JP2003329568A - Scanning capacitive microscope and measuring method using the same - Google Patents
Scanning capacitive microscope and measuring method using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
の微小領域における不純物濃度等の評価に用いられる走
査型容量顕微鏡、およびこの顕微鏡を用いた測定方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning capacitance microscope used for evaluating the impurity concentration and the like in a minute region of a semiconductor device and the like, and a measuring method using this microscope.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の技術による走査型容量顕微鏡につ
いて説明する。図6は、従来の走査型容量顕微鏡を示す
構成図であり、図7は、図6中の破線部分uを拡大した
部分拡大図である。図6および図7では、101が探
針、102が試料ステージ、103がACバイアス電
源、104がDCバイアス電源、105が容量センサ、
106がロックインアンプ、107が信号出力端子、1
08が測定される半導体試料である。2. Description of the Related Art A conventional scanning capacitance microscope will be described. FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional scanning capacitance microscope, and FIG. 7 is a partially enlarged view in which a broken line portion u in FIG. 6 is enlarged. 6 and 7, 101 is a probe, 102 is a sample stage, 103 is an AC bias power supply, 104 is a DC bias power supply, 105 is a capacitance sensor,
106 is a lock-in amplifier, 107 is a signal output terminal, 1
08 is a semiconductor sample to be measured.
【0003】図6および図7の走査型容量顕微鏡の動作
原理は、以下のとおりである。測定される半導体試料1
08に探針101が接触し、DCバイアス電源104と
ACバイアス電源103とによって、半導体試料108
と探針101との間に電界が印加される。この電界は、
伝導体または導電体薄膜で覆われた探針101と、表面
に自然酸化膜108Aを有する半導体試料108との間
に形成されるMOS構造に対して作用し、半導体試料1
08の表面にバイアス電位に対応した空乏層108Bを
生じさせる。The operating principle of the scanning capacitance microscope of FIGS. 6 and 7 is as follows. Semiconductor sample to be measured 1
08 is brought into contact with the probe 101, and the DC bias power source 104 and the AC bias power source 103 cause the semiconductor sample 108
An electric field is applied between the probe 101 and the probe 101. This electric field is
The semiconductor sample 1 acts on the MOS structure formed between the probe 101 covered with the conductor or the conductor thin film and the semiconductor sample 108 having the natural oxide film 108A on the surface.
A depletion layer 108B corresponding to the bias potential is generated on the surface of 08.
【0004】空乏層108Bの厚さは、探針101と試
料ステージ102との間の容量を測定することによって
評価される。実際には、信号出力端子107に印加され
る電位dVに対する容量変化dCを、容量センサ105
とロックインアンプ106とによって検出し、dC/d
V信号を得ることにより、測定が行われる。すなわち、
半導体試料108中の不純物濃度が高い場合には、dC
/dV信号が小さくなり、不純物濃度が低い場合には、
dC/dV信号が大きくなるという関係がある。この関
係によって、不純物濃度の評価が行われる。The thickness of the depletion layer 108B is evaluated by measuring the capacitance between the probe 101 and the sample stage 102. In reality, the capacitance change dC with respect to the potential dV applied to the signal output terminal 107 is calculated by the capacitance sensor 105.
And the lock-in amplifier 106 detect dC / d
The measurement is performed by obtaining the V signal. That is,
When the impurity concentration in the semiconductor sample 108 is high, dC
If the / dV signal becomes small and the impurity concentration is low,
There is a relationship that the dC / dV signal becomes large. Based on this relationship, the impurity concentration is evaluated.
【0005】さらに、半導体試料108の表面を探針1
01によって二次元に走査し、その位置情報と前記dC
/dV信号を画像化して表示することにより、半導体試
料108における不純物濃度の面内分布が評価される。Further, the probe 1 is attached to the surface of the semiconductor sample 108.
01 by two-dimensional scanning, the position information and the dC
The in-plane distribution of the impurity concentration in the semiconductor sample 108 is evaluated by displaying the / dV signal as an image.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】先に述べた従来の走査
型容量顕微鏡においては、単にdC/dV信号の大きさ
を測定して画像化するため、半導体試料表面と自然酸化
膜の界面に存在する界面準位、並びに半導体試料中に存
在する深い準位にトラップされた電荷の影響を避けるこ
とができなかった。特に、半導体試料が化合物半導体で
ある場合には、界面準位の密度が必然的に高くなり、深
い準位についても高濃度に導入される場合がある。この
ことから、dC/dV信号と半導体試料の不純物濃度と
の関連づけが困難であるという問題点があった。In the conventional scanning capacitance microscope described above, since the magnitude of the dC / dV signal is simply measured and imaged, it is present at the interface between the semiconductor sample surface and the natural oxide film. It was impossible to avoid the influence of the trapped interface states and the deep trapped charges existing in the semiconductor sample. In particular, when the semiconductor sample is a compound semiconductor, the density of the interface state is inevitably high, and a deep level may be introduced at a high concentration. Therefore, there is a problem that it is difficult to associate the dC / dV signal with the impurity concentration of the semiconductor sample.
【0007】また、観察する半導体試料が観察面内にp
n接合、あるいはヘテロ接合等を含む半導体断面である
場合には、dC/dV信号を取得するために印加するA
Cバイアス電圧により、半導体試料中の空乏層の形状が
変調される。その結果、半導体試料中の深い準位の荷電
状態が、特有の時定数をもって変動する。これにより、
ヒステリシスが生じ、観察像の探針走査方向にゴースト
が発生する、という問題点があった。Further, the semiconductor sample to be observed has p within the observation plane.
In the case of a semiconductor cross section including an n-junction, a heterojunction, etc., A applied to acquire the dC / dV signal
The shape of the depletion layer in the semiconductor sample is modulated by the C bias voltage. As a result, the deep level charge state in the semiconductor sample changes with a specific time constant. This allows
There is a problem that hysteresis occurs and a ghost occurs in the scanning direction of the probe of the observed image.
【0008】また、前記従来の走査型容量顕微鏡では、
半導体試料表面の自然酸化膜を絶縁層とする金属−酸化
膜−半導体構造(MOS構造)において、酸化膜近傍の
半導体中に生成される空乏層の評価を行う。このため、
該自然酸化膜が機械的あるいは化学的に安定でない場合
には、観察が困難である。さらには、探針の走査によ
り、該自然酸化膜が破壊された場合には、探針と半導体
試料表面との間に不完全なショットキー接合が形成さ
れ、安定した評価が前記と同様に困難になる、という問
題点があった。In the conventional scanning capacitance microscope,
In a metal-oxide film-semiconductor structure (MOS structure) in which a natural oxide film on the surface of a semiconductor sample is used as an insulating layer, a depletion layer generated in the semiconductor near the oxide film is evaluated. For this reason,
When the natural oxide film is not mechanically or chemically stable, it is difficult to observe. Furthermore, if the natural oxide film is destroyed by the scanning of the probe, an incomplete Schottky junction is formed between the probe and the surface of the semiconductor sample, and stable evaluation is difficult as in the above. There was a problem that became.
【0009】このように、従来の走査型容量顕微鏡で
は、化合物半導体を評価する際、界面準位と深い準位の
影響が避けられないこと、探針と半導体試料表面間に安
定したMOS構造が形成されず、安定した評価が困難で
ある、という課題がある。As described above, in the conventional scanning capacitance microscope, when the compound semiconductor is evaluated, the influence of the interface level and the deep level is unavoidable, and a stable MOS structure is provided between the probe and the surface of the semiconductor sample. There is a problem that it is not formed and stable evaluation is difficult.
【0010】本発明は、前記の課題を解決し、界面準位
と深い準位の容量測定に及ぼす影響の低減と、安定した
容量評価とが可能な走査型容量顕微鏡およびこの顕微鏡
を用いた測定方法を提供することを目的とする。The present invention solves the above-described problems, reduces the influence of interface states and deep levels on capacitance measurement, and enables stable capacitance evaluation, and a scanning capacitance microscope and measurement using this microscope. The purpose is to provide a method.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】前記課題における界面準
位と深い準位の影響を回避するために、請求項1の発明
は、探針と試料とによって形成される静電容量を計測す
る走査型容量顕微鏡において、試料を構成する材料のバ
ンドギャップエネルギー以上のフォトンエネルギーを有
する光を、前記探針と該試料との接触部分に照射する照
射手段を有することを特徴とする走査型容量顕微鏡であ
る。In order to avoid the influence of the interface level and the deep level in the above problem, the invention of claim 1 is a scan for measuring the capacitance formed by a probe and a sample. In a scanning capacitance microscope, the scanning capacitance microscope is characterized in that it has an irradiation means for irradiating the contact portion between the probe and the sample with light having a photon energy equal to or higher than the band gap energy of the material forming the sample. is there.
【0012】請求項2の発明は、請求項1に記載の走査
型容量顕微鏡において、試料に接触させて容量測定を行
うための前記探針の構造が、伝導体あるいは導電膜で覆
われ、かつ、該伝導体あるいは該導電膜の上に1層以上
の絶縁膜で覆われていることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the scanning capacitance microscope according to the first aspect, the structure of the probe for contacting a sample to perform capacitance measurement is covered with a conductor or a conductive film, and The conductor or the conductive film is covered with one or more insulating films.
【0013】請求項3の発明は、請求項2に記載の走査
型容量顕微鏡において、前記探針が接する試料表面部の
自然酸化膜が該探針の掃引過程で剥離される程度に、該
探針に印加する針圧を調整する調整手段を有することを
特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the scanning capacitance microscope according to the second aspect, the probe is contacted with the probe so that the native oxide film on the surface of the sample comes off during the sweeping process of the probe. It is characterized by having an adjusting means for adjusting the needle pressure applied to the needle.
【0014】請求項4の発明は、請求項3に記載の走査
型容量顕微鏡において、試料上の任意の測定点の容量評
価を行う際、測定開始前に該測定点上で前記探針を少な
くとも1回以上掃引した後に容量測定を行う手段を有す
ることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the scanning capacitance microscope according to the third aspect, when the capacitance of an arbitrary measurement point on the sample is evaluated, at least the probe is placed on the measurement point before the measurement is started. It is characterized in that it has means for measuring the capacity after sweeping once or more.
【0015】請求項5の発明は、請求項2〜4のいずれ
か1項に記載の走査型容量顕微鏡において、前記探針と
試料の周囲の雰囲気が窒素、アルゴン等の不活性なガ
ス、あるいは水素等の還元性のガス、あるいは真空であ
ることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the scanning capacitance microscope according to any one of the second to fourth aspects, the atmosphere around the probe and the sample is an inert gas such as nitrogen or argon, or It is characterized by being a reducing gas such as hydrogen or a vacuum.
【0016】請求項6の発明は、請求項5に記載の走査
型容量顕微鏡において、前記探針と試料の周囲の雰囲気
を窒素、アルゴン等の不活性なガス、あるいは水素等の
還元性のガス、あるいは真空に保つチャンバーと、試料
の表面処理用の予備チャンバーあるいは他の装置から試
料を搬送するためのチャンバーと、前記それぞれのチャ
ンバーを接続可能にする接続手段と、試料がこれらの前
記両チャンバー間を大気に触れずに搬送可能な搬送手段
とを有することを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the scanning capacitance microscope according to the fifth aspect, the atmosphere around the probe and the sample is an inert gas such as nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen. , Or a chamber for maintaining a vacuum, a preliminary chamber for surface treatment of the sample or a chamber for transferring the sample from another device, a connecting means for connecting the respective chambers, and the chamber for the sample. It is characterized in that it has a conveying means capable of conveying without exposing the space to the atmosphere.
【0017】請求項7の発明は、探針と試料とによって
形成される静電容量を計測する走査型容量顕微鏡を用い
た測定方法において、前記探針として、伝導体あるいは
導電膜で覆われ、かつ、該伝導体あるいは該導電膜の上
に1層以上の絶縁膜で覆われたものを用いて、この探針
を試料に接触し、試料を構成する材料のバンドギャップ
エネルギー以上のフォトンエネルギーを有する光を、前
記探針と該試料との接触部分に照射し、前記探針が接す
る試料表面部の自然酸化膜が該探針の掃引過程で剥離さ
れる程度に、該探針に印加する針圧を調整し、試料上の
任意の測定点の容量評価を行う際、測定開始前に該測定
点上で前記探針を少なくとも1回以上掃引した後に容量
測定を行うことを特徴とする走査型容量顕微鏡を用いた
測定方法である。According to a seventh aspect of the present invention, in a measuring method using a scanning capacitance microscope for measuring an electrostatic capacity formed by a probe and a sample, the probe is covered with a conductor or a conductive film. Moreover, by using the conductor or the conductive film covered with one or more insulating films, the probe is brought into contact with the sample, and the photon energy higher than the band gap energy of the material forming the sample is applied. The light having the light is applied to the contact portion between the probe and the sample, and applied to the probe to such an extent that the native oxide film on the surface of the sample in contact with the probe is peeled off in the sweeping process of the probe. Scanning characterized in that when the stylus pressure is adjusted and the capacity of an arbitrary measurement point on the sample is evaluated, the probe is swept at least one or more times at the measurement point before the measurement is started and then the capacity is measured. It is a measuring method using a scanning capacitance microscope.
【0018】前記の本発明によれば、半導体中の深い準
位の影響並びに半導体表面とその自然酸化膜の界面に形
成される界面準位の影響を低減、あるいは分離して測定
すること、並びに探針と試料の接触の不安定性を回避し
た測定を可能とする。これらの点については次のとおり
である。According to the present invention described above, the influence of the deep level in the semiconductor and the influence of the interface state formed at the interface between the semiconductor surface and its natural oxide film are reduced or measured separately, and This enables measurement while avoiding instability of contact between the probe and the sample. These points are as follows.
【0019】請求項1の走査型容量顕微鏡では、試料の
測定部に、試料を構成する材料のバンドギャップエネル
ギー以上のフォトンエネルギーを有する光を照射し、電
子−正孔対を発生させることにより、前記界面準位と深
い準位に、常に電子または正孔が捕獲された状態で容量
評価を行う。In the scanning capacitance microscope according to the first aspect, the measurement portion of the sample is irradiated with light having a photon energy higher than the band gap energy of the material forming the sample to generate electron-hole pairs. The capacitance is evaluated in the state where electrons or holes are always trapped in the interface level and the deep level.
【0020】一般的に、前記界面準位と深い準位に捕獲
された電子または正孔の放出時定数は、n型またはp型
不純物によって形成される浅いドナーまたはアクセプタ
の放出時定数に比べ、数桁以上大きいことが知られてい
る。よって、前記の光照射によって、電子または正孔を
捕獲した界面準位と深い準位においては、容量−電圧特
性の測定の間、測定条件を適切に設定することにより、
電子または正孔を捕獲した状態を保つようにせしめるこ
とが可能となる。Generally, the emission time constant of electrons or holes trapped in the interface level and the deep level is smaller than that of a shallow donor or acceptor formed by an n-type or p-type impurity. It is known to be several orders of magnitude larger. Therefore, by the above-mentioned light irradiation, in the interface level and the deep level in which electrons or holes are captured, by appropriately setting the measurement conditions during the measurement of the capacitance-voltage characteristics,
It becomes possible to keep the state of trapping electrons or holes.
【0021】このような条件下では、前記界面準位と深
い準位は、単なる固定電荷と見なすことが可能となり、
dC/dV信号は、観測すべき浅いドナーまたはアクセ
プタの濃度のみを反映したものとなる。すなわち、走査
型容量顕微鏡で化合物半導体試料の不純物濃度分布測定
を行う際、界面準位と深い準位の影響を排除することが
可能となる。Under such conditions, the interface level and the deep level can be regarded as mere fixed charges.
The dC / dV signal reflects only the shallow donor or acceptor concentration to be observed. That is, when measuring the impurity concentration distribution of the compound semiconductor sample with the scanning capacitance microscope, it becomes possible to eliminate the influence of the interface level and the deep level.
【0022】また、前記課題における、化合物半導体を
評価する際に安定した評価が困難である、という問題を
解決するために、請求項2の走査型容量顕微鏡によれ
ば、試料に接触させて容量測定を行うための探針の構造
が、伝導体あるいは導電膜の上に1層以上の絶縁膜で覆
われているため、この絶縁膜を介して探針と試料表面間
にMOS構造が形成される。Further, in order to solve the problem that stable evaluation is difficult when evaluating a compound semiconductor in the above-mentioned problems, according to the scanning capacitance microscope of claim 2, the capacitance is measured by contacting the sample. Since the structure of the probe for measurement is covered with one or more insulating films on the conductor or conductive film, a MOS structure is formed between the probe and the sample surface through this insulating film. It
【0023】この際、化合物半導体試料表面に存在する
不安定な自然酸化膜は、探針を接触させてスキャン操作
を行うことにより、削り取ることが可能である。よっ
て、請求項2の走査型容量顕微鏡では、探針の絶縁膜が
常に清浄な化合物半導体試料表面に接触し、安定な前記
MOS構造が構成されるため、安定な測定が可能とな
る。At this time, the unstable natural oxide film existing on the surface of the compound semiconductor sample can be scraped off by bringing the probe into contact and performing a scanning operation. Therefore, in the scanning capacitance microscope according to the second aspect, the insulating film of the probe is always in contact with the surface of the clean compound semiconductor sample, and the stable MOS structure is formed. Therefore, stable measurement is possible.
【0024】さらに、探針と試料の周囲の雰囲気を窒
素、アルゴン等の不活性なガス、あるいは水素等の還元
性のガス、あるいは真空に保つチャンバーを備えること
により、測定中の試料において、自然酸化膜の状態が変
化すること、あるいは、自然酸化膜が再形成されること
が抑止可能となり、より安定性の高い評価が可能とな
る。Furthermore, by providing a chamber for keeping the atmosphere around the probe and the sample to be an inert gas such as nitrogen or argon, a reducing gas such as hydrogen, or a vacuum, the sample being measured is naturally It is possible to suppress the change of the state of the oxide film or the re-formation of the natural oxide film, and it becomes possible to perform evaluation with higher stability.
【0025】さらに加えて、前記チャンバーに試料の表
面処理用の予備チャンバーあるいは他の装置から試料を
搬送するためのチャンバーが接続可能であり、試料が両
チャンバー間を大気に触れずに搬送可能な機構を有する
ことにより、自然酸化膜のない清浄な表面の評価が可能
となる。In addition, a preliminary chamber for surface treatment of the sample or a chamber for transporting the sample from another device can be connected to the chamber, and the sample can be transported between both chambers without being exposed to the atmosphere. By having the mechanism, it becomes possible to evaluate a clean surface without a natural oxide film.
【0026】つまり、前記構成の走査型容量顕微鏡は、
以下の特徴を有する装置として作用する。
(1)化合物半導体試料の不純物濃度分布測定を行う
際、界面準位と深い準位の影響を排除することにより、
正確な不純物濃度測定ができる。
(2)観察する試料が観察面内にpn接合、あるいはヘ
テロ接合等を含む半導体断面である場合においても、不
純物濃度分布測定ができる。
(3)化合物半導体試料の不純物濃度分布測定を行う
際、常に安定した測定ができる。
(4)結晶成長、あるいは結晶表面の処理工程後に表面
を酸化させることなく、正確な不純物濃度測定ができ
る。That is, the scanning capacitance microscope having the above-mentioned configuration is
It operates as a device having the following features. (1) When measuring the impurity concentration distribution of a compound semiconductor sample, by eliminating the effects of the interface level and the deep level,
Accurate impurity concentration measurement is possible. (2) The impurity concentration distribution can be measured even when the sample to be observed is a semiconductor cross section including a pn junction, a hetero junction, or the like in the observation plane. (3) When measuring the impurity concentration distribution of a compound semiconductor sample, stable measurement can always be performed. (4) Accurate impurity concentration measurement can be performed without oxidizing the surface after the crystal growth or the crystal surface treatment process.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて、図面を参照して詳しく説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0028】[実施の形態1]本実施の形態による走査
型容量顕微鏡を図1に示す。図1の走査型容量顕微鏡
は、信号出力端子1、ロックインアンプ2、容量センサ
3、レバー4、探針5、ACバイアス電源6、DCバイ
アス電源7、試料ステージ8、および照射手段として光
源9を備えている。[First Embodiment] FIG. 1 shows a scanning capacitance microscope according to the present embodiment. The scanning capacitance microscope of FIG. 1 includes a signal output terminal 1, a lock-in amplifier 2, a capacitance sensor 3, a lever 4, a probe 5, an AC bias power source 6, a DC bias power source 7, a sample stage 8, and a light source 9 as an irradiation unit. Is equipped with.
【0029】探針5は、伝導体あるいは導電体薄膜で覆
われて作られている。探針5は、容量測定の際に、測定
される化合物半導体である半導体試料200に接触す
る。ACバイアス電源6とDCバイアス電源7とは、半
導体試料200と探針5との間に電界を加える。この電
界は、表面に自然酸化膜を有する半導体試料200と探
針5との間に形成されるMOS構造に対して作用し、半
導体試料200の表面にバイアス電位に対応した空乏層
を生じさせる(図7参照)。The probe 5 is made by being covered with a conductor or a conductor thin film. The probe 5 contacts the semiconductor sample 200 which is a compound semiconductor to be measured at the time of capacitance measurement. The AC bias power supply 6 and the DC bias power supply 7 apply an electric field between the semiconductor sample 200 and the probe 5. This electric field acts on the MOS structure formed between the probe 5 and the semiconductor sample 200 having a natural oxide film on the surface thereof, and produces a depletion layer corresponding to the bias potential on the surface of the semiconductor sample 200 ( (See FIG. 7).
【0030】ロックインアンプ2および容量センサ3
は、ACバイアス電源6によって印加される電位dVに
対する容量変化dCを検出する。そして、ロックインア
ンプ2からのdC/dV信号を得ることにより、測定が
行われる。これらは、図6および図7と同様である。Lock-in amplifier 2 and capacitance sensor 3
Detects the capacitance change dC with respect to the potential dV applied by the AC bias power supply 6. Then, the measurement is performed by obtaining the dC / dV signal from the lock-in amplifier 2. These are similar to FIGS. 6 and 7.
【0031】光源9は、電球9A、反射鏡9B、および
DC電源9Cを備える。DC電源9Cは、電球9Aに直
流電圧を供給する。電球9Aは、半導体試料200を構
成する材料のバンドギャップエネルギー以上のフォトン
エネルギーを有する光を発生する。電球9Aは、反射鏡
9Bと共に、探針5と半導体試料200との接触部分
に、発生した光を照射する。このとき、光源9は、半導
体試料200を構成する材料のバンドギャップエネルギ
ー以上のフォトンエネルギーを有する光を、探針5と半
導体試料200との接触部分に照射するために、半導体
試料200の表面に対して浅い入射角で該照射光を入射
可能な位置に電球9Aを配置した構成である。The light source 9 includes a light bulb 9A, a reflecting mirror 9B, and a DC power source 9C. The DC power source 9C supplies a DC voltage to the light bulb 9A. The light bulb 9A emits light having a photon energy equal to or higher than the band gap energy of the material forming the semiconductor sample 200. The light bulb 9A, together with the reflecting mirror 9B, irradiates the generated light on the contact portion between the probe 5 and the semiconductor sample 200. At this time, the light source 9 irradiates the contact portion between the probe 5 and the semiconductor sample 200 with light having a photon energy that is equal to or higher than the band gap energy of the material forming the semiconductor sample 200, so that the surface of the semiconductor sample 200 is irradiated. On the other hand, the light bulb 9A is arranged at a position where the irradiation light can be incident at a shallow incident angle.
【0032】こうして、本実施の形態では、半導体試料
200の測定部である、探針5と半導体試料200との
接触部分に、半導体試料200を構成する材料のバンド
ギャップエネルギー以上のフォトンエネルギーを有する
光を照射する。これによって、電子−正孔対が発生し、
前記界面準位と深い準位に、常に電子または正孔が捕獲
された状態で容量評価が行われる。As described above, in this embodiment, the contact portion between the probe 5 and the semiconductor sample 200, which is the measuring portion of the semiconductor sample 200, has a photon energy equal to or higher than the band gap energy of the material forming the semiconductor sample 200. Irradiate with light. This produces electron-hole pairs,
Capacitance evaluation is performed with electrons or holes always trapped at the interface level and the deep level.
【0033】一般的に、前記界面準位と深い準位に捕獲
された電子または正孔の放出時定数は、n型またはp型
不純物によって形成される浅いドナーまたはアクセプタ
の放出時定数に比べ、数桁以上大きいことが知られてい
る。よって、光源9からの光照射によって、電子または
正孔を捕獲した界面準位と深い準位においては、容量−
電圧特性の測定の間、測定条件を適切に設定することに
より、電子または正孔を捕獲した状態を保つようにせし
めることが可能となる。Generally, the emission time constant of electrons or holes trapped in the interface level and the deep level is smaller than that of a shallow donor or acceptor formed by an n-type or p-type impurity. It is known to be several orders of magnitude larger. Therefore, at the interface level and the deep level at which electrons or holes are captured by the light irradiation from the light source 9, the capacitance −
By setting the measurement conditions appropriately during the measurement of the voltage characteristics, it becomes possible to keep the state in which the electrons or holes are trapped.
【0034】このような条件下では、界面準位と深い準
位は単なる固定電荷と見なすことが可能となり、dC/
dV信号は、観測すべき浅いドナーまたはアクセプタの
濃度のみを反映したものとなる。すなわち、走査型容量
顕微鏡で半導体試料200の不純物濃度分布測定を行う
際、界面準位と深い準位の影響を排除することが可能と
なる。Under such conditions, the interface level and the deep level can be regarded as mere fixed charges, and dC /
The dV signal reflects only the shallow donor or acceptor concentration to be observed. That is, when measuring the impurity concentration distribution of the semiconductor sample 200 with the scanning capacitance microscope, it becomes possible to eliminate the influence of the interface level and the deep level.
【0035】なお、本実施の形態では、光源に電球9A
を用いた。電球9Aの種類としては、光量の大きいハロ
ゲンランプ、メタルハライドランプ、水銀ランプ等が有
効である。また、電球9Aの代わりに、各種レーザ光源
を用いることができる。この場合、より一層の制御性の
向上が可能となる。In this embodiment, the light source 9A is used as the light source.
Was used. As a kind of the light bulb 9A, a halogen lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, or the like having a large light amount is effective. Also, various laser light sources can be used instead of the light bulb 9A. In this case, the controllability can be further improved.
【0036】従来の走査型容量顕微鏡においても、試料
の観察用の光源として電球が装備されている場合もある
が、探針と半導体試料との接触部分が探針自身の陰にな
る、あるいは、この接触部分に十分な光量の光を入射で
きないなどの理由で、本発明による効果を発揮させるこ
とはできなかった。A conventional scanning capacitance microscope may also be equipped with a light bulb as a light source for observing the sample, but the contact portion between the probe and the semiconductor sample is behind the probe itself, or The effect of the present invention could not be exerted because, for example, a sufficient amount of light cannot be incident on this contact portion.
【0037】[実施の形態2]本実施の形態では、探針
の構造が実施の形態1と異なる。図2を用いて、本実施
の形態について説明する。図2は、本発明の実施の形態
2による走査型容量顕微鏡を説明するための説明図であ
り、図2(a)は、主としてレバー11の探針12の先
端部構造を示し、図2(a)の破線部分mを拡大した部
分拡大図である図2(b)は、探針12と試料ステージ
13上の半導体試料210の接触部分の状況を示す。な
お、その他の部分に関しては実施の形態1の構造と同様
である。[Second Embodiment] In the present embodiment, the structure of the probe is different from that of the first embodiment. This embodiment will be described with reference to FIG. 2A and 2B are explanatory views for explaining a scanning capacitance microscope according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2A mainly shows a tip end structure of a probe 12 of a lever 11, and FIG. FIG. 2B, which is a partially enlarged view in which the broken line portion m in a) is enlarged, shows the state of the contact portion between the probe 12 and the semiconductor sample 210 on the sample stage 13. The other parts are the same as the structure of the first embodiment.
【0038】本実施の形態においては、実施の形態1と
同様に、半導体試料210を構成する材料のバンドギャ
ップエネルギー以上のフォトンエネルギーを有する光
が、探針12と半導体試料210の接触部分に照射され
ている。本実施の形態では、探針12は実施の形態1と
同様に伝導体あるいは導電体薄膜に覆われている。さら
に、本実施の形態では、導電性を有する探針12の先端
が、絶縁膜12Aで覆われている。なお、探針12の先
端は1層以上の絶縁膜で覆われていればよい。In this embodiment, as in the case of the first embodiment, light having a photon energy equal to or higher than the band gap energy of the material forming the semiconductor sample 210 is applied to the contact portion between the probe 12 and the semiconductor sample 210. Has been done. In the present embodiment, the probe 12 is covered with a conductor or a conductor thin film as in the first embodiment. Furthermore, in the present embodiment, the tip of the conductive probe 12 is covered with the insulating film 12A. The tip of the probe 12 may be covered with one or more insulating films.
【0039】探針12は容量測定の際に掃引される。探
針12の掃引過程において、半導体試料210の表面部
の自然酸化膜211が剥離されるため、探針12の先端
部に形成された絶縁膜12Aと半導体試料210の本来
の表面が接している。よって、本実施の形態によれば、
不安定な自然酸化膜211に影響されない、安定した容
量評価が可能となる。The probe 12 is swept during the capacitance measurement. In the process of sweeping the probe 12, the natural oxide film 211 on the surface of the semiconductor sample 210 is peeled off, so that the insulating film 12A formed at the tip of the probe 12 is in contact with the original surface of the semiconductor sample 210. . Therefore, according to the present embodiment,
It is possible to perform stable capacitance evaluation without being affected by the unstable natural oxide film 211.
【0040】半導体試料210の自然酸化膜211を剥
離する手法として、探針12の掃引過程において自然酸
化膜211が剥離される程度に、探針12に印加する針
圧を調整手段によって調整する。また、探針12の針圧
調整に加えて、探針12を少なくとも1往復以上掃引し
た後に、容量測定を行う。As a method of peeling off the natural oxide film 211 of the semiconductor sample 210, the needle pressure applied to the probe 12 is adjusted by the adjusting means to the extent that the natural oxide film 211 is peeled off during the sweeping process of the probe 12. Further, in addition to the adjustment of the stylus pressure of the probe 12, the probe 12 is swept at least one reciprocation or more, and then the capacitance is measured.
【0041】こうした容量測定によって、さらに安定し
た測定が可能となる。従来の走査型容量顕微鏡では、探
針を一方向に掃引しながら容量測定を行う。本実施の形
態における効果的な探針12の掃引方法の一例として
は、探針12を評価する目的地点を少し通り過ぎた点ま
で掃引した後に掃引方向を反転し、目的地点の容量測定
を行う、という動作を繰り返し行う。これはすなわち、
探針12の掃引により、半導体試料210の自然酸化膜
211を剥離した直後に容量測定を行うことにより、自
然酸化膜211の再形成の影響を最小に留められるから
である。By such capacitance measurement, more stable measurement becomes possible. In the conventional scanning capacitance microscope, the capacitance is measured while sweeping the probe in one direction. As an example of an effective sweeping method of the probe 12 in the present embodiment, the sweep direction is reversed after sweeping to a point slightly past the target point for evaluating the probe 12, and the capacitance of the target point is measured. The above operation is repeated. This means that
This is because the influence of the reformation of the natural oxide film 211 can be minimized by performing the capacitance measurement immediately after the natural oxide film 211 of the semiconductor sample 210 is peeled off by sweeping the probe 12.
【0042】つまり、本実施の形態では、半導体試料2
10に接触させて容量測定を行うための探針12の構造
が、伝導体あるいは導電体薄膜の上に1層以上の絶縁膜
12Aで覆われている。このため、この絶縁膜12Aを
介して探針12と半導体試料210の表面間にMOS構
造が形成される。この際、半導体試料210の表面に存
在する不安定な自然酸化膜211は、探針12を接触さ
せてスキャン操作を行うことにより、削り取ることが可
能である。よって、本実施の形態では、常に清浄な半導
体試料210の表面に探針12の絶縁膜12Aが接触
し、安定なMOS構造が構成されるため、安定な測定が
可能となる。That is, in the present embodiment, the semiconductor sample 2
The structure of the probe 12 for contacting with 10 to measure the capacitance is covered with one or more insulating films 12A on the conductor or conductor thin film. Therefore, a MOS structure is formed between the probe 12 and the surface of the semiconductor sample 210 via the insulating film 12A. At this time, the unstable natural oxide film 211 existing on the surface of the semiconductor sample 210 can be scraped off by bringing the probe 12 into contact and performing a scanning operation. Therefore, in the present embodiment, since the insulating film 12A of the probe 12 is always in contact with the surface of the clean semiconductor sample 210 to form a stable MOS structure, stable measurement is possible.
【0043】[実施の形態3]本実施の形態では、測定
する雰囲気が実施の形態2と異なる。図3を用いて、本
実施の形態について説明する。なお、図3(b)は、図
3(a)の破線部分nを拡大した部分拡大図である。[Third Embodiment] In this embodiment, the atmosphere to be measured is different from that of the second embodiment. This embodiment will be described with reference to FIG. Note that FIG. 3B is a partially enlarged view in which the broken line portion n of FIG. 3A is enlarged.
【0044】本実施の形態では、探針22が設けられて
いるレバー21、試料ステージ23、および試料ステー
ジ23上の半導体試料220が、チャンバー24に収納
されている。チャンバー24には、導入部24Aから置
換ガスが供給され、この置換ガスは排出部24Bから排
出される。置換ガスとしては、窒素、アルゴン等の不活
性なガス、あるいは水素等の還元性のガスがある。ま
た、チャンバー24内を真空にしてもよい。なお、本実
施の形態のその他の部分に関しては、実施の形態2の構
造と同じである。In this embodiment, the lever 21 provided with the probe 22, the sample stage 23, and the semiconductor sample 220 on the sample stage 23 are housed in the chamber 24. A replacement gas is supplied to the chamber 24 from the introduction part 24A, and this replacement gas is discharged from the discharge part 24B. The replacement gas may be an inert gas such as nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen. Further, the inside of the chamber 24 may be evacuated. The other parts of this embodiment are the same as the structure of the second embodiment.
【0045】本実施の形態では、チャンバー24を設
け、チャンバー24に置換ガスを供給することによっ
て、探針22と試料ステージ23上の半導体試料220
の周囲の雰囲気を、窒素、アルゴン等の不活性なガス、
あるいは水素等の還元性のガスにしている。In this embodiment, the semiconductor sample 220 on the probe 22 and the sample stage 23 is provided by providing the chamber 24 and supplying the replacement gas to the chamber 24.
The atmosphere around the, inert gas such as nitrogen, argon,
Alternatively, a reducing gas such as hydrogen is used.
【0046】本実施の形態によれば、絶縁膜22Aで覆
われた探針22の掃引過程において、半導体試料220
の表面部の自然酸化膜221が剥離されるため、探針2
2の先端部に形成された絶縁膜22Aと半導体試料22
0の本来の表面が接している。さらに、探針22と試料
ステージ23上の半導体試料220の周囲の雰囲気を、
窒素、アルゴン等の不活性なガス、あるいは水素等の還
元性のガス、あるいは真空にすることによって、自然酸
化膜221の状態が変化すること、あるいは自然酸化膜
221が形成されることを抑止可能となり、より安定性
の高い評価が可能となる。According to the present embodiment, in the process of sweeping the probe 22 covered with the insulating film 22A, the semiconductor sample 220 is
Since the native oxide film 221 on the surface of the
2A and the semiconductor sample 22 formed on the tip of
The original surface of 0 is in contact. Furthermore, the atmosphere around the probe 22 and the semiconductor sample 220 on the sample stage 23 is
It is possible to prevent the state of the natural oxide film 221 from changing or the natural oxide film 221 from being formed by applying an inert gas such as nitrogen or argon, a reducing gas such as hydrogen, or a vacuum. Therefore, evaluation with higher stability becomes possible.
【0047】[実施の形態4]本実施の形態では、実施
の形態3のチャンバーに対して、表面処理用のチャンバ
ーを接続する。図4および図5を用いて、本実施の形態
について説明する。なお、図5は、図4の破線部分pを
拡大した部分拡大図である。[Fourth Embodiment] In the present embodiment, a chamber for surface treatment is connected to the chamber of the third embodiment. This embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. Note that FIG. 5 is a partially enlarged view in which the broken line portion p of FIG. 4 is enlarged.
【0048】本実施の形態では、実施の形態3と同じよ
うに、探針32が設けられているレバー31、試料ステ
ージ33、および試料ステージ33上の半導体試料23
0が、チャンバー34に収納されている。チャンバー3
4には、導入部34Aから置換ガスが供給され、この置
換ガスは排出部34Bから排出される。置換ガスとして
は、窒素、アルゴン等の不活性なガス、あるいは水素等
の還元性のガスがある。また、チャンバー34内を真空
にしてもよい。In the present embodiment, as in the third embodiment, the lever 31 provided with the probe 32, the sample stage 33, and the semiconductor sample 23 on the sample stage 33.
0 is stored in the chamber 34. Chamber 3
The replacement gas is supplied to the nozzle 4 from the introduction section 34A, and the replacement gas is discharged from the discharge section 34B. The replacement gas may be an inert gas such as nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen. Further, the inside of the chamber 34 may be evacuated.
【0049】さらに、本実施の形態では、チャンバー接
続部を仕切るためのゲートバルブ(接続手段)36を介
して、チャンバー34に予備チャンバー35が接続可能
である。予備チャンバー35は、半導体試料230の表
面処理用である。半導体試料230は、予備チャンバー
35とチャンバー34との間を大気に触れずに搬送可能
である。本実施の形態では、このうち探針32と半導体
試料230の周囲の雰囲気を不活性なガスとする。Further, in the present embodiment, the preliminary chamber 35 can be connected to the chamber 34 via the gate valve (connecting means) 36 for partitioning the chamber connecting portion. The preliminary chamber 35 is for surface treatment of the semiconductor sample 230. The semiconductor sample 230 can be transported between the preliminary chamber 35 and the chamber 34 without being exposed to the atmosphere. In this embodiment, the atmosphere around the probe 32 and the semiconductor sample 230 is an inert gas.
【0050】予備チャンバー35内においては、表面処
理用の薬液300および洗浄用の純水310を用いた薬
液処理により、半導体試料230の表面処理を行う。予
備チャンバー35には、導入部35Aから不活性ガスが
供給され、この不活性ガスは排出部35Bから排出され
る。なお、図4では、37A、37Bが外気を導入する
ことなくチャンバー34内の操作を行うための気密グロ
ーブ、同じく38A、38Bが外気を導入することなく
チャンバー35内の操作を行うための気密グローブであ
る。In the preliminary chamber 35, the surface treatment of the semiconductor sample 230 is performed by the chemical treatment using the chemical treatment 300 for surface treatment and the pure water 310 for cleaning. An inert gas is supplied to the auxiliary chamber 35 from the introduction part 35A, and this inert gas is discharged from the discharge part 35B. In FIG. 4, 37A and 37B are airtight gloves for operating the chamber 34 without introducing the outside air, and 38A and 38B are also airtight gloves for operating the chamber 35 without introducing the outside air. Is.
【0051】このように、図4においては、探針32と
半導体試料230の周囲の雰囲気を窒素、アルゴン等の
不活性なガスに保つためのチャンバー34に、試料表面
の薬液処理用の予備チャンバー35が接続されている。As described above, in FIG. 4, a chamber 34 for keeping the atmosphere around the probe 32 and the semiconductor sample 230 in an inert gas such as nitrogen or argon is used as a preliminary chamber for treating the sample surface with a chemical solution. 35 is connected.
【0052】本実施の形態によれば、評価は以下の手順
で行われる。まず、薬液処理用のグローブボックスであ
る予備チャンバー35中で、薬液300により試料表面
の自然酸化膜231を除去した後、低酸素濃度の純水3
10中で薬液300を除去する。つぎに、ゲートバルブ
36を開き、搬送手段によって半導体試料230を測定
用のチャンバー34に移動する。ゲートバルブ36を閉
めて測定を開始する。According to this embodiment, the evaluation is performed in the following procedure. First, after removing the natural oxide film 231 on the sample surface with the chemical liquid 300 in the preliminary chamber 35 which is a glove box for chemical liquid treatment, the pure water 3 having a low oxygen concentration is used.
The chemical solution 300 is removed in 10. Next, the gate valve 36 is opened, and the semiconductor sample 230 is moved to the measuring chamber 34 by the carrying means. The gate valve 36 is closed and the measurement is started.
【0053】探針32の掃引過程において、半導体試料
230の表面部の自然酸化膜231が除去されているた
め、探針32の先端部に形成された絶縁膜32Aと半導
体試料230の本来の表面が接している。探針32と試
料ステージ33上の半導体試料230の周囲の雰囲気
を、窒素、アルゴン等の不活性なガス、あるいは水素等
の還元性のガス、あるいは真空にすることによって、自
然酸化膜231が形成されることを抑止可能となり、よ
り安定性の高い評価が可能となる。つまり、本実施の形
態によって、自然酸化膜231が除去された試料表面の
評価がより安定に実行可能となる。Since the natural oxide film 231 on the surface of the semiconductor sample 230 is removed during the sweeping process of the probe 32, the insulating film 32A formed on the tip of the probe 32 and the original surface of the semiconductor sample 230 are removed. Are in contact with. By forming the atmosphere around the probe 32 and the semiconductor sample 230 on the sample stage 33 into an inert gas such as nitrogen or argon, a reducing gas such as hydrogen, or a vacuum, a natural oxide film 231 is formed. It is possible to prevent such a situation, and a more stable evaluation is possible. That is, according to the present embodiment, the surface of the sample from which the natural oxide film 231 has been removed can be more stably evaluated.
【0054】なお、図4では2つのグローブボックス
(チャンバー34、予備チャンバー35)が接続された
例を示したが、薬液処理用のグローブボックスの代わり
に、真空雰囲気、あるいは窒素、アルゴン等の不活性な
ガス雰囲気を保ちながら、試料の搬送が可能なトランス
ファーチャンバー、あるいは可搬型のトランスファーボ
ックスを使用すれば、結晶成長装置、あるいは表面処理
用のプロセス装置内から大気に触れずに、走査型容量顕
微鏡内に試料を搬送することができる。Although FIG. 4 shows an example in which two glove boxes (chamber 34 and spare chamber 35) are connected, instead of the glove box for chemical treatment, a vacuum atmosphere or a non-existent atmosphere such as nitrogen or argon is used. If you use a transfer chamber or a portable transfer box that can transfer samples while maintaining an active gas atmosphere, you can use the scanning-type capacitance without contacting the atmosphere from the inside of the crystal growth equipment or process equipment for surface treatment. The sample can be transported into the microscope.
【0055】以上、本発明の実施の形態を詳述してきた
が、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更
等があっても、本発明に含まれる。Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the specific configuration is not limited to these embodiments, and there are design changes and the like within the scope not departing from the gist of the present invention. However, it is included in the present invention.
【0056】[0056]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明は次の効
果を奏する。
(1)走査型容量顕微鏡で化合物半導体試料の不純物濃
度分布測定を行う際、試料を構成する材料のバンドギャ
ップエネルギー以上のフォトンエネルギーを有する光を
照射することにより、界面準位と深い準位の影響を排除
した測定が可能となり、正確な不純物濃度分布測定が可
能である。
(2)試料に接触させて容量測定を行うための探針の構
造が、伝導体あるいは導電膜の上に1層以上の絶縁膜で
覆われていることにより、またさらに、化合物半導体試
料表面に存在する不安定な自然酸化膜を、探針を接触さ
せてスキャン操作を行うことにより削り取ることが可能
であることにより、安定性の高い不純物濃度分布測定が
可能である。
(3)前記の効果に加えて、探針と試料の周囲の雰囲気
を窒素、アルゴン等の不活性なガス、あるいは水素等の
還元性のガス、あるいは真空に保つためのチャンバーを
備えることにより、測定中の試料において自然酸化膜の
状態が変化すること、あるいは自然酸化膜が形成される
ことを抑止することが可能となり、より安定性の高い評
価が可能である。
(4)さらに、チャンバーに試料の表面処理用の予備チ
ャンバーあるいは他の装置から試料を搬送するためのチ
ャンバーが接続可能であり、試料が両チャンバー間を大
気に触れずに搬送可能な機構を有することにより、自然
酸化膜のない清浄な表面の評価が可能となる。As described above, the present invention has the following effects. (1) When measuring the impurity concentration distribution of a compound semiconductor sample with a scanning capacitance microscope, by irradiating with light having a photon energy higher than the band gap energy of the material forming the sample, the interface level and the deep level It is possible to perform measurement without influence, and it is possible to accurately measure the impurity concentration distribution. (2) The structure of the probe for contacting the sample for capacitance measurement is covered with one or more insulating films on the conductor or conductive film, and further, on the compound semiconductor sample surface. Since it is possible to scrape off the existing unstable natural oxide film by performing a scanning operation by bringing the probe into contact, it is possible to measure the impurity concentration distribution with high stability. (3) In addition to the above effects, by providing an atmosphere around the probe and the sample with an inert gas such as nitrogen or argon, a reducing gas such as hydrogen, or a chamber for maintaining a vacuum, It is possible to prevent the state of the natural oxide film from changing or the formation of the natural oxide film in the sample under measurement, and it is possible to perform evaluation with higher stability. (4) Furthermore, a preliminary chamber for surface treatment of the sample or a chamber for transporting the sample from another device can be connected to the chamber, and the sample can be transported between the two chambers without being exposed to the atmosphere. This makes it possible to evaluate a clean surface without a natural oxide film.
【図1】本発明の実施の形態1による走査型容量顕微鏡
を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a scanning capacitance microscope according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態2による走査型容量顕微鏡
を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a scanning capacitance microscope according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態3による走査型容量顕微鏡
を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a scanning capacitance microscope according to a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態4による走査型容量顕微鏡
を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a scanning capacitance microscope according to a fourth embodiment of the present invention.
【図5】図4の破線部分pを拡大した部分拡大図であ
る。FIG. 5 is a partially enlarged view of a broken line portion p of FIG.
【図6】従来の走査型容量顕微鏡を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional scanning capacitance microscope.
【図7】図6の破線部分uを拡大した部分拡大図であ
る。FIG. 7 is a partially enlarged view in which a broken line portion u in FIG. 6 is enlarged.
1 信号出力端子 2 ロックインアンプ 3 容量センサ 4、11、21,31 レバー 5、12、22、32 探針 12A、22A、32A 絶縁膜 6 ACバイアス電源 7 DCバイアス電源 8、13、23、33 試料ステージ 9 光源 9A 電球 9B 反射鏡 9C DC電源 24、34 チャンバー 24A、34A 導入部 24B、34B 排出部 35 予備チャンバー 35A 導入部 35B 排出部 36 ゲートバルブ 37A、37B、38A、38B 気密グローブ 200、210、220、230 半導体試料 211、221、231 自然酸化膜 1 signal output terminal 2 Lock-in amplifier 3 capacitance sensor 4, 11, 21, 31 lever 5, 12, 22, 32 probe 12A, 22A, 32A insulating film 6 AC bias power supply 7 DC bias power supply 8, 13, 23, 33 Sample stage 9 light sources 9A light bulb 9B reflector 9C DC power supply 24, 34 chambers 24A, 34A introduction section 24B, 34B discharge part 35 Spare chamber 35A Introduction 35B discharge part 36 gate valve 37A, 37B, 38A, 38B Airtight gloves 200, 210, 220, 230 Semiconductor samples 211, 221, 231 Natural oxide film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊賀 龍三 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 近藤 康洋 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 山本 知生 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 4M106 AA01 AA02 CB01 DH60 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Ryuzo Iga 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Yasuhiro Kondo 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Tomoo Yamamoto 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Telegraph and Telephone Corporation F term (reference) 4M106 AA01 AA02 CB01 DH60
Claims (7)
量を計測する走査型容量顕微鏡において、 試料を構成する材料のバンドギャップエネルギー以上の
フォトンエネルギーを有する光を、前記探針と該試料と
の接触部分に照射する照射手段を有することを特徴とす
る走査型容量顕微鏡。1. A scanning capacitance microscope for measuring an electrostatic capacitance formed by a probe and a sample, wherein light having a photon energy equal to or higher than a band gap energy of a material forming the sample is supplied to the probe and the sample. A scanning capacitance microscope, comprising: an irradiation unit that irradiates a portion that comes into contact with.
前記探針の構造が、伝導体あるいは導電膜で覆われ、か
つ、該伝導体あるいは該導電膜の上に1層以上の絶縁膜
で覆われていることを特徴とする請求項1に記載の走査
型容量顕微鏡。2. The structure of the probe for contacting a sample for capacitance measurement is covered with a conductor or a conductive film, and one or more insulating films are formed on the conductor or the conductive film. The scanning capacitance microscope according to claim 1, wherein the scanning capacitance microscope is covered with.
膜が該探針の掃引過程で剥離される程度に、該探針に印
加する針圧を調整する調整手段を有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。3. An adjusting means for adjusting the stylus pressure applied to the probe so that the native oxide film on the surface of the sample in contact with the probe is peeled off during the sweeping process of the probe. The scanning capacitance microscope according to claim 2.
際、測定開始前に該測定点上で前記探針を少なくとも1
回以上掃引した後に容量測定を行う手段を有することを
特徴とする請求項3に記載の走査型容量顕微鏡。4. When evaluating the capacity of an arbitrary measurement point on a sample, at least one probe is set on the measurement point before starting the measurement.
The scanning capacitance microscope according to claim 3, further comprising means for performing capacitance measurement after sweeping at least twice.
アルゴン等の不活性なガス、あるいは水素等の還元性の
ガス、あるいは真空であることを特徴とする請求項2〜
4のいずれか1項に記載の走査型容量顕微鏡。5. The atmosphere around the probe and the sample is nitrogen,
3. An inert gas such as argon, a reducing gas such as hydrogen, or a vacuum.
4. The scanning capacitance microscope according to any one of 4 above.
アルゴン等の不活性なガス、あるいは水素等の還元性の
ガス、あるいは真空に保つチャンバーと、 試料の表面処理用の予備チャンバーあるいは他の装置か
ら試料を搬送するためのチャンバーと、 前記それぞれのチャンバーを接続可能にする接続手段
と、 試料がこれらの前記両チャンバー間を大気に触れずに搬
送可能な搬送手段とを有することを特徴とする請求項5
に記載の走査型容量顕微鏡。6. The atmosphere around the probe and the sample is nitrogen,
An inert gas such as argon, a reducing gas such as hydrogen, or a chamber kept in vacuum, a preliminary chamber for surface treatment of the sample, or a chamber for transporting the sample from another device, and each of the above chambers 6. A connection means that enables connection of the sample and a transfer means that can transfer the sample between these chambers without contacting the atmosphere.
The scanning capacitance microscope according to.
量を計測する走査型容量顕微鏡を用いた測定方法におい
て、 前記探針として、伝導体あるいは導電膜で覆われ、か
つ、該伝導体あるいは該導電膜の上に1層以上の絶縁膜
で覆われたものを用いて、この探針を試料に接触し、 試料を構成する材料のバンドギャップエネルギー以上の
フォトンエネルギーを有する光を、前記探針と該試料と
の接触部分に照射し、 前記探針が接する試料表面部の自然酸化膜が該探針の掃
引過程で剥離される程度に、該探針に印加する針圧を調
整し、 試料上の任意の測定点の容量評価を行う際、測定開始前
に該測定点上で前記探針を少なくとも1回以上掃引した
後に容量測定を行うことを特徴とする走査型容量顕微鏡
を用いた測定方法。7. A measuring method using a scanning capacitance microscope for measuring an electrostatic capacitance formed by a probe and a sample, wherein the probe is covered with a conductor or a conductive film, and Alternatively, by using the conductive film covered with one or more insulating films, the probe is brought into contact with the sample, and light having a photon energy higher than the band gap energy of the material forming the sample is Irradiate the contact portion between the probe and the sample, and adjust the needle pressure applied to the probe to such an extent that the native oxide film on the surface of the sample in contact with the probe is separated during the sweep process of the probe. When using a scanning capacitance microscope, which is characterized in that, when the capacity of an arbitrary measurement point on a sample is evaluated, the probe is swept at least one or more times at the measurement point before the measurement is started, and then the capacity is measured. The measuring method used.
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JP2002136470A JP2003329568A (en) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | Scanning capacitive microscope and measuring method using the same |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009047482A (en) * | 2007-08-16 | 2009-03-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Scanning probe microscope |
JP2009529794A (en) * | 2006-03-12 | 2009-08-20 | フラウンホファー ゲセルシャフトツール フェールデルンク ダー アンゲヴァンテン フォルシュンク エー.ファオ. | Calculation method of doping density of semiconductor sample |
JP2011075465A (en) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Sii Nanotechnology Inc | Method of measuring dielectric constant, and scanning nonlinear dielectric microscope |
JP2016188817A (en) * | 2015-03-30 | 2016-11-04 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | Spreading resistance measurement method and spreading resistance microscope |
-
2002
- 2002-05-13 JP JP2002136470A patent/JP2003329568A/en active Pending
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