JPH07211757A - 不純物濃度測定方法 - Google Patents
不純物濃度測定方法Info
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- JPH07211757A JPH07211757A JP634794A JP634794A JPH07211757A JP H07211757 A JPH07211757 A JP H07211757A JP 634794 A JP634794 A JP 634794A JP 634794 A JP634794 A JP 634794A JP H07211757 A JPH07211757 A JP H07211757A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体デバイスや半導体基板の微小領域の不
純物濃度の測定方法を提供する。 【構成】 半導体デバイスを弗酸（ＨＦ）と水との混合
液（容量比１：１）に浸漬して、ゲート酸化膜４、ゲー
ト電極５および層間絶縁膜６をエッチング除去する。次
に、走査型トンネル顕微鏡を用いて、半導体デバイスの
平面部および劈開断面部を走査型トンネル顕微鏡の探針
７により走査し、トンネル電流を測定して、その値から
不純物濃度を求める。
純物濃度の測定方法を提供する。 【構成】 半導体デバイスを弗酸（ＨＦ）と水との混合
液（容量比１：１）に浸漬して、ゲート酸化膜４、ゲー
ト電極５および層間絶縁膜６をエッチング除去する。次
に、走査型トンネル顕微鏡を用いて、半導体デバイスの
平面部および劈開断面部を走査型トンネル顕微鏡の探針
７により走査し、トンネル電流を測定して、その値から
不純物濃度を求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスまたは
半導体基板の不純物濃度測定方法に関するものである。
半導体基板の不純物濃度測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの分野ではその微
細化が進み、０.２５μｍ以下のチャネル長を持つＭＯ
Ｓトランジスタが試作されている。このようなデバイス
の特性を最適化し、製作したデバイス特性を評価するた
めには、ナノメートルスケールでの評価方法が必要であ
る。例えばＭＯＳトランジスタのしきい値電圧、降伏電
圧などの特性を評価するためには、ソース領域、ドレイ
ン領域およびチャネル領域の二次元、三次元不純物濃度
分布を正確に知る必要がある。
細化が進み、０.２５μｍ以下のチャネル長を持つＭＯ
Ｓトランジスタが試作されている。このようなデバイス
の特性を最適化し、製作したデバイス特性を評価するた
めには、ナノメートルスケールでの評価方法が必要であ
る。例えばＭＯＳトランジスタのしきい値電圧、降伏電
圧などの特性を評価するためには、ソース領域、ドレイ
ン領域およびチャネル領域の二次元、三次元不純物濃度
分布を正確に知る必要がある。
【０００３】以下、従来の不純物濃度測定方法を説明す
る。深さ方向の不純物濃度分布測定に用いられる二次イ
オン質量分析法（ＳＩＭＳ）では、Ａｒ+，Ｃｓ+，Ｏ-
などの一次イオンビームを試料表面に入射し、試料表面
から放射された二次イオンを質量分析する。この後、イ
オン数を計量することにより、不純物濃度分布を測定す
る方法が用いられている。
る。深さ方向の不純物濃度分布測定に用いられる二次イ
オン質量分析法（ＳＩＭＳ）では、Ａｒ+，Ｃｓ+，Ｏ-
などの一次イオンビームを試料表面に入射し、試料表面
から放射された二次イオンを質量分析する。この後、イ
オン数を計量することにより、不純物濃度分布を測定す
る方法が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の不純物濃度測定方法では、二次イオンの検出限界が
分析条件や不純物の種類により異なる。また、測定感度
を上げるためには、一次イオンビーム径を小さくするこ
とができず、空間分解能は０.５μｍ程度と低いという
欠点を有していた。本発明は、上記従来の問題点を解決
するもので、半導体デバイスや半導体基板の微小領域の
不純物濃度を測定できる方法を提供することを目的とす
る。
来の不純物濃度測定方法では、二次イオンの検出限界が
分析条件や不純物の種類により異なる。また、測定感度
を上げるためには、一次イオンビーム径を小さくするこ
とができず、空間分解能は０.５μｍ程度と低いという
欠点を有していた。本発明は、上記従来の問題点を解決
するもので、半導体デバイスや半導体基板の微小領域の
不純物濃度を測定できる方法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の不純物濃度測定方法は、半導体デバイスまた
は半導体基板を弗酸を含む水溶液によりウェットエッチ
ングする工程と、前記半導体デバイスまたは前記半導体
基板の平面部および断面部のトンネル電流を走査型トン
ネル顕微鏡を用いて、測定する工程を有する。
に本発明の不純物濃度測定方法は、半導体デバイスまた
は半導体基板を弗酸を含む水溶液によりウェットエッチ
ングする工程と、前記半導体デバイスまたは前記半導体
基板の平面部および断面部のトンネル電流を走査型トン
ネル顕微鏡を用いて、測定する工程を有する。
【０００６】また、半導体デバイスまたは半導体基板を
弗酸、硝酸、水を含む混合液によりウェットエッチング
する工程と、前記半導体デバイスまたは前記半導体基板
の断面部の段差を走査型トンネル顕微鏡を用いて、測定
する工程を有する。
弗酸、硝酸、水を含む混合液によりウェットエッチング
する工程と、前記半導体デバイスまたは前記半導体基板
の断面部の段差を走査型トンネル顕微鏡を用いて、測定
する工程を有する。
【０００７】また、半導体デバイスまたは半導体基板を
弗酸、硝酸、水を含む混合液によりウェットエッチング
する工程、前記半導体デバイスまたは前記半導体基板の
断面部の段差を原子間力顕微鏡を用いて、測定する工程
を有する。
弗酸、硝酸、水を含む混合液によりウェットエッチング
する工程、前記半導体デバイスまたは前記半導体基板の
断面部の段差を原子間力顕微鏡を用いて、測定する工程
を有する。
【０００８】また、半導体デバイスまたは半導体基板を
フレオンガスによりドライエッチングする工程、前記半
導体デバイスまたは前記半導体基板の断面部の段差を走
査型トンネル顕微鏡を用いて、測定する工程を有する。
フレオンガスによりドライエッチングする工程、前記半
導体デバイスまたは前記半導体基板の断面部の段差を走
査型トンネル顕微鏡を用いて、測定する工程を有する。
【０００９】さらに、半導体デバイスまたは半導体基板
をフレオンガスによりドライエッチングする工程、前記
半導体デバイスまたは前記半導体基板の断面部の段差を
原子間力顕微鏡を用いて、測定する工程を有する。
をフレオンガスによりドライエッチングする工程、前記
半導体デバイスまたは前記半導体基板の断面部の段差を
原子間力顕微鏡を用いて、測定する工程を有する。
【００１０】
【作用】この構成によって、走査型トンネル顕微鏡によ
り、半導体デバイスや半導体基板の微小領域の二次元、
三次元不純物濃度分布を正確に知ることができる。
り、半導体デバイスや半導体基板の微小領域の二次元、
三次元不純物濃度分布を正確に知ることができる。
【００１１】また、ウェットエッチングと走査型トンネ
ル顕微鏡を組み合わせ、半導体デバイスや半導体基板の
微小領域の二次元、三次元不純物濃度分布を正確に知る
ことができる。
ル顕微鏡を組み合わせ、半導体デバイスや半導体基板の
微小領域の二次元、三次元不純物濃度分布を正確に知る
ことができる。
【００１２】さらに、半導体デバイスや半導体基板の微
小領域の形状も正確に知ることができる。
小領域の形状も正確に知ることができる。
【００１３】また、ウェットエッチングと原子間力顕微
鏡を組み合わせることにより、半導体デバイスや半導体
基板の微小領域の二次元、三次元不純物濃度分布を正確
に知ることができる。
鏡を組み合わせることにより、半導体デバイスや半導体
基板の微小領域の二次元、三次元不純物濃度分布を正確
に知ることができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の半導体デバイスの不純物濃度
測定方法の実施例について、図面を参照しながら説明す
る。
測定方法の実施例について、図面を参照しながら説明す
る。
【００１５】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
【００１６】図１において、１はシリコン基板、２はソ
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。
【００１７】まず、半導体デバイスを弗酸（ＨＦ）と水
との混合液（容量比１：１）に浸漬し、図１（ｂ）に示
すように、ゲート酸化膜４、ゲート電極５、層間絶縁膜
６をエッチング除去する。次に図１（ｃ）に示すよう
に、走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと表す）を用
い、半導体デバイスの平面部および劈開断面部をＳＴＭ
の探針７で走査し、トンネル電流Ｉを測定する。このと
き、ＳＴＭの探針７には、電解研磨法で製作したタング
ステン（Ｗ）針、白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）、
針または白金（Ｐｔ）−ロジウム（Ｒｈ）針を用いた。
ＳＴＭを用いた測定は探針と試料との間の距離を一定に
保ったまま、探針−試料間電圧（試料電圧）Ｖとトンネ
ル電流Ｉを測定する。このとき、不純物濃度ｎは広がり
抵抗法（ＳＲ法）と同様に抵抗Ｒ＝Ｖ／Ｉの逆数に比例
する。
との混合液（容量比１：１）に浸漬し、図１（ｂ）に示
すように、ゲート酸化膜４、ゲート電極５、層間絶縁膜
６をエッチング除去する。次に図１（ｃ）に示すよう
に、走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと表す）を用
い、半導体デバイスの平面部および劈開断面部をＳＴＭ
の探針７で走査し、トンネル電流Ｉを測定する。このと
き、ＳＴＭの探針７には、電解研磨法で製作したタング
ステン（Ｗ）針、白金（Ｐｔ）−イリジウム（Ｉｒ）、
針または白金（Ｐｔ）−ロジウム（Ｒｈ）針を用いた。
ＳＴＭを用いた測定は探針と試料との間の距離を一定に
保ったまま、探針−試料間電圧（試料電圧）Ｖとトンネ
ル電流Ｉを測定する。このとき、不純物濃度ｎは広がり
抵抗法（ＳＲ法）と同様に抵抗Ｒ＝Ｖ／Ｉの逆数に比例
する。
【００１８】ｎ＝Ａ×Ｉ／Ｖ ただし、Ａ：比例定数 比例定数Ａは次のように決定される。シリコン基板１の
バルク不純物濃度ｎ0はＳＲ法での値を用い、ｐ型（１
００）基板で、ｎ0＝１×１０15ｃｍ-3とする。
バルク不純物濃度ｎ0はＳＲ法での値を用い、ｐ型（１
００）基板で、ｎ0＝１×１０15ｃｍ-3とする。
【００１９】ｎ0＝Ａ×Ｉ0／Ｖ0 Ａ＝ｎ0×Ｖ0／Ｉ0 ＳＴＭの空間分解能は探針７の曲率半径により決まり、
十分に尖鋭であれば、０.１ｎｍになる。
十分に尖鋭であれば、０.１ｎｍになる。
【００２０】以上のように、半導体デバイスの微小領域
の二次元、三次元不純物濃度分布を正確に知ることが可
能となる。
の二次元、三次元不純物濃度分布を正確に知ることが可
能となる。
【００２１】なお、本実施例では半導体デバイスについ
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
【００２２】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
【００２３】図２において、１はシリコン基板、２はソ
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。
【００２４】まず、半導体デバイスを弗酸（ＨＦ）を含
む混合液、例えば容量比でＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ：ＨＦ＝１０
０：２５：１に浸漬して、ウェットエッチングをする。
図２（ｂ）に示すように、不純物濃度の濃いソース領域
２、ドレイン領域３が選択的にエッチングされ、断面に
凹凸が形成される。図２（ｃ）に断面の凹凸の状態を示
す。不純物濃度が濃い領域でエッチング量が多く、不純
物濃度が薄い領域でエッチング量が少ない。図３に示す
ように、一般に弗酸（ＨＦ）−硝酸（ＨＮＯ 3）−水
（Ｈ2Ｏ）系のシリコンのエッチング溶液では、エッチ
ング速度は不純物濃度依存性がある。ここで、ＨＦはシ
リコン酸化膜除去剤、ＨＮＯ3は酸化剤、Ｈ2Ｏは希釈剤
として反応速度を遅くする働きがある。
む混合液、例えば容量比でＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ：ＨＦ＝１０
０：２５：１に浸漬して、ウェットエッチングをする。
図２（ｂ）に示すように、不純物濃度の濃いソース領域
２、ドレイン領域３が選択的にエッチングされ、断面に
凹凸が形成される。図２（ｃ）に断面の凹凸の状態を示
す。不純物濃度が濃い領域でエッチング量が多く、不純
物濃度が薄い領域でエッチング量が少ない。図３に示す
ように、一般に弗酸（ＨＦ）−硝酸（ＨＮＯ 3）−水
（Ｈ2Ｏ）系のシリコンのエッチング溶液では、エッチ
ング速度は不純物濃度依存性がある。ここで、ＨＦはシ
リコン酸化膜除去剤、ＨＮＯ3は酸化剤、Ｈ2Ｏは希釈剤
として反応速度を遅くする働きがある。
【００２５】次に、図２（ｄ），（ｅ）に示すようにＳ
ＴＭを用いて、半導体デバイスのシリコン基板部の断面
部をＳＴＭの探針７により走査する。このとき、ＳＴＭ
の探針７は電解研磨法で製作したＷ針、Ｐｔ−Ｉｒ針ま
たはＰｔ−Ｒｈ針を用いた。ＳＴＭ測定はトンネル電流
を一定に保ったまま行った。
ＴＭを用いて、半導体デバイスのシリコン基板部の断面
部をＳＴＭの探針７により走査する。このとき、ＳＴＭ
の探針７は電解研磨法で製作したＷ針、Ｐｔ−Ｉｒ針ま
たはＰｔ−Ｒｈ針を用いた。ＳＴＭ測定はトンネル電流
を一定に保ったまま行った。
【００２６】不純物濃度ｎはＳＴＭにより、半導体デバ
イスのシリコン基板の断面部の三次元的形状を測定し、
エッチング量すなわち段差量を計量することにより、求
めることができる。
イスのシリコン基板の断面部の三次元的形状を測定し、
エッチング量すなわち段差量を計量することにより、求
めることができる。
【００２７】ＳＴＭの空間分解能は探針７の曲率半径に
より決まり、十分に尖鋭であれば、０.１ｎｍが可能で
ある。
より決まり、十分に尖鋭であれば、０.１ｎｍが可能で
ある。
【００２８】以上のように、半導体デバイスの微小領域
の二次元、三次元不純物濃度分布を正確に知ることが可
能となる。
の二次元、三次元不純物濃度分布を正確に知ることが可
能となる。
【００２９】なお、本実施例では半導体デバイスについ
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
【００３０】（実施例３）図４は本発明の第３の実施例
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
【００３１】図４において、１はシリコン基板、２はソ
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。
【００３２】まず、半導体デバイスをウェットエッチン
グ液として弗酸（ＨＦ）を含む混合液、例えば容量比で
ＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ：ＨＦ＝１００：２５：１に浸漬する。
図４（ｂ）に示すように、不純物濃度の濃いソース領域
２、ドレイン領域３が選択的にエッチングされ、断面に
凹凸が形成される。図２（ｃ）に断面の凹凸の状態を示
す。不純物濃度が濃い領域でエッチング量が多く、不純
物濃度が薄い領域でエッチング量が少ない。一般に図３
に示すように弗酸（ＨＦ）−硝酸（ＨＮＯ3）−水（Ｈ2
Ｏ）系のシリコンのエッチング溶液では、エッチング速
度は不純物濃度依存性がある。ここで、ＨＦはシリコン
酸化膜除去剤、ＨＮＯ3は酸化剤、Ｈ2Ｏは希釈剤として
反応速度を遅くする働きがある。次に図４（ｄ）に示す
ように、原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと表す）を用い、
半導体デバイスのシリコン基板部の断面部をＡＦＭの探
針８により、走査する。このとき、ＡＦＭの探針８は窒
化シリコン（ＳｉＮ）針または、炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）針を用いた。ＡＦＭ測定は原子間力（引力または斥
力）を一定に保ったまま行った。
グ液として弗酸（ＨＦ）を含む混合液、例えば容量比で
ＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ：ＨＦ＝１００：２５：１に浸漬する。
図４（ｂ）に示すように、不純物濃度の濃いソース領域
２、ドレイン領域３が選択的にエッチングされ、断面に
凹凸が形成される。図２（ｃ）に断面の凹凸の状態を示
す。不純物濃度が濃い領域でエッチング量が多く、不純
物濃度が薄い領域でエッチング量が少ない。一般に図３
に示すように弗酸（ＨＦ）−硝酸（ＨＮＯ3）−水（Ｈ2
Ｏ）系のシリコンのエッチング溶液では、エッチング速
度は不純物濃度依存性がある。ここで、ＨＦはシリコン
酸化膜除去剤、ＨＮＯ3は酸化剤、Ｈ2Ｏは希釈剤として
反応速度を遅くする働きがある。次に図４（ｄ）に示す
ように、原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと表す）を用い、
半導体デバイスのシリコン基板部の断面部をＡＦＭの探
針８により、走査する。このとき、ＡＦＭの探針８は窒
化シリコン（ＳｉＮ）針または、炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）針を用いた。ＡＦＭ測定は原子間力（引力または斥
力）を一定に保ったまま行った。
【００３３】不純物濃度ｎは、ＡＦＭにより半導体デバ
イスのＭＯＳトランジスタ断面部の三次元的形状を測定
し、エッチング量すなわち段差量を計量することによ
り、求めることができる。
イスのＭＯＳトランジスタ断面部の三次元的形状を測定
し、エッチング量すなわち段差量を計量することによ
り、求めることができる。
【００３４】ＡＦＭの空間分解能は探針８の曲率半径に
より決まり、十分に尖鋭であれば、０.２ｎｍが可能で
ある。また、ＡＦＭでは酸化膜や窒化膜のような絶縁膜
も測定可能であり、半導体デバイスの微小領域の二次
元、三次元不純物濃度分布のみならず半導体デバイスの
形状や界面を正確に知ることが可能となる。
より決まり、十分に尖鋭であれば、０.２ｎｍが可能で
ある。また、ＡＦＭでは酸化膜や窒化膜のような絶縁膜
も測定可能であり、半導体デバイスの微小領域の二次
元、三次元不純物濃度分布のみならず半導体デバイスの
形状や界面を正確に知ることが可能となる。
【００３５】なお、本実施例では半導体デバイスについ
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
【００３６】（実施例４）図５は本発明の第４の実施例
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
【００３７】図５において、１はシリコン基板、２はソ
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。
【００３８】まず、半導体デバイスを例えば流量５０ｓ
ｃｃｍのＣＦ4＋Ｏ2（１０％）混合ガス、圧力５０ｍＴ
ｏｒｒ、ＲＦパワー５０Ｗ、周波数１３.５６ＭＨｚの
条件でドライエッチングする。図５（ｂ）に示すよう
に、不純物濃度の濃いソース領域２、ドレイン領域３が
選択的にエッチングされ、断面に凹凸が形成される。図
５（ｃ）に断面の凹凸の状態を示す。不純物濃度が濃い
領域でエッチング量が多く、不純物濃度が薄い領域でエ
ッチング量が少ない。
ｃｃｍのＣＦ4＋Ｏ2（１０％）混合ガス、圧力５０ｍＴ
ｏｒｒ、ＲＦパワー５０Ｗ、周波数１３.５６ＭＨｚの
条件でドライエッチングする。図５（ｂ）に示すよう
に、不純物濃度の濃いソース領域２、ドレイン領域３が
選択的にエッチングされ、断面に凹凸が形成される。図
５（ｃ）に断面の凹凸の状態を示す。不純物濃度が濃い
領域でエッチング量が多く、不純物濃度が薄い領域でエ
ッチング量が少ない。
【００３９】次に、図５（ｄ），（ｅ）に示すようにＳ
ＴＭを用いて、半導体デバイスのシリコン基板部の断面
部をＳＴＭの探針７により走査する。このとき、ＳＴＭ
の探針７は電解研磨法で製作したＷ針、Ｐｔ−Ｉｒ針ま
たはＰｔ−Ｒｈ針を用いた。ＳＴＭ測定はトンネル電流
を一定に保ったまま行った。
ＴＭを用いて、半導体デバイスのシリコン基板部の断面
部をＳＴＭの探針７により走査する。このとき、ＳＴＭ
の探針７は電解研磨法で製作したＷ針、Ｐｔ−Ｉｒ針ま
たはＰｔ−Ｒｈ針を用いた。ＳＴＭ測定はトンネル電流
を一定に保ったまま行った。
【００４０】不純物濃度ｎはＳＴＭにより、半導体デバ
イスのシリコン基板の断面部の三次元的形状を測定し、
エッチング量すなわち段差量を計量することにより、求
めることができる。
イスのシリコン基板の断面部の三次元的形状を測定し、
エッチング量すなわち段差量を計量することにより、求
めることができる。
【００４１】ＳＴＭの空間分解能は探針７の曲率半径に
より決まり、十分に尖鋭であれば、０.１ｎｍが可能で
ある。以上のように、半導体デバイスの微小領域の二次
元、三次元不純物濃度分布を正確に知ることが可能とな
る。
より決まり、十分に尖鋭であれば、０.１ｎｍが可能で
ある。以上のように、半導体デバイスの微小領域の二次
元、三次元不純物濃度分布を正確に知ることが可能とな
る。
【００４２】なお、本実施例では半導体デバイスについ
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
【００４３】（実施例５）図６は本発明の第５の実施例
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
の工程図であり、その（ａ）は本実施例で用いた半導体
デバイスのＭＯＳトランジスタ部の断面図である。な
お、図示を簡単化するため、配線部については省略して
いる。
【００４４】図６において、１はシリコン基板、２はソ
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。まず、半導体デバ
イスを例えば流量５０ｓｃｃｍのＣＦ4＋Ｏ2（１０％）
混合ガス、圧力５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー５０Ｗ、周
波数１３.５６ＭＨｚの条件でドライエッチングする。
図６（ｂ）に示すように、不純物濃度の濃いソース領域
２、ドレイン領域３が選択的にエッチングされ、断面に
凹凸が形成される。図６（ｃ）に断面の凹凸の状態を示
す。不純物濃度が濃い領域でエッチング量が多く、不純
物濃度が薄い領域でエッチング量が少ない。
ース領域、３はドレイン領域、４はゲート酸化膜、５は
ゲート電極、６は層間絶縁膜である。まず、半導体デバ
イスを例えば流量５０ｓｃｃｍのＣＦ4＋Ｏ2（１０％）
混合ガス、圧力５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー５０Ｗ、周
波数１３.５６ＭＨｚの条件でドライエッチングする。
図６（ｂ）に示すように、不純物濃度の濃いソース領域
２、ドレイン領域３が選択的にエッチングされ、断面に
凹凸が形成される。図６（ｃ）に断面の凹凸の状態を示
す。不純物濃度が濃い領域でエッチング量が多く、不純
物濃度が薄い領域でエッチング量が少ない。
【００４５】次に、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、
ＡＦＭを用いて、半導体デバイスのシリコン基板部の断
面部をＡＦＭの探針８により走査する。このとき、ＡＦ
Ｍの探針８はＳｉＮ針または、ＳｉＣ針を用いた。ＡＦ
Ｍ測定は原子間力（引力または斥力）を一定に保ったま
ま行う。
ＡＦＭを用いて、半導体デバイスのシリコン基板部の断
面部をＡＦＭの探針８により走査する。このとき、ＡＦ
Ｍの探針８はＳｉＮ針または、ＳｉＣ針を用いた。ＡＦ
Ｍ測定は原子間力（引力または斥力）を一定に保ったま
ま行う。
【００４６】不純物濃度ｎはＡＦＭにより、半導体デバ
イスのＭＯＳトランジスタ断面部の三次元的形状を測定
し、エッチング量すなわち段差量を計量することによ
り、求めることができる。
イスのＭＯＳトランジスタ断面部の三次元的形状を測定
し、エッチング量すなわち段差量を計量することによ
り、求めることができる。
【００４７】ＡＦＭの空間分解能は探針８の曲率半径に
より決まり、十分に尖鋭であれば、０.２ｎｍが可能で
ある。また、ＡＦＭでは酸化膜や窒化膜のような絶縁膜
も測定可能であり、半導体デバイスの微小領域の二次
元、三次元不純物濃度分布のみならず半導体デバイスの
形状や界面を正確に知ることが可能となる。
より決まり、十分に尖鋭であれば、０.２ｎｍが可能で
ある。また、ＡＦＭでは酸化膜や窒化膜のような絶縁膜
も測定可能であり、半導体デバイスの微小領域の二次
元、三次元不純物濃度分布のみならず半導体デバイスの
形状や界面を正確に知ることが可能となる。
【００４８】なお、本実施例では半導体デバイスについ
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
て説明したが、半導体基板の不純物濃度測定方法につい
ても同様の効果を得る。
【００４９】
【発明の効果】本発明の不純物濃度測定方法によれば、
走査型トンネル顕微鏡により、半導体デバイスや半導体
基板の微小領域の二次元、三次元不純物濃度分布を正確
に知ることが可能となり、ＭＯＳトランジスタのしきい
値電圧、降伏電圧などのデバイス特性を評価することが
できる。このように半導体デバイスの早期開発あるいは
歩留まり安定への効果が期待できる。
走査型トンネル顕微鏡により、半導体デバイスや半導体
基板の微小領域の二次元、三次元不純物濃度分布を正確
に知ることが可能となり、ＭＯＳトランジスタのしきい
値電圧、降伏電圧などのデバイス特性を評価することが
できる。このように半導体デバイスの早期開発あるいは
歩留まり安定への効果が期待できる。
【００５０】さらに、半導体デバイスや半導体基板の微
小領域の形状も正確に知ることが可能となる。このよう
に半導体デバイスの早期開発あるいは歩留まり安定への
効果が期待できる。
小領域の形状も正確に知ることが可能となる。このよう
に半導体デバイスの早期開発あるいは歩留まり安定への
効果が期待できる。
【図１】本発明の第１の実施例の半導体装置の不純物濃
度測定方法の工程図であり、（ａ）は断面図、（ｂ），
（ｃ）は斜視図
度測定方法の工程図であり、（ａ）は断面図、（ｂ），
（ｃ）は斜視図
【図２】本発明の第２の実施例の半導体装置の不純物濃
度測定方法の工程図であり、（ａ），（ｂ），（ｄ）は
断面図、（ｃ），（ｅ）は側面図
度測定方法の工程図であり、（ａ），（ｂ），（ｄ）は
断面図、（ｃ），（ｅ）は側面図
【図３】ウェットエッチング液のシリコンエッチング速
度と不純物濃度の関係を示す図
度と不純物濃度の関係を示す図
【図４】本発明の第３の実施例の半導体装置の不純物濃
度測定方法の工程図であり、（ａ），（ｂ），（ｄ）は
断面図、（ｃ），（ｅ）は側面図
度測定方法の工程図であり、（ａ），（ｂ），（ｄ）は
断面図、（ｃ），（ｅ）は側面図
【図５】本発明の第４の実施例の半導体装置の不純物濃
度測定方法の工程図であり、（ａ），（ｂ），（ｄ）は
断面図、（ｃ），（ｅ）は側面図
度測定方法の工程図であり、（ａ），（ｂ），（ｄ）は
断面図、（ｃ），（ｅ）は側面図
【図６】本発明の第５の実施例の半導体装置の不純物濃
度測定方法の工程図であり、（ａ），（ｂ），（ｄ）は
断面図、（ｃ），（ｅ）は側面図
度測定方法の工程図であり、（ａ），（ｂ），（ｄ）は
断面図、（ｃ），（ｅ）は側面図
１ シリコン基板 ２ ソース領域 ３ ドレイン領域 ４ ゲート酸化膜 ５ ゲート電極 ６ 層間絶縁膜 ７ ＳＴＭの探針 ８ ＡＦＭの探針
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体デバイスまたは半導体基板を弗酸
を含む水溶液によりウェットエッチングする工程と、前
記半導体デバイスまたは前記半導体基板の平面部および
断面部のトンネル電流を、走査型トンネル顕微鏡を用い
て、測定する工程とを有することを特徴とする不純物濃
度測定方法。 - 【請求項２】 半導体デバイスまたは半導体基板を弗
酸、硝酸、および水を含む混合液によりウェットエッチ
ングする工程と、前記半導体デバイスまたは前記半導体
基板の断面部の段差を、走査型トンネル顕微鏡を用い
て、測定する工程とを有することを特徴とする不純物濃
度測定方法。 - 【請求項３】 半導体デバイスまたは半導体基板を弗
酸、硝酸、および水を含む混合液によりウェットエッチ
ングする工程と、前記半導体デバイスまたは前記半導体
基板の断面部の段差を、原子間力顕微鏡を用いて、測定
する工程を有することを特徴とする不純物濃度測定方
法。 - 【請求項４】 半導体デバイスまたは半導体基板をフレ
オンガスによりドライエッチングする工程と、前記半導
体デバイスまたは前記半導体基板の断面部の段差を、走
査型トンネル顕微鏡を用いて、測定する工程とを有する
ことを特徴とする不純物濃度測定方法。 - 【請求項５】 半導体デバイスまたは半導体基板をフレ
オンガスによりドライエッチングする工程と、前記半導
体デバイスまたは前記半導体基板の断面部の段差を、原
子間力顕微鏡を用いて、測定する工程とを有することを
特徴とする不純物濃度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP634794A JPH07211757A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | 不純物濃度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP634794A JPH07211757A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | 不純物濃度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07211757A true JPH07211757A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11635847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP634794A Pending JPH07211757A (ja) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | 不純物濃度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07211757A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006515465A (ja) * | 2002-12-10 | 2006-05-25 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 集積回路、及び測定構造の測定及び形成方法 |
| JP2007173312A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Fujitsu Ltd | 半導体装置とその製造方法、及び半導体装置の評価方法 |
| JP2010160161A (ja) * | 2000-03-10 | 2010-07-22 | Fujitsu Semiconductor Ltd | 不純物濃度測定方法、ｓｔｍ測定方法及びｓｔｓ測定方法 |
-
1994
- 1994-01-25 JP JP634794A patent/JPH07211757A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010160161A (ja) * | 2000-03-10 | 2010-07-22 | Fujitsu Semiconductor Ltd | 不純物濃度測定方法、ｓｔｍ測定方法及びｓｔｓ測定方法 |
| JP2006515465A (ja) * | 2002-12-10 | 2006-05-25 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 集積回路、及び測定構造の測定及び形成方法 |
| US7812347B2 (en) | 2002-12-10 | 2010-10-12 | International Business Machines Corporation | Integrated circuit and methods of measurement and preparation of measurement structure |
| JP2007173312A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Fujitsu Ltd | 半導体装置とその製造方法、及び半導体装置の評価方法 |
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