JP2001230291A - 半導体層の評価方法，半導体装置の製造方法及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体領域に高濃度の不純物イオンを注入し
たときの結晶性の乱れた領域の厚みや結晶性の乱れの程
度を非破壊で測定しうる評価方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板（１１）中の不純物イオン
が注入されて結晶性が乱れた領域に、Ｘｅ光源（２０）
から偏光子（２１）によって直線偏光された測定光を斜
め方向から入射する。そして、楕円偏光となった反射光
のうちｐ方向の成分とｓ方向の成分との位相差をΔとし
両者の振幅比をΨとしたときに、測定光の変化に伴うco
s Δ，tan Ψのスペクトルを測定する。そして、予め破
壊検査等によってcos Δ等のスペクトルのパターンとア
モルファス領域の厚みとを関係づけておくか、cos Δ等
のパターンの特徴的な部分に着目することで、アモルフ
ァス領域の厚みや結晶性の乱れの程度を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高濃度の不純物イオ
ンが注入されて結晶性が乱れたアモルファス領域の特性
を光学的に評価する方法及びこれを利用した温度測定や
半導体装置の製造方法並びに評価を自動的に行なうため
の記録媒体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、トランジスタ等の半導体装置
の製造工程において、たとえばＭＯＳＦＥＴにおけるソ
ース・ドレイン領域や、バイポーラトランジスタにおけ
るエミッタ拡散層等の形成に際しては、不純物のドープ
量やドープする領域の深さ等を正確に制御する手段とし
て、Ｐ，Ａｓ，Ｂ等のイオンを加速して半導体基板やポ
リシリコン層あるいはアモルファスシリコン膜内に注入
するイオン注入法が用いられている。近年、半導体装置
の微細化の要求に伴い、このイオン注入によって形成さ
れる領域の不純物濃度，注入領域の厚み等についてより
高精度の制御が求められている。

【０００３】たとえば、単結晶シリコン層内に不純物イ
オンを注入したときに不純物イオンによって正規の位置
からシリコン原子がはじき出されると、この反跳シリコ
ンによりアモルファス領域が形成されることが知られて
いる。そして、従来、この反跳シリコンイオンにより形
成されるアモルファス領域の厚み等を測定する手段とし
て、ＲＢＳ（Rutherford Backscattering Spectrometr
y）法や、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）の断面写真等が
あった。

【０００４】また、シリコン基板上にイオン注入された
不純物のイオン注入エネルギー及びイオン注入量は４端
子シート抵抗測定法やサーマルウェーブ法により評価さ
れていた。同様に、イオン注入によりシリコン基板上に
形成されるイオン注入層の不純物濃度のシリコンウェハ
ー内における均一性は、４端子シート抵抗測定法やサー
マルウェーブ法により測定されていた。

【０００５】一方、光学的評価方法として、直線偏光を
基板面に斜め方向から入射して、基板面から反射される
楕円偏光の楕円形状を測定することにより、複素屈折
率，厚み等の情報を得ようとするエリプソメトリ法も、
簡便な評価方法として知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の評価方法を現実の半導体装置の製造工程における特性
の評価に適用するには、以下のような問題があり、特に
高濃度のイオン注入領域における注入条件等の適否の評
価は困難であった。

【０００７】まず、ＲＢＳ及びＴＥＭは、破壊検査法で
あり半導体装置の製造ライン内での評価には適していな
い。

【０００８】また、シート抵抗測定法では、高濃度不純
物の注入領域の評価は、イオン注入で生じたダメージの
ために局部的に増速拡散が起こり、熱処理の影響を多大
に受けるため、イオン注入の条件のみについての評価が
不可能である。

【０００９】サーマルウェーブ法では、注入層のダメー
ジを測定することによりイオン注入エネルギーやイオン
注入濃度を測定するものであるが、高濃度不純物が注入
された領域に於いては、ダメージ量が検出感度の飽和領
域に入ってしまうために注入量の相違を識別することが
困難となる。また、検出値は絶対量ではなく相対値であ
るために、高濃度注入領域における高い検出感度を期待
できない。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、半導体層に高濃度の不純物イオ
ンが注入されて結晶性が乱れたアモルファス領域の厚み
や厚みの基板面内分布を非破壊で再現性よく評価しうる
半導体層の評価方法，この半導体層の評価方法を利用し
た半導体装置の製造方法，及び半導体層の評価をコンピ
ュータに実行させるための記録媒体を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明が講じた手段は、分光エリプソメトリ法によ
って得られる複素屈折率に関するパラメータやそのスペ
クトルパターンを不純物イオンが注入された領域の物理
量を評価するために利用することにある。

【００１２】本発明の半導体層の評価方法は、基板内に
おいて不純物イオンが注入された領域を有する半導体層
に、光軸に垂直な面内でｐ方向（光軸に垂直な面と入射
光及び反射光を含む面との交線の方向）とｓ方向（光軸
に垂直な面内で上記ｐ方向に垂直な方向）に対して傾い
た直線偏光の測定光を上記半導体層の表面に垂直な方向
に対して傾いた方向から入射する第１のステップと、上
記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光の
反射光のうち上記ｐ成分とｓ成分との位相差をΔとした
ときに、少なくともcos Δを測定する第２のステップ
と、上記測定光の波長の変化に伴う上記少なくともcos
Δのスペクトルを測定する第３のステップと、上記少な
くともcos Δのスペクトルに基づいて、上記不純物イオ
ンが注入された領域の物理量を評価する第４のステップ
とを備えている。

【００１３】この方法により、楕円偏光として検出され
る測定光の波長を変化させると、半導体層の複素屈折率
に関するパラメータであるcos Δなどが求められる。そ
して、cos Δなどのスペクトルが不純物イオンが注入さ
れた領域の厚みや膜質に関する情報として得られ、イオ
ン注入が行なわれた半導体層の物理量を非破壊で調べる
ことが可能となる。

【００１４】上記半導体層の評価方法において、上記第
４のステップでは、上記不純物イオンが注入された領域
の透明度、不純物イオンが注入された領域内におけるア
モルファス領域の有無，アモルファス層の厚みを評価す
ることができる。

【００１５】上記半導体層内のアモルファス領域の厚み
を評価する場合、上記アモルファス領域の厚みと上記少
なくともcos Δのスペクトルとの相関関係を予め準備し
ておくステップをさらに備え、上記第４のステップで
は、上記第２のステップで得られた少なくともcos Δの
スペクトルを上記相関関係に照らし合わせることによ
り、上記半導体層内のアモルファス領域の厚みを測定す
ることができる。

【００１６】上記第１〜第４のステップを、上記半導体
層内の複数の不純物イオンが注入された領域について行
なうことにより、上記半導体層内における上記アモルフ
ァス領域の厚みの分布を測定することができる。

【００１７】また、この半導体層の評価方法により、具
体的に、以下のような不純物イオンが注入された領域の
物理量に関する情報も得られる。すなわち、上記第４の
ステップでは、上記不純物イオンが注入された領域内の
アモルファス領域がイオンビームにより一部回復する状
態を評価することができる。上記第４のステップでは、
同じ注入条件で注入装置を変えたときの２つの不純物イ
オンが注入された領域に対する少なくとも上記cos Δの
スペクトルに基づいて、注入装置の性能を評価すること
ができる。

【００１８】上記半導体層の評価方法において、上記測
定光の反射光のうち上記ｐ成分と上記ｓ成分との振幅比
をΨとしたときに、tan Ψを測定するステップと、上記
測定光の波長を変化させて、上記tan Ψのスペクトルを
測定するステップとをさらに備え、上記不純物イオンが
注入された領域の物理量を評価するステップでは、上記
tan Ψのスペクトルの形状をも考慮して不純物イオンが
注入された領域の物理量を評価することもできる。

【００１９】この方法により、複素屈折率に関する２つ
のパラメータであるcos Δ及びtanΨに基づいて不純物
イオンが注入された領域に関するより正確な情報が得ら
れることになる。

【００２０】本発明の第１の半導体装置の製造方法は、
基板の半導体層に半導体装置を製造するための方法であ
って、上記半導体層に不純物イオンが注入された領域を
形成する第１のステップと、上記イオン注入領域が形成
された半導体層に、光軸に垂直な面内でｐ方向（光軸に
垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線の方向）
とｓ方向（光軸に垂直な面内で上記ｐ方向に垂直な方
向）に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導体層の
表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射して、上
記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光の
反射光のうち上記ｐ成分とｓ成分との位相差をΔとした
ときに、測定光の波長の変化に伴う少なくともcos Δの
スペクトルを測定する第２のステップと、上記第２のス
テップで得られた少なくともcos Δのスペクトルに基づ
いて上記イオン注入領域の物理量を評価する第３のステ
ップとを備えている。

【００２１】上記第１の半導体装置の製造方法におい
て、上記イオン注入領域内のアモルファス領域の厚みと
上記少なくともcos Δのスペクトルとの相関関係を予め
準備しておくステップをさらに備え、上記第３のステッ
プでは、上記第２のステップで得られた少なくともcos
Δのスペクトルを上記相関関係に照らし合わせることに
より、上記半導体層内のアモルファス領域の厚みを測定
することができる。

【００２２】この方法により、楕円偏光として検出され
る測定光の波長を変化させると、アモルファス領域の複
素屈折率に関するパラメータであるcos Δなどが求めら
れる。そして、cos Δなどのスペクトルの形状がイオン
注入領域の物理量つまり乱れの度合いやアモルファス領
域の厚み等に関する情報として得られるので、不純物イ
オンが注入された領域の物理量を非破壊で調べることに
より、イオン注入条件が適正か否かの判断や、イオン注
入条件が不適正な場合の修正などを行なうことが可能と
なる。

【００２３】上記第１の半導体装置の製造方法におい
て、上記第３のステップにおける不純物イオンが注入さ
れた領域の物理量の評価結果に基づいて、上記第２のス
テップにおけるイオン注入条件を変更するステップをさ
らに備えることができる。

【００２４】この方法により、分光エリプソメトリ法に
よる測定結果をイオン注入工程にフィードバックするこ
とで、製造工程の改善を図ることが可能となる。

【００２５】上記第１の半導体装置の製造方法におい
て、上記第３のステップにおける不純物イオンが注入さ
れた領域の物理量の評価結果に基づいて、上記不純物イ
オンが注入された領域を有する基板の合否を判定するス
テップをさらに備えることができる。

【００２６】この方法により、半導体装置の製造工程の
途中における良否判定が可能になることで、不良品の工
程の中止や追加注入などによりスループットの向上を図
ることができる。

【００２７】本発明の第２の半導体装置の製造方法は、
基板の半導体層に半導体装置を製造するための方法であ
って、上記半導体層に不純物イオンが注入された領域を
形成する第１のステップと、上記不純物イオンが注入さ
れた領域を所定温度に保持する処理を行なう第２のステ
ップと、上記半導体層に、光軸に垂直な面内でｐ方向
（光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向）とｓ方向（光軸に垂直な面内で上記ｐ方向に垂
直な方向）に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射し
て、上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測
定光の反射光のうち上記ｐ成分とｓ成分との位相差をΔ
としたときに、測定光の波長の変化に伴う少なくともco
s Δのスペクトルを測定する第３のステップと、上記第
３のステップで得られた少なくともcos Δのスペクトル
に基づいて上記不純物イオンが注入された領域の物理量
を評価する第４のステップとを備えている。

【００２８】この方法により、楕円偏光として検出され
る測定光の波長を変化させると、半導体層の複素屈折率
に関するパラメータであるcos Δなどが求められる。そ
して、cos Δなどのスペクトルの形状が不純物イオンが
注入された領域の物理量つまり乱れの度合いやアモルフ
ァス領域の厚み等に関する情報として得られるので、不
純物イオンが注入された領域の物理量を非破壊で調べる
ことにより、その後の加熱処理条件が適正か否かの判断
や、加熱処理条件が不適正な場合の修正などを行なうこ
とが可能となる。

【００２９】上記第２の半導体装置の製造方法におい
て、上記不純物イオンが注入された領域内のアモルファ
ス領域の厚みと上記少なくともcos Δのスペクトルとの
相関関係を予め準備しておくステップをさらに備え、上
記第４のステップでは、上記第２のステップで得られた
少なくともcos Δのスペクトルを上記相関関係に照らし
合わせることにより、上記不純物イオンが注入された領
域内のアモルファス領域の厚みを測定することができ
る。

【００３０】この方法により、アモルファス領域の厚み
がわかるので、例えばアニールなどの処理による活性化
の進行度合いや、どの程度の条件で基板のアニールを施
すのが適切かなどの判断が可能になる。

【００３１】上記第２の半導体装置の製造方法におい
て、上記第１のステップの後で上記第２のステップの前
に、上記第３及び第４のステップと同じ処理を行なっ
て、上記第２のステップを行なう前の上記アモルファス
領域の厚みを評価するステップと、上記第２のステップ
を行なう前後のアモルファス領域の厚みの変化を求める
ステップとをさらに備えることができる。

【００３２】上記第２の半導体装置の製造方法におい
て、上記第４のステップでは、上記測定光の入射光と反
射光との強度の比に基づいて上記不純物イオンが注入さ
れた領域による測定光の反射率を演算し、該反射率から
上記不純物イオンが注入された領域の膜質を評価するこ
とができる。

【００３３】本発明の第３の半導体装置の製造方法は、
基板の半導体層に半導体装置を製造するための方法であ
って、上記半導体層に不純物イオンを注入して結晶性の
乱れたアモルファス領域を形成する第１のステップと、
上記アモルファス領域を所定温度に保持することを伴う
処理を行なう第２のステップと、上記半導体層に光軸に
垂直な面内でｐ方向（光軸に垂直な面と入射光及び反射
光を含む面との交線の方向）とｓ方向（光軸に垂直な面
内で上記ｐ方向に垂直な方向）に対して傾いた直線偏光
の測定光を上記半導体層の表面に垂直な方向に対して傾
いた方向から入射して、上記半導体層から楕円偏光とし
て反射される上記測定光の反射光のうち上記ｐ成分とｓ
成分との位相差をΔとしたときに、上記第２のステップ
における上記処理の前後における少なくともcos Δのス
ペクトルを測定する第３のステップと、上記少なくとも
cos Δのスペクトルの変化に基づき、上記第２のステッ
プ中の上記処理の前後における上記アモルファス領域の
厚みの変化を測定する第４のステップと、上記アモルフ
ァス領域の上記処理の前後における厚みの変化及び上記
熱保持処理の時間から算出される回復レートから上記熱
保持処理の温度を測定する第５のステップとを備えてい
る。

【００３４】上記第３の半導体装置の製造方法におい
て、熱保持処理における熱保持処理の温度と、アモルフ
ァス領域の厚みの減少との相関関係を求めておくステッ
プをさらに備え、上記第４のステップでは、上記相関関
係に基づいて上記熱保持処理の温度を測定することがで
きる。

【００３５】以下のように、上記半導体層の評価方法に
関する手順をコンピュータに自動的に行なわせるための
記録媒体に関する発明も得られる。

【００３６】本発明の記録媒体は、基板内において不純
物イオンが注入されて結晶性の乱れたアモルファス領域
を有する半導体層に室温よりも高温の所定温度に保持す
る処理を施し、半導体層に光軸に垂直な面内でｐ方向
（光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向）とｓ方向（光軸に垂直な面内で上記ｐ方向に垂
直な方向）に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射し
て、上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測
定光の反射光のうち上記ｐ成分とｓ成分との位相差をΔ
としたときに、上記測定光の波長の変化に伴う少なくと
もcos Δのスペクトルから上記半導体層の物理量を評価
するために使用される記録媒体であって、上記アモルフ
ァス領域の厚みと上記少なくともcos Δのスペクトルの
相関関係を記憶させる第１の手順と、特定の注入条件で
形成された上記アモルファス領域の分光エリプソメトリ
による測定結果である少なくともcos Δのスペクトルを
入力する第２の手順と、相関関係を取り出して、上記第
２のステップで得られた少なくともcos Δのスペクトル
を上記相関関係に照らし合わせることにより、上記半導
体層内のアモルファス領域の厚みを測定する第３の手順
とをコンピュータに実行させるプログラムを記録したも
のである。

【００３７】上記第１の手順では、特定のイオン注入量
における注入エネルギーとアモルファス領域の厚みとの
関係をイオン注入量ごとに第１の相関関係として、特定
のイオン注入量におけるcos Δのスペクトルと注入エネ
ルギーとの関係を第２の相関関係として記憶させてお
き、上記第３の手順では、上記第２の手順で入力された
cos Δのスペクトルを上記第２の相関関係に照らし合わ
せることにより上記半導体層に注入されたイオンの注入
エネルギーを求めた後、この注入エネルギーを上記第１
の相関関係に照らし合わせることにより、上記半導体層
内のアモルファス領域の厚みを測定することができる。

【００３８】また、上記第１の手順では、特定の注入エ
ネルギーにおけるイオン注入量とアモルファス領域の厚
みとの関係を注入エネルギーごとに第１の相関関係とし
て、特定の注入エネルギーにおけるcos Δのスペクトル
とイオン注入量との関係を第２の相関関係として記憶さ
せておき、上記第３の手順では、上記第２の手順で入力
されたcos Δのスペクトルを上記第２の相関関係に照ら
し合わせることにより上記半導体層に注入されたイオン
の注入量を求めた後、このイオン注入量を上記第１の相
関関係に照らし合わせることにより、上記半導体層内の
アモルファス領域の厚みを測定することができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】図３３は、以下に説明する各実施
形態の各具体例の内容を示す一覧表としてまとめた図表
である。

【００４０】まず、本発明の基本原理の裏付けとなる各
実施形態に係る半導体の評価方法について、図面を参照
しながら説明する。

【００４１】図１は、本発明の実施形態に係る評価の対
象となる半導体装置（ｎチャネル型ＭＯＳトランジス
タ）のイオン注入工程における構造を示す断面図であ
る。同図に示すように、ウエハ状態で行われるＭＯＳト
ランジスタの製造工程において、シリコン基板１１（シ
リコンウエハ）上には、ＬＯＣＯＳ膜からなる素子分離
１２が形成され、この素子分離１２で囲まれる活性領域
内にゲート絶縁膜１３，ゲート電極１４が形成されてい
る。そして、イオン注入工程で、Ａｓ+ イオン等の不純
物イオンがシリコン基板１１内に注入され、ｎチャネル
型ＭＯＳトランジスタの高濃度ソース・ドレイン領域１
５が形成される。そして、シリコン基板１１の他の領域
には、高濃度不純物のイオン注入条件の適否等を測定す
るためのモニター領域１６が形成されており、このモニ
ター領域１６にもソース・ドレイン領域１５と同時にＡ
ｓ+ イオンが注入される。なお、ｐチャネル型ＭＯＳト
ランジスタのソース・ドレイン領域を形成する際には、
別のモニター領域にＢ+ を注入してボロンイオンの注入
条件を測定する。

【００４２】図２は、上記ｎチャネル型ＭＯＳトランジ
スタのソース・ドレイン領域１５へのイオン注入の条件
をモニター領域１６を利用して測定するための分光エリ
プソメータの構成を概略的に示す側面図である。Ｘｅ光
源２０から出力されるＸｅ光を偏光子２１により直線偏
光に変えて、基板面に垂直な方向に対して角度θ0 でシ
リコン基板１１（モニター領域１６）に入射させ、楕円
偏光として反射される光を検光子２２を経た後分光器２
３に入射させて、分光しながら、ディテクター２４によ
り各波長における複素屈折率Ｎ＝ｎ−ｉｋを測定するよ
うに構成されている。ただし、入射光の直線偏光の軸
は、ｐ方向（光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む
面との交線の方向）と、ｓ方向（光軸に垂直な面内でｐ
方向に垂直な方向）に対して傾いている。

【００４３】次に、本実施形態で使用した分光エリプソ
メトリの測定原理について説明する。上記図２に示すシ
リコン基板１１へのＸｅ光の入射光とシリコン基板の法
線とのなす角をθ0 とすると、各波長における試料の複
素屈折率Ｎ＝ｎ−ｉｋは、下記式（１），（２）で表さ
れる。

【００４４】 ｎ²-ｋ²=sin²θ₀[1+[tan²θ₀(cos²2Ψ-sin²2Ψsin²Δ)]/(1+sin2ΨcosΔ)²](1) ２ｎｋ=(sin²θ₀tan²θ₀sin4ΨsinΔ)/(1+sin2ΨcosΔ)² (2) ここで、Ψはｐ成分とｓ成分との間の振幅反射率比を、
Δは上記ｐ成分とｓ成分との間の位相差をそれぞれ示
す。すなわち、反射光のtan Ψ，cos Δを測定すること
により、式（１），（２）から各波長における試料の物
性を表す複素屈折率Ｎが求められる。

【００４５】ここで、本発明者等は、試料の複素屈折率
Ｎそのものを求めなくても、この反射光のtan Ψ，cos
Δを分光してスペクトルを測定することで、イオン注入
条件に関する重要な情報が得られることを以下のような
過程によって見出した。

【００４６】以下の各図に示すデータを得るに際し、シ
リコン基板は予めｐ型不純物がドープされたｐ型シリコ
ン基板を用い、その抵抗率は１０．０〜１５．０（Ω・
ｃｍ）、基板面の結晶方位は（１００）である。また、
注入イオン種としてはＡｓ+を用い、注入エネルギーを
２０〜８０（ｋｅＶ）の間で変え、注入量を２〜４×１
０¹⁵ｃｍ^-2の間で変えている。また、分光は、２５０〜
８００ｎｍの範囲で行っている。

【００４７】図３（ａ），（ｂ）は、イオン注入を行っ
ていないシリコン基板からの反射光のtan Ψ及びcos Δ
のスペクトルをそれぞれ示す（図３（ｂ）においては、
スペクトル線３Ａ）。一方、図４（ａ），（ｂ）は、高
濃度不純物のイオン注入を行った後のシリコン基板から
の反射光のtan Ψ及びcos Δのスペクトルをそれぞれ示
す。図４（ｂ）のcos Δのスペクトル線のヴァリー位置
の波長４５０ｎｍを図３ｂのcos Δのスペクトル線３Ａ
のヴァリー位置の波長４００ｎｍと比較するとわかるよ
うに、シリコン単結晶に不純物をドープすると、cos Δ
のスペクトル形状は、未注入のときのスペクトル線３Ａ
に比べヴァリー位置が長波長領域（４５０ｎｍ〜８５０
ｎｍ）で負の側に移動する傾向を示す。したがって、イ
オン注入によってtan Ψ，cos Δのスペクトルが変化し
ていることは明らかである。

【００４８】そして、図３（ｂ）に示すように、一般的
に、シリコン単結晶に不純物をドープすると、cos Δの
スペクトル形状は、未注入のときのスペクトル線３Ａに
対してドーズ量を増大させるほどより負の側に移動する
傾向を示す（スペクトル線３Ｂ，３Ｃ）。したがって、
単結晶シリコン基板については、ある波長（たとえば６
３０ｎｍ）におけるtan Ψ，cos Δを測定することで、
イオン注入におけるドーズ量等の条件をある程度把握す
ることができる。

【００４９】一方、図５はアモルファスシリコン層に対
して注入エネルギーを変えたときのcos Δのスペクトル
形状の変化を、図６はアモルファスシリコン層に対して
注入エネルギーを変えたときのtan Ψのスペクトル形状
の変化をそれぞれ示す。不純物イオン（Ａｓ+ ）のドー
ズ量は４×１０¹⁵ｃｍ^-2である。

【００５０】図５及び図６からわかるように、アモルフ
ァスシリコン層へのイオン注入の場合、ある波長（たと
えば６３０ｎｍ）におけるcos Δ，tan Ψを測定して
も、注入エネルギーが増大しても、cos Δ，tan Ψの測
定値の変化に規則性はないので、この測定結果からイオ
ン注入エネルギーを把握できない。

【００５１】このように、従来、高濃度不純物のイオン
注入によって形成される不純物拡散領域についてエリプ
ソメトリ法によってはイオン注入エネルギー等の条件の
適否を評価することができなかった。

【００５２】（第１の実施形態）以下、分光エリプソメ
トリ法を使用することによって得られる情報の例である
各具体例について説明する。

【００５３】−第１の具体例− 本具体例では、分光エリプソメトリ法によるcos Δ（又
はtan Ψ）のスペクトルを相関関係と比較してアモルフ
ァス領域の厚みを測定する方法について説明する。本明
細書及び請求の範囲の記載において、「スペクトル」
は、スペクトルパターンとして把握されるものであって
もよいし、波長対cos Δ（又はtan Ψ）の数値（表）と
して把握されるものであってもよいものとする。

【００５４】以下の図７，図８に示すデータを得るに際
し、シリコン基板は予めｐ型不純物がドープされたｐ型
シリコン基板を用い、その抵抗率は１０．０〜１５．０
（Ω・ｃｍ）、基板面の結晶方位は（１００）である。
また、注入イオン種としてはＡｓ+ を用い、注入エネル
ギーを２０〜８０（ｋｅＶ）の間で変え、注入量を２〜
４×１０¹⁵ｃｍ^-2の間で変えている。また、分光は、２
５０〜８００ｎｍの範囲で行っている。

【００５５】図７は、注入量を４×１０¹⁵ｃｍ^-2と一定
にした場合のアモルファス領域の厚みの注入エネルギー
依存性を示すデータである。同図において、横軸は注入
エネルギー（ｋｅＶ）を示し、縦軸はアモルファス領域
の厚み（ｎｍ）を示す。この図７のデータは、図５，図
６に示す注入エネルギー条件（２０，３０，４０，５０
（ｋｅＶ））について、ＴＥＭでアモルファス領域の厚
みを測定して、そのときのcos Δ，tan Ψのスペクトル
形状とアモルファス領域の厚みの測定結果との相関関係
を調べておくことにより求めたものである。図７には、
ＴＥＭによる注入エネルギーとアモルファス領域の厚み
との関係も示されている。図７からわかるように、本実
施形態に係る分光エリプソメトリ法によって求められる
アモルファス領域の厚みはＴＥＭによる実測結果に近
く、非破壊で高精度の測定を行うことができる。つま
り、インラインでの検査（図２に示すようなプロセスと
プロセスとの間における検査をいう）に適した評価方法
を提供することができる。

【００５６】図８は、イオン注入エネルギーを４０（ｋ
ｅＶ）と一定にした場合のアモルファス領域の厚みの注
入量依存性を示すデータである。同図において、横軸は
注入量（×１０¹⁵ｃｍ^-2）を示し、縦軸はアモルファス
領域の厚み（ｎｍ）を示す。この図８のデータは、注入
量（ドーズ量）を２．０，２．５，３．０，３．５，
４．０×１０¹⁵ｃｍ^-2の５段階で変化させたときの厚み
をＴＥＭで測定し、そのときのcos Δ，tan Ψのスペク
トル形状とアモルファス領域の厚みの測定結果との相関
関係を予め調べておくことにより求めたものである。

【００５７】図３０（ａ）は、注入量Ｄを一定として注
入エネルギーＥを種々の値Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…に変化
させたときのアモルファス領域の厚みｄ11，ｄ12，ｄ1
3，…を、各注入量Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，…ごとに求めた
ものをまとめたマトリックスである。このマトリックス
に示されるイオン注入の注入量を一定としたときの注入
エネルギーＥとアモルファス領域の厚みｄとの関係を第
１の相関関係とする。これは、図７に示すようなアモル
ファス領域の膜厚の注入エネルギー依存性としてまとめ
てもよい。

【００５８】あるいは、注入エネルギーＥを一定として
注入量を種々の値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，…に変化させたと
きのアモルファス領域の厚みｄ11，ｄ21，ｄ31，…を、
各注入エネルギーＥ１，Ｅ２，Ｅ３，…ごとに求めたも
のと解釈してもよい。その場合には、このマトリックス
に示されるイオン注入の注入エネルギーを一定としたと
きの注入量Ｄとアモルファス領域の厚みｄとの関係が第
１の相関関係となる。これは、図８に示すようなアモル
ファス領域の膜厚の注入量依存性としてまとめてもよ
い。

【００５９】図３０（ｂ）は、注入量Ｄを一定として注
入エネルギーＥを種々の値Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…に変化
させたときのcos Δのスペクトルパターン（又は測定波
長対cos Δの数値の関係表）を、各注入量Ｄ１，Ｄ２，
Ｄ３，…ごとに求めたものをまとめたマトリックスであ
る。このマトリックスに示される注入エネルギーＥとco
s Δのスペクトルとの関係を第２の相関関係とする。

【００６０】あるいは、注入エネルギーＥを一定として
注入量を種々の値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，…に変化させたと
きのcos Δのスペクトルを、各注入エネルギーＥ１，Ｅ
２，Ｅ３，…ごとに求めたものと解釈してもよい。その
場合には、このマトリックスに示される注入量Ｄを一定
としたときの注入エネルギーとcos Δのスペクトルとの
関係が第２の相関関係となる。

【００６１】本具体例において、上記図５，図７，図８
及び図３０（ａ），（ｂ）のデータを利用することによ
り、以下のような方法によってアモルファス領域の厚み
を知ることができる。

【００６２】第１の方法は、もっとも簡便な方法であっ
て、あるアモルファス領域に対する分光エリプソメトリ
法による測定を行なって得られたcos Δ（又はtan Ψ）
のスペクトルパターン（又は測定波長対cos Δの数値の
関係表）を、図３０（ｂ）中の各注入条件における波長
対cos Δ（又はtan Ψ）との関係（第２の相関関係）に
照らし合わせ、もっともよく一致するものを選んでアモ
ルファス領域の厚みを求める方法である。これは、スペ
クトル形状であってもよいし、波長の値とcosΔの値と
の数値同士を対応させた表であってもよい。これは、注
入イオンが定まると、注入量や注入エネルギーに応じて
固有のcos Δ（又はtan Ψ）のスペクトル形状が得られ
る点に着目したもので、スペクトル形状を用いる場合に
は例えば指紋照合システムの応用が可能である。

【００６３】第２の方法は、図３１に示す方法であっ
て、イオン注入における注入量がわかっている場合に第
１，第２の相関関係を利用してアモルファス領域の厚み
を求める方法である。

【００６４】まず、ステップＳＴ６１で、ＴＥＭによ
り、注入量Ｄを一定として注入エネルギーＥを種々の値
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…に変化させたときのアモルファス
領域の厚みｄを、各注入量Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，…ごとに
求め、これを図３０（ａ）に示す第１の相関関係として
記憶しておく。

【００６５】次に、ステップＳＴ６２で、一定の注入量
で形成されたアモルファス領域から得られるcos Δのス
ペクトルと注入エネルギーＥとの関係を第２の相関関係
として作成し、図３０（ｂ）に示す第２の相関関係とし
て記憶しておく。

【００６６】次に、ステップＳＴ６３で、既知の注入量
で形成されたアモルファス領域について分光エリプソメ
トリ法による測定を行なってcos Δのスペクトルパター
ンを求める。これは、波長の値とcos Δの値との数値同
士を対応させた表であってもよい。例えばこのときに、
図５に示すスペクトルパターンＳA5が得られたとする。

【００６７】次に、ステップＳＴ６４で、スペクトルパ
ターンＳA5を第２の相関関係に照らし合わせることで、
注入エネルギーＥがわかる。例えば、図５に示す例で
は、スペクトルＳ5Aを与える注入エネルギーＥは３５ｋ
ｅＶであったとする。

【００６８】次に、ステップＳＴ６５で、求めた注入エ
ネルギーＥを第１の相関関係に照らし合わせて、アモル
ファス領域の厚みｄを求める。例えば、注入エネルギー
Ｅが３５ｋｅＶとわかった場合、図３０（ｂ）の表又は
図７を参照してアモルファス領域の厚みを６２ｎｍと決
定することができる。一般的には、アモルファス領域の
厚みを５ｎｍ刻み程度に決定すればよいことが多いの
で、アモルファス領域の厚みを近似的に６０ｎｍとして
もよい。実際には、図７に示すように、エリプソメトリ
の実測データから膜厚が計算されるようにフィッティン
グしておけば、この方法によっても、第１の方法と同様
に、測定データから装置内での計算によってアモルファ
ス領域の厚みが瞬時に算出される。計算結果も、ＴＥＭ
による実測値とほぼ一致していることは明らかである。

【００６９】第３の方法は、図３２に示す方法であっ
て、イオン注入における注入エネルギーがわかっている
場合に第１，第２の相関関係を利用してアモルファス領
域の厚みを求める方法である。

【００７０】まず、ステップＳＴ７１で、ＴＥＭによ
り、注入エネルギーＥを一定として注入量を種々の値Ｄ
１，Ｄ２，Ｄ３，…に変化させたときのアモルファス領
域の厚みｄを、各注入エネルギーＥ１，Ｅ２，Ｅ３，…
ごとに求め、これを第１の相関関係として記憶してお
く。

【００７１】次に、ステップＳＴ７２で、一定の注入エ
ネルギーで形成されたアモルファス領域から得られるco
s Δのスペクトルと注入量との関係を第２の相関関係と
して作成し、図３０（ｂ）に示す第２の相関関係として
記憶しておく。

【００７２】次に、ステップＳＴ７３で、既知の注入エ
ネルギーで形成されたアモルファス領域について分光エ
リプソメトリ法による測定を行なってcos Δのスペクト
ルパターンを求める。これは、波長の値とcos Δの値と
の数値同士を対応させた表であってもよい。

【００７３】次に、ステップＳＴ７４で、cos Δのスペ
クトルパターンを第２の相関関係に照らし合わせること
で、注入量Ｄがわかる。

【００７４】次に、ステップＳＴ７５で、求めた注入量
Ｄを第１の相関関係に照らし合わせて、アモルファス領
域の厚みｄを求める。すなわち、図３０（ｂ）の表又は
図８を参照してアモルファス領域の厚みを決定すること
ができる。実際には、図８に示すように、エリプソメト
リの実測データから膜厚が計算されるようにフィッティ
ングしておけば、この方法によっても、第１の方法と同
様に、測定データから装置内での計算によってアモルフ
ァス領域の厚みが瞬時に算出される。

【００７５】第４の方法は、図７に示すアモルファス領
域の厚みの注入エネルギー依存性と、図５に示す注入エ
ネルギーとスペクトル形状との関係とを組み合わせる方
法である。反射光のcos Δのスペクトルのうち所定の波
長領域においては、スペクトルの極大値を示す波長がわ
かれば、アモルファス領域の厚みがほぼ推定できる。第
１の相関関係を上記第２の方法と同様に設定し、この極
大値を示す波長と注入エネルギーＥとの関係を各イオン
注入量ごとに第２の相関関係として記憶しておけば、図
３１に示すフローチャートと同様の手順で、簡便にアモ
ルファス領域の厚みを求めることも可能である。

【００７６】第５の方法は、図８に示すアモルファス領
域の厚みの注入量依存性と図３（ｂ）に示す注入量−ス
ペクトルパターンの関係とを組み合わせる方法である。
反射光のcos Δのスペクトルのうち所定の波長領域にお
いては、スペクトル中のcosΔの極大値がわかれば、ア
モルファス領域の厚みがほぼ推定できる。第１の相関関
係を上記第３の方法と同様に設定し、このcos Δの極大
値と注入量との関係を各イオンエネルギーごとに第２の
相関関係として記憶しておけば、図３２に示すフローチ
ャートと同様の手順で、簡便にアモルファス領域の厚み
を求めることも可能である。

【００７７】−第２の具体例（アモルファス領域の厚み
の面内分布） 図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、同じウエハに対して分
光エリプソメトリ法，サーマルウェーブ法，シート抵抗
法により測定して得られたアモルファス領域のウエハ面
内均一性を示す図である。Ａｓ+ を注入エネルギー４０
（ｋｅＶ），ドーズ量５×１０¹⁵ｃｍ^-2の条件で注入し
たときの測定結果を示す。同図（ａ）に示す本実施形態
に係る分光エリプソメトリ法では、アモルファス領域の
厚みが６９ｎｍであり面内均一性は０．１５３％であ
る。また、同図（ａ）のうち（−）で示す厚みが薄くな
っている部分がアモルファス化している領域である。同
図（ｂ）はサーマルウェーブ法によるイオン注入量の面
内均一性を示し、四角の部分が平均値の領域を示す。同
図（ｃ）はシート抵抗法によるイオン注入量の面内均一
性を示す図である。各図における等高線は、いずれも
０．５％の差が生じる境界を示している。ここで、サー
マルウェーブ値は、相対量であり、必ずしもイオン注入
量を正確に反映しているかどうかはわからない。図９
（ｃ）に示すデータでは、イオン注入量の面内均一性が
非常に悪くなっている。抵抗法を用いる場合、シート抵
抗を測定するためには注入された不純物を活性する熱処
理が必要であり、この熱処理により面内均一性が悪化し
ているものと思われる。

【００７８】それに対し、本実施形態による分光エリプ
ソメトリ法によるアモルファス領域の厚みの面内均一性
測定によれば、非破壊でありながらアモルファス領域の
厚みのウエハ面内でのばらつきを、熱処理の要因を混在
させることなく、注入条件のみの要因によるばらつきと
して把握することができる。

【００７９】−第３の具体例− 本具体例は、本発明の分光エリプソメトリ法によって測
定されるtan Ψ，cosΔのスペクトル線の特徴的な形状
から得られる情報に関するものである。

【００８０】図１０は不純物イオンを注入していないシ
リコン基板に対する分光エリプソメトリ法によるtan
Ψ，cos Δのスペクトル線を示し、図１１〜図１５はそ
れぞれ各図に示す条件でシリコン基板に不純物イオンを
注入した領域に対する分光エリプソメトリ法によるtan
Ψ，cos Δのスペクトル線をそれぞれ示す。

【００８１】ここで、図１０に示す不純物を注入してい
ないシリコン基板に対するcos Δのスペクトル線には、
３つの特徴的な領域Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃがある。Ｒａはス
ペクトル線が右下がりに変化する減少領域である。Ｒｂ
はcos Δの値が極小となるある程度幅のある極小領域で
ある。Ｒｃはスペクトル線が右上がりに変化する増大領
域である。また、減少領域Ｒａにおいて、ハンプ部Ｒｈ
が存在するのが特徴的である。そして、上記各図におけ
るこの特徴的な領域の形状と、イオン注入をした後の分
光エリプソメトリ法によるcos Δ，tan Ψのスペクトル
線の形状とを比較することで、以下の情報が得られる。 （１） ドーズ量の相違によるスペクトル線形状の相違 同じ注入装置を用いたときの注入量の相違とcos スペク
トル形状の相違との関連について論ずる。図１１と図１
２とを比較すると、 cos Δのスペクトルにおける減少
領域Ｒａにおける勾配が図１１の方が緩やかであり、か
つ減少領域Ｒａ中に現れるべきハンプ部Ｒｈが図１１で
より不明確になっている。図１０に示したように、注入
されていない基板のcos Δのスペクトル線にはハンプ部
Ｒｈが明確に現れているのに対し、図１１ではハンプ部
Ｒｈが明確に現れていない。このことから、図１１の条
件つまり不純物イオンの注入量が多い方がシリコン基板
をアモルファス化させやすい条件であることがわかる。
また、図１３と図１４とを比較しても、イオン注入量の
多い条件である図１４において減少領域Ｒａの勾配が緩
やかでかつハンプ部Ｒｈが不明確になっており、上記と
同じ結論が得られる。 （２） 注入装置の性能の比較 図１２と図１３とを比較すると、図１３のスペクトル線
の減少領域Ｒａにおけるハンプ部Ｒｈがより不明瞭であ
り、かつ図１３の方が増大領域Ｒｃの勾配が緩やかであ
る。図１０に示したとおり、注入されていない基板のco
s Δのスペクトル線には、ハンプ部Ｒｈが明確に現れ、
かつ、増大領域Ｒｃの勾配がきつくなっていることがわ
かる。そして、図１２と図１３とに示すイオン注入条件
は、注入装置が異なる点を除けば同じであることから、
Ｂ社のイオン注入装置の方がシリコン基板をアモルファ
ス化させやすいことがわかる。言い換えると、本実施形
態の方法により、イオン注入装置の性能の評価ができる
ことになる。 （３） 電流密度依存性 図１４と図１５とを比較すると、図１４のスペクトル線
の方が図１５のスペクトル線よりも減少領域Ｒａ及び増
大領域Ｒｃの勾配がやや緩やかである。このことは、た
とえば図１４における波長３００ｎｍにおけるcos Δの
値よりも図１５における同じ波長におけるcos Δの値が
小さいことからわかる。したがって、図１５に示す条件
の方がシリコン基板をアモルファス化させにくいことが
わかる。ここで、図１４に示す条件と図１５に示す条件
とを比較すると、図１５に示す条件は電流密度が大きい
点だけが両者の相違点である。すなわち、図１５に示す
ような大電流によるイオン注入を行った場合、イオン注
入によってアモルファス領域が結晶状態に回復しようと
するいわゆるビームアニール効果が生じていることがわ
かる。

【００８２】また、この電流密度依存性に関し、図１１
と図１５とを比較すると、同じイオン注入量によって得
られたスペクトルでありながら、図１１のハンプ部Ｒｈ
の方が図１５におけるハンプ部Ｒｈよりも明確であり、
かつ減少領域Ｒａの勾配も図１１の方が少し急である。
さらに、図１１における極小領域Ｒｂが平坦になってお
り、アモルファス領域の厚さが薄くなっている。このこ
とから、Ａ社のイオン注入装置の方が、Ｂ社のイオン注
入装置の電流密度２０００μＡによる注入条件よりもビ
ームアニール効果が大きいことがわかる。ただし、Ａ社
のイオン注入装置の電流密度は不明である。 （４） その他 なお、たとえば図１０，図１１及び図１２を比較すると
わかるように、tan Ψのスペクトル形状がなだらかであ
るほど結晶性の乱れ（非晶質化）が進んでいることがわ
かる。したがって、cos Δのスペクトルの形状に加えて
tan Ψのスペクトルの形状をも考察することにより、co
s Δのスペクトルの形状のみからイオン注入条件やアモ
ルファス領域の物理量を判定するよりもさらに正確な判
断を行うことができる。ただし、cos Δのスペクトルパ
ターンの方が特徴的な部分が多く、かつイオン注入条件
による変化も大きいので、一般的にはcos Δのスペクト
ルパターンを観察することだけでも十分である。

【００８３】上記各具体例では、不純物イオンとしてＡ
ｓ+ イオンを注入した例について説明したが、本発明は
かかる具体例に限定されるものではなく、Ｂ+ イオン，
Ｓｉ+ イオン，Ｐ+ イオン等を注入した半導体層につい
ても適用することができる。さらに、半導体層としては
シリコン層だけではなく化合物半導体からなる半導体層
などの他の半導体材料からなる半導体層についても適用
できる。

【００８４】（第２の実施形態）次に、アニール等の処
理時における基板表面の実際の温度を測定するための分
光エリプソメトリ法の応用に関する第２の実施形態につ
いて説明する。

【００８５】−第１の具体例（基板表面の実際の温度を
測定する方法）− まず、アニール処理とアモルファス領域の厚みとの関係
を求める。

【００８６】図１６は、Ａｓ+ イオンが３０ｋｅＶ，３
×１０¹⁴ｃｍ^-2の条件で注入されたウエハについて、ウ
エハの保持温度とアモルファス領域の厚みとの関係を示
すデータである。横軸は、デガスチャンバーの電源のパ
ワーを示しており、オフ時は０％であり、最大時は１０
０％になっている。デガスチャンバーとは、ＣＶＤ装置
やスパッタリング装置に付属しているチャンバーであ
り、このデガスチャンバー内でウエハを真空状態で加熱
して保持するものである。このように、デガスチャンバ
ーの電源の表示は、０〜１００％で表示はされている
が、チャンバー内に設置された基板の表面温度は正確に
はわからない。縦軸は、サンプルを所定温度で保持した
後のアモルファス領域の厚みである。Ａｓ+ イオンが注
入された半導体層を有するウエハを用い、Ｔｉスパッタ
リング装置の予備加熱用のデガスチャンバを用い、チャ
ンバー内で基板は真空状態で加熱される。また、アモル
ファス領域の厚みは、図７，図８について説明したのと
同じ方法により測定している。アモルファス領域におけ
る分光エリプソメトリ法により、点Ａ16，Ｂ16，Ｃ16の
条件でのアモルファス領域の膜厚を測定している。アモ
ルファス領域のデガスチャンバ内への保持時間はいずれ
も３０ｓｅｃとし、ウエハの裏面に温度センサが取り付
けられたいわゆるＴＣウエハを用い、この温度センサに
よっても温度を測定している。ただし、ＴＣウエハによ
ってはウエハの裏面温度がわかるだけで、ウエハの表面
温度がわかるわけではない。同図の点Ａ16はデガスチャ
ンバに保持する時間が「０」の状態，つまりas-implant
のサンプルのデータであり、点Ｂ16はデガスチャンバの
電源パワーを定格の４０％（ＴＣウエハの測定値である
裏面温度は２５０℃）としたときのデータであり、点Ｃ
16はデガスチャンバの電源パワーを定格の６０％（裏面
温度は２７０℃）としたときのデータであり、点Ｄ16は
デガスチャンバの電源パワーを定格の７０％（裏面温度
は３５０℃）としたときのデータである。なお、このよ
うな低温でのアニールの場合、３０ｓｅｃ経過後はそれ
程大きな厚みの変化がないものの、厚みの減少がみられ
る。

【００８７】一方、図１９は、文献（Journal of Appli
ed Physics Vol.48,No.10,October1977,p.4237 ）に掲
載されているFig.４であって、アモルファス領域の回復
（再結晶）の進行速度とアニール条件との関係を示す図
である。図１９において、横軸は温度であり、縦軸はア
モルファス領域から結晶への回復進行速度を表してい
る。この図から、例えばＡｓイオンが注入されて形成さ
れたアモルファス領域の５００℃での回復速度は約６０
Å／min.であることがわかる。同図に示すように、アニ
ール温度と回復との間には明確な相関関係があることが
わかっている。ただし、４５０℃以下の温度における回
復速度については何も示されていない。

【００８８】ここで、例えば１×１０¹⁵ｃｍ^-2のＡｓ+
イオンの注入により形成されたアモルファス領域につい
ては、アニール温度が４５０℃程度以下になるとアモル
ファス領域は回復（再結晶）しないと考えられていた。
それに対し、図１６に示すデータによると、温度２５０
〜３５０℃程度の低温アニールであってもアモルファス
領域の厚みの減少が確認されており、このような低温に
おいてもある程度アモルファス領域の回復（再結晶）が
生じていることがわかった。

【００８９】従来のチャンバー内における温度測定は、
ＴＣウエハの裏面に取り付けた温度センサにより行なわ
れてきた。しかし、ＴＣウエハを用いても、ウエハの裏
面の温度はわかるものの、ウエハの表面の温度、つまり
アモルファス領域が熱処理を受けている実際の温度を測
定することはできなかった。また、温度の測定範囲にも
限界があり、ある程度高温（５００〜６００℃以上）に
なると測定精度が悪化するといわれている。

【００９０】それに対し、本具体例の方法によると、後
の具体例で用いる保持時間と回復レートとの相関関係、
あるいは保持時間と厚みの減少量との相関関係を用いれ
ば、ウエハ表面の温度を精度よく測定することができ
る。したがって、デガスチャンバーのように電源パワー
の％表示しかされていないような装置であっても、特定
のパワーでウエハの表面温度が何度になっているのかを
正確に測定することができる。この実験データだけから
ウエハの表面温度がわかるものではないが、既に説明し
た第１の実施形態の厚みの測定を利用して熱処理前後の
厚みがわかれば、保持時間と回復レートとの相関関係、
あるいは保持時間と厚みの減少量との相関関係から熱処
理中の温度を測定することができる。その具体的な方法
については、後に説明する。

【００９１】なお、この具体例では、デガスチャンバー
内にセットしたウエハ表面の温度測定について説明した
が、その他、ＣＶＤ装置，スパッタリング装置，アニー
ル装置においても、同様に、ウエハ表面の温度を正確に
測定することができる。また、ウエハの表面温度がわか
るということは、ウエハ面内の温度分布やチャンバー内
のウエハが設置されている領域における温度分布がわか
ることを意味する。

【００９２】−第２の具体例− 次に、アニール処理条件と不純物イオンが注入された領
域（アモルファス領域）の膜質との関係を求めるために
行なった第２の具体例に関する実験結果について説明す
る。

【００９３】図１７は、ウエハの保持温度とアモルファ
ス領域に入射した光の吸収係数との関係を示すデータで
ある。ただし、ウエハやデガスチャンバ内への保持時間
等は図１６に示す厚みの測定の際の条件と同じである。
そして、同図の点Ａ17はデガスチャンバに保持する時間
が「０」の状態，つまりas-implantのサンプルのデータ
であり、点Ｂ17はデガスチャンバの電源パワーを定格の
４０％（裏面温度２５０℃）としたときのデータであ
り、点Ｃ17はデガスチャンバの電源パワーを定格の６０
％（裏面温度２７０℃）としたときのデータであり、点
Ｄ17はデガスチャンバの電源パワーを定格の７０％（裏
面温度３５０℃）としたときのデータである。ただし、
かっこ内の温度は、いずれもＴＣウエハに付設された温
度センサの示す温度である。なお、３０ｓｅｃ経過後
は、それ程大きな吸収係数の変化がないものの、変化は
みられる。

【００９４】図１７に示す実験結果から、アニール条件
の相違によるアモルファス領域の膜質の相違の評価をも
行うことができることがわかった。分光エリプソメトリ
のスペクトル形状を観察するにはある程度の時間が必要
であるが、吸収係数を求めるだけであれば、極めて迅速
かつ容易に膜質を評価できる。この吸収係数は、アモル
ファス領域の透明度に左右されるものであり、この値は
アモルファス領域の結晶学的な状態を反映している。し
たがって、例えば製造工程において不良品とはならない
吸収係数の範囲を予め求めてそれを適正範囲として準備
しておくことにより、実際の製造工程においても、アモ
ルファス領域の吸収係数が適正範囲に入っていれば良品
として、吸収係数が適正範囲に入っていなければ不良品
として判断することで、極めて迅速に合否判定を行なう
ことができる。

【００９５】−第３の具体例− 次に、分光エリプソメトリ法を利用したアモルファス領
域の厚み測定から得られるアニールにおける厚み及び吸
収係数の変化と保持時間との相関関係に関する第３の具
体例について説明する。

【００９６】図１８（ａ）は、各種のサンプルについて
得られたアニール時間に対する厚みと吸収係数との変化
を示すデータである。ただし、○は３０ｋｅＶ，４×１
０¹⁵ｃｍ^-2の条件でイオン注入を行なったウエハの厚み
の変化を示し、●は同条件でイオン注入を行なったウエ
ハの吸収係数の変化を示し、△は３０ｋｅＶ，３×１０
¹⁴ｃｍ^-2の条件でイオン注入を行なったウエハの厚みの
変化を示し、▲は同条件でイオン注入を行なったウエハ
の吸収係数の変化を示す。また、いずれも５５０℃の温
度に一定時間の間保持するようにしている。

【００９７】図１８（ａ）に示す○，△のデータを結ぶ
直線の傾きから、以下のことがわかる。

【００９８】△のデータについて見ると、アニール開始
から１０ｓｅｃ経過するまでの間の厚み変化は、（４
４．８−３２）ｎｍ／１０ｓｅｃ＝７７ｎｍ／ｍｉｎで
ある。この回復（再結晶）速度は、図１９に示す５５０
℃における回復速度２０ｎｍ／ｍｉｎに比べるとはるか
に大きい。そして、アニール開始後１０ｓｅｃを経過し
たときから６０ｓｅｃ経過時の５０ｓｅｃの間における
回復速度は、（３２−１５）ｎｍ／５０ｓｅｃ＝１７ｎ
ｍ／５０ｓｅｃ＝２０．４ｎｍ／ｍｉｎである。この値
は図１９に示す５５０℃における回復速度２０ｎｍ／ｍ
ｉｎにほぼ等しい。また、６０ｓｅｃ経過時から１８０
ｓｅｃ経過時までの１２０ｓｅｃ間における回復速度
は、１５（ｎｍ）／１２０（ｓｅｃ）＝７．５ｎｍ／ｍ
ｉｎであり、非常に小さい。そして、１２０ｓｅｃ経過
時にアモルファス領域は消失している。

【００９９】○のデータについてみると、回復速度の変
化は、上述の△のデータにほぼ等しい。さらに、注目す
べきは、ドーズ量が３×１０¹⁴ｃｍ^-2という低濃度のイ
オン注入により形成されたアモルファス領域はアニール
時間の経過につれて進行し最終的にはほぼ「０」になる
のに対し、ドーズ量が４×１０¹⁵ｃｍ^-2という高濃度の
イオン注入で形成されたアモルファス領域の厚みは、５
０ｓｅｃ程度経過した後にはほとんど一定になってい
る。言い換えると、５０ｓｅｃ程度経過した後はほとん
ど回復が進行しない。これは、残存酸素量と関係がある
と思われる。

【０１００】また、●や▲のデータについてみると、○
や△の変化に比較的類似した変化をしていることがわか
る。これは、吸収係数の値を見ることによっても、膜質
の変化だけでなくある程度厚みの変化を把握できること
を示している。

【０１０１】図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のデータ
（５５０℃アニール）から、アニールの経過時間と、ア
モルファス領域の厚みと、回復レートとをそれぞれまと
めたテーブルである。このテーブルは△のデータについ
てのものであるが、○のデータについても同様のテーブ
ルを作成しておくことができる。図１８（ｂ）のような
テーブルをいろいろなアニール温度ごとに用意しておく
ことによって、回復速度及び保持時間からアニール温度
を知ることができる。

【０１０２】以上のように、本具体例により、所定のア
ニール温度におけるアモルファスから結晶への回復の速
度の時間変化を求めることができるとともに、アニール
温度をも検知することができる。

【０１０３】−第４の具体例− 次に、図１９に示すデータと同様のアニール温度と不純
物イオンが注入された領域（アモルファス領域）の回復
による厚みの変化との関係を、５５０℃以下，特に４５
０℃以下の低温アニールについて求めた第４の具体例に
ついて説明する。

【０１０４】図２０（ａ）は、保持時間がほぼ「０」に
近い条件下におけるフラッシュアニール、つまり、昇温
後すぐに電源をオフするような条件下でウエハのアニー
ルを行なったときのアモルファス領域の回復速度の温度
依存性を示すデータである。図２０（ａ）のデータは、
Ａｓ+ イオンが３０ｋｅＶ，３×１０¹⁴ｃｍ^-2の条件で
注入されたウエハについて求めたものである。同図に示
すように、アモルファス領域の回復による厚みの減少量
は、アニール温度に対してほぼリニアに変化しているこ
とがわかる。なお、図２０（ａ）に示す条件下で形成さ
れた不純物イオンが注入された領域（アモルファス領
域）の回復は、アニール温度が低くなるにつれてこれ以
上アニール時間を長くしてもあまり進行しないという傾
向が顕著に見られた。

【０１０５】図２０（ａ）において、点Ｂ20，Ｃ20，Ｄ
20，Ｅ20，Ｆ20は、それぞれ２５０℃，２７０℃，３５
０℃，４５０℃，５５０℃でアニールをしている。アモ
ルファス領域の回復膜厚は、それぞれ０．４ｎｍ，１．
８ｎｍ，２．８ｎｍ，６．２ｎｍ，９ｎｍとなってい
る。点Ｂ20，Ｃ20，Ｄ20の３つのポイントでは、アニー
ル温度が低く、アモルファスから結晶への回復に際して
は特異な現象を示している。

【０１０６】図２０（ｂ）は、点Ｄ20の条件による通常
のアニールにおけるアモルファス膜厚の経時変化を示す
図である。同図に示すように、点Ｄ20の条件で長時間保
持しても、極めて短時間のうちに２．８ｎｍの厚みだけ
減少した後は、これ以上の結晶化は進行せず、アモルフ
ァス領域の膜厚は一定のままである。点Ｂ20，Ｃ20の条
件における通常のアニールにおいても、同様の現象が見
られる。すなわち、アニール温度が低い場合には、瞬時
にアモルファスの膜厚が減少するが、それ以降、結晶化
は進行しない。この現象を利用すれば、アモルファスか
ら結晶に進行しにくい４５０℃以下の温度で処理する装
置において、例えばＡｓ+ イオンを、３０ｋｅＶ，３×
１０¹⁴ｃｍ^-2の条件で注入することにより形成したアモ
ルファス領域を、その装置内に所望の時間保持して、処
理の前後におけるアモルファス領域の膜厚の減少量を求
めることにより、図２０（ａ）に基づき正確なアニール
温度を求めることができる。

【０１０７】この図２０（ａ）に示すようなデータを、
各イオン注入条件で作成したアモルファス領域（具体的
には、ＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン領域）について
作成しておくことにより、４５０℃以下の低温アニール
についても、エリプソメトリ法によるアモルファス領域
の厚みの測定結果からアニール温度を測定することが可
能である。例えば、フラッシュアニールを行なう条件下
では、アニール前後におけるアモルファス領域の厚みの
変化が約６ｎｍであったとすると、アニール温度は約４
４０℃であることがわかる。

【０１０８】すなわち、このような測定結果を利用し
て、現実の厚みの変化量と処理条件とをこのようなデー
タと照らし合わせることで、現実のアニール温度がわか
ることになる。そして、このデータからアニール条件の
正確な設定が可能となる。

【０１０９】また、加熱用電力を一定にしてアニールを
行なうとともに、この加熱用電力をパラメータとして温
度−厚みの相関関係を求めることも可能である。

【０１１０】なお、４５０℃以上の比較的短時間のアニ
ールについては、図１９に示すデータを利用して、エリ
プソメータにより測定したアモルファス領域の厚みの減
少量とアニール時間とから求まる回復レートに基づい
て、アニール温度を求めることができる。ただし、アモ
ルファス領域の回復の状態は、図１８に示すように、イ
オン注入条件やアニール温度によって多様に変化してい
る。したがって、図１９に示すデータは、必ずしも正確
な温度の測定には適していないこともあるので、図２０
に示すようなアモルファス領域の厚みの減少量の温度依
存性を各イオン注入条件について予め求めておくことが
好ましい。特に、アニール時間が変わる場合には、図１
８に示すようなアニール時間の経過に対するアモルファ
ス領域の厚みの変化特性を予め求めておくことが好まし
い。

【０１１１】次に、上記第１〜第４の具体例に示される
データを利用して、以下のような温度測定が可能であ
る。

【０１１２】図２７は、図２０のデータを利用して、ア
ニール中におけるウエハ表面の温度を測定するための手
順を示すフローチャートである。

【０１１３】まず、ステップＳＴ３１で、厚みがｄ0 の
アモルファス領域を形成する。次に、ステップＳＴ３２
で、ある一定温度Ｔの下である一定時間ｔの間熱処理
（アニール）を行なって、そのときのアモルファス領域
の厚みｄ1 を測定する。そして、ステップＳＴ３３で、
アモルファス領域の厚みの減少量ｄ0 −ｄ1 を計算す
る。最後に、ステップＳＴ３４で、図２０の減少量と計
算値とを比べると上記一定温度Ｔがわかることになる。

【０１１４】図２８は、図１８のデータを利用して、一
定温度のアニール中における回復レートからウエハ表面
の温度を測定するための手順を示すフローチャートであ
る。

【０１１５】まず、ステップＳＴ４１で、厚みがｄ0 の
アモルファス領域を形成する。次に、ステップＳＴ４２
で、ある一定温度Ｔのもとで、ある一定時間ｔをｔ1 ，
ｔ2，ｔ3 と変えて熱処理（アニール）を行なって、そ
のときのアモルファス領域の厚みｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 を測
定する。そして、ステップＳＴ４３で、アモルファス領
域の回復レートｒ（＝ｄ0 −ｄ1 ／ｔ1 ，ｄ0 −ｄ2 ／
ｔ2 ，ｄ0 −ｄ3 ／ｔ3 を計算する。最後に、ステップ
ＳＴ４４で、図１８（又は図１９）の回復レートと計算
の結果得られた回復レートｒとを比べると、一定温度Ｔ
がわかることになる。また、回復レートを見るときにい
ずれかの時点における膜厚がわかるので、図１８（ａ）
を利用しても、アモルファス領域の厚みの減少量がわか
ればアニール温度がわかる。例えば、初期厚みが４４．
８ｎｍということと、１０秒間のアニール後の厚みが３
２ｎｍということとが測定からわかった場合には、各ア
ニール温度について予め準備している図１８（ａ）のよ
うなデータと照らし合わせることにより、５５０℃のア
ニールであると判断することができる。

【０１１６】図２９は、図１８のデータを多くのアニー
ル温度について準備しておくことにより、一定時間のア
ニール中における回復レートからウエハ表面の温度を測
定するための手順を示すフローチャートである。

【０１１７】まず、ステップＳＴ５１で、厚みがｄ0 の
アモルファス領域を形成する。次に、ステップＳＴ５２
で、ある一定時間ｔのもとで、ある一定温度ＴをＴ1 ，
Ｔ2，Ｔ3 と変えて熱処理（アニール）を行なって、そ
のときのアモルファス領域の厚みｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 を測
定する。そして、ステップＳＴ５３で、アモルファス領
域の回復レートｒ（＝ｄ0 −ｄ1 ／ｔ，ｄ0 −ｄ2 ／
ｔ，ｄ0 −ｄ3 ／ｔを計算する。最後に、ステップＳＴ
５４で、図１８のような回復レートを示す多くのデータ
のうち計算の結果得られた回復レートｒにもっともよく
一致する回復レートを示す温度を選択することで、一定
温度Ｔがわかることになる。

【０１１８】−第５の具体例− 次に、分光エリプソメトリを利用したウエハ内あるいは
チャンバ内の温度分布の測定に関する第５の具体例につ
いて説明する。

【０１１９】図２１は、図１６の点Ａ16に示す状態のウ
エハ内におけるアモルファス領域の面内均一性を示す厚
み分布図である。このときの平均厚みは４４．７８５ｎ
ｍで上記図１６の点Ａ16における厚み値と等しい。ウエ
ハの各点における厚みは平均値と比べて厚みが大きい
（＋で表示）か、厚みが小さいか（−で表示）を示して
いる。また、図２２は、図１６の点Ｃ16に示す状態のウ
エハ内におけるアモルファス領域の厚み分布図である。
図２１と同様に、ウエハの各点における厚みは平均値と
比べて厚みが大きい（＋で表示）か、厚みが小さいか
（−で表示）を示している。このときの平均厚みは４
３．０５９ｎｍで、図１６の点Ｃ16における厚み値と等
しい。図２２に示される厚み分布の状態は、図２１に示
される厚み分布状態とは全く変わっていることがわか
る。図２３は、図２２に示す各測定点の厚みから図２１
に示す各測定点の厚みを差し引いた値の分布図で、３０
ｓｅｃ間における各測定点の厚みの変化を示す。厚みの
減少量は、アモルファスから結晶へ変化した膜厚のこと
であり、減少量がウエハ面内で平均値（太線で表示）に
対してどのように分布しているのかを示している。

【０１２０】このように、減少した膜厚の分布を求める
ことによって、ウエハ面内での温度分布を知ることがで
きる。もう少し詳しく説明すると、アニール時間は３０
秒であり、また、平均膜厚の変化もＡ16（４４．７８５
ｎｍ）−Ｃ16（４３．０５９ｎｍ）であることから、減
少した膜厚は（４４．７８５−４３．０５９）＝１．７
２６ｎｍとなり、図２０からアニール温度（ここでは、
２７５℃）を求めることができるのと同時に、ウエハ面
内での膜厚の減少量の分布からウエハ面内での温度分布
もわかる。

【０１２１】−第６の具体例− 次に、分光エリプソメトリを利用したウエハ内あるいは
チャンバ内の膜質の分布の測定に関する第６の具体例に
ついて説明する。

【０１２２】図２４は、図１６の点Ａ16に示す状態のウ
エハ内におけるアモルファス領域の吸収係数の分布図で
ある。吸収係数が大きいということは、アモルファス領
域の透明度が高い（結晶に近いアモルファス）というこ
とを意味するので、吸収係数からアモルファス領域の膜
質がわかる。膜質とは、アモルファスの中でも不規則性
が小さくより結晶に近いアモルファスもあれば、不規則
性が大きくアモルファスの程度が大きいものもあるの
で、その相違を判断するための尺度である。また、図２
５は、図１６の点Ｃ16に示す状態のウエハ内におけるア
モルファス領域の吸収係数の分布図である。

【０１２３】本具体例においても、吸収係数の分布から
アニールによるアモルファス領域の膜質の回復状態の分
布がわかることになる。すなわち、従来、低温アニール
におけるアモルファス領域の膜質の回復状態の面内均一
性の評価は不可能であったが、本発明により、アモルフ
ァス領域の膜質の面内不均一性を評価することができ
る。

【０１２４】そして、この吸収係数の値やウエハ面内で
の吸収係数の分布を利用して、例えばシリサイドを形成
する領域（ＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン領
域）の膜質を評価できる。

【０１２５】例えばサリサイドプロセスにおいては、下
地となる半導体層（ソース領域，ドレイン領域，ゲート
領域）の膜質がシリサイド化の反応性に影響を与えるの
で、シリサイド化を行なう前の半導体層の膜質を把握す
ることが重要となる。したがって、チタン膜をイオン注
入された半導体層（例えばソース・ドレイン領域）の上
に堆積する前に、半導体層の吸収係数を測定しておき、
後に形成されるシリサイドのグレイン・サイズや、シリ
サイド化の進行状態との関係を把握しておくことによ
り、シリサイドプロセスを適正化するための管理を行な
うことができる。

【０１２６】（第３の実施形態）本実施形態では、上記
第１の実施形態又は上記第２の実施形態の第１〜第６の
具体例を利用した製造工程の管理方法について説明す
る。

【０１２７】−第１の具体例− 図２６（ａ），（ｂ）は、上記第１の実施形態に係るア
モルファス領域の厚みの測定を利用して、イオン注入工
程の管理を行なう２つの方法を示すフローチャートであ
る。

【０１２８】図２６（ａ）に示す方法によると、ステッ
プＳＴ１１において半導体層を有する基板の洗浄を行な
い、ステップＳＴ１２において半導体層内にイオン注入
を行なって半導体層内にアモルファス領域を形成する。
次に、ステップＳＴ１３においてアモルファス領域の厚
みが適正範囲内にあるか否かを判別する。そして、この
判別において、アモルファス領域の厚みが適正範囲内に
あれば、次の工程であるステップＳＴ１４に進み、イオ
ン活性化のための熱処理を行なう。一方、ステップＳＴ
１３の判別において、アモルファス領域の厚みが適正範
囲内になければ、その基板をロットアウトにする。

【０１２９】この方法により、不良の基板の工程を進め
ることによる以後の無駄な処理を回避することができ
る。

【０１３０】図２６（ｂ）に示す方法によると、ステッ
プＳＴ２１において半導体層を有する基板の洗浄を行な
い、ステップＳＴ２２において半導体層内にイオン注入
を行なって半導体層内にアモルファス領域を形成する。
次に、ステップＳＴ２３においてアモルファス領域の厚
みが注入条件を変更しなくてもよい最適範囲内か否かを
判別する。そして、この判別において、アモルファス領
域の厚みが最適範囲内であれば、何も措置をとることな
く、次の工程であるステップＳＴ２４に進み、イオン活
性化のための熱処理を行なう。一方、ステップＳＴ２３
の判別において、アモルファス領域の厚みが最適範囲内
になければ、ステップＳＴ２２における注入条件をアモ
ルファス領域の厚みが最適範囲内になるように変更する
（注入エネルギーを大きくする）。

【０１３１】この方法により、イオン注入工程における
イオン注入条件をできるだけ最適状態に保持することが
でき、歩留まりの向上とアモルファス領域の厚みのばら
つきの低減による後の工程の安定化とを図ることができ
る。

【０１３２】なお、上記ステップＳＴ２３においてアモ
ルファス領域の厚みが下限値以上か否かを判別し、アモ
ルファス領域の厚みが下限値以上であれば、次の工程で
あるステップＳＴ２４に進み、アモルファス領域の厚み
が下限値よりも小さければ、ステップＳＴ２２に戻っ
て、追加注入を行なうようにしてもよい。

【０１３３】−第２の具体例− 本具体例では、成膜工程の管理方法について説明する。
この場合、以下のような２つの方法に分けられる。

【０１３４】第１の方法は、基板のアモルファス領域の
上にＣＶＤあるいはスパッタリングを行なってポリシリ
コン膜，金属膜，絶縁膜等を堆積した後、例えばウエッ
トエッチングにより膜を除去する。そして、ＣＶＤある
いはスパッタリングを行なう前と行なった後における分
光エリプソメトリ測定を行ない、処理前後のアモルファ
ス領域の厚みなどを比較することで、ＣＶＤやスパッタ
リング中の温度や温度分布がわかる。もし、膜の除去時
に下地のアモルファス領域への影響があるとしても、実
験を重ねることにより、下地への影響によるデータの誤
差を補正すればよい。すなわち、アモルファス領域が除
去されるときのエッチングレートで、アモルファス領域
の削られた厚みを算出できる。何回か実験を行なって、
アモルファス領域が削られる厚みを確認し、それを差し
引くことで、正確なＣＶＤ温度，スパッタリング温度を
検出することができる。

【０１３５】第２の方法は、形成される膜が測定光に対
して透明なものである場合（例えばシリコン酸化膜やシ
リコン窒化膜）には、アモルファス領域の上に透明な膜
を形成した状態で、つまり２層膜の状態でアモルファス
領域の厚みを測定することにより、成膜中の基板表面温
度を検知する方法である。

【０１３６】従来、ＣＶＤやスパッタリング中における
基板の表面温度については有効な検知手段がなかった
が、上記第２の実施形態の第１〜第６の具体例を用いる
ことにより、高温ＣＶＤから低温ＣＶＤに至る広い種類
のＣＶＤにおける基板表面温度の検知が可能となった。
したがって、ＣＶＤを行なう際の温度を適正に維持する
ための温度、具体的にはプラズマパワーなどを適正に設
定することが可能になる。また、ＣＶＤ中におけるチャ
ンバ内の温度分布を検知することもできる。

【０１３７】なお、上記第１，第２のいずれの方法にお
いても、高温の加熱処理を伴う場合には、上記図１９の
データを利用することが可能である。

【０１３８】また、レジストをアッシングする際にも、
３００℃程度に昇温されるので、その際の温度をアモル
ファス領域の厚みの測定から検知することも可能であ
る。

【０１３９】（その他の実施形態）上記各実施形態にお
けるアモルファス領域の厚みや膜質，アニール温度の測
定は、その手順を記録媒体に記録しておくことにより自
動的に行なうことができる。

【０１４０】例えば、第１の実施形態の第１の具体例で
説明した第１〜第５の方法の手順（例えば図３１，図３
２に示す手順）をコンピュータで読みとり可能な記録媒
体にプログラムとして記録しておくことにより、イオン
注入によってアモルファス化された領域の厚みを自動的
に検出することができる。

【０１４１】さらに、第２の実施形態に示すアモルファ
ス領域の厚みを利用した温度測定を行なう手順（例えば
図２７〜２９の手順）をコンピュータで読みとり可能な
記録媒体にプログラムとして記録しておくことにより、
工程中の自動的に温度を検出することができる。

【０１４２】本発明は、電子機器に搭載される各種トラ
ンジスタ，半導体メモリなどの半導体装置を製造するた
めに利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施形態における評価に使用した半導体
ウエハの一部における構造を示す断面図である。

【図２】発明の実施形態における評価に使用した評価装
置の構成を概略的を示す図である。

【図３】（ａ），（ｂ）は、発明の実施形態で行った実
験によるデータであって、低濃度のアモルファス領域に
おけるtan Ψ及びcos Δのスペクトルをそれぞれ示す図
である。

【図４】（ａ），（ｂ）は、発明の実施形態で行った実
験によるデータであって、高濃度のアモルファス領域に
おけるtan Ψ及びcos Δのスペクトルをそれぞれ示す図
である。

【図５】発明の実施形態で行った実験によるデータであ
って、高濃度のイオン注入をその注入エネルギーを変え
て行ったときのアモルファス領域におけるcos Δのスペ
クトルを示す図である。

【図６】発明の実施形態で行った実験によるデータであ
って、高濃度のイオン注入をその注入エネルギーを変え
て行ったときのアモルファス領域におけるtan Ψのスペ
クトルを示す図である。

【図７】第１の具体例のデータであって、ＴＥＭ，ＴＲ
ＩＭ，分光エリプソメトリによる測定で得られたイオン
注入エネルギーとアモルファス領域の厚みとの関係を比
較する図である。

【図８】第１の実施形態の第１の具体例のデータであっ
て、分光エリプソメトリによる測定で得られたイオン注
入量とアモルファス領域の厚みとの関係を示す図であ
る。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態の第２の具
体例のデータであって、分光エリプソメトリによる測定
で得られたアモルファス領域の厚みのウエハ内均一性を
サーマルウェーブ法及びシート抵抗法によるウエハ内均
一性のデータと比較する図である。

【図１０】第１の実施形態の第３の具体例における比較
用のデータであって、イオン注入を行っていないシリコ
ン単結晶領域におけるcos Δ，tan Ψのスペクトルを示
す図である。

【図１１】第１の実施形態の第３の具体例におけるデー
タであって、Ａ社のイオン注入装置を用いて１×１０¹⁴
ｃｍ^-2のイオン注入を行ったアモルファス領域における
cos Δ，tan Ψのスペクトルを示す図である。

【図１２】第１の実施形態の第３の具体例におけるデー
タであって、Ａ社のイオン注入装置を用いて５×１０¹³
ｃｍ^-2のイオン注入を行ったアモルファス領域における
cos Δ，tan Ψのスペクトルを示す図である。

【図１３】第１の実施形態の第３の具体例におけるデー
タであって、Ｂ社のイオン注入装置を用いて５×１０¹³
ｃｍ^-2のイオン注入を行ったアモルファス領域における
cos Δ，tan Ψのスペクトルを示す図である。

【図１４】第１の実施形態の第３の具体例におけるデー
タであって、Ｂ社のイオン注入装置を用いて１×１０¹⁴
ｃｍ^-2のイオン注入を電流密度６１５μＡで行ったアモ
ルファス領域におけるcos Δ，tan Ψのスペクトルを示
す図である。

【図１５】第１の実施形態の第３の具体例におけるデー
タであって、Ｂ社のイオン注入装置を用いて１×１０¹⁴
ｃｍ^-2のイオン注入を電流密度２０００μＡで行ったア
モルファス領域におけるcos Δ，tan Ψのスペクトルを
示す図である。

【図１６】第２の実施形態の第１の具体例におけるデー
タであって、Ａｓ+ イオンが注入されたウエハについ
て、ウエハの保持温度とアモルファス領域の厚みとの関
係を示す図である。

【図１７】第２の実施形態の第２の具体例におけるデー
タであって、Ａｓ+ イオンが注入されたウエハについ
て、ウエハの保持温度と不純物イオンが注入された領域
（アモルファス領域）の膜質との関係を示す図である。

【図１８】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、第２の実
施形態の第３の具体例におけるデータであって、各種の
サンプルについて得られたアニール時間に対するアモル
ファス領域の厚みの変化を示す図、及び図１８（ａ）の
データから作成したテーブルを示す図である。

【図１９】文献に掲載されていアモルファス領域の回復
（再結晶）の進行速度とアニール条件との関係を示す図
である。

【図２０】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、第２の実
施形態の第４の具体例におけるデータであって、フラッ
シュアニールを行なったときのアモルファス領域の厚み
の減少量の温度依存性を示すデータ、及び図２０（ａ）
の点Ｄ20における条件下で通常のアニールを行なったと
きのアモルファス領域の厚みの経時変化を示す図であ
る。

【図２１】第２の実施形態の第５の具体例におけるデー
タであって、図１６の点Ａ16に示す状態のウエハ内にお
けるアモルファス領域の厚みの分布を示す図である。

【図２２】第２の実施形態の第５の具体例におけるデー
タであって、図１６の点Ｃ16に示す状態のウエハ内にお
けるアモルファス領域の厚みの分布を示す図である。

【図２３】第２の実施形態の第５の具体例におけるデー
タであって、図２２に示す各測定点の厚みから図２１に
示す各測定点の厚みを差し引いたウエハ内の温度分布を
示す図である。

【図２４】第２の実施形態の第６の具体例におけるデー
タであって、図１６の点Ａ16に示す状態のウエハ内にお
けるアモルファス領域の吸収係数の分布を示す図であ
る。

【図２５】第２の実施形態の第６の具体例におけるデー
タであって、図１６の点Ｃ16に示す状態のウエハ内にお
けるアモルファス領域の吸収係数の分布を示す図であ
る。

【図２６】（ａ），（ｂ）は、第３の実施形態の第１の
具体例におけるフローチャートであって、イオン注入さ
れたアモルファス領域の合否判定の手順、イオン注入条
件の変更の手順をそれぞれ示すフローチャート図であ
る。

【図２７】第２の実施形態におけるアニール中における
ウエハ表面の温度を測定するための手順を示すフローチ
ャート図である。

【図２８】第２の実施形態における一定温度のアニール
中における回復レートからウエハ表面の温度を測定する
ための手順を示すフローチャート図である。

【図２９】第２の実施形態における一定時間のアニール
中における回復レートからウエハ表面の温度を測定する
ための手順を示すフローチャート図である。

【図３０】（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態の第１の
具体例における第１の相関関係と第２の相関関係とをそ
れぞれ示す図表である。

【図３１】第１の実施形態の第１の具体例におけるイオ
ン注入における注入量がわかっている場合に第１，第２
の相関関係を利用してアモルファス領域の厚みを求める
方法を示すフローチャート図である。

【図３２】第１の実施形態の第１の具体例におけるイオ
ン注入における注入エネルギーがわかっている場合に第
１，第２の相関関係を利用してアモルファス領域の厚み
を求める方法を示すフローチャート図である。

【図３３】各実施形態の各具体例の内容を示す一覧表と
してまとめた図表である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 21/00 Ｇ０１Ｎ 21/00 Ｂ 21/21 21/21 Ｚ 21/27 21/27 Ｚ Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｔ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板内において不純物イオンが注入され
   た領域を有する半導体層に、光軸に垂直な面内でｐ方向
   （光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
   の方向）とｓ方向（光軸に垂直な面内で上記ｐ方向に垂
   直な方向）に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
   体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射す
   る第１のステップと、 上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光
   の反射光のうち上記ｐ成分とｓ成分との位相差をΔとし
   たときに、少なくともcos Δを測定する第２のステップ
   と、 上記測定光の波長の変化に伴う上記少なくともcos Δの
   スペクトルを測定する第３のステップと、 上記少なくともcos Δのスペクトルに基づいて、上記不
   純物イオンが注入された領域の物理量を評価する第４の
   ステップとを備えている半導体層の評価方法。
2. 【請求項２】 基板の半導体層に半導体装置を製造する
   ための方法であって、 上記半導体層に不純物イオンが注入された領域を形成す
   る第１のステップと、 上記不純物イオンが注入された領域が形成された半導体
   層に、光軸に垂直な面内でｐ方向（光軸に垂直な面と入
   射光及び反射光を含む面との交線の方向）とｓ方向（光
   軸に垂直な面内で上記ｐ方向に垂直な方向）に対して傾
   いた直線偏光の測定光を上記半導体層の表面に垂直な方
   向に対して傾いた方向から入射して、上記半導体層から
   楕円偏光として反射される上記測定光の反射光のうち上
   記ｐ成分とｓ成分との位相差をΔとしたときに、測定光
   の波長の変化に伴う少なくともcos Δのスペクトルを測
   定する第２のステップと、 上記第２のステップで得られた少なくともcos Δのスペ
   クトルに基づいて上記不純物イオンが注入された領域の
   物理量を評価する第３のステップとを備えていることを
   特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 基板の半導体層に半導体装置を製造する
   ための方法であって、 上記半導体層に不純物イオンが注入された領域を形成す
   る第１のステップと、 上記不純物イオンが注入された領域を所定温度に保持す
   る処理を行なう第２のステップと、 上記半導体層に、光軸に垂直な面内でｐ方向（光軸に垂
   直な面と入射光及び反射光を含む面との交線の方向）と
   ｓ方向（光軸に垂直な面内で上記ｐ方向に垂直な方向）
   に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導体層の表面
   に垂直な方向に対して傾いた方向から入射して、上記半
   導体層から楕円偏光として反射される上記測定光の反射
   光のうち上記ｐ成分とｓ成分との位相差をΔとしたとき
   に、測定光の波長の変化に伴う少なくともcos Δのスペ
   クトルを測定する第３のステップと、 上記第３のステップで得られた少なくともcos Δのスペ
   クトルに基づいて上記不純物イオンが注入された領域の
   物理量を評価する第４のステップとを備えていることを
   特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 基板内において不純物イオンが注入され
   て結晶性の乱れたアモルファス領域を有する半導体層
   に、光軸に垂直な面内でｐ方向（光軸に垂直な面と入射
   光及び反射光を含む面との交線の方向）とｓ方向（光軸
   に垂直な面内で上記ｐ方向に垂直な方向）に対して傾い
   た直線偏光の測定光を上記半導体層の表面に垂直な方向
   に対して傾いた方向から入射して、上記半導体層から楕
   円偏光として反射される上記測定光の反射光のうち上記
   ｐ成分とｓ成分との位相差をΔとしたときに、上記測定
   光の波長の変化に伴う少なくともcos Δのスペクトルか
   ら上記アモルファス領域の物理量を評価するために使用
   される記録媒体であって、 上記アモルファス領域の厚みと上記少なくともcos Δの
   スペクトルとの相関関係を記憶させる第１の手順と、 特定の注入条件で形成された上記アモルファス領域の分
   光エリプソメトリによる測定結果である少なくともcos
   Δのスペクトルを入力する第２の手順と、 上記相関関係を取り出して、上記第２のステップで得ら
   れた少なくともcos Δのスペクトルを上記相関関係に照
   らし合わせることにより、上記半導体層内のアモルファ
   ス領域の厚みを測定する第３の手順とをコンピュータに
   実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り
   可能な記録媒体。