JPH0763667A - 不純物ドーピング量測定方法および装置 - Google Patents

不純物ドーピング量測定方法および装置

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JPH0763667A
JPH0763667A JP21013393A JP21013393A JPH0763667A JP H0763667 A JPH0763667 A JP H0763667A JP 21013393 A JP21013393 A JP 21013393A JP 21013393 A JP21013393 A JP 21013393A JP H0763667 A JPH0763667 A JP H0763667A
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JP
Japan
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sample
impurity doping
amount
doping amount
light
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JP21013393A
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English (en)
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Toshiya Habu
俊也 土生
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体製造においてイオン注入工程、拡散工
程を中断することなく、また試料を損傷することなく、
従来に比べて容易に不純物ド−ピング量を求める。 【構成】 変調された励起光Lが照射された試料5の箇
所に、白色光(プロ−ブ光)Pを照射して反射スペクト
ルを検出する。この反射スペクトルから求めたバンドギ
ャップ量と不純物ド−ピング量とは相関関係があり、既
知デ−タを用いた検量線から不純物のド−ピング量を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造におけるイ
オン注入工程、拡散工程での不純物ド−ピング量を測定
する方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体製造における不純物ド−ピ
ング量の測定においては、4探針法を使用していた。こ
の4探針法により試料の抵抗率を検出し、この抵抗率と
不純物ド−ピング量の相関関係を示す既知デ−タを使用
した検量線から、不純物ド−ピング量を求めていた。
【0003】図7に4探針法の概略構成を示す。図7に
おいて、15は試料、16、17、18、19は探針、
20は電圧計である。探針にはタングステンあるいはシ
リコンカ−バイドの先端を電解研磨などの方法により、
数μm程度まで細くしたものが用いられる。
【0004】探針と試料15表面との接触が不充分であ
ると誤差の原因になるため、探針はばねなどを利用して
試料15に押し付けるようにする。シリコンが試料の場
合は、先端が5μm径の探針を用いたとき、質量は10
0〜200gが適当である。ガリウムひ素のように柔ら
かい半導体が試料の場合は、表面を破損しないようにこ
れよりも軽くする必要がある。
【0005】試料表面が酸化されていたり汚れていたり
する場合には、探針と試料15との接触は著しく悪くな
るため、探針と試料15間に高電圧パルスを引加し、両
者を融着(あるいは合金化)しておく必要がある。
【0006】探針16、17、18、19は等間隔に並
べられており、間隔がSの場合、抵抗率ρは、ρ=2π
S(V/I)で表わされる。Iは試料に流す電流、Vは
その際の測定電圧である。通常、Sは1mm、あるいは
2πS=1となるように1.59mmである。
【0007】この式は、試料15が探針の間隔Sに比べ
て、半無限に広がっている場合にのみ成立する。探針と
試料15の端との間隔Lは、少なくとも10S以上とす
る必要がある(L>10S)。Lが2Sより大きければ
誤差は数%にとどまるが、L>10Sを満たさない場合
は、補正をする必要がある。
【0008】また、試料15の厚さは、Sの2倍以上で
なくてはならない。試料15が薄い場合には、その底面
が金属に接しているか、絶縁物に接しているかによっ
て、各々異なった補正を加える必要がある。
【0009】上記のように構成された測定装置におい
て、電流源として出力インピ−ダンスの大きな定電流源
を使用し、探針16、19を用いて試料15に電流Iを
流す。電流Iは、試料15が加熱するほどの大きな電流
は流さないようにする。
【0010】一方、電圧計20としては入力インピ−ダ
ンスの大きな電圧計を使用し、探針17、18を用いて
電圧測定を行う。
【0011】この測定により、電流値Iに対する電圧値
Vを電圧計20から読み取り、上式にあてはめて、抵抗
率ρを算出する。
【0012】このようにして得られた抵抗率ρと不純物
ド−ピング量の相関関係を示す既知デ−タから、不純物
ド−ピング量を求めていた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】4探針法を用いての測
定は、上記のように行われているが、測定条件を満たさ
ない場合には、測定結果に対して上記の補正を加える必
要があるため、必ずしも効率的な測定方法ではない。
【0014】また、試料表面に対して探針を接触させた
り、融着(あるいは合金化)させたりする接触測定法で
あるため、試料の損傷を伴い測定誤差を生じる。その
上、測定に使用した試料を無駄にする。さらに、半導体
の製造工程で測定を行うためには、イオン注入工程、拡
散工程を中断して試料を取り出す必要があった。
【0015】本発明は、上記課題を解決するために創案
されたものであり、半導体製造においてイオン注入工
程、拡散工程を中断することなく、また試料を損傷する
ことなく、従来に比べて容易に不純物ド−ピング量を求
めることができる方法および装置を提供することを目的
とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本願第一の発明は、試料
表面にプロ−ブ光を照射するとともに、このプロ−ブ光
の照射位置に変調励起光を照射し、変調に同期した試料
表面からの反射光から反射スペクトルを検出し、この反
射スペクトルから求めた試料のバンドギャップ量と不純
物ド−ピンング量との相関関係から不純物ド−ピング量
を測定することを特徴とする。
【0017】本願第二の発明は、プロ−ブ光を照射する
プロ−ブ光源と、試料表面のプロ−ブ光照射位置に変調
励起光を照射する励起光源と、プロ−ブ光の反射光から
変調に同期した反射スペクトルを検出する手段と、試料
のバンドギャップ量と不純物ド−ピング量の相関関係デ
−タを記憶したデ−タ記憶部と、検出した反射スペクト
ルから求めた試料のバンドギャップ量と上記相関関係デ
−タを比較することにより不純物ド−ピング量を求める
演算手段とを備えたことを特徴とする。
【0018】
【作用】チョッパで変調した励起光を照射した試料表面
の測定箇所に対してプロ−ブ光を照射し、その反射光を
分光器およびディテクタを用いて分光検出した反射光信
号から変調に同期したフォトリフレクタンスΔRを取り
出し、反射光の直流成分Rで規格化した後に、分光器で
の選別波長を走査検出してフォトリフレクタンス・スペ
クトルを得る。
【0019】フォトリフレクタンス・スペクトルのピ−
ク時の波長λG は、試料のバンドギャップ量に相当す
る。ここで、不純物のド−ピング量(1立方cmに含ま
れる原子数)が1016/cm3 を超える濃度の場合、物
質中の不純物ド−ピング量に比例してバンドギャップ量
がシフトするという相関関係がある。
【0020】したがって、フォトリフレクタンス・スペ
クトルに基づいてバンドギャップ量を推定し、物質のバ
ンドギャップ量とド−ピング量との相関関係デ−タを使
用した検量線を用いることにより不純物ド−ピング量を
算出することができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0022】図1に本発明の不純物ド−ピング量測定装
置の概略構成を示す。図1において、1は励起光源、2
はチョッパ、3は白色光源(プロ−ブ光源)、4はビ−
ムスプリッタ、5は試料、6は分光器、7はディテク
タ、8は平滑回路、9はロックイン増幅器、10は演算
制御部、11はデ−タ記憶部、12は表示部、13、1
4は制御回路、Lは励起光、Pは白色光(プロ−ブ
光)、Hは反射光、F1、F2、F3は信号である。
【0023】次に、図1の不純物ド−ピング量測定装置
の動作を説明する。励起光源1から出射した励起光L
は、制御回路13により制御されるチョッパ2で変調さ
れた後、試料5に照射される。このチョッパ2に入力さ
れる周期信号は、制御回路13よりロックイン増幅器9
にも入力されている。
【0024】一方、白色光源3から出射した白色光Pは
ビ−ムスプリッタ4によって反射され、試料5における
励起光Lの照射箇所に照射される。
【0025】試料5からの反射光Hはビ−ムスプリッタ
4を透過した後、制御回路14からの選別波長信号で指
定された波長の光が分光器6において選別された後、デ
ィテクタ7で図2に示すようなその波長に対する反射光
強度が検出され、その強度信号F1が平滑回路8および
ロックイン増幅器9に入力される。
【0026】図2において、Rは励起光を照射しないと
きの反射光信号、ΔRは励起光を照射したときの反射光
信号とRの差である。
【0027】平滑回路8は反射光強度信号F1の直流成
分、すなわち励起光を照射しないときの反射光信号Rを
出力して演算制御部10に入力する。このとき制御回路
14によって分光器6での選別波長を走査すると、図3
に示すようなRのスペクトルが得られる。
【0028】なお、実際には反射光の直流成分Rにフォ
トリフレクタンス信号ΔRが含まれているが、ΔRはR
に比べて極めて小さいため、誤差は無視できる。
【0029】一方、ロックイン増幅器9には、制御回路
13からチョッパ2に入力される変調信号の周期に等し
い周期信号も入力されており、チョッパの変調周期に等
しい周期成分、すなわちΔRを示す信号F2が演算制御
部10に入力される。
【0030】このとき、同様に制御回路14によって分
光器6での選別波長を走査すると、図4に示すようなΔ
Rのスペクトルが得られる。
【0031】したがって、制御回路14によって分光器
6での選別波長を走査しながら、演算制御部10におい
て、ΔRをRで規格すると、図5に示すようなフォトリ
フレクタンス・スペクトルΔR/Rを得ることができ
る。
【0032】図5において、フォトリフレクタンス・ス
ペクトルのピ−ク時の波長λG は、試料のバンドギャッ
プ量に相当する。ここで、不純物のド−ピング量(1立
方cmに含まれる原子数)が1016/cm3 を超える濃
度の場合、物質中の不純物ド−ピング量に比例してバン
ドギャップ量がシフトし、図6に示すような不純物ド−
ピング量とバンドギャップ量の相関関係が得られる。
【0033】デ−タ記憶部11には、標準試料を用いて
測定したこのような物質中の不純物ド−ピング量とバン
ドギャップ量の相関関係の既知デ−タが検量線として記
憶されている。
【0034】したがって、演算制御部10において、フ
ォトリフレクタンス・スペクトルのピ−ク時の波長λG
を検出し、得られた波長λG とデ−タ記憶部11に記憶
された検量線とを比較することにより、試料5の不純物
ド−ピング量が検出され、表示部12に表示される。
【0035】上記実施例では、分光器6を試料5とディ
テクタ7の間に配置して反射光Hを分光したが、白色光
源3とビ−ムスプリッタ4の間、あるいはビ−ムスプリ
ッタ4と試料5の間に配置して白色光Pを分光しても、
同様に不純物ド−ピング量測定を行うことができる。
【0036】また、ビ−ムスプリッタ4を使用せずに、
白色光Pを試料5表面に対する入射角度を垂直方向から
ずらして照射し、反射光が検出される位置に分光器6、
ディテクタ7を配置しても、不純物ド−ピング量測定を
行うことができる。
【0037】さらに、上記実施例のデ−タ記憶部11お
よび表示部12を省略して、単にフォトリフレクタンス
・スペクトルを求め、フォトリフレクタンス・スペクト
ルのピ−ク時の波長λG から測定者がバンドギャップ量
を推定し、該物質中の不純物ド−ピング量とバンドギャ
ップ量の相関関係の既知デ−タを用いた検量線から試料
5の不純物ド−ピング量を検出してもよい。
【0038】
【発明の効果】本発明は、上記のように構成されている
ので、この測定装置を半導体製造工程に組み込むことに
より、イオン注入工程、拡散工程を中断することなく測
定をおこなうことがでる。また、光を照射するだけで測
定を行うことができるので、試料を損傷することなく、
従来に比べて容易に不純物ド−ピング量を求めることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における一実施例の構成を示す図であ
る。
【図2】反射光強度を示す図である。
【図3】反射光強度と波長の関係を示す図である。
【図4】フォトリフレクタンスと波長の関係を示す図で
ある。
【図5】フォトリフレクタンス・スペクトルを示す図で
ある。
【図6】不純物ド−ピング量とバンドギャップ量の相関
関係を示す図である。
【図7】従来の4探針法の概略構成を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料表面にプロ−ブ光を照射するととも
    に、このプロ−ブ光の照射位置に変調励起光を照射し、
    変調に同期した試料表面からの反射光から反射スペクト
    ルを検出し、この反射スペクトルから求めた試料のバン
    ドギャップ量と不純物ド−ピンング量との相関関係から
    不純物ド−ピング量を測定することを特徴とする不純物
    ド−ピング量測定方法。
  2. 【請求項2】 プロ−ブ光を照射するプロ−ブ光源と、
    試料表面のプロ−ブ光照射位置に変調励起光を照射する
    励起光源と、プロ−ブ光の反射光から変調に同期した反
    射スペクトルを検出する手段と、試料のバンドギャップ
    量と不純物ド−ピング量の相関関係デ−タを記憶したデ
    −タ記憶部と、上記検出した反射スペクトルから求めた
    試料のバンドギャップ量と上記相関関係デ−タを比較す
    ることにより不純物ド−ピング量を求める演算手段とを
    備えたことを特徴とする不純物ド−ピング量測定装置。
JP21013393A 1993-08-25 1993-08-25 不純物ドーピング量測定方法および装置 Pending JPH0763667A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2902575A1 (fr) * 2006-06-14 2007-12-21 Ion Beam Services Sa Appareil de caracterisation optique du dopage d'un substrat
CN103063302A (zh) * 2013-01-09 2013-04-24 浙江大学 一种植物叶片漫反射光分布的检测装置及方法
JP2020092213A (ja) * 2018-12-06 2020-06-11 株式会社ディスコ ドープ量検出方法および板状物の加工方法
JP2020092212A (ja) * 2018-12-06 2020-06-11 株式会社ディスコ ドープ量検出方法および板状物の加工方法

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