JPH11233578A - 不純物の深さ方向濃度分布測定方法 - Google Patents
不純物の深さ方向濃度分布測定方法Info
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- JPH11233578A JPH11233578A JP2680698A JP2680698A JPH11233578A JP H11233578 A JPH11233578 A JP H11233578A JP 2680698 A JP2680698 A JP 2680698A JP 2680698 A JP2680698 A JP 2680698A JP H11233578 A JPH11233578 A JP H11233578A
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- impurity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】シリコンウエーハ中にドープされた不純物元素
の深さ方向濃度分布を、最表面から高い信頼性で測定す
る。 【解決手段】不純物濃度が低い深さは迅速に酸化し、不
純物濃度のピーク近傍の深さは遅く酸化し、形成された
酸化膜から対象とする不純物およびシリコンの量を測定
して、不純物の深さ方向プロファイルを作成する。 【効果】物理的な影響を受けることなしに、高い深さ方
向分解能で信頼性の高い不純物濃度プロファイルを迅速
に得ることができる。
の深さ方向濃度分布を、最表面から高い信頼性で測定す
る。 【解決手段】不純物濃度が低い深さは迅速に酸化し、不
純物濃度のピーク近傍の深さは遅く酸化し、形成された
酸化膜から対象とする不純物およびシリコンの量を測定
して、不純物の深さ方向プロファイルを作成する。 【効果】物理的な影響を受けることなしに、高い深さ方
向分解能で信頼性の高い不純物濃度プロファイルを迅速
に得ることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は不純物の深さ方向濃
度分布測定方法に関し、詳しくは、半導体ウエーハにド
ープされた不純物元素の深さ方向濃度分布を容易かつ正
確に測定できる方法に関する。
度分布測定方法に関し、詳しくは、半導体ウエーハにド
ープされた不純物元素の深さ方向濃度分布を容易かつ正
確に測定できる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウエーハにドープされた不純物元
素の深さ方向濃度分布を測定する従来の方法としは、二
次イオン質量分析法(以下、SIMSと略称する)が知
られている。しかし、SIMSは試料にイオンビームを
照射してスパッタを行い、発生した二次イオンを質量分
析する方法であるため、ノックオン効果と呼ばれる一次
イオンビーム照射による被検元素の変位が起こることな
どから、ウエーハの最表面から得られる情報は正確さに
欠け、本来のプロフアイルよりも幅の広い結果になるな
どの問題がある。また、同じ理由から、一般的な測定条
件における実用深さ分解能は5〜10nm程度である。
このため、シリコンウエーハ中に異種元素を数原子層厚
さの範囲にドープしたいわゆるデルタドープ試料では、
プラクチカル・サーフェイス・アナリシス第2巻、第2
63頁(Practical Surface Analysis SECOND EDITIO
N、p263)に記載されている図2のように、ド−プ位
置深さの前後に大きくひろがったプロファイルになり、
正確な深さ位置および濃度情報を得ることができない。
またイオン注入試料の場合、シリコンウエーハの最表面
における情報が不正確であるばかりでなく、接合深さが
浅い試料における、ドーパントの深さ方向のプロファイ
ルを正確に測定することは困難であった。
素の深さ方向濃度分布を測定する従来の方法としは、二
次イオン質量分析法(以下、SIMSと略称する)が知
られている。しかし、SIMSは試料にイオンビームを
照射してスパッタを行い、発生した二次イオンを質量分
析する方法であるため、ノックオン効果と呼ばれる一次
イオンビーム照射による被検元素の変位が起こることな
どから、ウエーハの最表面から得られる情報は正確さに
欠け、本来のプロフアイルよりも幅の広い結果になるな
どの問題がある。また、同じ理由から、一般的な測定条
件における実用深さ分解能は5〜10nm程度である。
このため、シリコンウエーハ中に異種元素を数原子層厚
さの範囲にドープしたいわゆるデルタドープ試料では、
プラクチカル・サーフェイス・アナリシス第2巻、第2
63頁(Practical Surface Analysis SECOND EDITIO
N、p263)に記載されている図2のように、ド−プ位
置深さの前後に大きくひろがったプロファイルになり、
正確な深さ位置および濃度情報を得ることができない。
またイオン注入試料の場合、シリコンウエーハの最表面
における情報が不正確であるばかりでなく、接合深さが
浅い試料における、ドーパントの深さ方向のプロファイ
ルを正確に測定することは困難であった。
【0003】また、特開昭59−128507には、酸
素ガスを通気した容器内で、紫外線を照射してシリコン
ウエハの表面に酸化膜を形成し、この酸化膜を熱フッ酸
蒸気で分解した後、不純物元素を分析する方法が提案さ
れている。しかし、この方法は、分析の目的がシリコン
ウエーハの表面の不純物元素測定であるため、形成され
る酸化膜厚の制御は行われず、深さ方向の不純物元素測
定には適用できない。
素ガスを通気した容器内で、紫外線を照射してシリコン
ウエハの表面に酸化膜を形成し、この酸化膜を熱フッ酸
蒸気で分解した後、不純物元素を分析する方法が提案さ
れている。しかし、この方法は、分析の目的がシリコン
ウエーハの表面の不純物元素測定であるため、形成され
る酸化膜厚の制御は行われず、深さ方向の不純物元素測
定には適用できない。
【0004】シリコンウエーハの表面に酸化膜を形成す
る従来の技術として、特開平5−55197には酸素ま
たは酸素を含む分子をシリコンウエーハの表面に接触さ
せる方法が提案されている。しかし、この方法は高絶縁
性酸化膜の形成を主目的としているため、自然酸化膜の
膜厚制御は考慮されていないばかりでなく、形成される
酸化膜の膜厚が200nm程度と大きいため、深さ方向
の不純物元素測定には適用できない。
る従来の技術として、特開平5−55197には酸素ま
たは酸素を含む分子をシリコンウエーハの表面に接触さ
せる方法が提案されている。しかし、この方法は高絶縁
性酸化膜の形成を主目的としているため、自然酸化膜の
膜厚制御は考慮されていないばかりでなく、形成される
酸化膜の膜厚が200nm程度と大きいため、深さ方向
の不純物元素測定には適用できない。
【0005】また、特開平5−102115には、オゾ
ン雰囲気中で紫外線を照射シリコンウエーハの表面を酸
化する方法が提案されているが、この方法はシリコンウ
エーハを100℃に加温しなければならず、ウエーハ温
度が50℃未満では所定の酸化膜が形成できない。
ン雰囲気中で紫外線を照射シリコンウエーハの表面を酸
化する方法が提案されているが、この方法はシリコンウ
エーハを100℃に加温しなければならず、ウエーハ温
度が50℃未満では所定の酸化膜が形成できない。
【0006】従来技術における湿式化学法として、特開
平6−221368には過酸化水素水を用いるシリコン
表面の酸化膜形成と、この酸化膜の溶解を繰り返し行っ
て、ドーパントの深さ方向のプロファイルを測定する方
法が提案されている。この方法は酸化膜厚を制御してド
ーパントの濃度を測定することは可能であるが、測定対
象であるイオン注入されたドーパントが、酸化に用いた
過酸化水素水中に溶けだすため、酸化膜だけでなく過酸
化水素水中のドーパントの量を求める必要があり、測定
が煩雑である。
平6−221368には過酸化水素水を用いるシリコン
表面の酸化膜形成と、この酸化膜の溶解を繰り返し行っ
て、ドーパントの深さ方向のプロファイルを測定する方
法が提案されている。この方法は酸化膜厚を制御してド
ーパントの濃度を測定することは可能であるが、測定対
象であるイオン注入されたドーパントが、酸化に用いた
過酸化水素水中に溶けだすため、酸化膜だけでなく過酸
化水素水中のドーパントの量を求める必要があり、測定
が煩雑である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の有する上記問題を解決し、半導体ウエーハ中にド
ープされた不純物元素の深さ方向濃度分布を、高い精度
で容易に測定することができる方法を提供することであ
る。
技術の有する上記問題を解決し、半導体ウエーハ中にド
ープされた不純物元素の深さ方向濃度分布を、高い精度
で容易に測定することができる方法を提供することであ
る。
【0008】本発明の他の目的は、半導体ウエーハにダ
メ−ジを与えることなしに、最表面から内部への深さ方
向におけるドープされた不純物の濃度分布を、高い深さ
方向分解能で正確に測定することができ方法を提供する
ことである。
メ−ジを与えることなしに、最表面から内部への深さ方
向におけるドープされた不純物の濃度分布を、高い深さ
方向分解能で正確に測定することができ方法を提供する
ことである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の深さ方向不純物分布測定方法は、所定の不
純物がドープされたシリコンウエーハの表面に、所定の
雰囲気中で酸化シリコン膜を形成する工程および当該酸
化シリコン膜を溶解する工程を交互に複数回繰返して上
記シリコンウエーハを深さ方向に順次エッチングし、上
記溶解する工程で得られた溶液中に含まれる上記不純物
およびシリコンの量を測定することによって、上記不純
物の深さ方向における濃度分布を測定する方法におい
て、上記酸化シリコン膜を形成する工程は、第1の雰囲
気中で酸化シリコン膜を形成する第1の酸化工程と、上
記第1の雰囲気より酸化速度が小さい第2の雰囲気中で
酸化シリコン膜を形成する第2の酸化工程と、上記第2
の雰囲気より酸化速度が大きい第3の雰囲気中で酸化シ
リコン膜を形成する第3の酸化工程を含むことを特徴と
する。
め、本発明の深さ方向不純物分布測定方法は、所定の不
純物がドープされたシリコンウエーハの表面に、所定の
雰囲気中で酸化シリコン膜を形成する工程および当該酸
化シリコン膜を溶解する工程を交互に複数回繰返して上
記シリコンウエーハを深さ方向に順次エッチングし、上
記溶解する工程で得られた溶液中に含まれる上記不純物
およびシリコンの量を測定することによって、上記不純
物の深さ方向における濃度分布を測定する方法におい
て、上記酸化シリコン膜を形成する工程は、第1の雰囲
気中で酸化シリコン膜を形成する第1の酸化工程と、上
記第1の雰囲気より酸化速度が小さい第2の雰囲気中で
酸化シリコン膜を形成する第2の酸化工程と、上記第2
の雰囲気より酸化速度が大きい第3の雰囲気中で酸化シ
リコン膜を形成する第3の酸化工程を含むことを特徴と
する。
【0010】すなわち、酸化膜の形成とこの酸化膜を溶
解して、得られた溶液中のシリコンのおよび不純物の量
を求めることによって、シリコンウエーハの深さおよび
この深さに対応した不純物量が求められ、これを繰返し
て行うことによって、深さ方向における不純物濃度分布
が求められる。
解して、得られた溶液中のシリコンのおよび不純物の量
を求めることによって、シリコンウエーハの深さおよび
この深さに対応した不純物量が求められ、これを繰返し
て行うことによって、深さ方向における不純物濃度分布
が求められる。
【0011】しかし、ドープされた不純物の濃度はイオ
ン打込みに用いられた加速電圧に対応した位置における
濃度が最も高く、この位置からはずれた位置では、不純
物濃度が急激に低下する。したがって、上記不純物濃度
が高い位置では、酸化シリコン膜の厚さが小さく試料の
量が少なくても、不純物の定量に支障はないが、上記不
純物濃度が低下した位置においては、酸化シリコン膜中
に含まれる不純物の量が少なく、定量が困難である。
ン打込みに用いられた加速電圧に対応した位置における
濃度が最も高く、この位置からはずれた位置では、不純
物濃度が急激に低下する。したがって、上記不純物濃度
が高い位置では、酸化シリコン膜の厚さが小さく試料の
量が少なくても、不純物の定量に支障はないが、上記不
純物濃度が低下した位置においては、酸化シリコン膜中
に含まれる不純物の量が少なく、定量が困難である。
【0012】本発明においては、不純物量がピークから
外れた位置では、酸化速度が大きい酸化を行って定量に
十分な量の酸化膜が形成されるので、このような不純物
量が少ない位置においても、不純物の定量を支障なく行
うことができる。
外れた位置では、酸化速度が大きい酸化を行って定量に
十分な量の酸化膜が形成されるので、このような不純物
量が少ない位置においても、不純物の定量を支障なく行
うことができる。
【0013】しかも、不純物量のピークおよびその近傍
では、酸化速度が小さい酸化が行われる。そのため、上
記ピークおよびその近傍では、上記ピークから外れた位
置よりも、はるかに多数の試料が、小さな深さ方向間隔
で採取されて、不純物およびシリコンの定量に供され
る。そのため、不純物量の分布としては極めて幅の狭い
シャープなピークが得られ、ピークの位置を正確に知る
ことができる。この場合、ピークおよびその近傍では、
形成される酸化シリコン膜の膜厚は小さく、試料となる
溶液量は極めて少ないが、不純物含有量が極めて多いの
で、不純物量の測定には支障はない。
では、酸化速度が小さい酸化が行われる。そのため、上
記ピークおよびその近傍では、上記ピークから外れた位
置よりも、はるかに多数の試料が、小さな深さ方向間隔
で採取されて、不純物およびシリコンの定量に供され
る。そのため、不純物量の分布としては極めて幅の狭い
シャープなピークが得られ、ピークの位置を正確に知る
ことができる。この場合、ピークおよびその近傍では、
形成される酸化シリコン膜の膜厚は小さく、試料となる
溶液量は極めて少ないが、不純物含有量が極めて多いの
で、不純物量の測定には支障はない。
【0014】上記第1、第2および第3の酸化工程は、
それぞれ複数回繰返して行われ、酸化速度が小さい上記
第2の酸化工程は、上記のように不純物の深さ方向濃度
が最も高い位置およびその近傍で行われる。
それぞれ複数回繰返して行われ、酸化速度が小さい上記
第2の酸化工程は、上記のように不純物の深さ方向濃度
が最も高い位置およびその近傍で行われる。
【0015】酸化速度が小さい上記第2の酸化工程とし
て、アンモニアを含みオゾンや過酸化水素の量が少ない
雰囲気中において、上記シリコンウエーハの表面に紫外
線を照射すれば、好ましい結果が得られる。
て、アンモニアを含みオゾンや過酸化水素の量が少ない
雰囲気中において、上記シリコンウエーハの表面に紫外
線を照射すれば、好ましい結果が得られる。
【0016】また、酸化速度が大きい上記第1の酸化工
程としては、アンモニアとオゾンを含む雰囲気中におい
て上記シリコンウエーハの表面に紫外線を照射すれば、
好ましい結果を得ことができる。
程としては、アンモニアとオゾンを含む雰囲気中におい
て上記シリコンウエーハの表面に紫外線を照射すれば、
好ましい結果を得ことができる。
【0017】上記第1の酸化工程における上記アンモニ
アおよびオゾンの濃度はそれぞれ0.1%〜2%および
0.1ppm〜80ppmとすれば、好ましい結果が得
られる。上記オゾンとしては、たとえば放電を利用した
オゾン発生機から得られたオゾンガス若しくは過酸化水
素水から得られた気体を用いることができる。
アおよびオゾンの濃度はそれぞれ0.1%〜2%および
0.1ppm〜80ppmとすれば、好ましい結果が得
られる。上記オゾンとしては、たとえば放電を利用した
オゾン発生機から得られたオゾンガス若しくは過酸化水
素水から得られた気体を用いることができる。
【0018】また、上記第3の酸化工程は、上記第1の
酸化工程と同じ雰囲気中において上記シリコンウエーハ
の表面に紫外線を照射してもよく、上記第1の酸化工程
とは異なる雰囲気中でこの紫外線照射を行ってもよい。
酸化工程と同じ雰囲気中において上記シリコンウエーハ
の表面に紫外線を照射してもよく、上記第1の酸化工程
とは異なる雰囲気中でこの紫外線照射を行ってもよい。
【0019】上記第2の酸化工程における上記アンモニ
アの濃度は0.5%〜5%とすることができる。
アの濃度は0.5%〜5%とすることができる。
【0020】上記酸化シリコン膜を溶解する工程におい
ては、濃度0.05容量%〜0.5容量%の過酸化水素
若しくは塩酸が添加された濃度1%〜5容量%のフッ酸
水溶液を用れば、上記酸化シリコン膜を支障なく溶解す
ることができる。この溶解によって得られた溶液中に含
まれる上記不純物およびシリコンの量は、誘導結合プラ
ズマ発光分析装置、誘導結合プラズマ質量分析装置若し
くはマイクロ波質量分析装置を用いて測定できる。
ては、濃度0.05容量%〜0.5容量%の過酸化水素
若しくは塩酸が添加された濃度1%〜5容量%のフッ酸
水溶液を用れば、上記酸化シリコン膜を支障なく溶解す
ることができる。この溶解によって得られた溶液中に含
まれる上記不純物およびシリコンの量は、誘導結合プラ
ズマ発光分析装置、誘導結合プラズマ質量分析装置若し
くはマイクロ波質量分析装置を用いて測定できる。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明において、通常の治具を用
いれば、シリコンウエハの全面を酸化して、全表面にお
ける深さ方向の不純物濃度分布を測定できる。シリコン
ウエーハの特定箇所を選択的に測定するには、例えば図
7に示したように、所望の開口部を有する疎水性を有す
る材料からなるカバーマスクをシリコンウエーハの上に
装着すればよい。
いれば、シリコンウエハの全面を酸化して、全表面にお
ける深さ方向の不純物濃度分布を測定できる。シリコン
ウエーハの特定箇所を選択的に測定するには、例えば図
7に示したように、所望の開口部を有する疎水性を有す
る材料からなるカバーマスクをシリコンウエーハの上に
装着すればよい。
【0022】上記酸化膜形成の際に用いるアンモニアと
しては、ボンベからのアンモニアガス、あるいは未希釈
アンモニア水に清浄空気または窒素ガスを通気して発生
させた気体(蒸気)を用いることができる。また、オゾ
ンとしては、ボンベから得られたオゾンガスを清浄空気
あるいは窒素ガスと混合したものを用いることができる
が、高濃度の過酸化水素水に通気して得られる気体(蒸
気)を用いてもよい。
しては、ボンベからのアンモニアガス、あるいは未希釈
アンモニア水に清浄空気または窒素ガスを通気して発生
させた気体(蒸気)を用いることができる。また、オゾ
ンとしては、ボンベから得られたオゾンガスを清浄空気
あるいは窒素ガスと混合したものを用いることができる
が、高濃度の過酸化水素水に通気して得られる気体(蒸
気)を用いてもよい。
【0023】シリコンウエーハの表面に照射される上記
紫外線としては、水素放電管や水銀ランプなど、紫外線
領域の連続あるいは輝線スペクトルを放射する紫外線ラ
ンプを用いることができる。この紫外線ランプとして
は、オゾンの生成に有効な波長189.4nmと253.
7nmの輝線スペクトルを発生する高輝度低圧水銀ラン
プが好ましい。
紫外線としては、水素放電管や水銀ランプなど、紫外線
領域の連続あるいは輝線スペクトルを放射する紫外線ラ
ンプを用いることができる。この紫外線ランプとして
は、オゾンの生成に有効な波長189.4nmと253.
7nmの輝線スペクトルを発生する高輝度低圧水銀ラン
プが好ましい。
【0024】上記酸化シリコン膜の膜厚の制御には、図
8に示したように、チャンバー内混合雰囲気中のアンモ
ニアおよびオゾン濃度をそれぞれ制御してもよく、酸化
時間を調節してもよい。この場合のチャンバー内のアン
モニア濃度は0.1%〜2%、オゾン濃度は0.1ppm
〜80ppmとすれば好ましい結果が得られる。
8に示したように、チャンバー内混合雰囲気中のアンモ
ニアおよびオゾン濃度をそれぞれ制御してもよく、酸化
時間を調節してもよい。この場合のチャンバー内のアン
モニア濃度は0.1%〜2%、オゾン濃度は0.1ppm
〜80ppmとすれば好ましい結果が得られる。
【0025】シリコンウエーハやチャンバー内の温度を
上昇させれば、酸化速度が大きくなって、酸化シリコン
膜の膜厚も大きくなる。しかし、酸化速度が過度に大き
くなると、深さ方向における分解能が低下するので、特
に濃度プロファイルのピーク位置近傍では、過度の温度
上昇は避けた方がよい。
上昇させれば、酸化速度が大きくなって、酸化シリコン
膜の膜厚も大きくなる。しかし、酸化速度が過度に大き
くなると、深さ方向における分解能が低下するので、特
に濃度プロファイルのピーク位置近傍では、過度の温度
上昇は避けた方がよい。
【0026】また、上記酸化シリコン膜を溶解する工程
において、使用したエッチング液を損失することなしに
能率良くエッチングし、さらにエッチング後に液を完全
に回収するには、図6に示したように、カバーマスクを
備えた固定治具(特開平4−9636)を使用して、シ
リコンウエーハ2を固定すればよい。また、疎水性を有
する材料からなる半導体ウエーハ用固定治具を用いて上
記溶解を行えば、エッチング液に対する耐腐食性とエッ
チング液の回収率が向上する。この導体ウエーハ用固定
治具が、疎水性材料からなるカバーマスクを有している
と、シリコンウエーハの特定領域を高い精度で繰り返し
エッチングを行う際に便利である。
において、使用したエッチング液を損失することなしに
能率良くエッチングし、さらにエッチング後に液を完全
に回収するには、図6に示したように、カバーマスクを
備えた固定治具(特開平4−9636)を使用して、シ
リコンウエーハ2を固定すればよい。また、疎水性を有
する材料からなる半導体ウエーハ用固定治具を用いて上
記溶解を行えば、エッチング液に対する耐腐食性とエッ
チング液の回収率が向上する。この導体ウエーハ用固定
治具が、疎水性材料からなるカバーマスクを有している
と、シリコンウエーハの特定領域を高い精度で繰り返し
エッチングを行う際に便利である。
【0027】上記不純物およびシリコンの定量分析は、
上記のように、誘導結合プラズマ発光分析装置、誘導結
合プラズマ質量分析装置あるいはマイクロ波質量分析装
置など、高感度の分析装置を用いて行うことが望まし
い。これらの分析装置を用いて分析するには、エッチン
グ液中に含まれるフッ酸によって分析精度が低下するの
を防ぐため、セラミック製プラズマトーチ(特開平6−
135366)を使用することが望ましい。
上記のように、誘導結合プラズマ発光分析装置、誘導結
合プラズマ質量分析装置あるいはマイクロ波質量分析装
置など、高感度の分析装置を用いて行うことが望まし
い。これらの分析装置を用いて分析するには、エッチン
グ液中に含まれるフッ酸によって分析精度が低下するの
を防ぐため、セラミック製プラズマトーチ(特開平6−
135366)を使用することが望ましい。
【0028】
【実施例】〈実施例1〉本発明の第1の実施例を図1〜
図8を用いて説明する。
図8を用いて説明する。
【0029】図3に示したように、シリコンウエーハ2
をウエーハ固定治具3に固定した後、低圧水銀ランプ1
を具備したチャンバー4内に挿入した。本実施例ではシ
リコンウエーハ2の全面を測定したため、図7に示した
カバーマスクは使用しなった。 チャンバー4内の雰囲
気はアンモニアとオゾンの混合ガスとし、不純物濃度と
形成する酸化膜の膜厚に応じて、アンモニアおよびオゾ
ンの濃度をそれぞれ調整した。すなわち、不純物濃度が
小さい深さ0〜10nmおよび13nm〜15nnmの
範囲では、オゾンの濃度を高くして厚い酸化膜を形成
し、不純物濃度が高い深さ10nm〜13nnmの範囲
では、オゾン濃度を低くして酸化膜の膜厚を小さくし、
濃度プロファイル近傍における分解能の低下を防止し
た。アンモニアおよびオゾンの濃度調整は、過酸化水素
水5およびアンモニア水6に通気する清浄空気または窒
素ガスの流量を変えて行った。酸化時間は15分から3
0分の範囲で行ない、得られた酸化膜の膜厚は1nmか
ら2.5nmであった。
をウエーハ固定治具3に固定した後、低圧水銀ランプ1
を具備したチャンバー4内に挿入した。本実施例ではシ
リコンウエーハ2の全面を測定したため、図7に示した
カバーマスクは使用しなった。 チャンバー4内の雰囲
気はアンモニアとオゾンの混合ガスとし、不純物濃度と
形成する酸化膜の膜厚に応じて、アンモニアおよびオゾ
ンの濃度をそれぞれ調整した。すなわち、不純物濃度が
小さい深さ0〜10nmおよび13nm〜15nnmの
範囲では、オゾンの濃度を高くして厚い酸化膜を形成
し、不純物濃度が高い深さ10nm〜13nnmの範囲
では、オゾン濃度を低くして酸化膜の膜厚を小さくし、
濃度プロファイル近傍における分解能の低下を防止し
た。アンモニアおよびオゾンの濃度調整は、過酸化水素
水5およびアンモニア水6に通気する清浄空気または窒
素ガスの流量を変えて行った。酸化時間は15分から3
0分の範囲で行ない、得られた酸化膜の膜厚は1nmか
ら2.5nmであった。
【0030】酸化膜形成後、シリコンウエーハ2を固定
治具3に固定したまま、過酸化水素あるいは塩酸を含む
希フッ酸からなるエッチング液をシリコンウエーハ2の
表面に滴下して、上記酸化膜をエッチングして溶解させ
た。この工程で得られた溶液中には、デルタド−プされ
たSbおよび酸化膜を構成したシリコンが含まれてお
り、定量分析のために回収して保存した。
治具3に固定したまま、過酸化水素あるいは塩酸を含む
希フッ酸からなるエッチング液をシリコンウエーハ2の
表面に滴下して、上記酸化膜をエッチングして溶解させ
た。この工程で得られた溶液中には、デルタド−プされ
たSbおよび酸化膜を構成したシリコンが含まれてお
り、定量分析のために回収して保存した。
【0031】上記酸化とエッチングの処理を、デルタド
ープの深さに応じて交互にて複数回繰り返し、深さ方向
のエッチングを行った。エッチング回数はド−プされた
元素の深さ位置と1回のエッチング量から決めた。
ープの深さに応じて交互にて複数回繰り返し、深さ方向
のエッチングを行った。エッチング回数はド−プされた
元素の深さ位置と1回のエッチング量から決めた。
【0032】回収された上記溶液液について、それぞれ
で不純物元素であるSbおよびシリコンの量を、誘導結
合プラズマ発光分析法や誘導結合プラズマ質量分析法な
どによって測定した。1回の処理でエッチングされた深
さは、シリコンの定量値から換算して求め、シリコンウ
エーハにドープされたSbの深さ方向における濃度プロ
ファイルを作成した。上記操作手順を図5に示した。
で不純物元素であるSbおよびシリコンの量を、誘導結
合プラズマ発光分析法や誘導結合プラズマ質量分析法な
どによって測定した。1回の処理でエッチングされた深
さは、シリコンの定量値から換算して求め、シリコンウ
エーハにドープされたSbの深さ方向における濃度プロ
ファイルを作成した。上記操作手順を図5に示した。
【0033】シリコンウエーハ2の表面から深さ12n
mの位置に、Sbを濃度7×1013atoms/cm2
デルタドープした試料について、本実施例によって得ら
れたドーパントプロファイルを図1に示した。図1から
明らかなように、本実施例によれば、1nmという高い
深さ方向分解能で、最表面から深さ17nmまでの間に
おける詳細な深さ方向濃度分布が測定できた。
mの位置に、Sbを濃度7×1013atoms/cm2
デルタドープした試料について、本実施例によって得ら
れたドーパントプロファイルを図1に示した。図1から
明らかなように、本実施例によれば、1nmという高い
深さ方向分解能で、最表面から深さ17nmまでの間に
おける詳細な深さ方向濃度分布が測定できた。
【0034】従来法である上記SIMSの深さ分解能
は、図2に示したように、ほぼ10nmであり、本実施
例の分解能の方が1桁高かった。また、図2に示したす
ように、SIMSでは測定時のノックオン現象によって
Sbの変位が生じてプロファイルが広がってしまい、本
実施例のような極めて浅いドーパントプロファイルの測
定は困難である。
は、図2に示したように、ほぼ10nmであり、本実施
例の分解能の方が1桁高かった。また、図2に示したす
ように、SIMSでは測定時のノックオン現象によって
Sbの変位が生じてプロファイルが広がってしまい、本
実施例のような極めて浅いドーパントプロファイルの測
定は困難である。
【0035】酸化シリコン膜の膜厚を適当な値にして、
エッチングされるシリコンの量を適当な値に制御するこ
とは、高精度なドーパントプロフアイルを得るためにと
くに重要である。通常、イオン注入された不純物の深さ
方向における濃度は、深さが大きくなるにともなって低
くなるから、深さが大きくなるほどエッチング量を大き
くして、分析のために必要な不純物量を確保する必要が
あり、このことは正確な接合深さを求めるために重要で
ある。
エッチングされるシリコンの量を適当な値に制御するこ
とは、高精度なドーパントプロフアイルを得るためにと
くに重要である。通常、イオン注入された不純物の深さ
方向における濃度は、深さが大きくなるにともなって低
くなるから、深さが大きくなるほどエッチング量を大き
くして、分析のために必要な不純物量を確保する必要が
あり、このことは正確な接合深さを求めるために重要で
ある。
【0036】本実施例においては、チャンバー4内の混
合雰囲気の濃度および紫外線によるシリコンウエーハの
照射時間を制御することによって、シリコンのエッチン
グ量を高い精度で制御することができた。
合雰囲気の濃度および紫外線によるシリコンウエーハの
照射時間を制御することによって、シリコンのエッチン
グ量を高い精度で制御することができた。
【0037】従来のUV光照射法および本実施例による
アンモニア−オゾン雰囲気中における、UV光照射時間
と酸化膜厚の関係を図8に示した。
アンモニア−オゾン雰囲気中における、UV光照射時間
と酸化膜厚の関係を図8に示した。
【0038】図8において曲線aに示したように、空気
中でUV光照射を行う従来の方法では、60分照射して
も酸化膜厚は0.7nmに過ぎず、シリコンエッチング
量は0.4nm以下であった。そのため、ドーパントプ
ロファイル作成のためのエッチング回数は必然的に多く
なり、極めて煩雑である。
中でUV光照射を行う従来の方法では、60分照射して
も酸化膜厚は0.7nmに過ぎず、シリコンエッチング
量は0.4nm以下であった。そのため、ドーパントプ
ロファイル作成のためのエッチング回数は必然的に多く
なり、極めて煩雑である。
【0039】しかし、本実施例では、アンモニア雰囲気
中で酸化を行った場合を示す曲線bおよびアンモニアと
過酸化水素の混合雰囲気中で酸化を行った場合を示す曲
線cから明らかなように、得られた酸化膜の膜厚は上記
従来の方法よりはるかに大きく、分析時間の短縮および
低濃度域でのエッチング量を増加させて、精度の高い分
析を行うことができた。
中で酸化を行った場合を示す曲線bおよびアンモニアと
過酸化水素の混合雰囲気中で酸化を行った場合を示す曲
線cから明らかなように、得られた酸化膜の膜厚は上記
従来の方法よりはるかに大きく、分析時間の短縮および
低濃度域でのエッチング量を増加させて、精度の高い分
析を行うことができた。
【0040】しかも、アンモニアと過酸化水素の混合雰
囲気中で酸化を行うと、アンモニア単独の雰囲気中で酸
化を行った場合よりもさらに酸化速度が大きくなる。そ
のため、過酸化水素の添加量が多く、酸化速度が最も大
きい混合雰囲気中で、不純物濃度が低い深さの酸化を迅
速に行い、不純物濃度が高い深さの酸化は、過酸化水素
の濃度を低くして小さい速度で行った。これにより、迅
速な測定と濃度プロファイルのピーク近傍における高い
分解能を両立させることができた。本実施例において
は、チャンバー内のアンモニア濃度を0.2%とし、オ
ゾン濃度を0.1ppm〜80ppmの範囲内で変化さ
せた。
囲気中で酸化を行うと、アンモニア単独の雰囲気中で酸
化を行った場合よりもさらに酸化速度が大きくなる。そ
のため、過酸化水素の添加量が多く、酸化速度が最も大
きい混合雰囲気中で、不純物濃度が低い深さの酸化を迅
速に行い、不純物濃度が高い深さの酸化は、過酸化水素
の濃度を低くして小さい速度で行った。これにより、迅
速な測定と濃度プロファイルのピーク近傍における高い
分解能を両立させることができた。本実施例において
は、チャンバー内のアンモニア濃度を0.2%とし、オ
ゾン濃度を0.1ppm〜80ppmの範囲内で変化さ
せた。
【0041】なお、図3に示した加熱器7を用いて、シ
リコンウエーハ1またはチャンバー4内の温度を70℃
〜80℃に上昇させることによって、上記酸化膜の生成
をさらに迅速に行うことができ、エッチング量をさらに
大きくすることができる。しかし、温度を過度に上昇さ
せて酸化膜の形成速度を過度に大きくすると、深さ方向
における分解能が低下するので、過度の温度上昇は避け
た方がよい。
リコンウエーハ1またはチャンバー4内の温度を70℃
〜80℃に上昇させることによって、上記酸化膜の生成
をさらに迅速に行うことができ、エッチング量をさらに
大きくすることができる。しかし、温度を過度に上昇さ
せて酸化膜の形成速度を過度に大きくすると、深さ方向
における分解能が低下するので、過度の温度上昇は避け
た方がよい。
【0042】〈実施例2〉図4を用いて本発明の第2の
実施例を説明する。図4は、酸化膜形成のための簡易型
装置の構成を示す断面図であり、アンモニア水と過酸化
水素水をそれぞれ入れたビーカ5、6が、チャンバー4
内に設置した点が上記実施例1において用いた装置と異
なっている。この装置を用いれば、過酸化水素やオゾン
の発生機およびアンモニアガスの発生容器を省くことが
できるため、コストを低下させることができる。チャン
バー4内におけるアンモニアおよび過酸化水素ガスの濃
度は、ビーカ5、6中のアンモニア水および過酸化水素
水の濃度を純水によって所望の値に調節するだけでよ
い。たとえば、チャンバー4内のアンモニア濃度を0.
2%にするには、原液のアンモニア水と純水の割合を
1:10にすればよい。過酸化水素水は純水で希釈しな
い原液のまま使用してもよいが、アンモニアガスによっ
て中和され、酸素の発生が抑制されるため、約1時間で
新液に交換する必要があった。
実施例を説明する。図4は、酸化膜形成のための簡易型
装置の構成を示す断面図であり、アンモニア水と過酸化
水素水をそれぞれ入れたビーカ5、6が、チャンバー4
内に設置した点が上記実施例1において用いた装置と異
なっている。この装置を用いれば、過酸化水素やオゾン
の発生機およびアンモニアガスの発生容器を省くことが
できるため、コストを低下させることができる。チャン
バー4内におけるアンモニアおよび過酸化水素ガスの濃
度は、ビーカ5、6中のアンモニア水および過酸化水素
水の濃度を純水によって所望の値に調節するだけでよ
い。たとえば、チャンバー4内のアンモニア濃度を0.
2%にするには、原液のアンモニア水と純水の割合を
1:10にすればよい。過酸化水素水は純水で希釈しな
い原液のまま使用してもよいが、アンモニアガスによっ
て中和され、酸素の発生が抑制されるため、約1時間で
新液に交換する必要があった。
【0043】本実施例においても、上記実施例1の場合
と同様に、図1に示した従来の方法よりもはるかに急峻
な、深さ方向における不純物濃度プロファイルが得られ
た。
と同様に、図1に示した従来の方法よりもはるかに急峻
な、深さ方向における不純物濃度プロファイルが得られ
た。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、半導体ウエーハ中にド
ープされた不純物元素を化学的な手法によって抽出する
ため、SIMSのような物理的な影響を受けることな
く、高い深さ分解能で、信頼性の高いドーパントプロフ
ァイルを迅速に得ることができる。この特徴により、デ
ルタドープ試料およびイオン注入が極めて浅い試料にお
けるドーパント元素の深さ方向濃度プロフアイルを、高
精度で評価することが可能となり、高集積半導体デバイ
ス作成に有効な情報を得ることができる。
ープされた不純物元素を化学的な手法によって抽出する
ため、SIMSのような物理的な影響を受けることな
く、高い深さ分解能で、信頼性の高いドーパントプロフ
ァイルを迅速に得ることができる。この特徴により、デ
ルタドープ試料およびイオン注入が極めて浅い試料にお
けるドーパント元素の深さ方向濃度プロフアイルを、高
精度で評価することが可能となり、高集積半導体デバイ
ス作成に有効な情報を得ることができる。
【図1】本発明の第1の実施例で得られたドーパントプ
ロファイルを示す図、
ロファイルを示す図、
【図2】従来法(SIMS)で得られたドーパントプロ
ファイルを示す図、
ファイルを示す図、
【図3】実施例1で用いた酸化膜形成装置の構成を示す
図、
図、
【図4】実施例2で用いた簡易型酸化膜形成装置の構成
を示す図、
を示す図、
【図5】実施例1における分析フローを示す図、
【図6】固定治具を示す断面図、
【図7】特定部分の測定用カバーマスクの一例を示す
図、
図、
【図8】実施例1の効果を示す図。
1…低圧水銀ランプ、2…シリコンウエーハ、3…ウエ
ーハ固定治具、4…チャンバー、5…過酸化水素または
オゾン発生機、6…アンモニアガス発生容器、7…加熱
器、8…カバーマスク。
ーハ固定治具、4…チャンバー、5…過酸化水素または
オゾン発生機、6…アンモニアガス発生容器、7…加熱
器、8…カバーマスク。
Claims (11)
- 【請求項1】所定の不純物がドープされたシリコンウエ
ーハの表面に、所定の雰囲気中で酸化シリコン膜を形成
する工程および当該酸化シリコン膜を溶解する工程を交
互に複数回繰返して上記シリコンウエーハを深さ方向に
順次エッチングし、上記溶解する工程で得られた溶液中
に含まれる上記不純物およびシリコンの量を測定するこ
とによって、上記不純物の深さ方向における濃度分布を
測定する方法において、上記酸化シリコン膜を形成する
工程は、第1の雰囲気中で酸化シリコン膜を形成する第
1の酸化工程と、上記第1の雰囲気より酸化速度が小さ
い第2の雰囲気中で酸化シリコン膜を形成する第2の酸
化工程と、上記第2の雰囲気より酸化速度が大きい第3
の雰囲気中で酸化シリコン膜を形成する第3の酸化工程
を含むことを特徴とする不純物の深さ方向濃度分布測定
方法。 - 【請求項2】上記第1、第2および第3の酸化工程は、
それぞれ複数回繰返して行われ、上記第2の酸化工程
は、上記不純物の深さ方向濃度が最も高い位置およびそ
の近傍で行われることを特徴とする請求項1に記載の不
純物の深さ方向濃度分布測定方法。 - 【請求項3】上記第2の酸化工程は、アンモニアを含む
雰囲気中において上記シリコンウエーハの表面に紫外線
が照射される工程であることを特徴とする請求項1若し
くは2に記載の不純物の深さ方向濃度分布測定方法。 - 【請求項4】上記第1の酸化工程は、アンモニアとオゾ
ンを含む雰囲気中において上記シリコンウエーハの表面
に紫外線が照射される工程であることを特徴とする請求
項1から3のいずれか一に記載の不純物の深さ方向濃度
分布測定方法。 - 【請求項5】上記第1の酸化工程における上記アンモニ
アおよびオゾンの濃度はそれぞれ0.1%〜2%および
0.1ppm〜80ppmであることを特徴とする請求
項4に記載の不純物の深さ方向濃度分布測定方法。 - 【請求項6】上記オゾンは、オゾン発生機から得られた
オゾンガス若しくは過酸化水素水から得られた気体であ
ることを特徴とする請求項4若しくは5に記載の不純物
の深さ方向濃度分布測定方法。 - 【請求項7】上記第3の酸化工程は、上記第1の酸化工
程と同じ雰囲気中において上記シリコンウエーハの表面
に紫外線が照射される工程であることを特徴とする請求
項1から6のいずれか一に記載の不純物の深さ方向濃度
分布測定方法。 - 【請求項8】上記第2の酸化工程における上記アンモニ
アの濃度は0.5%〜5%であることを特徴とする請求
項3から7のいずれか一に記載の不純物の深さ方向濃度
分布測定方法。 - 【請求項9】上記第3の酸化工程は、上記第1の酸化工
程とは異なる雰囲気中において、上記シリコンウエーハ
の表面に紫外線が照射される工程であることを特徴とす
る請求項1から5のいずれか一若しくは8に記載の不純
物の深さ方向濃度分布測定方法。 - 【請求項10】上記酸化シリコン膜は、濃度0.05容
量%〜0.5の過酸化水素若しくは塩酸が添加された濃
度1%〜5容量%のフッ酸水溶液に溶解されることを特
徴とする請求項1から9のいずれか一に記載の不純物の
深さ方向濃度分布測定方法。 - 【請求項11】上記溶液中に含まれる上記不純物および
シリコンの量は、誘導結合プラズマ発光分析装置、誘導
結合プラズマ質量分析装置若しくはマイクロ波質量分析
装置を用いて測定されることを特徴とする請求項1から
10のいずれか一に記載の不純物の深さ方向濃度分布測
定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2680698A JPH11233578A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 不純物の深さ方向濃度分布測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2680698A JPH11233578A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 不純物の深さ方向濃度分布測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11233578A true JPH11233578A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12203548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2680698A Pending JPH11233578A (ja) | 1998-02-09 | 1998-02-09 | 不純物の深さ方向濃度分布測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11233578A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002139430A (ja) * | 2000-11-06 | 2002-05-17 | Kurabo Ind Ltd | 被測定成分濃度の測定方法 |
| US6664120B1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-12-16 | Cypress Semiconductor Corp. | Method and structure for determining a concentration profile of an impurity within a semiconductor layer |
| WO2016039032A1 (ja) * | 2014-09-11 | 2016-03-17 | 株式会社 イアス | シリコン基板の分析方法 |
| CN107993957A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-04 | 长江存储科技有限责任公司 | 离子注入浓度检测方法及不同离子机台离子注入浓度一致性的评测方法 |
| CN112067498A (zh) * | 2020-07-25 | 2020-12-11 | 东北电力大学 | 水中放电h2o2粒子时空密度分布测量装置及其测量方法 |
| WO2024124293A1 (en) * | 2022-12-13 | 2024-06-20 | Peter Cumpson | Surface mass spectrometry device |
-
1998
- 1998-02-09 JP JP2680698A patent/JPH11233578A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002139430A (ja) * | 2000-11-06 | 2002-05-17 | Kurabo Ind Ltd | 被測定成分濃度の測定方法 |
| US6664120B1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-12-16 | Cypress Semiconductor Corp. | Method and structure for determining a concentration profile of an impurity within a semiconductor layer |
| US6905893B1 (en) * | 2001-12-17 | 2005-06-14 | Cypress Semiconductor Corp. | Method and structure for determining a concentration profile of an impurity within a semiconductor layer |
| WO2016039032A1 (ja) * | 2014-09-11 | 2016-03-17 | 株式会社 イアス | シリコン基板の分析方法 |
| JP2016057230A (ja) * | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 株式会社 イアス | シリコン基板の分析方法 |
| CN107993957A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-04 | 长江存储科技有限责任公司 | 离子注入浓度检测方法及不同离子机台离子注入浓度一致性的评测方法 |
| CN112067498A (zh) * | 2020-07-25 | 2020-12-11 | 东北电力大学 | 水中放电h2o2粒子时空密度分布测量装置及其测量方法 |
| CN112067498B (zh) * | 2020-07-25 | 2024-02-13 | 东北电力大学 | 水中放电h2o2粒子时空密度分布测量装置及其测量方法 |
| WO2024124293A1 (en) * | 2022-12-13 | 2024-06-20 | Peter Cumpson | Surface mass spectrometry device |
| GB2635983A (en) * | 2022-12-13 | 2025-06-04 | Jonathan Cumpson Peter | Surface mass spectrometry device |
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