JP3452629B2 - Method and apparatus for evaluating silicon oxide film, and method and apparatus for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method and apparatus for evaluating silicon oxide film, and method and apparatus for manufacturing semiconductor device

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JP3452629B2
JP3452629B2 JP04901994A JP4901994A JP3452629B2 JP 3452629 B2 JP3452629 B2 JP 3452629B2 JP 04901994 A JP04901994 A JP 04901994A JP 4901994 A JP4901994 A JP 4901994A JP 3452629 B2 JP3452629 B2 JP 3452629B2
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silicon oxide
silicon
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板上に形成
されたシリコン酸化膜を評価するシリコン酸化膜の評価
方法及び装置、並びに、その評価方法を用いる半導体装
置の製造方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon oxide film evaluation method and apparatus for evaluating a silicon oxide film formed on a silicon substrate, and a semiconductor device manufacturing method and apparatus using the evaluation method.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラトランジスタ、MOSFE
T、メモリー素子等のシリコン半導体素子では、その絶
縁膜としてシリコン基板を熱酸化することにより形成し
たシリコン酸化膜を用いている。熱酸化によるシリコン
酸化膜のうちでも、素子分離用のフィールド絶縁膜は厚
いが、ゲート絶縁膜やトレンチキャパシタの誘電体膜と
して用いられるシリコン酸化膜は非常に薄い。しかし、
半導体装置の高密度化と共にこれら薄い絶縁膜は更なる
薄膜化が求められている。
2. Description of the Related Art Bipolar transistors, MOSFE
In silicon semiconductor devices such as T and memory devices, a silicon oxide film formed by thermally oxidizing a silicon substrate is used as its insulating film. Among the silicon oxide films formed by thermal oxidation, the field insulating film for element isolation is thick, but the silicon oxide film used as the gate insulating film and the dielectric film of the trench capacitor is very thin. But,
As the density of semiconductor devices increases, further thinning of these thin insulating films is required.

【0003】熱酸化法で形成された約10nm以下の薄
い酸化膜の場合、この膜厚は原子層に換算すると数10
原子層に相当する。そのため、シリコン酸化膜の膜質の
評価としては、原子、分子レベルで行う、物理化学的構
造解析によることが望まれている。しかし、従来の評価
方法においては、シリコン酸化膜の評価を非破壊で行な
う手段がなく、形成された半導体素子の電気的特性から
評価しなければならなかった。半導体素子の電気的特性
には、熱酸化工程だけではなく、その後の電極形成工程
や、熱処理工程等の製造工程からの影響も大きい。この
ため、半導体素子の電気的特性から熱酸化条件を明確に
定めることができず、適切な熱酸化条件を定めるために
は試行錯誤を重ねなければならず、非効率的であるとい
う問題があった。
In the case of a thin oxide film of about 10 nm or less formed by the thermal oxidation method, this film thickness is several tens when converted into an atomic layer.
It corresponds to the atomic layer. Therefore, it is desired to evaluate the film quality of the silicon oxide film by physicochemical structural analysis performed at the atomic and molecular level. However, in the conventional evaluation method, there is no means for nondestructively evaluating the silicon oxide film, and the evaluation has to be made from the electrical characteristics of the formed semiconductor element. The electrical characteristics of the semiconductor element are greatly affected not only by the thermal oxidation step, but also by the subsequent electrode forming step and manufacturing steps such as a heat treatment step. Therefore, the thermal oxidation conditions cannot be clearly determined from the electrical characteristics of the semiconductor element, and trial and error must be repeated in order to determine the appropriate thermal oxidation conditions, which is inefficient. It was

【0004】例として、半導体装置の表面や界面の状態
を直接観察する方法には、原子吸光分析法や、オージェ
電子分光分析法や、赤外反射吸収分光分析法等の方法
や、断面透過電子顕微鏡や、走査トンネル電子顕微鏡
や、走査原子間力顕微鏡等による方法が知られている。
As an example, the method of directly observing the surface or interface of a semiconductor device includes atomic absorption analysis, Auger electron spectroscopy, infrared reflection absorption spectroscopy, cross-section transmission electron, and the like. Methods using a microscope, a scanning tunneling electron microscope, a scanning atomic force microscope, etc. are known.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子吸
光分析法やオージェ電子分光分析法、断面透過電子顕微
鏡、走査トンネル電子顕微鏡、走査原子間力顕微鏡等の
方法は、観察に当たり試料が破壊されてしまうと共に、
真空中に試料を置く必要がある。このため、製造中の半
導体基板を直接観測することができない。したがって、
観測用のダミー試料を半導体試料とは別個に用意して観
測する必要がある。
However, in the methods such as atomic absorption spectrometry, Auger electron spectroscopy, cross-section transmission electron microscope, scanning tunneling electron microscope, and scanning atomic force microscope, the sample is destroyed during observation. With
The sample needs to be placed in a vacuum. Therefore, the semiconductor substrate being manufactured cannot be directly observed. Therefore,
It is necessary to prepare a dummy sample for observation separately from the semiconductor sample for observation.

【0006】しかし、ダミー試料の表面状態は、実際に
半導体回路が製作される半導体基板の表面状態と必ずし
も一致しておらず、その結果、誤差が生ずる。また、半
導体製造装置内にダミー試料用のスペースを確保する必
要があるため、製造効率が低下し、時間や労力を必要と
するという問題があった。これに対して、赤外吸収分析
法は、非接触、非破壊の観測法であると共に、通常の大
気圧下で観測できることから、半導体装置の製造工程中
の半導体基板を直接観測できる。
However, the surface condition of the dummy sample does not always match the surface condition of the semiconductor substrate on which the semiconductor circuit is actually manufactured, and as a result, an error occurs. Further, since it is necessary to secure a space for the dummy sample in the semiconductor manufacturing apparatus, there is a problem that manufacturing efficiency is lowered and time and labor are required. On the other hand, since the infrared absorption analysis method is a non-contact, non-destructive observation method and can be observed under normal atmospheric pressure, the semiconductor substrate can be directly observed during the manufacturing process of the semiconductor device.

【0007】本発明の目的は、シリコン基板上に形成さ
れたシリコン酸化膜を、非接触、非破壊で観測し、その
膜質を評価することができるシリコン酸化膜の評価方法
及び装置を提供することにある。本発明の他の目的は、
シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜をインライ
ンで評価することができる半導体装置の製造方法及び装
置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a silicon oxide film evaluation method and apparatus capable of observing a silicon oxide film formed on a silicon substrate in a non-contact and non-destructive manner and evaluating the film quality. It is in. Another object of the present invention is to
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing a semiconductor device capable of in-line evaluation of a silicon oxide film formed on a silicon substrate.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的は、シリコン基
板上に形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリ
コン酸化膜の評価方法において、前記シリコン酸化膜に
対して、所定の波長域を有し、異なる角度で入射する複
数の入射光を照射し、前記複数の入射光に対する前記シ
リコン酸化膜での反射光をそれぞれ測定し、前記複数の
入射光と前記複数の反射光から異なる角度に対する反射
率をそれぞれ演算し、前記異なる角度に対する反射率に
基づいて、前記シリコン酸化膜の誘電関数を演算し、前
記誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を評価
することを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法によっ
て達成される。
The above object is to provide a silicon oxide film evaluation method for evaluating the film quality of a silicon oxide film formed on a silicon substrate, wherein the silicon oxide film has a predetermined wavelength range. Then , irradiate a plurality of incident light incident at different angles, respectively measure the reflected light at the silicon oxide film for the plurality of incident light, reflected from the plurality of incident light and the plurality of reflected light at different angles The silicon oxide film is characterized in that the respective dielectric constants are calculated, the dielectric function of the silicon oxide film is calculated based on the reflectance for the different angles, and the film quality of the silicon oxide film is evaluated based on the dielectric function. It is achieved by the evaluation method of.

【0009】上述したシリコン酸化膜の評価方法におい
て、前記複数の入射光は、ブルースター角よりも大きい
角度で入射する入射光と、ブルースター角よりも小さい
角度で入射する入射光であることが望ましい。上述した
シリコン酸化膜の評価方法において、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の基準となる膜質の基準シリ
コン酸化膜の誘電関数を求め、評価されるべき被評価シ
リコン酸化膜の誘電関数を求め、前記基準シリコン酸化
膜の誘電関数と、前記被評価シリコン酸化膜の誘電関数
とを比較することにより、前記被評価シリコン酸化膜の
膜質を評価することが望ましい。
In the above-described method for evaluating a silicon oxide film, the plurality of incident lights are incident light incident at an angle larger than Brewster's angle and incident light incident at an angle smaller than Brewster's angle. desirable. In the method for evaluating a silicon oxide film described above, the dielectric function of a reference silicon oxide film of a film quality that serves as a reference of a silicon oxide film formed on a silicon substrate is obtained, and the dielectric function of an evaluated silicon oxide film to be evaluated is obtained. It is desirable to evaluate the film quality of the silicon oxide film to be evaluated by comparing the dielectric function of the reference silicon oxide film and the dielectric function of the silicon oxide film to be evaluated.

【0010】上述したシリコン酸化膜の評価方法におい
て、シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜の基準
となる所定の膜厚の基準シリコン酸化膜の誘電関数を求
め、評価されるべき被評価シリコン酸化膜の反射率を測
定し、前記基準シリコン酸化膜の誘電関数と、前記被評
価シリコン酸化膜の膜厚とに基づいて、前記評価シリコ
ン酸化膜の反射率を予測して予測反射率を演算し、測定
された前記被評価シリコン酸化膜の反射率と、前記予測
反射率とを比較することにより、前記被評価シリコン酸
化膜の膜質を評価することが望ましい。
In the above-described method for evaluating a silicon oxide film, the dielectric function of a reference silicon oxide film having a predetermined thickness, which serves as a reference for a silicon oxide film formed on a silicon substrate, is obtained, and the silicon oxide to be evaluated to be evaluated is obtained. The reflectance of the film is measured, and based on the dielectric function of the reference silicon oxide film and the film thickness of the silicon oxide film to be evaluated, the reflectance of the evaluation silicon oxide film is predicted to calculate the predicted reflectance. It is desirable to evaluate the film quality of the silicon oxide film to be evaluated by comparing the measured reflectance of the silicon oxide film to be evaluated with the predicted reflectance.

【0011】[0011]

【0012】上述したシリコン酸化膜の評価方法におい
て、前記シリコン基板中に、赤外光を吸収する赤外光吸
収領域を設けることが望ましい。また、前記赤外光吸収
領域の吸光度が2以上であることが望ましい。更に、前
記シリコン基板中に不純物を導入することにより前記赤
外光吸収領域を形成することが望ましい。上述したシリ
コン酸化膜の評価方法において、評価される前記シリコ
ン酸化膜が形成された面と反対側の面での反射光の影響
がほとんどなくなるように、前記シリコン基板が所定厚
さ以上であることが望ましい。
In the above-mentioned method for evaluating a silicon oxide film, it is desirable to provide an infrared light absorbing region for absorbing infrared light in the silicon substrate. Further, it is desirable that the infrared absorption region has an absorbance of 2 or more. Further, it is desirable to form the infrared light absorbing region by introducing impurities into the silicon substrate. In the method for evaluating a silicon oxide film described above, the silicon substrate has a predetermined thickness or more so that the influence of the reflected light on the surface opposite to the surface on which the silicon oxide film to be evaluated is almost eliminated. Is desirable.

【0013】上述したシリコン酸化膜の評価方法におい
て、前記シリコン基板と前記シリコン酸化膜の界面に、
シリコン粒と酸化シリコン粒が混在する混在層が存在
し、有効媒質理論により前記混在層の誘電関数求める
モデルを設定し、前記反射率から演算された前記シリコ
ン酸化膜の誘電関数を前記モデルに適合させることが望
ましい。また、前記混在層の厚さに基づいて、前記シリ
コン基板とシリコン酸化膜の界面を評価することが望ま
しい。更に、前記混在層を構成する前記シリコン粒又は
前記酸化シリコン粒の大きさに基づいて、前記シリコン
基板とシリコン酸化膜の界面を評価することが望まし
い。
In the above-described method for evaluating a silicon oxide film, the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film is
There is a mixed layer in which silicon particles and silicon oxide particles are mixed, and a model for determining the dielectric function of the mixed layer is set by the effective medium theory, and the dielectric function of the silicon oxide film calculated from the reflectance is used as the model. It is desirable to adapt. Further, it is desirable to evaluate the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film based on the thickness of the mixed layer. Further, it is desirable to evaluate the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film based on the size of the silicon particles or the silicon oxide particles forming the mixed layer.

【0014】上記目的は、シリコン基板上に形成された
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
装置において、前記シリコン酸化膜に対して、所定の波
長域を有し、異なる角度で入射する複数の入射光を照射
する照射手段と、前記複数の入射光に対する前記シリコ
ン酸化膜での反射光をそれぞれ測定する測定手段と、前
記複数の入射光と前記複数の反射光から異なる角度に対
する反射率をそれぞれ演算し、前記異なる角度に対する
反射率に基づいて、前記シリコン酸化膜の誘電関数を演
算する演算手段とを有することを特徴とするシリコン酸
化膜の評価装置によって達成される。
[0014] The above object is achieved in the evaluation device of the silicon oxide film to evaluate the film quality of the silicon oxide film formed on a silicon substrate, with respect to the silicon oxide film, predetermined wave
Irradiating means having a long range and irradiating a plurality of incident lights incident at different angles, measuring means for respectively measuring reflected light on the silicon oxide film with respect to the plurality of incident lights, and the plurality of incident lights. And calculating means for calculating the dielectric function of the silicon oxide film based on the reflectances for the different angles from the plurality of reflected lights. Achieved by the evaluation device.

【0015】上記他の目的は、上述したシリコン酸化膜
の評価方法を用いて評価する工程を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法によって達成される。上記他の
目的は、シリコン基板上に熱酸化によりシリコン酸化膜
を形成する工程と、上述したシリコン酸化膜の評価方法
を用いて前記シリコン基板上に形成された前記シリコン
酸化膜を評価する工程と、前記シリコン酸化膜上に多結
晶シリコン層を堆積する工程とを有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法によって達成される。
The above and other objects are achieved by a method of manufacturing a semiconductor device, which includes the step of evaluating using the above-described method of evaluating a silicon oxide film. Another purpose is to form a silicon oxide film on a silicon substrate by thermal oxidation, and to evaluate the silicon oxide film formed on the silicon substrate by using the above-described method for evaluating a silicon oxide film. And a step of depositing a polycrystalline silicon layer on the silicon oxide film.

【0016】上記他の目的は、シリコン基板上に熱酸化
によりシリコン酸化膜を形成する熱処理装置と、前記熱
処理装置と連続的な処理が可能なように配置され、前記
シリコン酸化膜に対して、所定の波長域を有し、異なる
角度で入射する複数の入射光を照射する照射手段と、前
記複数の入射光に対する前記シリコン酸化膜での反射光
をそれぞれ測定する測定手段と、前記複数の入射光と前
記複数の反射光から異なる角度に対する反射率をそれぞ
れ演算し、前記異なる角度に対する反射率に基づいて、
前記シリコン酸化膜の誘電関数を演算する演算手段とを
有し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜を評
価する評価装置と、前記評価装置と連続的な処理が可能
なように配置され、前記シリコン酸化膜上に多結晶シリ
コン層を堆積する堆積装置とを有することを特徴とする
半導体装置の製造装置によって達成される
[0016] The above other objects are arranged and a heat treatment apparatus for forming a silicon oxide film by thermal oxidation on the silicon substrate, as with the heat treatment apparatus capable of continuous processing, the
Has a certain wavelength range with respect to the silicon oxide film, and is different
An irradiation means for irradiating a plurality of incident lights incident at an angle;
Note: Reflected light from the silicon oxide film for a plurality of incident lights
Measuring means for respectively measuring the
The reflectance for different angles from multiple reflected lights
Based on the reflectance for the different angles,
And a calculation means for calculating the dielectric function of the silicon oxide film.
An evaluation device for evaluating the silicon oxide film based on the dielectric function, and a deposition for arranging a polycrystalline silicon layer on the silicon oxide film, the deposition being arranged so that continuous processing with the evaluation device is possible. and having a device
This is achieved by a semiconductor device manufacturing apparatus .

【0017】[0017]

【作用】本発明によれば、シリコン基板上に形成された
シリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価
方法において、シリコン酸化膜に対して、所定の波長域
を有し、異なる角度で入射する複数の入射光を照射し、
複数の入射光に対するシリコン酸化膜での反射光をそれ
ぞれ測定し、複数の入射光と複数の反射光から異なる角
度に対する反射率をそれぞれ演算し、異なる角度に対す
る反射率に基づいて、シリコン酸化膜の誘電関数を演算
し、誘電関数に基づいてシリコン酸化膜の膜質を評価す
るようにしたので、シリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜を、非接触、非破壊で観測し、その膜質を評価
することができる。
According to the present invention, in a silicon oxide film evaluation method for evaluating the film quality of a silicon oxide film formed on a silicon substrate, the silicon oxide film has a predetermined wavelength range.
The a, irradiating a plurality of light incident at different angles,
The reflected light from the silicon oxide film for each of the multiple incident lights is measured, the reflectances for different angles are calculated from the multiple incident light and the multiple reflected lights, and the reflectance of the silicon oxide film is calculated based on the reflectances for different angles. Since the dielectric function is calculated and the film quality of the silicon oxide film is evaluated based on the dielectric function, the silicon oxide film formed on the silicon substrate is observed without contact and non-destruction, and the film quality is evaluated. be able to.

【0018】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の基準となる膜質の基準シリ
コン酸化膜の誘電関数を求め、評価されるべき被評価シ
リコン酸化膜の誘電関数を求め、基準シリコン酸化膜の
誘電関数と、被評価シリコン酸化膜の誘電関数とを比較
することにより、被評価シリコン酸化膜の膜質を評価す
るようにしたので、シリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜を、非接触、非破壊で観測し、その膜質を評価
することができる。
Further, according to the present invention, the dielectric function of the reference silicon oxide film of the film quality which becomes the reference of the silicon oxide film formed on the silicon substrate is obtained, and the dielectric function of the silicon oxide film to be evaluated is calculated. Since the film quality of the silicon oxide film to be evaluated is evaluated by comparing the dielectric function of the reference silicon oxide film with the dielectric function of the silicon oxide film to be evaluated, the silicon oxide film formed on the silicon substrate is evaluated. The film quality can be evaluated by observing the film in a non-contact and non-destructive manner.

【0019】また、本発明によれば、シリコン基板中
に、赤外光を吸収する赤外光吸収領域を設けたので、シ
リコン基板の裏面からの反射による影響をなくすことが
できる。
Further, according to the present invention, since the infrared light absorbing region for absorbing infrared light is provided in the silicon substrate, the influence of the reflection from the back surface of the silicon substrate can be eliminated.

【0020】また、本発明によれば、シリコン基板とシ
リコン酸化膜の界面に、シリコン粒と酸化シリコン粒が
混在する混在層が存在し、有効媒質理論により混在層の
誘電関数求めるモデルを設定し、反射率から演算され
たシリコン酸化膜の誘電関数をモデルに適合させるよう
にしたので、シリコン酸化膜の界面を正確に評価するこ
とができる。
Further, according to the present invention, a mixed layer in which silicon particles and silicon oxide particles are mixed is present at the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film, and a model for obtaining the dielectric function of the mixed layer is set by the effective medium theory. Since the dielectric function of the silicon oxide film calculated from the reflectance is adapted to the model, the interface of the silicon oxide film can be accurately evaluated.

【0021】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価装置において、シリコン酸化膜に対して、
定の波長域を有し、異なる角度で入射する複数の入射光
を照射する照射手段と、複数の入射光に対するシリコン
酸化膜での反射光をそれぞれ測定する測定手段と、複数
の入射光と複数の反射光から異なる角度に対する反射率
をそれぞれ演算し、異なる角度に対する反射率に基づい
て、シリコン酸化膜の誘電関数を演算する演算手段とを
設けたので、シリコン基板上に形成されたシリコン酸化
膜を、非接触、非破壊で観測し、その膜質を評価するこ
とができる。
[0021] According to the present invention, in the evaluation device of the silicon oxide film to evaluate the film quality of the silicon oxide film formed on a silicon substrate, the silicon oxide film, where
Irradiation means for irradiating a plurality of incident lights having a constant wavelength range and incident at different angles, measuring means for measuring reflected light on the silicon oxide film with respect to the plurality of incident lights respectively, and a plurality of incident light and Since the reflectance for different angles is calculated from the reflected light and the calculating means for calculating the dielectric function of the silicon oxide film based on the reflectance for different angles is provided, the silicon oxide film formed on the silicon substrate Can be observed in a non-contact and non-destructive manner to evaluate the film quality.

【0022】[0022]

【実施例】【Example】

[第1の実施例]本発明の第1の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法について図1乃至図3を用いて説明す
る。シリコン酸化膜の評価装置 本実施例によるシリコン酸化膜の評価装置を図1に示す
(田隅三生著:「FT=IRの基礎と実際」第109頁
参照)。図1に示す評価装置は、フーリエ変換赤外分光
法(FTIR:Fourier Transform
Infrared Spectroscopy)による
外部反射方式の赤外吸収スペクトル測定装置である。
[First Embodiment] A method for evaluating a silicon oxide film according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The evaluation apparatus of the silicon oxide film by the evaluation device embodiment of the silicon oxide film shown in FIG. 1 (Tasumi Sansei Author: "Basic and Practice of FT = IR" see section 109 pages). The evaluation apparatus shown in FIG. 1 is based on Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR).
It is an infrared reflection spectrum measuring apparatus of the external reflection type by Infrared Spectroscopy.

【0023】評価されるべき試料8として、シリコン酸
化膜が形成されたシリコン基板が中央に載置されてい
る。試料8の右側の照明系から入射された赤外光が試料
8の表面で反射され、その反射光が左側の測定系により
測定、解析される。試料8の右側の照明系には、赤外光
を発光する光源1が設けられ、光源1の出射側に干渉計
2と偏光子3が設けられている。光源1からの赤外光は
干渉計2及び偏光子3を介して平行光線束となって出射
される。偏光子3を設けることにより、入射面(光路
面)に電場が平行であるP波の赤外光が出射される。
As a sample 8 to be evaluated, a silicon substrate having a silicon oxide film formed thereon is placed at the center. The infrared light incident from the illumination system on the right side of the sample 8 is reflected on the surface of the sample 8, and the reflected light is measured and analyzed by the measurement system on the left side. The illumination system on the right side of the sample 8 is provided with a light source 1 that emits infrared light, and an interferometer 2 and a polarizer 3 are provided on the emission side of the light source 1. Infrared light from the light source 1 is emitted as a bundle of parallel rays through the interferometer 2 and the polarizer 3. By providing the polarizer 3, P-wave infrared light whose electric field is parallel to the incident surface (optical path surface) is emitted.

【0024】出射された赤外光はミラー4aにより反射
され、凹面鏡4bにより集光されて試料8の表面に斜め
に入射する。凹面鏡4b及び4cを回転し、試料8の高
さを所定の位置にすることにより、試料8への入射角を
変えることができる。試料8からの反射光は凹面鏡4c
により平行光線束となり、ミラー4dにより反射され、
MCT(Mercury Cadmium Tellu
ride)検出器5に入射される。MCT検出器5は試
料8からの反射光を検出する。MCT検出器5からの検
出信号はプリアンプ6により増幅され、演算部7に出力
される。演算部7はプリアンプ6からの検出信号によ
り、試料8表面の反射率を演算し、後述するようにシリ
コン酸化膜の誘電関数を求める。
The emitted infrared light is reflected by the mirror 4a, condensed by the concave mirror 4b and obliquely incident on the surface of the sample 8. By rotating the concave mirrors 4b and 4c to bring the height of the sample 8 to a predetermined position, the incident angle to the sample 8 can be changed. The reflected light from the sample 8 is a concave mirror 4c.
Becomes a bundle of parallel rays by and is reflected by the mirror 4d,
MCT (Mercury Cadmium Tellu
Ride) It is incident on the detector 5. The MCT detector 5 detects the reflected light from the sample 8. The detection signal from the MCT detector 5 is amplified by the preamplifier 6 and output to the arithmetic unit 7. The calculation unit 7 calculates the reflectance of the surface of the sample 8 based on the detection signal from the preamplifier 6 to obtain the dielectric function of the silicon oxide film as described later.

【0025】本実施例では、凹面鏡4b及び4cを回転
することにより、試料8に対して異なる角度で入射する
複数の入射光を照射するようにし、複数の入射光に対す
る試料8からの反射光をそれぞれ測定する。複数の入射
光と複数の反射光から異なる角度に対する反射率をそれ
ぞれ演算し、異なる角度に対する反射率に基づいて、シ
リコン酸化膜の誘電関数を求める。このようにして求め
た誘電関数に基づいてシリコン酸化膜の膜質を評価す
る。
In the present embodiment, by rotating the concave mirrors 4b and 4c, a plurality of incident lights that are incident on the sample 8 at different angles are irradiated, and the reflected light from the sample 8 with respect to the plurality of incident lights is irradiated. Measure each. The reflectances for different angles are calculated from a plurality of incident lights and a plurality of reflected lights, and the dielectric function of the silicon oxide film is obtained based on the reflectances for different angles. The film quality of the silicon oxide film is evaluated based on the thus obtained dielectric function.

【0026】なお、本実施例のシリコン酸化膜の評価方
法では、誘電体表面で反射する光に関し、電気ベクトル
の入射面内にある光の反射率がゼロになる入射角である
ブルースター角よりも大きい角度で入射する入射光と、
ブルースター角よりも小さい角度で入射する入射光によ
る反射率は、シリコンの反射率に対しての酸化シリコン
の反射率が大きく変化し、シリコン酸化膜の誘電関数を
より正確に求めることができる。
In the evaluation method of the silicon oxide film of this embodiment, regarding the light reflected on the dielectric surface, from the Brewster angle which is the incident angle at which the reflectance of the light in the incident plane of the electric vector becomes zero. Incident light that is incident at a large angle,
The reflectance of incident light incident at an angle smaller than the Brewster's angle largely changes the reflectance of silicon oxide with respect to the reflectance of silicon, and the dielectric function of the silicon oxide film can be obtained more accurately.

【0027】シリコン酸化膜の評価方法の原理 次に、本実施例のシリコン酸化膜の評価方法の原理につ
いて説明する。一般に、赤外分光測定によって得られる
スペクトルは、物質、ここではシリコン酸化膜の電磁波
に対する応答、つまり誘電率によって支配されている。
誘電率は、物質の原子・分子レベルでは構造を反映する
ため、赤外スペクトルの吸収反射ピークに着目すると物
質構造が評価できる。しかし、実測されるスペクトル
は、それ以外に基板や光学系、そして膜の場合には、そ
の厚さの情報が混在したものとして検出される。
Principle of Evaluation Method of Silicon Oxide Film Next, the principle of the evaluation method of the silicon oxide film of this embodiment will be described. Generally, the spectrum obtained by infrared spectroscopy is dominated by the response of a substance, here a silicon oxide film, to electromagnetic waves, that is, the dielectric constant.
Since the dielectric constant reflects the structure at the atomic / molecular level of the substance, the substance structure can be evaluated by focusing on the absorption / reflection peak of the infrared spectrum. However, in the case of a substrate, an optical system, and a film, the actually measured spectrum is detected as a mixture of information on its thickness.

【0028】そのため、従来の評価方法ではシリコン酸
化膜の構造の違いを解析する場合には、膜厚の情報を差
し引くために、膜厚が同程度の参照試料を用意する必要
がある。すなわち、光学系としては全く同じものを使用
し、シリコン基板の情報は測定後に差し引き、更に、シ
リコン酸化膜の膜厚がほぼ同じ程度(5%以内)である
必要があった。
Therefore, in the conventional evaluation method, when analyzing the difference in the structure of the silicon oxide film, it is necessary to prepare a reference sample having the same film thickness in order to subtract the information of the film thickness. That is, it is necessary that the same optical system is used, the information on the silicon substrate is subtracted after the measurement, and the film thickness of the silicon oxide film is approximately the same (within 5%).

【0029】したがって、従来の赤外分光測定による評
価方法ではシリコン酸化膜の構造を比較することは同程
度の膜厚の膜同士でしか行えなかったのである。本実施
例によるシリコン酸化膜の評価方法は、そのような従来
の不都合を解消し、異なる膜厚のシリコン酸化膜同志で
あっても、膜質を比較することができるようにしてい
る。
Therefore, in the conventional evaluation method by infrared spectroscopy, the structures of the silicon oxide films can be compared only with films having similar film thicknesses. The silicon oxide film evaluation method according to the present embodiment eliminates such a conventional inconvenience, and makes it possible to compare the film qualities of silicon oxide films of different film thicknesses.

【0030】一般に、シリコン酸化膜の誘電率は、 ε=ε′+iε″ と複素表記される。赤外光のような電磁場は、シリコン
酸化膜のような物質中に入ることにより位相変化を伴う
からである。また、誘電率は、波長(波数)によって異
なるため、波数の関数(誘電関数)として表記する必要
がある。
Generally, the dielectric constant of a silicon oxide film is complexly expressed as ε = ε ′ + iε ″. An electromagnetic field such as infrared light is accompanied by a phase change when it enters a substance such as a silicon oxide film. Moreover, since the permittivity differs depending on the wavelength (wave number), it must be expressed as a function of wave number (dielectric function).

【0031】なお、本明細書においては、誘電率及び屈
折率を複素数として取扱い、それぞれε、nと表記する
こととする。このように、誘電関数は、波数の関数とし
て複素表記される。したがって、誘電関数としては、実
部と虚部という未知数が2つとなり、単に赤外光による
シリコン酸化膜の反射率を測定するだけでは誘電関数を
求めることができない。
In this specification, the permittivity and the refractive index are treated as complex numbers, and they are represented as ε and n, respectively. Thus, the dielectric function is expressed in complex as a function of wave number. Therefore, as the dielectric function, there are two unknowns, the real part and the imaginary part, and the dielectric function cannot be obtained only by measuring the reflectance of the silicon oxide film by infrared light.

【0032】本願発明者等は、異なる入射角の2つ以上
の赤外光による反射光を測定することにより、シリコン
酸化膜の2つ以上の反射率を用いれば、実部と虚部とい
う2つの未知数を有する誘電関数を求めることができる
点に着想した。すなわち、異なる入射角の赤外光による
シリコン酸化膜の2つ以上の反射率に基づいて、数値計
算により、実部と虚部という2つの未知数を有する誘電
関数を解くことができる点に着目し、シリコン酸化膜の
評価方法に適用することとした。
The inventors of the present application measure the reflected light of two or more infrared rays with different incident angles, and if two or more reflectances of the silicon oxide film are used, they are called a real part and an imaginary part. The idea is that a dielectric function with two unknowns can be obtained. That is, attention is paid to the fact that a dielectric function having two unknowns, a real part and an imaginary part, can be solved by numerical calculation based on two or more reflectances of a silicon oxide film by infrared light of different incident angles. It was decided to apply it to the evaluation method of the silicon oxide film.

【0033】そのようにして求めた誘電関数に基づい
て、比較するシリコン酸化膜の膜厚から計算して予測反
射率を求め、比較するシリコン酸化膜の実際に測定され
た反射率と比較することにより、シリコン酸化膜の膜質
を評価する。シリコン酸化膜による反射光は、表面垂直
(入射面平行)であるP偏光となっている。シリコン酸
化膜の場合、膜厚方向に構造が遷移していると予想され
るため、透過光やS偏光(入射面に垂直な偏光)を用い
るより、本実施例のように入射光としてP偏光を用いる
ことが望ましい。
Based on the thus obtained dielectric function, the predicted reflectance is calculated by calculating from the film thickness of the silicon oxide film to be compared, and is compared with the actually measured reflectance of the silicon oxide film to be compared. The film quality of the silicon oxide film is evaluated by. The light reflected by the silicon oxide film is P-polarized light that is perpendicular to the surface (parallel to the incident surface). In the case of a silicon oxide film, the structure is expected to transition in the film thickness direction. Therefore, rather than using transmitted light or S-polarized light (polarized light perpendicular to the incident surface), P-polarized light is used as incident light as in this embodiment. Is preferred.

【0034】なお、誘電関数を求める従来の方法とし
て、クラマース・クロニッヒの関係式を用いた方法があ
る。全波数領域について反射率の測定が行えれば、次に
示すクラマース・クロニッヒの関係式によって誘電関数
が求められる。
As a conventional method for obtaining the dielectric function, there is a method using the Kramers-Kronig relational expression. If the reflectance can be measured in the whole wave number region, the dielectric function can be obtained by the following Kramers-Kronig relational expression.

【0035】[0035]

【数1】 しかしながら、基板内等の複雑な多重反射による反射光
がある場合には、クラマース・クロニッヒの関係式によ
る方法を用いることができない。このため、シリコン基
板上に形成されたシリコン酸化膜のように多重反射され
る評価対象に対しては用いることができない。
[Equation 1] However, when there is reflected light due to complicated multiple reflections such as in the substrate, the method based on the Kramers-Kronig relational expression cannot be used. For this reason, it cannot be used for an evaluation target such as a silicon oxide film formed on a silicon substrate that undergoes multiple reflections.

【0036】本実施例によるシリコン酸化膜の評価方法
において、シリコン酸化膜である膜が1層の場合におけ
る反射率rは、次のように表される。
In the method for evaluating a silicon oxide film according to the present embodiment, the reflectance r when the silicon oxide film is a single layer is expressed as follows.

【0037】[0037]

【数2】 入射電磁場と反射電磁場と屈折電磁場とを古典的に解い
ていくと、フレネルの式で知られている次の式で表され
る。 Yj =(cosθj )/nj r=(Y1 −Y2 )/(Y1 +Y2 ) 基板上の膜のような複数の界面を有する場合には、入射
光に対する出射光の強度比は、膜中を流れるエネルギ−
との干渉を考慮して次式になる。
[Equation 2] Classically solving the incident electromagnetic field, the reflected electromagnetic field, and the refraction electromagnetic field is represented by the following formula known as Fresnel's formula. Y j = (cos θ j ) / n j r = (Y 1 −Y 2 ) / (Y 1 + Y 2 ) When there are a plurality of interfaces such as a film on the substrate, the intensity ratio of the emitted light to the incident light Is the energy flowing through the membrane
Considering the interference with

【0038】[0038]

【数3】 この式は、振幅反射率であるため、実測されるエネルギ
反射率を表す式をもとに、外面での外部反射と内部反射
を計算する。シリコン基板中での多重反射は、干渉せ
ず、ただ、足し合わされると仮定し、級数表現すると、
次式が得られる。 R=R1 +(T1 2 2 0 )/(1−A2
0 2 ) ただし、R0 、R1 、R2 :反射率 A :吸収率 T1 、T2 :透過率 上式により、検出される反射率Rを求めることができ
る。
[Equation 3] Since this equation is the amplitude reflectance, the external reflection and internal reflection on the outer surface are calculated based on the equation representing the actually measured energy reflectance. Assuming that the multiple reflections in the silicon substrate do not interfere, but are simply added, when expressed in series,
The following equation is obtained. R = R 1 + (T 1 T 2 A 2 R 0) / (1-A 2 R
0 R 2 ) However, R 0 , R 1 , R 2 : reflectance A: absorptance T 1 , T 2 : transmittance The detected reflectance R can be obtained by the above formula.

【0039】なお、上記式におけるA2 0 なる項は、
シリコン基板による反射率とシリコン基板の裏面による
反射率を表している。この項は、実際の半導体装置を形
成するシリコン基板の場合、不純物が添加されているこ
とによりシリコン基板の反射率に相違があること、シリ
コン基板の裏面はミラー研磨されていないため散乱が生
じることを考慮した値である。
The term A 2 R 0 in the above equation is
The reflectance by the silicon substrate and the reflectance by the back surface of the silicon substrate are shown. This section indicates that in the case of a silicon substrate that actually forms a semiconductor device, the reflectance of the silicon substrate is different due to the addition of impurities, and scattering occurs because the back surface of the silicon substrate is not mirror-polished. Is a value considering.

【0040】この値は、実際の測定値と適合させること
により求めることとする。シリコン酸化膜が形成されて
いないシリコン基板のみの絶対反射率は金ミラーを用い
て校正する。金ミラーは反射率の基準として用いられる
ミラーであって、全ての波長領域に亘って反射率が1で
あると仮定できるものである。この金ミラーの反射率を
1として、シリコン基板のみの絶対反射率を求める。こ
のようにして測定した測定値に基づいて、A2 0 項の
値を求めておく。
This value is determined by fitting it to the actual measurement value. The absolute reflectance of only the silicon substrate on which the silicon oxide film is not formed is calibrated using a gold mirror. The gold mirror is a mirror used as a reflectance standard, and it can be assumed that the reflectance is 1 over the entire wavelength range. The reflectance of this gold mirror is set to 1, and the absolute reflectance of only the silicon substrate is obtained. The value of the A 2 R 0 term is calculated based on the measured values thus measured.

【0041】その後は、誘電関数が与えられれば、実測
されるスペクトルのシミュレーションを行うことができ
る。シリコン酸化膜の評価方法 図2に、2つ以上の角度の入射角による反射率から誘電
関数を求める方法の手順を示す。
After that, if the dielectric function is given, a simulation of the actually measured spectrum can be performed. Evaluation Method of Silicon Oxide Film FIG. 2 shows the procedure of the method for obtaining the dielectric function from the reflectance at incident angles of two or more angles.

【0042】まず、初期値として、入射角θと、膜厚t
と、屈折率nとを設定する(ステップS1)。入射角θ
は測定条件から知ることができ、膜厚tは別の測定方法
により測定する。屈折率nとしては、シリコン酸化膜と
して取り得る誘電率ε(=n 2 )の範囲内にある複数の
値を設定する。次に、上述した式から、設定された複数
の屈折率nに対する反射率Rをそれぞれ求める(ステッ
プS2)。これにより、屈折率nと反射率Rの計算値の
関係を示すグラフが求まる。
First, as initial values, the incident angle θ and the film thickness t
And the refractive index n are set (step S1). Incident angle θ
Can be known from the measurement conditions, and the film thickness t can be measured by another measurement method.
To measure. The refractive index n is the same as that of the silicon oxide film.
Dielectric constant ε (= n 2) Multiple
Set the value. Next, from the above equation,
The reflectance R with respect to the refractive index n of
S2). As a result, the calculated values of the refractive index n and the reflectance R
A graph showing the relationship is obtained.

【0043】次に、屈折率nと反射率Rの計算値との関
係を示すグラフを用いて、反射率Rの実測値から逆にシ
リコン酸化膜の屈折率nを求める(ステップS3)。求
めた屈折率nから、誘電率ε(=n2 )を求めることが
できる。上述したステップS1〜S3による誘電率ε
(=n2 )の演算を、必要な波数領域に亘って行うこと
により、誘電関数を求めることができる。
Next, using the graph showing the relationship between the refractive index n and the calculated value of the reflectance R, the refractive index n of the silicon oxide film is obtained from the actually measured value of the reflectance R (step S3). The dielectric constant ε (= n 2 ) can be calculated from the calculated refractive index n. Dielectric constant ε according to steps S1 to S3 described above
The dielectric function can be obtained by performing the calculation of (= n 2 ) over the required wave number region.

【0044】このようにして求めた誘電関数を用いて、
本実施例では、シリコン酸化膜の膜質について評価を行
う。その一般的方法について説明する。まず、評価の基
準となるように厳格に制御された製造条件でシリコン基
板上にシリコン酸化膜を形成する。そのようにして形成
された基準シリコン酸化膜について上述した方法により
誘電関数を求める。
Using the dielectric function thus obtained,
In this embodiment, the film quality of the silicon oxide film is evaluated. The general method will be described. First, a silicon oxide film is formed on a silicon substrate under manufacturing conditions that are strictly controlled so as to serve as a reference for evaluation. With respect to the reference silicon oxide film thus formed, the dielectric function is obtained by the method described above.

【0045】続いて、評価対象であるシリコン酸化膜が
形成されたシリコン基板に対して、シリコン酸化膜が基
準シリコン酸化膜と同じ膜質であるとして、同一の誘電
関数を仮定し、疑似的に評価対象のシリコン酸化膜の反
射率のスペクトルを演算する。続いて、評価対象のシリ
コン酸化膜の反射率のスペクトルの実測値と、疑似的に
求めた反射率のスペクトルとを比較する。比較の結果、
実測されたスペクトルと疑似的に求めたスペクトルとで
差があれば、その差が、評価対象であるシリコン酸化膜
と基準シリコン酸化膜との膜構造の相違を反映している
こととなり、基準シリコン酸化膜に対する膜質を評価す
ることができる。
Subsequently, with respect to the silicon substrate on which the silicon oxide film to be evaluated is formed, it is assumed that the silicon oxide film has the same film quality as the reference silicon oxide film, and the same dielectric function is assumed, and a pseudo evaluation is performed. The reflectance spectrum of the target silicon oxide film is calculated. Then, the measured value of the reflectance spectrum of the silicon oxide film to be evaluated is compared with the pseudo-obtained reflectance spectrum. As a result of the comparison,
If there is a difference between the actually measured spectrum and the pseudo-obtained spectrum, it means that the difference reflects the difference in film structure between the silicon oxide film to be evaluated and the reference silicon oxide film. The film quality with respect to the oxide film can be evaluated.

【0046】次に、シリコン酸化膜の膜質を評価する具
体的方法として、膜厚が異なるシリコン酸化膜の評価方
法の手順について説明する。まず、基準シリコン酸化膜
として、シリコン基板上に100nm厚のシリコン酸化
膜を熱酸化により形成する。そのようにして形成された
基準シリコン酸化膜について上述した方法により誘電関
数を求める。100nm厚のシリコン酸化膜を評価基準
としたのは、この程度の厚さのシリコン酸化膜では膜厚
方向に対して膜厚の変化が少ないと考えらる領域が支配
的であると考えられるからだある。
Next, as a concrete method for evaluating the film quality of the silicon oxide film, the procedure of the method for evaluating the silicon oxide films having different film thicknesses will be described. First, as a reference silicon oxide film, a 100 nm-thick silicon oxide film is formed on a silicon substrate by thermal oxidation. With respect to the reference silicon oxide film thus formed, the dielectric function is obtained by the method described above. The reason why the silicon oxide film having a thickness of 100 nm is used as the evaluation standard is that the region where the change in the film thickness in the film thickness direction is considered to be dominant is dominant in the silicon oxide film having such a thickness. is there.

【0047】続いて、評価対象であるシリコン酸化膜に
対して、その概算膜厚を別の手段により測定する。評価
対象であるシリコン酸化膜が、基準シリコン酸化膜と同
一の膜質であり、膜厚だけが異なると仮定して、評価対
象のシリコン酸化膜の反射率のスペクトルを疑似的に演
算する。続いて、評価対象のシリコン酸化膜の反射率の
スペクトルを実測し、その実測値と、疑似的に求めた反
射率のスペクトルとを比較する。比較の結果、実測され
たスペクトルと疑似的に求めたスペクトルとで差があれ
ば、その差が、評価対象であるシリコン酸化膜と基準シ
リコン酸化膜との膜構造の相違を反映していることとな
り、基準シリコン酸化膜に対する膜質を評価することが
できる。
Then, the estimated film thickness of the silicon oxide film to be evaluated is measured by another means. Assuming that the silicon oxide film to be evaluated has the same film quality as the reference silicon oxide film and is different only in film thickness, the reflectance spectrum of the silicon oxide film to be evaluated is pseudo-calculated. Then, the reflectance spectrum of the silicon oxide film to be evaluated is measured, and the measured value is compared with the simulated reflectance spectrum. If there is a difference between the actually measured spectrum and the pseudo-obtained spectrum as a result of the comparison, the difference reflects the difference in film structure between the silicon oxide film to be evaluated and the reference silicon oxide film. Therefore, the film quality with respect to the reference silicon oxide film can be evaluated.

【0048】次に、シリコン酸化膜の膜質を評価する他
の具体的方法として、酸化温度が異なるシリコン酸化膜
の評価方法の手順について説明する。まず、基準シリコ
ン酸化膜として、正確に温度測定しながらシリコン基板
上にシリコン酸化膜を形成する。そのようにして形成さ
れた基準シリコン酸化膜について上述した方法により誘
電関数を求める。
Next, as another specific method for evaluating the film quality of the silicon oxide film, the procedure of the method for evaluating the silicon oxide film having different oxidation temperatures will be described. First, as a reference silicon oxide film, a silicon oxide film is formed on a silicon substrate while accurately measuring the temperature. With respect to the reference silicon oxide film thus formed, the dielectric function is obtained by the method described above.

【0049】続いて、酸化温度だけが異なり、他の条件
を同じにして製造したシリコン酸化膜について上述した
方法により誘電関数を求める。このようにして求めた基
準シリコン酸化膜の誘電関数と、評価対象であるシリコ
ン酸化膜の誘電関数とを比較すれば、その差が膜質の差
を反映していることとなり、基準シリコン酸化膜に対す
る膜質を評価することができる。
Then, the dielectric function is obtained by the above-mentioned method for the silicon oxide film manufactured under the same conditions except for the oxidation temperature. Comparing the dielectric function of the reference silicon oxide film thus obtained with the dielectric function of the silicon oxide film to be evaluated shows that the difference reflects the difference in film quality. The film quality can be evaluated.

【0050】実施例1−1 熱酸化によりシリコン基板上に約9nm厚のシリコン酸
化膜を形成したものを評価対象として、2つ以上の異な
る角度(40°、80°)で入射する入射光に対する反
射率を測定する。測定結果を図3に示す。入射光の角度
を40°と80°にしたのは、シリコン酸化膜のブルー
スター角(約74°)の前後の角度を選ぶことにより、
図3に示すように、異なる角度の入射光に対する反射率
に大きな相違を生じるようにするためである。図3に示
す反射率の2つの測定値を用いて誘電関数を計算により
求める。
Example 1-1 A silicon oxide film having a thickness of about 9 nm formed on a silicon substrate by thermal oxidation was evaluated, and the incident light incident at two or more different angles (40 °, 80 °) was evaluated. Measure reflectance. The measurement result is shown in FIG. The angle of incident light is set to 40 ° and 80 ° by selecting the angle before and after the Brewster angle (about 74 °) of the silicon oxide film.
This is to cause a large difference in reflectance with respect to incident light of different angles, as shown in FIG. The dielectric function is calculated by using the two measured values of reflectance shown in FIG.

【0051】シリコン酸化膜をフッ酸で除去し、表面に
実質的に何も形成されていないシリコン基板を用意し、
そのシリコン基板の反射率を基準として評価対象の反射
率を相対値として定める。表面に何も形成されていない
シリコン基板の反射率の測定値は、反射率を1と仮定す
る金ミラーの反射率を基準として定められる。この測定
値よりシリコン基板自体の吸収とシリコン基板の裏面の
反射によるA2 0 項の値を求める。入射角度により裏
面反射率、透過光の光路長が異なるので、測定する角度
毎にA2 0 項の値を求める。
The silicon oxide film was removed with hydrofluoric acid and the surface was removed.
Prepare a silicon substrate on which virtually nothing is formed,
Reflection of the evaluation target based on the reflectance of the silicon substrate
The rate is defined as a relative value. Nothing is formed on the surface
Measured reflectance of silicon substrate is assumed to be 1
It is set based on the reflectance of the gold mirror. This measurement
From the value of the absorption of the silicon substrate itself and the back of the silicon substrate
A by reflection2R0Find the value of the term. Back depending on incident angle
Since the surface reflectance and the optical path length of transmitted light are different, the angle to be measured
Every A2R 0Find the value of the term.

【0052】誘電関数を設定し、求めたA2 0 項の値
を用いて、反射率Rを次に示す式を用いて計算する。
The dielectric function is set, and the reflectance R is calculated using the following expression using the obtained value of the A 2 R 0 term.

【0053】[0053]

【数4】 R=R1 +(T1 2 2 0 )/(1−A2
0 2 ) ただし、R0 、R1 、R2 :反射率 A :吸収率 T1 、T2 :透過率 計算された反射率Rを実際に測定した測定値と比較し、
測定値と最も近い誘電率の値を必要な波数領域にわたっ
て求める。このようにして求めた誘電関数をもとにし
て、例えば、膜厚を変更して計算を行ない、実測値と比
較して、膜厚が異なるシリコン酸化膜の膜質を評価す
る。
[Equation 4] R = R 1 + (T 1 T 2 A 2 R 0) / (1-A 2 R
0 R 2) However, R 0, R 1, R 2: reflection factor A: absorption rate T 1, T 2: compared with measurements of actual measured transmittance calculated reflectance R,
The dielectric constant value closest to the measured value is obtained over the required wave number region. Based on the thus obtained dielectric function, for example, the film thickness is changed and calculation is performed, and the film quality of the silicon oxide film having a different film thickness is evaluated by comparing with the measured value.

【0054】本実施例によるシリコン酸化膜の評価方法
は、膜厚が異なるシリコン酸化膜の他にも、酸化温度
や、酸化前処理、酸化雰囲気、酸化炉への導出入温度、
酸化後熱処理等の酸化条件が異なる膜に対しても有効で
ある。シリコン酸化膜を形成する条件を変えた場合に
は、その酸化条件によってシリコン酸化膜の膜構造が異
なるため、本実施例の方法により誘電関数を求めて膜構
造を比較する。
The method for evaluating a silicon oxide film according to the present embodiment includes, in addition to the silicon oxide films having different thicknesses, the oxidation temperature, the oxidation pretreatment, the oxidizing atmosphere, the temperature for introducing into and oxidizing from the oxidizing furnace,
It is also effective for films having different oxidation conditions such as post-oxidation heat treatment. When the conditions for forming the silicon oxide film are changed, the film structure of the silicon oxide film differs depending on the oxidation conditions. Therefore, the dielectric function is obtained by the method of this embodiment and the film structures are compared.

【0055】その比較結果と、半導体素子を形成した後
の電気特性との相関関係を求めることにより、シリコン
酸化膜の製造工程の製造条件を最適化することができ
る。 [第2の実施例]本発明の第2の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法を図4乃至図13を用いて説明する。
By obtaining the correlation between the comparison result and the electrical characteristics after the semiconductor element is formed, the manufacturing conditions of the manufacturing process of the silicon oxide film can be optimized. [Second Embodiment] A method for evaluating a silicon oxide film according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0056】本実施例では、反射赤外分光法(IR−R
AS:nfraed eflection
sorption pectroscopy)を用い
て、シリコン酸化膜の界面を評価する。シリコン酸化膜の界面の評価方法の原理 本願発明者等は、シリコン酸化膜の構造を評価するの
に、反射赤外分光法(IR−RAS)を用いて、赤外吸
収スペクトルでの波数が1250cm-1付近及び106
0cm-1付近の信号を測定することが有効であることを
提案している。
In this example, reflection infrared spectroscopy (IR-R
AS: I nfra R ed R eflection A b
sorption S pectroscopy) is used to evaluate the interface of the silicon oxide film. Principle of Evaluation Method of Interface of Silicon Oxide Film The inventors of the present application used reflection infrared spectroscopy (IR-RAS) to evaluate the structure of the silicon oxide film, and the wave number in the infrared absorption spectrum was 1250 cm. Around -1 and 106
It is proposed that it is effective to measure the signal near 0 cm -1 .

【0057】しかしながら、波数が1250cm-1付近
及び1060cm-1付近の信号は、シリコン酸化膜の膜
構造に関する情報を示すものではあるが、半導体素子の
特性を決定するとされている、シリコン基板とシリコン
酸化膜の界面の構造を表すものではない。波数が106
0cm-1付近の信号は、シリコン原子と酸素原子の結合
(Si−O)の伸縮振動の横光学的(TO:Trans
verse Optical)フォノンによる吸収を表
し、波数が1250cm-1付近の信号は、シリコン原子
と酸素原子の結合(Si−O)の伸縮振動の縦光学的
(LO:Longitudinal Optical)
フォノンによる吸収を表している。このように、これら
の信号は共にシリコン酸化膜バルク(全体)としての性
質を示すものであり、シリコン基板とシリコン酸化膜の
界面の構造を表すものではない。
However, the signals near the wave numbers of 1250 cm -1 and 1060 cm -1 indicate information about the film structure of the silicon oxide film, but it is said that the characteristics of the semiconductor element are determined and the silicon substrate and the silicon are determined. It does not represent the structure of the oxide film interface. Wave number is 106
The signal around 0 cm −1 is the transverse optical (TO: Trans) of stretching vibration of the bond (Si—O) between the silicon atom and the oxygen atom.
The signal near the wave number of 1250 cm −1 is the longitudinal optical (LO: Longitudinal Optical) of the stretching vibration of the bond between the silicon atom and the oxygen atom (Si—O).
Represents absorption by phonons. As described above, both of these signals show the properties as the bulk (entire) of the silicon oxide film, and do not show the structure of the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film.

【0058】このため、実際の半導体素子の特性に大き
な影響を与えるシリコン基板とシリコン酸化膜の界面の
構造を表す信号が、赤外吸収スペクトルのどの波数範囲
に有効に現れるかが不明であった。本願発明者等は、反
射赤外分光法(IR−RAS)による反射率又は吸収率
のスペクトルのどの波数範囲に注目すればよいかについ
て、鋭意研究した結果、反射赤外分光法で測定したシリ
コン酸化膜の反射率又は吸収率のスペクトルのうち、波
数が約1100〜1230cm-1の範囲の信号を着目す
ればよいことがわかった。
Therefore, it has been unclear in which wave number range of the infrared absorption spectrum the signal representing the structure of the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film, which has a great influence on the characteristics of the actual semiconductor element, effectively appears. . The inventors of the present application have conducted extensive studies as to which wave number range of the reflectance or absorptance spectrum by reflection infrared spectroscopy (IR-RAS), and as a result, silicon measured by reflection infrared spectroscopy. It has been found that among the spectra of the reflectance or the absorptance of the oxide film, signals having a wave number in the range of about 1100 to 1230 cm −1 may be focused.

【0059】シリコン基板とシリコン酸化膜の界面を考
えた場合、この界面は必ずしも平坦ではなく、図4に模
式的に示したように、シリコン基板10中にシリコン酸
化膜12が所々入り混んだような構造をしていると考え
られる。このとき、シリコン酸化膜12は、図4に示す
ように、シリコン酸化膜12の膜部分12aと、シリコ
ン基板10中に杭のように食い込んだ杭部分12bとに
分けて考えることができる。
Considering the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film, this interface is not always flat, and as shown schematically in FIG. 4, the silicon oxide film 12 seems to be mixed in some places in the silicon substrate 10. It is thought to have a different structure. At this time, as shown in FIG. 4, the silicon oxide film 12 can be considered separately as a film portion 12a of the silicon oxide film 12 and a pile portion 12b which is bite into the silicon substrate 10 like a pile.

【0060】このうち、シリコン酸化膜12の膜部分1
2aは、波数が1250cm-1付近及び1060cm-1
付近の信号を測定することで評価できる。一方、シリコ
ン酸化膜12の杭部分12bは、周囲及び下部がシリコ
ンのバルクであることから、熱処理工程等でシリコン結
晶中に析出する酸化シリコンと似たような環境下にある
ものと考えられる。
Of these, the film portion 1 of the silicon oxide film 12
2a has a wave number near 1250 cm -1 and 1060 cm -1
It can be evaluated by measuring nearby signals. On the other hand, the pile portion 12b of the silicon oxide film 12 is considered to be in an environment similar to that of silicon oxide precipitated in the silicon crystal during the heat treatment process or the like, because the periphery and the lower portion are the bulk of silicon.

【0061】シリコン結晶中に固溶する酸化シリコンに
よる赤外吸収信号が、1100cm -1から1230cm
-1の波数範囲に現れることが指摘されている(S.M.
Hu、J.Appl.Phys.,vol 51,pa
ge 5945、(1980))。したがって、シリコ
ン酸化膜12の杭部分12bによる赤外吸収信号も、1
100cm-1から1230cm-1の波数範囲に現れると
思われる。
In the silicon oxide which forms a solid solution in the silicon crystal
Infrared absorption signal is 1100 cm -1From 1230 cm
-1It is pointed out that it appears in the wave number range of S.M.
Hu, J. Appl. Phys. , Vol 51, pa
ge 5945, (1980)). Therefore, silico
The infrared absorption signal from the pile portion 12b of the oxide film 12 is also 1
100 cm-1From 1230 cm-1In the wave number range of
Seem.

【0062】図5は、シリコン基板を純水中にある時間
だけ放置したときの酸化シリコンの赤外吸収スペクトル
を示すグラフである。シリコン基板を放置すると、シリ
コン基板表面に島状に自然酸化膜が形成されていくこと
が知られている。放置時間が長くなると酸化が進み、島
状の自然酸化膜が大きくなる。放置時間が長くなると、
図5に示すように、1100cm-1から1230cm-1
の波数範囲での吸収が多くなり徐々に変化している。
FIG. 5 is a graph showing the infrared absorption spectrum of silicon oxide when the silicon substrate is left in pure water for a certain period of time. It is known that when a silicon substrate is left unattended, an island-shaped natural oxide film is formed on the surface of the silicon substrate. If the standing time becomes long, oxidation progresses and the island-shaped natural oxide film becomes large. If left unattended for a long time,
As shown in FIG. 5, 1100 cm -1 to 1230 cm -1
The absorption in the wave number range of increases and increases gradually.

【0063】シリコン基板とシリコン酸化膜との界面で
は、自然酸化膜と同様に、シリコン中にシリコン酸化膜
が入り込んだ構造をしているので、シリコン基板とシリ
コン酸化膜との界面の構造を知るためには、1100c
-1から1230cm-1の波数範囲の信号をモニタすれ
ばよいことがわかる。実施例2−1 図6は、シリコン基板の(100)面を硫酸と過酸化水
素の混合液に浸して形成した自然酸化膜のIR−RAS
スペクトル(a)と、硝酸溶液に浸して形成した自然酸
化膜のIR−RASスペクトル(b)である。図7はス
ペクトル(a)とスペクトル(b)の差スペクトルであ
る。
Since the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film has a structure in which the silicon oxide film penetrates into silicon like the natural oxide film, the structure of the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film is known. For 1100c
It can be seen that it is sufficient to monitor the signal in the wave number range from m −1 to 1230 cm −1 . Example 2-1 FIG. 6 shows IR-RAS of a natural oxide film formed by immersing the (100) surface of a silicon substrate in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.
It is a spectrum (a) and an IR-RAS spectrum (b) of a natural oxide film formed by immersing in a nitric acid solution. FIG. 7 is a difference spectrum between the spectrum (a) and the spectrum (b).

【0064】波数1230−1250cm-1付近のLO
フォノンによる吸収ピークと、波数1060cm-1付近
のTOフォノンによる吸収ピークとで、その大きさと位
置が違っているので、図7に示すように、差スペクトル
にもその違いが表れている。しかし、図7に示すよう
に、aで示される波数1100−1200cm-1の範囲
にもスペクトル差があることがわかる。
LO near wave number 1230-1250 cm -1
Since the absorption peak due to the phonon and the absorption peak due to the TO phonon near the wave number of 1060 cm −1 are different in size and position, the difference spectrum also shows the difference as shown in FIG. 7. However, as shown in FIG. 7, it can be seen that there is also a spectrum difference in the range of wave numbers 1100-1200 cm −1 indicated by a.

【0065】図8は、図6及び図7におけるシリコン基
板を1気圧の酸素雰囲気中で800℃に加熱し、3nm
程度の熱酸化膜を形成した後のIR−RASスペクトル
である。スペクトル(a)は、硫酸と過酸化水素の混合
液により自然酸化膜を形成した後に熱酸化したもの(膜
厚2.9nm)であり、スペクトル(b)は、硝酸溶液
による自然酸化膜を形成した後に熱酸化したもの(膜厚
3.2nm)である。図9はスペクトル(a)とスペク
トル(b)の差スペクトルである。
FIG. 8 shows that the silicon substrate shown in FIGS. 6 and 7 was heated to 800 ° C. in an oxygen atmosphere at 1 atm and was heated to 3 nm.
It is an IR-RAS spectrum after forming a thermal oxide film of a certain degree. The spectrum (a) shows a natural oxide film formed by a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide and then thermally oxidized (film thickness 2.9 nm), and the spectrum (b) shows a natural oxide film formed by a nitric acid solution. And then thermally oxidized (thickness: 3.2 nm). FIG. 9 is a difference spectrum between the spectrum (a) and the spectrum (b).

【0066】図8に示すように、LOフォノン、TOフ
ォノンによる吸収ピークは、その後の熱酸化により、ほ
ぼ同程度のものとなっており、両者にはわずかな膜厚の
差による違いしかみられない。そして、硝酸溶液処理に
よるものの方がわずかに膜厚が厚いことがわかる。実際
に、両方の熱酸化膜をエリプソメトリーで測定したとこ
ろ、硫酸と過酸化水素の混合液による自然酸化膜(スペ
クトル(a))の膜厚は2.9nmであり、硝酸溶液に
よる自然酸化膜(スペクトル(b))の膜厚は3.2n
mであり、硝酸溶液処理によるものの方がわずかに厚
い。
As shown in FIG. 8, the absorption peaks due to LO phonons and TO phonons are almost the same due to the subsequent thermal oxidation, and only a slight difference in film thickness is observed between them. Absent. It can be seen that the film thickness obtained by the nitric acid solution treatment is slightly thicker. Actually, when both thermal oxide films were measured by ellipsometry, the film thickness of the natural oxide film (spectrum (a)) formed by the mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide was 2.9 nm. The thickness of (spectrum (b)) is 3.2 n
m, which is slightly thicker by the nitric acid solution treatment.

【0067】しかし、1100−1200cm-1の波数
領域においては、スペクトル(a)の方が大きく、これ
は図6及び図7に現れている傾向と一致する。すなわ
ち、熱酸化後でも、その前処理の影響が1100−12
00cm-1の波数領域にかけて現れており、IR−RA
Sスペクトルのこの波数領域に注目することで熱酸化膜
の組成の違いが分かることになる。
However, in the wave number region of 1100-1200 cm -1 , the spectrum (a) is larger, which is in agreement with the tendency shown in FIGS. 6 and 7. That is, even after thermal oxidation, the effect of the pretreatment is 1100-12.
It appears over the wave number region of 00 cm -1 , and IR-RA
By focusing on this wave number region of the S spectrum, the difference in the composition of the thermal oxide film can be understood.

【0068】実施例2−2 図10は、約950℃で熱酸化し、約900℃で炉から
引き出したシリコン基板のIR−RASスペクトルであ
る。図11は、室温付近まで炉内で冷却してから引き出
したシリコン基板のIR−RASスペクトルである。図
12は、図10のスペクトルと図11のスペクトルの差
スペクトルである。
Example 2-2 FIG. 10 is an IR-RAS spectrum of a silicon substrate thermally oxidized at about 950 ° C. and taken out from the furnace at about 900 ° C. FIG. 11 is an IR-RAS spectrum of a silicon substrate extracted after cooling in the furnace to near room temperature. FIG. 12 is a difference spectrum between the spectrum of FIG. 10 and the spectrum of FIG.

【0069】図12に示すように、この実施例でも、L
Oフォノン、TOフォノンによる吸収ピークが膜厚に応
じて現れている。ところで、注目すべきことに、図12
では、図10、図11において見られなかったピークが
波数1114cm-1付近に現れている。引き出し温度の
差によってシリコン酸化膜中の固定電荷量が異なること
が知られており、この波数1114cm-1付近のピーク
は、固定電荷量の差に対応したものと考えられる。シリ
コン酸化膜中の固定電荷量は、界面の凹凸形状に依存す
ることが知られている。
As shown in FIG. 12, in this embodiment as well, L
Absorption peaks due to O phonons and TO phonons appear according to the film thickness. By the way, it should be noted that FIG.
Then, a peak not seen in FIGS. 10 and 11 appears near the wave number of 1114 cm −1 . It is known that the fixed charge amount in the silicon oxide film varies depending on the difference in the extraction temperature, and the peak near the wave number of 1114 cm −1 is considered to correspond to the difference in the fixed charge amount. It is known that the amount of fixed charges in the silicon oxide film depends on the uneven shape of the interface.

【0070】しかも、図10におけるシリコン基板と、
図11におけるシリコン基板の差は最後の酸化雰囲気の
差によるものであるから、シリコン基板とシリコン酸化
膜の界面の構造が異なると考えられる。したがって、波
数1114cm-1付近のピークは、シリコン基板とシリ
コン酸化膜の界面の構造の差を表すものと考えられる。
Moreover, the silicon substrate shown in FIG.
Since the difference in the silicon substrate in FIG. 11 is due to the difference in the last oxidizing atmosphere, it is considered that the structure of the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film is different. Therefore, the peak near the wave number of 1114 cm −1 is considered to represent the difference in the structure of the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film.

【0071】実施例2−3 図13は、熱酸化前の前処理が異なる膜のIR−RAS
スペクトルである。スペクトル(a)は、シリコン基板
の(100)面を5%のフッ酸で1分間だけ前処理した
後、過酸化水素と水の1対1の混合溶液に20分間浸漬
し、その後、100℃で熱処理することにより、シリコ
ン基板上に形成したシリコン酸化膜のスペクトルであ
る。このシリコン酸化膜の膜厚をエリプソメトリーで測
定したところ1.54nmであった。
Example 2-3 FIG. 13 shows IR-RAS of a film having different pretreatment before thermal oxidation.
It is a spectrum. The spectrum (a) shows that the (100) surface of the silicon substrate was pretreated with 5% hydrofluoric acid for 1 minute, then immersed in a 1: 1 mixed solution of hydrogen peroxide and water for 20 minutes, and then at 100 ° C. This is a spectrum of the silicon oxide film formed on the silicon substrate by heat treatment in. The thickness of this silicon oxide film was measured by ellipsometry and found to be 1.54 nm.

【0072】スペクトル(b)は、シリコン基板の(1
00)面をフッ酸とフッ化アンモニウムの7対1の混合
溶液(BHF:Buffered Hydragen
Fluoride)で5分間だけ前処理した後、過酸化
水素と水の1対1の混合溶液に20分間浸漬し、その
後、100℃で熱処理することにより、シリコン基板上
に形成したシリコン酸化膜のスペクトルである。このシ
リコン酸化膜の膜厚をエリプソメトリーで測定したとこ
ろ2.18nmであった。
The spectrum (b) is (1) of the silicon substrate.
(00) surface is mixed solution of 7: 1 with hydrofluoric acid and ammonium fluoride (BHF: Buffered Hydrogen).
Fluoride) pretreatment for 5 minutes, then soak in a 1: 1 mixed solution of hydrogen peroxide and water for 20 minutes, and then heat-treat at 100 ° C. to obtain a spectrum of the silicon oxide film formed on the silicon substrate. Is. The thickness of this silicon oxide film was measured by ellipsometry and found to be 2.18 nm.

【0073】図13に示すように、両方のシリコン酸化
膜とも、波数1230−1250cm-1付近のLOフォ
ノンによる吸収ピークと、波数1060cm-1付近のT
Oフォノンによる吸収ピークは同じであり、両方のシリ
コン酸化膜の膜質がほぼ同じである。しかし、図13に
示すように、1100−1200cm-1の波数領域にお
いては、スペクトル(a)の方がスペクトル(b)より
も大きい。したがって。熱酸化後でも、その前処理の影
響が1100−1200cm-1の波数領域にかけて現れ
ている。図13から、スペクトル(a)の界面の方が、
スペクトル(b)の界面よりも凹凸が小さいことがわか
る。 [第3の実施例]本発明の第3の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法を図14乃至図16を用いて説明す
る。
[0073] As shown in FIG. 13, both of the silicon oxide film, an absorption peak due to LO phonons around wave number 1230-1250cm -1, T near the wave number 1060 cm -1
The absorption peaks due to O-phonons are the same, and the film quality of both silicon oxide films is almost the same. However, as shown in FIG. 13, the spectrum (a) is larger than the spectrum (b) in the wave number region of 1100-1200 cm −1 . Therefore. Even after the thermal oxidation, the influence of the pretreatment appears in the wave number region of 1100-1200 cm -1 . From FIG. 13, the interface of the spectrum (a) is
It can be seen that the unevenness is smaller than at the interface of spectrum (b). [Third Embodiment] A method for evaluating a silicon oxide film according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0074】上述した第1及び第2の実施例では、シリ
コン基板上のシリコン酸化膜での反射光を測定してシリ
コン酸化膜を評価するようにしている。しかしながら、
図14に示すように、本来、入射光aがシリコン酸化膜
22で反射する反射光bのみを測定したいにもかかわら
ず、シリコン基板20の裏面で反射してシリコン酸化膜
22を透過した光cも同時に測定されてしまう。このた
め、シリコン基板20上に形成されたシリコン酸化膜2
2の構造解析や、シリコン基板20とシリコン酸化膜2
2の界面近傍の観察が、不正確になると共に、解析や評
価に時間と労力が必要であるとう問題があった。
In the first and second embodiments described above, the light reflected by the silicon oxide film on the silicon substrate is measured to evaluate the silicon oxide film. However,
As shown in FIG. 14, although it is originally desired to measure only the reflected light b reflected by the silicon oxide film 22 as the incident light a, the light c reflected by the back surface of the silicon substrate 20 and transmitted through the silicon oxide film 22. Will be measured at the same time. Therefore, the silicon oxide film 2 formed on the silicon substrate 20
2 structure analysis, silicon substrate 20 and silicon oxide film 2
There was a problem that observation of the vicinity of the interface of No. 2 became inaccurate and time and labor were required for analysis and evaluation.

【0075】本実施例は、このような問題を解決して、
シリコン酸化膜で反射する反射光bのみを測定すること
を可能にするものである。本実施例の原理 本実施例の原理を図15に示す。図15に示す原理によ
れば、シリコン基板20中に赤外光を吸収する赤外光吸
収領域24を設けることにより、シリコン基板の被測定
側ではない界面からの反射成分を無視できるようにして
いる。
The present embodiment solves such a problem and
It is possible to measure only the reflected light b reflected by the silicon oxide film. Principle of this Embodiment The principle of this embodiment is shown in FIG. According to the principle shown in FIG. 15, the infrared light absorption region 24 that absorbs infrared light is provided in the silicon substrate 20 so that the reflection component from the interface of the silicon substrate which is not the measured side can be ignored. There is.

【0076】赤外光を吸収する赤外光吸収領域24はシ
リコン基板20中の全領域に形成してもよいし、シリコ
ン基板20内に所定の評価領域を設け、その評価領域の
シリコン基板20内に設けるようにしてもよい。また、
シリコン基板20上に形成された半導体素子下の領域に
赤外光吸収領域24を設けるようにしてもよい。半導体
素子に用いられる予定のゲート酸化膜を直接的に評価す
ることができ、最終的に形成された半導体素子の電気的
特性と比較する場合に有効である。
The infrared light absorbing region 24 for absorbing infrared light may be formed in the entire region of the silicon substrate 20, or a predetermined evaluation region may be provided in the silicon substrate 20 and the silicon substrate 20 in the evaluation region may be formed. It may be provided inside. Also,
The infrared light absorption region 24 may be provided in the region below the semiconductor element formed on the silicon substrate 20. It is possible to directly evaluate the gate oxide film to be used in the semiconductor element, which is effective when compared with the electrical characteristics of the finally formed semiconductor element.

【0077】なお、吸光度が大きくなっても、シリコン
基板20が薄いと屈折光を吸収し切れずに基板表面から
再び出射してしまう。そこで、シリコン基板20を厚く
することにより光路長を長くし、シリコン基板内を透過
するあいだに透過成分を吸収することが望ましい。実施例3−1 0.5mm厚のシリコン基板中に、ホウ素を1×1015
原子/cm3 の濃度で添加した場合について検討する。
入射角が80度の赤外光を照射した場合の絶対反射率は
8〜10%程度となる。
Even if the absorbance is large, if the silicon substrate 20 is thin, the refracted light is not completely absorbed and is emitted again from the substrate surface. Therefore, it is desirable to increase the optical path length by making the silicon substrate 20 thick so as to absorb the transmission component while transmitting through the silicon substrate. Example 3-1 1 × 10 15 boron was added to a 0.5 mm thick silicon substrate.
Consider the case of addition at a concentration of atoms / cm 3 .
The absolute reflectance when irradiated with infrared light having an incident angle of 80 degrees is about 8 to 10%.

【0078】一方、シリコン基板の表面からの理論的な
反射率は次のフレネルの式により求めることができる。
On the other hand, the theoretical reflectance from the surface of the silicon substrate can be obtained by the following Fresnel's equation.

【0079】[0079]

【数5】 シリコンの誘電率を11.7とすると、上記フレネルの
式から、シリコン基板の表面からの理論的な反射率は
5.5%となるので、上述した濃度をホウ素を添加した
シリコン基板からの反射光には、シリコン基板内部から
の多重反射成分がかなり含まれていることがわかる。
[Equation 5] Assuming that the dielectric constant of silicon is 11.7, the theoretical reflectance from the surface of the silicon substrate is 5.5% from the above Fresnel's equation, so that the reflection from the silicon substrate to which boron is added at the above concentration is obtained. It can be seen that the light considerably contains multiple reflection components from the inside of the silicon substrate.

【0080】ここで、シリコン基板の厚さを1cmで規
格化した場合の内部吸収成分は、次に示すランバート則
Here, the internal absorption component when the thickness of the silicon substrate is normalized to 1 cm is Lambert's law shown below.

【0081】[0081]

【数6】 に従うとして吸光度を求めると、0.1〜0.3程度と
なり屈折率の吸収には不十分である。シリコン基板内に
屈折する光を、基板内部でほぼ吸収するには吸光度が2
以上(吸収率が99%以上)であればよいので、シリコ
ン基板の厚さが10mm以上であることが望ましい。
[Equation 6] When the absorbance is determined to be in accordance with, the value is about 0.1 to 0.3, which is insufficient for the absorption of the refractive index. To absorb the light refracted into the silicon substrate almost inside the substrate, the absorbance is 2
The thickness of the silicon substrate is preferably 10 mm or more, because the above (absorption rate is 99% or more) is sufficient.

【0082】シリコン基板内における赤外光の吸収は、
シリコンの格子振動による吸収と、自由キャリアによる
吸収と、波数1100cm-1では格子間酸素による吸収
と、3つの態様が考えられる。シリコンの格子振動によ
る吸収は弱く、格子間酸素による吸収は熱処理により変
化して特定領域のみに吸収をもたらす。このため、自由
キャリアによる吸収を利用することが有効であると考え
られる。そこで、シリコン基板の測定領域に自由キャリ
アの濃度を増加させ、基板中の透過成分を減衰させれば
よい。
The absorption of infrared light in the silicon substrate is
There are three possible modes: absorption due to lattice vibration of silicon, absorption due to free carriers, and absorption due to interstitial oxygen at a wave number of 1100 cm -1 . The absorption due to lattice vibration of silicon is weak, and the absorption due to interstitial oxygen is changed by heat treatment to bring about the absorption only in a specific region. Therefore, it is considered effective to utilize absorption by free carriers. Therefore, the concentration of free carriers may be increased in the measurement region of the silicon substrate to attenuate the transmission component in the substrate.

【0083】図16は、5mm厚のシリコン基板中に添
加されたホウ素の濃度と、吸光度との関係を示すグラフ
である。図16から明らかなように、5mm厚のシリコ
ン基板の場合、吸光度が2以上となる自由キャリア濃度
(ホウ素濃度)は1×1018/cm3 以上となる。1c
m厚のシリコン基板の場合は、自由キャリア濃度(ホウ
素濃度)は1×1016/cm3 以上となる。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the concentration of boron added to a 5 mm thick silicon substrate and the absorbance. As is clear from FIG. 16, in the case of a 5 mm-thick silicon substrate, the free carrier concentration (boron concentration) at which the absorbance is 2 or more is 1 × 10 18 / cm 3 or more. 1c
In the case of an m-thick silicon substrate, the free carrier concentration (boron concentration) is 1 × 10 16 / cm 3 or more.

【0084】なお、シリコン基板中にこのような高濃度
の不純物を添加すると、シリコン基板の酸化のメカニズ
ムが変化して、半導体素子の特性に影響を与える虞れが
ある。このため、赤外光吸収領域を形成する場合には、
不純物の導入方法を工夫することが望ましい。
When such a high-concentration impurity is added to the silicon substrate, the mechanism of oxidation of the silicon substrate may change, possibly affecting the characteristics of the semiconductor device. Therefore, when forming the infrared light absorption region,
It is desirable to devise the method of introducing impurities.

【0085】例えば、シリコン基板の裏面からイオン打
ち込みにより不純物を添加するようにする。シリコン基
板の表面がイオン打ち込みにより劣化するのを防止する
ことができる。また、シリコン基板の表面に保護膜を形
成し、熱拡散により裏面から不純物を添加するようにし
てもよい。また、シリコン基板に不純物をイオン注入等
により赤外光吸収領域を形成する場合、不純物濃度のプ
ロファイルを急峻にしないようにすることが望ましい。
あまり、不純物濃度のプロファイルを急峻にすると、赤
外光吸収領域により赤外光が著しく反射する虞れがある
からである。
For example, impurities are added by ion implantation from the back surface of the silicon substrate. It is possible to prevent the surface of the silicon substrate from being deteriorated by ion implantation. Alternatively, a protective film may be formed on the front surface of the silicon substrate and impurities may be added from the back surface by thermal diffusion. Further, when the infrared light absorption region is formed in the silicon substrate by ion implantation of impurities, it is desirable that the profile of the impurity concentration is not made steep.
This is because if the profile of the impurity concentration is too steep, the infrared light may be significantly reflected by the infrared light absorption region.

【0086】なお、以上の説明ではシリコン基板にホウ
素を導入して自由キャリアとしてホールの濃度を高くす
るようにしたが、ヒ素を導入して自由キャリアとして電
子の濃度を高くするようにしてもよい。 [第4の実施例]本発明の第4の実施例によるシリコン
酸化膜の評価方法を図17乃至図22を用いて説明す
る。
In the above description, boron is introduced into the silicon substrate to increase the concentration of holes as free carriers, but arsenic may be introduced to increase the concentration of electrons as free carriers. . [Fourth Embodiment] A method for evaluating a silicon oxide film according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0087】本実施例は、赤外反射吸収分光法によるシ
リコン酸化膜の界面の凹凸構造について新たなモデルを
設定し、そのモデルに適合するように誘電関数を定める
ことにより、界面の凹凸構造を定量化しようとするもの
である。シリコン酸化膜の反射率の計算は、次のような
手順で行なうようにしている((ボルン著「光学の原理
1,2,3」参照)。
In this embodiment, a new model is set for the uneven structure of the interface of the silicon oxide film by infrared reflection absorption spectroscopy, and the dielectric function is determined so as to match the model, whereby the uneven structure of the interface is determined. It is what you want to quantify. The calculation of the reflectance of the silicon oxide film is performed by the following procedure (see "Optical Principles 1, 2, 3" by Born).

【0088】まず、図17に示すように、シリコン基板
30上に複数の層320、321、…、32mが積層さ
れていると仮定する。特性行列を用いた次式から反射率
Rを求める。
First, it is assumed that a plurality of layers 320, 321, ..., 32m are stacked on the silicon substrate 30 as shown in FIG. The reflectance R is calculated from the following equation using the characteristic matrix.

【0089】[0089]

【数7】 [Equation 7]

【0090】[0090]

【数8】 上記式における未知数は、入射角度θと、入射光波数ν
と、各層320、321、…、32mでの誘電関数ε
0、ε1、…、εm、各層の厚さd0、d1、…、dm
である。本実施例の原理 本実施例では、図18に示すように、シリコン基板30
上にシリコン酸化膜32が形成されている場合に、シリ
コン酸化膜32が、酸化シリコンからなる層32aと、
界面にシリコン粒と酸化シリコン粒が混在する混在層3
2bとにより構成されているというモデルを設定し、有
効媒質理論により混在層32bの誘電関数を求めるよう
にしている。
[Equation 8] The unknowns in the above equation are the incident angle θ and the incident light wave number ν
, And the dielectric function ε at each layer 320, 321, ..., 32 m
0, ε1, ..., εm, thickness of each layer d0, d1, ..., dm
Is. Principle of this Embodiment In this embodiment, as shown in FIG.
When the silicon oxide film 32 is formed on the silicon oxide film 32, the silicon oxide film 32 includes a layer 32a made of silicon oxide,
Mixed layer 3 in which silicon particles and silicon oxide particles are mixed at the interface
2b is set, and the dielectric function of the mixed layer 32b is obtained by the effective medium theory.

【0091】シリコン基板中に波長に対して十分小さい
酸化シリコン粒が存在する系における入射電場に対する
反射などの応答は有効媒質理論によって説明される(キ
ッテル著「固体物理学入門」上・下参照)。有効媒質理
論とは、基板(媒質)中の酸化物は外部電場に対して分
極するので、外部電場と酸化物による分極電場の和に対
して媒質は応答すると考えるものである。
Responses such as reflection to an incident electric field in a system in which silicon oxide particles sufficiently small with respect to wavelength are present in a silicon substrate are explained by effective medium theory (see “Introduction to Solid State Physics”, upper and lower by Kittel). . The effective medium theory is that the medium responds to the sum of the external electric field and the polarized electric field due to the oxide, because the oxide in the substrate (medium) is polarized with respect to the external electric field.

【0092】有効媒質理論によれば、シリコン酸化物の
形状、電場に対する配置、大きさ、密度によってスペク
トルが変化する。図19に示すように、シリコン酸化粒
の形状を各主軸長をa1,a2,a3とする楕円体と
し、その密度をfとしたときには次式のようになる。
According to the effective medium theory, the spectrum changes depending on the shape of silicon oxide, the arrangement with respect to the electric field, the size, and the density. As shown in FIG. 19, when the shape of the silicon oxide particles is an ellipsoid having principal axis lengths a1, a2, and a3, and the density thereof is f, the following equation is obtained.

【0093】[0093]

【数9】 そこで、図17の混在層32bで示したように、界面の
凹凸構造を有効媒質理論を近似的に適用できるように解
釈する。その結果、界面凹凸部分の形状と密度と厚さか
ら界面凹凸が定量できる。シリコン酸化膜の界面構造の
定量評価の手順は次の通りである。
[Equation 9] Therefore, as shown by the mixed layer 32b in FIG. 17, the uneven structure of the interface is interpreted so that the effective medium theory can be approximately applied. As a result, the interface irregularities can be quantified from the shape, density and thickness of the interface irregularities. The procedure for quantitative evaluation of the interface structure of the silicon oxide film is as follows.

【0094】まず、シリコン基板30上のシリコン酸化
膜32に赤外光を入射し、反射光のスペクトルを測定す
る。次に、前述した第1の実施例の方法により、シリコ
ン基板30とシリコン酸化膜32の誘電関数を求める。
次に、最小2乗法などの最適化アルゴリズムにより、実
測された赤外光スペクトルから界面凹凸の形状、大きさ
の未知数を決定する。
First, infrared light is incident on the silicon oxide film 32 on the silicon substrate 30 and the spectrum of the reflected light is measured. Next, the dielectric function of the silicon substrate 30 and the silicon oxide film 32 is obtained by the method of the first embodiment described above.
Next, by an optimization algorithm such as the least square method, the unknown number of the shape and size of the interface irregularities is determined from the actually measured infrared light spectrum.

【0095】実施例4−1 図20に赤外反射スペクトルの実測値を示す。スペクト
ルaは、シリコン基板上に約5nm厚の厚いシリコン酸
化膜を形成した場合の赤外反射スペクトルであり、スペ
クトルbは、シリコン基板上に約2nm厚の薄いシリコ
ン酸化膜を形成した場合の赤外反射スペクトルである。
両方のシリコン酸化膜は、膜厚以外は同一の熱酸化条件
により製造した。
Example 4-1 FIG. 20 shows measured values of infrared reflection spectrum. Spectrum a is an infrared reflection spectrum when a thick silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed on the silicon substrate, and spectrum b is a red spectrum when a thin silicon oxide film having a thickness of about 2 nm is formed on the silicon substrate. It is an external reflection spectrum.
Both silicon oxide films were manufactured under the same thermal oxidation conditions except for the film thickness.

【0096】厚いシリコン酸化膜の場合(スペクトル
a)は、全体の膜厚に比べて、界面凹凸である混在層3
2bの厚さの比率が低いので、混在層32bの影響が少
なく、界面凹凸がないものとみなすことが可能である。
一方、薄いシリコン酸化膜の場合(スペクトルb)は、
界面凹凸である混在層32bに影響されることになる。
In the case of a thick silicon oxide film (spectrum a), the mixed layer 3 having unevenness in the interface is thicker than the entire film thickness.
Since the thickness ratio of 2b is low, the influence of the mixed layer 32b is small and it can be considered that there is no interface irregularity.
On the other hand, in the case of a thin silicon oxide film (spectrum b),
It is affected by the mixed layer 32b which is the interface irregularity.

【0097】したがって、スペクトルaとスペクトルb
との比較した場合、その相違する点は、主として界面の
凹凸構造を表していると考えられる。図20において、
スペクトルaとスペクトルbを比較した場合、次のよう
な相違が観測される。第1に、波数1255cm-1のL
Oフォノンのピークが、スペクトルaに比べてスペクト
ルbの方が低波数側にシフトしている点である。
Therefore, spectrum a and spectrum b
It is considered that the difference is mainly due to the concavo-convex structure of the interface when compared with. In FIG. 20,
When the spectrum a and the spectrum b are compared, the following differences are observed. First, L with a wave number of 1255 cm -1
The peak of O phonon is that the spectrum b is shifted to the lower wave number side than the spectrum a.

【0098】第2に、1100−1200cm-1の波数
領域において、スペクトルaに比べてスペクトルbの方
が大きい点である。これらの特徴は、界面凹凸形状であ
る酸化シリコン粒の形状と大きさのファクターにより変
化する。図20の実測値から、最適化方法により界面凹
凸のファクターの値を導くと、凹凸形状因子L=0.
3、表面密度f=0.9となる。
Secondly, in the wave number region of 1100-1200 cm -1 , the spectrum b is larger than the spectrum a. These characteristics change depending on the factors of the shape and size of the silicon oxide particles, which are the irregular shape of the interface. From the actual measurement values of FIG. 20, when the value of the factor of the unevenness of the interface is derived by the optimization method, the unevenness shape factor L = 0.
3 and the surface density f = 0.9.

【0099】凹凸形状因子Lが0.3であるということ
は、酸化シリコン粒の厚さ方向と表面方向がほぼ同じで
あるということを示し、表面密度fが0.9であるとい
うことは膜全体の9割がシリコン酸化膜であることを示
している、したがって、薄いシリコン酸化膜の場合、膜
の半分が界面凹凸領域と評価できる。そのような評価結
果に基づいてモデルを設定し、そのモデルから計算によ
り求めた赤外反射スペクトルを図21に示す。スペクト
ルaが厚いシリコン酸化膜に対する赤外反射スペクトル
であり、スペクトルbが薄いシリコン酸化膜に対する赤
外反射スペクトルである。
The unevenness shape factor L of 0.3 means that the thickness direction and the surface direction of the silicon oxide grains are almost the same, and the surface density f of 0.9 means that the film has a surface density f of 0.9. It shows that 90% of the whole is a silicon oxide film. Therefore, in the case of a thin silicon oxide film, half of the film can be evaluated as an interface uneven region. A model is set on the basis of such an evaluation result, and an infrared reflection spectrum calculated from the model is shown in FIG. The spectrum a is an infrared reflection spectrum for a thick silicon oxide film, and the spectrum b is an infrared reflection spectrum for a thin silicon oxide film.

【0100】図20の実測値のスペクトルと図21の計
算値のスペクトルとは概ね一致しており、上述した定量
的評価が適切であることがわかる。実施例4−2 図22に赤外反射スペクトルの実装値を示す。スペクト
ルaは、シリコン基板上に約5nm厚の厚いシリコン酸
化膜を形成した場合の赤外反射スペクトルであり、スペ
クトルbは、シリコン基板上に約1nm厚の薄いシリコ
ン酸化膜を形成した場合の赤外反射スペクトルである。
両方のシリコン酸化膜は、膜厚以外は同一の熱酸化条件
により製造した。
The spectrum of the actually measured value in FIG. 20 and the spectrum of the calculated value in FIG. 21 are almost in agreement, and it can be seen that the above-mentioned quantitative evaluation is appropriate. Example 4-2 FIG. 22 shows the mounted values of the infrared reflection spectrum. A spectrum a is an infrared reflection spectrum when a thick silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed on the silicon substrate, and a spectrum b is a red spectrum when a thin silicon oxide film having a thickness of about 1 nm is formed on the silicon substrate. It is an external reflection spectrum.
Both silicon oxide films were manufactured under the same thermal oxidation conditions except for the film thickness.

【0101】この実施例2は、実施例1の場合よりも、
スペクトルbのLOフォノンのピークが大きく、低波数
側にシフトしている。実施例1の場合と同様にして、界
面凹凸のファクターの値を導くと、凹凸形状因子L=
0.7、表面密度f=0.9となる。凹凸形状因子Lが
0.7であるということは、酸化シリコン粒が、厚さ方
向を1とすると表面方向がおよそ5である平べったいも
のであることを示し、表面密度fが0.9であるという
ことは膜全体の9割がシリコン酸化膜であることを示し
ている、したがって、シリコン酸化膜のほぼ全体が界面
凹凸領域であると評価できる。
The second embodiment is more than the first embodiment.
The LO phonon peak of spectrum b is large and shifted to the low wavenumber side. In the same manner as in Example 1, when the value of the factor of interface irregularity is derived, the irregularity shape factor L =
0.7 and surface density f = 0.9. The unevenness shape factor L of 0.7 indicates that the silicon oxide particles are flat and the surface direction is about 5 when the thickness direction is 1, and the surface density f is 0. A value of 9 indicates that 90% of the entire film is a silicon oxide film. Therefore, it can be evaluated that almost the entire silicon oxide film is an interface irregularity region.

【0102】なお、シリコン酸化膜に対する赤外吸収ス
ペクトルは、酸化温度、酸化雰囲気、酸化後熱処理、酸
化前処理等の酸化条件の影響を受けて変化する。これら
のスペクトルに対して同様の方法により界面凹凸構造の
ファクターを求めることができ、界面界面の凹凸構造を
定量化することができる。また、赤外吸収スペクトル同
士を比較する場合には、上述したように、スペクトルの
ピークの波数の相違や、ピークの相対的高さの差、ピー
クとバレー間の盛り上がり等の点に着目することが望ま
しい。 [第5の実施例]本発明の第5の実施例による半導体装
置の製造装置を図23を用いて説明する。
The infrared absorption spectrum of the silicon oxide film changes under the influence of the oxidizing conditions such as the oxidizing temperature, the oxidizing atmosphere, the post-oxidation heat treatment and the pre-oxidation treatment. The factor of the uneven structure of the interface can be obtained for these spectra by the same method, and the uneven structure of the interface can be quantified. Further, when comparing infrared absorption spectra, as described above, pay attention to points such as the difference in the wave number of the peaks of the spectra, the difference in the relative height of the peaks, and the rise between the peaks and the valleys. Is desirable. [Fifth Embodiment] A semiconductor device manufacturing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0103】上述した第1乃至第4の実施例によるシリ
コン酸化膜の評価方法は、いずれの場合も、非接触、非
破壊の観測法であると共に、通常の大気圧下で観測でき
る。したがって、半導体装置の製造工程として、上述し
た第1乃至第4の実施例によるシリコン酸化膜の評価方
法を実行する工程を設け、製造中の半導体基板を直接観
測して評価することができる。
In any of the cases, the silicon oxide film evaluation methods according to the above-described first to fourth embodiments are non-contact and non-destructive observation methods, and can be observed under normal atmospheric pressure. Therefore, as a manufacturing process of a semiconductor device, a process for executing the method for evaluating a silicon oxide film according to the above-described first to fourth embodiments is provided, and a semiconductor substrate being manufactured can be directly observed and evaluated.

【0104】本実施例による半導体装置の製造装置を図
23に示す。この半導体装置の製造装置は、評価工程を
含む半導体装置の製造方法を実施することができる。最
も上流側に熱処理炉40が設けられている。熱処理炉4
0では、シリコン基板上に熱酸化膜を形成するための熱
処理を行なう。熱処理炉40の下流側には、熱処理炉4
0と連続的な処理が可能なようにIR−RAS測定装置
42が配置されている。IR−RAS測定装置42で
は、上述した第1乃至第3の実施例によるシリコン酸化
膜の評価方法が実行される。
FIG. 23 shows a semiconductor device manufacturing apparatus according to this embodiment. This semiconductor device manufacturing apparatus can implement a semiconductor device manufacturing method including an evaluation step. The heat treatment furnace 40 is provided on the most upstream side. Heat treatment furnace 4
At 0, heat treatment is performed to form a thermal oxide film on the silicon substrate. The heat treatment furnace 4 is provided downstream of the heat treatment furnace 40.
The IR-RAS measurement device 42 is arranged so that continuous processing with 0 can be performed. In the IR-RAS measuring device 42, the silicon oxide film evaluation method according to the first to third embodiments described above is executed.

【0105】IR−RAS測定装置42の下流側には、
IR−RAS測定装置42と連続的な処理が可能なよう
にCVD装置44が配置されている。CVD装置44で
は、シリコン酸化膜上に多結晶シリコン層等を堆積す
る。次に、本実施例による半導体装置の製造装置の動作
について、シリコン基板上にトランジスタを形成する場
合を例として説明する。
On the downstream side of the IR-RAS measuring device 42,
A CVD device 44 is arranged so that continuous processing with the IR-RAS measuring device 42 is possible. In the CVD device 44, a polycrystalline silicon layer or the like is deposited on the silicon oxide film. Next, the operation of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment will be described by taking the case of forming a transistor on a silicon substrate as an example.

【0106】まず、シリコン基板であるウエーハを熱処
理炉40に導入し、シリコン基板表面に薄いシリコン酸
化膜であるゲート酸化膜を形成する。次に、ゲート酸化
膜が形成されたウエーハをIR−RAS測定装置42に
搬送し、上述した第1乃至第3の実施例による方法によ
りゲート酸化膜の膜構造を評価する。評価の結果、不良
であると判断されたウエーハは、この段階でリジェクト
される。したがって、その後の無駄な製造プロセスを行
なう必要がなくなり、製造効率が向上する。
First, a wafer which is a silicon substrate is introduced into the heat treatment furnace 40, and a gate oxide film which is a thin silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate. Next, the wafer on which the gate oxide film is formed is transferred to the IR-RAS measuring device 42, and the film structure of the gate oxide film is evaluated by the methods according to the first to third embodiments described above. Wafers judged to be defective as a result of the evaluation are rejected at this stage. Therefore, it is not necessary to perform a wasteful manufacturing process thereafter, and manufacturing efficiency is improved.

【0107】評価の結果、良品であると判断されたウエ
ーハは、CVD装置44に搬送され、ゲート酸化膜上に
ゲート電極となる多結晶シリコンが堆積される。このよ
うに本実施例によれば、ゲート酸化膜の評価を、シリコ
ン基板上に形成された直後にインラインで行なうことが
でき、その評価結果に基づいて、熱処理条件等の最適化
を効率的に行なうことができる。
As a result of the evaluation, the wafer determined to be non-defective is transported to the CVD apparatus 44, and polycrystalline silicon to be a gate electrode is deposited on the gate oxide film. As described above, according to the present embodiment, the gate oxide film can be evaluated inline immediately after it is formed on the silicon substrate, and the heat treatment conditions and the like can be efficiently optimized based on the evaluation result. Can be done.

【0108】[0108]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、シリコン
基板上に形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシ
リコン酸化膜の評価方法において、シリコン酸化膜に対
して、所定の波長域を有し、異なる角度で入射する複数
の入射光を照射し、複数の入射光に対するシリコン酸化
膜での反射光をそれぞれ測定し、複数の入射光と複数の
反射光から異なる角度に対する反射率をそれぞれ演算
し、異なる角度に対する反射率に基づいて、シリコン酸
化膜の誘電関数を演算し、誘電関数に基づいてシリコン
酸化膜の膜質を評価するようにしたので、シリコン基板
上に形成されたシリコン酸化膜を、非接触、非破壊で観
測し、その膜質を評価することができる。
As described above, according to the present invention, in a method for evaluating a film quality of a silicon oxide film formed on a silicon substrate, a predetermined wavelength range is set for the silicon oxide film. It has multiple incident lights that are incident at different angles, and the reflected light from the silicon oxide film for each of the multiple incident lights is measured, and the reflectance for different angles is calculated from the multiple incident lights and multiple reflected lights. By calculating the dielectric function of the silicon oxide film based on the reflectance for different angles and evaluating the film quality of the silicon oxide film based on the dielectric function, the silicon oxide film formed on the silicon substrate is calculated. Can be observed in a non-contact and non-destructive manner to evaluate the film quality.

【0109】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の基準となる膜質の基準シリ
コン酸化膜の誘電関数を求め、評価されるべき被評価シ
リコン酸化膜の誘電関数を求め、基準シリコン酸化膜の
誘電関数と、被評価シリコン酸化膜の誘電関数とを比較
することにより、被評価シリコン酸化膜の膜質を評価す
るようにしたので、シリコン基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜を、非接触、非破壊で観測し、その膜質を評価
することができる。
Further, according to the present invention, the dielectric function of the reference silicon oxide film of the film quality which becomes the reference of the silicon oxide film formed on the silicon substrate is obtained, and the dielectric function of the silicon oxide film to be evaluated is calculated. Since the film quality of the silicon oxide film to be evaluated is evaluated by comparing the dielectric function of the reference silicon oxide film with the dielectric function of the silicon oxide film to be evaluated, the silicon oxide film formed on the silicon substrate is evaluated. The film quality can be evaluated by observing the film in a non-contact and non-destructive manner.

【0110】また、本発明によれば、シリコン基板中
に、赤外光を吸収する赤外光吸収領域を設けたので、シ
リコン基板の裏面からの反射による影響をなくすことが
できる。
Further, according to the present invention, since the infrared light absorbing region for absorbing infrared light is provided in the silicon substrate, it is possible to eliminate the influence of reflection from the back surface of the silicon substrate.

【0111】また、本発明によれば、シリコン基板とシ
リコン酸化膜の界面に、シリコン粒と酸化シリコン粒が
混在する混在層が存在し、有効媒質理論により混在層の
誘電関数を求めるモデルを設定し、反射率から演算され
たシリコン酸化膜の誘電関数をモデルに適合させるよう
にしたので、シリコン酸化膜の界面を正確に評価するこ
とができる。
Further, according to the present invention, a mixed layer in which silicon particles and silicon oxide particles are mixed is present at the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film, and a model for determining the dielectric function of the mixed layer is set by the effective medium theory. Since the dielectric function of the silicon oxide film calculated from the reflectance is adapted to the model, the interface of the silicon oxide film can be accurately evaluated.

【0112】また、本発明によれば、シリコン基板上に
形成されたシリコン酸化膜の膜質を評価するシリコン酸
化膜の評価装置において、シリコン酸化膜に対して、
定の波長域を有し、異なる角度で入射する複数の入射光
を照射する照射手段と、複数の入射光に対するシリコン
酸化膜での反射光をそれぞれ測定する測定手段と、複数
の入射光と複数の反射光から異なる角度に対する反射率
をそれぞれ演算し、異なる角度に対する反射率に基づい
て、シリコン酸化膜の誘電関数を演算する演算手段とを
設けたので、シリコン基板上に形成されたシリコン酸化
膜を、非接触、非破壊で観測し、その膜質を評価するこ
とができる。
[0112] Further, according to the present invention, in the evaluation device of the silicon oxide film to evaluate the film quality of the silicon oxide film formed on a silicon substrate, the silicon oxide film, where
Irradiation means for irradiating a plurality of incident lights having a constant wavelength range and incident at different angles, measuring means for measuring reflected light on the silicon oxide film with respect to the plurality of incident lights respectively, and a plurality of incident light and Since the calculation means calculates the reflectances for different angles from the reflected light and calculates the dielectric function of the silicon oxide film based on the reflectances for different angles, the silicon oxide film formed on the silicon substrate Can be observed in a non-contact and non-destructive manner to evaluate the film quality.

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

【図1】本発明の第1の実施例によるシリコン酸化膜の
評価装置を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a silicon oxide film evaluation apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例によるシリコン酸化膜の
評価方法の手順を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of a method for evaluating a silicon oxide film according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例によるシリコン酸化膜の
評価方法による測定結果を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a measurement result by a method for evaluating a silicon oxide film according to the first embodiment of the present invention.

【図4】シリコン基板とシリコン酸化膜の界面を模式的
に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an interface between a silicon substrate and a silicon oxide film.

【図5】シリコン基板を純水中に放置したときの赤外吸
収スペクトルを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing an infrared absorption spectrum when a silicon substrate is left in pure water.

【図6】シリコン基板の(100)面を硫酸と過酸化水
素の混合液に浸して形成した自然酸化膜のIR−RAS
スペクトル(a)と、硝酸溶液に浸して形成した自然酸
化膜のIR−RASスペクトル(b)を示すグラフであ
る。
FIG. 6 IR-RAS of a natural oxide film formed by dipping the (100) surface of a silicon substrate in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.
It is a graph which shows the spectrum (a) and IR-RAS spectrum (b) of the natural oxide film formed by immersing in a nitric acid solution.

【図7】図6のスペクトル(a)とスペクトル(b)の
差スペクトルを示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a difference spectrum between the spectrum (a) and the spectrum (b) of FIG.

【図8】図6及び図7におけるシリコン基板に引き続き
熱酸化膜を形成した後のIR−RASスペクトルを示す
グラフである。スペクトル(a)は、硫酸と過酸化水素
の混合液により自然酸化膜を形成した後に熱酸化したも
のであり、スペクトル(b)は、硝酸溶液による自然酸
化膜を形成した後に熱酸化したものである。
FIG. 8 is a graph showing an IR-RAS spectrum after a thermal oxide film is subsequently formed on the silicon substrate in FIGS. 6 and 7. The spectrum (a) shows a thermal oxidation after forming a natural oxide film with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide, and the spectrum (b) shows a thermal oxidation after forming a natural oxide film with a nitric acid solution. is there.

【図9】図8のスペクトル(a)とスペクトル(b)の
差スペクトルを示すグラフである。
9 is a graph showing a difference spectrum between the spectrum (a) and the spectrum (b) of FIG.

【図10】約950℃で熱酸化した後に約900℃で炉
から引き出したシリコン基板のIR−RASスペクトル
を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing an IR-RAS spectrum of a silicon substrate taken out of a furnace at about 900 ° C. after being thermally oxidized at about 950 ° C.

【図11】約950℃で熱酸化した後に室温付近まで炉
内で冷却してから引き出したシリコン基板のIR−RA
Sスペクトルを示すグラフである。
FIG. 11: IR-RA of a silicon substrate taken out after being thermally oxidized at about 950 ° C. and then cooled in a furnace to near room temperature.
It is a graph which shows S spectrum.

【図12】図10のスペクトルと図11のスペクトルの
差スペクトルを示すグラフである。
12 is a graph showing a difference spectrum between the spectrum of FIG. 10 and the spectrum of FIG. 11.

【図13】熱酸化前の前処理が異なる膜のIR−RAS
スペクトルを示すグラフである。スペクトル(a)は、
シリコン基板の(100)面を5%のフッ酸で前処理し
た場合のシリコン基板のスペクトルであり、スペクトル
(b)は、シリコン基板の(100)面をフッ酸とフッ
化アンモニウムの7対1の混合溶液で前処理した場合の
シリコン基板のスペクトルである。
FIG. 13: IR-RAS of films with different pretreatment before thermal oxidation
It is a graph which shows a spectrum. The spectrum (a) is
It is the spectrum of the silicon substrate when the (100) face of the silicon substrate is pretreated with 5% hydrofluoric acid, and the spectrum (b) shows the (100) face of the silicon substrate with 7: 1 of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. 2 is a spectrum of a silicon substrate when pretreated with the mixed solution of FIG.

【図14】IR−RAS測定における、シリコン酸化膜
が形成されたシリコン基板への入射光、屈折光、反射光
の光路を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing optical paths of incident light, refracted light, and reflected light on a silicon substrate on which a silicon oxide film is formed in IR-RAS measurement.

【図15】本発明の第3の実施例によるシリコン酸化膜
の評価方法の原理を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the principle of a method for evaluating a silicon oxide film according to a third embodiment of the present invention.

【図16】シリコン基板中に添加されたホウ素の濃度
と、吸光度との関係を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the concentration of boron added to a silicon substrate and the absorbance.

【図17】本発明の第4の実施例におけるシリコン酸化
膜のモデルを説明するための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining a model of a silicon oxide film in the fourth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第4の実施例におけるシリコン酸化
膜のモデルを説明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining a model of a silicon oxide film in the fourth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第4の実施例におけるシリコン酸化
膜のモデルを説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining a model of a silicon oxide film in the fourth embodiment of the present invention.

【図20】シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成した
場合の赤外反射スペクトルの実測値を示すグラフであ
る。スペクトル(a)は、シリコン基板上に厚いシリコ
ン酸化膜を形成した場合であり、スペクトル(b)は、
シリコン基板上に薄いシリコン酸化膜を形成した場合で
ある。
FIG. 20 is a graph showing an actually measured value of an infrared reflection spectrum when a silicon oxide film is formed on a silicon substrate. The spectrum (a) is the case where a thick silicon oxide film is formed on the silicon substrate, and the spectrum (b) is the case
This is the case where a thin silicon oxide film is formed on a silicon substrate.

【図21】シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成した
場合の赤外反射スペクトルの計算値を示すグラフであ
る。スペクトル(a)は、シリコン基板上に厚いシリコ
ン酸化膜を形成した場合であり、スペクトル(b)は、
シリコン基板上に薄いシリコン酸化膜を形成した場合で
ある。
FIG. 21 is a graph showing calculated values of an infrared reflection spectrum when a silicon oxide film is formed on a silicon substrate. The spectrum (a) is the case where a thick silicon oxide film is formed on the silicon substrate, and the spectrum (b) is the case
This is the case where a thin silicon oxide film is formed on a silicon substrate.

【図22】シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成した
場合の赤外反射スペクトルの実測値を示すグラフであ
る。スペクトル(a)は、シリコン基板上に厚いシリコ
ン酸化膜を形成した場合であり、スペクトル(b)は、
シリコン基板上に薄いシリコン酸化膜を形成した場合で
ある。
FIG. 22 is a graph showing actually measured values of infrared reflection spectra when a silicon oxide film is formed on a silicon substrate. The spectrum (a) is the case where a thick silicon oxide film is formed on the silicon substrate, and the spectrum (b) is the case
This is the case where a thin silicon oxide film is formed on a silicon substrate.

【図23】本発明の第5の実施例による半導体装置の製
造装置を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a semiconductor device manufacturing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源 2…干渉計 3…偏光子 4a、4d…ミラー 4b、4c…凹面鏡 5…MCT検知器 6…プリアンプ 7…演算部 9…試料 10…シリコン基板 12…シリコン酸化膜 12a…膜部分 12b…杭部分 20…シリコン基板 22…シリコン酸化膜 24…赤外光吸収領域 30…シリコン基板 32a…酸化シリコン層 32b…混在層 40…熱処理炉 42…IR−RAS測定装置 44…CVD装置 1 ... Light source 2 ... Interferometer 3 ... Polarizer 4a, 4d ... Mirror 4b, 4c ... concave mirror 5 ... MCT detector 6 ... Preamplifier 7 ... Operation part 9 ... Sample 10 ... Silicon substrate 12 ... Silicon oxide film 12a ... Membrane part 12b ... Pile part 20 ... Silicon substrate 22 ... Silicon oxide film 24 ... Infrared light absorption region 30 ... Silicon substrate 32a ... Silicon oxide layer 32b ... mixed layer 40 ... Heat treatment furnace 42 ... IR-RAS measuring device 44 ... CVD apparatus

フロントページの続き (72)発明者 猪股 カルロス 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−251636(JP,A) 特開 昭63−52004(JP,A) J.ELECTROCHEM.SO C.,1991年,Vol.138,No.6 (1991),p1770−1778 J.APPL.PHYS.,1990年, Vol.68,No.10(1990),p5300 −5308 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 JOIS、PATOLISFront page continuation (72) Inventor Carlos Inomata Carlos Inagawa 1015, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture (56) References JP 62-251636 (JP, A) JP 63-52004 (JP, JP, 5-52004) A) J. ELECTROCHEM. SOC. , 1991, Vol. 138, No. 6 (1991), p1770-1778 J. APPL. PHYS. , 1990, Vol. 68, No. 10 (1990), p5300-5308 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 21/00-21/01 G01N 21/17-21/61 JOIS, PATOLIS

Claims (24)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板上に形成されたシリコン酸
化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価方法におい
て、 前記シリコン酸化膜に対して、所定の波長域を有し、
なる角度で入射する複数の入射光を照射し、 前記複数の入射光に対する前記シリコン酸化膜での反射
光をそれぞれ測定し、 前記複数の入射光と前記複数の反射光から異なる角度に
対する反射率をそれぞれ演算し、前記異なる角度に対す
る反射率に基づいて、前記シリコン酸化膜の誘電関数を
演算し、 前記誘電関数に基づいて前記シリコン酸化膜の膜質を評
価することを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法。
1. A method for evaluating a film quality of a silicon oxide film formed on a silicon substrate, comprising: a plurality of films having a predetermined wavelength range and incident at different angles with respect to the silicon oxide film. Of the incident light, the reflected light at the silicon oxide film for each of the plurality of incident light is measured, respectively, the reflectance for different angles is calculated from the plurality of incident light and the plurality of reflected light, respectively, the different A method for evaluating a silicon oxide film, comprising: calculating a dielectric function of the silicon oxide film based on a reflectance with respect to an angle, and evaluating a film quality of the silicon oxide film based on the dielectric function.
【請求項2】 請求項1記載のシリコン酸化膜の評価方
法において、 前記複数の入射光は、ブルースター角よりも大きい角度
で入射する入射光と、ブルースター角よりも小さい角度
で入射する入射光であることを特徴とするシリコン酸化
膜の評価方法。
2. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 1, wherein the plurality of incident lights are incident light incident at an angle larger than Brewster's angle and incident light incident at an angle smaller than Brewster's angle. A method for evaluating a silicon oxide film, which is light.
【請求項3】 請求項1又は2記載のシリコン酸化膜の
評価方法において、 シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜の基準とな
る膜質の基準シリコン酸化膜の誘電関数を求め、 評価されるべき被評価シリコン酸化膜の誘電関数を求
め、 前記基準シリコン酸化膜の誘電関数と、前記被評価シリ
コン酸化膜の誘電関数とを比較することにより、前記被
評価シリコン酸化膜の膜質を評価することを特徴とする
シリコン酸化膜の評価方法。
3. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 1 or 2, wherein the dielectric function of a reference silicon oxide film having a film quality that serves as a reference for a silicon oxide film formed on a silicon substrate should be obtained and evaluated. Obtaining the dielectric function of the silicon oxide film to be evaluated, by comparing the dielectric function of the reference silicon oxide film, and the dielectric function of the silicon oxide film to be evaluated, to evaluate the film quality of the silicon oxide film to be evaluated A characteristic silicon oxide film evaluation method.
【請求項4】 請求項1又は2記載のシリコン酸化膜の
評価方法において、 シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜の基準とな
る所定の膜厚の基準シリコン酸化膜の誘電関数を求め、 評価されるべき被評価シリコン酸化膜の反射率を測定
し、 前記基準シリコン酸化膜の誘電関数と、前記被評価シリ
コン酸化膜の膜厚とに基づいて、前記評価シリコン酸化
膜の反射率を予測して予測反射率を演算し、 測定された前記被評価シリコン酸化膜の反射率と、前記
予測反射率とを比較することにより、前記被評価シリコ
ン酸化膜の膜質を評価することを特徴とするシリコン酸
化膜の評価方法。
4. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 1 or 2, wherein a dielectric function of a reference silicon oxide film having a predetermined thickness, which serves as a reference for the silicon oxide film formed on a silicon substrate, is obtained and evaluated. The reflectance of the evaluated silicon oxide film to be measured is measured, and the reflectance of the evaluated silicon oxide film is predicted based on the dielectric function of the reference silicon oxide film and the film thickness of the evaluated silicon oxide film. And calculating the predicted reflectance, and comparing the measured reflectance of the silicon oxide film to be evaluated with the predicted reflectance to evaluate the film quality of the silicon oxide film to be evaluated. Evaluation method of oxide film.
【請求項5】 請求項4記載のシリコン酸化膜の評価方
法において、 前記基準シリコン酸化膜と前記被評価シリコン酸化膜と
は、酸化温度の異なる膜であることを特徴とするシリコ
ン酸化膜の評価方法。
5. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 4, wherein the reference silicon oxide film and the silicon oxide film to be evaluated are films having different oxidation temperatures. Method.
【請求項6】 請求項4記載のシリコン酸化膜の評価方
法において、 前記基準シリコン酸化膜と前記被評価シリコン酸化膜と
は、酸化雰囲気の異なる膜であることを特徴とするシリ
コン酸化膜の評価方法。
6. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 4, wherein the reference silicon oxide film and the silicon oxide film to be evaluated are films having different oxidizing atmospheres. Method.
【請求項7】 請求項4記載のシリコン酸化膜の評価方
法において、 前記基準シリコン酸化膜と前記被評価シリコン酸化膜と
は、酸化後の熱処理の処理温度の異なる膜であることを
特徴とするシリコン酸化膜の評価方法。
7. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 4, wherein the reference silicon oxide film and the silicon oxide film to be evaluated are films having different heat treatment temperatures after oxidation. Evaluation method of silicon oxide film.
【請求項8】 請求項4記載のシリコン酸化膜の評価方
法において、 前記基準シリコン酸化膜と前記被評価シリコン酸化膜と
は、酸化前後の雰囲気の異なる膜であることを特徴とす
るシリコン酸化膜の評価方法。
8. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 4, wherein the reference silicon oxide film and the silicon oxide film to be evaluated are films having different atmospheres before and after oxidation. Evaluation method.
【請求項9】 請求項1乃至のいずれかに記載のシリ
コン酸化膜の評価方法において、 前記シリコン基板中に、赤外光を吸収する赤外光吸収領
域を設けたことを特徴とするシリコン酸化膜の評価方
法。
9. A method of evaluating silicon oxide film according to any one of claims 1 to 8, the silicon to be in the silicon substrate, characterized by providing a infrared light absorbing region that absorbs infrared light Evaluation method of oxide film.
【請求項10】 請求項記載のシリコン酸化膜の評価
方法において、 前記赤外光吸収領域の吸光度が2以上であることを特徴
とするシリコン酸化膜の評価方法。
10. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 9 , wherein the infrared absorption region has an absorbance of 2 or more.
【請求項11】 請求項又は10記載のシリコン酸化
膜の評価方法において、 前記シリコン基板中に不純物を導入することにより前記
赤外光吸収領域を形成することを特徴とするシリコン酸
化膜の評価方法。
11. The evaluation method according to claim 9 or 10 silicon oxide film according, evaluation of silicon oxide film and forming the infrared light absorbing region by introducing an impurity into said silicon substrate Method.
【請求項12】 請求項11記載のシリコン酸化膜の評
価方法において、 イオン注入又は熱拡散により 前記シリコン基板中に不
純物を導入することを特徴とするシリコン酸化膜の評価
方法。
12. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 11 , wherein impurities are introduced into the silicon substrate by ion implantation or thermal diffusion.
【請求項13】 請求項11又は12記載のシリコン酸
化膜の評価方法において、 前記シリコン基板中に前記不純物としてボロンを導入す
ることを特徴とするシリコン酸化膜の評価方法。
13. A method for evaluating a silicon oxide film according to claim 11 or 12, wherein the method of evaluating a silicon oxide film, which comprises introducing boron as the impurity in the silicon substrate.
【請求項14】 請求項13記載のシリコン酸化膜の評
価方法において、 前記赤外光吸収領域におけるボロンの濃度が、厚さ1c
m当たり約1×1016原子/cm2 以上であることを特
徴とするシリコン酸化膜の評価方法。
14. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 13 , wherein the concentration of boron in the infrared absorption region is 1 c or less.
A method for evaluating a silicon oxide film, which is about 1 × 10 16 atoms / cm 2 or more per m.
【請求項15】 請求項乃至14のいずれかに記載の
シリコン酸化膜の評価方法において、 評価される前記シリコン酸化膜が形成された面と反対側
の面での反射光の影響がほとんどなくなるように、前記
シリコン基板が所定厚さ以上であることを特徴とするシ
リコン酸化膜の評価方法。
15. A method of evaluating silicon oxide film according to any one of claims 9 to 14, substantially no influence of the reflected light on the surface opposite to the silicon oxide film formed surface to be evaluated Thus, the method for evaluating a silicon oxide film is characterized in that the silicon substrate has a predetermined thickness or more.
【請求項16】 請求項15記載のシリコン酸化膜の評
価方法において、 前記シリコン基板の厚さが1cm以上であることを特徴
とするシリコン酸化膜の評価方法。
16. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 15 , wherein the silicon substrate has a thickness of 1 cm or more.
【請求項17】 請求項1乃至16のいずれかに記載の
シリコン酸化膜の評価方法において、 前記シリコン基板と前記シリコン酸化膜の界面に、シリ
コン粒と酸化シリコン粒が混在する混在層が存在し、有
効媒質理論により前記混在層の誘電関数求めるモデル
を設定し、前記反射率から演算された前記シリコン酸化
膜の誘電関数を前記モデルに適合させることを特徴とす
るシリコン酸化膜の評価方法。
17. A method of evaluating silicon oxide film according to any one of claims 1 to 16, the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film, there is a mixed layer silicon particles and silicon oxide particles are mixed A method for evaluating a silicon oxide film, characterized in that a model for obtaining a dielectric function of the mixed layer is set by an effective medium theory, and a dielectric function of the silicon oxide film calculated from the reflectance is adapted to the model.
【請求項18】 請求項17記載のシリコン酸化膜の評
価方法において、 前記混在層の厚さに基づいて、前記シリコン基板とシリ
コン酸化膜の界面を評価することを特徴とするシリコン
酸化膜の評価方法。
18. The method for evaluating a silicon oxide film according to claim 17 , wherein the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film is evaluated based on the thickness of the mixed layer. Method.
【請求項19】 請求項17又は18記載のシリコン酸
化膜の評価方法において、 前記混在層を構成する前記シリコン粒又は前記酸化シリ
コン粒の大きさに基づいて、前記シリコン基板とシリコ
ン酸化膜の界面を評価することを特徴とするシリコン酸
化膜の評価方法。
19. A method of evaluating silicon oxide film according to claim 17 or 18, wherein the interface of the silicon grains or on the basis of the size of the silicon oxide particle, the silicon substrate and the silicon oxide film constituting the mixed layer A method for evaluating a silicon oxide film, which comprises:
【請求項20】 シリコン基板上に形成されたシリコン
酸化膜の膜質を評価するシリコン酸化膜の評価装置にお
いて、 前記シリコン酸化膜に対して、所定の波長域を有し、
なる角度で入射する複数の入射光を照射する照射手段
と、 前記複数の入射光に対する前記シリコン酸化膜での反射
光をそれぞれ測定する測定手段と、 前記複数の入射光と前記複数の反射光から異なる角度に
対する反射率をそれぞれ演算し、前記異なる角度に対す
る反射率に基づいて、前記シリコン酸化膜の誘電関数を
演算する演算手段とを有することを特徴とするシリコン
酸化膜の評価装置。
20. A silicon oxide film evaluation apparatus for evaluating the film quality of a silicon oxide film formed on a silicon substrate, comprising: a plurality of silicon wafers having a predetermined wavelength range and incident at different angles with respect to the silicon oxide film. Irradiating means for irradiating the incident light, measuring means for respectively measuring the reflected light on the silicon oxide film with respect to the plurality of incident light, and the reflectance for different angles from the plurality of incident light and the plurality of reflected light. An apparatus for evaluating a silicon oxide film, comprising: a calculating unit that calculates each value and calculates the dielectric function of the silicon oxide film based on the reflectance for the different angles.
【請求項21】 請求項20記載のシリコン酸化膜の評
価装置において、 前記照射手段は、ブルースター角よりも大きい角度と、
ブルースター角よりも小さい角度で入射する入射光を照
射することを特徴とするシリコン酸化膜の評価装置。
21. The apparatus for evaluating a silicon oxide film according to claim 20 , wherein the irradiation unit has an angle larger than Brewster's angle,
An evaluation device for a silicon oxide film, characterized by irradiating incident light incident at an angle smaller than Brewster's angle.
【請求項22】 請求項1乃至19のいずれかに記載の
シリコン酸化膜の評価方法を用いて評価する工程を含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
22. A method of manufacturing a semiconductor device which comprises a step of evaluation by using evaluation method of a silicon oxide film according to any one of claims 1 to 19.
【請求項23】 シリコン基板上に熱酸化によりシリコ
ン酸化膜を形成する工程と、 請求項1乃至19のいずれかに記載のシリコン酸化膜の
評価方法を用いて前記シリコン基板上に形成された前記
シリコン酸化膜を評価する工程と、 前記シリコン酸化膜上に多結晶シリコン層を堆積する工
程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a silicon oxide film by thermal oxidation 23. silicon substrate, the formed by using the evaluation method of a silicon oxide film according to any one of claims 1 to 19 on the silicon substrate A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of evaluating a silicon oxide film; and a step of depositing a polycrystalline silicon layer on the silicon oxide film.
【請求項24】 シリコン基板上に熱酸化によりシリコ
ン酸化膜を形成する熱処理装置と、 前記熱処理装置と連続的な処理が可能なように配置さ
れ、前記シリコン酸化膜に対して、所定の波長域を有
し、異なる角度で入射する複数の入射光を照射する照射
手段と、前記複数の入射光に対する前記シリコン酸化膜
での反射光をそれぞれ測定する測定手段と、前記複数の
入射光と前記複数の反射光から異なる角度に 対する反射
率をそれぞれ演算し、前記異なる角度に対する反射率に
基づいて、前記シリコン酸化膜の誘電関数を演算する演
算手段とを有し、前記誘電関数に基づいて前記シリコン
酸化膜を評価する評価装置と、 前記評価装置と連続的な処理が可能なように配置され、
前記シリコン酸化膜上に多結晶シリコン層を堆積する
装置とを有することを特徴とする半導体装置の製造装
置。
24. a heat treatment apparatus for forming a silicon oxide film by thermal oxidation on a silicon substrate, a continuous process and the heat treatment apparatus is arranged so as to be, with respect to the silicon oxide film, a predetermined wavelength range Have
Irradiation that irradiates multiple incident lights that are incident at different angles
Means and the silicon oxide film for the plurality of incident lights
Measuring means for respectively measuring the reflected light at
Reflected against the different angles from the incident light the plurality of reflected light
Calculate the respective reflectances to obtain the reflectance for the different angles.
Based on the dielectric function of the silicon oxide film.
An evaluation device that has a calculation means and evaluates the silicon oxide film based on the dielectric function, and is arranged so that continuous processing with the evaluation device is possible,
Compost depositing a polycrystalline silicon layer on the silicon oxide film
Apparatus for manufacturing a semiconductor device characterized by having a product device.
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