KR100687796B1 - Device and method for measuring dopant profiling of semiconductors - Google Patents

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Abstract

A device and a method for measuring dopant density profiling of a semiconductor are provided to measure quantitatively the dopant density profiling of a contact point with high spatial resolution. A diamond thermoelectric probe(100) includes a diamond lamination to form a thermocouple with heavily-doped silicon. An AC power source applies AC power to the diamond thermoelectric probe in order to heat a contact part of the thermocouple. A first voltage measurement unit(300) is connected with the diamond thermoelectric probe in order to measure a thermoelectric voltage by using a variation of temperature. A second voltage measurement unit(400) is connected to the diamond thermoelectric probe in order to measure a thermoelectric voltage and derive a thermoelectric constant of a surface of a semiconductor.

Description

반도체의 불순물농도 측정장치 및 측정방법{Device and Method for measuring dopant profiling of semiconductors}Device and method for measuring impurity concentration in semiconductors {Device and Method for measuring dopant profiling of semiconductors}

도 1은 NANOWORLD사의 SSRM 전용 다이아몬드 탐침의 첨단에 대한 전자현미경 사진.1 is an electron micrograph of the tip of the diamond probe of SSAN dedicated SS NANOWORLD.

도 2는 SThEM(Scanning Thermo-Electric Microscopy) 방법의 원리를 도시한 개략도.2 is a schematic diagram illustrating the principle of a Scanning Thermo-Electric Microscopy (SThEM) method.

도 3은 미국특허번호 제6,518,872호에 개시된 브리지가 설치된 형태의 탐침을 나타내는 사시도.3 is a perspective view showing a probe in the form of a bridge disclosed in US Pat. No. 6,518,872.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 측정장치와 상기 측정장치에 이용되는 전도성 다이아몬드 탐침의 구성을 개략적으로 도시한 개념도.4 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of a measuring device according to an embodiment of the present invention and a conductive diamond probe used in the measuring device.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 측정장치 및 측정방법을 설명하기 위하여 도시한 개념도.5 is a conceptual diagram illustrating a measuring device and a measuring method according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 출원인에 의해 선행실험된 온도측정장치와 주파수 대 온도변동 그래프를 도시한 도면.6 is a graph showing a temperature measuring device and a frequency vs. temperature fluctuation graph previously tested by the applicant.

도 7은 상기 선행실험에 있어서의 신호처리 및 그 결과에 대한 그래프를 도시한 도면.Fig. 7 is a graph showing signal processing and results thereof in the preceding experiment.

도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체의 불순물농도 측정방법의 플로우 차트.8 is a flowchart illustrating a method for measuring impurity concentration of a semiconductor according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 헤비도핑된 원추형 실리콘 20 : 이산화규소 박막10: heavy doped conical silicon 20: silicon dioxide thin film

30 : 다이아몬드 박막 40 : 열전쌍 접점부30: diamond thin film 40: thermocouple contact portion

50 : 탐침첨단 60 : 접점50: probe tip 60: contact

100 : 전도성 다이아몬드 탐침 200 : 교류전원100: conductive diamond probe 200: AC power

300 : 제1 전압측정장치 400 : 제2 전압측정장치300: first voltage measuring device 400: second voltage measuring device

500 : 반도체 샘플 501 : 샘플표면500: semiconductor sample 501: sample surface

본 발명은 열전탐침을 이용하여 반도체 불순물 농도분포(dopant density profiling)를 나노스케일 및 정량적으로 측정하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 탐침 첨단의 나노 열전쌍에서 가열, 온도측정 및 열전전압측정의 세 가지 기능을 동시에 수행함으로써 반도체 표면의 접점에 대한 불순물 농도분포(dopant density profiling)를 나노미터 정도의 공간적 정밀도를 가지면서 정량적으로 측정할 수 있는 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for nanoscale and quantitatively measuring semiconductor density density using thermoelectric probes. More specifically, the present invention relates to three methods of heating, temperature measurement, and thermoelectric voltage measurement in a nano tip of a probe. The present invention relates to a measurement method capable of quantitatively measuring the density of impurities (dopant density profiling) at a contact point of a semiconductor surface with a spatial precision of about nanometers.

미래 집적회로 제조기술의 발전 방향예측에 있어서 대표적인 자료로 흔히 인용되는 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)에 의하면 2009년경에는 반도체 소자의 게이트 길이(gate length)가 30 nm 정도까지 작아지게 되는데, 이러한 집적회로 제조기술은 필연적으로 나노미터 스케일의 정밀도를 갖는 반도체 소자의 구조분석 기술을 요구하게 된다. 집적회로는 기본적으로 4족 원소인 단결정 실리콘 웨이퍼에 5족 원소인 n형 불순물과 3족 원소인 p형 불순물을 높은 공간적 정밀도로 도핑(doping)함으로써 제작된다. 따라서, 반도체 소자의 구조분석 기술은 기본적으로 실리콘 불순물 농도분포 측정기술(dopant density profiling technology)를 의미하게 된다. 이러한 기술적 중요성 때문에 반도체의 불순물 농도 분포를 측정하는 기술에 관한 연구는 대단히 다양한 방법으로 이루어져 왔다. 그 중 대표적인 세 가지 방법은 SCM(Scanning Capacitance Microscopy), SSRM(Scanning Spreading Resistance Microscopy), 그리고 가장 최근에 개발된 SThEM(Scanning Thermo-Electric Microscopy)으로서, 이하에서 상세히 설명한다.According to the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), which is often cited as a representative data for predicting the future development direction of integrated circuit manufacturing technology, the gate length of semiconductor devices is reduced to about 30 nm by 2009. Circuit fabrication technology inevitably requires structural analysis technology of semiconductor devices with nanometer scale accuracy. Integrated circuits are fabricated by doping a single crystal silicon wafer, which is basically a Group 4 element, with high spatial precision of n-type impurities, which are Group 5 elements, and p-type impurities, which are Group 3 elements. Therefore, the structural analysis technology of the semiconductor device basically means a silicon density impurity density measurement technology (dopant density profiling technology). Because of this technical importance, researches on techniques for measuring the impurity concentration distribution of semiconductors have been conducted in a wide variety of ways. Three representative methods are Scanning Capacitance Microscopy (SCM), Scanning Spreading Resistance Microscopy (SSRM), and the most recently developed Scanning Thermo-Electric Microscopy (SThEM), which will be described in detail below.

먼저, SCM(Scanning Capacitance Microscopy)은 탐침의 첨단과 반도체 표면 사이의 정전용량(capacitance)이 반도체 표면의 불순물 농도의 함수임을 활용한 방법이다. 탐침 첨단과 반도체 표면 사이의 정전용량은 수학식 1과 같다.First, SCM (Scanning Capacitance Microscopy) utilizes the capacitance between the tip of the probe and the semiconductor surface as a function of the impurity concentration on the semiconductor surface. The capacitance between the probe tip and the semiconductor surface is shown in Equation 1.

Figure 112006015050102-pat00001
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여기서, Ce는 정전용량, Q는 전하량, V는 전위차, ε0는 비유전율, A는 탐침첨단의 면적, 그리고 dc는 탐침 첨단과 반도체 표면사이의 거리이다. 현재 SCM의 가장 높은 정밀도는 10-20 nm 에 이르는 것으로 보고되고 있다.Where C e is the capacitance, Q is the charge amount, V is the potential difference, ε 0 is the relative dielectric constant, A is the area of the probe tip, and d c is the distance between the probe tip and the semiconductor surface. Currently the highest precision of SCM is reported to reach 10-20 nm.

그러나, 이러한 분해능은 측정감도를 희생시킴으로써 얻어지는 것으로서, 정전용량은 탐침첨단의 면적과 비례하므로 탐침의 첨단을 더욱 예리하게 만들면 분해능은 높일 수 있지만 측정원리상 측정감도의 저하를 피할 수 없다. 또한, SCM은 기본적으로 탐침이 불순물의 농도를 측정하고자 하는 표면과 비접촉 상태를 유지해야 하므로 현재의 정밀도를 넘어서기는 대단히 어렵다.However, this resolution is obtained by sacrificing the measurement sensitivity. Since the capacitance is proportional to the area of the probe tip, the sharper the tip of the probe, the higher the resolution, but the decrease in measurement sensitivity is inevitable. In addition, the SCM is very difficult to exceed the current accuracy because the probe must be kept in contact with the surface to measure the concentration of impurities.

다음으로, SSRM(Scanning Spreading Resistance Microscopy)은 SCM의 이러한 단점을 극복하기 위한 접촉식 불순물 농도 측정방법으로서, 탐침의 첨단과 반도체표면 접점의 저항이 반도체 표면의 전기저항도(electrical resistivity)와 수학식 2와 같은 관계를 가지는 점을 활용한 기법이다.Next, SSRM (Scanning Spreading Resistance Microscopy) is a method of measuring contact impurity concentrations to overcome these disadvantages of SCM.The tip of the probe and the resistance of the semiconductor surface contact are the electrical resistivity and the equation of the semiconductor surface. It is a technique that takes advantage of the relationship as shown in 2.

Figure 112006015050102-pat00002
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여기서, R은 탐침 첨단과 반도체 표면 접점의 전기저항이고, ρ는 전기저항도(electrical resistivity)이며, a는 접점의 반경이다. 본 방법의 원리는 위의 수학식 2로부터 쉽게 알 수 있는 것처럼 전기저항도가 불순물 농도의 함수임을 활용한 기법이다. 본 기법의 공간적 정밀도는 약 25 nm 정도인 것으로 알려져 있으나, 최근에는 5 nm 정도의 분해능을 얻을 수 있었다고 보고하는 논문도 발표된 바 있다. 본 기법은 탐침과 실리콘의 안정된 전기적 접촉을 이루기 위해서 다이아몬드 탐침을 필요로 하며, 현재 NANOWORLD사에서는 도 1에 보여지는 바와 같은 SSRM 전용 다이아몬드 탐침을 상용화하여 판매하고 있다.Where R is the electrical resistance of the probe tip and the semiconductor surface contact, ρ is the electrical resistivity, and a is the radius of the contact. The principle of the method is a technique utilizing the electrical resistance is a function of the impurity concentration, as can be easily seen from Equation 2 above. The spatial precision of this technique is known to be about 25 nm, but recently a paper has been reported that a resolution of about 5 nm can be obtained. The technique requires a diamond probe to achieve stable electrical contact between the probe and silicon. Currently, NANOWORLD is commercially selling SSRM-only diamond probes as shown in FIG.

상기 SSRM은 불순물의 농도분포를 정성적으로 파악하는데 있어서는 상당히 간단하면서도 효과적인 방법이다. 그러나 수학식 2로부터 알 수 있듯이, 측정된 저항 R로부터 실리콘 접점의 저항도 ρ를 정량적으로 정확하게 측정하기 위해서는 접점의 반경 a를 정확하게 알아야 하지만, 나노스케일 탐침의 첨단과 실리콘 샘플표면과의 전기적 접점의 크기를 정확하게 안다는 것은 대단히 어렵다. 따라서, 불순물의 종류와 농도를 정량적으로 분석하는 데에는 많은 문제점을 갖고 있다.The SSRM is a fairly simple and effective method for qualitatively determining the concentration distribution of impurities. However, as can be seen from Equation 2, in order to quantitatively accurately measure the resistance ρ of the silicon contact from the measured resistance R, the radius a of the contact must be known correctly, but the tip of the nanoscale probe and the electrical contact between the silicon sample surface Knowing the size correctly is very difficult. Therefore, there are many problems in quantitatively analyzing the type and concentration of impurities.

탐침의 첨단과 실리콘 샘플이 기계적 접촉을 이루는 부분 중에서 그 압력이 약 10 Mpa 이상인 영역에서 전기적 접촉이 이루어지는 것은 이미 잘 알려져 있다. 이렇게 전기적 접촉이 이루어지는 접점의 크기에 영향을 주는 요소는 (i) 다이아몬드 탐침 첨단과 실리콘 샘플 표면의 접촉력 크기, (ii) 다이아몬드 탐침 첨단의 형상, (iii) 실리콘 샘플 표면에 존재하는 자연 산화막(native oxide)의 두께 및 표면 상태로 요약할 수 있다. 이 중에서 (i) 접촉력의 크기는 AFM(Atomic Force Microscope)를 사용하여 대단히 정밀하게 조절하는 것이 가능하다. 그러나 (ii) 탐침 첨단의 형상과 (iii) 샘플 표면의 상태를 정밀하게 반복적으로 제어하는 것은 대단히 어렵고 오차가 발생하기 쉽다.It is well known that electrical contact occurs in the region where the tip of the probe and the silicon sample make mechanical contact with a pressure of about 10 Mpa or more. Factors affecting the size of the electrical contact are (i) the magnitude of the contact force between the diamond probe tip and the silicon sample surface, (ii) the shape of the diamond probe tip, and (iii) the native oxide on the silicon sample surface. oxide) thickness and surface state. Among these, (i) the magnitude of the contact force can be adjusted very precisely using AFM (Atomic Force Microscope). However, it is very difficult and error prone to precisely and repeatedly control (ii) the shape of the probe tip and (iii) the state of the sample surface.

예를 들어, 도 1은 NANOWORLD사의 SSRM용 탐침의 첨단에 대한 전자현미경 사진으로 탐침 첨단부의 곡률은 다이아몬드 미립자(grain)의 성장형태와 다이아몬드 박막의 두께에 의하여 결정됨을 알 수 있다. 탐침 첨단부 미립자(grain)의 성장형태는 탐침마다 다르기 때문에 탐침 첨단부의 형상은 탐침마다 약간씩 차이가 있게 된다. 한편, 공기 중에 노출된 실리콘은 표면에 자연산화막(native oxide)이 존재 하게 되는데, 자연산화막은 실리콘 샘플이 공기 중에 노출된 환경과 시간에 의하여 영향을 받으므로 이 또한 반복적으로 재현성 있게 제어하는 것은 매우 곤란한 일이다.For example, Figure 1 is an electron micrograph of the tip of the probe for SSRM NANOWORLD company, it can be seen that the curvature of the tip of the probe is determined by the growth pattern of the diamond grain (grain) and the thickness of the diamond thin film. The shape of the probe tip varies slightly from probe to probe because the growth pattern of the probe grain varies from probe to probe. On the other hand, the silicon exposed to air has a native oxide on the surface, which is affected by the environment and time that the silicon sample is exposed to the air. It is difficult.

마지막으로, SThEM(Scanning Thermo-Electric Microscopy)은 2004년 Science지에 발표된 바 있는 가장 최근에 개발된 방법으로서, 그 원리를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 우선, 샘플을 5×10-11 토르(torr)의 초고진공(ultrahigh-vacuum)속에 위치시킨 후, 샘플의 후면에 부착된 열원으로 샘플의 온도가 주위보다 5 내지 30K 정도 높은 온도를 유지하도록 가열하였다. 그 다음에 상온의 온도를 갖는 나노스케일의 탐침 첨단을 샘플의 표면에 접촉시키면 탐침 첨단으로의 열전달때문에 샘플에는 국소적인 온도구배가 발생하게 된다. 이 온도 구배에 의해 생겨나는 탐침과 샘플 접점의 국소 열전계수에 비례하는 열전전압을 측정함으로써 국소 열전계수를 수 나노미터의 공간분해능으로 측정하고, 이를 이용하여 반도체 불순물의 농도분포를 높은 정밀도로 분석하였다.Finally, Scanning Thermo-Electric Microscopy (SThEM) is the most recently developed method published in Science in 2004. The principle is described with reference to FIG. 2 as follows. First, the sample is placed in an ultrahigh-vacuum of 5 × 10 −11 torr, and then heated with a heat source attached to the back of the sample so that the temperature of the sample is maintained at a temperature of about 5 to 30K above ambient. It was. Subsequently, contacting the surface of the sample with a nanoscale probe tip at room temperature results in a local temperature gradient in the sample due to heat transfer to the probe tip. The local thermoelectric coefficient is measured with spatial resolution of several nanometers by measuring the thermoelectric voltage which is proportional to the local thermoelectric coefficient of the probe and sample contact generated by this temperature gradient, and the concentration distribution of semiconductor impurities is analyzed with high precision. It was.

그러나, 본 방법은 국소적 온도구배를 위하여 초고진공(ultrahigh-vacuum)상태를 요구하고 STM을 사용함으로 인하여 표면에 자연산화막이 있는 실리콘에 대해서는 적용이 곤란하다는 등의 문제점이 있어서 현실적으로는 큰 응용성이 없다. 또한, 측정과 탐침의 이송이 동시에 이루어지지 않고 단속적으로 일어나기 때문에 본 방법을 실제로 구현하는 것은 대단히 어려운 일이다. 따라서, 상기 방법은 나노스케일의 불순물 농도분포를 측정하는데 있어서 열전계수를 측정하는 것이 효과적임 을 보여줬다는 점에서 의미가 있지만 실용성에서는 큰 한계를 가지고 있다는 문제점이 있다.However, this method requires an ultrahigh-vacuum state for local temperature gradients and is difficult to apply to silicon having a natural oxide film on its surface due to the use of STM. There is no In addition, it is very difficult to actually implement the method because the measurement and probe transfer do not occur simultaneously but intermittently. Therefore, the method is meaningful in that it is effective to measure the thermoelectric coefficient in measuring the impurity concentration distribution of the nanoscale, but there is a problem in that there is a big limitation in practicality.

한편, 본 발명의 기술분야와 관련성이 있는 특허는 2003년에 등록된 미국특허번호 제6,518,872호(high resolution scanning thermal probe and method of manufacturing thereof)가 있는데, 상기 특허는 도 3과 같은 형태의 탐침을 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)가공하고 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 공정으로 열전쌍을 만들어 상대재의 온도를 측정하는 탐침을 제조하는 공정에 대한 청구항들을 포함하고 있고, 탐침부와 열전쌍사이의 브리지(bridge)를 구성하는 방법에 대하여 언급하고 있지만, 상기 특허는 다수개의 다리를 가진 탐침을 채용하여 구현된 것으로서 탐침 첨단부에 나노 열전쌍이 구현된 것과는 다르다.Meanwhile, a patent related to the technical field of the present invention is US Patent No. 6,518,872 registered in 2003, which has a high resolution scanning thermal probe and method of manufacturing according to the present invention. It contains claims for the process of manufacturing probes that measure the temperature of the counterpart by making thermocouples with MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) processing and chemical vapor deposition processes, and the bridge between the probe and the thermocouple. ), But the patent is implemented by employing a probe having a plurality of legs, which is different from a nano thermocouple implemented at the tip of the probe.

본 발명에서는 현존하는 실리콘 불순물 농도분포 측정방법에 비해서 보다 높은 공간적 정밀도 및 정량적 정밀도를 가지면서도 사용이 간편한 새로운 측정방법을 제공하고자 한다. The present invention is to provide a new measurement method that is simple to use while having a higher spatial precision and quantitative precision than the existing silicon impurity concentration distribution measurement method.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 탐침 첨단을 샘플 표면에 접촉된 탐침 첨단의 열전쌍에 대하여 국소가열, 온도 측정 및 열전전압 측정을 동시에 수행함으로써 반도체 표면 접점의 불순물 농도분포(dopant density profiling)를 나노미터 정도의 공간적 정밀도를 가지고 정량적으로 측정할 수 있는 측정방법을 제공하는 데 있다.In order to solve the above technical problem, an object of the present invention is to perform an impurity concentration distribution of a semiconductor surface contact by simultaneously performing local heating, temperature measurement, and thermoelectric voltage measurement on a thermocouple of a probe tip in contact with a sample surface. It is to provide a measuring method that can quantitatively measure density profiling) with spatial precision of about nanometer.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체의 불순물농도 측정장치는, 헤비도핑(heavy doping)된 실리콘과 열전쌍을 이루도록 전도성 다이아몬드가 외부에 적층된 다이아몬드 열전탐침;In order to achieve the above object, an impurity concentration measuring apparatus of a semiconductor of the present invention includes a diamond thermoelectric probe in which conductive diamond is laminated to the outside to form a thermocouple with heavy doped silicon;

상기 열전탐침에 교류전기를 인가하여 열전쌍 접점부를 국소 가열하는 교류전원;An AC power source for locally heating the thermocouple contact unit by applying an alternating current to the thermoelectric probe;

상기 열전쌍 접점부에서 발생하는 온도변동(ΔTjunc)에 의해 열전전압(ΔVtip)을 측정하도록 상기 열전쌍 탐침에 연결된 제1 전압측정장치; 및A first voltage measuring device connected to the thermocouple probe to measure a thermocouple voltage (ΔV tip ) by a temperature change ΔT junc occurring at the thermocouple contact portion; And

상기 다이아몬드 박막과 반도체 샘플에 연결되어 열전전압(ΔVtip-sample)을 측정하여 반도체 표면의 열전계수를 도출하는 제2 전압측정장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a second voltage measuring device connected to the diamond thin film and the semiconductor sample to measure a thermoelectric voltage (ΔV tip-sample ) to derive a thermoelectric coefficient on the surface of the semiconductor.

상기 전도성 다이아몬드 탐침은 헤비도핑(heavy doping)된 원추형 실리콘;The conductive diamond probe may comprise heavy doped conical silicon;

상기 실리콘의 단부를 제외한 외면에 적층된 부도체인 이산화규소(SiO2) 박막; 및A silicon dioxide (S i O 2 ) thin film which is an insulator laminated on an outer surface except for an end portion of the silicon; And

상기 이산화규소 박막과 상기 실리콘 단부의 외부에 적층되며 탐침의 첨단을 이루는 다이아몬드 박막; 으로 이루어진 탐침인 것이 바람직하다.A diamond thin film laminated on the outside of the silicon dioxide thin film and the silicon end and forming a tip of a probe; It is preferable that it is a probe consisting of.

또한, 본 발명의 반도체의 불순물농도 측정방법은, 전도성 다이아몬드박막이 적층되어 있는 열전쌍 탐침을 샘플표면에 접촉시켜 나노단위의 접점을 형성시킨 후, 상기 탐침의 열전쌍에 교류전류를 가하여 열전쌍 접점부를 국소적으로 발열시키는 제1 단계;In addition, in the method for measuring the impurity concentration of a semiconductor of the present invention, a thermocouple probe in which a conductive diamond thin film is laminated is contacted with a sample surface to form nano-contacts, and then an alternating current is applied to the thermocouple of the probe to localize the thermocouple contact portion. Firstly generating heat;

상기 발열에 의한 열전쌍 접점부의 온도변동(ΔTjunc)으로 발생된 열전전압(ΔVtip)을 제1 전압측정장치로 측정한 후, 상기 열전전압(ΔVtip) 및 실리콘과 다이아몬드간의 열전계수(Ssi-dia)를 이용하여 탐침첨단의 온도변동(ΔTtip)을 산출하는 제2 단계;After measuring the thermoelectric voltage (ΔV tip ) generated by the temperature fluctuation (ΔT junc ) of the thermocouple contact portion by the heat generation with a first voltage measuring device, the thermoelectric voltage (ΔV tip ) and the thermoelectric coefficient (S si between silicon and diamond) a second step of calculating the temperature variation ΔT tip of the probe tip using -dia );

상기 전도성 다이아몬드박막의 첨단과 반도체 샘플표면사이에 형성된 탐침접점의 열전전압(ΔVtip-sample)을 제2 전압측정장치로 측정한 후, 상기 열전전압(ΔVtip-sample)과 온도변동(ΔTtip)을 이용하여 다이아몬드 박막과 샘플표면간의 열전계수(Sdia-sub)를 산출하는 제3 단계; 및After measuring the thermoelectric voltage (ΔV tip-sample ) of the probe contact formed between the tip of the conductive diamond thin film and the semiconductor sample surface with a second voltage measuring device, the thermoelectric voltage (ΔV tip-sample ) and the temperature fluctuation (ΔT tip) Calculating a thermoelectric coefficient (S dia-sub ) between the diamond thin film and the sample surface using; And

상기 열전계수(Sdia-sub)를 이용하여 샘플표면의 열전계수(Ssample)를 산출한 후, 상기 산출된 열전계수(Ssample)로부터 반도체의 불순물농도를 정량적으로 분석하는 제4 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.After calculating the thermal coefficient of the sample surface (S sample) by using the thermal transfer coefficient (S dia-sub), from the thermal coefficient (S sample) calculates the fourth step of quantitative analysis of the impurity concentration in the semiconductor; a Characterized in that made.

상기 제2 단계에서는 측정된 열전전압에서 주파수ω의 구동전압을 분리하여 제벡효과(Seebeck effect)로 발생된 주파수 2ω의 열전전압(ΔVtip)을 산출한다.In the second step, the driving voltage of frequency ω is separated from the measured thermoelectric voltage to calculate the thermoelectric voltage ΔV tip of the frequency 2ω generated by the Seebeck effect.

또한, 상기 제3 단계에서는 측정된 열전전압에서 주파수ω의 구동전압을 분리하여 제벡효과(Seebeck effect)로 발생된 주파수 2ω의 열전전압(ΔVtip-sample)을 산출한다.In the third step, the driving voltage of frequency ω is separated from the measured thermoelectric voltage to calculate a thermoelectric voltage ΔV tip-sample of frequency 2ω, which is generated by the Seebeck effect.

상기 제4 단계에서의 샘플표면의 열전계수(Ssample)는 산출된 열전계수(Sdia- sample)에서 다이아몬드박막(30)의 열전계수(Sdia)를 제외함으로써 얻어질 수 있는데, 반도체의 불순물농도(n)는 열전계수(S)의 함수(n=f(S))이고 양자의 관계가 실험에 의하여 도표화되어 있는 바, 그에 근거하여 열전계수에 따른 반도체의 불순물농도를 정량적으로 분석할 수 있다.The thermoelectric coefficient (S sample ) of the sample surface in the fourth step may be obtained by excluding the thermoelectric coefficient (S dia ) of the diamond thin film 30 from the calculated thermoelectric coefficient (S dia-sample ), which is an impurity of a semiconductor. The concentration (n) is a function of the thermoelectric coefficient (S) (n = f (S)) and the relationship between them is plotted by experiment. Based on this, it is possible to quantitatively analyze the impurity concentration of the semiconductor according to the thermoelectric coefficient. have.

상기와 같은 본 발명의 반도체의 불순물농도 측정장치 및 방법의 일실시예의 구성을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the drawings the configuration of an embodiment of the impurity concentration measuring apparatus and method of the semiconductor of the present invention as described above is as follows.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 측정장치와 상기 측정장치에 이용되는 전도성 다이아몬드 탐침의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 측정장치 및 측정방법을 설명하기 위하여 도시한 개념도이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체의 불순물농도 측정방법의 플로우차트이다.4 is a conceptual diagram schematically showing a configuration of a measuring device according to an embodiment of the present invention and a conductive diamond probe used in the measuring device, and FIG. 5 illustrates a measuring device and a measuring method according to an embodiment of the present invention. 8 is a conceptual diagram for explaining the present invention. FIG. 8 is a flowchart of a method for measuring impurity concentration of a semiconductor according to an exemplary embodiment of the present invention.

또한, 도 6은 본 출원인에 의해 선행실험된 온도측정장치와 주파수 대 온도변동 그래프를 도시한 도면이고, 도 7은 상기 선행실험에 있어서의 신호처리 및 그 결과에 대한 그래프를 도시한 도면이다.In addition, Figure 6 is a view showing a temperature measuring device and a frequency vs. temperature fluctuation graph previously experimented by the present applicant, Figure 7 is a diagram showing a graph of the signal processing and the results in the preceding experiment.

도 4와 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 반도체의 불순물농도 측정장치는, 헤비도핑(heavy doping)된 실리콘(10)과 열전쌍을 이루도록 전도성 다이아몬드 박막(30)이 외부에 적층된 다이아몬드 열전탐침(100)과, 상기 열전탐침(100)에 교류전기를 인가하여 열전쌍 접점부(40)를 국소가열하는 교류전원(200)과, 상기 열전쌍 접점부(40)의 온도변동(ΔTjunc)에 의해 발생하는 열전전압(ΔVtip)을 측정하도록 상기 열전탐침(100)에 연결된 제1 전압측정장치(300)와, 상기 다이아몬드 박막(30)과 반도체 샘플(500)에 연결되어 열전전압(ΔVtip-sample)을 측정하여 반도체 표면의 열전계수를 도출하는 제2 전압측정장치(400)를 포함하고 있다.4 and 5, in the semiconductor impurity concentration measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the conductive diamond thin film 30 to form a thermocouple with the heavy doped silicon (10) to the outside The stacked diamond thermoelectric probe 100, an alternating current power supply 200 for locally heating the thermocouple contact portion 40 by applying an alternating current to the thermoelectric probe 100, and a temperature variation of the thermocouple contact portion 40 ( A thermoelectric voltage (ΔV tip ) generated by ΔT junc ) and a first voltage measuring device 300 connected to the thermoelectric probe 100, the diamond thin film 30 and the semiconductor sample 500 are connected to thermoelectric. A second voltage measuring device 400 for measuring a voltage ΔV tip -sample to derive a thermoelectric coefficient of a semiconductor surface is included.

상기 전도성 다이아몬드 탐침(100)은, 헤비도핑(heavy doping)된 원추형 실리콘(10)과, 상기 실리콘(10)의 단부를 제외한 외면에 적층된 부도체인 이산화규소(SiO2) 박막(20)과, 상기 이산화규소 박막(20)과 상기 실리콘(10) 단부의 외부에 적층되며 탐침(100)의 첨단(50)을 이루는 다이아몬드 박막(30)으로 이루어져서, 전류가 상기 원추형 실리콘(10)을 통하여 전도성 다이아몬드 박막(30)으로 흐름에 따라 상기 열전쌍 접점부(40)가 주울효과(Joule effect)에 의해 국소가열된다.The conductive diamond probe 100 includes a heavy doped conical silicon 10 and a silicon dioxide (S i O 2 ) thin film 20 which is a non-conductor laminated on an outer surface except for an end of the silicon 10. And a diamond thin film 30 stacked on the outside of the silicon dioxide thin film 20 and the end of the silicon 10 and forming the tip 50 of the probe 100, so that a current flows through the conical silicon 10. As the conductive diamond thin film 30 flows, the thermocouple contact portion 40 is locally heated by the Joule effect.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 반도체의 불순물농도 측정방법은,In addition, as shown in Figure 8 the impurity concentration measurement method of a semiconductor according to an embodiment of the present invention,

전도성 다이아몬드 박막(30)이 적층되어 있는 열전쌍 탐침(100)을 샘플표면(501)에 접촉시켜 나노단위의 접점(60)을 형성시킨 후, 상기 탐침(100)의 열전쌍에 교류전류를 가하여 열전쌍 접점부(40)를 국소적으로 발열시키는 제1 단계(S1)와,The thermocouple probe 100 having the conductive diamond thin film 30 laminated thereon is brought into contact with the sample surface 501 to form a nano-contact point 60, and then an alternating current is applied to the thermocouple of the probe 100 to provide a thermocouple contact point. A first step (S1) of locally generating the unit 40,

상기 발열에 의한 열전쌍 접점부(40)의 온도변동(ΔTjunc)으로 발생된 열전전압(ΔVtip)을 제1 전압측정장치(300)로 측정한 후, 상기 열전전압(ΔVtip) 및 실리콘(10)과 다이아몬드(30)간의 열전계수(Ssi-dia)를 이용하여 탐침첨단(50)의 온도변동(ΔTtip)을 산출하는 제2 단계(S2)와,After the thermal voltage (ΔV tip) caused by temperature variation (ΔT junc) of the thermocouple contact point (40) by the heating was measured by first voltage measuring device 300, the thermal voltage (ΔV tip) and silicon ( A second step S2 of calculating a temperature variation ΔT tip of the probe tip 50 by using the thermoelectric coefficient S si-dia between 10) and the diamond 30;

상기 전도성 다이아몬드박막(30)과 반도체 샘플표면(501)사이의 탐침접점 (60)의 열전전압(ΔVtip-sample)을 제2 전압측정장치(400)로 측정한 후, 상기 열전전압(ΔVtip-sample)과 온도변동(ΔTtip)을 이용하여 다이아몬드 박막(30)과 샘플표면(501)간의 열전계수(Sdia - sample)를 도출하는 제3 단계(S3)와,After measuring the thermoelectric voltage (ΔV tip-sample ) of the probe contact point 60 between the conductive diamond thin film 30 and the semiconductor sample surface 501 by the second voltage measuring device 400, the thermoelectric voltage (ΔV tip) and a third step of deriving a sample) (S3), - -sample ) and temperature variation (ΔT by using the tip) thermal coefficient (S dia between the diamond film 30 and the sample surface 501

상기 열전계수(Sdia-sample)를 이용하여 샘플표면(501)의 열전계수(Ssample)를 산출한 후 상기 산출된 열전계수(Ssample)로부터 반도체의 불순물농도를 정량적으로 분석하는 제4 단계(S4)로 이루어진다.A fourth step after calculating the thermal coefficient (S sample) of a sample surface 501 using the thermal transfer coefficient (S dia-sample), quantitative analysis of the impurity concentration in the semiconductor from the calculated thermal coefficient (S sample) It consists of (S4).

상기 제2 단계(S2)에서는 측정된 열전전압에서 주파수ω의 구동전압을 분리하여 제벡효과(Seebeck effect)로 발생된 주파수 2ω의 열전전압(ΔVtip)을 산출한다.In the second step S2, the driving voltage of frequency ω is separated from the measured thermoelectric voltage to calculate a thermoelectric voltage ΔV tip of frequency 2ω generated by the Seebeck effect.

상기 제2 단계(S2)에서 실리콘(10)과 다이아몬드 박막(30)간의 열전계수(Ssi-dia)는 실험에 의하여 구하는 것이 편리하나, 이론적으로는 하기의 수학식 3에 의하여 구할 수 있다.In the second step S2, the thermoelectric coefficient S si-dia between the silicon 10 and the diamond thin film 30 may be conveniently obtained by experiment, but may be theoretically obtained by Equation 3 below.

Ssi - dia = Ssi - Sdia S si - dia = S si -S dia

여기서, Ssi 는 실리콘(10)의 열전계수이고, Sdia 는 다이아몬드 박막(30)의 열전계수이다.Where S si Is the thermoelectric coefficient of silicon 10, S dia Is the thermoelectric coefficient of the diamond thin film 30.

한편, 실리콘(10)의 열전계수(Ssi)와 다이아몬드 박막(30)의 열전계수(Sdia)는 각각 불순물의 농도 및 종류에 따라 하기의 수학식 4에 의하여 구할 수 있다.On the other hand, the thermoelectric coefficient (S si ) of the silicon 10 and the thermoelectric coefficient (S dia ) of the diamond thin film 30 can be obtained according to Equation 4 below according to the concentration and type of impurities, respectively.

Figure 112006015050102-pat00003
Figure 112006015050102-pat00003

여기서, n과 p는 전자와 정공의 농도, μn와 μp는 전자와 정공의 이동도, Sn Sp는 전자와 전공의 제벡계수(Seebeck coefficient)이다.Where n and p are electron and hole concentrations, μ n and μ p are electron and hole mobility, S n and S p is the Seebeck coefficient of electrons and majors.

또한, 상기 Sn Sp는 하기 수학식 5에 의하여 구할 수 있다.In addition, the S n and S p can be obtained by the following equation.

Figure 112006015050102-pat00004
Figure 112006015050102-pat00005
,
Figure 112006015050102-pat00004
Figure 112006015050102-pat00005
,

여기서, kB는 볼츠만상수, e는 전하량, re와 rh은 전자와 정공에 대한 산란계수, Nc와 Nv은 전자와 정공에 대한 컨덕션(conduction)과 밸런스(valence)계수이다.Where k B is the Boltzmann constant, e is the charge, r e and r h are the scattering coefficients for electrons and holes, and N c and N v are the conduction and balance coefficients for electrons and holes.

상기 제2 단계(S2)에서 탐침첨단(50)의 온도변동(ΔTtip)은 하기의 수학식 6에 의하여 구할 수 있다.The temperature variation ΔT tip of the probe tip 50 in the second step S2 may be obtained by Equation 6 below.

Figure 112006015050102-pat00006
Figure 112006015050102-pat00006

여기서, ΔVtip은 열전쌍 접점부에서의 열전전압, Ssi-dia는 실리콘(10)과 다이아몬드 박막(30)간의 열전계수이다.Here, ΔV tip is the thermoelectric voltage at the thermocouple contact portion, S si-dia is the thermoelectric coefficient between the silicon 10 and the diamond thin film 30.

또한, 제2 단계(S2)에서와 동일한 방법으로 상기 제3 단계(S3)에서도 측정된 열전전압에서 주파수ω의 구동전압을 분리하여 제벡효과(Seebeck effect)로 발생된 주파수 2ω의 열전전압(ΔVtip-sample)을 산출한다.In addition, in the same manner as in the second step S2, the thermoelectric voltage ΔV of the frequency 2ω generated by the Seebeck effect by separating the driving voltage of the frequencyω from the measured thermoelectric voltage in the third step S3. tip-sample ).

상기 제3 단계(S3)에서 다이아몬드 박막(30)과 샘플표면(501)간의 열전계수(Sdia-sample)는 하기 수학식 7에 의하여 구할 수 있다.In the third step S3, the thermoelectric coefficient S dia -sample between the diamond thin film 30 and the sample surface 501 may be obtained by Equation 7 below.

Figure 112006015050102-pat00007
Figure 112006015050102-pat00007

여기서, ΔVtip-sample은 전도성 다이아몬드 박막(30)과 반도체 샘플표면(501)의 접점인 탐침접점(50)에서의 열전전압, ΔTtip는 제3 단계에서 구한 탐침첨단(50)의 온도변동값이다.Here, ΔV tip-sample is the thermoelectric voltage at the probe contact point 50 which is the contact point between the conductive diamond thin film 30 and the semiconductor sample surface 501, and ΔT tip is the temperature variation value of the probe tip 50 obtained in the third step. to be.

상기 제4 단계(S4)에서의 샘플표면(501)의 열전계수(Ssample)는 산출된 열전계 수(Sdia-sample)에서 다이아몬드박막(30)의 열전계수(Sdia)를 분리함으로써 얻어질 수 있는데, 반도체의 불순물농도(n)는 열전계수(S)의 함수(n=f(S))이고 양자의 관계가 실험에 의하여 도표화되어 있는 바, 그에 근거하여 열전계수에 따른 반도체의 불순물농도를 정량적으로 분석할 수 있다.In the fourth step S4, the thermoelectric coefficient S sample of the sample surface 501 is obtained by separating the thermoelectric coefficient S dia of the diamond thin film 30 from the calculated thermoelectric coefficient S dia-sample . The impurity concentration (n) of the semiconductor is a function of the thermoelectric coefficient (S) (n = f (S)) and the relationship between the two is plotted by experiment, based on which the impurity of the semiconductor according to the thermoelectric coefficient Concentration can be analyzed quantitatively.

이하에서는 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체의 불순물농도 측정장치 및 방법의 작용을 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the impurity concentration measuring apparatus and method of the semiconductor according to an embodiment of the present invention as described above will be described in detail.

본 발명에 의해서 제안되는 반도체 불순물 농도 측정방법을 반도체 샘플(500)에 적용하기 위해서는 실리콘의 물리적 특성상 전도성 다이아몬드 탐침(100)이 요구된다. 반도체 실리콘 표면(501)에 탐침(100)의 첨단(50)을 접촉시켜 안정적인 전기적 접촉을 이루기 위해서는 접촉점의 국소적 압력이 10 Gpa 이상이 되어야 하는데, 이러한 압력은 텅스텐이나 강철의 항복강도를 넘어서는 응력이다. 따라서, 실리콘 표면(501)과의 기계적 접촉을 통하여 안정적인 전기적 접촉을 이루기 위해서는 항복강도가 10 Gpa을 훨씬 넘어서면서도 전기 전도성이 높은 물질이 필요하다. 이러한 물질로서 이상적인 것이 전도성 다이아몬드이다. 다이아몬드는 자연적으로 존재하는 물질가운데 가장 경도가 높고, 티타늄이나 백금족 금속보다도 화학적 안정성이 뛰어나기 때문에, 나노미터 스케일의 크기와 형태를 유지하는 것이 핵심인 나노테크놀로지 분야에서 소재의 장점을 극대화시킬 수 있는 재료이다.In order to apply the method for measuring the semiconductor impurity concentration proposed by the present invention to the semiconductor sample 500, the conductive diamond probe 100 is required due to the physical properties of silicon. In order to make stable electrical contact by contacting the tip 50 of the probe 100 to the semiconductor silicon surface 501, the local pressure of the contact point should be 10 Gpa or more, which is a stress beyond the yield strength of tungsten or steel. to be. Therefore, in order to achieve stable electrical contact through mechanical contact with the silicon surface 501, a material having a high electrical conductivity while having a yield strength far exceeding 10 Gpa is required. Ideal as such a material is conductive diamond. Since diamond is the hardest of all natural materials and more chemically stable than titanium or platinum group metals, diamond can maximize the material's strengths in nanotechnology, where maintaining the size and shape of the nanometer scale is key. Material.

따라서, 우선 탐침(100)의 첨단(50)에 MEMS(micro electro mechanical systems) 및 나노제조(nano-fabrication) 공정을 이용하여 헤비도핑(heavy doping) 된 원추형 실리콘에 부도체인 이산화규소(SiO2)를 적층하고 상기 이산화규소 박막위에 상기 실리콘의 단부와 접합되도록 전도성 다이아몬드 박막을 적층한 전도성 다이아몬드 탐침을 제작한다. 상기 탐침의 첨단은 나노단위인 100nm 정도로 형성되어야 한다.Therefore, first, silicon dioxide (S i O), which is a non-conductor in heavy doped conical silicon using micro electro mechanical systems (MEMS) and nano-fabrication processes, on the tip 50 of the probe 100, is used. 2 ) is laminated and a conductive diamond probe laminated with a conductive diamond thin film to be bonded to the end of the silicon on the silicon dioxide thin film. The tip of the probe should be formed at about 100 nm, which is nanoscale.

상기의 전도성 다이아몬드 탐침(100)을 활용한 본 발명의 일실시예에 의한 반도체의 불순물농도 측정은, 상기 탐침의 실리콘(10)과 전도성 다이아몬드 박막(30)이 이루는 열전쌍을 교류전류로 통전시킴으로써 온도변동을 발생시킴과 동시에, 상기 탐침(100)의 첨단(50)을 반도체 샘플(500)과 전기적 접촉을 이루도록 접촉시킨 상태에서 상기 탐침(100)과 반도체 샘플(500)의 접점(60)에서 발생하는 열전 전압(thermoelectric voltage)를 측정하는 것으로서, (a)탐침첨단의 가열, (b)온도측정, (c)열전전압 측정의 세 가지 기능을 나노스케일의 탐침첨단(50)에서 동시에 수행하면서 반도체 표면 접점(60)의 열전계수(thermoelectric coefficient)를 정량적으로 측정함으로써 이루어진다.The impurity concentration measurement of a semiconductor according to an embodiment of the present invention utilizing the conductive diamond probe 100 may be performed by energizing a thermocouple formed by the silicon 10 of the probe and the conductive diamond thin film 30 with an alternating current. At the same time, the probe 50 is generated at the contact point 60 of the probe 100 and the semiconductor sample 500 while the tip 50 of the probe 100 is brought into electrical contact with the semiconductor sample 500. It is used to measure thermoelectric voltage, which is to perform three functions of (a) heating of probe tip, (b) temperature measurement, and (c) thermoelectric voltage measurement at the nanoscale probe tip 50 simultaneously. This is achieved by quantitatively measuring the thermoelectric coefficient of the surface contact 60.

즉, 본 발명은 탐침첨단(50)에 위치한 나노 열전쌍의 가열, 온도측정, 열전전압 측정의 세 가지 기능을 동시에 수행할 수 있는 새로운 측정방법에 관한 것이다.That is, the present invention relates to a new measurement method capable of simultaneously performing three functions of heating, temperature measurement, and thermoelectric voltage measurement of nano thermocouples located at the probe tip 50.

본 측정방법의 첫 번째 요구조건은 열전쌍을 전기적으로 가열하면서 동시에 접점의 온도변화에 의하여 유도되는 열전전압을 측정하는 것이다. 지금까지 열전쌍은 두 가지 다른 금속 또는 반도체 접점의 온도를 측정하는 수동적인 센서로서만 사용되어 왔다. 이는 열전쌍을 전기적으로 가열하는 경우 열전쌍에서 발생하는 열전전압이 전기적 가열에 필요한 전압에 비해서 대단히 미약하기 때문이다.The first requirement of this measuring method is to measure the thermoelectric voltage induced by the temperature change of the contact while heating the thermocouple electrically. Until now, thermocouples have been used only as passive sensors that measure the temperature of two different metal or semiconductor contacts. This is because, when the thermocouple is electrically heated, the thermoelectric voltage generated in the thermocouple is much weaker than the voltage required for the electric heating.

그러나, 본 출원인은 선행 특허출원 제2005-0116008호에서 기술한 바와 같이 열전쌍의 접점을 교류전류로 가열하는 경우 접점에서 발생하는 열전전압을 측정하는 것이 가능함을 이론적으로 유도하고 실험적으로 검증한 바 있으므로 이를 근거로 하고 있다. 이를 간단하게 설명하면 다음과 같다.However, the applicant has theoretically induced and experimentally verified that it is possible to measure the thermoelectric voltage generated at the contact when the contact of the thermocouple is heated with an alternating current as described in the prior patent application 2005-0116008. Based on this. This is briefly described as follows.

기본적인 원리는 교류전류에 의하여 발생하는 Joule 열을 이용하여 열전쌍 탐침의 접점을 주기적으로 가열하면서, 접점의 온도변화에 따라서 열전쌍 접점에서 발생하는 제벡(Seebeck) 전압을 계측하는 것이다.The basic principle is to periodically heat the junction of the thermocouple probe using Joule heat generated by AC current, and measure the Seebeck voltage generated at the junction of the thermocouple according to the temperature change of the junction.

즉, 열전쌍 탐침의 접점을 ω의 주파수를 갖는 교류전류로 통전시키면 접점에서는 2ω의 주파수로 주울(Joule)열이 발생하게 되고, 열전쌍 탐침의 접점에서의 온도도 2ω의 주파수로 진동하게 되며, 이에 따라 열전쌍 탐침의 접점에서 2ω의 주파수를 갖는 열전전압이 발생하게 되는데, 열전전압의 주파수는 2ω이고, 가열전류를 공급하기 위해 필요한 구동전압의 주파수는 ω이기 때문에, 2ω의 주파수를 갖는 전압을 분리 측정하면 열전쌍을 전기적으로 가열하면서 동시에 열전쌍의 온도를 추적할 수 있게 되는 것이다.That is, when the contact of the thermocouple probe is energized with an alternating current having a frequency of ω, Joule heat is generated at the frequency of 2 ω, and the temperature at the contact of the thermocouple probe also vibrates at a frequency of 2 ω. Accordingly, a thermoelectric voltage having a frequency of 2ω is generated at the junction of the thermocouple probe. Since the frequency of the thermoelectric voltage is 2ω and the frequency of the driving voltage required to supply the heating current is ω, the voltage having a frequency of 2ω is separated. By measuring, the thermocouples can be electrically heated while simultaneously tracking the temperature of the thermocouples.

먼저, 탐침첨단의 국소적 가열을 설명하면 다음과 같다. 도 4와 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 교류전원(200)으로부터 주파수가 ω인 교류전류를 탐침(100)의 헤비도핑(heavy doping)된 실리콘(10)으로부터 전도성 다이아몬드박막(30)으로 통과시키면 주울효과(Joule effect)에 의하여 전류가 통과하는 모든 부분에 주파수가 2ω인 발열현상이 발생하며, 따라서 2ω의 주파수를 갖는 온도 변동이 생기게 된다. 여기서 좀 더 주목할 점은 헤비도핑(heavy doping)된 실리콘(10)과 다이아몬드박막(30)이 만나는 열전쌍의 접점부(40)는 전류가 통과하는 면적이 급속히 작아지면서 집중적으로 발열현상이 생긴다는 것이다. 따라서, 온도의 변동은 주로 탐침(100)의 첨단(50)에 위치한 열전쌍 접점부(40)에서 집중적으로 발생하게 된다.First, the local heating of the probe tip is described as follows. As shown in FIGS. 4 and 5, when an alternating current having a frequency of ω is passed from the AC power source 200 to the conductive diamond thin film 30 from the heavy doped silicon 10 of the probe 100. Due to the Joule effect, a heat generation phenomenon with a frequency of 2ω occurs in all parts through which the current passes, and thus a temperature variation with a frequency of 2ω occurs. It is more noteworthy here that the contact portion 40 of the thermocouple where the heavy doped silicon 10 and the diamond thin film 30 meet rapidly generates an intensive heat generation phenomenon as the area through which the current passes rapidly decreases. . Therefore, the temperature fluctuation mainly occurs in the thermocouple contact portion 40 located at the tip 50 of the probe 100.

다음으로, 탐침첨단(50)의 온도측정 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 탐침(100)의 첨단(50)에 집중된 온도변동(ΔTjunc)은 제벡효과(Seebeck effect)에 의하여 헤비도핑(heavy doping)된 실리콘(10)과 전도성 다이아몬드박막(30)의 접점부(40)에 주파수가 2ω인 열전전압(thermoelectric voltage)(ΔVtip)을 발생시킨다. 이때, 교류전원(200)에 의하여 인가되는 구동전압의 주파수는 ω이고 온도변동의 주파수는 2ω이므로, 발생된 전압에서 상기 구동전압에 의한 주파수 ω를 제거하면 탐침의 실리콘(10)과 다이아몬드박막(30)의 접점부(40)에서의 열전전압(ΔVtip)을 분리하여 측정할 수 있다. 이때 헤비도핑(heavy doping)된 실리콘(10)과 다이아몬드박막(30)의 열전계수(Ssi-dia)를 이용하여 상기 수학식 5에 의하여 계산하면 계측된 2ω 전압으로부터 탐침첨단의 온도변동(ΔTtip)을 계측할 수 있다.Next, the temperature measuring method of the probe tip 50 will be described. The temperature fluctuation ΔT junc concentrated on the tip 50 of the probe 100 is the contact portion 40 of the heavy-doped silicon 10 and the conductive diamond thin film 30 by the Seebeck effect. Generates a thermoelectric voltage (ΔV tip ) having a frequency of 2ω. At this time, since the frequency of the driving voltage applied by the AC power source 200 is ω and the frequency of the temperature fluctuation is 2ω, if the frequency ω caused by the driving voltage is removed from the generated voltage, the silicon 10 of the probe and the diamond thin film ( The thermoelectric voltage ΔV tip at the contact portion 40 of 30 may be separated and measured. At this time, using the doped silicon (10) and the thermoelectric coefficient (S si-dia ) of the diamond film 30, calculated by the equation (5), the temperature variation of the probe tip from the measured 2ω voltage (ΔT) tip ) can be measured.

마지막으로, 열전전압을 계측하여 실리콘 샘플표면(501)의 열전계수를 측정하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 다이아몬드박막(10)의 첨단부(50)에서의 크기는 ∼10-3μm3 로서 대단히 작기때문에, 열전계수를 측정하고자 하는 실리콘 샘플표면(501)의 접점(60)에서의 온도변동은 헤비도핑(heavy doping)된 실리콘(10)과 다이아몬드박막(30)의 접점부(40)에서의 온도변동과 매우 가까운 값을 갖게 되며, 그에 따라 다이아몬드박막(30)과 실리콘 샘플표면(501)의 접점(60)에서도 제벡효과(Seebeck effect)에 의해서 2ω의 주파수를 갖는 열전전압(ΔVtip)이 발생한다. 상기 열전전압 역시 주파수 2ω로서 구동전압의 주파수인 ω와 다른 주파수를 가지므로 위에서 설명한 바와 같이 분리계측이 가능하다.Finally, a method of measuring the thermoelectric voltage on the silicon sample surface 501 by measuring the thermoelectric voltage will be described below. Since the size at the tip 50 of the diamond thin film 10 is very small, ˜10 −3 μm 3 , the temperature variation at the contact 60 of the silicon sample surface 501 to measure the thermoelectric coefficient is heavy doped. (heavy doping) has a value very close to the temperature fluctuation in the contact portion 40 of the silicon 10 and the diamond thin film 30, and thus the contact between the diamond thin film 30 and the silicon sample surface 501 ( 60), a thermoelectric voltage (ΔV tip ) having a frequency of 2ω is generated by the Seebeck effect. The thermoelectric voltage also has a frequency different from ω, which is the frequency of the driving voltage, with a frequency of 2ω, so that separate measurement is possible as described above.

이와 같이 계측된 전도성 다이아몬드 박막(30)과 실리콘 샘플표면(501)사이의 열전전압(ΔVtip)과 상기에서 계측된 탐침첨단(50)의 온도값(ΔTtip)으로부터 실리콘 샘플표면(501)의 불순물 농도와 종류를 정량적으로 분석하는 것이 가능하다.The thermoelectric voltage (ΔV tip ) between the conductive diamond thin film 30 and the silicon sample surface 501 measured as described above and the temperature value (ΔT tip ) of the probe tip 50 measured above are measured. It is possible to quantitatively analyze impurity concentrations and types.

본 측정기법과 동일한 신호검출방법은 금(Au)과 니켈(Ni)을 이용한 실험을 통하여 이미 입증한 바 있다. 도 6은 금(Au)과 니켈(Ni)을 이용하여 이를 실험적으로 입증한 결과이다. 상기 실험에서는 측정결과의 비교기준으로서 도선의 온도를 측정하는 기준방법으로 잘 알려져 있는 3ω 방법에 의하여 측정된 온도를 기준으로 사용하였다. 그 결과 열전쌍 접점에서 측정된 온도 진폭은 3ω 방법에 의하여 측정된 온도 진폭보다 약간 작게 측정됨을 알 수 있다. 그 이유는 열전전압을 측정하는 부분에서는 전류가 통과하는 도선의 단면적이 넓어지며, 또한 측정에 필요한 단자로 전달되는 열량이 있기 때문에 열전쌍 접점의 온도가 실제로 도선의 온도보다 약간 낮아지기 때문으로 보인다. 위의 실험은 비교적 간단한 실험이지만 열전쌍을 단순히 수동적인 센서가 아니라 능동적인 센서로 활용이 가능함을 실험적으로 입증한 실험이다.The same signal detection method as this measurement technique has already been proved through experiments using gold (Au) and nickel (Ni). 6 is a result of experimentally verifying this using gold (Au) and nickel (Ni). In the above experiment, the temperature measured by the 3ω method, which is well known as a reference method for measuring the temperature of the conductor, was used as a reference for comparing the measurement results. As a result, it can be seen that the temperature amplitude measured at the thermocouple contact point is slightly smaller than the temperature amplitude measured by the 3ω method. The reason for this is because the cross-sectional area of the conducting wire through which the electric current passes is widened in the portion for measuring the thermoelectric voltage, and the temperature of the thermocouple contact point is actually slightly lower than the temperature of the conducting wire because of the amount of heat transferred to the terminal required for the measurement. The above experiment is a relatively simple experiment, but experimentally proved that the thermocouple can be used as an active sensor rather than a passive sensor.

한편, 본 발명의 측정방법은 열전쌍의 가열, 온도 측정, 열전전압 측정의 세 가지 기능을 수행해야 하므로 열전쌍 접점에서의 열전전압을 한 쌍의 단자에서만 검출하는 것이 아니고 두 쌍 이상의 단자에서 검출할 수 있어야 한다. 도 7은 이와 관련된 신호검출실험의 방법 및 결과를 보여준다. 교류전류는 단자 1-2에 가하면서 열전신호는 단자 1-2, 2-3, 3-4, 4-1의 모든 단자에서 검출하였다. 그 측정결과는 도 7의 아래 그래프와 같다. 주목할 점은 단자 1-2에서 검출된 신호의 진폭이 가장 크고, 단자 2-3과 단자 4-1의 신호 크기는 거의 비슷하며, 단자 3-4에서 측정된 신호의 값이 가장 작게 나타나고 있다. 그 이유는 다음과 같다.On the other hand, since the measuring method of the present invention must perform three functions of heating, temperature measurement, and thermoelectric voltage measurement of the thermocouple, the thermoelectric voltage at the thermocouple contact can be detected at two or more pairs of terminals. Should be Figure 7 shows the method and results of the signal detection experiments associated with this. An alternating current was applied to terminals 1-2, while thermoelectric signals were detected at all terminals at terminals 1-2, 2-3, 3-4, and 4-1. The measurement results are as shown in the graph below in FIG. Note that the amplitude of the signal detected at terminal 1-2 is the largest, the signal magnitudes of terminals 2-3 and 4-1 are almost the same, and the value of the signal measured at terminal 3-4 is the smallest. The reason for this is as follows.

첫째로, 전류는 가장 저항이 작은 경로를 통하여 흐르는 경향이 있기 때문이다. 즉 전류가 단자 1-2 사이를 통과할 때 도 7에 표현된 것처럼 가능하면 안쪽으로(상부 도면의 사각형내에서 2 상한 방향으로) 통과할수록 짧은 경로를 통과하게 된다. 따라서, 도면에 표시된 대로 안쪽으로 갈수록 전류밀도가 높은 것으로 추측된다. 국소적 열발생량은 주울(Joule)의 법칙에 따라 전류밀도의 제곱에 비례하므로, 상부 도면의 사각형내의 2상한인 금과 니켈의 접점의 온도 진폭이 가장 크며, 바깥쪽(4상한 방향)으로 갈수록 온도진폭이 작아지게 된다.First, the current tends to flow through the path of least resistance. That is, when current passes between terminals 1-2, as soon as possible (as shown in FIG. 7) inward (in the upper quadrant of the upper figure), the shorter path passes. Therefore, it is assumed that the current density is higher toward the inside as shown in the figure. Since the local heat generation is proportional to the square of the current density according to Joule's law, the temperature amplitude of the contact point of gold and nickel, which is the second upper limit in the quadrangle of the upper drawing, is the largest, and toward the outer side (four upper directions). The temperature amplitude becomes small.

둘째로, 열전쌍에 있어서 측정되는 온도는 두 개의 다른 금속 혹은 반도체가 접하는 부분에 있어서 마치 전류가 통과하는 경우처럼 가장 전기저항이 작은 경로상의 접점의 온도를 측정한다. 따라서, 단자 1-2에서 측정된 신호는 2상한 접점의 온도진폭이고, 단자 2-3과 단자 4-1은 각각 1상한 접점과 3상한 접점의 온도 변동 폭이며, 단자 3-4에서 측정된 신호는 4상한 접점의 온도진폭이다. Secondly, the temperature measured in a thermocouple measures the temperature of a contact on a path with the smallest electrical resistance, as in the case where a current passes through two different metals or semiconductors. Thus, the signal measured at terminal 1-2 is the temperature amplitude of the two quadrant contacts, the terminals 2-3 and terminal 4-1 are the temperature fluctuations of the one quadrant and three quadrant contacts, respectively, and are measured at terminals 3-4. The signal is the temperature amplitude of the quadrant.

위의 실험을 통해 열전쌍의 가열, 온도 측정, 열전전압 측정의 세 가지 기능을 동시에 수행 가능함을 유추할 수 있다. 한편, 한 변의 길이가 2μm인 사각 열전쌍 접점 내에서도 상당한 온도 차이가 계측된 것은 주목할 점이다. 이는 탐침 첨단 열전쌍 접점의 크기가 아주 작은 경우에만 열전쌍 접점의 온도가 일정하다는 가정이 가능함을 보여준다.The above experiments infer that the three functions of thermocouple heating, temperature measurement and thermoelectric voltage measurement can be performed simultaneously. On the other hand, it is noteworthy that a significant temperature difference was measured even in a square thermocouple contact having a side length of 2 m. This shows that it is possible to assume that the temperature of the thermocouple contacts is constant only if the probe tip thermocouple contacts are very small in size.

도 6 및 7과 도 4 의 연관성은 다음과 같다. 단자 1-2에 교류전류를 가하는 것은 헤비도핑(heavy doping)된 실리콘(10)과 전도성 다이아몬드박막(30)에 교류전류를 가하는 것에 해당한다. 단자 1-2에서 신호를 검출하는 것은 헤비도핑(heavy doping)된 실리콘(10)과 전도성 다이아몬드박막(30)의 열전쌍 접점(40)에서 열전전압을 검출하는 것에 해당한다. 단자 2-3에서 신호를 검출하는 것은 전도성 다이아몬드박막(30)과 실리콘 샘플표면(501)의 접점(60)에서의 열전전압(ΔVtip)을 검출하는 것에 해당한다. 여기서 중요한 사항은 단자 1-2에서 검출된 신호와 단자 2-3에서 검출되는 신호 크기의 차이는 접점(60)의 크기가 작아질수록 작아질 것이라는 점이다. 따라서, 본 발명에서 이용되는 다이아몬드 탐침(100)의 접점(50)이 작으면 작을수록 정량적 측정 정밀도를 향상 시킬 수 있을 것이다. 열전쌍 접점의 크기가 약 100 nm로 작게 예측되는 경우라도 온도의 분포가 일정하지 않을 수 있으나, 이것은 백금(Pt)과 같이 열전계수가 잘 알려진 샘플을 사용하여 그 열전쌍 접점 내부의 온도분포를 쉽게 측정할 수 있으므로 간단하게 보정할 수 있다.6 and 7 and FIG. 4 are as follows. Applying an alternating current to terminals 1-2 corresponds to applying an alternating current to heavy doped silicon 10 and conductive diamond thin film 30. Detecting a signal at terminals 1-2 corresponds to detecting a thermoelectric voltage at the thermocouple contacts 40 of the heavily doped silicon 10 and the conductive diamond thin film 30. Detecting a signal at terminal 2-3 corresponds to detecting a thermoelectric voltage ΔV tip at the contact 60 of the conductive diamond thin film 30 and the silicon sample surface 501. An important point here is that the difference between the signal detected at terminal 1-2 and the signal magnitude detected at terminal 2-3 will become smaller as the size of contact 60 becomes smaller. Therefore, the smaller the contact point 50 of the diamond probe 100 used in the present invention will be able to improve the quantitative measurement accuracy. Although the temperature distribution may be inconsistent even when the size of the thermocouple junction is expected to be small, about 100 nm, it is easy to measure the temperature distribution inside the thermocouple junction using a sample with a well-known thermoelectric coefficient such as platinum (Pt). As it can, it is easy to correct it.

따라서, 상기와 마찬가지로 다이아몬드 열전탐침(100)과 실리콘 샘플표면(501)사이에서도 열전전압(ΔVtip)과 탐침첨단(50)의 온도값(ΔTtip)으로부터 실리콘 샘플표면(501)의 불순물 농도와 종류를 정량적으로 분석하는 것이 가능하다.Therefore, the impurity concentration of the silicon sample surface 501 and the temperature between the diamond thermoelectric probe 100 and the silicon sample surface 501 as well as from the thermoelectric voltage (ΔV tip ) and the temperature value (ΔT tip ) of the probe tip 50 are determined. It is possible to quantitatively analyze types.

위에서 설명한 바와 같이 현재 SPM(Scanning Probe MicroScope)을 활용한 불순물 농도분포 측정기법들이 불순물 농도의 공간적 분포를 정성적으로 측정하는 것에 비해, 본 발명의 반도체 불순물 농도측정방법은 보다 높은 공간분해능을 가지면서도 접점의 불순물 농도를 정량적으로 측정할 수 있다는 점이 중요한 장점이다.As described above, the current impurity concentration measurement method utilizing the scanning probe microscope (SPM) qualitatively measures the spatial distribution of impurity concentrations, but the semiconductor impurity concentration measurement method of the present invention has a higher spatial resolution. An important advantage is that the impurity concentration at the junction can be measured quantitatively.

본 발명에 의한 반도체 불순물의 농도 측정방법은, 첫째로 다이아몬드 탐침과 실리콘 샘플의 접촉면의 열전계수를 측정하므로 측정되는 신호의 크기가 접촉면의 크기와 무관하게 일정한 값을 가져서 정전용량과 같이 측정되는 신호의 크기가 접촉면의 면적에 비례하는 SCM(Scanning Capacitance MicroScopy)에 비해서는 높은 공간분해능을 가지고, 둘째로 측정되는 신호의 크기가 탐침과 실리콘 샘플 접촉면의 크기에 의하여 영향을 받는 SSRM(Scanning Spreading Resistance MicroScopy)에 비해 정량적 측정에 있어서 우월하고, 마지막으로 공간적 분해능에 있어서는 SThEM(Scanning Thermo-Electric MicroScopy)에 근접할 것으로 예상되어 실용성, 간편성 및 정량적 측정가능의 면에 있어서 훨씬 뛰어나다는 효과가 있다.In the method for measuring the concentration of semiconductor impurity according to the present invention, first, since the thermoelectric coefficient of the contact surface between the diamond probe and the silicon sample is measured, the measured signal has a constant value irrespective of the contact surface size, so that the signal is measured as the capacitance. Scanning Spreading Resistance MicroScopy (SSRM) has a high spatial resolution compared to Scanning Capacitance MicroScopy (SCM), where the size of P is proportional to the area of the contact surface. Second, the measured signal size is affected by the size of the probe and silicon sample contact surface. It is superior in quantitative measurement, and finally, spatial resolution is expected to be close to SThEM (Scanning Thermo-Electric MicroScopy), which is much better in terms of practicality, simplicity and quantitative measurement.

Claims (12)

헤비도핑(heavy doping)된 실리콘과 열전쌍을 이루도록 전도성 다이아몬드가 외부에 적층된 다이아몬드 열전탐침;A diamond thermoelectric probe in which conductive diamond is externally laminated to form a thermocouple with heavy doped silicon; 상기 열전탐침에 교류전기를 인가하여 열전쌍 접점부를 국소 가열하는 교류전원;An AC power source for locally heating the thermocouple contact unit by applying an alternating current to the thermoelectric probe; 상기 열전쌍 접점부에서 발생하는 온도변동(ΔTjunc)에 의해 열전전압(ΔVtip)을 측정하도록 상기 열전쌍 탐침에 연결된 제1 전압측정장치; 및A first voltage measuring device connected to the thermocouple probe to measure a thermocouple voltage (ΔV tip ) by a temperature change ΔT junc occurring at the thermocouple contact portion; And 상기 다이아몬드 박막과 반도체 샘플에 연결되어 열전전압(ΔVtip-sample)을 측정하여 반도체 표면의 열전계수를 도출하는 제2 전압측정장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정장치.And a second voltage measuring device connected to the diamond thin film and the semiconductor sample to measure a thermoelectric voltage (ΔV tip-sample ) to derive a thermoelectric coefficient on the surface of the semiconductor. 2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 다이아몬드 탐침은, 헤비도핑(heavy doping)된 원추형 실리콘;The method of claim 1, wherein the conductive diamond probe comprises: heavy doped conical silicon; 상기 실리콘의 단부를 제외한 외면에 적층된 부도체인 이산화규소(SiO2) 박막; 및A silicon dioxide (S i O 2 ) thin film which is an insulator laminated on an outer surface except for an end portion of the silicon; And 상기 이산화규소 박막과 상기 실리콘 단부의 외부에 적층되며 탐침의 첨단을 이루는 다이아몬드 박막; 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정장치.A diamond thin film laminated on the outside of the silicon dioxide thin film and the silicon end and forming a tip of a probe; Impurity concentration measuring apparatus of a semiconductor, characterized in that consisting of. 전도성 다이아몬드박막이 적층되어 있는 열전쌍 탐침을 샘플표면에 접촉시켜 나노단위의 접점을 형성시킨 후, 상기 탐침의 열전쌍에 교류전류를 가하여 열전쌍 접점부를 국소적으로 발열시키는 제1 단계;A first step of forming a nano-contact by contacting a thermocouple probe having a conductive diamond thin film deposited on a sample surface, and then locally generating a thermocouple contact by applying an alternating current to the thermocouple of the probe; 상기 발열에 의한 열전쌍 접점부의 온도변동(ΔTjunc)으로 발생된 열전전압(ΔVtip)을 제1 전압측정장치로 측정한 후, 상기 열전전압(ΔVtip) 및 실리콘과 다이아몬드간의 열전계수(Ssi-dia)를 이용하여 탐침첨단의 온도변동(ΔTtip)을 산출하는 제2 단계;After measuring the thermoelectric voltage (ΔV tip ) generated by the temperature fluctuation (ΔT junc ) of the thermocouple contact portion by the heat generation with a first voltage measuring device, the thermoelectric voltage (ΔV tip ) and the thermoelectric coefficient (S si between silicon and diamond) a second step of calculating the temperature variation ΔT tip of the probe tip using -dia ); 상기 전도성 다이아몬드박막의 첨단과 반도체 샘플표면사이에 형성된 탐침접점의 열전전압(ΔVtip-sample)을 제2 전압측정장치로 측정한 후, 상기 열전전압(ΔVtip-sample)과 온도변동(ΔTtip)을 이용하여 다이아몬드 박막과 샘플표면의 열전계수 차이(Sdia-sub)를 산출하는 제3 단계; 및After measuring the thermoelectric voltage (ΔV tip-sample ) of the probe contact formed between the tip of the conductive diamond thin film and the semiconductor sample surface with a second voltage measuring device, the thermoelectric voltage (ΔV tip-sample ) and the temperature fluctuation (ΔT tip) A third step of calculating a thermoelectric difference (S dia-sub ) between the diamond thin film and the sample surface using; And 상기 열전계수(Sdia-sub)를 이용하여 샘플표면의 열전계수(Ssample)를 산출한 후, 상기 산출된 열전계수(Ssample)로부터 반도체의 불순물농도를 정량적으로 분석하는 제4 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.A fourth step of calculating a sample after thermal coefficient (sample S) of the surface, quantitative analysis of the impurity concentration in the semiconductor from the calculated thermal coefficient (sample S) by using the thermal transfer coefficient (S dia-sub); Impurity concentration measurement method of a semiconductor, characterized in that consisting of. 제3항에 있어서, 상기 제2 단계에서의 열전전압(ΔVtip)은 측정된 열전전압에 서 주파수ω의 구동전압을 분리하여 산출된 제벡효과(Seebeck effect)로 발생한 주파수 2ω의 열전전압인 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.The thermoelectric voltage (ΔV tip ) in the second step is a thermoelectric voltage of 2ω frequency generated by the Seebeck effect calculated by separating the driving voltage of frequencyω from the measured thermoelectric voltage. A method for measuring the impurity concentration of a semiconductor. 제3항에 있어서, 상기 제2 단계에서 실리콘과 다이아몬드 박막간의 열전계수(Ssi-dia)는 실험에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.4. The method of claim 3, wherein the thermoelectric coefficient (S si-dia ) between the silicon and diamond thin film in the second step is determined by experiment. 제3항에 있어서, 상기 제2 단계에서 실리콘과 다이아몬드 박막간의 열전계수(Ssi-dia)는 하기의 수학식에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.4. The method of claim 3, wherein the thermoelectric coefficient (S si-dia ) between the silicon and diamond thin film in the second step is obtained by the following equation. [수학식][Equation] Ssi - dia = Ssi - Sdia S si - dia = S si -S dia (여기서, Ssi는 실리콘의 열전계수이고, Sdia는 다이아몬드 박막의 열전계수임)Where S si is the thermoelectric coefficient of silicon and S dia is the thermoelectric coefficient of the diamond film. 제6항에 있어서, 상기 실리콘의 열전계수(Ssi)와 다이아몬드 박막의 열전계수(Sdia)는 각각 불순물의 농도 및 종류에 따라 하기의 수학식에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.The impurity concentration measurement of the semiconductor according to claim 6, wherein the thermoelectric coefficient S si of the silicon and the thermoelectric coefficient S dia of the diamond thin film are calculated by the following equations according to the concentration and type of the impurity, respectively. Way. [수학식][Equation]
Figure 112006015050102-pat00008
Figure 112006015050102-pat00008
(상기 식 중 n과 p는 전자와 정공의 농도, μn와 μp는 전자와 정공의 이동도, Sn Sp는 전자와 전공의 제벡계수(Seebeck coefficient)임)(Wherein n and p are the electron and hole concentrations, and μ n μ p is the movement of electrons and holes even, S n and S p is Seebeck coefficient of electron and major
제7항에 있어서, 상기 Sn Sp는 하기 수학식에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.The method according to claim 7, wherein S n and S p is the impurity concentration measuring method of a semiconductor, characterized by the following formula. [수학식][Equation]
Figure 112006015050102-pat00009
,
Figure 112006015050102-pat00010
Figure 112006015050102-pat00009
,
Figure 112006015050102-pat00010
(상기 식 중 kB는 볼츠만상수, e는 전하량, re와 rh은 전자와 정공에 대한 산란계수, Nc와 Nv은 전자와 정공에 대한 컨덕션(conduction)과 밸런스(valence)계수임)Where k B is the Boltzmann constant, e is the charge, r e and r h are the scattering coefficients for electrons and holes, and N c and N v are the conduction and balance coefficients for electrons and holes being)
제3항에 있어서, 상기 제2 단계에서 탐침첨단의 온도변동(ΔTtip)은 하기의 수학식에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.According to claim 3, wherein the temperature variation in the probe advanced from step 2 (ΔT tip) is measured how the impurity concentration of the semiconductor, characterized in that to obtain, by the equation below on. [수학식][Equation]
Figure 112006015050102-pat00011
Figure 112006015050102-pat00011
(여기서, ΔVtip은 열전쌍 접점부에서의 열전전압, Ssi-dia는 실리콘과 다이아몬드 박막간의 열전계수임)Where ΔV tip is the thermoelectric voltage at the thermocouple contact and S si-dia is the thermoelectric coefficient between the silicon and diamond films.
제3항에 있어서, 상기 제3 단계에서의 열전전압(ΔVtip - sample)은 측정된 열전전압에서 주파수ω의 구동전압을 분리하여 산출된 제벡효과(Seebeck effect)로 발생한 주파수 2ω의 열전전압인 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.The thermoelectric voltage (ΔV tip - sample ) in the third step is a thermoelectric voltage having a frequency of 2ω caused by a Seebeck effect calculated by separating the driving voltage of frequencyω from the measured thermoelectric voltage. Method for measuring the impurity concentration of the semiconductor, characterized in that. 제3항에 있어서, 상기 제3 단계에서 다이아몬드 박막과 샘플표면간의 열전계수(Sdia-sample)는 하기 수학식에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.The method of claim 3, wherein the thermoelectric coefficient (S dia-sample ) between the diamond thin film and the sample surface in the third step is obtained by the following equation. [수학식][Equation]
Figure 112006015050102-pat00012
Figure 112006015050102-pat00012
(여기서, ΔVtip-sample은 전도성 다이아몬드 박막과 반도체 샘플표면의 접점인 탐침접점에서의 열전전압, ΔTtip는 탐침첨단의 온도변동값임)Where ΔV tip-sample is the thermoelectric voltage at the probe junction, the contact point between the conductive diamond film and the semiconductor sample surface, and ΔT tip is the temperature variation of the probe tip .
제3항에 있어서, 상기 제4 단계에서 샘플표면의 열전계수(Ssample)는 산출된 열전계수(Sdia-sample)에서 다이아몬드박막의 열전계수(Sdia)를 분리함으로써 얻는 것을 특징으로 하는 반도체의 불순물농도 측정방법.The semiconductor according to claim 3, wherein the thermoelectric coefficient (S sample ) of the sample surface in the fourth step is obtained by separating the thermoelectric coefficient (S dia ) of the diamond film from the calculated thermoelectric coefficient (S dia-sample ). Method for measuring impurity concentration of
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