JPH04104042A - シリコン中の酸素濃度測定方法 - Google Patents
シリコン中の酸素濃度測定方法Info
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- JPH04104042A JPH04104042A JP22132890A JP22132890A JPH04104042A JP H04104042 A JPH04104042 A JP H04104042A JP 22132890 A JP22132890 A JP 22132890A JP 22132890 A JP22132890 A JP 22132890A JP H04104042 A JPH04104042 A JP H04104042A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はシリコン中の酸素濃度測定方法に関する。
シリコンを用いた半導体デバイスではシリコン中に存在
する不純物酸素がデバイス特性に大きな影響を及ぼす。
する不純物酸素がデバイス特性に大きな影響を及ぼす。
シリコン中の酸素が高濃度に存在すると熱処理工程で析
出し、リーク電流の増加、酸化膜の耐圧低下等、種々の
悪影響を及ぼす。反面、重金属等、他の不純物をゲッタ
リングしたり、転位の抑制等の効果があるので、今日で
はシリコン中の酸素濃度を制御して、酸素を積極的に利
用する方向にある。さらに、半導体デバイスが高速化、
高集積化するに伴い、より微小な領域における不純物濃
度の制御が重要になってきており、微小領域における酸
素濃度の高感度分析の必要性が高まっている。
出し、リーク電流の増加、酸化膜の耐圧低下等、種々の
悪影響を及ぼす。反面、重金属等、他の不純物をゲッタ
リングしたり、転位の抑制等の効果があるので、今日で
はシリコン中の酸素濃度を制御して、酸素を積極的に利
用する方向にある。さらに、半導体デバイスが高速化、
高集積化するに伴い、より微小な領域における不純物濃
度の制御が重要になってきており、微小領域における酸
素濃度の高感度分析の必要性が高まっている。
現在、シリコン中の酸素濃度測定法として、バルク試料
に対しては赤外吸収分光法が広く用いられている。しか
し、薄膜に対しては大幅に感度が低下し、また、深さ方
向の酸素分布測定はできない。他の測定法として二次イ
オン質量分析法があるが、いずれも感度が低い。
に対しては赤外吸収分光法が広く用いられている。しか
し、薄膜に対しては大幅に感度が低下し、また、深さ方
向の酸素分布測定はできない。他の測定法として二次イ
オン質量分析法があるが、いずれも感度が低い。
ところでプロシーディング シンポジウム オン リデ
ュースド テンパラチャ プロセシングフォー ブイ・
エル・ニス・アイ、イー・シー・ニス、 （１９８５年
）第３０７頁から第３２１頁（Ｐｒｏｅ。
ュースド テンパラチャ プロセシングフォー ブイ・
エル・ニス・アイ、イー・シー・ニス、 （１９８５年
）第３０７頁から第３２１頁（Ｐｒｏｅ。
５ｙａｐ、ｏｎ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａ
ｔｕｒｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒＶＬ Ｓ
Ｉ 、 Ｅ、Ｃ，Ｓ、、（１９８５）ｐｐ３０７−３
２１）において論じられているように、炭素、酸素を含
むシリコン結晶に電子線を照射すると炭素−酸素複合欠
陥が生成し、この欠陥に起因するピーク波長１．５７μ
ｍのフォトルミネッセンスが生じる。
ｔｕｒｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒＶＬ Ｓ
Ｉ 、 Ｅ、Ｃ，Ｓ、、（１９８５）ｐｐ３０７−３
２１）において論じられているように、炭素、酸素を含
むシリコン結晶に電子線を照射すると炭素−酸素複合欠
陥が生成し、この欠陥に起因するピーク波長１．５７μ
ｍのフォトルミネッセンスが生じる。
このフォトルミネッセンス強度は炭素濃度、酸素濃度と
相関があるので、この強度から炭素濃度。
相関があるので、この強度から炭素濃度。
酸素濃度を算出できる可能性がある。しかし、酸素濃度
を測定するためには、シリコン試料中にあらかじめ、あ
る濃度以上の炭素が含まれていることが必要であり、実
際のデバイス・プロセスに用いられるような低炭素濃度
のシリコン試料には適用が困難である。
を測定するためには、シリコン試料中にあらかじめ、あ
る濃度以上の炭素が含まれていることが必要であり、実
際のデバイス・プロセスに用いられるような低炭素濃度
のシリコン試料には適用が困難である。
上記のように従来はシリコン中の酸素濃度を微小領域で
も高感度に測定できる分析方法がなかった。また、シリ
コン中の酸素の深さ方向分布を高感度に測定できる分析
手法がなかった。
も高感度に測定できる分析方法がなかった。また、シリ
コン中の酸素の深さ方向分布を高感度に測定できる分析
手法がなかった。
本発明の目的はシリコン中の酸素濃度を微小領域でも高
感度に測定できる分析方法を提供することにある。
感度に測定できる分析方法を提供することにある。
本発明の他の目的はシリコン中の任意の深さ領域におけ
る酸素濃度を高感度に測定できる分析方法を提供するこ
とにある。
る酸素濃度を高感度に測定できる分析方法を提供するこ
とにある。
上記目的を達成するために１本発明はシリコン試料に炭
素イオンを注入することにより酸素に関連した欠陥を生
成させ、この欠陥に起因するフォトルミネッセンス強度
からシリコン試料中の酸素濃度を算出するようにした。
素イオンを注入することにより酸素に関連した欠陥を生
成させ、この欠陥に起因するフォトルミネッセンス強度
からシリコン試料中の酸素濃度を算出するようにした。
また、シリコン試料に炭素イオン注入後、熱エネルギを
加えることにより、この欠陥に起因するフォトルミネッ
センス強度を増大させた。
加えることにより、この欠陥に起因するフォトルミネッ
センス強度を増大させた。
また、シリコン試料に炭素イオン注入後、電子線を照射
することにより、欠陥に起因するフォトルミネッセンス
強度を増大させた。
することにより、欠陥に起因するフォトルミネッセンス
強度を増大させた。
さらに、シリコン試料に炭素イオン注入後で電子線照射
前あるいは照射後に熱スネルギを加えることにより、欠
陥に起因するフォトルミネッセンス強度を増大させた。
前あるいは照射後に熱スネルギを加えることにより、欠
陥に起因するフォトルミネッセンス強度を増大させた。
また、他の目的を達成するために、試料に注入する炭素
イオンの加速電圧、あるいは炭素イオンと照射電子線の
両方の加速電圧を任意に設定することにより、試料中の
任意の深さ領域に酸素に関連した欠陥を生成させ、欠陥
に起因するフォトルミネッセンス強度を測定することに
より、シリコン試料中の任意の深さ領域の酸素濃度を算
出できるようにしたものである。
イオンの加速電圧、あるいは炭素イオンと照射電子線の
両方の加速電圧を任意に設定することにより、試料中の
任意の深さ領域に酸素に関連した欠陥を生成させ、欠陥
に起因するフォトルミネッセンス強度を測定することに
より、シリコン試料中の任意の深さ領域の酸素濃度を算
出できるようにしたものである。
［作用〕
本発明者らはシリコン試料に炭素イオンを注入後、電子
線を照射することにより試料中に酸素に関連した欠陥が
生成し、この欠陥に起因するフォトルミネッセンス強度
からシリコン中の酸素濃度を算出できることを見い呂し
た。
線を照射することにより試料中に酸素に関連した欠陥が
生成し、この欠陥に起因するフォトルミネッセンス強度
からシリコン中の酸素濃度を算出できることを見い呂し
た。
そして、さらに検討を加えた結果、シリコン試料に炭素
イオンを注入するだけでも欠陥に起因するフォトルミネ
ッセンスが生じ、このフォトルミネッセンス強度から試
料中の酸素濃度を算出できることを見い出した。これに
より分析工程数を減らすことができ、より短時間でシリ
コン中の酸素濃度を測定することができる。
イオンを注入するだけでも欠陥に起因するフォトルミネ
ッセンスが生じ、このフォトルミネッセンス強度から試
料中の酸素濃度を算出できることを見い出した。これに
より分析工程数を減らすことができ、より短時間でシリ
コン中の酸素濃度を測定することができる。
また、シリコン試料に炭素イオンを注入後、熱エネルギ
を加えることにより、欠陥に起因するフォトルミネッセ
ンス強度が増大することを見い呂した。この効果は電子
線を照射しない場合にも、また、電子線を照射する場合
には電子線照射前あるいは照射後のいずれで熱エネルギ
を加えても同様に生しる。これによりシリコン中の酸素
濃度をより高感度に測定することができる。
を加えることにより、欠陥に起因するフォトルミネッセ
ンス強度が増大することを見い呂した。この効果は電子
線を照射しない場合にも、また、電子線を照射する場合
には電子線照射前あるいは照射後のいずれで熱エネルギ
を加えても同様に生しる。これによりシリコン中の酸素
濃度をより高感度に測定することができる。
以下、本発明の一実施例を説明する。第１図は本発明に
よる酸素濃度測定手順を示したもので、Ａ法、Ｂ法、Ｃ
法、Ｄ法の四通りの測定方法がある。
よる酸素濃度測定手順を示したもので、Ａ法、Ｂ法、Ｃ
法、Ｄ法の四通りの測定方法がある。
まず、（ａ）に示すように、シリコン試料の測定領域に
炭素イオンを注入する。炭素イオンの加速電圧は、？Ｉ
！定したい深さ領域にイオンが注入されるように設定す
る。イオン注入量は１０１５個／ｄ以下が望ましく、こ
の値以上では炭素イオン注入領域が非晶質化し、フォト
ルミネッセンス強度が大幅に低下する。なお、炭素イオ
ン注入による試料表面の面荒れを防ぐために、炭素イオ
ン注入前に試料表面に保護膜を形成するのが望ましい。
炭素イオンを注入する。炭素イオンの加速電圧は、？Ｉ
！定したい深さ領域にイオンが注入されるように設定す
る。イオン注入量は１０１５個／ｄ以下が望ましく、こ
の値以上では炭素イオン注入領域が非晶質化し、フォト
ルミネッセンス強度が大幅に低下する。なお、炭素イオ
ン注入による試料表面の面荒れを防ぐために、炭素イオ
ン注入前に試料表面に保護膜を形成するのが望ましい。
保護膜は、膜形成時にシリコン中の酸素分布に影響を及
ぼさないものがよく、例えば、プラズマシリコン窒化膜
等が適している。
ぼさないものがよく、例えば、プラズマシリコン窒化膜
等が適している。
Ａ法では炭素イオン注入後、（ｂ）に示すように、試料
の測定領域に励起光を照射し、試料からのフォトルミネ
ッセンスを測定する。励起光は、シリコンのバンドギャ
ップ（〜１．１ｅＶ）以上のエネルギの光であれば、例
えば、アルゴンイオン・レーザ光等が適している。また
、フォトルミネッセンス強度は試料温度が低いほど大き
いので、例えば、液体ヘリウム等で試料を冷却してフォ
トルミネッセンスを測定するのがよい。酸素に関連した
欠陥に起因するフォトルミネッセンスはピーク波長が１
．５７μｍ（試料温度〜４Ｋ）であり、このフォトルミ
ネッセンス強度からシリコン試料中の酸素濃度を算出す
る。酸素濃度を算出するには、酸素濃度既知のシリコン
試料について測定試料と同様の測定手順でフォトルミネ
ッセンス強度を測定し、あらかしめ酸素濃度−フォトル
ミネッセンス強度較正曲線を作成しておけばよい。
の測定領域に励起光を照射し、試料からのフォトルミネ
ッセンスを測定する。励起光は、シリコンのバンドギャ
ップ（〜１．１ｅＶ）以上のエネルギの光であれば、例
えば、アルゴンイオン・レーザ光等が適している。また
、フォトルミネッセンス強度は試料温度が低いほど大き
いので、例えば、液体ヘリウム等で試料を冷却してフォ
トルミネッセンスを測定するのがよい。酸素に関連した
欠陥に起因するフォトルミネッセンスはピーク波長が１
．５７μｍ（試料温度〜４Ｋ）であり、このフォトルミ
ネッセンス強度からシリコン試料中の酸素濃度を算出す
る。酸素濃度を算出するには、酸素濃度既知のシリコン
試料について測定試料と同様の測定手順でフォトルミネ
ッセンス強度を測定し、あらかしめ酸素濃度−フォトル
ミネッセンス強度較正曲線を作成しておけばよい。
Ｂ法では炭素イオン注入後、試料に熱エネルギを加える
。加える熱エネルギは高温で長時間はどフォトルミネッ
センス強度を大きくするが、試料中の酸素分布に影響を
与える可能性があるので、酸素分布を精密に測定したい
場合には、例えば。
。加える熱エネルギは高温で長時間はどフォトルミネッ
センス強度を大きくするが、試料中の酸素分布に影響を
与える可能性があるので、酸素分布を精密に測定したい
場合には、例えば。
レーザ・アニール、ランプ・アニール等により短時間の
熱処理を行なう方がよい。試料に熱エネルギを加えた後
、Ａ法と同様の方法でフォトルミネッセンス強度を測定
し、試料中の酸素濃度を算出する。
熱処理を行なう方がよい。試料に熱エネルギを加えた後
、Ａ法と同様の方法でフォトルミネッセンス強度を測定
し、試料中の酸素濃度を算出する。
Ｃ法では炭素イオン注入後、 （ｅ）に示すように、試
料に電子線を照射する。電子線の照射領域は炭素イオン
注入領域を含むようにし、加速電圧は測定したい深さ領
域にわたって一様に電子が照射されるように設定する。
料に電子線を照射する。電子線の照射領域は炭素イオン
注入領域を含むようにし、加速電圧は測定したい深さ領
域にわたって一様に電子が照射されるように設定する。
試料に電子線を照射後、Ａ法と同様の方法でフォトルミ
ネッセンス強度を測定し、試料中の酸素濃度を算出する
。
ネッセンス強度を測定し、試料中の酸素濃度を算出する
。
Ｄ法ではＣ法において電子線照射前あるいは照射後、Ｂ
法と同様の方法で試料に熱エネルギを加えるものである
。
法と同様の方法で試料に熱エネルギを加えるものである
。
本実施例によれば、炭素イオンビームあるいは励起光の
ビーム径を絞ることにより、シリコン試料の微小領域の
酸素１度を高感度に測定することができる。また、炭素
イオンの加速電圧を任意に設定することにより、試料中
の任意の深さ領域に酸素に関連した欠陥を生成できるの
で、シリコン試料の任意の深さ領域の酸素濃度を高感度
に測定することができる。
ビーム径を絞ることにより、シリコン試料の微小領域の
酸素１度を高感度に測定することができる。また、炭素
イオンの加速電圧を任意に設定することにより、試料中
の任意の深さ領域に酸素に関連した欠陥を生成できるの
で、シリコン試料の任意の深さ領域の酸素濃度を高感度
に測定することができる。
特に、Ａ法によれば分析工程数を減らすことができるの
で、測定時間を短縮することができる。
で、測定時間を短縮することができる。
また、Ｂ法、Ｃ法、Ｄ法によれば分析工程数は増加する
が、フォトルミネッセンス強度を増大させることができ
るので、より高感度にシリコン試料中の酸素濃度を測定
できる。
が、フォトルミネッセンス強度を増大させることができ
るので、より高感度にシリコン試料中の酸素濃度を測定
できる。
本発明によれば、試料に注入する炭素イオンビームを絞
ることにより酸素に関連した欠陥の生成領域を小さくで
き、また、励起光を絞ることによりフォトルミネッセン
ス測定領域を小さくできるので、シリコン試料の微小領
域の酸素濃度を高感度に測定することができる。
ることにより酸素に関連した欠陥の生成領域を小さくで
き、また、励起光を絞ることによりフォトルミネッセン
ス測定領域を小さくできるので、シリコン試料の微小領
域の酸素濃度を高感度に測定することができる。
また、試料に注入する炭素イオンの加速電圧を任意に設
定することにより、試料中の任意の深さ領域に酸素に関
連した欠陥を生成できるので、シリコン試料中の、任意
の深さ領域の酸素濃度を高感度に測定することができる
。
定することにより、試料中の任意の深さ領域に酸素に関
連した欠陥を生成できるので、シリコン試料中の、任意
の深さ領域の酸素濃度を高感度に測定することができる
。
第１図は本発明の一実施例における酸素濃度の測定手順
を示す説明図である。 １・・・シリコン試料、２・・・炭素イオン注入領域、
３・・・電子線照射領域。
を示す説明図である。 １・・・シリコン試料、２・・・炭素イオン注入領域、
３・・・電子線照射領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、シリコン試料に炭素イオンを注入することにより酸
素に関連した欠陥を生成させ、前記欠陥に起因するフォ
トルミネッセンス強度から前記シリコン試料中の酸素濃
度を算出することを特徴とするシリコン中の酸素濃度測
定方法。 ２、請求項１において、炭素イオン注入後、前記シリコ
ン試料に熱エネルギを加えることにより、前記欠陥に起
因するフォトルミネッセンス強度を増大させたシリコン
中の酸素濃度測定方法。 ３、請求項１において、炭素イオン注入後、前記シリコ
ン試料に電子線を照射することにより、前記欠陥に起因
するフォトルミネッセンス強度を増大させたシリコン中
の酸素濃度測定方法。 ４、請求項３において、炭素イオン注入後、かつ電子線
照射前あるいは照射後、試料に熱エネルギを加えること
により、前記欠陥に起因するフォトルミネッセンス強度
を増大させたシリコン中の酸素濃度測定方法。 ５、請求項１または２において、前記シリコン試料に注
入する炭素イオンの加速電圧を任意に設定することによ
り、前記シリコン試料中の任意の深さ領域に酸素に関連
した欠陥を生成させ、前記欠陥に起因するフォトルミネ
ッセンス強度を測定することにより、前記シリコン試料
中の任意の深さ領域の酸素濃度を算出するシリコン中の
酸素濃度測定方法。 ６、請求項３または４において、前記シリコン試料に注
入する炭素イオン及び照射電子線の加速電圧を任意に設
定することにより、試料中の任意の深さ領域に酸素に関
連した欠陥を生成させ、前記欠陥に起因するフォトルミ
ネッセンス強度を測定することにより、前記シリコン試
料中の任意の深さ領域の酸素濃度を算出するシリコン中
の酸素濃度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22132890A JPH04104042A (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | シリコン中の酸素濃度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22132890A JPH04104042A (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | シリコン中の酸素濃度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04104042A true JPH04104042A (ja) | 1992-04-06 |
Family
ID=16765086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22132890A Pending JPH04104042A (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | シリコン中の酸素濃度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04104042A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015156420A (ja) * | 2014-02-20 | 2015-08-27 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶中の炭素濃度評価方法及び半導体デバイスの製造方法 |
| CN106442434A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-22 | 哈尔滨工业大学 | 基于镨掺杂铌酸钾钠发光特性的氧气传感测量方法 |
| KR20180010187A (ko) | 2015-05-20 | 2018-01-30 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법 및 평가방법 |
| TWI647440B (zh) * | 2017-02-10 | 2019-01-11 | 日商環球晶圓日本股份有限公司 | 校準曲線作成方法、碳濃度測定方法及矽晶圓製造方法 |
-
1990
- 1990-08-24 JP JP22132890A patent/JPH04104042A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015156420A (ja) * | 2014-02-20 | 2015-08-27 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶中の炭素濃度評価方法及び半導体デバイスの製造方法 |
| KR20180010187A (ko) | 2015-05-20 | 2018-01-30 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법 및 평가방법 |
| US10643908B2 (en) | 2015-05-20 | 2020-05-05 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Manufacturing method and evaluation method of silicon epitaxial wafer |
| US11205599B2 (en) | 2015-05-20 | 2021-12-21 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Evaluation method of silicon epitaxial wafer |
| CN106442434A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-22 | 哈尔滨工业大学 | 基于镨掺杂铌酸钾钠发光特性的氧气传感测量方法 |
| CN106442434B (zh) * | 2016-09-30 | 2019-03-12 | 哈尔滨工业大学 | 基于镨掺杂铌酸钾钠发光特性的氧气传感测量方法 |
| TWI647440B (zh) * | 2017-02-10 | 2019-01-11 | 日商環球晶圓日本股份有限公司 | 校準曲線作成方法、碳濃度測定方法及矽晶圓製造方法 |
| US10330599B2 (en) | 2017-02-10 | 2019-06-25 | Globalwafers Japan Co., Ltd. | Calibration curve determination method, carbon concentration measurement method, and silicon wafer-manufacturing method |
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