JPH05198646A - 半導体の不純物分布の測定方法 - Google Patents
半導体の不純物分布の測定方法Info
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- JPH05198646A JPH05198646A JP900492A JP900492A JPH05198646A JP H05198646 A JPH05198646 A JP H05198646A JP 900492 A JP900492 A JP 900492A JP 900492 A JP900492 A JP 900492A JP H05198646 A JPH05198646 A JP H05198646A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】半導体の不純物拡散層の不純物濃度分布をその
上に配線層などを構成することなく、直接に形成する。 【構成】試料上にチップ７０３を走査しつつバイアス電
圧を変化するときのトンネル電流の変化あるいは電気容
量の変化を検出して試料表面の仕事関数あるいは電気容
量を検出しこれにより不純物濃度を検出する。
上に配線層などを構成することなく、直接に形成する。 【構成】試料上にチップ７０３を走査しつつバイアス電
圧を変化するときのトンネル電流の変化あるいは電気容
量の変化を検出して試料表面の仕事関数あるいは電気容
量を検出しこれにより不純物濃度を検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体の不純物分布の測
定方法に関するものである。
定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体の製作工程においては従来不純物
の分布を直接に検出する手段が存在しなかった。このた
め、拡散層に不良個所があっても、その上部に配線層を
形成して素子とし、これを動作させるまではその存在は
わからなかった。その例としてニュクレア・インスツル
メント・メソッド・イン・フィジックス・リサーチＢ３
７／３８（１９８９）ｐ．８９１に見られる拡散層の不
良解析の例を挙げる。図１ＡはバイポーラＬＳＩの断面
構造を示すものであって、ｐ−のシリコン基板にＮ＋層
２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃをマスクプロセスと拡散
プロセスにより形成し、さらにその上部に同様にしてＰ
層２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，Ｎ層２０６を形成し
たものである。この場合既にこの拡散工程において、２
０８の個所に拡散不良が存在し、Ｎ＋層の不純物濃度が
正常でないためＰ層２０３ｂ，Ｎ＋層２０２ｂ，Ｐ−基
板２０１の間に寄生トランジスタを形成して、基板への
リーク電流を生じるという問題があった。しかしながら
このままではその不良はまったく検知されず、さらにス
ルホールの導体部２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ、導体
配線部２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃ，２０５ｄ，２０
５ｅを形成してトランジスタ素子を構成し、これらの配
線を外部の測定手段と結合することにより初めて図１Ｂ
に見られるような不良が検出された。この場合において
は、本来なら、５Ｖ以上まで上昇するはずのＶ−Ｉ特性
が、２．５Ｖまでしか上昇せず、これにより初めて不良
個所の存在が検知されたものである。
の分布を直接に検出する手段が存在しなかった。このた
め、拡散層に不良個所があっても、その上部に配線層を
形成して素子とし、これを動作させるまではその存在は
わからなかった。その例としてニュクレア・インスツル
メント・メソッド・イン・フィジックス・リサーチＢ３
７／３８（１９８９）ｐ．８９１に見られる拡散層の不
良解析の例を挙げる。図１ＡはバイポーラＬＳＩの断面
構造を示すものであって、ｐ−のシリコン基板にＮ＋層
２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃをマスクプロセスと拡散
プロセスにより形成し、さらにその上部に同様にしてＰ
層２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，Ｎ層２０６を形成し
たものである。この場合既にこの拡散工程において、２
０８の個所に拡散不良が存在し、Ｎ＋層の不純物濃度が
正常でないためＰ層２０３ｂ，Ｎ＋層２０２ｂ，Ｐ−基
板２０１の間に寄生トランジスタを形成して、基板への
リーク電流を生じるという問題があった。しかしながら
このままではその不良はまったく検知されず、さらにス
ルホールの導体部２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ、導体
配線部２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃ，２０５ｄ，２０
５ｅを形成してトランジスタ素子を構成し、これらの配
線を外部の測定手段と結合することにより初めて図１Ｂ
に見られるような不良が検出された。この場合において
は、本来なら、５Ｖ以上まで上昇するはずのＶ−Ｉ特性
が、２．５Ｖまでしか上昇せず、これにより初めて不良
個所の存在が検知されたものである。
【０００３】以上のように従来においては半導体の拡散
層をその上に配線層等を形成せずに検知する手段は存在
しなかった。
層をその上に配線層等を形成せずに検知する手段は存在
しなかった。
【０００４】さらに上記のように不良の存在が検知され
たとしても既に多数のトランジスタ素子部が形成されて
おり、そのどの部分かは、例えば図１Ａに見られるよう
に収束したイオンビーム２０９などにより配線層２０５
ｄを切断して、２０８の部分を切り離して動作特性を検
出し、その場合においては図１Ｃに見られるように、Ｖ
＝Ｉ特性が５Ｖ以上まで上昇して正常となることを検知
し、これにより切り離した２０８部分が不良であるとい
うことを確認するという複雑な手段が必須であった。
たとしても既に多数のトランジスタ素子部が形成されて
おり、そのどの部分かは、例えば図１Ａに見られるよう
に収束したイオンビーム２０９などにより配線層２０５
ｄを切断して、２０８の部分を切り離して動作特性を検
出し、その場合においては図１Ｃに見られるように、Ｖ
＝Ｉ特性が５Ｖ以上まで上昇して正常となることを検知
し、これにより切り離した２０８部分が不良であるとい
うことを確認するという複雑な手段が必須であった。
【０００５】すなわち、従来技術においてはビーム加工
等の外科手術を付与することなしに、直接的に不良個所
を検知する手段は存在しなかった。
等の外科手術を付与することなしに、直接的に不良個所
を検知する手段は存在しなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記し
た従来技術の欠点をなくし拡散層が形成された状態のま
までその拡散層の不純物分布を検出する手段を提供し、
持ってその不純物分布の不良個所を見出巣子との出来る
手段を提供するにある。
た従来技術の欠点をなくし拡散層が形成された状態のま
までその拡散層の不純物分布を検出する手段を提供し、
持ってその不純物分布の不良個所を見出巣子との出来る
手段を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】半導体の不純物拡散層に
対し鋭く尖らせた導電性の針を接近させ、半導体と針の
間に電圧を印加し、またこの電圧を変化させてその場合
に流れるトンネル電流の変化を測定して、これらの関係
より該不純物拡散層の表面の仕事関数を求めることによ
り、その不純物濃度を検出する。
対し鋭く尖らせた導電性の針を接近させ、半導体と針の
間に電圧を印加し、またこの電圧を変化させてその場合
に流れるトンネル電流の変化を測定して、これらの関係
より該不純物拡散層の表面の仕事関数を求めることによ
り、その不純物濃度を検出する。
【０００８】また上記において不純物拡散層の表面に平
行に導電性の針を移動させつつ上記の測定を行うことに
より、該不純物拡散層の表面の不純物の濃度分布を検出
する。
行に導電性の針を移動させつつ上記の測定を行うことに
より、該不純物拡散層の表面の不純物の濃度分布を検出
する。
【０００９】半導体の不純物拡散層にたいし鋭く尖らせ
た導電性の針を接近させ、半導体と針の間に電圧を印加
し、該針と該不純物拡散層との間の電気容量を測定する
ことにより、該不純物拡散層の不純物濃度を測定する。
上記の測定において半導体と針の間に交流電圧を印加
し、その場合に流れる電流を測定して該針と該不純物拡
散層との間の電気容量を測定することにより、該不純物
拡散層の不純物濃度を測定する。
た導電性の針を接近させ、半導体と針の間に電圧を印加
し、該針と該不純物拡散層との間の電気容量を測定する
ことにより、該不純物拡散層の不純物濃度を測定する。
上記の測定において半導体と針の間に交流電圧を印加
し、その場合に流れる電流を測定して該針と該不純物拡
散層との間の電気容量を測定することにより、該不純物
拡散層の不純物濃度を測定する。
【００１０】これらの関係より該不純物拡散層の表面の
仕事関数を求めることにより、その不純物濃度を検出す
る。
仕事関数を求めることにより、その不純物濃度を検出す
る。
【００１１】また上記において不純物拡散層の表面に平
行に導電性の針を移動させつつ上記の測定を行うことに
より、該不純物拡散層の表面の不純物の濃度分布を検出
する。
行に導電性の針を移動させつつ上記の測定を行うことに
より、該不純物拡散層の表面の不純物の濃度分布を検出
する。
【００１２】
【作用】本発明は、半導体の不純物濃度分布をその上に
配線層を形成して素子を構成することなく直接に検出す
る。
配線層を形成して素子を構成することなく直接に検出す
る。
【００１３】
【実施例】図４に本発明による半導体の不純物分布の測
定装置を示す。試料５０３はシリコンウエハにたいし不
純物をうちこみ拡散層のパターンを形成したものであ
る。これにたいしＸＹＺピエゾ素子５０２に取り付けら
れたタングステンのチップが対向して設置されている。
スキャンゼネレータ５１５からのＸ方向およびＹ方向の
信号はアンプ５１０および５１１により増幅されて、ピ
エゾ素子５０１のＸ駆動部およびＹ駆動部に入力されこ
れによりチップ５０２をＸおよびＹ方向に走査する。バ
イアス発生器５０７はチップに印加するバイアス電圧を
発生するものであり、これによるチップ５０２と試料５
０３との間のトンネル電流はプリアンプ５０８により増
幅されＡ／Ｄコンバータ５１６によりデジタル信号に変
換されてコンピュータ５１９に入力される。また同時に
比較器５１２によりあらかじめ設定された値と比較され
その差が積分器５１３により積分して平均されてからア
ンプによけい増幅されＺ駆動部に入力して、チップ５０
２をＺ方向に駆動して、チップ５０２と試料５０３の距
離を設定された値にする。以上の信号値はコンピュータ
５１９に入力されて処理されるほか、波形メモリ５１７
やストレージスコープ５１８に入力される。
定装置を示す。試料５０３はシリコンウエハにたいし不
純物をうちこみ拡散層のパターンを形成したものであ
る。これにたいしＸＹＺピエゾ素子５０２に取り付けら
れたタングステンのチップが対向して設置されている。
スキャンゼネレータ５１５からのＸ方向およびＹ方向の
信号はアンプ５１０および５１１により増幅されて、ピ
エゾ素子５０１のＸ駆動部およびＹ駆動部に入力されこ
れによりチップ５０２をＸおよびＹ方向に走査する。バ
イアス発生器５０７はチップに印加するバイアス電圧を
発生するものであり、これによるチップ５０２と試料５
０３との間のトンネル電流はプリアンプ５０８により増
幅されＡ／Ｄコンバータ５１６によりデジタル信号に変
換されてコンピュータ５１９に入力される。また同時に
比較器５１２によりあらかじめ設定された値と比較され
その差が積分器５１３により積分して平均されてからア
ンプによけい増幅されＺ駆動部に入力して、チップ５０
２をＺ方向に駆動して、チップ５０２と試料５０３の距
離を設定された値にする。以上の信号値はコンピュータ
５１９に入力されて処理されるほか、波形メモリ５１７
やストレージスコープ５１８に入力される。
【００１４】以上の構成によりチップを走査しながら、
場所ごとに局所的な電流電圧特性を個々に記憶してお
き、後に数値計算で微分コンダクタンスを求める。この
構成においては通卯上のトンネル電流を一定に保つため
のチップのＺ方向の動きの制御を行うためのフィードバ
ックループをアナログシッチ５１４により一旦切り、チ
ップのＺ方向の動きをとめて、その位置を保持する。そ
の後バイアス電圧を走査して、トンネル電流の変化を記
録した後、通常のＳＴＭ動作に戻す。この一連の動作を
各画素点にて繰り返して、ＳＴＭデータおよび、局所電
圧−電流特性のサンプリングを一度に行う。これらのタ
イミングについてのタイムチャートを図５に示した。こ
こにａはＸＹのサーボ信号、ｂはＳＴＭのサンプリン
グ、ｃは局所電圧−電流特性のサンプリング、ｄはバイ
アス電圧、ｅはトンネル電流を示す。
場所ごとに局所的な電流電圧特性を個々に記憶してお
き、後に数値計算で微分コンダクタンスを求める。この
構成においては通卯上のトンネル電流を一定に保つため
のチップのＺ方向の動きの制御を行うためのフィードバ
ックループをアナログシッチ５１４により一旦切り、チ
ップのＺ方向の動きをとめて、その位置を保持する。そ
の後バイアス電圧を走査して、トンネル電流の変化を記
録した後、通常のＳＴＭ動作に戻す。この一連の動作を
各画素点にて繰り返して、ＳＴＭデータおよび、局所電
圧−電流特性のサンプリングを一度に行う。これらのタ
イミングについてのタイムチャートを図５に示した。こ
こにａはＸＹのサーボ信号、ｂはＳＴＭのサンプリン
グ、ｃは局所電圧−電流特性のサンプリング、ｄはバイ
アス電圧、ｅはトンネル電流を示す。
【００１５】以上により半導体の不純物分布を測定した
例を次に示す。図６（ａ）で試料はＮ型のシリコンウエ
ハ７０２に打ち込みによりＰ型拡散層７０１を形成した
試料である。今チップ７０３を試料表面に接近させバイ
アス電圧を印加しつつＸＹ駆動部によりチップを試料表
面で走査する。
例を次に示す。図６（ａ）で試料はＮ型のシリコンウエ
ハ７０２に打ち込みによりＰ型拡散層７０１を形成した
試料である。今チップ７０３を試料表面に接近させバイ
アス電圧を印加しつつＸＹ駆動部によりチップを試料表
面で走査する。
【００１６】ここで上記の手段を用いて得られる局所電
流−距離特性から試料表面の仕事関数分布を原子オーダ
で検出できる。これは即ち試料の局所的な不純物濃度分
布に対応しており、これを測定できることになる。チッ
プ７０３が試料表面をＮ型層７０２からＰ型層７０１へ
移動するにしたがい、（ｂ）に示すように仕事関数はＰ
0からＰ1へと変化しこれにより、局所的な不純物濃度分
布が変化したことがわかる。
流−距離特性から試料表面の仕事関数分布を原子オーダ
で検出できる。これは即ち試料の局所的な不純物濃度分
布に対応しており、これを測定できることになる。チッ
プ７０３が試料表面をＮ型層７０２からＰ型層７０１へ
移動するにしたがい、（ｂ）に示すように仕事関数はＰ
0からＰ1へと変化しこれにより、局所的な不純物濃度分
布が変化したことがわかる。
【００１７】図７に示す例ではＮ型シリコン基板８０１
の上にＰ型拡散層８０２、Ｐ＋型拡散層８０３を形成し
たものである。
の上にＰ型拡散層８０２、Ｐ＋型拡散層８０３を形成し
たものである。
【００１８】図８は仕事関数の値を濃淡画像に表示した
ものであるが、Ｎ型基板１１０１，１１０３，１１０５
およびＰ型拡散層１１０２，１１０４のパターンが表示
されていることがわかる。
ものであるが、Ｎ型基板１１０１，１１０３，１１０５
およびＰ型拡散層１１０２，１１０４のパターンが表示
されていることがわかる。
【００１９】図９は第二の手段即ちチップ先端と試料の
間の電気容量を測定する場合の例である。この場合試料
チップ間の電気容量を測定する回路、例えば容量計、あ
るいは交流電圧を印加した場合の交流電流測定計などを
図４の構成に取り入れることによりこれは達成できる。
間の電気容量を測定する場合の例である。この場合試料
チップ間の電気容量を測定する回路、例えば容量計、あ
るいは交流電圧を印加した場合の交流電流測定計などを
図４の構成に取り入れることによりこれは達成できる。
【００２０】この場合においてもチップと試料の間の電
気容量は試料の不純物濃度に依存するため図９（ａ）の
ようにチップを試料表面に平行に上で移動するときＮ層
からＰ層の境界において図９（ｂ）に見られるように電
気容量がＣ0からＣ1へと変化するのが検出されこれより
不純物濃度分布およびその変化が検出できる。
気容量は試料の不純物濃度に依存するため図９（ａ）の
ようにチップを試料表面に平行に上で移動するときＮ層
からＰ層の境界において図９（ｂ）に見られるように電
気容量がＣ0からＣ1へと変化するのが検出されこれより
不純物濃度分布およびその変化が検出できる。
【００２１】同様に図１０（ａ）に見られるようにＮ
層，Ｐ層，Ｐ＋層よりなる試料の場合には、図１０
（ｂ）のように電気容量が各々Ｃ0，Ｃ2，Ｃ3のように
変化するのが検出されこれにより、不純物濃度およびそ
の変化が検出される。
層，Ｐ層，Ｐ＋層よりなる試料の場合には、図１０
（ｂ）のように電気容量が各々Ｃ0，Ｃ2，Ｃ3のように
変化するのが検出されこれにより、不純物濃度およびそ
の変化が検出される。
【００２２】
【発明の効果】以上により半導体の不純物濃度分布をそ
の上に配線層を形成して素子を構成することなく直接に
検出する手段が提供された。
の上に配線層を形成して素子を構成することなく直接に
検出する手段が提供された。
【図１】従来の半導体拡散層の不良を検出する手段を示
すための半導体の断面図である。
すための半導体の断面図である。
【図２】上記の場合の電圧−電流特性図である。
【図３】同じく電圧−電流特性図である。
【図４】本発明に用いられる半導体拡散層の不純物分布
を検出するためのトンネル電流の検出計を示すブロック
図である。
を検出するためのトンネル電流の検出計を示すブロック
図である。
【図５】醍醐図の装置を働かせるときの信号のタイムチ
ャートを示す図である。
ャートを示す図である。
【図６】不純物濃度の検出を示す説明図である。
【図７】同じく説明図である。
【図８】同じく説明図である。
【図９】電気容量の検出によって半導体の不純物分布を
検出する方法を示す説明図である。
検出する方法を示す説明図である。
【図１０】同じく説明図である。
７０１…Ｐ型拡散層、７０２…シリコンウエハ、７０３
…チップ。
…チップ。
Claims (5)
- 【請求項１】半導体の不純物拡散層に対し鋭く尖らせた
導電性の針を接近させ、半導体と針の間に電圧を印加
し、またこの電圧を変化させてその場合に流れるトンネ
ル電流の変化を測定して、これらの関係より該不純物拡
散層の表面の仕事関数を求めることにより、その不純物
濃度を検出することを特徴とする半導体の不純物分布の
測定方法。 - 【請求項２】請求項１において不純物拡散層の表面に平
行に導電性の針を移動させつつ上記の測定を行うことに
より、該不純物拡散層の表面の不純物の濃度分布を検出
することを特徴とする半導体の不純物分布の測定方法。 - 【請求項３】半導体の不純物拡散層にたいし鋭く尖らせ
た導電性の針を接近させ、半導体と針の間に電圧を印加
し、該針と該不純物拡散層との間の電気容量を測定する
ことにより、該不純物拡散層の不純物濃度を測定するこ
とを特徴とする半導体の不純物分布の測定方法。 - 【請求項４】請求項３において半導体と針の間に交流電
圧を印加し、その場合に流れる電流を測定して該針と該
不純物拡散層との間の電気容量を測定することにより、
該不純物拡散層の不純物濃度を測定することを特徴とす
る半導体の不純物分布の測定方法。 - 【請求項５】請求項３又は４において不純物拡散層の表
面に平行に導電性の針を移動させつつ上記の測定を行う
ことにより、該不純物拡散層の表面の不純物の濃度分布
を検出することを特徴とする半導体の不純物分布の測定
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP900492A JPH05198646A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 半導体の不純物分布の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP900492A JPH05198646A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 半導体の不純物分布の測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05198646A true JPH05198646A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=11708519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP900492A Pending JPH05198646A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 半導体の不純物分布の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05198646A (ja) |
-
1992
- 1992-01-22 JP JP900492A patent/JPH05198646A/ja active Pending
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