JPH06275690A - 半導体電気特性測定装置および測定方法 - Google Patents

半導体電気特性測定装置および測定方法

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JPH06275690A
JPH06275690A JP8385693A JP8385693A JPH06275690A JP H06275690 A JPH06275690 A JP H06275690A JP 8385693 A JP8385693 A JP 8385693A JP 8385693 A JP8385693 A JP 8385693A JP H06275690 A JPH06275690 A JP H06275690A
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JP
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measuring
semiconductor
measurement
field effect
insulating film
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JP8385693A
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Ikuhiro Yamaguchi
郁博 山口
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Casio Computer Co Ltd
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Casio Computer Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電界効果型薄膜トランジスタを実際に作成す
ることなく、その活性層となる半導体の電気特性を直接
測定する。 【構成】 測定装置は、絶縁膜3で被われた測定用ゲー
ト電極2の両側に測定用ソース電極4および測定用ドレ
イン電極5がそれぞれ露出されて設けられた構造となっ
ている。そして、測定用ソース電極4、測定用ドレイン
電極5およびその間の絶縁膜3の各露出面を半導体12
の表面に接触させると、この接触部分によってコプラナ
型の疑似電界効果型薄膜トランジスタが構成される。し
たがって、素子作成前に、素子作成後の通常のコプラナ
型の電界効果型薄膜トランジスタの場合と同等の測定を
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体電気特性測定装
置および測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電界効果型トランジスタの分野では、活
性層を構成する半導体の電気特性、特に電界効果に関す
る物性値、例えば電界効果移動度を評価することがあ
る。このような評価方法の1つとして、電界効果型トラ
ンジスタ(素子)を実際に作成した後に、その電気特性
を測定し、この測定値から電界効果移動度を算出する方
法がある。この方法では、電界効果移動度をその定義に
従って直接評価することができるが、素子を作成する必
要があるので、素子特性を予測するための前評価を行う
ことはできない。
【0003】一方、電界効果移動度をホール効果の側面
から評価する方法もある。すなわち、この方法は、半導
体に磁場を印加し、半導体中を電流が流れるときにホー
ル効果として生じる起電力を測定し、この測定値からホ
ール移動度を算出し、ホール移動度が電界効果移動度と
ほぼ一致するとの考えに基づき、電界効果移動度を間接
的に評価する方法である。この方法によれば、素子作成
前にも電界効果移動度を間接的に評価することができる
ので、素子特性を予測するための前評価を行うことがで
きる。しかしながら、この方法では、磁場発生手段を必
要とするので、一般に装置が大がかりになってしまう。
また、ホール移動度は電界効果移動度と全く同一なもの
ではないので、電界効果移動度を間接的にしか評価する
ことができず、特に多結晶半導体の場合には多くの結晶
粒界が存在するので、ホール移動度と電界効果移動度と
の対応がより一層複雑になり、間接的な評価では評価す
ることができない場合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導体電気特性測定方法では、前者の場合には素子特性を
予測するための前評価を行うことができないという問題
があり、後者の場合には一般に装置が大がかりになる
上、間接的な評価しか行うことができないという問題が
あった。この発明の目的は、簡単な装置で素子作成前に
半導体の電気特性を直接測定することのできる半導体電
気特性測定装置および測定方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の測定装置は、
絶縁膜で被われた測定用ゲート電極と、この測定用ゲー
ト電極の両側にそれぞれ露出されて設けられた測定用ソ
ース電極および測定用ドレイン電極とを具備し、前記測
定用ソース電極、前記測定用ドレイン電極およびその間
の前記絶縁膜の各露出面を測定対象物である半導体の表
面に接触させた際、この接触部分によって疑似電界効果
型トランジスタが構成されるようにしたものである。こ
の発明の測定方法は、請求項1記載の半導体電気特性測
定装置を用いて半導体の電気特性を測定する際、前記測
定用ソース電極、前記測定用ドレイン電極およびその間
の前記絶縁膜の各露出面を前記半導体の表面に接触さ
せ、この接触部分によって構成された疑似電界効果型ト
ランジスタの電気特性を測定するようにしたものであ
る。
【0006】
【作用】この発明によれば、測定用ソース電極、測定用
ドレイン電極およびその間の絶縁膜の各露出面を半導体
の表面に接触させ、この接触部分によって構成された疑
似電界効果型トランジスタの電気特性を測定することが
できるので、簡単な装置で素子作成前に半導体の電気特
性を直接測定することができる。
【0007】
【実施例】図1〜図3はこの発明の一実施例における半
導体電気特性測定装置を示したものである。この測定装
置はガラス等からなる絶縁基板1を備えている。絶縁基
板1の一の面(図2においては上面、図3においては下
面)の中央部にはクロム等の金属からなる測定用ゲート
電極2が設けられている。測定用ゲート電極2を含む絶
縁基板1の一の面の全体には酸化シリコン等からなる絶
縁膜3が設けられている。測定用ゲート電極2の両側に
おける絶縁膜3の表面の各所定の個所にはリンを多く添
加された多結晶シリコン等からなる測定用ソース電極4
および測定用ドレイン電極5がそれぞれ設けられてい
る。すなわち、絶縁膜3で被われた測定用ゲート電極2
の両側には測定用ソース電極4および測定用ドレイン電
極5がそれぞれ露出されて設けられている。なお、測定
用ソース電極4の所定の一部、測定用ドレイン電極5の
所定の一部およびその間の絶縁膜3の各露出面は同一平
面上に配置されている。
【0008】絶縁基板1の他の面(図2においては下
面、図3においては上面)にはクッション用のゴム板6
を介して樹脂等からなるホルダ7が設けられている。各
電極2、4、5には3本の導線8、9、10の各一端部
が接続されている。中央部の導線8は絶縁基板1、ゴム
板6およびホルダ7を挿通してホルダ7の所定の一の面
の外部に突出されている。両側の2本の導線9、10は
絶縁膜3、絶縁基板1、ゴム板6およびホルダ7を挿通
してホルダ7の所定の一の面の外部に突出されている。
ホルダ7の所定の一の面の外部に突出された3本の導線
8、9、10の各他端部は半導体パラメータアナライザ
11のそれぞれ対応する接続端子(図示せず)に接続さ
れている。一方、測定対象物である半導体12は、最終
的には電界効果型薄膜トランジスタの活性層となるもの
であって、ガラス等からなる絶縁基板13上に設けられ
ている。
【0009】さて、この測定装置で半導体12の電気特
性を測定する場合には、まず、特に図3に示すように、
測定用ソース電極4、測定用ドレイン電極5およびその
間の絶縁膜3の各露出面を半導体12の表面に接触さ
せ、この接触部分によって疑似電界効果型薄膜トランジ
スタを構成する。すなわち、この状態では、半導体12
の所定の一の部位(チャネル領域)の上面に絶縁膜3を
介して測定用ゲート電極2が配置され、その両側におけ
る半導体12(ソース領域およびドレイン領域)に測定
用ソース電極4および測定用ドレイン電極5がそれぞれ
接続された状態となり、したがって全体としてコプラナ
型の疑似電界効果型薄膜トランジスタが構成されること
になる。この結果、この測定装置で半導体12の電気特
性を測定すると、素子作成後の通常のコプラナ型の電界
効果型薄膜トランジスタの場合と同等の測定を行うこと
ができることになる。
【0010】ここで、半導体12として結晶性の異なる
2種類の真性多結晶シリコンを用意し、素子作成後の通
常の電界効果型薄膜トランジスタの場合と同様に、ドレ
イン電圧VDを一定(5V)に保ってゲート電圧VGS
0Vから漸次増加させながらドレイン電流IDを測定し
たところ、図4に示すような結果が得られた。図4にお
いて、曲線T1は半導体12として結晶性が比較的悪い
真性多結晶シリコンを用いた場合に得られたドレイン電
流IDを示し、曲線T2は半導体12として結晶性が比較
的良い真性多結晶シリコンを用いた場合に得られたドレ
イン電流IDを示す。そして、これら曲線T1、T2の傾
きは電界効果移動度に比例し、比例定数は半導体12と
は関係なくこの測定装置の構造と材料から決まるもので
あり、既知の定数である。したがって、これら曲線
1、T2の傾きから電界効果移動度を求めることができ
る。また、曲線T1とT2とを比較すると、曲線T2の方
が曲線T1よりも早く立ち上がっている。このことか
ら、半導体12の結晶性の良否についても評価すること
ができる。なお、この場合の疑似電界効果型薄膜トラン
ジスタの電気特性には、測定用ソース電極4、測定用ド
レイン電極5およびその間の絶縁膜3の各露出面の半導
体12の表面に対する接触面の粗さ等も影響する。しか
しながら、多結晶シリコンのようにそれ自体に欠陥が多
く存在する場合には、この欠陥が電気特性に与える影響
の方が大きい。したがって、測定された電気特性の良否
は半導体12自体の結晶性の良否と考えられる。
【0011】次に、素子作成後の通常の電界効果型薄膜
トランジスタの場合と同様に、ゲート電圧VGSを一定
(5V)に保ってドレイン電圧VDを0Vから漸次増加
させながらドレイン電流IDを測定したところ、図5に
示すような結果が得られた。そして、半導体12が多結
晶シリコンからなる場合には、図5に示す曲線の直線領
域は次の式で与えられる。 ID=I0{1+(qVD/2kT)×(LG/L)} ただし、I0は図5に示す曲線の直線外挿のドレイン電
流に関する切片、qは素電荷、kはボルツマン定数、T
は測定時の温度、LGは多結晶シリコンの結晶子サイ
ズ、Lは測定用ソース電極4と測定用ドレイン電極5と
の間の距離である。したがって、図5に示す曲線から切
片I0と傾きを求めると、上記式から結晶子サイズLG
求められ、結晶子サイズLGを評価することもできる。
【0012】以上のように、この測定装置では、測定用
ソース電極4、測定用ドレイン電極5およびその間の絶
縁膜3の各露出面を半導体12の表面に接触させ、この
接触部分によって構成された疑似電界効果型トランジス
タの電気特性を測定することができるので、簡単な装置
で素子作成前に半導体12の電気特性を直接測定するこ
とができ、ひいては簡単な装置で素子特性を予測するた
めの前評価を直接的に行うことができる。
【0013】ところで、上述した測定装置では、3つの
測定用電極2、4、5を絶縁基板11上に1組だけ設け
ているので、一例として、ガラス等からなる絶縁基板1
およびこの絶縁基板1にクッション用のゴム板6を介し
て接着された樹脂等からなるホルダ7の大きさを3×3
cm程度とすると、手で支持し且つ容易に移動し得る程
度に小型軽量化することができる。この結果、半導体1
2の任意の点の局所的な評価を行う場合、容易に行うこ
とができ、したがって電界効果型トランジスタの簡易な
測定装置として利用することができる。
【0014】なお、この発明は、1点のみの測定ではな
く、多点を同時に測定することのできる測定装置にも適
用することができる。例えば、図2および図3と同一名
称部分には同一の符号を付した図6および図7に示すよ
うに、3つで1組の測定用電極2、4、5を絶縁基板1
上に5組設けた構成としてもよい。この場合、測定用ソ
ース電極4は共通にすることができるので、その一部を
共通化している。この測定装置の大きさは、一例とし
て、10×10cm程度となっている。このようにする
と、大面積の半導体12の多点を同時に測定することが
できるので、電界効果型トランジスタの量産工程におけ
る簡易な測定装置として利用することができる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、測定用ソース電極、測定用ドレイン電極およびその
間の絶縁膜の各露出面を半導体の表面に接触させ、この
接触部分によって構成された疑似電界効果型トランジス
タの電気特性を測定することができるので、簡単な装置
で素子作成前に半導体の電気特性を直接測定することが
でき、ひいては簡単な装置で素子特性を予測するための
前評価を直接的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例における半導体電気特性測
定装置の概略構成図。
【図2】この測定装置の要部の下側から見た斜視図。
【図3】図1の一部の断面図。
【図4】この測定装置で測定して得られたVGS−ID
性を示す図。
【図5】この測定装置で測定して得られたVD−ID特性
を示す図。
【図6】この発明の他の実施例における半導体電気特性
測定装置の底面図。
【図7】図6のA−A線に沿う断面図。
【符号の説明】
2 測定用ゲート電極 3 絶縁膜 4 測定用ソース電極 5 測定用ドレイン電極 12 半導体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜で被われた測定用ゲート電極と、
    この測定用ゲート電極の両側にそれぞれ露出されて設け
    られた測定用ソース電極および測定用ドレイン電極とを
    具備し、 前記測定用ソース電極、前記測定用ドレイン電極および
    その間の前記絶縁膜の各露出面を測定対象物である半導
    体の表面に接触させた際、この接触部分によって疑似電
    界効果型トランジスタが構成されるようにしたことを特
    徴とする半導体電気特性測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体電気特性測定装置
    を用いて半導体の電気特性を測定する際、前記測定用ソ
    ース電極、前記測定用ドレイン電極およびその間の前記
    絶縁膜の各露出面を前記半導体の表面に接触させ、この
    接触部分によって構成された疑似電界効果型トランジス
    タの電気特性を測定するようにしたことを特徴とする半
    導体電気特性測定方法。
JP8385693A 1993-03-19 1993-03-19 半導体電気特性測定装置および測定方法 Pending JPH06275690A (ja)

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