JP2000146811A - Scanning capacitance microscope and method using same for discriminating conduction-type of semiconductor - Google Patents

Scanning capacitance microscope and method using same for discriminating conduction-type of semiconductor

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JP2000146811A
JP2000146811A JP10317385A JP31738598A JP2000146811A JP 2000146811 A JP2000146811 A JP 2000146811A JP 10317385 A JP10317385 A JP 10317385A JP 31738598 A JP31738598 A JP 31738598A JP 2000146811 A JP2000146811 A JP 2000146811A
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capacitance
sample
semiconductor
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JP10317385A
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Takashi Namura
高 名村
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Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate the discrimination between P type and N type by separating semiconductor samples having an extremely high carrier density from those depleted, when they are analyzed. SOLUTION: This device has a means 16 for causing a conductive probe 12 to scan over a specimen 11, a means 13 for placing a bias voltage between the specimen 11 and the conductive probe 12, a means 14 for converting a change of capacitance between the specimen 11 and the conductive probe 12 into a change of voltage, and a means for detecting a phase relation between the bias voltage and the changed voltage signal. By providing this device with the means for detecting a phase relation between a change of capacitance and a bias voltage, a scanning capacitance microscope can be realized considerably facilitating the discrimination between P type and N type and the determination of a depletion layer domain when a semiconductor device is analyzed. This can be used as a very powerful tool for development of sub-micron devices.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は走査型容量顕微鏡を
用いて材料の電気的な構造を解析する技術に関するもの
である。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a technique for analyzing an electrical structure of a material using a scanning capacitance microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は従来の走査型容量顕微鏡の構成を
示すものであり、被測定試料31にバイアス電圧を加え
る電圧印加装置33と、この電圧によって引き起こされ
る導電性探針32と被測定試料31との間の容量変化を
電圧変化に変換する容量電圧変換装置34と、この電圧
信号のうち試料バイアス電圧の周波数と等しい成分の振
幅を検出するロックインアンプ35と、導電性探針32
を試料表面から一定の距離を保って走査する探針駆動装
置36と、系全体を制御する制御装置37とから構成さ
れている。また、38はロックインアンプの振幅出力で
ある。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a configuration of a conventional scanning capacitance microscope. A voltage applying device 33 for applying a bias voltage to a sample 31 to be measured, a conductive probe 32 caused by this voltage, and a device to be measured. A capacitance-voltage converter 34 for converting a capacitance change between the sample 31 and the sample into a voltage change; a lock-in amplifier 35 for detecting the amplitude of a component of the voltage signal equal to the frequency of the sample bias voltage;
The probe driving device 36 scans the sample while keeping a constant distance from the sample surface, and the control device 37 controls the entire system. Reference numeral 38 denotes an amplitude output of the lock-in amplifier.

【0003】ここで、被測定試料31に半導体装置であ
る場合の半導体のキャリア濃度とロックインアンプ35
との出力の関係を簡単に説明する。まず、試料バイアス
電圧の交流成分によって導電性探針32と接する半導体
内部のキャリアが表面に引き寄せられたり押しのけられ
るが、このことによって半導体内部に生まれるキャリア
の存在しない領域すなわち空乏層の幅が時間的に変化す
る。いま、試料バイアス電圧を一定とすると、キャリア
の濃度が低い場合は空乏層の幅の変化が大きく、逆にキ
ャリアの濃度が高い場合は空乏層の幅の変化が小さい。
導電性探針と試料との間の容量は空乏層の幅により求ま
り、バイアス電圧の振幅に対する容量変化はキャリアの
濃度が高いほど小さく、逆に低いほど大きくなる。この
とき、ロックインアンプを使用すれば、電圧に変換され
た容量変化のうちバイアス周波数の成分を高いS/N比
で検出することができる。このようにして、ロックイン
アンプ35の出力からキャリア濃度に関係する情報が得
られる。
Here, when the sample 31 to be measured is a semiconductor device, the carrier concentration of the semiconductor and the lock-in amplifier 35
The relationship between the output and will be briefly described. First, the carrier inside the semiconductor in contact with the conductive probe 32 is attracted to or displaced from the surface by the AC component of the sample bias voltage. As a result, the region in which no carrier is generated inside the semiconductor, that is, the width of the depletion layer is temporally reduced. Changes to Assuming that the sample bias voltage is constant, the change in the width of the depletion layer is large when the carrier concentration is low, and the change in the depletion layer width is small when the carrier concentration is high.
The capacitance between the conductive probe and the sample is determined by the width of the depletion layer. The change in capacitance with respect to the amplitude of the bias voltage decreases as the carrier concentration increases, and increases as the carrier concentration decreases. At this time, if a lock-in amplifier is used, a bias frequency component of the capacitance change converted into a voltage can be detected with a high S / N ratio. In this way, information relating to the carrier density is obtained from the output of the lock-in amplifier 35.

【0004】走査型探針の空間分解能は極めて高くナノ
メーターオーダーであるので、サブミクロンの構造を持
つ半導体装置の電気的構造を解析する技術として注目さ
れている。
[0004] Since the spatial resolution of a scanning probe is extremely high and is on the order of nanometers, it has attracted attention as a technique for analyzing the electrical structure of a semiconductor device having a submicron structure.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
走査型容量顕微鏡の構成では、強制的に加えた試料バイ
アス電圧によって引き起こされる導電性探針と試料との
間の容量変化を容量電圧変換器で電圧変化に変換し、こ
の電圧信号のうち試料バイアス電圧の周波数と等しい成
分の大きさのみを検出するので、特に半導体装置の解析
を行った場合に、以下の課題を有していた。
However, in the configuration of the conventional scanning capacitance microscope, the capacitance change between the conductive probe and the sample caused by the forcibly applied sample bias voltage is measured by the capacitance-voltage converter. Since the voltage signal is converted into a voltage change and only the magnitude of the component equal to the frequency of the sample bias voltage in the voltage signal is detected, the following problems are encountered particularly when the semiconductor device is analyzed.

【0006】まず、試料表面でP型とN型の領域が隣接
しているため、空乏化した部分を測定した場合に、容量
の絶対値そのものが僅かな値になるので、その変化量に
対応する信号強度も低下する。これは、キャリア濃度が
高い場合に信号強度が低下するのと見かけ上は区別でき
ない。一般の半導体装置ではP型とN型の領域が複雑に
入り組んだ構造となっており、特に詳細な構造が未知の
試料の場合に解析が極めて困難となっている。
First, since the P-type and N-type regions are adjacent to each other on the sample surface, when the depleted portion is measured, the absolute value of the capacitance itself becomes a small value. Signal strength is also reduced. This is apparently indistinguishable from a decrease in signal intensity when the carrier concentration is high. A general semiconductor device has a structure in which P-type and N-type regions are intricately intricate, and it is extremely difficult to analyze a sample whose detailed structure is unknown.

【0007】本発明は、半導体装置を走査型容量顕微鏡
で解析する場合に、P型とN型および空乏層の領域の判
定を容易にすることを目的とする。
An object of the present invention is to facilitate determination of P-type and N-type and depletion layer regions when a semiconductor device is analyzed with a scanning capacitance microscope.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の走査型容量顕微
鏡は、試料上で導電性探針を走査する手段と、試料と導
電性探針との間にバイアス電圧を印加する手段と、試料
と導電性探針との間の容量変化を電圧変化に変換する手
段と、バイアス電圧及び電圧変化の信号の位相関係を検
出する手段とを備えたことを特徴とする。これにより半
導体装置を解析する場合に位相変化の情報を利用したP
型とN型および空乏層の領域の判定ができる。
According to the present invention, there is provided a scanning capacitance microscope comprising: means for scanning a conductive probe on a sample; means for applying a bias voltage between the sample and the conductive probe; And a means for converting a capacitance change between the probe and the conductive probe into a voltage change, and a means for detecting a phase relationship between a bias voltage and a signal of the voltage change. As a result, when analyzing a semiconductor device, P
The type, the N type, and the region of the depletion layer can be determined.

【0009】また本発明の走査型容量顕微鏡を用いた半
導体の導電形判定方法は、位相像を取得する工程と、位
相像において特定の領域を選択する工程と、領域の導電
形を指定する工程と、領域の代表位相を算出する工程
と、位相像から代表位相の値を減じることによって補正
位相像を算出する工程と、可変パラメータを閾値として
P型およびN型領域の導電形像を算出する工程とを有す
ることを特徴とする。これによりP型とN型および空乏
層の領域の判定を効率よく行うことができる。
Further, according to the method of the present invention for determining the conductivity type of a semiconductor using a scanning capacitance microscope, a step of obtaining a phase image, a step of selecting a specific region in the phase image, and a step of designating the conductivity type of the region Calculating the representative phase of the region; calculating the corrected phase image by subtracting the value of the representative phase from the phase image; calculating the conductivity type images of the P-type and N-type regions using the variable parameter as a threshold value And a process. This makes it possible to efficiently determine the regions of the P-type, the N-type, and the depletion layer.

【0010】また本発明の走査型容量顕微鏡を用いた半
導体の導電形判定方法は、代表位相を算出する工程が、
領域の各ピクセルの位相ベクトルを互いに合成した合成
ベクトルを計算し、合成ベクトルの位相を代表位相とす
る工程であることが望ましい。
[0010] In the method for determining the conductivity type of a semiconductor using a scanning capacitance microscope according to the present invention, the step of calculating a representative phase includes:
Desirably, the process is a process of calculating a combined vector by combining the phase vectors of the respective pixels of the region with each other, and using the phase of the combined vector as a representative phase.

【0011】また本発明の走査型容量顕微鏡を用いた半
導体の導電形判定方法は、代表位相を算出する工程が、
領域の位相ヒストグラムをとり、その中から最も頻度の
高い区間に対応する位相を代表位相とする工程であるこ
とが望ましい。
Further, in the method for determining the conductivity type of a semiconductor using a scanning capacitance microscope according to the present invention, the step of calculating a representative phase includes:
It is desirable to take a phase histogram of the region and set the phase corresponding to the most frequent section from the histogram as the representative phase.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の走査
型容量顕微鏡の構成を示すものであり、被測定試料11
にバイアス電圧を加える電圧印加装置13と、この電圧
によって引き起こされる導電性探針12と被測定試料1
1との間の容量変化を電圧変化に変換する容量電圧変換
装置14と、この電圧信号のうち試料バイアス電圧の周
波数と等しい成分の振幅と位相とを検出する位相出力型
ロックインアンプ15と、導電性探針12を試料表面か
ら一定の距離を保って走査する探針駆動装置16と、系
全体を制御する制御装置17とから構成されている。ま
た、18はロックインアンプの振幅出力、19はロック
インアンプの位相出力である。制御装置17は位相出力
型ロックインアンプ15からの位相出力値を画像として
記憶し、振幅信号より得られる画像の導電形を判定する
機能を有することを特徴としている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a scanning capacitance microscope according to the present invention.
Voltage applying device 13 for applying a bias voltage to the conductive probe 12 and the sample 1 to be measured caused by the voltage.
A phase-output type lock-in amplifier 15 for detecting the amplitude and phase of a component of the voltage signal equal to the frequency of the sample bias voltage; It comprises a probe driving device 16 for scanning the conductive probe 12 while keeping a constant distance from the sample surface, and a control device 17 for controlling the entire system. Reference numeral 18 denotes an amplitude output of the lock-in amplifier, and reference numeral 19 denotes a phase output of the lock-in amplifier. The controller 17 has a function of storing the phase output value from the phase output type lock-in amplifier 15 as an image and determining the conductivity type of the image obtained from the amplitude signal.

【0013】図2は本発明の走査型容量顕微鏡を用いた
半導体の導電形判定方法を示すものであり、画像(位相
像)の取得21を行った後、画像の中から基準領域の選
択22を行い、基準領域の導電形の入力23を行う。次
に、選択領域の代表位相の算出24を行い、これで得た
値をもとに、位相像の補正25を行う。最後に、適当な
閾値を基準にして導電形像の算出26を行い、結果の出
力27を行う。
FIG. 2 shows a method of determining the conductivity type of a semiconductor using the scanning capacitance microscope of the present invention. After obtaining an image (phase image) 21, selecting a reference region 22 from the image 22. And input 23 of the conductivity type of the reference area is performed. Next, a calculation 24 of a representative phase of the selected region is performed, and a phase image correction 25 is performed based on the obtained value. Finally, the calculation 26 of the conductivity type image is performed based on an appropriate threshold value, and the output 27 of the result is performed.

【0014】以上のように構成された走査型容量顕微鏡
とそれを用いた半導体の導電形判定方法について、以下
により詳細にその動作と手順を説明する。
The operation and procedure of the scanning capacitance microscope configured as described above and the method of determining the conductivity type of a semiconductor using the same will be described in more detail below.

【0015】導電性探針はピエゾ駆動素子やレーザの反
射光を利用した針圧検出などを利用する探針駆動装置に
よって、試料表面からサブナノメーターの精度で距離を
保ちながら、横方向にはナノメーターの精度で走査が行
われる。
The conductive probe is driven horizontally by a piezo drive element or a probe drive device using a stylus pressure detection using reflected light of a laser while maintaining a distance from the sample surface with sub-nanometer accuracy. Scanning is performed with the accuracy of the meter.

【0016】次に、試料にバイアス電圧をかけた場合の
試料探針間容量が導電形によってどのように異なるかを
説明する。まず、探針がP型半導体の表面と接している
場合から説明する。P型半導体のキャリアは正孔であ
り、正の電荷を持っているので、探針の電位が外部から
の制御で正に変化すると探針から反発力を受け空乏層が
広がる。従って、探針電位が正の最大値の時に容量が小
さくなり、逆に探針電位が負の最大値の時に容量が大き
くなる。また、探針がN型半導体の表面と接している場
合は、キャリアは電子であり負の電荷を持っているの
で、ちょうどこの逆の現象が起こる。すなわち、探針電
位が正の最大値の時に容量が大きくなり、逆に探針電位
が負の最大値の時に容量が小さくなる。
Next, how the capacitance between the sample tips when a bias voltage is applied to the sample differs depending on the conductivity type will be described. First, the case where the probe is in contact with the surface of the P-type semiconductor will be described. Since the carrier of the P-type semiconductor is a hole and has a positive charge, when the potential of the probe changes to positive by external control, a repulsive force is received from the probe and the depletion layer expands. Therefore, when the probe potential has the positive maximum value, the capacitance decreases, and when the probe potential has the negative maximum value, the capacitance increases. When the probe is in contact with the surface of the N-type semiconductor, the opposite phenomenon occurs because carriers are electrons and have negative charges. That is, when the probe potential has a positive maximum value, the capacitance increases, and when the probe potential has a negative maximum value, the capacitance decreases.

【0017】図3は、以上の内容を模式的に示したもの
であり、図3(a)は、試料を基準とした探針の電位の
時間変化を示しており、バイアス電圧が交流的に変化す
る場合が示されている。図3(b)は、バイアス電圧に
よって生じる探針と試料間の電界によって試料表面に発
生する空乏層の時間変化をP型およびN型半導体の場合
について示しており、図3(c)は、そのときの探針試
料間容量の時間変化をP型およびN型半導体の場合につ
いて示している。図3(a)と図3(c)の時間変化の
波形を比較すれば、試料バイアス電圧を基準とした容量
変化の位相によってP型かN型かの判定が可能であるこ
とが理解できる。
FIG. 3 schematically shows the above contents, and FIG. 3 (a) shows the change over time of the potential of the probe with respect to the sample. The case of change is shown. FIG. 3B shows a time change of a depletion layer generated on the sample surface due to an electric field between the probe and the sample caused by the bias voltage in the case of the P-type and N-type semiconductors, and FIG. The time change of the probe-to-sample capacitance at that time is shown for P-type and N-type semiconductors. Comparing the time change waveforms of FIG. 3A and FIG. 3C, it can be understood that it is possible to determine whether it is P-type or N-type based on the phase of the capacitance change based on the sample bias voltage.

【0018】本実施の形態によれば、容量電圧変換器の
出力信号のうちで試料バイアス電圧の周波数と等しい成
分の大きさおよびその位相差を検出するロックインアン
プを設けることにより、バイアス電圧に対する位相差に
関係した情報を得ることができる。さらに、探針を走査
しながらこの測定を行い、空間的に細分化された個別領
域(ピクセル)毎に、振幅および位相差を記憶すること
で、二次元的な振幅像と位相像とを得ることができる。
According to this embodiment, by providing a lock-in amplifier for detecting the magnitude of the component equal to the frequency of the sample bias voltage and the phase difference in the output signal of the capacitance-voltage converter, Information related to the phase difference can be obtained. Further, the measurement is performed while scanning the probe, and the two-dimensional amplitude image and the phase image are obtained by storing the amplitude and the phase difference for each spatially subdivided individual region (pixel). be able to.

【0019】得られた位相像は、実際には測定回路のイ
ンピーダンスの影響を受けているので、通常は試料に加
わっている電圧の位相が基準になっていない。この問題
を避ける方法を次に説明する。
Since the obtained phase image is actually affected by the impedance of the measuring circuit, the phase of the voltage applied to the sample is not normally used as a reference. Next, a method for avoiding this problem will be described.

【0020】まず、得られた位相像の中で導電形が分か
っているか、もしくは仮にそう定める場所を選択する。
この選択した領域の全ピクセルを代表する位相の代表値
を算出する。ただし、位相は360度周期で元に戻る性
質があり、例えば、180度進んだ位相と180度遅れ
た位相は同じと見なせるので、単純に位相差のままで計
算を進めると平均をとった時に互いにうち消されて位相
が小さくなるなどの問題が起こる。そこで位相をベクト
ルとして合成し、その合成ベクトルの位相を計算する。
次の式(1)は、位相をX(1)、X(2)、・・・、
X(N)としたときの代表位相Yの算出方法の1つを示
している。
First, a place where the conductivity type is known or tentatively determined in the obtained phase image is selected.
The representative value of the phase representing all the pixels in the selected area is calculated. However, the phase has the property of returning to the original in a 360-degree cycle. For example, a phase advanced by 180 degrees and a phase delayed by 180 degrees can be regarded as the same. Problems such as the phase being reduced due to mutual cancellation occur. Therefore, the phases are combined as a vector, and the phase of the combined vector is calculated.
The following equation (1) indicates that the phase is X (1), X (2),.
One of the methods for calculating the representative phase Y when X (N) is set is shown.

【0021】 (i)Σcos(X(k))>0; Y=Arctan(Σsin(X(k))/Σcos(X(k)))、 (ii)Σcos(X(k)) =0かつΣsin(X(k))>0;Y=90、 (iii)Σcos(X(k)) =0かつΣsin(X(k))<0;Y=−90、 (iv)Σcos(X(k))<0かつΣsin(X(k))>0; Y=180+Arctan(Σsin(X(k))/Σcos(X(k)))、 (v)Σcos(X(k))<0かつΣsin(X(k))<0; Y=−180+Arctan(Σsin(X(k))/Σcos(X(k)))。 ・・・(1) ただし、Nはその領域のピクセルの数、Σはk=1から
Nまでの和、逆正接関数Arctanの定義域は−90度から
90度とする。
(I) Σcos (X (k))>0; Y = Arctan (Σsin (X (k)) / Σcos (X (k))), (ii) Σcos (X (k)) = 0 and Σsin (X (k))>0; Y = 90, (iii) Σcos (X (k)) = 0 and Σsin (X (k)) <0; Y = −90, (iv) Σcos (X (k )) <0 and Σsin (X (k))>0; Y = 180 + Arctan (Σsin (X (k)) / Σcos (X (k))), (v) Σcos (X (k)) <0 and Σsin (X (k)) <0; Y = −180 + Arctan (Σsin (X (k)) / Σcos (X (k))). (1) where N is the number of pixels in the region, Σ is the sum of k = 1 to N, and the domain of the arctangent function Arctan is from −90 degrees to 90 degrees.

【0022】この代表値を元の位相像から引き算して、
補正された位相像を得る。基準に選んだ領域がP型かあ
るいはN型かによって結果が異なるので、基準に選んだ
領域がN型の場合は各ピクセルの位相に180度を加
え、その値が180度を超える場合は、その値からさら
に360度を引く。このようにすることで、P型領域を
基準とした位相像が得られる。また、ここに示した例で
は位相の定義範囲は−180度から180度となってい
る。
This representative value is subtracted from the original phase image,
Obtain a corrected phase image. Since the result differs depending on whether the region selected as the reference is P-type or N-type, if the region selected as the reference is N-type, add 180 degrees to the phase of each pixel, and if the value exceeds 180 degrees, Subtract another 360 degrees from that value. By doing so, a phase image based on the P-type region can be obtained. In the example shown here, the phase definition range is from -180 degrees to 180 degrees.

【0023】以上のように計算された位相像をもとに、
導電形像を得るには次のようにする。各ピクセルの位相
の値が−90度より大で90度未満の場合P型とし、−
90度または90度の場合定義なし、それ以外の場合N
型とすることで導電形像を得る。これらの位相像および
導電形像は通常の走査型容量顕微鏡の出力である振幅像
と合わせて出力することができ、ラインプロファイルや
合成画像などの通常の画像処理を利用することでさらに
豊富な情報を得ることができる。
Based on the phase image calculated as described above,
To obtain a conductivity type image, the following is performed. If the value of the phase of each pixel is greater than -90 degrees and less than 90 degrees, the pixel is determined to be P-type,
No definition if 90 degrees or 90 degrees, otherwise N
By obtaining a mold, a conductive image is obtained. These phase and conductivity images can be output together with the amplitude image that is the output of a normal scanning capacitance microscope, and by using normal image processing such as line profiles and composite images, more abundant information can be obtained. Can be obtained.

【0024】以上のように、本発明の実施の形態によれ
ば、半導体装置を解析する場合にP型とN型の領域の判
定がきわめて容易となる。さらに、空乏層はP型とN型
の境界に発生するので、空乏層と高キャリア濃度部との
区別も容易である。
As described above, according to the embodiment of the present invention, when analyzing a semiconductor device, it becomes extremely easy to determine the P-type and N-type regions. Further, since the depletion layer is generated at the boundary between the P-type and the N-type, it is easy to distinguish between the depletion layer and the high carrier concentration portion.

【0025】なお、本発明の実施の形態において、導電
形の判定のために、振幅と位相差の2つの出力を持つ位
相出力型ロックインアンプ15を用いたが、これを、例
えばバイアス電圧と同じ周波数の正弦波形と余弦波形の
様な90度位相の異なる2つの参照信号に対する入力信
号の積の振幅を2つの出力とするロックインアンプとし
てもよい。なお、このとき、振幅はこれら2つの信号を
座標として複素平面上にプロットしたときのベクトルの
大きさであり、位相はこのベクトルの方向で与えられ
る。
In the embodiment of the present invention, the phase output type lock-in amplifier 15 having two outputs of the amplitude and the phase difference is used for determining the conductivity type. A lock-in amplifier may be used in which the amplitude of the product of the input signals with respect to two reference signals having the same frequency but different phases by 90 degrees such as a cosine waveform is two outputs. At this time, the amplitude is the magnitude of a vector when these two signals are plotted on a complex plane as coordinates, and the phase is given in the direction of this vector.

【0026】また、位相像の補正工程25において、位
相の値そのものの補正値を計算する代わりに、基準とす
る方向、例えば基準領域の代表位相ベクトルとの内積を
計算し、これを補正された位相像の代用として用いても
よい。また、ここでは位相像の補正工程25を、P型を
基準にして行ったが、N型を基準にして行ってもよい。
In the phase image correction step 25, instead of calculating the correction value of the phase value itself, the inner product of the reference direction, for example, the representative phase vector of the reference area is calculated and corrected. It may be used as a substitute for a phase image. Further, here, the phase image correcting step 25 is performed with reference to the P-type, but may be performed with reference to the N-type.

【0027】また、画像の取得工程21では、必要に応
じてスパイクノイズや低周波ノイズなどの雑音除去処理
を加えたものを用いれば、さらに精度の高い導電形の判
定を行うことができる。また、この雑音除去処理は上記
の一連のデータ処理の途中で随時行ってもよい。
Further, in the image obtaining step 21, the use of noise removal processing such as spike noise and low-frequency noise as necessary enables more accurate determination of the conductivity type. This noise removal processing may be performed at any time during the above-described series of data processing.

【0028】また、基準領域の選択工程22は1ピクセ
ルのみの選択でもよく、そのときの選択領域の代表位相
の算出工程24はその1ピクセルの位相としてもよい。
なお、位相の単位は度でも良いし、ラジアンでもよく、
必要なら他の単位を用いてもよい。さらに、位相は36
0度あるいは2πラジアン周期で同値であるので結果の
出力や計算の途中でその表現に制限を加えなくてもよ
い。
The reference area selecting step 22 may select only one pixel, and the representative phase calculating step 24 of the selected area at that time may use the phase of the one pixel.
The unit of the phase may be degrees or radians.
Other units may be used if necessary. Furthermore, the phase is 36
Since the values are equal at 0 degrees or 2π radian periods, there is no need to limit the expression in the output of the result or during the calculation.

【0029】また、導電形像の算出工程26において、
各ピクセルの位相の値が−90度より大で90度未満の
場合P型とし、−90度または90度の場合定義なし、
それ以外の場合N型とするかわりに、0度以上90度未
満の適当な角度Zを用い、各ピクセルの位相の値が(−
90+Z)度から(90−Z)度の範囲の場合P型と
し、(−90−Z)度から(−90+Z)度までと(9
0−Z)度から(90+Z)度の場合定義なし、それ以
外の場合N型としてもよい。なお、これらの境界(−9
0+Z)度、(90−Z)度、(90−Z)度、(90
+Z)度に位相の値が一致する場合は定義なしとしても
よいし、(−90+Z)度と(90−Z)度をP型、
(90−Z)度と(90+Z)度をN型などとしてもよ
い。
In the calculation step 26 of the conductivity type image,
If the value of the phase of each pixel is greater than -90 degrees and less than 90 degrees, it is assumed to be P-type, and if -90 degrees or 90 degrees, there is no definition.
In other cases, instead of the N-type, an appropriate angle Z of 0 degree or more and less than 90 degrees is used, and the value of the phase of each pixel is (-
In the range of 90 + Z degrees to (90-Z) degrees, the P-type is set, and from (-90-Z) degrees to (-90 + Z) degrees and (9
There is no definition in the case of 0-Z) degrees to (90 + Z) degrees, otherwise it may be N-type. Note that these boundaries (−9
0 + Z) degree, (90-Z) degree, (90-Z) degree, (90
If the phase value matches the (+ Z) degree, it may be undefined, or (-90 + Z) degree and (90-Z) degree may be P-type.
The (90-Z) degree and the (90 + Z) degree may be N-type or the like.

【0030】なお、本発明の実施の形態では、代表位相
の算出を、選択領域全体の位相ベクトルの合成ベクトル
の位相をとる方法としたが、これを選択領域全体の位相
ヒストグラムをとり、その中から最も頻度の高い区間の
位相の代表値を選択することもできる。区間の代表値
は、例えば中心値とすることができる。ここで、ヒスト
グラムの区間の数は可変とすればよいが、自動で計算す
る場合は、例えば、基準領域の選択工程22に於いて選
択した領域内のピクセルの数と同じ区間の数を選択し、
等分割により区間を決定する。
In the embodiment of the present invention, the representative phase is calculated by taking the phase of the composite vector of the phase vectors of the entire selected area. , It is also possible to select a representative value of the phase in the most frequent section. The representative value of the section can be, for example, a central value. Here, the number of sections of the histogram may be variable, but in the case of automatic calculation, for example, the same number of sections as the number of pixels in the area selected in the reference area selecting step 22 is selected. ,
A section is determined by equal division.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように本発明は容量変化とバイア
ス電圧の位相関係を検出する手段を設けることにより、
半導体装置を解析する場合にP型とN型および空乏層の
領域の判定が極めて容易な走査型容量顕微鏡を実現でき
るものである。これによりサブミクロンデバイスの開発
において極めて強力なツールを提供することができる。
As described above, according to the present invention, the means for detecting the phase relationship between the capacitance change and the bias voltage is provided.
When analyzing a semiconductor device, it is possible to realize a scanning capacitance microscope in which it is extremely easy to determine P-type and N-type and depletion layer regions. This can provide a very powerful tool in submicron device development.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態における走査型容量顕微鏡
の構成を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a scanning capacitance microscope according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態における走査型容量顕微鏡
を用いた半導体の導電形判定方法を示す図
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for determining the conductivity type of a semiconductor using a scanning capacitance microscope according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態における試料にバイアス電
圧をかけた場合の試料探針間容量と導電形との関係を示
す図
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the capacitance between sample tips and the conductivity type when a bias voltage is applied to the sample in the embodiment of the present invention.

【図4】従来の走査型容量顕微鏡の構成を示す図FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional scanning capacitance microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 被測定試料 12 導電性探針 13 電圧印加装置 14 容量電圧変換装置 15 位相出力型ロックインアンプ 16 探針駆動装置 17 制御装置 18 ロックインアンプの振幅出力 19 ロックインアンプの位相出力 21 画像の取得工程 22 基準領域の選択工程 23 基準領域の導電形の入力工程 24 選択領域の代表位相の算出工程 25 位相像の補正工程 26 導電形像の算出工程 27 結果の出力工程 REFERENCE SIGNS LIST 11 Sample to be measured 12 Conductive probe 13 Voltage application device 14 Capacitance voltage conversion device 15 Phase output type lock-in amplifier 16 Probe drive device 17 Control device 18 Amplitude output of lock-in amplifier 19 Phase output of lock-in amplifier 21 Image Acquisition step 22 reference area selection step 23 reference area conductivity type input step 24 selected area representative phase calculation step 25 phase image correction step 26 conductivity type image calculation step 27 result output step

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料上で導電性探針を走査する手段と、
前記試料と前記導電性探針との間にバイアス電圧を印加
する手段と、前記試料と前記導電性探針との間の容量変
化を電圧変化に変換する手段と、前記バイアス電圧及び
前記電圧変化の信号の位相関係を検出する手段とを備え
たことを特徴とする走査型容量顕微鏡。
Means for scanning a conductive probe over a sample;
Means for applying a bias voltage between the sample and the conductive probe; means for converting a change in capacitance between the sample and the conductive probe into a voltage change; and means for changing the bias voltage and the voltage change. Means for detecting a phase relationship between the signals.
【請求項2】 位相像を取得する工程と、前記位相像に
おいて特定の領域を選択する工程と、前記領域の導電形
を指定する工程と、前記領域の代表位相を算出する工程
と、前記位相像から前記代表位相の値を減じることによ
って補正位相像を算出する工程と、可変パラメータを閾
値としてP型およびN型領域の導電形像を算出する工程
とを有することを特徴とする走査型容量顕微鏡を用いた
半導体の導電形判定方法。
A step of obtaining a phase image; a step of selecting a specific region in the phase image; a step of designating a conductivity type of the region; a step of calculating a representative phase of the region; A step of calculating a correction phase image by subtracting the value of the representative phase from the image, and a step of calculating conductivity type images of P-type and N-type regions using a variable parameter as a threshold value. A method for determining the conductivity type of a semiconductor using a microscope.
【請求項3】 前記代表位相を算出する工程は、前記領
域の各ピクセルの位相ベクトルを互いに合成した合成ベ
クトルを計算し、前記合成ベクトルの位相を前記代表位
相とすることを特徴とする請求項2に記載の走査型容量
顕微鏡を用いた半導体の導電形判定方法。
3. The step of calculating the representative phase includes calculating a composite vector obtained by synthesizing the phase vectors of the respective pixels of the region with each other, and setting the phase of the composite vector as the representative phase. 3. A method for determining the conductivity type of a semiconductor using the scanning capacitance microscope according to 2.
【請求項4】 前記代表位相を算出する工程は、前記領
域の位相ヒストグラムをとり、その中から最も頻度の高
い区間に対応する位相を前記代表位相とすることを特徴
とする請求項2に記載の走査型容量顕微鏡を用いた半導
体の導電形判定方法。
4. The method according to claim 2, wherein in the step of calculating the representative phase, a phase histogram of the area is obtained, and a phase corresponding to a section having the highest frequency is set as the representative phase. Of determining the conductivity type of a semiconductor using a scanning capacitance microscope.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018025441A (en) * 2016-08-09 2018-02-15 日立金属株式会社 Method for evaluating cross-linking of polymer material

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