走査プローブ顕微鏡用標準試料及びキャリア濃度測定方法
【課題】キャリア濃度と局所的電気特性（広がり抵抗、静電容量特性及び非線形誘電率特性を含む）との相関を従来よりも正確に求めることができる走査プローブ顕微鏡用標準試料及びキャリア濃度測定方法を提供する。
【解決手段】標準試料１０は、シリコン単結晶よりなる半導体基板１の上に、不純物を添加せずにエピタキシャル成長させたシリコン膜よりなる不活性層３と、不純物を添加してエピタキシャル成長させたシリコン膜よりなる活性層２Ａ〜２Ｆと、を交互に積層して形成される。各活性層２Ａ〜２Ｆはそれぞれ異なるキャリア濃度（不純物濃度）を有しており、キャリア濃度が少なく電気抵抗率の大きな不活性層３で分離されている。このため、異なる活性層間での信号電流のリークを抑制して、キャリア濃度と局所的電気特性との相関を正確に求めることができる。
【解決手段】標準試料１０は、シリコン単結晶よりなる半導体基板１の上に、不純物を添加せずにエピタキシャル成長させたシリコン膜よりなる不活性層３と、不純物を添加してエピタキシャル成長させたシリコン膜よりなる活性層２Ａ〜２Ｆと、を交互に積層して形成される。各活性層２Ａ〜２Ｆはそれぞれ異なるキャリア濃度（不純物濃度）を有しており、キャリア濃度が少なく電気抵抗率の大きな不活性層３で分離されている。このため、異なる活性層間での信号電流のリークを抑制して、キャリア濃度と局所的電気特性との相関を正確に求めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査プローブ顕微鏡を用いた半導体材料中のキャリア濃度（不純物濃度）の定量測定に好適な走査プローブ顕微鏡用標準試料及びキャリア濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体装置の高集積化に伴い、ＬＳＩに含まれる半導体素子（例えばトランジスタ等）の微細化が進んでいる。このため、半導体装置内の微細な領域における局所的なキャリア濃度（不純物濃度）分布を高い分解能で正確に評価することが求められている。
【０００３】
半導体装置内の微細な領域におけるキャリア濃度分布を測定する方法として、走査型プローブ顕微鏡を応用した走査型広がり抵抗顕微鏡（SSRM：Scanning Spread Resistance Microscope）法、走査型容量顕微鏡（SCM：Scanning Capacitance Microscope）法及び走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM：Scanning Non-linear Dielectric Microscope）法等が知られている。
【０００４】
走査型広がり抵抗顕微鏡法は、図８に示すように、直流電源３３を介してプローブ２１と検査対象物（試料）５１との間に直流電圧を印加した状態でプローブ２１を一定の応力で検査対象物５１に接触させ、プローブ２１に流れ込む電流を電流計３５で検出する。そして、検査対象物５１とプローブ２１との間の電圧及びプローブ２１に流れ込む電流から広がり抵抗を求める。
【０００５】
プローブ２１の先端の接触部分の半径（以下、接触半径という）をａとし、試料の抵抗率をρとすると、プローブ近傍で試料の抵抗率ρが一定とみなせる場合には、広がり抵抗Ｒｃと検査対象物５１の抵抗率ρとの間にＲｃ≒ρ／２πａの関係式が成り立つ。また、試料が半導体材料（例えばシリコン）の場合には、抵抗率ρと不純物濃度（キャリア濃度）とは図９に示すような関係がある。したがって、広がり抵抗から検査対象物５１のキャリア濃度に関する定性的な知見が得られる。
【０００６】
以上のような測定を、プローブ２１を一定のピッチで移動させながら繰り返すことで、検査対象物５１内の広がり抵抗の分布及びキャリア濃度分布を求めることができる。
【０００７】
ところで、キャリア濃度分布をより正確に測定するためには、上述の関係式に基づいて検査対象物５１の正確な抵抗率ρを求める必要がある。ところが、走査プローブ顕微鏡に用いられるプローブ２１の先端の形状は測定に使用するプローブ毎に異なり、その先端も微細であることから、プローブ２１の接触半径ａを知ることは容易ではない。このため、上述の関係式に基づいて、広がり抵抗の測定結果のみからキャリア濃度を正確に求めることは困難である。
【０００８】
そこで、従来、図１０（ａ）に示すような標準試料８０を用いて広がり抵抗の測定値とキャリア濃度との相関を直接求め、これに基づいて検査対象物のキャリア濃度を定量する方法が試みられている。ここで、標準試料８０は、図１０（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板８１の一方の面側にキャリア濃度が異なる複数のエピタキシャルシリコン膜８２Ａ〜８２Ｄを積層したものである。各エピタキシャルシリコン膜８２Ａ〜８２Ｄのキャリア濃度は既知である。また、積層方向に平行な一方の切断面をプローブが接触する面とし、その反対側の切断面にシリコン層８２Ａ〜８２Ｄと共通接続された電極８４を形成している。広がり抵抗とキャリア濃度との相関は、標準試料８０のシリコン層８２Ａ〜８２Ｄを横切る方向にプローブ２１を移動させながら広がり抵抗の分布を測定することで求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−６４０６１号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２５９９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Journal of Vacuum Science and Technology B, 16, 394 (1998)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の標準試料８０で広がり抵抗を測定する場合に、例えば図１０（ｂ）に示すように、電流はプローブ２１が接触するエピタキシャルシリコン膜８２Ｂだけでなく、それに隣接するエピタキシャル膜８２Ｃ、８２Ａ等にも流れてしまう。そのため、標準試料８０における広がり抵抗の分布は標準試料８０のキャリア濃度の分布を正確に反映せず、図１１に示すように、広がり抵抗の分布に勾配が生じてしまう。したがって、従来の標準試料８０では、キャリア濃度と広がり抵抗との相関を正確に決定ことが困難である。
【００１２】
そこで、キャリア濃度と局所的電気特性（広がり抵抗、静電容量特性及び非線形誘電率特性を含む）との相関を従来よりも正確に求めることができる走査プローブ顕微鏡用標準試料及びキャリア濃度測定方法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】
一観点によれば、不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、前記複数の活性層に共通に接続された電極とを有する走査プローブ顕微鏡用標準試料が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上記一観点による走査プローブ顕微鏡用標準試料は、不純物が添加されてキャリア濃度が高い半導体材料からなる複数の活性層のそれぞれの間に、キャリア濃度が低く抵抗率が大きい半導体材料からなる不活性層を配置しているので、異なる活性層間での信号電流のリークを抑制することができる。したがって、上記一観点による走査プローブ顕微鏡用標準試料では、プローブが接触している活性層からの局所的電気特性のみを精度よく測定することができ、キャリア濃度と局所的電気特性との相関を従来よりも正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は第１実施形態に係る標準試料を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す標準試料のキャリア濃度の分布を示す図である。
【図２】図２は、プローブの接触部分が活性層の厚さよりも大きい場合の問題を示す模式図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る標準試料の製造途中の構造を示す断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る標準試料を用いたキャリア濃度と広がり抵抗との相関の求め方を示す模式図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る標準試料で広がり抵抗の測定を行う際の電流の流路を示す模式図である。
【図６】図６は、実験例による標準試料の広がり抵抗の測定結果を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る標準試料を示す斜視図である。
【図８】図８は、走査型広がり抵抗顕微鏡法の原理を示す模式図である。
【図９】図９は、室温におけるシリコンの抵抗率ρとｎ型不純物濃度及びｐ型不純物濃度との関係を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は従来の標準試料を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は従来の標準試料中を流れる信号電流を示す模式図である。
【図１１】図１１は、従来の標準試料中のキャリア濃度分布及び広がり抵抗分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、実施形態に係る標準試料を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す標準試料のキャリア濃度の分布を示す図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、標準試料１０は半導体基板１の上（図では左側）に、不活性層３及び活性層２Ａ〜２Ｅを交互に積層した構造を有している。ここでは、半導体基板１はシリコン単結晶からなるものとする。活性層２Ａ〜２Ｅ及び不活性層３は半導体基板１の上に形成されたエピタキシャル膜であり、半導体基板１と同じ半導体材料（ここではシリコン）からなる。
【００１９】
活性層２Ａ〜２Ｅには、それぞれ異なる濃度の不純物が添加されており図１（ｂ）に示すように、半導体基板１から離れた活性層ほどキャリア濃度が高くなっている。活性層２Ａ〜２Ｅのキャリア濃度は１０15ｃｍ-3〜１０21ｃｍ-3程度であり、正確なキャリア濃度は例えば４探針法等で測定して求めた抵抗率ρと図９に示すような不純物濃度と抵抗率との関係を示すデータとにより決定される。
【００２０】
各活性層２Ａ〜２Ｅに添加する不純物は、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）及びアンチモン（Ｓｂ）等のｎ型不純物や、ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）等のｐ型不純物とすることができる。
【００２１】
各活性層２Ａ〜２Ｅのそれぞれの厚さは、走査プローブ顕微鏡のプローブの先端の接触部分よりも十分に大きくすることが好ましい。図２は、プローブの接触部分が活性層の幅よりも大きい場合の問題を示す模式図である。例えば、図２に示すように、各活性層２Ａ、２Ｂ、２Ｃの厚さがプローブ２１の先端の接触部分の大きさよりも小さいと、プローブ２１の先端が複数の活性層２Ａ、２Ｂ、２Ｃに同時に接触してしまう。そして、複数の活性層２Ａ、２Ｂ、２Ｃを通過した電流がプローブ２１に流れ込んでしまい、キャリア濃度と広がり抵抗との相関を正確に求められなくなってしまう。例えば、プローブ２１の先端の接触部分の大きさが３０ｎｍ程度の場合には、各活性層２Ａ〜２Ｅの厚さは１００ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、不活性層３は各活性層２Ａ〜２Ｅの間に配置されている。この不活性層３は、不純物を添加せずに形成されたシリコン（Ｓｉ）膜からなり、その抵抗率は他の活性層２Ａ〜２Ｅよりも大きい。不活性層３は、隣接する活性層間に電流が流れることを阻止するのに十分な厚さとすることが重要であり、例えば３０ｎｍ以上の厚さとすることが好ましい。なお、不活性層３に少量の不純物が含有されていてもよいが、そのキャリア濃度は活性層２Ａ〜２Ｅのうちキャリア濃度が最も低い活性層のキャリア濃度よりも低いことが必要である。例えば、不活性層３のキャリア濃度は１０15ｃｍ-3未満とする。
【００２３】
各不活性層３及び各活性層２Ａ〜２Ｅからなる積層膜の厚さ（図１（ａ）において長さＬ1）は、一般的な走査プローブ顕微鏡による測定が可能な範囲よりも小さくすることが好ましく、例えば４０μｍ程度又はそれ以下とする。
【００２４】
標準試料１０の上面には、不活性層３及び活性層２Ａ〜２Ｅを基板面に対して垂直に切断した断面が表れている。また、標準試料１０の底面には電極４が形成されている。電極４は、例えば金（Ａｕ）などの金属膜からなり、活性層２Ａ〜２Ｅに共通接続されている。標準試料１０の大きさは例えば長さＬが５０００μｍ程度、幅Ｗが３０００μｍ程度、厚さＴが１００μｍ程度とすることができる。なお、図１では、活性層の数は２Ａ〜２Ｅの５層とした例を示しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて活性層の数を適宜増減させてもよい。
【００２５】
図３は、標準試料１０の製造途中の構造を示す断面図である。以下、図３を参照しつつ標準試料１０の製造方法について説明する。
【００２６】
まず、図３に示すように、シリコン（Ｓｉ）単結晶よりなる半導体基板１（ウエハ）を用意する。そして、この半導体基板１上に活性層２Ａ〜２Ｅ及び不活性層３をＣＶＤ（化学的気相成長）法により形成する。
【００２７】
すなわち、半導体基板１の表面を１０００℃以上に程度に加熱しながら、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）からなる原料ガスと接触させる。これにより、半導体基板１の上に不純物を添加していないシリコン（Ｓｉ）がエピタキシャル成長して不活性層３が完成する。
【００２８】
次に、不活性層３が形成された半導体基板１の上面を１０００℃以上に加熱しながら、トリクロロシランとフォスフィン（ＰＨ3）とを含む原料ガスと接触させる。これにより、不活性層３の上に不純物としてリン（Ｐ）を含むシリコン（Ｓｉ）膜がエピタキシャル成長し、活性層２Ａが完成する。活性層２Ａに含まれる不純物濃度は、トリクロロシランとフォスフィンとの比率で適宜調整する。その後、活性層２Ａの電気抵抗率を例えば４探針法等で測定する。
【００２９】
以後、同様の工程を繰り返すことにより、活性層２Ａの上に、順に、不活性層３、活性層２Ｂ、不活性層３、活性層２Ｃ、不活性層３、活性層２Ｄ、不活性層３、活性層２Ｅ、不活性層３及び活性層２Ｅを形成する。活性層２Ａ〜２Ｅの成膜時には、基板１から離れた活性層２Ａ〜２Ｅほど不純物濃度が高くなるように、トリクロロシランに対するフォスフィンガスの割合を増加する。以上の工程により、図３に示す積層構造が完成する。
【００３０】
以上の各工程において、活性層２Ａ〜２Ｅと不活性層３との間で不純物が拡散するのを抑制するために、半導体基板１の加熱は赤外線輻射加熱を用いて行うことが好ましい。この場合、数秒で１０００℃以上となるように急速に加熱して短時間で成膜及び冷却を行うことができる。
【００３１】
次に、図３に示す構造が形成された半導体基板１を、ダイシングソー等で切断して直方体状に整形し、積層構造を露出させる。その後、切断面を、例えばＣＭＰ法などで研磨して平坦化する。そして、一方の切断面の上にスパッタ法等で金（Ａｕ）膜を堆積させて電極４を形成する。
【００３２】
以上の工程により本実施形態に係る標準試料１０が完成する。
【００３３】
なお、上述の例では、活性層２Ａ〜２Ｅにｎ型不純物としてリン（Ｐ）を添加して標準試料１０を作製する例について説明したが、これに限定されるものではなく、活性層２Ａ〜２Ｅにｐ型不純物を添加してもよい。ｐ型不純物としてホウ素（Ｂ）を添加する場合には、例えば活性層２Ａ〜２Ｅを成膜する際の原料ガスとしてトリクロロシランとジボラン（Ｂ2Ｈ6）との混合ガスを用いればよい。
【００３４】
図４は、実施形態に係る標準試料を用いたキャリア濃度と広がり抵抗との相関の求め方を示す模式図である。図５は、第１実施形態に係る標準試料で広がり抵抗の測定を行う際の電流の流路を示す模式図である。以下、図４及び図５を参照しつつ、標準試料１０を用いたキャリア濃度と広がり抵抗Ｒｃとの相関の求め方について説明する。
【００３５】
図４に示すように、標準試料１０の電極４に直流電源３３を接続し、この直流電源３３を介して標準試料１０とプローブ２１との間に所定の直流電圧を印加する。次に、走査プローブ顕微鏡のプローブ２１を標準試料１０の表面に一定の応力で接触させる。そして、プローブ２１に流れ込む電流を対数アンプ３１で増幅した後、検出器３２で検出する。検出器３２で検出した電流と、プローブ２１及び標準試料１０の間の電圧とにより広がり抵抗を求める。
【００３６】
本実施形態に係る標準試料１０は、各活性層２Ａ〜２Ｅ間に不活性層３が配置されている。このため、例えば図５に示すように、プローブ２１の先端が活性層２Ｂと接触しているときに、隣接する他の活性層２Ａ、２Ｃとの間で電流（信号電流）が流れるのを抑制することができる。したがって、プローブ２１が活性層２Ｂに接触している間は、活性層２Ｂのキャリア濃度を反映した広がり抵抗を正確に求めることができる。
【００３７】
以上の測定を、プローブ２１を矢印Ａに示す方向（活性層２Ａ〜２Ｅ及び不活性層３を横切る方向）に一定のピッチで移動させつつ繰り返し行うことで、標準試料１０の広がり抵抗の分布を求める。これにより、それぞれキャリア濃度が異なる活性層２Ａ〜２Ｅにおける広がり抵抗を正確に測定できる。したがって、標準試料１０を用いることにより、キャリア濃度と広がり抵抗との相関が従来よりも正確に求まる。
【００３８】
また、標準試料１０の測定に使用したプローブを用いて検査対象物（半導体装置等）について走査型広がり抵抗顕微鏡法で広がり抵抗の分布を測定することで、標準試料１０で求めた相関を利用して検査対象物のキャリア濃度分布を求めることができる。
【００３９】
（実験例）
図６は、実験例に係る標準試料の広がり抵抗の測定結果を示す図である。なお、図６において縦軸は広がり抵抗の対数値を示し、横軸は図４に示すような構造の標準試料の左端を基準点（０）として矢印Ａ方向の位置を示している。以下、図６を参照しつつ本願発明者らが行った実験例について説明する。
【００４０】
本願発明者らは、各活性層２Ａ〜２Ｅにそれぞれ異なる濃度でリン（Ｐ）を添加した標準試料１０（図１参照）を作製した。なお、赤外干渉法により測定した各活性層の厚さはそれぞれ４μｍ程度であり、不活性層３の厚さはそれぞれ１μｍ程度である。作製した標準試料１０について四探針法で抵抗率を測定した。その結果、半導体基板１の抵抗率は５．０〜８．０Ωｃｍ、活性層２Ａの抵抗率は５．０Ωｃｍ、活性層２Ｂの抵抗率は０．７５Ωｃｍ、活性層２Ｃの抵抗率は０．３０Ωｃｍ、活性層２Ｄの抵抗率は０．０５Ωｃｍ、活性層２Ｅの抵抗率は０．０１５Ωｃｍであった。これらの抵抗率から求めた各活性層のキャリア濃度は、それぞれ活性層２Ａが１．０×１０15ｃｍ-3、活性層２Ｂが６．７×１０15ｃｍ-3、活性層２Ｃが１．８×１０16ｃｍ-3、活性層２Ｄが２．５×１０17ｃｍ-3、活性層２Ｅが１．５×１０18ｃｍ-3であった。
【００４１】
次に、標準試料１０について走査型広がり抵抗顕微鏡法で広がり抵抗の分布を測定した。その結果、図６に示すような広がり抵抗の分布が得られた。図６に示すように、各活性層に対応する部分では、広がり抵抗はプローブの位置によらずに一定の値となっている。このことから、キャリア濃度の異なる他の活性層から流入する電流の影響を抑制でき、キャリア濃度と広がり抵抗との相関が正確に求まることが確認できた。
【００４２】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る標準試料を示す斜視図である。
【００４３】
図７に示すように、本実施形態に係る標準試料１１は、標準試料１０（第１実施形態、図１参照）と同様に、半導体基板１の上に不活性層３及び活性層２Ａ〜２Ｅが交互に積層された構造を有している。また、標準試料１１の表面及び底面は、不活性層３及び活性層２Ａ〜２Ｅの積層方向に平行な面からなり、底面には活性層２Ａ〜２Ｅと共通に接続された電極４が形成されている点も標準試料１０と同様である。ただし、本実施形態の標準試料１１は、表面に絶縁膜５が形成されている点で標準試料１０と異なる。
【００４４】
この絶縁膜５は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）よりなり、標準試料１０を大気中に放置して自然酸化することで形成したものである。なお、絶縁膜５は、自然酸化以外にも、熱酸化法や周知の成膜法を用いて任意の厚さに形成してもよい。また、絶縁膜５を酸化シリコン以外の膜としてもよい。
【００４５】
この標準試料１１は、走査型非線形誘電率顕微鏡及び走査型容量顕微鏡等によるキャリア濃度測定の際の標準試料として用いることができる。
【００４６】
すなわち、走査型非線形誘電率顕微鏡及び走査型容量顕微鏡等では、標準試料１１の表面に形成された絶縁膜５の上にプローブを接触させつつ、標準試料１１に交流信号を印加する。そして、プローブ側に流れ込む信号電流を検出することで、絶縁膜５を介したプローブと標準試料１１との間の静電容量（又は非線形誘電率）を測定する。さらに、プローブを活性層２Ａ〜２Ｅを横切るように一定のピッチで移動させながら上述の測定を繰り返し行う。以上の測定により、既知のキャリア濃度を有する活性層に対する静電容量（又は非線形誘電率）の相関を求めることができる。この相関を利用して検査対象物の静電容量（又は非線形誘電率）の測定結果を校正することで検査対象物のキャリア濃度を定量できる。
【００４７】
本実施形態の標準試料１１は、キャリア濃度が異なる活性層間をキャリア濃度が低く抵抗率が大きい不活性層３で分離している。したがって、静電容量（又は非線形誘電率）測定において異なる活性層間に交流電流（信号電流）が流れるのを不活性層３で阻止することができる。このため、キャリア濃度と静電容量（又は非線形誘電率）との相関をより正確に求めることができ、走査型非線形誘電率顕微鏡及び走査型容量顕微鏡等によるキャリア濃度の定量測定にも好適である。
【００４８】
なお、標準試料１１の絶縁膜５がシリコン自然酸化膜である場合には、標準試料１１を走査型広がり抵抗顕微鏡法によるキャリア濃度の定量測定のための標準試料として用いることに何ら支障はない。これは、絶縁膜５がシリコン自然酸化膜の場合には、その膜厚が１ｎｍ程度と薄く、走査型広がり顕微鏡法でプローブを接触させる際に絶縁膜５を容易に突き破ることができるためである。
【００４９】
（その他の実施形態）
第１実施形態及び第２実施形態において、標準試料１０及び１１を構成する半導体基板１及びそのエピタキシャル膜である活性層２Ａ〜２Ｅ及び活性層３がシリコンからなる例について説明したが、これに限定されるものではない。半導体基板１及び活性層２Ａ〜２Ｅ及び不活性層３を構成する半導体材料としては、その他にもＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＧａＡｓ等を用いてもよい。
【００５０】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００５１】
（付記１）不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、前記複数の活性層に共通に接続された電極とを有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５２】
（付記２）前記不活性層の厚さが３０ｎｍ以上であることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５３】
（付記３）前記不活性層のキャリア濃度が１０15ｃｍ-3未満であることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５４】
（付記４）前記不純物は、リン、アンチモン、ホウ素及びアルミニウムのいずれかから選択されることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５５】
（付記５）前記活性層及び不活性層に垂直な断面の上に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５６】
（付記６）前記活性層及び前記不活性層は、半導体単結晶基板の上にエピタキシャル成長法により形成された層であることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５７】
（付記７）前記活性層の厚さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５８】
（付記８）半導体基板上に、不純物成分を添加せずに半導体材料を堆積させて不活性層を形成する工程と、前記不活性層上に第１の濃度の不純物成分を添加しつつ半導体層を堆積させて第１の活性層を形成する工程と、前記第１の活性層の上に不純物成分を添加せずに半導体材料を堆積させて不活性層を形成する工程と、前記第１の濃度と異なる濃度の不純物を添加しつつ半導体材料を堆積させて第２の活性層を形成する工程と、前記不活性層及び前記第１及び第２の活性層が形成された前記半導体基板を基板面に垂直な断面が露出するように切り出す工程と、前記断面の一つに金属膜を堆積させて前記第１及び第２の活性層に共通に接続する電極を形成する工程と、を有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡用標準試料の製造方法。
【００５９】
（付記９）走査プローブ顕微鏡により、標準試料の表面の局所的電気的特性を測定し、前記局所的電気特性とキャリア濃度との相関を求める工程と、前記標準試料の表面の局所的電気的特性を測定するのに使用したプローブで、検査対象物の局所的電気特性の分布を測定する工程と、前記標準試料の局所的電気特性とキャリア濃度との相関に基づいて、前記検査対象物の局所的電気特性の分布からキャリア濃度分布を求める工程とを有し、前記標準試料は不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、前記複数の活性層に共通に接続された電極とを有することを特徴とするキャリア濃度測定方法。
【符号の説明】
【００６０】
１、８１…半導体基板、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ…活性層、３…不活性層、４、８４…電極、５…絶縁膜、１０、１１、８０…標準試料、２１…プローブ、３１…対数アンプ、３２…検出器、３３…直流電源、３５…電流計、５１…検査対象物、８２Ａ，８２Ｂ、８２Ｃ、８２Ｄ…エピタキシャルシリコン膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査プローブ顕微鏡を用いた半導体材料中のキャリア濃度（不純物濃度）の定量測定に好適な走査プローブ顕微鏡用標準試料及びキャリア濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体装置の高集積化に伴い、ＬＳＩに含まれる半導体素子（例えばトランジスタ等）の微細化が進んでいる。このため、半導体装置内の微細な領域における局所的なキャリア濃度（不純物濃度）分布を高い分解能で正確に評価することが求められている。
【０００３】
半導体装置内の微細な領域におけるキャリア濃度分布を測定する方法として、走査型プローブ顕微鏡を応用した走査型広がり抵抗顕微鏡（SSRM：Scanning Spread Resistance Microscope）法、走査型容量顕微鏡（SCM：Scanning Capacitance Microscope）法及び走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM：Scanning Non-linear Dielectric Microscope）法等が知られている。
【０００４】
走査型広がり抵抗顕微鏡法は、図８に示すように、直流電源３３を介してプローブ２１と検査対象物（試料）５１との間に直流電圧を印加した状態でプローブ２１を一定の応力で検査対象物５１に接触させ、プローブ２１に流れ込む電流を電流計３５で検出する。そして、検査対象物５１とプローブ２１との間の電圧及びプローブ２１に流れ込む電流から広がり抵抗を求める。
【０００５】
プローブ２１の先端の接触部分の半径（以下、接触半径という）をａとし、試料の抵抗率をρとすると、プローブ近傍で試料の抵抗率ρが一定とみなせる場合には、広がり抵抗Ｒｃと検査対象物５１の抵抗率ρとの間にＲｃ≒ρ／２πａの関係式が成り立つ。また、試料が半導体材料（例えばシリコン）の場合には、抵抗率ρと不純物濃度（キャリア濃度）とは図９に示すような関係がある。したがって、広がり抵抗から検査対象物５１のキャリア濃度に関する定性的な知見が得られる。
【０００６】
以上のような測定を、プローブ２１を一定のピッチで移動させながら繰り返すことで、検査対象物５１内の広がり抵抗の分布及びキャリア濃度分布を求めることができる。
【０００７】
ところで、キャリア濃度分布をより正確に測定するためには、上述の関係式に基づいて検査対象物５１の正確な抵抗率ρを求める必要がある。ところが、走査プローブ顕微鏡に用いられるプローブ２１の先端の形状は測定に使用するプローブ毎に異なり、その先端も微細であることから、プローブ２１の接触半径ａを知ることは容易ではない。このため、上述の関係式に基づいて、広がり抵抗の測定結果のみからキャリア濃度を正確に求めることは困難である。
【０００８】
そこで、従来、図１０（ａ）に示すような標準試料８０を用いて広がり抵抗の測定値とキャリア濃度との相関を直接求め、これに基づいて検査対象物のキャリア濃度を定量する方法が試みられている。ここで、標準試料８０は、図１０（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板８１の一方の面側にキャリア濃度が異なる複数のエピタキシャルシリコン膜８２Ａ〜８２Ｄを積層したものである。各エピタキシャルシリコン膜８２Ａ〜８２Ｄのキャリア濃度は既知である。また、積層方向に平行な一方の切断面をプローブが接触する面とし、その反対側の切断面にシリコン層８２Ａ〜８２Ｄと共通接続された電極８４を形成している。広がり抵抗とキャリア濃度との相関は、標準試料８０のシリコン層８２Ａ〜８２Ｄを横切る方向にプローブ２１を移動させながら広がり抵抗の分布を測定することで求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−６４０６１号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２５９９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Journal of Vacuum Science and Technology B, 16, 394 (1998)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の標準試料８０で広がり抵抗を測定する場合に、例えば図１０（ｂ）に示すように、電流はプローブ２１が接触するエピタキシャルシリコン膜８２Ｂだけでなく、それに隣接するエピタキシャル膜８２Ｃ、８２Ａ等にも流れてしまう。そのため、標準試料８０における広がり抵抗の分布は標準試料８０のキャリア濃度の分布を正確に反映せず、図１１に示すように、広がり抵抗の分布に勾配が生じてしまう。したがって、従来の標準試料８０では、キャリア濃度と広がり抵抗との相関を正確に決定ことが困難である。
【００１２】
そこで、キャリア濃度と局所的電気特性（広がり抵抗、静電容量特性及び非線形誘電率特性を含む）との相関を従来よりも正確に求めることができる走査プローブ顕微鏡用標準試料及びキャリア濃度測定方法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】
一観点によれば、不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、前記複数の活性層に共通に接続された電極とを有する走査プローブ顕微鏡用標準試料が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上記一観点による走査プローブ顕微鏡用標準試料は、不純物が添加されてキャリア濃度が高い半導体材料からなる複数の活性層のそれぞれの間に、キャリア濃度が低く抵抗率が大きい半導体材料からなる不活性層を配置しているので、異なる活性層間での信号電流のリークを抑制することができる。したがって、上記一観点による走査プローブ顕微鏡用標準試料では、プローブが接触している活性層からの局所的電気特性のみを精度よく測定することができ、キャリア濃度と局所的電気特性との相関を従来よりも正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は第１実施形態に係る標準試料を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す標準試料のキャリア濃度の分布を示す図である。
【図２】図２は、プローブの接触部分が活性層の厚さよりも大きい場合の問題を示す模式図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る標準試料の製造途中の構造を示す断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る標準試料を用いたキャリア濃度と広がり抵抗との相関の求め方を示す模式図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る標準試料で広がり抵抗の測定を行う際の電流の流路を示す模式図である。
【図６】図６は、実験例による標準試料の広がり抵抗の測定結果を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る標準試料を示す斜視図である。
【図８】図８は、走査型広がり抵抗顕微鏡法の原理を示す模式図である。
【図９】図９は、室温におけるシリコンの抵抗率ρとｎ型不純物濃度及びｐ型不純物濃度との関係を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は従来の標準試料を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は従来の標準試料中を流れる信号電流を示す模式図である。
【図１１】図１１は、従来の標準試料中のキャリア濃度分布及び広がり抵抗分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、実施形態に係る標準試料を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す標準試料のキャリア濃度の分布を示す図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、標準試料１０は半導体基板１の上（図では左側）に、不活性層３及び活性層２Ａ〜２Ｅを交互に積層した構造を有している。ここでは、半導体基板１はシリコン単結晶からなるものとする。活性層２Ａ〜２Ｅ及び不活性層３は半導体基板１の上に形成されたエピタキシャル膜であり、半導体基板１と同じ半導体材料（ここではシリコン）からなる。
【００１９】
活性層２Ａ〜２Ｅには、それぞれ異なる濃度の不純物が添加されており図１（ｂ）に示すように、半導体基板１から離れた活性層ほどキャリア濃度が高くなっている。活性層２Ａ〜２Ｅのキャリア濃度は１０15ｃｍ-3〜１０21ｃｍ-3程度であり、正確なキャリア濃度は例えば４探針法等で測定して求めた抵抗率ρと図９に示すような不純物濃度と抵抗率との関係を示すデータとにより決定される。
【００２０】
各活性層２Ａ〜２Ｅに添加する不純物は、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）及びアンチモン（Ｓｂ）等のｎ型不純物や、ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）等のｐ型不純物とすることができる。
【００２１】
各活性層２Ａ〜２Ｅのそれぞれの厚さは、走査プローブ顕微鏡のプローブの先端の接触部分よりも十分に大きくすることが好ましい。図２は、プローブの接触部分が活性層の幅よりも大きい場合の問題を示す模式図である。例えば、図２に示すように、各活性層２Ａ、２Ｂ、２Ｃの厚さがプローブ２１の先端の接触部分の大きさよりも小さいと、プローブ２１の先端が複数の活性層２Ａ、２Ｂ、２Ｃに同時に接触してしまう。そして、複数の活性層２Ａ、２Ｂ、２Ｃを通過した電流がプローブ２１に流れ込んでしまい、キャリア濃度と広がり抵抗との相関を正確に求められなくなってしまう。例えば、プローブ２１の先端の接触部分の大きさが３０ｎｍ程度の場合には、各活性層２Ａ〜２Ｅの厚さは１００ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、不活性層３は各活性層２Ａ〜２Ｅの間に配置されている。この不活性層３は、不純物を添加せずに形成されたシリコン（Ｓｉ）膜からなり、その抵抗率は他の活性層２Ａ〜２Ｅよりも大きい。不活性層３は、隣接する活性層間に電流が流れることを阻止するのに十分な厚さとすることが重要であり、例えば３０ｎｍ以上の厚さとすることが好ましい。なお、不活性層３に少量の不純物が含有されていてもよいが、そのキャリア濃度は活性層２Ａ〜２Ｅのうちキャリア濃度が最も低い活性層のキャリア濃度よりも低いことが必要である。例えば、不活性層３のキャリア濃度は１０15ｃｍ-3未満とする。
【００２３】
各不活性層３及び各活性層２Ａ〜２Ｅからなる積層膜の厚さ（図１（ａ）において長さＬ1）は、一般的な走査プローブ顕微鏡による測定が可能な範囲よりも小さくすることが好ましく、例えば４０μｍ程度又はそれ以下とする。
【００２４】
標準試料１０の上面には、不活性層３及び活性層２Ａ〜２Ｅを基板面に対して垂直に切断した断面が表れている。また、標準試料１０の底面には電極４が形成されている。電極４は、例えば金（Ａｕ）などの金属膜からなり、活性層２Ａ〜２Ｅに共通接続されている。標準試料１０の大きさは例えば長さＬが５０００μｍ程度、幅Ｗが３０００μｍ程度、厚さＴが１００μｍ程度とすることができる。なお、図１では、活性層の数は２Ａ〜２Ｅの５層とした例を示しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて活性層の数を適宜増減させてもよい。
【００２５】
図３は、標準試料１０の製造途中の構造を示す断面図である。以下、図３を参照しつつ標準試料１０の製造方法について説明する。
【００２６】
まず、図３に示すように、シリコン（Ｓｉ）単結晶よりなる半導体基板１（ウエハ）を用意する。そして、この半導体基板１上に活性層２Ａ〜２Ｅ及び不活性層３をＣＶＤ（化学的気相成長）法により形成する。
【００２７】
すなわち、半導体基板１の表面を１０００℃以上に程度に加熱しながら、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）からなる原料ガスと接触させる。これにより、半導体基板１の上に不純物を添加していないシリコン（Ｓｉ）がエピタキシャル成長して不活性層３が完成する。
【００２８】
次に、不活性層３が形成された半導体基板１の上面を１０００℃以上に加熱しながら、トリクロロシランとフォスフィン（ＰＨ3）とを含む原料ガスと接触させる。これにより、不活性層３の上に不純物としてリン（Ｐ）を含むシリコン（Ｓｉ）膜がエピタキシャル成長し、活性層２Ａが完成する。活性層２Ａに含まれる不純物濃度は、トリクロロシランとフォスフィンとの比率で適宜調整する。その後、活性層２Ａの電気抵抗率を例えば４探針法等で測定する。
【００２９】
以後、同様の工程を繰り返すことにより、活性層２Ａの上に、順に、不活性層３、活性層２Ｂ、不活性層３、活性層２Ｃ、不活性層３、活性層２Ｄ、不活性層３、活性層２Ｅ、不活性層３及び活性層２Ｅを形成する。活性層２Ａ〜２Ｅの成膜時には、基板１から離れた活性層２Ａ〜２Ｅほど不純物濃度が高くなるように、トリクロロシランに対するフォスフィンガスの割合を増加する。以上の工程により、図３に示す積層構造が完成する。
【００３０】
以上の各工程において、活性層２Ａ〜２Ｅと不活性層３との間で不純物が拡散するのを抑制するために、半導体基板１の加熱は赤外線輻射加熱を用いて行うことが好ましい。この場合、数秒で１０００℃以上となるように急速に加熱して短時間で成膜及び冷却を行うことができる。
【００３１】
次に、図３に示す構造が形成された半導体基板１を、ダイシングソー等で切断して直方体状に整形し、積層構造を露出させる。その後、切断面を、例えばＣＭＰ法などで研磨して平坦化する。そして、一方の切断面の上にスパッタ法等で金（Ａｕ）膜を堆積させて電極４を形成する。
【００３２】
以上の工程により本実施形態に係る標準試料１０が完成する。
【００３３】
なお、上述の例では、活性層２Ａ〜２Ｅにｎ型不純物としてリン（Ｐ）を添加して標準試料１０を作製する例について説明したが、これに限定されるものではなく、活性層２Ａ〜２Ｅにｐ型不純物を添加してもよい。ｐ型不純物としてホウ素（Ｂ）を添加する場合には、例えば活性層２Ａ〜２Ｅを成膜する際の原料ガスとしてトリクロロシランとジボラン（Ｂ2Ｈ6）との混合ガスを用いればよい。
【００３４】
図４は、実施形態に係る標準試料を用いたキャリア濃度と広がり抵抗との相関の求め方を示す模式図である。図５は、第１実施形態に係る標準試料で広がり抵抗の測定を行う際の電流の流路を示す模式図である。以下、図４及び図５を参照しつつ、標準試料１０を用いたキャリア濃度と広がり抵抗Ｒｃとの相関の求め方について説明する。
【００３５】
図４に示すように、標準試料１０の電極４に直流電源３３を接続し、この直流電源３３を介して標準試料１０とプローブ２１との間に所定の直流電圧を印加する。次に、走査プローブ顕微鏡のプローブ２１を標準試料１０の表面に一定の応力で接触させる。そして、プローブ２１に流れ込む電流を対数アンプ３１で増幅した後、検出器３２で検出する。検出器３２で検出した電流と、プローブ２１及び標準試料１０の間の電圧とにより広がり抵抗を求める。
【００３６】
本実施形態に係る標準試料１０は、各活性層２Ａ〜２Ｅ間に不活性層３が配置されている。このため、例えば図５に示すように、プローブ２１の先端が活性層２Ｂと接触しているときに、隣接する他の活性層２Ａ、２Ｃとの間で電流（信号電流）が流れるのを抑制することができる。したがって、プローブ２１が活性層２Ｂに接触している間は、活性層２Ｂのキャリア濃度を反映した広がり抵抗を正確に求めることができる。
【００３７】
以上の測定を、プローブ２１を矢印Ａに示す方向（活性層２Ａ〜２Ｅ及び不活性層３を横切る方向）に一定のピッチで移動させつつ繰り返し行うことで、標準試料１０の広がり抵抗の分布を求める。これにより、それぞれキャリア濃度が異なる活性層２Ａ〜２Ｅにおける広がり抵抗を正確に測定できる。したがって、標準試料１０を用いることにより、キャリア濃度と広がり抵抗との相関が従来よりも正確に求まる。
【００３８】
また、標準試料１０の測定に使用したプローブを用いて検査対象物（半導体装置等）について走査型広がり抵抗顕微鏡法で広がり抵抗の分布を測定することで、標準試料１０で求めた相関を利用して検査対象物のキャリア濃度分布を求めることができる。
【００３９】
（実験例）
図６は、実験例に係る標準試料の広がり抵抗の測定結果を示す図である。なお、図６において縦軸は広がり抵抗の対数値を示し、横軸は図４に示すような構造の標準試料の左端を基準点（０）として矢印Ａ方向の位置を示している。以下、図６を参照しつつ本願発明者らが行った実験例について説明する。
【００４０】
本願発明者らは、各活性層２Ａ〜２Ｅにそれぞれ異なる濃度でリン（Ｐ）を添加した標準試料１０（図１参照）を作製した。なお、赤外干渉法により測定した各活性層の厚さはそれぞれ４μｍ程度であり、不活性層３の厚さはそれぞれ１μｍ程度である。作製した標準試料１０について四探針法で抵抗率を測定した。その結果、半導体基板１の抵抗率は５．０〜８．０Ωｃｍ、活性層２Ａの抵抗率は５．０Ωｃｍ、活性層２Ｂの抵抗率は０．７５Ωｃｍ、活性層２Ｃの抵抗率は０．３０Ωｃｍ、活性層２Ｄの抵抗率は０．０５Ωｃｍ、活性層２Ｅの抵抗率は０．０１５Ωｃｍであった。これらの抵抗率から求めた各活性層のキャリア濃度は、それぞれ活性層２Ａが１．０×１０15ｃｍ-3、活性層２Ｂが６．７×１０15ｃｍ-3、活性層２Ｃが１．８×１０16ｃｍ-3、活性層２Ｄが２．５×１０17ｃｍ-3、活性層２Ｅが１．５×１０18ｃｍ-3であった。
【００４１】
次に、標準試料１０について走査型広がり抵抗顕微鏡法で広がり抵抗の分布を測定した。その結果、図６に示すような広がり抵抗の分布が得られた。図６に示すように、各活性層に対応する部分では、広がり抵抗はプローブの位置によらずに一定の値となっている。このことから、キャリア濃度の異なる他の活性層から流入する電流の影響を抑制でき、キャリア濃度と広がり抵抗との相関が正確に求まることが確認できた。
【００４２】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る標準試料を示す斜視図である。
【００４３】
図７に示すように、本実施形態に係る標準試料１１は、標準試料１０（第１実施形態、図１参照）と同様に、半導体基板１の上に不活性層３及び活性層２Ａ〜２Ｅが交互に積層された構造を有している。また、標準試料１１の表面及び底面は、不活性層３及び活性層２Ａ〜２Ｅの積層方向に平行な面からなり、底面には活性層２Ａ〜２Ｅと共通に接続された電極４が形成されている点も標準試料１０と同様である。ただし、本実施形態の標準試料１１は、表面に絶縁膜５が形成されている点で標準試料１０と異なる。
【００４４】
この絶縁膜５は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）よりなり、標準試料１０を大気中に放置して自然酸化することで形成したものである。なお、絶縁膜５は、自然酸化以外にも、熱酸化法や周知の成膜法を用いて任意の厚さに形成してもよい。また、絶縁膜５を酸化シリコン以外の膜としてもよい。
【００４５】
この標準試料１１は、走査型非線形誘電率顕微鏡及び走査型容量顕微鏡等によるキャリア濃度測定の際の標準試料として用いることができる。
【００４６】
すなわち、走査型非線形誘電率顕微鏡及び走査型容量顕微鏡等では、標準試料１１の表面に形成された絶縁膜５の上にプローブを接触させつつ、標準試料１１に交流信号を印加する。そして、プローブ側に流れ込む信号電流を検出することで、絶縁膜５を介したプローブと標準試料１１との間の静電容量（又は非線形誘電率）を測定する。さらに、プローブを活性層２Ａ〜２Ｅを横切るように一定のピッチで移動させながら上述の測定を繰り返し行う。以上の測定により、既知のキャリア濃度を有する活性層に対する静電容量（又は非線形誘電率）の相関を求めることができる。この相関を利用して検査対象物の静電容量（又は非線形誘電率）の測定結果を校正することで検査対象物のキャリア濃度を定量できる。
【００４７】
本実施形態の標準試料１１は、キャリア濃度が異なる活性層間をキャリア濃度が低く抵抗率が大きい不活性層３で分離している。したがって、静電容量（又は非線形誘電率）測定において異なる活性層間に交流電流（信号電流）が流れるのを不活性層３で阻止することができる。このため、キャリア濃度と静電容量（又は非線形誘電率）との相関をより正確に求めることができ、走査型非線形誘電率顕微鏡及び走査型容量顕微鏡等によるキャリア濃度の定量測定にも好適である。
【００４８】
なお、標準試料１１の絶縁膜５がシリコン自然酸化膜である場合には、標準試料１１を走査型広がり抵抗顕微鏡法によるキャリア濃度の定量測定のための標準試料として用いることに何ら支障はない。これは、絶縁膜５がシリコン自然酸化膜の場合には、その膜厚が１ｎｍ程度と薄く、走査型広がり顕微鏡法でプローブを接触させる際に絶縁膜５を容易に突き破ることができるためである。
【００４９】
（その他の実施形態）
第１実施形態及び第２実施形態において、標準試料１０及び１１を構成する半導体基板１及びそのエピタキシャル膜である活性層２Ａ〜２Ｅ及び活性層３がシリコンからなる例について説明したが、これに限定されるものではない。半導体基板１及び活性層２Ａ〜２Ｅ及び不活性層３を構成する半導体材料としては、その他にもＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＧａＡｓ等を用いてもよい。
【００５０】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００５１】
（付記１）不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、前記複数の活性層に共通に接続された電極とを有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５２】
（付記２）前記不活性層の厚さが３０ｎｍ以上であることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５３】
（付記３）前記不活性層のキャリア濃度が１０15ｃｍ-3未満であることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５４】
（付記４）前記不純物は、リン、アンチモン、ホウ素及びアルミニウムのいずれかから選択されることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５５】
（付記５）前記活性層及び不活性層に垂直な断面の上に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５６】
（付記６）前記活性層及び前記不活性層は、半導体単結晶基板の上にエピタキシャル成長法により形成された層であることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５７】
（付記７）前記活性層の厚さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする付記１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【００５８】
（付記８）半導体基板上に、不純物成分を添加せずに半導体材料を堆積させて不活性層を形成する工程と、前記不活性層上に第１の濃度の不純物成分を添加しつつ半導体層を堆積させて第１の活性層を形成する工程と、前記第１の活性層の上に不純物成分を添加せずに半導体材料を堆積させて不活性層を形成する工程と、前記第１の濃度と異なる濃度の不純物を添加しつつ半導体材料を堆積させて第２の活性層を形成する工程と、前記不活性層及び前記第１及び第２の活性層が形成された前記半導体基板を基板面に垂直な断面が露出するように切り出す工程と、前記断面の一つに金属膜を堆積させて前記第１及び第２の活性層に共通に接続する電極を形成する工程と、を有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡用標準試料の製造方法。
【００５９】
（付記９）走査プローブ顕微鏡により、標準試料の表面の局所的電気的特性を測定し、前記局所的電気特性とキャリア濃度との相関を求める工程と、前記標準試料の表面の局所的電気的特性を測定するのに使用したプローブで、検査対象物の局所的電気特性の分布を測定する工程と、前記標準試料の局所的電気特性とキャリア濃度との相関に基づいて、前記検査対象物の局所的電気特性の分布からキャリア濃度分布を求める工程とを有し、前記標準試料は不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、前記複数の活性層に共通に接続された電極とを有することを特徴とするキャリア濃度測定方法。
【符号の説明】
【００６０】
１、８１…半導体基板、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ…活性層、３…不活性層、４、８４…電極、５…絶縁膜、１０、１１、８０…標準試料、２１…プローブ、３１…対数アンプ、３２…検出器、３３…直流電源、３５…電流計、５１…検査対象物、８２Ａ，８２Ｂ、８２Ｃ、８２Ｄ…エピタキシャルシリコン膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、
キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、
前記複数の活性層に共通に接続された電極と
を有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項２】
前記不活性層の厚さが、３０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項３】
前記不活性層のキャリア濃度が、１０15ｃｍ-3未満であることを特徴とする請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項４】
前記不純物は、リン、アンチモン、ホウ素及びアルミニウムのいずれかから選択されることを特徴とする請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項５】
前記活性層及び不活性層に垂直な断面の上に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項６】
半導体基板上に、不純物成分を添加せずに半導体材料を堆積させて不活性層を形成する工程と、
前記不活性層上に第１の濃度の不純物成分を添加しつつ半導体層を堆積させて第１の活性層を形成する工程と、
前記第１の活性層の上に不純物成分を添加せずに半導体材料を堆積させて不活性層を形成する工程と、
前記第１の濃度と異なる濃度の不純物を添加しつつ半導体材料を堆積させて第２の活性層を形成する工程と、
前記不活性層及び前記第１及び第２の活性層が形成された前記半導体基板を基板面に垂直な断面が露出するように切り出す工程と、
前記断面の一つに金属膜を堆積させて前記第１及び第２の活性層に共通に接続する電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡用標準試料の製造方法。
【請求項７】
走査プローブ顕微鏡により、標準試料の表面の局所的電気的特性を測定し、前記局所的電気特性とキャリア濃度との相関を求める工程と、
前記標準試料の表面の局所的電気的特性を測定するのに使用したプローブで、検査対象物の局所的電気特性の分布を測定する工程と、
前記標準試料の局所的電気特性とキャリア濃度との相関に基づいて、前記検査対象物の局所的電気特性の分布からキャリア濃度分布を求める工程とを有し、
前記標準試料は、不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、前記複数の活性層に共通に接続された電極とを有すること
を特徴とするキャリア濃度測定方法。
【請求項１】
不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、
キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、
前記複数の活性層に共通に接続された電極と
を有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項２】
前記不活性層の厚さが、３０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項３】
前記不活性層のキャリア濃度が、１０15ｃｍ-3未満であることを特徴とする請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項４】
前記不純物は、リン、アンチモン、ホウ素及びアルミニウムのいずれかから選択されることを特徴とする請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項５】
前記活性層及び不活性層に垂直な断面の上に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の走査プローブ顕微鏡用標準試料。
【請求項６】
半導体基板上に、不純物成分を添加せずに半導体材料を堆積させて不活性層を形成する工程と、
前記不活性層上に第１の濃度の不純物成分を添加しつつ半導体層を堆積させて第１の活性層を形成する工程と、
前記第１の活性層の上に不純物成分を添加せずに半導体材料を堆積させて不活性層を形成する工程と、
前記第１の濃度と異なる濃度の不純物を添加しつつ半導体材料を堆積させて第２の活性層を形成する工程と、
前記不活性層及び前記第１及び第２の活性層が形成された前記半導体基板を基板面に垂直な断面が露出するように切り出す工程と、
前記断面の一つに金属膜を堆積させて前記第１及び第２の活性層に共通に接続する電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡用標準試料の製造方法。
【請求項７】
走査プローブ顕微鏡により、標準試料の表面の局所的電気的特性を測定し、前記局所的電気特性とキャリア濃度との相関を求める工程と、
前記標準試料の表面の局所的電気的特性を測定するのに使用したプローブで、検査対象物の局所的電気特性の分布を測定する工程と、
前記標準試料の局所的電気特性とキャリア濃度との相関に基づいて、前記検査対象物の局所的電気特性の分布からキャリア濃度分布を求める工程とを有し、
前記標準試料は、不純物が添加された半導体からなり、キャリア濃度がそれぞれ異なる複数の活性層と、キャリア濃度が前記複数の活性層の何れよりも低い半導体材料により形成され、前記複数の活性層のそれぞれの間に配置された不活性層と、前記複数の活性層に共通に接続された電極とを有すること
を特徴とするキャリア濃度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２１８９８（Ｐ２０１１−２１８９８Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６４５１９（Ｐ２００９−１６４５１９）
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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