JPS5951134B2 - 半導体デバイス誘起電流観測装置 - Google Patents
半導体デバイス誘起電流観測装置Info
- Publication number
- JPS5951134B2 JPS5951134B2 JP56015784A JP1578481A JPS5951134B2 JP S5951134 B2 JPS5951134 B2 JP S5951134B2 JP 56015784 A JP56015784 A JP 56015784A JP 1578481 A JP1578481 A JP 1578481A JP S5951134 B2 JPS5951134 B2 JP S5951134B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- induced current
- charged particle
- depth
- particle beam
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、荷電粒子走査によつて得られる誘起電流像を
とらえ、かつ半導体デバイスの動作を精密に画像化する
半導体デバイス誘起電流観測装置に関するものである。
とらえ、かつ半導体デバイスの動作を精密に画像化する
半導体デバイス誘起電流観測装置に関するものである。
従来、この種装置は第１図に示すように構成されている
。
。
すなわち、同図中１はその出力力功口速電極９に加えら
れる加速電源、２は電子光学系制御ユニットで、電子銃
軸合コイル１０、コンデンサレンズ１１、１４、レンズ
軸合コイル１２及び対物レンズ１６等に適宜の信号を送
りカソード７から試料ステージ２０に向う荷電粒子１７
の運動を制御するものである。３は水平偏向掃引信号発
生器でその出力側は偏向コイル１５に接続され、また水
平偏向同期信号５をＣＲＴディスプレイ４に送るように
なつている。
れる加速電源、２は電子光学系制御ユニットで、電子銃
軸合コイル１０、コンデンサレンズ１１、１４、レンズ
軸合コイル１２及び対物レンズ１６等に適宜の信号を送
りカソード７から試料ステージ２０に向う荷電粒子１７
の運動を制御するものである。３は水平偏向掃引信号発
生器でその出力側は偏向コイル１５に接続され、また水
平偏向同期信号５をＣＲＴディスプレイ４に送るように
なつている。
６は増幅器で半導体デバイス試料１９に生じた電流を検
出して増幅し、それをＣＲＴディスプレイ４に送るもの
である。
出して増幅し、それをＣＲＴディスプレイ４に送るもの
である。
また、８はウエネルト、１８は鏡筒外形である。しかし
て上記装置においては、荷電粒子１７の加速用高圧電源
１を半固定的に設定し、非連動的に該加速電圧値に対し
て電子光学系（１０〜１４及び１６）を制御ユニット２
を用いて調節することにより焦点、軸合せ等を行い、該
荷電粒子１７を半導体デバイス試料１９上に照射するよ
うに構成されていた。そして該半導体デバイス１９の動
作状態を画像として得るには、偏向コイル１５により該
荷電粒子１７を該試料１９に照射しながら第２図中矢印
２６のように水平方向に走査し、該試料１９内で発生す
る電子正孔対２２により外部回路に流れる誘起電流を増
幅器６を通じてデイスプレイ４に入力し、偏向走査と同
期表示する。該゜誘起電流は該電子正孔対２２が空乏層
領域２４の拡散距離内にあるときのみ、空乏層電界によ
る収集作用を受け流れるので、該半導体デバイス試料１
９の空乏層コントラストが像としてあられれるものであ
る。門 なお、第２図中２１は半導体デバイス試料１９
の表面の一部に設けられた誘起電流を検出するための金
属膜、２３はＰ型領域、２５はＮ型領域、２７は半導体
デバイス試料１９表面の酸化物薄膜である。
て上記装置においては、荷電粒子１７の加速用高圧電源
１を半固定的に設定し、非連動的に該加速電圧値に対し
て電子光学系（１０〜１４及び１６）を制御ユニット２
を用いて調節することにより焦点、軸合せ等を行い、該
荷電粒子１７を半導体デバイス試料１９上に照射するよ
うに構成されていた。そして該半導体デバイス１９の動
作状態を画像として得るには、偏向コイル１５により該
荷電粒子１７を該試料１９に照射しながら第２図中矢印
２６のように水平方向に走査し、該試料１９内で発生す
る電子正孔対２２により外部回路に流れる誘起電流を増
幅器６を通じてデイスプレイ４に入力し、偏向走査と同
期表示する。該゜誘起電流は該電子正孔対２２が空乏層
領域２４の拡散距離内にあるときのみ、空乏層電界によ
る収集作用を受け流れるので、該半導体デバイス試料１
９の空乏層コントラストが像としてあられれるものであ
る。門 なお、第２図中２１は半導体デバイス試料１９
の表面の一部に設けられた誘起電流を検出するための金
属膜、２３はＰ型領域、２５はＮ型領域、２７は半導体
デバイス試料１９表面の酸化物薄膜である。
しかるに、このような従来構成では、加速電圧の半固定
性故に該荷電粒子１７による該半導体デバイス１９の走
査は水平方向のみに限られ、デバイス深さ方向に該荷電
粒子を侵入せしめる走査により、該デバイス深さ方向の
情報を得、画像として該深さ方向のコントラストを描き
出すことは困難であつた。
性故に該荷電粒子１７による該半導体デバイス１９の走
査は水平方向のみに限られ、デバイス深さ方向に該荷電
粒子を侵入せしめる走査により、該デバイス深さ方向の
情報を得、画像として該深さ方向のコントラストを描き
出すことは困難であつた。
また該デバイスの該深さ方向の動作状態を観察するため
に、該試料をへき開し、その断面を露出させ、直接水平
方向走査により画像に描き出す方法が従来から行われて
いるが、必然的に該試料１９の破壊を伴う点が欠点であ
つた。本発明はこれらの欠点を除去するために荷電粒子
の加速電圧を可変にし、半導体デバイス試料の深さ方向
に該荷電粒子を侵入せしめる走査を行い、発生する誘起
電流に適切な画像信号処理を施し、該デバイス深さ方向
の動作状態を歪なく画像化する半導体デバイス誘起電流
観測装置を提供することを目的とするものであり、以下
図面について本発明を説明する。第３図は本発明にかか
る半導体デバイス誘起電流観測装置の実施例を示すもの
で、本発明においては可変加速高圧電源３Ｌ加速電圧掃
引発生器３０、補正機構付電子光学系制御ユニツト３２
及．び画像信号処理回路２８を設けた点に主として特徴
を有している。
に、該試料をへき開し、その断面を露出させ、直接水平
方向走査により画像に描き出す方法が従来から行われて
いるが、必然的に該試料１９の破壊を伴う点が欠点であ
つた。本発明はこれらの欠点を除去するために荷電粒子
の加速電圧を可変にし、半導体デバイス試料の深さ方向
に該荷電粒子を侵入せしめる走査を行い、発生する誘起
電流に適切な画像信号処理を施し、該デバイス深さ方向
の動作状態を歪なく画像化する半導体デバイス誘起電流
観測装置を提供することを目的とするものであり、以下
図面について本発明を説明する。第３図は本発明にかか
る半導体デバイス誘起電流観測装置の実施例を示すもの
で、本発明においては可変加速高圧電源３Ｌ加速電圧掃
引発生器３０、補正機構付電子光学系制御ユニツト３２
及．び画像信号処理回路２８を設けた点に主として特徴
を有している。
なお、他の構成は第１図に示したものと実質的に同一で
あるために対応する部分には同じ符号を用いてある。
あるために対応する部分には同じ符号を用いてある。
しかして本発明を動作させるには、カソード７を出発し
た荷電粒子１７を偏向コイル１５により水平走査を行つ
て半導体デバイス１９上に照射すると同時に、該偏向コ
イル１５を駆動する水平偏向信号発生器３の出力に同期
して一定周波数、振幅の加速電圧を該加速電圧掃引発生
器３０により該加速高圧電源３１を制御し印加する。
た荷電粒子１７を偏向コイル１５により水平走査を行つ
て半導体デバイス１９上に照射すると同時に、該偏向コ
イル１５を駆動する水平偏向信号発生器３の出力に同期
して一定周波数、振幅の加速電圧を該加速電圧掃引発生
器３０により該加速高圧電源３１を制御し印加する。
一般に加速電圧の走査に伴い電子光学系（９〜１２，１
４〜１６）の制御において、荷電粒子１７の軸、水平偏
向度、焦点、ビーム電流量等の適正値からの偏差が発生
し、該偏差が零になるよう電子光学系を設計することは
困難であるが、加速電圧変化に対し、電子光学系の補正
データを事前に用意し、該データにより該電子光学系の
補正制御を行い、該偏差を零に規制することは理論的に
可能である。例えば偏向度は加速電圧の平方根に逆比例
するので該逆補正を加えればよい。本実施例では加速電
圧掃引発生器３０に補正機構付電子光学系制御ユニツト
３２を連動させ、この制御ユニツト３２の内部で該補正
データによる自動電子光学系制御を行い、該偏差の規制
を行つている。半導体デバイス試料１９に照射された荷
電粒子１７により該試料１９中に発生する電子正孔対２
２は第４図に示すように球状の分布を示し、その侵入深
さＲは次の式でよ＜近似できることが文献に報告されて
いる。（文献：Ｋａｎａｙａ，Ｋ．ａｎｄＯｋａｙａｍ
ａ，Ｓ．（ １９７０）、ＩｎＭｉｃｒＯｓｃＯｐｉｅ
ＥｌｅｃｔｒＯｎｉｑｕｅｌ９７Ｏ，ＧｒｅｎＯｂｌｅ
，ｌ５９− １６０、ＳＯｃ．Ｆｒａｍ、ＭｉｃｒＯｓ
．ＥｌｅｃｔｒＯｎ，Ｐａｒｉｓ）３− （ＩＴυ．ン
１０△１υ Ｍι／３（Ｃｍ）ここにＶ：加速電圧（ボ
ルト）Ｚ：原子番号Ａ：原子量 ρ ：密度従つて本装
置においては、加速電圧を走査することにより、荷電粒
子により発生する該電子正孔の侵入深さを自由に制御す
ることが可能になり、デバイス深さ方向の走査と矢印２
６で示す水平方向の走査を第４図のように組合せたとき
発生する・該デバイス深さ方向の情報を含んだ誘起電流
をとらえ、ＣＲＴデイスプレイ４に入力することで画像
表示を行うことができる。
４〜１６）の制御において、荷電粒子１７の軸、水平偏
向度、焦点、ビーム電流量等の適正値からの偏差が発生
し、該偏差が零になるよう電子光学系を設計することは
困難であるが、加速電圧変化に対し、電子光学系の補正
データを事前に用意し、該データにより該電子光学系の
補正制御を行い、該偏差を零に規制することは理論的に
可能である。例えば偏向度は加速電圧の平方根に逆比例
するので該逆補正を加えればよい。本実施例では加速電
圧掃引発生器３０に補正機構付電子光学系制御ユニツト
３２を連動させ、この制御ユニツト３２の内部で該補正
データによる自動電子光学系制御を行い、該偏差の規制
を行つている。半導体デバイス試料１９に照射された荷
電粒子１７により該試料１９中に発生する電子正孔対２
２は第４図に示すように球状の分布を示し、その侵入深
さＲは次の式でよ＜近似できることが文献に報告されて
いる。（文献：Ｋａｎａｙａ，Ｋ．ａｎｄＯｋａｙａｍ
ａ，Ｓ．（ １９７０）、ＩｎＭｉｃｒＯｓｃＯｐｉｅ
ＥｌｅｃｔｒＯｎｉｑｕｅｌ９７Ｏ，ＧｒｅｎＯｂｌｅ
，ｌ５９− １６０、ＳＯｃ．Ｆｒａｍ、ＭｉｃｒＯｓ
．ＥｌｅｃｔｒＯｎ，Ｐａｒｉｓ）３− （ＩＴυ．ン
１０△１υ Ｍι／３（Ｃｍ）ここにＶ：加速電圧（ボ
ルト）Ｚ：原子番号Ａ：原子量 ρ ：密度従つて本装
置においては、加速電圧を走査することにより、荷電粒
子により発生する該電子正孔の侵入深さを自由に制御す
ることが可能になり、デバイス深さ方向の走査と矢印２
６で示す水平方向の走査を第４図のように組合せたとき
発生する・該デバイス深さ方向の情報を含んだ誘起電流
をとらえ、ＣＲＴデイスプレイ４に入力することで画像
表示を行うことができる。
この画像は、該半導体デバイスのプローバである該電子
正孔対の発生領域が、該侵入深さの増大と共に拡大する
ため、空間的に積分された情報が該誘起電流信号となり
、大幅に歪んだものとなる。該歪みは誘起電流信号の空
間微分操作と該電子正孔対領域拡大を考慮した適切な画
像信号変換処理を施すことによリ補正することが理論上
可能であり、本実施例のように該信号処理回路２８を付
加することで歪みのない空乏層コントラストの深さ方向
像をデイスプレイ上に画像表示することができる。また
該加速電圧変化に対して電子光学系の偏差規制の応答速
度は、該電子光学系を構成する電磁コイルにて決定され
、半導体の過渡現象をリアルタイムで追従することが困
難であるが、このような場合にも電子ビームブランキン
グ電極１３を用い照射ビームをパルス化し、過渡現象の
同一位相時にのみストロボ的に半導体試料を照射してそ
の誘起電流を検出することにより同一位相時の動作状態
を画像に再現でき、更にこの位相を一定速度でずらすな
らば時間変化の観測も可能になる。
正孔対の発生領域が、該侵入深さの増大と共に拡大する
ため、空間的に積分された情報が該誘起電流信号となり
、大幅に歪んだものとなる。該歪みは誘起電流信号の空
間微分操作と該電子正孔対領域拡大を考慮した適切な画
像信号変換処理を施すことによリ補正することが理論上
可能であり、本実施例のように該信号処理回路２８を付
加することで歪みのない空乏層コントラストの深さ方向
像をデイスプレイ上に画像表示することができる。また
該加速電圧変化に対して電子光学系の偏差規制の応答速
度は、該電子光学系を構成する電磁コイルにて決定され
、半導体の過渡現象をリアルタイムで追従することが困
難であるが、このような場合にも電子ビームブランキン
グ電極１３を用い照射ビームをパルス化し、過渡現象の
同一位相時にのみストロボ的に半導体試料を照射してそ
の誘起電流を検出することにより同一位相時の動作状態
を画像に再現でき、更にこの位相を一定速度でずらすな
らば時間変化の観測も可能になる。
本発明で用いた誘起電流のコントラストは空乏層の有無
のみならず、空間電荷の分布の情報も含まれ、適切な分
析機器を付加することにより定量的デバイス解析が可能
になる。更に空乏層内部において、電子正孔対発生率の
分布によるコントラストを検出することにより、結晶欠
陥の深さ方向分布を観察することもできる。なお、以上
のように本装置においては、平面方向および深さ方向掃
引により三次元的観察が可能なので、得られた画像情報
を適切なグラフイツク装置を付加入力することにより、
立体的デバイス動作像が得られることはいうまでもない
。
のみならず、空間電荷の分布の情報も含まれ、適切な分
析機器を付加することにより定量的デバイス解析が可能
になる。更に空乏層内部において、電子正孔対発生率の
分布によるコントラストを検出することにより、結晶欠
陥の深さ方向分布を観察することもできる。なお、以上
のように本装置においては、平面方向および深さ方向掃
引により三次元的観察が可能なので、得られた画像情報
を適切なグラフイツク装置を付加入力することにより、
立体的デバイス動作像が得られることはいうまでもない
。
以上説明したように、本装置は半導体デバイスの深さ方
向の空乏層状態、結晶欠陥の状態を非破壊的に画像化す
ることができ、コントラストを与える誘起電流信号もビ
ーム電流量に対し高い利得（−１０３）をもつのでＳＮ
が高く、加速電圧のステツプ巾の微小化で深さ方向の高
精度が期待できる。
向の空乏層状態、結晶欠陥の状態を非破壊的に画像化す
ることができ、コントラストを与える誘起電流信号もビ
ーム電流量に対し高い利得（−１０３）をもつのでＳＮ
が高く、加速電圧のステツプ巾の微小化で深さ方向の高
精度が期待できる。
また、すべての動作が電気的であるため、計算機を中心
とした自動化も容易である利点がある。以上の利点は以
下の分野、１） 自動化プロセスにおける拡散深さ、結
晶欠陥のモニタ２） 設計のツールとして用い、実験的
にＴＥＧのデバイス解析を行う。
とした自動化も容易である利点がある。以上の利点は以
下の分野、１） 自動化プロセスにおける拡散深さ、結
晶欠陥のモニタ２） 設計のツールとして用い、実験的
にＴＥＧのデバイス解析を行う。
３） 試作デバイスの不良箇所をモニタする。
等に応用した場合、特に有効と考えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来装置の説明図、第２図は従来装置による誘
起電流コントラストの説明図、第３図は本発明にかかる
半導体デバイス誘起電流観測装置の実施例、第４図は本
発明装置による誘起電流コントラストの説明図である。 １・・・・・・加速電圧電源、２・・・・・・電子光学
系制御ユニツト、３・・・・・・水平偏向掃引信号発生
器、４・・・・・・ＣＲＴデイスプレイ、５・・・・・
・水平偏向同期信号、６・・・・・・増幅器、７・・・
・・・カソード、８・・・・・・ウエネルト、９・・・
・・・加速電極、１０・・・・・・電子銃軸合コイル、
１１，１４・・・・・・コンデンサレンズ、１２・・・
・・・レンズ軸合コイル、１３・・・・・・ブランキン
グ電極、１５・・・・・・偏向コイル、１６・・・・・
・対物レンズ、１７・・・・・・荷電粒子、１８・・・
・・・鏡筒外形、１９・・・・・・半導体デバイス試料
、２０・・・・・・試料ステージ、２１・・・・・・金
属膜、２２・・・・・・電子正孔対発生領域、２３・・
・・・・Ｐ型領域、２４・・・・・・空乏層領域、２５
・・・・・・Ｎ型領域、２６・・・・・・水平走査方向
、２７・・・・・・酸化物薄膜、２８・・・・・・画像
信号処理回路、２９・・・・・・深さ方向コントラスト
を表わす信号、３０・・・・・・加速電圧掃引信号発生
器、３１・・・・・・可変加速電圧電源、３２・・・・
・・補正機構付電子光学系制御ユニツト。
起電流コントラストの説明図、第３図は本発明にかかる
半導体デバイス誘起電流観測装置の実施例、第４図は本
発明装置による誘起電流コントラストの説明図である。 １・・・・・・加速電圧電源、２・・・・・・電子光学
系制御ユニツト、３・・・・・・水平偏向掃引信号発生
器、４・・・・・・ＣＲＴデイスプレイ、５・・・・・
・水平偏向同期信号、６・・・・・・増幅器、７・・・
・・・カソード、８・・・・・・ウエネルト、９・・・
・・・加速電極、１０・・・・・・電子銃軸合コイル、
１１，１４・・・・・・コンデンサレンズ、１２・・・
・・・レンズ軸合コイル、１３・・・・・・ブランキン
グ電極、１５・・・・・・偏向コイル、１６・・・・・
・対物レンズ、１７・・・・・・荷電粒子、１８・・・
・・・鏡筒外形、１９・・・・・・半導体デバイス試料
、２０・・・・・・試料ステージ、２１・・・・・・金
属膜、２２・・・・・・電子正孔対発生領域、２３・・
・・・・Ｐ型領域、２４・・・・・・空乏層領域、２５
・・・・・・Ｎ型領域、２６・・・・・・水平走査方向
、２７・・・・・・酸化物薄膜、２８・・・・・・画像
信号処理回路、２９・・・・・・深さ方向コントラスト
を表わす信号、３０・・・・・・加速電圧掃引信号発生
器、３１・・・・・・可変加速電圧電源、３２・・・・
・・補正機構付電子光学系制御ユニツト。
Claims (1)
- １ 荷電粒子線を半導体デバイスに照射し、該荷電粒子
線に起因する前記デバイスの誘起電流を観測し、かつ荷
電粒子の速度を加速する高圧系出力の変化に伴つておこ
る前記荷電粒子線の偏向度及び焦点位置、軸合せ等の偏
差を補正機構付電子光学系制御ユニットを介し原理的に
零に規制する装置において、前記荷電粒子線を前記半導
体デバイス内に侵入せしめる深さを荷電粒子の速度を可
変する可変加速高圧電源を介して制御し、粒子偏向面内
の前記荷電粒子侵入深さを掃引しながら侵入に起因する
デバイス誘起電流の変化を観測することにより半導体デ
バイスの深さ方向構造を歪のない画像として描き出すこ
とを特徴とする半導体デバイス誘起電流観測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56015784A JPS5951134B2 (ja) | 1981-02-06 | 1981-02-06 | 半導体デバイス誘起電流観測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56015784A JPS5951134B2 (ja) | 1981-02-06 | 1981-02-06 | 半導体デバイス誘起電流観測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57130444A JPS57130444A (en) | 1982-08-12 |
| JPS5951134B2 true JPS5951134B2 (ja) | 1984-12-12 |
Family
ID=11898447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56015784A Expired JPS5951134B2 (ja) | 1981-02-06 | 1981-02-06 | 半導体デバイス誘起電流観測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5951134B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285512U (ja) * | 1985-11-20 | 1987-06-01 | ||
| JPS62135735U (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-26 | ||
| JPH02137427U (ja) * | 1989-04-20 | 1990-11-16 | ||
| JPH0358530U (ja) * | 1989-10-13 | 1991-06-07 | ||
| JPH0358531U (ja) * | 1989-10-13 | 1991-06-07 |
-
1981
- 1981-02-06 JP JP56015784A patent/JPS5951134B2/ja not_active Expired
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285512U (ja) * | 1985-11-20 | 1987-06-01 | ||
| JPS62135735U (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-26 | ||
| JPH02137427U (ja) * | 1989-04-20 | 1990-11-16 | ||
| JPH0358530U (ja) * | 1989-10-13 | 1991-06-07 | ||
| JPH0358531U (ja) * | 1989-10-13 | 1991-06-07 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57130444A (en) | 1982-08-12 |
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