JP3272706B2 - How to make a sample for temperature measurement - Google Patents

How to make a sample for temperature measurement

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JP3272706B2
JP3272706B2 JP34987599A JP34987599A JP3272706B2 JP 3272706 B2 JP3272706 B2 JP 3272706B2 JP 34987599 A JP34987599 A JP 34987599A JP 34987599 A JP34987599 A JP 34987599A JP 3272706 B2 JP3272706 B2 JP 3272706B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、チャンバ内の所定
領域の温度,温度分布を測定するための温度測定方法,
これに供するサンプルの作成方法及び温度測定方法を利
用した半導体装置の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature measuring method for measuring a temperature and a temperature distribution in a predetermined region in a chamber,
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a method for preparing a sample and a method for measuring temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造工程では、チャンバ内
において、CVD,イオン注入,熱処理(アニール),
プラズマエッチングなどの処理が行なわれ、これらの処
理により、ウエハ上への成膜,ウエハ内への不純物の導
入,不純物の活性化による拡散層の形成,形成された膜
のパターニング等が行なわれる。その際、これらの処理
はそれぞれ定められた適正な条件下で行なわれなければ
ならないが、その条件の1つに温度がある。特に、チャ
ンバ内に設置されたウエハのある部位における温度やウ
エハ面内の温度分布などは、CVD工程や熱処理工程な
どを管理する上で重要なパラメータである。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device manufacturing process, CVD, ion implantation, heat treatment (annealing),
Processes such as plasma etching are performed, and by these processes, film formation on the wafer, introduction of impurities into the wafer, formation of a diffusion layer by activating the impurities, patterning of the formed film, and the like are performed. In this case, these processes must be performed under appropriate conditions defined respectively, and one of the conditions is temperature. In particular, the temperature at a certain position of a wafer installed in the chamber, the temperature distribution in the wafer surface, and the like are important parameters for managing a CVD process, a heat treatment process, and the like.

【0003】そこで、従来より、製造工程における各処
理の際の温度や温度分布を測定する方法として、種々の
方法が採用されている。
Therefore, conventionally, various methods have been adopted as a method for measuring the temperature and the temperature distribution during each processing in the manufacturing process.

【0004】例えば、高速加熱処理であるRTA処理を
行なうためのチャンバに熱電対を取り付けたり、ウエハ
の裏面に熱電対を付けたもの(TCウエハ)が用いられ
ている。また、赤外線の検出などを用いた光学的測定に
よってチャンバ内の温度を測定する方法も知られてい
る。
For example, a thermocouple is attached to a chamber for performing an RTA process as a high-speed heating process, or a thermocouple attached to a back surface of a wafer (TC wafer) is used. There is also known a method of measuring the temperature in a chamber by optical measurement using infrared detection or the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の温度測定方法においては、以下のような不具合があ
った。
However, the conventional temperature measuring method has the following disadvantages.

【0006】例えば、TCウエハを用いた温度測定にお
いては、ウエハの裏面の温度は検出できてもウエハ上面
の温度はわからない。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。
For example, in the temperature measurement using a TC wafer, the temperature on the back surface of the wafer can be detected, but the temperature on the upper surface of the wafer is not known. Also, there is a limit to the temperature measurement range, and it is said that the measurement accuracy deteriorates when the temperature reaches a certain high temperature (500 to 600 ° C. or higher).

【0007】また、光学的測定の場合、プラズマの影響
を受けて光学的ノイズ等が発生するために正確な温度測
定ができないという不具合があった。さらに、限られた
ポイントのみの温度値を知るだけではウエハの面内温度
分布までは測定することができなかった。
In the case of optical measurement, there is a problem that accurate temperature measurement cannot be performed because optical noise and the like are generated due to the influence of plasma. Furthermore, it was not possible to measure even the temperature distribution in the plane of the wafer just by knowing the temperature values of only limited points.

【0008】特に、ウエハ面内の温度分布については、
TCウエハを用いても、信頼性の高い温度分布測定を行
なうことが困難であった。
In particular, regarding the temperature distribution in the wafer surface,
Even with a TC wafer, it has been difficult to perform highly reliable temperature distribution measurement.

【0009】本発明の第1の目的は、イオン注入されて
単結晶状態からアモルファス領域になった部分のアニー
ルによる回復の進行状態が温度依存性とイオン注入条件
依存性とを有することに着目し、分光エリプソメトリな
どを利用してそのアモルファス領域の厚みを測定しそれ
を温度に換算して温度測定を行なうとともに、この温度
測定の精度の向上を図ることにある。
A first object of the present invention is to pay attention to the fact that the progress of recovery by annealing of a portion which has been changed from a single crystal state into an amorphous region by ion implantation has temperature dependency and ion implantation condition dependency. Another object of the present invention is to measure the thickness of an amorphous region by using spectroscopic ellipsometry and the like, convert the thickness into a temperature, measure the temperature, and improve the accuracy of the temperature measurement.

【0010】また、本発明者達は、分光エリプソメトリ
を利用して温度測定の精度の向上を図る過程において、
温度測定の精度の向上のための処理とアモルファス領域
の形状の改善とが互いに強い関連性を有することを発見
した。そこで、本発明は、この発見に基づいて、チャネ
リング防止のためやシリサイド化処理の前処理の1つと
して行なわれるプレアモルファス注入の条件の改善を図
ることを第2の目的としている。
[0010] In addition, in the process of improving the accuracy of temperature measurement using spectroscopic ellipsometry, the present inventors
It has been found that the process for improving the accuracy of the temperature measurement and the improvement of the shape of the amorphous region have a strong relationship with each other. Accordingly, a second object of the present invention is to improve the conditions of pre-amorphous implantation performed for preventing channeling and as one of pretreatments for silicidation based on this discovery.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の温度測定
用サンプルの作成方法は、基板のアモルファス領域を一
定時間加熱してアモルファス領域が再結晶化する回復レ
ートを求め、予め準備されている上記アモルファス領域
の回復レートと加熱温度との関係に基づいて、上記加熱
時におけるアモルファス領域の温度を測定するための温
度測定用サンプルを作成する方法であって、基板の半導
体領域内に形成されたアモルファス領域中に、上記加熱
時に回復レートを加熱の開始時からほぼ一定にするため
の臨界濃度で酸素をドープする方法である。
According to a first method for preparing a sample for temperature measurement of the present invention, a recovery rate at which an amorphous region of a substrate is recrystallized by heating the amorphous region for a predetermined time is determined. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring the temperature of the amorphous region during the heating based on the relationship between the recovery rate of the amorphous region and the heating temperature, wherein the sample is formed in the semiconductor region of the substrate. In this method, oxygen is doped into the amorphous region at a critical concentration so that the recovery rate during heating is substantially constant from the start of heating.

【0012】この方法により、安定したアモルファス領
域の回復レートを利用して、精度及び信頼性の高い温度
測定を行なうことが可能なサンプルを作成することがで
きる。
According to this method, it is possible to prepare a sample capable of performing highly accurate and reliable temperature measurement using the stable recovery rate of the amorphous region.

【0013】上記酸素をドープする前の上記基板の半導
体領域の上に酸化膜が形成されている場合には、上記酸
素をドープする前に、上記半導体領域に上記酸化膜の上
から不純物のイオン注入を行なうことにより上記アモル
ファス領域を形成することができる。
In the case where an oxide film is formed on the semiconductor region of the substrate before doping with the oxygen, before the doping with the oxygen, ions of impurities are formed on the semiconductor region from above the oxide film. By performing the implantation, the above-mentioned amorphous region can be formed.

【0014】この方法により、ノックオンされてアモル
ファス領域に侵入した酸素による悪影響を除きつつ、温
度測定が可能なサンプルを作成することができる。
According to this method, it is possible to prepare a sample capable of measuring the temperature while eliminating the adverse effect of oxygen that has been knocked on and has entered the amorphous region.

【0015】上記酸素をドープする前に、減圧下で上記
半導体領域の上の自然酸化膜を除去してから、上記半導
体領域に酸素をイオン注入するドープすることにより、
酸素濃度がより正確に調整された温度特定用サンプルが
得られる。
Before doping the oxygen, the natural oxide film on the semiconductor region is removed under reduced pressure, and then the semiconductor region is doped by ion implantation of oxygen.
A temperature specifying sample in which the oxygen concentration is more accurately adjusted can be obtained.

【0016】本発明の第2の温度測定用サンプルの作成
方法は、基板のアモルファス領域を一定時間加熱してア
モルファス領域が再結晶化する回復レートを求め、予め
準備されている上記アモルファス領域の回復レートと加
熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけるアモル
ファス領域の温度を測定するための温度測定用サンプル
を作成する方法であって、基板の半導体領域内に、IV族
元素のイオン注入を行なってアモルファス領域を形成す
る方法である。
According to a second method for preparing a sample for temperature measurement of the present invention, a recovery rate at which the amorphous region is recrystallized by heating the amorphous region of the substrate for a certain period of time is determined. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring the temperature of an amorphous region at the time of the heating based on a relationship between a rate and a heating temperature, wherein ion implantation of a group IV element is performed in a semiconductor region of a substrate. This is a method of forming an amorphous region by forming a row.

【0017】この方法により、半導体領域の導電型に影
響を与えることなくサンプルを形成することができる。
According to this method, a sample can be formed without affecting the conductivity type of the semiconductor region.

【0018】上記イオン注入の際に、ドーズ量が1×1
15atoms ・cm-2以上の条件でGeのイオン注入を行
なうことにより、半導体領域におけるアモルファス領域
と結晶領域との境界を明確にし、あるいは界面の凹凸を
小さくすることができ、精度及び信頼性の高い温度測定
を行なうことが可能なサンプルを作成することができ
る。
At the time of the above ion implantation, the dose amount is 1 × 1
By performing Ge ion implantation under the condition of 0 15 atoms · cm −2 or more, the boundary between the amorphous region and the crystal region in the semiconductor region can be clarified, or the unevenness of the interface can be reduced, and accuracy and reliability can be reduced. A sample capable of performing high temperature measurement can be prepared.

【0019】本発明の第3の温度測定用サンプルの作成
方法は、基板のアモルファス領域を一定時間加熱してア
モルファス領域が再結晶化する回復レートを求め、予め
準備されている上記アモルファス領域の回復レートと加
熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけるアモル
ファス領域の温度を測定するための温度測定用サンプル
を作成する方法であって、基板の半導体領域内に、ヒ素
(As),リン(P),ハロゲン元素及び不活性ガス元
素のうち少なくともいずれか1つのイオン注入を行なっ
てアモルファス領域を形成する方法である。
According to a third method of preparing a sample for temperature measurement of the present invention, a recovery rate at which the amorphous region is recrystallized by heating the amorphous region of the substrate for a certain period of time is determined. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring a temperature of an amorphous region at the time of the heating based on a relationship between a rate and a heating temperature, wherein arsenic (As), phosphorus ( This is a method of forming an amorphous region by performing ion implantation of at least one of P), a halogen element, and an inert gas element.

【0020】この方法により、上記第2の温度測定用サ
ンプルの作成方法と同じ効果を発揮することができる。
According to this method, the same effect as that of the second method for preparing a temperature measurement sample can be exhibited.

【0021】本発明の第4の温度測定用サンプルの作成
方法は、基板のアモルファス領域を一定時間加熱してア
モルファス領域が再結晶化する回復レートを求め、予め
準備されている上記アモルファス領域の回復レートと加
熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけるアモル
ファス領域の温度を測定するための温度測定用サンプル
を作成する方法であって、基板の半導体領域の複数の箇
所に、相異なる条件でイオン注入を行なって複数のアモ
ルファス領域を形成する方法である。
According to a fourth method of preparing a sample for temperature measurement of the present invention, a recovery rate at which the amorphous region is recrystallized by heating the amorphous region of the substrate for a certain period of time is determined. A method for creating a temperature measurement sample for measuring the temperature of the amorphous region during the heating based on the relationship between the rate and the heating temperature, wherein a plurality of locations in the semiconductor region of the substrate are provided under different conditions. This is a method of forming a plurality of amorphous regions by performing ion implantation.

【0022】この方法により、上述のように広い温度範
囲で温度測定が可能なサンプルを作成することができ
る。
According to this method, a sample capable of measuring a temperature in a wide temperature range as described above can be prepared.

【0023】上記イオン注入の際に、上記複数の箇所に
注入するイオン種を相異ならせることが好ましい。
At the time of the above-mentioned ion implantation, it is preferable to make ion species to be implanted into the plurality of locations different.

【0024】また、上記基板をウエハ状態のものとし
て、上記4つの箇所を平面的にみてウエハを上下左右4
つに区画された領域とすることができる。
Further, the above-mentioned substrate is assumed to be in a wafer state, and the above-mentioned four portions are viewed from above, and
It can be a divided area.

【0025】本発明の第5の温度測定用サンプルの作成
方法は、基板のアモルファス領域を一定時間加熱してア
モルファス領域が再結晶化する回復レートを求め、予め
準備されている上記アモルファス領域の回復レートと加
熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけるアモル
ファス領域の温度を測定するための温度測定用サンプル
を作成する方法であって、基板の上面にある第1の半導
体領域にイオン注入を行なって第1のアモルファス領域
を形成するステップ(a)と、基板の裏面にある第2の
半導体領域にイオン注入を行なって第2のアモルファス
領域を形成するステップ(b)とを含んでいる。
According to a fifth method for preparing a sample for temperature measurement of the present invention, a recovery rate at which the amorphous region is recrystallized by heating the amorphous region of the substrate for a predetermined time is determined. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring a temperature of an amorphous region at the time of heating based on a relationship between a rate and a heating temperature, the method comprising: ion-implanting a first semiconductor region on an upper surface of a substrate. Forming a first amorphous region in a row, and (b) performing ion implantation into a second semiconductor region on the back surface of the substrate to form a second amorphous region.

【0026】この方法により、上述の作用により、2回
の温度測定が可能なサンプルを作成することができる。
According to this method, a sample capable of performing temperature measurement twice can be prepared by the above-described operation.

【0027】本発明の第6の温度測定用サンプルの作成
方法は、基板のアモルファス領域を一定時間加熱してア
モルファス領域が再結晶化する回復レートを求め、予め
準備されている上記アモルファス領域の回復レートと加
熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけるアモル
ファス領域の温度を測定するための温度測定用サンプル
を作成する方法であって、基板の上面にある第1の半導
体領域に、イオン注入を行なって第1のアモルファス領
域を形成するステップ(a)と、基板の裏面にある第2
の半導体領域に、上記イオン注入を行なって第2のアモ
ルファス領域を形成するステップ(b)とを含み、上記
第1及び第2のアモルファス領域の温度を求めたとき
に、上記第1及び第2のアモルファス領域の温度差から
基板の熱伝導率を求めることが可能なサンプルを形成す
る方法である。
According to a sixth method for preparing a sample for temperature measurement of the present invention, a recovery rate at which the amorphous region is recrystallized by heating the amorphous region of the substrate for a certain period of time is determined. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring the temperature of an amorphous region during heating based on a relationship between a rate and a heating temperature, the method comprising: ion-implanting a first semiconductor region on an upper surface of a substrate; (A) to form a first amorphous region by performing
(B) forming the second amorphous region by performing the above-described ion implantation in the semiconductor region of (a), and when the temperatures of the first and second amorphous regions are obtained, the first and second amorphous regions are obtained. Is a method for forming a sample from which the thermal conductivity of the substrate can be determined from the temperature difference in the amorphous region.

【0028】この方法により、特にウエハの大口径化に
伴う厚みの増大時に重要となる,製造工程における歩留
まり向上などのための温度管理に供しうるサンプルが得
られる。
According to this method, a sample which can be used for temperature control for improving the yield in the manufacturing process, which is important especially when the thickness of the wafer is increased due to the increase in the diameter of the wafer, is obtained.

【0029】本発明の第7の温度測定用サンプルの作成
方法は、基板のアモルファス領域を一定時間加熱してア
モルファス領域が再結晶化する回復レートを求め、予め
準備されている上記アモルファス領域の回復レートと加
熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけるアモル
ファス領域の温度を測定するための温度測定用サンプル
を作成する方法であって、基板の半導体領域内に、基板
温度が−10℃よりも低い条件下でイオン注入を行なっ
て上記アモルファス領域を形成する方法である。
According to a seventh method for preparing a sample for temperature measurement of the present invention, a recovery rate at which the amorphous region is recrystallized by heating the amorphous region of the substrate for a certain period of time is determined. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring a temperature of an amorphous region during heating based on a relationship between a rate and a heating temperature, wherein the substrate temperature is lower than −10 ° C. in a semiconductor region of the substrate. In this method, the amorphous region is formed by performing ion implantation under low conditions.

【0030】この方法により、半導体領域におけるアモ
ルファス領域と結晶領域との間に明確な境界が存在する
状態あるいは界面の凹凸が小さい状態にすることがで
き、精度及び信頼性の高い温度測定を行なうことが可能
なサンプルを作成することができる。
According to this method, a state in which a clear boundary exists between the amorphous region and the crystalline region in the semiconductor region or a state in which the unevenness of the interface is small can be obtained, and a highly accurate and reliable temperature measurement can be performed. Can make a possible sample.

【0031】本発明の第8の温度測定用サンプルの作成
方法は、基板のアモルファス領域を一定時間加熱してア
モルファス領域が再結晶化する回復レートを求め、予め
準備されている上記アモルファス領域の回復レートと加
熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけるアモル
ファス領域の温度を測定するための温度測定用サンプル
を作成する方法であって、基板の半導体領域内に、イオ
ン注入を行なってアモルファス領域を形成するステップ
(a)と、上記アモルファス領域を300℃以 上450
℃以下の範囲の温度でアニールを行なうステップ(b)
とを含んでいる。
According to an eighth method of preparing a sample for temperature measurement of the present invention, a recovery rate at which the amorphous region is recrystallized by heating the amorphous region of the substrate for a certain period of time is determined. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring the temperature of an amorphous region at the time of the heating based on a relationship between a rate and a heating temperature. and step (a) to form a, the amorphous region 300 ° C. or more on 450
Step (b) of annealing at a temperature in the range of not more than ℃.
And

【0032】この方法により、半導体領域におけるアモ
ルファス領域と結晶領域との間に明確な境界が存在する
状態あるいは界面の凹凸が小さい状態にすることがで
き、精度及び信頼性の高い温度測定を行なうことが可能
なサンプルを作成することができる。
According to this method, a state in which a clear boundary exists between the amorphous region and the crystalline region in the semiconductor region or a state in which the unevenness of the interface is small can be obtained, and a highly accurate and reliable temperature measurement can be performed. Can make a possible sample.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】−アモルファス領域の回復レート
を利用した温度測定の原理−本発明者達は、国際出願P
CT/JP98/02567(国際公開番号WO98/
57146)に記載されているように、分光エリプソメ
トリ法によって、不純物イオンが注入されてアモルファ
ス化された半導体領域(アモルファス領域)がアニール
によって回復する過程を評価し、アモルファス領域の厚
みをインラインで非破壊の検査によって検出できること
や、アモルファス領域の膜厚の単位時間当たりの減小量
である回復レートがアニール温度に依存することから、
回復レートを求めることによってウエハ表面(ウエハの
上面及び裏面の双方をいう)の実際の温度や温度分布を
検出しうることを見いだした。つまり、分光エリプソメ
トリ法により、インラインで非破壊の検査によって、ウ
エハ表面の温度を評価できることを実証している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Principle of Temperature Measurement Using Recovery Rate of Amorphous Region
CT / JP98 / 02567 (International Publication Number WO98 /
57146), a process in which a semiconductor region (amorphous region) into which impurity ions are implanted and made amorphous by annealing is evaluated by a spectroscopic ellipsometry method, and the thickness of the amorphous region is determined in-line. Because it can be detected by inspection of destruction, and the recovery rate, which is the amount of decrease in the film thickness of the amorphous region per unit time, depends on the annealing temperature,
It has been found that the actual temperature and temperature distribution on the wafer surface (both the upper and lower surfaces of the wafer) can be detected by determining the recovery rate. In other words, it demonstrates that the temperature of the wafer surface can be evaluated by in-line, non-destructive inspection using the spectroscopic ellipsometry method.

【0034】さらに、本発明者達は、国際出願PCT/
JP98/02567に記載されている技術を前提とし
つつ、温度測定の精度の向上を図るためには、アモルフ
ァス領域中の酸素濃度、上述したノックオンにより打ち
込まれる酸素をなくすことも含めて適正に調整すること
が有効であることを、以下のような実験から突きとめ
た。ただし、本発明による温度測定の精度向上に際して
は、必ずしも分光エリプソメトリによるアモルファス領
域の厚み測定を利用する必要はなく、TEM観察による
破壊検査など、他の方法を含むすべてのアモルファス領
域の厚み測定法を利用することができる。
Further, the present inventors have made the international application PCT /
In order to improve the accuracy of temperature measurement while presupposing the technique described in JP98 / 02567, the oxygen concentration in the amorphous region and the oxygen concentration in the amorphous region are appropriately adjusted, including elimination of the oxygen injected by knock-on. It was found from the following experiments that the above was effective. However, in order to improve the accuracy of the temperature measurement according to the present invention, it is not always necessary to use the thickness measurement of the amorphous region by spectroscopic ellipsometry. Can be used.

【0035】図1は、シリコン基板内にヒ素イオン(A
+ )を、室温で,加速電圧30KeV,ドーズ量4×
1015cm-2の条件で注入して形成されたアモルファス
領域を550℃でアニールした時のアモルファス領域の
厚みの時間変化つまり回復レートを示す図である。図1
において、横軸はアニール時間(sec)を表し、縦軸
はアモルファス領域の厚みを表している。このサンプル
においては、TEM観察の結果から、アモルファス領域
の厚みが55nmであることが確認されている。そし
て、アニールによるアモルファス領域の回復レートは厚
みの単位時間当たりの減小量(nm/min)であるの
で、図1に示す変化直線の傾きが回復レートを表してい
る。図1に示すように、アモルファス領域の厚みが初期
値55nmから28nmまで減小するときの回復レート
は46.0(nm/min)であり、アモルファス領域
の厚みが28nmから0nmに向かって減小するときの
回復レートは2.8(nm/min)であることがわか
った。
FIG. 1 shows that arsenic ions (A
s + ) at room temperature, acceleration voltage 30 KeV, dose 4 ×
FIG. 7 is a diagram showing a change over time in the thickness of an amorphous region, that is, a recovery rate when an amorphous region formed by implantation under a condition of 10 15 cm −2 is annealed at 550 ° C. FIG.
In the graph, the horizontal axis represents the annealing time (sec), and the vertical axis represents the thickness of the amorphous region. In this sample, the result of TEM observation confirmed that the thickness of the amorphous region was 55 nm. Since the recovery rate of the amorphous region by the annealing is the reduction (nm / min) of the thickness per unit time, the slope of the change line shown in FIG. 1 indicates the recovery rate. As shown in FIG. 1, the recovery rate when the thickness of the amorphous region decreases from the initial value of 55 nm to 28 nm is 46.0 (nm / min), and the thickness of the amorphous region decreases from 28 nm to 0 nm. It was found that the recovery rate was 2.8 (nm / min).

【0036】ここで、このようにある時点を境に回復レ
ートが急激に変化することに対して酸素の存在が関与し
ていることが疑われたので、このときのシリコン基板内
の酸素濃度プロファイルを測定した。
Here, it is suspected that the presence of oxygen is involved in such a rapid change in the recovery rate at a certain point in time. Therefore, the oxygen concentration profile in the silicon substrate at this time is considered. Was measured.

【0037】図2は、as-implantedのシリコン基板にお
けるヒ素(As)と酸素(O)との基板深さ方向におけ
る濃度プロファイルを示す図である。同図に示すよう
に、本来均一なはずの酸素濃度がシリコン基板の上面付
近で1×1020atoms ・cm-3に近いピーク値となり、
シリコン基板の深さ方向に向かって次第に減小している
ことがわかる。そして、もともとウエハ中には約2.0
×1018atoms cm-3の酸素しか含まれていないことを
考慮すると、図2に示すような高濃度の酸素が存在する
のは、ヒ素イオンの注入によってノックオンされた酸素
原子がシリコン基板中に侵入したためと考えられる。つ
まり、ヒ素イオンの注入に際し、シリコン基板の表面は
RCA洗浄などによって清浄化されるが、このRCA洗
浄の後に大気にさらされることにより、シリコン基板の
表面に自然酸化膜が形成されており、この自然酸化膜中
の酸素がヒ素イオンによってノックオンされたものと考
えられる。そして、回復レートが変化する位置(アモル
ファス領域の厚みが28nmである位置)の酸素濃度
は、約3.2×1019atoms ・cm-3であった。
FIG. 2 is a diagram showing a concentration profile of arsenic (As) and oxygen (O) in an as-implanted silicon substrate in a substrate depth direction. As shown in the figure, the oxygen concentration, which should be uniform, has a peak value near 1 × 10 20 atoms · cm −3 near the upper surface of the silicon substrate,
It can be seen that it gradually decreases in the depth direction of the silicon substrate. And originally, about 2.0
Considering that only oxygen of 10 18 atoms cm -3 is contained, the high concentration of oxygen as shown in FIG. 2 is due to the fact that oxygen atoms knocked on by arsenic ion implantation are present in the silicon substrate. Probably because of intrusion. In other words, when arsenic ions are implanted, the surface of the silicon substrate is cleaned by RCA cleaning or the like, but after being exposed to the air after this RCA cleaning, a natural oxide film is formed on the surface of the silicon substrate. It is considered that oxygen in the natural oxide film was knocked on by the arsenic ions. The oxygen concentration at the position where the recovery rate changes (the position where the thickness of the amorphous region is 28 nm) was about 3.2 × 10 19 atoms · cm −3 .

【0038】そこで、図3に示すように、さらに酸素濃
度と回復レートとの関連性を調べるために、酸素の注入
量を増やして回復レートを測定した。図3において、横
軸はアニール時間(sec)を表し、縦軸はアモルファ
ス領域の厚みを表している。ここでは、加速電圧30k
eV,ドーズ量4×1015atoms ・cm-2の条件でAs
のイオン注入のみを施したサンプル(□印で示すデー
タ)と、Asのイオン注入に加えて、加速電圧20ke
V,ドーズ量1×1014atoms ・cm-2の条件で酸素の
イオン注入を行なったサンプル(△印で示すデータ)
と、Asのイオン注入に加えて、加速電圧20keV,
ドーズ量2×1014atoms ・cm-2の条件で酸素のイオ
ン注入を行なったサンプル(○印で示すデータ)とにつ
いての測定結果を示している。このとき、同図に示すよ
うに、アモルファス領域にフラッシュアニール(ピーク
温度における保持時間がほぼ0となる温度の時間変化に
よるアニール)を施すと、酸素濃度が多くなるほど回復
レートが遅くなることがわかった。また、この3種類の
サンプルのいずれにおいても、回復レートはアモルファ
ス領域の厚みのある値(図1に示す厚み28nm)を境
に変化しており、そのアモルファス領域の厚みに相当す
る部位の酸素濃度は、いずれも3.2×1019atoms ・
cm-3に近い値であることがわかった。
Therefore, as shown in FIG. 3, in order to further examine the relationship between the oxygen concentration and the recovery rate, the oxygen injection amount was increased and the recovery rate was measured. In FIG. 3, the horizontal axis represents the annealing time (sec), and the vertical axis represents the thickness of the amorphous region. Here, the acceleration voltage is 30 k
AsV under the condition of eV and a dose of 4 × 10 15 atoms · cm −2
(Indicated by □) and an acceleration voltage of 20 ke in addition to the As ion implantation.
V, a sample obtained by ion implantation of oxygen under the condition of a dose of 1 × 10 14 atoms · cm −2 (data indicated by a triangle)
In addition to the ion implantation of As, the accelerating voltage is 20 keV,
The measurement results are shown for a sample (data indicated by a circle) in which oxygen ion implantation was performed under the condition of a dose amount of 2 × 10 14 atoms · cm −2 . At this time, as shown in the figure, when flash annealing (annealing by time change of the temperature at which the holding time at the peak temperature becomes almost zero) is performed on the amorphous region, it is found that the recovery rate becomes slower as the oxygen concentration increases. Was. In each of the three types of samples, the recovery rate changes at a certain value of the thickness of the amorphous region (the thickness of 28 nm shown in FIG. 1), and the oxygen concentration of the portion corresponding to the thickness of the amorphous region is changed. Are 3.2 × 10 19 atoms
It was found that the value was close to cm -3 .

【0039】ここで、図3に示すように、酸素濃度が多
くなるにつれて、フラッシュアニールによる回復レート
の傾きが次第に小さくなることから、最終的には回復レ
ートが変化する部位(図1に示す厚み28nmの値)が
上方に移動して、アニール時間0の位置に達することが
予想される。つまり、回復レートが変化する酸素濃度
3.2×1019atoms ・cm-3の位置が図1に示す厚み
55nmの位置にあればよいことになる。言い換える
と、アモルファス領域の全領域に濃度3.2×1019at
oms ・cm-3以上の酸素がドープされていると、回復レ
ートが均一でかつ小さくなると推定された。
Here, as shown in FIG. 3, as the oxygen concentration increases, the slope of the recovery rate by flash annealing gradually decreases, so that the portion where the recovery rate finally changes (the thickness shown in FIG. 1) (Value of 28 nm) is expected to move upward to reach the position of annealing time 0. That is, the position of the oxygen concentration of 3.2 × 10 19 atoms · cm −3 at which the recovery rate changes needs only to be at the position of 55 nm in thickness shown in FIG. In other words, the entire area of the amorphous region has a concentration of 3.2 × 10 19 at.
It was estimated that the recovery rate was uniform and small when oxygen was doped at oms · cm −3 or more.

【0040】そして、このようにアニール時の回復レー
トを小さくできることは、アモルファス領域の回復量の
変化に対するアニール時間の誤差の影響を小さくできる
ことになるので、温度測定の精度が向上することにな
る。以下、この推定を裏付けるための第1の実施形態に
ついて説明する。
If the recovery rate at the time of annealing can be reduced as described above, the influence of the error of the annealing time on the change of the recovery amount of the amorphous region can be reduced, so that the accuracy of the temperature measurement is improved. Hereinafter, a first embodiment for supporting this estimation will be described.

【0041】(第1の実施形態) 図4(a)〜(d)は、本発明の第1の実施形態におけ
る温度測定のためのアニール処理の手順を示す断面図で
ある。また、図5は、アニール及び温度測定の手順を示
すフローチャート図である。以下、図4(a)〜(d)
を参照しながら図5のフローチャートに沿って、本実施
形態におけるアニール処理の手順について説明する。
(First Embodiment) FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views showing a procedure of an annealing process for temperature measurement according to a first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of annealing and temperature measurement. Hereinafter, FIGS. 4 (a) to 4 (d)
The procedure of the annealing process in this embodiment will be described with reference to FIG.

【0042】まず、ステップST11で、シリコン基板
10にRCA洗浄を施す。この洗浄により、図4(a)
に示すように、シリコン基板10の表面は清浄化される
が、シリコン基板10の表面には、厚みが約1nmの自
然酸化膜であるシリコン酸化膜11が形成される。
First, in step ST11, the silicon substrate 10 is subjected to RCA cleaning. By this cleaning, FIG.
As shown in FIG. 1, the surface of the silicon substrate 10 is cleaned, but a silicon oxide film 11 which is a natural oxide film having a thickness of about 1 nm is formed on the surface of the silicon substrate 10.

【0043】次に、ステップST12で、シリコン酸化
膜11の上からヒ素イオン(As+)を、室温で加速電
圧30KeV,ドーズ量4×1015cm-2の条件で注入
する。このイオン注入によって、図4(b)に示すよう
に、シリコン基板10は、図4(b)に示す断面におい
て、ヒ素イオンの注入によって結晶性が乱れたアモルフ
ァス領域10aと、アモルファス領域10aの下方にお
いてヒ素イオンの注入による影響を受けずに結晶性を保
ったままの結晶領域10bとに分かれる。このとき、上
述のように、ヒ素イオンの注入に伴い、シリコン酸化膜
中の酸素がヒ素イオンによってノックオンされ、基板内
に導入される。そして、ノックオンされた酸素の濃度は
下方に向かうほど低減する。この酸素濃度については、
上述のように、アニール時の回復レートが変化する臨界
値(3.2×1019atoms ・cm-3)が存在することが
わかっている。したがって、この状態においては、アモ
ルファス領域10aは、シリコン酸化膜11直下方にあ
って臨界値以上の比較的高濃度の酸素を含む高濃度酸素
領域10aaと、その直下方にあって臨界値未満の比較的
低濃度の酸素を含む低濃度酸素領域10abとに区画され
る。
Next, in step ST12, arsenic ions (As + ) are implanted from above the silicon oxide film 11 at room temperature under the conditions of an acceleration voltage of 30 KeV and a dose of 4 × 10 15 cm −2 . As a result of this ion implantation, as shown in FIG. 4B, the silicon substrate 10 has an amorphous region 10a whose crystallinity has been disturbed by arsenic ion implantation and a portion below the amorphous region 10a in the cross section shown in FIG. At the same time, the region is divided into a crystal region 10b which maintains the crystallinity without being affected by the arsenic ion implantation. At this time, as described above, with the implantation of arsenic ions, oxygen in the silicon oxide film is knocked on by the arsenic ions and introduced into the substrate. Then, the concentration of the knocked-on oxygen decreases as going downward. About this oxygen concentration,
As described above, it is known that there is a critical value (3.2 × 10 19 atoms · cm −3 ) at which the recovery rate at the time of annealing changes. Therefore, in this state, the amorphous region 10a is located immediately below the silicon oxide film 11 and includes a high-concentration oxygen region 10aa containing a relatively high concentration of oxygen equal to or higher than the critical value. It is divided into a low concentration oxygen region 10ab containing a relatively low concentration of oxygen.

【0044】次に、ステップST13で、図4(b)に
示す低濃度酸素領域10ab(シリコン基板10の上面か
らの深さ位置が28nm以上55nm以下である領域)
の酸素濃度を臨界値(3.2×1019atoms ・cm-3
以上にするために、酸素イオンの注入を行う。このと
き、酸素イオンの注入条件は、例えば、室温で、加速電
圧20KeV,ドーズ量2×1014atoms ・cm-2以上
である。この酸素イオンの注入により、図4(c)に示
すように、高濃度酸素領域10aaがアモルファス領域1
0a全体に拡大される。
Next, in step ST13, a low-concentration oxygen region 10ab (a region where the depth position from the upper surface of the silicon substrate 10 is 28 nm or more and 55 nm or less ) shown in FIG.
Oxygen concentration to a critical value (3.2 × 10 19 atoms · cm −3 )
In order to achieve the above, oxygen ions are implanted. At this time, the oxygen ion implantation conditions are, for example, room temperature, an acceleration voltage of 20 KeV, and a dose of 2 × 10 14 atoms · cm −2 or more. By the implantation of the oxygen ions, as shown in FIG.
0a.

【0045】次に、ステップST14で、温度Tでのア
ニールを行なう。これにより、図4(d)に示すよう
に、アモルファス領域10aのうち結晶領域10bとの
間の界面から再結晶化が進行していき、シリコン基板1
0内においてアモルファス領域10aの厚みが小さくな
り、結晶領域10bが上方に拡大することになる。
Next, annealing is performed at a temperature T in step ST14. As a result, as shown in FIG. 4D, recrystallization proceeds from the interface between the amorphous region 10a and the crystalline region 10b, and the silicon substrate 1
Within 0, the thickness of the amorphous region 10a decreases, and the crystal region 10b expands upward.

【0046】次に、ステップST15で、分光エリプソ
メトリ装置を用いて、一定のアニール時間内におけるア
モルファス領域10aの厚みの変化を検出し、この厚み
の変化をアニール時間で割った値である回復レートを求
める。
Next, in step ST15, a change in the thickness of the amorphous region 10a within a certain annealing time is detected using a spectroscopic ellipsometer, and the recovery rate is a value obtained by dividing the change in the thickness by the annealing time. Ask for.

【0047】図6は、このときのアモルファス領域10
aの結晶への回復レートを示す図である。同図におい
て、横軸はアニール時間(秒)を表し、縦軸はアモルフ
ァスの厚み(nm)を表している。アモルファス領域1
0aの厚みは、後述する分光エリプソメトリ装置を使用
して測定している。同図に示すように、アニール時間の
経過に対するアモルファス領域の厚みはほぼ直線的に減
小しており、その傾きから、回復レートは約2.8nm
/minであった。このデータは、図1に示すサンプル
と同じ条件でAsのイオン注入を行なった後、さらに酸
素濃度を高めるための酸素のイオン注入を行なってか
ら、図1に示すデータを得た条件と同じ550℃でアニ
ールを行なって得られたものである。したがって、アモ
ルファス領域の酸素濃度をある臨界値以上に調整するこ
とにより、アニール時におけるアモルファス領域の回復
レートをほぼ一定の小さな値にすることができる。
FIG. 6 shows the amorphous region 10 at this time.
It is a figure which shows the recovery rate to the crystal | crystallization of a. In the figure, the horizontal axis represents the annealing time (second), and the vertical axis represents the amorphous thickness (nm). Amorphous region 1
The thickness of 0a is measured using a spectroscopic ellipsometer described later. As shown in the figure, the thickness of the amorphous region decreases almost linearly with the lapse of the annealing time, and the recovery rate is about 2.8 nm from the slope.
/ Min. This data is the same as the condition under which the data shown in FIG. 1 was obtained after performing As ion implantation under the same conditions as the sample shown in FIG. 1 and then performing oxygen ion implantation to further increase the oxygen concentration. It was obtained by annealing at ℃. Therefore, by adjusting the oxygen concentration of the amorphous region to a certain critical value or more, the recovery rate of the amorphous region at the time of annealing can be set to a substantially constant small value.

【0048】次に、ステップST16で、予め得られて
いる回復レートとアニール温度Tとの関係を参照して、
ステップST15で求められた回復レートからアニール
温度Tを決定する。このとき、アニール温度Tを決定す
るためには、予め回復レートのアニール温度依存性つま
り回復レートとアニール温度Tとの関係がわかっていな
ければならない。そこで、ステップST15,16にお
ける回復レートの算出とアニール温度Tの決定とについ
て、詳細に説明する。
Next, in step ST16, referring to the relationship between the previously obtained recovery rate and the annealing temperature T,
The annealing temperature T is determined from the recovery rate obtained in step ST15. At this time, in order to determine the annealing temperature T, the dependence of the recovery rate on the annealing temperature, that is, the relationship between the recovery rate and the annealing temperature T must be known in advance. Therefore, the calculation of the recovery rate and the determination of the annealing temperature T in steps ST15 and ST16 will be described in detail.

【0049】図7は、アニール温度Tと回復レートとの
関係から温度を決定する手順を示すフローチャートであ
る。図8は、文献1(J.Appl.Phys.,Vol.48, No10, Oct
ober1977)に記載されている回復レートとアニール温度
Tとの関係を示すデータに、高濃度の酸素が導入された
シリコン基板における回復レートとアニール温度Tとの
関係を加えて示す図である。以下、図7のフローチャー
トに沿って温度決定までの手順を説明する。
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for determining the temperature from the relationship between the annealing temperature T and the recovery rate. FIG. 8 shows Reference 1 (J. Appl. Phys., Vol. 48, No. 10, Oct.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the recovery rate and the annealing temperature T in a silicon substrate into which high-concentration oxygen is introduced, in addition to the data indicating the relationship between the recovery rate and the annealing temperature T described in Ober 1977). Hereinafter, the procedure up to temperature determination will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0050】まず、ステップST21で、温度と回復レ
ートとの関係を求めるためのサンプルを準備する。この
サンプルには、図4(c)に示すように、アモルファス
領域全体に、3.2×1019atoms ・cm-3以上の濃度
で酸素が導入されている。
First, in step ST21, a sample for obtaining the relationship between the temperature and the recovery rate is prepared. In this sample, as shown in FIG. 4C, oxygen is introduced into the entire amorphous region at a concentration of 3.2 × 10 19 atoms · cm −3 or more.

【0051】次に、ステップST22で、温度と回復レ
ートとの関係を導く。この方法については、国際出願P
CT/JP98/02567において開示されている本
発明者達が発明した方法を採用する。すなわち、分光エ
リプソメトリを利用して、cos Δなどの形状から、ある
いはさらに加速電圧,イオン注入量を考慮して、アモル
ファス領域の厚みを決定する。回復レートは、所定時間
t分にサンプルのアモルファス領域が結晶になった厚み
Lnmから、回復レート(L/t)(nm/min)が算
出できる。そして、横軸を温度とし縦軸を回復レート
(対数目盛)とするグラフの上で、種々のアニール温度
における回復レートをプロットすることにより、図8に
示す直線Koを作成する。また、式T=f{(L/
t)}にこの関係を当てはめることにより、アニール温
度を変数とする回復レートの関数を表す関係式を作成す
ることもできる。
Next, in step ST22, the relationship between the temperature and the recovery rate is derived. This method is described in International Application P
Employ the method invented by the present inventors disclosed in CT / JP98 / 02567. That is, the thickness of the amorphous region is determined from the shape such as cos Δ using spectral ellipsometry, or further considering the acceleration voltage and the ion implantation amount. As the recovery rate, the recovery rate (L / t) (nm / min) can be calculated from the thickness L nm at which the amorphous region of the sample becomes crystalline at the predetermined time t. Then, by plotting the recovery rates at various annealing temperatures on a graph in which the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents the recovery rate (log scale), a straight line Ko shown in FIG. 8 is created. Also, the equation T = f {(L /
By applying this relation to t)}, a relational expression representing a function of the recovery rate with the annealing temperature as a variable can also be created.

【0052】図8に示す他の直線は、同文献中に記載さ
れている各種サンプルについてのデータである。同図の
直線Kaはシリコン基板にリン(P)を注入してアモル
ファス領域を形成した後にボロン(B)を注入したもの
であり、直線Kbはシリコン基板にヒ素(As)を注入
してアモルファス領域を形成したものであり、直線Kc
はシリコン基板にシリコンを注入してアモルファス領域
を形成したものである。そこで、すでに上述の文献に係
る実験で得られている図8中の直線関係を利用して、図
8に示す直線Koを描くこともできる。例えば、図6に
示すデータから、550℃,2.8nm/minの点を
記入し、直線Kb,Kcに平行な直線を描くことによっ
て、直線Koを容易に得ることができる。
The other straight lines shown in FIG. 8 are data on various samples described in the document. The straight line Ka in the same figure is obtained by implanting phosphorus (P) into the silicon substrate to form an amorphous region and then implanting boron (B), and the straight line Kb is obtained by implanting arsenic (As) into the silicon substrate. And a straight line Kc
Is an amorphous region formed by injecting silicon into a silicon substrate. Therefore, a straight line Ko shown in FIG. 8 can be drawn using the linear relationship in FIG. 8 already obtained by the experiment according to the above-mentioned literature. For example, a straight line Ko can be easily obtained by drawing points at 550 ° C. and 2.8 nm / min from the data shown in FIG. 6 and drawing straight lines parallel to the straight lines Kb and Kc.

【0053】次に、ステップST23で、実際のウエハ
上面の温度測定(温度値又は温度分布)を行なうための
サンプルを準備する。ここで、本明細書(特許請求の範
囲を含む)においては、「温度測定」とは、温度値,温
度分布の測定のうち少なくともいずれか一方を含むもの
とする。このサンプルは、図4(c)に示す構造を有す
るものである。そして、ステップST24で、図8に示
す直線Koを利用して、上述のようなエリプソメトリ測
定を利用した回復レートの算出を行ない、直線Ko中の
回復レート値に対応するアニール温度を決定する。例え
ば、直線Koを利用すると、回復レートの値が20nm
/minのときには、図8に示すように、アニール温度
Tは約610℃となることがわかる。
Next, in step ST23, a sample for performing actual temperature measurement (temperature value or temperature distribution) on the upper surface of the wafer is prepared. Here, in this specification (including the claims), “temperature measurement” includes at least one of a temperature value and a temperature distribution measurement. This sample has the structure shown in FIG. Then, in step ST24, the recovery rate is calculated using the above-described ellipsometry using the straight line Ko shown in FIG. 8, and the annealing temperature corresponding to the recovery rate value in the straight line Ko is determined. For example, using the straight line Ko, the value of the recovery rate is 20 nm
8, the annealing temperature T is about 610 ° C., as shown in FIG.

【0054】本実施形態によると、酸素を高濃度に含ま
せたアモルファス領域(イオン注入領域)を有するサン
プルを用いて、ウエハ上面の温度を測定することができ
る。特に、図8に示すように、従来のデータ(直線K
a,Kb,Kc)を利用して温度測定を行なう場合に
は、直線Kcを利用しても600℃以上の温度を測定す
ることは困難である。それに対し、本実施形態の方法に
よると、直線Koを利用することにより、650℃付近
までの高温における温度測定が可能になる。ただし、信
頼性の高いデータを得るには、直線Kcでは575℃付
近、直線Koでは610℃付近が限界である。しかも、
回復レートが小さいほど測定精度(信頼性)が高くなる
ので、同じ温度(例えば550℃)における測定精度を
比較すると、直線Kcを利用するよりも直線Koを利用
する方が測定精度が高くなることがわかる。一般的に
は、回復レートが100nm/min以下であれば、回
復レートの算出に誤差は少なく、正確な温度が算出でき
ることになる。この理由で、高温まで温度を正確に測定
するためには、サンプルの回復レートは小さい方が好ま
しい。
According to this embodiment, the temperature of the upper surface of the wafer can be measured using a sample having an amorphous region (ion-implanted region) containing oxygen at a high concentration. In particular, as shown in FIG.
When temperature measurement is performed using (a, Kb, Kc), it is difficult to measure a temperature of 600 ° C. or more even using the straight line Kc. On the other hand, according to the method of the present embodiment, the temperature measurement at a high temperature up to around 650 ° C. can be performed by using the straight line Ko. However, in order to obtain highly reliable data, the limit is around 575 ° C. for the straight line Kc and around 610 ° C. for the straight line Ko. Moreover,
Since the measurement accuracy (reliability) increases as the recovery rate decreases, comparing the measurement accuracy at the same temperature (eg, 550 ° C.), the measurement accuracy is higher when using the straight line Ko than when using the straight line Kc. I understand. In general, if the recovery rate is 100 nm / min or less, there is little error in calculating the recovery rate, and an accurate temperature can be calculated. For this reason, to accurately measure temperature up to high temperatures, the sample recovery rate is preferably small.

【0055】本実施形態において説明した温度測定方法
は、温度評価用サンプルウエハ内に高濃度の酸素を導入
した領域を設けておいて実施してもよく、あるいは、製
品ウエハに高濃度の酸素が注入された温度測定用モニタ
ー領域を設けておいて実施することもできる。
The temperature measurement method described in the present embodiment may be carried out with a region into which high-concentration oxygen is introduced in a sample wafer for temperature evaluation, or a high-concentration oxygen is introduced into a product wafer. It is also possible to provide the monitoring area for the injected temperature measurement.

【0056】また、第1の実施形態においては、酸素濃
度を臨界値3.2×1019atoms ・cm-3以上とした
が、この臨界値よりも低濃度の酸素をアモルファス領域
全体に導入して、温度測定を行なってもよい。図3のデ
ータからわかるように、酸素の導入量を種々変更したサ
ンプルにおいて、初期のフラッシュアニールにおける回
復が終了した後は、各アニール温度に特有の回復レート
でアモルファス領域が回復する。臨界値よりも低濃度の
酸素を含むサンプルについては、アニール温度と回復レ
ートとの関係を表す直線として、図8に示す直線Koよ
りも右方にずれた直線が得られる。図8からわかるよう
に、回復レートが小さいほど温度測定の精度は高くなる
が、反面、あまりに回復レートが小さいと測定時間が長
くなるなどの不具合も生じる。また、酸素を注入したモ
ニター領域をウエハ上に形成しておいて、インラインで
の測定を行なう場合には、その処理に適合した温度,ア
ニール時間を考慮する必要がある。したがって、酸素濃
度を種々変えることにより、もっとも有利な回復レート
を選択できる利点がある。
In the first embodiment, the oxygen concentration is set to a critical value of 3.2 × 10 19 atoms · cm −3 or more. However, oxygen having a concentration lower than the critical value is introduced into the entire amorphous region. Then, the temperature may be measured. As can be seen from the data in FIG. 3, in the samples in which the amount of oxygen introduced is changed variously, after the recovery in the initial flash annealing is completed, the amorphous region recovers at a recovery rate specific to each annealing temperature. For a sample containing oxygen at a concentration lower than the critical value, a straight line deviating to the right from the straight line Ko shown in FIG. 8 is obtained as a straight line representing the relationship between the annealing temperature and the recovery rate. As can be seen from FIG. 8, the smaller the recovery rate, the higher the accuracy of the temperature measurement. However, if the recovery rate is too low, a problem such as a long measurement time occurs. Further, when an in-line measurement is performed with a monitor region into which oxygen is implanted formed on a wafer, it is necessary to consider a temperature and an annealing time suitable for the process. Therefore, there is an advantage that the most advantageous recovery rate can be selected by variously changing the oxygen concentration.

【0057】また、第1の実施形態においては、酸素濃
度が3.2×1019atoms ・cm-3以上となるアモルフ
ァス領域を形成するために、Asイオンによる酸素のノ
ックオン注入と酸素のイオン注入との組み合わせを用い
ているが、必ずしもこの組み合わせでなくてもよく、酸
素イオンの注入だけであってもよい。その場合、例えば
クラスタリングされた製造装置を用い、装置内のあるチ
ャンバで例えば真空中での熱処理などによって自然酸化
膜を除去した後、別のチャンバ内で酸素イオンの注入を
行なうことにより、ノックオンされた酸素がない状態を
実現することができるので、酸素の濃度をより確実に制
御することができるという利点がある。
In the first embodiment, in order to form an amorphous region having an oxygen concentration of 3.2 × 10 19 atoms · cm -3 or more, knock-on implantation of oxygen with As ions and ion implantation of oxygen are performed. Is used, but this is not necessarily the case, and only oxygen ion implantation may be used. In that case, for example, using a clustered manufacturing apparatus, after removing a natural oxide film by heat treatment in a vacuum in one chamber in the apparatus, for example, knock-on is performed by implanting oxygen ions in another chamber. Since a state without oxygen can be realized, there is an advantage that the concentration of oxygen can be controlled more reliably.

【0058】(第2の実施形態) 次に、第2の実施形態に係る温度分布測定方法について
説明する。ここでは、基本的には第1の実施形態におけ
る方法を利用して、熱CVD装置の内部の温度分布を測
定する。
(Second Embodiment) Next, a temperature distribution measuring method according to a second embodiment will be described. Here, basically, the temperature distribution inside the thermal CVD apparatus is measured by using the method in the first embodiment.

【0059】まず、予め図8に示すような直線によって
表される回復レートとアニール温度との関係を各種のイ
オン注入条件について求めておく。例えば、図7におけ
るステップST21,ST22の手順によって、図8に
示す直線Koなどを求めておき、その後、温度評価用サ
ンプルウエハについて実際の温度を測定しようとする複
数の箇所について、同じ条件で酸素を注入したサンプル
ウエハを作成する。このとき、サンプルウエハの作成
は、図4(a)〜(c)に示す工程を複数の測定部位に
ついて行なえばよい。つまり、ノックオン効果により酸
素を注入し、さらに酸素のイオン注入との2つの注入工
程により臨界値(3.2×1019atoms ・cm-3)以上
の酸素を含むアモルファス領域を有しているサンプルウ
エハを用意する。このサンプルウエハを用いて熱CVD
装置内の使用時における温度温度を以下のようにして測
定してみる。
First, the relationship between the recovery rate represented by a straight line as shown in FIG. 8 and the annealing temperature is determined in advance for various ion implantation conditions. For example, the straight lines Ko and the like shown in FIG. 8 are obtained by the procedure of steps ST21 and ST22 in FIG. 7, and then the oxygen is measured under the same conditions at a plurality of locations where the actual temperature of the temperature evaluation sample wafer is to be measured. To make a sample wafer. At this time, the sample wafer is prepared by performing the steps shown in FIGS. 4A to 4C for a plurality of measurement sites. In other words, a sample in which oxygen is implanted by a knock-on effect and an amorphous region containing oxygen having a critical value (3.2 × 10 19 atoms · cm −3 ) or more is obtained by two implantation steps of oxygen ion implantation. Prepare a wafer. Thermal CVD using this sample wafer
The temperature during use in the apparatus is measured as follows.

【0060】このサンプルウエハを、たとえばシリコン
酸化膜を堆積するための熱CVD装置内で、実際に製品
ウエハが設置される場所にセットする。そして、この熱
CVD装置中で、シリコン酸化膜を堆積するのと同じ温
度条件で所定時間t(min)の間サンプルウエハを保
持する。所定時間t(min)が経過する間にサンプル
ウエハ中のアモルファス領域が再結晶化した厚みLnmか
ら、回復レート(L/t)が算出できる。そして、サン
プルウエハについて、図8の直線Koにサンプルウエハ
中の各部位の回復レート(L/t)をあてはめると、熱
CVD装置内の各部位の正確な温度つまり温度分布を測
定することができる。この温度分布のデータは、国際出
願PCT/JP98/02567中の図23に示すよう
なデータとして作成される。また、ウエハ内の温度分布
を測定しておくことにより、ウエハの各部位から切り出
されるシリコンチップの歩留まりとCVD温度との関係
を把握することもできる。
This sample wafer is set, for example, in a thermal CVD apparatus for depositing a silicon oxide film at a place where a product wafer is actually installed. Then, in this thermal CVD apparatus, the sample wafer is held for a predetermined time t (min) under the same temperature condition as that for depositing the silicon oxide film. The recovery rate (L / t) can be calculated from the thickness L nm at which the amorphous region in the sample wafer is recrystallized during the elapse of the predetermined time t (min). Then, when the recovery rate (L / t) of each part in the sample wafer is applied to the straight line Ko in FIG. 8 for the sample wafer, the accurate temperature, that is, the temperature distribution of each part in the thermal CVD apparatus can be measured. . The data of this temperature distribution is created as the data as shown in FIG. 23 in PCT / JP98 / 02567. Further, by measuring the temperature distribution in the wafer, it is possible to grasp the relationship between the yield of silicon chips cut from each part of the wafer and the CVD temperature.

【0061】なお、熱CVD装置等の内部のある代表的
な部位の温度のみを測定することができることはいうま
でもない。その場合、熱CVD装置に付設されている温
度制御部に表示される設定温度がT0 であっても、実際
の温度がTであれば、この温度差ΔT(=T−T0 )が
この熱CVD装置の誤差である。したがって、実際のC
VD工程においては、この誤差を補正して工程管理を行
なうことができる。
Needless to say, it is possible to measure only the temperature of a certain typical portion inside a thermal CVD apparatus or the like. In this case, even if the set temperature displayed on the temperature control unit attached to the thermal CVD apparatus is T0, if the actual temperature is T, this temperature difference ΔT (= T−T0) indicates This is a device error. Therefore, the actual C
In the VD process, the error can be corrected and the process can be managed.

【0062】また、熱CVD装置等の各種装置内の任意
の位置、例えば、ウエハ設置部以外のガス導入部、排気
部等にこのサンプルを設置することにより、装置内部の
所望の位置での温度を正確に測定することができる。
Further, by installing this sample at an arbitrary position in various apparatuses such as a thermal CVD apparatus, for example, a gas introduction section and an exhaust section other than the wafer installation section, the temperature at a desired position inside the apparatus can be increased. Can be measured accurately.

【0063】なお、本実施形態では、アモルファス領域
の形成にAsのイオン注入を用いたが、As以外に、シ
リコン,リンのイオン注入を用いてもよい。
In this embodiment, the ion implantation of As is used for forming the amorphous region. However, ion implantation of silicon or phosphorus may be used instead of As.

【0064】(第3の実施形態) 次に、ウエハ内に回復レートを各種調整した領域を設け
ることによって、温度測定が可能な範囲を拡大した評価
サンプルに係る第3の実施形態について説明する。
(Third Embodiment) Next, a description will be given of a third embodiment according to an evaluation sample in which the range in which the temperature can be measured is expanded by providing regions in the wafer in which the recovery rate is variously adjusted.

【0065】図9は、ヒ素(As)のみを注入した場合
とヒ素(As)及びボロン(B)を注入した場合とにお
ける回復レートを比較したデータを示す図である。同図
の横軸は、ウエハ内の測定個所(49ポイント)を表
し、縦軸はアモルファス領域の回復レートを表してい
る。サンプルウエハとして、ヒ素(As)を加速電圧3
0keV,ドーズ量3×1014atoms ・cm-2の条件で
注入してアモルファス領域を形成したもの(図中△で示
すデータ)と、ヒ素(As)を加速電圧30keV,ド
ーズ量3×1014atoms ・cm-2の条件で注入してアモ
ルファス領域を形成した後、さらに、当該アモルファス
領域にボロン(B)を加速電圧8keV,ドーズ量3×
1015atoms ・cm-2の条件で注入したもの(図中○で
示すデータ)とを準備して、回復レートを測定してい
る。酸素のイオン注入は行なっていない。このデータか
ら、以下のことがわかる。
FIG. 9 is a diagram showing data comparing the recovery rates when only arsenic (As) is injected and when arsenic (As) and boron (B) are injected. The horizontal axis in the figure represents the measurement location (49 points) in the wafer, and the vertical axis represents the recovery rate of the amorphous region. Arsenic (As) was used as a sample wafer at an accelerating voltage of 3
An amorphous region was formed by implanting under the conditions of 0 keV and a dose of 3 × 10 14 atoms · cm −2 (data indicated by △ in the figure), and arsenic (As) was accelerated at 30 keV and a dose of 3 × 10 14. After implanting under the condition of atoms · cm −2 to form an amorphous region, boron (B) is further injected into the amorphous region at an acceleration voltage of 8 keV and a dose of 3 ×.
A recovery rate is measured by preparing a material implanted under the condition of 10 15 atoms · cm −2 (data indicated by a circle in the figure). No oxygen ion implantation was performed. From this data, the following can be seen.

【0066】同図に示されるように、各測定ポイントに
おける平均値を比較すると、ヒ素(As)のみを注入し
たアモルファス領域の方が、ヒ素(As)とボロン
(B)とを注入したアモルファス領域よりも回復レート
が小さい。したがって、回復レートの調整は、第1の実
施形態のごとく酸素のイオン注入の濃度調整によるだけ
でなく、イオン種の変更・組み合わせによっても行なう
ことができることがわかる。そして、回復レートが調整
できることは、現実的な条件で信頼性のある温度測定が
可能な範囲を調整することができることを意味するの
で、このような注入イオン種を各種組み合わせることに
より温度測定範囲を適宜調整できることになる。
As shown in the figure, comparing the average values at the respective measurement points, the amorphous region implanted with only arsenic (As) is better than the amorphous region implanted with arsenic (As) and boron (B). Recovery rate is smaller than that. Therefore, it is understood that the adjustment of the recovery rate can be performed not only by adjusting the concentration of oxygen ion implantation as in the first embodiment but also by changing and combining ion species. Adjusting the recovery rate means that the range in which reliable temperature measurement can be performed under realistic conditions can be adjusted.Therefore, the temperature measurement range can be increased by variously combining such implanted ion species. It can be adjusted appropriately.

【0067】図10は、Ge注入によって形成されたア
モルファス領域と、As注入によって形成されたアモル
ファス領域との回復レートの差を示す図である。注入条
件は、いずれも加速電圧が30keVで、ドーズ量が3
×1014atoms ・cm-2である。また、アニール温度は
550℃である。同図に示されるように、Geの回復レ
ートは、Asの回復レートよりも小さいので、Geの注
入によって形成されたアモルファス領域を、Asの注入
によって形成されたアモルファス領域よりも高温の温度
測定用に供することができる。
FIG. 10 is a diagram showing a difference in the recovery rate between an amorphous region formed by Ge implantation and an amorphous region formed by As implantation. The implantation conditions were as follows: an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 3
× 10 14 atoms · cm −2 . The annealing temperature is 550 ° C. As shown in the figure, since the recovery rate of Ge is smaller than the recovery rate of As, the amorphous region formed by the implantation of Ge is used for measuring a temperature higher than that of the amorphous region formed by the implantation of As. Can be provided.

【0068】図11(a),(b)は、互いに異なる回
復レートを有する4つのアモルファス領域を有する評価
用サンプルウエハを形成する2つ方法を示す平面図であ
る。1つの方法の場合、図11(a)に示すように、ウ
エハ内にはn箇所の温度測定用領域R1,R2,…,R
nが設けられており、各温度測定用領域R1,R2,
…,Rnには、図9に示す○印のデータに対応するヒ素
(As)とボロン(B)とを注入した第1アモルファス
領域R11,R21,…,Rn1と、図9に示す△印のデータ
に対応するヒ素(As)のみを注入した第2アモルファ
ス領域R12,R22,…,Rn2と、図10において説明し
たゲルマニウム(Ge)をドーズ量1×1015atoms ・
cm-2で注入した第3アモルファス領域R13,R23,
…,Rn3と、第1の実施形態において説明したヒ素(A
s)及び臨界値以上の濃度の酸素(0)を注入した第4
アモルファス領域R14,R24,…,Rn4とが設けられて
いる。もう1つの方法では、図11(b)に示すよう
に、ウエハが4分割されて、図9に示す○印のデータに
対応するヒ素(As)とボロン(B)とを注入した第1
アモルファス領域Raと、図9に示す△印のデータに対
応するヒ素(As)のみを注入した第2アモルファス領
域Rbと、図10において説明したゲルマニウム(G
e)をドーズ量1×1015atoms ・cm-2で注入した第
3アモルファス領域Rcと、第1の実施形態において説
明したヒ素(As)及び臨界値以上の濃度の酸素(0)
を注入した第4アモルファス領域Rdとが設けられてい
る。
FIGS. 11A and 11B are plan views showing two methods for forming an evaluation sample wafer having four amorphous regions having different recovery rates from each other. In the case of one method, as shown in FIG. 11A, n temperature measurement regions R1, R2,.
n are provided, and each temperature measurement region R1, R2,
, Rn are the first amorphous regions R11, R21,..., Rn1 into which arsenic (As) and boron (B) corresponding to the data indicated by the circle in FIG. the second amorphous region R12 injected only arsenic (as) corresponding to the data, R22, ..., and Rn2, dose 1 × 10 15 atoms were germanium (Ge) description 10 &
third amorphous region R13, R23 injected in cm -2,
, Rn3 and the arsenic (A) described in the first embodiment.
s) and the fourth injected oxygen (0) at a concentration higher than the critical value.
Amorphous regions R14, R24,..., Rn4 are provided. According to another method, as shown in FIG. 11B, the wafer is divided into four parts, and the first part in which arsenic (As) and boron (B) corresponding to the data indicated by the circles shown in FIG. 9 are implanted.
The amorphous region Ra, the second amorphous region Rb in which only arsenic (As) corresponding to the data indicated by the mark Δ shown in FIG. 9 is implanted, and the germanium (G) described in FIG.
e) at a dose of 1 × 10 15 atoms · cm −2 , the third amorphous region Rc, arsenic (As) described in the first embodiment, and oxygen (0) having a concentration equal to or higher than the critical value.
And a fourth amorphous region Rd into which is implanted.

【0069】図12は、図11(a)又は(b)に示す
評価用サンプルウエハを用いた場合の各アモルファス領
域の温度測定可能範囲を示す図である。回復レートが小
さいと適正な温度測定範囲が高温側に移行し、回復レー
トが大きいと適正な温度測定範囲が低温側に移行する。
この例の場合、信頼性を確保できる現実的な温度測定範
囲は、第1アモルファス領域R1では420℃以上52
5℃以下であり、第2アモルファス領域R2では480
℃以上580℃以下であり、第3アモルファス領域R3
では540℃以上625℃以下であり、第4アモルファ
ス領域R4では575℃以上650℃以下である。この
ように、4種類の温度測定範囲を有する第1〜第4アモ
ルファス領域を1つの評価用サンプルウエハに設けるこ
とによって、420℃以上650℃以下の範囲の温度を
測定することができる。
FIG. 12 is a diagram showing a temperature measurable range of each amorphous region when the sample wafer for evaluation shown in FIG. 11A or 11B is used. When the recovery rate is low, the appropriate temperature measurement range shifts to the high temperature side, and when the recovery rate is high, the appropriate temperature measurement range shifts to the low temperature side.
In the case of this example, the realistic temperature measurement range in which the reliability can be ensured is 420 ° C. or more in the first amorphous region R1.
5 ° C. or lower , and 480 in the second amorphous region R2.
C. or higher and 580 ° C. or lower and the third amorphous region R3
Is 540 ° C. or more and 625 ° C. or less , and is 575 ° C. or more and 650 ° C. or less in the fourth amorphous region R4. Thus, by providing the first to fourth amorphous regions having four types of temperature measurement ranges on one evaluation sample wafer, it is possible to measure the temperature in the range from 420 ° C. to 650 ° C.

【0070】また、図11(a)に示すサンプルウエハ
を用いた場合には、各々第1〜第4アモルファス領域を
有する多数の温度測定用領域R1,R2,…,Rnをウ
エハ上に設けることによって、ウエハの面内温度分布を
広い温度範囲で測定できることになる。
When the sample wafer shown in FIG. 11A is used, a large number of temperature measuring regions R1, R2,..., Rn each having first to fourth amorphous regions are provided on the wafer. Accordingly, the in-plane temperature distribution of the wafer can be measured in a wide temperature range.

【0071】図11(b)に示すサンプルウエハを用い
た場合には、ある工程における温度が不明なときに、当
初大まかな温度を把握してから、再度温度測定を行なっ
て正確な温度分布などを把握することが可能になる。例
えば、まず、このサンプルウエハを用いて温度測定を行
なった結果、第1アモルファス領域Raのみが回復した
とする。そのとき、図12から温度範囲が425℃以上
520℃以下であることが把握できるので、ウエハ全面
を第1アモルファス領域Raとするサンプルウエハを作
成し、このサンプルウエハを用いて温度測定を行なうこ
とにより、正確な温度分布の測定が可能になる。
In the case where the sample wafer shown in FIG. 11B is used, when the temperature in a certain process is unknown, the rough temperature is first grasped, and then the temperature is measured again to obtain an accurate temperature distribution. Can be grasped. For example, first, it is assumed that only the first amorphous region Ra has been recovered as a result of temperature measurement using this sample wafer. At that time, the temperature range is 425 ° C or more from FIG.
Since it can be grasped that the temperature is 520 ° C. or lower , an accurate temperature distribution can be measured by preparing a sample wafer having the entire surface of the wafer as the first amorphous region Ra and performing temperature measurement using this sample wafer. .

【0072】(第4の実施形態) 次に、低温におけるイオン注入に係る第4の実施形態に
ついて説明する。図13(a)〜(d)は、それぞれ順
に、基板温度が0℃,−10℃,−20℃,−30℃の
条件下でヒ素(As)の注入によって形成されたアモル
ファス領域−結晶領域間の界面の形状を示す断面図であ
る。ヒ素(As)の注入条件は、いずれも加速電圧30
keV,ドーズ量3.0×1014atoms ・cm-2であ
る。ただし、本実施形態における基板温度は、本発明の
方法によって基板温度を直接測定して得られたものでは
なく、ウエハを載置するためのプラテンの温度である。
したがって、ウエハの上面における温度は、この温度よ
りも数度低くなっているものと思われる。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment relating to ion implantation at a low temperature will be described. FIGS. 13A to 13D respectively show an amorphous region-a crystalline region formed by implanting arsenic (As) at a substrate temperature of 0 ° C., −10 ° C., −20 ° C., and −30 ° C. It is sectional drawing which shows the shape of the interface between them. Arsenic (As) is implanted at an accelerating voltage of 30
The keV and the dose are 3.0 × 10 14 atoms · cm −2 . However, the substrate temperature in this embodiment is not obtained by directly measuring the substrate temperature by the method of the present invention, but is the temperature of a platen for mounting a wafer.
Therefore, the temperature at the upper surface of the wafer is likely to be several degrees lower than this temperature.

【0073】図13(a)〜(d)からわかるように、
多少のばらつきはあるものの、図13の(a),(b)
に示す基板温度0℃,−10℃における注入の場合には
両者の界面が明確に現れておらず界面と見える部分の凹
凸が大きい。つまり、アモルファス領域と結晶領域との
境界が明確でなく、境界付近では両者が互いに入り乱れ
た状態になっているものと思われる。それに対し、基板
温度−20℃,−30℃における注入の場合には界面の
凹凸が小さくなり界面が明確に現れている。
As can be seen from FIGS. 13 (a) to 13 (d),
Although there are some variations, FIGS. 13A and 13B
In the case of implantation at a substrate temperature of 0 ° C. and −10 ° C., the interface between the two does not clearly appear, and the unevenness of the portion that appears to be the interface is large. In other words, it is considered that the boundary between the amorphous region and the crystalline region is not clear, and the two are in a state of being disturbed near the boundary. On the other hand, in the case of implantation at a substrate temperature of −20 ° C. or −30 ° C., the unevenness of the interface is reduced and the interface is clearly shown.

【0074】なお、室温付近における注入の場合にも、
基板温度0℃における注入と同様に、アモルファス領域
−結晶領域の境界が明確に現れず、界面と見える部分の
凹凸も大きい。
In the case of injection near room temperature,
As in the case of implantation at a substrate temperature of 0 ° C., the boundary between the amorphous region and the crystalline region does not clearly appear, and the portion that appears to be the interface has large irregularities.

【0075】図14は、低温におけるイオン注入によっ
て形成されたアモルファス領域の回復レートを示す図で
ある。同図において、横軸はアニール時間を縦軸はアモ
ルファス領域の厚みをそれぞれ表している。同図に示す
データは、いずれもヒ素(As)を加速電圧30ke
V,ドーズ量3.0×1014atoms ・cm-2の条件で注
入したものである。そして、□印は室温におけるイオン
注入によって形成されたアモルファス領域のデータを、
○印は基板温度−40℃という低温におけるイオン注入
によって形成されたアモルファス領域のデータをそれぞ
れ示す。同図に示すように、室温におけるイオン注入に
よって形成されたアモルファス領域の回復レートは、ア
ニール時間がある程度経過すると(ここでは、約10s
ec)一定になるが、初期厚みが直線からはずれてかな
り上方にあることから、最初のフラッシュアニールに相
当する領域では回復レートが早くなっていると考えられ
る。それに対し、基板温度−40℃におけるイオン注入
によって形成されたアモルファス領域の回復レートは、
当初からほぼ一定である。この相違は、以下の理由によ
るものと考えられる。
FIG. 14 is a diagram showing a recovery rate of an amorphous region formed by ion implantation at a low temperature. In the figure, the horizontal axis represents the annealing time, and the vertical axis represents the thickness of the amorphous region. All the data shown in the figure show that arsenic (As) is accelerated at an acceleration voltage of 30 ke.
V is implanted under the conditions of a dose of 3.0 × 10 14 atoms · cm −2 . □ indicates data of the amorphous region formed by ion implantation at room temperature.
The circles indicate data of amorphous regions formed by ion implantation at a low temperature of −40 ° C., respectively. As shown in the figure, the recovery rate of the amorphous region formed by the ion implantation at room temperature shows that the annealing time elapses to some extent (here, about 10 s).
ec) It becomes constant, but since the initial thickness deviates from the straight line and is considerably higher, it is considered that the recovery rate is faster in a region corresponding to the first flash annealing. On the other hand, the recovery rate of the amorphous region formed by ion implantation at a substrate temperature of −40 ° C.
It is almost constant from the beginning. This difference may be due to the following reasons.

【0076】室温におけるイオン注入によって形成され
たアモルファス領域の場合、図13(a)に示す基板温
度0℃におけると同様に、アモルファス領域−結晶領域
間の境界が不明確であり,界面の凹凸が大きいなことか
ら、アニールの開始初期には、見かけ上、アモルファス
領域の厚みが速やかに減小するものと思われる。特に、
初期厚みのデータが直線上の点の値よりも大きく測定さ
れるのは、部分的に結晶状態である領域をも取り込んだ
形でアモルファス領域の厚みを測定している可能性があ
る。そして、再結晶化がある程度進んで両者の境界が明
確になり界面の凹凸が小さくなってきた時点(図14に
おいては約10sec経過後)から一定の緩やかな速度
で減小していく。
In the case of the amorphous region formed by ion implantation at room temperature, the boundary between the amorphous region and the crystal region is unclear and the unevenness of the interface is similar to that at the substrate temperature of 0 ° C. shown in FIG. Because of its large size, it seems that the thickness of the amorphous region apparently decreases promptly at the beginning of annealing. In particular,
The reason why the data of the initial thickness is measured to be larger than the value of the point on the straight line may be that the thickness of the amorphous region is measured in a form that also incorporates a region that is partially crystalline. Then, from the time when the recrystallization proceeds to some extent, the boundary between the two becomes clear, and the unevenness of the interface becomes smaller (after about 10 sec in FIG. 14), the diameter decreases at a constant gentle speed.

【0077】それに対し、低温におけるイオン注入によ
って形成されたアモルファス領域の場合、図13(d)
に示す基板温度−30℃におけると同様に、アモルファ
ス領域−結晶領域間の境界が明確になり界面の凹凸が小
さいことから、アニール当初からほぼ一定の回復レート
が得られるものと思われる。なお、回復レート自体は、
いずれの場合も約21(nm/min)であり、回復レ
ート自体はヒ素(As)の濃度に依存して一義的に定ま
ることがわかる。
On the other hand, in the case of an amorphous region formed by ion implantation at a low temperature, FIG.
Since the boundary between the amorphous region and the crystalline region is clear and the unevenness of the interface is small as in the case of the substrate temperature of −30 ° C., it is considered that a substantially constant recovery rate can be obtained from the beginning of annealing. The recovery rate itself is
In each case, it is about 21 (nm / min), which indicates that the recovery rate itself is uniquely determined depending on the concentration of arsenic (As).

【0078】図15は、図13(a)〜(d)に示す注
入条件でそれぞれ形成されたアモルファス領域に対する
分光エリプソメトリの測定により得られたcos Δの分光
スペクトルの一部を示す図である。同図において、横軸
は測定光の波長を表し、縦軸はcos Δの値を表してい
る。同図に示すように、基板温度0℃,−10℃でイオ
ン注入されたアモルファス領域からの分光エリプソメト
リスペクトルと、基板温度−20℃,−30℃でイオン
注入されたアモルファス領域からの分光エリプソメトリ
スペクトルとは、明確に分離しており、この2つのグル
ープ同士の間で明確な構造の相違があることが推定され
る。
FIG. 15 is a diagram showing a part of the spectrum of cos Δ obtained by spectroscopic ellipsometry measurements on the amorphous regions formed under the implantation conditions shown in FIGS. 13 (a) to 13 (d). . In the figure, the horizontal axis represents the wavelength of the measurement light, and the vertical axis represents the value of cos Δ. As shown in the figure, a spectral ellipsometry spectrum from an amorphous region ion-implanted at a substrate temperature of 0 ° C. and −10 ° C. and a spectral ellipsometric spectrum from an amorphous region ion-implanted at a substrate temperature of −20 ° C. and −30 ° C. It is clearly separated from the measurement spectrum, and it is presumed that there is a clear structural difference between the two groups.

【0079】図13(a)〜(d),図14,図15の
データを総合すると、基板温度が−10℃よりも低いと
いう低温条件でイオン注入を行なうことにより、アモル
ファス領域−結晶領域の境界を明確にかつ界面の凹凸を
小さくすることができ、これにより、以下の効果が得ら
れる。
13 (a) to 13 (d), FIG. 14 and FIG. 15 show that by performing ion implantation under a low temperature condition in which the substrate temperature is lower than -10.degree. The boundary can be made clear and the unevenness of the interface can be reduced, and the following effects can be obtained.

【0080】第1の効果として、温度測定の精度及び信
頼性が向上する。それは以下の2つの理由による。ま
ず、温度測定のためには、アモルファス領域のアニール
による回復レートの算出が必要で、回復レートの算出の
ためにはアモルファス領域の厚みをエリプソメトリ等に
よって測定する必要がある。その厚み測定の際、例えば
図9に示すような49ポイント(温度分布を測定するた
めのポイントではない)における厚みの差が小さくな
る。そして、測定されるアモルファス領域の厚みが再現
性よくほぼ一定になることで、各ポイントにおける回復
レートの値,つまり温度値が均一になる。したがって、
両者の境界を明確にあるいは界面の凹凸を小さくするこ
とで、測定値のばらつきが小さくなり、温度,温度分布
の測定の精度及び信頼性が向上する。
As a first effect, the accuracy and reliability of temperature measurement are improved. It is for the following two reasons. First, to measure the temperature, it is necessary to calculate the recovery rate of the amorphous region by annealing, and to calculate the recovery rate, it is necessary to measure the thickness of the amorphous region by ellipsometry or the like. At the time of the thickness measurement, for example, a difference in thickness at 49 points (not points for measuring the temperature distribution) as shown in FIG. 9 is reduced. Then, since the thickness of the measured amorphous region becomes almost constant with good reproducibility, the value of the recovery rate at each point, that is, the temperature value becomes uniform. Therefore,
By clearly defining the boundary between the two or reducing the unevenness of the interface, the dispersion of the measured values is reduced, and the accuracy and reliability of the measurement of the temperature and the temperature distribution are improved.

【0081】また、図14の実験結果について議論した
ように、両者の境界が明確でなく界面の凹凸が大きいと
きには、境界が明確になりあるいは界面の凹凸が小さく
なるまで初期の回復レートが速く、かつ、ばらつきも大
きいと考えられる。これは、種々の実験結果が示唆する
ことである。イオン注入時にアモルファス領域−結晶領
域の境界が明確でなく界面の凹凸が大きいと、回復レー
トの算出の際にアニールの開始直後のデータを除く必要
がある。ところが、実際のアニールはRTA,フラッシ
ュアニール(又はスパイクアニールとも呼ばれる)など
短時間のアニールで済ませることが多いので、特にイン
ラインで温度測定を行なおうとすると初期の回復レート
が重要となる。よって、両者の境界が明確になりあるい
は界面の凹凸を小さくするように形成させることで、ア
ニール初期においても回復レートが安定してほぼ一定に
なる結果、温度の測定値の精度及び信頼性が向上する。
As discussed in connection with the experimental results in FIG. 14, when the boundary between the two is not clear and the unevenness of the interface is large, the initial recovery rate is high until the boundary becomes clear or the unevenness of the interface is reduced. It is also considered that the variation is large. This is suggested by various experimental results. If the boundary between the amorphous region and the crystalline region is not clear at the time of ion implantation and the unevenness of the interface is large, it is necessary to exclude data immediately after the start of annealing when calculating the recovery rate. However, the actual annealing is often performed by short-time annealing such as RTA or flash annealing (also called spike annealing). Therefore, especially when temperature measurement is performed in-line, the initial recovery rate is important. Therefore, by forming the boundary between them clearly or reducing the unevenness of the interface, the recovery rate becomes stable and almost constant even at the beginning of annealing, resulting in improved accuracy and reliability of the measured temperature value. I do.

【0082】第2の効果として、実使用に供されるデバ
イスの製造工程におけるプレアモルファス注入としての
利用価値が高くなる。プレアモルファス注入とは、サリ
サイド工程の前にソース・ドレイン領域の結晶性を乱し
てアモルファス構造にするため(シリサイド化促進のた
め)に行なわれるイオン注入や、低濃度のボロンのイオ
ン注入の前にチャネリング防止のために行なわれるイオ
ン注入をいう。以上の界面の平坦性の向上による温度測
定精度の向上効果は、他の手段によっても実現すること
ができるが、低温におけるイオン注入により、温度測定
精度の向上とは別に以下の効果が得られる。
As a second effect, the value of use as pre-amorphous implantation in the manufacturing process of a device to be actually used is increased. Pre-amorphous implantation refers to ion implantation performed to disturb the crystallinity of the source / drain regions to form an amorphous structure (to promote silicidation) before the salicide process, or to ion implantation of low-concentration boron. Refers to ion implantation performed to prevent channeling. The above-described effect of improving the temperature measurement accuracy by improving the flatness of the interface can be realized by other means. However, the following effects are obtained separately from the improvement of the temperature measurement accuracy by ion implantation at a low temperature.

【0083】例えば、上述のように、アモルファス領域
における酸素濃度を臨界値以上に高めることにより、ア
ニール温度と回復レートとの関係が全体として1つの直
線になり(図6参照)、図8に示すような回復レートと
温度との関係式を確立することができる。しかし、アモ
ルファス領域における酸素濃度を高めることは、温度評
価用のウエハに対する悪影響はないが、実使用デバイス
に対しては、酸素誘起欠陥(OSF)を引き起こし、デ
バイスの動作特性を悪化させるという悪影響を及ぼす。
したがって、実使用デバイスにおけるプレアモルファス
注入として、酸素イオンを高濃度で注入することは適当
でない。
For example, as described above, by increasing the oxygen concentration in the amorphous region to a value equal to or higher than the critical value, the relationship between the annealing temperature and the recovery rate becomes one straight line as a whole (see FIG. 6), and is shown in FIG. Such a relational expression between the recovery rate and the temperature can be established. However, although increasing the oxygen concentration in the amorphous region has no adverse effect on the wafer for temperature evaluation, it has the adverse effect of causing an oxygen-induced defect (OSF) on an actually used device and deteriorating the operating characteristics of the device. Exert.
Therefore, it is not appropriate to implant oxygen ions at a high concentration as a pre-amorphous implantation in an actual device.

【0084】一方、後述するように、ヒ素イオン等を比
較的高いドーズ量(例えば4×1015atoms ・cm-2
度)で注入することにより、イオン注入によって形成さ
れるアモルファス領域と結晶領域との境界を明確にする
ことができる。しかし、一般的にはシリサイド化しよう
とする領域(ソース・ドレイン領域)の表面には、自然
酸化膜が存在しているので、高濃度のヒ素イオン等を注
入すると、ノックオンにより酸素も当該領域に注入され
る(図2参照)。その結果、酸素誘起欠陥の発生を確実
に抑制するのが困難となる。
On the other hand, as described later, by implanting arsenic ions or the like at a relatively high dose (for example, about 4 × 10 15 atoms · cm −2 ), an amorphous region and a crystalline region formed by ion implantation are formed. Can be clearly defined. However, since a natural oxide film is generally present on the surface of the region to be silicided (source / drain region), when a high concentration of arsenic ion or the like is implanted, oxygen is knocked on to the region. It is injected (see FIG. 2). As a result, it becomes difficult to reliably suppress the generation of oxygen-induced defects.

【0085】それに対し、低温におけるイオン注入を利
用すると、図14に示すように、ドーズ量3×1014at
oms ・cm-2程度の約1桁低い濃度のヒ素イオン等を注
入するだけで、アモルファス領域−結晶領域の境界を明
確にあるいは界面の凹凸を小さくすることができる。酸
素よりも重い元素を注入する場合、注入量が1桁少なく
なると、ノックオンにより注入される酸素の濃度も約1
桁少なくなる。第1の実施形態における図2に示す酸素
濃度プロファイルからわかるように、ノックオンによる
酸素濃度が約10分の1に低減されると、アモルファス
領域内の酸素濃度は、もともとシリコン基板内に含まれ
ている酸素濃度(約2.0×1018atoms cm-3)とほ
とんど変わらない濃度になる。したがって、この場合に
はシリサイド化しようとする領域の上に自然酸化膜が存
在していても、ノックオンによる酸素の侵入量を低減で
きるので、酸素誘起欠陥の発生を確実に抑制することが
できる。したがって、サリサイド工程の前処理であるプ
レアモルファス注入として、低温によるヒ素等のイオン
注入を行なうことにより、インラインで温度測定を行な
いたいときに、酸素誘起欠陥の発生を抑制しつつ温度測
定の精度及び信頼性を向上させることができる。
On the other hand, when ion implantation at a low temperature is used, as shown in FIG. 14, the dose amount is 3 × 10 14 at.
Only by implanting arsenic ions or the like at a concentration about one order of magnitude lower than oms · cm −2 , the boundary between the amorphous region and the crystal region can be clearly defined or the unevenness of the interface can be reduced. When an element heavier than oxygen is implanted, if the implantation amount is reduced by one order of magnitude, the concentration of oxygen implanted by knock-on is also about 1%.
Orders of magnitude less. As can be seen from the oxygen concentration profile shown in FIG. 2 in the first embodiment, when the oxygen concentration due to knock-on is reduced to about 1/10, the oxygen concentration in the amorphous region is originally contained in the silicon substrate. The oxygen concentration is almost the same as the oxygen concentration (about 2.0 × 10 18 atoms cm −3 ). Therefore, in this case, even if a natural oxide film is present on the region to be silicided, the amount of intrusion of oxygen due to knock-on can be reduced, so that generation of oxygen-induced defects can be reliably suppressed. Therefore, by performing ion implantation of arsenic or the like at a low temperature as pre-amorphous implantation, which is a pretreatment of the salicide process, when performing temperature measurement in-line, it is possible to suppress the occurrence of oxygen-induced defects and to improve the accuracy and Reliability can be improved.

【0086】第3の効果として、プレアモルファス注入
として低温におけるイオン注入を採用することにより、
アモルファス領域−結晶領域の境界を明確にあるいは界
面の凹凸を小さくすることができる結果、後に平坦なシ
リサイド層を形成することができる。したがって、サリ
サイド構造を有する拡散層において界面下方のPN接合
部で生じる接合リークを抑制する効果が得られる。
As a third effect, by employing ion implantation at a low temperature as pre-amorphous implantation,
As a result of making the boundary between the amorphous region and the crystal region clear or reducing the unevenness of the interface, a flat silicide layer can be formed later. Therefore, the effect of suppressing junction leakage occurring at the PN junction below the interface in the diffusion layer having the salicide structure can be obtained.

【0087】第4の効果として、チャネリング防止用の
プレアモルファス注入として用いた場合に、浅い拡散層
を再現性よく形成することができる。ボロン等を注入し
た後、活性化のためのアニールを行なう場合、ボロン等
の拡散スピードは、アモルファス領域と結晶領域との境
界付近の構造が乱れた付近で速くなることが知られてい
る。両者の境界が不明確で界面の凹凸が大きい場合は、
構造の乱れている範囲が広いことを意味するので、その
場合には拡散層が広がり、かつロット間のばらつきも大
きいことになる。それに対して、低温におけるイオン注
入をプレアモルファス注入として用いることにより、両
者の境界を明確にあるいは界面の凹凸を小さくすること
ができるので、ボロン等のイオン注入の後の活性化によ
る拡散層を浅くかつ再現性よく形成することができる。
As a fourth effect, when used as a pre-amorphous implantation for preventing channeling, a shallow diffusion layer can be formed with good reproducibility. When annealing for activation is performed after implanting boron or the like, it is known that the diffusion speed of boron or the like increases near the disordered structure near the boundary between the amorphous region and the crystalline region. If the boundary between the two is unclear and the unevenness of the interface is large,
This means that the range in which the structure is disordered is wide, and in that case, the diffusion layer is widened and the variation between lots is large. On the other hand, by using low-temperature ion implantation as pre-amorphous implantation, the boundary between the two can be clarified or the unevenness of the interface can be reduced, so that the diffusion layer by activation after ion implantation of boron or the like is made shallow. It can be formed with good reproducibility.

【0088】なお、本実施形態においては、イオン種と
してAsを注入した例について説明したが、Asに代え
てGeを注入しても同様のドーズ量で同様の効果が得ら
れる。Geは原子番号(32)がヒ素(33)に近いか
らであり、かつ現実に注入されるGeはヒ素とほとんど
同じ質量を有するGeの同位体Ge33が多いからであ
る。また、質量がGeよりも大きいIV族元素のイオン注
入を利用することもできる。
In this embodiment, an example in which As is implanted as an ion species has been described. However, the same effect can be obtained with the same dose even if Ge is implanted instead of As. Ge is because Ge has an atomic number (32) close to arsenic (33), and Ge that is actually implanted is Ge isotope Ge 33 having almost the same mass as arsenic. Further, ion implantation of a group IV element having a mass larger than Ge can be used.

【0089】(第5の実施形態) 次に、Ge等のIV族元素のイオン注入に関する第5の実
施形態について説明する。IV族元素とは、C,Si,G
e,Sn,Pb等の元素をいう。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment relating to ion implantation of a group IV element such as Ge will be described. Group IV elements are C, Si, G
It refers to elements such as e, Sn, and Pb.

【0090】図16は、IV族元素としてGeを加速電圧
30keV,ドーズ量4×1015atoms ・cm-2でシリ
コン基板内に注入して形成されるアモルファス領域とそ
の下方の結晶領域との境界付近の構造を示すTEM写真
である。同図に示されるように、Geのイオン注入によ
って形成されるアモルファス領域と結晶領域との境界が
明確になり界面の凹凸も小さくなっている。この効果
は、室温におけるGeのイオン注入の場合には、ドーズ
量が1×1015atoms ・cm-2以上の場合に確実に得ら
れることが確認されている。
FIG. 16 shows a boundary between an amorphous region formed by implanting Ge as a group IV element at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 4 × 10 15 atoms · cm −2 into a silicon substrate, and a crystal region below the amorphous region. It is a TEM photograph which shows the structure of the vicinity. As shown in the figure, the boundary between the amorphous region and the crystalline region formed by Ge ion implantation is clear, and the unevenness at the interface is also small. It has been confirmed that this effect can be surely obtained when the dose is 1 × 10 15 atoms · cm −2 or more in the case of Ge ion implantation at room temperature.

【0091】したがって、本実施形態においても、上記
第4の実施形態において述べた第1〜第4の効果を発揮
することができる。加えて、GeはIV元素であり、シリ
コン中に注入しても導電型としては中性である、つま
り、N型拡散層に注入してもP型拡散層に注入しても、
デバイスの動作に影響を与えるわけではない。したがっ
て、実使用のCMOSデバイスの製造工程におけるプレ
アモルファス注入として利用することができる。
Therefore, also in the present embodiment, the first to fourth effects described in the fourth embodiment can be exhibited. In addition, Ge is an IV element and has a neutral conductivity as a type even when implanted into silicon, that is, whether implanted into an N-type diffusion layer or a P-type diffusion layer,
It does not affect the operation of the device. Therefore, it can be used as a pre-amorphous implantation in a manufacturing process of an actually used CMOS device.

【0092】なお、イオン種としては、Geに限らず
C,Si,Sn,Pb等の元素を用いることができる
が、質量の小さい元素の場合ドーズ量を高めないと結晶
領域との境界が明確なアモルファス領域を形成すること
が困難となる。したがって、Ge又はGeよりも質量の
大きいIV族元素を用いることが好ましい。
The ion species is not limited to Ge, but may be elements such as C, Si, Sn, and Pb. In the case of an element having a small mass, the boundary with the crystal region is clear unless the dose is increased. It becomes difficult to form a suitable amorphous region. Therefore, it is preferable to use Ge or a group IV element having a larger mass than Ge.

【0093】また、IV族元素を用いる代わりにヒ素(A
s),リン(P),ハロゲン元素,不活性ガス元素等の
イオン注入を用いても、同じ効果を発揮することができ
る。その場合、Geを用いるときに必要な腐食性ガスで
あるイオン種GeF4 を用いなくて済むという利点があ
る。
Instead of using a group IV element, arsenic (A
s), phosphorus (P), a halogen element, an inert gas element or the like can be used to achieve the same effect. In this case, there is an advantage that it is not necessary to use the ion species GeF 4 which is a corrosive gas required when Ge is used.

【0094】(第6の実施形態) 次に、イオン注入後における低温アニールに係る第6の
実施形態について説明する。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment relating to low-temperature annealing after ion implantation will be described.

【0095】上記第4の実施形態において説明したよう
に、低濃度のイオン注入によって形成されたアモルファ
ス領域と結晶領域との境界は明確に現れていないが、か
かる場合にも低温アニール(300℃以上450℃以
)を施すことにより、両者の境界を明確にあるいは界
面の凹凸を小さくすることができる。
As described in the fourth embodiment, the boundary between the amorphous region and the crystalline region formed by low-concentration ion implantation does not clearly appear, but even in such a case, the low-temperature annealing ( 300 ° C. or higher) 450 ° C or less
By applying below), it is possible to reduce the clear or the interface roughness of both boundaries.

【0096】本実施形態においては、当初明確に現れて
いない境界が徐々に明確になり、アモルファス領域と結
晶領域との境界が明確になるまであるいは界面の凹凸が
小さくなるまで回復が進行するが、それ以上回復は進行
しないことが確認された。したがって、このようにアモ
ルファス領域と結晶領域との境界が明確にあるいは界面
の凹凸が小さくされたウエハを温度特定用ウエハとして
準備しておくことにより、アニール温度と回復量との関
係を当初からほぼ1つの直線にすることができるので、
温度測定精度の向上を図ることができる。
In the present embodiment, the recovery that progresses until the boundary that does not appear clearly gradually becomes clear and the boundary between the amorphous region and the crystalline region becomes clear or the unevenness of the interface becomes small. No further recovery was confirmed. Accordingly, by preparing a wafer for which the boundary between the amorphous region and the crystalline region is clearly defined or the unevenness of the interface is reduced as a wafer for temperature identification, the relationship between the annealing temperature and the recovery amount is substantially reduced from the beginning. Since it can be one straight line,
The accuracy of temperature measurement can be improved.

【0097】また、本実施形態によって形成されたアモ
ルファス領域を用いて、シリサイド化工程を行なうこと
により、平坦化されたシリサイド層を形成することもで
きる。
Further, a flattened silicide layer can be formed by performing a silicidation process using the amorphous region formed according to the present embodiment.

【0098】(第7の実施形態) 次に、上記各実施形態を利用したシリサイド化工程に係
る第7の実施形態について説明する。
(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment relating to a silicidation process using each of the above embodiments will be described.

【0099】本実施形態においては、まず、上記各実施
形態のいずれかを利用して、アモルファス領域と結晶領
域との境界が明確にされ、かつ両者の界面の凹凸が小さ
い半導体領域を有するウエハを形成する。そして、基板
上にリフラクトリ金属膜(例えばチタン膜,コバルト
膜,ニッケル膜など)を堆積する。そして、基板の上面
にレーザを照射してレーザアニールを行なう。このと
き、リフラクトリ金属膜とアモルファス領域との反応が
進行して、シリサイド層が形成される。
In this embodiment, first, using any one of the above embodiments, a wafer having a semiconductor region in which the boundary between the amorphous region and the crystalline region is clarified and the unevenness of the interface between them is small is used. Form. Then, a refractory metal film (for example, a titanium film, a cobalt film, a nickel film, etc.) is deposited on the substrate. Then, laser annealing is performed by irradiating a laser to the upper surface of the substrate. At this time, the reaction between the refractory metal film and the amorphous region proceeds, and a silicide layer is formed.

【0100】図17は、本実施形態において形成したウ
エハのN型,P型拡散層の上に形成されたチタンシリサ
イド層の反射率スペクトルを示す図である。ここで、こ
のチタンシリサイド層は450℃以下の温度でレーザア
ニールを施して形成されたものである。同図において、
横軸は測定光の波長(nm)を表し、縦軸は反射率を表
している。また、PDとは高濃度のP型拡散層(ソース
・ドレイン領域)を、NDとは高濃度のN型拡散層を示
す。同図に示されるように、両者からの反射率は広い範
囲に亘ってほぼ一致していることから、チタンシリサイ
ド層の平坦性が良好であるものと推定される。
FIG. 17 is a view showing the reflectance spectrum of the titanium silicide layer formed on the N-type and P-type diffusion layers of the wafer formed in this embodiment. Here, this titanium silicide layer is formed by performing laser annealing at a temperature of 450 ° C. or less. In the figure,
The horizontal axis represents the wavelength (nm) of the measurement light, and the vertical axis represents the reflectance. PD indicates a high-concentration P-type diffusion layer (source / drain region), and ND indicates a high-concentration N-type diffusion layer. As shown in the figure, since the reflectances from both are almost the same over a wide range, it is estimated that the flatness of the titanium silicide layer is good.

【0101】したがって、本実施形態では、予めアモル
ファス領域と結晶領域との境界が明確になり界面の凹凸
が小さい半導体領域を有するウエハを用いてシリサイド
化を行なっている。ここで、レーザアニールによってシ
リサイド化を行なう際には、融点の低いアモルファス領
域のみが溶融するがその下方の結晶領域は溶融しない。
したがって、アモルファス領域のみを確実に選択的にシ
リサイド化することができ、平坦性のよいシリサイド層
を形成することができる。そして、シリサイド層の平坦
性がよいことで、アグロメレーションの発生を抑制で
き、接合リークの抑制を図ることができる。
Therefore, in this embodiment, silicidation is performed using a wafer having a semiconductor region in which the boundary between the amorphous region and the crystalline region is clear and the unevenness of the interface is small. Here, when silicidation is performed by laser annealing, only the amorphous region having a low melting point is melted, but the crystal region thereunder is not melted.
Therefore, only the amorphous region can be surely selectively silicided, and a silicide layer with good flatness can be formed. The good flatness of the silicide layer makes it possible to suppress the occurrence of agglomeration and to suppress the junction leak.

【0102】(その他の実施形態) 上記いずれかの実施形態のイオン注入を利用して温度測
定を行なう場合、ウエハの両面からイオン注入を行なっ
て、ウエハの上面だけでなく裏面にもアモルファス領域
を形成することにより、1つのサンプルで2回の温度測
定を行なうことができる。アニール工程をウエハの上面
にレーザを照射することによって行なう場合、上面側の
アモルファス領域のみが回復し、裏面側のアモルファス
領域が回復しない条件でアニールを行なって回復レート
を求めることで、第1回目の温度測定を行なうことがで
きる。しかし、裏面側のアモルファス領域はまだ回復し
ていないので、別の温度範囲(特に高い温度範囲)にお
けるアニールを行なって温度を求めることができる。ウ
エハが大口径になってウエハ厚みが厚くなっている場合
には、裏面側のアモルファス領域の温度が上面側のアモ
ルファス領域の温度に比べてかなり低いままであること
もありうる。かかる場合には、上面側のアモルファス領
域と下面側のアモルファス領域とが同じイオン注入条件
と同じイオン種により形成されたものであっても、上面
側のアモルファス領域だけが回復し、裏面側のアモルフ
ァス領域は回復していないことも十分起こりうる。した
がって、最初にレーザアニールにより温度測定を行なっ
て、上面側のアモルファス領域が回復したウエハを裏返
し、上方を向いている裏面にレーザを照射してアニール
を行なって、次の温度測定を行なってもよい。
(Other Embodiments) When performing temperature measurement using the ion implantation of any of the above embodiments, ion implantation is performed from both sides of the wafer to form an amorphous region not only on the upper surface but also on the back surface of the wafer. By forming, two temperature measurements can be performed with one sample. In the case where the annealing step is performed by irradiating the upper surface of the wafer with a laser, only the amorphous region on the upper surface side is recovered, and annealing is performed under the condition that the amorphous region on the lower surface side is not recovered. Can be measured. However, since the amorphous region on the back side has not yet been recovered, the temperature can be obtained by performing annealing in another temperature range (particularly, a high temperature range). When the diameter of the wafer is large and the thickness of the wafer is large, the temperature of the amorphous region on the rear surface side may be considerably lower than the temperature of the amorphous region on the upper surface side. In such a case, even if the amorphous region on the upper surface side and the amorphous region on the lower surface side are formed under the same ion implantation conditions and the same ion species, only the amorphous region on the upper surface side is recovered, and the amorphous region on the rear surface side is recovered. It is quite possible that the area has not recovered. Therefore, it is also possible to first perform temperature measurement by laser annealing, turn over the wafer in which the amorphous region on the upper surface has been restored, irradiate the laser to the rear surface facing upward, perform annealing, and perform the next temperature measurement. Good.

【0103】上記いずれかの実施形態のイオン注入を利
用して温度測定を行なう場合、ウエハの両面からイオン
注入を行なって、ウエハの上面だけでなく裏面にもアモ
ルファス領域を形成することにより、ウエハの熱伝導率
を求めることができる。つまり、アニール工程をウエハ
の上面にレーザを照射することによって行なう場合、上
面側のアモルファス領域と裏面側のアモルファス領域と
の回復レートを求めることで、上面付近の領域と裏面付
近の領域との温度差を検出することができる。したがっ
て、例えばフラッシュアニールを行なう場合、この温度
差と温度変化の時間変化とからウエハの熱伝導率がわか
る。これにより、各種工程における温度管理を厳密に行
なうことが可能とななる。特に、ウエハの大口径化によ
ってウエハ厚みも増大するが、そのときにウエハ厚みと
上面−裏面間の温度差との関係なども把握できるので、
製造歩留まりの向上と品質の高い半導体装置の製造とを
図ることができる。
When temperature measurement is performed using the ion implantation of any of the above embodiments, ion implantation is performed from both sides of the wafer, and an amorphous region is formed not only on the upper surface but also on the rear surface of the wafer. Can be determined. In other words, when the annealing step is performed by irradiating the upper surface of the wafer with a laser, the recovery rate between the amorphous region on the upper surface side and the amorphous region on the rear surface side is determined, and the temperature between the region near the upper surface and the region near the rear surface is determined. The difference can be detected. Therefore, for example, when flash annealing is performed, the thermal conductivity of the wafer can be determined from the temperature difference and the time change of the temperature change. Thereby, it becomes possible to strictly control the temperature in various processes. In particular, as the diameter of the wafer increases, the thickness of the wafer also increases. At that time, the relationship between the thickness of the wafer and the temperature difference between the upper surface and the lower surface can be grasped.
It is possible to improve the manufacturing yield and manufacture a high-quality semiconductor device.

【0104】上記各実施形態の温度測定方法は、温度測
定用のサンプルウエハを利用して行なってもよいし、ウ
エハ内にモニター領域を設けて行なってもよいし、実際
に製品デバイスを形成するためのウエハを用いて行なっ
てもよい。
The temperature measurement method of each of the above embodiments may be performed using a sample wafer for temperature measurement, may be performed by providing a monitor area in the wafer, or may be used to actually form a product device. May be performed using a wafer for this purpose.

【0105】また、上記各実施形態における温度測定方
法を、磁気的,光学的,電気的特性を利用した記録媒体
に記憶させておき、この記録媒体を用いて、半導体装置
の製造工程に用いることができる。
Further, the temperature measurement method in each of the above embodiments is stored in a recording medium utilizing magnetic, optical, and electric characteristics, and is used in a semiconductor device manufacturing process using this recording medium. Can be.

【0106】[0106]

【発明の効果】本発明によると、装置内部の実際の温
度,温度分布を正確に測定することができる温度測定方
法や、温度,温度分布の正確な測定に供しうる温度測定
用サンプルの作成、浅い拡散層,平坦性のよいシリサイ
ド層の形成を実現することができる。
According to the present invention, a temperature measuring method capable of accurately measuring the actual temperature and temperature distribution inside an apparatus, a temperature measurement sample capable of providing accurate temperature and temperature distribution measurement, The formation of a shallow diffusion layer and a silicide layer with good flatness can be realized.

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

【図1】アモルファス領域を550℃でアニールした時
のアモルファス領域の厚みの時間変化つまり回復レート
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a time change of a thickness of an amorphous region, that is, a recovery rate when the amorphous region is annealed at 550 ° C.

【図2】as-implantedのシリコン基板におけるヒ素(A
s)と酸素(O)との基板深さ方向における濃度プロフ
ァイルを示す図である。
FIG. 2. Arsenic (A) on as-implanted silicon substrate
FIG. 3 is a diagram showing concentration profiles of s) and oxygen (O) in a substrate depth direction.

【図3】アモルファス領域への酸素の注入量を複数種類
に変えて回復レートを測定した結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a result of measuring a recovery rate by changing an oxygen injection amount into an amorphous region into a plurality of types.

【図4】(a)〜(d)は、本発明の第1の実施形態に
おける温度測定のためのアニール処理の手順を示す断面
図である。
FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views illustrating a procedure of an annealing process for temperature measurement according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施形態におけるアニール及び
温度測定の手順を示すフローチャート図である。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of annealing and temperature measurement according to the first embodiment of the present invention.

【図6】第1の実施形態におけるアモルファス領域の結
晶への回復レートを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a recovery rate of an amorphous region to a crystal in the first embodiment.

【図7】第1の実施形態におけるアニール温度と回復レ
ートとの関係から温度を決定する手順を示すフローチャ
ート図である。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure for determining a temperature from a relationship between an annealing temperature and a recovery rate in the first embodiment.

【図8】文献に記載されている回復レートとアニール温
度Tとの関係を示すデータに、高濃度の酸素が導入され
たシリコン基板における回復レートとアニール温度Tと
の関係を加えて示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the recovery rate and the annealing temperature T in a silicon substrate into which high-concentration oxygen is introduced, in addition to the data indicating the relationship between the recovery rate and the annealing temperature T described in the literature. is there.

【図9】本発明の第3の実施形態におけるAsのみを注
入した場合とAs及びBを注入した場合とにおける回復
レートを比較したデータを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing data comparing the recovery rates when only As is injected and when As and B are injected according to the third embodiment of the present invention.

【図10】第3の実施形態におけるGe注入によって形
成されたアモルファス領域と、As注入によって形成さ
れたアモルファス領域との回復レートの差を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a difference in a recovery rate between an amorphous region formed by Ge implantation and an amorphous region formed by As implantation in the third embodiment.

【図11】(a),(b)は、第3の実施形態における
互いに異なる回復レートを有する4つのアモルファス領
域を有する評価用サンプルウエハを形成する2つ方法を
示す平面図である。
FIGS. 11A and 11B are plan views showing two methods for forming an evaluation sample wafer having four amorphous regions having different recovery rates according to the third embodiment.

【図12】図11に示す評価用サンプルウエハを用いた
場合の各アモルファス領域の温度測定可能範囲を示す図
である。
12 is a diagram showing a temperature measurable range of each amorphous region when the evaluation sample wafer shown in FIG. 11 is used.

【図13】(a)〜(d)は、それぞれ順に、基板温度
0℃,−10℃,−20℃,−30℃におけるヒ素(A
s)の注入によって形成されたアモルファス領域−結晶
領域間の界面の形状を示す断面図である。
FIGS. 13A to 13D respectively show arsenic (A) at substrate temperatures of 0 ° C., −10 ° C., −20 ° C., and −30 ° C., respectively.
It is sectional drawing which shows the shape of the interface between the amorphous region and the crystalline region formed by injection | pouring of s).

【図14】低温におけるイオン注入によって形成された
アモルファス領域の回復レートを示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a recovery rate of an amorphous region formed by ion implantation at a low temperature.

【図15】図13(a)〜(d)に示す注入条件でそれ
ぞれ形成されたアモルファス領域に対する分光エリプソ
メトリの測定により得られたcos Δの分光スペクトルの
一部を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a part of a cos Δ spectrum obtained by spectroscopic ellipsometry measurement on amorphous regions formed under the implantation conditions shown in FIGS. 13 (a) to 13 (d).

【図16】第5の実施形態におけるIV族元素としてGe
を注入して形成されるアモルファス領域とその下方の結
晶領域との境界付近の構造を示すTEM写真図である。
FIG. 16 shows Ge as a group IV element in the fifth embodiment.
FIG. 4 is a TEM photograph showing a structure near a boundary between an amorphous region formed by implanting a crystal and a crystal region below the amorphous region.

【図17】第7の実施形態において形成したウエハのN
型,P型拡散層の上に形成されたチタンシリサイド層の
反射率スペクトルを示す図である。
FIG. 17 shows the N of the wafer formed in the seventh embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a reflectance spectrum of a titanium silicide layer formed on a p-type and p-type diffusion layers.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板(結晶) 10a アモルファス領域 10b 結晶領域 11 シリコン酸化膜 10aa 高濃度酸素領域 10bb 低濃度酸素領域 Reference Signs List 10 silicon substrate (crystal) 10a amorphous region 10b crystal region 11 silicon oxide film 10aa high concentration oxygen region 10bb low concentration oxygen region

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−249031(JP,A) 特開 平6−77301(JP,A) 特開 平5−121509(JP,A) 特開 平6−244255(JP,A) 特開 平9−82767(JP,A) 国際公開98/57146(WO,A1) T.Sameshima and S.Usui,Pulsed lase r−induced amorphiz ation of silicon f ilms,J.Appl.Phys., 米国,1991年 8月 1日,70(3), p.p.1281−1289Continuation of the front page (56) References JP-A-5-249031 (JP, A) JP-A-6-77301 (JP, A) JP-A-5-121509 (JP, A) JP-A-6-244255 (JP) , A) JP-A-9-82767 (JP, A) WO 98/57146 (WO, A1) Sameshima and S.M. See Usui, Pulsed laser-induced amorphization of silicon films, J. Am. Appl. Phys. , United States, August 1, 1991, 70 (3), p. p. 1281-1289

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板のアモルファス領域を一定時間加熱
してアモルファス領域が再結晶化する回復レートを求
め、予め準備されている上記アモルファス領域の回復レ
ートと加熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけ
るアモルファス領域の温度を測定するための温度測定用
サンプルを作成する方法であって、 基板の半導体領域内に形成されたアモルファス領域中
に、上記加熱時に回復レートを加熱の開始時からほぼ一
定にするための臨界濃度で酸素をドープすることを特徴
とする温度測定用サンプルの作成方法。
An amorphous region of a substrate is heated for a predetermined time to determine a recovery rate at which the amorphous region is recrystallized, and the heating rate is determined based on a relationship between a previously prepared recovery rate of the amorphous region and a heating temperature. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring the temperature of an amorphous region at the time of heating, wherein the recovery rate during the heating is substantially constant from the start of heating in the amorphous region formed in the semiconductor region of the substrate. A method for preparing a sample for temperature measurement, characterized in that oxygen is doped at a critical concentration in order to obtain a sample.
【請求項2】 請求項記載の温度測定用サンプルの作
成方法において、 上記臨界値は、3.2×1019atoms ・cm-3であるこ
とを特徴とする温度測定用サンプルの作成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the critical value is 3.2 × 10 19 atoms · cm −3 .
【請求項3】 請求項1又は2記載の温度測定用サンプ
ルの作成方法において、 上記酸素をドープする前の上記基板の半導体領域の上に
は酸化膜が形成されており、 上記酸素をドープする前に、上記半導体領域に上記酸化
膜の上から不純物のイオン注入を行なうことにより上記
アモルファス領域を形成することを特徴とする温度測定
用サンプルの作成方法。
3. The method for producing a sample for temperature measurement according to claim 1 , wherein an oxide film is formed on the semiconductor region of the substrate before doping with oxygen. A method for preparing a temperature measurement sample, wherein the amorphous region is formed by implanting impurities into the semiconductor region from above the oxide film.
【請求項4】 請求項1又は2記載の温度測定用サンプ
ルの作成方法において、 上記酸素をドープする前に、減圧下で上記半導体領域の
上の自然酸化膜を除去してから、上記半導体領域に酸素
をイオン注入するドープすることを特徴とする温度測定
用サンプルの作成方法。
4. The method for preparing a temperature measurement sample according to claim 1 , wherein a natural oxide film on the semiconductor region is removed under reduced pressure before doping with the oxygen. A method for preparing a sample for temperature measurement, comprising doping by ion implantation of oxygen into a sample.
【請求項5】 基板のアモルファス領域を一定時間加熱
してアモルファス領域が再結晶化する回復レートを求
め、予め準備されている上記アモルファス領域の回復レ
ートと加熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけ
るアモルファス領域の温度を測定するための温度測定用
サンプルを作成する方法であって、 基板の半導体領域内に、IV族元素のイオン注入を行なっ
てアモルファス領域を形成することを特徴とする温度測
定用サンプルの作成方法。
5. A recovery rate at which the amorphous region of the substrate is heated for a predetermined time to recrystallize the amorphous region, and the heating rate is determined based on a relationship between a previously prepared recovery rate of the amorphous region and a heating temperature. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring a temperature of an amorphous region at the time of forming, wherein an amorphous region is formed by performing ion implantation of a group IV element in a semiconductor region of a substrate. How to make a sample for measurement.
【請求項6】 請求項記載の温度測定用サンプルの作
成方法において、 上記イオン注入の際に、ドーズ量が1×1015atoms ・
cm-2以上の条件でGeのイオン注入を行なうことを特
徴とする温度測定用サンプルの作成方法。
6. The method for preparing a temperature measurement sample according to claim 5, wherein the ion implantation has a dose of 1 × 10 15 atoms.
A method for preparing a temperature measurement sample, wherein Ge ions are implanted under a condition of cm −2 or more.
【請求項7】 基板のアモルファス領域を一定時間加熱
してアモルファス領域が再結晶化する回復レートを求
め、予め準備されている上記アモルファス領域の回復レ
ートと加熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけ
るアモルファス領域の温度を測定するための温度測定用
サンプルを作成する方法であって、 基板の半導体領域内に、ヒ素(As),リン(P),ハ
ロゲン元素及び不活性ガス元素のうち少なくともいずれ
か1つのイオン注入を行なってアモルファス領域を形成
することを特徴とする温度測定用サンプルの作成方法。
7. A recovery rate at which the amorphous region of the substrate is heated for a certain period of time to recrystallize the amorphous region, and the heating rate is determined based on a relationship between a previously prepared recovery rate of the amorphous region and a heating temperature. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring the temperature of an amorphous region at a time, wherein at least one of arsenic (As), phosphorus (P), a halogen element and an inert gas element is provided in a semiconductor region of a substrate. A method for preparing a temperature measurement sample, wherein an amorphous region is formed by performing any one of ion implantation.
【請求項8】 基板のアモルファス領域を一定時間加熱
してアモルファス領域が再結晶化する回復レートを求
め、予め準備されている上記アモルファス領域の回復レ
ートと加熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけ
るアモルファス領域の温度を測定するための温度測定用
サンプルを作成する方法であって、 基板の半導体領域の複数の箇所に、相異なる条件でイオ
ン注入を行なって複数のアモルファス領域を形成するこ
とを特徴とする温度測定用サンプルの作成方法。
8. A recovery rate at which the amorphous region of the substrate is heated for a predetermined time to recrystallize the amorphous region, and the heating rate is determined based on a previously prepared relationship between the recovery rate of the amorphous region and the heating temperature. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring the temperature of an amorphous region at the time of forming a plurality of amorphous regions by performing ion implantation under different conditions at a plurality of locations in a semiconductor region of a substrate. A method for preparing a sample for temperature measurement, characterized in that:
【請求項9】 請求項記載の温度測定用サンプルの作
成方法において、 上記イオン注入の際に、上記複数の箇所に注入するイオ
ン種又はイオン注入条件を相異ならせることを特徴とす
る温度測定用サンプルの作成方法。
9. The method for preparing a temperature measurement sample according to claim 8 , wherein, during the ion implantation, ion species to be implanted into the plurality of locations or ion implantation conditions are made different. How to make a sample for use.
【請求項10】 請求項8又は9記載の温度測定用サン
プルの作成方法において、 上記基板はウエハ状態のものであり、 上記4つの箇所は平面的にみてウエハを上下左右4つに
区画された領域となっていることを特徴とする温度測定
方法。
10. The method for producing a sample for temperature measurement according to claim 8, wherein the substrate is in a wafer state, and the four locations are divided into four parts in a plan view. A temperature measurement method characterized by being an area.
【請求項11】 基板のアモルファス領域を一定時間加
熱してアモルファス領域が再結晶化する回復レートを求
め、予め準備されている上記アモルファス領域の回復レ
ートと加熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけ
るアモルファス領域の温度を測定するための温度測定用
サンプルを作成する方法であって、 基板の上面にある第1の半導体領域にイオン注入を行な
って第1のアモルファス領域を形成するステップ(a)
と、 基板の裏面にある第2の半導体領域にイオン注入を行な
って第2のアモルファス領域を形成するステップ(b)
とを含む温度測定用サンプルの作成方法。
11. A recovery rate at which an amorphous region of a substrate is heated for a predetermined time to recrystallize the amorphous region, and the heating rate is determined based on a relationship between a previously prepared recovery rate of the amorphous region and a heating temperature. Forming a temperature measurement sample for measuring a temperature of an amorphous region at the time of forming a first amorphous region by performing ion implantation into a first semiconductor region on an upper surface of a substrate (a). )
Forming a second amorphous region by performing ion implantation on a second semiconductor region on the back surface of the substrate (b)
And a method for preparing a sample for temperature measurement.
【請求項12】 基板のアモルファス領域を一定時間加
熱してアモルファス領域が再結晶化する回復レートを求
め、予め準備されている上記アモルファス領域の回復レ
ートと加熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけ
るアモルファス領域の温度を測定するための温度測定用
サンプルを作成する方法であって、 基板の上面にある第1の半導体領域に、イオン注入を行
なって第1のアモルファス領域を形成するステップ
(a)と、 基板の裏面にある第2の半導体領域に、上記イオン注入
を行なって第2のアモルファス領域を形成するステップ
(b)とを含み、 上記第1及び第2のアモルファス領域の温度を求めたと
きに、上記第1及び第2のアモルファス領域の温度差か
ら基板の熱伝導率を求めることが可能なサンプルを形成
することを特徴とする温度測定用サンプルの作成方法。
12. A recovery rate at which an amorphous region of a substrate is heated for a predetermined time to recrystallize the amorphous region, and the heating rate is determined based on a relationship between a previously prepared recovery rate of the amorphous region and a heating temperature. Forming a temperature measurement sample for measuring the temperature of the amorphous region at the time of forming the first amorphous region by performing ion implantation on the first semiconductor region on the upper surface of the substrate ( a), and (b) forming the second amorphous region by performing the above-described ion implantation into the second semiconductor region on the back surface of the substrate, wherein the temperatures of the first and second amorphous regions are adjusted. When the temperature is determined, a sample capable of determining the thermal conductivity of the substrate from the temperature difference between the first and second amorphous regions is formed. How to make a sample for temperature measurement.
【請求項13】 基板のアモルファス領域を一定時間加
熱してアモルファス領域が再結晶化する回復レートを求
め、予め準備されている上記アモルファス領域の回復レ
ートと加熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけ
るアモルファス領域の温度を測定するための温度測定用
サンプルを作成する方法であって、 基板の半導体領域内に、基板温度が−10℃よりも低い
条件下でイオン注入を行なって上記アモルファス領域を
形成することを特徴とする温度測定用サンプルの作成方
法。
13. A recovery rate at which an amorphous region of a substrate is heated for a predetermined time to recrystallize the amorphous region, and the heating rate is determined based on a relationship between a previously prepared recovery rate of the amorphous region and a heating temperature. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring the temperature of the amorphous region at the time of ion implantation, wherein the ion implantation is performed in the semiconductor region of the substrate under the condition that the substrate temperature is lower than −10 ° C. Forming a sample for temperature measurement.
【請求項14】 基板のアモルファス領域を一定時間加
熱してアモルファス領域が再結晶化する回復レートを求
め、予め準備されている上記アモルファス領域の回復レ
ートと加熱温度との関係に基づいて、上記加熱時におけ
るアモルファス領域の温度を測定するための温度測定用
サンプルを作成する方法であって、 基板の半導体領域内に、イオン注入を行なってアモルフ
ァス領域を形成するステップ(a)と、 上記アモルファス領域を300℃以上で450℃以下
範囲の温度でアニールを行なうステップ(b)とを含む
温度測定用サンプルの作成方法。
14. A recovery rate at which the amorphous region of the substrate is heated for a predetermined time to recrystallize the amorphous region, and the heating rate is determined based on a relationship between a previously prepared recovery rate of the amorphous region and a heating temperature. A method for preparing a temperature measurement sample for measuring a temperature of an amorphous region at the time of forming an amorphous region by ion implantation in a semiconductor region of a substrate; (B) performing annealing at a temperature in the range of 300 ° C. or more and 450 ° C. or less .
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