JPH0246745A - 半導体層の電子的不均質性の非破壊検出方法 - Google Patents
半導体層の電子的不均質性の非破壊検出方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、強度変調レーザービームで半導体層を照射
することによって誘起された異なる波長のレーザービー
ムの変調された光反射率を測定することにより半導体層
の電子的不均質性を非破壊的に検出する方法に関するも
のである。
することによって誘起された異なる波長のレーザービー
ムの変調された光反射率を測定することにより半導体層
の電子的不均質性を非破壊的に検出する方法に関するも
のである。
半導体デバイス構造の小型化を進めるにつれて半導体層
の非破壊分析の必要性が高まり、それに対する要求も高
度なものとなった。半導体構造の製作に際して個々の工
程段の監視に対しては、例えば結晶性の半導体層中の欠
陥あるいはイオン注人によって生じた電子的不均質性を
検出する光学測定法を採用することができる。
の非破壊分析の必要性が高まり、それに対する要求も高
度なものとなった。半導体構造の製作に際して個々の工
程段の監視に対しては、例えば結晶性の半導体層中の欠
陥あるいはイオン注人によって生じた電子的不均質性を
検出する光学測定法を採用することができる。
半導体層の電子的不均質性の検出に変調された光反射率
の効果を利用する光学測定法（ＭＯＲ技術）は、文献［
アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐｈ
ｙｓ、 Ｌｅｔｔｅｒｓ）」４７ （６） １９８５．
５８４−５８６頁、同書４７ （５］１９８５．４９Ｂ
−５００頁、「ジャーナル・オプ・アプライド・フィジ
クス（Ｊ、＾ｐｐ１． Ｐｈｙｓ、） Ｊ ６１ （１
）１９８７．２４０−２４８頁およびミュンヘン工業大
学、物理学科Ｅ−１３のウルム（Ｓｔ、Ｗｕｒｍ）の学
位論文（１９８８年４月）に記載され、又市販の測定器
・（米国サーマ・ウェーブ社（Ｔｈｅｒｍａ Ｗａｖｅ
Ｉｎｃ、）の’Ｔｈｅｒｍａ Ｐｒｏｂｅ ２００
°°）に採用されている。
の効果を利用する光学測定法（ＭＯＲ技術）は、文献［
アプライド・フィジクス・レターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐｈ
ｙｓ、 Ｌｅｔｔｅｒｓ）」４７ （６） １９８５．
５８４−５８６頁、同書４７ （５］１９８５．４９Ｂ
−５００頁、「ジャーナル・オプ・アプライド・フィジ
クス（Ｊ、＾ｐｐ１． Ｐｈｙｓ、） Ｊ ６１ （１
）１９８７．２４０−２４８頁およびミュンヘン工業大
学、物理学科Ｅ−１３のウルム（Ｓｔ、Ｗｕｒｍ）の学
位論文（１９８８年４月）に記載され、又市販の測定器
・（米国サーマ・ウェーブ社（Ｔｈｅｒｍａ Ｗａｖｅ
Ｉｎｃ、）の’Ｔｈｅｒｍａ Ｐｒｏｂｅ ２００
°°）に採用されている。
第１図ないし第３図を参照して変調された光反射率の測
定原理を説明する。
定原理を説明する。
第１図は測定試料１の変調光反射率を検出する装置の構
成を示す、測定試料１の励起にはＡｒ”イオン・レーザ
ー１０がポンプ・レーザーとじて使用される。試料を照
射するＡｒ”イオン・レーザービームの波長は出力５ｍ
Ｗのとき４８８ｎｍである。音響光学変調器９を使用し
て所定の変調周波数ＩＭＨｚをもって強度変調が行われ
る。ビーム拡張器８と顕微鏡対物レンズ７によってＡｒ
”イオン・レーザービームが測定試料１上に、焦点を結
ぶ、ＨｅＮｅレーザー２は出力２ないし３ｍＷにおいて
波長６３２．８ ｎ ｍの測定レーザービームを供給す
る。このＨｅＮｅレーザービームは一連の光学部品であ
るビーム拡張器３、偏光ビーム分割器４およびλ／４小
板５を通過し、半透明鏡６によって変調されたＡｒ”イ
オン・レーザービームと平行に顕微鏡対物レンズ７に導
かれ、このレーザー光ビームと共焦に測定試料１に当た
る。
成を示す、測定試料１の励起にはＡｒ”イオン・レーザ
ー１０がポンプ・レーザーとじて使用される。試料を照
射するＡｒ”イオン・レーザービームの波長は出力５ｍ
Ｗのとき４８８ｎｍである。音響光学変調器９を使用し
て所定の変調周波数ＩＭＨｚをもって強度変調が行われ
る。ビーム拡張器８と顕微鏡対物レンズ７によってＡｒ
”イオン・レーザービームが測定試料１上に、焦点を結
ぶ、ＨｅＮｅレーザー２は出力２ないし３ｍＷにおいて
波長６３２．８ ｎ ｍの測定レーザービームを供給す
る。このＨｅＮｅレーザービームは一連の光学部品であ
るビーム拡張器３、偏光ビーム分割器４およびλ／４小
板５を通過し、半透明鏡６によって変調されたＡｒ”イ
オン・レーザービームと平行に顕微鏡対物レンズ７に導
かれ、このレーザー光ビームと共焦に測定試料１に当た
る。
試料１から逆反射されたＨｅＮｅレーザービームは再び
λ／４小板５を通過し、偏光ビーム分割器４によって干
渉フィルタ１１を通して光電池１２に向けられ、ここで
測定信号が検出される。基準周波数としてＡｒ”イオン
・レーザービームの変調周波数を使用するロック・イン
増幅器１３の出力電圧は、周波数ＩＭＨｚで闇期的に変
調されたＨｅＮｅレーザー光に対する試料反射率の振幅
を与える。変調された光反射率ＭＯＲは任意単位で示さ
れ、試料反射率の変化ΔＲに比例する。このΔＲは試料
をポンプ・レーザーで励起したときに生ずる反射率Ｒと
ポンプ・レーザーによる励起無しに生ずる正規の反射率
Ｒ６の差（ΔＲ＝ Ｒ−Ｒ６）である。
λ／４小板５を通過し、偏光ビーム分割器４によって干
渉フィルタ１１を通して光電池１２に向けられ、ここで
測定信号が検出される。基準周波数としてＡｒ”イオン
・レーザービームの変調周波数を使用するロック・イン
増幅器１３の出力電圧は、周波数ＩＭＨｚで闇期的に変
調されたＨｅＮｅレーザー光に対する試料反射率の振幅
を与える。変調された光反射率ＭＯＲは任意単位で示さ
れ、試料反射率の変化ΔＲに比例する。このΔＲは試料
をポンプ・レーザーで励起したときに生ずる反射率Ｒと
ポンプ・レーザーによる励起無しに生ずる正規の反射率
Ｒ６の差（ΔＲ＝ Ｒ−Ｒ６）である。
第２図の曲線１４は、イオン注入されたシリコン層の変
調された反射率を測定する際ＨｅＮｅレーザービームに
対する変調された光反射率ＭＯＲとイオン注入ｆＤの関
係を示す。曲線１５は文献に示されている理論的モデル
において得られた情況を再現したものである。
調された反射率を測定する際ＨｅＮｅレーザービームに
対する変調された光反射率ＭＯＲとイオン注入ｆＤの関
係を示す。曲線１５は文献に示されている理論的モデル
において得られた情況を再現したものである。
第３図の曲線１６は、非晶質シリコン層においてＨｅＮ
ｅレーザービームに対する変調された反射率ＭＯＲと層
の厚さｄの関係を示す６種々の厚さの試験試料はシリコ
ン結晶（１００−材料）にＳｉ４イオンを注入すること
によって作られた。
ｅレーザービームに対する変調された反射率ＭＯＲと層
の厚さｄの関係を示す６種々の厚さの試験試料はシリコ
ン結晶（１００−材料）にＳｉ４イオンを注入すること
によって作られた。
その際注入量りはｌＸｌ０”イオン／ｄを一定とし、注
入エネルギーを変化させた。ここでも曲線１７は理論的
モデルによるものである。
入エネルギーを変化させた。ここでも曲線１７は理論的
モデルによるものである。
上記の方法により変調反射率を測定することによって半
導体層のイオン注入量を決定することは、約１０”ｅｌ
ｌ−”から１０”ＣＩ−霊の間の低い注入量範囲に対し
て好適である。ソース・ドレン・イオン注入のように１
０１１０１Ｓ”以上の高い注入量範囲では半導体表面に
非晶質の層が形成され、その厚さは注入量と注入エネル
ギーの双方に関係する。この場合光特性の異なる層系列
となるから、異なる層で反射された測定レーザービーム
の干渉効果に基づき測定信号と注入量りとの間の一義的
な対応は不可能となる。測定信号Ｒは注入された半導体
層の厚さｄ従って注入イオン・エネルギーに関係し、第
３図に示すように振動的な経過を示す、約１０１″Ｃ１
１−ｆｆｉから１０”ＣＩ−”までの中間注入量範囲で
は、イオン注入の調節を接触針による層抵抗測定によっ
て行うことができる。高い注入量範囲に対しては精確な
測定値を与える代用測定法は存在しない。
導体層のイオン注入量を決定することは、約１０”ｅｌ
ｌ−”から１０”ＣＩ−霊の間の低い注入量範囲に対し
て好適である。ソース・ドレン・イオン注入のように１
０１１０１Ｓ”以上の高い注入量範囲では半導体表面に
非晶質の層が形成され、その厚さは注入量と注入エネル
ギーの双方に関係する。この場合光特性の異なる層系列
となるから、異なる層で反射された測定レーザービーム
の干渉効果に基づき測定信号と注入量りとの間の一義的
な対応は不可能となる。測定信号Ｒは注入された半導体
層の厚さｄ従って注入イオン・エネルギーに関係し、第
３図に示すように振動的な経過を示す、約１０１″Ｃ１
１−ｆｆｉから１０”ＣＩ−”までの中間注入量範囲で
は、イオン注入の調節を接触針による層抵抗測定によっ
て行うことができる。高い注入量範囲に対しては精確な
測定値を与える代用測定法は存在しない。
残留欠陥例えば結晶性半導体層の結晶欠陥の決定に上記
の方法を利用する場合にも測定信号が半導体層内の欠陥
の深さに関係するから、測定信号の大きさと欠陥密度と
の一義的な対応は不可能である。
の方法を利用する場合にも測定信号が半導体層内の欠陥
の深さに関係するから、測定信号の大きさと欠陥密度と
の一義的な対応は不可能である。
この発明の目的は、電子的不均質性の密度を精確に決定
することができる半導体層の電子的不均質性の非破壊検
出法を提供することである。この方法は特に高い注入量
領域（ｌ Ｑ ｌＳｃｍ−”以上）においてのイオン注
入の調節に適したものであることが必要である。
することができる半導体層の電子的不均質性の非破壊検
出法を提供することである。この方法は特に高い注入量
領域（ｌ Ｑ ｌＳｃｍ−”以上）においてのイオン注
入の調節に適したものであることが必要である。
この目的は冒頭に挙げた方法において、２００ないし３
４５ｎｍの波長範囲のレーザー光線の変調された光反射
率を電子的不均質性の密度の尺度として測定することに
よって達成される。
４５ｎｍの波長範囲のレーザー光線の変調された光反射
率を電子的不均質性の密度の尺度として測定することに
よって達成される。
波長が６３２．８ｎｍのＨｅＮｅレーザービームは吸収
係数が低いことにより半導体材料に対する侵入深さが大
きく例えばシリコンでは約２０００ｎｍに達するのに対
して、波長が２００ないし３４５ｎｍのレーザービーム
を使用する場合には広く使用されている半導体材料例え
ばシリコン、ゲルマニウム、ガリウムーヒ素、ガリウム
−アンチモンおよびインジウム−リンが強い吸収能を示
すことから半導体層への測定レーザービームの侵入深さ
が著しく低下する（例えばシリコンで約１０ｎｍ）。半
導体層の種々の深さから反射された測定レーザービーム
間の干渉は公知の方法と異なり発生しないから、測定信
号と電子的不均質性密度との間の一義的な対応が確保さ
れる。従ってこの発明の方法によって半導体層内に存在
する電子的不均質性を、この不均質性によって影響を受
けた半導体層表面区域においての測定によって検出する
ことができる。
係数が低いことにより半導体材料に対する侵入深さが大
きく例えばシリコンでは約２０００ｎｍに達するのに対
して、波長が２００ないし３４５ｎｍのレーザービーム
を使用する場合には広く使用されている半導体材料例え
ばシリコン、ゲルマニウム、ガリウムーヒ素、ガリウム
−アンチモンおよびインジウム−リンが強い吸収能を示
すことから半導体層への測定レーザービームの侵入深さ
が著しく低下する（例えばシリコンで約１０ｎｍ）。半
導体層の種々の深さから反射された測定レーザービーム
間の干渉は公知の方法と異なり発生しないから、測定信
号と電子的不均質性密度との間の一義的な対応が確保さ
れる。従ってこの発明の方法によって半導体層内に存在
する電子的不均質性を、この不均質性によって影響を受
けた半導体層表面区域においての測定によって検出する
ことができる。
この発明の種々の実施態様とその展開は特許請求の範囲
の請求項２以下に示され、又実施例の説明によって明ら
かにされる。
の請求項２以下に示され、又実施例の説明によって明ら
かにされる。
この発明による方法の実施には第１図の測定構成が使用
される。測定には次のパラメータが採用される。
される。測定には次のパラメータが採用される。
ポンプ・レーザー：Ａｒ”イオン・レーザー、波長４８
８ｎｍ、出力５ｍＷ 測定レーザー：ＨｅＣｄレーザー、波長３２５ｎｍ。
８ｎｍ、出力５ｍＷ 測定レーザー：ＨｅＣｄレーザー、波長３２５ｎｍ。
出力８ｍＷ、測定点の直径１μＩ、
侵入深さ１０ｎｍ
試 料：イオン注入されたシリコン層、注入量１０”Ｃ
１１−”以上 第４図は、ＨｅＣｄレーザービームに対する変調された
光反射率ＭＯＨの測定値とイオン注入されたシリコン層
の厚さｄの間に予期される関係を示す。この曲線は文献
に発表されている公知の理論方程式から計算したもので
あって、注入シリコン層としてＳｉ゛イオンの注入によ
って形成されたシリコン基板上の非晶質シリコン層が使
用されている。ＨｅＣｄレーザービームに対してはシリ
コンとイオン注入シリコン層での高い吸収係数に基づき
２０ｎｍ以上の厚さでは干渉効果は予想されない、非晶
質シリコン層の厚さｄと変調反射率Ｒの間の相互関係は
、測定信号とイオン注入量又はイオン注入エネルギーの
間に一義的な対応が可能であることを示、している、上
記の方法は慣行のイオン注入量の全域において又特に構
造化された半導体ウェハに対して有効である。１ａｎ程
度の測定点の場合この発明の方法は位置分解能を示す測
定に使用することができる。
１１−”以上 第４図は、ＨｅＣｄレーザービームに対する変調された
光反射率ＭＯＨの測定値とイオン注入されたシリコン層
の厚さｄの間に予期される関係を示す。この曲線は文献
に発表されている公知の理論方程式から計算したもので
あって、注入シリコン層としてＳｉ゛イオンの注入によ
って形成されたシリコン基板上の非晶質シリコン層が使
用されている。ＨｅＣｄレーザービームに対してはシリ
コンとイオン注入シリコン層での高い吸収係数に基づき
２０ｎｍ以上の厚さでは干渉効果は予想されない、非晶
質シリコン層の厚さｄと変調反射率Ｒの間の相互関係は
、測定信号とイオン注入量又はイオン注入エネルギーの
間に一義的な対応が可能であることを示、している、上
記の方法は慣行のイオン注入量の全域において又特に構
造化された半導体ウェハに対して有効である。１ａｎ程
度の測定点の場合この発明の方法は位置分解能を示す測
定に使用することができる。
この発明の方法は特徴的な電子不均質性を含む総ての半
導体層の分析に利用される。
導体層の分析に利用される。
この発明は半導体層のイオン注入量の測定と並んで結晶
性の半導体層内の残留欠陥の検出に対する応用を包含す
るものである。
性の半導体層内の残留欠陥の検出に対する応用を包含す
るものである。
第１図は試料の変調された反射率を決定する測定構成の
ブロック接続図、第２図はイオン注入シリコン層の変調
された光反射率ＭＯＲとイオン注入ｉｔＤの関係の測定
結果と理論計算結果、第３図は非晶質シリコン層の厚さ
ｄと変調された光反射率ＭＯＨの関係の測定結果と理論
計算結果、第４ｅｆＯはＨｅｃｄレーザービームに対す
る変調された光反射率とイオン注入されたシリコン層の
厚さｄとの予想される関係を示す。 １・・・試料 ２・・・ＨｅＮｅレーザー ３・・・ビーム拡張器 ４・・・ビーム分割器 １０・・・Ａｒ”イオン・レーザー ９・・・音響光学変調器 ８・・・ビーム拡張器 ７・・・顕微鏡対物レンズ １１・・・干渉フィルタ １２・・・光電池
ブロック接続図、第２図はイオン注入シリコン層の変調
された光反射率ＭＯＲとイオン注入ｉｔＤの関係の測定
結果と理論計算結果、第３図は非晶質シリコン層の厚さ
ｄと変調された光反射率ＭＯＨの関係の測定結果と理論
計算結果、第４ｅｆＯはＨｅｃｄレーザービームに対す
る変調された光反射率とイオン注入されたシリコン層の
厚さｄとの予想される関係を示す。 １・・・試料 ２・・・ＨｅＮｅレーザー ３・・・ビーム拡張器 ４・・・ビーム分割器 １０・・・Ａｒ”イオン・レーザー ９・・・音響光学変調器 ８・・・ビーム拡張器 ７・・・顕微鏡対物レンズ １１・・・干渉フィルタ １２・・・光電池
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）強度変調レーザービームで半導体層を照射すること
によって誘起された異なる波長のレーザービームの変調
された光反射率を測定することにより半導体層の電子的
不均質性を非破壊的に検出する方法において、２００な
いし３４５ｎｍの範囲内の波長のレーザービームの変調
された光反射率が電子的不均質密度の尺度として測定さ
れることを特徴とする半導体層の電子的不均質性の非破
壊検出方法。 ２）位置分解性の測定を実施するため反射されるレーザ
ービームが、半導体層表面に直径が０．５ないし５μｍ
の測定斑点を作るように集束されることを特徴とする請
求項１記載の方法。 ３）半導体層への注入量の決定に利用されることを特徴
とする請求項１又は２記載の方法。 ４）シリコン層への注入量の決定に利用されることを特
徴とする請求項３記載の方法。 ５）結晶性半導体層の残留欠陥の決定に利用されること
を特徴とする請求項１又は２記載の方法。 ６）結晶性シリコン層の残留欠陥の決定に利用されるこ
とを特徴とする請求項５記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3822346 | 1988-07-01 | ||
| DE3822346.5 | 1988-07-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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