JP2001024041A - キャリアプロファイル検出方法 - Google Patents
キャリアプロファイル検出方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易かつ制約なくキャリアプロファイルを検
出できるキャリアプロファイル検出方法を提供する。 【解決手段】 キャリアプロファイル検出方法100で
は,測定工程110において,バイアス電圧を印加した
PN接合部150(図2)に対し照射位置を移動させな
がらレーザ光P1(図2)を照射して,照射位置とOB
ICとの関係を検出する。第1解析工程120では,測
定工程110で検出される関係から,PN接合部150
に生じる空乏層の伸び幅とバイアス電圧との関係を検出
する。第2解析工程130では,第1解析工程120で
検出される関係から,PN接合部150のキャリアプロ
ファイルを検出する。
出できるキャリアプロファイル検出方法を提供する。 【解決手段】 キャリアプロファイル検出方法100で
は,測定工程110において,バイアス電圧を印加した
PN接合部150(図2)に対し照射位置を移動させな
がらレーザ光P1(図2)を照射して,照射位置とOB
ICとの関係を検出する。第1解析工程120では,測
定工程110で検出される関係から,PN接合部150
に生じる空乏層の伸び幅とバイアス電圧との関係を検出
する。第2解析工程130では,第1解析工程120で
検出される関係から,PN接合部150のキャリアプロ
ファイルを検出する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,PN接合部を有す
る半導体装置のキャリアプロファイル検出方法に関す
る。
る半導体装置のキャリアプロファイル検出方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】大規模集積回路(Large Scal
e Circuit;以下,「LSI」という。)のデ
バイス開発では,その初期にトランジスタの特性を位置
づけることが非常に重要である。かかる特性の位置づけ
が不十分・不正確な場合,後の工程変更によってトラン
ジスタ特性が変動した際に,回路変更を要する修正など
の大がかりな作業に発展することも珍しくないためであ
る。したがって,トランジスタの特性を決定づけるキャ
リアプロファイルの早期修正は,デバイス開発の初期段
階で非常に重要な意味を持っており,開発TATの短縮
に対して占める割合が大きい。
e Circuit;以下,「LSI」という。)のデ
バイス開発では,その初期にトランジスタの特性を位置
づけることが非常に重要である。かかる特性の位置づけ
が不十分・不正確な場合,後の工程変更によってトラン
ジスタ特性が変動した際に,回路変更を要する修正など
の大がかりな作業に発展することも珍しくないためであ
る。したがって,トランジスタの特性を決定づけるキャ
リアプロファイルの早期修正は,デバイス開発の初期段
階で非常に重要な意味を持っており,開発TATの短縮
に対して占める割合が大きい。
【0003】そこで,一般には,LSIのデバイス開発
の初期段階において,トランジスタのウェル,ソース/
ドレイン,LDD,チャネルストップの深さ等の不純物
ドープ領域のキャリアプロファイルを最適に設定するた
めに,例えばイオン注入や熱拡散等の不純物ドープ領域
を形成するための不純物ドープ法の条件の検討が行われ
る。そして,設定した条件に従いトランジスタが作製さ
れ,該トランジスタの特性の検証が行われる。
の初期段階において,トランジスタのウェル,ソース/
ドレイン,LDD,チャネルストップの深さ等の不純物
ドープ領域のキャリアプロファイルを最適に設定するた
めに,例えばイオン注入や熱拡散等の不純物ドープ領域
を形成するための不純物ドープ法の条件の検討が行われ
る。そして,設定した条件に従いトランジスタが作製さ
れ,該トランジスタの特性の検証が行われる。
【0004】かかるトランジスタの特性の検証において
は,しばしば机上の検討と実特性とが異なることがあ
る。この様に,机上の検討と実特性とが異なる場合,実
際のキャリアプロファイルを確認し机上の検討結果との
整合を確認する作業が必要となる。
は,しばしば机上の検討と実特性とが異なることがあ
る。この様に,机上の検討と実特性とが異なる場合,実
際のキャリアプロファイルを確認し机上の検討結果との
整合を確認する作業が必要となる。
【0005】現在,一般的に,トランジスタなどの半導
体デバイスのキャリアプロファイル検出方法には,例え
ば,SIMS(Secondary Ion Mass
Spectroscopy;2次イオン質量分析)法
やパルスC−V法が用いられている。
体デバイスのキャリアプロファイル検出方法には,例え
ば,SIMS(Secondary Ion Mass
Spectroscopy;2次イオン質量分析)法
やパルスC−V法が用いられている。
【0006】SIMS法は,1次イオンの照射により試
料表面に生じるスパッタリング現象を基礎とし,該スパ
ッタリング現象で発生する2次イオンを質量分析計によ
り質量分析して,試料の構成成分の定性,定量を行う手
法である。SIMS法は,現在行われている表面分析の
手法の中で最も感度が高く,極微量の分析が可能であ
る。不純物のデプスプロファイル測定では,試料表面か
ら数μm程度の深さに含まれる不純物の分布を調べる用
途で使用されることが多い。SIMS法は,分布領域の
大きさが通常100μm以下の試料に用いられる。
料表面に生じるスパッタリング現象を基礎とし,該スパ
ッタリング現象で発生する2次イオンを質量分析計によ
り質量分析して,試料の構成成分の定性,定量を行う手
法である。SIMS法は,現在行われている表面分析の
手法の中で最も感度が高く,極微量の分析が可能であ
る。不純物のデプスプロファイル測定では,試料表面か
ら数μm程度の深さに含まれる不純物の分布を調べる用
途で使用されることが多い。SIMS法は,分布領域の
大きさが通常100μm以下の試料に用いられる。
【0007】しかしながら,SIMS法は,装置構成が
大がかりであり,その装置の使用にも習熟を要する。し
たがって,SIMS法を用いたキャリアプロファイル検
出方法は,半導体装置の不純物若しくはキャリアのプロ
ファイルを簡易に評価することが難しい。
大がかりであり,その装置の使用にも習熟を要する。し
たがって,SIMS法を用いたキャリアプロファイル検
出方法は,半導体装置の不純物若しくはキャリアのプロ
ファイルを簡易に評価することが難しい。
【0008】(b)パルスC−V法は,キャパシタのC
−V特性を測定し,電気的に酸化膜下若しくはPN接合
部でのキャリアプロファイルを得る方法である。パルス
C−V法は,比較的容易にキャリアプロファイルを得る
ことができる。しかしながら,パルスC−V法は,基本
的にTEGレベルでの評価が主で,デバイスレベルでの
応用が困難である。したがって,パルスC−V法を用い
たキャリアプロファイル検出方法は,キャリアプロファ
イルをデバイスレベルで評価することが難しい。
−V特性を測定し,電気的に酸化膜下若しくはPN接合
部でのキャリアプロファイルを得る方法である。パルス
C−V法は,比較的容易にキャリアプロファイルを得る
ことができる。しかしながら,パルスC−V法は,基本
的にTEGレベルでの評価が主で,デバイスレベルでの
応用が困難である。したがって,パルスC−V法を用い
たキャリアプロファイル検出方法は,キャリアプロファ
イルをデバイスレベルで評価することが難しい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は,従来のキャ
リアプロファイル検出方法が有する上記その他の問題点
に鑑みて成されたものであり,キャリアプロファイルを
簡易かつ簡便に少ない制約の下で測定することができ
る,キャリアプロファイル検出方法を提供することを目
的とする。
リアプロファイル検出方法が有する上記その他の問題点
に鑑みて成されたものであり,キャリアプロファイルを
簡易かつ簡便に少ない制約の下で測定することができ
る,キャリアプロファイル検出方法を提供することを目
的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に,請求項1に記載の発明は,PN接合部を有する半導
体装置のキャリアプロファイル検出方法において,バイ
アス電圧を印加したPN接合部に対し照射位置を移動さ
せながら光を照射して照射位置とPN接合部に生じる光
起電力との関係を検出する第1工程と,第1工程で検出
される関係からPN接合部に生じる空乏層の伸び幅とバ
イアス電圧との関係を検出する第2工程と,第2工程で
検出される関係からPN接合部のキャリアプロファイル
を検出する第3工程とを含む構成を採用する。
に,請求項1に記載の発明は,PN接合部を有する半導
体装置のキャリアプロファイル検出方法において,バイ
アス電圧を印加したPN接合部に対し照射位置を移動さ
せながら光を照射して照射位置とPN接合部に生じる光
起電力との関係を検出する第1工程と,第1工程で検出
される関係からPN接合部に生じる空乏層の伸び幅とバ
イアス電圧との関係を検出する第2工程と,第2工程で
検出される関係からPN接合部のキャリアプロファイル
を検出する第3工程とを含む構成を採用する。
【0011】かかる構成を有する本項記載の発明では,
第2工程において,第1工程で検出された関係から空乏
層端部の位置を特定し,空乏層の伸び幅とバイアス電圧
との関係を検出することができる。なぜなら,一般に,
PN接合部では,空乏層に光が照射された場合と空乏層
以外の領域に光が照射された場合とで検出される光起電
力の大きさが相違するためである。
第2工程において,第1工程で検出された関係から空乏
層端部の位置を特定し,空乏層の伸び幅とバイアス電圧
との関係を検出することができる。なぜなら,一般に,
PN接合部では,空乏層に光が照射された場合と空乏層
以外の領域に光が照射された場合とで検出される光起電
力の大きさが相違するためである。
【0012】また,本項記載の発明では,第3工程にお
いて,第2工程で検出された関係からキャリアプロファ
イルを検出することができる。なぜなら,一般に,PN
接合部では,空乏層の伸び幅は,バイアス電圧及び空乏
層内のキャリア濃度(活性化された不純物の濃度)に依
存して変化するためである。
いて,第2工程で検出された関係からキャリアプロファ
イルを検出することができる。なぜなら,一般に,PN
接合部では,空乏層の伸び幅は,バイアス電圧及び空乏
層内のキャリア濃度(活性化された不純物の濃度)に依
存して変化するためである。
【0013】以上のように,本項記載の発明によれば,
PN接合に発生する光起電力の検出という比較的簡易に
しかもデバイスレベルで実施可能な測定を通して,キャ
リアプロファイルを検出することができる。
PN接合に発生する光起電力の検出という比較的簡易に
しかもデバイスレベルで実施可能な測定を通して,キャ
リアプロファイルを検出することができる。
【0014】請求項2に記載の発明は,第1工程では,
相互に異なる2以上の照射角で光の照射を行った場合に
ついて,照射位置とPN接合部に生じる光起電力との関
係を検出する構成を採用する。一般に,空間上の点は,
当該点を通過する2直線の交点として決定することがで
きる。したがって,本項記載の発明によれば,相互に異
なる2以上の照射角で光照射を行うことにより,空乏層
端の位置を3次元的に特定することができる。
相互に異なる2以上の照射角で光の照射を行った場合に
ついて,照射位置とPN接合部に生じる光起電力との関
係を検出する構成を採用する。一般に,空間上の点は,
当該点を通過する2直線の交点として決定することがで
きる。したがって,本項記載の発明によれば,相互に異
なる2以上の照射角で光照射を行うことにより,空乏層
端の位置を3次元的に特定することができる。
【0015】請求項3に記載の発明は,第3工程では,
PN接合部が階段接合を成すと仮定して,不純物濃度分
布の検出を行う構成を採用する。また,請求項4に記載
の発明は,第3工程では,第1極性の不純物濃度が第2
極性の不純物濃度より十分に大きいと仮定して,不純物
濃度分布の検出を行う構成を採用する。
PN接合部が階段接合を成すと仮定して,不純物濃度分
布の検出を行う構成を採用する。また,請求項4に記載
の発明は,第3工程では,第1極性の不純物濃度が第2
極性の不純物濃度より十分に大きいと仮定して,不純物
濃度分布の検出を行う構成を採用する。
【0016】さらにまた,請求項5に記載の発明は,P
N接合部は,ウェハに対しウェハと逆極性の不純物をウ
ェハの主面側から熱拡散によりドープすることによって
形成されたものであり,第1工程での光の照射はウェハ
の主面に対して行われる構成を採用する。
N接合部は,ウェハに対しウェハと逆極性の不純物をウ
ェハの主面側から熱拡散によりドープすることによって
形成されたものであり,第1工程での光の照射はウェハ
の主面に対して行われる構成を採用する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下,本発明の好適な実施形態に
ついて,添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚,
以下の説明及び添付図面において,同一の機能及び構成
を有する構成要素については,同一符号を付することに
より,重複説明を省略する。
ついて,添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚,
以下の説明及び添付図面において,同一の機能及び構成
を有する構成要素については,同一符号を付することに
より,重複説明を省略する。
【0018】(第1実施形態)図1及び図2を参照しな
がら,第1実施形態について説明する。ここで,図1
は,本実施形態に係るキャリアプロファイル検出方法1
00の概略的な流れ図であり,図2は,キャリアプロフ
ァイル検出方法100についての説明図である。
がら,第1実施形態について説明する。ここで,図1
は,本実施形態に係るキャリアプロファイル検出方法1
00の概略的な流れ図であり,図2は,キャリアプロフ
ァイル検出方法100についての説明図である。
【0019】なお,以下の説明及び添付図面において
は,試料として図2(a)に平面図を示すPN接合部1
50を用いた場合のキャリアプロファイルの検出を例示
する。図2(a)に示すように,PN接合部150は,
接合位置J1を境にしてN型領域154とP型領域15
6とに分かれている。図2(c)には,PN接合部15
0の概略的なキャリアプロファイルを示す。
は,試料として図2(a)に平面図を示すPN接合部1
50を用いた場合のキャリアプロファイルの検出を例示
する。図2(a)に示すように,PN接合部150は,
接合位置J1を境にしてN型領域154とP型領域15
6とに分かれている。図2(c)には,PN接合部15
0の概略的なキャリアプロファイルを示す。
【0020】本実施形態に係るキャリアプロファイル検
出方法100は,試料の観察面と水平な方向の1次元キ
ャリアプロファイルを検出する方法である。図1に示す
ように,キャリアプロファイル検出方法100では,第
1工程に相当する測定工程110と第2工程に相当する
第1解析工程120と第3工程に相当する第2解析工程
130とが行われる。
出方法100は,試料の観察面と水平な方向の1次元キ
ャリアプロファイルを検出する方法である。図1に示す
ように,キャリアプロファイル検出方法100では,第
1工程に相当する測定工程110と第2工程に相当する
第1解析工程120と第3工程に相当する第2解析工程
130とが行われる。
【0021】測定工程110では,図2(b)に示すよ
うに,PN接合部150のOBIC観察により,レーザ
光P1の照射位置とPN接合部150に生じるOBIC
(Optical Beam Induced Cur
rent;光誘起電流)との関係を検出する。なお,O
BIC観察は,レーザ光の照射により試料内に電子正孔
対を発生させ,該電子正孔対を内部電界によりドリフト
させてOBICとして検出し,該OBICの検出結果を
通して半導体内部の様子を観察する手法である。
うに,PN接合部150のOBIC観察により,レーザ
光P1の照射位置とPN接合部150に生じるOBIC
(Optical Beam Induced Cur
rent;光誘起電流)との関係を検出する。なお,O
BIC観察は,レーザ光の照射により試料内に電子正孔
対を発生させ,該電子正孔対を内部電界によりドリフト
させてOBICとして検出し,該OBICの検出結果を
通して半導体内部の様子を観察する手法である。
【0022】測定工程110では,バイアス電圧の印加
によりPN接合部150に内部電界及び空乏層を発生さ
せる。そして,PN接合部150に対し主面に相当する
観察面152と略垂直な方向からレーザ光P1を照射し
て,PN接合150に発生したOBICをOBICアン
プ160により増幅・検知する。測定工程110では,
レーザ光P1により観察面152上全面をスキャンしな
がらかかるOBICの検知を実施する。結果として,測
定工程110では,観察面152におけるレーザ光P1
の照射位置とPN接合部150に生じるOBICとの関
係を検出することができる。
によりPN接合部150に内部電界及び空乏層を発生さ
せる。そして,PN接合部150に対し主面に相当する
観察面152と略垂直な方向からレーザ光P1を照射し
て,PN接合150に発生したOBICをOBICアン
プ160により増幅・検知する。測定工程110では,
レーザ光P1により観察面152上全面をスキャンしな
がらかかるOBICの検知を実施する。結果として,測
定工程110では,観察面152におけるレーザ光P1
の照射位置とPN接合部150に生じるOBICとの関
係を検出することができる。
【0023】さらに,測定工程110では,PN接合部
150に一のバイアス電圧を印加した状態でレーザ光P
1の照射位置とOBICとの関係を検出した後,PN接
合部150に印加するバイアス電圧を変えて同様にレー
ザ光P1の照射位置とOBICとの関係を検出する。す
なわち,測定工程110では,試料に印加するバイアス
電圧を順次変化させながら,各バイアス電圧に対してレ
ーザ光P1の照射位置とOBICとの関係を検出してゆ
く。この様に,測定工程110では,バイアス電圧を変
化させながら順次同一試料のOBIC観察を行うことに
より,各バイアス状態についてレーザ光P1の照射位置
とOBICとの関係を検出することができる。
150に一のバイアス電圧を印加した状態でレーザ光P
1の照射位置とOBICとの関係を検出した後,PN接
合部150に印加するバイアス電圧を変えて同様にレー
ザ光P1の照射位置とOBICとの関係を検出する。す
なわち,測定工程110では,試料に印加するバイアス
電圧を順次変化させながら,各バイアス電圧に対してレ
ーザ光P1の照射位置とOBICとの関係を検出してゆ
く。この様に,測定工程110では,バイアス電圧を変
化させながら順次同一試料のOBIC観察を行うことに
より,各バイアス状態についてレーザ光P1の照射位置
とOBICとの関係を検出することができる。
【0024】第1解析工程120では,上記測定工程1
10で検出されたレーザ光P1の照射位置とOBICと
の関係から,バイアス電圧と空乏層の伸び幅との関係を
検出する。かかる第1解析工程120において,バイア
ス電圧と空乏層の伸び幅との関係は,例えば次のように
検出することができる。
10で検出されたレーザ光P1の照射位置とOBICと
の関係から,バイアス電圧と空乏層の伸び幅との関係を
検出する。かかる第1解析工程120において,バイア
ス電圧と空乏層の伸び幅との関係は,例えば次のように
検出することができる。
【0025】バイアス電圧が同一の条件下では,レーザ
光P1が空乏層に照射された場合とレーザ光P1が空乏
層以外の領域に照射された場合とで,上記測定工程11
0で検出されるOBICの大きさが相違する。そこで,
解析工程120では,測定工程110の検出結果から,
各バイアス状態について,N型領域154側の空乏層端
の位置とP型領域156側の空乏層端の位置とを特定
し,両空乏層端間の距離として空乏層の伸び幅を検出す
る。結果として,解析工程120では,PN接合部15
0に印加したバイアス電圧と空乏層の伸び幅との関係を
検出することができる。
光P1が空乏層に照射された場合とレーザ光P1が空乏
層以外の領域に照射された場合とで,上記測定工程11
0で検出されるOBICの大きさが相違する。そこで,
解析工程120では,測定工程110の検出結果から,
各バイアス状態について,N型領域154側の空乏層端
の位置とP型領域156側の空乏層端の位置とを特定
し,両空乏層端間の距離として空乏層の伸び幅を検出す
る。結果として,解析工程120では,PN接合部15
0に印加したバイアス電圧と空乏層の伸び幅との関係を
検出することができる。
【0026】第2解析工程130では,第1解析工程1
20で検出されたバイアス電圧と空乏層の伸び幅との関
係から,PN接合部150のキャリアプロファイルを検
出する。かかる第2解析工程130では,例えば次のよ
うにPN接合部150のキャリアプロファイルを検出す
ることができる。
20で検出されたバイアス電圧と空乏層の伸び幅との関
係から,PN接合部150のキャリアプロファイルを検
出する。かかる第2解析工程130では,例えば次のよ
うにPN接合部150のキャリアプロファイルを検出す
ることができる。
【0027】PN接合部150にバイアス電圧Vを印加
した場合,PN接合部150が階段接合であることを仮
定すると,PN接合部150に形成される空乏層の伸び
幅Wは,次記式1から求めることができる。 式1:W2=(2εs/q)×{(Na+Nd)/NaNd}×(Vbi−V ) ここに,εsは,PN接合部を形成する半導体の誘電率
(単位;F/cm)であり,半導体が真性シリコンの場
合は約11.9×8.854e−14(F/cm)であ
る。qは,素電荷量(単位;C)であり,1.602e
−19(C)である。Naは,バイアス電圧Vの印加に
よりPN接合部に発生する空乏層の平均アクセプタ不純
物濃度(単位;cm−3)であり,Ndは,バイアス電
圧Vの印加によりPN接合部に発生する空乏層の平均ド
ナー不純物濃度(単位;cm−3)である。Vbiは,
PN接合部の内蔵電位(単位;V)である。
した場合,PN接合部150が階段接合であることを仮
定すると,PN接合部150に形成される空乏層の伸び
幅Wは,次記式1から求めることができる。 式1:W2=(2εs/q)×{(Na+Nd)/NaNd}×(Vbi−V ) ここに,εsは,PN接合部を形成する半導体の誘電率
(単位;F/cm)であり,半導体が真性シリコンの場
合は約11.9×8.854e−14(F/cm)であ
る。qは,素電荷量(単位;C)であり,1.602e
−19(C)である。Naは,バイアス電圧Vの印加に
よりPN接合部に発生する空乏層の平均アクセプタ不純
物濃度(単位;cm−3)であり,Ndは,バイアス電
圧Vの印加によりPN接合部に発生する空乏層の平均ド
ナー不純物濃度(単位;cm−3)である。Vbiは,
PN接合部の内蔵電位(単位;V)である。
【0028】なお,内蔵電位Vbiは,次記式2のよう
に表すことができる。 式2:Vbi=(kT/q)×ln(Na0Nd0/ni2) kは,ボルツマン定数であり,約1.381e
−23(単位;J/K)である。Tは,PN接合部の絶
対温度(単位;K)である。Na0は,熱平衡状態のP
N接合部150に生じる空乏層の平均アクセプタ不純物
濃度(単位;cm−3)であり,Nd0は,熱平衡状態
のPN接合部150に生じる空乏層内の平均ドナー不純
物濃度(単位;cm−3)である。niは,真性キャリ
ア密度(単位;cm−3)であり,室温雰囲気下の真性
シリコンでは1.45e10(単位;cm −3)であ
る。
に表すことができる。 式2:Vbi=(kT/q)×ln(Na0Nd0/ni2) kは,ボルツマン定数であり,約1.381e
−23(単位;J/K)である。Tは,PN接合部の絶
対温度(単位;K)である。Na0は,熱平衡状態のP
N接合部150に生じる空乏層の平均アクセプタ不純物
濃度(単位;cm−3)であり,Nd0は,熱平衡状態
のPN接合部150に生じる空乏層内の平均ドナー不純
物濃度(単位;cm−3)である。niは,真性キャリ
ア密度(単位;cm−3)であり,室温雰囲気下の真性
シリコンでは1.45e10(単位;cm −3)であ
る。
【0029】上記第1解析工程120で検出されたバイ
アス電圧と空乏層の伸び幅との関係を上記式1にあては
めることにより,PN接合部150のキャリアプロファ
イルを求めることができる。特に,N型領域154の不
純物濃度がP型領域156の不純物濃度よりも十分に高
い場合には,PN接合部150のキャリアプロファイル
は,以下のように簡単に求めることができる。
アス電圧と空乏層の伸び幅との関係を上記式1にあては
めることにより,PN接合部150のキャリアプロファ
イルを求めることができる。特に,N型領域154の不
純物濃度がP型領域156の不純物濃度よりも十分に高
い場合には,PN接合部150のキャリアプロファイル
は,以下のように簡単に求めることができる。
【0030】N型領域154の不純物濃度がP型領域1
56の不純物濃度よりも十分に高い場合,すなわちNd
≫Naが成立する場合,上記式1から次記式3を得るこ
とができる。 式3:W2≒(2εs/qNa)×(Vbi−V)
56の不純物濃度よりも十分に高い場合,すなわちNd
≫Naが成立する場合,上記式1から次記式3を得るこ
とができる。 式3:W2≒(2εs/qNa)×(Vbi−V)
【0031】図2(b)及び図2(d)に示すように,
上記第1解析工程120で検出されたバイアス電圧と空
乏層の伸び幅との関係において,バイアス電圧VがV1
からV2に変化する際に空乏層の伸び幅WがW1からW
2に変化したものとする。V1及びW1,V2及びW2
をそれぞれ上記式3に代入すれば,V=V1に対するN
aであるNa1とV=V2に対するNaであるNa2と
を求めることができる。さらに,求められたNa1,N
a2から,平均アクセプタ不純物濃度の変化量(Na2
−Na1)を求め,(Na2−Na1)から,V=V1
の場合の空乏層端位置とV=V2の場合の空乏層端位置
との間の領域について,活性化したアクセプタ不純物の
濃度を求めることができる。
上記第1解析工程120で検出されたバイアス電圧と空
乏層の伸び幅との関係において,バイアス電圧VがV1
からV2に変化する際に空乏層の伸び幅WがW1からW
2に変化したものとする。V1及びW1,V2及びW2
をそれぞれ上記式3に代入すれば,V=V1に対するN
aであるNa1とV=V2に対するNaであるNa2と
を求めることができる。さらに,求められたNa1,N
a2から,平均アクセプタ不純物濃度の変化量(Na2
−Na1)を求め,(Na2−Na1)から,V=V1
の場合の空乏層端位置とV=V2の場合の空乏層端位置
との間の領域について,活性化したアクセプタ不純物の
濃度を求めることができる。
【0032】同様に,一のバイアス状態での空乏層端位
置と他のバイアス状態での空乏層端位置との間の領域に
ついて,アクセプタ不純物濃度を順次求めることによ
り,PN接合部150の全領域にわたりキャリアプロフ
ァイルを検出することができる。
置と他のバイアス状態での空乏層端位置との間の領域に
ついて,アクセプタ不純物濃度を順次求めることによ
り,PN接合部150の全領域にわたりキャリアプロフ
ァイルを検出することができる。
【0033】以上説明した本実施形態によれば,試料に
印加するバイアス電圧とOBIC法を用いて検出される
空乏層の伸び幅とから,観察面と平行な方向における試
料のキャリアプロファイルを得ることができる。OBI
C法は,装置操作も比較的簡単であり,またTEGレベ
ルだけでなくデバイスレベルでの空乏層の伸び幅も評価
することができる。したがって,本実施形態によれば,
短TATでキャリアプロファイルを得ることができる半
導体評価が可能となる。
印加するバイアス電圧とOBIC法を用いて検出される
空乏層の伸び幅とから,観察面と平行な方向における試
料のキャリアプロファイルを得ることができる。OBI
C法は,装置操作も比較的簡単であり,またTEGレベ
ルだけでなくデバイスレベルでの空乏層の伸び幅も評価
することができる。したがって,本実施形態によれば,
短TATでキャリアプロファイルを得ることができる半
導体評価が可能となる。
【0034】(第2実施形態)図3〜図6を参照しなが
ら,第2実施形態について説明する。ここで,図3は,
本実施形態に係るキャリアプロファイル検出方法200
の概略的な流れ図であり,図4〜図6は,キャリアプロ
ファイル検出方法200についての説明図である。
ら,第2実施形態について説明する。ここで,図3は,
本実施形態に係るキャリアプロファイル検出方法200
の概略的な流れ図であり,図4〜図6は,キャリアプロ
ファイル検出方法200についての説明図である。
【0035】なお,以下の説明及び添付図面において
は,図4に断面図を示すPN接合部250を試料として
用いた場合を例示する。図4に示すように,PN接合部
250は,接合位置J2を境にしてN型領域254とP
型領域256とに分かれている。かかるPN接合部25
0は,例えば,固相拡散法や気相拡散法等の熱拡散法に
より形成することが好適である。
は,図4に断面図を示すPN接合部250を試料として
用いた場合を例示する。図4に示すように,PN接合部
250は,接合位置J2を境にしてN型領域254とP
型領域256とに分かれている。かかるPN接合部25
0は,例えば,固相拡散法や気相拡散法等の熱拡散法に
より形成することが好適である。
【0036】本実施形態に係るキャリアプロファイル検
出方法200は,試料の観察面と水平な方向及び垂直な
方向の2次元キャリアプロファイルを計測する方法であ
る。図3に示すように,キャリアプロファイル検出方法
200では,第1工程に相当する測定工程210と第2
工程に相当する第1解析工程220と第3工程に相当す
る第2解析工程230とが行われる。
出方法200は,試料の観察面と水平な方向及び垂直な
方向の2次元キャリアプロファイルを計測する方法であ
る。図3に示すように,キャリアプロファイル検出方法
200では,第1工程に相当する測定工程210と第2
工程に相当する第1解析工程220と第3工程に相当す
る第2解析工程230とが行われる。
【0037】図5に示すように,測定工程210では,
PN接合部250のOBIC観察により,レーザ光P2
の照射位置とPN接合部250に生じるOBICと関係
を検出する。本実施形態において,かかる測定工程21
0は,第1測定工程212と第2測定工程214とから
構成されている。
PN接合部250のOBIC観察により,レーザ光P2
の照射位置とPN接合部250に生じるOBICと関係
を検出する。本実施形態において,かかる測定工程21
0は,第1測定工程212と第2測定工程214とから
構成されている。
【0038】図6(a)に示すように,第1測定工程2
12では,バイアス電圧を変化させながら,各バイアス
状態に対して,観察面252に対しレーザ光P2を略垂
直に照射してPN接合部250のOBIC観察を行う。
図6(b)に示すように,第2測定工程214では,第
1測定工程212の場合と同様にバイアス電圧を変化さ
せながら,各バイアス状態に対して,レーザ光P2を観
察面252の水平方向に対し角度θをなすように照射し
てPN接合部250のOBIC観察を行う。
12では,バイアス電圧を変化させながら,各バイアス
状態に対して,観察面252に対しレーザ光P2を略垂
直に照射してPN接合部250のOBIC観察を行う。
図6(b)に示すように,第2測定工程214では,第
1測定工程212の場合と同様にバイアス電圧を変化さ
せながら,各バイアス状態に対して,レーザ光P2を観
察面252の水平方向に対し角度θをなすように照射し
てPN接合部250のOBIC観察を行う。
【0039】第1測定工程212及び第2測定工程21
4において,PN接合250に発生したOBICは,O
BICアンプ260により増幅・検知される。結果とし
て,測定工程210では,各バイアス状態ごとに,PN
接合部250に対し相互に異なる照射角で光を照射した
場合それぞれについて,光の照射位置とPN接合部25
0に発生するOBICとの関係を検出することができ
る。
4において,PN接合250に発生したOBICは,O
BICアンプ260により増幅・検知される。結果とし
て,測定工程210では,各バイアス状態ごとに,PN
接合部250に対し相互に異なる照射角で光を照射した
場合それぞれについて,光の照射位置とPN接合部25
0に発生するOBICとの関係を検出することができ
る。
【0040】第1解析工程220では,上記測定工程2
10で検出されたレーザ光P2の照射位置とOBICと
の関係から,バイアス電圧と空乏層の伸び幅との関係を
検出する。かかる第1解析工程220では,基本的に,
図1に示す上記第1実施形態にかかる第1解析工程12
0の場合と同様に,バイアス電圧と空乏層の伸び幅との
関係を検出することができる。
10で検出されたレーザ光P2の照射位置とOBICと
の関係から,バイアス電圧と空乏層の伸び幅との関係を
検出する。かかる第1解析工程220では,基本的に,
図1に示す上記第1実施形態にかかる第1解析工程12
0の場合と同様に,バイアス電圧と空乏層の伸び幅との
関係を検出することができる。
【0041】但し,本実施形態に係る第1解析工程22
0は,次のように,上記第1実施形態に係る第1解析工
程120とは相違する。すなわち,上記第1実施形態に
係る第1解析工程120では,同一のバイアス状態に対
し1の照射角についてしか空乏層の伸び幅が検出されな
い。対して,本実施形態に係る第1解析工程220で
は,同一のバイアス状態に対し,PN接合部250に対
し相互に異なる照射角で光を照射した場合それぞれにつ
いて,空乏層の伸び幅が検出される。
0は,次のように,上記第1実施形態に係る第1解析工
程120とは相違する。すなわち,上記第1実施形態に
係る第1解析工程120では,同一のバイアス状態に対
し1の照射角についてしか空乏層の伸び幅が検出されな
い。対して,本実施形態に係る第1解析工程220で
は,同一のバイアス状態に対し,PN接合部250に対
し相互に異なる照射角で光を照射した場合それぞれにつ
いて,空乏層の伸び幅が検出される。
【0042】第2解析工程230では,第1解析工程2
20で検出されたバイアス電圧と空乏層の伸び幅との関
係から,PN接合部250のキャリアプロファイルを検
出する。かかる第2解析工程230では,基本的に,図
1に示す上記第1実施形態に係る第2解析工程130の
場合と同様に,観察面252と水平な方向におけるPN
接合部250のキャリアプロファイルを検出することが
できる。
20で検出されたバイアス電圧と空乏層の伸び幅との関
係から,PN接合部250のキャリアプロファイルを検
出する。かかる第2解析工程230では,基本的に,図
1に示す上記第1実施形態に係る第2解析工程130の
場合と同様に,観察面252と水平な方向におけるPN
接合部250のキャリアプロファイルを検出することが
できる。
【0043】さらに,本実施形態に係る第2解析工程2
30では,観察面152と垂直な方向(以下,「深さ方
向」という。)におけるPN接合部252のキャリアプ
ロファイルを得ることができる。以下,第2解析工程2
30での深さ方向のキャリアプロファイルの検出につい
て,N型領域254の不純物濃度がP型領域256の不
純物濃度より十分に大きい場合を例に挙げて説明する。
30では,観察面152と垂直な方向(以下,「深さ方
向」という。)におけるPN接合部252のキャリアプ
ロファイルを得ることができる。以下,第2解析工程2
30での深さ方向のキャリアプロファイルの検出につい
て,N型領域254の不純物濃度がP型領域256の不
純物濃度より十分に大きい場合を例に挙げて説明する。
【0044】N型領域254の不純物濃度がP型領域2
56の不純物濃度より十分に大きい場合,空乏層の幅W
に関する上記式1から次記式4で表すことができる。 式4:W2≒(2εs/qNa)×(Vbi−V)
56の不純物濃度より十分に大きい場合,空乏層の幅W
に関する上記式1から次記式4で表すことができる。 式4:W2≒(2εs/qNa)×(Vbi−V)
【0045】ここで,図6に示すように,観察面252
に対し垂直方向からOBIC観察した場合の空乏層の伸
び幅Wが,V=V1の条件下においてW1であり,V=
V2の条件下においてW2であるとする。また,観察面
252に対し水平方向とθをなす方向からOBIC観察
した場合の空乏層の伸び幅Wが,V=V1の条件下にお
いてW1’であり,V=V2の条件下においてW2’で
あるとする。
に対し垂直方向からOBIC観察した場合の空乏層の伸
び幅Wが,V=V1の条件下においてW1であり,V=
V2の条件下においてW2であるとする。また,観察面
252に対し水平方向とθをなす方向からOBIC観察
した場合の空乏層の伸び幅Wが,V=V1の条件下にお
いてW1’であり,V=V2の条件下においてW2’で
あるとする。
【0046】V=V1,V2の条件下での空乏層の深さ
方向への伸びd1,d2は,上記W1,W2,W1’及
びW2’を用いて,次記式5及び式6で表すことができ
る。 式5:d1=(W1’−W1)tanθ 式6:d2=(W2’−W2)tanθ
方向への伸びd1,d2は,上記W1,W2,W1’及
びW2’を用いて,次記式5及び式6で表すことができ
る。 式5:d1=(W1’−W1)tanθ 式6:d2=(W2’−W2)tanθ
【0047】かかる式5及び式6と電圧印加条件V=V
1,V2とを,上記式4に代入することにより,次記式
7及び式8を得ることができる。 式7:d12=(2εs/qNa1)×(Vbi−V1) 式8:d22=(2εs/qNa2)×(Vbi−V2)
1,V2とを,上記式4に代入することにより,次記式
7及び式8を得ることができる。 式7:d12=(2εs/qNa1)×(Vbi−V1) 式8:d22=(2εs/qNa2)×(Vbi−V2)
【0048】かかる式7及び式8から,Na1,Na
2,及び(Na1−Na2)を求めることができ,更
に,(Na2−Na1)から,深さd1と深さd2との
間の領域について活性化されたアクセプタ不純物の濃度
を近似的に求めることができる。
2,及び(Na1−Na2)を求めることができ,更
に,(Na2−Na1)から,深さd1と深さd2との
間の領域について活性化されたアクセプタ不純物の濃度
を近似的に求めることができる。
【0049】なお,Na1からNa2への変化が微少な
場合,即ちNa1≒Na2が成立する場合には,次記式
9により,深さd1と深さd2との間の領域の活性化さ
れたアクセプタ不純物濃度Naを求めることができる。 式9:Na=2εs(V1−V2)/{q(d22ーd12)}
場合,即ちNa1≒Na2が成立する場合には,次記式
9により,深さd1と深さd2との間の領域の活性化さ
れたアクセプタ不純物濃度Naを求めることができる。 式9:Na=2εs(V1−V2)/{q(d22ーd12)}
【0050】同様に,一のバイアス状態での空乏層の深
さと他のバイアス状態での空乏層の深さとの間の領域に
ついて,活性化したアクセプタ不純物濃度を順次求める
ことにより,PN接合部250の全領域にわたりキャリ
アプロファイルを検出することができる。
さと他のバイアス状態での空乏層の深さとの間の領域に
ついて,活性化したアクセプタ不純物濃度を順次求める
ことにより,PN接合部250の全領域にわたりキャリ
アプロファイルを検出することができる。
【0051】以上説明した本実施形態によれば,OBI
C法を用いて,試料の観察面に略垂直にレーザ光を照射
した場合に求められる空乏層の伸び幅と,試料観察面に
垂直から傾けてレーザ光を照射した場合に求められる空
乏層の伸び幅(見かけ上の伸び幅)と,印加電圧とか
ら,試料の横方向でのキャリアプロファイルに加え,試
料深さ方向でのキャリアプロファイルをも求めることが
できる。OBIC法は,装置操作も比較的簡単であり,
またTEGレベルだけでなくデバイスレベルでの空乏層
の伸び幅も評価することができる。したがって,本実施
形態によれば,短TATでキャリアプロファイルを得る
ことができる半導体評価が可能となる。
C法を用いて,試料の観察面に略垂直にレーザ光を照射
した場合に求められる空乏層の伸び幅と,試料観察面に
垂直から傾けてレーザ光を照射した場合に求められる空
乏層の伸び幅(見かけ上の伸び幅)と,印加電圧とか
ら,試料の横方向でのキャリアプロファイルに加え,試
料深さ方向でのキャリアプロファイルをも求めることが
できる。OBIC法は,装置操作も比較的簡単であり,
またTEGレベルだけでなくデバイスレベルでの空乏層
の伸び幅も評価することができる。したがって,本実施
形態によれば,短TATでキャリアプロファイルを得る
ことができる半導体評価が可能となる。
【0052】以上,本発明に係る好適な実施の形態につ
いて説明したが,本発明はかかる構成に限定されない。
当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術思想
の範囲内において,各種の修正例及び変更例を想定し得
るものであり,それら修正例及び変更例についても本発
明の技術範囲に包含されるものと了解される。
いて説明したが,本発明はかかる構成に限定されない。
当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術思想
の範囲内において,各種の修正例及び変更例を想定し得
るものであり,それら修正例及び変更例についても本発
明の技術範囲に包含されるものと了解される。
【0053】上記実施の形態においては,試料に対し相
互に異なる2の照射角で光の照射をするキャリアプロフ
ァイル検出方法を例に挙げたが,本発明はかかる構成に
限定されない。本発明は,試料に対し3又はそれ以上の
照射角で光の照射をするキャリアプロファイル検出方法
に対しても適用することができる。この様に光の照射角
の数を増加させれば,空乏層端の3次元的な位置の特定
精度を向上させることが可能である。
互に異なる2の照射角で光の照射をするキャリアプロフ
ァイル検出方法を例に挙げたが,本発明はかかる構成に
限定されない。本発明は,試料に対し3又はそれ以上の
照射角で光の照射をするキャリアプロファイル検出方法
に対しても適用することができる。この様に光の照射角
の数を増加させれば,空乏層端の3次元的な位置の特定
精度を向上させることが可能である。
【0054】なお,本発明においては,一の照射角での
光の照射位置の群と他の照射角での光の照射位置の群と
は,各照射光が空乏層端の位置を通る場合の照射位置を
含む範囲において,重なり合っていればよい。したがっ
て,本発明では,両光の照射位置の群の関係は,例え
ば,実質的に一致する関係,一方が他方を含む関係,一
部分のみが重なる関係,或いは大半が重なり合うが一部
分が重なり合わない関係等でもよい。
光の照射位置の群と他の照射角での光の照射位置の群と
は,各照射光が空乏層端の位置を通る場合の照射位置を
含む範囲において,重なり合っていればよい。したがっ
て,本発明では,両光の照射位置の群の関係は,例え
ば,実質的に一致する関係,一方が他方を含む関係,一
部分のみが重なる関係,或いは大半が重なり合うが一部
分が重なり合わない関係等でもよい。
【0055】
【発明の効果】本発明によれば,比較的簡易にデバイス
レベルで実施することができるキャリアプロファイル検
出方法を提供することができる。したがって,本発明に
よれば,デバイス開発の初期段階において,設計上想定
されるキャリアプロファイルと実際のキャリアプロファ
イルとの整合性を迅速に確認することができる。
レベルで実施することができるキャリアプロファイル検
出方法を提供することができる。したがって,本発明に
よれば,デバイス開発の初期段階において,設計上想定
されるキャリアプロファイルと実際のキャリアプロファ
イルとの整合性を迅速に確認することができる。
【図1】本発明を適用可能なキャリアプロファイル検出
方法の概略的な流れ図である。
方法の概略的な流れ図である。
【図2】図1に示すキャリアプロファイル検出方法につ
いての説明図である。
いての説明図である。
【図3】本発明を適用可能な他のキャリアプロファイル
検出方法の概略的な流れ図である。
検出方法の概略的な流れ図である。
【図4】図3に示すキャリアプロファイル検出方法を適
用可能な試料の概略構成を示す断面図である。
用可能な試料の概略構成を示す断面図である。
【図5】図4に示すキャリアプロファイル検出方法につ
いての説明図である。
いての説明図である。
【図6】図4に示すキャリアプロファイル検出方法につ
いての他の説明図である。
いての他の説明図である。
100 キャリアプロファイル検出方法 110 測定工程 120 第1解析工程 130 第2解析工程 150 PN接合部 152 観察面 154 N型領域 156 P型領域 P1 レーザ光 W1,W2 空乏層の伸び幅 V1,V2 バイアス電圧
Claims (5)
- 【請求項1】 PN接合部を有する半導体装置のキャリ
アプロファイル検出方法であって:バイアス電圧を印加
した前記PN接合部に対し照射位置を移動させながら光
を照射して,前記照射位置と前記PN接合部に生じる光
起電力との関係を検出する,第1工程と;前記第1工程
で検出される関係から,前記PN接合部に生じる空乏層
の伸び幅と前記バイアス電圧との関係を検出する,第2
工程と;前記第2工程で検出される関係から,前記PN
接合部のキャリアプロファイルを検出する,第3工程
と;を含むことを特徴とする,キャリアプロファイル検
出方法。 - 【請求項2】 前記第1工程では,相互に異なる2以上
の照射角で前記光の照射を行った場合それぞれについ
て,前記照射位置と前記PN接合部に生じる光起電力と
の関係を検出することを特徴とする,請求項1に記載の
キャリアプロファイル検出方法。 - 【請求項3】 前記第3工程では,前記PN接合部が階
段接合をなすと仮定して,前記キャリアプロファイルを
検出することを特徴とする,請求項1または2に記載の
キャリアプロファイル検出方法。 - 【請求項4】 前記第3工程では,第1極性の不純物の
濃度が第2極性の不純物の濃度より十分に大きいと仮定
して,前記キャリアプロファイルの検出を行うことを特
徴とする,請求項1,2または3のいずれかに記載のキ
ャリアプロファイル検出方法。 - 【請求項5】 前記PN接合部は,ウェハに対し前記ウ
ェハと逆極性の不純物を前記ウェハの主面側から熱拡散
によってドープすることにより形成されたものであり;
前記第1工程での前記光の照射は,前記ウェハの前記主
面に対して行われる;ことを特徴とする請求項1,2,
3または4のいずれかに記載のキャリアプロファイル検
出方法。
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