DE3832298A1

DE3832298A1 - Verfahren zur halbleiteroberflaechenmessung

Info

Publication number: DE3832298A1
Application number: DE3832298A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Nishimatsu; Tatsumi Mizutani; Kanji Tsujii; Ryo Haruta; Chusuke Munakata; Shigeyuki Hosoki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-09-25
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1989-04-13
Also published as: JP2690908B2; US5140272A; DE3832298C2; JPS6482541A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Halbleiter- Oberflächenmessung, das insbesondere dazu geeignet ist, die Grenzflächenfangstellendichte (die Grenzflächenzu standsdichte) an der Grenzfläche zwischen einem Halbleiter und einem Isolator, die Menge und die Verteilung der elek trischen Ladung im Isolator, die Lebensdauer der Ladungs träger im Halbleiter usw. zu messen, sowie eine Vorrich tung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Als ein Beispiel eines Verfahrens zur Halbleiter-Oberflächen messung ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Kapazitäts- Spannungs- oder C-V-Kennwerte erhalten werden. Zur C-V- Messung werden das Hochfrequenzverfahren (1 MHz), das Nieder frequenzverfahren, das quasistatische Verfahren usw. ange wandt. Die C-V-Kennwerte können gewöhnlich dadurch erhalten werden, daß eine Isolierschicht 2 auf einem Halbleitersub strat 1 ausgebildet wird und weiterhin eine Elektrode 3 aus einem Metall, polykristallinem Silizium usw. durch Auf dampfen oder chemisches Gasphasenabscheiden, d. h. durch das CVD-Verfahren vorgesehen wird, wie es in Fig. 2 der zugehöri gen Zeichnung dargestellt ist, um einen sogenannten MOS, d. h. einen Metalloxidhalbleiteraufbau zu erhalten. Eine C-V-Meß vorrichtung enthält eine Energieversorgung zum Anlegen einer Gleichvorspannung.

Ein einfaches Verfahren zum Messen der C-V-Kennwerte besteht darin, einen Quecksilbertropfen oder einen Tropfen aus einer Indium-Gallium-Legierung 3 a auf den Isolator 2 aufzubringen, der auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet ist, um einen MOS-Aufbau zu erhalten, wobei der Tropfen gegen den Isolator mittels eines leitenden Stabes 5, beispielsweise eines Metall stabes, gedrückt wird, und eine C-V-Meßvorrichtung 20 benutzt wird, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Als ein weiters Halbleiteroberflächen-Meßverfahren ist ein Verfahren der Oberflächenfotospannungsmessung bekannt, das im Japanese Journal of Applied Physics, 23 (1984), Seite 1451-1461 beschrieben ist. Das Grundprinzip dieses Verfahrens ist in Figur 4 dargestellt. Das heißt, daß ein lichtdurchlässiger Isolator 6 beispielsweise aus Mylar als Abstandsstück zwischen einer lichtdurchlässigen Elek trode 3 b, die von einer Glasplatte 7 gehalten ist, und einem Isolator 2 angeordnet wird, der auf dem Halbleiter substrat 1 ausgebildet ist, und der Isolator 2 mit Licht 22 bestrahlt wird, das von einer durch eine Wechselstromquelle angetriebenen Lichtquelle 21 über ein optisches System 23 ausgegeben wird. Ein mit der Bestrahlung durch das Licht 22 synchronisiertes Signal wird einer Wechselspannungsober flächen-Foto-EMK-Meßvorrichtung 24 eingegeben, und es wird eine Oberflächen-Foto-EMK-Messung über die Kapazität bewirkt. Das Oberflächenphotonenmikroskop, das unter Ausnutzung der Oberflächenfotospannung arbeitet, ist von Chuske MUNAKATA in Oyo Butsuri, Bd. 53, Nr. 3 (1984), Seite 176-182 be schrieben.

Wenn die Elektrode und die Isolierschicht in Kontakt mit einander stehen, wie es bei den bekannten C-V-Meßverfahren der Fall ist und in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, ist es schwierig, die Ladungsverteilung in der Nähe der Oberfläche der Isolierschicht zu ermitteln. In diesem Fall wurde daher die Ladungsverteilung in der Nähe der Oberfläche der Isolierschicht dadurch approximiert, daß Kurven erhalten wurden, die die Beziehung zwischen der Stärke und der elek trischen Ladungsmenge wiedergeben, indem die Isolierschicht nacheinander durch chemisches Ätzen usw. abgetragen wurde, um dadurch die Stärke der Schicht zu verändern, und die C-V- Messungen wiederholt wurden.

Bei dem bekannten Beispiel, das in Fig. 4 dargestellt ist, können andererseits dünne Abstandsstücke nicht erhalten werden, da diese wenigstens einige 10 µm stark sind. Wie es später im einzelnen beschrieben wird, ist es nicht möglich, exakte Oberflächenmessungen auszuführen, es sei denn, daß die Stärke der Abstandsstücke kleiner als 2 µm bezogen auf die Stärke einer Siliziumdioxidschicht ist.

Wenn weiterhin die Isolierschicht auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates sehr dünn ist, und die Elektrode di rekt auf der Isolierschicht ausgebildet ist, fließt ein Leckstrom, so daß insofern Probleme bestehen, als die C-V-Kenn werte nicht exakt gemessen werden können usw.

Durch die Erfindung sollen diese Schwierigkeiten beseitigt werden.

Das kann dadurch erreicht werden, daß eine Elektrode vorge sehen wird, deren Luftspalt zur Oberfläche des Halbleiter substrates variabel ist. Das heißt, daß Messungen dadurch bewirkt werden, daß der Isolator und ein Luftkondensator in Reihenschaltung benutzt werden. Die Messungen können in einem Inertgas wie beispielsweise Stickstoff oder im Vakuum an Stelle von Luft durchgeführt werden.

Die C-V-Messungen bei einem MOS-Aufbau werden gewöhnlich mit einer SiO₂-Schicht durchgeführt, dessen Stärke kleiner als 1 µm ist, obwohl dieser Wert von der Dotierung des Halbleiter substrates abhängt. Der Grund dafür besteht darin, daß sich die Kapazität kaum ändert, wenn die Stärke über 2 µm liegt. Wenn folglich die spezifische Dielektrizitätskonstante (3,9 für SiO₂) berücksichtigt wird, ist es wünschenswert, daß der Luftspalt kleiner als 0,5 µm ist.

Bei einem Luftspalt kann durch die Messung der Kapazität der Abstand zwischen der Oberfläche des Halbleiters und der Elektrode erhalten werden. Bei den meisten SiO₂-Schich ten sind die elektrischen Ladungen so verteilt, daß die Ladungsverteilung an der Grenzfläche zum Halbleiter (Si) und an der Außenfläche stark und im mittleren Teil schwach und nahezu konstant ist. Wenn folglich angenommen wird, daß die elektrische Ladung an der Grenzfläche und an der Außen fläche in einer Weise vorhanden ist, die durch eine Delta funktion wiedergegeben werden kann, und im mittleren Teil der Schicht gleichmäßig verteilt ist, dann ist es möglich, die Verteilung der elektrischen Ladung an der Grenzfläche, an der Außenfläche und im mittleren Teil der Schicht durch Messung der C-V-Kennwerte an drei Punkten zu erhalten, während der Spalt der Luftspaltelektrode geändert wird. Selbst wenn die elektrische Ladung in einer anderen vernünftigen Weise verteilt ist, ist es möglich, die Verteilung der elektrischen Ladung in der Isolierschicht zerstörungsfrei unter Verwendung einer Datenanalyse mittels eines Computers abzuschätzen, nach dem eine Anzahl von C-V-Messungen durchgeführt wurde, während der Spalt verändert wurde.

Wenn die C-V-Kennwerte nach dem quasistatischen Verfahren usw. erhalten werden, und ein Leckstrom in der Isolierschicht vor handen ist, können genaue Messungen nicht erfolgen. Da jedoch bei diesem Verfahren notwendigerweise ein Spalt vorhanden ist, ist es selbst bei einer sehr dünnen Isolierschicht mög lich, die C-V-Messungen zu bewirken, es sei denn, daß ein Tunnelstrom oder eine Tunnelentladung auftritt. Auch bei Halbleitersubstraten ohne Isolierschicht, beispielsweise der Oberfläche von gespaltenem Si, kann die Oberflächen- oder Grenzflächenzustandsdichte in einem ultrahohen Vakuum gemes sen werden. Weiterhin ist dann eine Bewertung der Oberflächen behandlung der anderen Schichten als der Isolierschicht mög lich.

Ohne eine Umkehr der Oberfläche des Halbleiters können wei terhin mit dem üblichen Wechselstromoberflächenfotospannungs meßverfahren Messungen nicht durchgeführt werden. Das Ver fahren der Bewertung der Si-Plättchen kann daher nur auf Si vom N-Leitfähigkeitstyp angewandt werden. Mittels einer Luftspaltelektrode gemäß der Erfindung kann andererseits die Oberfläche von P-leitendem Si dadurch umgekehrt werden, daß eine Gleichvorspannung an die lichtdurchlässige Elektrode ge legt wird, so daß es möglich ist, auch P-leitendes Si zu be werten.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrie ben. Es zeigt

Fig. 1 in einer Querschnittsansicht ein Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 2-4 in Querschnittsansichten drei verschiedene bekann te Verfahren zur Halbleiteroberflächenmessung,

Fig. 5A, 5B schematisch die Arbeitsweise des Ausführungsbei spiels der Erfindung, wobei Fig. 5A die elektrische Ladungsverteilung nach dem bekannten Verfahren und Fig. 5B in entsprechender Weise die Ladungsvertei lung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen, und

Fig. 6-10 schematisch den Aufbau verschiedener Ausführungs beispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Isolierschicht (Siliziumdioxid) 2 ist auf einem Halbleiter substrat (Silizium) 1 bis zu einer Stärke von 100 nm ausge bildet. Dieses Plättchen ist auf einem nicht dargestellten Probentisch angeordnet. Die C-V-Kennwerte werden dadurch ge messen, daß eine Elektrode 3 an Stellen, die von der Ober fläche der Isolierschicht 2 um etwa 100 nm bis etwa 150 nm entfernt sind, über einen Bewegungsmechanismus 4 angeordnet wird. Eine C-V-Meßvorrichtung mit einer Energieversorgung, die die C-V-Kennwerte mißt, ist mit der Elektrode 3 und dem Substrat 1 verbunden. Da der Abstand zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Substrates leicht dadurch erhalten werden kann, daß die Kapazität gemessen wird, wie es bereits erwähnt wurde, ist es möglich, den Abstand zwi schen der Elektrode und der Oberfläche des Substrates da durch zu regulieren, daß der Wert der Kapazität von der C-V-Meßvorrichtung 20 einer Steuerung 25 für den Bewegungs mechanismus rückgekoppelt wird. Der Mechanismus 4 zum Be wegen der Elektrode 3 wird durch eine Kombination aus einem Grobregelteil unter Verwendung einer Mikrometerschraube und einem Feinregelteil unter Verwendung eines Piezobetätigungs gliedes gesteuert.

Unter Verwendung des oben beschriebenen Aufbaus ist es mög lich, die C-V-Kennwerte und die an der Oberfläche des Halb leiters induzierte elektrische Ladung Q ausgehend von Ab weichungen von der idealen Kurve für die Ladung Null zu erhal ten. Dieses Verfahren ist allgemein bekannt.

Der Aufbau der Quecksilbersonde, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist schematisch in Fig. 5A dargestellt.

Wenn eine positive Ladungsverteilung in der Isolierschicht angenommen wird, wie sie im unteren Teil von Fig. 5A gezeigt ist, dann ist die an der Oberfläche des Halbleiters induzier te elektrische Ladung Q gegeben durch:

wobei e die Elementarladung ist, t ₀ die Stärke der Isolier schicht angibt und ρ(x) die Ladungsverteilung in der Isolier schicht ist.

Wenn die elektrische Ladung im mittleren Teil der Schicht konstant und gleich q ₀ ist, dann kann die Gleichung (1) in der folgenden Weise umgeschrieben werden:

Wenn andererseits die Luftspaltelektrode gemäß der Erfindung verwandt wird, dann ist die elektrische Ladung so verteilt, wie es in Fig. 5B dargestellt ist und gilt die folgende Gleichung:

wobei ε die spezifische Dielektrizitätskonstante des Isola tors ist, Qi die Ladungsmenge an der Grenzfläche bezeichnet und Qs die Ladungsmenge an der Außenfläche bezeichnet.

Dabei ist es möglich, die Werte Qi, q ₀ und Qs dadurch zu er halten, daß der Luftspalt auf t ₂ und t ₃ geändert wird. Wenn wei terhin q ₀ mit 0 approximiert wird, dann können Qi und Qs durch zwei Messungen bei t ₁ und t ₂ erhalten werden.

Die positive Ladungsverteilung, die in den Fig. 5A und 5B dargestellt ist, wird oft beobachtet, wenn ein Si-Substrat mit einer SiO₂-Schicht auf seiner Oberfläche mit einem Plasma usw. bestrahlt wird. Der Grund dafür besteht darin, daß eine elektrische Ladung in der SiO₂-Schicht durch die Bestrahlung mit Ionen, Elektronen oder ultraviolettem Licht im Plasma ge bildet wird. Die positive Ladungsverteilung bei einem bekann ten Beispiel, bei dem gemessen wird, indem schrittweise die SiO₂-Schicht geätzt wird, hat gleichfalls den in Fig. 5A dargestellten Aspekt.

Selbst wenn die positive Ladungsverteilung nicht durch eine Deltafunktion wiedergegeben werden kann, ist es möglich, die Ladungsverteilung im mittleren Teil einer Probe mittels einer Datenverarbeitung durch einen Computer abzuschätzen, indem die C-V-Kennwerte an einer vernünftigen Anzahl von Meßpunkten erhalten werden, während t ₁ variiert wird, und die Menge der induzierten elektrischen Ladung auf der Grundlage dieser Meß werte berechnet wird.

Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin dung beschrieben.

Bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, die Parallelität zwischen der Luftspaltelektrode und der Halbleiterprobe beizubehalten. Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Hilfs elektroden 10 und 10′ auf beiden Seiten der Hauptelektrode 3 angeordnet sind. Die Kapazität jeder Elektrode wird mittels einer C-V-Meßvorrichtung gemessen. Die in dieser Weise erhal tenen Kapazitäten werden mittels eines Komparators 28 mitein ander verglichen. Die Parallelität wird dadurch erzielt, daß das Vergleichsergebnis des Komparators 28 einer Reguliermecha nismussteuereinrichtung 27 rückgekoppelt wird, um die Kapa zitäten gleichzumachen, und ein Reguliermechanismus 26 be trieben wird, der die Neigung des Probentisches 9 reguliert, auf dem das Halbleitersubstrat 1 mit der darüber angeordneten Isolierschicht 2 angeordnet ist. In dieser Weise ist es mög lich, die Parallelität zwischen der Elektrode und der Halblei terprobe beizubehalten. In Fig. 6 ist weiterhin ein Elektro denbewegungsmechanismus 4 dargestellt. In Wirklichkeit sind vier Hilfselektroden 10, 10′, 10′′, 10′′′ vorgesehen und werden gleichfalls zwei Paare von Reguliermechanismen verwandt. Die Parallelschaltung ist möglich, wenn mehr als zwei Hilfs elektroden vorhanden sind.

Es kann gleichfalls daran gedacht werden, die Parallelität mit optischen Mitteln zu ermitteln beispielsweise die Paral lelität mittels eines aufgeteilten Lichtstrahles zu er mitteln, wie er bei einem CD-Plattenspieler usw. verwandt wird.

Im folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfin dung beschrieben.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ein aufgedampfter Goldfilm als Elektrode verwandt. Die Oberfläche des aufgedampften Filmes kann jedoch stark uneben sein, so daß nicht von einer ebenen Elektrode gesprochen werden kann. Daher wird ein Si-Plättchen, das stark mit Störstellen wie beispielsweise Arsen, Phosphor, Bor usw. dotiert ist, so daß es halbleitend ist, einen niedrigen spezifischen Widerstand hat und spiegelpoliert ist, benutzt, wobei zufriedenstellende Meßergebnisse erhalten werden.

Im folgenden wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfin dung beschrieben.

Ein Silizium-Plättchen wird gewöhnlich mit einem natürlichen Oxidfilm einer Stärke von etwa 2 µm überzogen. Wenn die C-V- Kennwerte mit einer darauf ausgebildeten Elektrode gemessen werden, kann aufgrund der Tatsache, daß der Oxidfilm extrem dünn ist, der Leckstrom so groß werden, daß die Messung im wesentlichen unmöglich ist. Wenn ein Luftspalt in dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau verwandt wird, können die C-V-Kennwerte mit einem Spalt von etwa 50 µm Stärke erhalten werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat es sich bestätigt, daß negative elektrische Ladung auf der Si-Oberfläche durch eine Si-Ober flächenbehandlung unter Verwendung von Alkali wie beispiels weise Hydrazin, Ammoniumperoxyd usw. erzeugt wird. Es läßt sich somit sagen, daß es möglich ist, die Wirkung der Ober flächenbehandlung von Si usw. dadurch zu bewerten, daß das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird. Es ist möglich, die C-V-Kennwerte von N-leitendem Si mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ω-cm mit einem Luftspalt zu messen, der kleiner als 0,5 µm ist, wobei zufriedenstellende C-V-Kenn werte mit einem Luftspalt erhalten werden, der kleiner als 0,1 µm ist.

Im folgenden wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfin dung beschrieben, das in Fig. 8 dargestellt ist.

Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die C-V-Meßvorrichtung 20 mit der Elektrode 3 und dem Sub trat 1 verbunden ist, wird bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel eine sich schrittweise ändernde Spannung zwischen die Elektrode 3 und das Substrat 1 über eine Kapa zitätsmeßvorrichtung 20 a gelegt. In dieser Weise ist es möglich, die Lebensdauer und die Oberflächenrekombinations geschwindigkeit der Ladungsträger im Halbleiter dadurch zu messen, daß die Änderungen in der Kapazität in Abhängigkeit von der Zeit gemessen werden. Der Aufbau ist im übrigen iden tisch mit dem Aufbau der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. Die Kapazitätszeitmessung ist an sich bekannt.

Fig. 9 zeigt ein weiteres sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Vorspannung liegt an einer lichtdurchlässigen Elektrode 3 b, die von einer Glasplatte 7 gehalten ist, deren Lage über einen Bewegungsmechanismus 4 mittels einer Gleich stromenergieversorgung 29 gesteuert wird. In dieser Weise ist es möglich, das Oberflächenpotential des Halbleitersubstrates (Si) 1 zu steuern, auf dem die Isolierschicht 2 ausgebildet ist, und die Oberflächenfotospannung zu messen, die dadurch indu ziert wird, daß das Halbleitersubstrat bei einem willkürlichen Oberflächenpotential mit Licht 8 bestrahlt wird. Die indu zierte Oberflächenfotospannung kann in derselben Weise wie bei dem bekannten Beispiel gemessen werden, das in Fig. 4 dargestellt ist. Das heißt, daß eine Lichtquelle 31 die Halbleiterprobe mit einem Lichtstrahl 22 konstanter Fre quenz über ein optisches System 23 mittels einer Wechsel stromversorgung bestrahlt und gleichzeitig ein Synchron signal einer Wechselstromoberflächen-Foto-EMK-Meßvorrichtung 24 ausgibt. In dieser Weise ist es möglich, die Foto-EMK synchron mit der Lichtbestrahlung zu messen. Dabei kann die Isolierschicht 2 entweder eine natürliche Oxidschicht oder eine Schicht sein, die durch eine Oberflächenbehandlung er halten wird, die die Oberfläche des Halbleitersubstrates be einflußt.

Dieses Ausführungsbeispiel hat zur Folge, daß es leichter wird, die elektrische Oberflächenladung, die Grenzflächen zustandsdichte usw. getrennt zu erhalten. Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel ist es weiterhin möglich, getrennt die Lebens dauer der Ladungsträger in massivem Si unter Verwendung der Kapazitätsmeßvorrichtung statt einer C-V-Meßvorrichtung zu erhalten. Das Verfahren zum Messen der Oberflächen-Foto- EMK ist in der oben angegebenen Fundstelle in Japanese Journal of Applied Physics beschrieben.

Da gewöhnlich Si-Plättchen weiterhin mit Ammoniumperoxid NH₄OH und H₂O₂ behandelt werden, wird die Leitfähigkeit ihres Oberflächenbereiches in eine P-Leitfähigkeit geändert. Aus diesem Grunde war eine Messung der Lebensdauer bei N-leitendem Si mit dem bekannten Verfahren nach Fig. 4 ohne weiteres möglich jedoch für P-leitende Si schwierig. Unter Verwen dung der in Fig. 9 dargestellten Vorrichtung ist es anderer seits möglich, eine Lebensdauermessung bei P-leitendem Si durchzuführen, da sich die Si-Oberfläche durch Anlegen einer positiven Spannung an die leitdurchlässige Elektrode in einen N-leitenden Typ geändert hat.

Ein weiteres siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 10 dargestellt. Wenn versucht würde, das Silizium substrat 1 von der Vorderseite eines hochintegrierten Si- Schaltungsplättchens zu betrachten, wäre das gewöhnlich durch die Verdrahtungsschicht 11 unmöglich, in der die Verdrahtung, die Steuerelektroden usw. angeordnet sind. Es ist anderer seits möglich, das Si mit einer Auflösung von etwa 1 µm durch Bilden einer Aussparung, beispielsweise durch Ätzen der Rückfläche des Si-Plättchens derart, daß die Stärke des Siliziumsubstrates etwa 20 µm am Boden der Aussparung beträgt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, und durch Betrachten der an der Oberfläche induzierten Wechselfotospannung zu bewerten. Der Aufbau ist im übrigen identisch mit dem, der in Fig. 9 dargestellt ist.

Im folgenden wird ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Die Messung bei dem vierten Ausführungsbeispiel erfolgte in der Umgebungsatmosphäre. Es gibt jedoch den Fall, in dem sta bile, d. h. reproduzierbare Messungen aufgrund von Feuchtig keit usw. in der Außenluft schwierig sind. Es hat sich bestä tigt, daß diese Schwierigkeit leicht dadurch gemildert wer den kann, daß dafür gesorgt wird, daß trockener Stickstoff durch die Meßanlage strömt. Es hat sich auch bestätigt, daß stabilere Messungen dann bewirkt werden können, wenn die ge samte Meßanlage unter ein Vakuum gesetzt wird.

Im folgenden wird ein neuntes Ausführungsbeispiel beschrieben.

In Fig. 1 ist es möglich, die Luftspaltelektrode mit einer Frequenz von einigen 100 kHz dadurch schwingen zu lassen, daß der Bewegungsmechanismus aus einem gestapelten oder geschich teten Betätigungsglied gebildet wird und eine Wechselspannung daran gelegt wird. Mittels dieses Aufbaus ist es möglich, das Potential der Oberfläche der Probe nach dem Prinzip des Schwingzungenelektrometers zu messen.

Im folgenden wird ein zehntes Ausführungsbeispiel beschrieben.

Bei allen vorhergehenden Ausführungsbeispielen war der Spalt mit Luft oder Stickstoff gefüllt oder evakuiert, er kann je doch auch mit einer Flüssigkeit gefüllt sein. Unter Verwen dung von Silikon-Öl (C₂H₆OSi)₄ ist eine C-V-Messung selbst mit einem Zwischenraum von bis zu 4 µm möglich.

Der Grund dafür besteht darin, daß die spezifische Dielek trizitätskonstante von Silikon-Öl 2,4 beträgt. Wenn eine Flüssigkeit mit einer größeren spezifischen Dielektrizitäts konstante benutzt wird, kann der Spalt noch größer sein. Es gibt jedoch viele Fälle, in denen ein Trocknen und Reini gen nach der Messung notwendig sind, und in denen dieses Ver fahren somit nicht effizient ist.

Obwohl bei den obigen Ausführungsbeispielen Si als Halbleiter benutzt wurde, ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei III-V-Legierungshalb leitern wie GaAs oder II-VI-Legierungshalbleitern anwendbar.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, die elektrische Ladungs verteilung in einer Isolierschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers ohne schrittweises Ätzen zu erhalten. Es ist auch möglich, die Lebensdauer der Ladungsträger, die Grenzflächenzustandsdichte und die elektrische Oberflächen ladung im Halbleiterkörper zu erhalten, auf dem eine Isolier schicht, durch die ein Streustrom oder Leckstrom fließen kann, oder eine extrem dünne Isolierschicht angeordnet ist.

Beim Oberflächenfotospannungsmeßverfahren, das die induzierte Oberflächenfotospannung verwendet, kann weiterhin die Grenz flächenzustandsdichte und die Lebensdauer der Ladungsträger erhalten werden. Bei der Abnahmeprüfung von Si-Plättchen ist eine Bewertung sowohl bei N-leitenden als auch bei P-leiten den Plättchen möglich, so daß das Anwendungsgebiet erweitert ist. Bei der Fehleranalyse von hochintegrierten Schaltungen kann eine Information über das Si und die Si-Oberfläche mit einer Auflösung von etwa 1 µm für einen Aufbau erhalten wer den, bei dem Si von der Rückseite geätzt wird, so daß eine Si-Schicht übrig bleibt, deren Stärke zwischen einigen 10 µm und einigen µm liegt.

Claims

1. Verfahren zur Halbleiteroberflächenmessung zum Messen der elektrischen Kennwerte der Oberfläche eines Halbleiter körpers, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elek trode (3) verwandt wird, deren Oberfläche, die der Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) gegenüberliegt, eben ist, und der Spalt zwischen der Elektrode (3) und der Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) kleiner als 0,5 µm ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kapazität oder die Kapazitätsände rungen zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der Elektrode (3) gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Spannung zwischen das Halbleiter substrat (1) und die Elektrode (3) gelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstand zwischen dem Halbleiter substrat (1) und der Elektrode (3) verändert wird, so daß er wenigstens zwei Werte hat, und daß die Kapazitätsspan nungskennwerte dazwischen gemessen werden, um die Vertei lung der elektrischen Ladung in Richtung der Stärke des Halbleitersubstrates (1) zu erhalten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verteilung der elektrischen Ladung in Richtung der Stärke einer Isolierschicht (2) ermittelt wird, die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Isolierschicht (2) eine Schicht aus einem natürlichen Oxid ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstand zwischen dem Halbleiter substrat (1) und der Elektrode verändert wird, und daß die Kapazitätsspannungskennwerte dazwischen gemessen werden, um die Grenzflächenzustandsdichte im Halbleitersubstrat (1) zu erhalten.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß eine sich schrittweise ändernde Spannung zwischen das Halbleitersubstrat (1) und die Elektrode (3) ge legt wird, und daß die Änderungen in der Kapazität gemessen werden, um die Lebensdauer oder die Oberflächenrekombina tionsgeschwindigkeiten der Ladungsträger im Halbleitersubstrat (1) zu erhalten.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spannung oder die Änderungen in der Spannung zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der Elektrode (3) gemessen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Spannung zwischen das Halbleiter substrat (1) und die Elektrode (3) gelegt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) mit ununter brochenem oder unterbrochenem Licht bestrahlt wird und die induzierte Foto-EMK gemessen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) mit Licht durch die Elektrode (3) bestrahlt wird, die lichtdurchlässig ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die ebenen Elektrode (3) aus einem Sili zium-Plättchen besteht, das stark mit Störstellen wie Arsen, Phosphor, Bor usw. dotiert und spiegelpoliert ist.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Halbleiter substrat (1) und der Elektrode (3) evakuiert gehalten wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Halbleiter substrat (1) und der Elektrode (3) mit einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Elektrode (3) in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) in Schwingung versetzt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß Einrichtungen zum Feststellen der Pa rallelität vorgesehen sind, damit die Oberflächen des Halb leitersubstrates (1) und der Elektrode (3) genau paral lel sind.

18. Vorrichtung zur Halbleiteroberflächenmessung, gekennzeichnet durch einen Probentisch, auf dem eine Halbleiterprobe (1) angeordnet ist, eine Platten elektrode (3), die so angeordnet ist, daß sie der Halblei terprobe (1) mit einem derartigen Spalt dazwischen gegen überliegt, daß sie gleichspannungsmäßig davon getrennt und wechselspannungsmäßig damit verbunden ist, eine Einrichtung (4, 25) zum Regulieren des Spaltes zwischen der Plattenelek trode (3) und der Halbleiterprobe (1), Einrichtungen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 20 a, 20 c, 28, 27, 26) zum Beibehalten der Oberflächen parallelität zwischen der Plattenelektrode (3) und der Halb leiterprobe (1) und Einrichtungen zum Messen der Kapazität zwischen der Plattenelektrode (3) und der Halbleiterprobe (1).

19. Vorrichtung zur Halbleiteroberflächenmessung, gekennzeichnet durch einen Probentisch, auf dem eine Halbleiterprobe (1) angeordnet ist, eine Platten elektrode (3), die so angeordnet ist, daß sie der Halbleiter probe (1) mit einem derartigen Spalt dazwischen gegenüber liegt, daß sie gleichspannungsmäßig davon getrennt und wechselspannungsmäßig damit verbunden ist, eine Einrichtung (4, 25) zum Regulieren des Spaltes zwischen der Plattenelek trode (3) und der Halbleiterprobe (1), Einrichtungen (10, 10′, 10′′, 10′′′, 20 a, 20 c, 28, 27, 26) zum Beibehalten der Oberflächen parallelität zwischen der Plattenelektrode (3) und der Halb leiterprobe (1), eine Einrichtung zum Bestrahlen der Halb leiterprobe mit Licht durch die Elektrode (3) hindurch, und eine Einrichtung (24) zum Messen der Spannung, die durch das Licht an der Oberfläche der Halbleiterprobe (1) induziert wird.