JP3396980B2 - 濃度分布の解析方法 - Google Patents
濃度分布の解析方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、濃度分布の解析方法に
係り、さらに詳しくは、基板の深さ方向の特定イオンの
濃度分布のみ成らず、基板に対して水平方向の濃度分布
をも正確に解析することができる濃度分布の解析方法に
関する。
係り、さらに詳しくは、基板の深さ方向の特定イオンの
濃度分布のみ成らず、基板に対して水平方向の濃度分布
をも正確に解析することができる濃度分布の解析方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】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ＳＩＭＳ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。
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ＳＩＭＳ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１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、Ｏ2
+ ，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１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、Ｏ2
+ ，Ｃｓ+ ，Ａｒ+ ，Ｇａ+ などが用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＳＩＭＳ装
置の平面分解能は、装置原理と分析諸条件とに強く依存
しており、良好に装置の諸ファクターを微調整した場合
でも、せいぜい数μm 〜１０数μm 程度である。このた
め、イオン注入領域からの横広がりのようなサブミクロ
ン以下の領域に分布する不純物濃度を、試料の上面方向
から直接的に表面分析することはほとんど不可能であ
る。
置の平面分解能は、装置原理と分析諸条件とに強く依存
しており、良好に装置の諸ファクターを微調整した場合
でも、せいぜい数μm 〜１０数μm 程度である。このた
め、イオン注入領域からの横広がりのようなサブミクロ
ン以下の領域に分布する不純物濃度を、試料の上面方向
から直接的に表面分析することはほとんど不可能であ
る。
【０００５】このようなサブミクロン以下の領域に分布
する不純物濃度を、ＳＩＭＳ法を用いて解析する場合
に、何らかの加工処理を行うことが提案されている。従
来より試みられている方法として、大別すると、次の二
通りの方法がある。第１の方法は、文献（J.Vac.Scl.Te
chnol.B,Vol.10,No.1,Jan/Feb 1992 の第３５３頁〜第
３５７頁）にて記載してあるような方法である。この方
法では、複数のストライプ状に形成したイオン注入領域
の長手方向に対して、きわめて浅い角度（θ＝０．０８
〜０．１度）でクロスするように、平行な複数本のエッ
チング溝をドライエッチング法で形成する。その深さ
は、注入不純物の主分布領域よりやや深めとする。次
に、ＳＩＭＳ分析時の形状効果を回避するため、半導体
平坦化技術を用いて、ポリシリコンなどの材料で、この
溝の埋め込みを行う。このようにして得られた試料の溝
端に隣接する元の注入基板の表面上を、溝方向に、順
次、イオンビームまたはサンプル・ステージをシフトせ
しめ、ポイント状に分析する。
する不純物濃度を、ＳＩＭＳ法を用いて解析する場合
に、何らかの加工処理を行うことが提案されている。従
来より試みられている方法として、大別すると、次の二
通りの方法がある。第１の方法は、文献（J.Vac.Scl.Te
chnol.B,Vol.10,No.1,Jan/Feb 1992 の第３５３頁〜第
３５７頁）にて記載してあるような方法である。この方
法では、複数のストライプ状に形成したイオン注入領域
の長手方向に対して、きわめて浅い角度（θ＝０．０８
〜０．１度）でクロスするように、平行な複数本のエッ
チング溝をドライエッチング法で形成する。その深さ
は、注入不純物の主分布領域よりやや深めとする。次
に、ＳＩＭＳ分析時の形状効果を回避するため、半導体
平坦化技術を用いて、ポリシリコンなどの材料で、この
溝の埋め込みを行う。このようにして得られた試料の溝
端に隣接する元の注入基板の表面上を、溝方向に、順
次、イオンビームまたはサンプル・ステージをシフトせ
しめ、ポイント状に分析する。
【０００６】この方法では、クロス角度（θ）に依存し
て、横方向実距離（ΔＸ）がエッチング溝端線に沿い拡
大射影され、分解能が向上する。たとえばｌ＝ΔＸ／ｓ
ｉｎθ、θ＝０．０８〜０．１として、ほぼ８００〜１
０００倍に拡大される。ところが、この第１の方法で
は、イオンビームを、実用レベルの実効径である１０μ
m 以下程度にスポット状に絞り込んでも、横方向実距離
に換算して、０．０１〜０．０１２５μm の平面分解能
しか得られない。たとえば、ΔＸ＝０．１μm を対象と
すると、射影されてｌ＝８０〜１００μm であり、分析
ポイントは高々８〜１０点に分離されているに過ぎな
い。
て、横方向実距離（ΔＸ）がエッチング溝端線に沿い拡
大射影され、分解能が向上する。たとえばｌ＝ΔＸ／ｓ
ｉｎθ、θ＝０．０８〜０．１として、ほぼ８００〜１
０００倍に拡大される。ところが、この第１の方法で
は、イオンビームを、実用レベルの実効径である１０μ
m 以下程度にスポット状に絞り込んでも、横方向実距離
に換算して、０．０１〜０．０１２５μm の平面分解能
しか得られない。たとえば、ΔＸ＝０．１μm を対象と
すると、射影されてｌ＝８０〜１００μm であり、分析
ポイントは高々８〜１０点に分離されているに過ぎな
い。
【０００７】また、この第１の方法では、試料加工に、
フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術、平
坦化技術などの高度かつ複雑な半導体プロセス技術を要
する上、その試料の作成に時間がかかると言う課題を有
する。さらに、この第１の方法では、イオン注入領域と
非注入領域との境界線と、エッチング溝ストライプ線と
のクロスポイントを、高精度で判定することが困難であ
り、最終的に、横方向に分布する濃度の分布解析の絶対
位置精度を高く保つことが困難である上、各分析ポイン
トで同一条件で分析したと仮定しても、初期表面から深
さ位置を正確に決定することが、著しく困難という欠点
を有している。
フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術、平
坦化技術などの高度かつ複雑な半導体プロセス技術を要
する上、その試料の作成に時間がかかると言う課題を有
する。さらに、この第１の方法では、イオン注入領域と
非注入領域との境界線と、エッチング溝ストライプ線と
のクロスポイントを、高精度で判定することが困難であ
り、最終的に、横方向に分布する濃度の分布解析の絶対
位置精度を高く保つことが困難である上、各分析ポイン
トで同一条件で分析したと仮定しても、初期表面から深
さ位置を正確に決定することが、著しく困難という欠点
を有している。
【０００８】第２の方法は、シーメンス（Siemens ）社
のクリーゲルン（R. von Criegern）等が提案している
方法であり、この方法では、イオン注入された試料の表
面と略直角方向に試料側面を切断加工し、この面に対し
て垂直にＳＩＭＳデプスプロファイリング分析を行う。
この第２の方法では、試料側面からＳＩＭＳ分析を行う
ため、イオン注入による不純物の横方向分布を測定する
ことはできる。
のクリーゲルン（R. von Criegern）等が提案している
方法であり、この方法では、イオン注入された試料の表
面と略直角方向に試料側面を切断加工し、この面に対し
て垂直にＳＩＭＳデプスプロファイリング分析を行う。
この第２の方法では、試料側面からＳＩＭＳ分析を行う
ため、イオン注入による不純物の横方向分布を測定する
ことはできる。
【０００９】ところが、この方法では、試料側面を切断
及び研磨加工する必要があるため、研磨加工のための特
殊な治具を必要とする。また、この第２の方法では、Ｓ
ＩＭＳデプスプロファイリング分析を行うことから、サ
ブナノレベル（１ｎｍ以下）の分解能を必要とするた
め、ポイント状のイオンビームを使うことができず、あ
る面域（たとえば１００×１００μm 、５００×５００
μm ）にラスタースキャンを施すなどのビーム走査が必
要不可欠である。このため、元来マスク直下において
も、イオン注入窓明け直下の領域と同様に、イオン注入
方向に対して、ドーピング不純物が、ある濃度勾配を形
成しているにもかかわらず、その分布状態を分解して捕
らえることはできない。すなわち、従来の第２の方法で
は、単に横方向に拡散分布している濃度分布状態を、注
入方向に対しては積分してしまうにとどまる。
及び研磨加工する必要があるため、研磨加工のための特
殊な治具を必要とする。また、この第２の方法では、Ｓ
ＩＭＳデプスプロファイリング分析を行うことから、サ
ブナノレベル（１ｎｍ以下）の分解能を必要とするた
め、ポイント状のイオンビームを使うことができず、あ
る面域（たとえば１００×１００μm 、５００×５００
μm ）にラスタースキャンを施すなどのビーム走査が必
要不可欠である。このため、元来マスク直下において
も、イオン注入窓明け直下の領域と同様に、イオン注入
方向に対して、ドーピング不純物が、ある濃度勾配を形
成しているにもかかわらず、その分布状態を分解して捕
らえることはできない。すなわち、従来の第２の方法で
は、単に横方向に拡散分布している濃度分布状態を、注
入方向に対しては積分してしまうにとどまる。
【００１０】なお、ＳＩＭＳ法以外に、濃度分布を解析
する方法も存在する。ところが、イオン注入からマスク
下へ拡散再分布する不純物の濃度レベルは、注入ドーズ
量やアニール条件などに依存するが、１０13〜１０17at
oms ／ｃｍ3程度である。投射飛程深さ（ＲP ）のマス
ク端直下でも、せいぜい〜１０19atoms ／ｃｍ3 程度で
ある。したがって、ＳＩＭＳ法以外の物理的分析技術
（ＸＰＳ，ＡＥＳ，ＲＢＳ，ＥＰＭＡ−ＷＤＸ／ＥＤＸ
など）では、いずれも検出限界を下回ってしまい、分析
は不可能である。分析的手法以外で、従来から試みられ
てる方法として、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）法、走査
型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）法などがある。いずれもｐ
ｎ接合領域を、その垂直断面部より評価する方法であ
る。以下、それぞれの特徴と問題点とを簡単に指摘す
る。
する方法も存在する。ところが、イオン注入からマスク
下へ拡散再分布する不純物の濃度レベルは、注入ドーズ
量やアニール条件などに依存するが、１０13〜１０17at
oms ／ｃｍ3程度である。投射飛程深さ（ＲP ）のマス
ク端直下でも、せいぜい〜１０19atoms ／ｃｍ3 程度で
ある。したがって、ＳＩＭＳ法以外の物理的分析技術
（ＸＰＳ，ＡＥＳ，ＲＢＳ，ＥＰＭＡ−ＷＤＸ／ＥＤＸ
など）では、いずれも検出限界を下回ってしまい、分析
は不可能である。分析的手法以外で、従来から試みられ
てる方法として、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）法、走査
型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）法などがある。いずれもｐ
ｎ接合領域を、その垂直断面部より評価する方法であ
る。以下、それぞれの特徴と問題点とを簡単に指摘す
る。
【００１１】ＴＥＭを利用した選択エッチング／断面Ｔ
ＥＭ観察法では、ステイン液を用いて、注入領域の垂直
断面に化学的エッチングを施し、不純物の濃度高低に依
存した選択エッチングを行う。当然、注入窓と注入マス
クとの両方の領域にわたって連続的な濃度等高線が形成
されているから、これをエッチング縞模様としてＴＥＭ
法により高倍率で観察することができる。
ＥＭ観察法では、ステイン液を用いて、注入領域の垂直
断面に化学的エッチングを施し、不純物の濃度高低に依
存した選択エッチングを行う。当然、注入窓と注入マス
クとの両方の領域にわたって連続的な濃度等高線が形成
されているから、これをエッチング縞模様としてＴＥＭ
法により高倍率で観察することができる。
【００１２】この手法は、ＴＥＭ観察用に超薄膜試験片
を作製する高度な技術を要する上、観察結果の定量的取
扱が困難である。但し、定性的評価法としては優れてい
る。ＳＴＭを利用した超高真空ＳＴＭ計測法では、ｐｎ
接合表面を超高真空（ＵＨＶ）下（または大気中）で劈
開露出し、ＳＴＭチップを二次元的にスキャンさせる。
プローブの面内分解能数は１０ｎｍと比較的高いが、ト
ンネル電流値と不純物濃度値との定量的関係が未だ明確
ではない。
を作製する高度な技術を要する上、観察結果の定量的取
扱が困難である。但し、定性的評価法としては優れてい
る。ＳＴＭを利用した超高真空ＳＴＭ計測法では、ｐｎ
接合表面を超高真空（ＵＨＶ）下（または大気中）で劈
開露出し、ＳＴＭチップを二次元的にスキャンさせる。
プローブの面内分解能数は１０ｎｍと比較的高いが、ト
ンネル電流値と不純物濃度値との定量的関係が未だ明確
ではない。
【００１３】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、基板の深さ方向の特定イオンの濃度分布のみ成ら
ず、基板に対して水平方向の濃度分布をも正確に解析す
ることができる濃度分布の解析方法を提供することを目
的とする。
れ、基板の深さ方向の特定イオンの濃度分布のみ成ら
ず、基板に対して水平方向の濃度分布をも正確に解析す
ることができる濃度分布の解析方法を提供することを目
的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点によ
れば、濃度分布を解析すべき基板の表面に、当該基板と
異なる材質のダミー膜を成膜し、膜厚が異なる前記ダミ
ー膜が成膜されたサンプル基板を複数種類準備する工程
と、前記準備された複数種類のサンプル基板に対して、
前記ダミー膜方向から、略同一条件で特定の不純物を導
入する工程と、前記不純物が導入された前記複数種類の
サンプル基板の表面に存在する前記ダミー膜を除去する
工程と、前記ダミー膜が除去された前記複数種類の各サ
ンプル基板の側方から、破壊式質量分析を行い、前記各
サンプル基板に導入された前記不純物の二次イオン強度
を測定する質量分析工程と、前記前記ダミー膜の膜厚が
異なり、かつ、ダミー膜の膜厚が近似した、２枚のサン
プル基板についての前記測定した二次イオン強度の差分
を、順次複数のサンプル基板について算出する差分算出
工程と、 前記算出した差分を濃度変換する工程と を有す
る濃度分布の解析方法が提供される。
れば、濃度分布を解析すべき基板の表面に、当該基板と
異なる材質のダミー膜を成膜し、膜厚が異なる前記ダミ
ー膜が成膜されたサンプル基板を複数種類準備する工程
と、前記準備された複数種類のサンプル基板に対して、
前記ダミー膜方向から、略同一条件で特定の不純物を導
入する工程と、前記不純物が導入された前記複数種類の
サンプル基板の表面に存在する前記ダミー膜を除去する
工程と、前記ダミー膜が除去された前記複数種類の各サ
ンプル基板の側方から、破壊式質量分析を行い、前記各
サンプル基板に導入された前記不純物の二次イオン強度
を測定する質量分析工程と、前記前記ダミー膜の膜厚が
異なり、かつ、ダミー膜の膜厚が近似した、２枚のサン
プル基板についての前記測定した二次イオン強度の差分
を、順次複数のサンプル基板について算出する差分算出
工程と、 前記算出した差分を濃度変換する工程と を有す
る濃度分布の解析方法が提供される。
【００１５】好ましくは、前記ダミー膜が除去されたサ
ンプル基板の表面に、当該サンプル基板と異なる材質の
緩衝膜をそれぞれ成膜する工程をさらに有し、前記質量
分析工程において、前記緩衝膜が成膜されたサンプル基
板の側方から質量分析を行う。
ンプル基板の表面に、当該サンプル基板と異なる材質の
緩衝膜をそれぞれ成膜する工程をさらに有し、前記質量
分析工程において、前記緩衝膜が成膜されたサンプル基
板の側方から質量分析を行う。
【００１６】本発明の第２の観点によれば、濃度分布を
解析すべきサンプル基板を複数準備する工程と、前記準
備された複数のサンプル基板に同一条件で不純物を導入
する工程と、前記不純物を導入した複数のサンプル基板
の表面を、それぞれ異なる深さでエッチング加工する工
程と、前記各サンプル基板の側方から、破壊式質量分析
を行い、前記エッチング加工された各サンプル基板に前
記導入された前記不純物の二次イオン強度を測定する質
量分析工程と、前記エッチング深さが異なり、かつエッ
チング深さが近似する２枚のサンプル基板についての前
記測定した二次イオン強度の差分を、順次複数のサンプ
ル基板について算出する差分算出工程と、前記算出した
差分を濃度変換する工程とを有する濃度分布の解析方法
が提供される。
解析すべきサンプル基板を複数準備する工程と、前記準
備された複数のサンプル基板に同一条件で不純物を導入
する工程と、前記不純物を導入した複数のサンプル基板
の表面を、それぞれ異なる深さでエッチング加工する工
程と、前記各サンプル基板の側方から、破壊式質量分析
を行い、前記エッチング加工された各サンプル基板に前
記導入された前記不純物の二次イオン強度を測定する質
量分析工程と、前記エッチング深さが異なり、かつエッ
チング深さが近似する２枚のサンプル基板についての前
記測定した二次イオン強度の差分を、順次複数のサンプ
ル基板について算出する差分算出工程と、前記算出した
差分を濃度変換する工程とを有する濃度分布の解析方法
が提供される。
【００１７】好ましくは、前記エッチング加工されたサ
ンプル基板の表面に、当該サンプル基板と異なる材質の
緩衝膜をそれぞれ成膜する工程をさらに有し、前記質量
分析工程において、前記緩衝膜が成膜されたサンプル基
板の側方から質量分析を行う。また好ましくは、前記サ
ンプル基板の表面に不純物を導入する工程において、イ
オン注入により前記サンプル基板の表面に不純物を導入
する。
ンプル基板の表面に、当該サンプル基板と異なる材質の
緩衝膜をそれぞれ成膜する工程をさらに有し、前記質量
分析工程において、前記緩衝膜が成膜されたサンプル基
板の側方から質量分析を行う。また好ましくは、前記サ
ンプル基板の表面に不純物を導入する工程において、イ
オン注入により前記サンプル基板の表面に不純物を導入
する。
【００１８】好ましくは、前記ダミー膜は、前記濃度分
布を解析すべきサンプル基板に対して、エッチング時の
選択性が大きく、しかも前記不純物の導入に際しては、
前記濃度分布を解析すべきサンプル基板と略同様に不純
物の導入現象が生じる材質で構成される。たとえば、前
記濃度分布を解析すべきサンプル基板が単結晶シリコン
基板であり、前記ダミー膜が熱酸化による酸化シリコン
膜で構成される。また、前記緩衝膜がポリシリコン膜で
構成される得る。好ましくは、前記質量分析を行うに際
して、一次イオンのラスタースキャンを行い、そのスキ
ャン領域の一部が、前記緩衝膜の領域にもかかる。ま
た、好ましくは、前記質量分析を行うに際して、一次イ
オンをラスタースキャンすると共に、前記濃度分布を解
析すべきサンプル基板を、スキャン方向に重ねて直線往
復移動させる。また好ましくは、前記破壊式質量分析工
程において、二次イオン質量分析を行なう。
布を解析すべきサンプル基板に対して、エッチング時の
選択性が大きく、しかも前記不純物の導入に際しては、
前記濃度分布を解析すべきサンプル基板と略同様に不純
物の導入現象が生じる材質で構成される。たとえば、前
記濃度分布を解析すべきサンプル基板が単結晶シリコン
基板であり、前記ダミー膜が熱酸化による酸化シリコン
膜で構成される。また、前記緩衝膜がポリシリコン膜で
構成される得る。好ましくは、前記質量分析を行うに際
して、一次イオンのラスタースキャンを行い、そのスキ
ャン領域の一部が、前記緩衝膜の領域にもかかる。ま
た、好ましくは、前記質量分析を行うに際して、一次イ
オンをラスタースキャンすると共に、前記濃度分布を解
析すべきサンプル基板を、スキャン方向に重ねて直線往
復移動させる。また好ましくは、前記破壊式質量分析工
程において、二次イオン質量分析を行なう。
【００１９】
１．本発明に係る第１の濃度分布解析方法評価用サンプル基板の作製
本発明に係る第１の濃度分布の解析方法では、膜厚がそ
れぞれΔｔ×ｋ（ｋ＝０，１，２… ｎ）ｎｍのダミー
膜が成膜されたｎ＋１個のサンプル基板を準備する。こ
れらサンプル基板のダミー膜の表面には、実デバイス作
製時と同一条件の不純物導入マスク（たとえばイオン注
入用レジストマスク）をそれぞれ形成する。この場合、
窓明け部分の形状としては、その窓幅は、実デバイス作
製時のそれと等しくし、窓の長さは半無限ストライプ状
とする。
れぞれΔｔ×ｋ（ｋ＝０，１，２… ｎ）ｎｍのダミー
膜が成膜されたｎ＋１個のサンプル基板を準備する。こ
れらサンプル基板のダミー膜の表面には、実デバイス作
製時と同一条件の不純物導入マスク（たとえばイオン注
入用レジストマスク）をそれぞれ形成する。この場合、
窓明け部分の形状としては、その窓幅は、実デバイス作
製時のそれと等しくし、窓の長さは半無限ストライプ状
とする。
【００２０】そして、この窓からイオン注入法などで、
各サンプル基板に対して、同一条件で不純物を導入す
る。一方、注入不純物の主分布領域は、イオン注入時の
投影飛程値をＲｐとした時、注入窓直下方向にｋ0 ×Ｒ
ｐ（ｋ0 ＝２〜５）の領域とみなして良いことから、Δ
ｔは、ｋ0 ×Ｒｐ／Ｎ（Ｎ＝２０程度）を目安として決
定する。Δｔは、可能な限り小さいことが、精度向上の
観点から好ましいが、ダミー膜の成膜技術に依存し、た
とえば１ｎｍ程度である。各サンプル基板に形成された
ダミー膜の膜厚は、エリプソメータなどにより実測して
おくことが必須である（実測しない場合でも、成膜の膜
厚を成膜条件との相関データにより実験的評価を行って
おくこと）。このダミー膜の膜厚精度を、ｎｍレベルに
保つことが本発明の一つのポイントである。
各サンプル基板に対して、同一条件で不純物を導入す
る。一方、注入不純物の主分布領域は、イオン注入時の
投影飛程値をＲｐとした時、注入窓直下方向にｋ0 ×Ｒ
ｐ（ｋ0 ＝２〜５）の領域とみなして良いことから、Δ
ｔは、ｋ0 ×Ｒｐ／Ｎ（Ｎ＝２０程度）を目安として決
定する。Δｔは、可能な限り小さいことが、精度向上の
観点から好ましいが、ダミー膜の成膜技術に依存し、た
とえば１ｎｍ程度である。各サンプル基板に形成された
ダミー膜の膜厚は、エリプソメータなどにより実測して
おくことが必須である（実測しない場合でも、成膜の膜
厚を成膜条件との相関データにより実験的評価を行って
おくこと）。このダミー膜の膜厚精度を、ｎｍレベルに
保つことが本発明の一つのポイントである。
【００２１】また、ダミー膜は、前記基板に対して、エ
ッチング時の選択性が大きく、しかも不純物の導入に際
しては、前記基板と略同様に不純物の導入現象が生じる
材質で構成される。たとえば、基板が単結晶シリコン基
板である場合には、ダミー膜としては、酸化シリコン膜
であることが好ましい。これらの両物質は、核阻止能及
び電子阻止能の等価性より、イオン注入不純物種や注入
エネルギーなどによらず、注入現象に対してはほとんど
等価な物質としてみなすことができる。この点も、本発
明のポイントの一つである。
ッチング時の選択性が大きく、しかも不純物の導入に際
しては、前記基板と略同様に不純物の導入現象が生じる
材質で構成される。たとえば、基板が単結晶シリコン基
板である場合には、ダミー膜としては、酸化シリコン膜
であることが好ましい。これらの両物質は、核阻止能及
び電子阻止能の等価性より、イオン注入不純物種や注入
エネルギーなどによらず、注入現象に対してはほとんど
等価な物質としてみなすことができる。この点も、本発
明のポイントの一つである。
【００２２】次に、不純物導入マスクを除去し、その後
ダミー膜をそれぞれ除去する。ダミー膜の除去により、
その中に導入された不純物も除去される。次に、ダミー
膜が除去されたそれぞれの基板の表面に、緩衝膜を成膜
する。緩衝膜の膜厚は、全て略同一でよく、その膜厚
は、たとえば数μm 程度である。緩衝膜としては、特に
限定されず、たとえばポリシリコン膜が用いられる。こ
の緩衝膜を形成することで、後工程で基板の側面を研磨
加工する際に、もともとの基板表面と側端部とのコーナ
ー部での研磨ダレを極力防止し得る。
ダミー膜をそれぞれ除去する。ダミー膜の除去により、
その中に導入された不純物も除去される。次に、ダミー
膜が除去されたそれぞれの基板の表面に、緩衝膜を成膜
する。緩衝膜の膜厚は、全て略同一でよく、その膜厚
は、たとえば数μm 程度である。緩衝膜としては、特に
限定されず、たとえばポリシリコン膜が用いられる。こ
の緩衝膜を形成することで、後工程で基板の側面を研磨
加工する際に、もともとの基板表面と側端部とのコーナ
ー部での研磨ダレを極力防止し得る。
【００２３】次に、上記の処理を行った各サンプル基板
の側端面（基板の表面に対して略直角な側端面）であっ
て、不純物導入マスクの窓明け部の長手方向に沿って平
行な側端面を切断・研磨する。ＳＩＭＳデプス・プロフ
ァイリング時の面内並びに深さ方向の不均一エッチング
効果を回避し、０．０１〜０．１ｎｍレベルの深さ分解
能を保つためには、側端面は、通常の半導体ウェーハの
ミラー面程度の仕上げ加工を施すことが重要である。
の側端面（基板の表面に対して略直角な側端面）であっ
て、不純物導入マスクの窓明け部の長手方向に沿って平
行な側端面を切断・研磨する。ＳＩＭＳデプス・プロフ
ァイリング時の面内並びに深さ方向の不均一エッチング
効果を回避し、０．０１〜０．１ｎｍレベルの深さ分解
能を保つためには、側端面は、通常の半導体ウェーハの
ミラー面程度の仕上げ加工を施すことが重要である。
【００２４】ＳＩＭＳ分析
次に、本発明では、上記のようにして準備された（ｎ＋
１）個のサンプル基板の研磨した側端面から破壊式質量
分析を行う。破壊式質量分析としては、たとえばＳＩＭ
Ｓが用いられる。ＳＩＭＳでは、一次イオンビームを照
射し、以下の要領で、ＳＩＭＳデプス・プロファイリン
グを行う。
１）個のサンプル基板の研磨した側端面から破壊式質量
分析を行う。破壊式質量分析としては、たとえばＳＩＭ
Ｓが用いられる。ＳＩＭＳでは、一次イオンビームを照
射し、以下の要領で、ＳＩＭＳデプス・プロファイリン
グを行う。
【００２５】一次イオンビームの照射方法
深さ方向の分解能を０．０１ｎｍ程度に保持してデプス
・プロファイリングを実行するためには、一次イオンビ
ームの広域ラスタースキャン（Ｌμm ×Ｌμm）が必要
である。たとえばＬ＝５００とする。ただし、現在着目
している領域（イオン注入層からの不純物拡散層の厚
さ）は著しく薄いため、アパーチャ・サイズをラスター
サイズに対し、十分大きく設定する。たとえばアパーチ
ャサイズを、０．９Ｌ×０．９Ｌとするか、あるいはア
パーチャをかけずに分析を行う。
・プロファイリングを実行するためには、一次イオンビ
ームの広域ラスタースキャン（Ｌμm ×Ｌμm）が必要
である。たとえばＬ＝５００とする。ただし、現在着目
している領域（イオン注入層からの不純物拡散層の厚
さ）は著しく薄いため、アパーチャ・サイズをラスター
サイズに対し、十分大きく設定する。たとえばアパーチ
ャサイズを、０．９Ｌ×０．９Ｌとするか、あるいはア
パーチャをかけずに分析を行う。
【００２６】サンプリングの方法
ラスタースキャンによる一次イオンビームの照射に際し
ては、サンプル基板を支持するステージを、スキャン方
向に重ねて直線往復移動させることが好ましい。直線往
復移動の方向は、不純物導入マスクのストライプ窓方向
に実質的に平行である。この直線往復移動の往復距離
は、ラスタースキャンサイズＬに対して、最大で５〜１
０倍の距離であることが好ましい。
ては、サンプル基板を支持するステージを、スキャン方
向に重ねて直線往復移動させることが好ましい。直線往
復移動の方向は、不純物導入マスクのストライプ窓方向
に実質的に平行である。この直線往復移動の往復距離
は、ラスタースキャンサイズＬに対して、最大で５〜１
０倍の距離であることが好ましい。
【００２７】この直線往復移動のターニングポイント間
で、着目している不純物元素の特定の二次イオン強度
（Ｉ）を計測する。なお、良好な深さ分解能を保つため
には、不純物元素は１種類に限ることが好ましい。ま
た、モニター・イオン種を別に１種類選定することが好
ましい。ただし、不純物元素種を複数同時に分析するこ
とも可能ではある。
で、着目している不純物元素の特定の二次イオン強度
（Ｉ）を計測する。なお、良好な深さ分解能を保つため
には、不純物元素は１種類に限ることが好ましい。ま
た、モニター・イオン種を別に１種類選定することが好
ましい。ただし、不純物元素種を複数同時に分析するこ
とも可能ではある。
【００２８】このようなサンプリング方式は、単なる固
定域でのラスタースキャンによるサンプリング方式に比
較して、以下の（i ），（ii）の仮定をおくことによ
り、 実質的にスキャンされる範囲を広がり、これにより
測定の分析感度が向上する。 （i ）不純物の濃度勾配は、注入窓（ストライプ状）の
長手方向には形成されていないこと。
定域でのラスタースキャンによるサンプリング方式に比
較して、以下の（i ），（ii）の仮定をおくことによ
り、 実質的にスキャンされる範囲を広がり、これにより
測定の分析感度が向上する。 （i ）不純物の濃度勾配は、注入窓（ストライプ状）の
長手方向には形成されていないこと。
【００２９】（ii）注入窓直下領域から注入マスク直下
領域への不純物拡散に対して、その拡散係数（diffusio
n coefficient ）は濃度に非依存であること。 ラスタースキャン領域の設定方法 一次イオンビームのラスタースキャンによる照射領域
は、サンプル基板のもともとの基板側端面のみならず、
その一部分が、緩衝膜の領域もカバーすることが好まし
い。これにより、不純物導入マスク直下の基板表面近傍
に拡散している不純物元素の濃度分布をも何等欠落させ
ることなく解析することができる。なお、本発明では、
サンプル基板の側端面からＳＩＭＳデプス・プロファイ
リングを行うことで、不純物分布の低濃度領域から高濃
度領域側に分析を行うことになり、ＳＩＭＳに特有のク
レータ周辺効果を極力抑制することができ、分析の精度
が向上する。
領域への不純物拡散に対して、その拡散係数（diffusio
n coefficient ）は濃度に非依存であること。 ラスタースキャン領域の設定方法 一次イオンビームのラスタースキャンによる照射領域
は、サンプル基板のもともとの基板側端面のみならず、
その一部分が、緩衝膜の領域もカバーすることが好まし
い。これにより、不純物導入マスク直下の基板表面近傍
に拡散している不純物元素の濃度分布をも何等欠落させ
ることなく解析することができる。なお、本発明では、
サンプル基板の側端面からＳＩＭＳデプス・プロファイ
リングを行うことで、不純物分布の低濃度領域から高濃
度領域側に分析を行うことになり、ＳＩＭＳに特有のク
レータ周辺効果を極力抑制することができ、分析の精度
が向上する。
【００３０】ＳＩＭＳ分析後または分析と同時に行う処
理 （ｎ＋１）個のサンプル基板に対してＳＩＭＳ分析を行
った後、または分析と同時に、次に示す関係式に基づ
き、二次元濃度分布を求めるための処理を行う。（ｎ＋
１）個のサンプル基板に対してＳＩＭＳ分析を行った結
果の二次イオン強度値の積分値をＩk （Ｘm ）とする
と、一般に次式（１）の関係が保たれる。
理 （ｎ＋１）個のサンプル基板に対してＳＩＭＳ分析を行
った後、または分析と同時に、次に示す関係式に基づ
き、二次元濃度分布を求めるための処理を行う。（ｎ＋
１）個のサンプル基板に対してＳＩＭＳ分析を行った結
果の二次イオン強度値の積分値をＩk （Ｘm ）とする
と、一般に次式（１）の関係が保たれる。
【００３１】
【数１】
【００３２】なお、ｋはｋ番目のサンプル基板を示し、
Ｘm はＳＩＭＳ分析の深さ方向距離を示す。また、ΔＩ
k （Ｘm ）は二つのサンプル基板（ｋ−１，ｋ）間の二
次イオン強度値の差分である。上記数式（１）と等価な
次式（２）が成り立つ。
Ｘm はＳＩＭＳ分析の深さ方向距離を示す。また、ΔＩ
k （Ｘm ）は二つのサンプル基板（ｋ−１，ｋ）間の二
次イオン強度値の差分である。上記数式（１）と等価な
次式（２）が成り立つ。
【００３３】
【数２】
【００３４】ＳＩＭＳ法では、きわめて広域（ダイナミ
ックレンジが１０0 〜１０6 ）にわたり二次イオン強度
測定が可能である。したがって、差分ΔＩk （Ｘm ）
は、有意な量として検出し得る。一方、一般に、ある固
体サンプルの微小空間内に存在している、第Ｊ番目の元
素種の特定質量の二次イオン強度値（ΔＩj ）は次式
（３）で与えられる。
ックレンジが１０0 〜１０6 ）にわたり二次イオン強度
測定が可能である。したがって、差分ΔＩk （Ｘm ）
は、有意な量として検出し得る。一方、一般に、ある固
体サンプルの微小空間内に存在している、第Ｊ番目の元
素種の特定質量の二次イオン強度値（ΔＩj ）は次式
（３）で与えられる。
【００３５】
【数３】
【００３６】ここで、Ｉp は一次イオン電流、η，Ｓは
二次イオン透過率とスパッタリング比である。また、Ｙ
j , Ｃj はそのぞれ元素（Ｊ）の二次イオン生成率と原
子濃度である。（ｎ＋１）種類のサンプルに対するＳＩ
ＭＳデプス・プロファイリング条件を一定に保つことに
より、前記数式（３）中のη、Ｓ、Ｙj 、Ｉp は、いず
れも一定値を取り得ることから、解析目標としている原
子濃度Ｃj は、二次イオン強度値ΔＩj とリニアな関係
を保つ。すなわち、Ｃj ＝Ｋ×ΔＩj である。ここで、
比例係数Ｋは、既知濃度の標準サンプルを用いて決定す
る。
二次イオン透過率とスパッタリング比である。また、Ｙ
j , Ｃj はそのぞれ元素（Ｊ）の二次イオン生成率と原
子濃度である。（ｎ＋１）種類のサンプルに対するＳＩ
ＭＳデプス・プロファイリング条件を一定に保つことに
より、前記数式（３）中のη、Ｓ、Ｙj 、Ｉp は、いず
れも一定値を取り得ることから、解析目標としている原
子濃度Ｃj は、二次イオン強度値ΔＩj とリニアな関係
を保つ。すなわち、Ｃj ＝Ｋ×ΔＩj である。ここで、
比例係数Ｋは、既知濃度の標準サンプルを用いて決定す
る。
【００３７】以上の解析手続を経ることにより、マスク
端直下の垂直面を横切り、マスク下の領域で横方向拡散
（lateral diffusion ）するドーピング不純物の濃度分
布を、二次元的に解析することが可能である。すなわ
ち、特定位置（ｘ）毎に、相隣合う２サンプル間で実測
された二次イオン強度値Ｉk （Ｘm ）とＩK-1 （Ｘm ）
の差分を、順次（ｎ，ｎ−１）→（ｎ−１，ｎ−２）→
……→（２，１）→（２，１）→（１，０）間で求め
（各ｍ値に対してｎ個）、これらを濃度変換して（Ｘ，
Ｚ）面上に二次元的にプロットすることにより、Ｃ
（Ｘ，Ｚ）の二次元濃度分布図が得られる。ただし、こ
こで、Ｚ＝Ｚn ＝（ｎ−ｋ）×Δｔの関係を保つ。ただ
し、ｋ＝０，１，２，…ｎである。
端直下の垂直面を横切り、マスク下の領域で横方向拡散
（lateral diffusion ）するドーピング不純物の濃度分
布を、二次元的に解析することが可能である。すなわ
ち、特定位置（ｘ）毎に、相隣合う２サンプル間で実測
された二次イオン強度値Ｉk （Ｘm ）とＩK-1 （Ｘm ）
の差分を、順次（ｎ，ｎ−１）→（ｎ−１，ｎ−２）→
……→（２，１）→（２，１）→（１，０）間で求め
（各ｍ値に対してｎ個）、これらを濃度変換して（Ｘ，
Ｚ）面上に二次元的にプロットすることにより、Ｃ
（Ｘ，Ｚ）の二次元濃度分布図が得られる。ただし、こ
こで、Ｚ＝Ｚn ＝（ｎ−ｋ）×Δｔの関係を保つ。ただ
し、ｋ＝０，１，２，…ｎである。
【００３８】本発明の方法を採用することにより、その
空間分布の分解能を、横方向（Ｘ）、縦方向（Ｚ，イオ
ン注入方向）に対して最高値を、それぞれ、ΔＸ＝０．
０２〜０．１０ｎｍ、ΔＺ＝１ｎｍの水準で確保するこ
とができる。 ２．本発明に係る第２の濃度分布解析方法 本発明に係る第２の濃度布解析方法は、前記第１の方法
に比較し、次の点が相違するのみであり、その他の手法
は同一なので、重複する部分の説明は、省略する。
空間分布の分解能を、横方向（Ｘ）、縦方向（Ｚ，イオ
ン注入方向）に対して最高値を、それぞれ、ΔＸ＝０．
０２〜０．１０ｎｍ、ΔＺ＝１ｎｍの水準で確保するこ
とができる。 ２．本発明に係る第２の濃度分布解析方法 本発明に係る第２の濃度布解析方法は、前記第１の方法
に比較し、次の点が相違するのみであり、その他の手法
は同一なので、重複する部分の説明は、省略する。
【００３９】この発明では、膜厚の異なるダミー膜が形
成された複数のサンプル基板を準備する代わりに、ダミ
ー膜が形成されていないサンプル基板を複数準備する。
そして、これらサンプル基板に対して、同一条件で不純
物の導入を行った後、不純物の導入を行った側の基板表
面を、それぞれ異なる深さでエッチング加工する。その
後、そのサンプル基板の表面に必要に応じて、緩衝膜を
成膜し、その後は、前記第１の方法と同様にして、ＳＩ
ＭＳデプス・プロファイル分析、その後の演算処理を行
う。
成された複数のサンプル基板を準備する代わりに、ダミ
ー膜が形成されていないサンプル基板を複数準備する。
そして、これらサンプル基板に対して、同一条件で不純
物の導入を行った後、不純物の導入を行った側の基板表
面を、それぞれ異なる深さでエッチング加工する。その
後、そのサンプル基板の表面に必要に応じて、緩衝膜を
成膜し、その後は、前記第１の方法と同様にして、ＳＩ
ＭＳデプス・プロファイル分析、その後の演算処理を行
う。
【００４０】この方法では、複数のサンプル基板の表面
を、高精度の深さでエッチング加工することがポイント
となる。本発明の第２の方法も、前記と同様な作用を有
する。
を、高精度の深さでエッチング加工することがポイント
となる。本発明の第２の方法も、前記と同様な作用を有
する。
【００４１】
【実施例】以下、本発明に係る濃度分布の解析方法を、
図面に示す実施例に基づき、詳細に説明する。図１は本
発明の一実施例に係る濃度分布の解析方法の要点を示す
説明図、図２は不純物導入の際のサンプル基板の要部断
面図、図３はサンプル基板の一部破断斜視図、図４はサ
ンプル基板の側端部を研磨するために基板を保持するホ
ルダーの断面図、図５は一次イオンビームのラスタース
キャンサイズと基板の往復直線移動との関係を示す概略
図、図６はサンプル基板の斜視図である。
図面に示す実施例に基づき、詳細に説明する。図１は本
発明の一実施例に係る濃度分布の解析方法の要点を示す
説明図、図２は不純物導入の際のサンプル基板の要部断
面図、図３はサンプル基板の一部破断斜視図、図４はサ
ンプル基板の側端部を研磨するために基板を保持するホ
ルダーの断面図、図５は一次イオンビームのラスタース
キャンサイズと基板の往復直線移動との関係を示す概略
図、図６はサンプル基板の斜視図である。
【００４２】第１実施例
本実施例では、まず、図２に示すように、膜厚がそれぞ
れΔｔ×ｋ（ｋ＝０，１，２… ｎ）ｎｍのダミー膜４
が成膜されたｎ＋１個のサンプル基板２を準備する。本
実施例では、サンプル基板２としては、単結晶シリコン
ウェーハが用いられる。それらのサンプル基板２の上に
成膜されるダミー膜４は、たとえば酸化シリコン膜で構
成される。酸化シリコン膜で構成されるダミー膜４は、
シリコン基板の表面を熱酸化して形成される。そのダミ
ー膜４の膜厚は、熱酸化条件を調節することにより制御
される。各サンプル基板２の表面に形成されるダミー膜
４の膜厚差Δｔは、可能な限り小さいことが、精度向上
の観点から好ましいが、ダミー膜の成膜技術に依存し、
たとえば１ｎｍ程度である。各サンプル基板２に形成さ
れたダミー膜４の膜厚は、エリプソメータまたはＸ線光
電子分光計（ＸＰＳ）などにより実測しておくことが好
ましい。このダミー膜の膜厚精度を、ｎｍレベルに保つ
ことが本実施例の一つのポイントである。なお、ｋ＝０
の場合とは、基板２の表面に酸化シリコン膜で構成され
るダミー膜を形成しない場合である。
れΔｔ×ｋ（ｋ＝０，１，２… ｎ）ｎｍのダミー膜４
が成膜されたｎ＋１個のサンプル基板２を準備する。本
実施例では、サンプル基板２としては、単結晶シリコン
ウェーハが用いられる。それらのサンプル基板２の上に
成膜されるダミー膜４は、たとえば酸化シリコン膜で構
成される。酸化シリコン膜で構成されるダミー膜４は、
シリコン基板の表面を熱酸化して形成される。そのダミ
ー膜４の膜厚は、熱酸化条件を調節することにより制御
される。各サンプル基板２の表面に形成されるダミー膜
４の膜厚差Δｔは、可能な限り小さいことが、精度向上
の観点から好ましいが、ダミー膜の成膜技術に依存し、
たとえば１ｎｍ程度である。各サンプル基板２に形成さ
れたダミー膜４の膜厚は、エリプソメータまたはＸ線光
電子分光計（ＸＰＳ）などにより実測しておくことが好
ましい。このダミー膜の膜厚精度を、ｎｍレベルに保つ
ことが本実施例の一つのポイントである。なお、ｋ＝０
の場合とは、基板２の表面に酸化シリコン膜で構成され
るダミー膜を形成しない場合である。
【００４３】また、ダミー膜４は、基板２に対して、エ
ッチング時の選択性が大きく、しかも不純物の導入に際
しては、前記基板２と略同様に不純物の導入現象が生じ
る材質で構成される。このような観点から、本実施例で
は、ダミー膜４として、酸化シリコン膜を用いる。シリ
コンと酸化シリコンとは、核阻止能及び電子阻止能の等
価性より、イオン注入不純物種や注入エネルギーなどに
よらず、注入現象に対してはほとんど等価な物質として
みなすことができる。この点も、本実施例のポイントの
一つである。
ッチング時の選択性が大きく、しかも不純物の導入に際
しては、前記基板２と略同様に不純物の導入現象が生じ
る材質で構成される。このような観点から、本実施例で
は、ダミー膜４として、酸化シリコン膜を用いる。シリ
コンと酸化シリコンとは、核阻止能及び電子阻止能の等
価性より、イオン注入不純物種や注入エネルギーなどに
よらず、注入現象に対してはほとんど等価な物質として
みなすことができる。この点も、本実施例のポイントの
一つである。
【００４４】次に、図２に示すように、これらサンプル
基板２のダミー膜４の表面には、実デバイス作製時と同
一条件のイオン注入用レジストマスク６をそれぞれ形成
する。この場合、レジスト膜６の窓８の形状としては、
その窓幅は、実デバイス作製時のそれと等しくし、窓８
の長さは半無限ストライプ状とする。
基板２のダミー膜４の表面には、実デバイス作製時と同
一条件のイオン注入用レジストマスク６をそれぞれ形成
する。この場合、レジスト膜６の窓８の形状としては、
その窓幅は、実デバイス作製時のそれと等しくし、窓８
の長さは半無限ストライプ状とする。
【００４５】そして、この窓８からイオン注入法で、各
サンプル基板２に対して、同一条件で不純物を導入す
る。イオン注入により、図２に示す窓８から、ダミー膜
４及び基板２の表面に不純物が導入される。一方、注入
不純物の主分布領域は、イオン注入時の投影飛程値をＲ
ｐとした時、注入窓直下方向にｋ0 ×Ｒｐ（ｋ0 ＝２〜
５）の領域とみなして良いことから、前記Δｔは、ｋ0
×Ｒｐ／Ｎ（Ｎ＝２０程度）を目安として決定する。Δ
ｔは、前述したように、可能な限り小さいことが、精度
向上の観点から好ましいが、ダミー膜の成膜技術に依存
し、たとえば１ｎｍ程度である。
サンプル基板２に対して、同一条件で不純物を導入す
る。イオン注入により、図２に示す窓８から、ダミー膜
４及び基板２の表面に不純物が導入される。一方、注入
不純物の主分布領域は、イオン注入時の投影飛程値をＲ
ｐとした時、注入窓直下方向にｋ0 ×Ｒｐ（ｋ0 ＝２〜
５）の領域とみなして良いことから、前記Δｔは、ｋ0
×Ｒｐ／Ｎ（Ｎ＝２０程度）を目安として決定する。Δ
ｔは、前述したように、可能な限り小さいことが、精度
向上の観点から好ましいが、ダミー膜の成膜技術に依存
し、たとえば１ｎｍ程度である。
【００４６】次に、それぞれのサンプル基板２のレジス
ト膜６を除去し、その後、ダミー膜４をそれぞれ除去す
る。ダミー膜４の除去により、その中に導入された不純
物も除去される。次に、ダミー膜４が除去されたそれぞ
れの基板２の表面に、図３，６に示すように、緩衝膜１
０を成膜する。緩衝膜１０の膜厚は、各サンプル基板２
について全て略同一でよく、その膜厚は、たとえば数μ
m 程度である。緩衝膜１０としては、特に限定されず、
たとえばポリシリコン膜が用いられる。この緩衝膜１０
を形成することで、後工程で基板２の側面を研磨加工す
る際に、もともとの基板表面と側端部とのコーナー部で
の研磨ダレを極力防止する。
ト膜６を除去し、その後、ダミー膜４をそれぞれ除去す
る。ダミー膜４の除去により、その中に導入された不純
物も除去される。次に、ダミー膜４が除去されたそれぞ
れの基板２の表面に、図３，６に示すように、緩衝膜１
０を成膜する。緩衝膜１０の膜厚は、各サンプル基板２
について全て略同一でよく、その膜厚は、たとえば数μ
m 程度である。緩衝膜１０としては、特に限定されず、
たとえばポリシリコン膜が用いられる。この緩衝膜１０
を形成することで、後工程で基板２の側面を研磨加工す
る際に、もともとの基板表面と側端部とのコーナー部で
の研磨ダレを極力防止する。
【００４７】次に、上記の処理を行った各サンプル基板
２の側端面（基板の表面に対して略直角な側端面）であ
って、レジスト膜６の窓明け部８の長手方向に沿って平
行な側端面１１（図４参照）を、平面Ｅ（図３，４，
５，６参照）まで切断・研磨する。ＳＩＭＳデプス・プ
ロファイリング時の面内並びに深さ方向の不均一エッチ
ング効果を回避し、０．０１〜０．１ｎｍレベルの深さ
分解能を保つためには、側端面１１は、通常の半導体ウ
ェーハのミラー面程度の仕上げ加工を施すことが重要で
ある。
２の側端面（基板の表面に対して略直角な側端面）であ
って、レジスト膜６の窓明け部８の長手方向に沿って平
行な側端面１１（図４参照）を、平面Ｅ（図３，４，
５，６参照）まで切断・研磨する。ＳＩＭＳデプス・プ
ロファイリング時の面内並びに深さ方向の不均一エッチ
ング効果を回避し、０．０１〜０．１ｎｍレベルの深さ
分解能を保つためには、側端面１１は、通常の半導体ウ
ェーハのミラー面程度の仕上げ加工を施すことが重要で
ある。
【００４８】側端面１１の加工に際しては、図４に示す
チップ固定治具１２を用い、市販の研磨装置で、メカニ
カルにラップ／ポリッシュまたはメカノケミカル研磨を
行う。メカノケミカル研磨に際しては、たとえばＳＯＩ
技術などで用いられる高純度シリカ微粒子を主成分とし
た研磨剤を含むアルカリ溶液などが用いられる。
チップ固定治具１２を用い、市販の研磨装置で、メカニ
カルにラップ／ポリッシュまたはメカノケミカル研磨を
行う。メカノケミカル研磨に際しては、たとえばＳＯＩ
技術などで用いられる高純度シリカ微粒子を主成分とし
た研磨剤を含むアルカリ溶液などが用いられる。
【００４９】固定治具１２としては、加工精度が高いも
のを使用し、且つサンプル基板２の固定は、ネジ部１６
によるネジ締め固定に加え、溝１４の内部でのワックス
止めを行い、研磨時のガタ、ズレ、傾きなどが発生しな
いようにする。通常のメカニカル研磨で、平面Ｅをミラ
ー面程度に仕上げ加工するには、０．０５〜０．１μm
程度のペーストと適正オイルとを用いる。
のを使用し、且つサンプル基板２の固定は、ネジ部１６
によるネジ締め固定に加え、溝１４の内部でのワックス
止めを行い、研磨時のガタ、ズレ、傾きなどが発生しな
いようにする。通常のメカニカル研磨で、平面Ｅをミラ
ー面程度に仕上げ加工するには、０．０５〜０．１μm
程度のペーストと適正オイルとを用いる。
【００５０】このような基板２の側端面１１の加工は、
市販の研磨装置、たとえば拡がり抵抗測定で用いられる
試料研磨装置を応用して達成し得るが、たとえば特開平
５−２０６０９０号などに示す装置などを用いることも
できる。このような研磨に際し、本実施例では、基板２
の表面に、緩衝膜１０が形成してあることから、基板２
と緩衝膜１０との界面に研磨ダレが発生することはな
い。
市販の研磨装置、たとえば拡がり抵抗測定で用いられる
試料研磨装置を応用して達成し得るが、たとえば特開平
５−２０６０９０号などに示す装置などを用いることも
できる。このような研磨に際し、本実施例では、基板２
の表面に、緩衝膜１０が形成してあることから、基板２
と緩衝膜１０との界面に研磨ダレが発生することはな
い。
【００５１】次に、本実施例では、上記のようにして準
備された（ｎ＋１）個のサンプル基板２の研磨した側端
面である平面Ｅから、一次イオンビームを照射し、以下
の要領で、ＳＩＭＳデプス・プロファイリングを行う。
深さ方向の分解能を０．０１ｎｍ程度に保持してデプス
・プロファイリングを実行するためには、一次イオンビ
ームの広域ラスタースキャン（Ｌμm ×Ｌμm）が必要
である。たとえばＬ＝５００μm とする。ただし、現在
着目している領域（イオン注入層からの不純物拡散層の
厚さ）は著しく薄いため、アパーチャ・サイズをラスタ
ーサイズに対し、十分大きく設定する。たとえばアパー
チャサイズを、０．９Ｌ×０．９Ｌとするか、あるいは
アパーチャをかけずに分析を行う。
備された（ｎ＋１）個のサンプル基板２の研磨した側端
面である平面Ｅから、一次イオンビームを照射し、以下
の要領で、ＳＩＭＳデプス・プロファイリングを行う。
深さ方向の分解能を０．０１ｎｍ程度に保持してデプス
・プロファイリングを実行するためには、一次イオンビ
ームの広域ラスタースキャン（Ｌμm ×Ｌμm）が必要
である。たとえばＬ＝５００μm とする。ただし、現在
着目している領域（イオン注入層からの不純物拡散層の
厚さ）は著しく薄いため、アパーチャ・サイズをラスタ
ーサイズに対し、十分大きく設定する。たとえばアパー
チャサイズを、０．９Ｌ×０．９Ｌとするか、あるいは
アパーチャをかけずに分析を行う。
【００５２】ＳＩＭＳによる実測条件の一例を下記の表
１に示す。
１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】本実施例では、ラスタースキャンによる一
次イオンビームの照射に際しては、図５，６に示すよう
に、サンプル基板２を支持するステージを、スキャン方
向に重ねて直線往復移動させる。図６に示すように、サ
ンプル基板２の直線往復移動の方向Ｖ，Ｗは、図２に示
すレジスト膜６のストライプ窓８方向に実質的に平行で
ある。この直線往復移動の往復距離（α×Ｌ）は、図５
に示すように、ラスタースキャンサイズＬに対して、最
大でα＝５〜１０倍の距離であることが好ましい。な
お、図５，６において、符号１８に示す範囲が、一次イ
オンビームによるラスタースキャンの範囲である。
次イオンビームの照射に際しては、図５，６に示すよう
に、サンプル基板２を支持するステージを、スキャン方
向に重ねて直線往復移動させる。図６に示すように、サ
ンプル基板２の直線往復移動の方向Ｖ，Ｗは、図２に示
すレジスト膜６のストライプ窓８方向に実質的に平行で
ある。この直線往復移動の往復距離（α×Ｌ）は、図５
に示すように、ラスタースキャンサイズＬに対して、最
大でα＝５〜１０倍の距離であることが好ましい。な
お、図５，６において、符号１８に示す範囲が、一次イ
オンビームによるラスタースキャンの範囲である。
【００５５】この直線往復移動のターニングポイントＹ
1 ，Ｙ2 間で、着目している不純物元素の特定の二次イ
オン強度（Ｉ）を計測する。なお、図６に示すように、
一次イオンビームによるラスタースキャンと同時に、基
板２を矢印Ｖ，Ｗ方向に往復移動させることから、一次
イオンビームが実質的に照射される範囲は、ｇｈｉｊで
囲まれる領域である。
1 ，Ｙ2 間で、着目している不純物元素の特定の二次イ
オン強度（Ｉ）を計測する。なお、図６に示すように、
一次イオンビームによるラスタースキャンと同時に、基
板２を矢印Ｖ，Ｗ方向に往復移動させることから、一次
イオンビームが実質的に照射される範囲は、ｇｈｉｊで
囲まれる領域である。
【００５６】なお、良好な深さ分解能を保つためには、
不純物元素は１種類に限ることが好ましい。また、モニ
ター・イオン種を別に１種類選定することが好ましい。
ただし、不純物元素種を複数同時に分析することも可能
ではある。このようなサンプリング方式は、単なる固定
域でのラスタースキャンによるサンプリング方式に比較
して、以下の（i ），（ii）の仮定をおくことにより、
実質的にスキャンされる範囲を広がり、これにより測定
の分析感度が向上する。
不純物元素は１種類に限ることが好ましい。また、モニ
ター・イオン種を別に１種類選定することが好ましい。
ただし、不純物元素種を複数同時に分析することも可能
ではある。このようなサンプリング方式は、単なる固定
域でのラスタースキャンによるサンプリング方式に比較
して、以下の（i ），（ii）の仮定をおくことにより、
実質的にスキャンされる範囲を広がり、これにより測定
の分析感度が向上する。
【００５７】（i ）不純物の濃度勾配は、注入窓８（ス
トライプ状）の長手方向には形成されていないこと。 （ii）注入窓直下領域から注入マスク直下領域への不純
物拡散に対して、その拡散係数（diffusion coefficien
t ）は濃度に非依存であること。
トライプ状）の長手方向には形成されていないこと。 （ii）注入窓直下領域から注入マスク直下領域への不純
物拡散に対して、その拡散係数（diffusion coefficien
t ）は濃度に非依存であること。
【００５８】一次イオンビームのラスタースキャンによ
る照射領域は、サンプル基板２のもともとの基板側端面
のみならず、その一部分が、緩衝膜１０の領域もカバー
することが好ましい。これにより、レジスト膜６直下の
基板表面近傍に拡散している不純物元素の濃度分布をも
何等欠落させることなく解析することができる。なお、
本実施例では、サンプル基板２の側端面である平面Ｅか
ら平面Ｉに向かう方向Ｘ（向きはマイナス）にＳＩＭＳ
デプス・プロファイリングを行う。このことは、結果的
に、不純物分布の低濃度領域から高濃度領域側に分析を
行うことになり、ＳＩＭＳに特有のクレータ周辺効果を
極力抑制することができ、分析精度が向上する。
る照射領域は、サンプル基板２のもともとの基板側端面
のみならず、その一部分が、緩衝膜１０の領域もカバー
することが好ましい。これにより、レジスト膜６直下の
基板表面近傍に拡散している不純物元素の濃度分布をも
何等欠落させることなく解析することができる。なお、
本実施例では、サンプル基板２の側端面である平面Ｅか
ら平面Ｉに向かう方向Ｘ（向きはマイナス）にＳＩＭＳ
デプス・プロファイリングを行う。このことは、結果的
に、不純物分布の低濃度領域から高濃度領域側に分析を
行うことになり、ＳＩＭＳに特有のクレータ周辺効果を
極力抑制することができ、分析精度が向上する。
【００５９】なお、図６において、ダミー膜が除去され
た後の基板２の表面のストライプ状のイオン注入領域が
ＡＢＣＤａｂｃｄで囲まれた領域であり、平面Ｉ（Ｂｂ
ｅＥ）及び平面ＩＩ（ＡａｆＦ）が、図２に示すレジス
ト膜６の窓８の縁に対応する平面である。不純物は、イ
オン注入領域内で深さ方向Ｚにも拡散分布するが、平面
Ｉ及びＩＩを越えて、横方向Ｘにも拡散する。本実施例
の方法は、後述するように、基板２の深さ方向Ｚ及び横
方向Ｘの不純物濃度分布を高精度で求めるために、都合
のよい方法である。
た後の基板２の表面のストライプ状のイオン注入領域が
ＡＢＣＤａｂｃｄで囲まれた領域であり、平面Ｉ（Ｂｂ
ｅＥ）及び平面ＩＩ（ＡａｆＦ）が、図２に示すレジス
ト膜６の窓８の縁に対応する平面である。不純物は、イ
オン注入領域内で深さ方向Ｚにも拡散分布するが、平面
Ｉ及びＩＩを越えて、横方向Ｘにも拡散する。本実施例
の方法は、後述するように、基板２の深さ方向Ｚ及び横
方向Ｘの不純物濃度分布を高精度で求めるために、都合
のよい方法である。
【００６０】本実施例では、（ｎ＋１）個のサンプル基
板２に対して横方向ＸからＳＩＭＳ分析を行った後、ま
たは分析と同時に、次に示す関係式に基づき、二次元濃
度分布を求めるための処理を行う。（ｎ＋１）個のサン
プル基板２に対して、ターニングポイントの２点（Ｙ
1 ，Ｙ2 ）間で、ＳＩＭＳ分析を行った結果の二次イオ
ン強度値の積分値をＩk （Ｘm ）とすると、一般に次式
（１）の関係が保たれる。
板２に対して横方向ＸからＳＩＭＳ分析を行った後、ま
たは分析と同時に、次に示す関係式に基づき、二次元濃
度分布を求めるための処理を行う。（ｎ＋１）個のサン
プル基板２に対して、ターニングポイントの２点（Ｙ
1 ，Ｙ2 ）間で、ＳＩＭＳ分析を行った結果の二次イオ
ン強度値の積分値をＩk （Ｘm ）とすると、一般に次式
（１）の関係が保たれる。
【００６１】
【数４】
【００６２】上記式は、２点（Ｙ1 ，Ｙ2 ）間で片道又
は往復の積分のどちらでも成り立つ。なお、ｋはｋ番目
のサンプル基板を示し、Ｘm はＳＩＭＳ分析の深さ方向
距離を示す。また、ΔＩk （Ｘm ）は二つのサンプル基
板（ｋ−１，ｋ）間の二次イオン強度値の差分である。
は往復の積分のどちらでも成り立つ。なお、ｋはｋ番目
のサンプル基板を示し、Ｘm はＳＩＭＳ分析の深さ方向
距離を示す。また、ΔＩk （Ｘm ）は二つのサンプル基
板（ｋ−１，ｋ）間の二次イオン強度値の差分である。
【００６３】上記数式（１）と等価な次式（２）が成り
立つ。
立つ。
【００６４】
【数５】
【００６５】ＳＩＭＳ法では、きわめて広域（ダイナミ
ックレンジが１０0 〜１０6 ）にわたり二次イオン強度
測定が可能である。したがって、差分ΔＩk （Ｘm ）
は、有意な量として検出し得る。なお、Ｘm ＝０、すな
わち、ＳＩＭＳプロファイリングが平面Ｉを横切り、イ
オン注入領域に入る界面位置は、第ｋ番目のサンプル毎
にＩk （Ｘm ）がもはや変化を示さず、一定値を示し始
めることから判別することができる。
ックレンジが１０0 〜１０6 ）にわたり二次イオン強度
測定が可能である。したがって、差分ΔＩk （Ｘm ）
は、有意な量として検出し得る。なお、Ｘm ＝０、すな
わち、ＳＩＭＳプロファイリングが平面Ｉを横切り、イ
オン注入領域に入る界面位置は、第ｋ番目のサンプル毎
にＩk （Ｘm ）がもはや変化を示さず、一定値を示し始
めることから判別することができる。
【００６６】一方、一般に、ある固体サンプルの微小空
間内に存在している、第Ｊ番目の元素種の特定質量の二
次イオン強度値（ΔＩj ）は次式（３）で与えられる。
間内に存在している、第Ｊ番目の元素種の特定質量の二
次イオン強度値（ΔＩj ）は次式（３）で与えられる。
【００６７】
【数６】
【００６８】ここで、Ｉp は一次イオン電流、η，Ｓは
二次イオン透過率とスパッタリング比である。また、Ｙ
j , Ｃj はそれぞれ元素（Ｊ）の二次イオン生成率と原
子濃度である。（ｎ＋１）種類のサンプルに対するＳＩ
ＭＳデプス・プロファイリング条件を一定に保つことに
より、前記数式（３）中のη、Ｓ、Ｙj 、Ｉp は、いず
れも一定値を取り得ることから、解析目標としている原
子濃度Ｃj は、二次イオン強度値ΔＩj とリニアな関係
を保つ。すなわち、Ｃj ＝Ｋ×ΔＩj である。ここで、
比例係数Ｋは、既知濃度の標準サンプルを用いて決定す
る。
二次イオン透過率とスパッタリング比である。また、Ｙ
j , Ｃj はそれぞれ元素（Ｊ）の二次イオン生成率と原
子濃度である。（ｎ＋１）種類のサンプルに対するＳＩ
ＭＳデプス・プロファイリング条件を一定に保つことに
より、前記数式（３）中のη、Ｓ、Ｙj 、Ｉp は、いず
れも一定値を取り得ることから、解析目標としている原
子濃度Ｃj は、二次イオン強度値ΔＩj とリニアな関係
を保つ。すなわち、Ｃj ＝Ｋ×ΔＩj である。ここで、
比例係数Ｋは、既知濃度の標準サンプルを用いて決定す
る。
【００６９】以上の解析手続を経ることにより、マスク
端直下の垂直面Ｉ，ＩＩを横切り、マスク下の領域で横
方向拡散（lateral diffusion ）するドーピング不純物
の濃度分布を、二次元的に解析することが可能である。
すなわち、図１に示すように、特定位置（Ｘ）毎に、相
隣合う２サンプル間で実測された二次イオン強度値Ｉk
（Ｘm ）とＩK-1 （Ｘm ）の差分を、順次（ｎ，ｎ−
１）→（ｎ−１，ｎ−２）→……→（２，１）→（２，
１）→（１，０）間で求める（各ｍ値に対してｎ個）。
この差分ΔＩk （Ｘm ）が、横方向座標Ｘm 、深さ座標
Ｚでの不純物濃度に対応する二次イオン強度値である。
したがって、これらを、上記数式（３）に基づき、濃度
変換して（Ｘ，Ｚ）面上に二次元的にプロットすること
により、Ｃ（Ｘ，Ｚ）の二次元濃度分布図が得られる。
ただし、ここで、Ｚ＝Ｚn ＝（ｎ−ｋ）×Δｔの関係を
保つ。ただし、ｋ＝０，１，２，…ｎである。
端直下の垂直面Ｉ，ＩＩを横切り、マスク下の領域で横
方向拡散（lateral diffusion ）するドーピング不純物
の濃度分布を、二次元的に解析することが可能である。
すなわち、図１に示すように、特定位置（Ｘ）毎に、相
隣合う２サンプル間で実測された二次イオン強度値Ｉk
（Ｘm ）とＩK-1 （Ｘm ）の差分を、順次（ｎ，ｎ−
１）→（ｎ−１，ｎ−２）→……→（２，１）→（２，
１）→（１，０）間で求める（各ｍ値に対してｎ個）。
この差分ΔＩk （Ｘm ）が、横方向座標Ｘm 、深さ座標
Ｚでの不純物濃度に対応する二次イオン強度値である。
したがって、これらを、上記数式（３）に基づき、濃度
変換して（Ｘ，Ｚ）面上に二次元的にプロットすること
により、Ｃ（Ｘ，Ｚ）の二次元濃度分布図が得られる。
ただし、ここで、Ｚ＝Ｚn ＝（ｎ−ｋ）×Δｔの関係を
保つ。ただし、ｋ＝０，１，２，…ｎである。
【００７０】本実施例の方法を採用することにより、そ
の空間分布の分解能を、横方向（Ｘ）、縦方向（Ｚ，イ
オン注入方向）に対して最高値を、それぞれ、ΔＸ＝
０．０２〜０．１０ｎｍ、ΔＺ＝１ｎｍの水準で確保す
ることができる。第２実施例 本発明に係る第２実施例に係る濃度分布解析方法は、前
記第１実施例の方法に比較し、次の点が相違するのみで
あり、その他の手法は同一なので、重複する部分の説明
は、省略する。
の空間分布の分解能を、横方向（Ｘ）、縦方向（Ｚ，イ
オン注入方向）に対して最高値を、それぞれ、ΔＸ＝
０．０２〜０．１０ｎｍ、ΔＺ＝１ｎｍの水準で確保す
ることができる。第２実施例 本発明に係る第２実施例に係る濃度分布解析方法は、前
記第１実施例の方法に比較し、次の点が相違するのみで
あり、その他の手法は同一なので、重複する部分の説明
は、省略する。
【００７１】この実施例では、膜厚の異なるダミー膜が
形成された複数のサンプル基板２を準備する代わりに、
ダミー膜が形成されていないサンプル基板２を複数準備
する。そして、これらサンプル基板２に対して、同一条
件で不純物の導入を行った後、不純物の導入を行った側
の基板表面を、それぞれ異なる深さでエッチング加工す
る。その後、そのサンプル基板２の表面に必要に応じ
て、緩衝膜１０を成膜し、その後は、前記第１の方法と
同様にして、ＳＩＭＳデプス・プロファイル分析、その
後の演算処理を行う。
形成された複数のサンプル基板２を準備する代わりに、
ダミー膜が形成されていないサンプル基板２を複数準備
する。そして、これらサンプル基板２に対して、同一条
件で不純物の導入を行った後、不純物の導入を行った側
の基板表面を、それぞれ異なる深さでエッチング加工す
る。その後、そのサンプル基板２の表面に必要に応じ
て、緩衝膜１０を成膜し、その後は、前記第１の方法と
同様にして、ＳＩＭＳデプス・プロファイル分析、その
後の演算処理を行う。
【００７２】この方法では、複数のサンプル基板２の表
面を、高精度の深さでエッチング加工することがポイン
トとなる。本発明の第２実施例の方法も、前記と同様な
作用を有する。なお、本発明は、上述した実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。
面を、高精度の深さでエッチング加工することがポイン
トとなる。本発明の第２実施例の方法も、前記と同様な
作用を有する。なお、本発明は、上述した実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。
【００７３】たとえば、上記実施例では、イオン注入法
（垂直または斜め）で導入された不純物濃度の解析を行
ったが、本発明は、これに限定されず、熱拡散法により
導入された不純物のマスク直下の解析へも全く同様にし
て適用することができる。さらに、サブミクロン立方以
下の微小空間内に分布する組成解析へも応用可能であ
る。
（垂直または斜め）で導入された不純物濃度の解析を行
ったが、本発明は、これに限定されず、熱拡散法により
導入された不純物のマスク直下の解析へも全く同様にし
て適用することができる。さらに、サブミクロン立方以
下の微小空間内に分布する組成解析へも応用可能であ
る。
【００７４】さらに、上記実施例では、基板２の側端面
からＳＩＭＳによる二次イオン質量分析を行ったが、本
発明は、これに限定されず、ＳＩＭＳ法の改良として、
ＰＩ（Post-Ionization ）−ＳＩＭＳ法の一種であるＳ
ＩＲＩＳ（Sputter-Initiated Resonance Ionization
Spectroscopy）法などの破壊式質量分析法を用いても
よい。このＳＩＲＩＳ法では、試料に対して、イオンビ
ームを照射し、試料の表面から粒子をスパッタさせ、ス
パッタされた粒子群に対して、ＲＩＳレーザビームを、
試料の表面と平行に照射し、中性粒子をポストイオン
（Post-Ionization ：ＰＩ）化し、そのイオン化された
二次イオンを、ピックアップ電極、エネルギーフィルタ
ーおよび質量フィルターを通し、検出系に導き、そこで
質量分析を行う。
からＳＩＭＳによる二次イオン質量分析を行ったが、本
発明は、これに限定されず、ＳＩＭＳ法の改良として、
ＰＩ（Post-Ionization ）−ＳＩＭＳ法の一種であるＳ
ＩＲＩＳ（Sputter-Initiated Resonance Ionization
Spectroscopy）法などの破壊式質量分析法を用いても
よい。このＳＩＲＩＳ法では、試料に対して、イオンビ
ームを照射し、試料の表面から粒子をスパッタさせ、ス
パッタされた粒子群に対して、ＲＩＳレーザビームを、
試料の表面と平行に照射し、中性粒子をポストイオン
（Post-Ionization ：ＰＩ）化し、そのイオン化された
二次イオンを、ピックアップ電極、エネルギーフィルタ
ーおよび質量フィルターを通し、検出系に導き、そこで
質量分析を行う。
【００７５】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、既存のＳＩＭＳ装置またはＰＩ−ＳＩＭＳ装置の性
能（特にその平面分解能）のままで、簡便なサンプル作
製と加工処理とにより、二次元方向に拡散したドーピン
グ不純物の二次元的濃度分布状態を、精度良く定量解析
することが可能になる。
ば、既存のＳＩＭＳ装置またはＰＩ−ＳＩＭＳ装置の性
能（特にその平面分解能）のままで、簡便なサンプル作
製と加工処理とにより、二次元方向に拡散したドーピン
グ不純物の二次元的濃度分布状態を、精度良く定量解析
することが可能になる。
【００７６】すなわち、二次イオン質量分析法の二大特
徴（超高感度特性と超高深さ分解能）をフルに生かし、
マスク直下領域に再分布する任意の不純物元素の濃度分
布を、横方向及び深さ方向に、それぞれ０．０２〜０．
１０ｎｍ、１ｎｍ程度の分解能で解析することができ
る。
徴（超高感度特性と超高深さ分解能）をフルに生かし、
マスク直下領域に再分布する任意の不純物元素の濃度分
布を、横方向及び深さ方向に、それぞれ０．０２〜０．
１０ｎｍ、１ｎｍ程度の分解能で解析することができ
る。
【００７７】その結果、微細寸法（ハーフ／クォータ・
ミクロンレベル）の、デバイス設計最適化の基礎的検討
のための実験データの提供が可能になる。また、プロセ
ス・シミュレータ構築に必要となる、拡散データ、濃度
分布データなどの実測値を提供することができる。ま
た、逆に、プロセス・シミュレータ検証用としての実測
値を与えることができる。
ミクロンレベル）の、デバイス設計最適化の基礎的検討
のための実験データの提供が可能になる。また、プロセ
ス・シミュレータ構築に必要となる、拡散データ、濃度
分布データなどの実測値を提供することができる。ま
た、逆に、プロセス・シミュレータ検証用としての実測
値を与えることができる。
【図１】図１は本発明の一実施例に係る濃度分布の解析
方法の要点を示す説明図である。
方法の要点を示す説明図である。
【図２】図２は不純物導入の際のサンプル基板の要部断
面図である。
面図である。
【図３】図３はサンプル基板の一部破断斜視図である。
【図４】図４はサンプル基板の側端部を研磨するために
基板を保持するホルダーの断面図である。
基板を保持するホルダーの断面図である。
【図５】図５は一次イオンビームのラスタースキャンサ
イズと基板の往復直線移動との関係を示す概略図であ
る。
イズと基板の往復直線移動との関係を示す概略図であ
る。
【図６】図６はサンプル基板の斜視図である。
２… サンプル基板
４… ダミー膜
６… レジスト膜
８… 窓
１０… 緩衝膜
１１… 側端面
１８… ラスタースキャン範囲
Claims (11)
- 【請求項１】濃度分布を解析すべき基板の表面に、当該
基板と異なる材質のダミー膜を成膜し、膜厚が異なる前
記ダミー膜が成膜されたサンプル基板を複数種類準備す
る工程と、 前記準備された複数種類のサンプル基板に対して、前記
ダミー膜方向から、略同一条件で特定の不純物を導入す
る工程と、 前記不純物が導入された前記複数種類のサンプル基板の
表面に存在する前記ダミー膜を除去する工程と、 前記ダミー膜が除去された前記複数種類の各サンプル基
板の側方から、破壊式質量分析を行い、前記各サンプル
基板に導入された前記不純物の二次イオン強度を測定す
る質量分析工程と、 前記ダミー膜の膜厚が異なり、かつ、ダミー膜の膜厚が
近似した、２枚のサンプル基板についての前記測定した
二次イオン強度の差分を、順次複数のサンプル基板につ
いて算出する差分算出工程と、 前記算出した差分を濃度変換する工程とを有する濃度分
布の解析方法。 - 【請求項２】前記ダミー膜が除去されたサンプル基板の
表面に、当該サンプル基板と異なる材質の緩衝膜をそれ
ぞれ成膜する工程をさらに有し、 前記質量分析工程において、前記緩衝膜が成膜されたサ
ンプル基板の側方から質量分析を行う請求項１に記載の
濃度分布の解析方法。 - 【請求項３】濃度分布を解析すべきサンプル基板を複数
準備する工程と、 前記準備された複数のサンプル基板に同一条件で不純物
を導入する工程と、 前記不純物を導入した複数のサンプル基板の表面を、そ
れぞれ異なる深さでエッチング加工する工程と、 前記各サンプル基板の側方から、破壊式質量分析を行
い、前記エッチング加工された各サンプル基板に前記導
入された前記不純物の二次イオン強度を測定する質量分
析工程と、 前記エッチング深さが異なり、かつエッチング深さが近
似する２枚のサンプル基板についての前記測定した二次
イオン強度の差分を、順次複数のサンプル基板について
算出する差分算出工程と、 前記算出した差分を濃度変換する工程とを有する濃度分
布の解析方法。 - 【請求項４】前記エッチング加工されたサンプル基板の
表面に、当該サンプル基板と異なる材質の緩衝膜をそれ
ぞれ成膜する工程をさらに有し、 前記質量分析工程において、前記緩衝膜が成膜されたサ
ンプル基板の側方から質量分析を行う、 請求項３に記載の濃度分布の解析方法。 - 【請求項５】前記サンプル基板の表面に不純物を導入す
る工程において、イオン注入により前記サンプル基板の
表面に不純物を導入する、 請求項１または３に記載の濃度分布の解析方法。 - 【請求項６】前記ダミー膜は、前記濃度分布を解析すべ
きサンプル基板に対して、エッチング時の選択性が大き
く、しかも前記不純物の導入に際しては、前記濃度分布
を解析すべきサンプル基板と略同様に不純物の導入現象
が生じる材質で構成される請求項３記載の濃度分布の解
析方法。 - 【請求項７】前記濃度分布を解析すべきサンプル基板が
単結晶シリコン基板であり、 前記ダミー膜が熱酸化による酸化シリコン膜で構成され
る請求項２に記載の濃度分布の解析方法。 - 【請求項８】前記緩衝膜がポリシリコン膜で構成される
請求項２または４に記載の濃度分布の解析方法。 - 【請求項９】前記質量分析を行うに際して、一次イオン
のラスタースキャンを行い、そのスキャン領域の一部
が、前記緩衝膜の領域にもかかる、 請求項２，４，８のいずれかに記載の濃度分布の解析方
法。 - 【請求項１０】前記質量分析を行うに際して、一次イオ
ンをラスタースキャンすると共に、前記濃度分布を解析
すべきサンプル基板を、スキャン方向に重ねて直線往復
移動させる、 請求項１〜９のいずれかに記載の濃度分布の解析方法。 - 【請求項１１】前記破壊式質量分析工程において、二次
イオン質量分析を行なう、 請求項１〜１０のいずれかに記載の濃度分布の解析方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31963194A JP3396980B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 濃度分布の解析方法 |
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