JP2008186924A - P contamination evaluating method of semiconductor substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a P contamination evaluating method for a semiconductor substrate, capable of easily judging presence of P contamination at high precision. <P>SOLUTION: The P contamination method evaluates a semiconductor substrate in which Sb ion or As ion is implanted by ion implantation. After the semiconductor substrate in which Sb ion or As ion has been implanted is at least subjected to heat treatment, a diffusion concentration profile of impurities in depth direction of the semiconductor substrate that has been subjected to the heat treatment is acquired. Based on the inflection point of the diffusion concentration profile, presence of P contamination from an ion implanting device is judged and evaluated. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオンインプランテーションによりSbイオンまたはAsイオンを注入した半導体基板を評価する方法に関するものであり、詳しくは、前記イオン注入した半導体基板のP汚染について評価する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for evaluating a semiconductor substrate implanted with Sb ions or As ions by ion implantation, and more particularly to a method for evaluating the P contamination of the semiconductor substrate implanted with ions.

MOSFET等のMOS素子は、通常は半導体基板上に薄膜の半導体層が形成された基板を用いて製造される。この薄膜半導体層は一般にエピタキシャル成長法により形成されるが、高集積化が進むにつれてそのエピタキシャル層の薄膜化がますます要求されるようになっている。   MOS elements such as MOSFETs are usually manufactured using a substrate in which a thin semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate. This thin-film semiconductor layer is generally formed by an epitaxial growth method. However, as the integration becomes higher, the thickness of the epitaxial layer is increasingly required.

上記のようなMOS素子用のエピタキシャル層が形成された半導体基板(エピタキシャルウエーハ)は、一般に、高濃度の不純物を含むシリコン基板の上にCVD(Chemical Vapor、Deposition)法により低濃度の不純物を含むエピタキシャル層を成長させることにより形成される。   A semiconductor substrate (epitaxial wafer) on which an epitaxial layer for a MOS element as described above is formed generally contains low concentration impurities by a CVD (Chemical Vapor, Deposition) method on a silicon substrate containing high concentration impurities. It is formed by growing an epitaxial layer.

また、近年では、これに換わるものとしてイオンインプランテーションを利用した埋込拡散層を有する基板の製造方法が挙げられる。この方法は、たとえば特許文献1に提案されており、従来よりも簡略化された工程で且つ低コストで半導体基板を製造することができる。   In recent years, as an alternative, a method for manufacturing a substrate having a buried diffusion layer using ion implantation can be cited. This method is proposed in, for example, Patent Document 1, and a semiconductor substrate can be manufactured at a low cost by a simplified process compared to the conventional method.

また、BiCMOSデバイス等の半導体素子には、シリコン基板とその上に成長されるエピタキシャル層の間に、選択的、或いは全面にSb、As、P、B等の不純物が埋め込まれた、埋め込み拡散エピウェーハが使用される。これら埋め込まれた不純物層は、デバイスの抵抗コントロール、素子分離等、様々な機能を持つ。この様な、埋め込み不純物層の形成方法としても、イオンインプランテーションを利用する方法がある。 In addition, in a semiconductor element such as a BiCMOS device, an embedded diffusion epitaxial wafer in which impurities such as Sb, As, P, and B are selectively or entirely buried between a silicon substrate and an epitaxial layer grown thereon. Is used. These embedded impurity layers have various functions such as device resistance control and element isolation. As a method for forming such a buried impurity layer, there is a method using ion implantation.

しかしながら、上記のようなイオンインプランテーションを用いた半導体基板の製造にあたっては、イオン注入装置でドーパント汚染が発生する場合がある。そして、このようにドーパント汚染が生じてしまうと、デバイス特性等に悪影響を及ぼしてしまう。そこで、製造された半導体基板について、このドーパント汚染を正確に、そして簡便に評価することができる方法が求められている。   However, when manufacturing a semiconductor substrate using ion implantation as described above, dopant contamination may occur in the ion implantation apparatus. And if dopant contamination arises in this way, it will have a bad influence on device characteristics. Therefore, there is a demand for a method capable of accurately and simply evaluating the dopant contamination of the manufactured semiconductor substrate.

特開平6−267880号公報JP-A-6-267880

上記ドーパント汚染について、特に、注入イオンとして、SbイオンまたはAsイオンを用いたときにPイオンによる汚染が生じてしまう。しかしながら、このP汚染の発生を簡単に判定することができる評価方法が確立されていなかった。
従来では、上記P汚染を評価するにあたり、半導体基板にSbイオンやAsイオンをイオン注入した後、TXRF、ICP−MS、SIMSなどの方法を用いることにより評価を行ってきた。しかしながら、これらの従来の評価方法を実際に行った場合、評価に長時間を要して手間がかかるうえ、測定装置も高価でありコストがかかってしまうという問題があった。
なおかつ、検出感度も1×1014atoms/cm程度であり、例えば不純物濃度の規格がこれと同程度、あるいはこれより低濃度である場合、汚染について精度高く評価することができなかった。
Regarding the dopant contamination, in particular, when Sb ions or As ions are used as implanted ions, contamination by P ions occurs. However, an evaluation method that can easily determine the occurrence of P contamination has not been established.
Conventionally, in evaluating the P contamination, after the Sb ions and As ions are implanted into the semiconductor substrate, the evaluation has been performed by using a method such as TXRF, ICP-MS, SIMS or the like. However, when these conventional evaluation methods are actually performed, there is a problem that it takes a long time to evaluate and takes time, and the measuring device is expensive and expensive.
In addition, the detection sensitivity is about 1 × 10 14 atoms / cm 3. For example, when the standard of the impurity concentration is the same level or lower than this, the contamination cannot be evaluated with high accuracy.

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、簡単かつ高精度でP汚染の有無を判定することが可能な半導体基板のP汚染評価方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for evaluating P contamination of a semiconductor substrate that can easily and accurately determine the presence or absence of P contamination.

上記課題を解決するため、本発明は、イオンインプランテーションによりSbイオンまたはAsイオンを注入した半導体基板を評価する方法であって、少なくとも、前記SbイオンまたはAsイオンを注入した半導体基板に熱処理を施した後、該熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを求め、該拡散濃度プロファイルの変曲点に基づいてイオン注入装置からのP汚染の有無を判定して評価することを特徴とする半導体基板のP汚染評価方法を提供する(請求項1)。   In order to solve the above problems, the present invention is a method for evaluating a semiconductor substrate implanted with Sb ions or As ions by ion implantation, and at least heat treatment is performed on the semiconductor substrate implanted with Sb ions or As ions. Then, a diffusion concentration profile of impurities in the depth direction of the heat-treated semiconductor substrate is obtained, and the presence or absence of P contamination from the ion implantation apparatus is determined and evaluated based on the inflection point of the diffusion concentration profile. A method for evaluating P contamination of a semiconductor substrate is provided.

このように、イオンインプランテーションによりSbイオンまたはAsイオンを注入した半導体基板に、まず熱処理を施すことにより、イオン注入された不純物を基板中に拡散させる。このとき、P汚染がある場合、Pイオンは、イオン注入されたSbイオンやAsイオンに比べて拡散速度が速いので、上記熱処理時に、SbイオンまたはAsイオンの拡散領域を追い越して基板中に拡散する。そのため、上記熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルは、基板の深さ方向で不純物の濃度の減少の度合いが変化する変曲点を持つことになる。したがって、この拡散濃度プロファイルの変曲点に基づいてイオン注入装置からのP汚染の有無を正確に判定して評価することができるし、しかも簡単に行うことができる。   As described above, the semiconductor substrate into which Sb ions or As ions have been implanted by ion implantation is first subjected to heat treatment to diffuse the implanted ions into the substrate. At this time, if there is P contamination, the diffusion rate of P ions is faster than that of Sb ions or As ions implanted, so that during the heat treatment, the P ions diffuse into the substrate by overtaking the diffusion region of Sb ions or As ions. To do. Therefore, the impurity diffusion concentration profile in the depth direction of the semiconductor substrate subjected to the heat treatment has an inflection point where the degree of decrease in the impurity concentration changes in the depth direction of the substrate. Therefore, the presence or absence of P contamination from the ion implantation apparatus can be accurately determined and evaluated based on the inflection point of the diffusion concentration profile, and can be easily performed.

このとき、前記熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを角度研磨を用いて求めるのが望ましい(請求項2)。
このように、特に、熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを角度研磨を用いて求めれば、SIMS等による測定方法に比べて、手間やコスト面を改善することができ、評価効率を著しく向上することが可能である。かつ、比較的不純物の濃度が低くても正確に評価することができる。
At this time, it is desirable to obtain a diffusion concentration profile of impurities in the depth direction of the semiconductor substrate subjected to the heat treatment by using angle polishing.
Thus, in particular, if the diffusion concentration profile of the impurity in the depth direction of the heat-treated semiconductor substrate is obtained using angle polishing, the labor and cost can be improved as compared with the measurement method using SIMS or the like. Evaluation efficiency can be significantly improved. In addition, accurate evaluation can be performed even if the impurity concentration is relatively low.

本発明によって、SbイオンやAsイオンをイオン注入した半導体基板において、P汚染の発生の有無を正確かつ簡単に判定することが可能である。
特には、評価を行う際に、半導体基板の深さ方向における不純物の拡散濃度プロファイルを角度研磨を用いて求めれば、SIMSなどによる方法を用いた場合よりも評価効率およびコストを改善できるとともに、不純物が比較的低濃度であっても精度良く評価することができる。
According to the present invention, it is possible to accurately and easily determine whether or not P contamination occurs in a semiconductor substrate into which Sb ions or As ions are implanted.
In particular, when performing the evaluation, if the diffusion concentration profile of the impurity in the depth direction of the semiconductor substrate is obtained using angle polishing, the evaluation efficiency and cost can be improved as compared with the case of using the method by SIMS and the like. Can be evaluated with high accuracy even at a relatively low concentration.

以下では、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、本発明の半導体基板のP汚染評価方法の工程の一例を示すフローチャートである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is a flowchart showing an example of the process of the P contamination evaluation method for a semiconductor substrate of the present invention.

まず、評価に用いる評価用半導体基板を用意する(工程1)。
すなわち、イオン注入装置を用いてSbイオンまたはAsイオンを注入した所望の半導体基板を用意する。
このSbイオンまたはAsイオンの注入は、例えば特許文献1等に開示されているように、従来より用いられているイオン注入装置を用いて行えば良く、従来法と同様にして実施することができる。イオンインプランテーションのイオン注入エネルギーの条件やSbイオンやAsイオンのドーズ量等も限定されず、目的等に応じて適宜決定することができる。
なお、前述したように、このSbイオンまたはAsイオンの注入にあたっては、意図せずPイオンによる汚染が発生してしまう場合がある。
First, an evaluation semiconductor substrate used for evaluation is prepared (step 1).
That is, a desired semiconductor substrate into which Sb ions or As ions are implanted using an ion implantation apparatus is prepared.
This Sb ion or As ion implantation may be performed using a conventionally used ion implantation apparatus as disclosed in, for example, Patent Document 1 and can be performed in the same manner as the conventional method. . The conditions for ion implantation energy of ion implantation, the dose amount of Sb ions and As ions, and the like are not limited, and can be appropriately determined according to the purpose.
As described above, when this Sb ion or As ion is implanted, contamination by P ions may occur unintentionally.

そして、本発明では、用意した評価用半導体基板に、イオン注入装置でP汚染が発生してしまっているか否かを判定するため、まず、熱処理炉等を用いて評価用半導体基板の熱処理を行う(工程2)。
このように、評価用半導体基板に熱処理を行うことにより、意図してイオン注入したSbイオンやAsイオン、また、意図せず注入されてしまったPイオンを基板中に拡散させる。
In the present invention, in order to determine whether or not P contamination has occurred in the prepared evaluation semiconductor substrate by the ion implantation apparatus, first, the evaluation semiconductor substrate is heat-treated using a heat treatment furnace or the like. (Step 2).
In this way, by performing heat treatment on the semiconductor substrate for evaluation, Sb ions and As ions that are intentionally implanted, and P ions that are unintentionally implanted are diffused into the substrate.

本発明の評価方法では、このときのSbイオンやAsイオン、Pイオンの拡散速度の差を利用している。すなわち、評価用半導体基板を用意したときに、イオン注入装置によってPイオンによる汚染が生じている場合、上記熱処理を評価用半導体基板に施せば、SbイオンやAsイオンに比べてPイオンは拡散が速いので、Pイオンは、SbイオンまたはAsイオンの拡散領域を追い越して基板のより深い領域に拡散する。その結果、後述するように、評価用半導体基板の深さ方向の不純物拡散濃度プロファイルにその影響が表れ、P汚染の有無を判定することが可能になる。   In the evaluation method of the present invention, the difference in diffusion rates of Sb ions, As ions, and P ions at this time is used. That is, when the semiconductor substrate for evaluation is prepared and if contamination by P ions is caused by the ion implantation apparatus, if the heat treatment is performed on the semiconductor substrate for evaluation, P ions diffuse compared to Sb ions and As ions. Since it is fast, the P ions diffuse into the deeper region of the substrate, overtaking the diffusion region of Sb ions or As ions. As a result, as will be described later, the influence appears in the impurity diffusion concentration profile in the depth direction of the semiconductor substrate for evaluation, and the presence or absence of P contamination can be determined.

なお、上記熱処理の方法は特に限定されず、例えば熱処理炉に評価用半導体基板を投入して熱処理することができる。
使用する熱処理炉としては、短時間で熱処理が可能なRTA(Rapid Thermal Annealer)等の急速加熱・急速冷却装置や、一度に大量に熱処理を施すことが可能なバッチ式熱処理炉等、従来のものを使用することができる。
Note that the method for the heat treatment is not particularly limited, and for example, the heat treatment can be performed by introducing the semiconductor substrate for evaluation into a heat treatment furnace.
Conventional heat treatment furnaces such as rapid heating / cooling devices such as RTA (Rapid Thermal Annealer), which can perform heat treatment in a short time, and batch-type heat treatment furnaces capable of performing heat treatment in large quantities at once Can be used.

また、このときの熱処理温度、熱処理時間、熱処理雰囲気等の熱処理条件は特に限定されない。例えば熱処理温度を800℃以上とすれば十分な拡散速度が得られ、熱処理時間を短縮でき、1150℃以下とすれば、高温により、熱処理炉自体から発生するような熱処理炉からの汚染を除外することができ、イオン注入装置からのP汚染の有無の判定をより確かなものとすることができる。評価の精度、または効率やコスト等に応じて適宜熱処理条件を決定することができる。   Further, the heat treatment conditions such as the heat treatment temperature, the heat treatment time, and the heat treatment atmosphere at this time are not particularly limited. For example, if the heat treatment temperature is 800 ° C. or higher, a sufficient diffusion rate can be obtained, and the heat treatment time can be shortened. If the heat treatment temperature is 1150 ° C. or lower, contamination from the heat treatment furnace that occurs from the heat treatment furnace itself due to high temperature is excluded. It is possible to make the determination of the presence or absence of P contamination from the ion implantation apparatus more reliable. The heat treatment conditions can be appropriately determined according to the accuracy of evaluation, efficiency, cost, or the like.

次に、このようにして熱処理した評価用半導体基板の深さ方向の不純物(イオン注入したSbイオンやAsイオン、また、Pイオン)の拡散濃度プロファイルを求める(工程3)。
この拡散濃度プロファイルの求め方は特に限定されないが、特には角度研磨を用いて求めると良い。角度研磨による方法であれば、長時間を要することなく、また手間を比較的かけずに、簡単に求めることが可能である。同時に、測定のために高価な設備も必要としないので、コストをかけずに実施することができる。
さらに、拡散濃度プロファイルの範囲が、例えばSIMSの検出感度である1×1014atoms/cm程度の比較的低濃度の範囲にまで及んでいても正確に評価することができる。
Next, a diffusion concentration profile of impurities (ion-implanted Sb ions, As ions, and P ions) in the depth direction of the semiconductor substrate for evaluation thus heat-treated is obtained (step 3).
The method for obtaining the diffusion concentration profile is not particularly limited, but in particular, it may be obtained by using angle polishing. If it is the method by angle grinding | polishing, it can obtain | require easily, without requiring a long time and comparatively effort. At the same time, since no expensive equipment is required for the measurement, it can be carried out without cost.
Furthermore, even if the range of the diffusion concentration profile reaches a relatively low concentration range of about 1 × 10 14 atoms / cm 3, which is the SIMS detection sensitivity, for example, it can be accurately evaluated.

ここでは、角度研磨を用いた方法を例に挙げて説明する。なお、この角度研磨を用いた不純物の拡散濃度プロファイルの求め方は、例えば特開2005−223098号公報等に開示されている。
まず、上記熱処理を施した半導体基板を角度研磨する。この角度研磨においては、評価用半導体基板を劈開する等して表面に垂直な端面を形成し、この端面を表面に対して所定の角度を有するように研磨して角度研磨面を形成する。この角度研磨面における斜め方向の不純物の濃度の分布は、評価用半導体基板の深さ方向の不純物の濃度分布をその研磨角度に応じて拡張したものとなっている。例えば研磨角度を75′〜1°9′とすれば、その拡張率は10〜50倍となる。この研磨角度は自由に設定することができ、各種条件に応じてその都度決定することができる。
Here, a method using angle polishing will be described as an example. Note that a method for obtaining the impurity diffusion concentration profile using this angle polishing is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-223098.
First, the semiconductor substrate subjected to the heat treatment is angle-polished. In this angle polishing, an end surface perpendicular to the surface is formed by, for example, cleaving the evaluation semiconductor substrate, and this end surface is polished to have a predetermined angle with respect to the surface to form an angle polished surface. The impurity concentration distribution in the oblique direction on the angle polished surface is an extension of the impurity concentration distribution in the depth direction of the semiconductor substrate for evaluation according to the polishing angle. For example, if the polishing angle is 75 ′ to 1 ° 9 ′, the expansion rate is 10 to 50 times. This polishing angle can be set freely and can be determined each time according to various conditions.

次に、評価用半導体基板の深さ方向の抵抗率分布を求める。
図2は抵抗率分布の測定方法の一例を示す概略図である。評価用半導体基板1に形成した角度研磨面2のウェーハの元の表面の位置から角度研磨面に沿って斜め方向にSR測定用プローブ3を移動させながら、プローブ3に接続された図示しないSR測定器によりSR法で抵抗率を測定することにより、評価用半導体基板の深さ方向の抵抗率分布を求めることができる。SR法では、プローブの近傍の微小な領域での抵抗率の測定が可能であり、しかも前述のように、角度研磨面における不純物の濃度分布は拡張しているので、不純物の濃度分布に対応する抵抗率分布もまた拡張しており、正確な抵抗率分布の測定を深さ方向について高分解能で行なうことができる。例えば、深さ方向で0.05μm間隔での抵抗率測定が可能である。また、SR法としては定電流法、定電圧法のいずれでもよい。
そして、このようにして深さ方向の抵抗率分布を求め、その後、例えばASTMで抵抗率を換算して、熱処理により拡散した不純物の濃度プロファイルを得ることができる。
Next, the resistivity distribution in the depth direction of the semiconductor substrate for evaluation is obtained.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a method for measuring resistivity distribution. SR measurement (not shown) connected to the probe 3 while moving the SR measurement probe 3 obliquely along the angle polishing surface from the position of the original surface of the wafer of the angle polishing surface 2 formed on the semiconductor substrate 1 for evaluation. The resistivity distribution in the depth direction of the semiconductor substrate for evaluation can be obtained by measuring the resistivity by the SR method using a container. In the SR method, it is possible to measure the resistivity in a minute region near the probe, and as described above, the impurity concentration distribution on the angle polished surface is expanded, so that it corresponds to the impurity concentration distribution. The resistivity distribution has also been expanded so that accurate resistivity distribution measurement can be performed with high resolution in the depth direction. For example, the resistivity can be measured at intervals of 0.05 μm in the depth direction. The SR method may be either a constant current method or a constant voltage method.
Then, the resistivity distribution in the depth direction is obtained in this way, and then the resistivity is converted by, for example, ASTM, so that a concentration profile of impurities diffused by the heat treatment can be obtained.

図3は、上記方法によって得られた不純物の拡散濃度プロファイルの一例を示したグラフである。図3には、比較のため、P汚染が発生していない場合(図3のグラフA)、P汚染が発生している場合(図3のグラフB)を示している。   FIG. 3 is a graph showing an example of a diffusion concentration profile of impurities obtained by the above method. For comparison, FIG. 3 shows a case where P contamination has not occurred (graph A in FIG. 3) and a case where P contamination has occurred (graph B in FIG. 3).

図3のグラフAに示すように、まず、P汚染が発生していない場合は基板の深さ方向に向かって徐々にその濃度がほぼ一様に減少している。熱処理により不純物(この場合SbイオンまたはAsイオン)が拡散している様子がわかる。なお、基板深さ3μm以降において、濃度が5.00E+13で一定となっているのは使用したシリコン基板の抵抗率で決定される検出限界による。   As shown in graph A of FIG. 3, first, when no P contamination occurs, the concentration gradually decreases substantially uniformly in the depth direction of the substrate. It can be seen that impurities (in this case, Sb ions or As ions) are diffused by the heat treatment. Note that the reason why the concentration is constant at 5.00E + 13 after the substrate depth of 3 μm is due to the detection limit determined by the resistivity of the silicon substrate used.

一方、P汚染が発生している場合(グラフB)、意図せずイオン注入装置から注入されてしまったPイオンのために不純物(この場合、SbイオンまたはAsイオン、そしてPイオン)の濃度分布に影響が生じている。しかも、前述したように、このPイオンは、SbイオンやAsイオンよりも拡散が速いために、P汚染が発生していない場合と同様の熱処理を行ったものであれば、その拡散速度の差により、SbイオンやAsイオンの拡散領域を追い越して基板の一層深い領域にまで拡散していることになる。すなわち、熱処理条件等にもよるが、基板のより深い領域において、濃度プロファイルに変化が見られる。
その結果、図3のグラフBのように、グラフの傾きが変化してテールを引き、変曲点Cを持った拡散濃度プロファイルとなる。
On the other hand, when P contamination has occurred (graph B), the concentration distribution of impurities (in this case, Sb ions, As ions, and P ions) due to P ions that have been unintentionally implanted from the ion implanter. Has been affected. Moreover, as described above, since the diffusion of P ions is faster than that of Sb ions and As ions, if the heat treatment is performed in the same manner as in the case where P contamination is not generated, the difference in diffusion rate is different. As a result, the Sb ions and As ions are diffused to a deeper region of the substrate by overtaking the diffusion region. That is, although it depends on the heat treatment conditions and the like, a change is seen in the concentration profile in a deeper region of the substrate.
As a result, as shown in the graph B of FIG. 3, the slope of the graph changes to draw a tail, resulting in a diffusion density profile having an inflection point C.

以上のように、P汚染が発生している場合、基板中に拡散されてしまったPイオンの影響によって、グラフAのようにほぼ一様に濃度が減少していくのではなく、グラフBのように、基板のある深さにおいて不純物の濃度の減少の度合い(拡散の度合い)に変化が見られ、変曲点Cが見られるグラフになる。これに対して、P汚染が発生していないときは(グラフA)、変曲点Cは見られない。
このように、変曲点Cに基づいてP汚染の有無を判定して半導体基板を評価することができる(工程4)。
As described above, when P contamination occurs, the concentration does not decrease almost uniformly as shown in graph A due to the influence of P ions diffused in the substrate. Thus, a change is seen in the degree of decrease in impurity concentration (diffusion degree) at a certain depth of the substrate, and an inflection point C is seen. On the other hand, when P contamination does not occur (graph A), the inflection point C is not seen.
Thus, the semiconductor substrate can be evaluated by determining the presence or absence of P contamination based on the inflection point C (step 4).

以上、本発明によれば、まず、熱処理を施した評価用半導体基板中における不純物の拡散濃度プロファイルを求める。そして、そのプロファイルにおける変曲点からP汚染の有無を判定することができるので、実に簡単である。特に、角度研磨を用いて拡散濃度プロファイルを求めれば、コストや時間をかけず、また、SIMS等よりもさらに低い濃度範囲をより高精度に測定することができ、評価を行うことが可能である。   As described above, according to the present invention, first, the diffusion concentration profile of impurities in the semiconductor substrate for evaluation subjected to the heat treatment is obtained. And since the presence or absence of P contamination can be determined from the inflection point in the profile, it is very simple. In particular, if a diffusion concentration profile is obtained by using angle polishing, it is possible to measure and evaluate a concentration range lower than SIMS with higher accuracy without cost and time. .

以下に本発明の実施例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
(実施例1〜4)
サンプルとして、まず、直径150mm、厚さ625μm、抵抗率100Ωcmのシリコンウエーハを4枚用意した。これらのシリコンウエーハに、従来のイオン注入装置を用い、イオン注入エネルギー60keVでSbイオンをそれぞれ同様に注入した。
これらのシリコンウエーハのうち、1枚はそのままでP汚染せず、残りの3枚に対してはPイオンをイオン注入エネルギー32keVで注入して故意にP汚染し(1E+11atoms/cm、2E+11atoms/cm、1E+12atoms/cm)、評価用シリコンウエーハとした。
The present invention will be described in detail below with reference to examples of the present invention, but these examples do not limit the present invention.
(Examples 1-4)
As samples, first, four silicon wafers having a diameter of 150 mm, a thickness of 625 μm, and a resistivity of 100 Ωcm were prepared. Sb ions were similarly implanted into these silicon wafers with an ion implantation energy of 60 keV using a conventional ion implantation apparatus.
Of these silicon wafers, one is left as it is without P contamination, and the remaining three wafers are intentionally P contaminated by implanting P ions with an ion implantation energy of 32 keV (1E + 11 atoms / cm 2 , 2E + 11 atoms / cm 2) . 2 and 1E + 12 atoms / cm 2 ), a silicon wafer for evaluation.

これらの4枚の評価用シリコンウエーハに対して本発明の評価方法を実施した。まず、従来の熱処理炉を用い、1%酸素濃度雰囲気のもと、1150℃で360分の熱処理を施した。   The evaluation method of the present invention was carried out on these four evaluation silicon wafers. First, using a conventional heat treatment furnace, heat treatment was performed at 1150 ° C. for 360 minutes under a 1% oxygen concentration atmosphere.

その後、それぞれの評価用シリコンウエーハを劈開し、研磨角度1°9′として角度研磨した。そして、角度研磨の抵抗率分布をSR測定器で測定した。このときの測定は、評価用シリコンウエーハの深さ方向に換算して深さ6μmまで行った。
このようにして測定した抵抗率分布を不純物の濃度プロファイルに換算した。その結果を図4に示す。5E+13atoms/cmのオーダーまで検出することができた。
Thereafter, each evaluation silicon wafer was cleaved and polished at an angle of 1 ° 9 ′. Then, the resistivity distribution of angle polishing was measured with an SR measuring device. The measurement at this time was performed up to a depth of 6 μm in terms of the depth direction of the evaluation silicon wafer.
The resistivity distribution thus measured was converted into an impurity concentration profile. The result is shown in FIG. Detection was possible up to the order of 5E + 13 atoms / cm 3 .

図4に示すように、故意にPイオンを注入した評価用シリコンウエーハにおける不純物の濃度プロファイルでは変曲点が見られ、テールを引くプロファイルとなっている。すなわち、Pイオンを1E+11atoms/cmで注入した場合(○のグラフ)では、基板深さ方向で2.8μm近傍に、2E+11atoms/cmで注入した場合(△のグラフ)では、基板深さ方向で2.7μm近傍に、1E+12atoms/cmで注入した場合(□のグラフ)では、基板深さ方向で2.5μm近傍に変曲点を持っていることが判る。
また、ドーズ量が高いほど、すなわち注入されたPイオン量が多いほど、変曲点がより基板の表面から近い位置で見られることが判る。
As shown in FIG. 4, an inflection point is seen in the impurity concentration profile in the evaluation silicon wafer in which P ions are intentionally implanted, and the tail is drawn. That is, when P ions are implanted at 1E + 11 atoms / cm 2 (circled graph), in the vicinity of 2.8 μm in the substrate depth direction, when implanted at 2E + 11 atoms / cm 2 (triangled graph), the substrate depth direction In the case of implantation at 1E + 12 atoms / cm 2 near 2.7 μm (square graph), it can be seen that there is an inflection point near 2.5 μm in the substrate depth direction.
It can also be seen that the higher the dose, that is, the greater the amount of implanted P ions, the more inflection points can be seen at a position closer to the surface of the substrate.

これに対し、P汚染を行わなかった場合(×のグラフ)では、変曲点は特に見られず、検出限界の5E+13atoms/cmまで緩やかに一様に減少していくプロファイルとなっていた。 On the other hand, when P contamination was not performed (graph x), no inflection point was observed, and the profile gradually and uniformly decreased to the detection limit of 5E + 13 atoms / cm 3 .

(実施例5〜8)
SbイオンのかわりにAsイオンを注入すること以外は実施例1〜4と同様にして本発明の評価方法を実施したところ、実施例1〜4と同様に、P汚染されている評価用シリコンウエーハでは変曲点が観測され、P汚染されていない評価用シリコンウエーハでは変曲点は観測されなかった。
(Examples 5 to 8)
The evaluation method of the present invention was carried out in the same manner as in Examples 1 to 4 except that As ions were implanted instead of Sb ions. As in Examples 1 to 4, P-contaminated silicon wafers for evaluation were used. Then, an inflection point was observed, and no inflection point was observed in the silicon wafer for evaluation not contaminated with P.

以上のように、本発明のように、SbイオンまたはAsイオンを基板中に注入した半導体基板を熱処理し、その後に測定した不純物の拡散濃度プロファイルにおいて、変曲点をもとにP汚染が生じているか否かを判定して評価する方法が十分に高精度で有効であることが判った。しかも、簡単かつコストをかけずに行うことができる。   As described above, as in the present invention, P contamination occurs based on the inflection point in the impurity diffusion concentration profile measured after the heat treatment of the semiconductor substrate in which Sb ions or As ions are implanted into the substrate. It has been found that the method of judging and evaluating whether or not is sufficiently accurate and effective. Moreover, it can be carried out easily and without cost.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

本発明の半導体基板のP汚染評価方法の工程の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the process of the P contamination evaluation method of the semiconductor substrate of this invention. 抵抗率分布の測定方法の一例を示す概略図である。。It is the schematic which shows an example of the measuring method of resistivity distribution. . 半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the diffusion concentration profile of the impurity of the depth direction of a semiconductor substrate. 実施例1〜4における評価用シリコンウエーハの深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルの測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the diffusion concentration profile of the impurity of the depth direction of the silicon wafer for evaluation in Examples 1-4.

符号の説明Explanation of symbols

1…評価用半導体基板、 2…角度研磨面、 3…プローブ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate for evaluation, 2 ... Angle polishing surface, 3 ... Probe.

Claims (2)

イオンインプランテーションによりSbイオンまたはAsイオンを注入した半導体基板を評価する方法であって、少なくとも、前記SbイオンまたはAsイオンを注入した半導体基板に熱処理を施した後、該熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを求め、該拡散濃度プロファイルの変曲点に基づいてイオン注入装置からのP汚染の有無を判定して評価することを特徴とする半導体基板のP汚染評価方法。   A method of evaluating a semiconductor substrate implanted with Sb ions or As ions by ion implantation, wherein at least the semiconductor substrate implanted with Sb ions or As ions is subjected to a heat treatment, and then the semiconductor substrate subjected to the heat treatment is subjected to heat treatment. A method for evaluating P contamination of a semiconductor substrate, comprising: obtaining a diffusion concentration profile of impurities in a depth direction; and determining and evaluating the presence or absence of P contamination from an ion implantation apparatus based on an inflection point of the diffusion concentration profile . 前記熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを角度研磨を用いて求めることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板のP汚染評価方法。
2. The method for evaluating P contamination of a semiconductor substrate according to claim 1, wherein a diffusion concentration profile of impurities in the depth direction of the semiconductor substrate subjected to the heat treatment is obtained by angle polishing.
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