JPS6253045B2 - - Google Patents
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- JPS6253045B2 JPS6253045B2 JP9600481A JP9600481A JPS6253045B2 JP S6253045 B2 JPS6253045 B2 JP S6253045B2 JP 9600481 A JP9600481 A JP 9600481A JP 9600481 A JP9600481 A JP 9600481A JP S6253045 B2 JPS6253045 B2 JP S6253045B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
- G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
MOS集積回路の製造に際しては、シリコン基
体の表面に形成されるガラス質薄膜（PSG層）の
厚み並びにこれに含まれるりん（Ｐ）の濃度の管
理が重要である。従つて従来は上記薄膜の厚さを
光学的に測定すると共に螢光Ｘ線法によつてりん
の付着量を測定し、光学的に測定した薄膜の厚さ
と上記付着量とによつてりんの濃度を算出してい
た。このように従来は光学的な膜厚の測定とＸ線
によるりんの付着量測定とを必要とし、これらは
別個に行わなければならないから測定の操作が極
めて煩雑な欠点があつた。本発明は上述のように
例えばシリコンの単結晶基体上に形成されたPSG
薄膜の厚さをＸ線分析法によつて容易に測定し得
る方法並びに装置を提供するものである。従つて
必要に応じては螢光Ｘ線法による前述のりんの付
着量測定と膜厚の測定とを同時に行い得るもの
で、前述のような測定を能率よく行うことができ
る。以下本発明について詳細に説明する。
体の表面に形成されるガラス質薄膜（PSG層）の
厚み並びにこれに含まれるりん（Ｐ）の濃度の管
理が重要である。従つて従来は上記薄膜の厚さを
光学的に測定すると共に螢光Ｘ線法によつてりん
の付着量を測定し、光学的に測定した薄膜の厚さ
と上記付着量とによつてりんの濃度を算出してい
た。このように従来は光学的な膜厚の測定とＸ線
によるりんの付着量測定とを必要とし、これらは
別個に行わなければならないから測定の操作が極
めて煩雑な欠点があつた。本発明は上述のように
例えばシリコンの単結晶基体上に形成されたPSG
薄膜の厚さをＸ線分析法によつて容易に測定し得
る方法並びに装置を提供するものである。従つて
必要に応じては螢光Ｘ線法による前述のりんの付
着量測定と膜厚の測定とを同時に行い得るもの
で、前述のような測定を能率よく行うことができ
る。以下本発明について詳細に説明する。
第１図はMOS集積回路の断面を模型的に示し
た図で、単結晶のシリコンウエハー１上に酸化シ
リコン層２，３，４多結晶シリコン層５，６、ガ
ラス質（PSG）の薄膜７，８およびアルミニウム
層９等が形成され、各部の大略の厚さは図面に記
入した通りである。このように実際のMOS集積
回路は複雑な構造を有し、かつＸ線を照射すると
集積回路としての特性が変化することもある。従
つてMOS集積回路の製造に際しては、各工程で
第２図に示したように単結晶シリコンウエハーを
基体１０としその上に直接前記PSG薄膜１１を被
着したモニタ試料を作成して、そのPSG層の厚み
およびりん付着量を測定する。このような試料の
表面に適当な波長のＸ線を照射すると、干渉性の
トムソン散乱線および非干渉性のコンプトン散乱
線を生ずるが、Ｘ線の波長が1.3Åより長い範囲
において後者は前者より著しく弱いから、更に適
当な手段でトムソン散乱線を分光して測定するこ
とにより後者は前者の１％程度となつてコンプト
ン散乱線を無視し得る。また基体１０は前述のよ
うに単結晶であるから特定の方向へ回折線を生ず
る。従つてその回折線が入射しないような位置に
前述の分光手段を配設することによつてトムソン
散乱線のみを検出することができる。
た図で、単結晶のシリコンウエハー１上に酸化シ
リコン層２，３，４多結晶シリコン層５，６、ガ
ラス質（PSG）の薄膜７，８およびアルミニウム
層９等が形成され、各部の大略の厚さは図面に記
入した通りである。このように実際のMOS集積
回路は複雑な構造を有し、かつＸ線を照射すると
集積回路としての特性が変化することもある。従
つてMOS集積回路の製造に際しては、各工程で
第２図に示したように単結晶シリコンウエハーを
基体１０としその上に直接前記PSG薄膜１１を被
着したモニタ試料を作成して、そのPSG層の厚み
およびりん付着量を測定する。このような試料の
表面に適当な波長のＸ線を照射すると、干渉性の
トムソン散乱線および非干渉性のコンプトン散乱
線を生ずるが、Ｘ線の波長が1.3Åより長い範囲
において後者は前者より著しく弱いから、更に適
当な手段でトムソン散乱線を分光して測定するこ
とにより後者は前者の１％程度となつてコンプト
ン散乱線を無視し得る。また基体１０は前述のよ
うに単結晶であるから特定の方向へ回折線を生ず
る。従つてその回折線が入射しないような位置に
前述の分光手段を配設することによつてトムソン
散乱線のみを検出することができる。
上述のトムソン散乱線の強度は原子散乱因子ｆ
i（ｉは元素の種類）の２乗と電子散乱因子およ
び入射Ｘ線の強度等の積に比例するが、第２図に
示したように試料に入射するＸ線１２によつて
PSG薄膜１１および基体１０の何れからもトムソ
ン散乱線１３，１４が発生する。図のようにＸ線
１２の入射角をα、検出されるトムソン散乱線１
３，１４の放出角をβ、また定数をＣ、ｉ元素の
原子量をAi、アボガドロ数をＮ、PSG薄膜の密
度をρ、ｉ元素の濃度比をWi（ΣWi＝１）、PSG
の質量吸収係数をμ／ρ、結晶構造因子をＦ、ラ
ウエの回折函数をＧ、単位胞中の原子数をｎ、
PSG薄膜の厚さをｔとすると散乱線１３，１４の
強度I1、I2はそれぞれ I1＝Ｃ∫ｔ ０ΣρＮｆ〓／ＡｉWi exp｛−（μ／ρ）ρｔ（cosecα＋cosecβ）｝dt ……(1) I2＝Ｃ｜Ｆ｜2GＮ／ＡＳｉ・ｎ・ｅ−（〓／〓）〓ｔ（ｃｏｓｅｃ〓＋ｃｏｓｅｃ〓）／（μ／ρ）Ｓｉ（
ｃｏｓｅｃα＋ｃｏｓｅｃβ）……(2) で与えられる。第(2)式のＧはブラツグの回折条件
を満足しない場合に零に近い値となるから、PSG
薄膜の厚さｔを仮りに8000Å、りんの濃度を８モ
ル％とすると第(1)式で与えられるトムソン散乱線
１３の強度I1は散乱線１４の強度I2の20倍以上と
なり、基体１０によるトムソン散乱線１４を無視
することができる。また第(1)式の積分を行うと が得られる。従つてトムソン散乱線の強度I1を測
定することによつてPSG薄膜の厚さｔを知ること
ができる。
i（ｉは元素の種類）の２乗と電子散乱因子およ
び入射Ｘ線の強度等の積に比例するが、第２図に
示したように試料に入射するＸ線１２によつて
PSG薄膜１１および基体１０の何れからもトムソ
ン散乱線１３，１４が発生する。図のようにＸ線
１２の入射角をα、検出されるトムソン散乱線１
３，１４の放出角をβ、また定数をＣ、ｉ元素の
原子量をAi、アボガドロ数をＮ、PSG薄膜の密
度をρ、ｉ元素の濃度比をWi（ΣWi＝１）、PSG
の質量吸収係数をμ／ρ、結晶構造因子をＦ、ラ
ウエの回折函数をＧ、単位胞中の原子数をｎ、
PSG薄膜の厚さをｔとすると散乱線１３，１４の
強度I1、I2はそれぞれ I1＝Ｃ∫ｔ ０ΣρＮｆ〓／ＡｉWi exp｛−（μ／ρ）ρｔ（cosecα＋cosecβ）｝dt ……(1) I2＝Ｃ｜Ｆ｜2GＮ／ＡＳｉ・ｎ・ｅ−（〓／〓）〓ｔ（ｃｏｓｅｃ〓＋ｃｏｓｅｃ〓）／（μ／ρ）Ｓｉ（
ｃｏｓｅｃα＋ｃｏｓｅｃβ）……(2) で与えられる。第(2)式のＧはブラツグの回折条件
を満足しない場合に零に近い値となるから、PSG
薄膜の厚さｔを仮りに8000Å、りんの濃度を８モ
ル％とすると第(1)式で与えられるトムソン散乱線
１３の強度I1は散乱線１４の強度I2の20倍以上と
なり、基体１０によるトムソン散乱線１４を無視
することができる。また第(1)式の積分を行うと が得られる。従つてトムソン散乱線の強度I1を測
定することによつてPSG薄膜の厚さｔを知ること
ができる。
なおPSGは酸化シリコン（SiO2）と酸化りん
（P2O5）とからなるガラス質であつて、これらに
よるＸ線の散乱、吸収には殆んど差がなく、厚さ
ｔが０〜8000Åの範囲ではりん（Ｐ）の濃度が０
モル％と８モル％とでPSGの付着量の差が0.3％
程度に過ぎない。また第(3)式による厚さｔの測定
に際しては ρ＝１／（ＷＰ２Ｏ５／ρＰ２Ｏ５＋１−ＷＰ２
Ｏ５／ρＳｉＯ２）……(4) を用いてPSGの密度ρの補正を行う。かつ前述の
ようにコンプトン散乱線の影響を除くためにはＸ
線の波長を1.3Åより長くする必要があると共に
波長を長くして第(3)式のμ／ρを大きくすること
によつて測定精度が向上する。しかし他方ではＸ
線の波長を長くすると、厚さｔが大きい場合に散
乱線が飽和して測定が不可能となるから、通常は
２〜６Åの波長のＸ線を利用する。
（P2O5）とからなるガラス質であつて、これらに
よるＸ線の散乱、吸収には殆んど差がなく、厚さ
ｔが０〜8000Åの範囲ではりん（Ｐ）の濃度が０
モル％と８モル％とでPSGの付着量の差が0.3％
程度に過ぎない。また第(3)式による厚さｔの測定
に際しては ρ＝１／（ＷＰ２Ｏ５／ρＰ２Ｏ５＋１−ＷＰ２
Ｏ５／ρＳｉＯ２）……(4) を用いてPSGの密度ρの補正を行う。かつ前述の
ようにコンプトン散乱線の影響を除くためにはＸ
線の波長を1.3Åより長くする必要があると共に
波長を長くして第(3)式のμ／ρを大きくすること
によつて測定精度が向上する。しかし他方ではＸ
線の波長を長くすると、厚さｔが大きい場合に散
乱線が飽和して測定が不可能となるから、通常は
２〜６Åの波長のＸ線を利用する。
第３図は本発明実施例の装置の構成を示した図
で、第２図に示したような試料１５にＸ線管１６
からＸ線１７を照射し、試料１５で散乱したＸ線
１３等を分光結晶１８に入射させて、該結晶で回
折したトムソン散乱線１９をＸ線検出器２０で検
出する。このような装置において、Ｘ線管１６の
ターゲツトとして例えばロジウム（Rh）、銀
（Ag）、クローム（Cr）を用いることにより、前
述のように２〜６Åの範囲になる固有Ｘ線Rh−
Ｌ、Ag−Ｌ、Cr−Ｋ等を含むＸ線を試料１５に
入射させることができる。また上記固有Ｘ線は試
料１５のシリコン基体によつて回折を生ずるが、
分光結晶１８をこの回折Ｘ線が入射しないような
位置に設置して、該分光結晶で回折した固有Ｘ線
を検出器２０に入射させることにより、トムソン
散乱線のみを分光して検出することができる。な
お分光結晶２１およびＸ線検出器２２は試料１５
のPSG薄膜中におけるりんの螢光Ｘ線を検出し
て、その付着量を測定するためのものである。ま
た第４図は上述のような装置を用いてRh−La線
（トソソン散乱線）の相対強度（I1＋I2）と膜厚
（ｔ）との関係を示したもので、Ｘ印は理論的に
導出した値、白丸印は密度補正前の実測値、黒丸
印は第(4)式を用いて密度の補正を行つた場合であ
る。なお白丸印は１つだけであるが、他はＰ濃度
変化が比較的小さく黒丸印に重合している。この
測定例によつてりん（Ｐ）の濃度が１〜13モル％
の範囲で厚さｔとトムソン散乱線強度との間に良
好な相関のあることを確認し得る。なお論理値に
おけるシリコン基体の散乱線強度I2は第(2)式の指
数項を１としたときPSG薄膜が無い場合に相当す
るから、この実測強度にもとづいて計算してあ
る。
で、第２図に示したような試料１５にＸ線管１６
からＸ線１７を照射し、試料１５で散乱したＸ線
１３等を分光結晶１８に入射させて、該結晶で回
折したトムソン散乱線１９をＸ線検出器２０で検
出する。このような装置において、Ｘ線管１６の
ターゲツトとして例えばロジウム（Rh）、銀
（Ag）、クローム（Cr）を用いることにより、前
述のように２〜６Åの範囲になる固有Ｘ線Rh−
Ｌ、Ag−Ｌ、Cr−Ｋ等を含むＸ線を試料１５に
入射させることができる。また上記固有Ｘ線は試
料１５のシリコン基体によつて回折を生ずるが、
分光結晶１８をこの回折Ｘ線が入射しないような
位置に設置して、該分光結晶で回折した固有Ｘ線
を検出器２０に入射させることにより、トムソン
散乱線のみを分光して検出することができる。な
お分光結晶２１およびＸ線検出器２２は試料１５
のPSG薄膜中におけるりんの螢光Ｘ線を検出し
て、その付着量を測定するためのものである。ま
た第４図は上述のような装置を用いてRh−La線
（トソソン散乱線）の相対強度（I1＋I2）と膜厚
（ｔ）との関係を示したもので、Ｘ印は理論的に
導出した値、白丸印は密度補正前の実測値、黒丸
印は第(4)式を用いて密度の補正を行つた場合であ
る。なお白丸印は１つだけであるが、他はＰ濃度
変化が比較的小さく黒丸印に重合している。この
測定例によつてりん（Ｐ）の濃度が１〜13モル％
の範囲で厚さｔとトムソン散乱線強度との間に良
好な相関のあることを確認し得る。なお論理値に
おけるシリコン基体の散乱線強度I2は第(2)式の指
数項を１としたときPSG薄膜が無い場合に相当す
るから、この実測強度にもとづいて計算してあ
る。
以上記したように本発明は、MOS集積回路の
ように単結晶のシリコンウエハー等を基体として
その上に形成された非結晶のガラス質薄膜の厚み
を測定するもので、これにＸ線を照射すると干渉
性のトムソン散乱線は上記ガラス質薄膜だけで発
生し、該薄膜を透過して基体に入射するＸ線はそ
の波長に応じてそれぞれ特定の方向へ回折する。
従つて単一波長のＸ線につき、基体で回折したＸ
線が入射しないような位置に検出器を配置するこ
とにより前記トムソン散乱線のみを検出すること
ができる。かつこのトムソン散乱線の強度はガラ
ス質の膜厚に対応するから、これによつて前述の
膜厚が測定されるもので、数Åの波長のＸ線を利
用することによつてコンプトン散乱線を無視し得
ると共に膜厚が大きい場合の測定精度低下を防止
することができる。しかもＸ線によつて膜厚の測
定を行い得るから、必要に応じては同時に螢光Ｘ
線分析を行つて薄膜に含まれる成分の検出あるい
はその量の測定等が可能で、このためMOS集積
回路の製造工程の管理等を能率よく行い得る。
ように単結晶のシリコンウエハー等を基体として
その上に形成された非結晶のガラス質薄膜の厚み
を測定するもので、これにＸ線を照射すると干渉
性のトムソン散乱線は上記ガラス質薄膜だけで発
生し、該薄膜を透過して基体に入射するＸ線はそ
の波長に応じてそれぞれ特定の方向へ回折する。
従つて単一波長のＸ線につき、基体で回折したＸ
線が入射しないような位置に検出器を配置するこ
とにより前記トムソン散乱線のみを検出すること
ができる。かつこのトムソン散乱線の強度はガラ
ス質の膜厚に対応するから、これによつて前述の
膜厚が測定されるもので、数Åの波長のＸ線を利
用することによつてコンプトン散乱線を無視し得
ると共に膜厚が大きい場合の測定精度低下を防止
することができる。しかもＸ線によつて膜厚の測
定を行い得るから、必要に応じては同時に螢光Ｘ
線分析を行つて薄膜に含まれる成分の検出あるい
はその量の測定等が可能で、このためMOS集積
回路の製造工程の管理等を能率よく行い得る。
第１図はMOS集積回路断面模型図、第２図は
第１図のガラス質薄膜の厚さを測定するためのモ
ニタ試料の断面図、第３図は本発明実施例の構成
を示した図、第４図は膜厚とトムソン散乱線強度
との関係を示した曲線である。なお図において１
５は試料１６はＸ線管、１８，２１は分光結晶、
２０，２２はＸ線検出器である。
第１図のガラス質薄膜の厚さを測定するためのモ
ニタ試料の断面図、第３図は本発明実施例の構成
を示した図、第４図は膜厚とトムソン散乱線強度
との関係を示した曲線である。なお図において１
５は試料１６はＸ線管、１８，２１は分光結晶、
２０，２２はＸ線検出器である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 単結晶基体の表面にガラス質の薄膜を有する
試料にＸ線を照射して数Åの単一波長を有するト
ムソン散乱線を検出し、上記トムソン散乱線の強
度によつて前記薄膜の厚さを求めることを特徴と
するガラス質薄膜の膜厚測定方法。 ２ 単結晶基体の表面にガラス質の薄膜を有する
試料に数Åの固有Ｘ線を含むＸ線を照射するＸ線
源と、上記固有Ｘ線の基体による回折線が入射し
ないような位置に配置して前記薄膜による上記固
有Ｘ線のトムソン散乱線を検出する手段とよりな
ることを特徴とするガラス質薄膜の膜厚測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9600481A JPS57211004A (en) | 1981-06-23 | 1981-06-23 | Method and device for measuring thickness of glassy thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9600481A JPS57211004A (en) | 1981-06-23 | 1981-06-23 | Method and device for measuring thickness of glassy thin film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57211004A JPS57211004A (en) | 1982-12-24 |
| JPS6253045B2 true JPS6253045B2 (ja) | 1987-11-09 |
Family
ID=14152973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9600481A Granted JPS57211004A (en) | 1981-06-23 | 1981-06-23 | Method and device for measuring thickness of glassy thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57211004A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6340223B2 (ja) * | 2014-03-19 | 2018-06-06 | エイブリック株式会社 | 薄膜中の不純物濃度の測定方法及びその測定装置 |
-
1981
- 1981-06-23 JP JP9600481A patent/JPS57211004A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57211004A (en) | 1982-12-24 |
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