JP5237039B2 - 半導体測定装置及び半導体測定方法、サンプル作製方法、並びに走査型容量顕微鏡 - Google Patents
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Description
図1、図2A、図2B、図3〜図8は、本発明の実施形態1を説明する図である。
(実施形態2)
図9A及び図9Bは、本発明の実施形態2による半導体測定方法を説明する図であり、図9Aは、N型濃度校正サンプル(N型測定比較サンプル)及びP型濃度校正サンプル(P型測定比較サンプル)についてそれぞれ、SIMS測定及びSCM測定を行って、それぞれの測定結果を得る手順を示している。図9Bは、SIMS測定結果を用いてSCM測定結果であるdC/dV信号値をキャリア濃度値に変換して、実際の測定対象サンプルのSCM測定値からキャリア濃度分布Dts2を求める手順を示している。
2a、2b、51a、51b ダミーサンプル(シリコン)
3 被測定サンプル
3a、52 測定対象サンプル
3bP型キャリア濃度校正サンプル(P型測定比較サンプル)
3c N型キャリア濃度校正サンプル(N型測定比較サンプル)
5 熱硬化樹脂
6、400a SCM装置
6a プローブ(探針)
6b 容量センサー
7 自然酸化膜 13、63 サンプル及び研磨ステージ
22、72 研磨板(研磨装置)
23、73 研磨シート
24、74 研磨用供給水
32 レーザー光
33 フォトセンサ
34 AFM処理部
35 交流電源
36 DCバイアス電源
37 キャパシターセンサ
39 SCM処理部
39a 容量変化率検出部(dC/dV検出部)
39b データ記憶部
39c 濃度分布導出部
40 3軸ピエゾスキャナ
41 ピエゾ駆動信号発生回路
400 半導体測定装置
400 半導体測定装置
400a 測定処理装置
400b AFM処理装置
Cn、Cp SIMSサンプル
Dcn、Dcp キャリア濃度データ
Dsn、Dsp dC/dVデータ
Dts1、Dts2 キャリア濃度分布
Wn、Wp ウエハー
Claims (17)
- 導電性の探針を有し、該探針と半導体デバイスとの間に容量が形成されるよう、該探針を絶縁膜を介して該半導体デバイスに接触させた状態で、該容量に交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化に基づいて、測定対象サンプルである半導体デバイスにおけるキャリア分布を測定比較サンプルを用いて測定する半導体測定装置であって、
該探針と該測定対象サンプル及び該測定比較サンプルとの間に形成される容量が変化するよう、該探針と該測定対象サンプル及び該測定比較サンプルの間に交流電圧を印加する電圧印加部と、
該容量に該交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出する容量変化率検出部と、
該容量変化率に基づいて該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出する濃度分布導出部とを備え、
該濃度分布導出部は、既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度とに基づいて、該測定比較サンプルの容量変化率をそのキャリア濃度に対応付ける相関関係を求め、この相関関係に基づいて、該容量変化率検出部により検出された該測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのキャリア濃度の分布を導出する半導体測定装置。 - 請求項1に記載の半導体測定装置において、
外部から入力された、前記測定比較サンプルにおけるキャリア濃度分布を示すキャリア濃度分布データを記憶するデータ記憶部を備え、
前記濃度分布導出部は、
前記容量変化率検出部により得られた該測定比較サンプルの容量変化率の特性と、該キャリア濃度分布データが示すキャリア濃度分布とに基づいて、該容量変化率に対してキャリア濃度を関連付けて前記相関関係を求める関連付け部を有し、
該測定比較サンプルの容量変化率とキャリア濃度との相関関係に基づいて、該測定対象サンプルに対する容量変化率の特性からそのキャリア濃度分布を導出する半導体測定装置。 - 請求項2に記載の半導体測定装置において、
前記外部から入力された、前記測定比較サンプルにおけるキャリア濃度分布を示すキャリア濃度分布データは、該測定比較サンプルを2次イオン質量分析法により分析して得られたデータである半導体測定装置。 - 請求項2に記載の半導体測定装置において、
前記既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との相関関係は、既知のP型不純物のキャリア濃度を有するP型測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との第1の相関関係、及び、既知のN型不純物のキャリア濃度を有するN型測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との第2の相関関係を含み、
前記濃度分布導出部は、該第1の相関関係に基づいて、前記容量変化率検出部により検出された前記測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのP型不純物のキャリア濃度分布を導出し、かつ該第2の相関関係に基づいて、該測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのN型不純物のキャリア濃度分布を導出する半導体測定装置。 - 請求項1に記載の半導体測定装置において、
前記測定対象サンプルと前記測定比較サンプルとは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、1つの被測定サンプル組立体を形成している半導体測定装置。 - 請求項5に記載の半導体測定装置において、
前記被測定サンプル組立体は、前記測定比較サンプルとして、既知のP型不純物のキャリア濃度を有するP型測定比較サンプルと、既知のN型不純物のキャリア濃度を有するN型測定比較サンプルとを含む半導体測定装置。 - 請求項6に記載の半導体測定装置において、
前記測定対象サンプルは、前記半導体デバイスを構成する半導体基板を提供する半導体ウエハから切り出されたものであり、
前記P型測定比較サンプルは、P型不純物濃度校正用の半導体ウエハから切り出されたものであり、
前記N型測定比較サンプルは、N型不純物濃度校正用の半導体ウエハから切り出されたものである半導体測定装置。 - 請求項7に記載の半導体測定装置において、
前記濃度分布導出部は、前記P型測定比較サンプル及び前記N型測定比較サンプルにおける半導体ウエハ厚さ方向のキャリア濃度分布に基づいて、前記測定対象サンプルにおける半導体ウエハ厚さ方向におけるキャリア濃度分布を導出するものである半導体測定装置。 - 請求項5に記載の半導体測定装置において、
前記被測定サンプル組立体は、前記測定対象サンプルの測定面と前記測定比較サンプルの測定面とを、これらが前記ダミーサンプルの端面と同時に研磨されるよう同一平面内に配置したものである半導体測定装置。 - 請求項1に記載の半導体測定装置において、
前記測定対象サンプルは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、1つの被測定サンプル組立体を形成している半導体測定装置。 - 導電性の探針を半導体デバイスに絶縁膜を介して接触させて該探針と該半導体デバイスとの間に容量を形成した状態で、該容量に交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化に基づいて、測定対象サンプルである半導体デバイスにおけるキャリア濃度分布を測定比較サンプルを用いて測定する半導体測定方法であって、
該探針と該測定対象サンプルとの間に形成される容量に該交流電圧を印加したときの、該交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出するステップと、
該探針と既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルとの間に形成される容量に該交流電圧を印加したときの、該交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率に基づいて、該測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との相関関係を導出するステップと、
該測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との相関関係に基づいて、該検出された該測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出するステップとを含む半導体測定方法。 - 請求項11に記載の半導体測定方法において、
前記測定対象サンプルと前記測定比較サンプルとは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、1つの被測定サンプル組立体を形成しており、
該被測定サンプル組立体における測定対象サンプルの測定面と該測定比較サンプルの測定面とは、該測定対象サンプルと該測定比較サンプルとを同一サンプルとして研磨加工される半導体測定方法。 - 請求項12に記載の半導体測定方法において、
前記被測定サンプル組立体は、前記測定比較サンプルとして、既知のP型不純物のキャリア濃度を有するP型測定比較サンプル、及び既知のN型不純物のキャリア濃度を有するN型測定比較サンプルの少なくとも1つを含み、
該P型測定比較サンプルは、P型の不純物の導入及び熱処理を行ったシリコン基板から得られたものであり、
該N型測定比較サンプルは、N型の不純物の導入及び熱処理を行ったシリコン基板から得られたものである半導体測定方法。 - 請求項11に記載の半導体測定方法において、
前記測定比較サンプルとして、シリコン基板にP型不純物の導入及び熱処理を行って得られたP型測定比較サンプルと、シリコン基板にN型不純物の導入及び熱処理を行って得られたN型測定比較サンプルとを用い、
これらのP型測定比較サンプル及びN型測定比較サンプルは、あらかじめ2次イオン質量分析法により、その基板深さ方向におけるキャリア濃度分布の測定を行ったものである半導体測定方法。 - 請求項14に記載の半導体測定方法において、
前記P型測定比較サンプルは、シリコン基板への硼素(ボロン)のイオン注入により、不純物の濃度が、0.5〜1.5umの深さで、1E17〜1E19cm3のピーク濃度になるように不純物層を形成したものである半導体測定方法。 - 請求項14に記載の半導体測定方法において、
前記N型測定比較サンプルは、シリコン基板への燐(リン)のイオン注入により、不純物濃度が、0.5〜1.5umの深さで、1E17〜1E19cm3のピーク濃度になるように不純物層を形成したものである半導体測定方法。 - 半導体デバイスである測定サンプルを載置するサンプル載置台と、該サンプル載置台上に載置された測定サンプルの測定面に接触させる導電性の探針と、該サンプル載置台上の測定サンプルと該探針との間に交流電圧を印加する電圧印加部とを備え、該探針と該測定サンプルとの間に容量が形成されるよう、該探針を絶縁膜を介して該測定サンプルに接触させた状態で、該容量に交流電圧を印加し、該交流電圧の変化に対する該容量の変化の割合である容量変化率に基づいて、該測定サンプルにおけるキャリア濃度分布を測定する走査型容量顕微鏡であって、
測定対象となる測定対象サンプルと対比される測定比較サンプルのキャリア濃度分布を記憶するとともに、該測定比較サンプルに対する容量変化率の特性を記憶する記憶部と、
該測定比較サンプルのキャリア濃度分布とその容量変化率の特性とに基づいて、該測定比較サンプルのキャリア濃度とその容量変化率とを、該測定比較サンプルの測定面での個々の位置に対して関連付けて、該測定比較サンプルのキャリア濃度とその容量変化率との相関関係を示す関連付けデータを生成する関連付け部と、
該関連付けデータに基づいて、該測定対象サンプルの容量変化率の特性から、該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出する濃度分布導出部とを備えた走査型容量顕微鏡。
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