(57)【要約】  測定器（３）は、半導体基板（５１）と絶縁膜（５２）との界面に反転層が形成される直流電圧をその電圧レベルの変化速度を変えながら半導体基板（５１）に印加し、絶縁膜（５２）に流れる電流を測定する。演算器（４）は、測定器（３）が測定した電流と直流電圧との関係に基づいて、絶縁膜（５２）に流れる電流と、直流電圧の変化速度との関係を示す直線を求め、その求めた直線の傾きを絶縁膜（５２）の表面容量として演算する。また、演算器（４）は、その演算した表面容量と、探針（２）と絶縁膜（５２）との接触面積および絶縁膜（５２）の膜厚とに基づいて、絶縁膜（５２）の誘電率を演算する。
2010013292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜が半導体基板上に形成された構造からなる測定試料を用いて前記絶縁膜の表面容量および／または誘電率を測定する測定装置であって、
前記半導体基板と前記絶縁膜との界面に反転層が形成される直流電圧を該直流電圧の電圧レベルを所望の速度で変化させながら前記半導体基板に印加したときの探針と前記絶縁膜との間に流れる電流の前記直流電圧依存性である電流電圧特性を測定する測定器と、
前記測定された電流電圧特性に基づいて、前記絶縁膜に印加される電圧の変化速度である電圧変化速度と前記絶縁膜に流れる電流との関係を求め、その求めた関係に基づいて、前記絶縁膜の表面容量を演算する演算器とを備える測定装置。
【請求項２】
前記演算器は、さらに、前記演算した表面容量と、前記絶縁膜の面積と、前記絶縁膜の膜厚とに基づいて、前記絶縁膜の誘電率を演算する、請求の範囲第１項に記載の測定装置。
【請求項３】
前記測定器は、前記電圧変化速度を複数の電圧変化速度に変えて複数の前記電流電圧特性を測定する測定処理を実行し、
前記演算器は、前記測定された複数の前記電流電圧特性に基づいて、複数の飽和電流を検出し、その検出した複数の飽和電流と、複数の電圧変化速度との関係をプロットして前記絶縁膜に流れる電流と前記電圧変化速度との関係を示す直線を求め、その求めた直線の傾きを前記絶縁膜の表面容量として演算する演算処理を実行する、請求の範囲第１項に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定器は、略平板形状からなる前記絶縁膜の複数の位置の各々において前記測定処理を実行し、
前記演算器は、前記測定された複数の位置における複数の前記電流電圧特性に基づいて、前記複数の位置の各々に対して前記演算処理を実行し、前記複数の位置における前記絶縁膜の表面容量の分布を求める、請求の範囲第３項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記演算器は、さらに、前記絶縁膜の表面容量の分布と、前記絶縁膜の面積と、前記絶縁膜の膜厚とに基づいて、前記絶縁膜の誘電率の分布を求める、請求の範囲第４項に記載の測定装置。
【請求項６】
絶縁膜が半導体基板上に形成された構造からなる測定試料を用いて前記絶縁膜の表面容量および／または誘電率を測定する測定方法であって、
測定器が、前記半導体基板と前記絶縁膜との界面に反転層が形成される直流電圧を該直流電圧の電圧レベルを所望の速度で変化させながら前記半導体基板に印加したときの探針と前記絶縁膜との間に流れる電流の電圧依存性である電流電圧特性を測定する第１のステップと、
演算器が、前記第１のステップにおいて測定された電流電圧特性に基づいて、前記絶縁膜に流れる電流の飽和電流を検出する第２のステップと、
前記演算器が、前記第２のステップにおいて検出した飽和電流と、前記絶縁膜に印加される電圧の変化速度である電圧変化速度とに基づいて、前記絶縁膜に流れる電流と前記電圧変化速度との関係を求める第３のステップと、
前記演算器が、前記第３のステップにおいて求めた関係に基づいて、前記絶縁膜の表面容量を演算する第４のステップとを備える測定方法。
【請求項７】
前記演算器が、前記第４のステップにおいて演算した表面容量と、前記絶縁膜の面積と、前記絶縁膜の膜厚とに基づいて、前記絶縁膜の誘電率を演算する第５のステップをさらに備える、請求の範囲第６項に記載の測定方法。
【請求項８】
前記測定器は、前記第１のステップにおいて、前記電圧変化速度を複数の電圧変化速度に変えて複数の前記電流電圧特性を測定する測定処理を実行し、
前記演算器は、前記第２のステップにおいて、前記測定された複数の前記電流電圧特性に基づいて、複数の飽和電流を検出する検出処理を実行し、
前記演算器は、前記第３のステップにおいて、前記複数の電圧変化速度と前記複数の電圧変化速度とをプロットし、前記絶縁膜に流れる電流と前記電圧変化速度との関係を示す直線を求める処理を実行し、
前記演算器は、前記第４のステップにおいて、前記第３のステップにおいて求めた直線の傾きを前記絶縁膜の表面容量として演算する演算処理を実行する、請求の範囲第６項に記載の測定方法。
【請求項９】
前記測定器は、前記第１のステップにおいて、略平板形状からなる前記絶縁膜の複数の位置の各々に対して前記測定処理を実行し、
前記演算器は、前記第２のステップにおいて、前記複数の位置の各々に対して前記検出処理を実行し、
前記演算器は、前記第３のステップにおいて、前記複数の位置の各々に対して前記直線を求める処理を実行し、
前記演算器は、前記第４のステップにおいて、前記複数の位置の各々に対して前記演算処理を実行し、前記絶縁膜の表面容量の分布を求める、請求の範囲第８項に記載の測定方法。
【請求項１０】
前記演算器が、前記第４のステップにおいて演算した前記絶縁膜の表面容量の分布と、前記絶縁膜の面積と、前記絶縁膜の膜厚とに基づいて、前記絶縁膜の誘電率の分布を求める第５のステップをさらに備える、請求の範囲第９項に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、容量または誘電率を測定する測定装置および測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）測定、ＳＴＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）測定、およびＳＮＯＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｎｅａｒ  ｆｉｅｌｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）測定を適宜選択的に実行可能な集積型多機能ＳＰＭセンサーが知られている（特開平８−５６４２）。【０００３】
この集積型多機能ＳＰＭセンサーは、自由端に探針を有するカンチレバー部と、このカンチレバー部の基端を支持する支持部と、カンチレバー部に設けられ、第１の電極を介して直流定電圧源に接続された第１のピエゾ抵抗層と、カンチレバー部に設けられ、第２の電極を介して直流定電圧源に接続された第２のピエゾ抵抗層と、探針を測定試料に対して走査させる際、各ピエゾ抵抗層に流れる電流値の変化を検出す第１および第２の電流計測用オペアンプと、これらのオペアンプによって検出された電流値変化に基づいて、測定試料の表面情報を算出して出力する演算回路とを備える。
【発明の開示】
【０００４】
しかし、従来の集積化多機能ＳＰＭセンサーは、測定試料の表面状態に応じたカンチレバー部の反り量を２つのピエゾ抵抗層に流れる電流の変化分として計測し、その計測した電流の変化分に基づいて測定試料の表面情報を算出するので、測定試料の表面容量または誘電率を測定することが困難であるという問題がある。
【０００５】
そこで、測定試料の表面容量または誘電率またはそれらの分布を測定可能な測定装置を提供することが望まれる。
【０００６】
また、測定試料の表面容量または誘電率またはそれらの分布を測定可能な測定方法を提供することが望まれる。
【０００７】
測定装置は、絶縁膜が半導体基板上に形成された構造からなる測定試料を用いて絶縁膜の表面容量および／または誘電率を測定する測定装置であって、測定器と、演算器とを備える。測定器は、半導体基板と前記絶縁膜との界面に反転層が形成される直流電圧を該直流電圧の電圧レベルを所望の速度で変化させながら半導体基板に印加したときの探針と絶縁膜との間に流れる電流の直流電圧依存性である電流電圧特性を測定する。演算器は、測定器によって測定された電流電圧特性に基づいて、絶縁膜に印加される電圧の変化速度である電圧変化速度と絶縁膜に流れる電流との関係を求め、その求めた関係に基づいて、絶縁膜の表面容量を演算する。
【０００８】
演算器は、さらに、演算した表面容量と、絶縁膜の面積と、絶縁膜の膜厚とに基づいて、絶縁膜の誘電率を求めてもよい。
【０００９】
測定器は、電圧変化速度を複数の電圧変化速度に変えて複数の電流電圧特性を測定する測定処理を実行してもよい。演算器は、測定された複数の電流電圧特性に基づいて、複数の飽和電流を検出し、その検出した複数の飽和電流と、複数の電圧変化速度との関係をプロットして絶縁膜に流れる電流と電圧変化速度との関係を示す直線を求め、その求めた直線の傾きを絶縁膜の表面容量として演算する演算処理を実行してもよい。
【００１０】
測定器は、略平板形状からなる絶縁膜の複数の位置の各々において測定処理を実行してもよい。演算器は、測定された複数の位置における複数の電流電圧特性に基づいて、複数の位置の各々に対して演算処理を実行し、複数の位置における絶縁膜の表面容量の分布を求めてもよい。
【００１１】
演算器は、さらに、絶縁膜の表面容量の分布と、絶縁膜の面積と、絶縁膜の膜厚とに基づいて、絶縁膜の誘電率の分布を求めてもよい。
【００１２】
また、測定方法は、絶縁膜が半導体基板上に形成された構造からなる測定試料を用いて絶縁膜の表面容量および／または誘電率を測定する測定方法であって、測定器が、半導体基板と絶縁膜との界面に反転層が形成される直流電圧を該直流電圧の電圧レベルを所望の速度で変化させながら半導体基板に印加したときの探針と絶縁膜との間に流れる電流の電圧依存性である電流電圧特性を測定する第１のステップと、演算器が、第１のステップにおいて測定された電流電圧特性に基づいて、絶縁膜に流れる電流の飽和電流を検出する第２のステップと、演算器が、第２のステップにおいて検出した飽和電流と、絶縁膜に印加される電圧の変化速度である電圧変化速度とに基づいて、絶縁膜に流れる電流と電圧変化速度との関係を求める第３のステップと、演算器が、第３のステップにおいて求めた関係に基づいて、絶縁膜の表面容量を演算する第４のステップとを備える。
【００１３】
測定方法は、演算器が、第４のステップにおいて演算した表面容量と、絶縁膜の面積と、絶縁膜の膜厚とに基づいて、絶縁膜の誘電率を演算する第５のステップをさらに備えてもよい。
【００１４】
測定器は、第１のステップにおいて、電圧変化速度を複数の電圧変化速度に変えて複数の電流電圧特性を測定する測定処理を実行し、演算器は、第２のステップにおいて、測定された複数の電流電圧特性に基づいて、複数の飽和電流を検出する検出処理を実行し、演算器は、第３のステップにおいて、複数の電圧変化速度と複数の電圧変化速度とをプロットし、絶縁膜に流れる電流と電圧変化速度との関係を示す直線を求める処理を実行し、演算器は、第４のステップにおいて、第３のステップにおいて求めた直線の傾きを絶縁膜の表面容量として演算する演算処理を実行してもよい。
【００１５】
測定器は、第１のステップにおいて、略平板形状からなる絶縁膜の複数の位置の各々に対して測定処理を実行し、演算器は、第２のステップにおいて、複数の位置の各々に対して検出処理を実行し、演算器は、第３のステップにおいて、複数の位置の各々に対して直線を求める処理を実行し、演算器は、第４のステップにおいて、複数の位置の各々に対して演算処理を実行し、絶縁膜の表面容量の分布を求めてもよい。
【００１６】
測定方法は、演算器が、第４のステップにおいて演算した絶縁膜の表面容量の分布と、絶縁膜の面積と、絶縁膜の膜厚とに基づいて、絶縁膜の誘電率の分布を求める第５のステップをさらに備えてもよい。
【００１７】
半導体基板と絶縁膜との界面に反転層が形成される直流電圧をその電圧レベルの変化速度を変えながら半導体基板に印加し、絶縁膜に流れる電流を測定する。そして、その測定した電流と直流電圧の変化速度との関係を求め、その求めた関係に基づいて、絶縁膜の表面容量を求める。また、その求めた表面容量を用いて絶縁膜の誘電率を求める。さらに、絶縁膜の複数の位置において、絶縁膜の表面容量および誘電率を求める。
【００１８】
したがって、測定試料の表面容量または誘電率またはそれらの分布を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態による測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】電流と基板電圧との関係を示す図である。
【図３】電流と基板電圧の変化速度との関係を示す図である。
【図４】表面容量および誘電率を求める方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図１に示す測定試料の平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。【００２１】
図１は、この発明の実施の形態による測定装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による測定装置１０は、ステージ１と、探針２と、測定器３と、演算器４と、表示装置５とを備える。【００２２】
測定試料５０は、たとえば、２ｃｍの幅、およびたとえば、２ｃｍの長さを有する。その結果、測定試料５０は、４ｃｍ２の面積を有する。そして、測定試料５０は、半導体基板５１と、絶縁膜５２と、電極５３とを含む。半導体基板５１は、たとえば、ｎ型シリコン（ｎ型Ｓｉ）からなる。絶縁膜５２は、たとえば、ＳｉＯ２膜またはＳｉ３Ｎ４膜からなり、半導体基板５１の表面に形成される。そして、絶縁膜５２は、１０ｎｍの膜厚を有する。電極５３は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなり、半導体基板１の裏面に形成される。【００２３】
ステージ１は、測定試料５０を支持する。そして、ステージ１は、測定試料５０の幅方向である方向ＤＲ１へ所定の距離ずつステップ状に移動するとともに、方向ＤＲ１に直交する方向ＤＲ２へ所定の距離ずつステップ状に移動する。【００２４】
探針２は、導線を介して測定器３に接続されるとともに、測定試料５０の表面に配置される。【００２５】
測定器３は、直流電圧源３１と、電流計３２とを含む。直流電圧源３１は、半導体基板５１と絶縁膜５２との界面に反転層が形成される直流電圧ＶＤＣをその直流電圧のレベルを所望の速度で変化させながら測定試料５０の半導体基板５１に印加する。電流計３２は、直流電圧ＶＤＣが半導体基板５１に印加されたときに探針２と絶縁膜５２との間に流れる電流を測定する。【００２６】
このように、測定器３は、半導体基板５１と絶縁膜５２との界面に反転層が形成される直流電圧ＶＤＣをその直流電圧のレベルを所望の速度で変化させながら測定試料５０の半導体基板５１に印加したときの探針２と絶縁膜５２との間に流れる電流の電圧依存性からなる電流電圧特性を測定し、その測定した電流電圧特性を演算器４へ出力する。【００２７】
演算器４は、測定器３から受けた電流電圧特性に基づいて、後述する方法によって、絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦおよび絶縁膜５２の誘電率εを演算する。また、演算器４は、測定器３から受けた電流電圧特性に基づいて、後述する方法によって、絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦの分布および絶縁膜５２の誘電率εの分布を演算する。そして、演算器４は、その演算した絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦ（または表面容量ＣＳＵＦの分布）および絶縁膜５２の誘電率ε（または誘電率εの分布）を表示装置５へ出力する。【００２８】
表示装置５は、演算器４から受けた絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦ（または表面容量ＣＳＵＦの分布）および絶縁膜５２の誘電率ε（または誘電率εの分布）を表示する。【００２９】
図２は、電流と基板電圧との関係を示す図である。図２において、縦軸は、探針２から絶縁膜５２に流れる電流を表し、横軸は、半導体基板５１に印加される基板電圧を表す。また、曲線ｋ１〜ｋ７は、基板電圧を０Ｖから３Ｖへ変化させるときの時間をそれぞれ１５ｍｓｅｃ，３０ｍｓｅｃ，５０ｍｓｅｃ，１００ｍｓｅｃ，２００ｍｓｅｃ，５００ｍｓｅｃ，１０００ｍｓｅｃとしたときの電流電圧特性を示す。すなわち、曲線ｋ１〜ｋ７は、それぞれ、基板電圧の変化速度を２００Ｖ／ｓ，１００Ｖ／ｓ，６０Ｖ／ｓ，３０Ｖ／ｓ，１５Ｖ／ｓ，６Ｖ／ｓ，３Ｖ／ｓとしたときの電流電圧特性を示す。【００３０】
図２を参照して、測定試料５０の半導体基板５１に直流電圧ＶＤＣを印加したとき、探針２から絶縁膜５２へ流される電流は、直流電圧ＶＤＣの電圧レベルが低い領域では、直流電圧ＶＤＣに対して増加し、その後、飽和する（曲線ｋ１〜ｋ７参照）。【００３１】
演算器４における表面容量ＣＳＵＦの求め方について説明する。演算器４は、測定器３から曲線ｋ１〜ｋ７によって示される電流電圧特性を受けると、その受けた曲線ｋ１〜ｋ７に基づいて、各曲線ｋ１〜ｋ７における飽和電流と、基板電圧の変化速度とを求める。【００３２】
すなわち、演算器４は、曲線ｋ１に基づいて、１００ｎＡの飽和電流と、２００Ｖ／ｓの基板電圧の変化速度とを求める。演算器４は、以下同様にして、曲線ｋ２〜ｋ７に基づいて、１００ｎＡ，１００Ｖ／ｓ；７０ｎＡ，６０Ｖ／ｓ；３７ｎＡ，３０Ｖ／ｓ；１８ｎＡ，１５Ｖ／ｓ；７ｎＡ，６Ｖ／ｓ；２ｎＡ，３Ｖ／ｓを求める。【００３３】
図３は、電流と基板電圧の変化速度との関係を示す図である。図３において、縦軸は、探針２から絶縁膜５２に流れる電流を表し、横軸は、半導体基板５１に印加される基板電圧の変化速度を表す。【００３４】
演算器４は、上述した飽和電流と基板電圧の変化速度とをプロットし、図３に示す直線ｋ８を得る。【００３５】
絶縁膜５２に蓄積される電荷をＱとし、絶縁膜５２に印加される電圧をＶとすると、Ｑ＝ＣＳＵＦ×Ｖが成立する。この式の両辺を時間で微分すると、次式が成立する。【００３６】
【数１】
2010013292.tif 000003
【００３７】
式（１）の右辺のｄＶ／ｄｔは、半導体基板５１に印加される基板電圧の変化速度を示す。【００３８】
したがって、演算器４は、図３に示す直線ｋ８を求めると、その求めた直線ｋ８の傾きを絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦとして演算する。【００３９】
絶縁膜５２の誘電率をεとすると、次式が成立する。【００４０】
【数２】
2010013292.tif 000004
【００４１】
したがって、演算器４は、表面容量ＣＳＵＦを演算すると、その演算した表面容量ＣＳＵＦと、絶縁膜５２の膜厚ｄ＝１０ｎｍと、探針２と絶縁膜５２との接触面積Ｓ（この接触面積は、探針２の先端部の曲率半径によって決定され、曲率半径は、たとえば、２０ｎｍである）とを式（２）に代入して絶縁膜５２の誘電率εを求める。【００４２】
図４は、表面容量および誘電率を求める方法を説明するためのフローチャートである。図４を参照して、一連の動作が開始されると、ステージ１を方向ＤＲ１および方向ＤＲ２へ移動し、探針２を絶縁膜５２上の任意の位置に配置する（ステップＳ１）。【００４３】
そして、測定器３は、半導体基板５１と絶縁膜５２との界面に反転層が形成される基板電圧Ｖｓｕｂの変化速度を複数の変化速度に変えながら所定範囲の基板電圧Ｖｓｕｂを測定試料５０の半導体基板５１に印加し、複数の電流電圧特性を測定する（ステップＳ２）。【００４４】
その後、演算器４は、測定器３から複数の電流電圧特性を受け、その受けた複数の電流電圧特性から複数の飽和電流を検出する（ステップＳ３）。【００４５】
そうすると、演算器４は、複数の飽和電流と、基板電圧Ｖｓｕｂの複数の変化速度とをグラフ上にプロットし、電流と基板電圧Ｖｓｕｂの変化速度との関係を示す直線を求める（ステップＳ４）。そして、演算器４は、その求めた直線の傾きを絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦとして演算する（ステップＳ５）。【００４６】
その後、演算器４は、その求めた表面容量ＣＳＵＦと、絶縁膜５２の膜厚と、絶縁膜５２の面積とを式（２）に代入して絶縁膜５２の誘電率εを演算する（ステップＳ６）。【００４７】
そうすると、表示装置５は、演算器４が演算した表面容量ＣＳＵＦおよび誘電率εを表示する（ステップＳ７）。これによって、一連の動作が終了する。【００４８】
図５は、図１に示す測定試料５０の平面図である。図５を参照して、この発明においては、測定試料５０の絶縁膜５２のポイントＰ１１〜Ｐ１２１２の各々における絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦおよび誘電率εを演算するようにしてもよい。【００４９】
この場合、ステージ１を方向ＤＲ１および方向ＤＲ２へ移動させ、探針２をポイントＰ１１へ移動させる。【００５０】
そして、演算器４は、ポイントＰ１１において、図４に示すフローチャートに従って絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦおよび誘電率εを演算する。その後、ステージ１を方向ＤＲ１および方向ＤＲ２へ移動させ、探針２をポイントＰ１２へ移動させる。そして、演算器４は、ポイントＰ１２において、図４に示すフローチャートに従って絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦおよび誘電率εを演算する。【００５１】
以後、同様にして、探針２をポイントＰ１３〜Ｐ１１２，Ｐ２１〜Ｐ２１２，・・・，Ｐ１２１〜Ｐ１２１２へ順次移動させ、演算器４は、図４に示すフローチャートに従って各ポイントにおける絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦおよび誘電率εを演算する。【００５２】
そして、演算器４は、その演算した絶縁膜５２の各ポイントにおける表面容量ＣＳＵＦまたは絶縁膜５２の誘電率εを各ポイント上にプロットし、絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦの分布または絶縁膜５２の誘電率εの分布を求める。表示装置５は、絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦの分布または絶縁膜５２の誘電率εの分布を表示する。【００５３】
上述したように、測定装置１０は、半導体基板５１と絶縁膜５２との界面に反転層が形成される直流電圧をその変化速度を変えながら半導体基板５１に印加したときに絶縁膜５２に流れる電流を測定し、絶縁膜５２に流れる電流と直流電圧の変化速度との関係から絶縁膜５２の表面容量ＣＳＵＦおよび誘電率εを求める。また、測定装置１０は、絶縁膜５２の表面容量の分布および誘電率の分布を求める。【００５４】
したがって、測定試料の表面容量および誘電率またはそれらの分布を測定できる。【００５５】
また、各種のデバイスを実際に作製している途中で絶縁膜の表面容量および誘電率またはそれらの分布を測定できる。【００５６】
上記においては、測定装置１０は、絶縁膜５２の表面容量および誘電率（または表面容量の分布および誘電率の分布）を求めると説明したが、これに限らず、測定装置１０は、絶縁膜５２の表面容量のみ、または絶縁膜５２の誘電率のみ、または絶縁膜５２の表面容量の分布のみ、または絶縁膜５２の誘電率の分布のみを求めるものであってもよい。【００５７】
また、上記においては、半導体基板５１は、ｎ型Ｓｉからなると説明したが、これに限らず、半導体基板５１は、ｐ型Ｓｉからなっていてもよい。この場合、測定器３の直流電圧源３１は、半導体基板５１と絶縁膜５２との界面に反転層が形成される直流電圧ＶＤＣとして−３Ｖ〜０Ｖの基板電圧を半導体基板５１へ印加する。【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
この発明は、測定試料の表面容量または誘電率またはそれらの分布を測定可能な測定装置に適用される。また、この発明は、測定試料の表面容量または誘電率またはそれらの分布を測定可能な測定方法に適用される。
【図１】
2010013292.tif 000005
【図２】
2010013292.tif 000006
【図３】
2010013292.tif 000007
【図４】
2010013292.tif 000008
【図５】
2010013292.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月8日(2009.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜が半導体基板上に形成された構造からなる測定試料を用いて前記絶縁膜の表面容量を測定する測定装置であって、
前記半導体基板と前記絶縁膜との界面に反転層が形成される直流電圧を該直流電圧の電圧レベルを所望の速度で変化させながら前記半導体基板に印加したときの探針と前記絶縁膜との間に流れる電流の前記直流電圧に対する依存性である電流電圧特性を測定する測定器と、
前記測定された電流電圧特性に基づいて、前記絶縁膜に印加される電圧の変化速度である電圧変化速度と前記絶縁膜に流れる飽和電流との関係を求め、その求めた関係に基づいて、前記絶縁膜の表面容量を演算する演算器とを備え、
前記測定器は、前記電圧変化速度を複数の電圧変化速度に変えて複数の前記電流電圧特性を測定する測定処理を実行し、
前記演算器は、前記測定された複数の前記電流電圧特性に基づいて、複数の飽和電流を検出し、その検出した複数の飽和電流と、複数の電圧変化速度との関係をプロットして前記絶縁膜に流れる飽和電流と前記電圧変化速度との関係を示す直線を求め、その求めた直線の傾きを前記絶縁膜の表面容量として演算する演算処理を実行する、測定装置。
【請求項２】
前記測定器は、略平板形状からなる前記絶縁膜の複数の位置の各々において前記測定処理を実行し、
前記演算器は、前記測定された複数の位置における複数の前記電流電圧特性に基づいて、前記複数の位置の各々に対して前記演算処理を実行し、前記複数の位置における前記絶縁膜の表面容量の分布を求める、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
絶縁膜が半導体基板上に形成された構造からなる測定試料を用いて前記絶縁膜の表面容量および誘電率を測定する測定装置であって、
前記半導体基板と前記絶縁膜との界面に反転層が形成される直流電圧を該直流電圧の電圧レベルを所望の速度で変化させながら前記半導体基板に印加したときの探針と前記絶縁膜との間に流れる電流の前記直流電圧に対する依存性である電流電圧特性を測定する測定器と、
前記測定された電流電圧特性に基づいて、前記絶縁膜に印加される電圧の変化速度である電圧変化速度と前記絶縁膜に流れる飽和電流との関係を求め、その求めた関係に基づいて、前記絶縁膜の表面容量および誘電率を演算する演算器とを備え、
前記測定器は、前記電圧変化速度を複数の電圧変化速度に変えて複数の前記電流電圧特性を測定する測定処理を実行し、
前記演算器は、前記測定された複数の前記電流電圧特性に基づいて、複数の飽和電流を検出し、その検出した複数の飽和電流と、複数の電圧変化速度との関係をプロットして前記絶縁膜に流れる飽和電流と前記電圧変化速度との関係を示す直線を求め、その求めた直線の傾きを前記絶縁膜の表面容量として演算するとともに、その演算した表面容量と、前記絶縁膜の面積と、前記絶縁膜の膜厚とに基づいて、前記絶縁膜の誘電率を演算する、測定装置。
【請求項４】
前記測定器は、略平板形状からなる前記絶縁膜の複数の位置の各々において前記測定処理を実行し、
前記演算器は、前記測定された複数の位置における複数の前記電流電圧特性に基づいて、前記複数の位置の各々に対して前記演算処理を実行し、前記複数の位置における前記絶縁膜の表面容量の分布を求めるとともに、その求めた前記絶縁膜の表面容量の分布と、前記絶縁膜の面積と、前記絶縁膜の膜厚とに基づいて、前記絶縁膜の誘電率の分布を求める、請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記演算器によって演算された前記絶縁膜の表面容量および前記絶縁膜の誘電率を表示する表示装置をさらに備える、請求項３に記載の測定装置。
【請求項６】
絶縁膜が半導体基板上に形成された構造からなる測定試料を用いて前記絶縁膜の表面容量を測定する測定方法であって、
測定器が、前記半導体基板と前記絶縁膜との界面に反転層が形成される直流電圧を該直流電圧の電圧レベルを所望の速度で変化させながら前記半導体基板に印加したときの探針と前記絶縁膜との間に流れる電流の前記直流電圧に対する依存性である電流電圧特性を測定する第１のステップと、
演算器が、前記第１のステップにおいて測定された電流電圧特性に基づいて、前記絶縁膜に流れる電流の飽和電流を検出する第２のステップと、
前記演算器が、前記第２のステップにおいて検出した飽和電流と、前記絶縁膜に印加される電圧の変化速度である電圧変化速度とに基づいて、前記絶縁膜に流れる飽和電流と前記電圧変化速度との関係を求める第３のステップと、
前記演算器が、前記第３のステップにおいて求めた関係に基づいて、前記絶縁膜の表面容量を演算する第４のステップとを備え、
前記測定器は、前記第１のステップにおいて、前記電圧変化速度を複数の電圧変化速度に変えて複数の前記電流電圧特性を測定する測定処理を実行し、
前記演算器は、前記第２のステップにおいて、前記測定された複数の前記電流電圧特性に基づいて、複数の飽和電流を検出する検出処理を実行し、
前記演算器は、前記第３のステップにおいて、前記複数の飽和電流と前記複数の電圧変化速度とをプロットし、前記絶縁膜に流れる飽和電流と前記電圧変化速度との関係を示す直線を求める処理を実行し、
前記演算器は、前記第４のステップにおいて、前記第３のステップにおいて求めた直線の傾きを前記絶縁膜の表面容量として演算する演算処理を実行する、測定方法。
【請求項７】
前記測定器は、前記第１のステップにおいて、略平板形状からなる前記絶縁膜の複数の位置の各々に対して前記測定処理を実行し、
前記演算器は、前記第２のステップにおいて、前記複数の位置の各々に対して前記検出処理を実行し、
前記演算器は、前記第３のステップにおいて、前記複数の位置の各々に対して前記直線を求める処理を実行し、
前記演算器は、前記第４のステップにおいて、前記複数の位置の各々に対して前記演算処理を実行し、前記絶縁膜の表面容量の分布を求める、請求項６に記載の測定方法。
【請求項８】
絶縁膜が半導体基板上に形成された構造からなる測定試料を用いて前記絶縁膜の表面容量および誘電率を測定する測定方法であって、
測定器が、前記半導体基板と前記絶縁膜との界面に反転層が形成される直流電圧を該直流電圧の電圧レベルを所望の速度で変化させながら前記半導体基板に印加したときの探針と前記絶縁膜との間に流れる電流の前記直流電圧に対する依存性である電流電圧特性を測定する第１のステップと、
演算器が、前記第１のステップにおいて測定された電流電圧特性に基づいて、前記絶縁膜に流れる電流の飽和電流を検出する第２のステップと、
前記演算器が、前記第２のステップにおいて検出した飽和電流と、前記絶縁膜に印加される電圧の変化速度である電圧変化速度とに基づいて、前記絶縁膜に流れる飽和電流と前記電圧変化速度との関係を求める第３のステップと、
前記演算器が、前記第３のステップにおいて求めた関係に基づいて、前記絶縁膜の表面容量および誘電率を演算する第４のステップとを備え、
前記測定器は、前記第１のステップにおいて、前記電圧変化速度を複数の電圧変化速度に変えて複数の前記電流電圧特性を測定する測定処理を実行し、
前記演算器は、前記第２のステップにおいて、前記測定された複数の前記電流電圧特性に基づいて、複数の飽和電流を検出する検出処理を実行し、
前記演算器は、前記第３のステップにおいて、前記複数の飽和電流と前記複数の電圧変化速度とをプロットし、前記絶縁膜に流れる飽和電流と前記電圧変化速度との関係を示す直線を求める処理を実行し、
前記演算器は、前記第４のステップにおいて、前記第３のステップにおいて求めた直線の傾きを前記絶縁膜の表面容量として演算するとともに、その演算した表面容量と、前記絶縁膜の面積と、前記絶縁膜の膜厚とに基づいて、前記絶縁膜の誘電率を演算する演算処理を実行する、測定方法。
【請求項９】
前記測定器は、前記第１のステップにおいて、略平板形状からなる前記絶縁膜の複数の位置の各々に対して前記測定処理を実行し、
前記演算器は、前記第２のステップにおいて、前記複数の位置の各々に対して前記検出処理を実行し、
前記演算器は、前記第３のステップにおいて、前記複数の位置の各々に対して前記直線を求める処理を実行し、
前記演算器は、前記第４のステップにおいて、前記複数の位置の各々に対して前記演算処理を実行し、前記絶縁膜の表面容量の分布および前記絶縁膜の誘電率の分布を求める、請求項８に記載の測定方法。
【請求項１０】
前記演算された前記絶縁膜の表面容量および前記絶縁膜の誘電率を表示する第５のステップをさらに備える、請求項８に記載の測定方法。
【国際調査報告】
2010013292.tif 000010
2010013292.tif 000011