JP2825499B2 - 赤外光散乱を用いたイオン注入量測定方法 - Google Patents

赤外光散乱を用いたイオン注入量測定方法

Info

Publication number
JP2825499B2
JP2825499B2 JP63183939A JP18393988A JP2825499B2 JP 2825499 B2 JP2825499 B2 JP 2825499B2 JP 63183939 A JP63183939 A JP 63183939A JP 18393988 A JP18393988 A JP 18393988A JP 2825499 B2 JP2825499 B2 JP 2825499B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
ion implantation
infrared light
light
dose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP63183939A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0233947A (ja
Inventor
智哉 小川
一文 坂井
山田  豊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP63183939A priority Critical patent/JP2825499B2/ja
Publication of JPH0233947A publication Critical patent/JPH0233947A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2825499B2 publication Critical patent/JP2825499B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体ウェハー等へのイオン注入量を測定
し、かつ注入層を評価する技術に関するものであり、特
に赤外光を照射したときの散乱による吸収がイオン注入
量と一定の関係があることを見出し、この関係を利用し
てイオン注入量を測定し、かつイオン注入層の評価を行
うことが可能な赤外線散乱を用いたイオン注入量測定方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
一般にイオン注入は半導体デバイスにおける重要な技
術の1つであるが、従来、このような半導体ウェハーへ
注入されたイオンドーズ(イオン注入量)の測定は、電
流積分器によっており、この方法はイオン注入電流を測
定し、その積分値から半導体ウェハーへ注入されたイオ
ンドーズを求めるものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、注入されるイオンは高エネルギーを有
する荷電粒子であるために、ウェハー表面からイオンや
電子の2次放出が発生し、またイオン注入装置内の真空
中においてイオンの放電が生ずるため、単にイオン電流
を積分したのでは正確なイオン注入量の測定は困難であ
る。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、高エネ
ルギー荷電粒子の影響を受けず、正確、かつ容易に半導
体ウェハー等へのイオン注入量を測定し、かつイオン注
入領域の評価をおこなうことのできる赤外光散乱用いた
イオン注入量測定方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、半導体ウエハー等にイオン注入した場合
に、高エネルギーイオン粒子のトラック、すなわちイオ
ン注入によってイオンと原子間の衝突により原子配列が
局所的に乱され、通常結晶と異なる部分、即ちイオント
ラックが生じて屈折率が変化する。このイオントラック
は注入イオンのエネルギーやイオン種に依存して変化す
るが、トラック数はイオン注入量に比例し、これがレイ
リー散乱中心として作用することを利用したもので、赤
外光を照射したときの散乱による吸収がイオン注入量と
一定の関係があることを見出し、赤外光の散乱により生
ずる透過率の変化からイオン注入量を測定するようにし
たものである。
第1図は本発明の赤外光散乱を用いたイオン注入量測
定ならびに注入層評価の方法を説明するための図で、10
1はサンプル、101aはイオン注入領域、101bは非イオン
注入領域、103は光源、105は集光レンズ、107はプリズ
ム、109a,109b,111は反射ミラー、113は集光レンズ、11
5を検出器である。
サンプル101はイオン注入領域と非イオン注入領域間
における赤外光の透過率の相違を明確にするため、第2
図に示すようなマスク121を使用してイオン注入を行っ
たものである。マスク121において、123はイオン注入領
域、125は非イオン注入領域を示している。実用に際し
ては、非注入の標準試料をこれにあてる。
例えば、光源103を白色光源とし、これをレンズ105で
平行光束とし、プリズム107で2光束に分けて一方をイ
オン注入領域101aに照射し、他方を非イオン注入領域10
1b(標準試料)に照射する。ミラー111は2光束のうち
の一方を選択的に反射できるように矢印方向に可動にな
っており、図の実線位置にある場合には非イオン注入領
域101bの透過光を反射し、反射光は集光レンズ113を通
って検出器115で検出される。なお、実際には光学系は
光ファイバーを用いて構成してもよい。また図の斜線位
置にある場合にはイオン注入領域101aを透過した光が反
射されて検出器115で検出される。検出器115は赤外領域
の光に感応するような特性を有しており、各透過光T,T0
がそれぞれ検出される。なお、光源は白色光源でなく、
赤外光源を用いるようにしてもよいことは言うまでもな
い。
第3図に示すように、サンプルの厚みがt+δ、イオ
ン注入領域の厚みをδとすると、 そして、δは非常に薄いので、 となる。ここに、αとβはそれぞれイオン注入領域、非
注入領域における光の吸収系数、I0は入射光強度であ
る。
(1)式における吸収係数の差(α−β)は、イオン
注入領域における光の散乱によって生じ、 α−β∝NS2 ……(2) で与えられ、Sはイオントラックの散乱断面積、Nは単
位体積当たりのイオントラック数、λは以下で定義され
る限界波長より長い光の波長である。
(1)式および(2)式から分かるように、T/T0は1/
λとリニアーな関係にあり、3×1012ドーズ(イオン
/cm2)、1×1013ドーズ、3×0113ドーズに対して、そ
れぞれ加速電圧が60kV、200kVでイオン注入した場合の
特性は第4図に示すようなものが得られた。ここで、波
長は950nmより長い波長であり、イオン注入量は3×10
12ドーズ/cm2より大きいもので、これ以下のドーズのサ
ンプルにおいてはT/T0の比を得ることができなかった。
しかし測定感度の改良により、低ドーズ量の正確な測定
が期待される。
第5図は3×1012/cm2ドーズにおけるT/T0と1/λ
の測定結果を示す図で、870nm付近に最大の吸収点があ
り、それより長波長側で1/λに比例して減少し、短波
長側において、T/T0は1/λに比例して増加しているこ
とが分かる。この吸収の一番大きい点が限界波長であ
り、限界波長λcはhc/Eg(cは光速、hはプランク乗
数、Egは半導体のバンドギャップエネルギー)で与えら
れ、GaAsウェハーの場合には870nmである。そして、限
界波長の短波長側はバンド間励起による吸収であり、限
界波長より長波長側はバンド間励起による吸収はないの
で限界波長より長波長側の吸収イオントラックによるレ
イリー散乱によるものであり、イオントラックがレイリ
ー散乱中心として機能していることが分かる。バンドギ
ャップすなわちλ=870nmの近くではT/T0のカーブは
第5図に示すように不規則に現れている。なお、Egより
も高エネルギーの波長領域ではT/T0が1/λに比例して
増加しているが、この現象は、GaAsにおける価電子帯と
伝導帯との間の遷移確率が大きく増大するため、イオン
注入による衝撃領域における遷移確率のわずかな減少が
αとβの反転となってあらわれてくる。
ところで、各イオントラックが光散乱の各中心となり
得ることを明らかにするために、次のような計算をして
みた。
GaAs(100)面における原子の表面密度は8×1014/cm
2と計算されるので、3×1013イオン/cm2のドーズは5
原子間隔平方の面積当たり1個のイオンがあることに相
当するので、この程度のイオンドーズの場合にはすべて
の注入イオンが独立した中心として作用するに十分な数
で、従ってT/T0の比は注入ドーズに対して非常に良いリ
ニアリティーを示すことになる。第6図に示した直線性
はほとんど全てのイオントラックが独立した散乱中心と
して作用することを示している。
第6図は1050nm、加速電圧200kV、60kVの場合の(1
−T/T0)とドーズとの関係を示し、この関係からT/T0
求めることによりドーズを求めることができる。また、
(2)式でNが測定したドーズに等しいという仮定のも
とで、T/T0と1/λとの傾きとから光散乱断面積Sを求
めることができ、これをプロットしたのが第7図であ
る。
第7図に示すように光散乱断面積はイオンドーズの増
加と共に僅かに減少し、約3×1013/cm2において、15%
の減少があるが、これはここで用いた電流積分器がウェ
ハーからの2次放出あるいは自己アニールによって誤差
を生じたためである。
以上のように赤外光の散乱による吸収を利用すること
により、イオン注入量を正確に測定することが可能とな
る。
〔作用〕
本発明はGaAsウェハーと半導体ウェハーのイオン注入
領域によって生ずる赤外光の光散乱が赤外光波長の4乗
の逆比例することを見出し、この散乱強度はイオン加速
電圧を一定に保ったとき注入イオンドーズの増加と共に
増加し、またドーズ量を一定に保つと加速電圧の増加と
共に増加する。そして、高エネルギーイオン粒子のトラ
ック、すなわちイオン注入によってイオンと原子間の衝
突により原子配列が局所的に乱され、通常結晶と異なる
部分が生じ、このイオントラックが注入イオンのエネル
ギーやイオン種に依存して変化するが、イオントラック
数はイオン注入数に比例し、レイリー散乱として作用す
ることを利用したもので、この原理を利用することによ
り、イオン注入装置の動作中にけるその場観察ならびに
同時にドーズ測定を行うこと、さらにイオン注入層の評
価を行うことが可能となる。
〔実施例〕
以下、実施例を図面を参照して説明する。
第8図はイオン注入量測定ならびに評価装置の一実施
例を示すもので、図中、201は光源、203はモノクロメー
タ、205は遮光部材、207は移動ステージ、209は試料、2
11はレンズ、213はカメラ、215はフレームメモリ、217
はカラーユニット、219はビデオモニター、221はCRT、2
23はカラーイメージレコーダ、225はパーソナルコンピ
ュータ、227はフロッピーディスク、229はプリンタ、23
1はキーボード、233はビデオモニタ、235はパルスモー
タである。
図において、パーソナルコンピュータ225を利用し、
フロッピーディスク227のソフトを利用してキーボード2
31等からデータを入力することによりパルスモータ235
で移動ステージ207を移動させ、試料209の適当な位置に
対して光源201からのモノクロメータ203を通した単色光
を照射する。この照射領域は例えばビデオモニタ233に
より選択可能になっている。そして試料209からの透過
光をカメラ213で撮影し、その画像データをフレームメ
モリ215に取り込むことにより透過光強度データを得
る。そしてこの透過光強度データをカラーユニット217
で所定のレベル毎に色分けする等の画像処理を施すこと
によりビデオモニタ219で透過光強度、即ちイオン注入
量に応じた色分け表示をしたものを観察することがで
き、またこれをCRT221、イメージカラーレコーダ223に
より記録することもできる。なお、ここでは白色光源を
モノクロメータ203を通して単色化するようにしたが、
遮光部材205を取り除いて白色光で照射し、カメラ側に
フィルタを設けて透過赤外光を検出するようにしても良
い。また、結晶自体が赤外線透過フィルターとしての働
きをするので、フィルターをかけなくてもよい。即ち、
第1図に示したような簡単な方法で充分である。また、
必要に応じてフレームメモリのデータをプリントアウト
するようにし、あるいはフロッピディスクにデータを保
存することもできる。
〔発明の効果〕
以上のような本発明によれば、赤外光を照射し、その
透過光を測定することによりイオン注入量を測定するこ
とが可能であるので、従来の電流積分型検出器のように
高エネルギーイオン等の荷電粒子による影響やその放電
の影響に関係なく測定することができ、またイオン注入
装置の動作中においてその場観察でイオン注入層を測定
すると共に、適当な基準を設定して良、不良の判別を行
う等イオン注入層の評価を行うことができ、また注入量
の正確なコントロール等にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のイオン注入量測定方法を説明するため
の図、第2図はイオン注入領域と非注入領域との差を明
確にするためのマスクを示す図、第3図は被測定ウェハ
ーの断面図、第4図は加速電圧とドーズをパラメータと
した時のT/T0と1/λとの関係を示す図、第5図はイオ
ンドーズ3×1012/cm2におけるT/T0と1/λとの関係を
示す図、第6図はドーズと1−T/T0との関係を示す図、
第7図は光散乱断面積とドーズとの関係を示す図、第8
図は第4〜6図を測定した際用いた装置を示す図であ
る。 101……サンプル、101a……イオン注入領域、101b……
非イオン注入領域、103……光源、105……集光レンズ、
107……プリズム、109a,109b,111……反射ミラー、113
……集光レンズ、115……検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/66

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定半導体を透過した赤外光の透過率か
    ら被測定半導体中のイオン注入量を測定する方法であっ
    て、該被測定半導体はイオン注入により形成されたイオ
    ントラツクを内包し、かつ該赤外光は被測定半導体のバ
    ンドギャップエネルギーよりも小さいエネルギーの波長
    域であることを特徴とする赤外光散乱を用いたイオン注
    入量測定方法。
  2. 【請求項2】透過率はイオン注入領域と非イオン注入領
    域との透過光の比により求める請求項1記載の赤外光散
    乱を用いたイオン注入量測定方法。
JP63183939A 1988-07-23 1988-07-23 赤外光散乱を用いたイオン注入量測定方法 Expired - Fee Related JP2825499B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63183939A JP2825499B2 (ja) 1988-07-23 1988-07-23 赤外光散乱を用いたイオン注入量測定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63183939A JP2825499B2 (ja) 1988-07-23 1988-07-23 赤外光散乱を用いたイオン注入量測定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0233947A JPH0233947A (ja) 1990-02-05
JP2825499B2 true JP2825499B2 (ja) 1998-11-18

Family

ID=16144448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63183939A Expired - Fee Related JP2825499B2 (ja) 1988-07-23 1988-07-23 赤外光散乱を用いたイオン注入量測定方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2825499B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2937557B2 (ja) * 1991-07-12 1999-08-23 株式会社東芝 拡散層深さ測定装置
JP2006120901A (ja) * 2004-10-22 2006-05-11 Sumco Corp シリコン半導体基板の水素イオン注入量測定方法及び標準試料用基板
US7713757B2 (en) * 2008-03-14 2010-05-11 Applied Materials, Inc. Method for measuring dopant concentration during plasma ion implantation

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5950217B2 (ja) * 1978-05-26 1984-12-07 株式会社日立製作所 半導体の不純物ド−ピング量評価法
JPH0648380B2 (ja) * 1985-06-13 1994-06-22 株式会社東芝 マスク検査方法
JPS63124940A (ja) * 1986-11-14 1988-05-28 Hitachi Electronics Eng Co Ltd ピンホ−ル検出方式
JPS63140543A (ja) * 1986-12-02 1988-06-13 Toshiba Corp 半導体基板の欠陥検査装置
JPS63139237A (ja) * 1986-12-02 1988-06-11 Toshiba Corp 半導体基板の欠陥検査装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0233947A (ja) 1990-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5778039A (en) Method and apparatus for the detection of light elements on the surface of a semiconductor substrate using x-ray fluorescence (XRF)
US4636088A (en) Method and apparatus for evaluating surface conditions of a sample
Duller et al. Single grain laser luminescence (SGLL) measurements using a novel automated reader
EP0377446B1 (en) Surface analysis method and apparatus
KR20000068383A (ko) 반도체 물질에 주입된 이온의 농도 결정 방법 및 장치
JP2545710B2 (ja) レ−ザ出力計
JP2825499B2 (ja) 赤外光散乱を用いたイオン注入量測定方法
JP3446410B2 (ja) レーザ回折式粒度分布測定装置
JPS639807A (ja) 膜厚測定方法およびその装置
JP3529065B2 (ja) X線小角散乱装置
JP2700454B2 (ja) 光学レンズの性能を特徴づける方法および装置
EP0371987B1 (en) Storage phosphor read-out method
JP2906924B2 (ja) ウエーハの表面粗さ測定方法
JP2777147B2 (ja) 表面分析装置
JP2764505B2 (ja) 電子分光方法とこれを用いた電子分光装置
US5753930A (en) Device for translating negative film image to a line scan
JP2861032B2 (ja) 膜厚測定方法
JPH0581875B2 (ja)
JPH09196841A (ja) 散乱式粒度分布測定方法
JPS6353457A (ja) 二次元走査型状態分析装置
JPH0521566A (ja) 半導体結晶におけるイオン注入量測定方法
JPH0361841A (ja) X線吸収スペクトル測定用アタッチメント
JPH1183766A (ja) X線反射率測定装置
JPH0751229A (ja) 眼科測定装置の校正器
GB2227851A (en) Radio-active isotope imaging technique

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees