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JP2986008B2 - Voltage distribution observation device, voltage probe, and method of manufacturing voltage probe - Google Patents

Voltage distribution observation device, voltage probe, and method of manufacturing voltage probe

Info

Publication number
JP2986008B2
JP2986008B2 JP6221416A JP22141694A JP2986008B2 JP 2986008 B2 JP2986008 B2 JP 2986008B2 JP 6221416 A JP6221416 A JP 6221416A JP 22141694 A JP22141694 A JP 22141694A JP 2986008 B2 JP2986008 B2 JP 2986008B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
voltage probe
probe
junction
observed
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP6221416A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0888252A (en
Inventor
健二 福澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP6221416A priority Critical patent/JP2986008B2/en
Publication of JPH0888252A publication Critical patent/JPH0888252A/en
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Publication of JP2986008B2 publication Critical patent/JP2986008B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、汎用的でかつ高空間分
解能を有する電圧分布観測装置および電圧プローブなら
びに電圧プローブの作製法に関し、たとえば、集積回路
等被観測物体の動作時の電圧を観測し、被観測物体の表
面状態を確認する技術に適用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a general-purpose voltage distribution observing apparatus having a high spatial resolution, a voltage probe, and a method of manufacturing a voltage probe. The present invention also relates to a technique that is effective when applied to a technique for confirming the surface state of an object to be observed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、高空間分解能で電圧を測定するこ
とが種々の分野で望まれている。また、プローブは非破
壊でかつ電圧分布に電気的に擾乱を与えないことが求め
られる。特に、半導体集積回路では、サブミクロンで配
線が設けられているため、回路内の信号波形を検査する
際にもサブミクロン以上の分解能が必要とされている。
従来、非接触で電圧分布をプローブする方法としては、
高空間分解能を有する電圧プローブでは、トンネル電流
(図9)と、静電気力(図10)を利用したものがあ
る。トンネル電流Iは概ね次式で表される。
2. Description of the Related Art Conventionally, it has been desired in various fields to measure a voltage with high spatial resolution. Further, the probe is required to be non-destructive and not to electrically disturb the voltage distribution. In particular, in a semiconductor integrated circuit, since wiring is provided in submicron, a resolution of submicron or more is required even when inspecting a signal waveform in the circuit.
Conventionally, non-contact methods for probing voltage distribution include:
Some voltage probes having a high spatial resolution use a tunnel current (FIG. 9) and an electrostatic force (FIG. 10). The tunnel current I is approximately represented by the following equation.

【0003】 I∝VDexp(−φZ) (1) ここで、Vはバイアス電圧、Dは状態密度、φはトンネ
ル障壁、Zは被観測物体とプローブ間の距離である。す
なわち、トンネル電流Iが分かれば、バイアス電圧を知
ることができる。
I∝VDexp (−φZ) (1) Here, V is a bias voltage, D is a state density, φ is a tunnel barrier, and Z is a distance between the observed object and the probe. That is, if the tunnel current I is known, the bias voltage can be known.

【0004】図9はこの方法を説明したものであり、文
献(Appl.Phys lett.,(1986),Vol.48(8),p514)に開示さ
れた技術である。1は集積回路等の被観測物体、201
および202は電極、3は電圧印加手段、4は探針、5
は電流測定手段、6は導線である。ここで示した例で
は、被観測物体1が電気抵抗を有するために電圧降下を
生じ、被観測物体1の表面では電圧分布が現れる。この
方法では、探針4にdc電圧と正弦的に変化するac電
圧を印加する。印加電圧によって、dc電圧およびac
電圧成分を有するトンネル電流が誘起される。また、a
c電圧成分は探針4と被観測物体1の距離の制御に用
い、dc電圧成分が零になるように印加電圧を制御し、
そのときの印加電圧から探針4と被観測物体1間の電圧
が分かる。
FIG. 9 illustrates this method, which is a technique disclosed in the literature (Appl. Phys lett., (1986), Vol. 48 (8), p514). 1 is an object to be observed such as an integrated circuit, 201
And 202 are electrodes, 3 is a voltage applying means, 4 is a probe, 5
Is a current measuring means, and 6 is a conducting wire. In the example shown here, a voltage drop occurs because the observed object 1 has electric resistance, and a voltage distribution appears on the surface of the observed object 1. In this method, an ac voltage that changes sinusoidally with the dc voltage is applied to the probe 4. Depending on the applied voltage, dc voltage and ac
A tunnel current having a voltage component is induced. Also, a
The c voltage component is used for controlling the distance between the probe 4 and the observed object 1, and the applied voltage is controlled so that the dc voltage component becomes zero.
The voltage between the probe 4 and the observed object 1 can be determined from the applied voltage at that time.

【0005】図10は、静電気力を利用した表面電位測
定法であり、電子情報通信学会発行「電子情報通信学会
技術研究報告、OME92-3」に開示された技術である。
41は先端に突起を有する片持ち梁状の探針で、検査側
の面には導電体411が塗布されている。前記探針41
の先端下部は先鋭部412を構成し、先鋭部412の先
端が前記被観測物体1の表面に対面するようになってい
る。また、前記探針41の後端部分は平面XYおよび縦
Z方向の3軸方向に探針41を移動制御する結果、先鋭
部412は被観測物体1の表面に対して相対的位置関係
を制御される。3および31は電圧印加手段であり、
6,61,62は導線である。電圧印加手段3は導線6
を介して被観測物体1の電極201および電極202に
所定の電圧を印加するようになっている。また、前記電
圧印加手段31は導電体411と導線6間に所定の電圧
を印加する。
FIG. 10 shows a method of measuring a surface potential using an electrostatic force, which is disclosed in "Technical Research Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, OME92-3" published by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers.
Reference numeral 41 denotes a cantilever probe having a projection at the tip, and a conductor 411 is applied to the surface on the inspection side. The probe 41
The lower part of the tip forms a sharp part 412, and the tip of the sharp part 412 faces the surface of the observed object 1. The rear end portion of the probe 41 controls the movement of the probe 41 in the three axial directions of the plane XY and the vertical Z direction. As a result, the sharp portion 412 controls the relative positional relationship with the surface of the object 1 to be observed. Is done. 3 and 31 are voltage applying means,
Reference numerals 6, 61 and 62 denote conductors. The voltage applying means 3 is a conductor 6
A predetermined voltage is applied to the electrode 201 and the electrode 202 of the observed object 1 via the. Further, the voltage applying means 31 applies a predetermined voltage between the conductor 411 and the conductor 6.

【0006】前記探針41の動き、すなわち、被観測物
体1の表面と探針41の距離は、いわゆる「光てこ法」
と呼称される方法で検出制御される。光てこ法について
は、Appl.Phys.Lett.,(1988),vol.53(12),p1045 に記載
されている。この光てこ法では、レーザ光源28から発
光されたレーザビーム30を、前記探針41に照射する
とともに、その反射光を検出器29で検出するようにな
っている。前記検出器29は、2分割形フォトダイオー
ド構造となっている。この方法によると、被観測物体面
と鉛直方向の距離をnmオーダで検出することが可能
で、この変位を検出して探針41に働く力を測定する。
The movement of the probe 41, that is, the distance between the surface of the object 1 to be observed and the probe 41 is a so-called "optical lever method".
The detection is controlled by a method referred to as The optical lever method is described in Appl. Phys. Lett., (1988), vol. 53 (12), p1045. In this optical lever method, a laser beam 30 emitted from a laser light source 28 is applied to the probe 41, and the reflected light is detected by a detector 29. The detector 29 has a two-part photodiode structure. According to this method, the distance in the vertical direction from the surface of the object to be observed can be detected on the order of nm, and this displacement is detected to measure the force acting on the probe 41.

【0007】前記電圧印加手段31で電圧を探針41に
印加することにより、探針先端の先鋭部412に静電荷
が生じ、被観測物体1の表面に生じている静電荷との間
に働く静電気力を検出することにより、表面の電位分布
を得ている。さらに探針41に働く静電気力を原子間力
等の他の力と弁別するために、前記電圧印加手段3の印
加電圧を正弦的に変調し、それに対する探針41の応答
のうちの基本周波数成分あるいは倍周波数を検波し、表
面電位を得ている。
[0007] When a voltage is applied to the probe 41 by the voltage applying means 31, an electrostatic charge is generated at the sharp portion 412 at the tip of the probe, and acts between the electrostatic charge generated on the surface of the object 1 to be observed. The potential distribution on the surface is obtained by detecting the electrostatic force. Further, in order to discriminate the electrostatic force acting on the probe 41 from other forces such as an atomic force, the voltage applied by the voltage applying means 3 is sinusoidally modulated, and the fundamental frequency of the response of the probe 41 to the voltage is modulated. The component or the double frequency is detected to obtain the surface potential.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の電圧プローブでは、以下に示すような問題点が
あった。図9に示す方法では、高空間分解能が達成でき
るが、トンネル電流を利用しているため、被観測物体の
表面が絶縁材料で覆われているときには適用できない。
式(1)から明らかなように、トンネル電流は、バイア
ス電圧だけでなく、被観測物体の種類によっても異な
り、表面の物質の種類によって異なる。また、同じ物質
でも表面状態によって異なる。そのため、限定された条
件でしか定量的な測定ができなかった。結局、図9に示
した方法では、被観測物体に制限があり汎用性に乏しい
という問題があった。
However, the above-mentioned conventional voltage probe has the following problems. Although the method shown in FIG. 9 can achieve high spatial resolution, it cannot be applied when the surface of the object to be observed is covered with an insulating material because a tunnel current is used.
As is apparent from the equation (1), the tunnel current differs depending not only on the bias voltage but also on the type of the object to be observed, and differs depending on the type of the material on the surface. Further, the same substance differs depending on the surface state. Therefore, quantitative measurement could be performed only under limited conditions. Eventually, the method shown in FIG. 9 has a problem in that the object to be observed is limited and versatility is poor.

【0009】また、式(1)から、トンネル電流は電圧
に比例する。そこで、感度を変更したいときには距離Z
を変更する必要があるが、分解能が変化してしまうとい
う問題が発生する。
From equation (1), the tunnel current is proportional to the voltage. Therefore, if you want to change the sensitivity,
Needs to be changed, but there is a problem that the resolution changes.

【0010】図10に示した方法でも、高空間分解能が
得られ、しかも感度が探針のサイズによらないというメ
リットがあるが、探針に働く力から静電気力を弁別する
ために探針を強制的に振動させる必要がある。この過程
があるため、この方法では応答速度は強制振動の周波数
に限定され、MHzオーダの応答速度を得るのは難しい
という問題がある。
The method shown in FIG. 10 also has the advantage that a high spatial resolution can be obtained and the sensitivity does not depend on the size of the probe, but the probe is used to discriminate the electrostatic force from the force acting on the probe. It is necessary to vibrate forcibly. Due to this process, this method has a problem that the response speed is limited to the frequency of the forced vibration, and it is difficult to obtain a response speed on the order of MHz.

【0011】本発明の目的は、汎用的でかつ高空間分解
能を有する電圧分布観測装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a voltage distribution observing apparatus which is versatile and has a high spatial resolution.

【0012】本発明の他の目的は、高空間分解能が可能
な電圧プローブおよびその作製法を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a voltage probe capable of high spatial resolution and a method of manufacturing the same.

【0013】本発明の前記目的並びにその他の目的及び
新規な特徴は、本明細書の記載及び添付図面によって明
らかにする。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明の被観測物体に所
定の電圧を印加する電圧印加手段と、前記被観測物体の
上方に先端を臨ませかつ後端を3軸方向の制御が可能な
操作機構に支持される半導体で形成される電圧プローブ
と、前記電圧プローブにレーザビームを照射するととも
に反射光を検出器で検出して前記被観測物体と電圧プロ
ーブとの距離を測定する測距機構とからなるとともに、
前記電圧プローブは一部にpn接合が設けられるととも
に前記接合間を流れる電流を検出する電流検出手段が設
けられ、かつ前記pn接合の一方の電極部分は前記被観
測物体の一部に電気的に接続された構造となっている。
前記電圧プローブは、片持ち梁形状となるとともに、電
圧測定手段(電圧強度測定手段)としてpn接合を有す
る構造となっている。この電圧プローブは、被観測物体
と電圧プローブとの距離を光てこ法によって制御される
ようになっている。
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application. That is, the semiconductor device supported by the voltage applying means for applying a predetermined voltage to the object to be observed according to the present invention, and an operating mechanism which allows the front end to face above the object to be observed and the rear end of which can be controlled in three axial directions. A voltage probe formed with a distance measuring mechanism that irradiates a laser beam to the voltage probe and detects reflected light with a detector to measure the distance between the observed object and the voltage probe.
The voltage probe is partially provided with a pn junction and provided with current detection means for detecting a current flowing between the junctions, and one electrode portion of the pn junction is electrically connected to a part of the object to be observed. It has a connected structure.
The voltage probe has a cantilever shape and has a pn junction as a voltage measuring means (voltage strength measuring means). In this voltage probe, the distance between the object to be observed and the voltage probe is controlled by an optical lever method.

【0015】本発明の他の実施例による電圧プローブ
は、電圧プローブの測定用先端部分は突起部となるとと
もに、前記突起部の先端周囲は金属膜で被覆され、かつ
前記金属膜から露出する電圧プローブ部分は開口とな
り、さらに前記金属膜は被観測物体と概ね同電圧に調整
されて使用されるように構成されている。
In a voltage probe according to another embodiment of the present invention, a measuring tip of the voltage probe is a projection, and a periphery of the tip of the projection is covered with a metal film and a voltage exposed from the metal film. The probe portion becomes an opening, and the metal film is configured to be used after being adjusted to substantially the same voltage as the object to be observed.

【0016】本発明の電圧分布観測装置の電圧プローブ
の作製法においては、半導体基板の主面に第1導電型決
定不純物をドーピングして第1導電型層を形成する工程
と、前記第1導電型層上にエピタキシャル成長によると
第1導電型からなるエピタキシャル層を形成する工程
と、前記エピタキシャル層の表層部分に第2導電型決定
不純物を拡散させて第2導電型領域を形成してpn接合
を形成する工程と、前記第2導電型領域およびエピタキ
シャル層上にそれぞれ電極を形成する工程と、前記半導
体基板の裏面に選択的に絶縁膜を形成した後前記絶縁膜
をエッチングマスクとして前記半導体基板および第1導
電型層をエッチング除去して片持ち梁形状の電圧プロー
ブを形成する工程とを有する構成となっている。
In a method of manufacturing a voltage probe of a voltage distribution observation apparatus according to the present invention, a step of doping a first conductivity type determining impurity on a main surface of a semiconductor substrate to form a first conductivity type layer; Forming an epitaxial layer of the first conductivity type by epitaxial growth on the mold layer; and diffusing a second conductivity type determining impurity into a surface portion of the epitaxial layer to form a second conductivity type region to form a pn junction. Forming an electrode on each of the second conductivity type region and the epitaxial layer; and selectively forming an insulating film on the back surface of the semiconductor substrate. Etching the first conductivity type layer to form a cantilever-shaped voltage probe.

【0017】[0017]

【作用】上記した手段によれば、本発明の電圧プローブ
は、電圧強度測定手段としてpn接合を有する構造とな
っているが、pn接合で生ずる光電流はpn接合に印加
される電圧に依存する。そのため、pn接合を有する微
小電圧プローブを被観測物体に接近させれば、被観測物
体からの電圧によりpn接合に印加される電圧が変化
し、光電流が変化する。すなわち、光電流の変化を観測
することにより電圧分布を得ることができる。
According to the above-mentioned means, the voltage probe of the present invention has a structure having a pn junction as a voltage intensity measuring means, but the photocurrent generated at the pn junction depends on the voltage applied to the pn junction. . Therefore, when a minute voltage probe having a pn junction is brought close to the object to be observed, the voltage applied to the pn junction changes due to the voltage from the object to be observed, and the photocurrent changes. That is, a voltage distribution can be obtained by observing a change in photocurrent.

【0018】本発明の電圧プローブは、原理的に電圧の
みに敏感なので、被観測物体や測定条件に関して汎用性
に優れる。
Since the voltage probe of the present invention is sensitive to only voltage in principle, it is excellent in versatility with respect to an object to be observed and measurement conditions.

【0019】また、本発明の電圧プローブは、光電流の
検出はpn接合に発生する光電流に基づいているので、
高周波応答性はGHzオーダとなり、高周波応答性が良
好となる。
In the voltage probe of the present invention, the detection of the photocurrent is based on the photocurrent generated at the pn junction.
The high frequency response is on the order of GHz, and the high frequency response is good.

【0020】また、本発明の電圧プローブにおいては、
動作点を電子雪崩が生ずる領域になるように逆バイアス
をかけると、電圧感度が向上する。これは、バイアス電
圧を調整することにより感度の調整が可能であることを
意味している。
Further, in the voltage probe of the present invention,
When a reverse bias is applied so that the operating point is in a region where an avalanche occurs, the voltage sensitivity is improved. This means that the sensitivity can be adjusted by adjusting the bias voltage.

【0021】本発明の電圧プローブは片持ち梁形状とな
っている。この結果、光てこ法を採用できるため、光検
出器と被観測物体との距離の制御がnmのオーダで行え
るため、原子間力を利用することもできる。
The voltage probe of the present invention has a cantilever shape. As a result, since the optical lever method can be adopted, the distance between the photodetector and the object to be observed can be controlled on the order of nm, and the atomic force can also be used.

【0022】本発明の他の実施例による電圧プローブ
は、電圧プローブの先端に金属膜で周囲を囲まれた構造
としての開口を有する構造となっていることから、実効
的なpn接合部分の面積が小さくなり、空間分解能が高
くなる。
A voltage probe according to another embodiment of the present invention has a structure having an opening as a structure surrounded by a metal film at the tip of the voltage probe. And the spatial resolution increases.

【0023】本発明の電圧プローブの作製法において
は、半導体基板の主面側に形成したエピタキシャル層を
利用してpn接合を形成した構造となっていることか
ら、被観測物体からの電圧によりpn接合に印加される
電圧の変化を利用して、光電流の変化を高精度に観測す
るができ、被観測物体表面の電圧分布を高精度に検出す
ることができる。
In the method of manufacturing the voltage probe of the present invention, since the pn junction is formed by using the epitaxial layer formed on the main surface side of the semiconductor substrate, the pn junction is formed by the voltage from the object to be observed. Using the change in the voltage applied to the junction, the change in the photocurrent can be observed with high accuracy, and the voltage distribution on the surface of the object to be observed can be detected with high accuracy.

【0024】また、本発明の電圧プローブは半導体基板
側に設けたエピタキシャル層を電圧プローブの本体とし
て使用することから、微細な高精度な電圧プローブが形
成できる。
Further, since the voltage probe of the present invention uses the epitaxial layer provided on the semiconductor substrate side as the main body of the voltage probe, a fine and highly accurate voltage probe can be formed.

【0025】[0025]

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.

【0026】図1は、本発明の一実施例による電圧プロ
ーブを使用した電圧分布観測装置の概要を示す模式図で
ある。本実施例においては、前記図10に示す構造の電
圧分布観測装置において、電圧プローブと、この電圧プ
ローブに付随するものが異なるだけである。集積回路等
の被観測物体1の両端上面には、それぞれ電極201お
よび電極202が設けられるとともに、これら電極20
1および電極202には、導線6を介して電圧印加手段
3によって所定の電圧が印加されるようになっている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a voltage distribution observation apparatus using a voltage probe according to one embodiment of the present invention. In the present embodiment, the voltage distribution observation apparatus having the structure shown in FIG. 10 is different from the voltage probe only in the voltage probe and the one attached to the voltage probe. Electrodes 201 and 202 are provided on the upper surfaces of both ends of the object 1 to be observed such as an integrated circuit, respectively.
A predetermined voltage is applied to the electrode 1 and the electrode 202 by the voltage applying means 3 via the conducting wire 6.

【0027】前記被観測物体1の上方一側には走査機構
52が設けられるとともに、この走査機構52からは片
持ち梁状に電圧プローブ42が傾斜して延在している。
電圧プローブ42の先端は、前記被観測物体1の表面近
傍に対面する。
A scanning mechanism 52 is provided above the object 1 to be observed, and a voltage probe 42 is inclined from the scanning mechanism 52 and extends in a cantilever shape.
The tip of the voltage probe 42 faces near the surface of the observed object 1.

【0028】また、前記被観測物体1の表面と、電圧プ
ローブ42との間隔を測定するために、光てこ法が採用
されている。すなわち、前記電圧プローブ42の上面側
において、レーザ光源28から発光されたレーザビーム
30を、前記電圧プローブ42に照射するとともに、そ
の反射光を検出器29で検出するようになっている。本
実施例では可視光のレーザを用いた。前記検出器29
は、2分割形フォトダイオード構造となっている。この
方法によると、被観測物体1と電圧プローブ42との間
の鉛直方向の距離をnmオーダで検出することが可能と
なる。また、この変位を検出して電圧プローブ42に働
く力を検出する。
In order to measure the distance between the surface of the object 1 to be observed and the voltage probe 42, an optical lever method is employed. That is, on the upper surface side of the voltage probe 42, a laser beam 30 emitted from the laser light source 28 is applied to the voltage probe 42, and the reflected light is detected by the detector 29. In this embodiment, a visible light laser is used. The detector 29
Has a two-segmented photodiode structure. According to this method, it is possible to detect the vertical distance between the observed object 1 and the voltage probe 42 on the order of nm. Further, by detecting this displacement, the force acting on the voltage probe 42 is detected.

【0029】前記電圧プローブ42は半導体で形成され
ている。ここで、前記電圧プローブ42の作製(製造)
方法について、図2〜図6を参照しながら説明する。図
2に示すように、最初に厚さ数100μmのシリコン
(半導体)基板33が用意される。このシリコン基板3
3は、その主面の面方位は(100)となっている。前
記シリコン基板33の主面には、厚さ数μmのボロン
(アクセプタ)をドープしたp型の半導体層32が形成
されている。また、前記半導体層32上には厚さ数μm
のエピタキシャル層からなるp型層23が形成される。
また、前記シリコン基板33の裏面(下面)には、スパ
ッタリング法によって厚さ数μmの酸化シリコン膜34
が設けられる。
The voltage probe 42 is formed of a semiconductor. Here, production (manufacture) of the voltage probe 42
The method will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, first, a silicon (semiconductor) substrate 33 having a thickness of several 100 μm is prepared. This silicon substrate 3
In No. 3, the plane orientation of the main surface is (100). On the main surface of the silicon substrate 33, a p-type semiconductor layer 32 doped with boron (acceptor) having a thickness of several μm is formed. The semiconductor layer 32 has a thickness of several μm.
A p-type layer 23 of an epitaxial layer is formed.
On the back (lower) surface of the silicon substrate 33, a silicon oxide film 34 having a thickness of several μm is formed by a sputtering method.
Is provided.

【0030】つぎに、図3に示すように、常用のホトリ
ソグラフィによって前記p型層23の一端側にドナーと
なるリンをドープしたn領域24が形成され、p型層2
3との間にpn接合を形成する。pn接合の位置は、ド
ープ後のアニーリング条件で調節した。pn接合の位置
は、シリコンの可視域での吸収係数αが概ね5μm-1で
あるため、レーザ光源28からのレーザビーム30に暴
露される側から深さ数μm以下が望ましい。
Next, as shown in FIG. 3, an n region 24 doped with phosphorus serving as a donor is formed at one end of the p-type layer 23 by ordinary photolithography.
3 and a pn junction is formed. The position of the pn junction was adjusted under annealing conditions after doping. Since the absorption coefficient α of silicon in the visible region is approximately 5 μm −1, the position of the pn junction is preferably several μm or less from the side exposed to the laser beam 30 from the laser light source 28.

【0031】つぎに、前記p型層23およびn領域24
の上面には選択的に絶縁膜25が形成されるとともに、
前記p型層23およびn領域24の表層部には部分的に
p+型高不純物濃度領域231およびn+ 型高不純物濃
度領域241がオーミックコンタクト領域として形成さ
れる。前記p+ 型高不純物濃度領域231およびn+型
高不純物濃度領域241は、前記p型層23およびn領
域24より高濃度となるように、それぞれ、アクセプタ
となる原子(たとえば、ボロン)、ドナーとなる原子
(たとえば、リン)を多量にドープした。
Next, the p-type layer 23 and the n region 24
An insulating film 25 is selectively formed on the upper surface of
A p + -type high impurity concentration region 231 and an n + -type high impurity concentration region 241 are partially formed as ohmic contact regions in the surface layers of the p-type layer 23 and the n region 24. The p + -type high impurity concentration region 231 and the n + -type high impurity concentration region 241 have higher concentrations than the p-type layer 23 and the n region 24, respectively. (For example, phosphorus) was heavily doped.

【0032】つぎに、前記露出したp+ 型高不純物濃度
領域231およびn+ 型高不純物濃度領域241上に
は、それぞれアルミニウムからなる電極21および電極
22が形成される。
Next, electrodes 21 and 22 made of aluminum are formed on the exposed p + -type high impurity concentration regions 231 and n + -type high impurity concentration regions 241, respectively.

【0033】つぎに、図4に示すように、p型層23と
n領域24が重なり合った右端部分が、所望の形状に
(図中では一定の長さaだけ)エッチング除去される。
また、前記シリコン基板33の主面側、すなわち、電極
21および電極22が設けられた表面側は、ポリイミド
がコーティングされてポリイミド層35が形成される。
Next, as shown in FIG. 4, the right end portion where the p-type layer 23 and the n region 24 overlap with each other is removed by etching into a desired shape (a predetermined length a in the figure).
A polyimide layer 35 is formed by coating the main surface of the silicon substrate 33, that is, the surface on which the electrodes 21 and 22 are provided, with polyimide.

【0034】つぎに、前記シリコン基板33の裏面の酸
化シリコン膜34は、図4に示すように、両端側を長さ
b,cを除いてエッチング除去される。前記酸化シリコ
ン膜34の残存部分cは、前記エッチング長さaよりも
短い(a>c)。
Next, as shown in FIG. 4, the silicon oxide film 34 on the back surface of the silicon substrate 33 is etched away except for the lengths b and c at both ends. The remaining portion c of the silicon oxide film 34 is shorter than the etching length a (a> c).

【0035】つぎに、図5に示すように、前記酸化シリ
コン膜34をマスクとしてシリコン基板33を異方性エ
ッチングするとともに、残存するシリコン基板33をマ
スクとして半導体層32をエッチング除去する。また、
前記ポリイミド層35および酸化シリコン膜34もエッ
チング除去する。これにより、図6に示すように、一方
(後端)のみが数100μmと厚く、他の部分が数μm
となる電圧プローブ42が形成される。
Next, as shown in FIG. 5, the silicon substrate 33 is anisotropically etched using the silicon oxide film 34 as a mask, and the semiconductor layer 32 is etched away using the remaining silicon substrate 33 as a mask. Also,
The polyimide layer 35 and the silicon oxide film 34 are also removed by etching. As a result, as shown in FIG. 6, only one (rear end) is as thick as several 100 μm and the other part is several μm.
Is formed.

【0036】なお、前記ポリイミド層35は、前記シリ
コン基板33をエッチングする際、上部構造を保護する
ためのものである。前記酸化シリコン膜34のエッチン
グは標準的なドライエッチングで行った。また、前記シ
リコン基板33のエッチングは、アルカリ系のエッチン
グ液、たとえば、エチレンジアミン・パイロカテコール
水溶液を用いた。このエッチング液によれば、ボロンを
ドープした半導体層32がエッチストップ層となる。ま
た、結晶の面方位によって異方性エッチングがなされ
る、エッチングされないシリコン基板33が一部残留
し、その後の半導体層32のエッチングの際のマスクと
して働く。
The polyimide layer 35 is for protecting the upper structure when the silicon substrate 33 is etched. The silicon oxide film 34 was etched by standard dry etching. The silicon substrate 33 was etched using an alkaline etchant, for example, an aqueous solution of ethylenediamine pyrocatechol. According to this etchant, the semiconductor layer 32 doped with boron becomes an etch stop layer. In addition, a part of the silicon substrate 33 that is anisotropically etched depending on the plane orientation of the crystal and is not etched remains, and functions as a mask when the semiconductor layer 32 is etched later.

【0037】この結果、図6に示すような電圧プローブ
42が形成される。前記電圧プローブ42は、残留する
シリコン基板33を有する後端側が、片持ち梁形状の固
定側となり、前記操作機構52に取り付けられる。ま
た、この取り付けに際しては、電極21や電極22を有
する面側が、被観測物体1に対面するように取り付けら
れる。
As a result, a voltage probe 42 as shown in FIG. 6 is formed. The rear end side of the voltage probe 42 having the remaining silicon substrate 33 is a fixed side having a cantilever shape, and is attached to the operation mechanism 52. In addition, at the time of this attachment, it is attached so that the surface side having the electrodes 21 and 22 faces the object 1 to be observed.

【0038】このような電圧プローブ42の製造方法に
よれば、微細でかつ高精度な電圧プローブを製造するこ
とができる。
According to such a method of manufacturing the voltage probe 42, a fine and highly accurate voltage probe can be manufactured.

【0039】一方、図1に示すように、前記電極21お
よび電極22には、導線27を介して電流検出手段20
が接続され、光電流を検出するようになっている。ま
た、前記電極22に接続される側の導線27と被観測物
体1の電極202は導線271で接続され、概ね等電位
(アース)となっている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the electrode 21 and the electrode 22 are connected to a current detecting means 20 through a conducting wire 27.
Are connected to detect a photocurrent. The conducting wire 27 on the side connected to the electrode 22 and the electrode 202 of the object under observation 1 are connected by a conducting wire 271 and have substantially the same potential (earth).

【0040】このような電圧分布観測装置においては、
前記被観測物体1の表面の電圧により、p型層23はバ
イアス電圧がかかる。走査手段52により電圧プローブ
42を走査すると、被観測物体1の電圧分布に応じてp
型層23とn領域24の間のバイアス電圧が変化し、そ
れに対応した光電流が電流検出手段20で検出できる。
In such a voltage distribution observation device,
A bias voltage is applied to the p-type layer 23 by the voltage on the surface of the object 1 to be observed. When the voltage probe 42 is scanned by the scanning means 52, the voltage p varies according to the voltage distribution of the observed object 1.
The bias voltage between the mold layer 23 and the n region 24 changes, and a photocurrent corresponding to the bias voltage can be detected by the current detection unit 20.

【0041】他方、前記電圧印加手段3に新たにdc電
圧印加手段を付加し、pn接合が電子雪崩を起こすバイ
アス条件より若干小さなバイアス電圧に動作点を設定す
ると、電圧感度が向上する。すなわち、この感度は前記
dcバイアス電圧により調整することが可能である。空
間分解能は前述のように概ねpn接合の大きさとなる。
pn接合の大きさを小さくすると共に、イオンビームで
イオンを注入して組成を変調し、pn接合の有効面積を
小さくすることが分解能の向上に有効である。
On the other hand, if a dc voltage applying means is newly added to the voltage applying means 3 and the operating point is set to a bias voltage slightly smaller than a bias condition under which the pn junction causes an avalanche, the voltage sensitivity is improved. That is, this sensitivity can be adjusted by the dc bias voltage. The spatial resolution is approximately the size of the pn junction as described above.
It is effective to improve the resolution by reducing the size of the pn junction and implanting ions with an ion beam to modulate the composition and reduce the effective area of the pn junction.

【0042】検出器29はレーザ・スポットの位置検出
手段で、たとえば2分割フォトダイオードである。この
構成は前述の光てこ法で、電圧プローブ42の被観測物
体1面と鉛直方向の距離をnmオーダで検出することが
できる。被観測物体1の表面から離れるほど電圧プロー
ブ42の感ずる電圧が低下するため、電圧プローブ42
は被観測物体1の表面近傍で一定距離を保って分布を測
定する必要がある。
The detector 29 is a means for detecting the position of a laser spot, and is, for example, a two-division photodiode. With this configuration, the vertical distance between the surface of the object to be observed of the voltage probe 42 and the surface of the object to be observed of the voltage probe 42 can be detected on the order of nm by the optical lever method described above. Since the voltage sensed by the voltage probe 42 decreases as the distance from the surface of the observed object 1 increases, the voltage probe 42
It is necessary to measure the distribution while maintaining a certain distance near the surface of the object 1 to be observed.

【0043】また、本実施例では、光てこ法によってp
n接合を内部に有する半導体からなる電圧プローブ42
にレーザビーム30を照射している。pn接合に一定の
強度の光を当てた場合の光電流と印加逆バイアス電圧の
関係は図7に示すようになる。すなわち、光電流の大き
さを測定することにより、印加電圧が得られる。
Also, in this embodiment, p-type light
Voltage probe 42 made of a semiconductor having an n-junction inside
Is irradiated with a laser beam 30. FIG. 7 shows the relationship between the photocurrent and the applied reverse bias voltage when light of a constant intensity is applied to the pn junction. That is, the applied voltage can be obtained by measuring the magnitude of the photocurrent.

【0044】また、前記走査機構52として、ピエゾ素
子を組み合わせたx,y,z軸方向に駆動可能な機構を
用いた。ピエゾ素子を用いた駆動機構は、nm以下の精
度で位置制御が可能であるため、電圧測定の精度を向上
させることができる。光てこ法により、電圧プローブ4
2を制御すると精密な距離制御が可能で、しかも通常の
原子間力顕微鏡と同様に制御信号により、被観測物体1
の凹凸像を同時に得ることが可能である。
As the scanning mechanism 52, a mechanism that can be driven in the x, y, and z-axis directions by combining piezo elements is used. A driving mechanism using a piezo element can perform position control with an accuracy of nm or less, so that the accuracy of voltage measurement can be improved. Voltage probe 4 by optical lever method
2 enables precise distance control. In addition, similar to a normal atomic force microscope, an object 1 to be observed can be controlled by a control signal.
Can be obtained at the same time.

【0045】このような電圧分布観測装置および電圧プ
ローブによれば、以下のような効果を奏する。
According to such a voltage distribution observation device and voltage probe, the following effects can be obtained.

【0046】(1)本発明の電圧プローブは、電圧強度
測定手段としてpn接合を有する構造となっているが、
pn接合で生ずる光電流はpn接合に印加される電圧に
依存する。そのため、pn接合を有する微小電圧プロー
ブを被観測物体に接近させれば、被観測物体からの電圧
によりpn接合に印加される電圧が変化し、光電流が変
化する。すなわち、光電流の変化を観測することにより
電圧分布を得ることができるという効果が得られる。
(1) The voltage probe of the present invention has a structure having a pn junction as a voltage intensity measuring means.
The photocurrent generated at the pn junction depends on the voltage applied to the pn junction. Therefore, when a minute voltage probe having a pn junction is brought close to the object to be observed, the voltage applied to the pn junction changes due to the voltage from the object to be observed, and the photocurrent changes. That is, an effect is obtained in that a voltage distribution can be obtained by observing a change in photocurrent.

【0047】(2)本発明の電圧プローブは、原理的に
電圧のみに敏感なので、被観測物体や測定条件に関して
汎用性に優れるという効果が得られる。
(2) Since the voltage probe of the present invention is sensitive only to voltage in principle, it has an effect of being excellent in versatility with respect to an object to be observed and measurement conditions.

【0048】(3)本発明の電圧プローブは、光電流の
検出はpn接合に発生する光電流に基づいているので、
高周波応答性はGHzオーダとなり、高周波応答性が良
好となるという効果が得られる。
(3) In the voltage probe of the present invention, the detection of the photocurrent is based on the photocurrent generated at the pn junction.
The high-frequency response is on the order of GHz, and the effect of improving the high-frequency response is obtained.

【0049】(4)本発明の電圧プローブにおいては、
動作点を電子雪崩が生ずる領域になるように逆バイアス
をかけると、電圧感度が向上するという効果が得られ
る。これは、バイアス電圧を調整することにより感度の
調整が可能であることを意味している。
(4) In the voltage probe of the present invention,
When a reverse bias is applied so that the operating point is in a region where an avalanche occurs, an effect of improving voltage sensitivity can be obtained. This means that the sensitivity can be adjusted by adjusting the bias voltage.

【0050】(5)本発明の電圧プローブは片持ち梁形
状となっている。この結果、光てこ法を採用できるた
め、光検出器と被観測物体との距離の制御がnmのオー
ダで行えるため、原子間力を利用することもできるとい
う効果が得られる。
(5) The voltage probe of the present invention has a cantilever shape. As a result, since the optical lever method can be employed, the distance between the photodetector and the object to be observed can be controlled on the order of nm, and the effect that the interatomic force can be used can be obtained.

【0051】(6)本発明の電圧プローブの作製法にお
いては、半導体基板の主面側に形成したエピタキシャル
層を利用してpn接合を形成した構造となっていること
から、被観測物体からの電圧によりpn接合に印加され
る電圧の変化を利用して、光電流の変化を高精度に観測
するができ、被観測物体表面の電圧分布を高精度に検出
することができる。
(6) In the method of manufacturing the voltage probe of the present invention, since the pn junction is formed by using the epitaxial layer formed on the main surface side of the semiconductor substrate, the voltage probe is Using the change in the voltage applied to the pn junction by the voltage, the change in the photocurrent can be observed with high accuracy, and the voltage distribution on the surface of the object to be observed can be detected with high accuracy.

【0052】(7)本発明の電圧プローブは半導体基板
側に設けたエピタキシャル層を電圧プローブの本体とし
て使用することから、微細な高精度な電圧プローブが形
成できるという効果が得られる。
(7) Since the voltage probe of the present invention uses the epitaxial layer provided on the semiconductor substrate side as the main body of the voltage probe, an effect that a fine and highly accurate voltage probe can be formed can be obtained.

【0053】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ること
は言うまでもない。たとえば、前記pn接合に変えてp
型層とn型層との間にi層(絶縁層)を設けたpin接
合としても前記実施例同様な効果が得られる。
As described above, the present invention has been specifically described based on the embodiments. However, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, instead of the pn junction, p
The same effect as in the above embodiment can be obtained by using a pin junction in which an i-layer (insulating layer) is provided between the mold layer and the n-type layer.

【0054】図8は本発明の他の実施例による電圧プロ
ーブ42を示す模式図である。この実施例の電圧プロー
ブ42は、先端部分が下方に向かって先鋭となる三角錐
状の突起部50を有する構造となっている。また、前記
突起部50の周囲は金属膜51で覆われ、突起部50の
先端のみが金属膜51から露出するようになっている。
金属膜51から突出する部分は検出用の開口55とな
る。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a voltage probe 42 according to another embodiment of the present invention. The voltage probe 42 of this embodiment has a structure having a triangular pyramid-shaped projection 50 whose tip is sharpened downward. The periphery of the projection 50 is covered with a metal film 51, and only the tip of the projection 50 is exposed from the metal film 51.
The portion protruding from the metal film 51 becomes an opening 55 for detection.

【0055】空間分解能はpn接合部分の大きさ程度と
なるため、その大きさをできるだけ小さくすることが分
解能向上に繋がる。したがって、図8に示すように、p
n接合を金属膜(導電膜)51でコーティングすると、
突起の内コーティングされた部分は等電位となり、特に
試料(被観測物体)の一部(図ではアース)に繋ぐいわ
ゆる「静電遮蔽」効果により、電圧を感じるのは開口5
5の部分だけとなる。すなわち、前記開口55の大きさ
が実効的なpn接合(検出部)の大きさとなり、分解能
の向上が図れる。
Since the spatial resolution is about the size of the pn junction, reducing the size as much as possible leads to an improvement in resolution. Therefore, as shown in FIG.
When the n-junction is coated with a metal film (conductive film) 51,
The coated portion of the projection becomes equipotential, and the voltage is sensed by the so-called “electrostatic shielding” effect which is connected to a part (ground in the figure) of the sample (object to be observed).
There will be only 5 parts. That is, the size of the opening 55 becomes the size of the effective pn junction (detection unit), and the resolution can be improved.

【0056】また、この実施例では、分解能は電圧プロ
ーブ42の先端径によって決まるため、高空間分解能化
が図れる。また、電圧プローブが針状になっていること
は、被観測物体1が溝等の凹凸の大きな試料の場合でも
観測でき、汎用性という点で有利なことはいうまでもな
い。この例では前記突起部50は、文献(Appl.Phys.Le
tt.(1990),vol.57(3),p316) に記載されている方法で、
三角錘状の突起を形成した。この方法は、アルカリ溶
液、たとえば、水酸化カリウム水溶液あるいはエチレン
ジアミン・パイロカテコ−ル水溶液に対して、シリコン
が面方位により溶解速度が異なることを利用した方法で
ある。
In this embodiment, since the resolution is determined by the tip diameter of the voltage probe 42, a high spatial resolution can be achieved. Further, the needle shape of the voltage probe can be observed even when the object to be observed 1 is a sample having large unevenness such as a groove, and it goes without saying that the voltage probe is advantageous in terms of versatility. In this example, the protrusion 50 is a document (Appl. Phys.
tt. (1990), vol.57 (3), p316)
Triangular pyramidal projections were formed. This method is based on the fact that silicon dissolves in an alkaline solution, for example, an aqueous solution of potassium hydroxide or an aqueous solution of ethylenediamine pyrocatechol depending on the plane orientation.

【0057】この方法によると、先端の曲率半径が、1
00nm以下の三角錘状のシリコンの針が安定して形成
可能であった。
According to this method, the radius of curvature at the tip is 1
Triangular pyramid-shaped silicon needles of 00 nm or less could be formed stably.

【0058】突起の高さは数μm以下で、可視光はシリ
コンを数μm程度透過するため(シリコンの可視域での
吸収係数αは概ね5μm-1)、突起内部に散乱した光も
pn接合部分に到達できる。
Since the height of the projection is several μm or less and visible light is transmitted through silicon for about several μm (absorption coefficient α in the visible region of silicon is approximately 5 μm −1), light scattered inside the projection is also a pn junction. Part can be reached.

【0059】針状の突起物を構成する方法としては、そ
の他種々の方法が提案されているが、前記した方法以外
の方法で形成することも可能であることはいうまでもな
い。たとえば、J.Vac.Sci.(1990),vol.A8(4),p3386には
各種の突起物作製方法が開示されている。
Various other methods have been proposed as a method for forming the needle-shaped protrusions. Needless to say, the protrusions can be formed by a method other than the above-described method. For example, J. Vac. Sci. (1990), vol. A8 (4), p3386 discloses various projection production methods.

【0060】[0060]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。本発明の電圧分布観測装置はトンネル
電流を使用しない構造となるため、被観測物体の表面が
絶縁材料で覆われていても電圧分布観測が可能となり、
汎用性に富むものとなる。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. Since the voltage distribution observation device of the present invention does not use a tunnel current, the voltage distribution observation is possible even if the surface of the object to be observed is covered with an insulating material,
It will be versatile.

【0061】また、本発明の電圧プローブは、電圧強度
測定手段としてpn接合を有する構造となっているが、
pn接合で生ずる光電流はpn接合に印加される電圧に
依存する。そのため、pn接合を有する微小電圧プロー
ブを被観測物体に接近させれば、被観測物体からの電圧
によりpn接合に印加される電圧が変化し、光電流が変
化する。すなわち、光電流の変化を観測することにより
電圧分布を得ることができるという効果が得られる。
The voltage probe of the present invention has a structure having a pn junction as a voltage intensity measuring means.
The photocurrent generated at the pn junction depends on the voltage applied to the pn junction. Therefore, when a minute voltage probe having a pn junction is brought close to the object to be observed, the voltage applied to the pn junction changes due to the voltage from the object to be observed, and the photocurrent changes. That is, an effect is obtained in that a voltage distribution can be obtained by observing a change in photocurrent.

【0062】また、本発明の電圧プローブは、原理的に
電圧のみに敏感なので、被観測物体や測定条件に関して
汎用性に優れるという効果が得られる。
Further, since the voltage probe of the present invention is sensitive only to voltage in principle, it has an effect of being excellent in versatility with respect to an object to be observed and measurement conditions.

【0063】また、本発明の電圧プローブは、光電流の
検出はpn接合に発生する光電流に基づいているので、
高周波応答性はGHzオーダとなり、高周波応答性が良
好となるという効果が得られる。
In the voltage probe of the present invention, the detection of the photocurrent is based on the photocurrent generated at the pn junction.
The high-frequency response is on the order of GHz, and the effect of improving the high-frequency response is obtained.

【0064】また、本発明の電圧プローブにおいては、
動作点を電子雪崩が生ずる領域になるように逆バイアス
をかけると、電圧感度が向上するという効果が得られ
る。これは、バイアス電圧を調整することにより感度の
調整が可能であることを意味している。
In the voltage probe of the present invention,
When a reverse bias is applied so that the operating point is in a region where an avalanche occurs, an effect of improving voltage sensitivity can be obtained. This means that the sensitivity can be adjusted by adjusting the bias voltage.

【0065】また、本発明の電圧プローブは片持ち梁形
状となっている。この結果、光てこ法を採用できるた
め、光検出器と被観測物体との距離の制御がnmのオー
ダで行えるため、原子間力を利用することもできるとい
う効果が得られる。
The voltage probe of the present invention has a cantilever shape. As a result, since the optical lever method can be employed, the distance between the photodetector and the object to be observed can be controlled on the order of nm, and the effect that the interatomic force can be used can be obtained.

【0066】また、本発明の電圧プローブの作製法にお
いては、半導体基板の主面側に形成したエピタキシャル
層を利用してpn接合を形成した構造となっていること
から、被観測物体からの電圧によりpn接合に印加され
る電圧の変化を利用して、光電流の変化を高精度に観測
するができ、被観測物体表面の電圧分布を高精度に検出
することができる。
In the method of manufacturing the voltage probe of the present invention, since the pn junction is formed using the epitaxial layer formed on the main surface side of the semiconductor substrate, the voltage from the object to be observed is By using the change in the voltage applied to the pn junction, the change in the photocurrent can be observed with high accuracy, and the voltage distribution on the surface of the object to be observed can be detected with high accuracy.

【0067】さらに、本発明の電圧プローブは半導体基
板側に設けたエピタキシャル層を電圧プローブの本体と
して使用することから、微細な高精度な電圧プローブが
形成できるという効果が得られる。
Further, since the voltage probe of the present invention uses the epitaxial layer provided on the semiconductor substrate side as the main body of the voltage probe, there is obtained an effect that a fine and highly accurate voltage probe can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例による電圧分布観測装置の概
要を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a voltage distribution observation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例による電圧分布観測装置にお
ける電圧プローブの作製方法における電圧プローブ素材
となる半導体基板等を示す模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate or the like serving as a voltage probe material in a method of manufacturing a voltage probe in the voltage distribution observation device according to one embodiment of the present invention.

【図3】本実施例の電圧プローブの作製方法においてp
n接合を形成した半導体基板等を示す模式的断面図であ
る。
FIG. 3 illustrates a method of manufacturing a voltage probe according to the present embodiment.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate and the like on which an n-junction is formed.

【図4】本実施例の電圧プローブの製造方法において半
導体基板の主面側にポリイミド膜を形成した半導体基板
等を示す模式的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate or the like in which a polyimide film is formed on the main surface side of the semiconductor substrate in the method of manufacturing the voltage probe of the present embodiment.

【図5】本実施例の電圧プローブの製造方法において不
要半導体基板部分を除去した状態を示す半導体基板等を
示す模式的断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate and the like in a state where an unnecessary semiconductor substrate portion is removed in the method of manufacturing the voltage probe of the present embodiment.

【図6】本実施例の電圧プローブの製造方法において不
要部分を除去して形成された電圧プローブを示す模式的
断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a voltage probe formed by removing unnecessary portions in the method of manufacturing the voltage probe according to the present embodiment.

【図7】本実施例の電圧プローブのpn接合部分に一定
の強度の光が当たった場合における光電流と印加電圧と
の相関を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a correlation between a photocurrent and an applied voltage when light of a constant intensity is applied to a pn junction of the voltage probe of the present embodiment.

【図8】本発明の他の実施例による電圧プローブを示す
模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a voltage probe according to another embodiment of the present invention.

【図9】従来の電圧プローブを用いた電圧分布観測装置
の概要を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an outline of a conventional voltage distribution observation device using a voltage probe.

【図10】従来の他の電圧プローブを用いた電圧分布観
測装置の概要を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an outline of a conventional voltage distribution observation device using another voltage probe.

【符号の説明】 1…被観測物体、3…電圧印加手段、4…探針、5…電
流測定手段、6…導線、20…電流検出手段、21,2
2…電極、27…導線、28…レーザ光源、、29…検
出器、30…レーザビーム、31…電圧印加手段、33
…シリコン基板、41…探針、42…電圧プローブ、5
0…突起部、52…走査機構、55…開口、61…導
線、201,202…電極、231…p+ 型高不純物濃
度領域、241…n+ 型高不純物濃度領域、271…導
線、411…導電体、412…先鋭部。
[Explanation of Symbols] 1 ... Observed object, 3 ... Voltage applying means, 4 ... Probe, 5 ... Current measuring means, 6 ... Conducting wire, 20 ... Current detecting means, 21 and 22
2 ... electrode, 27 ... conductive wire, 28 ... laser light source, 29 ... detector, 30 ... laser beam, 31 ... voltage applying means, 33
... silicon substrate, 41 ... probe, 42 ... voltage probe, 5
0: Projection, 52: Scanning mechanism, 55: Opening, 61: Conducting wire, 201, 202: Electrode, 231: P + type high impurity concentration region, 241: n + type high impurity concentration region, 271: Conducting wire, 411 ... Conductor, 412: Sharp part.

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被観測物体に所定の電圧を印加する電圧
印加手段と、前記被観測物体の上方に先端を臨ませかつ
後端を3軸方向の制御が可能な操作機構に支持される半
導体で形成される電圧プローブと、前記電圧プローブに
レーザビームを照射するとともに反射光を検出器で検出
して前記被観測物体と電圧プローブとの距離を測定する
測距機構とからなるとともに、前記電圧プローブは一部
にpn接合またはpin接合が設けられるとともに前記
接合間を流れる電流を検出する電流検出手段が設けら
れ、かつ前記pn接合またはpin接合の一方の電極部
分は前記被観測物体の一部に電気的に接続されているこ
とを特徴とする電圧分布観測装置。
1. A semiconductor device which is supported by a voltage applying means for applying a predetermined voltage to an object to be observed, and an operation mechanism having a front end facing the object to be observed and a rear end capable of being controlled in three axial directions. A voltage probe formed of a, a distance measuring mechanism for irradiating the voltage probe with a laser beam and detecting reflected light with a detector to measure the distance between the object to be observed and the voltage probe, and the voltage probe The probe is partially provided with a pn junction or a pin junction, and provided with current detection means for detecting a current flowing between the junctions, and one electrode portion of the pn junction or the pin junction is a part of the object to be observed. A voltage distribution observing device electrically connected to the terminal.
【請求項2】 所定の電圧を印加される被観測物体の上
方に先端を臨ませかつ後端を3軸方向の制御が可能な操
作機構に支持される電圧分布観測装置用の電圧プローブ
であって、前記電圧プローブにはpn接合またはpin
接合が設けられていることを特徴とする電圧プローブ。
2. A voltage probe for a voltage distribution observing device having a front end facing an object to be observed to which a predetermined voltage is applied and a rear end supported by an operation mechanism capable of controlling three axes. The voltage probe has a pn junction or pin
A voltage probe comprising a junction.
【請求項3】 前記電圧プローブは片持ち梁状の形状と
なっていることを特徴とする請求項2記載の電圧プロー
ブ。
3. The voltage probe according to claim 2, wherein the voltage probe has a cantilever shape.
【請求項4】 請求項2記載の電圧プローブであって、
前記電圧プローブの測定用先端部分は突起部となるとと
もに、前記突起部の先端周囲は金属膜で被覆され、かつ
前記金属膜から露出する電圧プローブ部分は開口を形成
し、さらに前記金属膜は被観測物体と概ね同電圧に調整
されて使用されることを特徴とする電圧プローブ。
4. The voltage probe according to claim 2, wherein:
The measurement tip of the voltage probe becomes a projection, and the periphery of the tip of the projection is covered with a metal film, and the voltage probe portion exposed from the metal film forms an opening, and the metal film is further covered. A voltage probe, which is used by being adjusted to substantially the same voltage as that of an observation object.
【請求項5】 pn接合またはpin接合もしくはpi
n接合の一部分を残し、それ以外の部分が、残したpn
接合またはpin接合もしくはpin接合と異なる化学
組成あるいは異なる結晶構造を取ることを特徴とする請
求項2記載の電圧プローブ。
5. A pn junction or pin junction or pi
A part of the n-junction is left, and the remaining part is
3. The voltage probe according to claim 2, wherein the voltage probe has a different chemical composition or a different crystal structure from the junction, the pin junction, or the pin junction.
【請求項6】 電圧分布観測装置用の電圧プローブの作
製法であって、半導体基板の主面に第1導電型決定不純
物をドーピングして第1導電型層を形成する工程と、前
記第1導電型層上にエピタキシャル成長によると第1導
電型からなるエピタキシャル層を形成する工程と、前記
エピタキシャル層の表層部分に第2導電型決定不純物を
拡散させて第2導電型領域を形成してpn接合を形成す
る工程と、前記第2導電型領域およびエピタキシャル層
上にそれぞれ電極を形成する工程と、前記半導体基板の
裏面に選択的に絶縁膜を形成した後前記絶縁膜をエッチ
ングマスクとして前記半導体基板および第1導電型層を
エッチング除去して片持ち梁形状の電圧プローブを形成
する工程とを有することを特徴とする電圧プローブの作
製法。
6. A method of manufacturing a voltage probe for a voltage distribution observation device, comprising: doping a first conductivity type determining impurity on a main surface of a semiconductor substrate to form a first conductivity type layer; Forming an epitaxial layer of the first conductivity type on the conductivity type layer by epitaxial growth, and forming a second conductivity type region by diffusing a second conductivity type determining impurity in a surface portion of the epitaxial layer to form a pn junction Forming an electrode on each of the second conductivity type region and the epitaxial layer; and selectively forming an insulating film on the back surface of the semiconductor substrate, and then using the insulating film as an etching mask to form the semiconductor substrate. Forming a cantilever-shaped voltage probe by removing the first conductivity type layer by etching.
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JPH08304423A (en) * 1995-05-12 1996-11-22 Olympus Optical Co Ltd Integrated spm sensor

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