JPH02306154A - 過渡容量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、例えばＤＬＴＳ　（深い準位過渡分光法：　
Ｄｅｅｐ　Ｌｅｖｅｌ　Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　５ｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ）あるいはＩＣＴＳ（等温容量過渡分
光法：　　ＩｓｏｔｈｅｒｍａｌＣａｐａｃｉｔａｎｃ
ｅ　Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）
　　といった過渡容量特性測定法を用いて、半導体中の
不純物や欠陥に伴うエネルギー準位、濃度、キャリアの
種類、縮退度などを評価するように構成された半導体中
不純物測定装置等において応用利用されている過渡容量
測定装置、詳しくは、パルス発生器から出力されるバイ
アス電圧部分とパルス電圧部分とから成る過渡容量測定
用パルス電圧信号に交流電圧発生器から出力される容量
測定用交流電圧信号を重畳した測定用電圧信号を被測定
試料に印加し、該試料に対する前記パルス電圧部分の印
加終了後における該試料の過渡容量応答特性を測定する
ことにより、該試料の評価を行うように構成されている
過渡容量測定装置に関する。

〈従来の技術〉 従来一般のこの種の過渡容量測定装置は、第４図に例示
しているように、高さ数Ｖ程度の基準パルス電圧を発生
するパルス電圧発生回路１とその基準パルス電圧を増幅
するパルスアンプ２とから成るパルス発生器ＰＣから出
力される過渡容量測定用パルス電圧信号Ｖ、（これは、
第５図〈イ）に例示するように、バイアス電圧部分■６
と高さ１０Ｖ程度のパルス電圧部分■、とから成る）に
対して、交流電圧発生器ＡＧから出力される高周波（例
えば１ＭＨｚ）の容量測定用交流電圧信号ＶＡ　　（こ
れは、容量測定を行うために基本的に必要なもので、第
５図〈口〉に例示しているように振幅が数１０ｍＶ程度
のもの）を重畳した第５図くハ〉に例示するような測定
用電圧信号Ｖを被測定試料（半導体）Ｓに印加すると共
に、そのときの試料Ｓの容量変化を容量測定回路Ｍによ
り実測し、そして、第６図に例示するようなその実測結
果から、該試料Ｓに対する前記パルス電圧部分■。

の印加終了後のバイアス電圧部分■お印加時における該
試料Ｓの過渡容量応答特性Ｃｔを測定することにより、
該試料Ｓの評価（例えば、含有不純物の濃度など）を行
うように構成されている。なお、第６図において、Ｃ０
は前記バイアス電圧部分■、に対応する試料Ｓの一定容
量値である。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記した従来構成の過渡容量測定装置に
おいては、次のような問題があった。

部ち、先に説明したように、試料Ｓの過渡容量応答特性
Ｃ１を測定するためには、１０■程度のパルス電圧■、
を試料Ｓに印加する必要があることから、パルス発生器
ＰＧにおいては、パルス電圧発生回路ｌから得られる基
準パルス電圧（数Ｖ程度）をパルスアンプ２を用いて増
幅するように構成しているが、前記試料Ｓに印加するパ
ルス電圧部分Ｖ、は立ち上がりおよび立ち下がりが共に
速い波形である必要があり、従って、前記パルスアンプ
２としてはかなり広帯域の性能が要求される。ところが
、かかる広帯域パルスアンプ２の場合、その出力パルス
電圧信号ＶＤ　　（バイアス電圧部分Ｖ、とパルス電圧
部分ＶＰ）には一般に高周波ノイズが多く含まれ、一方
、交流電圧発生器ＡＧから得られる容量測定用交流電圧
信号Ｖ、は数１０ｍＶ以下と非常に小さいため、容量測
定回路Ｍから最終的に得られる過渡容量特性Ｃ１の測定
結果には多大な高周波ノイズが混入してしまうことにな
る。そこで、このような高周波ノイズ成分を除去するた
めに、従来では、同じ試料Ｓに対する同条件の測定を多
数回繰り返して行い、その平均測定結果を採用するとい
う手法を用いざるを得ず、極めて長い測定時間を要して
いた。

本発明は、かかる従来実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、試料に印加するパルス電圧部分の波形
には影響を与えることなく、しかも、試料の過渡容量測
定時に印加されるバイアス電圧部分に含まれる高周波ノ
イズを除去できる手段を工夫して、容量測定回路から最
終的に得られる過渡容量応答特性に含まれる高周波ノイ
ズの低減を図ることにより、従来のような多数回の繰り
返し測定の必要なしに、極く短時間で精度の良い測定を
行なえる過渡容量測定装置を開発・提供せんとすること
にある。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本発明に係る過渡容量測定
装置は、冒頭に記載したような基本的構成を有するもの
において、 試料に対するパルス電圧部分の印加時には、パルス発生
器から出力されるパルス電圧信号（パルス電圧部分）を
そのまま該試料に対して印加するが、該試料に対するパ
ルス電圧部分の印加終了後には、前記パルス発生器から
出力されるパルス電圧信号（バイアス電圧部分）をロー
パスフィルターに通して高周波ノイズを除去してから該
試料に対して印加するように構成された自動切換スイッ
チ手段を、前記パルス発生器の出力段に設けである、 という特徴を備えている。

〈作用〉 かかる特徴構成を採用したことにより発揮される作用は
下記のとおりである。

即ち、本発明に係る過渡容量測定装置は、パルス発生器
から出力される過渡容量測定用パルス電圧信号のうち、
試料に印加されるパルス電圧部分に含まれる高周波ノイ
ズは、そのパルス電圧部分の試料に対する印加時には未
だ試料の過渡容量測定が行われていないために、最終的
な過渡容量応答特性の測定結果には殆ど影響せず、その
パルス電圧部分の印加終了後の過渡容量測定の際に試料
に対して印加されるバイアス電圧部分に含まれる高周波
ノイズのみが、最終的な過渡容量応答特性の測定結果に
影響を与える、との考察結果に基いてなされたものであ
り、後述する実施例の記載からもより一層明らかとなる
ように、本発明に係る過渡容量測定装置においては、パ
ルス発生器の出力段に設けた自動切換スイッチ手段によ
って、実質上、試料に対するパルス電圧部分の印加時（
つまり、過渡容量の非測定期間）には、パルス発生器か
ら出力されるパルス電圧信号（パルス電圧部分）を、ロ
ーパスフィルターに通さないでそのまま試料に対して印
加し、一方、試料に対するパルス電圧部分の印加終了後
（つまり、過渡容量の測定期間）には、パルス発生器か
ら出力されるパルス電圧信号（バイアス電圧部分）をロ
ーパスフィルターに通して高周波ノイズを除去してから
試料に対して印加するように構成しであるから、試料に
印加されるパルス電圧部分の波形（特に、重要である速
い立ち上がりおよび立ち下がり特性）には全く影響を与
えることなく、しかも、試料の過渡容量の測定時に印加
されるバイアス電圧部分に含まれる高周波ノイズは確実
に除去できるようになり、従って、最終的に得られる過
渡容量応答特性の測定結果には、従来のようにパルス発
生器における広帯域パルスアンプの基本的特性に起因す
る高周波ノイズが混入してしまうことが無く、以って、
従来のような多数回の繰り返し測定の必要なしに、掻く
短時間で精度の良い測定を行なえるようになったのであ
る。

〈実施例〉 以下、本発明の具体的実施例を図面（第１図ないし第３
図）に基いて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る過渡容量測定装置として
の半導体中不純物測定装置の全体概略回路構成図を示し
、この図において、パルス電圧発生回路１およびパルス
アンプ２から成るパルス発生器ＰＣ，交流電圧発生器Ａ
Ｃ，被測定試料（半導体）Ｓ、容量測定回路Ｍ等は、先
に第４図を参照しながら既に説明したものと同様である
ので、重複を避けるためにここではそれらについての説
明は省略し、本発明に独特の構成部分を中心に詳細に説
明する。

即ち、本実施例に係る過渡容量測定装置においては、前
記パルス発生器ＰＣの出力段、つまり、前記パルス発生
器ＰＣにおけるパルスアンプ２と交流電圧発生器ＡＣと
の間に、抵抗ＲおよびコンデンサーＣから成るローパス
フィルターＦと、前記パルス発生器ＰＣから出力される
パルス電圧信号ＶＤ　（バイアス電圧部分■、およびパ
ルス電圧部分■、とから成る）の状態に応じて自動的に
切り換えられる３つの電子スイッチＳＷ＋　、ＳＷｚ　
。

ＳＷ３から構成される自動切換スイッチ手段ＳＷとが、
図示のように介装接続されている。

前記３つの電子スイッチＳ　Ｖ／＋　、　　Ｓ　Ｗｚ　
、　　Ｓ　Ｗｓから構成される自動切換スイッチ手段Ｓ
Ｗは、第２図に示すタイミングチャートから明らかなよ
うに、試料Ｓに対するパルス電圧部分■、の印加時（つ
まり、過渡容量の非測定期間）には、前記ローパスフィ
ルターＦを使用しない状態、即ち、パルス発生器ＰＣか
ら出力されるパルス電圧信号■。

（ツマリ、パルス電圧部分ＶＰ）を、ローパスフィルタ
ーＦに通さないでそのまま試料Ｓに対して印加するよう
に、一方、試料Ｓに対するパルス電圧部分■、の印加終
了後（つまり、過渡容量の測定期間）には、前記ローパ
スフィルターＦを使用する状態、即ち、パルス発生器Ｐ
Ｃから出力されるパルス電圧信号ＶＤ　　（つまり、バ
イアス電圧部分Ｖｌ）をローパスフィルターＦに通すこ
とにより高周波ノイズを除去してから試料Ｓに対して印
加するように構成されている。

なお、前記自動切換スイッチ手段ＳＷを構成する電子ス
イッチＳＶ／＋　、ＳＷｚ　、ＳＷ３は、電子スイッチ
ＳＷ１　と電子スイッチＳＷｚ　、ＳＷ３　とが背反的
に０Ｎ１０ＦＦされることは明らかであり、また、この
うち電子スイッチＳＷ、は、試料Ｓにパルス電圧部分ｖ
Ｐが印加されるときに、前記ローパスフィルターＦにお
けるコンデンサーＣが接続されることによりパルス波形
が歪んでしまう、という不都合が生じることを防止する
ために設けられているものである。

上記の構成によれば、試料Ｓに印加されるパルス電圧部
分■、の波形（特に、重要である速い立ち上がりおよび
立ち下がり特性）には全く影響を与えることなく、しか
も、試料Ｓの過渡容量の測定時に印加されるバイアス電
圧部分Ｖ、に含まれる高周波ノイズは確実に除去するこ
とができ、従って、容量測定回路Ｍにより最終的に得ら
れる過渡容量応答特性Ｃｔの測定結果に、従来のように
パルス発生器における広帯域パルスアンプの基本的特性
に起因する高周波ノイズが混入してしまうことが、効果
的に防止できる。

さて、第３図は、上記実施例に係る過渡容量測定装置に
更に改良を加えた変形実施例における各部信号および自
動切換スイッチ手段の動作を示すタイミングチャートで
ある。

即ち、この変形実施例においては、自動切換スイッチ手
段ＳＷを構成する電子スイッチＳＷ、。

Ｓ　Ｗ　ｚ　、　　Ｓ　Ｗ　３の応答遅れのために、パ
ルス電圧部分Ｖ、の立ち上がり時および立ち下がり時に
おいて、そのパルス電圧部分Ｖ、に前記ローパスフィル
ターＦにおけるコンデンサーＣが接続されることにより
パルス波形が歪んでしまう、という不都合が生じること
を防止するために、各電子スイッチｓｗ、、ｓｗ、、ｓ
ｗ、夫々のパルス電圧部分■、に対応するＯ　Ｎ１０　
Ｆ　Ｆ動作時間を、そのパルス電圧部分ｖＰの継続時間
よりも前後において若干長く設定するようにしたもので
ある。

〈発明の効果〉 以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
過渡容量測定装置によれば、試料に対するパルス電圧部
分の印加時（未だ試料の過渡容量測定が行われていない
ために、最終的な過渡容量応答特性の測定結果には殆ど
影響しない期間）には、そのパルス電圧部分をローパス
フィルターに通さないでそのまま前記試料に対して印加
するが、試料に対するパルス電圧部分の印加終了後の過
渡容量測定期間には、そのバイアス電圧部分をローパス
フィルターに通して高周波ノイズを除去してから試料に
対して印加するように構成された自動切換スイッチ手段
をパルス発生器の出力段に設けである、という特異な手
段を採用したことにより、試料に印加するパルス電圧部
分の波形（特に、重要である速い立ち上がりおよび立ち
下がり特性）には全く影響を与えることなく、しかもζ
試料の過渡容量の測定時に印加されるバイアス電圧部分
に含まれる高周波ノイズは確実に除去できるようになり
、従って、最終的に得られる過渡容量応答特性の測定結
果には、従来のようにパルス発生器における広帯域パル
スアンプの基本的特性に起因する高周波ノイズが混入し
てしまうことが無く、以って、従来のような多数回の繰
り返し測定の必要なしに、掻く短時間で精度の良い測定
を行なえる、という顕著に優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、本発明に係る過渡容量測定装置
の具体的実施例を説明するためのものであって、第１図
は全体概略回路構成図を示し、第２図はその各部におけ
る信号および自動切換スイッチ手段の動作を示すタイミ
ングチャートであり、そして、第３図は変形実施例にお
ける各部信号および自動切換スイッチ手段の動作を示す
タイミングチャートである。 また、第４図ないし第６図は、本発明の技術的背景なら
びに従来技術の問題点を説明するためのものであって、
第４図は従来一般の過渡容量測定装置の全体概略回路構
成図を示し、第５図くイ〉。 く口〉、〈ハ〉は夫々その各部の信号波形を示し、また
、第６図は試料の容量変化測定結果を模式的に示してい
る。 ＰＣ・・・・・・　パルス発生器、 ■。　・・・・・・　パルス電圧信号、■、　・・・・
・・　バイアス電圧部分、■２　・・・・・・　パルス
電圧部分、ＡＣ・・・・・・　交流電圧発生器、 ■Ａ　・・・・・・　交流電圧信号、 ■　　・・・・・・　測定用電圧信号、Ｍ　　・・・・
・・　容量測定回路、 Ｓ　　・・・・・・　被測定試料、 Ｃ１・・・・・・　過渡容量応答特性、Ｆ　　・・・・
・・　ローパスフィルター、ＳＷ　・・・・・・　自動
切換スイッチ手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パルス発生器から出力されるバイアス電圧部分とパルス
   電圧部分とから成る過渡容量測定用パルス電圧信号に交
   流電圧発生器から出力される容量測定用交流電圧信号を
   重畳した測定用電圧信号を被測定試料に印加し、該試料
   に対する前記パルス電圧部分の印加終了後における該試
   料の過渡容量応答特性を測定することにより、該試料の
   評価を行うように構成されている過渡容量測定装置にお
   いて、 前記試料に対するパルス電圧部分の印加時には、前記パ
   ルス発生器から出力されるパルス電圧信号（パルス電圧
   部分）をそのまま該試料に対して印加するが、前記試料
   に対するパルス電圧部分の印加終了後には、前記パルス
   発生器から出力されるパルス電圧信号（バイアス電圧部
   分）をローパスフィルターに通して高周波ノイズを除去
   してから該試料に対して印加するように構成された自動
   切換スイッチ手段を、前記パルス発生器の出力段に設け
   てあることを特徴とする過渡容量測定装置。