(57)【要約】【課題】  半導体基板のキャリア濃度を精度良く効率的に測定する。【解決手段】  キャリア濃度Ｎｃに依存しない方法で探針試料間距離Ｓの基準点を決定した後（ステップＳ１）、探針試料間距離Ｓとトンネル電流Ｉｔとの関係を求め（ステップＳ２）、これを適当な関数式を用いてフィッティングし（ステップＳ３）、その関数式の中の濃度依存性の係数を、あらかじめ作成したデータテーブルを参照する等して、キャリア濃度Ｎｃに変換する（ステップＳ４）。これにより、濃度測定のスループットを向上させると共に、変換処理を簡略化して変換精度を向上させることが可能になる。【選択図】  図１
2006242868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型トンネル顕微鏡を用いた濃度測定方法において、
濃度の測定点と探針との間の距離と前記探針に流れるトンネル電流との関係を求め、
前記距離と前記トンネル電流との関係を関数式を用いてフィッティングし、
フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する係数を前記測定点の濃度に変換する、
ことを特徴とする濃度測定方法。
【請求項２】
濃度の前記測定点と前記探針との間の前記距離と前記探針に流れる前記トンネル電流との関係を求める際には、
前記距離の基準点を前記測定点の濃度に依存しない高さに設定することを特徴とする請求項１記載の濃度測定方法。
【請求項３】
フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する前記係数を前記測定点の濃度に変換する際には、
あらかじめ作成された前記係数と濃度との関係を示すデータテーブルを参照して前記係数を前記測定点の濃度に変換することを特徴とする請求項１記載の濃度測定方法。
【請求項４】
フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する前記係数を前記測定点の濃度に変換する際には、
あらかじめ作成された前記係数と濃度との関係を示す解析式を用いて前記係数を前記測定点の濃度に変換することを特徴とする請求項１記載の濃度測定方法。
【請求項５】
コンピュータに、走査型トンネル顕微鏡を用いた濃度測定処理を実行させる濃度測定処理プログラムにおいて、
コンピュータを、
濃度の測定点と探針との間の距離と前記探針に流れるトンネル電流との関係を求める手段、
前記距離と前記トンネル電流との関係を関数式を用いてフィッティングする手段、
フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する係数を前記測定点の濃度に変換する手段、
として機能させることを特徴とする濃度測定処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は濃度測定方法および濃度測定処理プログラムに関し、特に、走査プローブ顕微鏡を用いて微小領域の濃度や面内の濃度分布等を測定する濃度測定方法、およびそのような濃度測定処理を行うための濃度測定処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のチャネル領域やソース・ドレイン領域等には、それらのｐ型，ｎ型の極性やそのキャリア濃度を制御するため、ボロンやリンといった種々の不純物が導入される。近年では、そのようなキャリア濃度の測定に走査型プローブ顕微鏡を用いた方法がいくつか提案されており、キャリア濃度の面内分布の測定やｐ型，ｎ型領域の境界の判別等を走査型プローブ顕微鏡を用いて行う試みがなされている。
【０００３】
キャリア濃度測定に用いる走査型プローブ顕微鏡としては、例えば、探針を試料に近づけたときの試料内部（表面近傍）の容量変化を測定する走査型容量顕微鏡や、探針を試料に接触させて電圧を印加したときに流れる電流を測定して局所的な抵抗分布を測定する走査型拡がり抵抗顕微鏡が用いられる。また、このほか、高い空間分解能を有し、探針を試料に近づけたときに流れるトンネル電流を測定する走査型トンネル顕微鏡もキャリア濃度測定に広く用いられるようになってきている（特許文献１，２，３参照）。
【０００４】
キャリア濃度測定に走査型トンネル顕微鏡を用いる場合、トンネル電流Ｉｔは、キャリア濃度Ｎｃ、測定時の試料電圧Ｖｓおよび探針と試料との間の距離（探針試料間距離）Ｓの関数（Ｉｔ＝ｆ（Ｎｃ，Ｖｓ，Ｓ））で表すことができ、既になされている提案では、各測定点について適当な測定条件下でのトンネル電流Ｉｔ、試料電圧Ｖｓ、探針試料間距離Ｓの３つの要素が示す関係を調べ、それに基づいて各測定点のキャリア濃度Ｎｃを求めている。
【特許文献１】特開２００１−３２４４３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５４８０号公報
【特許文献３】特開２００４−３４０８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでの測定方法では、各測定点で探針を試料に一旦接触させそこを原点としたときの探針試料間距離Ｓを用いてキャリア濃度Ｎｃを求めたり、各測定点で異なる２つの試料電圧Ｖｓを印加したときの探針試料間距離Ｓの差を用いてキャリア濃度Ｎｃを求めたりしていた。
【０００６】
しかし、探針試料間距離Ｓを求める際に探針と試料とを接触させる場合には、探針を破損させる可能性があり、特にキャリア濃度Ｎｃの２次元分布を得ようとしたときには、各測定点で探針と試料の接触を繰り返すことにより、探針の破損の可能性がいっそう高まる。また、２つの試料電圧Ｖｓの印加条件下での探針試料間距離Ｓの差を用いてキャリア濃度Ｎｃを求める場合には、試料電圧Ｖｓを適当に設定することで探針試料間の接触は回避できるが、各測定点につき２つの試料電圧Ｖｓを印加する等、測定に比較的手間がかかる。さらに、最終的にキャリア濃度Ｎｃを得るためには、比較的煩雑な変換作業が必要になる。
【０００７】
ところで、従来は、走査型トンネル顕微鏡を用いて試料のキャリア濃度Ｎｃの２次元分布を得ようとするときに、所定条件で探針を走査して試料のトンネル電流Ｉｔの分布を求める方法（Current Imaging Tunneling Spectroscopy，ＣＩＴＳ法）を使って、その分布をキャリア濃度Ｎｃに直接変換して２次元分布を得る方法も用いられていた。
【０００８】
しかし、この方法では、ｐ型，ｎ型領域が混在するような試料の場合、トンネル電流Ｉｔ一定（定電流モード）で探針を走査したときにｐｎ接合領域付近を境に探針高さが２ｎｍ程度変動するため、この探針試料間距離Ｓの変動が、キャリア濃度Ｎｃによるものなのか、実際に存在する基板表面の段差によるものなのかの判別が難しく、誤差が生じてしまう可能性がある。
【０００９】
さらに、探針を高さ一定の条件で走査してトンネル電流Ｉｔを測定したときには、走査速度が速いと測定が走査に追従できなくなり、例えば探針がｎ型領域からｐ型領域に走査されてそのｐ型領域を出て先のｎ型領域と同濃度のｎ型領域に走査されていく場合等に、本来同じであるべき２つのｐｎ接合領域のトンネル電流Ｉｔが異なってくるといったことが起こり得る。誤差を減らすために探針の走査速度を遅くすることも可能であるが、その分、キャリア濃度Ｎｃの導出に要する時間は長くなる。
【００１０】
さらに、ＣＩＴＳ法を用いた場合、ｐ型領域とｎ型領域とでトンネル電流Ｉｔの差が比較的小さいため、信号ノイズ比が同程度であると、トンネル電流Ｉｔの差が減少することで濃度感度が低下し、キャリア濃度Ｎｃの精度が低下してしまう。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、用いる測定装置の損傷を回避すると共に、濃度測定を精度良く効率的に行うことのできる濃度測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、そのような濃度測定処理を行うための濃度測定処理プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では上記課題を解決するために、走査型トンネル顕微鏡を用いた濃度測定方法において、濃度の測定点と探針との間の距離と前記探針に流れるトンネル電流Ｉｔとの関係を求め、前記距離と前記トンネル電流Ｉｔとの関係を関数式を用いてフィッティングし、フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する係数を前記測定点の濃度に変換する、ことを特徴とする濃度測定方法が提供される。
【００１４】
このような濃度測定方法によれば、濃度の測定点の探針との間の距離とトンネル電流Ｉｔとの関係を関数式を用いてフィッティングし、その関数式の中の測定点の濃度に依存する係数をその測定点の濃度に変換する。これにより、測定点と探針との間の距離とトンネル電流Ｉｔとの関係からその測定点の濃度を求めることが可能になる。
【００１５】
また、本発明では、コンピュータに、走査型トンネル顕微鏡を用いた濃度測定処理を実行させる濃度測定処理プログラムにおいて、コンピュータを、濃度の測定点と探針との間の距離と前記探針に流れるトンネル電流Ｉｔとの関係を求める手段、前記距離と前記トンネル電流Ｉｔとの関係を関数式を用いてフィッティングする手段、フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する係数を前記測定点の濃度に変換する手段、として機能させることを特徴とする濃度測定処理プログラムが提供される。
【００１６】
このような濃度測定処理プログラムによれば、測定点と探針との間の距離とトンネル電流Ｉｔとの関係からその測定点の濃度を求める処理がコンピュータによって実行されるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、測定点と探針との間の距離とトンネル電流Ｉｔとの関係を求め、それを関数式を用いてフィッティングし、その関数式の中の測定点の濃度に依存する係数をその測定点の濃度に変換するようにした。これにより、測定点と探針との間の距離とトンネル電流Ｉｔとの関係のみを測定してその関係からその測定点の濃度を求めることができ、濃度測定のスループットを向上させることが可能になる。また、測定点と探針との間の距離とトンネル電流Ｉｔとの関係のみを用いると共に、変換処理自体を簡略化することができるため、変換精度を向上させることができ、測定誤差を大幅に低減することが可能になる。また、この濃度測定の全工程にわたって探針を測定点に接触させることなく測定が行えるので、探針の損傷を回避することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、走査型トンネル顕微鏡を用いて半導体基板内のキャリア濃度Ｎｃを測定する場合を例に、図面を参照して詳細に説明する。
まず、濃度測定方法の原理について説明する。
【００１９】
図１は濃度測定フローを示す図、図２はトンネル電流と探針試料間距離の関係の概念図である。
半導体基板試料内のキャリア濃度Ｎｃを測定する場合、まず、図１に示すように、ある測定点において、キャリア濃度Ｎｃに依存しない方法で探針試料間距離Ｓの基準点（Ｓ＝０ｎｍ）を決定する（ステップＳ１）。
【００２０】
次いで、基準点から探針試料間距離Ｓを変化させてトンネル電流Ｉｔを測定する、あるいはトンネル電流Ｉｔを変化させて基準点からの探針試料間距離Ｓを測定することにより、その測定点におけるトンネル電流Ｉｔと探針試料間距離Ｓの関係（「Ｉｔ−Ｓ特性」という。）を測定する（ステップＳ２）。
【００２１】
このとき得られるＩｔ−Ｓ特性は、例えば図２のようになる。図２において、横軸はトンネル電流Ｉｔを表し、縦軸は探針試料間距離Ｓを表している。この図２に示したように、探針試料間距離Ｓが小さくなる（試料側に近づく）のに伴い、トンネル電流Ｉｔは指数関数的に増加していく。これは定性的にトンネル電流Ｉｔの物理的イメージを反映していると言え、探針試料間距離Ｓが小さくなるとトンネル確率が指数関数的に増加することに対応している。
【００２２】
ここではこのようなＩｔ−Ｓ特性を元データとして以降の処理を行う。
Ｉｔ−Ｓ特性の測定後は、そのＩｔ−Ｓ特性のデータに対し、適当な関数式を用いてフィッティングを行う（ステップＳ３）。関数式としては、例えば、Ａ，Ｂ，Ｃをフィッティングパラメータとする次式（１）を用いる。
【００２３】
Ｉｔ＝Ａ×ｅｘｐ（−Ｓ／Ｂ）＋Ｃ …（１）
この式（１）において、指数関数部分（ｅｘｐ（−Ｓ／Ｂ））はトンネル確率に相当する項であり、その係数Ａは状態密度に相当する項である。探針側の状態密度が一定であると考えれば、係数Ａは、Ｉｔ−Ｓ特性を取得した測定点での試料側の状態密度、すなわちその測定点でのキャリア濃度Ｎｃで決まると考えることができる。
【００２４】
Ｉｔ−Ｓ特性を用いてフィッティングによってＡ，Ｂ，Ｃの各値を求めた後は、データテーブルあるいは解析式等を用い、Ｉｔ−Ｓ特性を取得した測定点における係数Ａの値をキャリア濃度Ｎｃに変換する（ステップＳ４）。
【００２５】
係数Ａからキャリア濃度Ｎｃへの変換に用いるデータテーブルは、次のようにして作成される。まず、あらかじめｐ型，ｎ型それぞれのキャリア濃度Ｎｃが既知の半導体基板またはそのようなｐ型，ｎ型領域を有する半導体基板を用意する。そして、その半導体基板に対し、上記ステップＳ１〜Ｓ３の手順に従い、そのＩｔ−Ｓ特性を測定し、フィッティングまで行って、係数Ａを求める。これにより、係数Ａとキャリア濃度Ｎｃの関係を示すデータテーブルが作成される。このようにして作成されるデータテーブルが上記ステップＳ４の処理時等に参照されてキャリア濃度Ｎｃへの変換処理に用いられる。
【００２６】
また、係数Ａからキャリア濃度Ｎｃへの変換を解析式によって行う場合には、その解析式を次のようにして作成する。まず、データテーブル作成時と同じく、あらかじめｐ型，ｎ型それぞれのキャリア濃度Ｎｃが既知の半導体基板等を用意し、上記ステップＳ１〜Ｓ３の手順に従って係数Ａを求める。ここで、トンネル電流Ｉｔは、ｆ（ｘ）を適当な関数として、Ｉｔ＝Ａ×ｆ（ｘ）と表すことができ、かつ、このときの係数Ａがキャリア濃度Ｎｃに依存すると考えることができることから、既知の半導体基板について得られたキャリア濃度Ｎｃと係数Ａの値を用い、係数Ａとキャリア濃度Ｎｃの関係（Ａ＝ｇ（Ｎｃ））を構築することができる。この関係式（解析式）を用いて係数Ａからキャリア濃度Ｎｃを求めることが可能になる。このようにして作成される解析式が上記ステップＳ４の変換処理時等に用いられる。
【００２７】
このように、上記ステップＳ１〜Ｓ４により、ある測定点におけるキャリア濃度Ｎｃを求めることができ、さらに、探針を走査し上記ステップＳ２〜Ｓ４を半導体基板試料の複数の測定点に対して行うことにより、キャリア濃度Ｎｃの２次元分布を得ることができる。その場合、各測定点についてステップＳ２〜Ｓ４の処理を行うほか、各測定点のＩｔ−Ｓ特性をすべて測定した後に各測定点についてのフィッティングと濃度変換を行うようにしてもよい。勿論、一の測定点についてのフィッティングと濃度変換を行いながら他の測定点のＩｔ−Ｓ特性の測定を行うようにしても構わない。
【００２８】
なお、Ｉｔ−Ｓ特性を式（１）を用いてフィッティングする際や、式（１）のキャリア濃度依存性を有する係数Ａをキャリア濃度に変換する際には、適当なタイミングで、あらかじめ濃度既知の箇所で測定された結果を参照するようにしてもよい。それにより、フィッティングを行う係数の数を低減したり、係数Ａをキャリア濃度に変換する際の補正を行ったりすることが可能になる。
【００２９】
以上説明したように、この濃度測定方法では、キャリア濃度Ｎｃに依存しない位置を探針の基準点とし、Ｉｔ−Ｓ特性を測定し、そのフィッティングを行ってキャリア濃度Ｎｃを求める。したがって、走査型トンネル顕微鏡を用いて得られるデータのみを用いてキャリア濃度Ｎｃを求めることができる。そして、この濃度測定方法では、探針の基準点をキャリア濃度Ｎｃに依存しない位置に設定し、また、測定点が複数ある場合にはいずれの測定点についてもそのような基準点を共通に設定するので、基準点の設定動作を簡略化することができ、測定のスループットを大幅に向上させることができるようになる。また、キャリア濃度Ｎｃへの変換についても、得られたＩｔ−Ｓ特性についてフィッティングを行うことで容易に変換が可能になるため、変換処理を従来に比べて簡単化することができ、変換精度を向上させて誤差を大幅に小さくすることができるようになる。また、この方法によれば、探針と試料との接触を回避することも可能である。
【００３０】
なお、上記ステップＳ１〜Ｓ４の処理には１台または２台以上のコンピュータを用いることができる。各コンピュータは、通常、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、グラフィック処理部、入力Ｉ／Ｆ（Interface）、通信Ｉ／Ｆ等によって構成され、これらはバスを介して接続される。ここで、ＣＰＵは、ＨＤＤに格納されているプログラムや、走査型トンネル顕微鏡の各種動作処理（探針移動、電流・電圧制御、Ｉｔ−Ｓ特性取得等）を実行する。ＲＯＭは、ＣＰＵが実行する基本的なプログラムやデータを格納する。ＲＡＭは、ＣＰＵが実行途中のプログラムやデータを格納する。ＨＤＤには、ＣＰＵが実行するＯＳ（Operating System）やアプリケーションプログラム、上記のデータテーブルや解析式等が格納される。グラフィック処理部には、必要に応じてディスプレイ等の表示装置が接続され、その場合、グラフィック処理部は、ＣＰＵからの描画命令に従って表示装置の画面上に画像を表示させる。入力Ｉ／Ｆには、マウスやキーボードが接続され、これらによってユーザが入力した情報を受信し、バスを介してＣＰＵに送信する。通信Ｉ／Ｆは、各コンピュータ間のＬＡＮ（Local Area Network）接続のためのインタフェースである。このようなハードウェア構成を有するコンピュータを用いてキャリア濃度Ｎｃの測定処理が実現可能である。
【００３１】
以下、半導体基板内のキャリア濃度Ｎｃを測定するための濃度測定装置、およびそれを用いた濃度測定方法について、より具体的に説明する。
図３は濃度測定装置の構成例を示す図である。
【００３２】
この図３に示す濃度測定装置１は、走査型トンネル顕微鏡１０を用いて構成されている。走査型トンネル顕微鏡１０は、半導体基板の試料２０が載置されるステージ（図示せず。）を有しており、その試料２０に対向するように探針１１が配置されている。この探針１１は、タングステン等の金属で作製されている。探針１１には、探針１１を試料２０表面に対して水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）に移動させるＸピエゾ素子１２ａおよびＹピエゾ素子１２ｂと、探針１１を試料２０表面に対して垂直方向（Ｚ方向）に移動させるＺピエゾ素子１２ｃが取り付けられている。
【００３３】
試料２０には、そこに印加する電圧を供給する可変電圧源１３が接続され、また、探針１１には、そこに流れるトンネル電流Ｉｔを検出する電流計１４が接続されている。可変電圧源１３の出力は、制御部１５によって制御されるようになっている。
【００３４】
制御部１５は、探針高さ制御回路１５ａおよびフィードバック回路１５ｂを備えている。探針高さ制御回路１５ａは、Ｚピエゾ素子１２ｃの駆動を制御するようになっている。フィードバック回路１５ｂは、必要に応じ電流計１４で検出されるトンネル電流Ｉｔの値に基づきＸ，Ｙ，Ｚピエゾ素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを介して探針１１の位置を制御するようになっている。なお、制御部１５は、探針１１のＸ，Ｙ方向への移動制御とＺ方向への移動制御とをそれぞれ独立に行えるようになっている。
【００３５】
電流計１４で検出されるトンネル電流Ｉｔのデータおよび制御部１５の探針１１の位置に関するデータは、出力部１６へ送られるようになっている。出力部１６は、送られてくるデータを用い、試料２０の測定点のＸＹ座標とそのＸＹ座標におけるＩｔ−Ｓ特性（元データ）を作成するようになっている。
【００３６】
上記構成の走査型トンネル顕微鏡１０は、コンピュータを用いて構成可能である。さらに、ここでは、このような構成の走査型トンネル顕微鏡１０に、例えば別のコンピュータを用いて構成可能な変換部３０が接続されている。この変換部３０には、上記のようなデータテーブルおよび／または解析式等が格納されている。変換部３０は、出力部１６で作成された各ＸＹ座標でのＩｔ−Ｓ特性を用い、例えば式（１）を用いたフィッティングを行って係数Ａの値を求め、あらかじめ作成されたデータテーブルを参照したり解析式を用いたりして、係数Ａの値をキャリア濃度Ｎｃの値に変換する。
【００３７】
そして、この変換部３０によって得られるキャリア濃度Ｎｃは、適当な表示装置に出力されるようになっている。表示の際は、例えば、あるＸＹ座標でのキャリア濃度Ｎｃを表示したり、複数のＸＹ座標でのキャリア濃度Ｎｃすなわちキャリア濃度Ｎｃの２次元分布を表示したりすることが可能になっている。
【００３８】
続いて、上記構成を有する濃度測定装置１を用いたキャリア濃度Ｎｃの測定方法を具体例を挙げて説明する。
まず、キャリア濃度Ｎｃの測定に用いた試料２０について述べる。
【００３９】
図４は濃度測定に用いた試料の模式図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は断面模式図である。また、図５は濃度測定装置で得られた像であって、（Ａ）は探針が基準点にあるとき（Ｓ＝０ｎｍ）の像、（Ｂ）は探針を試料に近づけたとき（Ｓ＝−２．０ｎｍ）の像を示している。なお、図５において、各像の横にはその像を模式的に表した図を併せて示している。
【００４０】
ここでは試料２０として、ｐ型領域２１とｎ型領域２２をストライプ状に形成したものを用いた。この試料２０は、次のような手順で形成した。まず、体積抵抗率１Ω・ｃｍ〜２Ω・ｃｍ程度になるようにボロンがドープされたシリコン基板２３を用意し、その表面に熱酸化によって厚さ約５ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。次いで、ストライプ状のレジストを厚さ約０．３μｍで形成し、それをマスクにしてヒ素を加速エネルギ約１０ｋｅＶ、ドーズ量約１×１０15ｃｍ-2の条件でイオン注入する。その後は、レジストを剥離し、窒素ガス雰囲気、温度約１０００℃、約１０秒間のアニール処理を行って、フッ化水素：塩化水素＝１：１９の混合液に約２分間浸漬してシリコン基板２３表面のシリコン酸化膜を除去する。これにより、ｐ型領域２１とｎ型領域２２が交互に並んで形成された試料２０を作成した。なお、この試料２０は、ｎ型領域２２の方がｐ型領域２１よりも平面から見て幅広になるように形成し、かつ、１列のｎ型領域２２と１列のｐ型領域２１の合計の幅が約３００ｎｍになるように形成している。
【００４１】
次に、具体的な測定の流れについて述べる。このような試料２０を用い、まず、各ＸＹ座標でＩｔ−Ｓ特性を測定する際の基準点（Ｓ＝０ｎｍ）を、試料２０のキャリア濃度に依存せずいずれのＸＹ座標においても探針１１と試料２０の間が一定距離になるように設定する。ここでは、制御部１５によってＸ，Ｙ，Ｚピエゾ素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび可変電圧源１３を制御し、フィードバック回路１５ｂがオンの状態で、試料電圧Ｖｓが３．０Ｖであり、トンネル電流が０．０３ｎＡとなる探針１１の高さ位置を基準点に設定した。このような条件では、探針１１が試料２０から十分離れているため、トンネル電流Ｉｔが試料２０の局所的なキャリア濃度Ｎｃに敏感でなく、探針１１と試料２０の間の距離が各ＸＹ座標でほぼ一定になる。
【００４２】
このようにして基準点を設定した後、その基準点高さで探針１１を走査し定電流モードで試料２０表面の凹凸像を取得しても、図５（Ａ）に示すように、ｐ型，ｎ型領域２１，２２のキャリア濃度Ｎｃの２次元分布は観察されない。しかし、探針１１を基準点から試料２０側に近づけるとトンネル電流Ｉｔは局所的なキャリア濃度Ｎｃを反映して変化するので、図５（Ｂ）に示すように、例えば各ＸＹ座標についての探針試料間距離Ｓ＝−２．０ｎｍ（負符号は探針１１が基準点より試料２０に近い位置にあることを示す。）におけるトンネル電流Ｉｔの分布像にはｐ型領域２１とｎ型領域２２が現れるようになる。
【００４３】
試料２０のあるＸＹ座標において、基準点設定後、試料電圧Ｖｓを一定値に維持したまま、探針１１が試料２０に接触しない範囲内で、探針高さ制御回路１５ａによって探針１１を試料２０側に近づけていき、そのとき探針１１に流れるトンネル電流Ｉｔを電流計１４によって検出する。このような測定を試料２０の各ＸＹ座標について行う。トンネル電流Ｉｔのデータおよび探針１１のＸＹ座標と高さ（探針位置）のデータは、それぞれ電流計１４および制御部１５から出力部１６に送られ、元データとしてのＩｔ−Ｓ特性が作成される。
【００４４】
なお、ここでは探針１１の高さを変化させながらトンネル電流Ｉｔを測定することで各ＸＹ座標でのＩｔ−Ｓ特性を取得するようにしたが、トンネル電流Ｉｔを変化させながら探針１１の高さを測定して各ＸＹ座標でのＩｔ−Ｓ特性を取得するようにしてもよい。
【００４５】
そして、このようにして作成される各ＸＹ座標におけるＩｔ−Ｓ特性を用い、フィッティング、係数Ａの導出、キャリア濃度Ｎｃへの変換（濃度変換）を行っていく。
図６は濃度変換フローの一例を示す図、図７は試料のＩｔ−Ｓ特性の一例を示す図である。図７において、横軸はトンネル電流Ｉｔ（ｎＡ）を表し、縦軸は探針１１の高さ（ｎｍ）を表している。この図７には、ｐ型領域、ｎ型領域、ｐｎ接合領域にそれぞれ存在する３点についてのＩｔ−Ｓ特性のみを示しており、図７中、プロット点は、ｐ型領域、ｎ型領域、ｐｎ接合領域の各領域での測定データを示し、曲線はフィッティング結果を示している。
【００４６】
濃度測定装置１の変換部３０は、まず、出力部１６で作成されたＩｔ−Ｓ特性を用い、式（１）を用いてフィッティングを行う（ステップＳ１０）。ここでは、図７に示したＩｔ−Ｓ特性について、式（１）のＢの値を２．３５で共通にしてフィッティングを行ったところ、ｐ型領域２１ではＡ＝０．１３０、ｎ型領域２２ではＡ＝０．９６５、ｐｎ接合領域ではＡ＝０．２７５になった。図７に示したように、式（１）を用いることでフィッティングは良好に行われ、ｐ型領域２１、ｎ型領域２２、ｐｎ接合領域の３領域の場合で係数Ａに明確な差を得ることができる。
【００４７】
ここではｐ型領域２１、ｎ型領域２２、ｐｎ接合領域の３領域について示したが、変換部３０では、試料２０の各ＸＹ座標で測定したＩｔ−Ｓ特性について同様の処理を行い、各ＸＹ座標での係数Ａを求める。
【００４８】
そして、変換部３０は、このようにして求められた係数Ａを用い、例えばあらかじめ作成されたデータテーブルを参照して、各ＸＹ座標での係数Ａをキャリア濃度Ｎｃに変換する（ステップＳ１１）。また、このステップＳ１１における係数Ａからキャリア濃度Ｎｃへの変換には、あらかじめ作成された解析式を用い、各ＸＹ座標での係数Ａを用いた演算によってキャリア濃度Ｎｃへ変換するようにしても構わない。
【００４９】
これにより、各ＸＹ座標のキャリア濃度Ｎｃが求められ、試料２０のキャリア濃度Ｎｃの２次元分布を適当な表示形式で表示装置に出力する（ステップＳ１２）。
このように、上記濃度測定装置１を用いて試料２０のキャリア濃度Ｎｃを測定すれば、キャリア濃度Ｎｃに依存しない位置を探針の基準点としてＩｔ−Ｓ特性を測定し、得られた結果について式（１）を用いてフィッティングを行ってその係数Ａを求めることにより、容易にキャリア濃度Ｎｃを求めることができる。さらに、その濃度変換は、あらかじめデータテーブルや解析式を用意しておき、それを用いて係数Ａからキャリア濃度Ｎｃへ変換すればよく、濃度変換処理を大幅に簡略化することができる。これにより、変換精度の向上および測定誤差の低減を図ることができる。例えば、従来のＣＩＴＳ法のように探針試料間距離Ｓが一定の条件で測定した試料２０のトンネル電流Ｉｔの分布から直接キャリア濃度Ｎｃの２次元分布への変換を行った場合に比べ、誤差をおよそ１／４程度まで低減することが可能である。勿論、探針１１と試料２０との接触を回避することも可能である。
【００５０】
さらに、Ｉｔ−Ｓ特性を式（１）を用いてフィッティングする際や、式（１）のキャリア濃度依存性を有する係数Ａをキャリア濃度に変換する際に、濃度既知の箇所で測定された結果を参照するようにすれば、フィッティング係数の数の低減や係数Ａをキャリア濃度に変換する際の補正も可能になる。
【００５１】
また、上記濃度測定装置１では、式（１）の係数Ａの導出や係数Ａからのキャリア濃度Ｎｃへの変換を行う変換部３０を走査型トンネル顕微鏡１０の外部に設ける構成とした。そのため、濃度測定装置１は、例えば変換部３０の機能を有するコンピュータ等を既存の走査型トンネル顕微鏡１０に接続することにより、容易に実現可能になる。
【００５２】
なお、このような変換部３０の機能を走査型トンネル顕微鏡１０に内蔵させた構成とすることも可能である。
図８は濃度測定装置の別の構成例を示す図である。ただし、図８において、図３に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５３】
この図８に示す濃度測定装置１ａは、走査型トンネル顕微鏡１０ａを用いて構成されており、この走査型トンネル顕微鏡１０ａが、元データとなるＩｔ−Ｓ特性を一時的に記憶する出力部１６ａと、式（１）の係数Ａの導出やキャリア濃度Ｎｃへの変換処理を行う変換部３０ａを備えている点で、上記の濃度測定装置１と相違する。このような場合、濃度測定装置１ａの変換部３０ａは、例えば、その機能を有する変換回路を走査型トンネル顕微鏡１０ａの内蔵ＲＯＭ等に格納しておくことによって実現可能である。
【００５４】
このような構成を有する濃度測定装置１ａを用いた場合には、試料２０の各ＸＹ座標におけるＩｔ−Ｓ特性が元データとして一時的に出力部１６ａに記憶される。そして、変換部３０ａは、その一時記憶された元データをその都度自動的に取得し、フィッティング、係数Ａの導出、キャリア濃度Ｎｃへの変換を行っていく。そして、得られた試料２０のキャリア濃度Ｎｃの２次元分布は、適当な表示装置に出力される。このような濃度測定装置１ａによっても、精度良く容易にキャリア濃度Ｎｃを求めることができる。
【００５５】
また、上記図２あるいは図７に示したようなＩｔ−Ｓ特性では、適当な区間で探針試料間距離Ｓがトンネル電流Ｉｔのｌｏｇ値にほぼ比例するようになる場合がある。このような場合には、Ｉｔ−Ｓ特性のフィッティングを行ってその適当な区間のｄ（ｌｏｇＩｔ）／ｄＳの値を求め、これをキャリア濃度Ｎｃに変換するようにしてもよい。この場合、Ｉｔ−Ｓ特性の適当な区間に相当するデータのみを測定し、究極的には各濃度領域について２点のデータを測定するのみで、キャリア濃度Ｎｃへの変換が可能になるので、より簡便にキャリア濃度Ｎｃを求めることができるようになる。
【００５６】
また、上記図２あるいは図７に示したようなＩｔ−Ｓ特性では、探針１１を試料２０に比較的近づけた区間で探針１１の高さとトンネル電流Ｉｔの間に線形の関係が成り立つ場合がある。このような場合には、Ｉｔ−Ｓ特性のフィッティングを行ってその区間のｄＩｔ／ｄＳの値を求め、それをキャリア濃度Ｎｃに変換するようにしてもよい。この場合も、Ｉｔ−Ｓ特性の適当な区間に相当するデータのみを測定してキャリア濃度Ｎｃへの変換が可能になるので、簡便にキャリア濃度Ｎｃを求めることができるようになる。
【００５７】
なお、前述のように、濃度測定装置１，１ａの各処理機能はコンピュータによって実現可能である。その場合、濃度測定装置１，１ａが有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等がある。磁気記録装置には、ＨＤＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープ等がある。光ディスクには、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）等がある。光磁気記録媒体には、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等がある。
【００５８】
プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。
【００５９】
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。
【００６０】
（付記１）  走査型トンネル顕微鏡を用いた濃度測定方法において、
濃度の測定点と探針との間の距離と前記探針に流れるトンネル電流との関係を求め、
前記距離と前記トンネル電流との関係を関数式を用いてフィッティングし、
フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する係数を前記測定点の濃度に変換する、
ことを特徴とする濃度測定方法。
【００６１】
（付記２）  濃度の前記測定点と前記探針との間の前記距離と前記探針に流れる前記トンネル電流との関係を求める際には、
前記距離の基準点を前記測定点の濃度に依存しない高さに設定することを特徴とする付記１記載の濃度測定方法。
【００６２】
（付記３）  フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する前記係数を前記測定点の濃度に変換する際には、
あらかじめ作成された前記係数と濃度との関係を示すデータテーブルを参照して前記係数を前記測定点の濃度に変換することを特徴とする付記１記載の濃度測定方法。
【００６３】
（付記４）  フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する前記係数を前記測定点の濃度に変換する際には、
あらかじめ作成された前記係数と濃度との関係を示す解析式を用いて前記係数を前記測定点の濃度に変換することを特徴とする付記１記載の濃度測定方法。
【００６４】
（付記５）  複数の前記測定点について、
前記距離と前記トンネル電流との関係を求め、
前記距離と前記トンネル電流との関係を前記関数式を用いてフィッティングし、
フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する係数を各前記測定点の濃度に変換する、
ことを特徴とする付記１記載の濃度測定方法。
【００６５】
（付記６）  前記距離と前記トンネル電流との関係を求める際には、
前記距離の基準点を各前記測定点の濃度に依存しない高さであっていずれの前記測定点にも共通の高さに設定することを特徴とする付記５記載の濃度測定方法。
【００６６】
（付記７）  前記距離と前記トンネル電流との関係を関数式を用いてフィッティングする際、またはフィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する前記係数を前記測定点の濃度に変換する際に、
あらかじめ濃度既知の箇所で測定された結果を参照して、前記係数の数を低減し、または前記係数の前記測定点の濃度への変換の補正を行うことを特徴とする付記１記載の濃度測定方法。
【００６７】
（付記８）  前記測定点は、半導体基板表面の点であり、前記測定点の濃度は、前記半導体基板表面の前記測定点におけるキャリア濃度であることを特徴とする付記１記載の濃度測定方法。
【００６８】
（付記９）  コンピュータに、走査型トンネル顕微鏡を用いた濃度測定処理を実行させる濃度測定処理プログラムにおいて、
コンピュータを、
濃度の測定点と探針との間の距離と前記探針に流れるトンネル電流との関係を求める手段、
前記距離と前記トンネル電流との関係を関数式を用いてフィッティングする手段、
フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する係数を前記測定点の濃度に変換する手段、
として機能させることを特徴とする濃度測定処理プログラム。
【００６９】
（付記１０）  走査型トンネル顕微鏡を用いた濃度測定装置において、
濃度測定を行う試料に対向して配置される探針と、
前記探針の前記試料に対する位置を制御する制御部と、
前記探針の位置と前記探針に流れるトンネル電流から前記試料と前記探針との間の距離と前記トンネル電流との関係を出力する出力部と、
前記距離と前記トンネル電流との関係を関数式を用いてフィッティングし、フィッティング後に得られる前記関数式の中の濃度依存性を有する係数を濃度に変換する変換部と、
を有することを特徴とする濃度測定装置。
【００７０】
（付記１１）  前記変換部は、あらかじめ作成された前記係数と濃度との関係を示すデータテーブルを備え、前記データテーブルを参照して前記係数を濃度に変換することを特徴とする付記１０記載の濃度測定装置。
【００７１】
（付記１２）  前記変換部は、あらかじめ作成された前記係数と濃度との関係を示す解析式を備え、前記解析式を用いて前記係数を濃度に変換することを特徴とする付記１０記載の濃度測定装置。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】濃度測定フローを示す図である。
【図２】トンネル電流と探針試料間距離の関係の概念図である。
【図３】濃度測定装置の構成例を示す図である。
【図４】濃度測定に用いた試料の模式図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は断面模式図である。
【図５】濃度測定装置で得られた像であって、（Ａ）は探針が基準点にあるとき（Ｓ＝０ｎｍ）の像、（Ｂ）は探針を試料に近づけたとき（Ｓ＝−２．０ｎｍ）の像を示している。
【図６】濃度変換フローの一例を示す図である。
【図７】試料のＩｔ−Ｓ特性の一例を示す図である。
【図８】濃度測定装置の別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１，１ａ  濃度測定装置
１０，１０ａ  走査型トンネル顕微鏡
１１  探針
１２ａ  Ｘピエゾ素子
１２ｂ  Ｙピエゾ素子
１２ｃ  Ｚピエゾ素子
１３  可変電圧源
１４  電流計
１５  制御部
１５ａ  探針高さ制御回路
１５ｂ  フィードバック回路
１６，１６ａ  出力部
２０  試料
２１  ｐ型領域
２２  ｎ型領域
２３  シリコン基板
３０，３０ａ  変換部
【図１】
2006242868.tif 000003
【図２】
2006242868.tif 000004
【図３】
2006242868.tif 000005
【図４】
2006242868.tif 000006
【図５】
2006242868.tif 000007
【図６】
2006242868.tif 000008
【図７】
2006242868.tif 000009
【図８】
2006242868.tif 000010