(57)【要約】      （修正有）【課題】走査型容量顕微鏡を用いた半導体測定装置において、半導体基板などの測定サンプルのキャリア濃度を定量的に正確に測定することができ、しかもこのようなキャリア濃度の測定を、測定システムの規模の増大やコストアップを招くことなく低コストで行う方法の提供。【解決手段】探針６ａと測定対象サンプル（濃度校正サンプル）３ｂ、３ｃとの間に形成される容量に交流電圧を印加したときの、該交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出し、既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプル３ｂ、３ｃにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、測定対象サンプル３ａの容量変化率から、該測定対象サンプル３ａのキャリア濃度の分布を導出する。【選択図】図１
2010093086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の探針を有し、該探針と半導体デバイスとの間に容量が形成されるよう、該探針を絶縁膜を介して該半導体デバイスに接触させた状態で、該容量に交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化に基づいて、測定対象サンプルである半導体デバイスにおけるキャリア分布を測定する半導体測定装置であって、
該探針と該測定対象サンプルとの間に形成される容量が変化するよう、該探針と該測定対象サンプルの間に交流電圧を印加する電圧印加部と、
該容量に該交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出する容量変化率検出部と、
該容量変化率に基づいて該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出する濃度分布導出部とを備え、
該濃度分布導出部は、既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、該容量変化率検出部により検出された該測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのキャリア濃度の分布を導出する半導体測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体測定装置において、
外部から入力された、前記測定比較サンプルにおけるキャリア濃度分布を示すキャリア濃度分布データを記憶するデータ記憶部を備え、
前記濃度分布導出部は、
前記容量変化検出部により得られた該測定比較サンプルの容量変化率の特性と、該キャリア濃度分布データが示すキャリア濃度分布とに基づいて、該容量変化率に対してキャリア濃度を関連付ける関連付け部を有し、
該関連付けられた容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、該測定対象サンプルに対する容量変化率の特性からそのキャリア濃度分布を導出する半導体測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体測定装置において、
前記外部から入力された、前記測定比較サンプルにおけるキャリア濃度分布を示すキャリア濃度分布データは、該測定比較サンプルを２次イオン質量分析法により分析して得られたデータである半導体測定装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体測定装置において、
前記既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係は、既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との第１の関係、及び、既知のＮ型不純物のキャリア濃度を有するＮ型測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との第２の関係を含み、
前記濃度分布導出部は、該第１の関係に基づいて、前記容量変化率検出部により検出された前記測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのＰ型不純物のキャリア濃度分布を導出し、かつ該第２の関係に基づいて、該測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのＮ型不純物のキャリア濃度分布を導出する半導体測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体測定装置において、
前記測定対象サンプルと前記測定比較サンプルとは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、１つの被測定サンプル組立体を形成している半導体測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体測定装置において、
前記被測定サンプル組立体は、前記測定比較サンプルとして、既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプルと、既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプルとを含む半導体測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体測定装置において、
前記測定対象サンプルは、前記半導体デバイスを構成する半導体基板を提供する半導体ウエハから切り出されたものであり、
前記Ｐ型測定比較サンプルは、Ｐ型不純物濃度校正用の半導体ウエハから切り出されたものであり、
前記Ｎ型測定比較サンプルは、Ｎ型不純物濃度校正用の半導体ウエハから切り出されたものである半導体測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体測定装置において、
前記濃度分布導出部は、前記Ｐ型測定比較サンプル及び前記Ｎ型測定比較サンプルにおける半導体ウエハ厚さ方向のキャリア濃度分布に基づいて、前記測定対象サンプルにおける半導体ウエハ厚さ方向におけるキャリア濃度分布を導出するものである半導体測定装置。
【請求項９】
請求項５に記載の半導体測定装置において、
前記被測定サンプル組立体は、前記測定対象サンプルの測定面と前記測定比較サンプルの測定面とを、これらが前記ダミーサンプルの端面と同時に研磨されるよう同一平面内に配置したものである半導体測定装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体測定装置において、
前記測定対象サンプルは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、１つの被測定サンプル組立体を形成している半導体測定装置。
【請求項１１】
導電性の探針を半導体デバイスに絶縁膜を介して接触させて該探針と該半導体デバイスとの間の容量を形成した状態で、該容量に交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化に基づいて、測定対象サンプルである半導体デバイスにおけるキャリア濃度分布を測定する半導体測定方法であって、
該探針と該測定対象サンプルとの間に形成される容量に該交流電圧を印加したときの、該交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出するステップと、
該探針と既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルとの間に形成される容量に該交流電圧を印加したときの、該交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率に基づいて、該測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係を導出するステップと、
該測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、該検出された該測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出するステップとを含む半導体測定方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体測定方法において、
前記測定対象サンプルと前記測定比較サンプルとは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、１つの被測定サンプル組立体を形成しており、
該被測定サンプル組立体における測定対象サンプルの測定面と該測定比較サンプルの測定面とは、該測定対象サンプルと該測定比較サンプルとを同一サンプルとして研磨加工される半導体測定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体測定方法において、
前記被測定サンプル組立体は、前記測定比較サンプルとして、既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプル、及び既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプルの少なくとも１つを含み、
該Ｐ型測定比較サンプルは、Ｐ型の不純物の導入及び熱処理を行ったシリコン基板から得られたものであり、
該Ｎ型測定比較サンプルは、Ｎ型の不純物の導入及び熱処理を行ったシリコン基板から得られたものである半導体測定方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の半導体測定方法において、
前記測定比較サンプルとして、シリコン基板にＰ型不純物の導入及び熱処理を行って得られたＰ型測定比較サンプルと、シリコン基板にＮ型不純物の導入及び熱処理を行って得られたＮ型測定比較サンプルとを用い、
これらのＰ型測定比較サンプル及びＮ型測定比較サンプルは、あらかじめ２次イオン質量分析法により、その基板深さ方向におけるキャリア濃度分布の測定を行ったものである半導体測定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体測定方法において、
前記Ｐ型測定比較サンプルは、シリコン基板への硼素（ボロン）のイオン注入により、不純物の濃度が、０.５〜１.５ｕｍの深さで、１Ｅ１７〜１Ｅ１９ｃｍ３のピーク濃度になるように不純物層を形成したものである半導体測定方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の半導体測定方法において、
前記Ｎ型測定比較サンプルは、シリコン基板への燐（リン）のイオン注入により、不純物濃度が、０.５〜１.５ｕｍの深さで、１Ｅ１７〜１Ｅ１９ｃｍ３のピーク濃度になるように不純物層を形成したものである半導体測定方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の半導体測定方法で用いる被測定サンプル組立体を作製するサンプル作製方法であって、
半導体基板として適当な不純物濃度を有する第１のシリコンウェハーに対して、Ｎ型不純物を打ち込んで該第１のシリコンウエハーの表面に不純物層を形成するステップと、
半導体基板として適当な不純物濃度を有する第２のシリコンウェハーに対して、Ｐ型不純物を打ち込んで該第２のシリコンウエハーの表面に不純物層を形成するステップと、
該不純物層を形成した第１のシリコンウエハーを所定サイズのＮ型測定比較サンプルに切り出すステップと、
該不純物層を形成した第２のシリコンウエハーを所定サイズのＰ型測定比較サンプルに切り出すステップと、
測定対象となる半導体デバイスを提供する第３のシリコンウエハーを所定サイズの測定対象サンプルに切り出すステップと、
２枚のダミーサンプルの間に、該測定対象サンプルを、Ｐ型測定比較サンプル及びＮ型測定比較サンプルとともに挟み込み、熱硬化樹脂によりこれらを固着して該被測定サンプル組立体を作製するステップとを含むサンプル作製方法。
【請求項１８】
半導体デバイスである測定サンプルを載置するサンプル載置台と、該サンプル載置台上に載置された測定サンプルの測定面に接触させる導電性の探針と、該サンプル載置台上の測定サンプルと該探針との間に交流電圧を印加する電圧印加部とを備え、該探針と該測定サンプルとの間に容量が形成されるよう、該探針を絶縁膜を介して該測定サンプルに接触させた状態で、該容量に交流電圧を印加し、該交流電圧の変化に対する該容量の変化の割合である容量変化率に基づいて、該測定サンプルにおけるキャリア濃度分布を測定する走査型容量顕微鏡であって、
測定対象となる測定対象サンプルと対比される測定比較サンプルのキャリア濃度分布を記憶するとともに、該測定比較サンプルに対する容量変化率の特性を記憶する記憶部と、
該測定比較サンプルのキャリア濃度分布とその容量変化率の特性とに基づいて、該測定比較サンプルのキャリア濃度とその容量変化率とを、該測定比較サンプルの測定面での個々の位置に対して関連付けて関連付けデータを生成する関連付け部と、
該関連付けデータに基づいて、該測定対象サンプルの容量変化率の特性から、該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出する濃度分布導出部とを備えた走査型容量顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体測定装置及び半導体測定方法、サンプル作製方法、並びに走査型容量顕微鏡に関し、特に、半導体デバイスのキャリア濃度分布を解析（測定）する半導体測定装置及び半導体測定方法、この半導体測定方法に用いる被測定サンプルを作製する方法、並びにこのような半導体測定装置及び半導体測定方法に用いる走査型容量顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスのシリコン基板中キャリア分布を測定する技術としては、種々の技術が用いられているが、その一つに走査型容量顕微鏡（ＳＣＭ：ＳｃａｎｉｎｇＣａｐａｃｉｔａｎｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）がある。
【０００３】
この走査型容量顕微鏡（以下、ＳＣＭ装置ともいう。）は、半導体デバイス表面、主に半導体デバイスの断面に絶縁膜を介して探針を接触させ、この探針により半導体デバイス表面を走査しつつ、半導体デバイス表面と探針との間の容量を検出し、この容量に基づいて半導体デバイスのキャリア分布を測定するものである（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図１０は、従来の不純物分布測定方法を説明する図であり、図１０（ａ）は、測定方法に用いるＳＣＭ装置を模式的に示し、図１０（ｂ）は、その測定結果である不純物キャリア濃度の基板深さ方向での変化を示している。
【０００５】
この不純物分布測定方法で用いるＳＣＭ装置５６は、測定対象サンプルの測定面に接触させる導電性探針（プローブともいう。）５６ａと、該探針５６ａと測定対象サンプルとの間に交流電圧を印加した状態で、探針５６ａと測定対象サンプルとの間の静電容量を測定する容量センサー５６ｂとを有している。
【０００６】
次に測定方法について図１０を用いて説明する。
【０００７】
通常、ＳＣＭ装置（走査型プローブ顕微鏡）のプローブ（探針）５６ａと、測定対象サンプルである半導体デバイス基板５８との間には、該基板を構成するシリコンの自然酸化膜であるシリコン酸化膜５７が形成されている。大気中に測定対象サンプルを置くかぎりは、このような自然酸化膜が形成される。
【０００８】
このため、プローブ５６ａを半導体デバイス基板の表面に接触させた状態では、導電性プローブ５６ａ、シリコン酸化膜５７、及び半導体デバイス基板５８が、ＭＯＳ構造を形成することとなる。つまり、ＳＣＭ装置５６は、このＭＯＳ構造における印加電圧に対する容量の変化である電圧対容量特性（Ｃ−Ｖ特性）を用いて、シリコン基板（半導体基板）のキャリア濃度を測定するものである。
【０００９】
具体的には、探針５６ａを半導体デバイス基板５８の不純物キャリア領域に対して、これらがシリコン酸化膜５７を介して対向するよう配置して容量Ｃを形成し、探針５６ａと不純物キャリア領域（半導体デバイス基板）５８との間にキャリア変調用の交流電圧Ｖｃを印加して、該容量Ｃを測定する。
【００１０】
このときの容量Ｃの変化は、該半導体デバイス基板５８の不純物キャリア濃度に依存するので、このキャリア変調用の交流電圧Ｖｃの変化に対する容量Ｃの変化の特性（ｄＣ/ｄＶ）を測定し、この特性に基づいて、不純物キャリア濃度を求めることができる。
【００１１】
図１１はキャリア変調用交流電圧Ｖｃに対する容量Ｃの変化をグラフで示す図であり、図１１（ａ）は、シリコン基板のＰ型不純物層におけるＣ−Ｖ特性を示し、図１１（ｂ）は、シリコン基板のＮ型不純物層におけるＣ−Ｖ特性を示している。
【００１２】
一般に、不純物層のキャリア濃度が少なくなる程、上記電圧Ｖｃの変化に対する容量Ｃの変化は大きくなる。またＰ型不純物層とＮ型不純物層とでは、電圧Ｖｃの変化方向に対する、容量Ｃの変化方向が逆傾向となるため、容量変化の測定結果からキャリア濃度を求める場合には、その不純物層がＮ型であるのか、Ｐ型であるのかを区別することが可能となる。
【００１３】
ＳＣＭ装置５６は、このように測定対象サンプル（半導体デバイス）の表面、つまり半導体基板における不純物キャリア領域の表面をプローブ（探針）５６ａでＸＹ方向に順次走査しつつ、不純物キャリア濃度を繰り返し求めることにより、測定対象サンプルである半導体デバイスの不純物キャリア濃度分布を求めるものである。
【００１４】
図１０（ｂ）には、交流電圧Ｖｃの変化に対する容量Ｃの変化（ｄＣ／ｄＶ）、すなわち不純物キャリア濃度の基板深さ方向に対するプロファイルを示している。このプロファイルでは、基板深さ方向に対する１次元のキャリア分布を示しているが、同様の測定を、測定対象サンプルの測定面内で基板深さ方向と直交する方向における位置を変えて行うことで、容量Ｃの変化の向きとその大小をコントラスト化して、２次元の濃度プロファイルを２次元の画像として得ることができる。
【００１５】
次に、半導体デバイスの基板断面キャリア分布を走査型容量顕微鏡（ＳＣＭ装置）で測定する場合に用いる、測定対象サンプルを含む被測定サンプル組立体（ＳＣＭ測定サンプルともいう。）を作成する方法、さらに、作成したＳＣＭ測定サンプルを用いて、測定対象サンプルのキャリア濃度分布を測定する方法を、図１２〜１５を用いて説明する。
【００１６】
図１２は、該ＳＣＭ測定サンプルの構造（図（ａ））及びその作成方法（図（ｂ））を説明する図である。
【００１７】
半導体基板断面のキャリア濃度分布を走査型容量顕微鏡で測定する場合には、その測定面、すなわちサンプル断面を鏡面仕上げ行う必要があるが、通常の半導体デバイスの場合そのサンプル厚みは１００ｕｍ〜７００ｕｍしかなく、最も厚い７００ｕｍの場合であっても鏡面研磨加工に耐えられるサンプル厚みではないこと、さらに鏡面研磨加工時には測定サンプル表面は保護しておく必要があることから、通常は、測定対象となるシリコンウエハ（測定対象ウエハ）に、１枚もしくは２枚のシリコンダミーウェハー（ダミーウエハ）や透明ガラス基板等を貼り合わせて被測定サンプル組立体を作製している。
【００１８】
図１２（ａ）は、シリコンダミーウェハー（ダミーサンプル）２枚の間に測定対象ウエハー（測定対象サンプル）を挟み込んでなる被測定サンプル組立体の構造を示している。なお、この被測定サンプル組立体の構造は、一例であってダミーサンプルに透明ガラス基板を用いる場合や、ダミーサンプルが測定対象サンプルの表面側に１枚のみである場合もある。
【００１９】
以下、具体的にサンプル作製手順を図１２〜１４を用いて説明する。
【００２０】
図１３は、上記被測定サンプル体をその固定台（測定ステージ）に取り付ける方法を説明する図であり、図１４は、該被測定サンプル組立体の測定面を研磨する方法を説明する側面図及び斜視図である。
【００２１】
まず、シリコンダミーウェハーの一部（ダミーサンプル）と測定対象ウエハーの一部（測定対象サンプル）とを張り合わせるために、それぞれを同サイズになるように該両ウエハからの切り出しを行う。ここでは、張り合わせたサンプルの鏡面研磨加工を後に行うので、それぞれの切り出しサイズはできるだけ同じサイズになるように、２０００番〜３０００番のダイヤモンド粒子を埋め込んだダイシングソーを用いて切断処理を行うのが望ましい。
【００２２】
例えば、この切断処理は、それぞれのサンプルが２ｍｍ×４ｍｍになるように行う。また厚みは、シリコンダミーウェハーの厚みや測定対象ウエハの厚み、そのままの厚みとする。
【００２３】
そして、図１２（ｂ）に示すように、このようにして切り出した２枚のダミーサンプル５１ａ及び５１ｂと測定サンプル５２との間に、熱処理により硬化する有機系樹脂５５を塗り、樹脂が硬化するよう熱処理を行って、２枚のダミーサンプル５１ａ及び５１ｂを測定サンプル５２の両面に張り合わせて、図１２（ａ）に示す被測定サンプル組立体５０を得る。ここでは、該熱処理の温度は、１５０℃〜２００℃で、処理時間は２〜４時間としている。
【００２４】
次に、この被測定サンプル組立体５０を、鏡面研磨処理／ＳＣＭ測定処理兼用（共用）の測定ステージ６３へステージ固定用ペースト６２で接着固定する。この場合、後に、測定ステージ６３から被測定サンプル組立体５０を介して走査プローブ（探針）５６ａに至る経路に交流電圧を印加し、容量を測定することになるので、測定ステージ６３と被測定サンプル組立体５０との間では導電性を保つように、導電性のペーストを用いる必要がある。
【００２５】
次に、研磨装置の研磨板７２に研磨シート７３を貼り、測定ステージ６３に固定した被測定サンプル組立体の測定面を、研磨用供給水７４を供給しながら研磨シート７３で研磨することにより、該被測定サンプル組立体の測定面の鏡面研磨加工を行う。このような研磨シート７３を用いた研磨加工は、研磨シート７３としてダイヤモンドラッピングペーパーを、その砥粒径が１０ｕｍ〜０.１ｕｍのものまで順次用いて行う。鏡面研磨加工の最終段階では、砥粒径が０.０５ｕｍ程度のコロイダルシリカを含んだ研磨剤を用いて、被測定サンプル組立体の測定面の仕上げ研磨加工を行う。
【００２６】
次に、この被測定サンプル組立体におけるシリコン基板（測定対象サンプル）中のキャリア分布を、ＳＣＭ装置を用いたシステムにより測定する。このようなシステムは例えば特許文献２に開示されている。
【００２７】
図１５は、このような従来のシステムである半導体評価装置を説明する模式図である。
【００２８】
この半導体評価装置９００は、走査容量顕微鏡システム（走査プローブ顕微鏡システム）９００ａを有し、該システムを用いて測定対象サンプルのシリコン基板中のキャリア分布を測定するものである。
【００２９】
従来の半導体評価装置システム９００は、被測定サンプル組立体を貼り付けたステージ（測定サンプルステージ）６３を搭載し、測定サンプルステージ６３をＸＹＺ方向に移動させる３軸ピエゾスキャナ９０と、３軸ピエゾスキャナ９０を駆動制御するピエゾ駆動信号発生回路９１とを有している。また、このシステム９００は、測定探針（プローブ）８１の位置検出を行うためのレーザー光８２の、探針での反射レーザー光を受光するフォトセンサ８３と、このフォトセンサ８３の受光出力に基づいて被測定サンプル組立体の測定面の凹凸情報を検出するＡＦＭ処理部８４とを有している。
【００３０】
さらに、上記システム９００を構成する走査容量顕微鏡（走査プローブ顕微鏡）９００ａは、探針８１と被測定サンプル組立体５０との間の容量に印加されるキャリア変調用の交流電圧Ｖｃを発生する交流電源８５と、キャリア変調用の交流電圧Ｖｃにバイアス電圧を重畳させるＤＣバイアス電源８６と、キャリア変調用の交流電圧Ｖｃに対する容量の特性を探針８１を通じて検出するキャパシターセンサ８７とを有している。また、上記システム９００における走査容量顕微鏡９００ａは、キャパシタセンサ８７の検出出力のノイズ除去及び増幅を行うロックインアンプ８８と、キャパシタセンサ８７の検出出力に基づいて不純物キャリア濃度を示すＳＣＭ信号を生成するＳＣＭ処理部８９とを有している。なお、図示していないが、このシステム９００は、システム全体を制御するコントローラーや入力装置や表示装置を備えている。
【００３１】
言い換えると、図１５において探針（カンチレバーともいう。）８１から左側に示される構成は、サンプルの凹凸情報取得とステージ制御を行うためのＡＦＭ制御部９００ｂであり、３軸ピエゾスキャナ９０により被測定サンプル組立体５０を、その所望のエリア内を探針８１が走査するよう移動させる移動機構（３軸ピエゾスキャナ９０及びピエゾ駆動信号発生回路９１）と、探針８１からのレーザー光８２の反射光を元にサンプル表面の凹凸情報を得るＡＦＭ処理部８４とを含んでいる。一方、図１５において探針８１から右側に示される構成は、探針とサンプルとの間の容量からキャリア分布測定を行う測定処理部（走査容量顕微鏡）９００ａである。なお、探針８１は、ＡＦＭ制御部９００ｂと測定処理部９００ａとで共用している。
【００３２】
図１６は、このような半導体評価装置９００でキャリア濃度分布の測定を行って得られたＳＣＭ測定結果を２次元画像で示す図であり、この２次元画像は半導体デバイス断面でのキャリア濃度分布を示す画像の一例である。
【００３３】
この例の場合では、画像中の相対的に白い部分は、シリコン基板中の不純物キャリアがＮ型であることを示し、その明るさが明るい程不純物キャリア濃度が高い（濃い）ことを示している。逆に画像中の相対的に黒い部分はシリコン基板中の不純物キャリアがＰ型であることを示し、その色が濃く（暗く）なる程不純物キャリア濃度が高い（濃い）ことを示している。
【００３４】
例えば、半導体シリコン基板中のキャリア濃度分布を測定する必要が生じる例として、製造した半導体製品が正常に動作せず、正常動作品との比較解析を行いたい場合や、過去に測定したデータとの比較、プロセスシミュレーションによるキャリア濃度分布との比較を行うような場合に必要が生じることが多かった。
【００３５】
このような場合、全く別の時期に測定を行ったそれぞれのキャリア濃度分布のデータを比較する必要があることや、シミュレーションによるキャリア濃度分布との比較を行うため、定量的にキャリア濃度データを取得する必要が生じてくる。
【００３６】
ところが、従来の半導体測定方法を行うための測定システム、さらにこのシステムで用いるサンプルの構造では、まず、比較する測定サンプルの測定時期が違うということから、サンプルの研磨状態や自然酸化膜のできかたの違いにより測定時の表面状態が違ってくる。
【００３７】
また、測定探針はある程度の期間使用したときには交換することから、比較する測定サンプルの間では、そのキャリア濃度分布の測定は同じ探針を用いて行われているとは限らない。たとえ、同じ探針であったとしても、走査容量顕微鏡の原理からすると、サンプルに対する測定は、サンプルと探針との接触により行われるものである以上、使用する期間や測定回数によって探針（プローブ）先の形状や状態が異なってくる。このようなことから、同じサンプルの測定を同じ探針を用いて行っても、測定時期が異なる場合には、全く同じキャリア濃度分布の画像（データ）を得ることはできなかった。
【００３８】
また、これら測定データのバラツキがある場合、同じサンプル内でのキャリア濃度分布の濃いあるいは薄いは知ることはできても、定量的なキャリア濃度データを取得することはできなかった。
【００３９】
これら測定の不安定要素を取り除くために、従来から、図１７に示す走査型容量顕微鏡システムを用いる測定方法が考えられており、従来は、この方法で、測定データを取得している（例えば、特許文献１）。
【００４０】
図１７に示す走査型容量顕微鏡システム１００ａは、真空チャンバー１０４と、該真空チャンバー１０４内に配置され、測定サンプル１０３を載置するステージとしての３軸ピエゾスキャナ１０２と、該真空チャンバー１０４内に配置され、該測定サンプル１０３に接触させるＳＣＭカンチレバー（探針）１０１とを有している。また、このシステム１００ａは、探針とサンプルとの間の容量からキャリア濃度分布の測定を行うＳＣＭ測定処理部１１０ａと、サンプルの凹凸情報取得とステージ制御を行うためのＡＦＭ処理部１１０ｂとを有している。
【００４１】
つまり、この走査型容量顕微鏡システム１００ａは、３軸ピエゾスキャナ（ステージ）１０２、測定サンプル１０３、及びＳＣＭカンチレバー１０１を真空チャンバー１０４内に収めたものであり、サンプル測定中においては、真空チャンバー１０４内は、真空排気系により接続されたターボ分子ポンプ１０６及びロータリーポンプ１０７を用いて、超高真空雰囲気（１.３３×１０−７Ｐａ程度）に保たれるようになっている。なお、サンプル交換時は、チャンバー内の雰囲気が大気圧状態にするパージが行われ、交換口１０５を用いて資料交換や測定探針交換が行われる。
【００４２】
このシステムにおいては、測定サンプル上に成長した自然酸化膜を用いて容量測定を行うのではなく、つまり自然酸化膜を介して対向するプローブとシリコン基板との間の容量を測定するのではなく、不安定要素を招く自然酸化膜に代えて、プローブ表面に初期から安定した酸化膜を用いることで、プローブ表面の酸化膜を介して対向するプローブとシリコン基板との間の容量により、安定した測定を実現するものである。
【特許文献１】特開２００４−１８４３２３号公報
【特許文献２】特開２００４−７１７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４３】
しかしながら、このような従来の測定システムで、半導体基板のキャリア分布の測定を行う場合、以下のように、測定装置などのコストアップを招き、また、探針の交換に起因する測定データの誤差は依然として排除できないといった問題があった。
【００４４】
（１）測定システム自体が大掛かりになること、探針（プローブ）の表面に酸化膜を形成したプローブを用いるため、プローブの価格が高価になること、さらに、測定システムが真空系等を持つことによりそのランニングコストが増加することなどが原因で、サンプル測定にかかるコストが増加してしまうという問題がある。
【００４５】
（２）プローブ表面の安定した酸化膜を用いるといっても、測定はやはり接触測定であるため、プローブの劣化による測定データのばらつきや、プローブ交換によるデータのばらつきなどは排除できないという問題がある。
【００４６】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、半導体基板などの測定サンプルのキャリア濃度を定量的に正確に測定することができ、しかもこのようなキャリア濃度の測定を、測定システムの規模の増大やコストアップを招くことなく低コストで行うことができる半導体測定装置及び半導体測定方法、この半導体測定方法に用いる被測定サンプルを作製するサンプル作製方法、並びにこのような半導体測定装置及び半導体測定方法に用いる走査型容量顕微鏡を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４７】
本発明に係る半導体測定装置は、導電性の探針を有し、該探針と半導体デバイスとの間に容量が形成されるよう、該探針を絶縁膜を介して該半導体デバイスに接触させた状態で、該容量に交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化に基づいて、測定対象サンプルである半導体デバイスにおけるキャリア分布を測定する半導体測定装置であって、該探針と該測定対象サンプルとの間に形成される容量が変化するよう、該探針と該測定対象サンプルの間に交流電圧を印加する電圧印加部と、該容量に該交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出する容量変化率検出部と、該容量変化率に基づいて該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出する濃度分布導出部とを備え、該濃度分布導出部は、既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、該容量変化率検出部により検出された該測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのキャリア濃度の分布を導出するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４８】
本発明は、上記半導体測定装置において、外部から入力された、前記測定比較サンプルにおけるキャリア濃度分布を示すキャリア濃度分布データを記憶するデータ記憶部を備え、前記濃度分布導出部は、前記容量変化検出部により得られた該測定比較サンプルの容量変化率の特性と、該キャリア濃度分布データが示すキャリア濃度分布とに基づいて、該容量変化率に対してキャリア濃度を関連付ける関連付け部を有し、該関連付けられた容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、該測定対象サンプルに対する容量変化率の特性からそのキャリア濃度分布を導出することが好ましい。
【００４９】
本発明は、上記半導体測定装置において、前記外部から入力された、前記測定比較サンプルにおけるキャリア濃度分布を示すキャリア濃度分布データは、該測定比較サンプルを２次イオン質量分析法により分析して得られたデータであることが好ましい。
【００５０】
本発明は、上記半導体測定装置において、前記既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係は、既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との第１の関係、及び、既知のＮ型不純物のキャリア濃度を有するＮ型測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との第２の関係を含み、前記濃度分布導出部は、該第１の関係に基づいて、前記容量変化率検出部により検出された前記測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのＰ型不純物のキャリア濃度分布を導出し、かつ該第２の関係に基づいて、該測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのＮ型不純物のキャリア濃度分布を導出することが好ましい。
【００５１】
本発明は、上記半導体測定装置において、前記測定対象サンプルと前記測定比較サンプルとは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、１つの被測定サンプル組立体を形成していることが好ましい。
【００５２】
本発明は、上記半導体測定装置において、前記被測定サンプル組立体は、前記測定比較サンプルとして、既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプルと、既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプルとを含むことが好ましい。
【００５３】
本発明は、上記半導体測定装置において、前記測定対象サンプルは、前記半導体デバイスを構成する半導体基板を提供する半導体ウエハから切り出されたものであり、前記Ｐ型測定比較サンプルは、Ｐ型不純物濃度校正用の半導体ウエハから切り出されたものであり、前記Ｎ型測定比較サンプルは、Ｎ型不純物濃度校正用の半導体ウエハから切り出されたものであることが好ましい。
【００５４】
本発明は、上記半導体測定装置において、前記濃度分布導出部は、前記Ｐ型測定比較サンプル及び前記Ｎ型測定比較サンプルにおける半導体ウエハ厚さ方向のキャリア濃度分布に基づいて、前記測定対象サンプルにおける半導体ウエハ厚さ方向におけるキャリア濃度分布を導出するものであることが好ましい。
【００５５】
本発明は、上記半導体測定装置において、前記被測定サンプル組立体は、前記測定対象サンプルの測定面と前記測定比較サンプルの測定面とを、これらが前記ダミーサンプルの端面と同時に研磨されるよう同一平面内に配置したものであることが好ましい。
【００５６】
本発明は、上記半導体測定装置において、前記測定対象サンプルは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、１つの被測定サンプル組立体を形成していることが好ましい。
【００５７】
本発明に係る半導体測定方法は、導電性の探針を半導体デバイスに絶縁膜を介して接触させて該探針と該半導体デバイスとの間の容量を形成した状態で、該容量に交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化に基づいて、測定対象サンプルである半導体デバイスにおけるキャリア濃度分布を測定する半導体測定方法であって、該探針と該測定対象サンプルとの間に形成される容量に該交流電圧を印加したときの、該交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出するステップと、該探針と既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルとの間に形成される容量に該交流電圧を印加したときの、該交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率に基づいて、該測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係を導出するステップと、該測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、該検出された該測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出するステップとを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５８】
本発明は、上記半導体測定方法において、前記測定対象サンプルと前記測定比較サンプルとは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、１つの被測定サンプル組立体を形成しており、該被測定サンプル組立体における測定対象サンプルの測定面と該測定比較サンプルの測定面とは、該測定対象サンプルと該測定比較サンプルとを同一サンプルとして研磨加工されることが好ましい。
【００５９】
本発明は、上記半導体測定方法において、前記被測定サンプル組立体は、前記測定比較サンプルとして、既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプル、及び既知のＰ型不純物のキャリア濃度を有するＰ型測定比較サンプルの少なくとも１つを含み、該Ｐ型測定比較サンプルは、Ｐ型の不純物の導入及び熱処理を行ったシリコン基板から得られたものであり、該Ｎ型測定比較サンプルは、Ｎ型の不純物の導入及び熱処理を行ったシリコン基板から得られたものであることが好ましい。
【００６０】
本発明は、上記半導体測定方法において、前記測定比較サンプルとして、シリコン基板にＰ型不純物の導入及び熱処理を行って得られたＰ型測定比較サンプルと、シリコン基板にＮ型不純物の導入及び熱処理を行って得られたＮ型測定比較サンプルとを用い、これらのＰ型測定比較サンプル及びＮ型測定比較サンプルは、あらかじめ２次イオン質量分析法により、その基板深さ方向におけるキャリア濃度分布の測定を行ったものであることが好ましい。
【００６１】
本発明は、上記半導体測定方法において、前記Ｐ型測定比較サンプルは、シリコン基板への硼素（ボロン）のイオン注入により、不純物の濃度が、０.５〜１.５ｕｍの深さで、１Ｅ１７〜１Ｅ１９ｃｍ３のピーク濃度になるように不純物層を形成したものであることが好ましい。
【００６２】
本発明は、上記半導体測定方法において、前記Ｎ型測定比較サンプルは、シリコン基板への燐（リン）のイオン注入により、不純物濃度が、０.５〜１.５ｕｍの深さで、１Ｅ１７〜１Ｅ１９ｃｍ３のピーク濃度になるように不純物層を形成したものであることが好ましい。
【００６３】
本発明に係るサンプル作成方法は、上記半導体測定方法で用いる被測定サンプル組立体を作製するサンプル作製方法であって、半導体基板として適当な不純物濃度を有する第１のシリコンウェハーに対して、Ｎ型不純物を打ち込んで該第１のシリコンウエハーの表面に不純物層を形成するステップと、半導体基板として適当な不純物濃度を有する第２のシリコンウェハーに対して、Ｐ型不純物を打ち込んで該第２のシリコンウエハーの表面に不純物層を形成するステップと、該不純物層を形成した第１のシリコンウエハーを所定サイズのＮ型測定比較サンプルに切り出すステップと、該不純物層を形成した第２のシリコンウエハーを所定サイズのＰ型測定比較サンプルに切り出すステップと、測定対象となる半導体デバイスを提供する第３のシリコンウエハーを所定サイズの測定対象サンプルに切り出すステップと、２枚のダミーサンプルの間に、該測定対象サンプルを、Ｐ型測定比較サンプル及びＮ型測定比較サンプルとともに挟み込み、熱硬化樹脂によりこれらを固着して該被測定サンプル組立体を作製するステップとを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００６４】
本発明に係る走査型容量顕微鏡は、半導体デバイスである測定サンプルを載置するサンプル載置台と、該サンプル載置台上に載置された測定サンプルの測定面に接触させる導電性の探針と、該サンプル載置台上の測定サンプルと該探針との間に交流電圧を印加する電圧印加部とを備え、該探針と該測定サンプルとの間に容量が形成されるよう、該探針を絶縁膜を介して該測定サンプルに接触させた状態で、該容量に交流電圧を印加し、該交流電圧の変化に対する該容量の変化の割合である容量変化率に基づいて、該測定サンプルにおけるキャリア濃度分布を測定する走査型容量顕微鏡であって、測定対象となる測定対象サンプルと対比される測定比較サンプルのキャリア濃度分布を記憶するとともに、該測定比較サンプルに対する容量変化率の特性を記憶する記憶部と、該測定比較サンプルのキャリア濃度分布とその容量変化率の特性とに基づいて、該測定比較サンプルのキャリア濃度とその容量変化率とを、該測定比較サンプルの測定面での個々の位置に対して関連付けて関連付けデータを生成する関連付け部と、該関連付けデータに基づいて、該測定対象サンプルの容量変化率の特性から、該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出する濃度分布導出部とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００６５】
以下、本発明の作用について説明する。
【００６６】
本発明においては、探針と測定対象サンプルとの間に形成される容量に交流電圧を印加したときの、該交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出し、既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、測定対象サンプルの容量変化率から、該測定対象サンプルのキャリア濃度の分布を導出するので、半導体基板などの測定対象サンプルのキャリア濃度を定量的に正確に測定することができる。しかも、このようなキャリア濃度の測定は、既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係をソフトウエアによる演算処理により求めるだけで実現でき、測定システムの規模の増大やこれによるコストアップを招くことがない。
【００６７】
また、本発明においては、測定対象サンプルと測定比較サンプルとは、対向する一対のダミーサンプルの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、１つの被測定サンプル組立体を形成しているので、測定対象サンプルと測定比較サンプル（濃度校正サンプル）とに対して、同じ被測定サンプルとしてそれぞれの測定面の研磨処理を行い、それぞれのサンプルに対して、できるだけ時間を置かずにＳＣＭ測定を行うことが可能となる。このため、濃度校正サンプルの測定時と実際の測定対象サンプルの測定時とで、サンプル表面状態及び探針（プローブ）状態をできるだけ揃えることも可能となる。これにより測定対象サンプルの定量的なキャリア濃度分布データを、測定条件の違いによるばらつきを抑えて安定して得ることができる。
【発明の効果】
【００６８】
以上のように、本発明によれば、半導体基板などの測定サンプルのキャリア濃度を定量的に正確に測定することができ、しかもこのようなキャリア濃度の測定を、測定システムの規模の増大やコストアップを招くことなく低コストで行うことができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
まず、本発明の基本原理について簡単に説明する。
【００７０】
（１）本発明は、Ｎ型キャリア濃度及びＰ型キャリア濃度の分かっている半導体サンプルをそれぞれ濃度校正用サンプル（測定比較サンプル）として用意しておき、これらの濃度校正用サンプルに対してＳＣＭ測定を行って、それぞれの濃度校正用サンプルにおけるｄＣ/ｄＶ値とキャリア濃度値との関係を導出し、実際の測定対象サンプルのＳＣＭ測定により得られるｄＣ/ｄＶ値から、実際の測定対象サンプルのキャリア濃度分布を求めるようにしたものであり、これにより、測定対象サンプルの定量的なキャリア濃度分布を示すデータを得ることができるものである。
【００７１】
（２）本発明は、さらに、濃度校正サンプルの測定時と実際の測定対象サンプルの測定時とで、サンプル表面状態及び探針（プローブ）状態をできるだけ揃えるために、測定対象サンプルと濃度校正サンプルとに対して、これらを同じ被測定サンプルとしてそれぞれの測定面の研磨処理を行い、それぞれのサンプルに対して、できるだけ時間を置かずにＳＣＭ測定を行うものであり、これにより、測定対象サンプルの定量的なキャリア濃度分布データを安定して得ることができるものである。
【００７２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７３】
（実施形態１）
図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３〜図８は、本発明の実施形態１を説明する図である。
【００７４】
図１は、本実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、図１（ａ）は、該不純物分布測定方法で用いるＳＣＭ測定サンプル（被測定サンプル組立体）の構造を示し、図１（ｂ）は、該測定方法に用いる走査型容量顕微鏡を模式的に示し、図１（ｃ）は、測定結果として得られる基板深さ方向におけるキャリア濃度分布をグラフで示している。
【００７５】
図１に示すＳＣＭ測定サンプル（被測定サンプル組立体）１は、ダミーサンプル２ａ、測定対象サンプル３ａ、及びダミーサンプル２ｂを３枚貼り合わせて、測定対象サンプル３ａを該２つのダミーサンプルにより挟み込んだ構造となっている点は、従来の不純物分布測定方法で用いているＳＣＭ測定サンプル５と同一であるが、この実施形態１では、測定対象サンプル３ａの幅（Ｗａ）を従来のＳＣＭ測定サンプル５におけるものと比べて短くしており、これにより空いたスペースに、Ｐ型キャリア濃度校正サンプル（Ｐ型測定比較サンプル）３ｂ及びＮ型キャリア濃度校正サンプル（Ｐ型測定比較サンプル）３ｃを挟み込んだ構造としている。
【００７６】
具体的には、従来の測定方法におけるサンプルは、ダミーサンプル及び測定サンプルともに、２ｍｍ×４ｍｍのサイズで統一していたが、本実施形態においては、ダミーサンプル２ａ及び２ｂ、測定サンプル３ａ、Ｐ型濃度校正サンプル３ｂ、及びＮ型濃度校正サンプル３ｃは、以下のサイズとなるよう切り出している。
【００７７】
つまり、ダミーサンプル２ａ及び２ｂについては、高さ（Ｈ）×幅（Ｗｄ）を２ｍｍ×４ｍｍとし、測定対象サンプル３ａについては、高さ（Ｈ）×幅（Ｗａ）を２ｍｍ×２ｍｍ、Ｐ型濃度校正サンプル３ｂについては、高さ（Ｈ）×幅（Ｗｂ）を１ｍｍ×２ｍｍとし、Ｎ型濃度校正サンプル３ｃについては、高さ（Ｈ）×幅（Ｗｃ）を１ｍｍ×２ｍｍとしている。
【００７８】
この実施形態１の不純物分布測定方法で用いるＳＣＭ装置６は、測定対象サンプル１の測定面に接触させる導電性探針（プローブともいう。）６ａと、該探針６ａと測定対象サンプル１との間に交流電圧を印加した状態で、探針６ａと測定対象サンプルとの間の静電容量の変化を測定してＳＣＭ出力（ｄＣ／ｄＶ信号）を出力する容量センサー６ｂとを有している。
【００７９】
次に測定方法について図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。
【００８０】
図２Ａは、Ｎ型濃度校正サンプル（Ｎ型測定比較サンプル）及びＰ型濃度校正サンプル（Ｐ型測定比較サンプル）についてそれぞれ、ＳＩＭＳ測定及びＳＣＭ測定を行って、それぞれの測定結果を得る手順を示している。
【００８１】
図２Ｂは、ＳＩＭＳ測定結果を用いて、ＳＣＭ測定結果であるｄＣ／ｄＶ信号値をキャリア濃度値に変換して、実際の測定対象サンプルのＳＣＭ測定値からキャリア濃度を求める手順を示している。
【００８２】
本実施形態の測定方法における実際の作業と測定処理の流れは、図２Ａ及び図２Ｂに示されているとおりある。
【００８３】
まず、実際の測定対象サンプル（例えば半導体デバイス）を測定する必要が生じる以前に、Ｎ型濃度校正用サンプル（Ｎ型測定比較サンプル）３ｃ及びＰ型濃度校正用サンプル（Ｐ型測定比較サンプル）３ｂを準備しておく。
【００８４】
具体的には、半導体基板として適当な不純物濃度を有するシリコンウェハーに対して、Ｎ型濃度校正用サンプルの作成用としては、リン（Ｐ）もしくはヒ素（Ａｓ）の不純物打ち込み、Ｐ型濃度校正用サンプルの作成用としては、ボロン（Ｂ）の不純物打ち込みを行い、その後、９００℃〜１０００℃程度の熱処理を行うことにより、０.５〜１.５ｕｍの基板深さ部分に、１Ｅ１７〜１Ｅ１９/ｃｍ３のピーク濃度を持つ不純物層を形成する。
【００８５】
この場合、半導体基板としてのシリコンウエハーの不純物濃度はそれ程重要ではないが、あまり高濃度基板は用いない方が望ましい。なお、図中、ＷｐはＰ型濃度校正用サンプルの作成用のウエハーであり、ＷｎはＮ型濃度校正用サンプルの作成用のウエハーである。
【００８６】
そして、これらのシリコンウェハーＷｐ及びＷｎの切断処理により、ＳＩＭＳ測定用サンプルとして、Ｎ型ＳＩＭＳサンプルＣｎ及びＰ型ＳＩＭＳサンプルＣｐをそれぞれ１サンプルづつ切り出す。これらのＳＩＭＳサンプルは、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度のサイズとし、また、切断処理は前述のダイシングソーによる切断処理が望ましい。
【００８７】
次に、これらのＳＩＭＳサンプルＣｎ及びＣｐについて、それぞれＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）により基板深さ方向に対するキャリア濃度分布データＤｃｎ及びＤｃｐを採取しておく（図２Ａ参照）。
【００８８】
上記濃度校正用サンプルの作成用のウェハーについては、ＳＩＭＳサンプルを切り出した後の残りの部分を、実際のデバイス測定の必要が生じた時に校正用サンプルとして用いるために、一対のダミーサンプルに挟み込むのに適したサイズ（本実施形態では、１ｍｍ×２ｍｍのサイズ）に切断処理しておく。なお、上記各ウェハーＷｎ及びＷｐの、ＳＩＭＳサンプルを切り出した残りの部分は、全てこのサイズ（１ｍｍ×２ｍｍ）に切り出して、濃度校正サンプル（測定比較サンプル）として保管しておく。
【００８９】
次に、測定対象となる半導体デバイスを前述のように切断処理により、２ｍｍ×２ｍｍサイズの測定対象サンプル３ａに切り出し、また、ダミーウエハーやガラス基板などから２ｍｍ×４ｍｍサイズのダミーサンプル２ａ及び２ｂを切り出す。なおダミーサンプルについては、予め大量に作成しておいてもよい。そして、図３に示すように、２枚のダミーサンプル２ａ及び２ｂの間に熱硬化有機系樹脂５を塗り、測定対象サンプル３ａを、Ｐ型濃度校正サンプル３ｂ及びＮ型濃度校正サンプル３ｃとともに挟み込み、樹脂硬化熱処理を行うことで、これらのサンプルを一体化して、１つのＳＣＭ測定用サンプル（被測定サンプル組立体）１を作成する。
【００９０】
この後、従来の不純物測定方法と同様に、図４に示すように、研磨（ＳＣＭ測定）ステージ１３にＳＣＭ測定用サンプル１を固定し、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、該ＳＣＭ測定用サンプル１に対する鏡面研磨処理を行う。
【００９１】
つまり、このＳＣＭ測定用サンプル１を、鏡面研磨処理／ＳＣＭ測定処理兼用（共用）の測定ステージ１３へステージ固定用の導電性ペースト１２で接着固定する（図４参照）。
【００９２】
次に、研磨装置の研磨板２２に研磨シート２３を貼り、測定ステージ１３に固定したＳＣＭ測定用サンプルの測定面を、研磨用水２４をその供給ノズルから供給しながら研磨シート１３で研磨することにより、該ＳＣＭ測定用サンプル１の測定面の鏡面研磨加工を行う（図５参照）。
【００９３】
このような研磨シート１３を用いた研磨加工は、研磨シート１３としてダイヤモンドラッピングペーパーを、その砥粒径が１０ｕｍ〜０.１ｕｍのものまで順次用いて行う。鏡面研磨加工の最終段階では、砥粒径が０.０５ｕｍ程度のコロイダルシリカを含んだ研磨剤を用いて、ＳＣＭ測定用サンプル１の測定面の仕上げ研磨加工を行う。
【００９４】
図６は、この実施形態１の不純物測定方法で用いるＳＣＭ測定システムである半導体評価装置を説明する図であり、図６（ａ）は、その全体構成を示す模式図、図６（ｂ）は、そのＳＣＭ処理部の構成を示すブロック図である。
【００９５】
この図６に示すＳＣＭ測定システムは、図１５に示す従来の不純物測定方法で用いているＳＣＭ測定システムとは、ＳＣＭ処理部３９の構成が異なっている。
【００９６】
簡単に説明すると、この半導体評価装置４００は、走査容量顕微鏡（走査プローブ顕微鏡）４００ａを有し、該システムを用いて測定対象サンプルのシリコン基板中のキャリア濃度分布を測定するものである。
【００９７】
また、この半導体評価装置４００は、ＳＣＭ測定サンプル１を貼り付けたステージ（測定サンプルステージ）１３を搭載し、測定サンプルステージ１３をＸＹＺ方向に移動させる３軸ピエゾスキャナ４０と、３軸ピエゾスキャナ４０を駆動制御するピエゾ駆動信号発生回路４１とを有している。また、この半導体評価装置４００は、測定探針（プローブ）３１の位置検出を行うためのレーザー光３２の、探針での反射レーザー光を受光するフォトセンサ３３と、このフォトセンサ３３の受光出力に基づいて測定サンプルの凹凸情報を検出するＡＦＭ処理部３４とを有している。
【００９８】
さらに、上記半導体評価装置４００を構成する走査容量顕微鏡４００ａは、探針３１とＳＣＭ測定サンプル１との間の容量に印加されるキャリア変調用の交流電圧Ｖｃを発生する交流電源３５と、キャリア変調用の交流電圧Ｖｃにバイアス電圧を重畳させるＤＣバイアス電源３６と、キャリア変調用の交流電圧Ｖｃに対する容量の特性を探針３１を通じて検出するキャパシターセンサ３７とを有している。また、上記半導体評価装置４００における走査容量顕微鏡４００ａは、キャパシタセンサ３７の検出出力のノイズ除去及び増幅を行うロックインアンプ３８と、キャパシタセンサ３７の検出出力に基づいて不純物キャリア濃度を示す濃度データを生成するＳＣＭ処理部３９とを有している。なお、図示していないが、この半導体評価装置４００は、システム全体を制御するコントローラーや入力装置や表示装置を備えている。
【００９９】
言い換えると、図６において探針（カンチレバーともいう。）３１から左側に示される構成は、サンプルの凹凸情報取得とステージ制御を行うＡＦＭ処理装置４００ｂであり、３軸ピエゾスキャナ４０によりサンプル１を、その所望のエリア内を探針３１が走査するよう移動させる移動機構と、探針３１からのレーザー光３２の反射光を元にサンプル表面の凹凸情報を得るＡＦＭ処理部３４とからなっている。一方、図６において探針３１から右側に示される構成は、探針とサンプルとの間の容量からキャリア分布測定を行う測定処理装置４００ａである。なお、探針３１は、ＡＦＭ処理部と測定処理部とで共用している。
【０１００】
また、この実施形態１では、上記ＳＣＭ処理部３９は、外部から入力された、測定比較サンプル３ｂ及び３ｃにおけるキャリア濃度分布を示すキャリア濃度分布データなどを記憶するデータ記憶部３９ｂと、上記容量に交流電圧を印加したときの交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出する容量変化率検出部（ｄＣ／ｄＶ検出部）３９ａと、該容量変化率に基づいて該測定対象サンプルのキャリア濃度分布を導出する濃度分布導出部３９ｃとを備えている。ここで、該濃度分布導出部３９ｃは、既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプルにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、該容量変化率検出部３９ａにより検出された該測定対象サンプル３ａの容量変化率から、該測定対象サンプル３ａのキャリア濃度の分布を導出するものである。具体的には、該濃度分布導出部３９ｃは、容量変化検出部３９ａにより得られた該測定比較サンプル３ｂ、３ｃの容量変化率の特性と、該キャリア濃度分布データが示すキャリア濃度分布とに基づいて、該容量変化率に対してキャリア濃度を関連付ける関連付け部を有し、該関連付けられた容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、該測定対象サンプル３ａに対する容量変化率の特性からそのキャリア濃度分布Ｄｔｓ１を導出するものである。
【０１０１】
なお、ここで、濃度測定用サンプル３ａのＳＣＭ測定を行う前に、先のＮ型濃度校正サンプルＣｎ及びＰ型濃度校正サンプルＣｐそれぞれのＳＩＭＳ測定データを、測定比較サンプル３ｂ、３ｃのキャリア濃度分布データとしてＳＣＭ処理部３９のデータ記憶部３９ｂに入力しておく。
【０１０２】
例えば、基板の深さ方向に０.１ｕｍきざみでキャリア濃度値を表形式で入力する等により、基準となる校正サンプル（測定比較サンプル）の深さに対するキャリア濃度のデータＤｃｎ及びＤｃｐ（図２Ａ参照）をＳＣＭ処理部内に記憶させておく。このデータの入力は、濃度校正サンプルウェハーＷｎ及びＷｐが別のものに変わらない限りは１度のみとする。
【０１０３】
そして、ＳＣＭ測定サンプル１におけるＮ型濃度校正サンプル３ｃ及びＰ型濃度校正サンプル３ｂに対するＳＣＭ測定をそれぞれ実施し、基板深さ方向に対する、ｄＣ/ｄＶデータＤｓｎ及びＤｓｐを測定する。
【０１０４】
ここで、この測定したｄＣ/ｄＶ値と、先ほど入力したＳＩＭＳでのキャリア濃度データＤｃｎ及びＤｃｐとを、例えば濃度ピーク位置を合わせて、上記濃度分布導出部３９ｃにおける関連付け部で関連付ける。つまりｄＣ/ｄＶ値と濃度値とが関連付けられる。ここでは、それぞれＳＩＭＳ測定データとＳＣＭ測定データとを深さ方向で合わせることが重要となってくる。
【０１０５】
例えば、図７は、Ｎ型不純物濃度校正用サンプル（Ｎ型測定比較サンプル）３ｃのＳＣＭ測定例を示す。ＳＣＭ測定においては、測定探針の位置についてもサンプリングしていることから、ＳＣＭデータを取得すると同時に、ＡＦＭ処理部３４での凹凸情報も出力されてくる。
【０１０６】
測定サンプルの表面側には貼りあわせ樹脂（熱硬化樹脂）が存在し、研磨レートの違いから測定サンプル表面と貼りあわせ樹脂境界部には凹凸が発生する（図７（ａ））。この凹凸から測定サンプルの基板表面位置をまずＳＣＭ処理部３９のデータ記憶部３９ｂに記憶させる。更に関連付け部は、ＳＣＭ測定データの濃度ピーク位置を指定する。これは、ｄＣ/ｄＶ値のｍａｘ値あるいはｍｉｎ値から自動判断で指定しても良い。深さ方向の測定幅とデータ分割数は測定時に任意に指定する値であるので、例えば、幅５.０ｕｍ測定、データ分割数２５６の場合、基板深さ方向におけるＳＣＭ及びＡＦＭ測定データの各データは、５.０÷（２５６−１）＝０.０１９６ｕｍの間隔のデータになる。
【０１０７】
従って、ＡＦＭ処理部からの情報に基づいて指定された先ほどのサンプル表面位置と、ＳＣＭ出力に基づいて指定されたピーク濃度位置とから、濃度ピークが基板表面からどれくらいの深さにあるのかを知ることができる。このようにしてピーク位置同士を合わせて、そこからの距離でＳＣＭ測定データ（ｄＣ／ｄＶ値）とＳＩＭＳ測定データ（キャリア濃度値）の相関を取る、もしくは単純に基板表面側から合わせて、ｄＣ／ｄＶ値とキャリア濃度値との相関をとる。図８に示すようなｄＣ/ｄＶデータ（ＳＣＭ）とキャリア濃度データ（ＳＩＭＳ）の相関を取る。なお、図８（ａ）は、Ｎ型不純物層構成サンプルにおけるｄＣ／ｄＶ値とキャリア濃度値との相関をグラフＬｎで示し、図８（ｂ）は、Ｐ型不純物層構成サンプルにおけるｄＣ／ｄＶ値とキャリア濃度値との相関をグラフＬｐで示している。
【０１０８】
以上のようにして、ＳＣＭ測定データであるｄＣ/ｄＶ値と実際のキャリア濃度の相関関係を走査型容量顕微鏡（ＳＣＭ装置）内に記憶させてから、実際の測定対象サンプルのＳＣＭ測定を行うことで、ＳＣＭ装置は、測定対象サンプルのＳＣＭ測定結果として、図１（ｃ）に示すような、縦軸のｄＣ／ｄＶ信号値が定量的なキャリア濃度に変換されたキャリア濃度プロファイルを示すデータを出力することができる。また、もちろん、この実施形態１のＳＣＭ装置４００ａは、従来のＳＣＭ装置９００ａと同様、測定対象サンプルのＳＣＭ測定結果として、基板深さに応じたｄＣ/ｄＶ値を出力することも可能である。
【０１０９】
このように本実施形態１では、探針６ａと測定対象サンプル（濃度校正サンプル）３ｂ、３ｃとの間に形成される容量に交流電圧を印加したときの、該交流電圧の変化に対する容量の変化の比率である容量変化率を検出し、既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプル３ｂ、３ｃにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係に基づいて、測定対象サンプル３ａの容量変化率から、該測定対象サンプル３ａのキャリア濃度の分布を導出するので、半導体基板などの測定対象サンプル３ａのキャリア濃度を定量的に正確に測定することができる。しかも、このようなキャリア濃度の測定は、既知のキャリア濃度を有する測定比較サンプル３ｂ、３ｃにおける、その容量変化率とキャリア濃度との関係をソフトウエアによる演算処理により求めるだけで実現でき、測定システムの規模の増大やこれによるコストアップを招くことがない。
【０１１０】
また、測定対象サンプル３ａと測定比較サンプル３ｂ、３ｃとは、対向する一対のダミーサンプル２ａ及び２ｂの間に該両ダミーサンプルに挟持されるよう配置されて、１つの被測定サンプル組立体１を形成しているので、測定対象サンプル３ａと測定比較サンプル（濃度校正サンプル）３ｂ、３ｃとに対して、同じ被測定サンプルとしてそれぞれの測定面の研磨処理を行い、それぞれのサンプルに対して、できるだけ時間を置かずにＳＣＭ測定を行うことが可能となる。このため、濃度校正サンプル３ｂ、３ｃの測定時と実際の測定対象サンプル３ａの測定時とで、サンプル表面状態及び探針（プローブ）状態をできるだけ揃えることも可能となる。これにより測定対象サンプルの定量的なキャリア濃度分布データを、測定条件の違いによるばらつきを抑えて安定して得ることができる。
【０１１１】
要するに本実施形態１では、上記のような測定サンプルの構成、走査型容量顕微鏡、さらに測定手順を採用することで、測定対象サンプルの表面状態や測定探針（プローブ）の状態が変わっても、ほぼ定量的なキャリア濃度分布を測定できるようになり、また測定システム（半導体測定装置）４００は、その構成変更がＳＣＭシステム（走査型容量顕微鏡）内での演算ソフトウエアの変更だけであるので、コストの増大を招くこともなく実現できる。
（実施形態２）
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の実施形態２による半導体測定方法を説明する図であり、図９Ａは、Ｎ型濃度校正サンプル（Ｎ型測定比較サンプル）及びＰ型濃度校正サンプル（Ｐ型測定比較サンプル）についてそれぞれ、ＳＩＭＳ測定及びＳＣＭ測定を行って、それぞれの測定結果を得る手順を示している。図９Ｂは、ＳＩＭＳ測定結果を用いてＳＣＭ測定結果であるｄＣ／ｄＶ信号値をキャリア濃度値に変換して、実際の測定対象サンプルのＳＣＭ測定値からキャリア濃度分布Ｄｔｓ２を求める手順を示している。
【０１１２】
この実施形態２の半導体測定方法は、実施形態１の半導体測定方法で、Ｎ型濃度校正用サンプル及びＰ型濃度校正用サンプルの測定と、実際の半導体デバイスである測定対象サンプルの測定とを、Ｎ型濃度校正用サンプル、Ｐ型濃度校正用サンプル、及び測定対象サンプルを一体化した被測定サンプル組立体を用いてほぼ同時に行っていたものを、これらの測定を別々行うようにした点で異なっており、その他の点は実施形態１のものと同一である。
【０１１３】
つまり、この実施形態２では、ＳＣＭ測定サンプル５０としては、従来のものと同様、ダミーサンプル５１、測定対象サンプル５２、及びダミーサンプル５１を３枚貼り合わせて、測定対象サンプル５２を該２つのダミーサンプルにより挟み込んだ構造のサンプル５０を用いる。
【０１１４】
次に作用効果について説明する。
【０１１５】
本実施形態の測定方法における実際の作業と測定処理の流れは、図９Ａ及び図９Ｂに示されているとおりある。
【０１１６】
まず、実際の測定対象サンプルを測定する必要が生じる以前に、Ｎ型濃度校正用サンプル（Ｎ型測定比較サンプル）３０ｃ及びＰ型濃度校正用サンプル（Ｐ型測定比較サンプル）３０ｂを準備しておく。
【０１１７】
具体的には、半導体基板として適当な不純物濃度を有するシリコンウェハーに対して、Ｎ型濃度校正用サンプルの作成用としては、リン（Ｐ）もしくはヒ素（Ａｓ）の不純物打ち込み、Ｐ型濃度校正用サンプルの作成用としては、ボロン（Ｂ）の不純物打ち込みを行い、その後、９００℃〜１０００℃程度の熱処理を行うことにより、０.５〜１.５ｕｍの基板深さ部分に、１Ｅ１７〜１Ｅ１９/ｃｍ３のピーク濃度を持つ不純物層を形成する。
【０１１８】
この場合、半導体基板としてのシリコンウエハーの不純物濃度はそれ程重要ではないが、あまり高濃度基板は用いない方が望ましい。なお、図９Ａ及び図９Ｂ中、ＷｐはＰ型濃度校正用サンプルの作成用のウエハーであり、ＷｎはＮ型濃度校正用サンプルの作成用のウエハーである。
【０１１９】
そして、これらのシリコンウェハーＷｐ及びＷｎの切断処理により、ＳＩＭＳ測定用サンプルとして、Ｎ型ＳＩＭＳサンプルＣｎ及びＰ型ＳＩＭＳサンプルＣｐをそれぞれ１サンプルづつ切り出す。これらのＳＩＭＳサンプルは、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度のサイズとし、また、切断処理は前述のダイシングソーによる切断処理が望ましい。
【０１２０】
次に、これらのＳＩＭＳサンプルＣｎ及びＣｐについて、それぞれＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）により基板深さ方向に対するキャリア濃度分布データＤｃｎ及びＤｃｐを採取しておく。
【０１２１】
上記濃度校正用サンプルの作成用のウェハーについては、実際のデバイス測定の必要が生じた時に校正用サンプルとして用いるために、ダミーサンプルに挟み込むサイズ（本実施形態では、２ｍｍ×４ｍｍのサイズ）に切断処理しておく。なお、上記各ウェハーＷｎ及びＷｐの、ＳＩＭＳサンプルを切り出した残りの部分は、全てこのサイズ（２ｍｍ×４ｍｍ）に切り出して、濃度校正サンプル３０ｂ、３０ｃとして保管しておく。
【０１２２】
なお、Ｐ型濃度校正サンプル３０ｂとＮ型濃度校正サンプル３０ｃとを一対のダミーサンプル（２ｍｍ×４ｍｍ）に挟み込んで、そのキャリア濃度を測定する場合には、濃度校正用サンプルの作成用のウェハーについては、ダミーサンプルに挟み込むのに適したサイズ（例えば、２ｍｍ×２ｍｍのサイズ）に切断処理しておく。
【０１２３】
次に、測定対象となる半導体デバイスを前述のように切断処理により、２ｍｍ×４ｍｍサイズの測定対象サンプル５２に切り出し、また、ダミーウエハーやガラス基板などから２ｍｍ×４ｍｍサイズのダミーサンプル５１ａ及び５１ｂを切り出す（図１２参照）。なおダミーサンプルについては、予め大量に作成しておいてもよい。そして、図１２に示すように、２枚のダミーサンプル５１ａ及び５１ｂの間に熱硬化有機系樹脂５５を塗り、測定対象サンプル５２を挟み込み、樹脂硬化熱処理を行うことで、これらのサンプルを一体化して、１つのＳＣＭ測定用サンプル５０を作成する。
【０１２４】
この後、従来の不純物測定方法と同様に、図１３に示すように、研磨（ＳＣＭ測定）ステージ６３にＳＣＭ測定用サンプル５０を固定し、図１４に示すように、該ＳＣＭ測定用サンプル５０に対する鏡面研磨処理を行う。
【０１２５】
つまり、このＳＣＭ測定用サンプル５０を、鏡面研磨処理/ＳＣＭ測定処理兼用（共用）の測定ステージ６３へステージ固定用の導電性ペースト６２で接着固定する。
【０１２６】
次に、研磨装置の研磨板７２に研磨シート７３を貼り、測定ステージ６３に固定したＳＣＭ測定用サンプルの測定面を、研磨用水をその供給ノズル２４から供給しながら研磨シート７３で研磨することにより、該被測定貼合せサンプルの測定面の鏡面研磨加工を行う。
【０１２７】
このような研磨シート７３を用いた研磨加工は、研磨シート６３としてダイヤモンドラッピングペーパーを、その砥粒径が１０ｕｍ〜０.１ｕｍのものまで順次用いて行う。鏡面研磨加工の最終段階では、砥粒径が０.０５ｕｍ程度のコロイダルシリカを含んだ研磨剤を用いて、被測定貼合せサンプルの測定面の仕上げ研磨加工を行う。
【０１２８】
そして、この実施形態２においても、図６に示す半導体評価装置４００を用いて、測定対象サンプルの基板厚さ方向のキャリア濃度プロファイルを導出する。
【０１２９】
つまり、この実施形態２においても、実施形態１と同様に、ＳＣＭ測定用サンプル５０のＳＣＭ測定を行う前に、先のＮ型濃度校正サンプルＣｎ及びＰ型濃度校正サンプルＣｐそれぞれのＳＩＭＳ測定データＤｃｎ及びＤｃｐをＳＣＭ処理部３９に入力しておく。
【０１３０】
そして、測定対象サンプルに対するＳＣＭ測定をそれぞれ実施し、基板深さ方向に対する、ｄＣ/ｄＶデータを測定する。
【０１３１】
また、測定対象サンプルとは別に、Ｎ型濃度校正サンプル３ｃ及びＰ型濃度校正サンプル３ｂに対するＳＣＭ測定をそれぞれ実施し、基板深さ方向に対する、ｄＣ/ｄＶデータＤｓｎ及びＤｓｐを測定する。
【０１３２】
ここで、ＳＣＭ処理部３９では、この測定したｄＣ/ｄＶ値Ｄｓｎ及びＤｓｐと、先ほど入力したＳＩＭＳでのキャリア濃度データＤｃｎ及びＤｃｐとを、実施形態１と同様に、例えば濃度ピーク位置を合わせて関連付ける。つまりｄＣ/ｄＶ値と濃度値とを関連付ける。ここでは、それぞれＳＩＭＳ測定データとＳＣＭ測定データとを深さ方向で合わせることが重要となってくる。このため、濃度のピーク位置同士を合わせて、そこからの距離でＳＣＭ測定データとＳＩＭＳ測定データの相関を取る、もしくは単純に基板表面側から合わせて濃度の相関をとる。
【０１３３】
その結果、図８に示すようなｄＣ/ｄＶデータ（ＳＣＭ）とキャリア濃度データ（ＳＩＭＳ）の相関、つまりＮ型不純物層構成サンプルにおける相関（図８（ａ）のグラフＬｎ参照）、及びＰ型不純物層構成サンプルにおける相関（図８（ｂ）のグラフＬｐ参照）が得られる。
【０１３４】
以上のようにして、ＳＣＭ測定データであるｄＣ/ｄＶ値と実際のキャリア濃度の相関関係をＳＣＭ装置４００ａ（図６参照）内に記憶させてから、実際の測定対象サンプルのＳＣＭ測定を行うことで、測定対象サンプルのＳＣＭ測定結果として、縦軸が定量的なキャリア濃度に変換された値を得ることができ、また、もちろん、従来のｄＣ/ｄＶ値出力も得ることができる。
【０１３５】
この実施形態２では、Ｎ型濃度校正用サンプル及びＰ型濃度校正用サンプルのＳＣＭ測定と、実際の半導体デバイスである測定対象サンプルのＳＣＭ測定とを別々に行うので、やはりサンプル表面状態の差、つまり測定対象サンプルの測定面と測定比較サンプルの測定面との間での表面状態の差が測定結果に影響してくることとなり、どうしても、測定対象サンプルのキャリア濃度分布を示すデータはバラツキのあるデータとなってくるが、測定結果を工場内での使用する等の理由により、一定期間中はＳＣＭ測定装置の測定探針の交換を行わない場合などには、簡易的に、本実施形態２の測定対象サンプルのＳＣＭ測定方法を用いることもできる。
【０１３６】
このような本実施形態２においても、ほぼ定量的なキャリア濃度分布を測定できるようになり、また測定システム（半導体測定装置）は、その構成変更がＳＣＭシステム（走査型容量顕微鏡）内での演算ソフトウエアの変更だけであるので、コストの増大を招くこともなく実現できるという効果が得られる。
【０１３７】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は、半導体測定装置及び半導体測定方法、この半導体測定方法に用いる被測定サンプルを作製するサンプル作製方法、並びにこのような半導体測定装置及び半導体測定方法に用いる走査型容量顕微鏡の分野において、半導体デバイスを構成する半導体基板などの測定対象サンプルのキャリア濃度を定量的に正確に測定することができ、しかもこのようなキャリア濃度の測定を、測定システムの規模の増大やコストアップを招くことなく低コストで行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】図１は、本発明の実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、図１（ａ）は、該不純物分布測定方法で用いるＳＣＭ測定サンプルの構造を示し、図１（ｂ）は、該測定方法に用いる走査型容量顕微鏡を模式的に示し、図１（ｃ）は、測定結果として得られる基板深さ方向におけるキャリア濃度分布をグラフで示している。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、Ｎ型濃度校正サンプル及びＰ型濃度校正サンプルについてそれぞれ、ＳＩＭＳ測定及びＳＣＭ測定を行って、それぞれの測定結果を得る手順を示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、ＳＩＭＳ測定結果を用いてＳＣＭ測定結果であるｄＣ／ｄＶ信号値をキャリア濃度値に変換して、実際の測定対象サンプルのＳＣＭ測定値からキャリア濃度を求める手順を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、この実施形態１の不純物分布測定方法において、基板断面キャリア分布をＳＣＭ装置で測定する場合に用いるＳＣＭ測定サンプルの構造を示している。
【図４】図４は、本発明の実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、この実施形態１の不純物分布測定方法において、上記ＳＣＭ測定サンプルをその保持台（ステージ）に取り付ける方法を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、この実施形態１の不純物分布測定方法において、該被測定サンプル体の測定面を研磨する方法を説明する側面図（図（ａ））及び斜視図（図（ｂ））である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、図６（ａ）は、この実施形態１の不純物分布測定方法において用いる半導体評価装置の全体構成を示す模式図、図６（ｂ）は、この半導体評価装置のＳＣＭ処理部の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、この実施形態１の不純物分布測定方法におけるＮ型不純物濃度校正用サンプルのＳＣＭ測定例を示す。
【図８】図８は、本発明の実施形態１による不純物分布測定方法を説明する図であり、この実施形態１の不純物分布測定方法において得られる、ｄＣ/ｄＶデータ（ＳＣＭ）とキャリア濃度データ（ＳＩＭＳ）の相関を、Ｎ型不純物層構成サンプルにおける相関（、図８（ａ））とＰ型不純物層構成サンプルにおける相関（図８（ｂ））とに分けて示している。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の実施形態２による不純物分布測定方法を説明する図であり、Ｎ型濃度校正サンプル及びＰ型濃度校正サンプルについてそれぞれ、ＳＩＭＳ測定及びＳＣＭ測定を行って、それぞれの測定結果を得る手順を示している。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の実施形態２による不純物分布測定方法を説明する図であり、ＳＩＭＳ測定結果を用いてＳＣＭ測定結果であるｄＣ／ｄＶ信号値をキャリア濃度値に変換して、実際の測定対象サンプルのＳＣＭ測定値からキャリア濃度を求める手順を示している。
【図１０】図１０は、従来の不純物分布測定方法を説明する図であり、図１０（ａ）は、測定方法に用いるＳＣＭ装置を模式的に示し、図１０（ｂ）は、その測定結果である不純物キャリア濃度の基板深さ方向での変化を示している。
【図１１】図１１はキャリア変調用交流電圧Ｖｃに対する容量Ｃの変化をグラフで示す図であり、図１１（ａ）は、シリコン基板のＰ型不純物層におけるＣ−Ｖ特性を示し、図１１（ｂ）は、シリコン基板のＮ型不純物層におけるＣ−Ｖ特性を示している。
【図１２】図１２は、基板断面キャリア分布をＳＣＭ装置で測定する場合に用いる従来の測定対象サンプルを説明する図であり、図１２（ａ）は、該測定対象サンプルの構造を示し、図１２（ｂ）はその作成方法を示している。
【図１３】図１３は、上記被測定サンプル体をその保持台（ステージ）に取り付ける方法を説明する図である。
【図１４】図１４は、該被測定サンプル体の測定面を研磨する方法を説明する側面図（図（ａ））及び斜視図（図（ｂ））である。
【図１５】図１５は、従来の半導体評価装置を説明する模式図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す半導体評価装置でキャリア分布の測定を行って得られたＳＣＭ測定結果を２次元画像で示す図である。
【図１７】図１７は、従来の他の不純物測定方法を説明する図であり、この測定方法で用いる、真空チャンバー内で探針と測定サンプルとを配置した測定システムを示す模式図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１、５０  ＳＣＭ測定サンプル（被測定サンプル組立体）
２ａ、２ｂ、５１ａ、５１ｂ  ダミーサンプル（シリコン）
３  被測定サンプル
３ａ、５２  測定対象サンプル
３ｂＰ型キャリア濃度校正サンプル（Ｐ型測定比較サンプル）
３ｃ  Ｎ型キャリア濃度校正サンプル（Ｎ型測定比較サンプル）
５  熱硬化樹脂
６、４００ａ  ＳＣＭ装置
６ａ  プローブ（探針）
６ｂ  容量センサー
７  自然酸化膜  １３、６３  サンプル及び研磨ステージ
２２、７２  研磨板（研磨装置）
２３、７３  研磨シート
２４、７４  研磨用供給水
３２  レーザー光
３３  フォトセンサ
３４  ＡＦＭ処理部
３５  交流電源
３６  ＤＣバイアス電源
３７  キャパシターセンサ
３９  ＳＣＭ処理部
３９ａ  容量変化率検出部（ｄＣ／ｄＶ検出部）
３９ｂ  データ記憶部
３９ｃ  濃度分布導出部
４０  ３軸ピエゾスキャナ
４１  ピエゾ駆動信号発生回路
４００  半導体測定装置
４００  半導体測定装置
４００ａ  測定処理装置
４００ｂ  ＡＦＭ処理装置
Ｃｎ、Ｃｐ  ＳＩＭＳサンプル
Ｄｃｎ、Ｄｃｐ  キャリア濃度データ
Ｄｓｎ、Ｄｓｐ  ｄＣ/ｄＶデータ
Ｄｔｓ１、Ｄｔｓ２  キャリア濃度分布
Ｗｎ、Ｗｐ  ウエハー
【図１】
2010093086.tif 000003
【図２Ａ】
2010093086.tif 000004
【図２Ｂ】
2010093086.tif 000005
【図３】
2010093086.tif 000006
【図４】
2010093086.tif 000007
【図５】
2010093086.tif 000008
【図６】
2010093086.tif 000009
【図７】
2010093086.tif 000010
【図８】
2010093086.tif 000011
【図９Ａ】
2010093086.tif 000012
【図９Ｂ】
2010093086.tif 000013
【図１０】
2010093086.tif 000014
【図１１】
2010093086.tif 000015
【図１２】
2010093086.tif 000016
【図１３】
2010093086.tif 000017
【図１４】
2010093086.tif 000018
【図１５】
2010093086.tif 000019
【図１７】
2010093086.tif 000020
【図１６】
2010093086.tif 000021