JP3626523B2

JP3626523B2 - Ｓｉウェハへの酸素注入量の赤外吸収による測定方法

Info

Publication number: JP3626523B2
Application number: JP1817695A
Authority: JP
Inventors: 健二梶山; 裕二藤岡; 孝幸矢野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JPH08213440A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、酸素イオン注入と高温熱処理とにより埋め込み酸化膜を形成したＳＩＭＯＸと呼ばれるＳｉウェハを制作する際、埋め込み酸化膜を規定する酸素注入量、および、そのウェハ面内分布の簡便・正確・非破壊な測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
埋め込み酸化膜を有するＳｉウェハは、集積回路の構成要素である個々のトランジスタを酸化膜で完全に電気的に絶縁できるので理想的な構造となっている。埋め込み酸化膜の構造は、酸素注入量に強く依存するので、注入量の簡便・正確な、また、望むらくは非破壊な酸素注入量の測定が要望されていた。
【０００３】
従来、酸素注入量の測定は、ラザフォード後方散乱法・放射化分析法、あるいは、アニール後のウェハについて断面透過電子顕微鏡撮影法・エリプソメトリ法などにより測定されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の測定方法は、以下に述べるように、測定試料の準備、あるいは、測定そのものが時間を要する、あるいは、容易ではない、または、測定に誤差が多いなどの問題があった。これらの測定法の各々の問題点を以下に述べる。
【０００５】
ラザフォード後方散乱法は、ヴァンデグラフなどの荷電粒子加速器に接続した真空箱の中で、入射粒子に対して角度を０．１度未満に正確に制御した試料台と後方散乱粒子線検出器とを用いる煩わしさがある。また、従来の真空箱、試料台に装着できるのは、１０ｍｍ程度の小片試料のみである。
【０００６】
放射化分析法は、サイクロトロンなどの荷電粒子加速器により測定試料に^３Ｈｅなどの荷電粒子線を照射して^１６Ｏを放射性同位元素^１７Ｆに変換し、Ｆを湿式化学処理により濃縮した後に放射線を測定する。これら一連の粒子線照射・化学処理を放射線管理区域において実行するよう義務づけられている煩わしさがある。断面透過電子顕微鏡撮影法は、測定試料を小片とした後に断面が数十ｎｍの薄片とし、振動の少ない場所に置かれた高分解能の透過電子顕微鏡で観察する。試料の作成・観察は高等な技術を必要とする。また、電子顕微鏡の撮影像の倍率が観察条件に依存するために倍率の更正が難しく、膜厚の測定値に誤差が多い。
【０００７】
エリプソメトリ法は、注入後に高温熱処理工程を追加して埋め込み酸化膜を形成し、この埋め込み酸化膜の膜厚を測定し、酸素注入量を求める。熱処理の工程が増すという煩わしさがある。さらに、熱処理の際、埋め込み酸化膜の中にＳｉ島が取り込まれることがあり、埋め込み酸化膜の屈折率が変化し、膜厚測定を難しくする。また、エリプソメトリ法は、特定の膜厚において測定精度が良くない。
【０００８】
そこで、本発明は、酸素注入量、および、そのウェハ面内分布を簡便・正確・非破壊に測定するＳｉウェハへの酸素注入量の赤外吸収による測定方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の構成は、酸素をイオン注入したＳｉウェハと注入しないＳｉウェハとについて赤外線領域での吸光度の入射光の波数に対するスペクトルを測定し、酸素をイオン注入したＳｉウェハに対する当該スペクトルから酸素をイオン注入しないＳｉウェハに対する当該スペクトルを差し引き、これによって得られた差スペクトルにおいて波数１０３０／ｃｍ〜１０６０／ｃｍにある吸光度の極大値と波数９００／ｃｍ近辺にある吸光度の極小値との差を求め、予め標準試料について求めておいた換算係数を掛けて酸素注入量を求めることを特徴とするＳｉウェハへの酸素注入量の赤外吸収による測定方法である。
【００１０】
また、上記目的を達成するための第２の構成は、前記の換算係数として、５．００±０．５０×１０^１８／ｃｍ^２の範囲の値を用いることを特徴とするＳｉウェハへの酸素注入量の赤外吸収による測定方法である。
【００１１】
さらに、上記目的を達成するための第３の構成は、上記の測定における入射光に対してウェハを走査し、あるいは、入射光をウェハに対して走査し、ウェハ面内での吸光度スペクトルの分布から酸素注入量の分布を求めることを特徴とするＳｉウェハへの酸素注入量の赤外吸収による測定方法である。
【００１２】
【作用】
上記のような構成を有する本発明のＳｉウェハへの酸素注入量の赤外吸収による測定方法では、光学的に測定するために、ラザフォード後方散乱法、放射化分析法、断面透過電子顕微鏡撮影法とは異なって、簡便・非破壊であり、また、ウェハ内面での酸素注入量の分布も簡便・非破壊に得られる。
【００１３】
本発明では、酸素をイオン注入したＳｉウェハと注入しないＳｉウェハとの吸光度スペクトルとの差を取ることにより、注入酸素による吸光スペクトルを正確に得ている。というのは、通常のＳｉウェハ中に含まれる固溶酸素による１１０７／ｃｍの吸収ピークが、注入酸素による１０３０／ｃｍ〜１０６０／ｃｍの範囲にある吸収度の極大と重なり誤差の原因となっていることを、注入しないＳｉウェハの吸光度スペクトルとの差を取ることによって除去できる。この除去が行われていることは、差スペクトルに固溶酸素による他の５１２／ｃｍの吸収ピークが認められないことから保証される。
【００１４】
本発明は、注入酸素による吸収の内、最も吸収が大きい１０３０／ｃｍ〜１０６０／ｃｍの範囲内にある吸光度の極大値を用いるので、求めた吸光度差の誤差が少ない。
【００１５】
本発明は、酸素注入による影響の少ない吸光度として低波数側の９００／ｃｍ付近にある極小値のみを用いるので、注入条件により現れることのある高波数側の１２００／ｃｍ付近の吸収の影響を避けられ、求めた吸光度差の誤差が少ない。
【００１６】
さらに、注入したＳｉウェハと注入しないＳｉウェハとの吸光度スペクトルの差を取り、吸光度の極大値・極小値の差を求め、予め標準試料について求めた換算係数を掛けるため、エリプソメトリ法とは異なり求めた酸素注入量は正確である。
【００１７】
【実施例】
以下に、本発明方法の実施例を記す。
【００１８】
実施例１
まず標準試料を作成し、換算係数を求めた。注入しないＳｉウェハの４００／ｃｍ〜１５００／ｃｍの波数範囲内での吸光度スペクトルを、ＦＴＩＲ測定器（フーリエ変換赤外線分光測定器）で分解能４／ｃｍで２０回走査して測定した（図１）このＳｉウェハに酸素イオンを１８０Ｋｅｖで０．２５〜１．４×１０^１８／ｃｍ^２の範囲内で８種類の異なる注入量で注入し、再び吸光度スペクトルを同様に測定した（図２）。
【００１９】
上記の注入後・注入前の吸光度スペクトルの差を取った（図３）。次に、この差スペクトルの１０３０／ｃｍ〜１０６０／ｃｍの範囲内にある吸光度の極大値と９００／ｃｍ近辺にある吸光度の極小値との差を求めた。
【００２０】
上記と同一の注入試料について、ラザフフォード後方散乱法を用い、酸素注入量を正確に測定した。このラザフフォード後方散乱法による酸素注入量から赤外線吸収による吸光度差を与える一次の実験式を最小自乗法で求めた（図４）。
【００２１】
なお、図４において●印は、標準試料についての値である。実線は、吸光度と注入量との関係を最小自乗法で求めた一次の実験式である。＋印は、酸素を０．４２４×１０^１８／ｃｍ^２の注入量で注入した試料についての値である。
【００２２】
求めた実験式の換算係数は、４．９８×１０^１８／ｃｍであった。この換算係数は、５．００±０．５０×１０^１８／ｃｍ^２の範囲内にあった。実験式と実験値との差の自乗平均誤差は、０．０１６×１０^１８／ｃｍ^２と小さく、求めた実験式は正確に実験値を現していた。
【００２３】
次に、別のＳｉウェハに酸素イオンを１８０Ｋｅｖで０．４２４×１０^１８／ｃｍ^２の注入量で注入した。この試料について上記と同様に、ＦＴＩＲ測定器で吸光度スペクトルを測定し、注入しないＳｉウェハの吸光度スペクトルとの差スペクトルを取り、吸光度の極大値・極小値の差を求めると、０．０８６３であった。この吸光度差０．０８６３に先に求めておいた換算係数４．９８×１０^１８／ｃｍ^２を掛け、酸素注入量を求めると０．４３０×１０^１８／ｃｍ^２であった。この値と注入量０．４２４×１０^１８／ｃｍ^２との差０．００６×１０^１８／ｃｍ^２は先に見積もった誤差０．０１６×１０^１８／ｃｍ^２の範囲内にあった。
【００２４】
また、用いた換算係数は、５．００±０．５０×１０^１８／ｃｍ^２の範囲内にあった。
【００２５】
さらに、注入しないＳｉウェハとして注入したＳｉウェハと同一ロットの注入しない別のＳｉウェハの吸光度スペクトルを用いて求めた酸素注入量は、先に見積もった誤差０．０１６×１０^１８／ｃｍ^２の範囲内にあった。
【００２６】
実施例２
実施例１において用いた試料を、実施例１で用いたＦＴＩＲ測定器を製造した会社とは異なる会社が製造したＦＴＩＲ測定器を用い、吸光度スペクトル・差スペクトル・吸光度差を実施例１と同様な手順で求めた。
【００２７】
求めた吸光度差０．０９００に実施例１と同様な方法で予め求めておいた換算係数４．８４×１０^１８／ｃｍ^２を掛け、酸素注入量を求めると０．４３６×１０^１８／ｃｍ^２であった。この値と注入量０．４２４×１０^１８／ｃｍ^２との差０．０１２×１０^１８／ｃｍ^２は先に見積もった誤差０．０１６×１０^１８／ｃｍ^２の範囲内にあった。
【００２８】
また、用いた換算係数は、５．００±０．５０×１０^１８／ｃｍ^２の範囲内にあった。
【００２９】
実施例３
酸素注入した１５０ｍｍ径Ｓｉウェハの面内において、１５ｍｍ間隔で９点について吸光度スペクトルを実施例１と同様に測定した。これらの吸光度スペクトルと注入前のＳｉウェハの吸光度スペクトルの差スペクトルを取り、差スペクトルにおける吸光度の極大値・極小値の差を求め、この吸光度差に実施例１と同じ換算係数を掛けて酸素注入量を求め、酸素注入量のウェハ面内分布を得た（図５）。
【００３０】
この図において、●印はＸ軸方向での、×印はｙ軸方向での注入量の値を示している。
【００３１】
本発明は、製造会社の異なる測定装置を用いても、ほぼ同一の換算係数を得ることができるので、汎用性がある。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の第１乃至第３の構成によれば、赤外吸収法を用い、酸素注入したＳｉウェハと注入しないＳｉウェハとの吸光度スペクトルの差を取り、差スペクトルの極大値・極小値の差を求め、予め標準試料について求めた換算係数を掛けて酸素注入量を求めることによって、酸素注入量、および、そのウェハ面内分布を簡便・正確・非破壊に測定できる。測定した酸素注入量の精度は十分高く、得られる注入条件と注入量との関係を用い、所望の注入量、および、その分布を持つように注入条件を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸素注入しないＳｉウェハの吸光度スペクトルである。
【図２】酸素を１．３５５×１０^１８／ｃｍ^２の注入量で注入したＳｉウェハの吸光度スペクトルである。
【図３】図１と図２との吸光度スペクトルより得られた差スペクトルである。
【図４】Ｓｉウェハの酸素注入による吸光度差とラザフォード後方散乱法を用いて測定した注入量との関係を示す図である。
【図５】酸素注入量のウェハ面内分布を示す図である。

Claims

酸素をイオン注入したＳｉウェハと注入しないＳｉウェハとについて赤外線領域での吸光度の入射光の波数に対するスペクトルを測定し、
酸素をイオン注入したＳｉウェハに対する当該スペクトルから酸素をイオン注入しないＳｉウェハに対する当該スペクトルを差し引き、
これによって得られた差スペクトルにおいて波数１０３０／ｃｍ〜１０６０／ｃｍにある吸光度の極大値と波数９００／ｃｍ近辺にある吸光度の極小値との差を求め、
予め標準試料について求めておいた換算係数を掛けて酸素注入量を求めることを特徴とするＳｉウェハへの酸素注入量の赤外吸収による測定方法。
前記換算係数としては、５．００±０．５０×１０^１８／ｃｍ^２の範囲の値を用いることを特徴とする請求項１記載のＳｉウェハへの酸素注入量の赤外吸収による測定方法。
入射光に対してウェハを走査し、あるいは、入射光をウェハに対して走査し、ウェハ面内での吸光度スペクトルの分布から酸素注入量の分布を求めることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＳｉウェハへの酸素注入量の赤外吸収による測定方法。