JPS59178743A - 半導体中のキヤリア濃度プロフアイルの測定法 - Google Patents

半導体中のキヤリア濃度プロフアイルの測定法

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JPS59178743A
JPS59178743A JP5273383A JP5273383A JPS59178743A JP S59178743 A JPS59178743 A JP S59178743A JP 5273383 A JP5273383 A JP 5273383A JP 5273383 A JP5273383 A JP 5273383A JP S59178743 A JPS59178743 A JP S59178743A
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JP
Japan
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measured
admittance
schottky
calculated
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Pending
Application number
JP5273383A
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English (en)
Inventor
Mayumi Hirose
広瀬 真由美
Yasuo Igawa
井川 康夫
Akimichi Hojo
北條 顕道
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • 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

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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はC−v法による半導体中の導電層のキャリア摸
度プロファイル測定法に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
GaAs FETや集積回路の製造では、 FETのし
きい値電圧Vtnの制御が重要なポイントとなるが、期
待するvthを実現させるためには導電層のキャリア濃
度グロファイルを正しく知らなければならない。そのた
めの方法としては非破壊法でめるC −V法が一般的で
ある。
従来、C−V法キャリア濃度グロファイル測定はアドミ
タンス又はインピーダンスの容量成分のバイアス依存性
を測定して、次のような式から深さXでのキャリア濃度
N(x)を求めてきた。
εS ・・・・・・・・・・(1) 3 N(x)−7c −・・・・・・・・・・・・・・・(
21qε濱四−) C:アドミタンス又はインピーダンスの容量成分■:バ
イアス電圧 ε:誘電率 S:ショットキ接合の面積 q:電荷量 第1図(a)〜(ロ))は半絶縁性GaAs基板にSi
+をイオン注入(150KeV、ドーズ量2.5X10
 671L  )して形成した導電層にA7 Kよる直
径1間の円形ショソトキ接合を設けた試料に対し、従来
のC−V法によりプロファイルを求めたものである。同
一の試料について10 KH,zからI Ml(Zまで
の各周波数により測定したC−Vの−J”−夕から、(
1)、(2)式を用いてプロファイルを求めると、第1
図のように測定周波数により差異が生じる。このように
、従来法では正確なプロファイルが得られない。尚第1
図において、(a)が10 KHz s (b)が20
 KHz * (c)が40KHz、 (d)が100
 K)Iz * (e)が200 IG(z 、 (f
)が400ん(z、(g)が1■(2の場合である。
第1図のプロファイルからしきい値電圧を予測すると第
1表のようになる。
第1表 分布の広がりはキャリア濃度が(ピーク値)/(自然対
数値)となる深きの値とピーク位置の差である。
この第1表の測定周波数1. OIGJ−z、のプロフ
ァイルからは−3,740V 、 100 KH’、z
では一3728V。
11vII(zでは−3,274Vとなり予測1直は測
定周波数によって大きく異なり、その差異はGaAsI
Cを実現するのに必要なりth許容変動幅を上回る。こ
のため従来のC−V法によるギヤリア濃度プロファイル
を用いてはそのプロファイルからPETのvthを予測
し、それに基づいて所望のvthを実現すべくP″ET
又はiCの製造工程におけるプロセス条件全決定するこ
とは極めて困難なのである。現在までのところ、特にG
aAs半絶縁性基板中にイオン圧入Vこよって形成した
4電層のギヤリア濃度プロファイルはウェーハ毎に異な
り、その挙動は予測困難である。そのため、こうした導
電層を用いたFETのvthを期待する値となるように
得るために、4電層を形成した後、その後のプロセス条
件を決定スる必要がある。従来のC−V法によるキャリ
ア良度グロファイル測定ではこれが困難であり、GaA
s ICの製造歩留りを極めて低くしてし゛まうという
不都合を生じさせていた。
〔発明の目的〕
本発明は従来法の前述のような欠点に鑑み、正しくキャ
リアプロファイルを求める方法を提供することを目的と
する。これにより、導電層中につくられたP″ETのv
thを正しく予測し、期待するvthを実現させるだめ
のプロセス条件を正確に決定することを可能にきせるも
のである。
〔発明の概要〕
第1図(a)〜(g)にみられるような測定周波数によ
るプロファイルのずれで明らかとなった従来法の不正確
さは導電層の抵抗成分によって正しく接合容量が求1ら
ない事が原因である。半絶縁性GaA、s基板中につく
られた導電層上に形成したショットキダイオードの接合
容量測定に際しては、導電層側に電極取り出し位置をと
るという制約があり、なおかつ導電層が薄いだめ、抵抗
成分の影響が大きくなる。そこでこの抵抗成分を加味し
た接合のモデルを作り、被測定試料のアドミタンス又は
インピーダンスの抵抗成分、@−量酸成分両側定値から
接合容量を計算により求め、この値を用いてより正しく
キャリアプロファイルを不めた。具体的には接合モデル
としてRCネットワークを考え、接合容量の計算はモデ
ルから計算されるアドミタンスと測定値として得られる
アドミタンスのそれぞれの実数成分、虚数成分の比の値
を比較することにより、接合容量の価を求めた。
〔発明の効果〕
本発明を用いると、従来法よりも正しくキャリアプロフ
ァイルが得られる。このことは次の点から明らかとなっ
た。
(1)測定周波数を変化しても一定のプロファイルが得
られた。
(2)本発明を用いて得たプロファイルから、この導電
層上にFETをつくった場合のVtnを予測すると、従
来法で求めた場合よりも、より正確VC実測値を予測し
た。
また本発明を用いて正しくプロファイルを求め、vth
を正確に予測した結果、その後のプロセスを正しく決定
できる効果が絶大であった。
〔発明の実施例〕
以下に本発明を実施例を示しながら具体的に詳しく説明
する。
半絶縁性GaAs基板上につくられた導電層の上にショ
ットキ接合を設けたモデルとして第2図のようなRCネ
ットワークを考える。第2図の21は半絶縁性GaAs
基板、22は活性層23はオーミック電極、24はショ
ットキ電極、15は微小容量、26はシリーズ抵抗であ
る。このモデルは文献例えばWI LEY 、 IEE
E Trans、 EJ!ectron L)evic
e 、voaED−25,pL317(1978)に示
される通りすでに提案されており、このモデルのアドミ
タンスをYkとすると、 YkはKelvin関数を用
いて次のように表わされる。
Yk =    (At + jAz )      
・ ・・・・・・(3)41心e A・−5°゛3゛°)b°゛″゛曹曽史川9・・用・・
・(4)ber2(xa)+bei2(xa) ここで xa−石−7震「     ・・・・・・・・(6)R
e  二 □              ・・ ・ 
・(力8πδ W:角周波数 C:真の空乏層の容量 ρ:チャど・ルの平均抵抗率 ρ:チャネルの厚さ 上式からはC、Reが既知の場合にアドミタンスYkを
求めることはできるが、逆にYkが既知の場合にCを解
析的に求めることはできかい。そのため上記文献におい
ては、測定グロファイルの定性的議論をするにとどけっ
ており、丁”ETのvth予測ができるような正確なグ
ロファイルを求める手段を提供していなかった。
発明者らはアドミタンスを知ってCの値を求める割算手
法を新たに確立した。
すなわち被測定系を第3図のような等価回路としてアド
ミタンスを測定し、以下に述べるようにCの値を求める
。第3図において、31は容量−132は抵抗でその伝
導度をSmとする。この等価回路のアドミタンスYmは
角周波数Wを用いてYm = Sm 十jwCm   
    ・・・・・・・・・・・(8)で表わされる。
第2図のRCネットワークのモデルを第3図の等価回路
で測定した場合、 Yk = Ym          ・・・・・・・(
9)であるから、 Ykの実数部をRk 、虚数部分を
Ikとすると Rk =   AI = Sm     −−−・・(
+O)Re である。Rk、Ikは上式に示されるように未知数Re
を含むため、直接測定値と比較することはできない。し
かしI k / Rkをとるととなり、wCm/Smと
の比較が可能となる。そこで本発明の実施例ではI k
/Rkを用いて次のように接合容量Cを求めた。
I k/Rkは2つの未知数ReとCを含むRewCと
いう量と第4図のように1対1対応をする。そこでまず
、 wCrn/ S m = I k/Rk   ・・・−
=(13)となるRewCの値、ぎい変えればXaO値
を、xaを変化させ鬼から数値計算のくり返しによシ求
める。職を満たすxaの値をXaSとすtしばこのXa
+  。
に対するIkが となることがらReは と求めることができる。よって接合容量Cの値は(6)
式から で求められる。以上の手続きを測定した全てのデ−タに
ついて行ない、その結果として得られたCの値を用いて
(11、(2+式から、プロファイルを求めるというの
が本発明の実施例におけるプロファイル測定法である。
つまり本発明においては、ショットキダイオードの測定
を容量成分のみ行なうのではなく、複素数アドミタンス
又はインピーダンスとしてその実数成分、虚数成分の両
者を測定し、計算により接合容量を求めるという点が従
来法になかった新たな特徴である。
上述のような数値計算には多くのデータと計算が必要と
なるが、自動測定システムを用いれば簡単に天性できる
。本実施例においてはイじ正を実行するだめのデータを
第5図のような自動測定システムから得た。51はデス
クトップコンピュータは52.53.54はそれぞれD
/Aコンバータ、デジタルボルトメータ、  LCRメ
ータ、55はブロックである。D/Aコンバータはテス
クドッグコンピュータの命令をIEEE−488バス5
6を介して受けて、被測定試料のバイアス電圧を発生し
、被測定試料57であるショットキダイオードに印加さ
れるとともにデジタルボルトメータにょシ当篭圧が正確
に測定され、そのデータがIEEE−488バスを介し
てコンピュータに送られる。一方LCRメークによって
試料のアドミタンス測定が行なわれ、そのデータはIE
EE−488バスを介してコンビコータに送られる。こ
れらバイアス電圧、アドミタンスの測定データをもとに
デスクトップコンビコータがプロファイル計算を行ない
ブロックに出力する。
第6図(a)〜(g)は第1図の(a)〜(g)と全く
同じ試料に対して、本発明による修正法を使って得られ
たプロファイルである。異なる測定周波数で得たデータ
からのプロファイルが第1図の(a)〜(g)に比べて
よく一致しており、このことは抵抗成分の影響が除かれ
て、より正しくプロファイルが得られたことを示してい
る。第6図において、(a)は101GIz(b)は2
0 KHz 、 (c)は401’G(z 、 (d)
は100 KHz 、 (e)は2001Giz 、 
(f)は400 K)lz 、 (g)はI MHzの
賜金である。
従来法と本修正法で測定周波数400 )GHzでのプ
ロファイルを求め、それぞれからvthを予測すると第
2衣のようになる。
第2表 !を未洗では−3,420Vであるのに対し、本発明に
ン ″よる方法を用いると−3,779Vである。一方尚シ
ョソトキダイオードの近傍に、ショットキダイオードと
同様のキャリア濃度プロファイルとなる導電層上につく
られたF’ETについてvthを測定したところ、−3
,78Vであり、本発明によるギヤリア濃度プロファイ
ル測定から予測される値に極めて近いことが示された。
以上のように本発明によればより正しくプロファイルを
求めることができ、これによってvthを正しく予測で
@、vthを正確に制御することかできる。
〔発明の他の実施例〕
本発明はモデル回路のシリーズ抵抗とオーミック電極の
間に抵抗を付加したモデルについても同様にその効果を
発揮することかできる。又GaAs以外の絶縁性基板中
につくられた導電層の評価にも応用できる。本発明の実
施においては測定データを容量と抵抗の並列回路で得た
が、直列回路のデータとしても同様であることは言うま
でもない。
又、本発明の実施例以外の計算手法により被測定ショッ
トキダイオードのアドミタンス測定値から接合容量を求
めても同様の効果が期待できる。
本発明はアドミタンスの実数部分、虚数部分の・両測定
データから被測定試料の抵抗成分の効果金除去して接合
容量を求めることができるという点が基本だからである
【図面の簡単な説明】
、h31図は半絶縁性GaAs基板中につくられた導電
層の上にショットキ接合を設けた試料に対し、従来のc
−v′を子濃度プロファイル測定を10 KHzから1
NlIl(zの測定周波数で行なっだ場合の曲線図、第
2図は本発明の一実施例における接合容量計算に用いら
れた半絶縁性GaAs基板中につくられた導電層にショ
ットキ接合を設けた場合のRCネットワークモデルを示
す図、第3図は試料のアドミタンスを測定する際の等価
回路図、第4図はRCネットワークモデルから算出され
るアドミタンスのRevtCに対する実数部分Rkと辺
数部分Ikの比Ik/RkとIk−Re 、 Rk・R
eの関係と示した図、第5図は本発明によるキャリア偵
度プロファイル測定を実行するだめの自動測定システム
を示す図、第6図は第1図と同じ試料に対し本発明の方
法によシプロファイルを得た結果を示す図である。 21:半絶縁性GaAs基板、22:活性層、23ニオ
−ミックは極、24:ンヨソトキ電極、25:微小容量
、26:シリーズ抵抗。 第  1  図 〆αT    (仄) 1               ’Σ第1図 ?T               ・bノ第1図 clept←y(7TI嘲cp−on、)□第  1 
 図 (5td) ρ、ρ   θ、f    p−2’    ムミ  
 ρ、q   θさ   ρ、6   ρ7deP+h
c笹ICトory)  −m−−−−4さ−aePth
<mrcrm> −一 第1図 第2図 第4図 第5図 1 第6図 dePth (m+ C%bry) −一一\dept
に(z+c+−oyc)  −一一一卆\ciepth
(y口Chox)   −一−−→シー第6図 aeptに(micron) −外 筒6図 clepth(micron) −子 弟 6

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体中のキャリア濃度プロファイル測定に際し、当導
    電層上に形成されたショットキダイオード又はp−n接
    合ダイオードのアドミタンス又はインピーダンスのバイ
    アス電圧依存性を測定し、その測定値の実数成分及び虚
    数成分の数値を用いキャリア酸度プロファイルの測定法
JP5273383A 1983-03-30 1983-03-30 半導体中のキヤリア濃度プロフアイルの測定法 Pending JPS59178743A (ja)

Priority Applications (1)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102809699A (zh) * 2012-08-24 2012-12-05 福建师范大学 溶液电导率测量涉及的电极分布电容动态测定方法

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