリコンインゴット１のオーミック・コンタクトを得る。オーミック・コンタクトを得たら、電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転を停止させ、シリコンインゴット１への電極２Ａ、２Ｂの前記押し付けを保持する。
【００４１】
（４）前記状態で、前記した本発明のライフタイム測定方法により、測定ヘッドのコンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂ（図５（ａ））に直流電圧を印加し、電極２Ａ、２Ｂからシリコンインゴット１に直流電流を流し、電極２Ａ、２Ｂの間のシリコンインゴット１にパルス光を照射してシリコンインゴット１のライフタイムを測定する。測定ヘッドのコンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂ（図５（ａ））に直流電圧を印加する場合は、図７に示すように、ＤＣ電源３からプローブエレクトロニクス４０を介して直流電圧を印加することができる。プローブエレクトロニクス４０はシリコンインゴット１に直流電圧を印加してライフタイム波形を検出するための直列抵抗Ｒ（図２）及びOFFSET VOLTAGE（オフセット電圧）とライフタイムを分離するOFFSET CENCELLER（オフセット除去器）を備えている。この場合、インストールメントユニット４１（図７）によりプローブエレクトロニクス４０の直列抵抗、増幅器８（図２）の利得の切り替えをパソコン１０の制御信号に従って行うと共に、両電極２Ａ、２Ｂ間の電圧及び動作状態をランプ表示することができる。
【００４２】
（５）電極２Ａ、２Ｂがオーミック・コンタクトされたシリコンインゴット１に光照射部２３（図５）からパルス光を照射する場合、オプティカルコントローラ４２（図７）でＹＡＧレーザー５、減衰器７及びバックライトＢＬの制御を行うと共にそれらの動作状態を表示することもできる。図７の電源装置４３はＹＡＧレーザー５の電源装置である。図７のバックライトＢＬは、ライフタイム測定信号の減衰曲線が長く尾を引いてBASE LINE（基線）に戻らない場合に、シリコンインゴット１をハロゲンランプで照光してTRAP EFFECT（トラップ効果）を消して測定できるようにするものである。
【００４３】
（６）前記オーミック・コンタクトの位置でのライフタイム測定が終了したら、押し具２２Ａ、２２Ｂを引き戻して、電極２Ａ、２Ｂをシリコンインゴット１から引き離す。
【００４４】
（７）引き離した状態で、シリコンインゴット１がセットされているワークターンテーブルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれか一又は二以上の方向に移動させて、シリコンインゴット１の位置を変える。
【００４５】
（８）前記位置変更後、押し具２２Ａ、２２Ｂにより電極チャック２０Ａ、２０Ｂを前進させて、電極チャック２０Ａ、２０Ｂに挟着保持されている電極２Ａ、２Ｂをシリコンインゴット１の別の箇所に押し付け、電極チャック２０Ａ、２０Ｂをモータ２１Ａ、２１Ｂにより回転させてその押し付け箇所で電極２Ａ、２Ｂとシリコンインゴット１のオーミック・コンタクトを得る。オーミック・コンタクトを得たら電極チャック２０Ａ、２０Ｂの回転を停止させ、シリコンインゴット１への電極２Ａ、２Ｂの前記押し付けを保持する。
【００４６】
（９）前記状態で、前記測定時と同様にコンタクトプローブ３６Ａ、３６Ｂに直流電圧を印加し、シリコンインゴット１にパルス光を照射してシリコンインゴット１のライフタイムを測定する。
【００４７】
前記押し付け箇所での測定終了後、ワークターンテーブルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれか一又は二以上の方向に移動させて、ワークターンテーブルにセットされているシリコンインゴット１の位置を変え、電極２Ａ、２Ｂとシリコンインゴット１のオーミック・コンタクトの位置を変えて次の測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法、シリコンのライフタイム測定方法、シリコンのライフタイム測定ヘッドは、電極と他の物体、例えば、シリコンウェーハとオーミック・コンタクトを得て各種測定を行う場合にも利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ シリコンインゴット（試料）
２Ａ、２Ｂ 電極
３ 直流電源
４ パルス発振器
５ ＹＡＧレーザー
７ 減衰器（ＮＤフィルター）
８ 増幅器
９ オシロスコープ
１０ 電子計算機（パソコン）
２０Ａ、２０Ｂ 電極チャック
２１Ａ、２１Ｂ 回転駆動体（モータ）
２２Ａ、２２Ｂ 押し具（エアシリンダ）
２３ 光照射部
２３ａ パルス光出口
２３ｂ 光ファイバ接続部
２４Ａ、２４Ｂ 挟着片
２５Ａ、２５Ｂ 電極チャックの回転軸
２６Ａ、２６Ｂ 回転輪
２７Ａ、２７Ｂ チャック取付け体
２８Ａ、２８Ｂ モータ取付け体
２９Ａ、２９Ｂ モータの回転軸
３０Ａ、３０Ｂ プーリ
３１Ａ、３１Ｂ ベルト
３２ 板状の支持材
３３Ａ、３３Ｂ 移動体
３４ 基体
３５Ａ、３５Ｂ リニアガイド
３６Ａ、３６Ｂ コンタクトプローブ
４０ プローブエレクトロニクス
４１ インストールメントユニット
４２ オプティカルコントローラ
４３ ＹＡＧレーザー用電源装置
Ｒ 直列抵抗
ＢＬ バックライト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象であるシリコンに電極を押し付け、その電極とシリコンのいずれか一方又は双方を回転させて、当該電極とシリコンとのオーミック・コンタクト得ることを特徴とするシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法。
【請求項２】
測定対象であるシリコンに電極を押し付け、その電極とシリコンとのいずれか一方又は双方を回転させて、当該シリコンと電極の接触部に合金層とシリサイド層のいずれか一方又は双方を形成して、当該接触部にオーミック・コンタクトを得ることを特徴とするシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法。
【請求項３】
測定対象であるシリコン内の少数キャリアの再結合ライフタイムの測定方法において、シリコンに押し付けながら回転させてシリコンとオーミック・コンタクトさせた電極に直流電圧を印加してシリコンに直流電流を流し、電極間のシリコンにパルス光を照射し、当該パルス光の照射によりシリコン内に発生した過剰キャリアによって変化するシリコンの電気伝導度の時間的な変化量を測定することにより、シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定することを特徴とするシリコンのライフタイム測定方法。
【請求項４】
請求項３記載のシリコンのライフタイム測定方法において、
シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイム測定後に、シリコンへの電極の押し付け箇所を変えることにより、その電極とシリコンとに新たなオーミック・コンタクトを得、その電極に直流電圧を印加してシリコンの新たな箇所の少数キャリアの再結合ライフタイムを測定することを特徴とするシリコンのライフタイム測定方法。
【請求項５】
シリコンのライフタイム測定に使用される測定ヘッドにおいて、
電極を挟着保持可能な電極チャックと、電極チャックを回転させる回転駆動体と、シリコン側への前記電極チャック及び回転駆動体の往復移動をガイドするリニアガイドと、電極チャックに挟着保持されている電極及び回転駆動体を前記ガイドにガイドさせて往復移動させることができ、前記電極を前進時にシリコンに押し付け、後退時にシリコンから引き離す押し付け具と、電極チャックと導通するコンタクトプローブと、前記シリコンにパルス光を照射する光照射部を備え、前記押し付け具により電極をシリコンに押し付け、当該押し付け状態で回転駆動体により電極を回転させることによって電極とシリコンのオーミック・コンタクトを得ることができ、その電極に直流電圧を印加するとシリコンに直流電流を流すことができ、光照射部から電極間のシリコンにパルス光を照射してシリコン内に過剰キャリアを発生させることができ、過剰キャリアの発生により生ずるシリコンの電気伝導度の時間的な変化量を測定することにより、シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定可能としたことを特徴とするシリコンのライフタイム測定ヘッド。
【請求項６】
請求項５記載のシリコンのライフタイム測定ヘッドにおいて、
電極チャックと、押し付け具と、回転駆動体を二セット備え、二セットの電極チャックは互いに間隔をあけて配置されて別々に往復移動、回転可能であることを特徴とするシリコンのライフタイム測定ヘッド。
【請求項１】
測定対象であるシリコンに電極を押し付け、その電極とシリコンのいずれか一方又は双方を回転させて、当該電極とシリコンとのオーミック・コンタクト得ることを特徴とするシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法。
【請求項２】
測定対象であるシリコンに電極を押し付け、その電極とシリコンとのいずれか一方又は双方を回転させて、当該シリコンと電極の接触部に合金層とシリサイド層のいずれか一方又は双方を形成して、当該接触部にオーミック・コンタクトを得ることを特徴とするシリコンと電極のオーミック・コンタクト形成方法。
【請求項３】
測定対象であるシリコン内の少数キャリアの再結合ライフタイムの測定方法において、シリコンに押し付けながら回転させてシリコンとオーミック・コンタクトさせた電極に直流電圧を印加してシリコンに直流電流を流し、電極間のシリコンにパルス光を照射し、当該パルス光の照射によりシリコン内に発生した過剰キャリアによって変化するシリコンの電気伝導度の時間的な変化量を測定することにより、シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定することを特徴とするシリコンのライフタイム測定方法。
【請求項４】
請求項３記載のシリコンのライフタイム測定方法において、
シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイム測定後に、シリコンへの電極の押し付け箇所を変えることにより、その電極とシリコンとに新たなオーミック・コンタクトを得、その電極に直流電圧を印加してシリコンの新たな箇所の少数キャリアの再結合ライフタイムを測定することを特徴とするシリコンのライフタイム測定方法。
【請求項５】
シリコンのライフタイム測定に使用される測定ヘッドにおいて、
電極を挟着保持可能な電極チャックと、電極チャックを回転させる回転駆動体と、シリコン側への前記電極チャック及び回転駆動体の往復移動をガイドするリニアガイドと、電極チャックに挟着保持されている電極及び回転駆動体を前記ガイドにガイドさせて往復移動させることができ、前記電極を前進時にシリコンに押し付け、後退時にシリコンから引き離す押し付け具と、電極チャックと導通するコンタクトプローブと、前記シリコンにパルス光を照射する光照射部を備え、前記押し付け具により電極をシリコンに押し付け、当該押し付け状態で回転駆動体により電極を回転させることによって電極とシリコンのオーミック・コンタクトを得ることができ、その電極に直流電圧を印加するとシリコンに直流電流を流すことができ、光照射部から電極間のシリコンにパルス光を照射してシリコン内に過剰キャリアを発生させることができ、過剰キャリアの発生により生ずるシリコンの電気伝導度の時間的な変化量を測定することにより、シリコンの少数キャリアの再結合ライフタイムを測定可能としたことを特徴とするシリコンのライフタイム測定ヘッド。
【請求項６】
請求項５記載のシリコンのライフタイム測定ヘッドにおいて、
電極チャックと、押し付け具と、回転駆動体を二セット備え、二セットの電極チャックは互いに間隔をあけて配置されて別々に往復移動、回転可能であることを特徴とするシリコンのライフタイム測定ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７７６８２（Ｐ２０１３−７７６８２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６２７３（Ｐ２０１１−２１６２７３）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（５９２１７７０９６）ナプソン株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（５９２１７７０９６）ナプソン株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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