等温容量過渡分光法

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハや半導体チップなどにおける不純物や欠陥などを非破壊かつ短時間で測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハやチップなどは、それに含まれている不純物または欠陥などを測定して、その評価を行っている。この測定方法の一つに、等温容量過渡分光法（ＩＣＴＳ：ＩｓｏｔｈｅｒｍａｌＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による半導体に含まれる不純物などを測定する方法が知られている。
【０００３】図１および図２において、１は過渡容量計で、その内部には、パルスジェネレータ２、過渡容量計本体３、ＡＤ変換器４が設けられている。５は恒温槽で、その内部には、半導体試料６と、過渡容量計１に接続された一対のプローブ７，８とが設けられ、これらのプローブ７，８の各先端には接触針９，１０が設けられている。１１はコンピュータ、１２はプロッタ、１３はディスプレイである。
【０００４】前記過渡容量計１を用いて半導体試料６中に含まれる不純物などを測定するには、半導体試料６を所定の等温度に保持した状態で、図２に示すように、接触針９，１０の各先端を半導体試料６の測定部分に間隔をおいて接触させて、パルスジェネレータ２によって発生された所定の大きさのパルス電圧を一時的に印加し、その後、半導体試料６の測定部分におけるの静電容量に基づく信号を、過渡容量計本体３に入力し、ＡＤ変換した後、コンピュータ１１において演算処理することにより、半導体試料６の測定部分の不純物または欠陥などを測定するのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の等温容量過渡分光法においては、ＩＣＴＳスペクトルＳ（ｔ）を次のように定義していた。すなわち、図４（Ａ）に示すような容量過渡波形をＣ（ｔ）とするとき、Ｓ（ｔ）は下記（２）式で表される。ここで、ｔは時間である（以下、同じ）。

【０００６】この場合、前記Ｃ（ｔ）の自乗であるＣ^２（ｔ）は、下記（３）式で表される。ここで、Ｃ_Ｏは定常容量、Ｎ_Ｄは意図的に添加した不純物の濃度を示す。

【０００７】そして、ＩＣＴＳスペクトルのピーク強度Ｓ_ｐとピーク時間ｔ_ｐとから、不純物濃度Ｎ_Ｔと熱放出時定数τは、それぞれ、（４）式、（５）式のように計算される。

【０００８】しかしながら、上記従来の等温容量過渡分光法においては、容量計の分解能に比べて容量変化が小さい場合や外乱ノイズがある場合には、前記Ｃ（ｔ）にノイズが乗り、前記Ｃ^２（ｔ）を直接微分して得られるＳ（ｔ）が、図４（Ｂ）に示すように、激しく振動してしまう。その結果、前記不純物濃度Ｎ_Ｔの測定精度が悪くなったり、低濃度不純物を検出できないことがあった。
【０００９】本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的とするところは、低濃度不純物を確実に検出することができ、精度の高い測定を行うことができる等温容量過渡分光法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明では、等温度に保持された半導体試料に所定の大きさのパルス電圧を印加し、半導体試料のその後の容量変化を解析することによってこの半導体試料中の不純物の濃度やエネルギー準位を測定する等温容量過渡分光法において、下記（１）式で定義される関数を微分したものをＩＣＴＳスペクトルとしている。

ここで、Ｃ（ｔ′）は容量過渡波形を表し、ｔ′は時間を表す。
【００１１】
【作用】本発明においては、上記（１）式のＳ／Ｎが改善されているので、従来方法に比べて、ＩＣＴＳスペクトルのＳ／Ｎが１０倍以上改善される。その結果、不純物濃度の測定精度が改善され、従来方法に比べて、１／１０以下の低濃度の不純物を検出できるようになり、例えば、不純物濃度の測定限界が従来方法では１０^１２原子／ｃｍ^３であったが、本発明方法によれば、これを１０^１１原子／ｃｍ^３にまで向上させることができるようになった。
【００１２】
【実施例】本発明においては、等温度に保持された半導体試料に所定の大きさのパルス電圧を印加し、この半導体試料のその後の容量変化を解析することによって半導体試料中の不純物などを測定する等温容量過渡分光法において、下記（１）式で定義される関数を用いるようにしている。

ここで、Ｃ（ｔ′）は容量過渡波形を表し、ｔ′は時間を表す。
【００１３】前記（１）式で定義される関数Ｋ（ｔ）を微分したものをＩＣＴＳスペクトルとしており、これは下記（６）式のように表される。

【００１４】この場合、不純物濃度Ｎ_Ｔおよび熱放出時定数τは、それぞれ、前記（３）式から、下記（７）式、（８）式のように表される。

【００１５】これを、図３を参照しながら説明すると、今、容量過渡波形Ｃ（ｔ）が同図（Ａ）に示すものであるとする。前記（１）式に従って得られるＫ（ｔ）、すなわち、積分された容量過渡波形は、同図（Ｂ）に示すようになる。同図（Ｂ）から理解されるように、前記積分された容量過渡波形Ｋ（ｔ）は、Ｓ／Ｎが改善されている。そして、このＫ（ｔ）を微分し、この微分されたものをＩＣＴＳスペクトルとするのである。このＩＣＴＳスペクトルは、同図（Ｃ）に示すような波形となり、このＩＣＴＳスペクトルのＳ／Ｎは、上記した従来手法に比べて１０倍以上改善される。従って、不純物濃度の測定精度が改善され、その結果、従来手法に比べて１／１０以下の低濃度の不純物を測定することができる。例えば、不純物濃度の測定限界が従来方法では１０^１２原子／ｃｍ^３であったが、本発明方法によれば、これを１０^１１原子／ｃｍ^３にまで向上させることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、従来方法に比べて、ＩＣＴＳスペクトルのＳ／Ｎが１０倍以上改善されるので、不純物濃度の測定精度が改善され、従来方法に比べて、１／１０以下の低濃度の不純物を検出でき、例えば、不純物濃度の測定限界が従来方法では１０^１２原子／ｃｍ^３であったが、本発明方法によれば、これを１０^１１原子／ｃｍ^３にまで向上させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る等温容量過渡分光法を実施する装置の概略を示すブロック図である。
【図２】前記装置の要部を示す図である。
【図３】本発明方法を説明するための図で、（Ａ）は容量過渡波形を、（Ｂ）は積分された容量過渡波形を、そして、（Ｃ）はＩＣＴＳスペクトルをそれぞれ表している。
【図４】従来方法を説明するための図で、（Ａ）は容量過渡波形を、そして、（Ｂ）はＩＣＴＳスペクトルをそれぞれ表している。
【符号の説明】
６…半導体試料。

【特許請求の範囲】
【請求項１】等温度に保持された半導体試料に所定の大きさのパルス電圧を印加し、半導体試料のその後の容量変化を解析することによってこの半導体試料中の不純物の濃度やエネルギー準位を測定する等温容量過渡分光法において、下記（１）式で定義される関数を微分したものをＩＣＴＳスペクトルとしたことを特徴とする等温容量過渡分光法。