JP3374497B2 - 濃度分布測定方法 - Google Patents
濃度分布測定方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２次イオン質量分析法
を利用した濃度分布の測定方法に係り、さらに詳しく
は、２次イオン質量分析法に際して問題となるノックオ
ン効果の影響を極力取り除いて、濃度分布を測定するこ
とができる濃度分布測定方法に関する。
を利用した濃度分布の測定方法に係り、さらに詳しく
は、２次イオン質量分析法に際して問題となるノックオ
ン効果の影響を極力取り除いて、濃度分布を測定するこ
とができる濃度分布測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法は、
超高感度特性（〜ｐｐｂレベル）と深さ方向の高分解能
特性（〜１ｎｍ）とを有する分析方法である。このＳＩ
ＭＳ法は、例えば半導体分野では、超低エネルギーイオ
ン注入による超浅領域のドーピング不純物の濃度分布を
知る場合などに最も有力な分析方法として注目されてい
る。
超高感度特性（〜ｐｐｂレベル）と深さ方向の高分解能
特性（〜１ｎｍ）とを有する分析方法である。このＳＩ
ＭＳ法は、例えば半導体分野では、超低エネルギーイオ
ン注入による超浅領域のドーピング不純物の濃度分布を
知る場合などに最も有力な分析方法として注目されてい
る。
【０００３】このＳＩＭＳ法では、細く絞った１次イオ
ンビームを試料表面に照射して試料内の原子をたたき出
し、その一部のイオン化した粒子群、すなわち２次イオ
ンを質量分析する。通常、１次イオンのエネルギーとし
ては、スパッタリング効率の高い数ｋｅＶから２０Ｋｅ
ｖ程度が用いられる。また、１次イオンとしては、Ｏ 2
+ ，Ｃｓ+ ，Ａｒ+ ，Ｇａ+ などが用いられる。
ンビームを試料表面に照射して試料内の原子をたたき出
し、その一部のイオン化した粒子群、すなわち２次イオ
ンを質量分析する。通常、１次イオンのエネルギーとし
ては、スパッタリング効率の高い数ｋｅＶから２０Ｋｅ
ｖ程度が用いられる。また、１次イオンとしては、Ｏ 2
+ ，Ｃｓ+ ，Ａｒ+ ，Ｇａ+ などが用いられる。
【０００４】このＳＩＭＳ法においては、ノックオン効
果が発生することがあり、母材中の微量不純物を分析す
る際に、その微量不純物の分布形状が急峻な場合に、本
来の分布状態とは異なる分布形状が得られることがあ
る。このノックオン効果とは、２次イオンを発生せしめ
る１次イオンと母材中の微量不純物との弾性衝突によ
り、１次イオンの入射角に沿ったカスケード散乱を起こ
すために生じる現象であり、１次イオンの衝突により、
母材中の不純物濃度が、測定中に変化してしまう。
果が発生することがあり、母材中の微量不純物を分析す
る際に、その微量不純物の分布形状が急峻な場合に、本
来の分布状態とは異なる分布形状が得られることがあ
る。このノックオン効果とは、２次イオンを発生せしめ
る１次イオンと母材中の微量不純物との弾性衝突によ
り、１次イオンの入射角に沿ったカスケード散乱を起こ
すために生じる現象であり、１次イオンの衝突により、
母材中の不純物濃度が、測定中に変化してしまう。
【０００５】このノックオン効果を低減して不純物濃度
分布を測定する第１の方法として、低加速エネルギーの
一次イオンを用いる方法がある。現在のＳＩＭＳ法に用
いられている装置には、１次イオンを５〜１５ｋｅＶに
加速して使用する二重収束型装置と、１．５〜１０ｋｅ
Ｖに加速して使用する四重極型装置とがある。これらの
装置で成し得る最低加速エネルギーで測定を行うことに
より、ノックオン効果の影響は軽減される。
分布を測定する第１の方法として、低加速エネルギーの
一次イオンを用いる方法がある。現在のＳＩＭＳ法に用
いられている装置には、１次イオンを５〜１５ｋｅＶに
加速して使用する二重収束型装置と、１．５〜１０ｋｅ
Ｖに加速して使用する四重極型装置とがある。これらの
装置で成し得る最低加速エネルギーで測定を行うことに
より、ノックオン効果の影響は軽減される。
【０００６】また、第２の方法として、低質量の１次イ
オンを用いる方法がある。ノックオン効果は、上述した
ように、１次イオンと母材中の不純物との弾性衝突によ
って生じるものと考えることができる。したがって、
Ｈ，Ｈｅなどの低質量元素を１次イオンとするラザフォ
ード後方散乱法（ＲＢＳ）などでは、ノックオンの影響
を受けずに、母材中の不純物濃度分布を求めることが可
能であると考えられる。
オンを用いる方法がある。ノックオン効果は、上述した
ように、１次イオンと母材中の不純物との弾性衝突によ
って生じるものと考えることができる。したがって、
Ｈ，Ｈｅなどの低質量元素を１次イオンとするラザフォ
ード後方散乱法（ＲＢＳ）などでは、ノックオンの影響
を受けずに、母材中の不純物濃度分布を求めることが可
能であると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記第１の
方法では、低加速エネルギーでＳＩＭＳ法を行っても、
根本的にノックオン効果を除去することはできないた
め、より急峻な不純物分布の評価には、ノックオン効果
の影響を無視することはできない。
方法では、低加速エネルギーでＳＩＭＳ法を行っても、
根本的にノックオン効果を除去することはできないた
め、より急峻な不純物分布の評価には、ノックオン効果
の影響を無視することはできない。
【０００８】また、上記第２の方法では、ＲＢＳ法によ
る不純物の濃度検出限界が約１×１０19ｃｍ-3であり、
極微量の不純物の濃度分布測定には適さない。また、母
材より軽い質量の不純物では、母材のスペクトルの中
に、不純物のスペクトルが埋もれてしまうなどの問題点
を有する。
る不純物の濃度検出限界が約１×１０19ｃｍ-3であり、
極微量の不純物の濃度分布測定には適さない。また、母
材より軽い質量の不純物では、母材のスペクトルの中
に、不純物のスペクトルが埋もれてしまうなどの問題点
を有する。
【０００９】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、極微量、または急峻な濃度分布を持つ不純物などの
濃度分布でも、ノックオン効果の影響を極力排除して、
より正確に濃度分布を測定することができる濃度分布測
定方法を提供することを目的とする。
れ、極微量、または急峻な濃度分布を持つ不純物などの
濃度分布でも、ノックオン効果の影響を極力排除して、
より正確に濃度分布を測定することができる濃度分布測
定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る濃度分布測定方法は、被分析試料に対
し、１次イオンの加速エネルギーが少なくとも異なる二
以上の条件で、複数回の２次イオン質量分析（ＳＩＭ
Ｓ）を行い、複数の仮濃度分布を求める工程と、上記複
数の仮濃度分布の差に基づき、１次イオンの加速エネル
ギーが０であると仮定した場合の推定濃度分布を求める
工程とを有する。
に、本発明に係る濃度分布測定方法は、被分析試料に対
し、１次イオンの加速エネルギーが少なくとも異なる二
以上の条件で、複数回の２次イオン質量分析（ＳＩＭ
Ｓ）を行い、複数の仮濃度分布を求める工程と、上記複
数の仮濃度分布の差に基づき、１次イオンの加速エネル
ギーが０であると仮定した場合の推定濃度分布を求める
工程とを有する。
【００１１】好ましくは、本発明に係る濃度分布測定方
法は、上記複数の仮濃度分布における同一濃度での深さ
の差を、濃度を変えて複数求める工程と、上記同一濃度
での深さの差に基づき、１次イオンの加速エネルギーが
０であると仮定した場合の推定深さを、対応する濃度毎
に、それぞれ求め、その対応する濃度における推定深さ
の点を結ぶことにより、推定濃度分布を求める工程とを
有する。
法は、上記複数の仮濃度分布における同一濃度での深さ
の差を、濃度を変えて複数求める工程と、上記同一濃度
での深さの差に基づき、１次イオンの加速エネルギーが
０であると仮定した場合の推定深さを、対応する濃度毎
に、それぞれ求め、その対応する濃度における推定深さ
の点を結ぶことにより、推定濃度分布を求める工程とを
有する。
【００１２】さらに好ましくは、本発明に係る濃度分布
測定方法は、上記複数の仮濃度分布のピーク値の濃度の
差を求める工程と、このピーク値の濃度の差から、１次
イオンの加速エネルギーが０であると仮定した場合の推
定濃度分布のピーク値を求める工程とを有する。
測定方法は、上記複数の仮濃度分布のピーク値の濃度の
差を求める工程と、このピーク値の濃度の差から、１次
イオンの加速エネルギーが０であると仮定した場合の推
定濃度分布のピーク値を求める工程とを有する。
【００１３】上記複数の仮濃度分布は、２次イオン質量
分析装置で出力できる最低限に近い１次イオンの最低加
速エネルギーで測定した結果の仮濃度分布と、その最低
限に近い加速エネルギーに対して、少なくとも２ｋｅＶ
以上離れた１次イオンの加速エネルギーで測定した結果
の仮濃度分布とを含むことが好ましい。少なくとも約２
ｋｅＶ以上離すことで、有効な推定濃度分布を求めるこ
とが可能になる。
分析装置で出力できる最低限に近い１次イオンの最低加
速エネルギーで測定した結果の仮濃度分布と、その最低
限に近い加速エネルギーに対して、少なくとも２ｋｅＶ
以上離れた１次イオンの加速エネルギーで測定した結果
の仮濃度分布とを含むことが好ましい。少なくとも約２
ｋｅＶ以上離すことで、有効な推定濃度分布を求めるこ
とが可能になる。
【００１４】
【作用】本発明者等は、ＳＩＭＳ測定により生じるノッ
クオン効果について、１次イオンの加速エネルギーを変
化させて、または分布の深さを変化させることにより、
その現れ方について検討した結果、次に示す新たな知見
を得た。すなわち、１次イオンの加速エネルギーが少な
くとも異なる二以上の条件で、複数回（好ましくは３回
以上）の２次イオン質量分析を行い、複数の仮濃度分布
を求め、これら複数の仮濃度分布の差に基づき、１次イ
オンの加速エネルギーが０であると仮定した場合の推定
濃度分布を求めることで、ノックオン効果の影響を極力
排除した濃度分布が得られることを見い出した。本発明
者等は、この新たな知見に基づき本発明を完成させた。
クオン効果について、１次イオンの加速エネルギーを変
化させて、または分布の深さを変化させることにより、
その現れ方について検討した結果、次に示す新たな知見
を得た。すなわち、１次イオンの加速エネルギーが少な
くとも異なる二以上の条件で、複数回（好ましくは３回
以上）の２次イオン質量分析を行い、複数の仮濃度分布
を求め、これら複数の仮濃度分布の差に基づき、１次イ
オンの加速エネルギーが０であると仮定した場合の推定
濃度分布を求めることで、ノックオン効果の影響を極力
排除した濃度分布が得られることを見い出した。本発明
者等は、この新たな知見に基づき本発明を完成させた。
【００１５】本発明に係る濃度分布測定方法で求めた濃
度分布は、コンピュータシミュレーションの結果とも良
好に一致することが確認された。また、本発明に係る濃
度分布測定方法では、特に、急峻な濃度分布でも、ノッ
クオン効果の影響を極力排除して、より正確に濃度分布
を測定することができることが確認された。
度分布は、コンピュータシミュレーションの結果とも良
好に一致することが確認された。また、本発明に係る濃
度分布測定方法では、特に、急峻な濃度分布でも、ノッ
クオン効果の影響を極力排除して、より正確に濃度分布
を測定することができることが確認された。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例について、詳細に説明
する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるこ
となく、本発明の範囲内で種々に改変することが可能で
ある。
する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるこ
となく、本発明の範囲内で種々に改変することが可能で
ある。
【００１７】実施例１
まず、予め母材中の不純物分布が異なる試料を準備し
た。準備した試料を、表１に示す。
た。準備した試料を、表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１中、試料Ｂ−１，Ｂ−６，Ｂ−９は、
シリコン基板の表面に、49ＢＦ2 +イオンを表１中のエ
ネルギーで、しかもドーズ量が１×１０13ｃｍ-2の条件
で、それぞれイオン注入した試料である。また、表１
中、試料Ｂ−１１は、試料Ｂ−１と同じ条件で作成した
試料の表面に、ポリシリコン膜を厚さ７０ｎｍで堆積し
た試料である。
シリコン基板の表面に、49ＢＦ2 +イオンを表１中のエ
ネルギーで、しかもドーズ量が１×１０13ｃｍ-2の条件
で、それぞれイオン注入した試料である。また、表１
中、試料Ｂ−１１は、試料Ｂ−１と同じ条件で作成した
試料の表面に、ポリシリコン膜を厚さ７０ｎｍで堆積し
た試料である。
【００２０】なお、注入エネルギーは、注入不純物（11
Ｂ+ ）の分布ピークの深さ、すなわち、投影飛程（Ｒ
ｐ）が、同表に示す値とほぼ同じになるように、ＬＳＳ
理論による投影飛程データから算出することにより設定
した。次に、これら試料について、下記の表２に示すよ
うに、１次イオンの加速エネルギーを、５．５ｋｅＶ，
８．０ｋｅＶ，１０．５ｋｅＶの三つの条件で、２次イ
オン質量分析（ＳＩＭＳ）をそれぞれ行った。そして、
各１次イオン加速エネルギーにおけるスパッタ速度を一
定（０．０６〜０．０８ｎｍ／秒）とするために、各１
次イオン加速エネルギーにおける電流値を、表２に示す
ように、それぞれ６５ｎＡ，９５ｎＡ，１２０ｎＡとし
た。
Ｂ+ ）の分布ピークの深さ、すなわち、投影飛程（Ｒ
ｐ）が、同表に示す値とほぼ同じになるように、ＬＳＳ
理論による投影飛程データから算出することにより設定
した。次に、これら試料について、下記の表２に示すよ
うに、１次イオンの加速エネルギーを、５．５ｋｅＶ，
８．０ｋｅＶ，１０．５ｋｅＶの三つの条件で、２次イ
オン質量分析（ＳＩＭＳ）をそれぞれ行った。そして、
各１次イオン加速エネルギーにおけるスパッタ速度を一
定（０．０６〜０．０８ｎｍ／秒）とするために、各１
次イオン加速エネルギーにおける電流値を、表２に示す
ように、それぞれ６５ｎＡ，９５ｎＡ，１２０ｎＡとし
た。
【００２１】
【表２】
【００２２】表２に示すように、１次イオンとしては、
32Ｏ2 + を用い、ラスターサイズとしては、５００×５
００μｍとし、解析範囲としては、試料中の直径６２μ
ｍの部分とし、検出イオン（二次イオン）としては、11
Ｂ+ と29Ｓｉ+ とし、ＳＩＭＳ装置としては、カメカ
（ＣＡＭＥＣＡ）社のｉｍｓ−３ｆを用いた。
32Ｏ2 + を用い、ラスターサイズとしては、５００×５
００μｍとし、解析範囲としては、試料中の直径６２μ
ｍの部分とし、検出イオン（二次イオン）としては、11
Ｂ+ と29Ｓｉ+ とし、ＳＩＭＳ装置としては、カメカ
（ＣＡＭＥＣＡ）社のｉｍｓ−３ｆを用いた。
【００２３】なお、各加速エネルギーによってスパッタ
速度が変わる理由としては、ＳＩＭＳの各条件におい
て、１次イオンビームの入射角が変化するためであると
推定した。図１に、試料２に対してＳＩＭＳを行う場合
に、推定される一次イオンの入射角と、１次イオンエネ
ルギーとの依存性を示す。
速度が変わる理由としては、ＳＩＭＳの各条件におい
て、１次イオンビームの入射角が変化するためであると
推定した。図１に、試料２に対してＳＩＭＳを行う場合
に、推定される一次イオンの入射角と、１次イオンエネ
ルギーとの依存性を示す。
【００２４】前記試料Ｂ−１，Ｂ−６，Ｂ−９，Ｂ−１
１について、上記表２の条件で、ＳＩＭＳ分析した結果
を、それぞれ図２〜５に示す。図２〜５に示すように、
いずれの試料でも、11Ｂ+ の測定濃度分布（仮濃度分
布）は、１次イオンの加速エネルギーが低いほど、その
濃度分布は狭まり、ピーク濃度が高くなることが確認さ
れた。
１について、上記表２の条件で、ＳＩＭＳ分析した結果
を、それぞれ図２〜５に示す。図２〜５に示すように、
いずれの試料でも、11Ｂ+ の測定濃度分布（仮濃度分
布）は、１次イオンの加速エネルギーが低いほど、その
濃度分布は狭まり、ピーク濃度が高くなることが確認さ
れた。
【００２５】ただし、これらの測定結果においては、浅
い部分の測定濃度分布では、いわゆるＰＩＩ効果（１次
イオン注入効果）とノックオン効果の両方の影響を受け
ている可能性があることが判明した。なお、ＰＩＩ効果
とは、試料の極表面をＳＩＭＳ分析する際に生じる効果
であり、１次イオンが試料の最表面層に注入され、その
濃度分析に依存して２次イオン生成率が時々刻々変化す
る現象である。このＰＩＩ効果により、試料の最表面か
ら深さＸ≦Ｄx の領域で得られる２次イオン強度の解釈
が困難となり、このため試料の表面層の不純物などの元
素を定量分析することは困難である。本発明者は、この
ＰＩＩ効果を考慮して、正確にＳＩＭＳ分析することが
できる方法を提案し、先に出願したが、本発明とは直接
の関係がないので、その説明は省略する。
い部分の測定濃度分布では、いわゆるＰＩＩ効果（１次
イオン注入効果）とノックオン効果の両方の影響を受け
ている可能性があることが判明した。なお、ＰＩＩ効果
とは、試料の極表面をＳＩＭＳ分析する際に生じる効果
であり、１次イオンが試料の最表面層に注入され、その
濃度分析に依存して２次イオン生成率が時々刻々変化す
る現象である。このＰＩＩ効果により、試料の最表面か
ら深さＸ≦Ｄx の領域で得られる２次イオン強度の解釈
が困難となり、このため試料の表面層の不純物などの元
素を定量分析することは困難である。本発明者は、この
ＰＩＩ効果を考慮して、正確にＳＩＭＳ分析することが
できる方法を提案し、先に出願したが、本発明とは直接
の関係がないので、その説明は省略する。
【００２６】各測定濃度分布について、ＰＩＩ効果が生
じていると推定される領域を、29Ｓｉ+ の二次イオン強
度分布から求め、各測定濃度分布曲線に重ねてみた。そ
の結果、試料Ｂ−１，Ｂ−６については、試料表面から
分布の主の領域（濃度が高い領域）まで、ＰＩＩ効果を
受けていると推定された。
じていると推定される領域を、29Ｓｉ+ の二次イオン強
度分布から求め、各測定濃度分布曲線に重ねてみた。そ
の結果、試料Ｂ−１，Ｂ−６については、試料表面から
分布の主の領域（濃度が高い領域）まで、ＰＩＩ効果を
受けていると推定された。
【００２７】ＰＩＩ効果とノックオン効果とを同時に受
けている領域を解析することは、その系が煩雑になるこ
とから、本実施例では、ノックオン効果のみを受けてい
る領域で、その効果を定量化するために、以下の説明で
は、試料Ｂ−９およびＢ−１１のみのデータに基づき検
討を行った。
けている領域を解析することは、その系が煩雑になるこ
とから、本実施例では、ノックオン効果のみを受けてい
る領域で、その効果を定量化するために、以下の説明で
は、試料Ｂ−９およびＢ−１１のみのデータに基づき検
討を行った。
【００２８】図４，５に示すように、試料Ｂ−９，Ｂ−
１１における11Ｂ+ の測定濃度分布について観察する
と、１次イオンの加速エネルギーが高くなるにつれて、
濃度分布の広がりが大きくなることが分かる。この濃度
分布の広がりの傾向を、定量的に判断し、真の11Ｂ+ の
濃度分布との相関関係を知るために、ΔＤという概念を
導入した。このΔＤは、下記の数式（１）で定義され
る。
１１における11Ｂ+ の測定濃度分布について観察する
と、１次イオンの加速エネルギーが高くなるにつれて、
濃度分布の広がりが大きくなることが分かる。この濃度
分布の広がりの傾向を、定量的に判断し、真の11Ｂ+ の
濃度分布との相関関係を知るために、ΔＤという概念を
導入した。このΔＤは、下記の数式（１）で定義され
る。
【００２９】
【数１】
【００３０】このΔＤを、濃度分布上で模式的に表わせ
ば、図６中のΔＤ1，ΔＤ2，ΔＤ0，ΔＤxに対応する。
すなわち、ΔＤは、図６に示すように、１次イオンの加
速エネルギーを変化させて測定した複数の測定不純物濃
度分布（仮濃度分布）において、同一不純物濃度での、
その分布の深さの差である。その基準は、ＳＩＭＳ装置
で良好に測定できる最低加速エネルギー（たとえば５．
５ｋｅＶ）での濃度分布とする。したがって、図６中の
ΔＤ0は０である。
ば、図６中のΔＤ1，ΔＤ2，ΔＤ0，ΔＤxに対応する。
すなわち、ΔＤは、図６に示すように、１次イオンの加
速エネルギーを変化させて測定した複数の測定不純物濃
度分布（仮濃度分布）において、同一不純物濃度での、
その分布の深さの差である。その基準は、ＳＩＭＳ装置
で良好に測定できる最低加速エネルギー（たとえば５．
５ｋｅＶ）での濃度分布とする。したがって、図６中の
ΔＤ0は０である。
【００３１】試料Ｂ−９，Ｂ−１１についての一次イオ
ンの加速エネルギーを変化させたＳＩＭＳ分析の結果得
られた不純物濃度分布から、不純物濃度の５点につい
て、上記ΔＤを求め、１次イオン加速エネルギーとの関
係を調べた結果を図７，８に示す。図７，８に示すよう
に、同一不純物濃度でのΔＤの比較により、１次イオン
加速エネルギーが高くなるほど、ΔＤが大きくなる傾向
が確認された。また、図７，８の比較により、測定濃度
分布が急峻であるほど（図５の測定濃度分布の方が、図
４の測定濃度分布よりも急峻である）、ΔＤが大きくな
ることが確認された。さらに、濃度が低くなるほど、Δ
Ｄは大きくなる傾向が確認された。
ンの加速エネルギーを変化させたＳＩＭＳ分析の結果得
られた不純物濃度分布から、不純物濃度の５点につい
て、上記ΔＤを求め、１次イオン加速エネルギーとの関
係を調べた結果を図７，８に示す。図７，８に示すよう
に、同一不純物濃度でのΔＤの比較により、１次イオン
加速エネルギーが高くなるほど、ΔＤが大きくなる傾向
が確認された。また、図７，８の比較により、測定濃度
分布が急峻であるほど（図５の測定濃度分布の方が、図
４の測定濃度分布よりも急峻である）、ΔＤが大きくな
ることが確認された。さらに、濃度が低くなるほど、Δ
Ｄは大きくなる傾向が確認された。
【００３２】以上の結果より、不純物濃度のＳＩＭＳ測
定濃度分布は、ノックオン効果により、深さ方向へ単純
に平行移動するのではなく、濃度分布形状、および不純
物濃度の違いにより、異なった挙動を示すことが確認さ
れた。次に、本実施例では、試料Ｂ−９とＢ−１１につ
いて、11Ｂ+ の測定濃度分布のピーク濃度について検討
した。図４，５に示すように、１次イオンの加速エネル
ギーが高くなることによって、そのピーク濃度が低くな
る傾向にある。この傾向を定量的に知るために、各試料
Ｂ−９，Ｂ−１１について、１次イオンの加速エネルギ
ーとピーク濃度との関係を調べた。その結果を図９に示
す。
定濃度分布は、ノックオン効果により、深さ方向へ単純
に平行移動するのではなく、濃度分布形状、および不純
物濃度の違いにより、異なった挙動を示すことが確認さ
れた。次に、本実施例では、試料Ｂ−９とＢ−１１につ
いて、11Ｂ+ の測定濃度分布のピーク濃度について検討
した。図４，５に示すように、１次イオンの加速エネル
ギーが高くなることによって、そのピーク濃度が低くな
る傾向にある。この傾向を定量的に知るために、各試料
Ｂ−９，Ｂ−１１について、１次イオンの加速エネルギ
ーとピーク濃度との関係を調べた。その結果を図９に示
す。
【００３３】図９に示すように、試料Ｂ−１１のよう
に、濃度分布が急峻な場合には、加速エネルギーが高く
なるほど、そのピーク濃度が低くなることが確認され
た。しかし、濃度分布がなだならかな試料Ｂ−９では、
この傾向が確認されなかった。次に、試料Ｂ−９，Ｂ−
１１のピーク深さが、１次イオン加速エネルギーにより
どの様に変化するかについて検討を行った。ピーク深さ
の変位を定量的に扱うために、前記ΔＤと類似したΔＸ
ｐという概念を導入した。ΔＸｐは、下記の数式（２）
によって表わせる。
に、濃度分布が急峻な場合には、加速エネルギーが高く
なるほど、そのピーク濃度が低くなることが確認され
た。しかし、濃度分布がなだならかな試料Ｂ−９では、
この傾向が確認されなかった。次に、試料Ｂ−９，Ｂ−
１１のピーク深さが、１次イオン加速エネルギーにより
どの様に変化するかについて検討を行った。ピーク深さ
の変位を定量的に扱うために、前記ΔＤと類似したΔＸ
ｐという概念を導入した。ΔＸｐは、下記の数式（２）
によって表わせる。
【００３４】
【数２】
【００３５】図１０に、１次イオンの加速エネルギーと
ΔＸｐとの関係を示す。図１０に示すように、測定ピー
ク濃度の深さ位置は、１次イオンの加速エネルギーによ
らず一定であることが確認された。本実施例では、以上
の新たな知見に基づき、図７，８に示すような１次イオ
ン加速エネルギーとΔＤとの関係から、それらのデータ
を直線で結び（外挿法）、１次イオンの加速エネルギー
が０であると仮定した場合のΔＤ（図６においては、Δ
Ｄx）を、各不純物濃度毎に求めた。
ΔＸｐとの関係を示す。図１０に示すように、測定ピー
ク濃度の深さ位置は、１次イオンの加速エネルギーによ
らず一定であることが確認された。本実施例では、以上
の新たな知見に基づき、図７，８に示すような１次イオ
ン加速エネルギーとΔＤとの関係から、それらのデータ
を直線で結び（外挿法）、１次イオンの加速エネルギー
が０であると仮定した場合のΔＤ（図６においては、Δ
Ｄx）を、各不純物濃度毎に求めた。
【００３６】また、図９，１０に示す結果から、同様な
外挿法により、１次イオンの加速エネルギーが０である
と仮定した場合のピーク濃度と、ピーク深さ位置とを求
めた。本実施例では、「ノックオン効果は、すべて１次
イオンの加速エネルギーに依存する」という前提の基
に、「加速エネルギー０ｋｅＶ＝ノックオン効果の影響
がない」と仮定して、ノックオン効果の影響がない真の
不純物濃度分布に極近い推定不純物濃度分布を求めた。
推定不純物濃度分布を求めるに際しては、加速エネルギ
ーが異なる複数の測定不純物濃度分布から、できるだけ
多くの不純物濃度についてのΔＤを求めることが好まし
い。データの精度が向上するからである。
外挿法により、１次イオンの加速エネルギーが０である
と仮定した場合のピーク濃度と、ピーク深さ位置とを求
めた。本実施例では、「ノックオン効果は、すべて１次
イオンの加速エネルギーに依存する」という前提の基
に、「加速エネルギー０ｋｅＶ＝ノックオン効果の影響
がない」と仮定して、ノックオン効果の影響がない真の
不純物濃度分布に極近い推定不純物濃度分布を求めた。
推定不純物濃度分布を求めるに際しては、加速エネルギ
ーが異なる複数の測定不純物濃度分布から、できるだけ
多くの不純物濃度についてのΔＤを求めることが好まし
い。データの精度が向上するからである。
【００３７】試料Ｂ−１１，Ｂ−９についての各推定不
純物濃度分布を図６，１１，１２中の二点鎖線で示す。
図１１，１２においては、一次イオンの加速エネルギー
が１０．５ｋｅＶである場合の測定不純物濃度分布（仮
不純物濃度）も同時に実線で示す。
純物濃度分布を図６，１１，１２中の二点鎖線で示す。
図１１，１２においては、一次イオンの加速エネルギー
が１０．５ｋｅＶである場合の測定不純物濃度分布（仮
不純物濃度）も同時に実線で示す。
【００３８】図１１，１２に示すように、不純物濃度分
布が急峻であるほど（試料Ｂ−１１の場合）、測定不純
物濃度分布と推定濃度分布とが相違し、しかも不純物濃
度が低いほど相違することが確認された。逆に言えば、
本実施例の方法によれば、不純物濃度分布が急峻な場合
でも、または不純物濃度が低い場合でも、真の不純物濃
度分布にきわめて近い推定不純物濃度分布を得ることが
できることを示している。
布が急峻であるほど（試料Ｂ−１１の場合）、測定不純
物濃度分布と推定濃度分布とが相違し、しかも不純物濃
度が低いほど相違することが確認された。逆に言えば、
本実施例の方法によれば、不純物濃度分布が急峻な場合
でも、または不純物濃度が低い場合でも、真の不純物濃
度分布にきわめて近い推定不純物濃度分布を得ることが
できることを示している。
【００３９】なお、本実施例の方法により求めた推定不
純物濃度が、真の不純物濃度にきわめて近いことは、図
１３に示す実線のコンピュータシミュレーション結果か
らも明かである。すなわち、コンピュータシミュレーシ
ョンの結果を示す実線は、１０．５ｋｅＶの一次イオン
加速エネルギーで行ったＳＩＭＳ結果（図中黒丸）に比
較し、本実施例の方法で求めた試料Ｂ−１１に関する推
定濃度分布（図中白丸の点）と非常に良く一致すること
が確認された。
純物濃度が、真の不純物濃度にきわめて近いことは、図
１３に示す実線のコンピュータシミュレーション結果か
らも明かである。すなわち、コンピュータシミュレーシ
ョンの結果を示す実線は、１０．５ｋｅＶの一次イオン
加速エネルギーで行ったＳＩＭＳ結果（図中黒丸）に比
較し、本実施例の方法で求めた試料Ｂ−１１に関する推
定濃度分布（図中白丸の点）と非常に良く一致すること
が確認された。
【００４０】コンピュータシミュレーションは、商品名
「SUPREM-3,MONTE CARLO ION IMPLANTATION 」プロ
グラムにより行った。実施例２ 本実施例では、ＳＩＭＳによる測定対象を、図１４に示
すように、ポリシリコン膜、酸化シリコン膜およびシリ
コン基板の積層構造において、ポリシリコン膜と酸化シ
リコン膜との界面付近でのリン（Ｐ）の濃度分布とした
以外は、実施例１と同様にして、推定濃度分布Ｘを求め
た。
「SUPREM-3,MONTE CARLO ION IMPLANTATION 」プロ
グラムにより行った。実施例２ 本実施例では、ＳＩＭＳによる測定対象を、図１４に示
すように、ポリシリコン膜、酸化シリコン膜およびシリ
コン基板の積層構造において、ポリシリコン膜と酸化シ
リコン膜との界面付近でのリン（Ｐ）の濃度分布とした
以外は、実施例１と同様にして、推定濃度分布Ｘを求め
た。
【００４１】すなわち、一次イオンの加速エネルギーを
２以上変化させ、そのＳＩＭＳ結果によるリンの測定濃
度分布Ａ，Ｂ，Ｃを求め、その測定濃度分布Ａ，Ｂ，Ｃ
の差分から、実施例１と同様にして、推定濃度分布Ｘを
求めた。この実施例では、本実施例の方法を用いて、ポ
リシリコン膜中に含まれる不純物としてのリンが、酸化
シリコン膜中にどのように分布するかを、正確に把握す
ることが可能になる。
２以上変化させ、そのＳＩＭＳ結果によるリンの測定濃
度分布Ａ，Ｂ，Ｃを求め、その測定濃度分布Ａ，Ｂ，Ｃ
の差分から、実施例１と同様にして、推定濃度分布Ｘを
求めた。この実施例では、本実施例の方法を用いて、ポ
リシリコン膜中に含まれる不純物としてのリンが、酸化
シリコン膜中にどのように分布するかを、正確に把握す
ることが可能になる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、極微量の濃度分布または急峻な濃度分布でも、ノッ
クオン効果の影響を極力排除して、より正確に濃度分布
を測定することができる。
ば、極微量の濃度分布または急峻な濃度分布でも、ノッ
クオン効果の影響を極力排除して、より正確に濃度分布
を測定することができる。
【００４３】本発明の方法を用いれば、次世代あるいは
次次世代の半導体装置（たとえば１６Ｍ−ＳＲＡＭ、６
４Ｍ−ＳＲＡＭ、高密度ＡＳＩＣなど）の超浅接合にお
ける極微量不純物の濃度分布の精密解析・評価に適用す
ることができ、プロセス設計並びに高精度な不純物分布
シミュレーションを構築することができる。
次次世代の半導体装置（たとえば１６Ｍ−ＳＲＡＭ、６
４Ｍ−ＳＲＡＭ、高密度ＡＳＩＣなど）の超浅接合にお
ける極微量不純物の濃度分布の精密解析・評価に適用す
ることができ、プロセス設計並びに高精度な不純物分布
シミュレーションを構築することができる。
【００４４】また、本発明の方法を用いて、高濃度の不
純物を含有する薄膜（リン（Ｐ）ドープポリシリコン薄
膜、砒素（Ａｓ）ドープポリシリコン薄膜、ボロン・リ
ンドープシリゲートガラス薄膜（ＢＰＳＧ）、リンドー
プシリゲートガラス薄膜（ＰＳＧ））から下層への不純
物分布測定を行い、故意的あるいは寄生的な不純物拡散
現象を高精度に解明することができる。この方法は、た
とえば不純物をドープしたポリシリコン膜をゲート電極
として用いたＭＯＳトランジスタの薄いゲート酸化膜中
の不純物濃度分布を明らかにし、半導体装置の研究・開
発の推進に効果がある。
純物を含有する薄膜（リン（Ｐ）ドープポリシリコン薄
膜、砒素（Ａｓ）ドープポリシリコン薄膜、ボロン・リ
ンドープシリゲートガラス薄膜（ＢＰＳＧ）、リンドー
プシリゲートガラス薄膜（ＰＳＧ））から下層への不純
物分布測定を行い、故意的あるいは寄生的な不純物拡散
現象を高精度に解明することができる。この方法は、た
とえば不純物をドープしたポリシリコン膜をゲート電極
として用いたＭＯＳトランジスタの薄いゲート酸化膜中
の不純物濃度分布を明らかにし、半導体装置の研究・開
発の推進に効果がある。
【００４５】さらに、本発明の方法は、ＳＩＭＳ法を利
用した、あらゆる分野の適正な濃度分布解析、評価に応
用することができる。たとえば、異種材質の積層体ある
いは接合体（合金も含む）の界面の分析にも応用するこ
とができる。
用した、あらゆる分野の適正な濃度分布解析、評価に応
用することができる。たとえば、異種材質の積層体ある
いは接合体（合金も含む）の界面の分析にも応用するこ
とができる。
【図１】図１は、ＳＩＭＳにおいて、一次イオンの推定
される入射角が、１次イオンエネルギーによる依存性を
有することを示す図である。
される入射角が、１次イオンエネルギーによる依存性を
有することを示す図である。
【図２】図２は試料Ｂ−１についてのＳＩＭＳ分析によ
る測定結果を示す図である。
る測定結果を示す図である。
【図３】図３は試料Ｂ−６についてのＳＩＭＳ分析によ
る測定結果を示す図である。
る測定結果を示す図である。
【図４】図４は試料Ｂ−９についてのＳＩＭＳ分析によ
る測定結果を示す図である。
る測定結果を示す図である。
【図５】図５は試料Ｂ−１１についてのＳＩＭＳ分析に
よる測定結果を示す図である。
よる測定結果を示す図である。
【図６】図６はΔＤを濃度分布上で模式的に表わすため
の概略図である。
の概略図である。
【図７】図７は試料Ｂ−１１についてΔＤと１次イオン
加速エネルギーとの関係を調べた結果を示すグラフであ
る。
加速エネルギーとの関係を調べた結果を示すグラフであ
る。
【図８】図８は試料Ｂ−９についてΔＤと１次イオン加
速エネルギーとの関係を調べた結果を示すグラフであ
る。
速エネルギーとの関係を調べた結果を示すグラフであ
る。
【図９】図９は、試料Ｂ−９とＢ−１１について、１次
イオンの加速エネルギーとピーク濃度との関係を調べた
グラフである。
イオンの加速エネルギーとピーク濃度との関係を調べた
グラフである。
【図１０】図１０は、試料Ｂ−９とＢ−１１について、
１次イオンの加速エネルギーとピーク深さとの関係を調
べたグラフである。
１次イオンの加速エネルギーとピーク深さとの関係を調
べたグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例に係る方法で求
めた、試料Ｂ−１１についての推定不純物濃度分布を示
すグラフである。
めた、試料Ｂ−１１についての推定不純物濃度分布を示
すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例に係る方法で求
めた、試料Ｂ−９についての推定不純物濃度分布を示す
グラフである。
めた、試料Ｂ−９についての推定不純物濃度分布を示す
グラフである。
【図１３】図１３はコンピュータシミュレーション結果
と推定濃度分布との比較を示すグラフである。
と推定濃度分布との比較を示すグラフである。
【図１４】図１４は本発明の他の実施例に係る推定濃度
分布を示すグラフである。
分布を示すグラフである。
２… 試料
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−188020（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−83644（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−72152（ＪＰ，Ａ)
三谷英介，ＳＩＭＳによる深さ方向濃
度分布測定における測定値の補正につい
て，質量分析，日本，1983年12月29日,
第31巻第４号，第297−300頁
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 23/00 - 23/227
G01N 27/62 - 27/70
H01J 49/00 - 49/48
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 被分析試料中の対象となる元素を、２次
イオン質量分析法により定量分析する方法を利用して、
対象となる元素の濃度分布を測定する方法において、 上記被分析試料に対し、１次イオンの加速エネルギーが
少なくとも異なる二以上の条件で、複数回の２次イオン
質量分析を行い、複数の仮濃度分布を求める工程と、 上記複数の仮濃度分布の差に基づき、１次イオンの加速
エネルギーが０であると仮定した場合の推定濃度分布を
求める工程とを有する濃度分布測定方法。 - 【請求項２】 上記複数の仮濃度分布における同一濃度
での深さの差を、濃度を変えて複数求める工程と、 上記同一濃度での深さの差に基づき、１次イオンの加速
エネルギーが０であると仮定した場合の推定深さを、対
応する濃度毎に、それぞれ求め、その対応する濃度にお
ける推定深さの点を結ぶことにより、推定濃度分布を求
める工程とを有する請求項１に記載の濃度分布測定方
法。 - 【請求項３】 上記複数の仮濃度分布のピーク値の濃度
の差を求める工程と、 このピーク値の濃度の差から、１次イオンの加速エネル
ギーが０であると仮定した場合の推定濃度分布のピーク
値を求める工程とを有する請求項２に記載の濃度分布測
定方法。 - 【請求項４】 上記複数の仮濃度分布は、２次イオン質
量分析装置で出力できる最低限に近い１次イオンの最低
加速エネルギーで測定した結果の仮濃度分布と、その最
低限に近い加速エネルギーに対して、少なくとも２ｋｅ
Ｖ以上離れた１次イオンの加速エネルギーで測定した結
果の仮濃度分布とを含むことを特徴とする請求項１〜３
に記載の濃度分布測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33866093A JP3374497B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 濃度分布測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33866093A JP3374497B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 濃度分布測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07198633A JPH07198633A (ja) | 1995-08-01 |
| JP3374497B2 true JP3374497B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=18320266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33866093A Expired - Fee Related JP3374497B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 濃度分布測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3374497B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5564841B2 (ja) * | 2009-07-09 | 2014-08-06 | 富士通株式会社 | 二次イオン質量分析法及び二次イオン質量分析システム |
| JP5391942B2 (ja) * | 2009-09-07 | 2014-01-15 | 富士通株式会社 | 二次イオン質量分析における一次イオンエネルギー補正方法 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33866093A patent/JP3374497B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 三谷英介，ＳＩＭＳによる深さ方向濃度分布測定における測定値の補正について，質量分析，日本，１９８３年１２月２９日，第３１巻第４号，第２９７−３００頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07198633A (ja) | 1995-08-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |