JP2010016042A - 元素分析方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プロトンを、0°より大きく90°より小さいプロトン入射角で分析対象の基板へ入射させる。このとき、プロトンの入射により励起され、分析対象の基板から放射される特性X線は、エネルギー分散型のX線検出器等により計測される。分析対象の基板内部に存在する不純物元素は、計測された特性X線から特定される。プロトンビームを走査することで基板面内の分布を取得でき、異なるプロトン入射角でプロトンを入射することで深さ方向の分布を取得することができる。また、当該元素分析方法を、半導体装置の製造工程に適用することで、金属汚染の分析や導電型決定不純物量の定量をインラインでかつ高精度に実施できる。
【選択図】図3
Description
本発明に係る第1の実施形態は、シリコン単結晶基板(以下、適宜、Si基板という。)中へイオン注入された導電型決定不純物を検出する事例である。本実施形態では、表面にパターンが存在しないSi基板(以下、適宜、ベア基板という。)の全面に砒素イオン(As+)をイオン注入した試料を使用している。砒素イオンの注入条件は、加速エネルギー10keV、ドーズ量5E14atoms/cm2である。
第1の実施形態ではSi基板中に存在する導電型決定不純物元素を高感度で検出できることを説明した。本実施形態では、本発明に係る元素分析法により、Si基板に対する汚染物質となる重金属元素も高感度に分析可能であることを説明する。表1は上述のPXIE分析装置を用いてSi基板中に存在する重金属元素を分析した結果の一例を示す表である。
上記第1の実施形態では、Si基板中にイオン注入された導電型決定不純物のPIXE分析装置を用いた元素分析手法を説明した。第1の実施形態で説明した手法では、分析対象不純物元素(上記説明では砒素)の特性X線の強度を増加させることができる反面、制動放射に起因する連続スペクトルは依然として存在しているため、ドーズ量の小さい導電型決定不純物の検出および注入量の測定が困難である。そこで、本発明に係る第3の実施形態では、さらに少量の不純物の検出と存在量の測定を可能とする元素分析方法について説明する。
本実施形態は、第1〜第3の実施形態による元素分析法を用いた元素分析工程を含む半導体装置の製造工程を説明する。
(a)導電型不純物元素の定量分析への適用
上述のように、本発明に係る元素分析方法によれば、導電型決定不純物の注入量を定量することができる。そこで、当該元素分析方法を利用した第1の態様の半導体装置の製造方法では、イオン注入工程において、当該元素分析方法により注入量を測定し、例えば、次工程への投入可否を判定する。
(b)重金属元素汚染分析への適用
上述のように、本発明に係る元素分析方法によれば、重金属元素の存在量を定量することができる。そこで、当該元素分析方法を利用した第2の態様の半導体装置の製造方法では、当該元素分析方法により重金属元素の存在量を測定し、例えば、次工程への投入可否を判定する。
2 偏向電磁石
3 低エネルギー輸送部
4 加速部
5 高エネルギー輸送部
6 分析振分部
7 分析用チャンバ
8 試料台
9 試料台回転軸
10 試料
11 エネルギー分散型X線検出器
20 ビーム生成部
21 プロトンビーム
22 X線
41 砒素イオン注入基板のEDXスペクトル曲線(プロトン入射角75°)
42 砒素イオン注入基板のEDXスペクトル曲線(プロトン入射角0°)
51 砒素イオン注入基板のEDXスペクトル曲線(プロトン入射角75°)
52 砒素イオン注入基板のEDXスペクトル曲線(プロトン入射角0°)
61 砒素イオン注入基板のEDXスペクトル曲線(プロトン入射角88°)
71 シリコン基板
72 有機樹脂膜
Claims (18)
- 基板に含まれる不純物元素を検出する元素分析方法において、
イオンビームを、基板表面に対する法線と前記イオンビームの入射方向とがなす角をイオンビーム入射角として、0°より大きく90°より小さい前記イオンビーム入射角で前記基板へ入射させるステップと、
前記イオンビームの入射により励起され、前記基板から放射される特性X線を計測するステップと、
前記計測した特性X線により、前記基板内部に存在する不純物元素を検出するステップと、
を含むことを特徴とする元素分析方法。 - 前記イオンビームの入射および前記特性X線の計測が、前記基板上の複数位置において実行され、前記基板上の各位置において計測された特性X線の強度により、特性X線により特定される不純物元素の、前記基板面内における存在量の分布を取得する、請求項1に記載の元素分析方法。
- 前記イオンビームの入射が、前記イオンビーム入射角を変化させることにより複数の前記イオンビーム入射角で実行され、前記各イオンビーム入射角において計測された特性X線の強度により、特性X線により特定される不純物元素の、前記基板の深さ方向における存在量の分布を取得する、請求項1または2記載の元素分析方法。
- 前記基板は、シリコン単結晶基板上にシリコン元素を実質的に含まない有機樹脂膜を形成した基板である、請求項1から3のいずれか1項に記載の元素分析方法。
- 前記基板はシリコン単結晶基板である、請求項1から3のいずれか1項に記載の元素分析方法。
- 前記有機樹脂膜はレジスト膜である、請求項4記載の元素分析方法。
- 前記不純物元素はシリコン単結晶基板中で導電型を決定する不純物元素である、請求項1から6のいずれか1項に記載の元素分析方法。
- 前記不純物元素は金属元素である、請求項1から6のいずれか1項に記載の元素分析方法。
- 前記不純物元素はシリコン単結晶基板中で導電型を決定する不純物元素であり、当該不純物元素の大部分は前記有機樹脂膜に含まれる、請求項4または6記載の元素分析方法。
- 前記不純物元素は金属元素であり、当該金属元素の大部分は前記有機樹脂膜に含まれる、請求項4または6記載の元素分析方法。
- 基板に含まれる不純物元素を検出する元素分析方法において、
シリコン単結晶基板上に有機樹脂膜を形成した基板に、前記基板の表面とのなす角が0°より大きく、0.5°以下となる角度で蛍光X線を入射させるステップと、
前記蛍光X線の入射により励起され、前記基板から放射される特性X線を計測するステップと、
前記計測した特性X線により、前記基板内部に存在する不純物元素を検出するステップと、
を有することを特徴とする元素分析方法。 - 前記不純物元素はリンまたはアルミニウムである、請求項11記載の元素分析方法。
- 導電型決定不純物元素をシリコン単結晶基板にイオン注入する工程を有する、半導体装置の製造方法において、
半導体素子を形成すべき第1のシリコン単結晶基板へ、導電型決定不純物元素を導入する第1のイオン注入ステップと、
第2のシリコン単結晶基板に、前記第1のイオン注入と同一の注入条件で、前記導電型決定不純物元素を導入する第2のイオン注入ステップと、
イオンビームを、前記第2のシリコン単結晶基板の表面に対する法線と前記イオンビームの入射方向とがなす角をイオンビーム入射角として、0°より大きく90°より小さい前記イオンビーム入射角で前記第2のシリコン単結晶基板へ入射させるステップと、
前記イオンビームの入射により励起され、前記第2のシリコン単結晶基板に導入された前記導電型決定不純物元素から放射される特性X線を計測するステップと、
前記第1のイオン注入による前記導電型決定不純物元素の注入量として、前記計測した特性X線の強度により、前記第2のイオン注入による前記導電型決定不純物元素の注入量を算出するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 導電型決定不純物元素をシリコン単結晶基板にイオン注入する工程を有する、半導体装置の製造方法において、
半導体素子を形成すべきシリコン単結晶基板である第1の基板に導電型決定不純物元素を導入する第1のイオン注入ステップと、
シリコン単結晶基板上にシリコン元素を実質的に含まない有機樹脂膜が形成された第2の基板に、前記第1のイオン注入と同一の注入条件で、前記導電型決定不純物元素を導入する第2のイオン注入ステップと、
イオンビームを、前記第2の基板の表面に対する法線と前記イオンビームの入射方向とがなす角をイオンビーム入射角として、0°より大きく90°より小さい前記イオンビーム入射角で前記第2の基板へ入射させるステップと、
前記イオンビームの入射により励起され、前記第2の基板に導入された前記導電型決定不純物元素から放射される特性X線を計測するステップと、
前記第1のイオン注入による前記導電型決定不純物元素の注入量として、前記計測した特性X線の強度により、前記第2のイオン注入による前記導電型決定不純物元素の注入量を算出するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体装置の製造方法において、
半導体素子を形成すべき第1の基板にイオン注入処理またはプラズマ処理を含む所定処理を行うステップと、
第2の基板に前記所定処理と同一の処理条件で同一の処理を行うステップと、
イオンビームを、前記処理された第2の基板の表面に対する法線と前記イオンビームの入射方向とがなす角をイオンビーム入射角として、0°より大きく90°より小さい前記イオンビーム入射角で前記第2の基板へ入射させるステップと、
前記イオンビームの入射により励起され、前記第2の基板から放射される特性X線を計測するステップと、
前記計測した特性X線により、前記第2の基板内部に存在する金属元素を検出するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の基板は、シリコン単結晶基板上にシリコン元素を実質的に含まない有機樹脂膜が形成された基板である、請求項15記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体装置の製造方法において、
半導体素子を形成すべきシリコン単結晶基板を含む基板に、イオン注入処理またはプラズマ処理を含む所定処理を行うステップと、
前記所定処理後、前記シリコン単結晶基板上に形成された前記半導体素子を構成する各種の膜を除去するステップと、
イオンビームを、前記各種の膜を除去した基板の表面に対する法線と前記イオンビームの入射方向とがなす角をイオンビーム入射角として、0°より大きく90°より小さい前記イオンビーム入射角で前記各種の膜を除去した基板へ入射させるステップと、
前記イオンビームの入射により励起され、前記各種の膜を除去した基板から放射される特性X線を計測するステップと、
前記計測した特性X線により、前記各種の膜を除去した基板内部に存在する金属元素を検出する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記半導体素子は固体撮像素子である、請求項15から17のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131127 |