JP3164373B2 - Method for evaluating semiconductor layer, method for manufacturing semiconductor device, and recording medium - Google Patents

Method for evaluating semiconductor layer, method for manufacturing semiconductor device, and recording medium

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JP3164373B2
JP3164373B2 JP54683698A JP54683698A JP3164373B2 JP 3164373 B2 JP3164373 B2 JP 3164373B2 JP 54683698 A JP54683698 A JP 54683698A JP 54683698 A JP54683698 A JP 54683698A JP 3164373 B2 JP3164373 B2 JP 3164373B2
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semiconductor layer
thickness
correlation
amorphous region
cos
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Japanese (ja)
Inventor
優子 南部
聡 柴田
Original Assignee
松下電子工業株式会社
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【発明の詳細な説明】 「技術分野] 本発明は高濃度の不純物イオンが注入されて結晶性が
乱れたアモルファス領域の特性を光学的に評価する方法
及びこれを利用した温度測定や半導体装置の製造方法並
びに評価を自動的に行なうための記録媒体に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for optically evaluating the characteristics of an amorphous region in which high-concentration impurity ions are implanted and crystallinity is disturbed, and a temperature measurement and a semiconductor device using the method. The present invention relates to a manufacturing method and a recording medium for automatically performing evaluation.

[背景技術] 従来より、トランジスタ等の半導体装置の製造工程に
おいて、たとえばMOSFETにおけるソース・ドレイン領域
や、バイポーラトランジスタにおけるエミッタ拡散層等
の形成に際しては、不純物のドープ量やドープする領域
の深さ等を正確に制御する手段として、P,As,B等のイオ
ンを加速して半導体基板やポリシリコン層あるいはアモ
ルファスシリコン膜内に注入するイオン注入法が用いら
れている。近年、半導体装置の微細化の要求に伴い、こ
のイオン注入によって形成される領域の不純物濃度,注
入領域の厚み等についてより高精度の制御が求められて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a process of manufacturing a semiconductor device such as a transistor, for example, when forming a source / drain region in a MOSFET or an emitter diffusion layer in a bipolar transistor, a doping amount of an impurity, a depth of a region to be doped, and the like. As a means for accurately controlling the ion implantation, an ion implantation method is used in which ions such as P, As, and B are accelerated and implanted into a semiconductor substrate, a polysilicon layer, or an amorphous silicon film. In recent years, with a demand for miniaturization of a semiconductor device, higher-precision control has been required for an impurity concentration in a region formed by the ion implantation, a thickness of the implantation region, and the like.

たとえば、単結晶シリコン層内に不純物イオンを注入
したときに不純物イオンによって正規の位置からシリコ
ン原子がはじき出されると、この反跳シリコンによりア
モルファス領域が形成されることが知られている。そし
て、従来、この反跳シリコンイオンにより形成されるア
モルファス領域の厚み等を測定する手段として、RBS(R
utherford Backscattering Spectrometry)法や、TEM
(透過型電子顕微鏡)の断面写真等があった。
For example, it is known that when impurity ions are implanted into a single crystal silicon layer and silicon atoms are repelled from a normal position by the impurity ions, an amorphous region is formed by the recoiled silicon. Conventionally, as a means for measuring the thickness and the like of an amorphous region formed by the recoil silicon ions, RBS (R
utherford Backscattering Spectrometry), TEM
(Transmission electron microscope) cross-sectional photographs and the like.

また、シリコン基板上にイオン注入された不純物のイ
オン注入エネルギー及びイオン注入量は4端子シート抵
抗測定法やサーマルウェーブ法により評価されていた。
同様に、イオン注入によりシリコン基板上に形成される
イオン注入層の不純物濃度のシリコンウェハー内におけ
る均一性は、4端子シート抵抗測定法やサーマルウェー
ブ法により測定されていた。
Further, the ion implantation energy and the ion implantation amount of the impurity ion-implanted on the silicon substrate have been evaluated by a four-terminal sheet resistance measuring method or a thermal wave method.
Similarly, the uniformity of the impurity concentration of an ion-implanted layer formed on a silicon substrate by ion implantation in a silicon wafer has been measured by a four-terminal sheet resistance measurement method or a thermal wave method.

一方、光学的評価方法として、直線偏光を基板面に斜
め方向から入射して、基板面から反射される楕円偏光の
楕円形状を測定することにより、複素屈折率,厚み等の
情報を得ようとするエリプソメトリ法も、簡便な評価方
法として知られている。
On the other hand, as an optical evaluation method, we tried to obtain information such as complex refractive index and thickness by measuring the elliptical shape of elliptically polarized light reflected from the substrate surface by entering linearly polarized light into the substrate surface in an oblique direction. Ellipsometry is also known as a simple evaluation method.

−解決課題− しかしながら、これらの評価方法を現実の半導体装置
の製造工程における特性の評価に適用するには、以下の
ような問題があり、得に高濃度のイオン注入領域におけ
る注入条件等の適否の評価は困難であった。
-Solution problem- However, when these evaluation methods are applied to the evaluation of characteristics in a manufacturing process of an actual semiconductor device, there are the following problems, and the suitability of implantation conditions and the like in a high-concentration ion implantation region is particularly high. Was difficult to evaluate.

まず、RBS及びTEMは、破壊検査法であり半導体装置の
製造ライン内での評価には適していない。
First, RBS and TEM are destructive inspection methods and are not suitable for evaluation in a semiconductor device manufacturing line.

また、シート抵抗測定法では、高濃度不純物の注入領
域の評価は、イオン注入で生じたダメージのために局部
的に増速拡散が起こり、熱処理の影響を多大に受けるた
め、イオン注入の条件のみについての評価が不可能であ
る。
In the sheet resistance measurement method, the evaluation of the high-concentration impurity-implanted region is made only by the accelerated diffusion locally due to damage caused by the ion implantation and greatly affected by the heat treatment. Is impossible to evaluate.

サーマルウェーブ法では、注入層のダメージを測定す
ることによりイオン注入エネルギーやイオン注入濃度を
測定するものであるが、高濃度不純物が注入された領域
に於いては、ダメージ量が検出感度の飽和領域に入って
しまうために注入量の相違を識別することが困難とな
る。また、検出値は絶対量ではなく相対値であるため
に、高濃度注入領域における高い検出感度を期待できな
い。
In the thermal wave method, the ion implantation energy and ion implantation concentration are measured by measuring the damage of the implantation layer. However, in the region where the high concentration impurity is implanted, the damage amount is the saturation region of the detection sensitivity. Therefore, it is difficult to identify the difference in the injection amount. Also, since the detection value is not an absolute amount but a relative value, high detection sensitivity in a high-concentration injection region cannot be expected.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的は、半導体層に高濃度の不純物イオンが注入さ
れて結晶性が乱れたアモルファス領域の厚みや厚みの基
板面内分布を非破壊で再現性よく評価しうる半導体層の
評価方法,この半導体層の評価方法を利用した半導体装
置の製造方法,及び半導体層の評価をコンピュータに実
行させるための記録媒体を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems,
The purpose of this method is to evaluate the thickness of an amorphous region in which high-concentration impurity ions have been implanted into a semiconductor layer and thereby disturb the crystallinity, and to evaluate the distribution of the thickness in a substrate surface in a non-destructive manner with good reproducibility. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device using a layer evaluation method, and a recording medium for causing a computer to execute a semiconductor layer evaluation.

[発明の開示] 上記目的を達成するために、本発明が講じた手段は、
分光エリプソメトリ法によって得られる複素屈折率に関
するパラメータやそのスペクトルパターンを不純物イオ
ンが注入された領域の物理量を評価するために利用する
ことにある。
[Disclosure of the Invention] In order to achieve the above object, the measures taken by the present invention include:
An object is to use a parameter relating to a complex refractive index obtained by a spectroscopic ellipsometry method and a spectrum pattern thereof to evaluate a physical quantity of a region into which impurity ions are implanted.

本発明の第1の半導体層の評価方法は、基板内におい
て不純物イオンが注入された領域を有する半導体層に、
光軸に垂直な面内でp方向(光軸に垂直な面と入射光及
び反射光を含む面との交線の方向)とs方向(光軸に垂
直な面内で上記p方向に垂直な方向)に対して傾いた直
線偏光の測定光を上記半導体層の表面に垂直な方向に対
して傾いた方向から入射する第1のステップと、上記半
導体層から楕円偏光として反射される上記測定光の反射
光のうち上記p成分とs成分との位相差をΔとしたとき
に、少なくともcos Δを測定する第2のステップと、上
記測定光の波長の変化に伴う上記少なくともcos Δのス
ペクトルを測定する第3のステップと、上記少なくとも
cos Δのスペクトルに基づいて、上記不純物イオンが注
入された領域内におけるアモルファス領域の厚みを検出
する第4のステップとを備えるとともに、特定のイオン
注入量における注入エネルギーとアモルファス領域の厚
みとの関係をイオン注入量ごとに第1の相関関係とし
て、特定のイオン注入量におけるcos Δのスペクトルと
注入エネルギーとの関係を第2の相関関係として予め準
備しておくステップをさらに備え、上記第4のステップ
では、上記第2のステップで得られたcos Δのスペクト
ルを上記第2の相関関係に照らし合わせることにより上
記半導体層に注入されたイオンの注入エネルギーを求め
た後、この注入エネルギーを上記第1の相関関係に照ら
し合わせることにより、上記半導体層内のアモルファス
領域の厚みを測定する方法である。
According to the first method for evaluating a semiconductor layer of the present invention, a semiconductor layer having a region into which impurity ions are implanted in a substrate includes:
In the plane perpendicular to the optical axis, the p direction (direction of the line of intersection between the plane perpendicular to the optical axis and the plane containing incident light and reflected light) and the s direction (perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis) A first step of inputting linearly polarized measurement light inclined with respect to a direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer from the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer, and the measurement reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. A second step of measuring at least cos Δ when a phase difference between the p component and the s component is Δ in the reflected light of the light; and a spectrum of at least cos Δ due to a change in the wavelength of the measurement light. A third step of measuring
a fourth step of detecting the thickness of the amorphous region in the region where the impurity ions are implanted, based on the spectrum of cos Δ, and the relationship between the implantation energy and the thickness of the amorphous region at a specific ion implantation amount. As a first correlation for each ion implantation dose, and a step of preparing in advance a relationship between the spectrum of cos Δ and the implantation energy at a specific ion implantation dose as a second correlation, In the step, after determining the implantation energy of the ions implanted into the semiconductor layer by comparing the spectrum of cos Δ obtained in the second step with the second correlation, the implantation energy is determined by the second energy. Method for measuring the thickness of an amorphous region in the semiconductor layer by comparing with the correlation of (1) A.

また、本発明の第2の半導体装置の評価方法は、上記
第1の方法と同様の基本的な第1〜第4のステップを備
えるとともに、特定の注入エネルギーにおけるイオン注
入量とアモルファス領域の厚みとの関係を注入エネルギ
ーごとに第1の相関関係として、特定の注入エネルギー
におけるcos Δのスペクトルとイオン注入量との関係を
第2の相関関係として予め準備しておくステップを備
え、上記第4のステップでは、上記第2のステップで得
られたcos Δのスペクトルを上記第2の相関関係に照ら
し合わせることにより上記半導体層に注入されたイオン
の注入量を求めた後、このイオン注入量を上記第1の相
関関係に照らし合わせることにより、上記半導体層内の
アモルファス領域の厚みを測定する方法である。
The second method for evaluating a semiconductor device of the present invention includes the same basic first to fourth steps as those of the first method, and furthermore, the ion implantation amount and the thickness of the amorphous region at a specific implantation energy. And preparing the relationship between the spectrum of cos Δ at a specific implantation energy and the amount of ion implantation as a second correlation in advance as a first correlation for each implantation energy. In the step, the amount of ions implanted into the semiconductor layer is obtained by comparing the spectrum of cos Δ obtained in the second step with the second correlation, and then the amount of ion implantation is determined. This is a method of measuring the thickness of the amorphous region in the semiconductor layer by comparing the first correlation.

また、本発明の第3の半導体装置の評価方法は、上記
第1の方法と同様の基本的な第1〜第4のステップを備
えるとともに、特定のイオン注入量における注入エネル
ギーとアモルファス領域の厚みとの関係をイオン注入量
ごとに第1の相関関係として、イオン注入量を一定とし
て注入エネルギーを変えたときのcos Δのスペクトル中
の所定の波長領域におけるcos Δの極大値を示す波長と
注入エネルギーとの関係を第2の相関関係として予め準
備しておくステップをさらに備え、上記第4のステップ
では、上記第2のステップで得られたcos Δのスペクト
ルを上記第2の相関関係に照らし合わせることにより上
記半導体層に注入されたイオンの注入エネルギーを求め
た後、この注入エネルギーを上記第1の相関関係に照ら
し合わせることにより、上記半導体層内のアモルファス
領域の厚みを測定する方法である。
Further, the third method for evaluating a semiconductor device of the present invention includes the same basic first to fourth steps as those of the first method, and further includes the implantation energy and the thickness of the amorphous region at a specific ion implantation amount. Is defined as a first correlation for each ion implantation amount, the wavelength indicating the maximum value of cos Δ in a predetermined wavelength region in the spectrum of cos Δ when the ion implantation amount is kept constant and the implantation energy is changed. The method further comprises a step of preparing a relationship with energy as a second correlation in advance, and in the fourth step, the spectrum of cos Δ obtained in the second step is compared with the second correlation. After determining the implantation energy of the ions implanted into the semiconductor layer by matching, this implantation energy is compared with the first correlation to obtain an upper energy. A method for measuring the thickness of the amorphous region of the semiconductor layer.

本発明の第4の半導体装置の評価方法は、上記第1の
方法と同様の基本的な第1〜第4のステップを備えると
ともに、特定の注入エネルギーにおける注入量とアモル
ファス領域の厚みとの関係を注入エネルギーごとに第1
の相関関係として、注入エネルギーを一定として注入量
を変えたときのcos Δのスペクトル中の所定の波長領域
におけるcos Δの極大値を示す波長と注入量との関係を
第2の相関関係として予め準備しておくステップをさら
に備え、上記第4のステップでは、上記第2のステップ
で得られたcos Δのスペクトルを上記第2の相関関係に
照らし合わせることにより上記半導体層に注入されたイ
オンの注入量を求めた後、このイオン注入量を上記第1
の相関関係に照らし合わせることにより、上記半導体層
内のアモルファス領域の厚みを測定する方法である。
The fourth method for evaluating a semiconductor device of the present invention includes the same basic first to fourth steps as those of the first method, and also relates to the relationship between the implantation amount at a specific implantation energy and the thickness of the amorphous region. The first for each injection energy
The correlation between the wavelength indicating the maximum value of cos Δ in a predetermined wavelength region in the spectrum of cos Δ when the injection amount is changed while the injection energy is kept constant, and the injection amount are defined in advance as a second correlation. The method further comprises a step of preparing, and in the fourth step, the spectrum of the cos Δ obtained in the second step is compared with the second correlation to obtain a spectrum of ions injected into the semiconductor layer. After obtaining the implantation amount, this ion implantation amount
This is a method of measuring the thickness of the amorphous region in the semiconductor layer by comparing the above correlation.

これらの方法により、楕円偏光として検出される測定
光の波長を変化させると、半導体層の複素屈折率に関す
るパラメータであるcos Δなどが求められる。そして、
cos Δなどのスペクトルが不純物イオンが注入された領
域の厚みや膜質に関する情報として得られ、イオン注入
が行なわれた半導体層の厚みを非破壊で調べることが可
能となる。特に、予め第1の相関関係や第2の相関関係
を準備しておくことにより、分光エリプソメトリ法によ
る測定の結果得られるcos Δのスペクトルをこれらの相
関関係と比較すれば、アモルファス領域の厚みが高い再
現性をもって非破壊で測定することが可能になり、簡便
かつ迅速にアモルファス領域の厚みを検知することがで
きる。
When the wavelength of the measurement light detected as elliptically polarized light is changed by these methods, a parameter relating to the complex refractive index of the semiconductor layer, such as cos Δ, is obtained. And
A spectrum such as cos Δ is obtained as information relating to the thickness and film quality of the region into which the impurity ions have been implanted, and the thickness of the semiconductor layer into which the ion implantation has been performed can be examined nondestructively. In particular, by preparing the first correlation and the second correlation in advance, and comparing the cos Δ spectrum obtained as a result of the measurement by the spectroscopic ellipsometry method with these correlations, the thickness of the amorphous region can be obtained. Can be measured nondestructively with high reproducibility, and the thickness of the amorphous region can be detected simply and quickly.

上記第1〜第4のステップを、上記半導体層内の複数
の不純物イオンが注入された領域について行なうことに
より、上記半導体層内における上記アモルファス領域の
厚みの分布を測定することができる。
By performing the first to fourth steps on a region of the semiconductor layer into which a plurality of impurity ions have been implanted, the distribution of the thickness of the amorphous region in the semiconductor layer can be measured.

本発明の第5の半導体装置の評価方法は、上記第1の
方法と同様の基本的な第1〜第4のステップを備えると
ともに、熱保持処理の前に上記半導体層に上記第1〜第
4のステップを行なって上記アモルファス領域の第1の
厚みを求めておき、上記半導体層に上記熱保持処理を施
した後に、上記半導体層に上記第1〜第4のステップを
行なって上記アモルファス領域の第2の厚みを求めるス
テップと、上記アモルファス領域の第1の厚み,第2の
厚み及び上記熱保持処理の時間から算出される回復レー
トから上記熱保持処理の温度を測定するステップとをさ
らに備えることができる。
The fifth method for evaluating a semiconductor device of the present invention includes the same basic first to fourth steps as those of the first method, and further includes the steps of: Step 4 is performed to determine a first thickness of the amorphous region. After the semiconductor layer is subjected to the heat holding process, the semiconductor layer is subjected to the first to fourth steps to form the amorphous region. Determining the second thickness of the amorphous region, and measuring the temperature of the heat holding process from the recovery rate calculated from the first thickness and the second thickness of the amorphous region and the time of the heat holding process. Can be prepared.

この方法により、温度センサ付きウエハを用いる方法
とは異なり、基板の上面側における温度を検知すること
が可能となり、しかも、温度範囲もほとんど制限なく測
定を行なうことが可能となる。
According to this method, unlike the method using a wafer with a temperature sensor, the temperature on the upper surface side of the substrate can be detected, and the measurement can be performed with almost no limitation on the temperature range.

上記半導体層の評価方法において、熱保持処理におけ
る熱保持処理の温度と、アモルファス領域の厚みの減少
との相関関係を求めておくステップをさらに備え、上記
第4のステップでは、上記相関関係に基づいて上記熱保
持処理の温度を測定することができる。
In the method for evaluating a semiconductor layer, the method further includes a step of obtaining a correlation between a temperature of the heat holding process in the heat holding process and a decrease in the thickness of the amorphous region. Thus, the temperature of the heat holding treatment can be measured.

この方法により、迅速な評価が可能になる。 This method allows for quick evaluation.

上記半導体層の評価方法において、上記熱保持処理温
度の測定を上記基板内の複数のアモルファス領域につい
て行ない、上記複数のアモルファス領域における熱保持
温度から上記基板内又は処理装置内の温度分布を測定す
ることができる。
In the method for evaluating a semiconductor layer, the heat retention processing temperature is measured for a plurality of amorphous regions in the substrate, and a temperature distribution in the substrate or the processing apparatus is measured from the heat retention temperatures in the plurality of amorphous regions. be able to.

この方法により、より詳細な情報が得られるので、こ
の評価結果を各種加熱処理における条件の微調整などに
供することができる。
Since more detailed information can be obtained by this method, the evaluation result can be used for fine adjustment of conditions in various heat treatments.

本発明の第1の半導体装置の製造方法は、基板の半導
体層に半導体装置を製造するための方法であって、上記
半導体層に不純物イオンを注入して結晶性の乱れたアモ
ルファス領域を形成する第1のステップと、上記アモル
ファス領域を所定温度に保持することを伴う処理を行な
う第2のステップと、上記半導体層に光軸に垂直な面内
でp方向(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面
との交線の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p
方向に垂直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を
上記半導体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向か
ら入射して、上記半導体層から楕円偏光として反射され
る上記測定光の反射光のうち上記p成分とs成分との位
相差をΔとしたときに、上記第2のステップにおける上
記処理の前後における少なくともcos Δのスペクトルを
測定する第3のステップと、上記少なくともcos Δのス
ペクトルの変化に基づき、上記第2のステップ中の上記
処理の前後における上記アモルファス領域の厚みの変化
を測定する第4のステップと、上記アモルファス領域の
上記処理の前後における厚みの変化及び上記熱保持処理
の時間から算出される回復レートから上記熱保持処理の
温度を測定する第5のステップとを備えている。
A first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in a semiconductor layer of a substrate, wherein impurity ions are implanted into the semiconductor layer to form an amorphous region having disordered crystallinity. A first step, a second step of performing a process involving maintaining the amorphous region at a predetermined temperature, and a p-direction (a plane perpendicular to the optical axis and a plane perpendicular to the optical axis) in the semiconductor layer. Direction of the line of intersection with the plane containing light and reflected light) and s direction (in the plane perpendicular to the optical axis)
Linearly polarized measurement light that is inclined with respect to the surface of the semiconductor layer from a direction inclined with respect to a direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer, and is reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. A third phase of measuring at least cos Δ spectrum before and after the processing in the second step, where Δ is a phase difference between the p component and the s component of the reflected light; A fourth step of measuring a change in the thickness of the amorphous region before and after the processing in the second step based on a change in the spectrum of Δ, and a change in the thickness of the amorphous region before and after the processing; A fifth step of measuring the temperature of the heat holding process from a recovery rate calculated from the time of the heat holding process.

上記第1の半導体装置の製造方法において、熱保持処
理における熱保持処理の温度と、アモルファス領域の厚
みの減少との相関関係を求めておくステップをさらに備
え、上記第4のステップでは、上記相関関係に基づいて
上記熱保持処理の温度を測定することができる。
In the first method for manufacturing a semiconductor device, the method may further include determining a correlation between a temperature of the heat holding process in the heat holding process and a decrease in the thickness of the amorphous region. The temperature of the heat holding process can be measured based on the relationship.

以下のように、上記半導体層の評価方法に関する手順
をコンピュータに自動的に行なわせるための記録媒体に
関する発明も得られる。
As described below, an invention relating to a recording medium for causing a computer to automatically perform the procedure relating to the above-described semiconductor layer evaluation method can also be obtained.

本発明の第1の記録媒体は、基板内において不純物イ
オンが注入されて結晶性の乱れたアモルファス領域を有
する半導体層に室温よりも高温の所定温度に保持する処
理を施し、半導体層に光軸に垂直な面内でp方向(光軸
に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線の方
向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂直な
方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導体層
の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射して、
上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光
の反射光のうち上記p成分とs成分との位相差をΔとし
たときに、上記測定光の波長の変化に伴う少なくともco
s Δのスペクトルから上記半導体層の物理量を評価する
ために使用される記録媒体であって、上記アモルファス
領域の厚みと上記少なくともcos Δのスペクトルの相関
関係を記憶させる第1の手順と、特定の注入条件で形成
された上記アモルファス領域の分光エリプソメトリによ
る測定結果である少なくともcos Δのスペクトルを入力
する第2の手順と、相関関係を取り出して、上記第2の
ステップで得られた少なくともcos Δのスペクトルを上
記相関関係に照らし合わせることにより、上記半導体層
内のアモルファス領域の厚みを測定する第3の手順とを
コンピュータに実行させるプログラムを記録し、上記第
1の手順では、特定のイオン注入量における注入エネル
ギーとアモルファス領域の厚みとの関係をイオン注入量
ごとに第1の相関関係として、特定のイオン注入量にお
けるcos Δのスペクトルと注入エネルギーとの関係を第
2の相関関係として記憶させておき、上記第3の手順で
は、上記第2の手順で入力されたcos Δのスペクトルを
上記第2の相関関係に照らし合わせることにより上記半
導体層に注入されたイオンの注入エネルギーを求めた
後、この注入エネルギーを上記第1の相関関係に照らし
合わせることにより、上記半導体層内のアモルファス領
域の厚みを測定することができる。
According to a first recording medium of the present invention, a semiconductor layer having an amorphous region in which crystallinity is disordered by implanting impurity ions in a substrate is subjected to a process of maintaining the semiconductor layer at a predetermined temperature higher than room temperature. In the plane perpendicular to the optical axis (the direction of the line of intersection between the plane perpendicular to the optical axis and the plane containing incident light and reflected light) and the s direction (the direction perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis). Measuring light of linearly polarized light inclined to the surface of the semiconductor layer from a direction inclined to a direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer,
When the phase difference between the p component and the s component in the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer is Δ, at least co with the change in the wavelength of the measurement light
a recording medium used to evaluate the physical quantity of the semiconductor layer from the spectrum of sΔ, wherein a first procedure for storing a correlation between the thickness of the amorphous region and the spectrum of at least cosΔ; A second procedure of inputting a spectrum of at least cos Δ, which is a measurement result by spectroscopic ellipsometry of the amorphous region formed under the injection condition, and extracting a correlation to obtain at least cos Δ obtained in the second step. By comparing the spectrum of the above with the correlation, a program for causing a computer to execute a third procedure for measuring the thickness of the amorphous region in the semiconductor layer is recorded. In the first procedure, a specific ion implantation is performed. The relationship between the implantation energy in the dose and the thickness of the amorphous region is defined as the first correlation for each ion implantation dose. Then, the relationship between the spectrum of cos Δ and the implantation energy at a specific ion implantation amount is stored as a second correlation, and in the third procedure, the spectrum of cos Δ input in the second procedure is stored. To the second correlation to determine the implantation energy of the ions implanted into the semiconductor layer, and then compare the implantation energy to the first correlation to obtain the amorphous energy in the semiconductor layer. The thickness of the area can be measured.

また、上記第1の手順では、特定の注入エネルギーに
おけるイオン注入量とアモルファス領域の厚みとの関係
を注入エネルギーごとに第1の相関関係として、特定の
注入エネルギーにおけるcos Δのスペクトルとイオン注
入量との関係を第2の相関関係として記憶させておき、
上記第3の手順では、上記第2の手順で入力されたcos
Δのスペクトルを上記第2の相関関係に照らし合わせる
ことにより上記半導体層に注入されたイオンの注入量を
求めた後、このイオン注入量を上記第1の相関関係に照
らし合わせることにより、上記半導体層内のアモルファ
ス領域の厚みを測定することができる。
In the first procedure, the relationship between the ion implantation amount at a specific implantation energy and the thickness of the amorphous region is defined as a first correlation for each implantation energy, and the spectrum of cos Δ at a specific implantation energy and the ion implantation amount are determined. Is stored as a second correlation,
In the third procedure, the cos input in the second procedure is
The amount of ions implanted into the semiconductor layer is determined by comparing the spectrum of Δ with the second correlation, and then the amount of ions implanted into the semiconductor layer is compared with the first correlation to obtain the semiconductor. The thickness of the amorphous region in the layer can be measured.

本発明の第2の記録媒体は、基板内において不純物イ
オンが注入されて結晶性の乱れたアモルファス領域を有
する半導体層に熱処理を施し、半導体層に光軸に垂直な
面内でp方向(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含
む面との交線の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上
記p方向に垂直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定
光を上記半導体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方
向から入射して、上記半導体層から楕円偏光として反射
される上記測定光の反射光のうち上記p成分とs成分と
の位相差をΔとしたときに、上記測定光の波長の変化に
伴う少なくともcos Δのスペクトルから上記熱処理の温
度を測定するために使用される記録媒体であって、特定
の温度の下における熱処理の時間とアモルファス領域の
厚みの減少量との関係を相関関係として記憶させる第1
の手順と、上記アモルファス領域の上記熱処理の前の厚
みを記憶させる第2の手順と、上記アモルファス領域の
上記熱処理の後の厚みを記憶させる第3の手順と、上記
アモルファス領域の熱処理前後の厚みと上記相関関係と
を取り出して、上記アモルファス領域の熱処理前後の厚
みの減少量を上記相関関係に照らし合わせることによ
り、上記熱処理温度を求める手順とをコンピュータに実
行させるプログラムを記録しているものである。
According to the second recording medium of the present invention, a semiconductor layer having an amorphous region with disordered crystallinity in which impurity ions are implanted in a substrate is subjected to a heat treatment, and the semiconductor layer is subjected to a p-direction (light direction) in a plane perpendicular to the optical axis. Measurement of linearly polarized light inclined with respect to the direction perpendicular to the axis and the direction of the intersection of the plane containing incident light and reflected light) and the s direction (the direction perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis). The light is incident on the semiconductor layer from a direction inclined with respect to a direction perpendicular to the surface thereof, and the phase difference between the p component and the s component of the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. When Δ is, a recording medium used to measure the temperature of the heat treatment from the spectrum of at least cos Δ with a change in the wavelength of the measurement light, the time of the heat treatment at a specific temperature and Relationship with the decrease in thickness of the amorphous region The thereby stored as correlation 1
A second procedure for storing the thickness of the amorphous region before the heat treatment, a third procedure for storing the thickness of the amorphous region after the heat treatment, and a thickness of the amorphous region before and after the heat treatment. And the correlation are taken out, and the amount of reduction in the thickness of the amorphous region before and after the heat treatment is compared with the correlation to obtain the heat treatment temperature. is there.

本発明の第3の記録媒体は、基板内において不純物イ
オンが注入されて結晶性の乱れたアモルファス領域を有
する半導体層に熱処理を施し、半導体層に光軸に垂直な
面内でp方向(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含
む面との交線の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上
記p方向に垂直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定
光を上記半導体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方
向から入射して、上記半導体層から楕円偏光として反射
される上記測定光の反射光のうち上記p成分とs成分と
の位相差をΔとしたときに、上記測定光の波長の変化に
伴う少なくともcos Δのスペクトルから上記熱処理の温
度を測定するために使用される記録媒体であって、特定
の温度の下における熱処理の時間とアモルファス領域の
厚みの減少量との関係から求まる回復レートを各温度ご
とに相関関係として記憶させる第1の手順と、上記アモ
ルファス領域の上記熱処理の前の厚みを記憶させる第2
の手順と、上記アモルファス領域の熱処理後の厚みと熱
処理時間とを記憶させる第3の手順と、上記アモルファ
ス領域の熱処理前後の厚みの減少量と上記相関関係とを
取り出して、上記アモルファス領域の熱処理前後の厚み
の減少量を熱処理時間で除して得られる回復レートを上
記相関関係に照らし合わせることにより、上記熱処理温
度を求める第4の手順とをコンピュータに実行させるプ
ログラムを記録している。
According to the third recording medium of the present invention, a semiconductor layer having an amorphous region in which crystallinity is disordered by implanting impurity ions in a substrate is subjected to heat treatment, and the semiconductor layer is subjected to a p-direction (light direction) in a plane perpendicular to the optical axis. Measurement of linearly polarized light inclined with respect to the direction perpendicular to the axis and the direction of the intersection of the plane containing incident light and reflected light) and the s direction (the direction perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis). The light is incident on the semiconductor layer from a direction inclined with respect to a direction perpendicular to the surface thereof, and the phase difference between the p component and the s component of the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. When Δ is, a recording medium used to measure the temperature of the heat treatment from the spectrum of at least cos Δ with a change in the wavelength of the measurement light, the time of the heat treatment at a specific temperature and Relationship with the decrease in thickness of the amorphous region A first procedure for storing et obtained recovery rates as a correlation for each temperature, a second for storing the thickness before the heat treatment of the amorphous region
And a third procedure for storing the thickness of the amorphous region after the heat treatment and the heat treatment time, and extracting the correlation between the amount of decrease in the thickness of the amorphous region before and after the heat treatment and the correlation to obtain the heat treatment of the amorphous region. A program for causing a computer to execute the fourth procedure for obtaining the heat treatment temperature by comparing the recovery rate obtained by dividing the amount of decrease in thickness before and after by the heat treatment time with the above correlation is recorded.

本発明の第4の記録媒体は、基板内において不純物イ
オンが注入されて結晶性の乱れたアモルファス領域を有
する半導体層に熱処理を施し、半導体層に光軸に垂直な
面内でp方向(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含
む面との交線の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上
記p方向に垂直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定
光を上記半導体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方
向から入射して、上記半導体層から楕円偏光として反射
される上記測定光の反射光のうち上記p成分とs成分と
の位相差をΔとしたときに、上記測定光の波長の変化に
伴う少なくともcos Δのスペクトルから上記熱処理の温
度を測定するために使用される記録媒体であって、特定
の時間の下における熱処理の温度とアモルファス領域の
厚みの減少量との関係から求まる回復レートを相関関係
として記憶させる第1の手順と、上記アモルファス領域
の熱処理前の厚みを記憶させる第2の手順と、上記アモ
ルファス領域の熱処理後の厚みと熱処理時間とを記憶さ
せる第3の手順と、上記アモルファス領域の熱処理前後
の厚みの減少量と上記相関関係とを取り出して、上記ア
モルファス領域の熱処理前後の厚みの減少量を熱処理時
間で除して得られる回復レートを上記相関関係に照らし
合わせることにより、上記熱処理温度を求める手順とを
コンピュータに実行させるプログラムを記録している。
According to the fourth recording medium of the present invention, a semiconductor layer having an amorphous region with disordered crystallinity in which impurity ions are implanted in a substrate is subjected to a heat treatment, and the semiconductor layer is subjected to a p-direction (light) in a plane perpendicular to the optical axis. Measurement of linearly polarized light inclined with respect to the direction perpendicular to the axis and the direction of the intersection of the plane containing incident light and reflected light) and the s direction (the direction perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis). The light is incident on the semiconductor layer from a direction inclined with respect to a direction perpendicular to the surface thereof, and the phase difference between the p component and the s component of the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. Is a recording medium used to measure the temperature of the heat treatment from at least the spectrum of cos Δ with the change in the wavelength of the measurement light, and the temperature of the heat treatment under a specific time. Relationship with the decrease in thickness of the amorphous region A first procedure for storing the recovery rate determined as a correlation, a second procedure for storing the thickness of the amorphous region before heat treatment, and a third procedure for storing the thickness of the amorphous region after heat treatment and the heat treatment time. And the correlation between the amount of reduction in the thickness of the amorphous region before and after the heat treatment and the correlation are taken out, and the correlation between the recovery rate obtained by dividing the amount of decrease in the thickness of the amorphous region before and after the heat treatment by the heat treatment time. And a program for causing a computer to execute the above-described procedure for determining the heat treatment temperature.

[図面の簡単な説明] 図1は、発明の実施形態における評価に使用した半導
体ウエハの一部における構造を示す断面図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a part of a semiconductor wafer used for evaluation in an embodiment of the present invention.

図2は、発明の実施形態における評価に使用した評価
装置の構成を概略的を示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of an evaluation device used for evaluation in the embodiment of the present invention.

図3(a),(b)は、発明の実施形態で行った実験
によるデータであって、低濃度のアモルファス領域にお
けるtan Ψ及びcos Δのスペクトルをそれぞれ示す図で
ある。
FIGS. 3A and 3B are data obtained by experiments performed in the embodiment of the present invention, and are diagrams respectively showing the spectra of tan Ψ and cos Δ in the low-concentration amorphous region.

図4(a),(b)は、発明の実施形態で行った実験
によるデータであって、高濃度のアモルファス領域にお
けるtan Ψ及びcos Δのスペクトルをそれぞれ示す図で
ある。
FIGS. 4A and 4B are data obtained by experiments performed in the embodiment of the present invention, and are diagrams respectively showing the spectra of tan Ψ and cos Δ in the high-concentration amorphous region.

図5は、発明の実施形態で行った実験によるデータで
あって、高濃度のイオン注入をその注入エネルギーを変
えて行ったときのアモルファス領域におけるcos Δのス
ペクトルを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing data of an experiment performed in the embodiment of the invention, showing a spectrum of cos Δ in an amorphous region when high-concentration ion implantation is performed by changing the implantation energy.

図6は、発明の実施形態で行った実験によるデータで
あって、高濃度のイオン注入をその注入エネルギーを変
えて行ったときのアモルファス領域におけるtan Ψのス
ペクトルを示す図である。
FIG. 6 is a view showing data from an experiment conducted in the embodiment of the present invention, showing a spectrum of tan に お け る in an amorphous region when high-concentration ion implantation is performed by changing the implantation energy.

図7は、第1の具体例のデータであって、TEM,TRIM,
分光エリプソメトリによる測定で得られたイオン注入エ
ネルギーとアモルファス領域の厚みとの関係を比較する
図である。
FIG. 7 shows data of the first specific example, in which TEM, TRIM,
FIG. 4 is a diagram comparing the relationship between the ion implantation energy obtained by measurement by spectroscopic ellipsometry and the thickness of an amorphous region.

図8は、第1の実施形態の第1の具体例のデータであ
って、分光エリプソメトリによる測定で得られたイオン
注入量とアモルファス領域の厚みとの関係を示す図であ
る。
FIG. 8 is data of the first specific example of the first embodiment, and is a diagram showing the relationship between the ion implantation amount obtained by measurement by spectroscopic ellipsometry and the thickness of the amorphous region.

図9(a)〜(c)は、第1の実施形態の第2の具体
例のデータであって、分光エリプソメトリによる測定で
得られたアモルファス領域の厚みのウエハ内均一性をサ
ーマルウェーブ法及びシート抵抗法によるウエハ内均一
性のデータと比較する図である。
FIGS. 9A to 9C show data of the second specific example of the first embodiment. The uniformity of the thickness of the amorphous region in the wafer obtained by the measurement by the spectroscopic ellipsometry is determined by the thermal wave method. FIG. 7 is a diagram comparing with data on uniformity in a wafer by a sheet resistance method.

図10は、第1の実施形態の第3の具体例における比較
用のデータであって、イオン注入を行っていないシリコ
ン単結晶領域におけるcos Δ,tan Ψのスペクトルであ
る。
FIG. 10 shows comparison data in the third specific example of the first embodiment, which is a spectrum of cos Δ, tan に お け る in a silicon single crystal region where ion implantation is not performed.

図11は、第1の実施形態の第3の具体例におけるデー
タであって、A社のイオン注入装置を用いて1×1014cm
-2のイオン注入を行ったアモルファス領域におけるcos
Δ,tan Ψのスペクトルである。
FIG. 11 shows data in the third specific example of the first embodiment, which is 1 × 10 14 cm using the ion implantation apparatus of Company A.
In the amorphous region after ion implantation of -2
Δ, tan Ψ spectrum.

図12は、第1の実施形態の第3の具体例におけるデー
タであって、A社のイオン注入装置を用いて5×1013cm
-2のイオン注入を行ったアモルファス領域におけるcos
Δ,tan Ψのスペクトルである。
FIG. 12 shows data in the third specific example of the first embodiment, and is 5 × 10 13 cm using the ion implantation apparatus of Company A.
In the amorphous region after ion implantation of -2
Δ, tan Ψ spectrum.

図13は、第1の実施形態の第3の具体例におけるデー
タであって、B社のイオン注入装置を用いて5×1013cm
-2のイオン注入を行ったアモルファス領域におけるcos
Δ,tan Ψのスペクトルである。
FIG. 13 shows data in the third specific example of the first embodiment, and is 5 × 10 13 cm using an ion implantation apparatus of Company B.
In the amorphous region after ion implantation of -2
Δ, tan Ψ spectrum.

図14は、第1の実施形態の第3の具体例におけるデー
タであって、B社のイオン注入装置を用いて1×1014cm
-2のイオン注入を電流密度615μAで行ったアモルファ
ス領域におけるcos Δ,tan Ψのスペクトルである。
FIG. 14 shows data in the third specific example of the first embodiment, and is 1 × 10 14 cm using an ion implantation apparatus of Company B.
4 is a spectrum of cos Δ, tan に お け る in an amorphous region where ion implantation of −2 was performed at a current density of 615 μA.

図15は、第1の実施形態の第3の具体例におけるデー
タであって、B社のイオン注入装置を用いて1×1014cm
-2のイオン注入を電流密度2000μAで行ったアモルファ
ス領域におけるcos Δ,tan Ψのスペクトルである。
FIG. 15 shows data in the third specific example of the first embodiment, which is 1 × 10 14 cm using an ion implantation apparatus of Company B.
4 is a spectrum of cos Δ, tan に お け る in an amorphous region in which −2 ion implantation is performed at a current density of 2000 μA.

図16は、第2の実施形態の第1の具体例におけるデー
タであって、As+イオンが注入されたウエハについて、
ウエハの保持温度とアモルファス領域の厚みとの関係を
示す図である。
FIG. 16 shows data in the first specific example of the second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a wafer holding temperature and a thickness of an amorphous region.

図17は、第2の実施形態の第2の具体例におけるデー
タであって、As+イオンが注入されたウエハについて、
ウエハの保持温度と不純物イオンが注入された領域(ア
モルファス領域)の膜質との関係を示す図である。
FIG. 17 shows data in the second specific example of the second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a wafer holding temperature and a film quality of a region (amorphous region) into which impurity ions are implanted.

図18(a)は、第2の実施形態の第3の具体例におけ
るデータであって、各種のサンプルについて得られたア
ニール時間に対するアモルファス領域の厚みの変化を示
す図である。図18(b)は、図18(a)のデータから作
成したテーブルである。
FIG. 18A shows data in the third specific example of the second embodiment, and is a diagram showing a change in the thickness of the amorphous region with respect to the annealing time obtained for various samples. FIG. 18 (b) is a table created from the data of FIG. 18 (a).

図19は、文献に掲載されていアモルファス領域の回復
(再結晶)の進行速度とアニール条件との関係を示す図
である。
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the progress rate of recovery (recrystallization) of an amorphous region and annealing conditions described in the literature.

図20(a)は、第2の実施形態の第4の具体例におけ
るデータであって、フラッシュアニールを行なったとき
のアモルファス領域の厚みの減少量の温度依存性を示す
データである。図20(b)は、図20(a)の点D20にお
ける条件下で通常のアニールを行なったときのアモルフ
ァス領域の厚みの経時変化を示す図である。
FIG. 20A is data in the fourth specific example of the second embodiment, and is data showing the temperature dependence of the amount of decrease in the thickness of the amorphous region when flash annealing is performed. FIG. 20 (b) is a diagram showing the change over time in the thickness of the amorphous region when normal annealing is performed under the condition at point D20 in FIG. 20 (a).

図21は、第2の実施形態の第5の具体例におけるデー
タであって、図16の点A16に示す状態のウエハ内におけ
るアモルファス領域の厚みの分布を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing data in the fifth specific example of the second embodiment, showing the distribution of the thickness of the amorphous region in the wafer in the state indicated by the point A16 in FIG.

図22は、第2の実施形態の第5の具体例におけるデー
タであって、図16の点C16に示す状態のウエハ内におけ
るアモルファス領域の厚みの分布を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing data in the fifth specific example of the second embodiment, showing the distribution of the thickness of the amorphous region in the wafer in the state shown at point C16 in FIG.

図23は、第2の実施形態の第5の具体例におけるデー
タであって、図22に示す各測定点の厚みから図21に示す
各測定点の厚みを差し引いたウエハ内の温度分布を示す
図である。
FIG. 23 shows data in the fifth specific example of the second embodiment, and shows the temperature distribution in the wafer obtained by subtracting the thickness of each measurement point shown in FIG. 21 from the thickness of each measurement point shown in FIG. FIG.

図24は、第2の実施形態の第6の具体例におけるデー
タであって、図16の点A16に示す状態のウエハ内におけ
るアモルファス領域の吸収係数の分布を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing data in the sixth specific example of the second embodiment, showing the distribution of the absorption coefficient of the amorphous region in the wafer in the state shown at point A16 in FIG.

図25は、第2の実施形態の第6の具体例におけるデー
タであって、図16の点C16に示す状態のウエハ内におけ
るアモルファス領域の吸収係数の分布を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing data in the sixth specific example of the second embodiment, showing the distribution of the absorption coefficient of the amorphous region in the wafer in the state shown at point C16 in FIG.

図26(a),(b)は、第3の実施形態の第1の具体
例におけるフローチャートであって、イオン注入された
アモルファス領域の合否判定の手順、イオン注入条件の
変更の手順をそれぞれ示すフローチャートである。
FIGS. 26 (a) and 26 (b) are flowcharts in the first specific example of the third embodiment, showing a procedure for determining whether or not an ion-implanted amorphous region is acceptable and a procedure for changing ion implantation conditions, respectively. It is a flowchart.

図27は、第2の実施形態におけるアニール中における
ウエハ表面の温度を測定するための手順を示すフローチ
ャートである。
FIG. 27 is a flowchart showing a procedure for measuring the temperature of the wafer surface during annealing in the second embodiment.

図28は、第2の実施形態における一定温度のアニール
中における回復レートからウエハ表面の温度を測定する
ための手順を示すフローチャートである。
FIG. 28 is a flowchart showing a procedure for measuring the temperature of the wafer surface from the recovery rate during annealing at a constant temperature in the second embodiment.

図29は、第2の実施形態における一定時間のアニール
中における回復レートからウエハ表面の温度を測定する
ための手順を示すフローチャートである。
FIG. 29 is a flowchart showing a procedure for measuring the temperature of the wafer surface from the recovery rate during annealing for a fixed time in the second embodiment.

図30(a),(b)は、第1の実施形態の第1の具体
例における第1の相関関係と第2の相関関係とをそれぞ
れ示す図表である。
FIGS. 30A and 30B are tables respectively showing a first correlation and a second correlation in the first specific example of the first embodiment.

図31は、第1の実施形態の第1の具体例におけるイオ
ン注入における注入量がわかっている場合に第1,第2の
相関関係を利用してアモルファス領域の厚みを求める方
法である。
FIG. 31 shows a method of obtaining the thickness of the amorphous region using the first and second correlations when the amount of ion implantation in the first specific example of the first embodiment is known.

図32は、第1の実施形態の第1の具体例におけるイオ
ン注入における注入エネルギーがわかっている場合に第
1,第2の相関関係を利用してアモルファス領域の厚みを
求める方法である。
FIG. 32 shows a case where the implantation energy in the ion implantation in the first specific example of the first embodiment is known.
1. This is a method of obtaining the thickness of the amorphous region using the second correlation.

図33は、各実施形態の各具体例の内容を示す一覧表と
してまとめた図表である。
FIG. 33 is a chart summarizing the contents of each specific example of each embodiment as a list.

[最良の実施形態] 図33は、以下に説明する各実施形態の各具体例の内容
を示す一覧表としてまとめた図表である。
Best Embodiment FIG. 33 is a table summarizing the contents of each specific example of each embodiment described below.

まず、本発明の基本原理の裏付けとなる各実施形態に
係る半導体の評価方法について、図面を参照しながら説
明する。
First, a semiconductor evaluation method according to each embodiment that supports the basic principle of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る評価の対象となる半
導体装置(nチャネル型MOSトランジスタ)のイオン注
入工程における構造を示す断面図である。同図に示すよ
うに、ウエハ状態で行われるMOSトランジスタの製造工
程において、シリコン基板11(シリコンウエハ)上に
は、LOCOS膜からなる水素分離12が形成され、この素子
分離12で囲まれる活性領域内にゲート絶縁膜13,ゲート
電極14が形成されている。そして、イオン注入工程で、
As+イオン等の不純物イオンがシリコン基板11内に注入
され、nチャネル型MOSトランジスタの高濃度ソース・
ドレイン領域15が形成される。そして、シリコン基板11
の他の領域には、高濃度不純物のイオン注入条件の適否
等を測定するためのモニター領域16が形成されており、
このモニター領域16にもソース・ドレイン領域15と同時
にAs+イオンが注入される。なお、pチャネル型MOSト
ランジスタのソース・ドレイン領域を形成する際には、
別のモニター領域にB+を注入してボロンイオンの注入
条件を測定する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure in an ion implantation step of a semiconductor device (n-channel MOS transistor) to be evaluated according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, in a MOS transistor manufacturing process performed in a wafer state, a hydrogen separation 12 made of a LOCOS film is formed on a silicon substrate 11 (silicon wafer), and an active region surrounded by the element separation 12 is formed. A gate insulating film 13 and a gate electrode 14 are formed therein. And in the ion implantation process,
Impurity ions such as As + ions are implanted into the silicon substrate 11 to form a high-concentration source
A drain region 15 is formed. And the silicon substrate 11
In the other region, a monitor region 16 for measuring the suitability of the ion implantation conditions of the high concentration impurity is formed,
As + ions are implanted into the monitor region 16 simultaneously with the source / drain regions 15. When forming the source / drain regions of the p-channel MOS transistor,
B + is implanted into another monitor area to measure boron ion implantation conditions.

図2は、上記nチャネル型MOSトランジスタのソース
・ドレイン領域15へのイオン注入の条件をモニター領域
16を利用して測定するための分光エリプソメータの構成
を概略的に示す側面図である。Xe光源20から出力される
Xe光を偏光子21により直線偏光に変えて、基板面に垂直
な方向に対して角度θ0でシリコン基板11(モニター領
域16)に入射させ、楕円偏光として反射される光を検光
子22を経た後分光器23に入射させて、分光しながら、デ
ィテクター24により各波長における複素屈折率N=n−
ikを測定するように構成されている。ただし、入射光の
直線偏光の軸は、p方向(光軸に垂直な面と入射光及び
反射光を含む面との交線の方向)と、s方向(光軸に垂
直な面内でp方向に垂直な方向)に対して傾いている。
FIG. 2 shows the condition of ion implantation into the source / drain region 15 of the n-channel MOS transistor in the monitor region.
FIG. 2 is a side view schematically showing a configuration of a spectroscopic ellipsometer for performing measurement by using 16; Output from Xe light source 20
The Xe light is converted into linearly polarized light by the polarizer 21 and is incident on the silicon substrate 11 (monitor area 16) at an angle θ0 with respect to the direction perpendicular to the substrate surface, and the light reflected as elliptically polarized light passes through the analyzer 22. While being incident on the post-spectrometer 23 and splitting, the complex refractive index N = n− at each wavelength is detected by the detector 24.
It is configured to measure ik. However, the axes of the linearly polarized light of the incident light are the p direction (the direction of the intersection line between the plane perpendicular to the optical axis and the plane including the incident light and the reflected light) and the s direction (p in the plane perpendicular to the optical axis). Direction perpendicular to the direction).

次に、本実施形態で使用した分光エリプソメトリの測
定原理について説明する。上記図2に示すシリコン基板
11へのXe光の入射光とシリコン基板の法線とのなす角を
θ0とすると、各波長における試料の複素屈折率N=n
−ikは、下記式(1),(2)で表される。
Next, the measurement principle of the spectroscopic ellipsometry used in the present embodiment will be described. Silicon substrate shown in FIG. 2 above
Assuming that the angle between the incident light of Xe light on 11 and the normal of the silicon substrate is θ0, the complex refractive index N = n of the sample at each wavelength
−ik is represented by the following equations (1) and (2).

n2−k2=sin2θ[1+{tan2θ(cos22Ψ− sin2Ψsin2Δ)}/(1+sin2ΨcosΔ)] (1) 2nk=(sin2θ0tan2θ0sin4ΨsinΔ)/(1+sin2ΨcosΔ) (2) ここで、Ψはp成分とs成分との間の振幅反射率比
を、Δは上記p成分とs成分との間の位相差をそれぞれ
示す。すなわち、反射光のtan Ψ,cos Δを測定するこ
とにより、式(1),(2)から各波長における試料の
物性を表す複素屈折率Nが求められる。
n 2 −k 2 = sin 2 θ 0 [1+ {tan 2 θ 0 (cos 2 2Ψ−sin 2 Ψsin 2 Δ)} / (1 + sin 2 ΨcosΔ) 2 ] (1) 2nk = (sin 2 θ 0 tan 2 θ 0 sin 4 Ψsin Δ ) / (1 + sin2ΨcosΔ) 2 (2) where Ψ indicates the amplitude reflectance ratio between the p component and the s component, and Δ indicates the phase difference between the p component and the s component. That is, by measuring the tan Ψ, cos Δ of the reflected light, the complex refractive index N representing the physical properties of the sample at each wavelength is obtained from the equations (1) and (2).

ここで、本発明者等は、試料の複素屈折率Nそのもの
を求めなくても、この反射光のtan Ψ,cos Δを分光し
てスペクトルを測定することで、イオン注入条件に関す
る重要な情報が得られることを以下のような過程によっ
て見出した。
Here, the present inventors can obtain important information regarding ion implantation conditions by measuring the spectrum by spectroscopically measuring the tan Ψ, cos Δ of the reflected light without obtaining the complex refractive index N itself of the sample. It was found out that it was obtained by the following process.

以下の各図に示すデータを得るに際し、シリコン基板
は予めp型不純物がドープされたp型シリコン基板を用
い、その抵抗率は10.0〜15.0(Ω・cm)、基板面の結晶
方位は(100)である。また、イオン注入種としてはAs
+を用い、注入エネルギーを20〜80(keV)の間で変
え、注入量を2〜4×1015cm-2の間で変えている。ま
た、分光は、250〜800nmの範囲で行っている。
In obtaining the data shown in the following figures, a p-type silicon substrate doped with a p-type impurity in advance was used as the silicon substrate, the resistivity was 10.0 to 15.0 (Ω · cm), and the crystal orientation of the substrate surface was (100 ). As an ion implantation species, As
Using +, the implantation energy is varied between 20 and 80 (keV) and the implantation volume is varied between 2 and 4 × 10 15 cm −2 . The spectroscopy is performed in the range of 250 to 800 nm.

図3(a),(b)は、イオン注入を行っていないシ
リコン基板からの反射光のtan Ψ及びcos Δのスペクト
ルをそれぞれ示す(図3(b)においては、スペクトル
線3A)。一方、図4(a),(b)は、高濃度不純物の
イオン注入を行った後のシリコン基板からの反射光のta
n Ψ及びcos Δのスペクトルをそれぞれ示す。図4
(b)のcos Δのスペクトル線のヴァリー位置の波長45
0nmを図3bのcos Δのスペクトル線3Aのヴァリー位置の
波長400nmと比較するとわかるように、シリコン単結晶
に不純物をドープすると、cos Δのスペクトル形状は、
未注入のときのスペクトル線3Aに比べヴァリー位置が長
波長領域(450nm〜850nm)で負の側に移動する傾向を示
す。したがって、イオン注入によってtan Ψ,cos Δの
スペクトルが変化していることは明らかである。
FIGS. 3A and 3B show tan tan and cos Δ spectra of reflected light from a silicon substrate not subjected to ion implantation, respectively (in FIG. 3B, spectrum line 3A). On the other hand, FIGS. 4A and 4B show ta of reflected light from the silicon substrate after high-concentration impurity ion implantation.
The spectra of nΨ and cos Δ are shown, respectively. FIG.
(B) wavelength 45 at the valley position of the cos Δ spectral line
As can be seen by comparing 0 nm with the wavelength 400 nm at the valley position of the spectrum line 3A of the cos Δ in FIG. 3b, when the impurity is doped into the silicon single crystal, the spectrum shape of the cos Δ becomes
The valley position tends to move to the negative side in the long wavelength region (450 nm to 850 nm) compared to the spectrum line 3A when no injection is performed. Therefore, it is clear that the spectrum of tan Ψ, cos Δ has been changed by ion implantation.

そして、図3(b)に示すように、一般的に、シリコ
ン単結晶に不純物をドープすると、cos Δのスペクトル
形状は、未注入のときのスペクトル線3Aに対してドーズ
量を増大させるほどより負の側に移動する傾向を示す
(スペクトル線3B,3C)。したがって、単結晶シリコン
基板については、ある波長(たとえば630nm)におけるt
an Ψ,cos Δを測定することで、イオン注入におけるド
ーズ量等の条件をある程度把握することができる。
Then, as shown in FIG. 3B, generally, when an impurity is doped into a silicon single crystal, the spectral shape of cos Δ becomes larger as the dose increases with respect to the spectral line 3A when not implanted. Shows a tendency to move to the negative side (spectral lines 3B, 3C). Therefore, for a single crystal silicon substrate, t at a certain wavelength (for example, 630 nm)
By measuring an Ψ and cos Δ, it is possible to grasp conditions such as a dose amount in ion implantation to some extent.

一方、図5はアモルファスシリコン層に対して注入エ
ネルギーを変えたときのcos Δのスペクトル形状の変化
を、図6はアモルファスシリコン層に対して注入エネル
ギーを変えたときのtan Ψのスペクトル形状の変化をそ
れぞれ示す。不純物イオン(As+)のドーズ量は4×10
15cm-2である。
On the other hand, FIG. 5 shows the change in the spectrum shape of cos Δ when the implantation energy is changed for the amorphous silicon layer, and FIG. 6 shows the change in the spectrum shape of tan と き when the implantation energy is changed for the amorphous silicon layer. Are respectively shown. The dose of impurity ions (As +) is 4 × 10
15 cm -2 .

図5及び図6からわかるように、アモルファスシリコ
ン層へのイオン注入の場合、ある波長(たとえば630n
m)におけるcos Δ,tan Ψを測定しても、注入エネルギ
ーが増大しても、cos Δ,tan Ψの測定値の変化に規則
性はないので、この測定結果からイオン注入エネルギー
を把握できない。
As can be seen from FIGS. 5 and 6, in the case of ion implantation into the amorphous silicon layer, a certain wavelength (for example, 630 nm) is used.
Even if cos Δ, tan Ψ in m) is measured and the implantation energy increases, the measured value of cos Δ, tan 変 化 does not have a regular change, so the ion implantation energy cannot be grasped from the measurement result.

このように、従来、高濃度不純物のイオン注入によっ
て形成される不純物拡散領域についてエリプソメトリ法
によってはイオン注入エネルギー等の条件の適否を評価
することができなかった。
As described above, conventionally, it has not been possible to evaluate the suitability of conditions such as ion implantation energy for an impurity diffusion region formed by ion implantation of high-concentration impurities by ellipsometry.

(第1の実施形態) 以下、分光エリプソメトリ法を使用することによって
得られる情報の例である各具体例について説明する。
First Embodiment Hereinafter, specific examples which are examples of information obtained by using the spectroscopic ellipsometry will be described.

−第1の具体例− 本具体例では、分光エリプソメトリ法によるcos Δ
(又はtan Ψ)のスペクトルを相関関係と比較してアモ
ルファス領域の厚みを測定する方法について説明する。
本明細書及び請求の範囲の記載において、「スペクト
ル」は、スペクトルパターンとして把握されるものであ
ってもよいし、波長対cos Δ(又はtan Ψ)の数値
(表)として把握されるものであってもよいものとす
る。
-First Specific Example- In this specific example, cos Δ by spectroscopic ellipsometry is used.
A method of measuring the thickness of the amorphous region by comparing the spectrum of (or tan Ψ) with the correlation will be described.
In the present specification and the description of the claims, the “spectrum” may be grasped as a spectrum pattern, or may be grasped as a numerical value (table) of wavelength vs. cos Δ (or tan Ψ). It may be.

以下の図7,図8に示すデータを得るのに際し、シリコ
ン基板は予めp型不純物がドープされたp型シリコン基
板を用い、その抵抗率は10.0〜15.0(Ω・cm)、基板面
の結晶方位は(100)である。また、イオン注入種とし
てはAs+を用い、注入エネルギーを20〜80(keV)の間
で変え、注入量を2〜4×1015cm-2の間で変えている。
また、分光は、250〜800nmの範囲で行っている。
When obtaining the data shown in FIGS. 7 and 8 below, a p-type silicon substrate doped with a p-type impurity in advance is used, the resistivity is 10.0 to 15.0 (Ω · cm), and the crystal on the substrate surface is used. The bearing is (100). As + is used as an ion implantation species, the implantation energy is changed between 20 and 80 (keV), and the implantation amount is changed between 2 and 4 × 10 15 cm −2 .
The spectroscopy is performed in the range of 250 to 800 nm.

図7は、注入量を4×1015cm-2と一定にした場合のア
モルファス領域の厚みの注入エネルギー依存性を示すデ
ータである。同図において、横軸は注入エネルギー(ke
V)を示し、縦軸はアモルファス領域の厚み(nm)を示
す。この図7のデータは、図5,図6に示す注入エネルギ
ー条件(20,30,40,50(keV))について、TEMでアモル
ファス領域の厚みを測定して、そのときのcos Δ,tan
Ψのスペクトル形状とアモルファス領域の厚みの測定結
果との相関関係を調べておくことにより求めたものであ
る。図7には、TEMによる注入エネルギーとアモルファ
ス領域の厚みとの関係も示されている。図7からわかる
ように、本実施形態に係る分光エリプソメトリ法によっ
て求められるアモルファス領域の厚みはTEMによる実測
結果に近く、非破壊で高精度の測定を行うことができ
る。つまり、インラインでの検査(図2に示すようなプ
ロセスとプロセスとの間における検査をいう)に適した
評価方法を提供することができる。
FIG. 7 is data showing the dependence of the thickness of the amorphous region on the implantation energy when the implantation amount is fixed at 4 × 10 15 cm −2 . In the figure, the horizontal axis represents the implantation energy (ke
V), and the vertical axis indicates the thickness (nm) of the amorphous region. The data in FIG. 7 is obtained by measuring the thickness of the amorphous region by TEM under the implantation energy conditions (20, 30, 40, 50 (keV)) shown in FIGS.
It was obtained by examining the correlation between the spectrum shape of Ψ and the measurement result of the thickness of the amorphous region. FIG. 7 also shows the relationship between the implantation energy by TEM and the thickness of the amorphous region. As can be seen from FIG. 7, the thickness of the amorphous region obtained by the spectroscopic ellipsometry according to the present embodiment is close to the result of actual measurement by TEM, and non-destructive and highly accurate measurement can be performed. That is, it is possible to provide an evaluation method suitable for an in-line inspection (referring to an inspection between processes as shown in FIG. 2).

図8は、イオン注入エネルギーを40(keV)と一定に
した場合のアモルファス領域の厚みの注入量依存性を示
すデータである。同図において、横軸は注入量(×1015
cm-2)を示し、縦軸はアモルファス領域の厚み(nm)を
示す。この図8のデータは、注入量(ドーズ量)を2.0,
2.5,3.0,3.5,4.0×1015cm-2の5段階で変化させたとき
の厚みをTEMで測定し、そのときのcos Δ,tan Ψのスペ
クトル形状とアモルファス領域の厚みの測定結果との相
関関係を予め調べておくことにより求めたものである。
FIG. 8 is data showing the dependence of the thickness of the amorphous region on the implantation amount when the ion implantation energy is fixed at 40 (keV). In the figure, the horizontal axis represents the injection amount (× 10 15
cm −2 ), and the vertical axis indicates the thickness (nm) of the amorphous region. The data in FIG. 8 shows that the injection amount (dose amount) is 2.0,
The thickness was measured by TEM when the thickness was changed in five steps of 2.5, 3.0, 3.5, 4.0 × 10 15 cm -2 , and the spectrum shape of cos Δ, tan と at that time was compared with the measurement result of the thickness of the amorphous region. This is obtained by checking the correlation in advance.

図30(a)は、注入量Dを一定として注入エネルギー
Eを種々の値E1,E2,E3,…に変化させたときのアモルフ
ァス領域の厚みd11,d12,d13,…を、各注入量D1,D2,D3,
…ごとに求めたものをまとめたマトリックスである。こ
のマトリックスに示されるイオン注入の注入量を一定と
したときの注入エネルギーEとアモルファス領域の厚み
dとの関係を第1の相関関係とする。これは、図7に示
すようなアモルファス領域の膜厚の注入エネルギー依存
性としてまとめてもよい。
FIG. 30A shows the thickness d11, d12, d13,... Of the amorphous region when the implantation energy E is changed to various values E1, E2, E3,. , D2, D3,
... is a matrix that summarizes what was determined for each. The relationship between the implantation energy E and the thickness d of the amorphous region when the amount of ion implantation shown in the matrix is constant is defined as a first correlation. This may be summarized as the implantation energy dependence of the film thickness of the amorphous region as shown in FIG.

あるいは、注入エネルギーEを一定として注入量を種
々の値D1,D2,D3,…に変化させたときのアモルファス領
域の厚みd11,d21,d31,…を、各注入エネルギーE1,E2,E
3,…ごとに求めたものと解釈してもよい。その場合に
は、このマトリックスに示されるイオン注入の注入エネ
ルギーを一定としたときの注入量Dとアモルファス領域
の厚みdとの関係が第1の相関関係となる。これは、図
8に示すようなアモルファス領域の膜厚の注入量依存性
としてまとめてもよい。
Alternatively, the thickness d11, d21, d31,... Of the amorphous region when the implantation amount is changed to various values D1, D2, D3,.
It may be interpreted as what was determined for each of the three. In that case, the relationship between the implantation amount D and the thickness d of the amorphous region when the implantation energy of the ion implantation shown in the matrix is constant is the first correlation. This may be summarized as the dependency of the film thickness of the amorphous region on the injection amount as shown in FIG.

図30(b)は、注入量Dを一定として注入エネルギー
Eを種々の値E1,E2,E3,…に変化させたときのcos Δの
スペクトルパターン(又は測定波長対cos Δの数値の関
係表)を、各注入量D1,D2,D3,…ごとに求めたものをま
とめたマトリックスである。このマトリックスに示され
る注入エネルギーEとcos Δのスペクトルとの関係を第
2の相関関係とする。
FIG. 30 (b) shows a spectrum pattern of cos Δ (or a relational table of measured wavelengths vs. numerical values of cos Δ) when the injection energy E is changed to various values E1, E2, E3,. ) Is a matrix in which the values determined for each of the injection amounts D1, D2, D3,... The relationship between the injection energy E and the spectrum of cos Δ shown in this matrix is defined as a second correlation.

あるいは、注入エネルギーEを一定として注入量を種
々の値D1,D2,D3,…に変化させたときのcos Δのスペク
トルを、各注入エネルギーE1,E2,E3,…ごとに求めたも
のと解釈してもよい。その場合には、このマトリックス
に示される注入量Dを一定としたときの注入エネルギー
とcos Δのスペクトルとの関係が第2の相関関係とな
る。
Alternatively, it is interpreted that the spectrum of cos Δ when the injection amount is changed to various values D1, D2, D3,... While the injection energy E is constant is obtained for each injection energy E1, E2, E3,. May be. In this case, the relationship between the injection energy and the cos Δ spectrum when the injection amount D shown in the matrix is constant is the second correlation.

本具体例において、上記図5,図7,図8及び図30
(a),(b)のデータを利用することにより、以下の
ような方法によってアモルファス領域の厚みを知ること
ができる。
In this specific example, FIG. 5, FIG. 7, FIG.
By using the data of (a) and (b), the thickness of the amorphous region can be known by the following method.

第1の方法は、もっとも簡便な方法であって、あるア
モルファス領域に対する分光エリプソメトリ法による測
定を行なって得られたcos Δ(又はtan Ψ)のスペクト
ルパターン(又は測定波長cos Δの数値の関係表)を、
図30(b)中の各注入条件における波長対cos Δ(又は
tan Ψ)との関係(第2の相関関係)に照らし合わせ、
もっともよく一致するものを選んでアモルファス領域の
厚みを求める方法である。これは、スペクトル形状であ
ってもよいし、波長の値とcos Δの値との数値同士を対
応させた表であってもよい。これは、注入イオンが定ま
ると、注入量や注入エネルギーに応じて固有のcos Δ
(又はtan Ψ)のスペクトル形状が得られる点に着目し
たもので、スペクトル形状を用いる場合には例えば指紋
照合システムの応用が可能である。
The first method is the simplest method, and relates to the spectral pattern of cos Δ (or tan Ψ) obtained by performing a spectroscopic ellipsometry measurement on a certain amorphous region (or the relationship between the numerical values of the measurement wavelength cos Δ). Table)
The wavelength vs. cos Δ (or the wavelength under each injection condition in FIG.
tan Ψ) (second correlation),
In this method, the best matching is selected to determine the thickness of the amorphous region. This may be a spectrum shape, or a table in which numerical values of the wavelength value and the cos Δ value correspond to each other. This is because once the implanted ions are determined, the specific cos Δ
This focuses on the point that a spectrum shape of (or tan Ψ) is obtained. When the spectrum shape is used, for example, a fingerprint collation system can be applied.

第2の方法は、図31に示す方法であって、イオン注入
における注入量がわかっている場合に第1,第2の相関関
係を利用してアモルファス領域の厚みを求める方法であ
る。
The second method is a method shown in FIG. 31 in which the thickness of the amorphous region is obtained by utilizing the first and second correlations when the implantation amount in ion implantation is known.

まず、ステップST61で、TEMにより、注入量Dを一定
として注入エネルギーEを種々の値E1,E2,E3,…に変化
させたときのアモルファス領域の厚みdを、各注入量D
1,D2,D3,…ごとに求め、これを図30(a)に示す第1の
相関関係として記憶しておく。
First, in step ST61, the thickness d of the amorphous region when the implantation energy E is changed to various values E1, E2, E3,...
.., And this is stored as a first correlation shown in FIG. 30 (a).

次に、ステップST62で、一定の注入量で形成されたア
モルファス領域から得られるcos Δのスペクトルと注入
エネルギーEとの関係を第2の相関関係として作成し、
図30(b)に示す第2の相関関係として記憶しておく。
Next, in step ST62, a relationship between the spectrum of cos Δ obtained from the amorphous region formed with a constant implantation amount and the implantation energy E is created as a second correlation,
This is stored as the second correlation shown in FIG.

次に、ステップST63で、既知の注入量で形成されたア
モルファス領域について分光エリプソメトリ法による測
定を行なってcos Δのスペクトルパターンを求める。こ
れは、波長の値とcos Δの値との数値同士を対応させた
表であってもよい。例えばこのときに、図5に示すスペ
クトルパターンSA5が得られたとする。
Next, in step ST63, a spectrum pattern of cos Δ is obtained by performing a measurement by a spectroscopic ellipsometry method on an amorphous region formed with a known injection amount. This may be a table in which the numerical values of the wavelength value and the cos Δ value correspond to each other. For example, assume that the spectrum pattern SA5 shown in FIG. 5 is obtained at this time.

次に、ステップST64で、スペクトルパターンSA5を第
2の相関関係に照らし合わせることで、注入エネルギー
Eがわかる。例えば、図5に示す例では、スペクトルS
5Aを与える注入エネルギーEは35keVであったとする。
Next, in step ST64, the injection energy E can be determined by comparing the spectrum pattern SA5 with the second correlation. For example, in the example shown in FIG.
It is assumed that the implantation energy E giving 5 A is 35 keV.

次に、ステップST65で、求めた注入エネルギーEを第
1の相関関係に照らし合わせて、アモルファス領域の厚
みdを求める。例えば、注入エネルギーEが35keVとわ
かった場合、図30(b)の表又は図7を参照してアモル
ファス領域の厚みを62nmと決定することができる。一般
的には、アモルファス領域の厚みを5nm刻み程度に決定
すればよいことが多いので、アモルファス領域の厚みを
近似的に60nmとしてもよい。実際には、図7に示すよう
に、エリプソメトリの実測データから膜厚が計算される
ようにフィッティングしておけば、この方法によって
も、第1の方法と同様に、測定データから装置内での計
算によってアモルファス領域の厚みが瞬時に算出され
る。計算結果も、TEMによる実測値とほぼ一致している
ことは明らかである。
Next, in step ST65, the thickness d of the amorphous region is obtained by comparing the obtained implantation energy E with the first correlation. For example, when the implantation energy E is found to be 35 keV, the thickness of the amorphous region can be determined to be 62 nm with reference to the table of FIG. 30B or FIG. In general, the thickness of the amorphous region may be determined in steps of about 5 nm in many cases. Therefore, the thickness of the amorphous region may be approximately 60 nm. Actually, as shown in FIG. 7, if fitting is performed so that the film thickness is calculated from the measured data of the ellipsometry, this method can also be used in the apparatus from the measured data similarly to the first method. , The thickness of the amorphous region is instantaneously calculated. It is clear that the calculation results almost match the measured values by TEM.

第3の方法は、図32に示す方法であって、イオン注入
における注入エネルギーがわかっている場合に第1,第2
の相関関係を利用してアモルファス領域の厚みを求める
方法である。
The third method is the method shown in FIG. 32, in which the first and second
Is a method of obtaining the thickness of the amorphous region by utilizing the correlation.

まず、ステップST71で、TEMにより、注入エネルギー
Eを一定として注入量を種々の値D1,D2,D3,…に変化さ
せたときのアモルファス領域の厚みdを、各注入エネル
ギーE1,E2,E3,…ごとに求め、これを第1の相関関係と
して記憶しておく。
First, in step ST71, the thickness d of the amorphous region when the implantation energy is changed to various values D1, D2, D3,... , And this is stored as a first correlation.

次に、ステップST72で、一定の注入エネルギーで形成
されたアモルファス領域から得られるcos Δのスペクト
ルと注入量との関係を第2の相関関係として作成し、図
30(b)に示す第2の相関関係として記憶しておく。
Next, in step ST72, the relationship between the cos Δ spectrum obtained from the amorphous region formed at a constant implantation energy and the implantation amount is created as a second correlation, and FIG.
This is stored as the second correlation shown in FIG.

次に、ステップST73で、既知の注入エネルギーで形成
されたアモルファス領域について分光エリプソメトリ法
による測定を行なってcos Δのスペクトルパターンを求
める。これは、波長の値とcos Δの値との数値同士を対
応させた表であってもよい。
Next, in step ST73, a spectral pattern of cos Δ is obtained by performing measurement by a spectroscopic ellipsometry method on an amorphous region formed with a known implantation energy. This may be a table in which the numerical values of the wavelength value and the cos Δ value correspond to each other.

次に、ステップST74で、cos Δのスペクトルパターン
を第2の相関関係に照らし合わせることで、注入量Dが
わかる。
Next, in step ST74, the injection amount D can be determined by comparing the spectrum pattern of cos Δ with the second correlation.

次に、ステップST75で、求めた注入量Dを第1の相関
関係に照らし合わせて、アモルファス領域の厚みdを求
める。すなわち、図30(b)の表又は図8を参照してア
モルファス領域の厚みを決定することができる。実際に
は、図8に示すように、エリプソメトリの実測データか
ら膜厚が計算されるようにフィッティングしておけば、
この方法によっても、第1の方法と同様に、測定データ
から装置内での計算によってアモルファス領域の厚みが
瞬時に算出される。
Next, in step ST75, the obtained implantation amount D is compared with the first correlation to determine the thickness d of the amorphous region. That is, the thickness of the amorphous region can be determined with reference to the table of FIG. 30B or FIG. Actually, as shown in FIG. 8, if fitting is performed so that the film thickness is calculated from the actual measurement data of ellipsometry,
According to this method as well, the thickness of the amorphous region is instantaneously calculated from the measurement data by calculation in the apparatus as in the first method.

第4の方法は、図7に示すアモルファス領域の厚みの
注入エネルギー依存性と、図5に示す注入エネルギーと
スペクトル形状との関係とを組み合わせる方法である。
反射光のcos Δのスペクトルのうち所定の波長領域にお
いては、スペクトルの極大値を示す波長がわかれば、ア
モルファス領域の厚みがほぼ推定できる。第1の相関関
係を上記第2の方法と同様に設定し、この極大値を示す
波長と注入エネルギーEとの関係を各イオン注入量ごと
に第2の相関関係として記憶しておけば、図31に示すフ
ローチャートと同様の手順で、簡便にアモルファス領域
の厚みを求めることも可能である。
The fourth method is a method in which the dependence of the thickness of the amorphous region on the implantation energy shown in FIG. 7 is combined with the relationship between the implantation energy and the spectrum shape shown in FIG.
In a predetermined wavelength region of the cos Δ spectrum of the reflected light, the thickness of the amorphous region can be almost estimated if the wavelength showing the maximum value of the spectrum is known. If the first correlation is set in the same manner as in the second method, and the relationship between the wavelength showing the maximum value and the implantation energy E is stored as the second correlation for each ion implantation amount, FIG. It is also possible to easily obtain the thickness of the amorphous region by the same procedure as the flowchart shown in FIG.

第5の方法は、図8に示すアモルファス領域の厚みの
注入量依存性と図3(b)に示す注入量−スペクトルパ
ターンの関係とを組み合わせる方法である。反射光のco
s Δのスペクトルのうち所定の波長領域においては、ス
ペクトル中のcos Δの極大値がわかれば、アモルファス
領域の厚みがほぼ推定できる。第1の相関関係を上記第
3の方法と同様に設定し、このcos Δの極大値と注入量
との関係を各イオンエネルギーごとに第2の相関関係と
して記憶しておけば、図32に示すフローチャートと同様
の手順で、簡便にアモルファス領域の厚みを求めること
も可能である。
The fifth method is a method in which the dependency of the thickness of the amorphous region on the implantation amount shown in FIG. 8 is combined with the relationship between the implantation amount and the spectral pattern shown in FIG. 3B. Reflected light co
In a predetermined wavelength region of the spectrum of sΔ, if the maximum value of cosΔ in the spectrum is known, the thickness of the amorphous region can be almost estimated. If the first correlation is set in the same manner as in the third method, and the relationship between the maximum value of cos Δ and the injection amount is stored as the second correlation for each ion energy, FIG. It is also possible to easily obtain the thickness of the amorphous region by the same procedure as that shown in the flowchart.

−第2の具体例(アモルファス領域の厚みの面内分布) 図9(a),(b),(c)は、同じウエハに対して
分光エリプソメトリ法,サーマルウェーブ法,シート抵
抗法により測定して得られたアモルファス領域のウエハ
面内均一性を示す図である。As+を注入エネルギー40
(keV)),ドーズ量5×1015cm-2の条件で注入したと
きの測定結果を示す。同図(a)に示す本実施形態に係
る分光エリプソメトリ法では、アモルファス領域の厚み
が69nmであり面内均一性は0.153%である。また、同図
(a)のうち(−)で示す厚みが薄くなっている部分が
アモルファス化している領域である。同図(b)はサー
マルウェーブ法によるイオン注入量の面内均一性を示
し、四角の部分が平均値の領域を示す。同図(c)はシ
ート抵抗法によるイオン注入量の面内均一性を示す図で
ある。各図における等高線は、いずれも0.5%の差が生
じる境界を示している。ここで、サーマルウェーブ値
は、相対量であり、必ずしもイオン注入量を正確に反映
しているかどうかはわからない。図9(c)に示すデー
タでは、イオン注入量の面内均一性が非常に悪くなって
いる。抵抗法を用いる場合、シート抵抗を測定するため
には注入された不純物を活性する熱処理が必要であり、
この熱処理により面内均一性が悪化しているものと思わ
れる。
Second specific example (in-plane distribution of thickness of amorphous region) FIGS. 9 (a), 9 (b) and 9 (c) show measurements on the same wafer by spectroscopic ellipsometry, thermal wave method and sheet resistance method. FIG. 4 is a diagram showing the in-wafer uniformity of an amorphous region obtained by the above method. As + injection energy 40
(KeV)), and shows the measurement results when implanting under the conditions of a dose of 5 × 10 15 cm −2 . In the spectroscopic ellipsometry according to the present embodiment shown in FIG. 3A, the thickness of the amorphous region is 69 nm and the in-plane uniformity is 0.153%. In FIG. 7A, the portion where the thickness is reduced as indicated by (-) is the region where the thickness is amorphized. FIG. 3B shows the in-plane uniformity of the ion implantation amount by the thermal wave method, and a square portion indicates a region of an average value. FIG. 3C is a diagram showing the in-plane uniformity of the ion implantation amount by the sheet resistance method. The contour lines in each figure indicate boundaries where a difference of 0.5% occurs. Here, the thermal wave value is a relative amount, and it is not always known whether or not it accurately reflects the ion implantation amount. According to the data shown in FIG. 9C, the in-plane uniformity of the ion implantation amount is very poor. When using the resistance method, a heat treatment for activating the implanted impurities is necessary to measure the sheet resistance,
It is considered that the in-plane uniformity was deteriorated by this heat treatment.

それに対し、本実施形態による分光エリプソメトリ法
によるアモルファス領域の厚みの面内均一性測定によれ
ば、非破壊でありながらアモルファス領域の厚みのウエ
ハ面内でのばらつきを、熱処理の要因を混在させること
なく、注入条件のみの要因によるばらつきとして把握す
ることができる。
On the other hand, according to the in-plane uniformity measurement of the thickness of the amorphous region by the spectroscopic ellipsometry method according to the present embodiment, the non-destructive variation in the thickness of the amorphous region in the wafer surface is mixed with factors of the heat treatment. Instead, it can be grasped as a variation due to only the injection condition.

−第3の具体例− 本具体例は、本発明の分光エリプソメトリ法によって
測定されるtan Ψ,cos Δのスペクトル法の特徴的な形
状から得られる情報に関するものである。
-Third Specific Example- This specific example relates to information obtained from a characteristic shape of the spectral method of tan Ψ, cos Δ measured by the spectroscopic ellipsometry method of the present invention.

図10は不純物イオンを注入していないシリコン基板に
対する分光エリプソメトリ法によるtan Ψ,cos Δのス
ペクトル線を示し、図11〜図15はそれぞれ各図に示す条
件でシリコン基板に不純物イオンを注入した領域に対す
る分光エリプソメトリ法によるtan Ψ,cos Δのスペク
トル線をそれぞれ示す。
FIG. 10 shows the spectral lines of tan Ψ and cos Δ by the spectroscopic ellipsometry method for the silicon substrate into which the impurity ions were not implanted, and FIGS. 11 to 15 show that the impurity ions were implanted into the silicon substrate under the conditions shown in each figure. The spectral lines of tan Ψ and cos Δ by spectroscopic ellipsometry for the region are shown, respectively.

ここで、図10に示す不純物を注入していないシリコン
基板に対するcos Δのスペクトル線には、3つの特徴的
な領域Ra,Rb,Rcがある。Raはスペクトル線が右下がりに
変化する減少領域である。Rbはcos Δの値が極小となる
ある程度幅のある極小領域である。Rcはスペクトル線が
右上がりに変化する増大領域である。また、減少領域Ra
において、ハンプ部Rhが存在するのが特徴的である。そ
して、上記各図におけるこの特徴的な領域の形状と、イ
オン注入をした後の分光エリプソメトリ法によるcos
Δ,tan Ψのスペクトル線の形状とを比較することで、
以下の情報が得られる。
Here, there are three characteristic regions Ra, Rb, and Rc in the spectrum line of cos Δ with respect to the silicon substrate into which the impurity is not implanted as shown in FIG. Ra is a decreasing region where the spectral line changes to the lower right. Rb is a minimal region having a certain width where the value of cos Δ is minimal. Rc is an increase region where the spectral line changes to the right. Also, the decreasing area Ra
Is characterized by the presence of a hump portion Rh. Then, the shape of this characteristic region in each of the above figures and the cos by the spectroscopic ellipsometry method after the ion implantation is performed.
By comparing the shape of the spectral line of Δ, tan Ψ,
The following information is obtained:

(1) ドーズ量の相違によるスペクトル線形状の相違 同じ注入装置を用いたときの注入量の相違とcosスペ
クトル形状の相違との関連について論ずる。図11と図12
とを比較すると、cos Δのスペクトルにおける減少領域
Raにおける勾配が図11の方が緩やかであり、かつ減少領
域Ra中に現れるべきハンプ部Rhが図11でより不明確にな
っている。図10に示したように、注入されていない基板
のcos Δのスペクトル線にはハンプ部Rhが明確に現れて
いるのに対し、図11ではハンプ部Rhが明確に現れていな
い。このことから、図11の条件つまり不純物イオンの注
入量が多い方がシリコン基板をアモルファス化させやす
い条件であることがわかる。また、図13と図14とを比較
しても、イオン注入量の多い条件である図14において減
少領域Raの勾配が緩やかでかつハンプ部Rhが不明確にな
っており、上記と同じ結論が得られる。
(1) Difference in spectral line shape due to difference in dose amount The relationship between the difference in injection amount and the difference in cos spectrum shape when using the same implanter will be discussed. Figures 11 and 12
, The reduced region in the spectrum of cos Δ
The gradient at Ra is gentler in FIG. 11, and the hump portion Rh to appear in the decreasing region Ra is less clear in FIG. As shown in FIG. 10, the hump portion Rh clearly appears in the cos Δ spectrum line of the substrate not implanted, whereas the hump portion Rh does not clearly appear in FIG. From this, it is understood that the condition of FIG. 11, that is, the condition where the amount of implanted impurity ions is large is a condition under which the silicon substrate is likely to be made amorphous. Also, comparing FIG. 13 with FIG. 14, the gradient of the reduction region Ra is gentle and the hump portion Rh is unclear in FIG. 14, which is a condition of a large amount of ion implantation, and the same conclusion as above is obtained. can get.

(2) 注入装置の性能の比較 図12と図13とを比較すると、図13のスペクトルの減少
領域Raにおけるハンプ部Rhがより不明瞭であり、かつ図
13の方が増大領域Rcの勾配が緩やかである。図10に示し
たとおり、注入されていない基板のcos Δのスペクトル
線には、ハンプ部Rhが明確に現れ、かつ、増大領域Rcの
勾配がきつくなっていることがわかる。そして、図12と
図13とに示すイオン注入条件は、注入装置が異なる点を
除けば同じであることから、B社のイオン注入装置の方
がシリコン基板をアモルファス化させやすいことがわか
る。言い換えると、本実施形態の方法により、イオン注
入装置の性能の評価ができることになる。
(2) Comparison of Injector Performance When comparing FIG. 12 with FIG. 13, the hump portion Rh in the reduced region Ra of the spectrum in FIG.
Thirteen has a gentler gradient of the increase region Rc. As shown in FIG. 10, it can be seen that the hump portion Rh clearly appears in the cos Δ spectrum line of the substrate not implanted, and the gradient of the increase region Rc is steep. The ion implantation conditions shown in FIG. 12 and FIG. 13 are the same except that the implantation apparatus is different. Thus, it can be seen that the ion implantation apparatus of Company B makes the silicon substrate easier to amorphize. In other words, the performance of the ion implantation apparatus can be evaluated by the method of the present embodiment.

(3) 電流密度依存性 図14と図15とを比較すると、図14のスペクトルの方が
図15のスペクトル線よりも減少領域Ra及び増大領域Rcの
勾配がやや緩やかである。このことは、たとえば図14に
おける波長300nmにおけるcos Δの値よりも図15におけ
る同じ波長におけるcos Δの値が小さいことからわか
る。したがって、図15に示す条件の方がシリコン基板を
アモルファス化させにくいことがわかる。ここで、図14
に示す条件と図15に示条件とを比較すると、図15に示す
条件は電流密度が大きい点だけが両者の相違点である。
すなわち、図15に示すような大電流によるイオン注入を
行った場合、イオン注入によってアモルファス領域が結
晶状態に回復しようとするいわゆるビームアニール効果
が生じていることがわかる。
(3) Current Density Dependence When comparing FIG. 14 and FIG. 15, the slope of the decreasing region Ra and the increasing region Rc is slightly gentler in the spectrum of FIG. 14 than in the spectral line of FIG. This can be understood from, for example, the fact that the value of cos Δ at the same wavelength in FIG. 15 is smaller than the value of cos Δ at a wavelength of 300 nm in FIG. Therefore, it is understood that the condition shown in FIG. 15 makes it difficult to make the silicon substrate amorphous. Here, FIG.
15 is different from the condition shown in FIG. 15 only in that the condition shown in FIG. 15 is large in current density.
That is, when ion implantation is performed with a large current as shown in FIG. 15, it is understood that a so-called beam annealing effect occurs in which the ion implantation attempts to restore the amorphous region to a crystalline state.

また、この電流密度依存性に関し、図11と図15とを比
較すると、同じイオン注入量によって得られたスペクト
ルでありながら、図11のハンプ部Rhの方が図15における
ハンプ部Rhよりも明確であり、かつ減少領域Raの勾配も
図11の方が少し急である。さらに、図11における極小領
域Rbが平坦になっており、アモルファス領域の厚さが薄
くなっている。このことから、A社のイオン注入装置の
方が、B社のイオン注入装置の電流密度2000μAによる
注入条件よりもビームアニール効果が大きいことがわか
る。ただし、A社のイオン注入装置の電流密度は不明で
ある。
Also, regarding this current density dependency, comparing FIG. 11 and FIG. 15, the hump portion Rh of FIG. 11 is clearer than the hump portion Rh of FIG. 15, although the spectra are obtained by the same ion implantation amount. And the gradient of the decreasing region Ra is slightly steeper in FIG. Further, the minimum region Rb in FIG. 11 is flat, and the thickness of the amorphous region is thin. This indicates that the ion implantation apparatus of Company A has a greater beam annealing effect than the implantation condition of the ion implantation apparatus of Company B with a current density of 2000 μA. However, the current density of the ion implantation apparatus of Company A is unknown.

(4) その他 なお、たとえば図10,図11及び図12を比較するとわか
るように、tan Ψのスペクトル形状がなだらかであるほ
ど結晶性の乱れ(非晶質化)が進んでいることがわか
る。したがって、cos Δのスペクトルの形状に加えてta
n Ψのスペクトルの形状をも考察することにより、cos
Δのスペクトルの形状のみからイオン注入条件やアモル
ファス領域の物理量を判定するよりもさらに正確な判断
を行うことができる。ただし、cos Δのスペクトルパタ
ーンの方が特徴的な部分が多く、かつイオン注入条件に
よる変化も大きいので、一般的にはcos Δのスペクトル
パターンを観察することだけでも十分である。
(4) Others As can be seen from a comparison of FIGS. 10, 11, and 12, for example, it can be seen that the gentler the spectrum shape of tan が, the more the disorder of crystallinity (amorphization) is advanced. Therefore, in addition to the shape of the spectrum of cos Δ,
By considering the shape of the spectrum of n Ψ
More accurate judgment can be made than judgment of ion implantation conditions and physical quantity of the amorphous region only from the shape of the spectrum of Δ. However, since the cos Δ spectrum pattern has more characteristic portions and changes greatly depending on the ion implantation conditions, it is generally sufficient to observe only the cos Δ spectrum pattern.

上記各具体例では、不純物イオンとしてAs+イオンを
注入した例について説明したが、本発明はかかる具体例
に限定されるものではなく、B+イオン,Si+イオン,P
+イオン等を注入した半導体層についても適用すること
ができる。さらに、半導体層としてはシリコン層だけで
はなく化合物半導体からなる半導体層などの他の半導体
材料からなる半導体層についても適用できる。
In each of the above specific examples, an example was described in which As + ions were implanted as impurity ions. However, the present invention is not limited to such specific examples, and B + ions, Si + ions,
The present invention can also be applied to a semiconductor layer into which + ions or the like have been implanted. Further, as the semiconductor layer, not only a silicon layer but also a semiconductor layer made of another semiconductor material such as a semiconductor layer made of a compound semiconductor can be applied.

(第2の実施形態) 次に、アニール等の処理時における基板表面の実際の
温度を測定するための分光エリプソメトリ法の応用に関
する第2の実施形態について説明する。
Second Embodiment Next, a second embodiment relating to the application of the spectroscopic ellipsometry method for measuring the actual temperature of the substrate surface during processing such as annealing will be described.

−第1の具体例(基板表面の実際の温度を測定する方
法)− まず、アニール処理とアモルファス領域の厚みとの関
係を求める。
-First Specific Example (Method of Measuring Actual Temperature of Substrate Surface)-First, the relationship between the annealing treatment and the thickness of the amorphous region is determined.

図16は、As+イオンが30keV,3×1014cm-2の条件で注
入されたウエハについて、ウエハの保持温度とアモルフ
ァス領域の厚みとの関係を示すデータである。横軸は、
デガスチャンバーの電源のパワーを示しており、オフ時
は0%であり、最大時は100%になっている。デガスチ
ャンバーとは、CVD装置やスパッタリング装置に付属し
ているチャンバーであり、このデガスチャンバー内でウ
エハを真空状態で加熱して保持するものである。このよ
うに、デガスチャンバーの電源の表示は、0〜100%で
表示はされているが、チャンバー内に設置された基板の
表面温度は正確にはわからない。縦軸は、サンプルを所
定温度で保持した後のアモルファス領域の厚みである。
As+イオンが注入された半導体層を有するウエハを用
い、Tiスパッタリング装置の予備加熱用のデガスチャン
バを用い、チャンバー内で基板は真空状態で加熱され
る。また、アモルファス領域の厚みは、図7,図8につい
て説明したのと同じ方法いより測定している。アモルフ
ァス領域における分光エリプソメトリ法により、点A16,
B16,C16の条件でのアモルファス領域の膜厚を測定して
いる。アモルファス領域のデガスチャンバ内への保持時
間はいずれも30secとし、ウエハの裏面に温度センサが
取り付けられたいわゆるTCウエハを用い、この温度セン
サによっても温度を測定している。ただし、TCウエハに
よってはウエハの裏面温度がわかるだけで、ウエハの表
面温度がわかるわけではない。同図の点A16はデガスチ
ャンバに保持する時間が「0」の状態,つまりas−impl
antのサンプルのデータであり、点B16はデガスチャンバ
の電源パワーを定格の40%(TCウエハの測定値である裏
面温度は250℃)としたときのデータであり、点C16はデ
ガスチャンバの電源パワーを定格の60%(裏面温度は27
0℃)としたときのデータであり、点D16はデガスチャン
バの電源パワーを定格の70%(裏面温度は350℃)とし
たときのデータである。なお、このような低温でのアニ
ールの場合、30sec経過後はそれ程大きな厚みの変化が
ないものの、厚みの減少がみられる。
FIG. 16 is data showing the relationship between the wafer holding temperature and the thickness of the amorphous region for a wafer into which As + ions have been implanted under the conditions of 30 keV and 3 × 10 14 cm −2 . The horizontal axis is
It shows the power of the power supply of the degas chamber, which is 0% when off and 100% at maximum. The degas chamber is a chamber attached to a CVD apparatus or a sputtering apparatus, and heats and holds a wafer in a vacuum state in the degas chamber. As described above, the display of the power supply of the degas chamber is displayed at 0 to 100%, but the surface temperature of the substrate installed in the chamber is not accurately known. The vertical axis represents the thickness of the amorphous region after the sample is kept at a predetermined temperature.
A substrate having a semiconductor layer into which As + ions have been implanted is used, and a substrate is heated in a vacuum state in a chamber using a preheating degas chamber of a Ti sputtering apparatus. The thickness of the amorphous region is measured by the same method as described with reference to FIGS. By spectroscopic ellipsometry in the amorphous region, points A16,
The film thickness of the amorphous region under the conditions of B16 and C16 is measured. The retention time of the amorphous region in the degas chamber is set to 30 seconds, and a so-called TC wafer having a temperature sensor attached to the back surface of the wafer is used, and the temperature is also measured by this temperature sensor. However, depending on the TC wafer, only the back surface temperature of the wafer is known, not the surface temperature of the wafer. The point A16 in the figure is a state where the time held in the degas chamber is “0”, that is, as-impl
ant sample data, point B16 is the data when the power of the degas chamber was set to 40% of the rated power (the backside temperature, which is the measured value of the TC wafer, was 250 ° C), and point C16 was the power of the degas chamber. 60% of rating (backside temperature is 27
0C), and the point D16 is data when the power of the degas chamber is set at 70% of the rated power (the backside temperature is 350 ° C). In the case of annealing at such a low temperature, the thickness does not change much after 30 seconds, but the thickness decreases.

一方、図19は、文献(Journal of Applied Physics V
ol.48,No.10,October 1977,p.4237)に掲載されているF
ig.4であって、アモルファス領域の回復(再結晶)の進
行速度とアニール条件との関係を示す図である。図19に
おいて、横軸は温度であり、縦軸はアモルファス領域か
ら結晶への回復進行速度を表している。この図から、例
えばAsイオンが注入されて形成されたアモルファス領域
の500℃の回復速度は約60Å/min.であることがわかる。
同図に示すように、アニール温度と回復との間には明確
な相関関係があることがわかっている。ただし、450℃
以下の温度における回復速度については何も示されてい
ない。
On the other hand, FIG. 19 shows the literature (Journal of Applied Physics V).
ol.48, No.10, October 1977, p.4237)
ig.4, which is a diagram illustrating a relationship between a progress speed of recovery (recrystallization) of an amorphous region and annealing conditions. In FIG. 19, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents the recovery progress rate from the amorphous region to the crystal. From this figure, it can be seen that the recovery rate at 500 ° C. of the amorphous region formed by implanting As ions, for example, is about 60 ° / min.
As shown in the figure, it is known that there is a clear correlation between the annealing temperature and the recovery. However, 450 ° C
Nothing is shown about the rate of recovery at the following temperatures.

ここで、例えば1×1015cm-2のAs+イオンの注入によ
り形成されたアモルファス領域については、アニール温
度が450℃程度以下になるとアモルファス領域は回復
(再結晶)しないと考えられていた。それに対し、図16
に示すデータによると、温度250〜350℃程度の低温アニ
ールであってもアモルファス領域の厚みの減少が確認さ
れており、このような低温においてもある程度アモルフ
ァス領域の回復(再結晶)が生じていることがわかっ
た。
Here, it has been considered that an amorphous region formed by implantation of As + ions of, for example, 1 × 10 15 cm −2 does not recover (recrystallize) when the annealing temperature is about 450 ° C. or lower. In contrast, FIG.
According to the data shown in the figure, the thickness of the amorphous region is reduced even at a low temperature annealing at a temperature of about 250 to 350 ° C., and even at such a low temperature, some recovery (recrystallization) of the amorphous region occurs. I understand.

従来のチャンバー内における温度測定は、TCウエハの
裏面に取り付けた温度センサにより行なわれてきた。し
かし、TCウエハを用いても、ウエハの裏面の温度はわか
るものの、ウエハの表面の温度、つまりアモルファス領
域が熱処理を受けている実際の温度を測定することはで
きなかった。また、温度の測定範囲にも限界があり、あ
る程度高温(500〜600℃以上)になると測定精度が悪化
するといわれている。
Conventionally, temperature measurement in a chamber has been performed by a temperature sensor attached to the back surface of a TC wafer. However, even with the use of a TC wafer, although the temperature on the back surface of the wafer is known, the temperature on the front surface of the wafer, that is, the actual temperature at which the amorphous region is subjected to the heat treatment, cannot be measured. In addition, there is a limit to the temperature measurement range, and it is said that the measurement accuracy deteriorates when the temperature is increased to some extent (500 to 600 ° C. or higher).

それに対し、本具体例の方法によると、後の具体例で
用いる保持時間と回復レートとの相関関係、あるいは保
持時間と厚みの減少量との相関関係を用いれば、ウエハ
表面の温度を精度よく測定することができる。したがっ
て、デガスチャンバーのように電源パワーの%表示しか
されていないような装置であっても、特定のパワーでウ
エハの表面温度が何度になっているのかを正確に測定す
ることができる。この実験データだけからウエハの表面
温度がわかるものではないが、既に説明した第1の実施
形態の厚みの測定を利用して熱処理前後の厚みがわかれ
ば、保持時間と回復レートとの相関関係、あるいは保持
時間と厚みの減少量との相関関係から熱処理中の温度を
測定することができる。その具体的な方法については、
後に説明する。
On the other hand, according to the method of this specific example, if the correlation between the holding time and the recovery rate used in the later specific example or the correlation between the holding time and the amount of reduction in thickness is used, the temperature of the wafer surface can be accurately determined. Can be measured. Therefore, even in an apparatus such as a degas chamber in which only the power source power is displayed in%, it is possible to accurately measure how much the surface temperature of the wafer is at a specific power. Although the surface temperature of the wafer is not known only from the experimental data, if the thickness before and after the heat treatment is known using the thickness measurement of the first embodiment described above, the correlation between the holding time and the recovery rate can be calculated. Alternatively, the temperature during the heat treatment can be measured from the correlation between the holding time and the amount of decrease in the thickness. For the specific method,
It will be described later.

なお、この具体例では、デガスチャンバー内にセット
したウエハ表面の温度測定について説明したが、その
他、CVD装置,スパッタリング装置,アニール装置にお
いても、同様に、ウエハ表面の温度を正確に測定するこ
とができる。また、ウエハの表面温度がわかるというこ
とは、ウエハ面内の温度分布やチャンバー内のウエハが
設置されている領域における温度分布がわかることを意
味する。
In this specific example, the measurement of the temperature of the wafer surface set in the degas chamber has been described. However, similarly, in a CVD apparatus, a sputtering apparatus, and an annealing apparatus, it is also possible to accurately measure the temperature of the wafer surface. it can. Further, knowing the surface temperature of the wafer means knowing the temperature distribution in the wafer surface and the temperature distribution in the region where the wafer is installed in the chamber.

−第2の具体例− 次に、アニール処理条件と不純物イオンが注入された
領域(アモルファス領域)の膜質との関係を求めるため
に行なった第2の具体例に関する実験結果について説明
する。
-Second Specific Example- Next, a description will be given of the results of an experiment on a second specific example performed to determine the relationship between the annealing treatment conditions and the film quality of a region (amorphous region) into which impurity ions have been implanted.

図17は、ウエハの保持温度とアモルファス領域に入射
した光の吸収係数との関係を示すデータである。ただ
し、ウエハやデガスチャンバ内への保持時間等は図16に
示す厚みの測定の際の条件と同じである。そして、同図
の点A17はデガスチャンバに保持する時間が「0」の状
態,つまりas−implantのサンプルのデータであり、点B
17はデガスチャンバの電源パワーを定格の40%(裏面温
度250℃)としたときのデータであり、点C17はデガスチ
ャンバの電源パワーを定格の60%(裏面温度270℃)と
したときのデータであり、点D17はデガスチャンバの電
源パワーを定格の70%(裏面温度350℃)としたときの
データである。ただし、かっこ内の温度は、いずれもTC
ウエハに付設された温度センサの示す温度である。な
お、30sec経過後は、それ程大きな吸収係数の変化がな
いものの、変化はみられる。
FIG. 17 is data showing the relationship between the wafer holding temperature and the absorption coefficient of light incident on the amorphous region. However, the holding time in the wafer or the degas chamber is the same as the condition for measuring the thickness shown in FIG. A point A17 in the figure is a state where the time held in the degas chamber is “0”, that is, data of an as-implant sample, and a point B17 is shown in FIG.
17 is the data when the power of the degas chamber is set at 40% of the rated power (backside temperature 250 ° C), and the point C17 is the data when the power of the degas chamber is set at 60% of the rated power (backside temperature 270 ° C). The point D17 is data when the power of the degas chamber is set at 70% of the rated power (the back surface temperature is 350 ° C.). However, the temperature in parentheses is TC
This is the temperature indicated by the temperature sensor attached to the wafer. After a lapse of 30 seconds, there is no significant change in the absorption coefficient, but a change is observed.

図17に示す実験結果から、アニール条件の相違による
アモルファス領域の膜質の相違の評価をも行うことがで
きることがわかった。分光エリプソメトリのスペクトル
形状を観察するにはある程度の時間が必要であるが、吸
収係数を求めるだけであれば、極めて迅速かつ容易に膜
質を評価できる。この吸収係数は、アモルファス領域の
透明度に左右されるものであり、この値はアモルファス
領域の結晶学的な状態を反映している。したがって、例
えば製造工程において不良品とはならない吸収係数の範
囲を予め求めてそれを適正範囲として準備しておくこと
により、実際の製造工程においても、アモルファス領域
の吸収係数が適正範囲に入っていれば良品として、吸収
係数が適正範囲に入っていなければ不良品として判断す
ることで、極めて迅速に合否判定を行なうことができ
る。
From the experimental results shown in FIG. 17, it was found that the difference in the film quality of the amorphous region due to the difference in the annealing conditions can also be evaluated. Although it takes a certain amount of time to observe the spectral shape of spectral ellipsometry, the film quality can be evaluated very quickly and easily only by determining the absorption coefficient. This absorption coefficient depends on the transparency of the amorphous region, and this value reflects the crystallographic state of the amorphous region. Therefore, for example, by determining in advance the range of the absorption coefficient that will not be defective in the manufacturing process and preparing it as an appropriate range, even in the actual manufacturing process, the absorption coefficient of the amorphous region may fall within the appropriate range. If the absorption coefficient does not fall within the appropriate range as a non-defective product, it is determined as a defective product, so that a pass / fail determination can be made very quickly.

−第3の具体例− 次に、分光エリプソメトリ法を利用したアモルファス
領域の厚み測定から得られるアニールにおける厚み及び
吸収係数の変化と保持時間との相関関係に関する第3の
具体例について説明する。
-Third Specific Example- Next, a third specific example regarding the correlation between the change in the thickness and the absorption coefficient and the retention time in annealing obtained from the thickness measurement of the amorphous region using the spectroscopic ellipsometry will be described.

図18(a)は、各種のサンプルについて得られたアニ
ール時間に対する厚みと吸収係数との変化を示すデータ
である。ただし、○は30keV,4×1015cm-2の条件でイオ
ン注入を行なったウエハの厚みの変化を示し、●は同条
件でイオン注入を行なったウエハの吸収係数の変化を示
し、△は30keV,3×1014cm-2の条件でイオン注入を行な
ったウエハの厚みの変化を示し、△は同条件でイオン注
入を行なったウエハの吸収係数の変化を示す。また、い
ずれも550℃の温度に一定時間の間保持するようにして
いる。
FIG. 18A is data showing changes in the thickness and the absorption coefficient with respect to the annealing time obtained for various samples. Here, ○ indicates the change in the thickness of the wafer implanted under the conditions of 30 keV and 4 × 10 15 cm -2 , ● indicates the change in the absorption coefficient of the wafer implanted under the same conditions, and △ indicates the change in the absorption coefficient of the wafer implanted under the same conditions. The graph shows the change in the thickness of the wafer implanted under the conditions of 30 keV and 3 × 10 14 cm −2 , and △ shows the change in the absorption coefficient of the wafer implanted under the same conditions. In each case, the temperature is maintained at 550 ° C. for a certain period of time.

図18(a)に示す○,△のデータを結ぶ直線の傾きか
ら、以下のことがわかる。
The following can be understood from the inclination of the straight line connecting the data of ○ and △ shown in FIG.

△のデータについて見ると、アニール開始から10sec
経過するまでの間の厚み変化は、(44.8−32)nm/10sec
=77nm/minである。この回復(再結晶)速度は、図19に
示す550℃における回復速度20nm/minに比べるとはるか
に大きい。そして、アニール開始後10secを経過したと
きから60sec経過時の50sec間における回復速度は、(32
−15)nm/50sec=17nm/50sec=20.4nm/minである。この
値は図19に示す550℃における回転速度20nm/minにほぼ
等しい。また、60sec経過時から180sec経過時までの120
sec間における回復速度は、15(nm)/120(sec)=7.5n
m/minであり、非常に小さい。そして、120sec経過時に
アモルファス領域は消失している。
Looking at the data of △, it is 10 seconds from the start of annealing
The change in thickness until the passage of time is (44.8-32) nm / 10 sec.
= 77 nm / min. This recovery (recrystallization) speed is much higher than the recovery speed at 550 ° C. of 20 nm / min shown in FIG. The recovery speed in 50 seconds after the lapse of 10 seconds from the start of annealing and after the lapse of 60 seconds is (32
−15) nm / 50 sec = 17 nm / 50 sec = 20.4 nm / min. This value is substantially equal to the rotation speed at 550 ° C. of 20 nm / min shown in FIG. In addition, 120 seconds from when 60 seconds elapse to 180 seconds elapse
The recovery speed between sec is 15 (nm) / 120 (sec) = 7.5n
m / min, very small. Then, the amorphous region has disappeared after 120 seconds.

○のデータについてみると、回復速度の変化は、上述
の△のデータにほぼ等しい。さらに、注目すべきは、ド
ーズ量が3×1014cm-2という低濃度のイオン注入により
形成されたアモルファス領域はアニール時間の経過につ
れて進行し最終的にはほぼ「0」になるのに対し、ドー
ズ量が4×1015cm-2という高濃度のイオン注入で形成さ
れたアモルファス領域の厚みは、50sec程度経過した後
にはほとんど一定になっている。言い換えると、50sec
程度経過した後はほとんど回復が進行しない。これは、
残存酸素量と関係があると思われる。
Regarding the data of ○, the change in the recovery speed is almost equal to the data of ② described above. Furthermore, it should be noted that the amorphous region formed by ion implantation at a low concentration of 3 × 10 14 cm −2 progresses as the annealing time elapses and eventually becomes almost “0”. The thickness of the amorphous region formed by ion implantation at a high concentration of 4 × 10 15 cm −2 is almost constant after about 50 seconds. In other words, 50sec
After some time, little recovery has taken place. this is,
It seems to be related to the amount of residual oxygen.

また、●や▲のデータについてみると、○や△の変化
に比較的類似した変化をしていることがわかる。これ
は、吸収係数の値を見ることによっても、膜質の変化だ
けでなくある程度厚みの変化を把握できることを示して
いる。
Also, looking at the data of ● and ▲, it can be seen that the changes are relatively similar to the changes of ○ and △. This indicates that not only the change in the film quality but also the change in the thickness can be grasped to some extent by looking at the value of the absorption coefficient.

図18(b)は、図18(a)のデータ(550℃アニー
ル)から、アニールの経過時間と、アモルファス領域の
厚みと、回復レートとをそれぞれまとめたテーブルであ
る。このテーブルは△ののデータについてのものである
が、○のデータについても同様のテーブルを作成してお
くことができる。図18(b)のようなテーブルをいろい
ろなアニール温度ごとに用意しておくことによって、回
復速度及び保持時間からアニール温度を知ることができ
る。
FIG. 18B is a table summarizing the elapsed time of annealing, the thickness of the amorphous region, and the recovery rate based on the data (annealing at 550 ° C.) of FIG. This table is for the data of △, but a similar table can be created for the data of ○. By preparing a table as shown in FIG. 18B for each of various annealing temperatures, the annealing temperature can be known from the recovery speed and the holding time.

以上のように、本具体例により、所定のアニール温度
におけるアモルファスから結晶への回復の速度の時間変
化を求めることができるとともに、アニール温度をも検
知することができる。
As described above, according to the present specific example, it is possible to determine the time change of the recovery speed from amorphous to crystalline at a predetermined annealing temperature, and it is also possible to detect the annealing temperature.

−第4の具体例− 次に、図19に示すデータと同様のアニール温度の不純
物イオンが注入された領域(アモルファス領域)の回復
による厚みの変化との関係を、550℃以下,特に450℃以
下の低温アニールについて求めた第4の具体例ついて説
明する。
-Fourth Specific Example- Next, the relationship with the change in thickness due to the recovery of the region (amorphous region) into which the impurity ions were implanted at the same annealing temperature as the data shown in FIG. A fourth specific example obtained for the following low-temperature annealing will be described.

図20(a)は、保持時間はほぼ「0」に近い条件下に
おけるフラッシュアニール、つまり、昇温度すぐに電源
をオフするような条件下でウエハのアニールを行なった
ときのアモルファス領域の回復速度の温度依存性を示す
データである。図20(a)のデータは、As+イオンが30
keV,3×1014cm-2の条件で注入されたウエハについて求
めたものである。同図に示すように、アモルファス領域
の回復による厚みの減少量は、アニール温度に対してほ
ぼリニアに変化していることがわかる。なお、図20
(a)に示す条件下で形成された不純物イオンが注入さ
れた領域(アモルファス領域)の回復は、アニール温度
が低くなるにつれてこれ以上アニール時間を長くしても
あまり進行していないという傾向が顕著に見られた。
FIG. 20 (a) shows the recovery rate of the amorphous region when the flash annealing is performed under the condition that the retention time is almost “0”, that is, the wafer is annealed under the condition that the power is turned off immediately after the temperature rise. Is the data showing the temperature dependence of. The data in FIG. 20 (a) shows that As +
This was obtained for a wafer implanted under the conditions of keV and 3 × 10 14 cm −2 . As shown in the figure, the amount of reduction in thickness due to the recovery of the amorphous region changes almost linearly with the annealing temperature. FIG. 20
The recovery of the region (amorphous region) implanted with impurity ions formed under the condition shown in FIG. 7A has a remarkable tendency not to progress very much as the annealing temperature is lowered even if the annealing time is further increased. Was seen in

図20(a)において、点B20,C20,D20,E20,F20は、そ
れぞれ250℃,270℃,350℃,450℃,550℃でアニールをし
ている。アモルファス領域の回復膜厚は、それぞれ0.4n
m,1.8nm,2.8nm,6.2nm,9nmとなっている。点B20,C20,D20
の3つのポイントでは、アニール温度が低く、アモルフ
ァスから結晶への回復に際しては特異な現象を示してい
る。
In FIG. 20A, points B20, C20, D20, E20, and F20 are annealed at 250 ° C., 270 ° C., 350 ° C., 450 ° C., and 550 ° C., respectively. The recovery thickness of the amorphous region is 0.4n each
m, 1.8 nm, 2.8 nm, 6.2 nm, and 9 nm. Point B20, C20, D20
At these three points, the annealing temperature is low, indicating a peculiar phenomenon when recovering from amorphous to crystalline.

図20(b)は、点D20の条件による通常のアニールに
おけるアモルファス膜厚の経時変化を示す図である。同
図に示すように、点D20の条件で長時間保持しても、極
めて短時間のうちに2.8nmの厚みだけ減少した後は、こ
れ以上の結晶化は進行せず、アモルファス領域の膜厚は
一定のままである。点B20,C20の条件における通常のア
ニールにおいても、同様の現象が見られる。すなわち、
アニール温度が低い場合には、瞬時にアモルファスの膜
厚が現象するが、それ以降、結晶化は進行しない。この
現象を利用すれば、アモルファスから結晶に進行しにく
い450℃以下の温度で処理する装置において、例えばAs
+イオンを、30keV,3×1014cm-2の条件で注入すること
により形成したアモルファス領域を、その装置内に所望
の時間保持して、処理の前後におけるアモルファス領域
の膜厚の減少量を求めることにより、図20(a)に基づ
き正確なアニール温度を求めることができる。
FIG. 20B is a diagram showing a change with time of the amorphous film thickness in the normal annealing under the condition of the point D20. As shown in the figure, even if the film is held for a long time under the condition of the point D20, after the thickness is reduced by 2.8 nm in a very short time, no further crystallization proceeds, and the film thickness of the amorphous region is not increased. Remains constant. Similar phenomena are observed in normal annealing under the conditions of points B20 and C20. That is,
When the annealing temperature is low, the amorphous film thickness instantaneously changes, but thereafter crystallization does not proceed. If this phenomenon is utilized, for example, in an apparatus that performs processing at a temperature of 450 ° C. or less, which does not easily progress from amorphous to crystal, for example, As
The amorphous region formed by implanting + ions at 30 keV and 3 × 10 14 cm −2 is held in the apparatus for a desired period of time to reduce the amount of decrease in the thickness of the amorphous region before and after the treatment. By calculating, the accurate annealing temperature can be obtained based on FIG.

この図20(a)に示すようなデータを、各イオン注入
条件で作成したアモルファス領域(具体的には、MOSFET
のソース・ドレイン領域)について作成しておくことに
より、450℃以下の低温アニールについても、エリプソ
メトリ法によるアモルファス領域の厚みの測定結果から
アニール温度を測定することが可能である。例えば、フ
ラッシュアニールを行なう条件下では、アニール前後に
おけるアモルファス領域の厚みの変化が約6nmであった
とすると、アニール温度は約440℃であることがわか
る。
The data as shown in FIG. 20 (a) is converted into an amorphous region (specifically, MOSFET
In the case of low-temperature annealing at 450 ° C. or less, the annealing temperature can be measured from the measurement result of the thickness of the amorphous region by the ellipsometry method. For example, if the change in the thickness of the amorphous region before and after annealing is about 6 nm under the condition of performing flash annealing, it can be seen that the annealing temperature is about 440 ° C.

すなわち、このような測定結果を利用して、現実の厚
みの変化量と処理条件とをこのようなデータと照らし合
わせることで、現実のアニール温度がわかることにな
る。そして、このデータからアニール条件の正確な設定
が可能となる。
That is, the actual annealing temperature can be determined by comparing the actual thickness change amount and the processing condition with such data using such a measurement result. Then, the annealing conditions can be accurately set from the data.

また、加熱用電力を一定にしてアニールを行なうとと
もに、この加熱用電力をパラメータとして温度−厚みの
相関関係を求めることも可能である。
It is also possible to perform annealing while keeping the heating power constant, and to obtain a temperature-thickness correlation using the heating power as a parameter.

なお、450℃以上の比較的短時間のアニールについて
は、図19に示すデータを利用して、エリプソメータによ
り測定したアモルファス領域の厚みの減少量とアニール
時間とから求まる回復レートに基づいて、アニール温度
を求めることができる。ただし、アモルファス領域の回
復の状態は、図18に示すように、イオン注入条件やアニ
ール温度によって多様に変化している。したがって、図
19に示すデータは、必ずしも正確な温度の測定には適し
ていないこともあるので、図20に示すようなアモルファ
ス領域の厚みの減少量の温度依存性を各イオン注入条件
について予め求めておくことが好ましい。特に、アニー
ル時間が変わる場合には、図18に示すようなアニール時
間の経過に対するアモルファス領域の厚みの変化特性を
予め求めておくことが好ましい。
For annealing for a relatively short time at 450 ° C. or more, the annealing temperature is determined based on the recovery rate obtained from the amount of reduction in the thickness of the amorphous region measured by an ellipsometer and the annealing time using the data shown in FIG. Can be requested. However, the state of recovery of the amorphous region varies variously depending on the ion implantation conditions and the annealing temperature as shown in FIG. Therefore, the figure
Since the data shown in 19 may not always be suitable for accurate temperature measurement, the temperature dependence of the amount of reduction in the thickness of the amorphous region as shown in Fig. 20 must be determined in advance for each ion implantation condition. Is preferred. In particular, when the annealing time changes, it is preferable to previously obtain the change characteristic of the thickness of the amorphous region with respect to the elapse of the annealing time as shown in FIG.

次に、上記第1〜第4の具体例に示されるデータを利
用して、以下のような温度測定が可能である。
Next, using the data shown in the first to fourth specific examples, the following temperature measurement can be performed.

図27は、図20のデータを利用して、アニール中におけ
るウエハ表面の温度を測定するための手順を示すフロー
チャートである。
FIG. 27 is a flowchart showing a procedure for measuring the temperature of the wafer surface during annealing using the data of FIG.

まず、ステップST31で、厚みがd0のアモルファス領域
を形成する。次に、ステップST32で、ある一定温度Tの
下である一定時間tの間熱処理(アニール)を行なっ
て、そのときのアモルファス領域の厚みd1を測定する。
そして、ステップST33で、アモルファス領域の厚みの減
少量d0−d1を計算する。最後に、ステップST34で、図20
の減少量と計算値とを比べると上記一定温度Tがわかる
ことになる。
First, in step ST31, an amorphous region having a thickness of d0 is formed. Next, in step ST32, heat treatment (annealing) is performed under a certain temperature T for a certain time t, and the thickness d1 of the amorphous region at that time is measured.
Then, in a step ST33, the reduction amount d0-d1 of the thickness of the amorphous region is calculated. Finally, in step ST34, FIG.
The constant temperature T can be found by comparing the amount of decrease with the calculated value.

図28は、図18のデータを利用して、一定温度のアニー
ル中における回復レートからウエハ表面の温度を測定す
るための手順を示すフローチャートである。
FIG. 28 is a flowchart showing a procedure for measuring the temperature of the wafer surface from the recovery rate during annealing at a constant temperature using the data of FIG.

まず、ステップST41で、厚みがd0のアモルファス領域
を形成する。次に、ステップST42で、ある一定温度Tの
もとで、ある一定時間tをt1,t2,t3と変えて熱処理(ア
ニール)を行なって、そのときのアモルファス領域の厚
みd1,d2,d3を測定する。そして、ステップST43で、アモ
ルファス領域の回復レートr(=d0−d1/t1,d0−d2/t2,
d0−d3/t3を計算する。最後に、ステップST44で、図18
(又は図19)の回復レートと計算の結果得られた回復レ
ートrとを比べると、一定温度Tがわかることになる。
また、回復レートを見るときにいずれかの時点における
膜厚がわかるので、図18(a)を利用しても、アモルフ
ァス領域の厚みの減少量がわかればアニール温度がわか
る。例えば、初期厚みが44.8nmということと、10秒間の
アニール後の厚みが32nmということとが測定からわかっ
た場合には、各アニール温度について予め準備している
図18(a)のようなデータと照らし合わせることによ
り、550℃のアニールであると判断することができる。
First, in step ST41, an amorphous region having a thickness of d0 is formed. Next, in step ST42, at a certain temperature T, a certain time t is changed to t1, t2, t3 to perform a heat treatment (annealing), and the thickness d1, d2, d3 of the amorphous region at that time is changed. Measure. Then, in step ST43, the recovery rate r of the amorphous region (= d0−d1 / t1, d0−d2 / t2,
Calculate d0−d3 / t3. Finally, in step ST44, FIG.
By comparing the recovery rate of (or FIG. 19) with the recovery rate r obtained as a result of the calculation, the constant temperature T can be found.
In addition, since the film thickness at any point is known when looking at the recovery rate, even if FIG. 18A is used, the annealing temperature can be known if the amount of reduction in the thickness of the amorphous region is known. For example, if it is found from the measurement that the initial thickness is 44.8 nm and the thickness after annealing for 10 seconds is 32 nm, the data as shown in FIG. It can be determined that the annealing is at 550 ° C.

図29は、図18のデータを多くのアニール温度について
準備しておくことにより、一定時間のアニール中におけ
る回復レートからウエハ表面の温度を測定するための手
順を示すフローチャートである。
FIG. 29 is a flowchart showing a procedure for measuring the temperature of the wafer surface from the recovery rate during annealing for a certain period of time by preparing the data of FIG. 18 for many annealing temperatures.

まず、ステップST51で、厚みがd0のアモルファス領域
を形成する。次に、ステップST52で、ある一定時間tの
もとで、ある一定温度TをT1,T2,T3と変えて熱処理(ア
ニール)を行なって、そのときのアモルファス領域の厚
みd1,d2,d3を測定する。そして、ステップST53で、アモ
ルファス領域の回復レートr(=d0−d1/t,d0−d2/t,d0
−d3/tを計算する。最後に、ステップST54で、図18のよ
うな回復レートを示す多くのデータのうち計算の結果得
られた回復レートrにもっともよく一致する回復レート
を示す温度を選択することで、一定温度Tがわかること
になる。
First, in step ST51, an amorphous region having a thickness of d0 is formed. Next, in step ST52, a heat treatment (annealing) is performed under a certain fixed time t while changing a certain temperature T to T1, T2, T3, and the thickness d1, d2, d3 of the amorphous region at that time is determined. Measure. Then, in step ST53, the recovery rate r of the amorphous region (= d0−d1 / t, d0−d2 / t, d0)
Calculate -d3 / t. Finally, in step ST54, by selecting a temperature indicating the recovery rate that best matches the calculated recovery rate r from among many data indicating the recovery rate as shown in FIG. You will understand.

−第5の具体例− 次に、分光エリプソメトリを利用したウエハ内あるい
はチャンバ内の温度分布の測定に関する第5の具体例に
ついて説明する。
-Fifth specific example-Next, a fifth specific example relating to measurement of a temperature distribution in a wafer or a chamber using spectroscopic ellipsometry will be described.

図21は、図16の点A16に示す状態のウエハ内における
アモルファス領域の面内均一性を示す厚み分布図であ
る。このときの平均厚みは44.785nmで上記図16の点A16
における厚み値と等しい。ウエハの各点における厚みは
平均値と比べて厚みが大きい(+で表示)か、厚みが小
さいか(−で表示)を示している。また、図22は、図16
の点C16に示す状態のウエハ内におけるアモルファス領
域の厚み分布図である。図21と同様に、ウエハの各点に
おける厚みは平均値と比べて厚みが大きい(+で表示)
か、厚みが小さいか(−で表示)を示している。このと
きの平均厚みは43.059nmで、図16の点C16における厚み
値と等しい。図22に示される厚み分布の状態は、図21に
示される厚み分布状態とは全く変わっていることがわか
る。図23は、図22に示す各測定点の厚みから図21に示す
各測定点の厚みを差し引いた値の分布図で、30sec間に
おける各測定点の厚みの変化を示す。厚みの減少量は、
アモルファスから結晶へ変化した膜厚のことであり、減
少量がウエハ面内で平均値(太線で表示)に対してどの
ように分布しているのかを示している。
FIG. 21 is a thickness distribution diagram showing the in-plane uniformity of the amorphous region in the wafer in the state shown at point A16 in FIG. At this time, the average thickness is 44.785 nm, and the point A16 in FIG.
Is equal to the thickness value. The thickness at each point on the wafer indicates whether the thickness is larger (indicated by +) or small (indicated by-) than the average value. Also, FIG.
FIG. 17 is a thickness distribution diagram of an amorphous region in the wafer in a state indicated by point C16 in FIG. As in FIG. 21, the thickness at each point on the wafer is larger than the average value (indicated by +).
Or the thickness is small (indicated by-). The average thickness at this time is 43.059 nm, which is equal to the thickness value at point C16 in FIG. It can be seen that the state of the thickness distribution shown in FIG. 22 is completely different from the state of the thickness distribution shown in FIG. FIG. 23 is a distribution diagram of a value obtained by subtracting the thickness of each measurement point shown in FIG. 21 from the thickness of each measurement point shown in FIG. 22, and shows a change in the thickness of each measurement point during 30 seconds. The amount of thickness reduction is
It is a film thickness changed from amorphous to crystalline, and shows how the amount of reduction is distributed with respect to an average value (shown by a thick line) in the wafer surface.

このように、減少した膜厚の分布を求めることによっ
て、ウエハ面内での温度分布を知ることができる。もう
少し詳しく説明すると、アニール時間は30秒であり、ま
た、平均膜厚の変化もA16(44.785nm)−C16(43.059n
m)であることから、減少した膜厚は(44.785−43.05
9)=1.726nmとなり、図20からアニール温度(ここで
は、275℃)を求めることができるのと同時に、ウエハ
面内での膜厚の減少量の分布からウエハ面内での温度分
布もわかる。
Thus, by obtaining the distribution of the reduced film thickness, the temperature distribution in the wafer surface can be known. More specifically, the annealing time is 30 seconds, and the change in average film thickness is A16 (44.785 nm) -C16 (43.059n).
m), the reduced film thickness is (44.785-43.05).
9) = 1.726 nm, so that the annealing temperature (here, 275 ° C.) can be obtained from FIG. 20, and at the same time, the temperature distribution in the wafer surface can be found from the distribution of the decrease in the film thickness in the wafer surface. .

−第6の具体例− 次に、分光エリプソメトリを利用したウエハ内あるい
はチャンバ内の膜質の分布の測定に関する第6の具体例
について説明する。
—Sixth Specific Example— Next, a sixth specific example relating to measurement of film quality distribution in a wafer or a chamber using spectroscopic ellipsometry will be described.

図24は、図16の点A16に示す状態のウエハ内における
アモルファス領域の吸収係数の分布図である。吸収係数
が大きいということは、アモルファス領域の透明度が高
い(結晶に近いアモルファス領域)ということを意味す
るので、吸収係数からアモルファス領域の膜質がわか
る。膜質とは、アモルファスの中でも不規則が小さくよ
り結晶に近いアモルファスもあれば、不規則性が大きく
アモルファスの程度が大きいものもあるので、その相違
を判断するための尺度である。また、図25は、図16の点
C16に示す状態のウエハ内におけるアモルファス領域の
吸収係数の分布図である。
FIG. 24 is a distribution diagram of the absorption coefficient of the amorphous region in the wafer in the state shown at point A16 in FIG. Since a large absorption coefficient means that the transparency of the amorphous region is high (amorphous region close to a crystal), the film quality of the amorphous region can be determined from the absorption coefficient. The film quality is a criterion for judging the difference because some of the amorphous materials have small irregularities and are closer to crystals, while others have large irregularities and a large degree of amorphousness. FIG. 25 is a view similar to that of FIG.
FIG. 14 is a distribution diagram of an absorption coefficient of an amorphous region in a wafer in a state indicated by C16.

本具体例においても、吸収係数の分布からアニールに
よるアモルファス領域の膜質の回復状態の分布がわかる
ことになる。すなわち、従来、低温アニールにおけるア
モルファス領域の膜質の回復状態の面内均一性の評価は
不可能であったが、本発明により、アモルファス領域の
膜質の面内不均一性を評価することができる。
Also in this specific example, the distribution of the recovery state of the film quality in the amorphous region due to the annealing can be understood from the distribution of the absorption coefficient. That is, conventionally, it has been impossible to evaluate the in-plane uniformity of the recovery state of the film quality of the amorphous region in the low-temperature annealing. However, according to the present invention, the in-plane non-uniformity of the film quality of the amorphous region can be evaluated.

そして、この吸収係数の値やウエハ面内での吸収係数
の分布を利用して、例えばシリサイドを形成する領域
(MOSトランジスタのソース・ドレイン領域)の膜質を
評価できる。
Then, by using the value of the absorption coefficient and the distribution of the absorption coefficient in the wafer surface, for example, the film quality of a region where silicide is formed (source / drain region of a MOS transistor) can be evaluated.

例えばサリサイドプロセスにおいては、下地となる半
導体層(ソース領域,ドレイン領域,ゲート領域)の膜
質がシリサイド化の反応性に影響を与えるので、シリサ
イド化を行なう前の半導体層の膜質を把握することが重
要となる。したがって、チタン膜をイオン注入された半
導体層(例えばソース・ドレイン領域)の上に堆積する
前に、半導体層の吸収係数を測定しておき、後に形成さ
れるシリサイドのグレイン・サイズや、シリサイド化の
進行状態との関係を把握しておくことにより、シリサイ
ドプロセスを適正化するための管理を行なうことができ
る。
For example, in the salicide process, the film quality of the underlying semiconductor layer (source region, drain region, gate region) affects the reactivity of silicidation, and therefore, it is necessary to grasp the film quality of the semiconductor layer before silicidation. It becomes important. Therefore, before depositing the titanium film on the ion-implanted semiconductor layer (for example, the source / drain region), the absorption coefficient of the semiconductor layer is measured, and the grain size of the silicide formed later, By grasping the relationship with the progress of the process, management for optimizing the silicide process can be performed.

(第3の実施形態) 本実施形態では、上記第1の実施形態又は上記第2の
実施形態の第1〜第6の具体例を利用した製造工程の管
理方法について説明する。
(Third Embodiment) In the present embodiment, a method of managing a manufacturing process using the first to sixth specific examples of the first embodiment or the second embodiment will be described.

−第1の具体例− 図26(a),(b)は、上記第1の実施形態に係るア
モルファス領域の厚みの測定を利用して、イオン注入工
程の管理を行なう2つの方法を示すフローチャートであ
る。
-First Specific Example- FIGS. 26 (a) and 26 (b) are flowcharts showing two methods for managing the ion implantation process using the measurement of the thickness of the amorphous region according to the first embodiment. It is.

図26(a)に示す方法によると、ステップST11におい
て半導体層を有する基板の洗浄を行ない、ステップST12
において半導体層内にイオン注入を行なって半導体層内
にアモルファス領域を形成する。次に、ステップST13に
おいてアモルファス領域の厚みが適正範囲内にあるか否
かを判別する。そして、この判別において、アモルファ
ス領域の厚みが適正範囲内にあれば、次の工程であるス
テップST14に進み、イオン活性化のための熱処理を行な
う。一方、ステップST13の判別において、アモルファス
領域の厚みが適正範囲内になければ、その基板をロット
アウトにする。
According to the method shown in FIG. 26A, in step ST11, the substrate having the semiconductor layer is cleaned, and in step ST12
In the above, ion implantation is performed in the semiconductor layer to form an amorphous region in the semiconductor layer. Next, in step ST13, it is determined whether or not the thickness of the amorphous region is within an appropriate range. In this determination, if the thickness of the amorphous region is within the appropriate range, the process proceeds to the next step, step ST14, where a heat treatment for ion activation is performed. On the other hand, if it is determined in step ST13 that the thickness of the amorphous region is not within the appropriate range, the substrate is put into lot out.

この方法により、不良の基板の工程を進めることによ
る以後の無駄な処理を回避することができる。
According to this method, it is possible to avoid unnecessary processing after the step of processing a defective substrate.

図26(b)に示す方法によると、ステップST21におい
て半導体層を有する基板の洗浄を行ない、ステップST22
において半導体層内にイオン注入を行なって半導体層内
にアモルファス領域を形成する。次に、ステップST23に
おいてアモルファス領域の厚みが注入条件を変更しなく
てもよい最適範囲内か否かを判別する。そして、この判
別において、アモルファス領域の厚みが最適範囲内であ
れば、何も措置をとることなく、次の工程であるステッ
プST24に進み、イオン活性化のための熱処理を行なう。
一方、ステップST23の判別において、アモルファス領域
の厚みが最適反応内にあれば、ステップST22における注
入条件をアモルファス領域の厚みが最適範囲内になるよ
うに変更する(注入エネルギーを大きくする)。
According to the method shown in FIG. 26 (b), in step ST21, the substrate having the semiconductor layer is cleaned, and step ST22 is performed.
In the above, ion implantation is performed in the semiconductor layer to form an amorphous region in the semiconductor layer. Next, in step ST23, it is determined whether or not the thickness of the amorphous region is within an optimum range where the implantation conditions need not be changed. In this determination, if the thickness of the amorphous region is within the optimum range, the process proceeds to the next step, Step ST24, without taking any measure, and heat treatment for ion activation is performed.
On the other hand, if it is determined in step ST23 that the thickness of the amorphous region is within the optimal reaction, the implantation conditions in step ST22 are changed so that the thickness of the amorphous region falls within the optimal range (increase the implantation energy).

この方法により、イオン注入工程におけるイオン注入
条件をできるだけ最適状態に保持することができ、歩留
まりの向上とアモルファス領域領域の厚みのばらつきの
低減による後の工程の安定化とを図ることができる。
According to this method, the ion implantation conditions in the ion implantation step can be kept as optimal as possible, and the yield can be improved and the subsequent steps can be stabilized by reducing the variation in the thickness of the amorphous region.

なお、上記ステップST23においてアモルファス領域の
厚みが下限値以上か否かを判別し、アモルファス領域の
厚みが下限値以上であれば、次の工程であるステップST
24に進み、アモルファス領域の厚みが下限値よりも小さ
ければ、ステップST22に戻って、追加注入を行なうよう
にしてもよい。
In step ST23, it is determined whether or not the thickness of the amorphous region is equal to or larger than the lower limit. If the thickness of the amorphous region is equal to or larger than the lower limit, the next step, step ST23, is performed.
Proceeding to 24, if the thickness of the amorphous region is smaller than the lower limit, the process may return to step ST22 to perform additional implantation.

−第2の具体例− 本具体例では、成膜工程の管理方法について説明す
る。この場合、以下のような2つの方法に分けられる。
-Second Specific Example-In this specific example, a method for managing a film forming process will be described. In this case, the method is divided into the following two methods.

第1の方法は、基板のアモルファス領域の上にCVDあ
るいはスパッタリングを行なってポリシリコン膜,金属
膜,絶縁膜等を堆積した後、例えばウエットエッチング
により膜を除去する。そして、CVDあるいはスパッタリ
ングを行なう前と行なった後における分光エリプソメト
リ測定を行ない、処理前後のアモルファス領域の厚みな
どを比較することで、CVDやスパッタリング中の温度や
温度分布がわかる。もし、膜の除去時に下地のアモルフ
ァス領域への影響があるとしても、実験を重ねることに
より、下地への影響によるデータの誤差を補正すればよ
い。すなわち、アモルファス領域が除去されるときのエ
ッチングレートで、アモルファス領域の削られた厚みを
算出できる。難解か実験を行なって、アモルファス領域
が削られる厚みを確認し、それを差し引くことで、正確
なCVD温度,スパッタリング温度を検出することができ
る。
In the first method, a polysilicon film, a metal film, an insulating film, and the like are deposited on an amorphous region of a substrate by CVD or sputtering, and then the film is removed by, for example, wet etching. Then, by performing spectral ellipsometry measurement before and after performing CVD or sputtering and comparing the thickness of the amorphous region before and after the processing, the temperature and temperature distribution during CVD and sputtering can be determined. Even if the removal of the film has an effect on the underlying amorphous region, data errors due to the effect on the underlying may be corrected by repeating experiments. That is, the shaved thickness of the amorphous region can be calculated from the etching rate when the amorphous region is removed. It is difficult or difficult to conduct an experiment to confirm the thickness at which the amorphous region is shaved, and by subtracting the thickness, an accurate CVD temperature and sputtering temperature can be detected.

第2の方法は、形成される膜が測定光に対して透明な
ものである場合(例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化
膜)には、アモルファス領域の上に透明な膜を形成した
状態で、つまり2層膜の状態でアモルファス領域の厚み
を測定することにより、成膜中の基板表面温度を検知す
る方法である。
In the second method, when the film to be formed is transparent to the measurement light (for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film), a state in which a transparent film is formed on the amorphous region, that is, This method detects the substrate surface temperature during film formation by measuring the thickness of the amorphous region in the state of a two-layer film.

従来、CVDやスパッタリング中における基板の表面温
度については有効な検知手段がなかったが、上記第2の
実施形態の第1〜第6の具体例を用いることにより、高
温CVDから低温CVDに至る広い種類のCVDにおける基板表
面温度の検知が可能となった。したがって、CVDを行な
う際の温度を適正に維持するための温度、具体的にはプ
ラズマパワーなどを適正に設定することが可能になる。
また、CVD中におけるチャンバ内の温度分布を検知する
こともできる。
Conventionally, there is no effective means for detecting the surface temperature of the substrate during CVD or sputtering, but by using the first to sixth specific examples of the second embodiment, a wide range from high-temperature CVD to low-temperature CVD The substrate surface temperature can be detected in various types of CVD. Therefore, it is possible to appropriately set the temperature for maintaining the temperature at the time of performing the CVD properly, specifically, the plasma power and the like.
Further, the temperature distribution in the chamber during CVD can be detected.

なお、上記第1,第2のいずれの方法においても、高温
の加熱処理を伴う場合には、上記図19のデータを利用す
ることが可能である。
Note that, in any of the first and second methods, when high-temperature heat treatment is involved, the data in FIG. 19 can be used.

また、レジストをアッシングする際にも、300℃程度
に昇温されるので、その際の温度をアモルファス領域の
厚みの測定から検知することも可能である。
Also, when the resist is ashed, the temperature is raised to about 300 ° C., so that the temperature at that time can be detected by measuring the thickness of the amorphous region.

(その他の実施形態) 上記各実施形態におけるアモルファス領域の厚みや膜
質,アニール温度の測定は、その手順を記録媒体に記録
しておくことにより自動的に行なうことができる。
(Other Embodiments) Measurement of the thickness, film quality, and annealing temperature of the amorphous region in each of the above embodiments can be automatically performed by recording the procedure on a recording medium.

例えば、第1の実施形態の第1の具体例で説明した第
1〜第5の方法の手順(例えば図31,図32に示す手順)
をコンピュータで読みとり可能な記録媒体にプログラム
として記録しておくことにより、イオン注入によってア
モルファス化された領域の厚みを自動的に検出すること
ができる。
For example, the procedures of the first to fifth methods described in the first specific example of the first embodiment (for example, procedures shown in FIGS. 31 and 32)
Is recorded as a program on a computer-readable recording medium, the thickness of the region that has been made amorphous by ion implantation can be automatically detected.

さらに、第2の実施形態に示すアモルファス領域の厚
みを利用した温度測定を行なう手順(例えば図27〜29の
手順)をコンピュータで読みとり可能な記録媒体にプロ
グラムとして記録しておくことにより、工程中の自動的
に温度を検出することができる。
Furthermore, by recording the procedure for performing temperature measurement using the thickness of the amorphous region shown in the second embodiment (for example, the procedure in FIGS. 27 to 29) as a program on a computer-readable recording medium, Can automatically detect the temperature.

[産業上の利用分野] 本発明は、電子機器に搭載される各種トランジスタ,
半導体メモリなどの半導体装置を製造するために利用す
ることができる。
[Industrial application field] The present invention relates to various transistors mounted on electronic devices,
It can be used to manufacture a semiconductor device such as a semiconductor memory.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−77301(JP,A) 特開 平5−249031(JP,A) 特開 平6−50880(JP,A) 特公 昭59−50927(JP,B1) 特表 平4−501175(JP,A) Siemens Forsch.− u.Entwickl.−Ber.B d.10(1981)Nr.1,p48−52 Nuclear Instrumen ts and Methods in Physics Reserch B19 /20(1987)p577−581 Mat.Res.Soc.Symp. Proc.[38](1985)P417−423 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/61 G01B 11/06 EPAT(QUESTEL) JICSTファイル(JOIS) WPI/L(QUESTEL)Continuation of the front page (56) References JP-A-6-77301 (JP, A) JP-A-5-249031 (JP, A) JP-A-6-50880 (JP, A) JP-B-59-50927 (JP, A) , B1) JP-A-4-501175 (JP, A) Siemens Forsch. -U. Entwickl. -Ber. B d. 10 (1981) Nr. 1, p48-52, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B19 / 20 (1987) p577-581 Mat. Res. Soc. Symp. Proc. [38] (1985) P417-423 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 21/00-21/61 G01B 11/06 EPAT (QUESTEL) JICST file (JOIS) WPI / L ( QUESTEL)

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板内において不純物イオンが注入された
領域を有する半導体層に、光軸に垂直な面内でp方向
(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂
直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射す
る第1のステップと、 上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光
の反射光のうち上記p成分とs成分との位相差をΔとし
たときに、少なくともcos Δを測定する第2のステップ
と、 上記測定光の波長の変化に伴う上記少なくともcos Δの
スペクトルを測定する第3のステップと、 上記少なくともcos Δのスペクトルに基づいて、上記不
純物イオンが注入された領域内におけるアモルファス領
域の厚みを検出する第4のステップとを備えるととも
に、 特定のイオン注入量における注入エネルギーとアモルフ
ァス領域の厚みとの関係をイオン注入量ごとに第1の相
関関係として、特定のイオン注入量におけるcos Δのス
ペクトルと注入エネルギーとの関係を第2の相関関係と
して予め準備しておくステップをさらに備え、 上記第4のステップでは、上記第2のステップで得られ
たcos Δのスペクトルを上記第2の相関関係に照らし合
わせることにより上記半導体層に注入されたイオンの注
入エネルギーを求めた後、この注入エネルギーを上記第
1の相関関係に照らし合わせることにより、上記半導体
層内のアモルファス領域の厚みを測定することを特徴と
する半導体層の評価方法。
1. A semiconductor layer having a region into which impurity ions are implanted in a substrate, a p-direction (an intersection of a plane perpendicular to the optical axis with a plane containing incident light and reflected light) in a plane perpendicular to the optical axis. The direction of the linearly polarized measurement light inclined with respect to the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer in the direction perpendicular to the optical axis. At least cos Δ, where Δ is a phase difference between the p component and the s component in the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. A second step, a third step of measuring the spectrum of at least cos Δ according to a change in the wavelength of the measurement light, and a step of measuring the spectrum of at least cos Δ based on the spectrum of at least cos Δ. The thickness of the amorphous region A fourth step of generating a first correlation between the implantation energy at a specific ion implantation amount and the thickness of the amorphous region as a first correlation for each ion implantation amount. And a step of preparing in advance a relationship between the energy and the implantation energy as a second correlation. In the fourth step, the spectrum of cos Δ obtained in the second step is converted into the second correlation. Measuring the thickness of the amorphous region in the semiconductor layer by determining the implantation energy of the ions implanted into the semiconductor layer by comparing the implantation energy with the first correlation. A method for evaluating a semiconductor layer, comprising:
【請求項2】基板内において不純物イオンが注入された
領域を有する半導体層に、光軸に垂直な面内でp方向
(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂
直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射す
る第1のステップと、 上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光
の反射光のうち上記p成分とs成分との位相差をΔとし
たときに、少なくともcos Δを測定する第2のステップ
と、 上記測定光の波長の変化に伴う上記少なくともcos Δの
スペクトルを測定する第3のステップと、 上記少なくともcos Δのスペクトルに基づいて、上記不
純物イオンが注入された領域内におけるアモルファス領
域の厚みを検出する第4のステップとを備えるととも
に、 特定の注入エネルギーにおけるイオン注入量とアモルフ
ァス領域の厚みとの関係を注入エネルギーごとに第1の
相関関係として、特定の注入エネルギーにおけるcos Δ
のスペクトルとイオン注入量との関係を第2の相関関係
として予め準備しておくステップを備え、 上記第4のステップでは、上記第2のステップで得られ
たcos Δのスペクトルを上記第2の相関関係に照らし合
わせることにより上記半導体層に注入されたイオンの注
入量を求めた後、このイオン注入量を上記第1の相関関
係に照らし合わせることにより、上記半導体層内のアモ
ルファス領域の厚みを測定することを特徴とする半導体
層の評価方法。
2. A semiconductor layer having a region into which impurity ions are implanted in a substrate, in a p-direction (an intersection between a plane perpendicular to the optical axis and a plane containing incident light and reflected light) in a plane perpendicular to the optical axis. The direction of the linearly polarized measurement light inclined with respect to the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer and the direction of the linearly polarized light inclined with respect to the direction of the line) and the direction s (the direction perpendicular to the p direction in a plane perpendicular to the optical axis). At least cos Δ, where Δ is a phase difference between the p component and the s component in the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. A second step, a third step of measuring the spectrum of at least cos Δ according to a change in the wavelength of the measurement light, and a step of measuring the spectrum of at least cos Δ based on the spectrum of at least cos Δ. The thickness of the amorphous region Together and a fourth step of leaving, as the first correlation the relationship between the thickness of the ion dose and amorphous regions in particular implantation energy for each implantation energy, cos delta at a particular implant energy
And a step of preparing in advance a relationship between the spectrum and the ion implantation amount as a second correlation. In the fourth step, the spectrum of cos Δ obtained in the second step is converted into the second correlation. After obtaining the implantation amount of the ions implanted into the semiconductor layer by comparing the correlation with the correlation, the thickness of the amorphous region in the semiconductor layer is reduced by comparing the ion implantation amount with the first correlation. A method for evaluating a semiconductor layer, comprising measuring.
【請求項3】基板内において不純物イオンが注入された
領域を有する半導体層に、光軸に垂直な面内でp方向
(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂
直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射す
る第1のステップと、 上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光
の反射光のうち上記p成分とs成分との位相差をΔとし
たときに、少なくともcos Δを測定する第2のステップ
と、 上記測定光の波長の変化に伴う上記少なくともcos Δの
スペクトルを測定する第3のステップと、 上記少なくともcos Δのスペクトルに基づいて、上記不
純物イオンが注入された領域内におけるアモルファス領
域の厚みを検出する第4のステップとを備えるととも
に、 特定のイオン注入量における注入エネルギーとアモルフ
ァス領域の厚みとの関係をイオン注入量ごとに第1の相
関関係として、イオン注入量を一定として注入エネルギ
ーを変えたときのcos Δのスペクトル中の所定の波長領
域におけるcos Δの極大値を示す波長と注入エネルギー
との関係を第2の相関関係として予め準備しておくステ
ップをさらに備え、 上記第4のステップでは、上記第2のステップで得られ
たcos Δのスペクトルを上記第2の相関関係に照らし合
わせることにより上記半導体層に注入されたイオンの注
入エネルギーを求めた後、この注入エネルギーを上記第
1の相関関係に照らし合わせることにより、上記半導体
層内のアモルファス領域の厚みを測定することを特徴と
する半導体層の評価方法。
3. A semiconductor layer having a region into which impurity ions are implanted in a substrate, in a p-direction (an intersection between a plane perpendicular to the optical axis and a plane containing incident light and reflected light) in a plane perpendicular to the optical axis. The direction of the linearly polarized measurement light inclined with respect to the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer and the direction of the linearly polarized light inclined with respect to the direction of the line) and the direction s (the direction perpendicular to the p direction in a plane perpendicular to the optical axis). At least cos Δ, where Δ is a phase difference between the p component and the s component in the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. A second step, a third step of measuring the spectrum of at least cos Δ according to a change in the wavelength of the measurement light, and a step of measuring the spectrum of at least cos Δ based on the spectrum of at least cos Δ. The thickness of the amorphous region And changing the implantation energy at a constant ion implantation amount, wherein the relationship between the implantation energy at a specific ion implantation amount and the thickness of the amorphous region is a first correlation for each ion implantation amount. Further comprising the step of preparing in advance a relationship between the wavelength indicating the maximum value of cos Δ in a predetermined wavelength region in the spectrum of cos Δ at the time of injection and the injection energy as a second correlation, the fourth step Then, the spectrum of cos Δ obtained in the second step is compared with the second correlation to determine the implantation energy of the ions implanted into the semiconductor layer. Measuring the thickness of the amorphous region in the semiconductor layer by comparing with the correlation of Evaluation method.
【請求項4】基板内において不純物イオンが注入された
領域を有する半導体層に、光軸に垂直な面内でp方向
(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂
直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射す
る第1のステップと、 上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光
の反射光のうち上記p成分とs成分との位相差をΔとし
たときに、少なくともcos Δを測定する第2のステップ
と、 上記測定光の波長の変化に伴う上記少なくともcos Δの
スペクトルを測定する第3のステップと、 上記少なくともcos Δのスペクトルに基づいて、上記不
純物イオンが注入された領域内におけるアモルファス領
域の厚みを検出する第4のステップとを備えるととも
に、 特定の注入エネルギーにおける注入量とアモルファス領
域の厚みとの関係を注入エネルギーごとに第1の相関関
係として、注入エネルギーを一定として注入量を変えた
ときのcos Δのスペクトル中の所定の波長領域における
cos Δの極大値を示す波長と注入量との関係を第2の相
関関係として予め準備しておくステップをさらに備え、 上記第4のステップでは、上記第2のステップで得られ
たcos Δのスペクトルを上記第2の相関関係に照らし合
わせることにより上記半導体層に注入されたイオンの注
入量を求めた後、このイオン注入量を上記第1の相関関
係に照らし合わせることにより、上記半導体層内のアモ
ルファス領域の厚みを測定することを特徴とする半導体
層の評価方法。
4. A semiconductor layer having a region into which impurity ions are implanted in a substrate, a p-direction (an intersection between a plane perpendicular to the optical axis and a plane containing incident light and reflected light) in a plane perpendicular to the optical axis. The direction of the linearly polarized measurement light inclined with respect to the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer in the direction perpendicular to the optical axis. At least cos Δ, where Δ is a phase difference between the p component and the s component in the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. A second step, a third step of measuring the spectrum of at least cos Δ according to a change in the wavelength of the measurement light, and a step of measuring the spectrum of at least cos Δ based on the spectrum of at least cos Δ. The thickness of the amorphous region And a fourth step of performing the first step, wherein the relationship between the implantation amount at a specific implantation energy and the thickness of the amorphous region is set as a first correlation for each implantation energy, and the implantation amount is changed while the implantation energy is constant. in a given wavelength region in the spectrum of cos Δ
The method further includes a step of preparing in advance a relationship between the wavelength indicating the maximum value of cos Δ and the injection amount as a second correlation. In the fourth step, the cos Δ obtained in the second step is obtained. After the amount of ions implanted into the semiconductor layer is determined by comparing the spectrum to the second correlation, the amount of ions implanted into the semiconductor layer is determined by comparing the amount of ions implanted to the first correlation. 3. A method for evaluating a semiconductor layer, comprising measuring a thickness of an amorphous region.
【請求項5】請求項1〜4のうちいずれか1つの半導体
層の評価方法において、 上記第1〜第4のステップを、上記半導体層内の複数の
不純物イオンが注入された領域について行なうことによ
り、上記半導体層内における上記不純物イオンが注入さ
れた領域内のアモルファス領域の厚みの分布を測定する
ことを特徴とする半導体層の評価方法。
5. The method for evaluating a semiconductor layer according to claim 1, wherein the first to fourth steps are performed on a region in the semiconductor layer into which a plurality of impurity ions have been implanted. Measuring the thickness distribution of the amorphous region in the region into which the impurity ions have been implanted in the semiconductor layer.
【請求項6】基板内において不純物イオンが注入された
領域を有する半導体層に、光軸に垂直な面内でp方向
(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂
直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射す
る第1のステップと、 上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光
の反射光のうち上記p成分とs成分との位相差をΔとし
たときに、少なくともcos Δを測定する第2のステップ
と、 上記測定光の波長の変化に伴う上記少なくともcos Δの
スペクトルを測定する第3のステップと、 上記少なくともcos Δのスペクトルに基づいて、上記不
純物イオンが注入された領域内におけるアモルファス領
域の厚みを検出する第4のステップとを備えるととも
に、 熱保持処理の前に上記半導体層に上記第1〜第4のステ
ップを行なって上記アモルファス領域の第1の厚みを求
めておき、 上記半導体層に上記熱保持処理を施した後に、上記半導
体層に上記第1〜第4のステップを行なって上記アモル
ファス領域の第2の厚みを求めるステップと、 上記アモルファス領域の第1の厚み,第2の厚み及び上
記熱保持処理の時間から算出される回復レートから上記
熱保持処理の温度を測定するステップと をさらに備えていることを特徴とする半導体層の評価方
法。
6. A semiconductor layer having a region into which impurity ions have been implanted in a substrate, in a direction perpendicular to an optical axis in a p-direction (intersection between a plane perpendicular to the optical axis and a plane containing incident light and reflected light). The direction of the linearly polarized measurement light inclined with respect to the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer in the direction perpendicular to the optical axis. At least cos Δ, where Δ is a phase difference between the p component and the s component in the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer. A second step, a third step of measuring the spectrum of at least cos Δ according to a change in the wavelength of the measurement light, and a step of measuring the spectrum of at least cos Δ based on the spectrum of at least cos Δ. The thickness of the amorphous region And a first step of obtaining the first thickness of the amorphous region by performing the first to fourth steps on the semiconductor layer before the heat holding process. Performing a first to fourth steps on the semiconductor layer to obtain a second thickness of the amorphous region after performing the heat holding process; and a first thickness, a second thickness and a second thickness of the amorphous region. Measuring the temperature of the heat holding process from a recovery rate calculated from the time of the heat holding process.
【請求項7】請求項6の半導体層の評価方法において、 熱保持処理における熱保持処理の温度と、アモルファス
領域の厚みの減少との相関関係を求めておくステップを
さらに備え、 上記第4のステップでは、上記相関関係に基づいて上記
熱保持処理の温度を測定することを特徴とする半導体層
の評価方法。
7. The method for evaluating a semiconductor layer according to claim 6, further comprising a step of obtaining a correlation between a temperature of the heat holding process in the heat holding process and a decrease in the thickness of the amorphous region. In the step, a method for evaluating a semiconductor layer, comprising measuring a temperature of the heat holding process based on the correlation.
【請求項8】請求項6又は7の半導体層の評価方法にお
いて、 上記熱保持処理温度の測定を上記基板内の複数のアモル
ファス領域について行ない、 上記複数のアモルファス領域における熱保持温度から上
記基板内又は処理装置内の温度分布を測定することを特
徴とする半導体層の評価方法。
8. The method for evaluating a semiconductor layer according to claim 6, wherein the measurement of the heat holding processing temperature is performed for a plurality of amorphous regions in the substrate, and the heat holding temperature in the plurality of amorphous regions is determined based on the heat holding temperature in the plurality of amorphous regions. Alternatively, a method for evaluating a semiconductor layer, comprising measuring a temperature distribution in a processing apparatus.
【請求項9】基板の半導体層に半導体装置を製造するた
めの方法であって、 上記半導体層に不純物イオンを注入して結晶性の乱れた
アモルファス領域を形成する第1のステップと、 上記アモルファス領域を所定温度に保持することを伴う
処理を行なう第2のステップと、 上記半導体層に光軸に垂直な面内でp方向(光軸に垂直
な面と入射光及び反射光を含む面との交線の方向)とs
方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂直な方向)に
対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導体層の表面に
垂直な方向に対して傾いた方向から入射して、上記半導
体層から楕円偏光として反射される上記測定光の反射光
のうち上記p成分とs成分との位相差をΔとしたとき
に、上記第2のステップにおける上記処理の前後におけ
る少なくともcos Δのスペクトルを測定する第3のステ
ップと、 上記少なくともcos Δのスペクトルの変化に基づき、上
記第2のステップ中の上記処理の前後における上記アモ
ルファス領域の厚みの変化を測定する第4のステップ
と、 上記アモルファス領域の上記処理の前後における厚みの
変化及び上記熱保持処理の時間から算出される回復レー
トから上記熱保持処理の温度を測定する第5のステップ
とを 備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. A method for manufacturing a semiconductor device in a semiconductor layer of a substrate, comprising: a first step of implanting impurity ions into the semiconductor layer to form an amorphous region having disordered crystallinity; A second step of performing a process involving maintaining the region at a predetermined temperature; and a p-direction (a plane perpendicular to the optical axis and a plane including incident light and reflected light) in a plane perpendicular to the optical axis on the semiconductor layer. The direction of the intersection of
Linearly polarized measurement light inclined in a direction (in a plane perpendicular to the optical axis and perpendicular to the p-direction) in a direction inclined to a direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer; Assuming that the phase difference between the p component and the s component in the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer is Δ, the spectrum of at least cos Δ before and after the processing in the second step A fourth step of measuring a change in the thickness of the amorphous region before and after the processing in the second step, based on the change in the spectrum of at least cos Δ; A fifth step of measuring the temperature of the heat holding process from a change in thickness of the region before and after the process and a recovery rate calculated from the time of the heat holding process. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim Rukoto.
【請求項10】請求項9の半導体装置の製造方法におい
て、 熱保持処理における熱保持処理の温度と、アモルファス
領域の厚みの減少との相関関係を求めておくステップを
さらに備え、 上記第4のステップでは、上記相関関係に基づいて上記
熱保持処理の温度を測定することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising a step of obtaining a correlation between a temperature of the heat holding process in the heat holding process and a decrease in the thickness of the amorphous region. In the step, the temperature of the heat holding process is measured based on the correlation.
【請求項11】基板内において不純物イオンが注入され
て結晶性の乱れたアモルファス領域を有する半導体層
に、光軸に垂直な面内でp方向(光軸に垂直な面と入射
光及び反射光を含む面との交線の方向)とs方向(光軸
に垂直な面内で上記p方向に垂直な方向)に対して傾い
た直線偏光の測定光を上記半導体層の表面に垂直な方向
に対して傾いた方向から入射して、上記半導体層から楕
円偏光として反射される上記測定光の反射光のうち上記
p成分とs成分との位相差をΔとしたときに、上記測定
光の波長の変化に伴う少なくともcos Δのスペクトルか
ら上記アモルファス領域の物理量を評価するために使用
される記録媒体であって、 上記アモルファス領域の厚みと上記少なくともcos Δの
スペクトルとの相関関係を記憶させる第1の手順と、 特定の注入条件で形成された上記アモルファス領域の分
光エリプソメトリによる測定結果である少なくともcos
Δのスペクトルを入力する第2の手順と、 上記相関関係を取り出して、上記第2のステップで得ら
れた少なくともcos Δのスペクトルを上記相関関係に照
らし合わせることにより、上記半導体層内のアモルファ
ス領域の厚みを測定する第3の手順と をコンピュータに実行させるプログラムを記録するとと
もに、 上記第1の手順では、特定のイオン注入量における注入
エネルギーとアモルファス領域の厚みとの関係をイオン
注入量ごとに第1の相関関係として、特定のイオン注入
量におけるcos Δのスペクトルと注入エネルギーとの関
係を第2の相関関係として記憶させておき、 上記第3の手順では、上記第2の手順で入力されたcos
Δのスペクトルを上記第2の相関関係に照らし合わせる
ことにより上記半導体層に注入されたイオンの注入エネ
ルギーを求めた後、この注入エネルギーを上記第1の相
関関係に照らし合わせることにより、上記半導体層内の
アモルファス領域の厚みを測定することを特徴とする記
録媒体。
11. A semiconductor layer having an amorphous region in which crystallinity is disturbed by impurity ions implanted in a substrate, in a p-direction (a plane perpendicular to the optical axis and incident light and reflected light) in a plane perpendicular to the optical axis. The direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer is a linearly polarized measurement light inclined with respect to the direction of the line of intersection with the plane including the surface and the s direction (the direction perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis). When the phase difference between the p component and the s component is Δ in the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer, A recording medium used to evaluate a physical quantity of the amorphous region from at least a cos Δ spectrum with a change in wavelength, wherein a correlation between the thickness of the amorphous region and the at least cos Δ spectrum is stored. Step 1 and At least cos, which is the result of spectroscopic ellipsometry measurement of the amorphous region formed under specific implantation conditions
A second procedure of inputting a spectrum of Δ, extracting the correlation, and comparing at least the spectrum of cos Δ obtained in the second step with the correlation to obtain an amorphous region in the semiconductor layer. In addition to recording a program for causing a computer to execute a third procedure for measuring the thickness of the semiconductor substrate and the first procedure, the first procedure describes a relationship between the implantation energy at a specific ion implantation amount and the thickness of the amorphous region for each ion implantation amount. As the first correlation, the relationship between the spectrum of cos Δ and the implantation energy at a specific ion implantation amount is stored as a second correlation, and in the third procedure, the relationship is input in the second procedure. Cos
After determining the implantation energy of the ions implanted into the semiconductor layer by comparing the spectrum of Δ with the second correlation, the semiconductor layer is determined by comparing the implantation energy with the first correlation. A recording medium characterized by measuring the thickness of an amorphous region in the inside.
【請求項12】基板内において不純物イオンが注入され
て結晶性の乱れたアモルファス領域を有する半導体層
に、光軸に垂直な面内でp方向(光軸に垂直な面と入射
光及び反射光を含む面との交線の方向)とs方向(光軸
に垂直な面内で上記p方向に垂直な方向)に対して傾い
た直線偏光の測定光を上記半導体層の表面に垂直な方向
に対して傾いた方向から入射して、上記半導体層から楕
円偏光として反射される上記測定光の反射光のうち上記
p成分とs成分との位相差をΔとしたときに、上記測定
光の波長の変化に伴う少なくともcos Δのスペクトルか
ら上記アモルファス領域の物理量を評価するために使用
される記録媒体であって、 上記アモルファス領域の厚みと上記少なくともcos Δの
スペクトルとの相関関係を記憶させる第1の手順と、 特定の注入条件で形成された上記アモルファス領域の分
光エリプソメトリによる測定結果である少なくともcos
Δのスペクトルを入力する第2の手順と、 上記相関関係を取り出して、上記第2のステップで得ら
れた少なくともcos Δのスペクトルを上記相関関係に照
らし合わせることにより、上記半導体層内のアモルファ
ス領域の厚みを測定する第3の手順と をコンピュータに実行させるプログラムを記録するとと
もに、 上記第1の手順では、特定の注入エネルギーにおけるイ
オン注入量とアモルファス領域の厚みとの関係を注入エ
ネルギーごとに第1の相関関係として、特定の注入エネ
ルギーにおけるcos Δのスペクトルとイオン注入量との
関係を第2の相関関係として記憶させておき、 上記第3の手順では、上記第2の手順で入力されたcos
Δのスペクトルを上記第2の相関関係に照らし合わせる
ことにより上記半導体層に注入されたイオンの注入量を
求めた後、このイオン注入量を上記第1の相関関係に照
らし合わせることにより、上記半導体層内のアモルファ
ス領域の厚みを測定することを特徴とする記録媒体。
12. A semiconductor layer having an amorphous region in which impurity ions are implanted in a substrate and having disordered crystallinity, in a direction perpendicular to the optical axis in a p-direction (a plane perpendicular to the optical axis and incident light and reflected light). The direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer is a linearly polarized measurement light inclined with respect to the direction of the line of intersection with the plane including the surface and the s direction (the direction perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis). When the phase difference between the p component and the s component is Δ in the reflected light of the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer, A recording medium used to evaluate a physical quantity of the amorphous region from at least a cos Δ spectrum with a change in wavelength, wherein a correlation between the thickness of the amorphous region and the at least cos Δ spectrum is stored. Step 1 and At least cos, which is the result of spectroscopic ellipsometry measurement of the amorphous region formed under specific implantation conditions
A second procedure of inputting a spectrum of Δ, extracting the correlation, and comparing at least the spectrum of cos Δ obtained in the second step with the correlation to obtain an amorphous region in the semiconductor layer. In addition to recording a program for causing a computer to execute a third procedure for measuring the thickness of the amorphous silicon layer and the third procedure, the first procedure includes, for each implantation energy, the relationship between the ion implantation amount at a specific implantation energy and the thickness of the amorphous region. As the first correlation, the relationship between the spectrum of cos Δ at a specific implantation energy and the ion implantation amount is stored as a second correlation, and in the third procedure, the correlation is inputted in the second procedure. cos
The amount of ions implanted into the semiconductor layer is determined by comparing the spectrum of Δ with the second correlation, and then the amount of ions implanted into the semiconductor layer is compared with the first correlation to obtain the semiconductor. A recording medium for measuring the thickness of an amorphous region in a layer.
【請求項13】基板内において不純物イオンが注入され
て結晶性の乱れたアモルファス領域を有する半導体層に
熱処理を施し、半導体層に光軸に垂直な面内でp方向
(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂
直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射し
て、上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測
定光の反射光のうち上記p成分とs成分との位相差をΔ
としたときに、上記測定光の波長の変化に伴う少なくと
もcos Δのスペクトルから上記熱処理の温度を測定する
ために使用される記録媒体であって、 特定の温度のもとにおける熱処理の時間とアモルファス
領域の厚みの減少量との関係を相関関係として記憶させ
る第1の手順と、 上記アモルファス領域の上記熱処理の前の厚みを記憶さ
せる第2の手順と、 上記アモルファス領域の上記熱処理の後の厚みを記憶さ
せる第3の手順と、 上記アモルファス領域の熱処理前後の厚みと上記相関関
係とを取り出して、上記アモルファス領域の熱処理前後
の厚みの減少量を上記相関関係に照らし合わせることに
より、上記熱処理温度を求める手順と をコンピュータに実行させるプログラムを記録したこと
を特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
13. A semiconductor layer having an amorphous region in which crystallinity is disordered by implanting impurity ions in a substrate, and heat-treating the semiconductor layer in a direction p (plane perpendicular to the optical axis) in a plane perpendicular to the optical axis. The direction of the line of intersection between the light and the plane containing the incident light and the reflected light) and the linearly polarized measurement light inclined with respect to the s direction (the direction perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis) are transmitted to the semiconductor layer. Of the measurement light reflected from the semiconductor layer as elliptically polarized light from the direction perpendicular to the surface of
And a recording medium used to measure the temperature of the heat treatment from at least the spectrum of cos Δ with the change in the wavelength of the measurement light, wherein the heat treatment time at a specific temperature and the amorphous state A first procedure for storing the relationship with the amount of decrease in the thickness of the region as a correlation; a second procedure for storing the thickness of the amorphous region before the heat treatment; and the thickness of the amorphous region after the heat treatment. And extracting the correlation between the thickness of the amorphous region before and after the heat treatment and the correlation, and comparing the amount of decrease in the thickness of the amorphous region before and after the heat treatment with the correlation to obtain the heat treatment temperature. A computer-readable recording medium characterized by recording a program for causing a computer to execute the procedure for determining .
【請求項14】基板内において不純物イオンが注入され
て結晶性の乱れたアモルファス領域を有する半導体層に
熱処理を施し、半導体層に光軸に垂直な面内でp方向
(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂
直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射し
て、上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測
定光の反射光のうち上記p成分とs成分との位相差をΔ
としたときに、上記測定光の波長の変化に伴う少なくと
もcos Δのスペクトルから上記熱処理の温度を測定する
ために使用される記録媒体であって、 特定の温度のもとにおける熱処理の時間とアモルファス
領域の厚みの減少量との関係から求まる回復レートを各
温度ごとに相関関係として記憶させる第1の手順と、 上記アモルファス領域の上記熱処理の前の厚みを記憶さ
せる第2の手順と、 上記アモルファス領域の熱処理後の厚みと熱処理時間と
を記憶させる第3の手順と、 上記アモルファス領域の熱処理前後の厚みの減少量と上
記相関関係とを取り出して、上記アモルファス領域の熱
処理前後の厚みの減少量を熱処理時間で除して得られる
回復レートを上記相関関係に照らし合わせることによ
り、上記熱処理温度を求める第4の手順と をコンピュータに実行させるプログラムを記録したこと
を特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
14. A semiconductor layer having an amorphous region in which crystallinity is disordered by implanting impurity ions in a substrate, and heat-treating the semiconductor layer so that the semiconductor layer has a p-direction (plane perpendicular to the optical axis) in a plane perpendicular to the optical axis. The direction of the line of intersection between the light and the plane containing the incident light and the reflected light) and the linearly polarized measurement light inclined with respect to the s direction (the direction perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis) are transmitted to the semiconductor layer. Of the measurement light reflected from the semiconductor layer as elliptically polarized light from the direction perpendicular to the surface of
And a recording medium used to measure the temperature of the heat treatment from at least the spectrum of cos Δ with the change in the wavelength of the measurement light, wherein the heat treatment time at a specific temperature and the amorphous state A first procedure for storing the recovery rate obtained from the relationship with the amount of decrease in the thickness of the region as a correlation for each temperature; a second procedure for storing the thickness of the amorphous region before the heat treatment; Extracting a third procedure for storing the thickness of the amorphous region after the heat treatment and the heat treatment time, and extracting the correlation between the thickness decrease before and after the heat treatment of the amorphous region and the correlation, and calculating the decrease amount of the thickness of the amorphous region before and after the heat treatment. By comparing the recovery rate obtained by dividing the heat treatment time by the heat treatment time with the above correlation, a fourth procedure for obtaining the heat treatment temperature is performed. A computer-readable recording medium characterized by recording a program to be executed by the computer.
【請求項15】基板内において不純物イオンが注入され
て結晶性の乱れたアモルファス領域を有する半導体層に
熱処理を施し、半導体層に光軸に垂直な面内でp方向
(光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線
の方向)とs方向(光軸に垂直な面内で上記p方向に垂
直な方向)に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導
体層の表面に垂直な方向に対し傾いた直線偏光の測定光
を上記半導体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方向
から入射して、上記半導体層から楕円偏光として反射さ
れる上記測定光の反射光のうち上記p成分とs成分との
位相差をΔとしたときに、上記測定光の波長の変化に伴
う少なくともcos Δのスペクトルから上記熱処理の温度
を測定するために使用される記録媒体であって、 特定の時間の下における熱処理の温度とアモルファス領
域の厚みの変化との関係から求まる回復レートを相関関
係として記憶させる第1の手順と、 上記アモルファス領域の熱処理前の厚みを記憶させる第
2の手順と、 上記アモルファス領域の熱処理後の厚みと熱処理時間と
を記憶させる第3の手順と、 上記アモルファス領域の熱処理前後の厚みの減少量と上
記相関関係とを取り出して、上記アモルファス領域の熱
処理前後の厚みの減少量を熱処理時間で除して得られる
回復レートを上記相関関係に照らし合わせることによ
り、上記熱処理温度を求める手順と をコンピュータに実行させるプログラムを記録したこと
を特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
15. A semiconductor layer having an amorphous region in which crystallinity is disordered by implanting impurity ions in a substrate, and heat-treats the semiconductor layer in a direction perpendicular to the optical axis in a p-direction (plane perpendicular to the optical axis). The direction of the line of intersection between the light and the plane containing the incident light and the reflected light) and the linearly polarized measurement light inclined with respect to the s direction (the direction perpendicular to the p direction in the plane perpendicular to the optical axis) are transmitted to the semiconductor layer. The measurement light of linearly polarized light inclined to a direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer is incident from a direction inclined to the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer, and the measurement light reflected as elliptically polarized light from the semiconductor layer is reflected from the semiconductor layer. When the phase difference between the p component and the s component of the reflected light is represented by Δ, a recording medium used for measuring the temperature of the heat treatment from at least cos Δ spectrum accompanying a change in the wavelength of the measurement light. Heat treatment under a specific time A first procedure for storing a recovery rate obtained from a relationship between the temperature of the amorphous region and a change in the thickness of the amorphous region as a correlation; a second procedure for storing the thickness of the amorphous region before the heat treatment; and a heat treatment for the amorphous region. A third procedure for storing the thickness and the heat treatment time after the heat treatment, and the correlation between the thickness decrease before and after the heat treatment of the amorphous region and the correlation are taken out. A computer-readable recording medium characterized by recording a program for causing a computer to execute the above-mentioned procedure for obtaining the heat treatment temperature by comparing the recovery rate obtained by dividing by the above correlation with the above correlation.
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Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mat.Res.Soc.Symp.Proc.[38](1985)P417−423
Nuclear Instruments and Methods in Physics Reserch B19/20(1987)p577−581
Siemens Forsch.−u.Entwickl.−Ber.Bd.10(1981)Nr.1,p48−52

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