JPH11340293A - 半導体デバイス中のド―パント不純物濃度の非破壊測定方法 - Google Patents

半導体デバイス中のド―パント不純物濃度の非破壊測定方法

Info

Publication number
JPH11340293A
JPH11340293A JP11084550A JP8455099A JPH11340293A JP H11340293 A JPH11340293 A JP H11340293A JP 11084550 A JP11084550 A JP 11084550A JP 8455099 A JP8455099 A JP 8455099A JP H11340293 A JPH11340293 A JP H11340293A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
depletion layer
layer width
capacitance
impurity concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11084550A
Other languages
English (en)
Inventor
Helmut Baumgart
バウムガルト ヘルムート
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of JPH11340293A publication Critical patent/JPH11340293A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/14Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の半導体デバイス例えばHVLDMOS
トランジスタにおけるドーパント不純物濃度を求める方
法を提供することである。 【解決手段】 検査すべきデバイスに第1の電圧を逆方
向でバイアスするステップと、デバイスを放射エネルギ
ビームでスキャンし、ビームがデバイスをスキャンする
際に可変の信号電流をデバイス中に誘導し、この電流を
用いてデバイス中の第1の空乏層幅を測定するステップ
と、複数の別個のバイアス電圧を用いて第1のステップ
および第2のステップを反復し、デバイス内の相応する
空乏層幅を測定するステップと、電圧および空乏層幅か
らデバイス中のドーパント不純物濃度のプロフィルを求
めるステップとを有する方法を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス中
のドーパント不純物濃度の非破壊測定方法に関する。こ
の方法では、放射エネルギビームにより誘導された信号
電流を用いて半導体デバイスの長さ方向に沿ったドーパ
ント不純物濃度が測定される。半導体デバイスは例えば
高電圧用に設計されたラテラル拡散形の金属酸化物半導
体トランジスタである。
【0002】
【従来の技術】本発明は1998年3月27日に本出願
人によって出願された Provisional Application Seria
l No. 60/079725明細書に関連している。
【0003】p−n接合部またはショットキーバリア
(金属半導体の整流コンタクト)を有する半導体内で、
半導体ボディのバンドギャップを越えるエネルギを有す
るフォーカシングされた放射ビームの照射により誘導電
流が発生することはよく知られている。このようなビー
ムの発生装置、および検査すべきデバイスDUTをビー
ムでスキャンする装置も市販で入手可能である。大きな
面積を有するデバイス、例えば高電圧で使用される2重
拡散形の金属酸化物のラテラル半導体トランジスタ:Hi
gh-Voltage Lateral Double Diffused Metal Oxide Sem
iconductor Transistor(以下HVLDMOSトランジ
スタと称する)は典型的には長さが10ミクロン以上と
なるデバイスでは、光学顕微鏡を介してフォーカシング
されるレーザビームを用いてデバイスを照明およびスキ
ャンすると有利である。しかし他の放射エネルギビーム
例えば電子ビームEBICをこの目的で利用したり、こ
の方法を他の小さな電子デバイスのために利用したりで
きることに留意すべきである。
【0004】高電圧用HVLDMOSデバイス、特に低
減された表面電界の原理(reducedsurface electric fi
eld: 以下RESURFと略する)を利用して製造され
たデバイスは一般的に、デバイスのドリフト領域できわ
めて特殊な、例えば線形に増大するドーピングプロフィ
ルを必要とする。LDMOSトランジスタ内部の電圧‐
キャパシタンス関係から、トランジスタの空間電荷領域
の空乏層幅Wが、レーザビームまたは他の放射エネルギ
ビームでトランジスタがスキャンされる際に逆方向でバ
イアスされる印加電圧の関数として定められる。逆方向
バイアスされる電圧により、トラップされた正のイオン
すなわちドナーがカバーされずにドーパントを段階的な
濃度で有するトランジスタのn形ドリフト領域にどれだ
け存在しているかが求められ、これにより各印加電圧に
対する固定の空乏層幅Wが得られる。後に詳しく説明す
るが、逆方向バイアスされたLDMOSデバイスでビー
ムによって誘導されたフォト電流の信号により、空乏層
幅Wが逆方向バイアスされた印加電圧の関数として測定
される。
【0005】ドーパント不純物濃度を迅速、正確かつ非
破壊的に測定し、所定の半導体デバイス例えばLDMO
Sトランジスタの長さ方向に沿ってプロフィルすること
が所望される。これによりこの種のデバイスの設計、動
作および製造プロセスを迅速に監視することができるよ
うになる。知られている限りでは、本発明以前にこのよ
うな測定に対して放射ビームスキャン装置を利用した例
はない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、所定
の半導体デバイス例えばHVLDMOSトランジスタに
おけるドーパント不純物濃度を求める方法を提供するこ
とである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題は、検査すべき
デバイスに第1の電圧を逆方向でバイアスする第1のス
テップと、デバイスを放射エネルギビームでスキャン
し、ビームがデバイスをスキャンする際に可変の信号電
流をデバイス中に誘導し、この電流を用いてデバイス中
の第1の空乏層幅を測定する第2のステップと、複数の
別個のバイアス電圧を用いて第1のステップおよび第2
のステップを反復し、デバイス内の相応する空乏層幅を
測定する付加的なステップと、電圧および空乏層幅から
デバイス中のドーパント不純物濃度のプロフィルを求め
る最終ステップとを有する方法により解決される。課題
はまた、広い範囲で可変の電圧をデバイスに逆方向でバ
イアスするステップと、デバイスの長さ方向に沿って放
射エネルギビームでスキャンして、デバイス中に誘導電
流の信号を発生させるステップと、この誘導電流の信号
を用いて相応の電圧に対するデバイス中の空乏層幅を測
定するステップと、上記のステップを異なるバイアス電
圧で反復して、一連の電圧と相応の空乏層幅との関係を
定めるステップと、電圧、空乏層幅、キャパシタンス、
ドーパント濃度の間の相関関係から、デバイスの長さ方
向に沿った点での相応のドーパント濃度を求めるステッ
プとを有し、測定ステップでは誘導電流の信号は空乏層
幅の内部で一般的に高い一定の値を有しており、空乏層
幅の外側では一般的にゼロに低下し、空乏層幅はバイア
スされる電圧が増大するにつれて増大する方法により解
決される。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の測定方法を実施するため
の装置の具体的な実施形態の1つでは、検査すべきデバ
イスDUT例えば高電圧で使用されるHVLDMOSト
ランジスタが逆方向にバイアスされ、ドリフト領域の長
さ方向に沿ってレーザビームによって走査される。この
レーザビームは適切な波長および強度を有し、光学顕微
鏡を介してデバイスへフォーカシングされている。光ビ
ームにより誘導されて電流OBICの信号が得られ、こ
の電流OBICの信号の振幅とデバイスDUTの長さ方
向に沿ったビーム位置とから相応の空乏層幅Wが逆方向
バイアスされる電圧のそれぞれの数値に対して求められ
る。この測定から、測定された各空乏層幅Wに対する相
応のドーパント不純物濃度、例えばリン原子の濃度が数
学アルゴリズムを用いて得られる。これによりドーパン
ト不純物濃度のプロフィルがLDMOSデバイス中のド
リフト領域の距離または空乏層幅Wの関数として求めら
れる。
【0009】誘導電流OBIC用のレーザ光学顕微鏡系
が直接にLDMOSトランジスタでのp形のボディ部
分とn形のドリフト領域との間のp−n接合部の内部
キャパシタンスを従来の電気測定によって測定するので
はなく、その代わりに空間電荷領域の空乏層幅Wを介し
た空乏層キャパシタンスを測定する。これは、空間電荷
領域内でカバーされずにイオン化している不純物原子の
固定電荷から生じる接合部の空乏層キャパシタンスを測
定する1つの手段である。後に詳細に説明する数学的な
式はデバイスの誘導電流OBIC測定に適合されるよう
に公式化されており、接合部キャパシタンスの増分を空
間電荷領域の空乏層幅Wとその微分とに基づく逆方向バ
イアス電圧の関数で表している。
【0010】高電圧で使用され、かつRESURF状態
で用いられるHVLDMOSトランジスタについてはさ
らに複雑になる。RESURF状態で用いられるデバイ
スでは、シリコンオンインシュレータ技術(SOI技
術)で製造されたこの場合のHVLDMOSデバイスに
対する高いブレークダウン電圧を得るために空間電荷領
域がさらに拡大される。この際にデバイス中のp−n領
域からの垂直方向の空乏化と基板酸化物層からのMOS
キャパシタンスを介しての水平方向の同時の空乏化とに
より電圧が得られる。ここで基板から加わっているMO
Sキャパシタンス、すなわち酸化物層キャパシタンスお
よび空乏層キャパシタンスから成るキャパシタンスは、
後に説明するように、p形のボディとn形のドリフト
領域の間のp−n接合部の空乏層キャパシタンスに並列
に存在する。p−n接合部の空乏層キャパシタンスはこ
の場合無視できる程度の影響しか及ぼさない。これはp
−n接合部のキャパシタエリアが酸化物層キャパシタの
エリアに比べて無視できる程度に小さいからである。換
言すれば、MOSキャパシタンスはデバイスの基板と絶
縁用酸化物層によって形成されており、デバイスのドリ
フト領域の空乏層幅Wを完全に支配している。したがっ
て後に説明するように、別の拡張された数学アルゴリズ
ムが、本発明により求められた、RESURF原理を用
いてSOI技術で製造されたHVLDMOSトランジス
タ中のドーパント不純物濃度を用いて導出される。
【0011】本発明の他の利点は従属請求項に記載され
ており、これをより良く理解するために以下に図に関連
して説明する。
【0012】
【実施例】図1には光ビームスキャン装置10が示され
ており、この装置は本発明の方法を用いて検査すべき半
導体デバイスDUT12の長さ方向に沿ったドーパント
濃度を測定する。デバイスは例えばHVLDMOSトラ
ンジスタである。装置10はビーム16を発生するレー
ザ14と、偏光器18と、偏光鏡系20と、ビーム16
をデバイス12上の微小な点にフォーカシングする顕微
鏡22と、電源24と、信号増幅器26と、信号ミキサ
28と、ラスタジェネレータ30と、CRTディスプレ
イ32(陰極線管ディスプレイ)と、パーソナルコンピ
ュータPC34とを有する。装置10の個々の素子は従
来よく知られているが、本発明の方法に関連して独特の
手段でデバイス12の長さ方向に沿ったドーパント不純
物濃度の測定に使用されるので、後に詳細に説明する。
本発明は光ビームを使用するだけに限定されず、走査電
子顕微鏡(SEM)を用いて電子ビームを誘導電流EB
ICのために使用することができることに留意すべきで
ある。
【0013】レーザ14は光ビーム16を適切な波長お
よび強度で、例えば633nmの波長と数ワットの強度
で送出する。ビーム16は偏光器18を通過し、偏光鏡
系20へ達する。偏光鏡系20は複数の運動可能な鏡4
0、42を有しており、これらの鏡はリード44を介し
てラスタジェネレータ30から受け取られた電気信号に
よって前後に駆動される。鏡40、42の機械的運動に
より、ラスタジェネレータ30からの電気信号に同期し
てビーム16は周知のように前後および左右に偏光され
る。ビーム16は偏光鏡系20を通って顕微鏡22へ達
し、この顕微鏡によりデバイス12の表面上の微小な点
(例えば直径約1μm)にフォーカシングされる。これ
により光ビームによってデバイス12に誘導電流OBI
Cが生じる。ビーム16は偏光鏡系20によって偏光さ
れ、走査線ごとにデバイス12の長さ方向に沿ってスキ
ャンを行い、CRTディスプレイに同期される。
【0014】ビーム16によるスキャン中、デバイス1
2は電源24および負荷抵抗R46から正の電圧+V
を逆方向でバイアスされる。電源の負の側はグラウンド
されている。フォト応答性の電流は一方ではデバイス1
2からセンサ抵抗R48を通ってグラウンドへ流れる
が、他方ではIsignalで示される信号としてセンサ抵抗
48からリード50を介して増幅器26の入力側へ印加
される。増幅器の出力側はリード52を介して信号ミキ
サ28の一方の入力側Sへ接続されている。ラスタ信号
は信号ミキサ28の他方の入力側Rへリード54を介し
てラスタジェネレータ30から印加される。信号ミキサ
28からの2つの信号R、Sは共通の接続線路56を介
してCRTディスプレイ32の入力側へ印加される。C
RTディスプレイではこの信号がスクリーン58に通常
x座標およびy座標を有する波形として表示される。こ
のことは後に説明する。共通の接続線路56上の2つの
信号R、Sは同様にパーソナルコンピュータ32にも印
加される。このパーソナルコンピュータで信号が処理さ
れ、デバイス12の長さ方向に沿ったドーパント不純物
濃度が後に説明するように得られる。
【0015】図2には、図1のデバイス12への導電接
続の様態を示す回路ダイヤグラム60が概略的に示され
ている。ダイヤグラム60に示されているように、デバ
イス12は例えばHVLDMOSのPチャネルトランジ
スタ62であり、ドレイン64、ゲート65およびソー
ス66を有する。ただしデバイス12はここに示されて
いるトランジスタ62とは異なる半導体デバイスであっ
てもよい(例えば図5を参照)。トランジスタ62はビ
ーム16によるスキャンの間逆方向にバイアスされてお
り、その際にドレイン64は負荷抵抗R46(図1を
参照)を介して電源24の正の端子68(+V)に接続
されている。この端子は図1には示されていない。電源
の負の側は端子69とグラウンドとに接続されている。
トランジスタ62のゲート65は一方では直接にグラウ
ンドに接続されており、他方では端子69(−V)に接
続されているが、ソース66がセンサ抵抗R48を介
してグラウンドに接続される際にはグラウンドに接続さ
れる。センサ抵抗48にかかる電圧は、デバイス12が
ビーム16でスキャンされる際の電流OBICに比例す
る。これは上述した通りである。この電圧はリード50
(図1を参照)に印加され、記号Isignalを付されてい
る。給電電圧+Vはここでの所定のデバイスでアバラン
シェブレークダウンが開始するまでの広い範囲にわたっ
て可変である。具体的には抵抗R46は100KΩの
値であり、抵抗R48は10KΩの値であり、トラン
ジスタ62のドレイン64とソース66との間の逆方向
バイアスでの抵抗は約100MΩの値である。これらの
抵抗の相対的な大きさによってトランジスタ62のドレ
イン64での電圧すなわち実質的には給電電圧+Vと、
ソース66での電圧すなわち実質的にはグラウンド−V
とが生じる。
【0016】図3にはトランジスタ62を有するデバイ
ス12がラテラルの高電圧用ダイオードの形の簡単な例
として拡大されて概略的に示されている。デバイス12
の長さ方向に沿っての距離はx軸方向で示されており、
このデバイスに沿って右方向へスキャンする光ビーム1
6の種々の位置が示されている。またデバイス12のp
−n接合部70はx=0で示されている。デバイス12
の影を付けられた第1のエリアはp形のボディ領域7
2を表しており、p−n接合部の両側の影の付いていな
いエリアは非対称な空間電荷領域74を表しており、影
を付けられた第2のエリアはn形のドリフト領域76の
残りの部分を表している。
【0017】影の付いていないエリアすなわち空間電荷
領域74は、デバイス12のp−n接合部70に隣接す
る空乏層領域を表している。この領域では、レーザで誘
導されて光発生した全ての電子‐ホール対が分離され、
逆方向でバイアスされる電圧の局所的な高い電界によっ
て集まる。これによりフォト電流OBICが生じる。
【0018】影を付けられた第2のエリアは、空乏層領
域ひいては空間電荷領域74の外側の中性のn形ドリフ
ト領域76を表している。ここでは光発生したキャリア
はもはや集まらず、フォト電流OBICは測定されな
い。デバイス12への導電接続は図2とは異なって図3
では示されていない。デバイス12のドレイン64およ
びソース66は図3に概略的に示されているようにデバ
イス12の反対側の端部に存在する。
【0019】空間電荷領域74内では、光発生した全て
の電子‐ホール対が必ず集まり、最大のフォト電流OB
ICの信号を発生する。この信号はリード50に信号I
sign alとして印加される。スキャンレーザビーム16が
空間電荷領域の空乏層幅Wの外側エッジ78を横断して
x軸方向に通過し、n形ドリフト領域76に達すると、
集められた電流OBICおよびIsignalは低下し始め
る。エッジ78で区切られる空乏層幅Wの実際の範囲は
電源24の電圧+Vに依存する。このことは後に説明す
る。
【0020】デバイス12はp−n接合部70に内部キ
ャパシタンスを有する。このキャパシタンスCは図3に
破線で概略的に参照番号79で示されており、このキャ
パシタンスはデバイス12のドレイン64とソース66
との間に結合されている。ドレインでの電圧64はここ
では+Vで示されている。前述のように、電圧‐キャ
パシタンス関係から、空間電荷領域の空乏層幅WがLD
MOSトランジスタに逆方向バイアスされる印加電圧の
関数として求められる。逆方向バイアスされる電圧によ
り、トラップされた正のイオンが段階的なn形ドリフト
領域にカバーされない状態でどれだけ存在しているかが
求められ、各印加電圧に対して固定の空乏層幅Wが得ら
れる。逆方向バイアスのもとでLDMOSデバイスに生
じるフォト電流信号OBICにより、空乏層幅Wの測定
は逆方向バイアスされる印加電圧の関数として行われ
る。この測定からドーパント不純物濃度と測定された各
空乏層幅Wとの相関関係が数学アルゴリズムにより得ら
れる。これによりドーパント不純物濃度のプロフィルを
LDMOSデバイス例えばトランジスタ62のドリフト
領域の距離または空乏層幅Wの関数として分析すること
ができる。
【0021】一般的にドーパント不純物濃度と逆方向バ
イアスのp−n接合部でのキャパシタンスCの微分との
間の関係について、
【0022】
【数1】
【0023】ここでNは1cm3あたりのドナー原子
の数によるドナー不純物濃度、Cはキャパシタンス、q
は電子の基本電荷量、kはシリコンの誘電率、_
フリースペースの誘電率、Aはユニットの領域、Vはバ
イアス電圧が成り立つ。
【0024】上述の式1は電流OBICを測定するため
に適切に、接合部のキャパシタンス増分を空間電荷領域
の空乏層幅Wおよびその微分に基づく逆方向バイアス電
圧の関数として書き直すことができる。すなわち
【0025】
【数2】
【0026】または
【0027】
【数3】
【0028】ここで種々の量は式1と同様である。
【0029】図4には、信号Isignalの理想的な波形8
2のグラフ80が示されている。グラフ80の横軸は図
3のデバイス12のx軸方向での距離を表している。グ
ラフ80の縦軸はIsignalの大きさを表しており、1.
0のレベルは正規化された測定最大値を表している。図
3、図4にわたっている垂直方向の第1の破線84はp
−n接合部70の位置x=0を表している。垂直方向の
第2の破線86は空乏層幅Wのエッジ78の位置X=n
を表しており、垂直方向の第3の破線88はデバイス1
2のn形ドリフト領域76の右方端部を表している。
【0030】波形82は第1のほぼ水平な部分90を有
しており、この部分は実質的に一定のフォト電流OBI
CすなわちIsignalが空間電荷領域の空乏層幅Wすなわ
ちx=0からx=nまでの範囲に集まっていることを表
している。波形82はさらにx=nで始まるカーブ部分
92を有しており、このカーブはビーム16のスキャン
の際にn形ドリフト領域76に沿って徐々に、所定数の
拡散長さの範囲内で指数関数的に1.0から0へ低下す
る。Isignalはn形ドリフト領域76の右方端部に達す
るまでに0に低下する。波形82の水平部分90は空乏
層幅Wの尺度であり、この水平部分90のx軸方向での
長さは電源24(図1、図2を参照)からデバイス12
へ印加されるバイアス電圧の関数である。水平部分90
の長さはバイアス電圧が増大するに連れて長くなる。図
1のパーソナルコンピュータPC34で適切な数学アル
ゴリズムを使用することにより、当業者には容易に理解
されるように、上述の式2でのNの解が得られ、デバ
イス12の長さ方向に沿ったドーパント不純物濃度のプ
ロフィルが得られる。所定のトランジスタでのドーパン
ト不純物濃度Nのプロフィルの具体的な例は後に示
す。
【0031】図5にはRESURF原理を用いて例えば
シリコンオンインシュレータ技術(SOI技術)で製造
されたHVLDMOSトランジスタが大きく拡大されて
概略的に示されている。トランジスタ100はトランジ
スタ62の代わりに図1のデバイス12として使用され
ている。トランジスタ100の長さ方向での距離はx軸
で示されており、トランジスタ100が右方へ走査され
る際の光ビーム16の種々の位置が示されている。トラ
ンジスタ100のp−n接合部x=0は参照番号102
で示されている。トランジスタの影を濃く付けた第1の
領域はp形のボディ領域104を表しており、p−n
接合部102にわたって薄く影を付けた(ハッチングさ
れた)領域は非対称な空間電荷領域106を表してい
る。影を濃く付けた第2の領域はn形のドリフト領域を
表しており、影を濃く付けた第3の領域はグラウンドさ
れたn形の基板100を表している。影の付いていな
い領域は酸化ケイ素(SiO)から成る水平の層11
2を表しており、この層は基板110をトランジスタ1
00の上方の部分104、106、108から分離して
いる。トランジスタ100への導電接続はここでは示さ
れていないが、図2のトランジスタ62と類似してい
る。トランジスタ100のドレイン116およびソース
118は、図5に概略的に示されているように、トラン
ジスタの反対側の端部に存在している。図示されないゲ
ートはグラウンドされている。
【0032】トランジスタ100の空間電荷領域106
内では常に光発生した全ての電子‐ホール対が集まって
最大信号を生じさせ、この信号はリード50にIsignal
として印加される(図1を参照)。スキャンレーザビー
ム16が空間電荷領域の空乏層幅Wの外側エッジ120
をx軸方向で通過してn形のドリフト領域108に達す
ると、集められた電流OBICおよびIsignalは低下し
はじめる。エッジ120で区切られる空乏層幅Wの実際
の範囲x=p−nは電源24の電圧+Vに依存する。こ
のことは後に説明する。
【0033】トランジスタ100はp−n接合部102
にかかる内部キャパシタンスを有しており、図5ではこ
れは破線のC1でキャパシタ130として概略的に示さ
れている。このキャパシタンスはトランジスタ100の
ドレイン116の電圧+Vとグラウンドとの間に結合
されていることが示されている。また電圧+Vとグラ
ウンドとの間にそれぞれ直列に接続されて、空乏層キャ
パシタンスが破線のC2でキャパシタ132として示さ
れており、絶縁層(SiO)キャパシタンスがC3で
キャパシタ134として示されている。p−n接合部1
02からキャパシタ130の大きさが求められるが、こ
れは空乏層領域のキャパシタンスすなわちキャパシタ1
32および絶縁層のキャパシタンスすなわちキャパシタ
134に比べて無視できる程度に小さい。このためキャ
パシタ130は考慮に入れなくともよく、キャパシタ1
32、134のみを考慮する。
【0034】電流OBICおよび図4の波形82のよう
なIsignalは、レーザビーム16でスキャンされる際に
デバイス12としてのトランジスタ100で形成され
る。前述したように、高電圧で使用されるHVLDMO
SトランジスタではRESURF状態が利用され、空間
電荷領域がさらに拡大されて高いブレークダウン電圧を
得ることができる。この電圧はデバイスのp−n接合部
からの垂直方向の空乏化と底部の酸化物層からの付加キ
ャパシタンスを介しての水平方向の同時の空乏化とによ
り生じる。p−n接合部の空乏層キャパシタンスC1
は、p−n接合領域が無視可能な程度に小さいので、こ
の場合無視できる。上述のように直列キャパシタンスC
2、C3はデバイスの基板および絶縁層によって形成さ
れ、トランジスタ100のドリフト領域の空乏層幅Wを
完全に支配する。上述の式2はこの場合成り立たない。
ただし式1から数学的に導出された式によりさらにトラ
ンジスタ100のドーパント不純物濃度のプロフィルが
求められることは、当業者にとっては容易に理解され
る。
【0035】次の先験的な式3は一般的なMOSキャパ
シタから、シリコンオンインシュレータ技術(SOI技
術)によるRESURFを用いたHVLDMOSトラン
ジスタ例えばトランジスタ100のために導出されたも
のである。
【0036】
【数4】
【0037】ここで300゜KでkT/q=2.586
×10−2V、koxはSiOの誘電率、n=1.
5×1010/cm(真性のシリコン)、doxは酸
化ケイ素層(SiO)の厚さであり、残りの量は式1
と同様である。
【0038】式3では量Nがそれ自体で関数として表
されていることに注意すべきである。従って式3では、
仮定または設定のN値で開始されるNの連続的な近
似法によって最適なNの解が得られる。測定される条
件集合でのNの適正な値は連続するN値を用いた複
数回の反復によって次第に実際の値に接近し、周知のよ
うに得られる。以下にトランジスタ100でのドーパン
ト濃度の所定の例での反復されたNの集合を示す。
【0039】次の表は、RESURFを用いたHVLD
MOSトランジスタ例えばトランジスタ100におけ
る、逆方向バイアスされる電圧V、空乏層幅W、ドーパ
ント不純物濃度Nを図1のデバイス12のための装置
と本発明の方法とを用いて測定したものである。酸化物
層(SiO)、例えば図5のトランジスタの層112
の厚さは1.6μmである。
【0040】
【表1】
【0041】上の表では列3のN値は式3を用いて求
められる。例えば列1のNの値3.204×1016
は逆方向バイアスされる30Vの電圧と空乏層幅W=
7.72μmに相応して次のように計算されたものであ
る。まず最初にNを5×10 と仮定して、このN
値を式3の右辺に代入し第1の反復を行う。この計算
のNに対する結果は3.1073×1016の値であ
る。この値を式3に代入して第2の反復を行うと、3.
2114×1016の計算値が得られる。この値を式3
に代入して第3の反復を行うと、3.2039×10
16のN値が得られる。第3の反復が終了するとN
の値は式3の両辺でほぼ同一となり、3.204×10
16が充分な精度で実際のドーパント濃度を表している
ことがわかる。一般的に言えばNの計算には5回以内
の反復、典型的には3回の反復が必要である。この反復
により実際値に充分に近似する集束した値が得られる。
【0042】上述したNの計算は図1のパーソナルコ
ンピュータPC34で適切な数学アルゴリズムを用いて
行われる。これは当業者には充分に理解される。表の列
2〜16に挙げられた、相応の電圧Vおよび空乏層幅W
に対する別のN値も同様に得られる。表の列3はデバ
イス12例えばトランジスタ100に沿ったドーパント
不純物濃度のプロフィルである。ここでドーパント濃度
のプロフィルは長さが増大するにつれてほぼ線形に増加
することに注意すべきである。このようなNのプロフ
ィルすなわち形状、線形性、持続性などを分析すること
により、トランジスタを製造する際の製造プロセスや設
計の迅速な評価および/または変更が可能になる。情報
を迅速にフィードバックすることにより最終製品の最適
化が達成される。これは製造されるトランジスタの高い
コスト効率およびパフォーマンスレベルを達成するため
に重要である。もちろん図3に示されているような基板
MOSキャパシタンスを有さない非SOIトランジスタ
のドーパント不純物濃度を式2を用いて同様に得ること
もできる。これにより上掲の表と類似の表(図示しな
い)を定めることができる。
【0043】上記の説明は説明を目的としたものであ
り、本発明はこれに限定されない。説明した本発明の装
置および方法に基づいて種々の変更が当業者には可能で
あり、これらの変更は本発明の特許請求の範囲に記載さ
れた観点から離れずに実施できる。特に本発明は図3、
図5に示されているトランジスタでの適用に限定され
ず、他の半導体デバイス、例えば高電圧で使用されるラ
テラル半導体ダイオードおよび他の電子デバイスに対し
ても適用できる。適用分野は誘導電流OBICまたはE
BICによるp−n接合部の検査、ショットキーバリア
の検査またはMOSキャパシタの検査などである。また
本発明は、半導体デバイスの長さに沿って線形に変化す
るドーパント不純物濃度の測定のみに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】検査すべき半導体デバイスDUT例えばHVL
DMOSトランジスタをスキャンし、光ビームによって
誘導される電流OBICをデバイス内に発生させ、本発
明の方法でデバイスの長さ方向に沿ったドーパント不純
物濃度を求める装置のブロックダイヤグラムである。
【図2】図1の半導体デバイスDUTが測定中どのよう
に逆方向バイアスされるかを示す回路ダイヤグラムであ
る。
【図3】図1のデバイスDUTを大きく拡大して示す略
図である。
【図4】図3のデバイスDUTの長さ方向に沿ったx軸
での距離に対して、光ビームによりx軸方向でデバイス
が長さ方向に沿ってスキャンされる際に所定の給電電圧
Vで得られた誘導電流OBICの信号Isignalの理想的
な波形を示すグラフである。
【図5】シリコンオンインシュレータ技術(SOI技
術)でRESURF原理を用いて製造されたHVLDM
OSトランジスタを有するデバイスDUTを拡大して示
す図3に類似の略図である。
【符号の説明】
70、102 空乏層 72、104 p形ボディ 74、106 空間電荷領域 76、108 n形ドリフト領域 79、130、132、134 キャパシタンス

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検査すべきデバイス(DUT)に第1の
    電圧を逆方向でバイアスする第1のステップと、 デバイスを放射エネルギビームでスキャンし、該ビーム
    がデバイスをスキャンする際に可変の信号電流をデバイ
    ス中に誘導し、該電流を用いてデバイス中の第1の空乏
    層幅(W)を測定する第2のステップと、 複数の別個のバイアス電圧を用いて第1のステップおよ
    び第2のステップを反復し、デバイス(DUT)内の相
    応する空乏層幅(W)を測定する付加的なステップと、 電圧および空乏層幅(W)からデバイス中のドーパント
    不純物濃度のプロフィルを求める最終ステップとを有す
    る、ことを特徴とする半導体デバイス中のドーパント不
    純物濃度の非破壊測定方法。
  2. 【請求項2】 検査すべきデバイス(DUT)は高電圧
    で使用されるラテラル拡散形金属酸化物半導体トランジ
    スタ(HVLDMOS)であり、バイアスされる電圧は
    所定のデバイスでアバランシェブレークダウン開始まで
    の範囲を有しており、放射エネルギビームは顕微鏡によ
    ってデバイス(DUT)上にフォーカシングされるレー
    ザビームであり、該ビームによってデバイス(DUT)
    にフォト電流を誘導し、該電流によって形成される信号
    を空乏層幅(W)の測定に用いる、請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 半導体デバイス例えば高電圧で使用され
    るラテラル拡散形の金属酸化物半導体トランジスタ(H
    VLDMOS)の長さ方向に沿った不純物濃度(N
    のプロフィルを求める方法において、 デバイスに広い範囲で可変の電圧(V)を逆方向でバイ
    アスするステップと、 デバイスの長さ方向に沿って放射エネルギビームでスキ
    ャンして、デバイス中に誘導電流の信号を発生させるス
    テップと、 該誘導電流の信号を用いて相応の電圧(V)に対するデ
    バイス中の空乏層幅(W)を測定するステップと、 上記のステップを異なるバイアス電圧で反復して、一連
    の電圧(V)と相応の空乏層幅(W)との関係を定める
    ステップと、 電圧(V)、空乏層幅(W)、濃度(N)の間の数学
    的な関係から、デバイスの長さ方向に沿ったドーパント
    不純物濃度(N)のプロフィルを求める、ことを特徴
    とする不純物濃度のプロフィルを求める方法。
  4. 【請求項4】 内部キャパシタンス(C)を有する半導
    体デバイス、例えば高電圧で使用されるラテラル拡散形
    の金属酸化物半導体トランジスタ(HVLDMOS)の
    長さ方向に沿った点でドーパント不純物濃度(N)を
    求める方法において、 デバイスのアバランシェブレークダウン開始までの広い
    範囲で可変の電圧(V)をデバイスに逆方向でバイアス
    するステップと、 デバイスの長さ方向に沿って放射エネルギビームでスキ
    ャンして、デバイス中に誘導電流の信号を発生させるス
    テップと、 該誘導電流の信号を用いて相応の電圧(V)に対する空
    乏層幅(W)を測定するステップと、 上記のステップを異なるバイアス電圧で反復して、一連
    の電圧(V)と相応の空乏層幅(W)との関係を定める
    ステップと、 電圧(V)、空乏層幅(W)、キャパシタンス(C)、
    ドーパント濃度(N)の間の相関関係から、デバイス
    の長さ方向に沿った点での相応のドーパント濃度
    (N)を求めるステップとを有する、ことを特徴とす
    るドーパント不純物濃度を求める方法。
  5. 【請求項5】 デバイスはシリコンオンインシュレータ
    (SOI)技術における低減された表面電界の原理(R
    ESURF)を用いて製造された高電圧で使用されるラ
    テラル拡散形の金属酸化物半導体トランジスタ(HVL
    DMOS)であり、キャパシタンスは実質的に誘電的に
    分離された基板から生じる基板酸化物層(MOS)のキ
    ャパシタンスと空乏層のキャパシタンスとから成る、請
    求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 内部キャパシタンス(C)を有する半導
    体デバイス、例えば高電圧で使用されるラテラル2重拡
    散形の金属酸化物半導体トランジスタ(HVLDMO
    S)の長さ方向に沿った点でドーパント不純物濃度(N
    )を求める方法において、 広い範囲で可変の電圧(V)をデバイスに逆方向でバイ
    アスするステップと、 デバイスの長さ方向に沿って放射エネルギビームでスキ
    ャンして、デバイス中に誘導電流の信号を発生させるス
    テップと、 該誘導電流の信号を用いて相応の電圧(V)に対するデ
    バイス中の空乏層幅(W)を測定するステップと、 上記のステップを異なるバイアス電圧で反復して、一連
    の電圧(V)と相応の空乏層幅(W)との関係を定める
    ステップと、 電圧(V)、空乏層幅(W)、キャパシタンス(C)、
    ドーパント濃度(N)の間の相関関係から、デバイス
    の長さ方向に沿った点での相応のドーパント濃度
    (N)を求めるステップとを有し、 前記測定ステップでは誘導電流の信号は空乏層幅(W)
    の内部で一般的に高い一定の値を有しており、空乏層幅
    の外側では一般的にゼロに低下し、空乏層幅(W)はバ
    イアスされる電圧(V)が増大するにつれて増大する、
    ことを特徴とする不純物濃度を求める方法。
  7. 【請求項7】 デバイスはシリコンオンインシュレータ
    技術により低減された表面電界の原理(RESURF)
    を用いて製造された高電圧で使用されるラテラル拡散形
    の金属酸化物半導体トランジスタ(HVLDMOS)で
    あり、キャパシタンスは実質的に酸化物層のキャパシタ
    ンスと空乏層のキャパシタンスとから成り、濃度
    (N)を表す数学的な式を濃度について反復してドー
    パント濃度(N)を計算する、請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 ドーパント濃度をプロフィルし、該プロ
    フィルを用いてトランジスタを作成するための設計プロ
    セスおよび製造プロセスを、最適なコストおよびパフォ
    ーマンスが達成されるように迅速に監視および/または
    変更する、請求項6記載の方法。
JP11084550A 1998-03-27 1999-03-26 半導体デバイス中のド―パント不純物濃度の非破壊測定方法 Withdrawn JPH11340293A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US7972098P 1998-03-27 1998-03-27
US60/079720 1998-03-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11340293A true JPH11340293A (ja) 1999-12-10

Family

ID=22152368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11084550A Withdrawn JPH11340293A (ja) 1998-03-27 1999-03-26 半導体デバイス中のド―パント不純物濃度の非破壊測定方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6294919B1 (ja)
EP (1) EP0945734A3 (ja)
JP (1) JPH11340293A (ja)
KR (1) KR19990078175A (ja)
CN (1) CN1243948A (ja)
TW (1) TW429321B (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006500773A (ja) * 2002-09-23 2006-01-05 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 拡散層の横方向拡散の測定
JP2006093257A (ja) * 2004-09-22 2006-04-06 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体素子の微小領域の電気物性測定方法
JP2013174477A (ja) * 2012-02-24 2013-09-05 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 検査装置および検査方法
WO2014129377A1 (ja) * 2013-02-19 2014-08-28 浜松ホトニクス株式会社 電界集中位置観察装置および電界集中位置観察方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6897440B1 (en) * 1998-11-30 2005-05-24 Fab Solutions, Inc. Contact hole standard test device
JP3749107B2 (ja) * 1999-11-05 2006-02-22 ファブソリューション株式会社 半導体デバイス検査装置
JP3874996B2 (ja) * 2000-05-30 2007-01-31 ファブソリューション株式会社 デバイス検査方法および装置
JP3847568B2 (ja) * 2001-03-01 2006-11-22 ファブソリューション株式会社 半導体装置製造方法
JP4738610B2 (ja) 2001-03-02 2011-08-03 株式会社トプコン 基板表面の汚染評価方法及び汚染評価装置と半導体装置の製造方法
JP3913555B2 (ja) 2002-01-17 2007-05-09 ファブソリューション株式会社 膜厚測定方法および膜厚測定装置
US6815950B2 (en) * 2002-07-24 2004-11-09 Schlumberger Technology Corporation J-spectroscopy in the wellbore
TW200741892A (en) * 2006-03-02 2007-11-01 Volterra Semiconductor Corp A lateral double-diffused MOSFET (LDMOS) transistor and a method of fabricating
US9103659B1 (en) * 2014-02-27 2015-08-11 Tsmc Solar Ltd. Method and system for junction depth identification for ultra shallow junctions
CN103943531A (zh) * 2014-04-22 2014-07-23 上海华力微电子有限公司 在线监控锗硅工艺中自掺杂硼浓度的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6047665B2 (ja) * 1981-01-29 1985-10-23 富士通株式会社 スタティック半導体メモリ
US4827212A (en) * 1988-01-20 1989-05-02 Semitest, Inc. Noninvasive method and apparatus for characterization of semiconductors
US5413942A (en) * 1989-03-14 1995-05-09 Yeda Research And Development Co. Ltd. Monolithic electronic structures
JPH06151538A (ja) * 1992-02-03 1994-05-31 Leo Giken:Kk 半導体ウエハの評価方法及びその装置
JPH08152724A (ja) * 1994-11-30 1996-06-11 Hodogaya Chem Co Ltd 電子写真用感光体

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006500773A (ja) * 2002-09-23 2006-01-05 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 拡散層の横方向拡散の測定
JP2006093257A (ja) * 2004-09-22 2006-04-06 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体素子の微小領域の電気物性測定方法
JP2013174477A (ja) * 2012-02-24 2013-09-05 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 検査装置および検査方法
WO2014129377A1 (ja) * 2013-02-19 2014-08-28 浜松ホトニクス株式会社 電界集中位置観察装置および電界集中位置観察方法
JPWO2014129377A1 (ja) * 2013-02-19 2017-02-02 浜松ホトニクス株式会社 電界集中位置観察装置および電界集中位置観察方法
US9733297B2 (en) 2013-02-19 2017-08-15 Hamamatsu Photonics K.K. Electric field concentration location observation device and electric field concentration location observation method

Also Published As

Publication number Publication date
US6294919B1 (en) 2001-09-25
CN1243948A (zh) 2000-02-09
KR19990078175A (ko) 1999-10-25
EP0945734A3 (en) 1999-12-01
EP0945734A2 (en) 1999-09-29
TW429321B (en) 2001-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5216362A (en) Contactless technique for measuring epitaxial dopant concentration profiles in semiconductor wafers
US4812756A (en) Contactless technique for semicondutor wafer testing
US6395437B1 (en) Junction profiling using a scanning voltage micrograph
US6346821B1 (en) Method for nondestructive measurement of minority carrier diffusion length and minority carrier lifetime in semiconductor devices
JPH11340293A (ja) 半導体デバイス中のド―パント不純物濃度の非破壊測定方法
Schroder Contactless surface charge semiconductor characterization
US6265890B1 (en) In-line non-contact depletion capacitance measurement method and apparatus
CN102522386A (zh) 栅氧化层界面陷阱密度测试结构及测试方法
US6514778B2 (en) Method for measuring effective gate channel length during C-V method
MacDonald et al. Direct measurement of the depletion layer width variation vs applied bias for ap‐n junction
US20070273400A1 (en) Apparatus and Method for Electrical Characterization of Semiconductors
US7405580B2 (en) Self-calibration in non-contact surface photovoltage measurement of depletion capacitance and dopant concentration
TWI601213B (zh) 應用於半導體裝置之形成淺接面的方法
EP1610373A2 (en) Method and apparatus for determining generation lifetime of product semiconductor wafers
JP2609728B2 (ja) Mis界面評価法及び装置
US6664797B1 (en) Method for profiling semiconductor device junctions using a voltage contrast scanning electron microscope
KR20200025797A (ko) 반도체 재료의 도핑농도 측정방법 및 이를 이용한 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체
US20080182347A1 (en) Methods for monitoring ion implant process in bond and cleave, silicon-on-insulator (SOI) wafer manufacturing
JP3766261B2 (ja) 走査型静電容量顕微鏡による測定方法および測定装置
Sorge Non-quasistatic simultaneous HF/LF-CV measurements for rapid characterization of MOS structures
US6836134B2 (en) Apparatus and method for determining leakage current between a first semiconductor region and a second semiconductor region to be formed therein
JP2977172B2 (ja) 半導体の特性測定方法
Yarling et al. Uniformity mapping in ion implantation
Stacey et al. Using surface charge analysis to characterize the radiation response of Si/SiO/sub 2/structures
Bonzi et al. Doping profile extraction for predictive modeling of Single Photon Avalanche Diodes

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060606