JP3504796B2 - 半導体の不純物量測定方法および装置 - Google Patents
半導体の不純物量測定方法および装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体表面近傍
に形成された絶縁膜中の不純物量を測定する方法および
装置に関する。
に形成された絶縁膜中の不純物量を測定する方法および
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハの表面近傍に形成された絶
縁膜には、ウェハプロセスの際にアルカリ金属イオンな
どの可動イオンが混入する。これらの可動イオンは電界
によって容易に移動するので、半導体表面の安定性を劣
化させる。
縁膜には、ウェハプロセスの際にアルカリ金属イオンな
どの可動イオンが混入する。これらの可動イオンは電界
によって容易に移動するので、半導体表面の安定性を劣
化させる。
【０００３】絶縁膜中の可動イオン量の評価は、いわゆ
るＢＴ処理（Bias Temperature処理）と、Ｃ−Ｖ特性評
価とによって行なうのが一般的である。ＢＴ処理は、高
温状態で絶縁膜上のゲート電極に直流バイアスを印加す
る処理である。しかし、非接触Ｃ−Ｖ測定装置でＣ−Ｖ
測定を行なう場合には絶縁膜上に測定用電極を形成しな
いので、ＢＴ処理を行なうことができない。
るＢＴ処理（Bias Temperature処理）と、Ｃ−Ｖ特性評
価とによって行なうのが一般的である。ＢＴ処理は、高
温状態で絶縁膜上のゲート電極に直流バイアスを印加す
る処理である。しかし、非接触Ｃ−Ｖ測定装置でＣ−Ｖ
測定を行なう場合には絶縁膜上に測定用電極を形成しな
いので、ＢＴ処理を行なうことができない。
【０００４】そこで、本出願人は、ＢＴ処理を行なわず
に絶縁膜中の可動イオン量を測定する方法として、特開
平６−８５０２４号公報に記載された方法を開発した。
この方法では、非接触Ｃ−Ｖ測定装置を用いて、測定用
電極と半導体ウェハの間のギャップを複数個の値に設定
し、これら複数のギャップ位置におけるＣ−Ｖ曲線をそ
れぞれ測定し、それらの結果から絶縁膜中の可動イオン
の電荷密度を決定している。
に絶縁膜中の可動イオン量を測定する方法として、特開
平６−８５０２４号公報に記載された方法を開発した。
この方法では、非接触Ｃ−Ｖ測定装置を用いて、測定用
電極と半導体ウェハの間のギャップを複数個の値に設定
し、これら複数のギャップ位置におけるＣ−Ｖ曲線をそ
れぞれ測定し、それらの結果から絶縁膜中の可動イオン
の電荷密度を決定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、絶縁膜中に
は、Ｎａ，Ｈ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ等
の複数種類の不純物元素（またはそのイオン）が含まれ
ていると考えられている。また、その中にはイオン化し
ていないものも存在する。絶縁膜の良否（またはそのプ
ロセスの良否）を判定するためには、各不純物元素の量
を分離して測定することが望ましい。しかし、従来の技
術では、複数種類の不純物元素を分離してその量を測定
することができなかった。
は、Ｎａ，Ｈ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ等
の複数種類の不純物元素（またはそのイオン）が含まれ
ていると考えられている。また、その中にはイオン化し
ていないものも存在する。絶縁膜の良否（またはそのプ
ロセスの良否）を判定するためには、各不純物元素の量
を分離して測定することが望ましい。しかし、従来の技
術では、複数種類の不純物元素を分離してその量を測定
することができなかった。
【０００６】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、半導体表面近傍
に形成された絶縁膜中に含まれる複数種類の不純物元素
を分離して、その量を測定することができる方法および
装置を提供することを目的とする。
を解決するためになされたものであり、半導体表面近傍
に形成された絶縁膜中に含まれる複数種類の不純物元素
を分離して、その量を測定することができる方法および
装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、第１の発明
は、半導体表面近傍に形成された絶縁膜中の不純物量を
非接触で測定する方法であって、 （ａ）半導体表面との間にギャップを隔てて測定電極を
位置決めする工程と、 （ｂ）前記絶縁膜中に特定不純物元素が含まれた状態に
おいて第１のＣ−Ｖ曲線を求める工程と、 （ｃ）前記半導体表面に、分光された単色光であって、
前記特定不純物元素を励起する特定の波長を有する前記
単色光を照射することによって、前記絶縁膜中の特定不
純物元素をイオン化させる工程と、 （ｄ）前記測定電極を用いて、前記絶縁膜中の前記特定
不純物元素がイオン化された状態における第２のＣ−Ｖ
曲線を測定する工程と、 （ｅ）前記第１と第２のＣ−Ｖ曲線の電圧シフト量か
ら、イオン化された前記特定不純物元素の量を決定する
工程と、を備えることを特徴とする。
述の課題の少なくとも一部を解決するため、第１の発明
は、半導体表面近傍に形成された絶縁膜中の不純物量を
非接触で測定する方法であって、 （ａ）半導体表面との間にギャップを隔てて測定電極を
位置決めする工程と、 （ｂ）前記絶縁膜中に特定不純物元素が含まれた状態に
おいて第１のＣ−Ｖ曲線を求める工程と、 （ｃ）前記半導体表面に、分光された単色光であって、
前記特定不純物元素を励起する特定の波長を有する前記
単色光を照射することによって、前記絶縁膜中の特定不
純物元素をイオン化させる工程と、 （ｄ）前記測定電極を用いて、前記絶縁膜中の前記特定
不純物元素がイオン化された状態における第２のＣ−Ｖ
曲線を測定する工程と、 （ｅ）前記第１と第２のＣ−Ｖ曲線の電圧シフト量か
ら、イオン化された前記特定不純物元素の量を決定する
工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】特定不純物元素の励起エネルギ（吸収帯）
に相当する波長を有する単色光を絶縁膜に照射すると、
絶縁膜中の特定不純物元素がイオン化し、一方、他の不
純物元素はそのままの状態に保たれる。特定不純物元素
がほとんどイオン化されていない状態において測定され
た第１のＣ−Ｖ曲線と、特定不純物元素がイオン化され
た状態において測定された第２のＣ−Ｖ曲線との間の電
圧シフト量は、特定不純物元素の量に依存する。そこ
で、この電圧シフト量から、特定不純物元素量を決定す
ることができる。
に相当する波長を有する単色光を絶縁膜に照射すると、
絶縁膜中の特定不純物元素がイオン化し、一方、他の不
純物元素はそのままの状態に保たれる。特定不純物元素
がほとんどイオン化されていない状態において測定され
た第１のＣ−Ｖ曲線と、特定不純物元素がイオン化され
た状態において測定された第２のＣ−Ｖ曲線との間の電
圧シフト量は、特定不純物元素の量に依存する。そこ
で、この電圧シフト量から、特定不純物元素量を決定す
ることができる。
【０００９】 前記工程（ｂ）は、前記半導体の基板に
第１のバイアスを印加しつつ前記単色光を印加すること
によって、前記特定不純物元素がイオン化されていない
状態を達成する工程を含み、前記工程（ｃ）は、前記基
板に前記第１のバイアスとは逆符号の第２のバイアスを
印加しつつ前記単色光を印加することによって、前記特
定不純物元素がイオン化された状態を達成する工程を含
むことが好ましい。
第１のバイアスを印加しつつ前記単色光を印加すること
によって、前記特定不純物元素がイオン化されていない
状態を達成する工程を含み、前記工程（ｃ）は、前記基
板に前記第１のバイアスとは逆符号の第２のバイアスを
印加しつつ前記単色光を印加することによって、前記特
定不純物元素がイオン化された状態を達成する工程を含
むことが好ましい。
【００１０】単色光の照射時における基板のバイアスの
符号を反転すれば、特定不純物元素がほとんどイオン化
されていない状態と、ほとんどイオン化された状態とを
それぞれ達成することができる。
符号を反転すれば、特定不純物元素がほとんどイオン化
されていない状態と、ほとんどイオン化された状態とを
それぞれ達成することができる。
【００１１】 第２の発明は、半導体表面近傍に形成さ
れた絶縁膜中の不純物量を非接触で測定する装置であっ
て、前記半導体表面に分光された単色光を照射する単色
光照射手段と、前記半導体表面との間にギャップを隔て
てほぼ平行に保持される測定電極を備え、前記測定電極
を用いて前記半導体表面のＣ−Ｖ曲線の測定を行なうＣ
−Ｖ測定手段と、前記絶縁膜中に特定不純物元素が含ま
れた状態において測定された第１のＣ−Ｖ曲線と、前記
特定不純物を励起する特定の波長を有する前記単色光を
前記半導体表面に照射することによって前記絶縁膜中の
前記特定不純物元素がイオン化された状態において測定
された第２のＣ−Ｖ曲線との間の電圧シフト量から、イ
オン化された前記特定不純物元素の量を決定する不純物
量決定手段と、を備えることを特徴とする。
れた絶縁膜中の不純物量を非接触で測定する装置であっ
て、前記半導体表面に分光された単色光を照射する単色
光照射手段と、前記半導体表面との間にギャップを隔て
てほぼ平行に保持される測定電極を備え、前記測定電極
を用いて前記半導体表面のＣ−Ｖ曲線の測定を行なうＣ
−Ｖ測定手段と、前記絶縁膜中に特定不純物元素が含ま
れた状態において測定された第１のＣ−Ｖ曲線と、前記
特定不純物を励起する特定の波長を有する前記単色光を
前記半導体表面に照射することによって前記絶縁膜中の
前記特定不純物元素がイオン化された状態において測定
された第２のＣ−Ｖ曲線との間の電圧シフト量から、イ
オン化された前記特定不純物元素の量を決定する不純物
量決定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】単色光照射手段によって、特定不純物元素
の励起エネルギ（吸収帯）に相当する波長を有する単色
光を絶縁膜に照射すると、絶縁膜中の特定不純物元素を
イオン化させ、一方、他の不純物元素をそのままの状態
に保つことができる。特定不純物元素がほとんどイオン
化されていない状態において測定された第１のＣ−Ｖ曲
線と、特定不純物元素がイオン化された状態において測
定された第２のＣ−Ｖ曲線との間の電圧シフト量は、特
定不純物元素の量に依存するので、この電圧シフト量か
ら特定不純物元素の量を決定することができる。
の励起エネルギ（吸収帯）に相当する波長を有する単色
光を絶縁膜に照射すると、絶縁膜中の特定不純物元素を
イオン化させ、一方、他の不純物元素をそのままの状態
に保つことができる。特定不純物元素がほとんどイオン
化されていない状態において測定された第１のＣ−Ｖ曲
線と、特定不純物元素がイオン化された状態において測
定された第２のＣ−Ｖ曲線との間の電圧シフト量は、特
定不純物元素の量に依存するので、この電圧シフト量か
ら特定不純物元素の量を決定することができる。
【００１３】 前記半導体の不純物量測定装置は、さら
に、前記半導体の基板にバイアスを印加するバイアス印
加手段を備え、前記単色光照射手段と前記バイアス印加
手段は、前記半導体の基板に第１のバイアスを印加しつ
つ前記単色光を照射することによって前記特定不純物元
素がイオン化されていない状態を達成しうるとともに、
前記第１のバイアスとは逆符号の第２のバイアスを印加
しつつ前記単色光を照射することによって前記特定不純
物元素がイオン化された状態を達成しうることが好まし
い。
に、前記半導体の基板にバイアスを印加するバイアス印
加手段を備え、前記単色光照射手段と前記バイアス印加
手段は、前記半導体の基板に第１のバイアスを印加しつ
つ前記単色光を照射することによって前記特定不純物元
素がイオン化されていない状態を達成しうるとともに、
前記第１のバイアスとは逆符号の第２のバイアスを印加
しつつ前記単色光を照射することによって前記特定不純
物元素がイオン化された状態を達成しうることが好まし
い。
【００１４】
【発明の他の態様】この発明は、以下のような他の態様
も含んでいる。第１の態様は、上記第２の発明におい
て、さらに、前記半導体を載置する移動可能な試料台
と、前記開閉可能な蓋を備え前記測定電極を保持するセ
ンサヘッドと前記試料台とを収納する密閉可能な筺体
と、を備える装置である。こうすれば、半導体の表面汚
染を防止することができる。
も含んでいる。第１の態様は、上記第２の発明におい
て、さらに、前記半導体を載置する移動可能な試料台
と、前記開閉可能な蓋を備え前記測定電極を保持するセ
ンサヘッドと前記試料台とを収納する密閉可能な筺体
と、を備える装置である。こうすれば、半導体の表面汚
染を防止することができる。
【００１５】第２の態様は、前記センサヘッドは透光性
部材で形成されており、前記測定電極はほぼ中心に開口
部を有し、前記単色光は、前記透光性部材と前記開口部
とを通過して前記半導体表面に照射される装置である。
こうすれば、測定電極の開口部を通過させて単色光を半
導体表面に照射することができる。
部材で形成されており、前記測定電極はほぼ中心に開口
部を有し、前記単色光は、前記透光性部材と前記開口部
とを通過して前記半導体表面に照射される装置である。
こうすれば、測定電極の開口部を通過させて単色光を半
導体表面に照射することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき説明する。図１は、この発明の実施例として
の非接触電気測定装置ＭＤの構成を示す概念図である。
この非接触電気測定装置ＭＤは、半導体ウェハ１００を
収納する測定部ユニット２０と、分光器１０と、光量測
定器２２と、インピーダンスメータ２４と、位置制御装
置２６と、ホストコントローラ２８とを備えている。分
光器１０と光量測定器２２とインピーダンスメータ２４
と位置制御装置２６とは、ホストコントローラ２８に接
続されており、このホストコントローラ２８によって測
定装置全体の制御や、得られたデータの処理が行なわれ
る。なお、ホストコントローラ２８としては、例えばパ
ーソナルコンピュータが用いられる。
例に基づき説明する。図１は、この発明の実施例として
の非接触電気測定装置ＭＤの構成を示す概念図である。
この非接触電気測定装置ＭＤは、半導体ウェハ１００を
収納する測定部ユニット２０と、分光器１０と、光量測
定器２２と、インピーダンスメータ２４と、位置制御装
置２６と、ホストコントローラ２８とを備えている。分
光器１０と光量測定器２２とインピーダンスメータ２４
と位置制御装置２６とは、ホストコントローラ２８に接
続されており、このホストコントローラ２８によって測
定装置全体の制御や、得られたデータの処理が行なわれ
る。なお、ホストコントローラ２８としては、例えばパ
ーソナルコンピュータが用いられる。
【００１７】測定部ユニット２０は防振台２１に載置さ
れた筺体３０の内部に収納されている。筺体３０内には
Ｘ方向に移動する架台３６と、架台３６の上に載置され
た試料テーブル３８とを備えている。試料テーブル３８
は、供試体としての半導体ウェハ１００を載置するテー
ブルであり、図示しないモータに駆動されてＸ−Ｙ平面
内で回転する。
れた筺体３０の内部に収納されている。筺体３０内には
Ｘ方向に移動する架台３６と、架台３６の上に載置され
た試料テーブル３８とを備えている。試料テーブル３８
は、供試体としての半導体ウェハ１００を載置するテー
ブルであり、図示しないモータに駆動されてＸ−Ｙ平面
内で回転する。
【００１８】筺体３０の内部は密閉された防塵構造を有
しており、ゴミが半導体ウェハの表面に付着しないよう
にされている。このような防塵構造については、本出願
人により開示された特開平５−３３５３９３号公報に例
示されているので、ここではその詳細は省略する。な
お、真空ポンプを用いて筺体３０の内部を真空にするよ
うにしてもよい。筺体３０内部を密閉構造（防塵構造や
真空構造）にすれば、半導体ウエハの表面がゴミなどで
汚染されることを防止する上で大きな効果がある。
しており、ゴミが半導体ウェハの表面に付着しないよう
にされている。このような防塵構造については、本出願
人により開示された特開平５−３３５３９３号公報に例
示されているので、ここではその詳細は省略する。な
お、真空ポンプを用いて筺体３０の内部を真空にするよ
うにしてもよい。筺体３０内部を密閉構造（防塵構造や
真空構造）にすれば、半導体ウエハの表面がゴミなどで
汚染されることを防止する上で大きな効果がある。
【００１９】測定部ユニット２０の筺体３０の上部の開
口には開閉可能なフランジ４２がボルトで固定されてお
り、フランジ４２から下方にはピエゾ素子を利用した３
つの圧電アクチュエータ部４４、４５、４６が設けられ
ている。さらに、圧電アクチュエータ部４４、４５、４
６の下方には支持板４８が設けられ、さらに、支持板４
８の下側に伸びる支持筒５０の先にはセンサヘッド６０
が固定されている。支持板４８は、図示しない複数のス
プリングでフランジ４２に連結されており、圧電アクチ
ュエータ部４４、４５、４６をフランジ４２側に押上げ
ている。センサヘッド６０は、レーザ光を導入するため
のプリズム６２と、プリズム６２の底面に光学接着剤に
よって接着された透光性の電極形成部６４とで構成され
ている。
口には開閉可能なフランジ４２がボルトで固定されてお
り、フランジ４２から下方にはピエゾ素子を利用した３
つの圧電アクチュエータ部４４、４５、４６が設けられ
ている。さらに、圧電アクチュエータ部４４、４５、４
６の下方には支持板４８が設けられ、さらに、支持板４
８の下側に伸びる支持筒５０の先にはセンサヘッド６０
が固定されている。支持板４８は、図示しない複数のス
プリングでフランジ４２に連結されており、圧電アクチ
ュエータ部４４、４５、４６をフランジ４２側に押上げ
ている。センサヘッド６０は、レーザ光を導入するため
のプリズム６２と、プリズム６２の底面に光学接着剤に
よって接着された透光性の電極形成部６４とで構成され
ている。
【００２０】分光器１０は、ホストコントローラ２８に
制御されて種々の波長の単色光Ｌｍを発生する。分光器
１０で発生した単色光Ｌｍは、光ファイバ１２によって
筺体３０の内部に導かれる。光ファイバ１２はフランジ
４２を貫通しており、光ファイバ１２で導かれた単色光
Ｌｍは、プリズム６２の上表面から垂直下方に入射され
て、電極形成部６４を透過し、その下にある半導体ウェ
ハ１００の表面に照射される。なお、電極形成部６４の
構造については後述する。
制御されて種々の波長の単色光Ｌｍを発生する。分光器
１０で発生した単色光Ｌｍは、光ファイバ１２によって
筺体３０の内部に導かれる。光ファイバ１２はフランジ
４２を貫通しており、光ファイバ１２で導かれた単色光
Ｌｍは、プリズム６２の上表面から垂直下方に入射され
て、電極形成部６４を透過し、その下にある半導体ウェ
ハ１００の表面に照射される。なお、電極形成部６４の
構造については後述する。
【００２１】フランジ４２の上方には、圧電アクチュエ
ータ部４４、４５、４６にそれぞれ連結されたパルスモ
ータ８０、８１、８２が設けられている。これらのパル
スモータ８０〜８２は、センサヘッド６０の垂直方向及
び平行度の粗調整を行なう。一方、圧電アクチュエータ
部４４〜４６は、センサヘッド６０の垂直方向の微調整
を行なうとともに電極形成部６４の底面の平行度を調整
する役割も有する。
ータ部４４、４５、４６にそれぞれ連結されたパルスモ
ータ８０、８１、８２が設けられている。これらのパル
スモータ８０〜８２は、センサヘッド６０の垂直方向及
び平行度の粗調整を行なう。一方、圧電アクチュエータ
部４４〜４６は、センサヘッド６０の垂直方向の微調整
を行なうとともに電極形成部６４の底面の平行度を調整
する役割も有する。
【００２２】支持筒５０にはＧａＡｌＡｓレーザなどの
レーザ発振器７０とフォトダイオードなどの受光センサ
７２とが固定されている。レーザ発振器７０から出射さ
れたレーザ光はプリズム６２を通って電極形成部６４に
導入され、電極形成部６４の底面において幾何光学的な
全反射条件で反射される。そして、反射したレーザ光は
プリズム６２から出射されて受光センサ７２で受光され
る。
レーザ発振器７０とフォトダイオードなどの受光センサ
７２とが固定されている。レーザ発振器７０から出射さ
れたレーザ光はプリズム６２を通って電極形成部６４に
導入され、電極形成部６４の底面において幾何光学的な
全反射条件で反射される。そして、反射したレーザ光は
プリズム６２から出射されて受光センサ７２で受光され
る。
【００２３】半導体ウェハ１００の電気特性測定（Ｃ−
Ｖ測定やＣ−ｔ測定）を行なう際には、センサヘッド６
０の底面と半導体ウェハ１００の表面とのギャップが約
１μｍ以下に保たれる。レーザ発振器７０とセンサヘッ
ド６０と受光センサ７２とで構成される光学系は、この
ギャップを精密に測定するための光学測定系である。こ
の光学測定系は、レーザ発振器７０から発振されたレー
ザ光がセンサヘッド６０の底面で幾何光学的な全反射条
件で反射する際の、レーザ光のトンネリング現象（いわ
ゆるエバネッセント波の漏れ出し）を利用しており、受
光センサ７２と光量測定器２２で測定される光量に基づ
いてギャップの値を測定している。このギャップの測定
方法については、本出願人により開示された特開平４−
３２７０４号公報に詳述されているので、ここではその
詳細は省略する。
Ｖ測定やＣ−ｔ測定）を行なう際には、センサヘッド６
０の底面と半導体ウェハ１００の表面とのギャップが約
１μｍ以下に保たれる。レーザ発振器７０とセンサヘッ
ド６０と受光センサ７２とで構成される光学系は、この
ギャップを精密に測定するための光学測定系である。こ
の光学測定系は、レーザ発振器７０から発振されたレー
ザ光がセンサヘッド６０の底面で幾何光学的な全反射条
件で反射する際の、レーザ光のトンネリング現象（いわ
ゆるエバネッセント波の漏れ出し）を利用しており、受
光センサ７２と光量測定器２２で測定される光量に基づ
いてギャップの値を測定している。このギャップの測定
方法については、本出願人により開示された特開平４−
３２７０４号公報に詳述されているので、ここではその
詳細は省略する。
【００２４】圧電アクチュエータ部４４〜４６とパルス
モータ８０〜８２は位置制御装置２６と電気的に接続さ
れており、また、受光センサ７２は光量測定器２２と接
続され、センサヘッド６０の底面に形成された電極と金
属製の試料テーブル３８はインピーダンスメータ２４と
接続されている。インピーダンスメータ２４は、各電極
と試料テーブル３８との間の容量やコンダクタンスを測
定する機器である。インピーダンスメータ２４は、電気
測定用電極や半導体基板にバイアスを印加するためのバ
イアス電源２５を含んでいる。インピーダンスメータ２
４は、本発明におけるＣ−Ｖ測定手段に相当する。
モータ８０〜８２は位置制御装置２６と電気的に接続さ
れており、また、受光センサ７２は光量測定器２２と接
続され、センサヘッド６０の底面に形成された電極と金
属製の試料テーブル３８はインピーダンスメータ２４と
接続されている。インピーダンスメータ２４は、各電極
と試料テーブル３８との間の容量やコンダクタンスを測
定する機器である。インピーダンスメータ２４は、電気
測定用電極や半導体基板にバイアスを印加するためのバ
イアス電源２５を含んでいる。インピーダンスメータ２
４は、本発明におけるＣ−Ｖ測定手段に相当する。
【００２５】図２は、電極形成部６４の底面図およびそ
のＢ−Ｂ断面図である。電極形成部６４は、光学ガラス
で形成されたコーンガラス６６上に電極パターン２００
が形成されたものである。コーンガラス６６は、略円錐
台の形状を有しており、略平坦な底面６６ａと、側斜面
６６ｂと、底面６６ａに平行な上表面６６ｃと、側面６
６ｄとを有する。
のＢ−Ｂ断面図である。電極形成部６４は、光学ガラス
で形成されたコーンガラス６６上に電極パターン２００
が形成されたものである。コーンガラス６６は、略円錐
台の形状を有しており、略平坦な底面６６ａと、側斜面
６６ｂと、底面６６ａに平行な上表面６６ｃと、側面６
６ｄとを有する。
【００２６】図２（ａ）に示されているように、底面６
６ａに形成された電極パターン２００は、電気測定用電
極２０１と、３つの平行度調整用電極１１１、１１２、
１１３と、ガードリング電極１２０とを含んでいる。ま
た、電極１１１〜１１３、１２０には、それぞれ配線１
１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１２０ａが接続されてい
る。これらの配線は、コーンガラス６６の底面６６ａか
ら側斜面６６ｂに渡って形成されている。
６ａに形成された電極パターン２００は、電気測定用電
極２０１と、３つの平行度調整用電極１１１、１１２、
１１３と、ガードリング電極１２０とを含んでいる。ま
た、電極１１１〜１１３、１２０には、それぞれ配線１
１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１２０ａが接続されてい
る。これらの配線は、コーンガラス６６の底面６６ａか
ら側斜面６６ｂに渡って形成されている。
【００２７】電気測定用電極２０１は略リング状の電極
であり、その外径は約１．０ｍｍφ、内径は約０．５ｍ
ｍφである。なお、以下では電気測定用電極２０１を単
に「測定電極」と呼ぶ。
であり、その外径は約１．０ｍｍφ、内径は約０．５ｍ
ｍφである。なお、以下では電気測定用電極２０１を単
に「測定電極」と呼ぶ。
【００２８】３つの平行度調整用電極１１１〜１１３
は、リングを３つに等分割した形状を有する。平行度調
整用電極１１１〜１１３が形成するリングの内径は約
１．６ｍｍφ、外径は約２．４ｍｍφである。また、各
電極１１１〜１１３相互の間隔は約０．７ｍｍである。
これらの電極の形状は、それぞれ円形としてもよいが、
本実施例のように分割したリング状にすることで、より
小さな領域内に、より面積の大きな電極を形成すること
ができるという利点がある。
は、リングを３つに等分割した形状を有する。平行度調
整用電極１１１〜１１３が形成するリングの内径は約
１．６ｍｍφ、外径は約２．４ｍｍφである。また、各
電極１１１〜１１３相互の間隔は約０．７ｍｍである。
これらの電極の形状は、それぞれ円形としてもよいが、
本実施例のように分割したリング状にすることで、より
小さな領域内に、より面積の大きな電極を形成すること
ができるという利点がある。
【００２９】この平行度調整用電極１１１〜１１３は、
コーンガラス６６の底面６６ａと半導体ウェハ１００の
表面との平行度を調整する際に利用される。すなわち、
圧電アクチュエータ部４４、４５、４６のピエゾ素子の
伸び量を調整してコーンガラス６６の底面６６ａの傾き
を調整し、各電極１１１〜１１３の容量値を互いに等し
くするようにすれば、コーンガラス６６の底面６６ａと
半導体ウェハ１００の表面とを平行にすることができ
る。
コーンガラス６６の底面６６ａと半導体ウェハ１００の
表面との平行度を調整する際に利用される。すなわち、
圧電アクチュエータ部４４、４５、４６のピエゾ素子の
伸び量を調整してコーンガラス６６の底面６６ａの傾き
を調整し、各電極１１１〜１１３の容量値を互いに等し
くするようにすれば、コーンガラス６６の底面６６ａと
半導体ウェハ１００の表面とを平行にすることができ
る。
【００３０】ガードリング電極１２０は、測定電極２０
１と平行度調整用電極１１１〜１１３との間に設けられ
た略リング状の電極である。ガードリング電極１２０
は、円形の測定電極２０１の周囲のすべてを取り囲む形
状に形成されており、その内径は約０．９ｍｍφ、外径
は約１．４ｍｍφである。ガードリング電極１２０の内
径（＝約０．９ｍｍφ）は、測定電極２０１の外径（＝
約１．０ｍｍφ）よりも小さい。すなわち、図２（ａ）
の底面図で見ると、測定電極２０１の外周部と、ガード
リング電極１２０の内周部とが重なり合っているように
見える。このような構造の効果については後述する。
１と平行度調整用電極１１１〜１１３との間に設けられ
た略リング状の電極である。ガードリング電極１２０
は、円形の測定電極２０１の周囲のすべてを取り囲む形
状に形成されており、その内径は約０．９ｍｍφ、外径
は約１．４ｍｍφである。ガードリング電極１２０の内
径（＝約０．９ｍｍφ）は、測定電極２０１の外径（＝
約１．０ｍｍφ）よりも小さい。すなわち、図２（ａ）
の底面図で見ると、測定電極２０１の外周部と、ガード
リング電極１２０の内周部とが重なり合っているように
見える。このような構造の効果については後述する。
【００３１】なお、平行度調整用電極１１１〜１１３と
ガードリング電極１２０との間のギャップは約０．１ｍ
ｍに設定されており、また、底面６６ａ上における配線
１１１ａ〜１１３ａの幅は約０．１ｍｍに設定されてい
る。
ガードリング電極１２０との間のギャップは約０．１ｍ
ｍに設定されており、また、底面６６ａ上における配線
１１１ａ〜１１３ａの幅は約０．１ｍｍに設定されてい
る。
【００３２】コーンガラス６６は、円盤状の光学ガラス
を研磨して側面をテーパ状に削ったものである。コーン
ガラス６６の底面６６ａは表面６６ｃに対して平行なの
で、フォトリソグラフィによって、その底面６６ａ上に
電極パターン２００を容易に形成することができる。
を研磨して側面をテーパ状に削ったものである。コーン
ガラス６６の底面６６ａは表面６６ｃに対して平行なの
で、フォトリソグラフィによって、その底面６６ａ上に
電極パターン２００を容易に形成することができる。
【００３３】図２（Ｂ）から解るように、電極パターン
２００は、コーンガラス６６の底面６６ａ上に層状に形
成されている。底面６６ａの上には、測定電極２０１と
その配線２０１ａとが形成されている。そして、配線２
０１ａの一部と、測定電極２０１の全体とを覆うよう
に、第１のパッシベーション膜（絶縁膜）３０１が形成
されている。第１のパッシベーション膜３０１の上に
は、ガードリング電極１２０と、平行度調整用電極１１
１〜１１３と、これらの配線１２０ａ，１１１ａ〜１１
３ａとが形成されている。また、電極１２０，１１１〜
１１３とそれらの配線１２０ａ，１１１ａ〜１１３ａを
覆うように第２のパッシベーション膜３０２が形成され
ている。
２００は、コーンガラス６６の底面６６ａ上に層状に形
成されている。底面６６ａの上には、測定電極２０１と
その配線２０１ａとが形成されている。そして、配線２
０１ａの一部と、測定電極２０１の全体とを覆うよう
に、第１のパッシベーション膜（絶縁膜）３０１が形成
されている。第１のパッシベーション膜３０１の上に
は、ガードリング電極１２０と、平行度調整用電極１１
１〜１１３と、これらの配線１２０ａ，１１１ａ〜１１
３ａとが形成されている。また、電極１２０，１１１〜
１１３とそれらの配線１２０ａ，１１１ａ〜１１３ａを
覆うように第２のパッシベーション膜３０２が形成され
ている。
【００３４】半導体ウェハの電気特性の測定時におい
て、ガードリング電極１２０を所定の電位に保つことに
よって、半導体表面の被測定領域（測定電極２０１の直
下の領域）以外の領域と、測定電極２０１との間の電気
的結合が遮断される。特に、図２に示す構造のように、
測定電極２０１の外周部とガードリング電極１２０の内
周部とが重なり合うように形成された構造は、測定電極
２０１の電位の影響を、ガードリング電極１２０の中空
部に相当する領域に限定することができる。換言すれ
ば、測定電極２０１の実効面積は、ガードリング電極１
２０の外径と、測定電極２０１の内径とを有するリング
の面積に等しくなる。ガードリング電極１２０の内径
は、フォトリソグラフィにおける電極パターニング技術
によって高精度に設定できるので、測定電極２０１の実
効面積を高精度に設定することが可能である。
て、ガードリング電極１２０を所定の電位に保つことに
よって、半導体表面の被測定領域（測定電極２０１の直
下の領域）以外の領域と、測定電極２０１との間の電気
的結合が遮断される。特に、図２に示す構造のように、
測定電極２０１の外周部とガードリング電極１２０の内
周部とが重なり合うように形成された構造は、測定電極
２０１の電位の影響を、ガードリング電極１２０の中空
部に相当する領域に限定することができる。換言すれ
ば、測定電極２０１の実効面積は、ガードリング電極１
２０の外径と、測定電極２０１の内径とを有するリング
の面積に等しくなる。ガードリング電極１２０の内径
は、フォトリソグラフィにおける電極パターニング技術
によって高精度に設定できるので、測定電極２０１の実
効面積を高精度に設定することが可能である。
【００３５】分光器１０が発生した単色光Ｌｍは、電極
形成部６４の上に接着されたプリズム６２（図１）の上
表面から垂直下方に入射する。そして、プリズム６２と
電極形成部６４とを透過して、その下にある半導体ウェ
ハ１００の表面の被測定領域を照射する。図２（Ｂ）に
示されているように、単色光Ｌｍは測定電極２０１の中
央に形成された円形の開口部（窓部）を通過する。一
方、レーザ発振器７０（図１）が発生したレーザ光Ｌｄ
は、測定電極２０１の中央に形成された円形の開口部に
あるコーンガラス６６の表面に約４５度の入射角で入射
し、コーンガラス６６の表面で幾何光学的な全反射条件
で反射する。この反射光の強度から、測定電極２０１と
半導体ウェハ１００のギャップが測定される。
形成部６４の上に接着されたプリズム６２（図１）の上
表面から垂直下方に入射する。そして、プリズム６２と
電極形成部６４とを透過して、その下にある半導体ウェ
ハ１００の表面の被測定領域を照射する。図２（Ｂ）に
示されているように、単色光Ｌｍは測定電極２０１の中
央に形成された円形の開口部（窓部）を通過する。一
方、レーザ発振器７０（図１）が発生したレーザ光Ｌｄ
は、測定電極２０１の中央に形成された円形の開口部に
あるコーンガラス６６の表面に約４５度の入射角で入射
し、コーンガラス６６の表面で幾何光学的な全反射条件
で反射する。この反射光の強度から、測定電極２０１と
半導体ウェハ１００のギャップが測定される。
【００３６】図３は、本実施例における不純物濃度の測
定方法を示す説明図である。また、図４は、測定手順を
示すフローチャートである。ステップＳ１では、測定電
極２０１を半導体ウェハ１００の表面上に約１μｍ以下
のギャップを隔てて位置決めする。図３（Ａ−１）はこ
の時の状態を示している。図３（Ａ−１）において、半
導体ウェハ１００の表面には、シリコン基板１０１の上
に絶縁膜１０２が形成されている。絶縁膜１０２中に記
されている文字「Ｍ」は不純物元素を示しており、ま
た、「Ｍ+ 」はそのプラスイオンを示している。常温の
熱平衡状態では、絶縁膜１０２中の不純物元素の一部の
みがイオン化されていると考えられている。
定方法を示す説明図である。また、図４は、測定手順を
示すフローチャートである。ステップＳ１では、測定電
極２０１を半導体ウェハ１００の表面上に約１μｍ以下
のギャップを隔てて位置決めする。図３（Ａ−１）はこ
の時の状態を示している。図３（Ａ−１）において、半
導体ウェハ１００の表面には、シリコン基板１０１の上
に絶縁膜１０２が形成されている。絶縁膜１０２中に記
されている文字「Ｍ」は不純物元素を示しており、ま
た、「Ｍ+ 」はそのプラスイオンを示している。常温の
熱平衡状態では、絶縁膜１０２中の不純物元素の一部の
みがイオン化されていると考えられている。
【００３７】ステップＳ１では、測定電極２０１と半導
体ウェハ１００の表面とのギャップＧが、図２（Ｂ）に
示すレーザ光Ｌｄの反射光の強度から正確に測定され
る。なお、絶縁膜１０２の厚みｄoxは、絶縁膜１０２の
形成プロセスによって決定される。ステップＳ２では、
常温・暗状態においてＣ−Ｖ測定が非接触で行なわれ
る。図３（Ａ−２）はこうして得られた第１のＣ−Ｖ曲
線Ｆ１を示すグラフである。
体ウェハ１００の表面とのギャップＧが、図２（Ｂ）に
示すレーザ光Ｌｄの反射光の強度から正確に測定され
る。なお、絶縁膜１０２の厚みｄoxは、絶縁膜１０２の
形成プロセスによって決定される。ステップＳ２では、
常温・暗状態においてＣ−Ｖ測定が非接触で行なわれ
る。図３（Ａ−２）はこうして得られた第１のＣ−Ｖ曲
線Ｆ１を示すグラフである。
【００３８】ステップＳ３では、図３（Ｂ−１）に示す
ように、シリコン基板１０１の背面（すなわち図１の試
料テーブル３８）にプラスのバイアス電圧を印加した状
態で、単色光Ｌｍを照射する。この単色光Ｌｍの波長
は、絶縁膜１０２中の特定の１つの不純物元素（以下、
「特定不純物元素」と呼ぶ）を選択的に励起するための
励起エネルギに相当する波長に設定される。換言すれ
ば、特定不純物元素は、単色光Ｌｍの波長の光子エネル
ギに吸収帯を有している。図３（Ｂ−１）に示されてい
るように、特定不純物元素は、この特定波長の単色光Ｌ
ｍで励起されるとイオン化する。基板１０１はプラス側
にバイアスされているので、イオン化の際に放出された
電子は基板側に吸収される。この結果、絶縁膜１０２に
含まれる特定不純物元素は、ほとんどすべてがイオン化
すると考えることができる。なお、絶縁膜１０２の厚み
は約１００〜１０００オングストロームと極めて薄く、
ほぼ透明であると考えることができる。従って、絶縁膜
１０２中に含まれている不純物元素は単色光Ｌｍによっ
て十分照射される。
ように、シリコン基板１０１の背面（すなわち図１の試
料テーブル３８）にプラスのバイアス電圧を印加した状
態で、単色光Ｌｍを照射する。この単色光Ｌｍの波長
は、絶縁膜１０２中の特定の１つの不純物元素（以下、
「特定不純物元素」と呼ぶ）を選択的に励起するための
励起エネルギに相当する波長に設定される。換言すれ
ば、特定不純物元素は、単色光Ｌｍの波長の光子エネル
ギに吸収帯を有している。図３（Ｂ−１）に示されてい
るように、特定不純物元素は、この特定波長の単色光Ｌ
ｍで励起されるとイオン化する。基板１０１はプラス側
にバイアスされているので、イオン化の際に放出された
電子は基板側に吸収される。この結果、絶縁膜１０２に
含まれる特定不純物元素は、ほとんどすべてがイオン化
すると考えることができる。なお、絶縁膜１０２の厚み
は約１００〜１０００オングストロームと極めて薄く、
ほぼ透明であると考えることができる。従って、絶縁膜
１０２中に含まれている不純物元素は単色光Ｌｍによっ
て十分照射される。
【００３９】特定不純物元素のほぼすべてをイオン化す
るのに十分な時間だけ単色光Ｌｍを照射した後に、ステ
ップＳ４において背面バイアスの印加を停止して、第２
回目のＣ−Ｖ測定を実施する。背面バイアスの印加を停
止すると、特定不純物元素がほぼイオン化された状態で
保存される。なお、Ｃ−Ｖ測定時には、単色光Ｌｍの照
射を停止するようにしてもよい。図３（Ｂ−２）はこう
して得られた第２のＣ−Ｖ曲線Ｆ２を示している。
るのに十分な時間だけ単色光Ｌｍを照射した後に、ステ
ップＳ４において背面バイアスの印加を停止して、第２
回目のＣ−Ｖ測定を実施する。背面バイアスの印加を停
止すると、特定不純物元素がほぼイオン化された状態で
保存される。なお、Ｃ−Ｖ測定時には、単色光Ｌｍの照
射を停止するようにしてもよい。図３（Ｂ−２）はこう
して得られた第２のＣ−Ｖ曲線Ｆ２を示している。
【００４０】ステップＳ５では、基板１０１にマイナス
のバイアス電圧を印加した状態で、ステップＳ３と同じ
波長の単色光Ｌｍを再び照射する。図３（Ｃ−１）に示
すように、マイナスのバイアス電圧を印加した状態で特
定不純物元素が励起されると、基板側から電子が供給さ
れるので、絶縁膜１０２中の特定不純物元素はほとんど
すべてがイオン化していない状態に戻ると考えられる。
ステップＳ６では、バイアス電圧の印加を停止して、第
３回目のＣ−Ｖ測定を実施する。図３（Ｃ−２）はこう
して得られた第３のＣ−Ｖ曲線Ｆ３を示している。
のバイアス電圧を印加した状態で、ステップＳ３と同じ
波長の単色光Ｌｍを再び照射する。図３（Ｃ−１）に示
すように、マイナスのバイアス電圧を印加した状態で特
定不純物元素が励起されると、基板側から電子が供給さ
れるので、絶縁膜１０２中の特定不純物元素はほとんど
すべてがイオン化していない状態に戻ると考えられる。
ステップＳ６では、バイアス電圧の印加を停止して、第
３回目のＣ−Ｖ測定を実施する。図３（Ｃ−２）はこう
して得られた第３のＣ−Ｖ曲線Ｆ３を示している。
【００４１】第２のＣ−Ｖ曲線Ｆ２は、絶縁膜１０２の
特定不純物がほぼすべてイオン化された状態における測
定結果である。一方、第３のＣ−Ｖ曲線Ｆ３は、絶縁膜
１０２の特定不純物がほぼすべてイオン化されていない
元素の状態の時の測定結果である。特定不純物イオンが
絶縁膜１０２中にほぼ均一に分布していると仮定する
と、第２と第３のＣ−Ｖ曲線における電圧のシフト量△
Ｖ3-2 は次の数式１で与えられる。
特定不純物がほぼすべてイオン化された状態における測
定結果である。一方、第３のＣ−Ｖ曲線Ｆ３は、絶縁膜
１０２の特定不純物がほぼすべてイオン化されていない
元素の状態の時の測定結果である。特定不純物イオンが
絶縁膜１０２中にほぼ均一に分布していると仮定する
と、第２と第３のＣ−Ｖ曲線における電圧のシフト量△
Ｖ3-2 は次の数式１で与えられる。
【００４２】
【数１】
【００４３】ここで、ε0 は真空の誘電率、εoxは絶縁
膜１０２の比誘電率、ρ0 は特定不純物イオンの密度
（個／ｃｍ3 ）、Ｇは絶縁膜１０２と測定電極２０１の
ギャップ、ｄoxは絶縁膜１０２の厚みである。
膜１０２の比誘電率、ρ0 は特定不純物イオンの密度
（個／ｃｍ3 ）、Ｇは絶縁膜１０２と測定電極２０１の
ギャップ、ｄoxは絶縁膜１０２の厚みである。
【００４４】上記の数式１において、特定不純物イオン
の密度ρ0 以外の値は既知なので、電圧のシフト量△Ｖ
3-2 からρ0 の値を決定することができる。上述したよ
うに、単色光Ｌｍは、特定の不純物元素を励起する特定
の波長を有しているので、特定の１種類の不純物元素の
量（濃度、密度）を上述の手順で測定することが可能で
ある。数式１を用いた不純物量の算出は、ホストコント
ローラ２８によって実行されるソフトウェアプログラム
により行なわれる。すなわち、この実施例では、ホスト
コントローラ２８が不純物量決定手段に相当する。
の密度ρ0 以外の値は既知なので、電圧のシフト量△Ｖ
3-2 からρ0 の値を決定することができる。上述したよ
うに、単色光Ｌｍは、特定の不純物元素を励起する特定
の波長を有しているので、特定の１種類の不純物元素の
量（濃度、密度）を上述の手順で測定することが可能で
ある。数式１を用いた不純物量の算出は、ホストコント
ローラ２８によって実行されるソフトウェアプログラム
により行なわれる。すなわち、この実施例では、ホスト
コントローラ２８が不純物量決定手段に相当する。
【００４５】また、単色光Ｌｍの波長を、他の不純物元
素の励起エネルギに相当する波長に変えて図４の手順を
実行すれば、その不純物元素の量を測定することができ
る。このように、本実施例では、単色光Ｌｍの波長を変
えながら選択的に不純物元素を励起してＣ−Ｖ測定を行
なうことによって、絶縁膜１０２中に含まれる複数の不
純物を互いに分離して、その不純物量を測定することが
できる。また、図４の測定手順はすべて室温で行なえる
ので、ＢＴ処理のように半導体ウェハ１００を加熱する
必要がないという利点もある。
素の励起エネルギに相当する波長に変えて図４の手順を
実行すれば、その不純物元素の量を測定することができ
る。このように、本実施例では、単色光Ｌｍの波長を変
えながら選択的に不純物元素を励起してＣ−Ｖ測定を行
なうことによって、絶縁膜１０２中に含まれる複数の不
純物を互いに分離して、その不純物量を測定することが
できる。また、図４の測定手順はすべて室温で行なえる
ので、ＢＴ処理のように半導体ウェハ１００を加熱する
必要がないという利点もある。
【００４６】なお、図３（Ａ−１）の状態において、特
定不純物元素が殆どイオン化していないと考えられる場
合もある。この場合には、第２と第３のＣ−Ｖ曲線の電
圧シフト△Ｖ3-2 の代わりに、第１と第２のＣ−Ｖ曲線
の電圧シフト△Ｖ1-2 を用いて特定不純物量を決定する
ことができる。
定不純物元素が殆どイオン化していないと考えられる場
合もある。この場合には、第２と第３のＣ−Ｖ曲線の電
圧シフト△Ｖ3-2 の代わりに、第１と第２のＣ−Ｖ曲線
の電圧シフト△Ｖ1-2 を用いて特定不純物量を決定する
ことができる。
【００４７】図５は、電極形成部６４の他の実施例を示
す底面図およびそのＢ−Ｂ断面図である。この電極形成
部６４ａは、図２におけるリング状の測定電極２０１の
代わりに、中央の開口部の無い略円形の測定電極２０２
を有している。この測定電極２０２は、ＩＴＯ膜（Indi
um Transparent Oxide）等の透明な導電材料で構成され
ている。従って、単色光Ｌｍは、この透明な測定電極２
０２を透過して半導体ウェハ１００に照射される。
す底面図およびそのＢ−Ｂ断面図である。この電極形成
部６４ａは、図２におけるリング状の測定電極２０１の
代わりに、中央の開口部の無い略円形の測定電極２０２
を有している。この測定電極２０２は、ＩＴＯ膜（Indi
um Transparent Oxide）等の透明な導電材料で構成され
ている。従って、単色光Ｌｍは、この透明な測定電極２
０２を透過して半導体ウェハ１００に照射される。
【００４８】図６は、分光された単色光を照射する他の
手段を示す概念図である。ここでは、図１における光フ
ァイバ１２の代わりに、ミラー１４を用いて分光器１０
から出射された単色光Ｌｍを反射し、センサヘッド６０
に入射している。なお、単色光Ｌｍは必ずしも垂直に入
射する必要はない。極端な場合には、コーンガラス６６
の底面６６ａで幾何光学的に全反射される条件で単色光
Ｌｍを入射させるようにしてもよい。この場合にも、ギ
ャップＧが極めて小さいので、反射面６６ａから単色光
Ｌｍの一部がいわゆるエバネッセント波として半導体ウ
エハ表面側に漏れ出す。そして、このエバネッセント波
によって絶縁膜１０２が照射されることになる。
手段を示す概念図である。ここでは、図１における光フ
ァイバ１２の代わりに、ミラー１４を用いて分光器１０
から出射された単色光Ｌｍを反射し、センサヘッド６０
に入射している。なお、単色光Ｌｍは必ずしも垂直に入
射する必要はない。極端な場合には、コーンガラス６６
の底面６６ａで幾何光学的に全反射される条件で単色光
Ｌｍを入射させるようにしてもよい。この場合にも、ギ
ャップＧが極めて小さいので、反射面６６ａから単色光
Ｌｍの一部がいわゆるエバネッセント波として半導体ウ
エハ表面側に漏れ出す。そして、このエバネッセント波
によって絶縁膜１０２が照射されることになる。
【００４９】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能である。
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能である。
【図１】この発明の実施例としての非接触電気測定装置
ＭＤの構成を示す概念図。
ＭＤの構成を示す概念図。
【図２】実施例における電極形成部６４の底面図および
そのＢ−Ｂ断面図。
そのＢ−Ｂ断面図。
【図３】実施例における不純物濃度の測定方法を示す説
明図
明図
【図４】実施例における測定手順を示すフローチャー
ト。
ト。
【図５】電極形成部６４の他の実施例を示す底面図およ
びそのＢ−Ｂ断面図。
びそのＢ−Ｂ断面図。
【図６】分光された単色光を照射する他の手段を示す概
念図。
念図。
１０…分光器
１２…光ファイバ
２０…測定部ユニット
２１…防振台
２２…光量測定器
２４…インピーダンスメータ
２５…バイアス電源
２６…位置制御装置
２８…ホストコントローラ
３０…筺体
３６…架台
３８…試料テーブル
４２…フランジ
４４〜４６…圧電アクチュエータ部
４８…支持板
５０…支持筒
６０…センサヘッド
６２…プリズム
６４…電極形成部
６６…コーンガラス
７０…レーザ発振器
７２…受光センサ
８０〜８２…パルスモータ
１００…半導体ウェハ
１０１…シリコン基板
１０２…絶縁膜
１１１〜１１３…平行度調整用電極
１２０…ガードリング電極
２００…電極パターン
２０１…測定電極（電気測定用電極）
２０２…透明測定電極
３０１，３０２…パッシベーション膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−85024（ＪＰ，Ａ)
特開 昭53−50983（ＪＰ，Ａ)
Ｇ．Ｓ．Ｈｏｒｎｅｒ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅ ｃｏ
ｎｔａｍｉｎａｎｔｓ ｔｏ ａｓｓｅ
ｓｓ ｏｘｉｄｅ ｑｕａｌｉｔｙ，Ｓ
ｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ，米国，1995年 ６月，Ｊｕｎｅ
1995，ｐ．79−85
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/66
G01N 27/00
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体表面近傍に形成された絶縁膜中の
不純物量を非接触で測定する方法であって、 （ａ）半導体表面との間にギャップを隔てて測定電極を
位置決めする工程と、 （ｂ）前記絶縁膜中に特定不純物元素が含まれた状態に
おいて第１のＣ−Ｖ曲線を求める工程と、 （ｃ）前記半導体表面に、分光された単色光であって、
前記特定不純物元素を励起する特定の波長を有する前記
単色光を照射することによって、前記絶縁膜中の特定不
純物元素をイオン化させる工程と、 （ｄ）前記測定電極を用いて、前記絶縁膜中の前記特定
不純物元素がイオン化された状態における第２のＣ−Ｖ
曲線を測定する工程と、 （ｅ）前記第１と第２のＣ−Ｖ曲線の電圧シフト量か
ら、イオン化された前記特定不純物元素の量を決定する
工程と、を備えることを特徴とする半導体の不純物量測
定方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体の不純物量測定方
法であって、 前記工程（ｂ）は、前記半導体の基板に第１のバイアス
を印加しつつ前記単色光を印加することによって、前記
特定不純物元素がイオン化されていない状態を達成する
工程を含み、 前記工程（ｃ）は、前記基板に前記第１のバイアスとは
逆符号の第２のバイアスを印加しつつ前記単色光を印加
することによって、前記特定不純物元素がイオン化され
た状態を達成する工程を含む、半導体の不純物量測定方
法。 - 【請求項３】 半導体表面近傍に形成された絶縁膜中の
不純物量を非接触で測定する装置であって、 前記半導体表面に分光された単色光を照射する単色光照
射手段と、 前記半導体表面との間にギャップを隔ててほぼ平行に保
持される測定電極を備え、前記測定電極を用いて前記半
導体表面のＣ−Ｖ曲線の測定を行なうＣ−Ｖ測定手段
と、 前記絶縁膜中に特定不純物元素が含まれた状態において
測定された第１のＣ−Ｖ曲線と、前記特定不純物を励起
する特定の波長を有する前記単色光を前記半導体表面に
照射することによって前記絶縁膜中の前記特定不純物元
素がイオン化された状態において測定された第２のＣ−
Ｖ曲線との間の電圧シフト量から、イオン化された前記
特定不純物元素の量を決定する不純物量決定手段と、を
備えることを特徴とする半導体の不純物量測定装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の半導体の不純物量測定装
置であって、さらに、前記半導体の基板にバイアスを印
加するバイアス印加手段を備え、 前記単色光照射手段と前記バイアス印加手段は、前記半
導体の基板に第１のバイアスを印加しつつ前記単色光を
照射することによって前記特定不純物元素がイオン化さ
れていない状態を達成しうるとともに、前記第１のバイ
アスとは逆符号の第２のバイアスを印加しつつ前記単色
光を照射することによって前記特定不純物元素がイオン
化された状態を達成しうる、半導体の不純物量測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03263396A JP3504796B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 半導体の不純物量測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03263396A JP3504796B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 半導体の不純物量測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09205123A JPH09205123A (ja) | 1997-08-05 |
| JP3504796B2 true JP3504796B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=12364264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03263396A Expired - Fee Related JP3504796B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 半導体の不純物量測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3504796B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3601527B2 (ja) | 2002-06-27 | 2004-12-15 | 住友電気工業株式会社 | バックゲート特性判定方法及びバックゲート特性判定装置 |
| JP2009239201A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Sanyo Electric Co Ltd | ゲート絶縁膜の評価方法 |
-
1996
- 1996-01-25 JP JP03263396A patent/JP3504796B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｇ．Ｓ．Ｈｏｒｎｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｏｘｉｄｅ ｑｕａｌｉｔｙ，Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，米国，１９９５年 ６月，Ｊｕｎｅ １９９５，ｐ．７９−８５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09205123A (ja) | 1997-08-05 |
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