JPS6327031A

JPS6327031A - 半導体の特性測定装置

Info

Publication number: JPS6327031A
Application number: JP16955986A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yamagishi; 秀章山岸
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1988-02-04
Also published as: JPH0567063B2

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】〈産業上の利用分野〉この発明は、半導体の深さ方向の不純物濃度分布を簡単
に求めることができる装置に関するものである。

〈従来の技術〉半導体素子は、シリコンウェハーに不純物を拡散して所
望の特性を得るものであり、拡散を制御するためには、
深さ方向の不純物濃度分布を正確に測定する必要がある
。深さ方向の不純物濃度を測定する従来技術の１つとし
て、被測定半導体の表面を少しずつエツチングしながら
、その表面の抵抗率を測定する技術がある。すなわち、
抵抗率ρと半導体中の不純物濃度Ｎとの間には、ρ＝（
Ｎａμ）−１Ｎ＝正味の不純物濃度ｅ＝電荷 μ＝多数キャリヤの移動度の関係があり、抵抗率ρを測定することにより、不純物
濃度Ｎを決定できる。

このような不純物濃度測定の手Ｉ’ｌｌを第５図に示す
、第５図において、まず測定すべき半導体の初期の表面
抵抗を測定する。次にこの半導体を治具に取付け、その
表面を極くわずか陽極酸化する。

第６図に陽極酸化のための治具の一例を示す。

第６図において、１はテフロン製のサンプルホルダー、
２は電極、３は電解液溜め、４はＯリング、５は被測定
半導体、６はベークライトホルダー、７はナイロン製ね
じ、８はカバー、９．ｌＯは端子である。ｆ４子９と電
極２および端子ｌＯと電解溜め３内に設置された電極（
図示せず）はそれぞれ電気的に導通している。被測定半
導体５はワックスにより、ベークライトホルダー６に固
定され、ナイロン製ねじ・７により、０リング４を介し
てサンプルホルダー１に固定される。電極２は、図示し
ないスプリングにより、被測定半導体５に押しつけられ
、電気的導通が保たれている。なお、電解液溜め３には
、電解液が充満されている。この状態で端子９．１０間
に１！！Ｌ圧を印加すると、被測定半導体５の表面が陽
極酸化される。

第５図において、陽極醸化された酸化膜厚はエリプソメ
ータ等で測定される。その後、フッ酸等で酸化膜厚をエ
ツチングして除去し、段差および表面抵抗を測定する。

所定の深さまで測定したかｙＡ！１を調べ、端定していなければ陽極酸化から繰り近し、測
定が終了すれば、表面抵抗から不純物濃度を求め、酸化
膜厚１段差の測定値と合わせて、深さ方向の不純物濃度
を決定する。

第７図に表面抵抗測定の原理を示す１表面抵抗は通常四
探針法により求める。第７図において、１１．１２は探
針、１３は可変電圧源、１４は電流計、１５は電圧計で
ある。可変電圧源１３と電流計１４は接続されて電極１
１に、電圧計１５は電極１２に接続される。探針１１．
１２は適当な圧力で被測定半導体５に接触させられる。

探針１１．１２の間隔が等しいとすると、表面抵抗ρＳ
はｐ　ｓ　＝４．５３２　−　　Ｖ／　Ｉ■＝電圧計１５
の指示電圧 ■＝電流計１４の指示電流で求められる。

〈発明が解決すべき問題点〉しかしながらこのような不純物濃度分布の測定技術では
、深さ方向１点の測定にｌ！Ｊ１極酸化、酸化膜厚測定
、エツチング、段差測定１表面抵抗測定の５工程を経な
ければならず、その都度被測定半導体を治具または測定
装置に着脱しなければならない、また深さ方向の分布を
求めるためには、こいた、また、測定中に誤って試料を
こわしたり、表面を汚して測定が不可能になるようなこ
とも発生した。

〈発明の目的〉この発明の目的は、構造が簡単でかつ容易に半導体の不
純物濃度分布が測定できる半導体の特性測定装置を提供
することにある。

く問題点を解決するための手段〉上記問題点を解決するために本発明は、半導体表面のエ
ツチングと組状測定を繰り返し、この半導体の不純物濃
度を求める半導体の特性測定装置において、−面に開口
した中空部が設けられ、この中空部と他面とを連通ずる
透孔を有するホルダーと、この中空部内に設置され、そ
の端部が上記ホルダーに固定された可とう性の支持板と
、この支持板上に突設された抵抗測定用電極を具備した
ものである。

また、上記手段にエツチング時の電流を測定する電流測
定手段と、この電流測定手段の出力により、エツチング
量を演算する演算手段を付加したものである。

く作用〉ホルダーを被測定半導体の測定面に密着させ、透孔より
、被測定半導体と支持板およびホルダーで囲まれた空間
にエツチング液を導入してエツチングし、その後エツチ
ング液を排出して、被測定半導体の表面抵抗を測定する
。エツチングと表面抵抗の測定が同一のホルダーで、か
つ被測定半導体を取り外さなくてもできる。

また、エツチング時のエツチング電流を測定し、その電
流を演算手段で積分して、エツチング量を求める。

〈実施例〉第１図に本発明に係る半導体の特性測定装置の一実施例
を示す、第１図において、１０は外筒、１１は外筒１０
に形成された透孔、１２は内筒、１３は内筒１２に形成
された圧力導入口である。

１４はダイヤフラムであり、このダイヤフラム１４には
、抵抗測定用の電極１５が突設されている。ダイヤフラ
ム１４は、内ｆｍ１２により、隙間のないように外Ｉ！
１ｉｌＯ固定されている。１６は電極１５を固定するた
めの固定板であり、ダイヤフラム１４と固定板１６で支
持板を構成している。

１７は端子であり、電極１５と導線１８で接続されてい
る。ｔ４子１７は充填剤１９で固定されている。２０は
被測定半導体５に取り付けられた端子である。なお、外
筒１０．内筒１２．充填剤１９でホルダーを形成してお
り、被測定半導体５に密着固定されている。

次にこの実施例の動作を第２図フローチャートに基いて
説明する。動作は次の手順で行なう。

（１）圧力導入口１３から圧縮空気を導入する。ホルダ
ーの中空部の圧力が高くなり、第３図のようにダイヤフ
ラム１４がたわみ、電極１５が被測定半導体５に接触す
る。

（２）被測定半導体５の表面抵抗を測定する。

（３）圧力導入口１３を開放にする。ダイヤフラム１４
がもとにもどり、電極Ｉ５が被測定半導体５から離れる
。

（４）透孔１１からエツチング液をダイヤフラム１４と
被測定半導体５の間の空隙に導入する。

（５）エツチングする。

（６）エツチング液を排出する。

（７）圧力導入口１３から圧縮空気を導入し、電極１５
を被測定半導体に接触させる。

（８）被測定半導体５の表面抵抗を測定する。

（９）段差を測定して、エツチング深さを求める。

（至）所定の深さまで達すれば、表面抵抗と段差から不
純物濃度を求めて終了する。達しなければ（４）にもど
る。

表面抵抗は電極１５により、第７図で説明した四探針法
を用いて測定する。また、エツチングは化学的に腐食さ
せるか電解エツチングで行なう。

第４図に電解エツチングを行なう場合の構成を示す、第
４図において、２１は可変電圧源、２２は電流測定手段
、２３は演算手段である。可変電圧源２１と電流測定手
段２２は直列に接続され、端子１７（ＩＩが正極になる
ように端子１７．２０にｍｓされている。電流測定手段
２２の出力は演算手段２３に出力される。この構成にお
いて、電極１５の被測定半導体５の間に電流を流すと、
被測定半導体５の構成原子がイオン化され、エツチング
液中に溶は出してエツチングされる。このとき、Ｓ＝エ
ツチング面積Ｔ＝エツチング時間の関係がある。従って、演算手段２３により、上式の演
算を行えばエツチング量が算出でき、段差・測定が不用
になる。電極１５は、表面抵抗測定と電解エツチングに
共用するので、図示しない切り換え器で切り換える。

なお、第４図において、２４は光源である。ｎ型半導体
においては、被測定半導体５の表面とエツチング液の境
界で逆方向のバリヤが生じるため、電流がほとんど流れ
ないので、エツチングが進行しない。そのため、半導体
表面に光を！１ＩｉＩ１１シて電子と正孔を生ゼしぬ、
電流を流すようにする。この場合、ダイヤフラム１４と
固定板１６からなる　′支持板を透光性材料で構成し、
光が被測定半導体表面上に十分照射するようにする。光
は圧力導入口１３からファイバ等で導くようにしてもよ
い。

またこの実施例では、抵抗測定用電極と電解エツチング
用電極を電極１５で共用するようにしたが、電解エツチ
ング用電極を別に設けるようにしてもよい、この場合、
電解エツチング用電極は、被測定半導体５に接触しない
位置でかつ、エツチング液に接触する位置に固定する。

また、支持板をダイヤフラム１４と固定板１６で構成し
、圧力導入口１３から圧縮空気を導入してＭＬ極１５を
可動するようにしたが、空気シリンダや電磁シリンダ等
で電極１５を可動するようにしてもよい。

〈発明の効果〉以上実施例に基いて具体的に説明したように、本発明に
よれば、エツチングと表面抵抗の測定を同一の装置で行
なうことができる。そのため、被測定半導体を取り外す
回数が少くなり、不純物濃度の測定を迅速に行なうこと
ができる。また、被？ｌ［１１定半導体を汚したり、破
損したりすることが少なくなるので、より正確な測定が
できる。

また、電解エツチングを用い、エツチング量を電解電流
の積算値から求めるようにすることによって、被測定半
導体装置に装着したままで全ての測定を実行することが
できる。そのため、測定がさらに迅速に行なうことがで
き、被測定半導体を汚損する二ともない。

さらに、電極の可動手段としてダイヤフラムを用い、ま
た電解エツチング用電極と抵抗測定用電極を共用するこ
とにより、装置の横溝を簡単にすることができる。また
、支持板に透光性材料を用いて、被測定半導体表面に光
を照射できるようにすることにより、ｎ型半導体でも効
率よくエツチングできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体の特性測定装置の一実施例
を示す構成図、第２図は不純物濃度分布測定の手順を示
すフローチャート、第３図は第１図実施例の表面抵抗測
定時の状態を示すｍ成因、第４図は第１図実施例の電解
エツチングを説明するための構成ブロック図、第５図は
従来の不純物濃度分布測定を説明するためのフローチャ
ート、第６図は従来の陽極酸化用治具の一例を示す構成
図、第７図は四探針法による表面抵抗測定の原理を示す
図である。５・・・被測定半導体、１０・・・外筒、１１・・・透
孔、１２・・・内筒、１３・・・圧力導入口、１４・・
・ダイヤフラム、１５・・・電極、１６・・・固定板、
１７．２０・・・端子、２１・・・可変電圧源、２２・
・・電流測定手段、２３・・・演算手段、２４・・・光
源。篤２図Ｍ３図尾４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体表面のエッチングと抵抗測定を繰り返し、
前記半導体の不純物濃度分布を求める半導体の特性測定
装置において、一面に中空部が形成され、この中空部と他の一面とを連
通する透孔を有するホルダーと、前記中空部内に設置さ
れ、その端部が前記ホルダーに固定された可とう性の支
持板と、この支持板上に突設された抵抗測定用電極を有
することを特徴とする半導体の特性測定装置。
（２）半導体表面のエッチングと抵抗測定を繰り返し、
前記半導体の不純物濃度分布を求める半導体の特性測定
装置において、一面に中空部が形成され、この中空部と他の一面とを連
通する透孔を有するホルダーと、前記中空部内に設置さ
れ、その端部が前記ホルダーに固定された可とう性の支
持板と、この支持板上に突設された抵抗測定用電極と、
前記エッチング時に流れる電流を測定する電流測定手段
と、この電流測定手段の出力によりエッチング量を演算
する演算手段とを有することを特徴とする半導体の特性
測定装置。
（３）前記支持板としてダイヤフラムを用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体の特性測定
装置。
（４）前記支持板としてダイヤフラムを用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導体の特性測定
装置。
（５）前記支持板として透光性材料を用いることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の半導体の特性測定装
置。
（６）前記支持板として透孔性材料を用いることを特徴
とする特許請求の範囲第２項記載の半導体の特性測定装
置。
（７）前記抵抗測定用電極をエッチング用電極として用
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
体の特性測定装置。
（８）前記抵抗測定用電極をエッチング用電極として用
いることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導
体の抵抗測定装置。