JP2850856B2 - 界面分析方法 - Google Patents
界面分析方法Info
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- JP2850856B2 JP2850856B2 JP16442496A JP16442496A JP2850856B2 JP 2850856 B2 JP2850856 B2 JP 2850856B2 JP 16442496 A JP16442496 A JP 16442496A JP 16442496 A JP16442496 A JP 16442496A JP 2850856 B2 JP2850856 B2 JP 2850856B2
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- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体界面を非破
壊で評価し、その界面での化学結合種及び構成比を特定
する界面分析方法に関する。
壊で評価し、その界面での化学結合種及び構成比を特定
する界面分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の界面評価法としては、例えば電子
顕微鏡やＸ線光電子スペクトロスコピー（ＸＰＳ）によ
る観察法がある。しかし、電子顕微鏡による観察は特殊
な試料作製を必要とするので、検査後に半導体の製造工
程に戻すことはできず、更に空間的な結晶構造の観察が
その目的となるので、結合状態の情報を得ることができ
ない。また、ＸＰＳによる評価法は、真空中での観察と
なるので大がかりな装置が必要となり、更に観察しよう
とする膜が厚い場合は界面近傍の測定は極めて困難とな
る。
顕微鏡やＸ線光電子スペクトロスコピー（ＸＰＳ）によ
る観察法がある。しかし、電子顕微鏡による観察は特殊
な試料作製を必要とするので、検査後に半導体の製造工
程に戻すことはできず、更に空間的な結晶構造の観察が
その目的となるので、結合状態の情報を得ることができ
ない。また、ＸＰＳによる評価法は、真空中での観察と
なるので大がかりな装置が必要となり、更に観察しよう
とする膜が厚い場合は界面近傍の測定は極めて困難とな
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、第２高調波
発生を利用することによって、界面からの情報を膜厚に
依存することなく選択的に取り出し、大気中において半
導体界面を簡便かつ非破壊で評価し、界面での化学結合
種等を特定できる界面分析方法を提供することを目的と
する。
発生を利用することによって、界面からの情報を膜厚に
依存することなく選択的に取り出し、大気中において半
導体界面を簡便かつ非破壊で評価し、界面での化学結合
種等を特定できる界面分析方法を提供することを目的と
する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、半
導体界面にレーザービームを入射させ、界面から発生す
る第２高調波を測定する界面分析方法であって、該半導
体界面に入射するレーザービームの波長を変化させなが
ら、それぞれの波長で発生する第２高調波の強度を測定
し、該第２高調波強度のピークが現れる波長から該半導
体界面での化学結合種を特定することを特徴とする界面
分析方法により達成できる。
導体界面にレーザービームを入射させ、界面から発生す
る第２高調波を測定する界面分析方法であって、該半導
体界面に入射するレーザービームの波長を変化させなが
ら、それぞれの波長で発生する第２高調波の強度を測定
し、該第２高調波強度のピークが現れる波長から該半導
体界面での化学結合種を特定することを特徴とする界面
分析方法により達成できる。
【０００５】媒質の分極Ｐは、下記式（１）
【０００６】
【数１】 ［式（１）中、χ(1) 、χ(2) は、それぞれ１次の線形
感受率テンソル、２次の非線形感受率テンソルであり、
ｑは基準座標、Ｅは光電場である］で表すことができ
る。
感受率テンソル、２次の非線形感受率テンソルであり、
ｑは基準座標、Ｅは光電場である］で表すことができ
る。
【０００７】式（１）の第１項は線形な反射や屈折の項
である。第２項はラマン分極の項で、媒質の分極率が基
準座標ｑで表されるような媒質の変位の関数であるとき
に、分極にｑの振動数の変調が加わる項である。第３項
は第２高調波等を生成する２次の非線形項で、電場の２
乗に比例した分極である。
である。第２項はラマン分極の項で、媒質の分極率が基
準座標ｑで表されるような媒質の変位の関数であるとき
に、分極にｑの振動数の変調が加わる項である。第３項
は第２高調波等を生成する２次の非線形項で、電場の２
乗に比例した分極である。
【０００８】本発明は、式（１）の第３項に起因する第
２高調波を利用した半導体界面での化学的結合種の特
定、及びその結合種が界面に占める割合（構造比）を評
価する手法である。第２高調波は、結晶の反転対称性が
崩れる表面・界面から発生する。反転とは、座標を反転
することで物理量をみることを意味しており、例えば１
次元で考えると-xをx で置き換えることで表すことがで
きる。電場は物質とは無関係な場であるのでＥ-x＝−Ｅ
x であるが、分極は反転対称性がある場合Ｐ-x＝−Ｐx
、反転対称性がない場合Ｐ-x≠Ｐx である。従ってＰ-
xと−Ｐx は、下記式(2-1),(2-2)
２高調波を利用した半導体界面での化学的結合種の特
定、及びその結合種が界面に占める割合（構造比）を評
価する手法である。第２高調波は、結晶の反転対称性が
崩れる表面・界面から発生する。反転とは、座標を反転
することで物理量をみることを意味しており、例えば１
次元で考えると-xをx で置き換えることで表すことがで
きる。電場は物質とは無関係な場であるのでＥ-x＝−Ｅ
x であるが、分極は反転対称性がある場合Ｐ-x＝−Ｐx
、反転対称性がない場合Ｐ-x≠Ｐx である。従ってＰ-
xと−Ｐx は、下記式(2-1),(2-2)
【０００９】
【数２】 で表され、反転対称性がある場合（Ｐ-x＝−Ｐx ），χ
xxx (2)＝−χxxx (2)＝０となり、反転対称性が崩れる場
合（Ｐ-x≠Ｐx ），χxxx (2)≠０となる。
xxx (2)＝−χxxx (2)＝０となり、反転対称性が崩れる場
合（Ｐ-x≠Ｐx ），χxxx (2)≠０となる。
【００１０】そして、第２高調波の強度に影響を与える
非線形感受率テンソル成分は、下記式（３）
非線形感受率テンソル成分は、下記式（３）
【００１１】
【数３】 ［式（３）中、Ｎは注目する原子数、Ａn ，Ｍ1mはそれ
ぞれ周波数ω0 における吸収、ラマン過程の遷移モーメ
ント、Γv は遷移の均一幅である］で表される。この式
（３）を参照すれば、試料に入射するレーザーの波長を
変化させると、その第２高調波の強度は入射する光の周
波数に依存することがわかる。一方、界面での化学結合
種は、その原子の組み合わせによって決定される特有の
共鳴準位を有している。そして、前述の第２高調波の強
度が最大になる周波数、すなわち共鳴周波数はω＝ω0
であり、ω0 は界面における化学結合種を反映した値で
あるから、界面から発生する第２高調波の強度のピーク
が現れる波長を求めることにより、界面での化学的な結
合種を知ることができる。
ぞれ周波数ω0 における吸収、ラマン過程の遷移モーメ
ント、Γv は遷移の均一幅である］で表される。この式
（３）を参照すれば、試料に入射するレーザーの波長を
変化させると、その第２高調波の強度は入射する光の周
波数に依存することがわかる。一方、界面での化学結合
種は、その原子の組み合わせによって決定される特有の
共鳴準位を有している。そして、前述の第２高調波の強
度が最大になる周波数、すなわち共鳴周波数はω＝ω0
であり、ω0 は界面における化学結合種を反映した値で
あるから、界面から発生する第２高調波の強度のピーク
が現れる波長を求めることにより、界面での化学的な結
合種を知ることができる。
【００１２】また、本発明においては、第２高調波強度
の複数のピークが現れる各波長から半導体界面での複数
の化学結合種を特定し、かつ該複数の化学結合種のピー
ク強度の比から該化学結合種間の構成比を求めることも
可能である。例えば、波長を変化させることにより、波
長λ1 に共鳴ピークを有する化学結合種Ａを特定し、波
長λ2 に共鳴ピークを有する化学結合種Ｂを特定し、Ａ
とＢのピーク強度の比から界面に存在するＡＢの割合
（構成比）を求めることができる。
の複数のピークが現れる各波長から半導体界面での複数
の化学結合種を特定し、かつ該複数の化学結合種のピー
ク強度の比から該化学結合種間の構成比を求めることも
可能である。例えば、波長を変化させることにより、波
長λ1 に共鳴ピークを有する化学結合種Ａを特定し、波
長λ2 に共鳴ピークを有する化学結合種Ｂを特定し、Ａ
とＢのピーク強度の比から界面に存在するＡＢの割合
（構成比）を求めることができる。
【００１３】この様に、本発明では界面に敏感な第２高
調波発生を利用し、レーザービームの波長を変化させな
がら、発生する第２高調波の強度を測定することによっ
て、界面からの情報を膜厚に依存することなく選択的に
取り出し、先に述べた本発明の目的を達成できることと
なる。
調波発生を利用し、レーザービームの波長を変化させな
がら、発生する第２高調波の強度を測定することによっ
て、界面からの情報を膜厚に依存することなく選択的に
取り出し、先に述べた本発明の目的を達成できることと
なる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、発明の実施の形態によ
り、更に詳しく本発明を説明する。
り、更に詳しく本発明を説明する。
【００１５】図１は、本発明において用いられる測定装
置の一例を示す概略構成図である。この測定装置は、光
源１のＮｄ−ＹＡＧレーザーを波長変換装置であるＯＰ
Ｏ（optical parametric oscillators）２を通して、試
料４に対して４５°で入射でき、その波長は２００〜２
０００ｎｍ程度までほぼ連続的に変化させることがで
き、λ／２板３によって偏光方向を変えることができ
る。試料４から発生した第２高調波は、レンズ５によっ
て集光された後、分光器７によって選択的に受光され
る。受光する偏光成分は、偏光子６を通して選択するこ
とができる。入射波長に対する第２高調波強度は、デジ
タルオシロスコープ８を介してＰＣ（personalcomputer
）９に自動的に取り込まれる。
置の一例を示す概略構成図である。この測定装置は、光
源１のＮｄ−ＹＡＧレーザーを波長変換装置であるＯＰ
Ｏ（optical parametric oscillators）２を通して、試
料４に対して４５°で入射でき、その波長は２００〜２
０００ｎｍ程度までほぼ連続的に変化させることがで
き、λ／２板３によって偏光方向を変えることができ
る。試料４から発生した第２高調波は、レンズ５によっ
て集光された後、分光器７によって選択的に受光され
る。受光する偏光成分は、偏光子６を通して選択するこ
とができる。入射波長に対する第２高調波強度は、デジ
タルオシロスコープ８を介してＰＣ（personalcomputer
）９に自動的に取り込まれる。
【００１６】この測定装置を用い、照射位置はそのまま
で、ＯＰＯ２によって入射波長を変化させながら、それ
ぞれの入射波長に対する第２高調波を分光器７によって
選択的に受光させる。このとき、λ／２板３と偏光子６
によって決定される入射偏光成分、受光偏光成分によっ
て様々な非線形感受率テンソル成分を取り出せばよい。
例えばＳｉ（１００）基板を用いた場合は、ｓ−偏光受
光で第２高調波の発生は禁制となるので、ｐ−偏光受光
する必要がある。また、ｓ−偏光入射でχzxx成分のみ
を受光できるのに対し、ｐ−偏光入射ではχzxx,χxzx,
χzzz 成分を受光できる。
で、ＯＰＯ２によって入射波長を変化させながら、それ
ぞれの入射波長に対する第２高調波を分光器７によって
選択的に受光させる。このとき、λ／２板３と偏光子６
によって決定される入射偏光成分、受光偏光成分によっ
て様々な非線形感受率テンソル成分を取り出せばよい。
例えばＳｉ（１００）基板を用いた場合は、ｓ−偏光受
光で第２高調波の発生は禁制となるので、ｐ−偏光受光
する必要がある。また、ｓ−偏光入射でχzxx成分のみ
を受光できるのに対し、ｐ−偏光入射ではχzxx,χxzx,
χzzz 成分を受光できる。
【００１７】具体的に述べると、酸窒化膜／Ｓｉ界面か
らの第２高調波を測定する場合、第２高調波の強度を縦
軸にとり、横軸に検出した第２高調波の周波数をとれ
ば、ω＝ω1 、ω＝ω2 でピークが現れる。それぞれの
共鳴ピークから、界面におけるＳｉ−Ｏボンド、Ｓｉ−
Ｎボンドの存在を確認することができる。また、それぞ
れのピーク強度比から、界面における化学結合種の構成
比を求めることができる。ただし、本発明はＳｉ−Ｏボ
ンド、Ｓｉ−Ｎボンドの分析に限定されず、これ以外で
も、例えば水素アニール処理した酸化膜／Ｓｉ界面のＳ
ｉ−Ｈボンド、低誘電率ＳｉＯＦ膜／Ｓｉ界面のＳｉ−
Ｆボンドなど種々の分析が可能である。
らの第２高調波を測定する場合、第２高調波の強度を縦
軸にとり、横軸に検出した第２高調波の周波数をとれ
ば、ω＝ω1 、ω＝ω2 でピークが現れる。それぞれの
共鳴ピークから、界面におけるＳｉ−Ｏボンド、Ｓｉ−
Ｎボンドの存在を確認することができる。また、それぞ
れのピーク強度比から、界面における化学結合種の構成
比を求めることができる。ただし、本発明はＳｉ−Ｏボ
ンド、Ｓｉ−Ｎボンドの分析に限定されず、これ以外で
も、例えば水素アニール処理した酸化膜／Ｓｉ界面のＳ
ｉ−Ｈボンド、低誘電率ＳｉＯＦ膜／Ｓｉ界面のＳｉ−
Ｆボンドなど種々の分析が可能である。
【００１８】また、第２高調波は界面から発生するの
で、分析対象物たる基板上に酸化膜、窒化膜等の無定形
の材料を堆積した後であっても、その無定形の材料層を
通してレーザービームを入射させて、本発明の界面分析
方法を実施できる。したがって、膜上に更に半導体構成
材料等を堆積したことによる膜界面の変化に対しても評
価できることとなる。
で、分析対象物たる基板上に酸化膜、窒化膜等の無定形
の材料を堆積した後であっても、その無定形の材料層を
通してレーザービームを入射させて、本発明の界面分析
方法を実施できる。したがって、膜上に更に半導体構成
材料等を堆積したことによる膜界面の変化に対しても評
価できることとなる。
【００１９】
【実施例】以下に、発明の実施例を説明する。
【００２０】Ｎ2 Ｏガス雰囲気中で作成した酸窒化膜／
Ｓｉ（１００）を試料とし、図１に示した測定装置を用
い、ｓ−偏光入射、ｐ−偏光受光の条件でχzxx 成分の
変化に基づく第２高調波強度の変化をプロットした。図
２は、本実施例で発生した第２高調波強度の波長依存性
を示すグラフであり、縦軸に第２高調波強度をとり、横
軸に第２高調波の波長をとった。
Ｓｉ（１００）を試料とし、図１に示した測定装置を用
い、ｓ−偏光入射、ｐ−偏光受光の条件でχzxx 成分の
変化に基づく第２高調波強度の変化をプロットした。図
２は、本実施例で発生した第２高調波強度の波長依存性
を示すグラフであり、縦軸に第２高調波強度をとり、横
軸に第２高調波の波長をとった。
【００２１】この図２に示す様に、第２高調波の波長が
３７０ｎｍと３８０ｎｍのときに強度ピークが表われて
おり、それぞれのピークから界面での化学的な結合種と
してＳｉ−ＯボンドとＳｉ−Ｎボンドの存在が明らかと
なった。更に、それぞれの波長でのピーク強度（３７０
ｎｍ＝４．２２、３８０ｎｍ＝０．２１）から、界面で
のＳｉ−ＯボンドとＳｉ−Ｎボンドの構成比は２０：１
程度であることが分かった。
３７０ｎｍと３８０ｎｍのときに強度ピークが表われて
おり、それぞれのピークから界面での化学的な結合種と
してＳｉ−ＯボンドとＳｉ−Ｎボンドの存在が明らかと
なった。更に、それぞれの波長でのピーク強度（３７０
ｎｍ＝４．２２、３８０ｎｍ＝０．２１）から、界面で
のＳｉ−ＯボンドとＳｉ−Ｎボンドの構成比は２０：１
程度であることが分かった。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第２高調波発生を利用することによって、界面からの情
報を膜厚に依存することなく選択的に取り出し、大気中
において半導体界面を簡便かつ非破壊で、界面での化学
結合種及び構成比を特定できる。従って、製造工程中で
その界面をインラインで評価できる等の面から、産業上
非常に有用である。
第２高調波発生を利用することによって、界面からの情
報を膜厚に依存することなく選択的に取り出し、大気中
において半導体界面を簡便かつ非破壊で、界面での化学
結合種及び構成比を特定できる。従って、製造工程中で
その界面をインラインで評価できる等の面から、産業上
非常に有用である。
【図１】本発明において用いられる測定装置の一例を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図２】実施例で発生した第２高調波強度の波長依存性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１ レーザー光源 ２ ＯＰＯ（optical parametric oscillators） ３ λ／２板 ４ 試料 ５ レンズ ６ 偏光子 ７ 分光器 ８ デジタルオシロスコープ ９ ＰＣ（personal computer）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01,21/17 - 21/7 4
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体界面にレーザービームを入射さ
せ、界面から発生する第２高調波を測定する界面分析方
法であって、 該半導体界面に入射するレーザービームの波長を変化さ
せながら、それぞれの波長で発生する第２高調波の強度
を測定し、該第２高調波強度のピークが現れる波長から
該半導体界面での化学結合種を特定することを特徴とす
る界面分析方法。 - 【請求項２】 第２高調波強度の複数のピークが現れる
各波長から半導体界面での複数の化学結合種を特定し、
かつ該複数の化学結合種のピーク強度の比から該化学結
合種間の構成比を求める請求項１記載の界面分析方法。 - 【請求項３】 分析対象物の上に無定形の材料を堆積
し、該無定形の材料層を通してレーザービームを入射さ
せる請求項１記載の界面分析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16442496A JP2850856B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 界面分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16442496A JP2850856B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 界面分析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1010047A JPH1010047A (ja) | 1998-01-16 |
| JP2850856B2 true JP2850856B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=15792897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16442496A Expired - Lifetime JP2850856B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 界面分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2850856B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4818122B2 (ja) * | 2003-11-25 | 2011-11-16 | ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ | 材料の光学非線形性プロファイルを決定するための方法 |
| US7369953B2 (en) | 2005-03-17 | 2008-05-06 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Femtosecond spectroscopy using minimum phase functions |
| US7493227B2 (en) | 2005-03-17 | 2009-02-17 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method for determining the complex scattering function of an optical coherence tomography sample |
| EP1866616B1 (en) | 2005-04-05 | 2013-01-16 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical image processing using minimum phase functions |
-
1996
- 1996-06-25 JP JP16442496A patent/JP2850856B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ａ ５９，（１９９４）ｐ４０１−４０５ |
| ＵＳ ＤＯＥ Ｒｅｐ，ＳＡＮＤ−８９−８０１１（１９８８）ｐ６．１０−６．１１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1010047A (ja) | 1998-01-16 |
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