CN106104756A - 半导体基板的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体基板的评价方法，其是对具有结晶缺陷的半导体基板实施用于修复所述结晶缺陷的缺陷修复热处理的半导体基板的评价方法，其特征在于，以闪光灯退火进行所述缺陷修复热处理，并具有：通过控制所述闪光灯退火的处理条件，对修复途中的半导体基板的结晶缺陷进行测量的工序；以及基于该测量的结果对所述结晶缺陷的修复机制进行解析的工序。由此，提供一种能够对结晶缺陷的修复过程进行评价的半导体基板的评价方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体基板的评价方法。
背景技术
为了LSI的高性能化而持续推进其微细化，从而栅极长度逐渐变短。由于栅极长度变短，需要使源/漏区域的扩散深度变浅。例如，如果是栅极长度30nm左右的元件(晶体管)，源/漏部的扩散深度是15nm左右，要求非常浅的扩散。
过去在形成这种扩散层时使用离子注入，例如使用将B+、BF2 ++以0.2～0.5keV这样极低的加速来注入的方法。但是，被离子注入后的原子若保持原来的状态，则无法降低阻力。另外，在被离子注入后的区域，会在硅基板中产生晶格间硅、原子空位等点缺陷。
因此，在离子注入后，为了原子的活性化(降低阻力)和缺陷修复会进行退火，但由于该退火，被离子注入后的原子会扩散，杂质分布会扩大。进一步，已知杂质扩散增速的现象不仅是由退火所造成，也是由离子注入所产生的点缺陷所造成。
即使考虑到上述的扩散的扩展，为了仍能够形成深度为15nm以下且在离子注入用掩模的正下方的横向为10nm以下的较浅的pn结，研究并采用了一种在非常短的时间内照射高能量的退火方法(例如，参照专利文献1)。
作为该退火方法，可以举出使用封入了氙气等稀有气体的闪光灯的退火等。该灯是将几十J/cm2以上的高能量作成0.1～100毫秒的脉冲光来进行照射的方法。因此，能够使通过离子注入所形成的杂质分布几乎无变化地进行活性化。
然而，一般认为由于使用该高能量，硅基板中的热应力将增大，而产生硅基板的破裂、滑移等损伤，并实际对此进行了研究。
例如在专利文献2中记载了下述技术：为了在半导体基板中不引起损伤地形成较浅的杂质扩散区域，而对半导体基板注入下述物质，该物质具有对于半导体基板会成为受体或施体的物质、以及对于半导体基板不会成为受体或施体的物质。
如上所述，利用热处理来修复点缺陷等结晶缺陷是已知的。然而，由于不知道该修复过程的详情情况而难以在现有方法中进行精密的缺陷控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2005-347704号公报
专利文献2：日本专利公开2009-027027号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明是针对上述问题点而完成的，其目的在于提供一种能够对结晶缺陷的修复过程进行评价的半导体基板的评价方法。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种半导体基板的评价方法，其是对具有结晶缺陷的半导体基板实施用于修复所述结晶缺陷的缺陷修复热处理的半导体基板的评价方法，其特征在于，
以闪光灯退火进行所述缺陷修复热处理，并具有：
通过控制所述闪光灯退火的处理条件，对修复途中的半导体基板的结晶缺陷进行测量的工序；以及
基于该测量的结果对所述结晶缺陷的修复机制进行解析的工序。
如果是这种半导体基板的评价方法，则能够准确地评价结晶缺陷的修复过程。尤其是通过以闪光灯退火(FLA)进行缺陷修复热处理并控制其处理条件，从而能够将结晶缺陷的修复过程的状态冻结并进行测量，因此能捕捉修复过程中的结晶缺陷的变动。通过把握该缺陷变动，能够评价哪种缺陷修复热处理在进行精密的缺陷控制方面有效。
另外优选的是，在所述测量的工序中，进一步在所述结晶缺陷修复后也进行测量。
如果是这种半导体基板的评价方法，则能够对结晶缺陷的修复途中和修复后的半导体基板的状态进行比较，因此能够更加详细地评价结晶缺陷的修复过程。
另外优选的是，将所述变更的闪光灯退火的处理条件设为热处理时间或照射能量。
如果是这种半导体基板的评价方法，则能够更加详细地观察缺陷修复变动。尤其是通过变更热处理时间，能够及时地观察缺陷修复变动。
另外优选的是，将所述结晶缺陷设为通过向半导体基板进行离子注入而产生的离子注入缺陷。
本发明尤其适于对通过向半导体基板进行离子注入而产生的点缺陷等离子注入缺陷的修复过程进行评价。
另外优选的是，在所述测量的工序中，对由发光法获得的因所述结晶缺陷造成的发光线消失前的状态至少进行一次测量，进一步对所述发光线消失后的状态进行测量。
如果是这种半导体基板的评价方法，则能够在下一工序(解析修复机制的工序)中解析在哪种处理条件时半导体基板的结晶缺陷会怎样逐渐消失。
此时优选的是，将所述发光法设为阴极发光法。
在本发明中优选的是，例如在评价硅半导体基板时使用这种方法。
另外优选的是，在所述解析的工序中，通过观察所述发光线的强度变化来解析修复机制。
如果是具有这种解析工序的评价方法，则能够更加详细地观察缺陷修复变动，从而能够更加详细地解析修复机制。
另外优选的是，将所述半导体基板设为硅半导体基板。
本发明尤其适于对具有结晶缺陷的硅半导体基板的缺陷修复过程进行评价。
(三)有益效果
如果是本发明的半导体基板的评价方法，则能够准确地评价结晶缺陷的修复过程。尤其是，通过以闪光灯退火进行缺陷修复热处理，从而能够在结晶缺陷的修复途中进行测量，因此能够捕捉修复过程中的结晶缺陷的变动。另外，通过使用发光法对半导体基板进行测量，也能够更加详细地捕捉修复过程中的结晶缺陷的变动。通过把握该缺陷变动，能够评价哪种缺陷修复热处理在进行精密的缺陷控制方面有效。
附图说明
图1为由对离子刚刚注入之后、结晶缺陷的修复途中及结晶缺陷修复后的硅半导体基板分别以阴极发光(CL)法进行测量的结果所获得的CL谱线。
图2为由对以闪光灯退火进行缺陷修复热处理后的硅半导体基板和以急速加热/急速冷却热处理进行缺陷修复热处理后的硅半导体基板分别以CL法进行测量的结果所获得的CL谱线。
具体实施方式
下面对本发明更加详细地进行说明。
如上所述，得出能够对结晶缺陷的修复过程进行评价的半导体基板的评价方法。
本发明人为实现上述目的而进行了努力研究，结果发现如下方法能够解决上述技术问题，即，该方法是对具有结晶缺陷的半导体基板实施用于修复所述结晶缺陷的缺陷修复热处理的半导体基板的评价方法，
以闪光灯退火进行所述缺陷修复热处理，并具有：
通过控制所述闪光灯退火的处理条件，对修复途中的半导体基板的结晶缺陷进行测量的工序；
基于该测量的结果对所述结晶缺陷的修复机制进行解析的工序，
由此完成了本发明的半导体基板的评价方法。
下面对本发明的实施方式进行具体说明，但是本发明不限定于此。
[准备具有结晶缺陷的半导体基板的工序]
首先，准备硅半导体基板、例如是掺杂了硼等掺杂剂的P型硅晶圆。接下来，在该晶圆表面形成杂质扩散层。杂质扩散层例如可以通过对硼等掺杂剂进行离子注入而形成。通过该离子注入在硅半导体基板中形成点缺陷等离子注入缺陷。
[测量结晶缺陷的工序]
接下来，对实施了缺陷修复热处理的半导体基板的结晶缺陷进行测量。在本发明中，通过以闪光灯退火进行缺陷修复热处理，并控制闪光灯退火的处理条件，从而对修复途中的半导体基板的结晶缺陷进行测量。如果是本发明，则能够对结晶缺陷的修复途中的状态进行测量，因此能够对以往不明确的修复过程中的结晶缺陷的变动进行捕捉。
作为本发明中的缺陷修复热处理的方法，可以举出使用封入了氙气等稀有气体的闪光灯的退火等，但是闪光灯退火不限定于此，只要在非常短的时间内照射高能量的闪光灯即可。
另外，虽然修复途中的半导体基板的结晶缺陷的测量可以仅为一次，但是也可以在多个闪光灯的处理条件下进行退火，从而进行多次测量。通过进行多次测量，能够更加详细地捕捉结晶缺陷的变动。
此时优选的是，在测量的工序中，进一步在结晶缺陷修复后也进行测量。由此，能够对结晶缺陷的修复途中和修复后的半导体基板的状态进行比较，因此能够更加详细地评价结晶缺陷的修复过程。
另外优选的是，在测量的工序中，进一步对实施缺陷修复热处理前的半导体基板的结晶缺陷也进行测量。由此，能够对结晶缺陷刚刚发生之后、结晶缺陷的修复途中及结晶缺陷修复后的半导体基板的状态进行比较，从而能够更加详细地评价结晶缺陷的修复过程。
此时优选的是，将变更的闪光灯退火的处理条件设为热处理时间或照射能量。由此，能够更加详细地观察缺陷修复变动。尤其是，通过变更热处理时间，能够及时地观察缺陷修复变动。
作为能够在测量的工序中使用的测量方法，例如可以举出阴极发光(CL)法等发光法。
这种情况下，优选地，在测量的工序中，对由发光法获得的因结晶缺陷造成的发光线(例如由CL法获得的因位错造成的D1、D2、D3线等)消失前的状态至少进行一次测量，进一步对发光线消失后的状态进行测量。由此，能够在后述的解析修复机制的工序中解析在哪种处理条件时半导体基板的结晶缺陷如何消失。
在发光法中，尤其优选在测量硅半导体基板时使用阴极发光法。如果是阴极发光法，则能够以电子束为探针并以较高的空间分辨率对试样的应力/应变分布、缺陷分布、载流子分布进行评价。所谓阴极发光是指在向试样照射电子束时发射的紫外/可见/近红外区域的发光。
该CL法中的发光的机制因材料而不同，但在半导体的情况下存在：(1)电子/空穴对的生成、(2)载流子的扩散、(3)发光复合这3种。在硅的情况下，可较强地观察到相当于带隙(约1.1eV)的TO声子线(TO线)。这是伴随着声子发射的带间跃迁，所述声子放出是作为间接跃迁型半导体的硅所必需的。当结晶缺陷、杂质在带隙内形成能级时，则除带间跃迁发光以外会产生通过该缺陷、杂质造成的发光(D1、D2、D3线等)。
作为装置，通常将扫描型电子显微镜(SEM)用作电子束源，优选使用如下装置，该装置中具备检测来自试样的发光的检测器/分光器、以及用于进一步抑制晶格振动而获得发光强度的载台冷却等的机构。根据使用SEM作为电子束源的装置也可知晓，CL法的特征在于，能够进行与SEM像的比较、可获得大范围波长的发光谱线、高分辨率、且通过使加速电压变化而能够进行深度分析。
这里，对于具有结晶缺陷的硅半导体基板，在为了修复该缺陷和使其活性化而实施缺陷修复热处理后，使用阴极发光法来获得CL谱线(发光谱线)，并对此情况进行说明。图1是由对离子刚刚注入之后、结晶缺陷的修复途中及结晶缺陷修复后的硅半导体基板分别以阴极发光法进行测量的结果所获得的CL谱线。在图1中，纵轴是发光强度、横轴是波长。如图1所示，通过变更闪光灯退火的热处理时间，能够阶段性地测量缺陷修复过程。
[解析修复机制的工序]
接下来，基于上述的测量结果对结晶缺陷的修复机制进行解析。在本发明中，通过如上所述对修复途中的半导体基板的结晶缺陷进行测量，能够捕捉修复过程中的结晶缺陷的变动并对修复机制进行解析。在上述的测量的工序中，进一步对离子刚刚注入之后、结晶缺陷修复后的半导体基板也进行测量，从而在本工序中能够更加详细地解析修复机制。
在测量的工序中使用阴极发光法等发光法时，优选通过对由发光法所得的发光线的强度变化进行观察来解析修复机制。由于结晶缺陷随着缺陷修复热处理的进行而逐渐修复，因此同时，由发光法所得的因结晶缺陷造成的发光线的强度也会相对地减小。因此能够通过观察发光线的强度来进行如下评价：在哪种处理条件时结晶缺陷怎样消失、或者是否能够切实地防止结晶缺陷的残留。
这里，对根据图1的CL谱线解析修复机制的方法进行说明。如图1所示，在离子刚刚注入之后，除了由硅的带边发光导致的TO线以外也观察到由位错导致的D1、D2、D3线等，从而显示出复杂的谱线。然而，结晶缺陷随着退火的进行而逐渐修复，因此在特性发光中会显现区别。即，由结晶缺陷造成的发光线的强度会相对地减小。当结晶缺陷的修复完成时，则特性发光会消失。这样根据特性发光变动对缺陷变动进行解析，由此能够对实施了缺陷修复热处理的半导体基板进行评价。
如果是本发明，则能够通过使用闪光灯退火将缺陷修复过程的状态冻结，捕捉到在现有退火方法中无法观察到的缺陷变动。因此，能够评价哪种缺陷修复热处理在进行精密的缺陷控制方面有效。进而，也能够阶段性地测量缺陷修复过程，因此也能够对每个使用的半导体基板研究最佳的热处理时间、照射能量等处理条件。
[本发明的用途]
本发明适于对半导体基板的结晶缺陷、尤其是在形成结(接合)时产生的离子注入缺陷的修复过程进行评价。尤其适于对如源/漏或栅电极、阱(WELL)等这样实施了高浓度离子注入的半导体基板实施缺陷修复热处理时的缺陷修复过程(缺陷变动)进行评价。因此，本发明能够在制造表面上形成杂质扩散层的半导体基板时进行应用。
下面示出实施例及比较例对本发明进行更具体的说明，但是本发明不限定于该实施例。
[关于缺陷修复变动和热处理时间的关系]
(实施例1)
作为试样使用掺杂磷的直径200mm的N型硅晶圆。该硅晶圆的电阻率是10Ω·cm。对于该晶圆，将硼以10keV进行1×1013atoms/cm2的离子注入。接下来，如图1所示，首先，使用阴极发光法得到离子刚刚注入之后的晶圆的CL谱线。接下来，在预备加热550℃下以氙气灯为光源对该晶圆实施闪光灯退火。此时，以两种处理条件(照射能量22J/cm2、照射时间0.6毫秒、照射温度1100℃，以及照射能量22J/cm2、照射时间1.2毫秒、照射温度1100℃)实施退火。接下来，如图1所示分别获得以两种处理条件实施退火后的晶圆的CL谱线。
图1是表示在离子注入后利用FLA的结晶缺陷修复过程的CL谱线。这样可观察到从离子刚刚注入之后起随着退火的进行发光中心逐渐减少的过程。在离子刚刚注入之后，结晶性紊乱，CL谱线(TO线)的强度弱，另外，可观察到大量发光缺陷。若短时间进行FLA，则与离子注入后相比，在CL谱线上观察到的发光中，因结晶缺陷导致的发光(D1线～D3线)变少，若进一步进行退火则会逐渐观察不到特性发光。这样在本发明中，能够及时地观察缺陷修复变动。由此，能够评价半导体基板的结晶缺陷的修复过程。
[关于退火方法引起的CL谱线的差异]
(实施例2：使用闪光灯退火的评价方法)
作为试样使用掺杂磷的直径200mm的N型硅晶圆。该硅晶圆的电阻率是10Ω·cm。对于该晶圆，将硼以10keV进行5×1013atoms/cm2的离子注入，在预备加热550℃下以氙气灯为光源实施闪光灯退火(退火条件为照射能量22J/cm2、1.2毫秒、照射温度1100℃)。然后对离子注入缺陷进行评价。
(比较例1：使用RTA处理的评价方法)
作为试样使用掺杂磷的直径200mm的N型硅晶圆。该硅晶圆的电阻率是10Ω·cm。对于该晶圆，将硼以10keV进行5×1013atoms/cm2的离子注入，并以1000℃/30秒实施急速加热/急速冷却热处理(RTA处理)。然后对离子注入缺陷进行评价。
在实施例2及比较例1中，首先通过透射型电子显微镜(TEM)观察来评价离子注入缺陷，但是在TEM中并未在离子注入的区域上观察到缺陷。接下来，如图2所示，使用阴极发光进行评价。图2是由对以闪光灯退火进行缺陷修复热处理后的硅半导体基板和以急速加热/急速冷却热处理进行缺陷修复热处理后的硅半导体基板分别用CL法进行测量的结果所得的CL谱线。在图2中，纵轴是发光强度、横轴是波长。在实施例2中，除了TO线(相当于波长在1120nm附近的峰值)以外，也观察到具有较宽的特征的发光，但是在比较例1中则除了TO线以外没有观察到其它发光。
利用TEM观察的评价与使用CL的评价的检测灵敏度的差异，可以认为是基于以下的理由而产生的。即，TEM由于观察区域较窄而难以将点缺陷作为图像捕获，而另一方面CL则由于使用扫描型电子显微镜(SEM)而观察区域(尤其是深度方向)较大，另外由于是对原则上较深能级的发光中心进行检测，因此检测灵敏度高。
如上所述，在以RTA处理进行缺陷修复热处理的比较例1中，除了TO线以外没有观察到其它发光，无法观察缺陷修复变动，因此无法对半导体基板的结晶缺陷的修复过程进行评价。另一方面，在以闪光灯退火进行缺陷修复热处理的实施例2中，除了TO线之外还观察到大量发光线。这些发光线示出了缺陷修复过程中的离子注入缺陷变动。由此，能够评价半导体基板的结晶缺陷的修复过程。
尤其是，在相较于实施例1离子注入量较多的实施例2中，即使在相同条件(照射能量22J/cm2、1.2毫秒、照射温度1100℃)下，也观察到大量发光缺陷。因此，根据实施例1、2的结果，也可以做出这样的评价，即：在对离子注入量不同的半导体基板实施缺陷修复热处理的情况下，用于完成结晶缺陷修复的最佳的热处理时间不同。
另外，根据实施例2及比较例1的结果可知：为了评价结晶缺陷的修复过程(尤其是在修复途中进行测量)，需要以闪光灯退火进行缺陷修复热处理。
此外，本发明并不被限定于上述实施方式。上述实施方式为例示，凡具有与本发明的权利要求书中记载的技术思想实质性相同的结构，并起到同样作用效果的方式均包含在本发明的技术范围内。
Claims (8)
1.一种半导体基板的评价方法，其是对具有结晶缺陷的半导体基板实施用于修复所述结晶缺陷的缺陷修复热处理的半导体基板的评价方法，其特征在于，
以闪光灯退火进行所述缺陷修复热处理，并具有：
通过控制所述闪光灯退火的处理条件，对修复途中的半导体基板的结晶缺陷进行测量的工序；
基于该测量的结果对所述结晶缺陷的修复机制进行解析的工序。
2.根据权利要求1所述的半导体基板的评价方法，其特征在于，在所述测量的工序中，进一步在所述结晶缺陷修复后也进行测量。
3.根据权利要求1或2所述的半导体基板的评价方法，其特征在于，将所述变更的闪光灯退火的处理条件设为热处理时间或照射能量。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的半导体基板的评价方法，其特征在于，将所述结晶缺陷设为通过向半导体基板进行离子注入而产生的离子注入缺陷。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的半导体基板的评价方法，其特征在于，在所述测量的工序中，对由发光法获得的因所述结晶缺陷造成的发光线消失前的状态至少进行一次测量，进一步对所述发光线消失后的状态进行测量。
6.根据权利要求5所述的半导体基板的评价方法，其特征在于，将所述发光法设为阴极发光法。
7.根据权利要求5或6所述的半导体基板评价方法，其特征在于，在所述解析的工序中，通过观察所述发光线的强度变化来解析修复机制。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的半导体基板的评价方法，其特征在于，将所述半导体基板设为硅半导体基板。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| EP3428725A1 (en) * | 2017-07-13 | 2019-01-16 | ASML Netherlands B.V. | Inspection tool, lithographic apparatus, lithographic system, inspection method and device manufacturing method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030049917A1 (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor device |
| US20050124123A1 (en) * | 2003-11-06 | 2005-06-09 | Takaharu Itani | Fabrication method for semiconductor device and manufacturing apparatus for the same |
| CN102934241A (zh) * | 2011-02-28 | 2013-02-13 | 松下电器产业株式会社 | 红外发光元件的制造方法 |
| JP2013051317A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-14 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3910603B2 (ja) * | 2004-06-07 | 2007-04-25 | 株式会社東芝 | 熱処理装置、熱処理方法及び半導体装置の製造方法 |
| JP2009027027A (ja) | 2007-07-20 | 2009-02-05 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP5407473B2 (ja) * | 2009-03-25 | 2014-02-05 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコンウェーハの製造方法 |
| JP2010278337A (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 表面欠陥密度が少ないｓｏｓ基板 |
| JP5343721B2 (ja) * | 2009-06-12 | 2013-11-13 | 信越半導体株式会社 | シリコン基板の評価方法及び半導体デバイスの製造方法 |
| JP5720560B2 (ja) * | 2011-12-21 | 2015-05-20 | 信越半導体株式会社 | 半導体基板の評価方法 |
| WO2014033982A1 (ja) * | 2012-08-28 | 2014-03-06 | パナソニック株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
| JP2014241363A (ja) * | 2013-06-12 | 2014-12-25 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030049917A1 (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor device |
| US20050124123A1 (en) * | 2003-11-06 | 2005-06-09 | Takaharu Itani | Fabrication method for semiconductor device and manufacturing apparatus for the same |
| CN102934241A (zh) * | 2011-02-28 | 2013-02-13 | 松下电器产业株式会社 | 红外发光元件的制造方法 |
| JP2013051317A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-14 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11476167B2 (en) | 2017-03-03 | 2022-10-18 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Heat treatment method and heat treatment apparatus of light irradiation type |
| TWI830964B (zh) * | 2017-03-03 | 2024-02-01 | 日商斯庫林集團股份有限公司 | 熱處理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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