JPS61195336A - 半導体評価装置及び半導体評価方法 - Google Patents
半導体評価装置及び半導体評価方法Info
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- JPS61195336A JPS61195336A JP60037193A JP3719385A JPS61195336A JP S61195336 A JPS61195336 A JP S61195336A JP 60037193 A JP60037193 A JP 60037193A JP 3719385 A JP3719385 A JP 3719385A JP S61195336 A JPS61195336 A JP S61195336A
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- semiconductor crystal
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- incident
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
- G01N23/2251—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
- G01N23/2254—Measuring cathodoluminescence
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/28—Scanning microscopes
- H01J2237/2803—Scanning microscopes characterised by the imaging method
- H01J2237/2808—Cathodoluminescence
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、結晶表面に特定の入射角で電子線を照射する
ことにより発光するカソードルミネッセンスの空間分解
能、特に深さ方向の分解能を向上させ、半導体材料の結
晶欠陥や不純物分布の不均一性を精度よく評価する装置
及びその方法に関するものである。
ことにより発光するカソードルミネッセンスの空間分解
能、特に深さ方向の分解能を向上させ、半導体材料の結
晶欠陥や不純物分布の不均一性を精度よく評価する装置
及びその方法に関するものである。
（従来の技術）
従来、カソードルミネッセンスによる半導体材料の解析
は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や電子線マイクロアナ
ライザ（ＥＰＭＡ、Ｘ線マイクロアナライザともいう）
の付属機能として利用されているにすぎない。そのため
、試料台には、二次電子、反射電子あるいは特性Ｘ線を
検出するために使用する試料保持具が便宜的に用いられ
ている。
は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や電子線マイクロアナ
ライザ（ＥＰＭＡ、Ｘ線マイクロアナライザともいう）
の付属機能として利用されているにすぎない。そのため
、試料台には、二次電子、反射電子あるいは特性Ｘ線を
検出するために使用する試料保持具が便宜的に用いられ
ている。
ＳＥＭやＥＰＭＡでは電子線の入射角度を広い範囲にわ
たって精密に設定する必要がないため、このような装置
の試料台は試料に対する電子線の入射角度を任意の値に
精密に設定できる機能を備えていない。
たって精密に設定する必要がないため、このような装置
の試料台は試料に対する電子線の入射角度を任意の値に
精密に設定できる機能を備えていない。
ところで、数ｋｅＶ〜数１０ｋｅＶの電子線が固体試料
ターゲットに入射した場合、入射電子の固体試料ターゲ
ット内での拡散領域は第３図のようになることが知られ
ている。（副島啓義 博士論文（大阪大学１９７９年）
参照）。
ターゲットに入射した場合、入射電子の固体試料ターゲ
ット内での拡散領域は第３図のようになることが知られ
ている。（副島啓義 博士論文（大阪大学１９７９年）
参照）。
図において、
Ｒ：最大深さ
Ｒ１：最大エネルギーロス深さ
Ｒ３：完全拡散深さ
Ｒ＝：Ｒ＋を中心とする拡散半径
Ｒｗ二表面での横の拡がり
Ｒ５：有効深さ
ωｌ：入射直後に散乱される電子の９０％が含まれる角
度 ω２：入射直後に散乱される電子の９９％が含まれる角
度 Ｒ＝２．７６ＸＩＯ−” ＡＶ’ρ／ ｐ Ｚ”” ”
・・（１）（ただし、Ａ：原子量、ρ：密度、Ｚ：原子
番号。
度 ω２：入射直後に散乱される電子の９９％が含まれる角
度 Ｒ＝２．７６ＸＩＯ−” ＡＶ’ρ／ ｐ Ｚ”” ”
・・（１）（ただし、Ａ：原子量、ρ：密度、Ｚ：原子
番号。
Ｖ：入射電子エネルギー（ｅＶ））
Ｒｓ＝（１＋２γ−０，２１γ”）Ｒ／２ （１＋γ）
２・・・（２）γ＝０．１８７２”／３ ・
・・・・・・（３）Ｒ２＝Ｒ−Ｒ１・・・・・・（４） Ｒ３＝Ｒ／ （１＋γ） ・・・・
・・（５）Ｒｗ＝１．ｉ ｙＲ／ （ｔ＋ｙ）
・・・・・・（６）Ｒｓ ＝ Ａ Ｖ″１／４０
ρｚ ・・・・・・（７）（但し、ここ
ではＶはｋｅＶ） Ｒ１１ｓ ＝ （１＋２ｙ−０，２１’Ｉ” ） Ｒｓ
／２ （１＋ｙ） ”−・・（８）Ｒｓ２＝Ｒｓ−Ｒｓ
ｌ ・・・・・・（９）Ｒｓｗ＝
１．１ ｙＲｓ／ （１＋ｙ） −−（１０）（
Ｊ）５（Ｉｌｌ ＝１− （２βＸ０．９０／（１＋β
−０，９０） ） ・−・−・（１１）ｏｏｓω２＝
１− （２βＸ０．９９／（１＋β−０，９９） ）
・−・（１２）β＝５．４４Ｚψ／Ｖ （Ｖはｅ
Ｖ）−・・（１３）このモデルと計算式により、試料が
例えばＣ２Ａｊ２ｅ Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの場合について
計算すると、各寸法及び角度は次の第１表及び第２表の
ようになる。
２・・・（２）γ＝０．１８７２”／３ ・
・・・・・・（３）Ｒ２＝Ｒ−Ｒ１・・・・・・（４） Ｒ３＝Ｒ／ （１＋γ） ・・・・
・・（５）Ｒｗ＝１．ｉ ｙＲ／ （ｔ＋ｙ）
・・・・・・（６）Ｒｓ ＝ Ａ Ｖ″１／４０
ρｚ ・・・・・・（７）（但し、ここ
ではＶはｋｅＶ） Ｒ１１ｓ ＝ （１＋２ｙ−０，２１’Ｉ” ） Ｒｓ
／２ （１＋ｙ） ”−・・（８）Ｒｓ２＝Ｒｓ−Ｒｓ
ｌ ・・・・・・（９）Ｒｓｗ＝
１．１ ｙＲｓ／ （１＋ｙ） −−（１０）（
Ｊ）５（Ｉｌｌ ＝１− （２βＸ０．９０／（１＋β
−０，９０） ） ・−・−・（１１）ｏｏｓω２＝
１− （２βＸ０．９９／（１＋β−０，９９） ）
・−・（１２）β＝５．４４Ｚψ／Ｖ （Ｖはｅ
Ｖ）−・・（１３）このモデルと計算式により、試料が
例えばＣ２Ａｊ２ｅ Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの場合について
計算すると、各寸法及び角度は次の第１表及び第２表の
ようになる。
第１表 拡散領域の各Ｒ値（μｍ）（そのｌ）０ｋｅＶ
第１表 拡散領域の各Ｒ値（μｍ） （その２）１０ｋ
ｅＶ 第２表 拡散領域モデルに用いられる散乱角（度） （
その１）０ｋｅＶ 第２表 拡散領域モデルに用いられる散乱角（度）（そ
の２）１０ ｋ ｅＶ カソードルミネッセンスが生ずるためには電子のエネル
ギーが試料原子を電離させるための最小エネルギーＶｅ
より大きくなければならない。入射電子エネルギーｖＯ
がＶｅになるまでの拡散領域は（１）式のｖｓ／３の代
りに（ＶｏｓバーＶｅｓ／３）を、また（７）式のｖｌ
・７のかわりに（Ｖｏ”°７−Ｖｅ１°７）を用いれば
よい。
ｅＶ 第２表 拡散領域モデルに用いられる散乱角（度） （
その１）０ｋｅＶ 第２表 拡散領域モデルに用いられる散乱角（度）（そ
の２）１０ ｋ ｅＶ カソードルミネッセンスが生ずるためには電子のエネル
ギーが試料原子を電離させるための最小エネルギーＶｅ
より大きくなければならない。入射電子エネルギーｖＯ
がＶｅになるまでの拡散領域は（１）式のｖｓ／３の代
りに（ＶｏｓバーＶｅｓ／３）を、また（７）式のｖｌ
・７のかわりに（Ｖｏ”°７−Ｖｅ１°７）を用いれば
よい。
（発明が解決しようとする問題点）
結晶表面の幾何学的凹凸は、通常の保持具に試料を設置
して二次電子や反射電子を観察することによりその目的
を充分達成することができるが。
して二次電子や反射電子を観察することによりその目的
を充分達成することができるが。
カソードルミネッセンスにより結晶の完全性や添加不純
物の不均一性を調べる場合には、第３図のモデルからも
明らかなように電子線が試料の内部にまで深く侵入して
、これによる電子の拡散のための空間分解能が悪くなり
、１μｍ以下の表面層あるいは微小な領域の情報が得ら
れなかった。
物の不均一性を調べる場合には、第３図のモデルからも
明らかなように電子線が試料の内部にまで深く侵入して
、これによる電子の拡散のための空間分解能が悪くなり
、１μｍ以下の表面層あるいは微小な領域の情報が得ら
れなかった。
本発明は、カソードルミネッセンスの空間分解能を向上
させるために考えられたもので、試料保持台に精密なゴ
ーニオ装置を設置し、電子線の入射角を制御することに
より試料上の極表面のカソードルミネッセンスを観察で
きるようにすることを目的とするものである。
させるために考えられたもので、試料保持台に精密なゴ
ーニオ装置を設置し、電子線の入射角を制御することに
より試料上の極表面のカソードルミネッセンスを観察で
きるようにすることを目的とするものである。
（問題点を解決するための手段）
本発明装置はカソードルミネッセンスを観察することに
より半導体結晶を評価する装置において、試料を取りつ
ける試料保持具に電子線の入射角度を所望の値に精密に
設定できる機能を備えたゴーニオ装置を設置したもので
ある。
より半導体結晶を評価する装置において、試料を取りつ
ける試料保持具に電子線の入射角度を所望の値に精密に
設定できる機能を備えたゴーニオ装置を設置したもので
ある。
本発明方法は上記装置を用いて電子線の入射角をブラッ
グ反射の角度に設定するものであり、また、本発明方法
は電子線の入射角を低エネルギー損失効果（Ｌｏｗ １
ｏｓｓ効果）を満足する角度に設定するものである。
グ反射の角度に設定するものであり、また、本発明方法
は電子線の入射角を低エネルギー損失効果（Ｌｏｗ １
ｏｓｓ効果）を満足する角度に設定するものである。
（作用）
試料の特定の結晶面のブラッグ反射の角度で入射した電
子線はその結晶面で回折を起して試料から出射していく
ため、入射電子が試料内に深く侵入しなくなる。
子線はその結晶面で回折を起して試料から出射していく
ため、入射電子が試料内に深く侵入しなくなる。
低エネルギー損失効果とは、入射電子がターゲット試料
の原子と１回あるいは少数回の衝突しか行なわずに試料
から空間へ脱出していく現象であり、入射角が第（１１
）式で示されるωｌより小さいときに生ずる。したがっ
て、入射電子の侵入深さは入射電子の平均自由行程の３
倍程度以下である。
の原子と１回あるいは少数回の衝突しか行なわずに試料
から空間へ脱出していく現象であり、入射角が第（１１
）式で示されるωｌより小さいときに生ずる。したがっ
て、入射電子の侵入深さは入射電子の平均自由行程の３
倍程度以下である。
したがって、この場合にも入射電子の試料表面からの侵
入深さが浅くなる。
入深さが浅くなる。
（実施例）
第１図は本発明装置の一実施例を表わす。
１は入射電子線、２は観察される試料で、試料２はゴー
ニオ装置３に取りつけられている。このゴーニオ装置３
は入射電子線１に対する精密な角度調節と、試料２の面
内での精密な回転角調節が可能な二輪精密ゴーニオ装置
である。４は入射電子線１により励起されて発生したカ
ソードルミネッセンス、５は集光ミラー、６は集光され
たカソードルミネッセンスを検出する分光器である。ま
た。
ニオ装置３に取りつけられている。このゴーニオ装置３
は入射電子線１に対する精密な角度調節と、試料２の面
内での精密な回転角調節が可能な二輪精密ゴーニオ装置
である。４は入射電子線１により励起されて発生したカ
ソードルミネッセンス、５は集光ミラー、６は集光され
たカソードルミネッセンスを検出する分光器である。ま
た。
７は電子線信号、８は電子検出器、９は入射電子線によ
り励起されて発生した特性Ｘ線、１０はその特性Ｘ線９
を検出する分光器である。
り励起されて発生した特性Ｘ線、１０はその特性Ｘ線９
を検出する分光器である。
この装置を用い、ブラッグ反射角を利用してＧａＡｓ
（１００）結晶の結晶欠陥や添加不純物の不均一分布を
観察する実施例について説明する。
（１００）結晶の結晶欠陥や添加不純物の不均一分布を
観察する実施例について説明する。
加速電圧５０ｋｅＶに印加された入射電子線１を観察試
料２上に照射する。このとき精密ゴーニオ装置３により
入射電子線１に対する観察試料２の（１００）面の角度
を制御して、消滅側を満足するブラッグ反射の条件に合
せる。５０ｋｅＶで加速された電子線１の波長は０．０
５３６人であり、この波長の（１１１）面での消衰距離
は約２５０人である。もしく１００）面に５４．７’傾
斜して電子線１を入射させると、（１１１）面での消滅
側を満足し、深さ約２００人の領域だけに電子線１が注
入されたことになる。
料２上に照射する。このとき精密ゴーニオ装置３により
入射電子線１に対する観察試料２の（１００）面の角度
を制御して、消滅側を満足するブラッグ反射の条件に合
せる。５０ｋｅＶで加速された電子線１の波長は０．０
５３６人であり、この波長の（１１１）面での消衰距離
は約２５０人である。もしく１００）面に５４．７’傾
斜して電子線１を入射させると、（１１１）面での消滅
側を満足し、深さ約２００人の領域だけに電子線１が注
入されたことになる。
次に、第１図の装置を用い、低エネルギー損失効果を満
足する角度で電子線を入射させる場合の実施例について
説明する。
足する角度で電子線を入射させる場合の実施例について
説明する。
平均自由行程λは次式で与えられる（前述引用文献参照
）。
）。
λ＝５．５４Ｘ１０−２ＡＶ／ρＺ１／Ｊ（Ｚ＋１）入
射電子線の加速電圧３０ＫｅＶ、試料２がＣ９ＡＱ、Ｔ
ｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの場合について平均自由行程λを
計算すると、第３表のようになる。
射電子線の加速電圧３０ＫｅＶ、試料２がＣ９ＡＱ、Ｔ
ｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの場合について平均自由行程λを
計算すると、第３表のようになる。
第３表
第２図に示されるように、入射電子線１の侵入深さＬ（
＝３λ）の深さＤを試料２の表面からみると Ｄ＝３λ
ｓｉｎθ となり、第２表のωｌの値から判断してこの
深さＤは２００人程度以下になる。実際には試料２の内
部へ侵入する入射電子も存在するが、全体として極表面
への効率の高い入射状態になっている。
＝３λ）の深さＤを試料２の表面からみると Ｄ＝３λ
ｓｉｎθ となり、第２表のωｌの値から判断してこの
深さＤは２００人程度以下になる。実際には試料２の内
部へ侵入する入射電子も存在するが、全体として極表面
への効率の高い入射状態になっている。
カソードルミネッセンスを観察する場合の入射電子線１
の入射角及び試料２の面内の回転角と同じ入射角及び回
転角において、更に二次電子１反射電子、吸収電子、特
性Ｘ線などを測定すれば、結晶欠陥や不純物分布を複数
のデータから精度よく判断することができる。この場合
において、カソードルミネッセンス観察と他の測定とは
同時に行なってもよく、又は時間を異ならせて行なって
もよい。
の入射角及び試料２の面内の回転角と同じ入射角及び回
転角において、更に二次電子１反射電子、吸収電子、特
性Ｘ線などを測定すれば、結晶欠陥や不純物分布を複数
のデータから精度よく判断することができる。この場合
において、カソードルミネッセンス観察と他の測定とは
同時に行なってもよく、又は時間を異ならせて行なって
もよい。
（発明の効果）
本発明のよれば、真空蝋内に精密に角度制御のできる二
軸回転ゴーニオ装置を設置し、入射電子線と観察結晶面
との角度を制御して、電子線が結晶へ侵入するのを浅く
し、これにより励起されて発生するカソードルミネッセ
ンスの空間分解能を向上できるので、極表面や微小領域
の観察ができる利点がある。
軸回転ゴーニオ装置を設置し、入射電子線と観察結晶面
との角度を制御して、電子線が結晶へ侵入するのを浅く
し、これにより励起されて発生するカソードルミネッセ
ンスの空間分解能を向上できるので、極表面や微小領域
の観察ができる利点がある。
第１図は本発明装置の一実施例を示す概略断面図、第２
図は入射電子線の侵入深さを説明する図。 第３図は入射電子の拡散領域モデルを示す断面図である
。 １・・・・・・入射電子線、 ２・・・・・・試料、３
・・・・・・ゴーニオ装置、 ４・・・・・・カソード
ルミネッセンス、５・・・・・・集光ミラー、 ６・
・・・・・カソードルミネッセンス用分光器、 ７・・
・・・・電子線信号、 ８・・・・・・電子検出器、
９・・・・・・特性Ｘ線、 １０・・・・・・Ｘ線分
光器。
図は入射電子線の侵入深さを説明する図。 第３図は入射電子の拡散領域モデルを示す断面図である
。 １・・・・・・入射電子線、 ２・・・・・・試料、３
・・・・・・ゴーニオ装置、 ４・・・・・・カソード
ルミネッセンス、５・・・・・・集光ミラー、 ６・
・・・・・カソードルミネッセンス用分光器、 ７・・
・・・・電子線信号、 ８・・・・・・電子検出器、
９・・・・・・特性Ｘ線、 １０・・・・・・Ｘ線分
光器。
Claims (6)
- （１）真空室内で試料の半導体結晶表面に収束された電
子線を照射し、その半導体結晶表面から発光するカソー
ドルミネッセンスを集光し分光して光電変換器に供給し
、該光電変換器から得られる出力に基づき半導体結晶表
面を評価する装置において、 前記試料を取りつける試料保持具に前記電子線の入射角
度を所望の値に精密に設定できる機能を備えているゴー
ニオ装置を設置したことを特徴とする半導体評価装置。 - （２）カソードルミネッセンスの測定を行なう電子線入
射角と試料設定条件でＳＥＭ観察とＥＰＭＡ分析も行な
うことができる特許請求の範囲第１項記載の半導体評価
装置。 - （３）真空室内で試料の半導体結晶表面に収束された電
子線を照射し、その半導体結晶表面から発光するカソー
ドルミネッセンスを集光し分光して光電変換器に供給し
、該光電変換器から得られる出力に基づき半導体結晶表
面を評価する方法において、 前記電子線の入射角をブラッグ反射の角度に設定するこ
とを特徴とする半導体評価方法。 - （４）カソードルミネッセンスの測定を行なう電子線入
射角と試料設定条件でＳＥＭ観察とＥＰＭＡ分析も行な
う特許請求の範囲第３項記載の半導体評価方法。 - （５）真空室内で試料の半導体結晶表面に収束された電
子線を照射し、その半導体結晶表面から発光するカソー
ドルミネッセンスを集光し分光して光電変換器に供給し
、該光電変換器から得られる出力に基づき半導体結晶表
面を評価する方法において、 前記電子線の入射角を次式で与えられる角度ω＿１以下
に設定することを特徴とする半導体評価方法。 ｃｏｓω＿１＝１−１．８β／（β＋０．１）（ただし
、β＝５．４４Ｚ＾２＾／＾３／Ｖ。ここで、Ｚは試料
の平均原子番号、Ｖは入射電子のエネルギー（ｅＶ）） - （６）カソードルミネッセンスの測定を行なう電子線入
射角と試料設定条件でＳＥＭ観察とＥＰＭＡ分析も行な
う特許請求の範囲第５項記載の半導体評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60037193A JPS61195336A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | 半導体評価装置及び半導体評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60037193A JPS61195336A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | 半導体評価装置及び半導体評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61195336A true JPS61195336A (ja) | 1986-08-29 |
Family
ID=12490733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60037193A Pending JPS61195336A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | 半導体評価装置及び半導体評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61195336A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2690647A1 (en) * | 2012-07-26 | 2014-01-29 | David Stowe | System and method for measuring angular luminescence in a charged particle microscope |
| WO2014017544A1 (ja) * | 2012-07-25 | 2014-01-30 | 国立大学法人京都大学 | 元素分析装置 |
| US8674320B2 (en) | 2010-10-01 | 2014-03-18 | Attolight Sa | Deconvolution of time-gated cathodoluminescence images |
| EP3803356A4 (en) * | 2018-05-30 | 2022-02-16 | Gatan Inc. | ANGULAR RESOLUTION APPARATUS FOR WAVELENGTH-RESOLVED CATHODOLUMINESCENCE |
-
1985
- 1985-02-25 JP JP60037193A patent/JPS61195336A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8674320B2 (en) | 2010-10-01 | 2014-03-18 | Attolight Sa | Deconvolution of time-gated cathodoluminescence images |
| WO2014017544A1 (ja) * | 2012-07-25 | 2014-01-30 | 国立大学法人京都大学 | 元素分析装置 |
| JPWO2014017544A1 (ja) * | 2012-07-25 | 2016-07-11 | 国立大学法人京都大学 | 元素分析装置 |
| EP2690647A1 (en) * | 2012-07-26 | 2014-01-29 | David Stowe | System and method for measuring angular luminescence in a charged particle microscope |
| EP3803356A4 (en) * | 2018-05-30 | 2022-02-16 | Gatan Inc. | ANGULAR RESOLUTION APPARATUS FOR WAVELENGTH-RESOLVED CATHODOLUMINESCENCE |
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