JP2004226229A - Iv族半導体中のv族元素の深さ方向分布の分析方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】IV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法に関し、プロファイルシフト及び検出感度の深さ依存性を排除して、深さ精度および定量精度の高い測定を行う。
【解決手段】SIMS法によりIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布を測定する際に、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定する。
【選択図】 図3
【解決手段】SIMS法によりIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布を測定する際に、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定する。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法に関するものであり、特に、イオンビーム照射( 一次イオン) によるスパッタエッチングによってシリコン等のIV族半導体表面から放出されるV族元素を含む二次イオンを検出し、IV族半導体中に含まれるV族元素の深さ方向分布を精度良く取得するための入射角の設定に特徴のあるIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、CMOSトランジスタのpn接合は、その微細化とともに深さが浅くなり、0.1μm世代のデバイスでは、20nm以下の深さになる見込みである。
この様なpn接合の形成において、ボロン(B)と砒素(As)は、それぞれp型、n型のドーパントとして最も多く用いられており、その形成プロセスにおいてこれらドーパント元素の深さ方向濃度分布を正確に把握することは極めて重要である。
【0003】
従来より、深さ方向の元素濃度分布の測定は、主として二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)が用いられているが、上述のような極浅領域の分析には、照射イオン、即ち、一次イオンの加速エネルギーを従来の数keVからサブkeVまで下げることによって対応している。
【0004】
この様なSIMSにおいては、高感度化のため、正イオンになりやすい元素の分析においては、酸素イオン(O2 + ) を照射して正の二次イオンとして検出し、負イオンになりやすい元素の分析においてはセシウムイオン(Cs+ )を照射して負の二次イオンとして検出している。
【0005】
この場合、酸素、セシウムなど反応性の高い元素を試料表面に供給するのは、化学的に二次イオン化率を高めるためであり、これに伴って、シリコン中のB分析には一次イオンにO2 + を用いてB+ を検出、一方、Asの分析には一次イオンにCs+ を用いてAsSi− (Asと母材元素Siとの複合分子イオン) を検出する手法が最も一般的である。
【0006】
その内、Bをドープした極浅領域の分析に関しては、その精度に関して近年、数多くの研究がなされており、精度向上に向けて一次イオン(O2 + )の加速エネルギー、入射角度など様々な測定条件が提案されている(例えば、非特許文献1及び非特許文献2参照)。
【0007】
しかし、Asをドープした極浅領域の分析に関しては、ほとんど研究が進んでおらず、AsSi− の信号を最も高感度でとれるという過去( 十数年前)の経験から入射角度は60°固定のまま加速エネルギーだけがサブkeVまで下げられて分析が行なわれており(例えば、非特許文献3参照)、入射角度を変える試みは全く行なわれていないのが現実である。
【0008】
【非特許文献1】
J.Vac.Sci.Technol.、vol.B18、p.1、2000
【非特許文献2】
J.Vac.Sci.Technol.、vol.B18、p.496、2000
【非特許文献3】
Electrochemical and Solid−State
Letters、vol.4、G1、2001
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Si中にイオン注入したAsの深さ方向分布について、様々な一次イオン入射角度で測定した場合、入射角度によってピーク強度示す深さが異なるプロファイルシフトが生じ、どの入射角による分布が正しい分布なのか分からないという問題があるので、図4を参照して説明する。
【0010】
図4参照
図4は、5keVの注入エネルギーで、1×1015cm−2のドーズ量でAsを注入したシリコン基板に、0.5keVの加速エネルギーでCs+ イオンを照射した場合の二次イオン強度の入射角依存性の説明図であり、図から明らかなように、ピーク強度の絶対値において10倍の幅があるとともに、ピーク位置が5nm程度の拡がりを有している。
なお、入射角は、試料の法線方向を0°と定義する。
【0011】
また、従来の入射角である60°でイオン照射した場合には、極表面における感度と内部における感度が異なるため、正確なAs分布と濃度定量値を得ることができないという問題があるので、図5を参照して説明する。
【0012】
図5参照
図5は、1keVの注入エネルギーで、5×1014cm−2のドーズ量でAsを注入したシリコン基板と、同じ条件のシリコン基板の表面に10nmの厚さをα−Siキャップを設けた試料とに、0.5keVの加速エネルギーでCs+ イオンを60°の入射角で入射させた場合の深さ方向の濃度分布を示したものである。
【0013】
2つの試料は同じ分布形状及び濃度を示すはずであるにも拘わらず、図に示すように、α−Siキャップなしの方ではAsSi− の強度が2倍以上高くなっており、この結果は、極表面と10nm程度の深さとで、AsSi− の検出感度が異なることを示しており、入射角度60°の下では、正確なAs分布および濃度定量値を得ることができない。
したがって、正しいAs分布を得るためには、適切な入射角度を限定して用いることが不可欠である。
【0014】
したがって、本発明は、SIMSよるIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布をプロファイルシフト及び検出感度の深さ依存性を排除して、深さ精度および定量精度の高い測定を行うことを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
図3は規格化強度の入射角依存性の説明図であり、この図3を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図3参照
上記目的を達成するため、本発明は、一次イオンの照射によるスパッタエッチングによってIV族半導体表面から放出されるV族元素を含む二次イオンを検出し、IV族半導体中に含まれるV族元素の深さ方向分布を測定する分析方法において、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定することを特徴とする。
【0016】
この様に、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲、少なくとも60°入射の場合より少なくする範囲に限定することによって、α−Siキャップを設けることなく深さ精度および定量精度の高い測定を行うことができる。
【0017】
この場合、一次イオンとしては、V族元素を負の二次イオンとして検出できるCs,Li,Na等のアルカリ金属元素が好適であり、このアルカリ金属元素イオンの入射角を、図3に示すようにキャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のV族元素ピーク強度比が0.5〜1.5、より好適には、0.75〜1.25の範囲になるように設定することが望ましい。
【0018】
また、一次イオンとしては、特に、Csイオンが好適であり、その場合には、加速エネルギーは0.75keV以下とすることが望ましく、また、入射角は5°以下、21°〜36°、或いは、47°〜55°のいずれかに設定することが望ましく、それによって、深さ方向の感度依存性を低減することができる。
なお、加速エネルギーを0.75keVを超える値とした場合には、二次イオン放出現象が異なることになる。
【0019】
さらに、より好適には、Csイオンの加速エネルギーは0.25〜0.75keVとすることが望ましく、また、入射角は4°以下、22°〜35°、或いは、49°〜53°のいずれかに設定することが望ましく、それによって、深さ方向の感度依存性をさらに低減することができる。
【0020】
また、一次イオンとしてCsイオンを用い加速エネルギーを0.75keV以下、より好適には0.25〜0.75keVとした場合、入射角を38°〜42°或いは48°〜57°のいずれかとすることによって、プロファイルシフトを低減することができる。
【0021】
また、一次イオンとしてCsイオンを用い加速エネルギーを0.75keV以下、より好適には0.25〜0.75keVとした場合、入射角を48°〜55°、より好適には、49°〜53°とすることによって、プロファイルシフトと深さ方向の感度依存性の両方を確実に低減することができる。
【0022】
また、IV族半導体としては、Si,Ge,或いは,SiGeのいずれでも良いが、Siが典型的なものであり、V族元素としてはSiとの複合分子イオンを二次イオンとして放出するAs,P,Sbのいずれでも良いが、より浅い不純物領域を形成するのに用いられるAsが典型的なものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
ここで、図1乃至図3を参照して、本発明の実施の形態のSi中のAsの深さ方向分布の分析方法を説明する。
まず、図1を参照してプロファイルシフトを説明する。
図1参照
図1は、5keVの加速エネルギーの1×1015cm−2のAsイオンを注入したSi基板と1keVの加速エネルギーの5×1014cm−2のAsイオンを注入したSi基板の2種類の試料について、Cs+ イオンを0.5keVの加速エネルギーで照射させた場合のAs分布プロファイルのピーク位置シフトの入射角依存性の説明図である。
なお、この場合のピーク位置シフトは、シミュレーション(TRIM)で求めたAsのピーク深さから、上述の図4に示した各入射角度に伴うAsピーク深さから引いて求めた。
【0024】
図から明らかなように、プロファイルシフト量は、約40°及び50°〜55°において極小値となり、±2°のマージンを見込むと38°〜42°及び48°〜57°の入射角の範囲で、プロファイルシフト量が小さくなることが理解される。
【0025】
次に、図2及び図3を参照して、検出感度の深さ依存性を説明する。
図2参照
図2は、1keVの加速エネルギーの5×1014cm−2のAsイオンを注入したSi基板と同じ基板を厚さが10nmのα−Siキャップで覆った2種類の試料について、Cs+ イオンを0.5keVの加速エネルギーで50°の入射角で照射した場合のAs分布プロファイルを示したものである。
なお、この場合、Si自体が負の二次イオンとして放出された58Si2 − イオン及び84Si3 − イオンも合わせて示している。
【0026】
図から明らかなように、 103AsSi− イオンのピーク強度が、2種類の試料においてほぼ同一であり、50°の入射角においては、検出感度の深さ依存性がなくなるので、α−Siキャップを設けることなく精度の高い測定が可能になることが理解される。
【0027】
図3参照
図3は、ピークAs強度比の入射角依存性の説明図であり、1keVの加速エネルギーの5×1014cm−2のAsイオンを注入したSi基板と同じ基板を厚さが10nmのα−Siキャップで覆った試料とにおけるピークAs強度比をプロットしたもので、両者の強度を同じ基準で比較するために、それぞれ、30Si− と58Si2 − とで規格化した値を用いた。
【0028】
図から明らかなように、ピークAs強度比が1となるのは入射角が2°,24°,32°の場合であることができる。
この場合、マージンを見込んでピークAs強度比の許容範囲を0.5〜1.5とすると、0°〜5°,21°〜36°,47°〜55°の範囲でCs+ イオンを照射することによって検出感度の深さ依存性を排除することができる。
【0029】
また、ピークAs強度比の許容範囲を0.75〜1.25とすると、1°〜4°,22°〜35°,49°〜53°の範囲でCs+ イオンを照射することによって検出感度の深さ依存性をより確実に排除することができる。
【0030】
以上のプロファイルシフト量の少ない入射角度と、検出感度の深さ依存性を排除するための入射角度の両方の条件を満たす入射角、即ち、最適入射角度は48°〜55°の範囲、より好適には、49°〜53°の範囲であると言える。
【0031】
したがって、シリコン基板に注入したAsの深さ方向の濃度分布を精度良く測定するためには、Cs+ イオンを0.75keV以下、例えば、0.5keVの加速エネルギーで、48°〜55°、例えば、50°の入射角で照射すれば良い。
【0032】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態において、測定対象となる不純物をAsとして説明しているがAsに限られるものではなく、Cs+ イオンのスパッタエッチによりAsSi− と同様な負の二次イオンであるPSi− 或いはSbSi− が放出されるV族元素のP或いはSbも測定対象とするものである。
【0033】
また、上記の実施の形態の説明においては、スパッタエッチに用いる一次イオンとしてCs+ を用いているが、Cs+ に限られるものではなく、Li+ やNa+ 等の他のアルカリ金属元素イオンを用いても同様な現象によるV族元素の検出が可能である。
【0034】
また、上記の実施の形態の説明においては、母材をSiとしているが、Siに限られるものではなく、高速CMOS用材料として用いられるSiGeにおいても同様な現象によるV族元素の検出が可能であり、Geを含むIV族半導体に適用されるものである。
【0035】
また、上記の実施の形態の説明においては、Cs+ イオンを加速エネルギーを0.5keVとしているが、0.5keVに限られるものではなく、0.5keVの場合と同様な現象によるV族元素の検出が可能である0.75keV以下であれば良く、また、ある程度のスパッタ効率を得るためには0.25keV以上とすることが望ましい。
なお、加速エネルギーが0.75keVを超えると二次イオンの発生現象が異なってくる。
【0036】
また、上記の実施の形態の説明においては、CMOSのn型ソース・ドレイン領域の不純物濃度分布の測定方法として説明しているが、CMOSのn型ソース・ドレイン領域の不純物濃度分布の測定方法に限られるものではなく、チャネルドープ領域の不純物濃度分布の測定方法、バイポーラトランジスタの能動領域の不純物濃度分布の測定方法、或いは、基板自体の不純物濃度分布の測定方法にも適用されるものである。
【0037】
ここで、再び図1を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図1参照
(付記1) 一次イオンの照射によるスパッタエッチングによってIV族半導体表面から放出されるV族元素を含む二次イオンを検出し、IV族半導体中に含まれるV族元素の深さ方向分布を測定する分析方法において、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定することを特徴とするIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記2) 上記一次イオンがアルカリ金属元素であり、前記アルカリ金属元素イオンの入射角を、キャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のV族元素ピーク強度比が0.5〜1.5の範囲になるように設定したことを特徴とする付記1記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記3) 上記アルカリ金属元素イオンの入射角を、キャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のV族元素ピーク強度比が0.75〜1.25の範囲になるように設定したことを特徴とする付記2記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記4) 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を5°以下、21°〜36°、或いは、47°〜55°のいずれかに設定したことを特徴とする付記2記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記5) 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を4°以下、22°〜35°、或いは、49°〜53°のいずれかに設定したことを特徴とする付記3記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記6) 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を38°〜42°或いは48°〜57°のいずれかに設定したことを特徴とする付記1記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記7) 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を48°〜55°に設定したことを特徴とする付記6記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記8) 上記IV族半導体がSiであり、且つ、上記V族元素がAsであることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1に記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、SIMSによるSi等のIV族半導体中のAs等のV族元素の深さ方向分布を測定する際に、照射する一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、および一次イオン入射角度を限定することによって深さ精度および定量精度の高い測定が可能になり、それによって、測定に際してα−Si等のキャップ層を設ける必要がなくなるのでより簡便な測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】As分布プロファイルのピーク位置シフトの入射角依存性の説明図である。
【図2】50°入射におけるAs分布プロファイルのα−Siキャップ依存性の説明図である。
【図3】Asピーク強度比の入射角依存性の説明図である。
【図4】As分布プロファイルの一次イオン入射角依存性の説明図である。
【図5】60°入射におけるAs分布プロファイルのα−Siキャップ依存性の説明図である。
【発明の属する技術分野】
本発明はIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法に関するものであり、特に、イオンビーム照射( 一次イオン) によるスパッタエッチングによってシリコン等のIV族半導体表面から放出されるV族元素を含む二次イオンを検出し、IV族半導体中に含まれるV族元素の深さ方向分布を精度良く取得するための入射角の設定に特徴のあるIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、CMOSトランジスタのpn接合は、その微細化とともに深さが浅くなり、0.1μm世代のデバイスでは、20nm以下の深さになる見込みである。
この様なpn接合の形成において、ボロン(B)と砒素(As)は、それぞれp型、n型のドーパントとして最も多く用いられており、その形成プロセスにおいてこれらドーパント元素の深さ方向濃度分布を正確に把握することは極めて重要である。
【0003】
従来より、深さ方向の元素濃度分布の測定は、主として二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)が用いられているが、上述のような極浅領域の分析には、照射イオン、即ち、一次イオンの加速エネルギーを従来の数keVからサブkeVまで下げることによって対応している。
【0004】
この様なSIMSにおいては、高感度化のため、正イオンになりやすい元素の分析においては、酸素イオン(O2 + ) を照射して正の二次イオンとして検出し、負イオンになりやすい元素の分析においてはセシウムイオン(Cs+ )を照射して負の二次イオンとして検出している。
【0005】
この場合、酸素、セシウムなど反応性の高い元素を試料表面に供給するのは、化学的に二次イオン化率を高めるためであり、これに伴って、シリコン中のB分析には一次イオンにO2 + を用いてB+ を検出、一方、Asの分析には一次イオンにCs+ を用いてAsSi− (Asと母材元素Siとの複合分子イオン) を検出する手法が最も一般的である。
【0006】
その内、Bをドープした極浅領域の分析に関しては、その精度に関して近年、数多くの研究がなされており、精度向上に向けて一次イオン(O2 + )の加速エネルギー、入射角度など様々な測定条件が提案されている(例えば、非特許文献1及び非特許文献2参照)。
【0007】
しかし、Asをドープした極浅領域の分析に関しては、ほとんど研究が進んでおらず、AsSi− の信号を最も高感度でとれるという過去( 十数年前)の経験から入射角度は60°固定のまま加速エネルギーだけがサブkeVまで下げられて分析が行なわれており(例えば、非特許文献3参照)、入射角度を変える試みは全く行なわれていないのが現実である。
【0008】
【非特許文献1】
J.Vac.Sci.Technol.、vol.B18、p.1、2000
【非特許文献2】
J.Vac.Sci.Technol.、vol.B18、p.496、2000
【非特許文献3】
Electrochemical and Solid−State
Letters、vol.4、G1、2001
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Si中にイオン注入したAsの深さ方向分布について、様々な一次イオン入射角度で測定した場合、入射角度によってピーク強度示す深さが異なるプロファイルシフトが生じ、どの入射角による分布が正しい分布なのか分からないという問題があるので、図4を参照して説明する。
【0010】
図4参照
図4は、5keVの注入エネルギーで、1×1015cm−2のドーズ量でAsを注入したシリコン基板に、0.5keVの加速エネルギーでCs+ イオンを照射した場合の二次イオン強度の入射角依存性の説明図であり、図から明らかなように、ピーク強度の絶対値において10倍の幅があるとともに、ピーク位置が5nm程度の拡がりを有している。
なお、入射角は、試料の法線方向を0°と定義する。
【0011】
また、従来の入射角である60°でイオン照射した場合には、極表面における感度と内部における感度が異なるため、正確なAs分布と濃度定量値を得ることができないという問題があるので、図5を参照して説明する。
【0012】
図5参照
図5は、1keVの注入エネルギーで、5×1014cm−2のドーズ量でAsを注入したシリコン基板と、同じ条件のシリコン基板の表面に10nmの厚さをα−Siキャップを設けた試料とに、0.5keVの加速エネルギーでCs+ イオンを60°の入射角で入射させた場合の深さ方向の濃度分布を示したものである。
【0013】
2つの試料は同じ分布形状及び濃度を示すはずであるにも拘わらず、図に示すように、α−Siキャップなしの方ではAsSi− の強度が2倍以上高くなっており、この結果は、極表面と10nm程度の深さとで、AsSi− の検出感度が異なることを示しており、入射角度60°の下では、正確なAs分布および濃度定量値を得ることができない。
したがって、正しいAs分布を得るためには、適切な入射角度を限定して用いることが不可欠である。
【0014】
したがって、本発明は、SIMSよるIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布をプロファイルシフト及び検出感度の深さ依存性を排除して、深さ精度および定量精度の高い測定を行うことを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
図3は規格化強度の入射角依存性の説明図であり、この図3を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図3参照
上記目的を達成するため、本発明は、一次イオンの照射によるスパッタエッチングによってIV族半導体表面から放出されるV族元素を含む二次イオンを検出し、IV族半導体中に含まれるV族元素の深さ方向分布を測定する分析方法において、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定することを特徴とする。
【0016】
この様に、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲、少なくとも60°入射の場合より少なくする範囲に限定することによって、α−Siキャップを設けることなく深さ精度および定量精度の高い測定を行うことができる。
【0017】
この場合、一次イオンとしては、V族元素を負の二次イオンとして検出できるCs,Li,Na等のアルカリ金属元素が好適であり、このアルカリ金属元素イオンの入射角を、図3に示すようにキャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のV族元素ピーク強度比が0.5〜1.5、より好適には、0.75〜1.25の範囲になるように設定することが望ましい。
【0018】
また、一次イオンとしては、特に、Csイオンが好適であり、その場合には、加速エネルギーは0.75keV以下とすることが望ましく、また、入射角は5°以下、21°〜36°、或いは、47°〜55°のいずれかに設定することが望ましく、それによって、深さ方向の感度依存性を低減することができる。
なお、加速エネルギーを0.75keVを超える値とした場合には、二次イオン放出現象が異なることになる。
【0019】
さらに、より好適には、Csイオンの加速エネルギーは0.25〜0.75keVとすることが望ましく、また、入射角は4°以下、22°〜35°、或いは、49°〜53°のいずれかに設定することが望ましく、それによって、深さ方向の感度依存性をさらに低減することができる。
【0020】
また、一次イオンとしてCsイオンを用い加速エネルギーを0.75keV以下、より好適には0.25〜0.75keVとした場合、入射角を38°〜42°或いは48°〜57°のいずれかとすることによって、プロファイルシフトを低減することができる。
【0021】
また、一次イオンとしてCsイオンを用い加速エネルギーを0.75keV以下、より好適には0.25〜0.75keVとした場合、入射角を48°〜55°、より好適には、49°〜53°とすることによって、プロファイルシフトと深さ方向の感度依存性の両方を確実に低減することができる。
【0022】
また、IV族半導体としては、Si,Ge,或いは,SiGeのいずれでも良いが、Siが典型的なものであり、V族元素としてはSiとの複合分子イオンを二次イオンとして放出するAs,P,Sbのいずれでも良いが、より浅い不純物領域を形成するのに用いられるAsが典型的なものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
ここで、図1乃至図3を参照して、本発明の実施の形態のSi中のAsの深さ方向分布の分析方法を説明する。
まず、図1を参照してプロファイルシフトを説明する。
図1参照
図1は、5keVの加速エネルギーの1×1015cm−2のAsイオンを注入したSi基板と1keVの加速エネルギーの5×1014cm−2のAsイオンを注入したSi基板の2種類の試料について、Cs+ イオンを0.5keVの加速エネルギーで照射させた場合のAs分布プロファイルのピーク位置シフトの入射角依存性の説明図である。
なお、この場合のピーク位置シフトは、シミュレーション(TRIM)で求めたAsのピーク深さから、上述の図4に示した各入射角度に伴うAsピーク深さから引いて求めた。
【0024】
図から明らかなように、プロファイルシフト量は、約40°及び50°〜55°において極小値となり、±2°のマージンを見込むと38°〜42°及び48°〜57°の入射角の範囲で、プロファイルシフト量が小さくなることが理解される。
【0025】
次に、図2及び図3を参照して、検出感度の深さ依存性を説明する。
図2参照
図2は、1keVの加速エネルギーの5×1014cm−2のAsイオンを注入したSi基板と同じ基板を厚さが10nmのα−Siキャップで覆った2種類の試料について、Cs+ イオンを0.5keVの加速エネルギーで50°の入射角で照射した場合のAs分布プロファイルを示したものである。
なお、この場合、Si自体が負の二次イオンとして放出された58Si2 − イオン及び84Si3 − イオンも合わせて示している。
【0026】
図から明らかなように、 103AsSi− イオンのピーク強度が、2種類の試料においてほぼ同一であり、50°の入射角においては、検出感度の深さ依存性がなくなるので、α−Siキャップを設けることなく精度の高い測定が可能になることが理解される。
【0027】
図3参照
図3は、ピークAs強度比の入射角依存性の説明図であり、1keVの加速エネルギーの5×1014cm−2のAsイオンを注入したSi基板と同じ基板を厚さが10nmのα−Siキャップで覆った試料とにおけるピークAs強度比をプロットしたもので、両者の強度を同じ基準で比較するために、それぞれ、30Si− と58Si2 − とで規格化した値を用いた。
【0028】
図から明らかなように、ピークAs強度比が1となるのは入射角が2°,24°,32°の場合であることができる。
この場合、マージンを見込んでピークAs強度比の許容範囲を0.5〜1.5とすると、0°〜5°,21°〜36°,47°〜55°の範囲でCs+ イオンを照射することによって検出感度の深さ依存性を排除することができる。
【0029】
また、ピークAs強度比の許容範囲を0.75〜1.25とすると、1°〜4°,22°〜35°,49°〜53°の範囲でCs+ イオンを照射することによって検出感度の深さ依存性をより確実に排除することができる。
【0030】
以上のプロファイルシフト量の少ない入射角度と、検出感度の深さ依存性を排除するための入射角度の両方の条件を満たす入射角、即ち、最適入射角度は48°〜55°の範囲、より好適には、49°〜53°の範囲であると言える。
【0031】
したがって、シリコン基板に注入したAsの深さ方向の濃度分布を精度良く測定するためには、Cs+ イオンを0.75keV以下、例えば、0.5keVの加速エネルギーで、48°〜55°、例えば、50°の入射角で照射すれば良い。
【0032】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態において、測定対象となる不純物をAsとして説明しているがAsに限られるものではなく、Cs+ イオンのスパッタエッチによりAsSi− と同様な負の二次イオンであるPSi− 或いはSbSi− が放出されるV族元素のP或いはSbも測定対象とするものである。
【0033】
また、上記の実施の形態の説明においては、スパッタエッチに用いる一次イオンとしてCs+ を用いているが、Cs+ に限られるものではなく、Li+ やNa+ 等の他のアルカリ金属元素イオンを用いても同様な現象によるV族元素の検出が可能である。
【0034】
また、上記の実施の形態の説明においては、母材をSiとしているが、Siに限られるものではなく、高速CMOS用材料として用いられるSiGeにおいても同様な現象によるV族元素の検出が可能であり、Geを含むIV族半導体に適用されるものである。
【0035】
また、上記の実施の形態の説明においては、Cs+ イオンを加速エネルギーを0.5keVとしているが、0.5keVに限られるものではなく、0.5keVの場合と同様な現象によるV族元素の検出が可能である0.75keV以下であれば良く、また、ある程度のスパッタ効率を得るためには0.25keV以上とすることが望ましい。
なお、加速エネルギーが0.75keVを超えると二次イオンの発生現象が異なってくる。
【0036】
また、上記の実施の形態の説明においては、CMOSのn型ソース・ドレイン領域の不純物濃度分布の測定方法として説明しているが、CMOSのn型ソース・ドレイン領域の不純物濃度分布の測定方法に限られるものではなく、チャネルドープ領域の不純物濃度分布の測定方法、バイポーラトランジスタの能動領域の不純物濃度分布の測定方法、或いは、基板自体の不純物濃度分布の測定方法にも適用されるものである。
【0037】
ここで、再び図1を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図1参照
(付記1) 一次イオンの照射によるスパッタエッチングによってIV族半導体表面から放出されるV族元素を含む二次イオンを検出し、IV族半導体中に含まれるV族元素の深さ方向分布を測定する分析方法において、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定することを特徴とするIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記2) 上記一次イオンがアルカリ金属元素であり、前記アルカリ金属元素イオンの入射角を、キャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のV族元素ピーク強度比が0.5〜1.5の範囲になるように設定したことを特徴とする付記1記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記3) 上記アルカリ金属元素イオンの入射角を、キャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のV族元素ピーク強度比が0.75〜1.25の範囲になるように設定したことを特徴とする付記2記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記4) 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を5°以下、21°〜36°、或いは、47°〜55°のいずれかに設定したことを特徴とする付記2記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記5) 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を4°以下、22°〜35°、或いは、49°〜53°のいずれかに設定したことを特徴とする付記3記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記6) 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を38°〜42°或いは48°〜57°のいずれかに設定したことを特徴とする付記1記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記7) 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を48°〜55°に設定したことを特徴とする付記6記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
(付記8) 上記IV族半導体がSiであり、且つ、上記V族元素がAsであることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1に記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、SIMSによるSi等のIV族半導体中のAs等のV族元素の深さ方向分布を測定する際に、照射する一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、および一次イオン入射角度を限定することによって深さ精度および定量精度の高い測定が可能になり、それによって、測定に際してα−Si等のキャップ層を設ける必要がなくなるのでより簡便な測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】As分布プロファイルのピーク位置シフトの入射角依存性の説明図である。
【図2】50°入射におけるAs分布プロファイルのα−Siキャップ依存性の説明図である。
【図3】Asピーク強度比の入射角依存性の説明図である。
【図4】As分布プロファイルの一次イオン入射角依存性の説明図である。
【図5】60°入射におけるAs分布プロファイルのα−Siキャップ依存性の説明図である。
Claims (5)
- 一次イオンの照射によるスパッタエッチングによってIV族半導体表面から放出されるV族元素を含む二次イオンを検出し、IV族半導体中に含まれるV族元素の深さ方向分布を測定する分析方法において、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定することを特徴とするIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
- 上記一次イオンがアルカリ金属元素であり、前記アルカリ金属元素イオンの入射角を、キャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のV族元素ピーク強度比が0.5〜1.5の範囲になるように設定したことを特徴とする請求項1記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
- 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を5°以下、21°〜36°、或いは、47°〜55°のいずれかに設定したことを特徴とする請求項2記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
- 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を38°〜42°或いは48°〜57°のいずれかに設定したことを特徴とする請求項1記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
- 上記一次イオンがCsイオンであり、上記加速エネルギーを0.75keV以下とし、上記入射角を48°〜55°に設定したことを特徴とする請求項4記載のIV族半導体中のV族元素の深さ方向分布の分析方法。
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