JP2003014666A

JP2003014666A - 元素定量分析方法、そのコンピュータプログラム及び装置

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Publication number: JP2003014666A
Application number: JP2001194893A
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Inventors: Masamichi Suzuki; 正道鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-15
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Abstract

(57)【要約】【課題】試料電流に基づくイオン照射量のずれによる
定量誤差が補正された誤差の小さい元素定量分析技術を
提供する。【解決手段】標準試料及び被分析試料(3)にイオン(5)
を照射し、イオンと目的元素との核反応又は弾性反跳散
乱によって検出器(DB)で検出されるスペクトル収量の標
準試料と被分析試料との比に基づいて被分析試料中の目
的元素を定量する。この時の標準試料及び被分析試料へ
のイオン照射量のずれによる定量誤差を、検出器(DA)に
よって検出されるイオン照射時の後方散乱スペクトル収
量の標準試料と被分析試料との比を用いて補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビームと元
素との核反応又は弾性反跳散乱を利用して被分析試料中
の目的元素を定量するための定量分析方法及び装置並び
にコンピュータプログラムに関し、特に、シリコン半導
体ウエハ等の半導体ウエハに積層されたＳｉ膜又はＳｉ
Ｇｅ膜中に含まれる元素の定量分析に適する確度の高い
元素定量分析方法及び装置並びにコンピュータプログラ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ中の元素の定量分析におい
ては、しばしば核反応法および弾性反跳散乱分光法が用
いられる。これらの定量分析方法では、通常、真空内に
設置された被分析試料にＭｅＶレベルまで加速されたイ
オンビームを照射し、核反応法では目的元素との核反応
により発生した光子や粒子を検出し、弾性反跳散乱分光
法では目的元素により弾性反跳散乱された原子を検出
し、目的元素の濃度が既知である標準試料において検出
されるスペクトル収量と被分析試料におけるスペクトル
収量とを対比することで被分析試料における目的元素の
濃度を決定する。このような手法は、特に質量数がフッ
素以下の軽元素の評価に適しており、原理的には極めて
定量精度の高い分析手法である。

【０００３】上記の定量分析方法では、被分析試料及び
標準試料に照射するイオンビームの電流量を同一にする
ために、イオンビーム照射中（つまり、測定中）に試料
に流れる電流（試料電流）を測定して積算することによ
って電荷量を算出し、この電荷量に基づいてイオンビー
ム照射量を決定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
試料電流の積算によって得られる電荷量に基づいてイオ
ンビーム照射量を決定する場合、試料の設置方法による
電流検出効率の違い、ホルダーの位置による二次電子回
収効率の違いなどがあると、同一試料に同量のイオンビ
ームを照射しても試料電流から積算した電荷量は異な
る。つまり、このような要素によって、試料電流から積
算した電荷量は同じであってもイオンビーム照射量が異
なる場合が生じる。換言すれば、見かけのイオンビーム
照射量と真のイオンビーム照射量との間にずれが生じ
る。このようなずれは、被分析試料と標準試料との間で
のスペクトル収量の対比による目的元素の定量に誤差を
生じる。更に、試料固有の伝導度の違いによっても、試
料電流からの積算電荷量に相違が生じるので、見かけの
イオンビーム照射量が同じであっても、実際のイオンビ
ームの照射量が試料間でしばしば異なる。このような場
合、得られる試料間でのスペクトル収量比は試料間での
目的元素の濃度比を反映しないため、正確な定量分析が
行われていないことになる。

【０００５】本発明は、上記のような試料電流に基づく
見かけのイオン照射量と実際のイオン照射量との相違に
よる定量分析の誤差を補正することにより分析誤差の小
さい定量分析が可能な定量分析技術を提供することを課
題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、目的元素を定
量するためのスペクトル測定と共に試料の後方散乱スペ
クトルを測定することにより、イオンビーム照射量の補
正が可能であることを見いだし、本発明に係る元素定量
分析技術を成すに至った。

【０００７】本発明の一態様によれば、元素定量分析方
法は、標準試料及び被分析試料にイオンを照射し、該イ
オンと目的元素との核反応又は弾性反跳散乱によって検
出されるスペクトル収量の該標準試料と該被分析試料と
の比に基づいて該被分析試料中の当該目的元素を定量す
る定量分析方法であって、上記イオンの照射時に検出さ
れる前記標準試料及び被分析試料からの後方散乱スペク
トル収量間の比を用いて、該標準試料及び該被分析試料
への前記イオンの照射量のずれによる定量誤差を補正す
ることを要旨とする。

【０００８】本発明の一態様によれば、元素定量分析コ
ンピュータプログラムは、標準試料及び被分析試料にイ
オンを照射した時に検出される該標準試料の後方散乱ス
ペクトル収量Ａ１及び該被分析試料の後方散乱スペクト
ル収量Ａ２と、上記イオンを照射した時に該イオンと目
的元素との核反応又は弾性反跳散乱によって検出される
該標準試料のスペクトル収量Ｂ１及び該被分析試料のス
ペクトル収量Ｂ２と、該標準試料中の該目的元素の濃度
Ｎ１とを取得するプログラムコードと、後方散乱スペク
トル収量Ａ１に対するＡ２の比Ａ２／Ａ１を用いて、前
記イオンの該標準試料及び該被分析試料への照射量のず
れによる定量誤差を補正するための係数ｋを得るプログ
ラムコードと、上記係数ｋと、該標準試料及び該被分析
試料におけるスペクトル収量Ｂ１及びＢ２と、該標準試
料中の該目的元素の濃度Ｎ１とにより、Ｎ２＝ｋ・Ｎ１
・（Ｂ２／Ｂ１）に従って該被分析試料の当該目的元素
の濃度Ｎ２を得るプログラムコードとを有することを要
旨とする。

【０００９】前記係数ｋを得るプログラムコードは、前
記標準試料及び前記被分析試料の母材構成成分が同じで
あるとき、前記補正係数ｋとして１／（Ａ２／Ａ１）を
得るプログラムコードと、前記標準試料及び前記被分析
試料の母材構成成分が異なるときに、該標準試料及び該
被分析試料の各母材成分の後方散乱断面積値σ１，σ２
の比及び原子密度Ｕ１，Ｕ２の比を取得して、前記補正
係数ｋとして１／［（Ａ２／Ａ１）（σ１／σ２）（Ｕ
１／Ｕ２）］を得るプログラムコードとを有してよい。

【００１０】また、前記被分析試料中の前記目的元素に
同位体元素が存在するときに、該目的元素の存在比αを
取得して、１／αと前記補正係数ｋとの積を該同位体元
素を含む前記目的元素の定量のための新たな補正係数と
して得るプログラムコードを有してよい。

【００１１】本発明の一態様によれば、元素定量分析装
置は、標準試料及び被分析試料にイオンを照射した時の
該標準試料の後方散乱スペクトル収量Ａ１及び該被分析
試料の後方散乱スペクトル収量Ａ２を測定するための第
１の検出器と、上記イオンを照射した時に該イオンと目
的元素との核反応又は弾性反跳散乱によって検出される
該標準試料におけるスペクトル収量Ｂ１及び該被分析試
料におけるスペクトル収量Ｂ２を測定するための第２の
検出器と、上記後方散乱スペクトル収量Ａ１に対するＡ
２の比Ａ２／Ａ１を用いて、上記イオンの該標準試料及
び該被分析試料への照射量のずれによる定量誤差を補正
するための係数ｋを得て、該係数ｋと、該標準試料及び
該被分析試料における上記スペクトル収量Ｂ１及びＢ２
と、該標準試料中の該目的元素の濃度Ｎ１とから該被分
析試料の該目的元素の濃度Ｎ２を、Ｎ２＝ｋ・Ｎ１・
（Ｂ２／Ｂ１）により計算する演算装置とを有する。

【００１２】

【発明の実施の形態】核反応スペクトルまたは弾性反跳
散乱スペクトル（以下、これらを定量スペクトルと称す
る）を用いた目的元素の定量では、既知濃度の目的元素
を含有する標準試料と被分析試料とに同量のイオンビー
ムを照射することによって、標準試料及び被分析試料で
検出される定量スペクトルのスペクトル収量の比率がこ
れらにおける目的元素の濃度比率に等しくなり、スペク
トル収量の比率から被分析試料の目的元素の濃度が導か
れる。しかし、前述のように、イオン照射量を決定する
ために用いる試料電流（試料に流れる電流）は、実際に
は、試料の設置方法による電流検出効率の違い、ホルダ
ーの位置による二次電子回収効率の違い、試料固有の伝
導度の違い等によってずれを生じるため、試料電流の積
算電荷量を用いてイオン照射量（見かけの照射量）が同
一になるように設定しても、実際のイオン照射量は標準
試料と被分析試料とで一致しない。従って、被分析試料
と標準試料との対比において見かけのイオン照射量と真
のイオン照射量とのずれの補正が行われなければ、正確
な定量はできない。

【００１３】本発明の元素定量分析方法では、実際のイ
オン照射量のずれに応じた補正を行うために、上述の定
量スペクトルの測定と共に後方散乱スペクトルの測定を
行い、標準試料及び被分析試料の後方散乱スペクトル収
量の対比によって実際のイオン照射量の比を求める。後
方散乱スペクトルは、試料を構成する母材元素によるも
ので、例えば、試料がシリコンウエハである場合にはウ
エハを構成するシリコンによる後方散乱スペクトルが測
定される。この後方散乱スペクトル収量を用いて、試料
間でのイオン照射量のずれに関する補正を行う。

【００１４】後方散乱スペクトル収量Ａは、次式（１）
のように、後方散乱断面積σ、検出器立体角Ω、入射イ
オン総数（イオン照射量）Ｑ、標的の原子密度Ｕ、標的
の厚さｔによって示される。

【００１５】Ａ＝σ・Ω・Ｑ・Ｕ・ｔ …（１）検出角度や試料寸法が同じで、且つ、標準試料及び被測
定試料の母材が同じである時には、標準試料の後方散乱
スペクトル収量Ａ１に対する被測定試料の後方散乱スペ
クトル収量Ａ２の比率（＝Ａ２／Ａ１）は、イオンビー
ムの実際の照射量比Ｘ、つまり、標準試料のイオン照射
量に対する被測定試料のイオン照射量の比率に等しく、
この照射量比Ｘで被測定試料の定量スペクトル収量Ｂ２
を除した値（＝Ｂ２／Ｘ）は、イオン照射量が標準試料
と同量である時の被測定試料の定量スペクトル収量Ｂ
２’となる。このスペクトル収量Ｂ２’の標準試料の定
量スペクトル収量Ｂ１に対する割合は、標準試料の目的
元素濃度Ｎ１に対する被分析試料の目的元素濃度Ｎ２の
割合に等しいので、被分析試料の目的元素濃度Ｎ２が下
記式（２）、（３）に従って定量される。

【００１６】Ｘ＝Ａ２／Ａ１ …（２）Ｎ２＝Ｎ１（Ｂ２’／Ｂ１）＝Ｎ１・Ｂ２／（Ｘ・Ｂ１）＝Ｎ１（Ａ１／Ａ２）（Ｂ２／Ｂ１） …（３）従って、照射量ずれによる定量誤差の補正は、照射量比
Ｘの逆数１／Ｘを補正係数ｋとして、従来式：Ｎ２＝Ｎ
１（Ｂ２／Ｂ１）と補正係数との積を計算することによ
って行うことができる。

【００１７】また、試料を構成する母材が標準試料と被
分析試料とで異なる時は、その測定条件における標準試
料母材元素の被分析試料母材元素に対する後方散乱断面
積値比（σ１／σ２）及び原子密度比（Ｕ１／Ｕ２）を
求め、これらの値と後方散乱スペクトル収量Ａ１，Ａ２
とから、前記式（１）に基づいてイオン照射量の比率
Ｘ’を式（４）のように求めることができ、被分析試料
の目的元素濃度Ｎ２’が式（５）のように決定される。

【００１８】Ｘ’＝Ｘ・（σ１／σ２）（Ｕ１／Ｕ２）＝（Ａ２／Ａ１）（σ１／σ２）（Ｕ１／Ｕ２） …（４）Ｎ２’＝Ｎ１・Ｂ２／（Ｘ’・Ｂ１）＝Ｎ１（Ａ１／Ａ２）（σ２／σ１）（Ｕ２／Ｕ１）（Ｂ２／Ｂ１） …（５）従って、照射量ずれによる定量誤差の補正は、照射量比
Ｘ’の逆数１／Ｘ’を補正係数ｋとして、従来式：Ｎ２
＝Ｎ１（Ｂ２／Ｂ１）と補正係数との積を計算すること
によって行うことができる。

【００１９】更に、目的元素に同位体が存在する場合に
は、同位体の１つのみが測定されて上記目的元素濃度Ｎ
２’として定量されるので、測定される同位体の存在比
αを用いて全同位体の濃度Ｎ２”が算出される。従っ
て、下記式（６）のようになる。

【００２０】Ｎ２”＝Ｎ２’／α ＝（Ｎ１・Ａ１・σ２・Ｕ２・Ｂ２）／（α・Ａ２・σ１・Ｕ１・Ｂ１） …（６）従って、この場合には、照射量比Ｘ’の逆数と存在比α
の逆数との積１／（α・Ｘ’）を補正係数ｋとすること
ができる。

【００２１】母材が同じであって、同位体が存在する場
合には、照射量比Ｘの逆数と存在比αの逆数との積１／
（α・Ｘ）が補正係数ｋとなる。

【００２２】このように、標準試料及び被測定試料のイ
オンビーム照射量が同量である時の定量スペクトル収量
に変換してイオンビーム照射量のずれを補正し、対比す
ることによって、誤差の少ない定量が行われる。

【００２３】上記のように測定データを用いて定量を行
うための定量処理プログラムは、以下のように構成され
る。

【００２４】まず、標準試料を選択して標準試料及び被
分析試料の測定が行われると、標準試料の目的元素の濃
度Ｎ１が入力され、更に、測定によって得られるデー
タ、つまり、標準試料及び被分析試料の定量スペクトル
収量Ａ１，Ａ２、後方散乱スペクトル収量Ｂ１，Ｂ２が
演算装置に入力される。

【００２５】次に、測定条件が演算装置に入力される。
入力される測定条件としては、標準試料及び被分析試料
の母材構成成分、入射イオンビームエネルギーなどがあ
る。

【００２６】更に、以下の判断に従って、追加データの
入力が行われる。まず、試料の母材構成成分が標準試料
と被分析試料とで同一か異なるかを判断し、異なる場合
は母材構成元素の後方散乱断面積σ及び原子密度Ｕが入
力される。更に、目的元素について同位体元素の有無を
判断し、ある場合には検出される同位体元素の存在比α
が入力される。

【００２７】上記の入力データを用いて、次の様なデー
タ処理が行われる。

【００２８】母材構成成分が同一である場合は、演算装
置により標準試料の後方散乱スペクトル収量を被分析試
料の後方散乱スペクトル収量で除すことで、イオンビー
ム照射量比Ｘの逆数、１／Ｘを導出し、この値を被分析
試料の定量スペクトル収量（核反応スペクトル収量また
は弾性反跳散乱スペクトル収量）Ｂ２に掛けた値を出力
する。この出力値を標準試料の定量スペクトル収量Ｂ１
で除し、入力済みの標準試料の目的元素濃度Ｎ１を掛け
た値が被分析試料の目的元素濃度Ｎ２として最終的に出
力される。これは、前記式（３）に相当する。

【００２９】母材構成成分が異なる場合は、前記式
（４）によるイオンビーム照射量比Ｘ’の逆数、１／
Ｘ’を導出し、前記式（５）に従って計算された目的元
素濃度Ｎ２’が出力される。同位体がある場合は、前記
式（６）に従って、存在比αを用いて算出した全同位体
の総濃度Ｎ２”が出力される。

【００３０】以上の定量プログラムに従って定量が行わ
れる本発明の元素定量分析方法は、例えば、図１に示す
ような構成の装置によって実施することができ、その工
程をフローチャートとして記載すると図２のようにな
る。

【００３１】図１の装置は、後方散乱分光法用の検出器
ＤＡと定量スペクトル用の検出器ＤＢとを有し、同一の
チャンバー１内に配置される。定量スペクトル用の検出
器ＤＢとして核反応法もしくは弾性反跳散乱分光法用の
スペクトル検出器が用いられる。チャンバー１内に設置
される試料ホルダー３にイオンビーム５が照射される
と、照射されている間は常に、試料の後方散乱スペクト
ルが検出器ＤＡで検出され、試料からの核反応スペクト
ルまたは弾性反跳散乱スペクトルが検出器ＤＢで検出さ
れる。つまり、イオンビームが試料に照射されている間
は常に２種のスペクトルが検出される。検出されるスペ
クトルは、各々、前置増幅器７Ａ，７Ｂ、増幅器９Ａ，
９Ｂを介してマルチチャンネルアナライザー１１に送ら
れてデータ処理することにより、スペクトルデータが得
られる。得られたそれぞれのスペクトルデータを演算装
置１３において積算処理することによりスペクトル収量
が得られ、前述の定量プログラムに従って演算装置１３
において定量処理に用いられる。試料ホルダー３には、
試料電流を測定するための電流測定器（図示省略）が備
えられており、測定される試料電流の値に基づいて標準
試料及び比測定試料に照射されるイオンの照射量が決定
される。

【００３２】検出器ＤＡ，ＤＢは、核反応や後方散乱に
よる生じた粒子もしくは光子を検出できるものであれば
良く、エネルギー分解能が高いものが望ましい。これら
の検出器のイオンビームに対する角度は、検出可能な角
度であれば任意である。

【００３３】本発明の元素定量分析方法の一実施形態と
して、シリコン母材中の元素定量分析を例に挙げて、図
１のフローチャートに沿って説明する。ここでは、核反
応法によってシリコン半導体ウエハに注入されたホウ素
を定量する。

【００３４】［試料の測定］まず、被分析試料と近い濃
度でホウ素がシリコン基板に注入された既知の注入濃度
の標準試料を選択（工程Ｓ１）する。従って、この例で
は標準試料と被分析試料の基板（母材）は同一である。

【００３５】核反応法用の検出器ＤＢ及び後方散乱分光
法用の検出器ＤＡの両者が設置されたチャンバー１内の
試料ホルダー３に標準試料および被分析試料を設置し、
検出器の設定を行ってポンプによりチャンバーを１×１
０^-5Torr以下まで真空引きをすることにより測定環境を
整えた後、試料にイオンビームとしてプロトンビームを
照射し、発生した核反応由来のα粒子および後方散乱由
来のプロトンをそれぞれ検出器ＤＡ、ＤＢで検出して核
反応スペクトル及び後方散乱スペクトルを測定する（工
程Ｓ２）。プロトンビームの照射により試料中のホウ素
に対して選択的に、次式で表される核反応：¹¹Ｂ（ｐ，
α）⁸Ｂｅが誘起される。このときのプロトンのエネル
ギーは共鳴エネルギーである０．６５ＭｅＶが望ましい
が、核反応が誘起されるエネルギーであれば任意であ
る。検出された粒子は、演算装置により随時カウントさ
れる。また、ここでは試料電流を計測しながら電荷を積
算し、積算値があらかじめ設定した値に達したらプロト
ンビームの照射を停止する。ここで設定する電荷の積算
値はできるだけ高いほうが望ましい。

【００３６】［データ入力］標準試料の濃度Ｎ１が演算
装置へ入力される（工程Ｓ３）。

【００３７】測定によって得られるスペクトルデータの
演算処理によって算出される標準試料及び被分析試料の
定量スペクトル収量Ａ１，Ａ２、後方散乱スペクトル収
量Ｂ１，Ｂ２が演算装置に取得される（工程４）。

【００３８】測定条件を演算装置に入力する（工程Ｓ
５）。入力される測定条件としては、標準試料及び被分
析試料の母材構成成分、入射イオンビームエネルギーな
どがある。

【００３９】［データ解析］標準試料及び被分析試料の
母材の構成成分が同じであるか否かを判断し（工程Ｓ
６）、同じであれば、目的元素の同位体が試料中に有る
か否かを判断する（工程Ｓ７）。工程Ｓ６において母材
の構成成分が同じでなければ、標準試料及び被分析試料
の母材の構成成分の後方散乱断面積及び原子密度が入力
されて後方散乱断面積比及び原子密度比が演算装置によ
って計算され（工程Ｓ８）、この後に工程Ｓ７を行う。
工程Ｓ７において、目的元素について同位体元素がなけ
れば、被分析試料の目的元素の定量計算を行う（工程Ｓ
９）。工程Ｓ７において同位体元素がある場合には、測
定で検出される同位体元素の存在比αが入力され（工程
Ｓ１０）、工程Ｓ９を行う。

【００４０】工程Ｓ９では、標準試料及び被分析試料の
定量スペクトル収量Ａ１，Ａ２からＡ２／Ａ１を計算し
て、実際に照射されたプロトンビームの標準試料に対す
る被分析試料の照射量比Ｘが導出される。被分析試料の
核反応スペクトル収量Ｂ２にＸの逆数１／Ｘを掛けるこ
とにより、ビーム照射量を標準試料と同量に補正した条
件での核反応スペクトル収量Ｂ２’＝Ｂ２／Ｘが得られ
る。さらに、このＢ２／Ｘを標準試料の核反応スペクト
ル収量Ｂ１で除すことにより、標準試料に対する被分析
試料の濃度比Ｙが得られる。そして、このＹに標準試料
の濃度であるＮ１を掛け、最終的に被分析試料の濃度と
してＮ２を出力する（工程Ｓ１１）。このときの濃度
は、面濃度、体積濃度またはイオン注入ドーズ量のいず
れでも良い。

【００４１】上記の方法において、母材の構成成分が異
なる場合には、工程Ｓ８において入力される値から計算
される比を用いて、前記式（５）により被分析試料の目
的元素の定量値が算出され出力される。

【００４２】また、上記の方法はホウ素の同位体元素¹¹
Ｂの面濃度を算出する方法であるが、他の同位体、例え
ば¹⁰Ｂが被分析試料に含まれており、その同位体存在比
が天然同位体存在比と同じであることが判っている場合
は、その同位体比が工程Ｓ１０においてあらかじめ演算
装置に入力され、前記式（６）に従って被分析試料の目
的元素の定量値が算出され出力される。

【００４３】

【実施例】以下、実施例及び比較例を参照して、本発明
をさらに詳細に説明する。

【００４４】（実施例１）核反応法によるホウ素の定
量分析８インチのシリコン半導体ウエハに膜厚５nmのＳｉＯ₂
膜を成膜し、このＳｉＯ₂膜中に０．２ｋｅＶのエネル
ギーで、およそ１．０×１０¹⁵／cm²のドーズ量をねら
って¹¹Ｂをイオン注入した試料を準備した。この¹¹Ｂイ
オンを注入したシリコンウエハの中央部をダイヤモンド
カッターを用いて約１cm×１cmに切断した。この後、切
削屑を取り除くために２片の試料に対して窒素ブローを
行った。

【００４５】また、標準試料として、シリコン半導体ウ
エハの表面に５ｋｅＶのエネルギーで１．００×１０¹⁵
／cm²のドーズ量で¹¹Ｂが注入してある標準試料を用意
し、同様に約１cm×１cmに切断して切削屑を取り除い
た。

【００４６】切り出された１cm角の被分析試料および標
準試料を核反応分析チャンバー内に配置し、同チャンバ
ーを真空ポンプにより１×１０^-6Torrになるまで真空引
きをした。次に、タンデム型加速器により０．６５Ｍ
ｅＶに加速されたプロトンビームを標準試料に照射する
と、試料中に含まれる¹¹Ｂの一部とプロトンにより核反
応が誘起され、α粒子が試料外へ放出された。また、同
時に、照射されたプロトンの一部は基板を構成するＳｉ
原子との弾性散乱により後方散乱された。核反応により
放出されたα粒子は、入射イオンビームに対して１６０
°の位置に設置された半導体検出器により検出し、後方
散乱されたプロトンはイオンビームに対して１５０°の
位置に設置された半導体検出器によりそれぞれ検出され
た。また、これらの検出器と試料との距離は８cmとし
た。試料電流を測定し、その電荷量が５０μＣ（マイク
ロクーロン）になったところでイオンビームの照射を停
止した。被分析試料に対しても上記と同じ条件で測定を
行った。

【００４７】標準試料及び被分析試料の後方散乱スペク
トルは図３のようであった。両試料の共通のピークであ
るシリコン基板からのピークのうち、１００〜２００チ
ャンネルのカウントを演算装置によって計算したとこ
ろ、標準試料で４８３２５カウント、被分析試料で４７
２２８カウントとなった。さらに、これらの値から、実
際に照射された電荷量の標準試料に対する被分析試料の
比は０．９７７と導出された。標準試料と被分析試料の
核反応スペクトルは図４のようであった。同様に、演算
装置によって１００〜３００チャンネルのカウントを計
算したところ、標準試料で１６４２カウント、被分析試
料で１５７０カウントとなった。これらの値と上記で得
られた値０．９７７から、標準試料に対する被分析試料
のドーズ量比は０．９７９と出力された。この値に標準
試料のドーズ量１．００×１０¹⁵／cm²を掛けること
で、最終的に被分析試料の¹¹Ｂのドーズ量は９．７９×
１０¹⁴／cm²と出力された。

【００４８】（比較例１）従来法による定量実施例１の測定結果について、従来法によって図４の核
反応スペクトルのみで定量評価を行った。

【００４９】標準試料の１６４２カウント、被分析試料
の１５７０カウントおよび標準試料の既知濃度１．００
×１０¹⁵／cm²から、被分析試料の濃度は（１５７０カ
ウント／１６４２カウント）×１．００×１０¹⁵／cm²
の計算により、９．５６×１０¹⁴／cm²となる。この値
は、図３の後方散乱スペクトルにみられるように、両試
料の実際のイオンビーム照射量のずれによって真値との
誤差が含まれることが明らかである。

【００５０】（実施例２）弾性反跳散乱分光法による
窒化珪素膜中の水素の定量分析シリコン半導体ウエハに膜厚２０nmの窒化珪素（Ｓｉ
Ｎ）膜を成膜したウエハ試料を準備した。このシリコン
ウエハの中央部をダイヤモンドカッターを用いて約１cm
×４cmに切断した。この後、切削屑を取り除くために２
片の試料に対して窒素ブローを行った。

【００５１】また、標準試料として、シリコン半導体ウ
エハに膜厚２０nmの窒化珪素膜を成膜してあるもので、
その膜中に５．００×１０¹⁶／cm²の面濃度で水素が含
まれる試料を用意した。切り出された被分析試料および
標準試料を弾性反跳散乱分光法用分析チャンバー内に配
置し、同チャンバーを真空ポンプにより１×１０^-6Torr
になるまで真空引きをした。次に、タンデム型加速器
により２．４ＭｅＶに加速されたヘリウムイオン（Ｈｅ
⁺⁺）ビームを標準試料に照射すると、試料中に含まれる
水素と入射ヘリウムイオンとの弾性反跳散乱によって水
素は試料外へ放出された。また、同時にヘリウムイオン
ビームの一部は基板を構成する珪素原子との弾性散乱に
より後方散乱された。また、同時に、照射されたヘリウ
ムイオンの一部は基板を構成する珪素原子との弾性散乱
により後方散乱された。弾性反跳散乱により放出された
水素原子は、入射イオンビームに対して２０°の位置に
設置された半導体検出器によって検出し、そこでは後方
散乱されるヘリウムイオンが検出器に入射するのを防ぐ
ために検出器前方に１０μｍのマイラー膜を設置した。
また、後方散乱されたプロトンはイオンビームに対して
１６０°の位置に設置された半導体検出器により検出し
た。また、これらの検出器と試料との距離は８cmとし
た。試料電流を測定してその電荷量が３０μＣ（マイク
ロクーロン）になったところでイオンビームの照射を停
止した。また、被分析試料に対しても上記と同じ条件で
測定を行った。

【００５２】標準試料と被分析試料の後方散乱スペクト
ルを図５のようになった。両試料の共通のピークである
シリコン基板からのピークのうち、１５０〜２５０チャ
ンネルのカウントを演算装置によって計算したところ、
標準試料で５４８５４７カウント、被分析試料で５１９
９３８カウントとなった。さらに、これらの値から、実
際に照射された電荷量の標準試料に対する被分析試料の
比は０．９４８と導出された。標準試料と被分析試料の
弾性反跳散乱スペクトルは図６のようになった。同様
に、演算装置によって１８０〜２２０チャンネルのカウ
ントを計算したところ、標準試料で８３１７カウント、
被分析試料で５８３６カウントとなった。これらの値と
上記で得られた値０．９４８から、標準試料に対する被
分析試料のドーズ量比は０．７４０と出力された。この
値に標準試料の水素面濃度５．００×１０¹⁶／cm²を掛
けることで、最終的に被分析試料の水素面濃度は３．７
０×１０¹⁶／cm²と出力された。

【００５３】（比較例２）従来法による定量実施例２の測定結果について、従来法によって図６の弾
性反跳散乱スペクトルのみで定量評価を行った。

【００５４】標準試料の８３１７カウント、被分析試料
の５８３６カウントおよび標準試料の既知面濃度５．０
０×１０¹⁶／cm²から、被分析試料の水素面濃度は、
（５８３６カウント／８３１７カウント）×５．００×
１０¹⁶／cm²の計算により、３．５１×１０¹⁶／cm²とな
る。この値は、図５の後方散乱スペクトルにみられるよ
うに、両試料の実際のイオンビーム照射量のずれによっ
て真値との誤差が含まれることが明らかである。

【００５５】（実施例３）同位体を含む試料の定量分
析核反応法によるホウ素の定量分析において、標準試料と
異なる母材中に天然存在比でホウ素の同位体¹⁰Ｂを含む
試料について被分析試料として、Ｇｅ半導体ウエハ中にホウ素が表面
から２μｍの深さに均一な濃度で存在し、且つ、天然存
在比で同位体¹⁰Ｂを含むものを用意した。また、標準試
料といてシリコン半導体ウエハ中に¹¹Ｂが表面から２μ
ｍの深さに均一に原子比１．００％の濃度で存在してい
るものを用意した。

【００５６】測定は、入射エネルギーを１．０ＭｅＶで
行った以外は、実施例１と同じ条件で行った。測定の
後、測定条件及び試料条件として、シリコン及びゲルマ
ニウムの各々の原子密度Ｕ_Si＝５．００×１０²²atoms
／cm³、Ｕ_Ge＝４．４２×１０²²atoms／cm³、入射エネ
ルギー＝１．０ＭｅＶ、検出角１５０°における１Ｍｅ
Ｖのプロトンに対するシリコン及びゲルマニウムの各々
の後方散乱断面積σ_Si＝０．２９０９barns、σ_Ge＝
１．５２３barnsを入力した。更に、標準試料及び被分
析試料について測定データから、表面から５０nmまでの
後方散乱スペクトル収量Ａ_Si＝１３０５カウント、Ａ_Ge
＝５４３９カウントが算出され、母材からの後方散乱ス
ペクトル収量によるイオンビーム照射量のずれの補正を
行った。この際、被分析試料に対する標準試料のイオン
ビーム照射量比Ｘは、下記の式に従って、シリコン及び
ゲルマニウムの各々の原子密度Ｕ_Si、Ｕ_Ge、後方散乱断
面積σ_Si、σ_Ge及び後方散乱スペクトル収量Ａ_Si、Ａ_Ge
により算出される値とした。

【００５７】Ｘ＝（Ａ_Si・σ_Ge・Ｕ_Ge）／（Ａ_Ge・σ_Si・Ｕ_Si）この結果、Ｘ＝１．１１が出力された。他方、標準試料
及び被分析試料の核反応スペクトル収量Ｂ_Si、Ｂ_Geは、
測定データから、各々、Ｂ_Si＝８９２カウント、Ｂ_Ge＝
７３１カウントと算出され、被分析試料に含まれる¹¹Ｂ
の濃度は、（７３１カウント／８９２カウント）×１．
１１×１．００％＝０．９１％と算出された。この値か
ら、更に¹¹Ｂの天然存在比α＝０．８１を用いて、０．
９１％／αを計算することにより、最終的に被分析試料
のホウ素濃度が１．１２％と定量された。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、イオン照射量のずれの補正により誤差の少ない定
量を可能とするものであり、従来困難であった半導体ウ
エハ中の元素定量分析を極めて高い精度で行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の元素定量分析装置の一実施形態を示す
概略構成図。

【図２】本発明の元素定量分析方法の一実施形態を示す
フローチャート。

【図３】本発明の元素定量分析方法の一実施形態におけ
る標準試料および被分析試料の後方散乱スペクトルを示
すスペクトル図。

【図４】図３の後方散乱スペクトルが得られる標準試料
および被分析試料の核反応スペクトルを示すスペクトル
図。

【図５】本発明の元素定量分析方法の他の実施形態にお
ける標準試料および被分析試料の後方散乱スペクトルを
示すスペクトル図。

【図６】図５の後方散乱スペクトルが得られる標準試料
および被分析試料の弾性反跳散乱スペクトルを示すスペ
クトル図。

【符号の説明】

１試料チャンバ、３試料ホルダー、５イオン
ビーム、ＤＡ，ＤＢ検出器、７Ａ，７Ｂ前置増幅
器、９Ａ，９Ｂ増幅器、１１マルチチャンネルア
ナライザー、１３演算装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】標準試料及び被分析試料にイオンを照射
し、該イオンと目的元素との核反応又は弾性反跳散乱に
よって検出されるスペクトル収量の該標準試料と該被分
析試料との比に基づいて該被分析試料中の当該目的元素
を定量する定量分析方法であって、上記イオンの照射時
に検出される前記標準試料及び被分析試料からの後方散
乱スペクトル収量間の比を用いて、該標準試料及び該被
分析試料への前記イオンの照射量のずれによる定量誤差
を補正することを特徴とする元素定量分析方法。
【請求項２】標準試料及び被分析試料にイオンを照射
した時に検出される該標準試料の後方散乱スペクトル収
量Ａ１及び該被分析試料の後方散乱スペクトル収量Ａ２
と、上記イオンを照射した時に該イオンと目的元素との
核反応又は弾性反跳散乱によって検出される該標準試料
のスペクトル収量Ｂ１及び該被分析試料のスペクトル収
量Ｂ２と、該標準試料中の該目的元素の濃度Ｎ１とを取
得するプログラムコードと、後方散乱スペクトル収量Ａ１に対するＡ２の比Ａ２／Ａ
１を用いて、前記イオンの該標準試料及び該被分析試料
への照射量のずれによる定量誤差を補正するための係数
ｋを得るプログラムコードと、上記係数ｋと、該標準試料及び該被分析試料におけるス
ペクトル収量Ｂ１及びＢ２と、該標準試料中の該目的元
素の濃度Ｎ１とにより、Ｎ２＝ｋ・Ｎ１・（Ｂ２／Ｂ
１）に従って該被分析試料の当該目的元素の濃度Ｎ２を
得るプログラムコードとを有することを特徴とする元素
定量分析コンピュータプログラム。
【請求項３】前記係数ｋを得るプログラムコードは、前記標準試料及び前記被分析試料の母材構成成分が同じ
であるとき、前記補正係数ｋとして１／（Ａ２／Ａ１）
を得るプログラムコードと、前記標準試料及び前記被分析試料の母材構成成分が異な
るときに、該標準試料及び該被分析試料の各母材成分の
後方散乱断面積値σ１，σ２の比及び原子密度Ｕ１，Ｕ
２の比を取得して、前記補正係数ｋとして１／［（Ａ２
／Ａ１）（σ１／σ２）（Ｕ１／Ｕ２）］を得るプログ
ラムコードとを有することを特徴とする請求項２記載の
元素定量分析コンピュータプログラム。
【請求項４】前記被分析試料中の前記目的元素に同位
体元素が存在するときに、該目的元素の存在比αを取得
して、１／αと前記補正係数ｋとの積を該同位体元素を
含む前記目的元素の定量のための新たな補正係数として
得るプログラムコードを有することを特徴とする請求項
３記載の元素定量分析コンピュータプログラム。
【請求項５】標準試料及び被分析試料にイオンを照射
した時の該標準試料の後方散乱スペクトル収量Ａ１及び
該被分析試料の後方散乱スペクトル収量Ａ２を測定する
ための第１の検出器と、上記イオンを照射した時に該イオンと目的元素との核反
応又は弾性反跳散乱によって検出される該標準試料にお
けるスペクトル収量Ｂ１及び該被分析試料におけるスペ
クトル収量Ｂ２を測定するための第２の検出器と、上記後方散乱スペクトル収量Ａ１に対するＡ２の比Ａ２
／Ａ１を用いて、上記イオンの該標準試料及び該被分析
試料への照射量のずれによる定量誤差を補正するための
係数ｋを得て、該係数ｋと、該標準試料及び該被分析試
料における上記スペクトル収量Ｂ１及びＢ２と、該標準
試料中の該目的元素の濃度Ｎ１とから該被分析試料の該
目的元素の濃度Ｎ２を、Ｎ２＝ｋ・Ｎ１・（Ｂ２／Ｂ
１）により計算する演算装置とを有することを特徴とす
る元素定量分析装置。