(57)【要約】【課題】半導体ウエハまたはサンプルを検査する方法と装置を提供する。【解決手段】半導体材料の基板１２を有する半導体ウエハまたはサンプル１０は、３つの導電性接触子６と半導体ウエハまたはサンプル１０の基板１２の上面１６との間の誘電体１４の圧縮により検査される。誘電体１４は、トンネル電流が誘電体１４を損傷せずに、それを通って流れることを可能にする厚さである。１対の隣接した接触子６に第１電気バイアスが印加され、他の接触子６に接地基準のような第２電気バイアスが印加されると、半導体ウエハまたはサンプル１０に反転層が生成される。半導体ウエハまたはサンプル１０の基板１２、誘電体１４を横切って流れるトンネル電流としての電流の値が、印加された電気バイアスに応じて測定される。半導体ウエハまたはサンプル１０中の少数キャリアの表面移動度が、印加された電気バイアスと測定電流値の関数として決定される。【選択図】図１
2007142443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料の基板を有する半導体ウエハまたはサンプルを検査する方法であって、
（ａ）互いに電気的に分離してキャリヤに取り付けられた導電性の第１、第２及び第３の接触子を設ける第１工程と、
（ｂ）前記第１及び第２の接触子に第１の電気バイアスを印加し、前記第３の接触子に第２の電気バイアスを印加するよう接続した電源を設ける第２工程と、
（ｃ）前記半導体ウエハまたは前記サンプルの前記基板の上面と間隔をおく関係へ前記接触子を移動させる第３工程と、
（ｄ）前記第３工程（ｃ）に続いて、前記電源に前記第１及び第２の電気バイアスを印加させて、少なくとも前記第１の接触子の下の前記基板に反転層を生成する第４工程と、
（ｅ）前記印加された電圧に応じて前記基板を流れる電流の値を測定する第５工程と、
（ｆ）印加された前記電気バイアスと測定された前記電流から前記基板中の少数キャリアの表面移動度を決定する第６工程と、
を有する方法。
【請求項２】
前記第３工程（ｃ）において、各接触子が誘電体によって前記基板の上面と間隔をおいた関係に維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記誘電体は、前記接触子と前記基板との少なくとも一方、またはその両方に設けられる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも２つの前記接触子と前記基板との間の前記誘電体のインラインは、トンネル電流が前記インラインを通って流れることを可能にする厚さである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の接触子は、前記第１及び第３の接触子の間に位置する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第３の接触子は、前記第２の接触子を囲み、前記第２の接触子は、前記第１の接触子を囲む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第３工程（ｃ）において、各接触子は、前記接触子及び前記基板の一方又は双方に設けられた誘電体によって、前記基板の上面と間隔をおいた関係に維持される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び前記第３の接触子は、誘電体の形成を促進しないイリジウムで形成され、
前記第２の接触子は、誘電体の形成を促進するタンタルで形成され、
前記半導体材料を流れる前記電流の大半が前記第１及び前記第３の接触子を流れる、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記キャリアは、
電気絶縁材料、または
導電性材料であって、前記接触子と当該導電性材料の間に電気絶縁材料が設けられた前記導電性材料、
で形成される、請求項１の方法。
【請求項１０】
半導体材料の基板を有する半導体ウエハまたはサンプルを検査する装置であって、
第１、第２及び第３の導電性の接触子を互いに電気的に分離させて取り付けたプローブと、
前記半導体ウエハまたは前記サンプルの上面と接触するよう各接触子を押圧する押圧手段と、
前記半導体ウエハまたは前記サンプルの上面と接触した前記接触子に電気バイアスを印加して、前記第１及び第２の接触子を第１電位、前記第３の接触子を第２電位とさせ、印加された前記電気バイアスに応じて、少なくとも前記第１の接触子の下の前記半導体材料に反転層を生成させる印加手段と、
印加された前記電気バイアスに応じて前記半導体ウエハまたは前記サンプルを流れる電流の値を測定する測定手段と、
印加された前記電気バイアスと前記半導体ウエハまたは前記サンプルを流れる前記電流の測定値から前記半導体ウエハまたは前記サンプル中の少数キャリアの表面移動度を決定する決定手段と、
を備える装置。
【請求項１１】
前記半導体ウエハまたは前記サンプルの上面は、
前記半導体ウエハまたは前記サンプルの前記基板の上面、または、
前記半導体ウエハの前記基板を覆う絶縁体の上面、
のいずれかであり、
前記半導体ウエハまたは前記サンプルの上面が前記半導体ウエハまたは前記サンプルの前記基板の上面である場合、少なくとも１つの前記接触子は、当該上面と圧接する絶縁体を含む、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの前記接触子の前記絶縁体は、当該絶縁体を通るトンネル電流の流れを許す厚さである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の接触子は、前記第１及び第３の接触子の間に位置する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第３の接触子は、前記第２の接触子を囲み、前記第２の接触子は、前記第１の接触子を囲む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１及び第３の接触子が、誘電体の形成を促進しない材料で形成され、
前記第２の接触子が誘電体の形成を促進する材料で形成され、
前記半導体材料を流れる前記電流の大半が前記第１及び第３の接触子を流れる、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１及び第３の接触子の少なくとも一方は、イリジウムで形成され、
前記第２の接触子は、タンタルで形成される、
請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記印加手段は、前記第１電位を第１電圧から第２電圧へ掃引し、
前記測定手段は、前記第１電位の掃引に応じて、前記半導体ウエハまたは前記サンプルを流れる前記電流の値を測定し、
前記決定手段は、掃引された前記電位の値の変化に対する前記測定された電流の値の変化の関数として、前記半導体ウエハまたは前記サンプル中の少数キャリアの前記表面移動度を決定する、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記プローブは、電気絶縁材料または導電性材料で形成され、
前記プローブが前記導電性材料で形成される場合には、当該導電性材料と前記接触子との間に電気絶縁材料が設けられる、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
半導体材料の基板を有する半導体ウエハまたはサンプルを検査する方法であって、
３つの導電性の接触子のそれぞれと、前記半導体ウエハまたは前記サンプルの前記基板の上面との間で、トンネル電流が誘電体を損傷せずに当該誘電体を通って流れることを可能にする厚さに当該誘電体を圧縮する工程と、
１対の隣接した前記接触子に第１電位を、他の前記接触子に第２電位を印加して、印加された電位に応じて前記半導体ウエハまたは前記サンプルに反転層を生成させる工程と、
前記印加された電位に応じて、トンネル電流として、前記半導体ウエハまたは前記サンプルと、誘電体とを横切って流れる電流の値を測定する工程と、
前記印加された電位の少なくとも一方と前記測定された電流の値の関数として、前記半導体ウエハまたは前記サンプル中の少数キャリアの表面移動度を決定する工程と、
を有する方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの前記接触子、及び、前記半導体ウエハ又は前記サンプルの前記基板、の一方またはその両方に前記誘電体が設けられ、
１つの前記接触子が当該接触子に付加的な誘電体が生ずることを可能にする材料で形成され、前記半導体ウエハまたは前記サンプルの前記基板と前記誘電体とを流れる電流が、他の２つの前記接触子を流れる、
請求項１９の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハまたはサンプルの検査、特に表面チャネル移動度とも呼ばれる半導体ウエハまたはサンプル中の電荷キャリアの移動度を決定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスについての主要な関心事は、いわゆる表面チャネル移動度である。従来の移動度測定法は、格子及び不純物散乱の効果がたいてい支配的なバルク移動度のいずれかの一部または全体を測定する。しかし、高速半導体デバイスの性能は、半導体ウエハまたはサンプルの反転層中の少数キャリアの表面移動度によって制限される。これは、界面ラフネスとクーロン散乱効果による半導体ウエハまたはサンプルの表面、またはその近傍での分散に大きく依存する。これは現在及び将来の半導体技術の主要な関心事である。
【０００３】
これまで、表面移動度は、半導体ウエハまたはサンプルに形成されたＭＯＳトランジスタを介して反転層を生成することにより測定された。しかし、ＭＯＳトランジスタは、チャンネルインプラント及び金属定義だけでなく、ソース、ドレイン及びゲートコンタクトを形成するために、半導体ウエハまたはサンプルの完全な処理を必要とする。これは時間のかかるプロセスで、トランジスタの形成に使用されるプロセスの質についてのタイムリーなフィードバックを行なうことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、完全なＭＯＳトランジスタを形成する必要のない半導体ウエハまたはサンプルを検査する方法と装置の提供により、上記の欠点等を克服することが望ましい。発明の他の利点は、以下の詳細な説明を読み、理解することにより当業者に明白になろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は半導体材料の基板を有する半導体ウエハまたはサンプルを検査する方法である。その方法は、（ａ）互いに電気的に分離してキャリヤに取り付けられた導電性の第１、第２及び第３の接触子を設ける工程と、（ｂ）前記第１及び第２の接触子に第１の電気バイアスを印加し、前記第３の接触子に第２の電気バイアスを印加するよう接続した電源を設ける工程と、（ｃ）前記半導体ウエハまたは前記サンプルの前記基板の上面と間隔をおく関係へ前記接触子を移動させる工程と、（ｄ）前記（ｃ）の工程に続いて、前記電源に前記第１及び第２の電気バイアスを印加させて、少なくとも前記第１の接触子の下の前記基板に反転層を生成する工程と、（ｅ）前記印加された電圧に応じて前記基板を流れる電流の値を測定する工程と、（ｆ）印加された前記電気バイアスと測定された前記電流から前記基板中の少数キャリアの表面移動度を決定する工程と、を含む。
【０００６】
工程（ｃ）で、各接触子は誘電体によって基板の上面と間隔をおいた関係に維持されることができる。誘電体は接触子と基板の少なくとも一方、またはその両方に設けることができる。少なくとも２つの接触子と基板との間の誘電体インラインが、トンネル電流がそれを通って流れることを可能にする厚さであることが望ましい。
【０００７】
第２の接触子を第１及び第３の接触子の間に位置させることができる。第３の接触子が第２の接触子を囲み、第２の接触子が第１の接触子を囲んでもよい。
【０００８】
第１及び第３の接触子を、誘電体の形成を促進しないイリジウムで形成することができる。第２の接触子を付加的な誘電体の形成を促進するタンタルで形成することができる。半導体材料を流れる電流の大半が第１及び第３の接触子を流れることが可能になる。
【０００９】
キャリアを電気絶縁材料、または接触子と導電性材料の間に電気絶縁材料が設けられた導電性材料で形成することができる。
【００１０】
本発明は半導体材料の基板を有する半導体ウエハまたはサンプルを検査する装置でもある。その装置は、第１、第２及び第３の導電性の接触子を互いに電気的に分離させて取り付けたプローブと、半導体ウエハまたはサンプルの上面と接触するよう各接触子を押圧する手段を含む。半導体ウエハまたはサンプルの上面と接触した接触子に電気バイアスを印加して、第１及び第２の接触子を第１電位、第３の接触子を第２電位とさせ、印加された電気バイアスに応じて、少なくとも第１の接触子の下の半導体材料に反転層を生成させる手段が設けられる。また、前記印加された電気バイアスに応じて半導体ウエハまたはサンプルを流れる電流の値を測定する手段が設けられる。最後に、印加された電気バイアスと半導体ウエハまたはサンプルを流れる電流の測定値から半導体ウエハまたはサンプル中の少数キャリアの表面移動度を決定する手段が設けられる。
【００１１】
半導体ウエハまたはサンプルの上面が、半導体ウエハまたはサンプルの基板の上面、または半導体ウエハの基板を覆う絶縁体の上面のいずれでもよい。半導体ウエハまたはサンプルの上面が半導体ウエハまたはサンプルの基板の上面である場合、少なくとも１つの接触子が半導体ウエハまたはサンプルの基板の上面と接する絶縁体を含むことができる。
【００１２】
少なくとも１つの接触子の絶縁体が、それを通るトンネル電流の流れを許す厚さであることが望ましい。
【００１３】
接触子に電気バイアスを印加する手段が第１電位を第１電圧から第２電圧へ掃引することができる。第１電位の掃引に応じて、電流値を測定する手段が半導体ウエハまたはサンプルを流れる電流の値を測定することができる。決定手段が、掃引された電位の値の対応する変化に対する測定電流値の変化の関数として、半導体ウエハまたはサンプル中の少数キャリアの表面移動度を決定することができる。
【００１４】
プローブを電気絶縁材料または導電性材料で形成することができる。プローブを導電性材料で形成する場合、導電性材料と接触子の間に電気絶縁材料を設けることができる。
【００１５】
最後に、本発明は半導体材料の基板を有する半導体ウエハまたはサンプルを検査する方法である。その方法は、３つの導電性の接触子それぞれと半導体ウエハまたはサンプルの基板の上面の間で、トンネル電流が誘電体を損傷せずにそれを通って流れることを可能にする厚さの誘電体を圧縮し、１対の隣接した接触子に第１電位を、他の接触子に第２電位を印加して、印加された電位に応じて半導体ウエハまたはサンプルに反転層を生成させ、印加された電位に応じて、トンネル電流として、半導体ウエハまたはサンプルを、そして誘電体を横切って流れる電流の値を測定し、印加された電位の少なくとも一方と測定電流値の関数として、半導体ウエハまたはサンプル中の少数キャリアの表面移動度を決定することを含む。
【００１６】
誘電体を少なくとも１つの接触子、または半導体ウエハまたはサンプルの基板、またはその両方に設けることができる。１つの接触を、そこに付加的な誘電体が生ずることを可能にする材料で形成することができ、半導体ウエハまたはサンプルの基板と誘電体を流れる電流が、他の２つの接触子を流れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付図を参照して本発明を説明するが、同じ要素には同じ参照番号を付してある。
図１を参照すると、半導体ウエハまたはサンプル検査システム２は、導電性の真空チャック４とキャリア６を含んでいる。キャリア６はいかなる好適な形状をも考えられるから、長いプローブの形をした図１のキャリア６の例は発明を限定するものではない。チャック４は半導体ウエハまたはサンプル１０の裏面８を支持するように構成され、ウエハまたはサンプル１０は吸引（図示せず）によってチャック４に接触して保持される半導体材料で形成された基板１２を含んでいる。半導体ウエハまたはサンプル１０は基板１２の上面１６を覆う誘電体層１４を含んでいるが、これは不可欠ではない。
【００１８】
図示の実施例で、キャリア６は、基板１２の上面１６、あるいは誘電体層１４があればその上面２２、と接触する接触部またはチップ２０を例えばその一端に設けた本体または軸１８を含んでいる。以下、本発明による半導体ウエハまたはサンプル１０の検査に適した種々の形状及び構成の接触部またはチップ２０を持つキャリア６の実施例を説明する。
【００１９】
周知の種類の接触形成手段２６が、チャック４及び／またはキャリア６の双頭矢印２８で示された上下動を制御し、キャリア６及び／または半導体ウエハまたはサンプル１０を移動させ、チップ２０の先端が基板１２の上面１６、あるいは誘電体層１４があればその上面２２を押圧する。
【００２０】
チップ２０が基板１２の上面１６、あるいは誘電体層１４があればその上面２２と接触すると、電気刺激付与手段３０がキャリア６のチップ２０に適切な電気刺激を付与するよう電気的に接続可能である。
【００２１】
基板１２の上面１６、あるいは誘電体層１４があればその上面２２と接触したキャリア６のチップ２０に電気刺激付与手段３０によって付与された検査用刺激に対する半導体ウエハまたはサンプル１０の反応を測定するために測定手段３２が電気的に接続可能である。本発明によれば、チャック４はアース等の基準バイアスに接続せず、「フローティング」にしておくことが望ましい。
【００２２】
図２（ａ）を参照し、図１を引き続き参照すると、キャリア６の一実施例で、軸１８は誘電体または絶縁材料で作られ、チップ２０を支持する軸１８の先端は例えば球面、ボール状面、弧状面などの湾曲面３４になっている。チップ２０は、互いに電気的に分離して表面３４に位置する導電性接触子３６ａ〜３６ｃを含んでいる。各接触子３６は弾性変形可能な材料で作られることが望ましい。しかし、これは発明を限定するものではない。１つの非限定的実施例では、接触子３６ａ及び３６ｃはイリジウムで形成され、接触子３６ｂはタンタルで形成される。しかし、これは発明を限定するものではない。
【００２３】
接触子３６ａ〜３６ｃは、互いに電気的に分離された適切な導線３８ａ〜３８ｃを介して電気刺激付与手段３０と測定手段３２に接続している。図２（ａ）で、軸１８の内部に延設された各導線３８を示している。しかし、導線３８はそれぞれ、その対応する接触子と電気刺激付与手段３０及び測定手段３２との間で適切ないし望ましい方法で延設することができるから、これは発明を限定するものではない。
【００２４】
必要に応じて、接触子３６ａ〜３６ｃの１つ以上が、軸１８と反対の側に配置された任意の誘電体４０ａ〜４０ｃ（仮想線で示す）をそれぞれ含んでもよい。
【００２５】
図２（ｂ）に示すキャリア６の実施例では、軸１８が導電材料で作られ、チップ２０が軸１８と各接触子３６ａ〜３６ｃの間に位置する誘電体４２を含む。それ以外は図２（ａ）に示すキャリア６の実施例に同様である。図２（ｂ）に示すキャリア６の実施例では、弧状表面３４が軸１８に対向する誘電体層４２の表面であり、チップ２０が接触子３６ａ〜３６ｃ、誘電体４２と、必要に応じて１つ以上の誘電体４０ａ〜４０ｃ（仮想線で示す）を含む。
【００２６】
図３（ａ）と図３（ｂ）は、図２（ａ）と図２（ｂ）に示すものと同様のキャリア６の実施例をそれぞれ示すが、図２（ａ）と図２（ｂ）に示すキャリア６の実施例の表面３４が湾曲しているのに対して、図３（ａ）と図３（ｂ）に示す表面３４は実質的に平坦である。図２（ａ）と図２（ｂ）に示すキャリア６の実施例の表面３４の曲率は、球面、ボール状面、弧状面などに限らず、適切ないし望ましい形状を持ち得るから、発明を限定するものではない。
【００２７】
図４（ａ）と図４（ｂ）は、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すキャリア６の実施例のいずれの表面３４上にでも配置することができる接触子３６の例示的な構成を示す。しかし、後述する方法で半導体ウエハまたはサンプル１０の検査を行うために当業者が有用と考える適切ないし望ましい構成で接触子３６ａ〜３６ｃを配置することができるから、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す接触子の構成は発明を限定するものではない。
【００２８】
図２（ａ）と図３（ａ）に示すキャリア６の実施例で、チップ２０は接触子３６ａ〜３６ｃと、必要に応じて１つ以上の誘電体４０ａ〜４０ｃを備える。図２（ｂ）と図３（ｂ）に示すキャリア６の実施例で、チップ２０は誘電体４２、接触子３６ａ〜３６ｃと、必要に応じて１つ以上の誘電体４０ａ〜４０ｃを備える。図４（ａ）と図４（ｂ）で、誘電体４０ａ、４０ｂ及び４０ｃは簡略さのために省略してある。しかし、必要に応じて誘電体４０ａ、４０ｂ及び／または４０ｃを、対応する図４（ａ）及び図４（ｂ）の接触子に備えることができることが理解されよう。
【００２９】
図４（ａ）と図４（ｂ）に示すように、キャリア６の軸１８とチップ２０は、キャリア６のチップ２０側端から見ると円形プロファイルを持つことができる。あるいは、キャリア６のチップ２０側端から見ると、軸１８及び／またはチップ２０は矩形または方形プロファイル（仮想線で示す）でありえる。しかし、軸１８及び／または）チップ２０は、当業者が適切ないし望ましいと考える他のいかなるプロファイルを持ってもよいから、上記プロファイルは発明を限定するものではない。
【００３０】
図５は、キャリア６のいずれの実施例のチップ２０上でも実施され得る接触子３６ａ〜３６ｃの別の形状を示す。図５で、接触子３６ａは接触子３６ｂを囲み、後者は接触子３６ｃを囲む。接触子３６ａ〜３６ｃは互いに間隔をおいて電気的に分離している。キャリア６のチップ２０側端から見ると、キャリア６のチップ２０及び／または軸１８は、円形プロファイル、方形プロファイル、矩形プロファイルあるいは当業者が適切ないし望ましいと考える他のいかなるプロファイルを持つこともできる。
【００３１】
図６（ａ）に示すキャリア６の実施例のチップ２０は、誘電体または絶縁材料で形成された軸１８の平坦面３４に配置された図５に示す導線の構成を含んでいる。それ以外は図３（ａ）に示すキャリア６の実施例と同様である。
【００３２】
図６（ｂ）に示すキャリア６の実施例では、軸１８が導電材料で作られ、チップ２０が軸１８と接触子３６ａ〜３６ｃの間に配置された誘電体４２を含んでいる。それ以外は図６（ａ）に示すキャリア６の実施例と同様である。図６（ｂ）に示すキャリア６の実施例で、平坦面３４は誘電体層４２の露出面である。
【００３３】
図６（ａ）と図６（ｂ）で、１つ以上の接触子３６ａ〜３６ｃは、軸１８に対向するその表面に任意の誘電体４０ａ〜４０ｃをそれぞれ含むことができる。
【００３４】
図７（ａ）と図７（ｂ）に示すキャリア６の実施例では、表面３４が例えば球形、ボール形、弧形などの湾曲面になっている。それ以外はそれぞれ、図６（ａ）と図６（ｂ）に示すキャリア６の実施例と同様である。
【００３５】
次に、オーバーレイ誘電体層１４を持つｐ型の材料で形成された基板１２を持つ半導体ウエハまたはサンプル１０の検査用としての、図３（ａ）に示すキャリア６の実施例の使用を、図８を参照し、図１を引き続き参照しながら説明する。
【００３６】
図８は、半導体ウエハまたはサンプル１０を覆う誘電体層１４の上面２２に接触した、図３（ａ）に示すキャリア６の実施例の接触子３６ａ〜３６ｃを示す。図８で、接触子３６ａ〜３６ｃは、本発明を説明する目的で、それぞれドレイン、ゲート及びソースと標識付けしてある。しかし、これは発明を限定するものではない。
【００３７】
ドレイン接触子３６ａ及びソース接触子３６ｃは、自然の誘電体、例えば酸化物、の成長を促進しないイリジウム等の第１導電材料で形成されることが望ましい。対照的に、ゲート接触子３６ｂは、比較的薄い自然の誘電体４０ｂの成長を促進するタンタル等の第２導電材料で形成されることが望ましい。従って、図８に示すキャリア６の実施例では、チップ２０は接触子３６ａ〜３６ｃと誘電体４０ｂを含んでいる。しかし、ドレイン及びソース接触子３６ａ及び３６ｃを形成する第１導電材料の使用と、ゲート接触子３６ｂを形成する第２導電材料の使用は、発明を限定するものではない。
【００３８】
半導体ウエハまたはサンプル１０の誘電体層１４の上面２２と接触させるよう、ドレイン及びソース接触子３６ａ及び３６ｃとゲート接触子３６ｂの誘電体層４０ｂを接触形成手段２６が押圧した後の適切な時に、電気刺激付与手段３０が接触子３６ａ〜３６ｃにバイアスをかけて、誘電体層１４に近接する半導体ウエハまたはサンプルの１０の基板１２中にいわゆる反転層５０を形成する。誘電体層１４の上面２２に接触するよう接触子３６ａ及び３６ｃとゲート接触子３６ｂの誘電体層４０ｂが押圧されたとき、接触子３６ａ及び３６ｃと誘電体層４０ｂ、従って接触子３６ｂ、は図示のように半導体ウエハまたはサンプルの１０の基板１２の上面１６と間隔をおいた関係に位置する。
【００３９】
ここで言う「反転層」は、たとえ基板が多数キャリヤでドープされたとしても、多数キャリヤより多くの少数キャリアを含む基板１２のような半導体基板の層として定義される。
【００４０】
図８に示すようにｐ型の材料で作られた基板１２に対して、電気刺激付与手段３０はドレイン及びゲート接触子３６ａ及び３６ｂに正の電圧を印加し、ソース接触子３６ｃに基準電圧、例えば接地、を印加する。ドレイン及びゲート接触子３６ａ及び３６ｂに対する正の電圧の印加により、その下の基板１２の領域からホールを消耗させ、それによって、ホールより多くの電子がある反転層５０を形成する。電気刺激付与手段３０がソース接触子３６ｃに基準電圧を印加するから、ソース接触子３６ｃの下の基板１２の領域にホールが保持される。
【００４１】
反転層５０とソース接触子３６ｃの下の基板１２の領域の間に、いわゆる「ピンチオフ」点が形成される。このピンチオフ点がそう呼ばれるのは、反転層５０がソース接触子３６ｃの下の基板１２の領域へ延びず、その結果、ピンチオフ点とソース接触子３６ｃの下の基板１２の領域との間の基板１２の抵抗により、ソース接触子３６ｃを流れる電流の値が比較的小さくなるからである。ピンチオフ点の概念は半導体技術において周知であり、これ以上説明しない。
【００４２】
図９を参照し、図１と図８を引き続き参照すると、電気刺激付与手段３０がドレイン及びゲート接触子３６ａ及び３６ｂに印加する電圧（ＶＧＳ）を第１電圧、例えば０ボルト、から第２電圧、例えば４ボルト、へと高めると、電流（ＩＤＳ）がドレイン接触子３６ａから基板１２と誘電体層１４を通ってソース接触子３６ｃへ流れ始める。
【００４３】
「トンネル電流」として知られる搬送メカニズムによるこの電流の流れを促進するために、誘電体層１４は十分に薄く、例えばせいぜい約３０オングストロームである。図９に示すように、ドレイン及びゲート接触子３６ａ及び３６ｂに印加される電圧の増大に応じて、ＩＤＳの値が高くなる。ＶＧＳのプロット５２の勾配に対するその直線領域５４のＩＤＳは、ピンチオフ点とソース接触子３６ｃの間の抵抗の大きさ、従って基板１２中のキャリアの表面移動度である。
【００４４】
導電性のゲート接触子３６ｂと半導体ウエハまたはサンプル１０の誘電体層１４の間に位置する誘電体４０ｂは、ゲート接触子３６ｂと基板１２の間の誘電体インラインの有効厚さを、トンネル電流がほとんど流れない程度まで十分に厚くする。従って、電気刺激付与手段３０によって印加される電圧に応じて流れる電流の大半は、ドレイン及びゲート接触子３６ａ及び３６ｂの間を流れる。
【００４５】
ゲート接触子３６ｂに対してバイアスをかけないか、ソース接触子３６ｃと同じ基準電圧にバイアスをかけると、ドレイン接触子３６ａに印加する電圧を第１電圧から第２電圧へと高めても、ドレイン接触子３６ａとソース接触子３６ｃの間で電流が実質的に流れないことが認められた。ゲート接触子３６ｂが接続されないか、ソース接触子３６ｃと同じ基準電圧に接続される場合のＶＧＳ対ＩＤＳの例示的プロット５６も図９に示す。
【００４６】
プロット５２及び５６の差は、ドレイン接触子３６ａとソース接触子３６ｃの間のゲート接触子３６ｂの存在と、それに起因する、ソース接触子３６ｃの下の基板６の部分から遠い明確なピンチオフ点を生成する容量によるものと考えられる。さらに、ドレイン及びソース接触子３６ａ及び３６ｃ上に誘電体４０ａ及び４０ｃが存在しないことと、ゲート接触子３６ｂ上の誘電体４０ｂとの組合せが、プロット５２の形成を促進すると考えられる。２つの接触子だけの使用がプロット５６のようなプロットを生成し、ここに記載したような３つの接触子の使用がプロット５２の形成を促進し、それによって基板１２中のキャリアの表面移動度を決定できることが認められた。
【００４７】
図１０を参照し、図１、図８及び図９を引き続き参照すると、半導体ウエハまたはサンプル１０が誘電体層１４を含んでいない場合、ドレイン接触子３６ａ及びソース接触子３６ｃが誘電体４０ａ及び４０ｃをそれぞれ含むことが望ましい。これは誘電体４０ｂを含むゲート接触子３６ｂに加えてある。従って、チップ２０が接触子３６ａ〜３６ｃを含み、ゲート接触子３６ｂだけが誘電体４０ｂを含む図８に示すキャリア６の実施例とは対照的に、図１０に示すキャリア６の実施例では、チップ２０は接触子３６ａ〜３６ｃと誘電体４０ａ〜４０ｃを含んでいる。誘電体４０ａ及び４０ｃは、トンネル電流がそれを通って流れることを可能にするに十分に薄く、例えばせいぜい約３０オングストロームである。しかし、誘電体４０ｂは、トンネル電流がほとんどあるいはまったくそれを通って流れないように十分に厚いことが望ましい。しかし、これは発明を限定するものではない。
【００４８】
半導体ウエハまたはサンプル１０の半導体基板１２の上面１６と接触させるよう、誘電体４０ａ〜４０ｃを接触形成手段２６が押圧した後の適切な時に、電気刺激付与手段３０が、図８中の同じ番号が付けられた接触子と同様に接触子３６ａ〜３６ｃにバイアスをかけて、ＶＧＳ対ＩＤＳプロット５２のようなプロットを形成し、プロット５２の直線部分５４の勾配から半導体ウエハまたはサンプル１０中の電荷の表面移動度を求めることができるようになる。図１０で、接触子３６ａ〜３６ｃは、誘電体４０ａ〜４０ｃによって半導体ウエハまたはサンプル１０の基板１２の上面１６から間隔をおいて位置する。
【００４９】
図１１を参照し、図１、図８、図９及び図１０を引き続き参照すると、半導体ウエハまたはサンプル１０が基板１２を覆う誘電体層１４を含む場合、キャリア６は、検査時に誘電体層１４と接触する誘電体４０ａ〜４０ｃを含む接触子３６ａ〜３６ｃを持ったチップ２０を含むことが望ましい。この実施例では、誘電体層１４と誘電体４０ａの組合せ厚さ及び／または特質は、トンネル電流がそれを通って流れることを可能にするに十分に薄く、例えばせいぜい約３０オングストロームである。同様に、誘電体層１４と誘電体４０ｃの組合せ厚さ及び／または特質は、トンネル電流がそれを通って流れることを可能にするに十分に薄く、例えばせいぜい約３０オングストロームである。しかし、誘電体層１４と誘電体層４０ｂの組合せ厚さ及び／または特質は、トンネル電流がほとんどあるいはまったくそれを通って流れないようなものである。
【００５０】
図１１に示すように、接触形成手段２６によって、誘電体４０ａ〜４０ｃが誘電体層１４と接触するよう押圧されると、接触子３６ａ〜３６ｃは、図８及び図１０で同じ番号が付けられた接触子と同様にバイアスがかけられ、直線領域５４のような直線領域を持つＶＧＳ対ＩＤＳのプロット５２のようなプロットを形成することができ、その勾配から半導体ウエハまたはサンプル１０中の電荷の表面移動度を求めることができる。図１１で、接触子３６ａ〜３６ｃは、誘電体４０ａ〜４０ｃと誘電体層１４によって半導体ウエハまたはサンプル１０の基板１２の上面１６から間隔をおいて位置する。
【００５１】
図８、図１０及び図１１で、図３（ａ）に示すキャリア６の実施例が、誘電体４０ａ、４０ｂ及び／または４０ｃを備えて、あるいは備えずに示されている。しかし、図３（ａ）のキャリア６の実施例の代わりに、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ｂ）及び図６（ａ）〜図７（ｂ）に示すキャリア６の実施例を使用することができるから、上記は発明を限定するものではない。さらに、接触子３６ａ〜３６ｃは任意の適切または望ましい方法で構成することができ、各接触子は図４（ａ）、図４（ｂ）及び図５に示す構成に必ずしも限定されない適切または望ましい形状でよい。従って、ここに記載された接触子３６ａ〜３６ｃの構成は発明を限定するものではない。さらに、各表面３４の湾曲した、あるいは平坦な形状は、当業者が適切ないし望ましいと考えるいかなる形状でもよく、発明を限定するものではない。
【００５２】
好適実施例を参照して本発明を説明した。以上の詳細な説明を読み理解すれば、明白な改変及び変更に想到するであろう。例えば、ｐ型の材料で形成された基板１２の検査に関連して発明を説明したが、印加される電気的バイアスの変更によりｎ型材料で形成された基板の検査にも本発明が適用可能なことは当業者に容易に認識されよう。付記されたクレームあるいはその均等物の範囲に含まれる限り、そのような改変及び変更をすべて含むように発明が解釈されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】半導体ウエハまたはサンプル検査システムの概略図と横断面図との組合せ
【図２】本発明による半導体ウエハまたはサンプルを検査するための複数の接触子を有する例示的キャリアの横断面図
【図３】本発明による半導体ウエハまたはサンプルを検査するための複数の接触子を有する例示的キャリアの横断面図
【図４】本発明による半導体ウエハまたはサンプルの検査に使用することができる図２（ａ）〜図３（ｂ）のキャリアの接触子の例示的構成を示す図
【図５】本発明による半導体ウエハまたはサンプルの検査に使用することができる接触子の別の例示的構成を示す図
【図６】図５に示す接触子の構成を有する例示的キャリアの横断面図
【図７】図５に示す接触子の構成を有する例示的キャリアの横断面図
【図８】図１の半導体ウエハまたはサンプルの上面に接触子が接触した図３（ａ）のキャリアの概略図と横断面図との組合せ
【図９】図８に示すキャリアの実施例と半導体ウエハまたはサンプルについてのＶＧＳ対ＩＤＳの例示的プロット
【図１０】半導体ウエハまたはサンプルの半導体基板の上面に接したオーバーレイ誘電体を持つ接触子を示す図３（ａ）のキャリアの概略図と横断面図との組合せ
【図１１】オーバーレイ誘電体層を持つ半導体ウエハまたはサンプルの上面に接したオーバーレイ誘電体を持つ接触子を示す図３（ａ）のキャリアの概略図と横断面図との組合せ
【符号の説明】
【００５４】
１０    半導体ウエハ、サンプル
１２    基板
１４    誘電体層
１６    基板の上面
２２    誘電体層の上面
２６    接触形成手段
３０    電気刺激付与手段（印加手段）
３２    測定手段
３６ａ  導電性接触子（第１の接触子）
３６ｂ  導電性接触子（第２の接触子）
３６ｃ  導電性接触子（第３の接触子）
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ  誘電体
５０    反転層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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