JP2626275B2 - Ion implantation monitoring method - Google Patents

Ion implantation monitoring method

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JP2626275B2 JP3033305A JP3330591A JP2626275B2 JP 2626275 B2 JP2626275 B2 JP 2626275B2 JP 3033305 A JP3033305 A JP 3033305A JP 3330591 A JP3330591 A JP 3330591A JP 2626275 B2 JP2626275 B2 JP 2626275B2
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oxide film
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film
probe
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はイオン注入装置の管理方
法に関する。近年, イオン注入技法は半導体デバイス製
造プロセスに不可欠であるが, そのために速くて, 且つ
正確なドーズモニタリング技術が必要になってきてい
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for managing an ion implantation apparatus. In recent years, ion implantation techniques are indispensable for the semiconductor device manufacturing process, and for that purpose, fast and accurate dose monitoring technology is required.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のドーズモニタリング技術は, 高ド
ーズ領域( ドーズ量が1x1014 cm -2以上)に対してはイ
オン注入された測定試料(TP) のシート抵抗を測定する
方法によっているが, 低ドーズ領域( ドーズ量が1x1014
cm -2 以下)に対しては測定値が大きく, ドーズの変
動に追従できないという難点があった。
2. Description of the Related Art The conventional dose monitoring technique is based on a method of measuring the sheet resistance of an ion-implanted measurement sample (TP) in a high dose region (dose amount of 1 × 10 14 cm −2 or more). Low dose area (dose is 1x10 14
(cm -2 or less), the measured value was large, and there was a drawback that the dose could not be followed.

【0003】近時, サーマプローブ法が登場してからは
低ドーズ領域に対しては約10分という短時間でTPの結果
が判明する状態になっている。 サーマプローブ法はサ
ーマプローブ(商品名 DTHERMA-PROBE 300, 製造元 THER
MA-WAVE Inc.) を使用してイオン注入された不純物に
基づく結晶欠陥を光学的に測定し,これをドーズ量に換
算する方法であるから, TPのアニーリングを行なう必要
はなく, 非破壊的測定方法であり且つ簡便である。
[0003] Recently, the results of TP have been found in a short time of about 10 minutes for a low dose region since the advent of the therma probe method. Therma probe method is therma probe (trade name DTHERMA-PROBE 300, manufacturer THER
MA-WAVE Inc.) is a method of optically measuring the crystal defects based on the ion-implanted impurities and converting them into doses. Therefore, there is no need to perform TP annealing, and nondestructive It is a measuring method and simple.

【0004】一方, 高ドーズ領域に対して行なわれてい
る従来のシート抵抗の測定は, イオン注入されたTPをア
ニーリングし, その後, 酸化膜( シリコンの場合はSiO2
膜)を除去してから4端針測定器によって測定するため
に,結果が判明するまでに3乃至4 時間が必要である。
しかもこれは破壊的な方法であってTPを再利用すること
はできない。
On the other hand, in the conventional measurement of the sheet resistance performed for a high dose region, the ion-implanted TP is annealed, and then an oxide film (in the case of silicon, SiO 2 is used).
It takes 3 to 4 hours for the results to be determined, after removal of the film, to measure with a four-point needle meter.
Moreover, this is a destructive method and TP cannot be reused.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そのために高ドーズ領
域に対しても, 当然 サーマプローブ法が適用されるべ
きである。然しサーマプローブ法において測定可能の不
純物濃度範囲は, ドーズ量が略1x1014 cm -2 以下であ
って, サーマプローブ法を高ドーズ領域に対してモニタ
リングに利用することはできなかった。
Therefore, the thermistor probe method should be applied to a high dose region. However, the measurable impurity concentration range in the therma-probe method was about 1 × 10 14 cm -2 or less, and therma-probe method could not be used for monitoring high dose regions.

【0006】そこで本発明の目的は, 高ドーズ領域に対
してもサーマプローブ法を適用してドーズモニタリング
の効率が向上する方法を提供することであり, ひいては
TPを再利用することによるコストダウンにも寄与するこ
とである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for improving the efficiency of dose monitoring by applying therma probe method even to a high dose region.
It also contributes to cost reduction by reusing TP.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題は、 イオン
を注入する基板(TP)上に酸化膜を形成し、該酸化膜
の厚さをサ−マプロ−ブの出力がド−ズ量に比例するよ
うに設定し、該酸化膜を介して該基板にイオン注入を行
い、サ−マプロ−ブ法を用いて該基板に注入されたイオ
ンのド−ズ量を測定する方法及び、イオンのド−ズ量
測定した後更に前記基板上に形成された前記酸化膜
を除去し、該酸化膜が除去された該基板を熱処理した
後、再度、該基板上に酸化膜を形成し、該酸化膜の厚さ
をサ−マプロ−ブの出力がド−ズ量に比例するように設
定し、再度TPとして利用する方法によって解決され
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The above object is achieved by an ion
The oxide film formed on the substrate (TP) for injecting, the oxide film
The output of the thermal probe is proportional to the dose.
And sea urchin set, ions are implanted into the substrate through the oxide film, Sa - Mapuro - injected into the substrate by using the blanking method Io
Emissions of de - How to measure the amount's and, de ions - the amount's
After the measurement, the oxide film formed on the substrate was further removed, and the substrate from which the oxide film had been removed was heat-treated .
Thereafter, an oxide film is formed again on the substrate, and the thickness of the oxide film is
Is set so that the output of the thermal probe is proportional to the dose.
Constant, and is solved again, by a method utilizing as a TP.

【0008】図1 は本発明の原理説明図である。図中,
実線はシリコン酸化膜(SiO2膜)が形成されたシリコン基
板に高ドーズの不純物イオン注入を行なった場合の不純
物濃度分布を示している。又, 点線は SiO2膜の無いシ
リコン基板に同様の条件で高ドーズの不純物イオン注入
を行なった場合の不純物濃度分布を示している。SiO2
のある場合にはシリコン基板に注入される不純物は, Si
O2膜の無い場合に較べると一桁以上減少する。従って,
この状態はサーマプローブによる測定可能な範囲に入っ
ているので, サーマプローブによるモニタリングが実施
できる。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention. In the figure,
The solid line shows the impurity concentration distribution when a high dose impurity ion implantation is performed on a silicon substrate on which a silicon oxide film (SiO2 film) is formed. The dotted line shows the impurity concentration distribution when a high dose of impurity ions is implanted into a silicon substrate having no SiO2 film under the same conditions. If there is a SiO 2 film, the impurity implanted into the silicon substrate is Si
Compared to the case without the O 2 film, the number is reduced by one digit or more. Therefore,
Since this state is within the range that can be measured by therma probe, monitoring by therma probe can be performed.

【0009】[0009]

【作用】SiO2膜中の不純物の拡散係数は, シリコン基板
中のそれよりも小さいことが知られている。従って, Si
O2膜は注入されたイオンをトラップするドーズトラップ
の性質を持つことになり, 大部分のイオンはSiO2膜にト
ラップされてシリコン基板に注入される量は少なくな
る。
It is known that the diffusion coefficient of impurities in a SiO 2 film is smaller than that in a silicon substrate. Therefore, Si
The O 2 film has the property of a dose trap that traps the implanted ions, and most of the ions are trapped by the SiO 2 film and injected into the silicon substrate in a small amount.

【0010】SiO2 膜にトラップされる不純物の量
は、注入エネルギ−とSiO2 膜の厚さに依存する。
従って、常用の注入エネルギ−で、シリコン基板中に低
ド−ズ量が注入されるようにSiO2 膜の厚さを設定す
る。 このようにSiO2 膜の厚さを設定することに
って、高ド−ズ注入の場合も実際シリコン基板中に注入
されるド−ズ量は低ド−ズになる。 従って、この場合
サ−マプロ−ブ法による測定が可能になる。
[0010] The amount of impurities trapped in the SiO 2 film, implantation energy - depends on the thickness of the SiO 2 film.
Therefore, the thickness of the SiO 2 film is set so that a low dose is implanted into the silicon substrate with the usual implantation energy. To set the thickness of the SiO 2 film in this way
I, the high de - de injected into practice silicon substrate even in the case of FIG injection -'s weight low de - becomes's. Therefore, in this case, measurement by the thermal probe method becomes possible.

【0011】図2 は, 注入エネルギーに対してSiO2膜の
厚さが不適当な場合の説明図である。 図2(a)は, 高ド
ーズ量の不純物が全部シリコン基板中に注入されている
場合の不純物濃度分布を示している。 図2(b)は, 不純
物濃度分布が図2(a)のような場合に, サーマプローブの
出力(TW)が一定のドーズ量を越えると不安定になり,ド
ーズ量に比例しなくなる様子を示している。
FIG. 2 is an explanatory diagram in the case where the thickness of the SiO 2 film is inappropriate for the implantation energy. FIG. 2 (a) shows an impurity concentration distribution in a case where a high dose impurity is entirely implanted into a silicon substrate. Fig. 2 (b) shows that when the impurity concentration distribution is as shown in Fig. 2 (a), the output (TW) of the thermistor becomes unstable when it exceeds a certain dose, and becomes in proportion to the dose. Is shown.

【0012】図3 は, 注入エネルギーに対してSiO2膜の
厚さが適当な場合の説明図である。図3(a)は, 高ドーズ
量の不純物の大部分がSiO2膜にトラップされて, 少量の
不純物がシリコンン基板中に注入されている場合の不純
物濃度分布を示している。図3(b)は, 不純物濃度分布が
図3(a)のような場合に, サーマプローブの出力(TW)がド
ーズ量に比例している様子を示している。この様な場合
が, 高ドーズモニタリングが サーマプローブ法によっ
て行なわれる本発明の場合である。一般に, 不純物の拡
散係数は基板の酸化膜中の方が基板中よりも小さいの
で, 上記事柄はシリコン以外の基板及びその酸化膜の組
合わせに対しても当てはまる。
FIG. 3 is an explanatory diagram in the case where the thickness of the SiO 2 film is appropriate for the implantation energy. FIG. 3 (a) shows the impurity concentration distribution when most of the high-dose impurities are trapped in the SiO 2 film and a small amount of impurities is implanted into the silicon substrate. FIG. 3 (b) shows how the output (TW) of the therma probe is proportional to the dose when the impurity concentration distribution is as shown in FIG. 3 (a). Such a case is the case of the present invention in which high dose monitoring is performed by therma probe method. In general, since the diffusion coefficient of impurities is smaller in the oxide film of the substrate than in the substrate, the above-mentioned matter also applies to a combination of a substrate other than silicon and its oxide film.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の実施例に対して説明する。p 型, 比
抵抗が15Ωcmのシリコンウェファに対して通常の表面洗
浄を行って後に, このシリコンウェファ表面に通常の熱
酸化法により厚さ約100 nmのSiO2膜を形成する。
An embodiment of the present invention will be described. After performing normal surface cleaning on a silicon wafer having a p-type resistivity of 15 Ωcm, an SiO 2 film having a thickness of about 100 nm is formed on the surface of the silicon wafer by a normal thermal oxidation method.

【0014】このウェファを高ドーズイオン注入のTPと
して使用する。このTPに対して, 硼素イオン(B+ ) をエ
ネルギー15KeV, ドーズ量2x1015 で注入を行う。その
後,このTPをサーマプローブ法によって測定する。 サ
ーマプローブの出力は注入のドース量に予めキャリイブ
レーションしてあるからサーマプローブの出力から直ち
にドーズ量が得られる。 イオン注入を行って後, ドー
ズ量の値が得られるまでの時間は20分乃至40分である。
このように, TPをサーマプローブ法によって測定するこ
とにより高ドーズモニタリングを行なう。
This wafer is used as a TP for high dose ion implantation. Boron ions (B + ) are implanted into the TP at an energy of 15 KeV and a dose of 2 × 10 15 . Then, this TP is measured by therma probe method. Since the output of the therma probe is previously calibrated to the dose of the injection, the dose can be obtained immediately from the output of the therma probe. After ion implantation, the time until the dose value is obtained is 20 minutes to 40 minutes.
Thus, high dose monitoring is performed by measuring TP by therma probe method.

【0015】このTPのSiO2膜を弗酸で除去し, 次いで,
これを真空又は不活性ガス雰囲気中において, 900 °C
乃至1000°で約30分間アニールし, イオン注入に伴って
生じた結晶欠陥を除去し, 改めて前記同様の酸化膜を形
成すればこれを新しいTPとして再利用することができ
る。更に,またTPのSiO2膜を除去せずに残し,不活性ガ
ス雰囲気中において同様のアニールを行い,これを新し
いTPとして再利用することもできる。
The SiO 2 film of the TP is removed with hydrofluoric acid.
900 ° C in a vacuum or inert gas atmosphere
Annealing at ~ 1000 ° for about 30 minutes to remove crystal defects caused by ion implantation and forming an oxide film similar to the above can be reused as a new TP. Further, the same annealing can be performed in an inert gas atmosphere, leaving the SiO 2 film of the TP without removing it, and this can be reused as a new TP.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明によって, TPの測定結果が判明す
るまでの時間が従来の1/5 に短縮されて, 高ドーズイオ
ン注入モニタリングの効率が格段に向上する。又, TPは
再利用することができる結果, コストダウンにも寄与す
るところが大きい。
According to the present invention, the time until the measurement result of TP becomes clear is reduced to 1/5 of the conventional case, and the efficiency of high dose ion implantation monitoring is remarkably improved. In addition, TP can be reused, which greatly contributes to cost reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図2】 注入エネルギーに対してSiO2膜の厚さが不適
当な場合の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram in a case where the thickness of an SiO 2 film is inappropriate for implantation energy.

【図3】 注入エネルギーに対してSiO2膜の厚さが適当
な場合の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram in a case where the thickness of an SiO 2 film is appropriate for implantation energy.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 高ド−ズイオン注入のド−ズモニタリン
グ方法において、イオンを注入する 基板上に酸化膜を形成し、該酸化膜の
厚さをサ−マプロ−ブの出力がド−ズ量に比例するよう
に設定する工程と、 該酸化膜を介して該基板にイオン注入を行なう工程と、 サ−マプロ−ブ法を用いて該基板に注入されたイオンの
ド−ズ量を測定する工程とを有することを特徴とするド
−ズモニタリング方法。
1. A high de - Zuion injection de - in's monitoring method, to form an oxide film on the substrate implanting ions, the oxide film
Adjust the thickness so that the output of the thermal probe is proportional to the dose.
And ion implantation into the substrate through the oxide film, and measuring the dose of the ions implanted into the substrate by using a thermal probe method. A dose monitoring method comprising the steps of:
【請求項2】 高ド−ズイオン注入のド−ズモニタリン
グ方法において、イオンのド−ズ量を測定する工程の後、更に 、前記基板
上に形成された前記酸化膜を除去する工程と、 酸化膜が除去された基板を熱処理した後、再度、該
基板上に酸化膜を形成し、該酸化膜の厚さをサ−マプロ
−ブの出力がド−ズ量に比例するように設定する工程と
を有することを特徴とする請求項1記載のド−ズモニタ
リング方法。
2. A high de - Zuion injection de - in's monitoring process, de ions - after the step of measuring's weight, further, removing the oxide film formed on the substrate, wherein after heat treatment the substrate when the oxide film is removed again, an oxide film is formed on the substrate, support the thickness of the oxide film - Mapuro
Setting the output of the probe so as to be proportional to the dose .
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