JP2682465B2 - 表面計測装置 - Google Patents
表面計測装置Info
- Publication number
- JP2682465B2 JP2682465B2 JP22922494A JP22922494A JP2682465B2 JP 2682465 B2 JP2682465 B2 JP 2682465B2 JP 22922494 A JP22922494 A JP 22922494A JP 22922494 A JP22922494 A JP 22922494A JP 2682465 B2 JP2682465 B2 JP 2682465B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measured
- measuring device
- electrode
- transparent electrode
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体表面計測に係り、
特に半導体と絶縁物界面の界面準位密度や、絶縁膜中の
電荷およびその分布等を測定するに好適な計測方法およ
び装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の半導体表面測定法として代表的な
ものに容量−電圧（Ｃ−Ｖ）特性を求める方法がある。
Ｃ−Ｖ測定には高周波（１ＭＨz）法、低周波法、ケイ
サイスタティック（quasi-static）法等がある。これは
通常は図２に示したように、半導体基板１の上に絶縁物
２を形成し、その上に蒸着や化学気相成長（ＣＶＤ）法
で金属や多結晶シリコン等の電極３を形成し、いわゆる
金属−酸化物−半導体のＭＯＳ構造としてＣ−Ｖ特性を
求めた。また簡便な方法として、図３に示したように絶
縁物２上に水銀やインジウム・ガリウム合金３′を乗せ
てＭＯＳ構成とし、電極５を接触させてＣ−Ｖ特性を測
定していた。 【０００３】また表面光電圧測定は、ジャパニーズ・ア
プライド・フィジックス，２３（1984年）第1451頁から
第1461頁（Japanese Journal of Applied Physics, 23
(1984) PP1451-1461)に示される。これを図４に示す。
すなわち、透明電極３”と半導体の間にマイラーなどの
透明絶縁物６を入れて、光８を照射して行っていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のＣ−Ｖ
測定法では、電極近傍の電荷に対しては感度が低いため
（Ｃ−Ｖ測定による絶縁膜中電荷に対する感度は電極か
らの距離に比例して増大する）、電極が絶縁物と接触す
る場合には、絶縁物の表面近くの情報、すなわち電荷分
布を得ることが難しかった。また、絶縁膜を少しずつ化
学エッチ法等で除去してＣ−Ｖ測定を行うことを繰り返
して表面近くの情報を得ていた。逆に図４のような形で
は、通常マイラーなどの有機ポリマー膜を用いるが厚さ
は数十μｍ以上であり、薄いスペーサーは得られず、後
述するようにシリコン酸化膜の厚さに換算して２μｍ以
下にならないと、正確な表面計測はできない。 【０００５】また半導体表面の絶縁膜が非常に薄い場合
には、電極を付けるとリーク電流が流れて、Ｃ−Ｖ特性
が正確に測定できないなどの問題があった。 【０００６】本発明の目的はこれらの問題点を解決する
ことにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記問題点は、半導体表
面とのエアギャップ可変の電極を設けることにより解決
される。すなわち絶縁物と空気のコンデンサーを直列に
した形で計測を行うことになる。空気の代りに乾燥した
窒素等の不活性ガス中あるいは真空であっても良い。 【０００８】半導体のドーピング量にもよるが、通常Ｍ
ＯＳ構造ではＳｉＯ2膜厚が１μｍ以下でＣ−Ｖ測定が
行われる。２μｍ以上になると電圧に対して容量がほと
んど変化しないためである。従って比誘電率（ＳｉＯ2
で３.９）を考慮すると、ＳｉＯ2厚さ２μｍはエアギャ
ップに換算すると２／３．９≒０．５となり、エアギャ
ップは０.５μｍ以下にすることが望ましいことにな
る。 【０００９】本発明の要旨は、被計測物と透明電極との
間に直流バイアス電圧を印加する表面計測装置であっ
て、前記透明電極の前記被計測物と対向する面が平面で
あり、前記被計測物表面と、前記透明電極の前記被計測
物との対向面との距離が０．５μm以下となる複数点
に、少なくとも一方を他方に対して平行に位置決めする
位置決め手段と、前記透明電極を通して光を前記被計測
物表面へ照射する光照射手段と、前記被計測物と前記透
明電極とが非接触の状態で、前記被計測物と前記電極と
の間に前記電圧を印加し、および前記被計測物表面へ光
を照射して、前記被計測物表面の電気的特性を測定する
手段とを有することを特徴とする表面計測装置にある。 【００１０】 【作用】エアギャップ電極では、容量を測定することで
半導体表面からの距離を求めることができる。多くのＳ
ｉＯ２の中の電荷は半導体（Ｓｉ）との界面と最表面に
多く、膜中には少なくほぼ均一に分布する。従って、界
面と最表面にデルタ関数的に電荷があり、膜中には均一
分布と仮定すると、エアギャップ電極のギャップを変え
て３点でＣ−Ｖ測定することによりそれぞれの電荷を求
めることができる。また適当に電荷が分布している場合
でもギャップを変えて多くのＣ−Ｖ測定を行い、コンピ
ューターによるデータ解析で、非破壊で膜中の電荷分布
を求める（推測）することができる。 【００１１】ケイサイスタテック（quasi-static）法で
Ｃ−Ｖ特性を求める場合等で絶縁膜にリークがあると正
確な測定ができないが、本法では必ずギャップがあるか
ら、トンネル電流や放電が起らない限り、非常に薄い絶
縁物の場合でもＣ−Ｖ測定を行うことができる。 【００１２】通常の交流表面光電圧測定では、半導体表
面が反転していないと、すなわちＰ−Ｎ接合が出来てい
ないと測定できない。従ってＳｉウエハ評価はＮ形Ｓｉ
しかできなかった。これに対して本ギャップ電極を用い
ると、透明電極に直流バイアスを印加することによりＰ
形Ｓｉ表面を反転することができ、Ｐ形半導体でも評価
できるようになる。 【００１３】 【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 【００１４】（実施例１） 図１に示したように、シリコン１上にシリコン酸化膜２
を厚さ１００ｎｍ形成し、このウエハを試料台上に設置
し、電極３を可動機構４によりシリコン酸化膜表面から
約１００ｎｍの距離と約１５０ｎｍの距離に近づけてＣ
−Ｖ特性を測定することができた。この場合の電極可動
機構４はマイクロメータによる粗動調整部と圧電アクチ
ュエータによる微動調整の組合せで行った。 【００１５】通常の図３に示した水銀プローブでは図５
（イ）の構成で、図下に示した正電荷分布を仮定する
と、半導体表面に誘起される電荷Ｑは、 【００１６】 【数１】 【００１７】で示される。ここでｅは電子電荷、ｔ０は
絶縁膜の厚さ、ρ(χ）は絶縁膜中の電荷分布である。
（１）式は膜内電荷がｑ０で一定なら次式となる。 【００１８】 【数２】 【００１９】これに対して上述のエアギャップ電極の場
合には、図５（ロ）のようになり、 【００２０】 【数３】 【００２１】となる。ここでεは絶縁物の比誘電率、Ｑ
ｉは シリコン酸化膜とシリコンの界面の電荷、Ｑｓは
シリコン酸化膜の表面の電荷である。ここでｔ1で表さ
れるエアギャップを変えて、３点の位置でＣ−Ｖ測定を
することにより、各測定結果より半導体表面に誘起され
る電荷Ｑはフラットバンド電圧から求まるので、式(３)
より未知数Ｑｉ，ｑ0，Ｑｓを求めることができる。こ
のような正電荷分布は、ＳｉＯ2付Ｓｉをプラズマ照射
した場合等には非常に良く当てはまる。即ち、ＳｉＯ2
をステップエッチして求めた正電荷分布はまさに図５
（イ）のようになっている場合が多い。 【００２２】図５（イ）が正電荷分布でない場合でも、
すなわち負の電荷が存在する場合や、ｑ0が膜厚方向に
一定でなく連続的に変化している場合でも、ｔ1を変え
て多くのＣ−Ｖ特性から、誘起電荷量を測定して、コン
ピュータ処理等により電荷分布を推定することが可能で
ある。 【００２３】（実施例２） 本発明実施に於いて重要な点はエアギャップ電極を試料
の半導体と平行度を保つことである。図６に示したよう
に、主電極３に対してその両側に副電極１０と１０’を
設け、それぞれの容量のバランス具合をフィードバック
し、試料台９の傾きを調整する可動機構４’を動かして
平行度補正をすることにより平行度を保つことができ
た。実際には副電極は図７に示したように４つの副電極
１０，１０’，１０”，１０'''を用い、可動機構も２
つ用いた。副電極は３つ以上あれば平行度補正が可能で
ある。 【００２４】なお、この他コンパクトディスクプレイヤ
ーで用いられているスプリット光ビームを用いて平行度
を検出する等、光応用による平行度検出も考えられる。 【００２５】図６に示したように平行度検出を電極によ
り行うことにより、光応用による平行度検出に比べて安
価な装置で簡便に平行度を検出することができる。ま
た、容量バランスのフィードバックおよび平行度補正も
容易である。さらに、主電極と副電極とを一体部材に支
持することにより、両電極の相対的な位置関係が一定と
なるため、平行度検出の精度が向上する。 【００２６】（実施例３） 上記実施例では、電極として金の蒸着膜を使用した。蒸
着膜の表面は、凹凸がはげしいことがあり、平面電極と
いえない場合もある。そこで、砒素（Ａｓ）を大量ドー
プした鏡面研摩したＳｉウエハを加工して電極とした
所、良好な測定結果を得ることができた。 【００２７】（実施例４） シリコンウエハは通常２０Å程度の自然酸化膜が表面に
形成されている。これに電極を付けてＣ−Ｖ特性を測定
しようとしてもリーク電流が大きいため実際上測定不可
能である。図１に示した構成でエアギャップ電極を用い
たところ約５００Å（５０ｎｍ）でＣ−Ｖ特性を得るこ
とができた。すなわちＳｉの表面処理等の効果も本発明
を用いて評価することが可能と言える。１０ΩｃｍのＮ
型Ｓｉではエアギャップ０．５μｍ以下でＣ−Ｖ測定可
能で、０．１μｍ以下で良好なＣ−Ｖ特性が得られた。 【００２８】（実施例５） 図８に示したように、透明電極３”にバイアス電圧を印
加することにより、半導体（Ｓｉ）１の表面ポテンシャ
ルを制御することができ、任意の表面ポテンシャルで光
８を照射することにより表面光誘起電圧を測定すること
が可能であることを確認した。これは表面電荷や界面準
位、さらにはバルクＳｉのライフタイム等を分離して求
めることを容易ならしめる効果がある。 【００２９】また通常のＳｉウエハはアンモニカルバー
オキサイド（ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２）処理を行っている
ため、表面がＰ型化している。このためＮ型Ｓｉのライ
フタイム測定は従来の図４で容易に行えたが、Ｐ型Ｓｉ
では困難であった。これに対し図８ではＳｉ表面を透明
電極に正電圧を印加することにより表面をＮ型化できラ
イフタイム測定も可能とすることができた。 【００３０】（実施例６） ＬＳＩのＳｉウエハは表側から基板Ｓｉを観察しようと
しても通常は配線やゲート電極等によって妨げられて困
難であった。これに対し、図９に示すようにＳｉウェハ
の裏側に穴を明けて、Ｓｉを厚さ２０μｍ程度とするこ
とで交流表面光誘起電圧を観測することにより、約１μ
ｍの分解能でＳｉ中の欠陥の分布を評価することが可能
となった。 【００３１】（実施例７） 実施例４は大気中で測定を行った。しかし大気中の湿気
等により安定な（再現性の良い）測定が困難な場合があ
った。測定系に乾燥窒素を流すことによりかなりこの問
題が改善されることを確認した。測定系全体を真空中に
設置するとさらに安定した測定ができることも確認し
た。 【００３２】以上の実施例では半導体としてＳｉを用い
たが、ＧａＡｓ等のIII−Ｖ族やII−VI族等の化合物半
導体についても本発明が有効である。 【００３３】本発明の実施例によれば、ステップエッチ
することなく半導体表面の絶縁膜中の電荷分布を求める
ことが可能という効果がある。またリーク性の絶縁膜や
極めて薄い絶縁性膜が表面にある半導体の表面計測すな
わち界面準位や表面電荷を求めることができる。 【００３４】また本発明の実施例によれば、表面光誘起
電圧を用いた走査光子顕微鏡すなわちＳＰＭ（Surface
Photon Microscope,（棟方忠輔，応用物理，第５３巻，
第３号（1984年）PP176）に於いて、透明電極に直流バ
イアスを印加することにより多くの情報すなわち界面準
位やライフタイムを容易に求めることができる。またＳ
ｉウエハの受入検査に於いても、Ｎ型，Ｐ型両方の評価
が可能となり応用範囲が広くなる。またＬＳＩの不良解
析等に於いても、裏側からＳｉをエッチングした数１０
μｍから数μｍのＳｉを残した構造で１μｍ前後の分解
能で、ＳｉおよびＳｉ表面の情報が得られるようにな
る。 【００３５】 【発明の効果】本発明によれば、被計測物の表面計測を
効率良く、かつ高精度に行うことができる。
特に半導体と絶縁物界面の界面準位密度や、絶縁膜中の
電荷およびその分布等を測定するに好適な計測方法およ
び装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の半導体表面測定法として代表的な
ものに容量−電圧（Ｃ−Ｖ）特性を求める方法がある。
Ｃ−Ｖ測定には高周波（１ＭＨz）法、低周波法、ケイ
サイスタティック（quasi-static）法等がある。これは
通常は図２に示したように、半導体基板１の上に絶縁物
２を形成し、その上に蒸着や化学気相成長（ＣＶＤ）法
で金属や多結晶シリコン等の電極３を形成し、いわゆる
金属−酸化物−半導体のＭＯＳ構造としてＣ−Ｖ特性を
求めた。また簡便な方法として、図３に示したように絶
縁物２上に水銀やインジウム・ガリウム合金３′を乗せ
てＭＯＳ構成とし、電極５を接触させてＣ−Ｖ特性を測
定していた。 【０００３】また表面光電圧測定は、ジャパニーズ・ア
プライド・フィジックス，２３（1984年）第1451頁から
第1461頁（Japanese Journal of Applied Physics, 23
(1984) PP1451-1461)に示される。これを図４に示す。
すなわち、透明電極３”と半導体の間にマイラーなどの
透明絶縁物６を入れて、光８を照射して行っていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のＣ−Ｖ
測定法では、電極近傍の電荷に対しては感度が低いため
（Ｃ−Ｖ測定による絶縁膜中電荷に対する感度は電極か
らの距離に比例して増大する）、電極が絶縁物と接触す
る場合には、絶縁物の表面近くの情報、すなわち電荷分
布を得ることが難しかった。また、絶縁膜を少しずつ化
学エッチ法等で除去してＣ−Ｖ測定を行うことを繰り返
して表面近くの情報を得ていた。逆に図４のような形で
は、通常マイラーなどの有機ポリマー膜を用いるが厚さ
は数十μｍ以上であり、薄いスペーサーは得られず、後
述するようにシリコン酸化膜の厚さに換算して２μｍ以
下にならないと、正確な表面計測はできない。 【０００５】また半導体表面の絶縁膜が非常に薄い場合
には、電極を付けるとリーク電流が流れて、Ｃ−Ｖ特性
が正確に測定できないなどの問題があった。 【０００６】本発明の目的はこれらの問題点を解決する
ことにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記問題点は、半導体表
面とのエアギャップ可変の電極を設けることにより解決
される。すなわち絶縁物と空気のコンデンサーを直列に
した形で計測を行うことになる。空気の代りに乾燥した
窒素等の不活性ガス中あるいは真空であっても良い。 【０００８】半導体のドーピング量にもよるが、通常Ｍ
ＯＳ構造ではＳｉＯ2膜厚が１μｍ以下でＣ−Ｖ測定が
行われる。２μｍ以上になると電圧に対して容量がほと
んど変化しないためである。従って比誘電率（ＳｉＯ2
で３.９）を考慮すると、ＳｉＯ2厚さ２μｍはエアギャ
ップに換算すると２／３．９≒０．５となり、エアギャ
ップは０.５μｍ以下にすることが望ましいことにな
る。 【０００９】本発明の要旨は、被計測物と透明電極との
間に直流バイアス電圧を印加する表面計測装置であっ
て、前記透明電極の前記被計測物と対向する面が平面で
あり、前記被計測物表面と、前記透明電極の前記被計測
物との対向面との距離が０．５μm以下となる複数点
に、少なくとも一方を他方に対して平行に位置決めする
位置決め手段と、前記透明電極を通して光を前記被計測
物表面へ照射する光照射手段と、前記被計測物と前記透
明電極とが非接触の状態で、前記被計測物と前記電極と
の間に前記電圧を印加し、および前記被計測物表面へ光
を照射して、前記被計測物表面の電気的特性を測定する
手段とを有することを特徴とする表面計測装置にある。 【００１０】 【作用】エアギャップ電極では、容量を測定することで
半導体表面からの距離を求めることができる。多くのＳ
ｉＯ２の中の電荷は半導体（Ｓｉ）との界面と最表面に
多く、膜中には少なくほぼ均一に分布する。従って、界
面と最表面にデルタ関数的に電荷があり、膜中には均一
分布と仮定すると、エアギャップ電極のギャップを変え
て３点でＣ−Ｖ測定することによりそれぞれの電荷を求
めることができる。また適当に電荷が分布している場合
でもギャップを変えて多くのＣ−Ｖ測定を行い、コンピ
ューターによるデータ解析で、非破壊で膜中の電荷分布
を求める（推測）することができる。 【００１１】ケイサイスタテック（quasi-static）法で
Ｃ−Ｖ特性を求める場合等で絶縁膜にリークがあると正
確な測定ができないが、本法では必ずギャップがあるか
ら、トンネル電流や放電が起らない限り、非常に薄い絶
縁物の場合でもＣ−Ｖ測定を行うことができる。 【００１２】通常の交流表面光電圧測定では、半導体表
面が反転していないと、すなわちＰ−Ｎ接合が出来てい
ないと測定できない。従ってＳｉウエハ評価はＮ形Ｓｉ
しかできなかった。これに対して本ギャップ電極を用い
ると、透明電極に直流バイアスを印加することによりＰ
形Ｓｉ表面を反転することができ、Ｐ形半導体でも評価
できるようになる。 【００１３】 【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 【００１４】（実施例１） 図１に示したように、シリコン１上にシリコン酸化膜２
を厚さ１００ｎｍ形成し、このウエハを試料台上に設置
し、電極３を可動機構４によりシリコン酸化膜表面から
約１００ｎｍの距離と約１５０ｎｍの距離に近づけてＣ
−Ｖ特性を測定することができた。この場合の電極可動
機構４はマイクロメータによる粗動調整部と圧電アクチ
ュエータによる微動調整の組合せで行った。 【００１５】通常の図３に示した水銀プローブでは図５
（イ）の構成で、図下に示した正電荷分布を仮定する
と、半導体表面に誘起される電荷Ｑは、 【００１６】 【数１】 【００１７】で示される。ここでｅは電子電荷、ｔ０は
絶縁膜の厚さ、ρ(χ）は絶縁膜中の電荷分布である。
（１）式は膜内電荷がｑ０で一定なら次式となる。 【００１８】 【数２】 【００１９】これに対して上述のエアギャップ電極の場
合には、図５（ロ）のようになり、 【００２０】 【数３】 【００２１】となる。ここでεは絶縁物の比誘電率、Ｑ
ｉは シリコン酸化膜とシリコンの界面の電荷、Ｑｓは
シリコン酸化膜の表面の電荷である。ここでｔ1で表さ
れるエアギャップを変えて、３点の位置でＣ−Ｖ測定を
することにより、各測定結果より半導体表面に誘起され
る電荷Ｑはフラットバンド電圧から求まるので、式(３)
より未知数Ｑｉ，ｑ0，Ｑｓを求めることができる。こ
のような正電荷分布は、ＳｉＯ2付Ｓｉをプラズマ照射
した場合等には非常に良く当てはまる。即ち、ＳｉＯ2
をステップエッチして求めた正電荷分布はまさに図５
（イ）のようになっている場合が多い。 【００２２】図５（イ）が正電荷分布でない場合でも、
すなわち負の電荷が存在する場合や、ｑ0が膜厚方向に
一定でなく連続的に変化している場合でも、ｔ1を変え
て多くのＣ−Ｖ特性から、誘起電荷量を測定して、コン
ピュータ処理等により電荷分布を推定することが可能で
ある。 【００２３】（実施例２） 本発明実施に於いて重要な点はエアギャップ電極を試料
の半導体と平行度を保つことである。図６に示したよう
に、主電極３に対してその両側に副電極１０と１０’を
設け、それぞれの容量のバランス具合をフィードバック
し、試料台９の傾きを調整する可動機構４’を動かして
平行度補正をすることにより平行度を保つことができ
た。実際には副電極は図７に示したように４つの副電極
１０，１０’，１０”，１０'''を用い、可動機構も２
つ用いた。副電極は３つ以上あれば平行度補正が可能で
ある。 【００２４】なお、この他コンパクトディスクプレイヤ
ーで用いられているスプリット光ビームを用いて平行度
を検出する等、光応用による平行度検出も考えられる。 【００２５】図６に示したように平行度検出を電極によ
り行うことにより、光応用による平行度検出に比べて安
価な装置で簡便に平行度を検出することができる。ま
た、容量バランスのフィードバックおよび平行度補正も
容易である。さらに、主電極と副電極とを一体部材に支
持することにより、両電極の相対的な位置関係が一定と
なるため、平行度検出の精度が向上する。 【００２６】（実施例３） 上記実施例では、電極として金の蒸着膜を使用した。蒸
着膜の表面は、凹凸がはげしいことがあり、平面電極と
いえない場合もある。そこで、砒素（Ａｓ）を大量ドー
プした鏡面研摩したＳｉウエハを加工して電極とした
所、良好な測定結果を得ることができた。 【００２７】（実施例４） シリコンウエハは通常２０Å程度の自然酸化膜が表面に
形成されている。これに電極を付けてＣ−Ｖ特性を測定
しようとしてもリーク電流が大きいため実際上測定不可
能である。図１に示した構成でエアギャップ電極を用い
たところ約５００Å（５０ｎｍ）でＣ−Ｖ特性を得るこ
とができた。すなわちＳｉの表面処理等の効果も本発明
を用いて評価することが可能と言える。１０ΩｃｍのＮ
型Ｓｉではエアギャップ０．５μｍ以下でＣ−Ｖ測定可
能で、０．１μｍ以下で良好なＣ−Ｖ特性が得られた。 【００２８】（実施例５） 図８に示したように、透明電極３”にバイアス電圧を印
加することにより、半導体（Ｓｉ）１の表面ポテンシャ
ルを制御することができ、任意の表面ポテンシャルで光
８を照射することにより表面光誘起電圧を測定すること
が可能であることを確認した。これは表面電荷や界面準
位、さらにはバルクＳｉのライフタイム等を分離して求
めることを容易ならしめる効果がある。 【００２９】また通常のＳｉウエハはアンモニカルバー
オキサイド（ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２）処理を行っている
ため、表面がＰ型化している。このためＮ型Ｓｉのライ
フタイム測定は従来の図４で容易に行えたが、Ｐ型Ｓｉ
では困難であった。これに対し図８ではＳｉ表面を透明
電極に正電圧を印加することにより表面をＮ型化できラ
イフタイム測定も可能とすることができた。 【００３０】（実施例６） ＬＳＩのＳｉウエハは表側から基板Ｓｉを観察しようと
しても通常は配線やゲート電極等によって妨げられて困
難であった。これに対し、図９に示すようにＳｉウェハ
の裏側に穴を明けて、Ｓｉを厚さ２０μｍ程度とするこ
とで交流表面光誘起電圧を観測することにより、約１μ
ｍの分解能でＳｉ中の欠陥の分布を評価することが可能
となった。 【００３１】（実施例７） 実施例４は大気中で測定を行った。しかし大気中の湿気
等により安定な（再現性の良い）測定が困難な場合があ
った。測定系に乾燥窒素を流すことによりかなりこの問
題が改善されることを確認した。測定系全体を真空中に
設置するとさらに安定した測定ができることも確認し
た。 【００３２】以上の実施例では半導体としてＳｉを用い
たが、ＧａＡｓ等のIII−Ｖ族やII−VI族等の化合物半
導体についても本発明が有効である。 【００３３】本発明の実施例によれば、ステップエッチ
することなく半導体表面の絶縁膜中の電荷分布を求める
ことが可能という効果がある。またリーク性の絶縁膜や
極めて薄い絶縁性膜が表面にある半導体の表面計測すな
わち界面準位や表面電荷を求めることができる。 【００３４】また本発明の実施例によれば、表面光誘起
電圧を用いた走査光子顕微鏡すなわちＳＰＭ（Surface
Photon Microscope,（棟方忠輔，応用物理，第５３巻，
第３号（1984年）PP176）に於いて、透明電極に直流バ
イアスを印加することにより多くの情報すなわち界面準
位やライフタイムを容易に求めることができる。またＳ
ｉウエハの受入検査に於いても、Ｎ型，Ｐ型両方の評価
が可能となり応用範囲が広くなる。またＬＳＩの不良解
析等に於いても、裏側からＳｉをエッチングした数１０
μｍから数μｍのＳｉを残した構造で１μｍ前後の分解
能で、ＳｉおよびＳｉ表面の情報が得られるようにな
る。 【００３５】 【発明の効果】本発明によれば、被計測物の表面計測を
効率良く、かつ高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図。
【図２】従来の半導体表面計測法を示す図。
【図３】従来の半導体表面計測法を示す図。
【図４】従来の半導体表面計測法を示す図。
【図５】本発明の一実施例の効果を示すための図で、従
来法（イ）と本発明（ロ）の場合の電荷分布を示してい
る。 【図６】本発明の一実施例を示す図。 【図７】本発明の一実施例を示す図。 【図８】本発明の一実施例を示す図。 【図９】本発明の一実施例を示す図。 【符号の説明】 １…半導体基板、２…絶縁膜、３…電極、４…可動機
構、５…電極接続棒、６…透明スペーサー、７…ガラス
板、８…光線、９…試料台、１０…副（補助）電極、１
１…デバイス・配線層。
来法（イ）と本発明（ロ）の場合の電荷分布を示してい
る。 【図６】本発明の一実施例を示す図。 【図７】本発明の一実施例を示す図。 【図８】本発明の一実施例を示す図。 【図９】本発明の一実施例を示す図。 【符号の説明】 １…半導体基板、２…絶縁膜、３…電極、４…可動機
構、５…電極接続棒、６…透明スペーサー、７…ガラス
板、８…光線、９…試料台、１０…副（補助）電極、１
１…デバイス・配線層。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｇ０１Ｒ 29/14 Ｇ０１Ｒ 29/14
29/24 29/24 Ｊ
31/26 31/26 Ｚ
(72)発明者 春田 亮
東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
(72)発明者 棟方 忠輔
東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
(72)発明者 細木 茂行
東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
(56)参考文献 特開 昭50−140067（ＪＰ，Ａ)
特開 昭47−18471（ＪＰ，Ａ)
実開 昭57−57542（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭57−64169（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．被計測物と透明電極との間に直流バイアス電圧を印
加する表面計測装置であって、前記透明電極の前記被計測物と対向する面が平面であ
り 、前記被計測物表面と、前記透明電極の前記被計測物との
対向面との距離が０．５μm以下となる複数点に、少な
くとも一方を他方に対して平行に位置決めする位置決め
手段と、 前記透明電極を通して光を前記被計測物表面へ照射する
光照射手段と、 前記被計測物と前記透明電極とが非接触の状態で、前記
被計測物と前記電極との間に前記電圧を印加し、および
前記被計測物表面へ光を照射して、前記被計測物表面の
電気的特性を測定する手段とを有することを特徴とする
表面計測装置。 ２．前記被計測物表面の電気的特性を測定する手段が、
前記被計測物表面上の絶縁膜中の電荷の分布を求める手
段であることを特徴とする請求項１記載の表面計測装
置。 ３．前記被計測物表面の電気的特性を測定する手段が、
前記被計測物表面の界面順位、または前記被計測物のラ
イフタイムを求める手段であることを特徴とする請求項
１記載の表面計測装置。 ４．前記位置決め手段が、移動量を圧電効果を利用して
制御するように構成されていることを特徴とする請求項
１記載の表面計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22922494A JP2682465B2 (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | 表面計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22922494A JP2682465B2 (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | 表面計測装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62238726A Division JP2690908B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 表面計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07174800A JPH07174800A (ja) | 1995-07-14 |
| JP2682465B2 true JP2682465B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=16888782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22922494A Expired - Lifetime JP2682465B2 (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | 表面計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2682465B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170005015A (ko) * | 2014-04-17 | 2017-01-11 | 펨토매트릭스, 인코포레이티드. | 웨이퍼 계측 기술들 |
| US11946863B2 (en) | 2018-05-15 | 2024-04-02 | Femtometrix, Inc. | Second Harmonic Generation (SHG) optical inspection system designs |
| US11988611B2 (en) | 2014-11-12 | 2024-05-21 | Femtometrix, Inc. | Systems for parsing material properties from within SHG signals |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5091795B2 (ja) * | 2008-08-04 | 2012-12-05 | 学校法人日本大学 | シリコン半導体薄膜の結晶性評価装置及び結晶性評価方法 |
-
1994
- 1994-09-26 JP JP22922494A patent/JP2682465B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170005015A (ko) * | 2014-04-17 | 2017-01-11 | 펨토매트릭스, 인코포레이티드. | 웨이퍼 계측 기술들 |
| US11821911B2 (en) | 2014-04-17 | 2023-11-21 | Femtometrix, Inc. | Pump and probe type second harmonic generation metrology |
| KR102609862B1 (ko) * | 2014-04-17 | 2023-12-04 | 펨토매트릭스, 인코포레이티드. | 웨이퍼 계측 기술들 |
| US11988611B2 (en) | 2014-11-12 | 2024-05-21 | Femtometrix, Inc. | Systems for parsing material properties from within SHG signals |
| US11946863B2 (en) | 2018-05-15 | 2024-04-02 | Femtometrix, Inc. | Second Harmonic Generation (SHG) optical inspection system designs |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07174800A (ja) | 1995-07-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2690908B2 (ja) | 表面計測装置 | |
| US6395437B1 (en) | Junction profiling using a scanning voltage micrograph | |
| US5773989A (en) | Measurement of the mobile ion concentration in the oxide layer of a semiconductor wafer | |
| US7103484B1 (en) | Non-contact methods for measuring electrical thickness and determining nitrogen content of insulating films | |
| US7012438B1 (en) | Methods and systems for determining a property of an insulating film | |
| Murrell et al. | Spatially resolved electrical measurements of SiO2 gate oxides using atomic force microscopy | |
| EP0448985A1 (en) | Scanning capacitance - voltage microscopy | |
| US20100148813A1 (en) | Apparatus and method for combined micro-scale and nano-scale c-v, q-v, and i-v testing of semiconductor materials | |
| US20010011887A1 (en) | Micro-mechanical probes for charge sensing | |
| US7397254B1 (en) | Methods for imperfect insulating film electrical thickness/capacitance measurement | |
| US6201401B1 (en) | Method for measuring the electrical potential in a semiconductor element | |
| US6265890B1 (en) | In-line non-contact depletion capacitance measurement method and apparatus | |
| Hochwitz et al. | Imaging integrated circuit dopant profiles with the force‐based scanning Kelvin probe microscope | |
| JP4783801B2 (ja) | 非振動式接触電位差センサおよび制御された照射を利用した半導体検査システムおよび装置 | |
| Garth | Electron beam testing of ultra large scale integrated circuits | |
| US20040207427A1 (en) | Combination optical and electrical metrology apparatus | |
| US6915232B2 (en) | Film thickness measuring method, relative dielectric constant measuring method, film thickness measuring apparatus, and relative dielectric constant measuring apparatus | |
| JPH06349920A (ja) | 半導体ウェハの電荷量測定方法 | |
| US8004290B1 (en) | Method and apparatus for determining dielectric layer properties | |
| US6930502B2 (en) | Method using conductive atomic force microscopy to measure contact leakage current | |
| Villarrubia et al. | Intercomparison of SEM, AFM, and electrical linewidths | |
| JP2682465B2 (ja) | 表面計測装置 | |
| US7064565B1 (en) | Methods and systems for determining an electrical property of an insulating film | |
| US7521946B1 (en) | Electrical measurements on semiconductors using corona and microwave techniques | |
| JP2682466B2 (ja) | 表面計測方法 |