JP5007582B2

JP5007582B2 - 半導体基板の熱処理温度測定方法

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Publication number: JP5007582B2
Application number: JP2007052412A
Authority: JP
Inventors: 篤志谷田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2012-08-22
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Also published as: JP2008218612A

Description

本発明は、半導体基板の熱処理温度を測定する方法に関する。なお、本明細書において熱処理とは、半導体基板を常温以上の温度に加熱して保持することをいう。半導体基板に加工等（例えば、成膜、エッチング等）をする際に半導体基板を加熱して保持することも、熱処理に含まれる。

半導体装置の製造時には、種々の処理が半導体基板に施される。所望の特性の半導体装置を製造するためには、各処理を正確な条件で実施する必要がある。特に、各処理において半導体基板を保持する温度（以下では、熱処理温度という）は、製造する半導体装置の特性に大きく影響する。したがって、熱処理温度を正確に制御することが必要である。そのためには、熱処理時の半導体基板の実際の温度を正確に測定することが重要となる。

特許文献１に、電子線の照射によって結晶欠陥を形成した半導体基板を用いて、熱処理炉内の熱処理温度を測定する技術が開示されている。この技術では、結晶欠陥を形成した半導体基板を熱処理炉で熱処理する。半導体基板を高温に保持すると、半導体基板中の結晶欠陥の数が減少して半導体基板の抵抗が低下する。この抵抗の低下率から、熱処理炉内で半導体基板が保持された温度を特定する。
特許文献２には、ＡｌとＴｉの積層膜を形成した半導体基板を用いて、半導体熱処理装置の熱処理温度を測定する技術が開示されている。この技術では、Ａｌ−Ｔｉ積層膜を形成した半導体基板を半導体熱処理装置で熱処理する。半導体基板を高温に保持すると、Ａｌ−Ｔｉ積層膜の組成が変化してＡｌ−Ｔｉ積層膜の抵抗が上昇する。この抵抗の上昇量から、半導体熱処理装置内で半導体基板が保持された温度を特定する。
特許文献３には、イオンの注入によってアモルファス層を形成した半導体基板を用いて、半導体熱処理装置の熱処理温度を測定する技術が開示されている。この技術では、アモルファス層を形成した半導体基板を半導体熱処理装置で熱処理する。半導体基板が高温に保持されると、アモルファス層が再結晶化してアモルファス層の抵抗が低下する。この抵抗の低下量から、半導体熱処理装置内で半導体基板が保持された温度を特定する。

特開平８−２２９６３号公報特開平９−２９２２８５号公報特開２０００−２０８５２４号公報

特許文献１の技術では、電子線の照射によって結晶欠陥を形成した半導体基板を利用する。電子線照射装置は、通常の半導体装置の製造工程では用いられない特殊な装置である。したがって、特許文献１の技術は、汎用性が低かった。また、２００℃以下の温度では、半導体基板に形成した結晶欠陥の数が減少し難く、半導体基板の抵抗がほとんど変化しない。５００℃以上の温度では結晶欠陥が急激に減少してしまう。したがって、特許文献１の技術では、測定可能な温度が２００℃〜５００℃に限定されてしまう。
特許文献２の技術では、ＡｌとＴｉの積層膜を形成した半導体基板を利用する。この半導体基板を熱処理すると、半導体熱処理装置内にＡｌとＴｉが拡散する。したがって、熱処理後に、半導体熱処理装置内が汚染されてしまう。したがって、この方法は、半導体熱処理装置内にＡｌとＴｉが残留しても問題がない場合にしか使用することができず、汎用性が低かった。また、ＡｌとＴｉの組成変化が起きる温度は４００℃〜５５０℃であるため、この方法によって測定可能な温度は４００℃〜５５０℃に限定されてしまう。
特許文献３の技術では、アモルファス層を形成した半導体基板を利用する。アモルファスが再結晶化する温度は５３０℃〜７２０℃であるため、この方法によって測定可能な温度は５３０℃〜７２０℃に限定されてしまう。特許文献３の技術は、比較的低い温度を測定することができないという問題があった。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、汎用性が高く、より広い温度範囲を測定可能な熱処理温度の測定方法を提供する。

本発明の半導体基板の熱処理温度測定方法は、半導体基板の表面部分にドーパント不純物を注入する不純物注入工程と、半導体基板を熱処理することによって不純物注入工程で注入した不純物を活性化させ、半導体基板の表面部分に低抵抗領域を形成する低抵抗領域形成工程と、低抵抗領域にイオンを注入することによって低抵抗領域に結晶欠陥を形成し、低抵抗領域の抵抗を所定抵抗まで上昇させる結晶欠陥形成工程と、結晶欠陥形成工程後に、一定の熱処理温度に保持されている半導体熱処理装置に半導体基板を所定熱処理時間ｔ１だけ投入する熱処理工程と、熱処理工程後に、低抵抗領域の熱処理後抵抗Ｒ１を測定する熱処理後抵抗測定工程と、熱処理温度と熱処理時間と熱処理後抵抗との相関関係と、熱処理時間ｔ１と、熱処理後抵抗Ｒ１から、熱処理工程における熱処理温度を特定する熱処理温度特定工程を有している。
低抵抗領域に結晶欠陥を形成した半導体基板を熱処理すると、熱処理温度及び熱処理時間ｔ１に応じて低抵抗領域の結晶欠陥の数が減少し、低抵抗領域の抵抗が低下する。したがって、低抵抗領域の熱処理後抵抗Ｒ１は、熱処理温度及び熱処理時間ｔ１に応じた抵抗となる。したがって、熱処理温度特定工程において、熱処理温度と熱処理時間と熱処理後抵抗との相関関係と、熱処理時間ｔ１と、熱処理後抵抗Ｒ１から、熱処理工程における熱処理温度を特定することができる。
低抵抗領域の結晶欠陥の数は、常温においても減少する。したがって、この熱処理温度測定方法によれば、常温以上の温度を測定することができる。また、この半導体基板は、通常の半導体装置の製造に用いられる装置だけを利用して実施することができる。また、この半導体基板は、通常の半導体装置の製造に用いられる物質のみで構成することができる。したがって、この熱処理温度測定方法は、汎用性が非常に高い。

上述した熱処理温度測定方法では、低抵抗領域の結晶欠陥の数が常温においても減少する。したがって、結晶欠陥を形成してから熱処理工程を開始するまでの間にも結晶欠陥の数が減少し、低抵抗領域の抵抗が低下する。この間の抵抗の低下によって熱処理後抵抗が異なる値となる場合がある。
このような場合には、上述した熱処理温度測定方法は、結晶欠陥形成工程を実施してから熱処理工程を開始するまでの欠陥形成後経過時間ｔ２を計測する欠陥形成後経過時間計測工程をさらに有し、熱処理温度特定工程では、熱処理温度と熱処理時間と熱処理後抵抗と欠陥形成後経過時間との相関関係と、熱処理時間ｔ１と、熱処理後抵抗Ｒ１と、欠陥形成後経過時間ｔ２から、熱処理工程における熱処理温度を特定することが好ましい。
このような構成によれば、結晶欠陥形成工程を実施してから熱処理工程を開始するまでの間の欠陥形成後経過時間によって熱処理後抵抗が異なる値となる場合にも、熱処理温度を正確に測定することができる。

上述した熱処理温度測定方法は、熱処理温度測定方法不純物注入工程で第１導電型の半導体基板に第２導電型のドーパント不純物を注入することが好ましい。
このような構成によれば、低抵抗領域の抵抗を測定するときに、低抵抗領域と低抵抗領域外の半導体領域の間を電流が流れることが防止されるので、低抵抗領域の抵抗を正確に測定することができる。

上述した熱処理温度測定方法は、熱処理後抵抗測定工程では熱処理後抵抗Ｒ１を低抵抗領域の複数の測定点で測定し、熱処理温度特定工程では各測定点の熱処理後抵抗Ｒ１から熱処理工程における各測定点での熱処理温度を特定することが好ましい。
このような構成によれば、半導体基板内における熱処理温度の分布を測定することができる。

上述した熱処理温度測定方法は、結晶欠陥形成工程より前に実施する分離層形成工程と、熱処理工程と熱処理後抵抗測定工程の間に実施する分離層除去工程とをさらに有し、分離層形成工程では半導体基板の表面上に分離層を形成し、結晶欠陥形成工程ではイオンを分離層を貫通させて半導体基板の表面部分に注入し、熱処理工程では分離層上に絶縁層を形成し、分離層除去工程では半導体基板を常温に保持した状態で絶縁層と分離層を除去することが好ましい。
この熱処理温度測定方法では、分離層形成工程で半導体基板の表面上に分離層を形成し、熱処理工程で分離層上に絶縁層を形成する。したがって、低抵抗領域の熱処理温度が絶縁層の形成による熱影響を受けた温度となる。絶縁層を形成したら、分離層除去工程で絶縁層と分離層を除去し、熱処理後抵抗測定工程で低抵抗領域の熱処理後抵抗Ｒ１を測定し、熱処理温度特定工程で熱処理温度を特定する。したがって、この熱処理温度測定方法によれば、絶縁層を形成するときの半導体基板の温度（熱処理温度）を測定することができる。結晶欠陥形成工程より前に分離層を形成することから、分離層形成工程によって熱処理温度の測定が阻害されることがない。また、分離層は常温で除去するので、分離層除去工程によって熱処理温度の測定が阻害されることもない。

上述した熱処理温度測定方法は、熱処理工程を実施する直前に低抵抗領域の熱処理前抵抗Ｒ２を測定する熱処理前抵抗測定工程をさらに有し、温度特定工程では、熱処理温度と熱処理時間と熱処理後抵抗と熱処理前抵抗との相関関係と、熱処理時間ｔ１と、熱処理後抵抗Ｒ１と、熱処理前抵抗Ｒ２から、熱処理工程における熱処理温度を特定してもよい。
このような構成によっても、結晶欠陥形成工程を実施してから熱処理工程を開始するまでの間の欠陥形成後経過時間によって熱処理後抵抗が異なる値となる場合にも、熱処理温度を正確に測定することができる。

下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
まず、第１実施例の半導体基板製造方法の特徴を列記する。
（特徴１）不純物注入工程と結晶欠陥形成工程では、同種のイオンを注入する。
（特徴２）結晶欠陥形成工程では、不純物注入工程よりも少量のイオンを注入する。
（特徴３）不純物注入工程では、１×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２以上のイオンを注入する。
（特徴４）結晶欠陥形成工程では、１×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２以下のイオンを注入する。

（第１実施例）
以下に、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しながら説明する。第１実施例では、電気炉によるシリコン基板の熱処理温度を測定する。図１は、本発明の熱処理温度測定方法のフローチャートを示している。図２は、図１の熱処理温度測定方法で使用するシリコン基板１０の概略断面図を示している。シリコン基板１０は、ｐ型のシリコン基板である。

ステップＳ２では、上面１２側からシリコン基板１０にリンイオン（ｎ型不純物）を注入する。リンイオンは、上面１２の表面部分で留まるエネルギーで注入する。リンイオンは、１×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２以上の濃度で注入する。これによって、上面１２の表面部分に多数のリンが存在する領域が形成される。
なお、リンイオンを注入するときには、上面１２の表面部分に結晶欠陥が形成される。結晶欠陥には、リンイオンの注入によりシリコン結晶中に生成される格子間シリコン（格子間位置にあるシリコン原子）、空孔（格子点に原子が無い状態）等がある。

ステップＳ４では、シリコン基板１０を熱処理する。これによって、ステップＳ２でシリコン基板１０に注入したリンが活性化し、リンを注入した領域に多数のキャリア（電子）が生成される。すなわち、リンを注入した領域がｎ型化する。また、熱処理によって、ステップＳ２で形成された結晶欠陥（リンが注入された領域に形成された結晶欠陥）の略全部が消滅する。これによって、ステップＳ２でリンを注入した領域が、ｎ型の低抵抗領域２０となる。ステップＳ２ではリンを上面１２の表面部分に注入しているので、図３に示すようにシリコン基板１０の上面１２の表面部分に低抵抗領域２０が形成される。
ステップＳ２でリンイオンを注入する条件とステップＳ４の熱処理条件を制御することによって、低抵抗領域２０のシート抵抗と低抵抗領域２０の厚さを正確に制御することができる。本実施例では、ステップＳ４実施後の低抵抗領域２０のシート抵抗を約５０Ω／ｓｑに制御する。また、本実施例では、低抵抗領域２０の厚さを約５μｍに制御する。なお、低抵抗領域２０の厚さは、５μｍ以下にすることが好ましい。

ステップＳ６では、上面１２側からシリコン基板１０にリンイオンを注入する。リンイオンは、低抵抗領域２０内に留まるエネルギーで注入する。ステップＳ６では、ステップＳ２に比べて少量（低濃度）のリンイオンを注入する。本実施例では、１×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度の濃度でリンイオンを注入する。リンイオンを注入すると、ステップＳ２と同様にして、低抵抗領域２０に結晶欠陥が形成される。結晶欠陥が形成されると、低抵抗領域２０のシート抵抗が上昇する。以下では、ステップＳ６実施後のシート抵抗をシート抵抗Ｒ０という。
ステップＳ６でリンイオンを注入する条件を制御することによって、低抵抗領域２０のシート抵抗Ｒ０は正確に制御することができる。本実施例では、シート抵抗Ｒ０を約３００Ω／ｓｑに調整する。

低抵抗領域２０に形成した結晶欠陥は、常温下（すなわち、約２５℃）においても所定の確率で消滅する。したがって、ステップＳ６実施後は、低抵抗領域２０に存在している結晶欠陥の数が徐々に減少する。すなわち、図４に示すように、低抵抗領域２０のシート抵抗（シート抵抗Ｒｔ）は、時間の経過とともにシート抵抗Ｒ０から低下していく。

ステップＳ８では、ステップＳ６を実施してから、後述するステップＳ１０を実施するまでの経過時間ｔ２を計測する。本実施例では、ステップＳ６を実施してから３時間後にステップＳ１０を実施するので、経過時間ｔ２は３時間となる。

ステップＳ１０では、熱処理温度を測定する対象の電気炉によって、シリコン基板１０を熱処理する。ステップＳ１０では、所定の設定温度Ｔｓ（本実施例では１００℃）に電気炉の熱処理温度を設定し、時間ｔ１（本実施例では３０秒）だけシリコン基板１０を電気炉に投入する。これによって、シリコン基板１０が温度Ｔｓに対応する温度Ｔｘ（測定対象の温度）に略時間ｔ１だけ保持される。シリコン基板１０を熱処理すると、低抵抗領域２０に存在している結晶欠陥の数が大きく減少する。したがって、低抵抗領域２０のシート抵抗が大きく低下する。以下では、ステップＳ１０の実施後の低抵抗領域２０のシート抵抗を熱処理後シート抵抗Ｒ１という。熱処理後シート抵抗Ｒ１は、熱処理温度Ｔｘと、熱処理時間ｔ１と、経過時間ｔ２に応じたシート抵抗となる。

ステップＳ１２では、低抵抗領域２０の表面（上面１２）上の所定の測定点で、低抵抗領域２０の熱処理後シート抵抗Ｒ１を測定する。

ステップＳ１４では、熱処理温度Ｔｘと熱処理時間ｔ１と熱処理後シート抵抗Ｒ１と経過時間ｔ２との相関関係を示す検量線群を用意する。そして、検量線群と、ステップＳ８で計測した経過時間ｔ２の実測値ｔａ２と、ステップＳ１０で実施した熱処理の熱処理時間ｔ１の実際値ｔａ１と、ステップＳ１２で測定した熱処理後シート抵抗Ｒ１の実測値Ｒａ１から、ステップＳ１０の熱処理工程における熱処理温度を特定する。

図５は、検量線群のうちの一部の検量線Ａ〜Ｄを例示している。検量線Ａ〜Ｄは、いずれも、シート抵抗Ｒ０が３００Ωであるシリコン基板１０を３０秒間熱処理したときの検量線（すなわち、熱処理時間ｔ１が３０秒のときの検量線）である。検量線Ａは、経過時間ｔ２が５分のときの検量線である。検量線Ｂは、経過時間ｔ２が３時間のときの検量線である。検量線Ｃは、経過時間ｔ２が４８時間のときの検量線である。検量線Ｄは、経過時間が９６時間のときの検量線である。例えば、検量線Ｄの点Ｈは、シート抵抗Ｒ０が３００Ωであるシリコン基板１０を、ステップＳ６を実施してから９６時間後に８０℃で３０秒間熱処理すると、熱処理後シート抵抗Ｒ１が２００Ω／ｓｑになることを示している。各検量線は、熱処理温度Ｔｘが既知である電気炉を用いて実施された実験に基づいて作成されている。なお、検量線Ａ〜Ｄは一例であり、検量線群は熱処理時間ｔ１ごと、経過時間ｔ２ごとに作成された多数の検量線を有している。

ステップＳ１４では、検量線群の中から条件が一致する検量線を選択する。すなわち、熱処理時間ｔ１が熱処理時間ｔａ１と一致し、経過時間ｔ２が経過時間ｔａ２一致する検量線を選択する。本実施例では、熱処理時間ｔａ１が３０秒であり、経過時間ｔａ２が３時間であるので、検量線Ｂを選択する。次に、選択した検量線と、熱処理後シート抵抗Ｒａ１から、熱処理温度Ｔｘを特定する。例えば熱処理後シート抵抗Ｒａ１が２０５Ω／ｓｑである場合、図６に示すように熱処理温度Ｔｘが１０５℃と特定される。これによって、ステップＳ１０で使用した電気炉は、設定温度Ｔｓを１００℃に設定するとシリコン基板の実際の熱処理温度Ｔｘが１０５℃となることが分かる。

以上に説明したように、第１実施例の熱処理温度測定方法では、シリコン基板１０の表面部分に低抵抗領域２０を形成し、その低抵抗領域２０に結晶欠陥を形成する。低抵抗領域２０の結晶欠陥の数は、時間の経過とともに減少する。また、低抵抗領域２０の結晶欠陥の数の減少率は、シリコン基板１０が保持されている温度によって異なる。すなわち、低抵抗領域２０のシート抵抗の低下率は、シリコン基板１０が保持されている温度によって異なる。したがって、シリコン基板１０の熱処理後シート抵抗Ｒ１を測定することで、シリコン基板の熱処理温度を特定することができる。
低抵抗領域２０に形成されている結晶欠陥の数は常温下でも減少する（すなわち、常温下でも低抵抗領域２０のシート抵抗が低下する）ので、この熱処理温度測定方法によれば、常温以上の温度を測定することができる。
また、低抵抗領域２０に形成されている結晶欠陥の数は、シリコン基板１０が８００度以上の温度となると急速に減少する。したがって、この熱処理温度測定方法によれば、８００℃未満の温度を測定することができる。

また、第１実施例の熱処理温度測定方法では、低抵抗領域２０をシリコン基板１０の表面部分に薄く形成する。このため、結晶欠陥の数の減少によるシート抵抗の低下量が非常に大きい。したがって、より正確な温度測定が可能となっている。

また、シリコン基板１０は、通常のシリコン半導体の製造に用いられる物質のみで構成されている。したがって、熱処理後に、半導体装置の製造を阻害する物質が残留することが無い。

また、第１実施例の熱処理温度測定方法は、シリコン基板１０にイオンを打ち込む装置があれば実施することができる。すなわち、半導体装置の製造に一般的に用いられる装置のみを使用して実施することができる。

また、第１実施例の熱処理温度測定方法では、ｐ型のシリコン基板１０の表面部分にｎ型の低抵抗領域２０を形成した。このように低抵抗領域２０を形成すると、低抵抗領域２０（すなわち、ｎ型領域）とシリコン基板１０のｐ型領域との間に電流が流れることが防止される。したがって、低抵抗領域２０のシート抵抗をより正確に測定することができる。すなわち、熱処理温度Ｔｘをより正確に測定することができる。
なお、ｎ型のシリコン基板１０の表面部分にｐ型の低抵抗領域２０を形成するようにしてもよい。

なお、上述した実施例では、ステップＳ６を実施してからステップＳ１０を実施するまでの経過時間ｔ２を計測した。しかし、経過時間ｔ２の代わりに、ステップＳ１０の熱処理の直前に低抵抗領域２０のシート抵抗（熱処理前シート抵抗Ｒ２）を測定してもよい。熱処理前シート抵抗Ｒ２を用いても、経過時間ｔ２を用いる場合と同様に、検量線から熱処理温度を特定することができる。例えば、熱処理時間ｔ１が３０秒である場合、熱処理時間ｔ１が３０秒である各検量線の常温時の熱処理後シート抵抗Ｒ１（シリコン基板を常温に３０秒間保持した後のシート抵抗）を確認する。シリコン基板を常温で３０秒間保持した後の熱処理後シート抵抗Ｒ１は、熱処理前シート抵抗Ｒ２と略変わらない。したがって、熱処理前シート抵抗Ｒ２から検量線を特定することができる。例えば、熱処理前シート抵抗Ｒ２が２６５Ω／ｓｑである場合、図５の検量線Ｂを特定することができる。したがって、検量線Ｂから熱処理温度Ｔｘを特定する。このように、熱処理前シート抵抗Ｒ２を測定することによっても、正確に熱処理温度Ｔｘを測定することができる。すなわち、図５の検量線は、熱処理温度Ｔｘと熱処理時間ｔ１と熱処理後シート抵抗Ｒ１と熱処理前シート抵抗Ｒ２との相関関係を示しているということもできる。

また、図５に示すように、熱処理時間ｔ１が３０秒であり、熱処理温度Ｔｘが１５０℃以上である場合には、検量線Ａ〜Ｄは略一致する。すなわち、経過時間ｔ２が異なるシリコン基板１０であっても、熱処理後シート抵抗Ｒ１が略一致する。熱処理時間ｔ１が長くなるほど、経過時間ｔ２の違いによる熱処理後シート抵抗Ｒ１の違いは少なくなる。すなわち、熱処理時間ｔ１が３０秒以上であって熱処理温度Ｔｘが１５０℃以上である場合は、熱処理後シート抵抗Ｒ１は、経過時間ｔ２によって変動しない。したがって、予想される熱処理温度Ｔｘが１５０℃以上である場合（例えば、電気炉の設定温度Ｔｓを１５０℃より十分に高い温度に設定する場合等）であって熱処理時間ｔ１を３０秒以上で熱処理する場合には、経過時間ｔ２を計測する必要はない。検量線群と、熱処理後シート抵抗Ｒ１と、熱処理時間ｔ１から、熱処理温度Ｔｘを特定することができる。

また、第１実施例では、ステップＳ１２で低抵抗領域２０の熱処理後シート抵抗Ｒ１を一つの測定点で測定したが、熱処理後シート抵抗Ｒ１を低抵抗領域２０上の多数の測定点で測定してもよい。熱処理後シート抵抗Ｒ１を多数の測定点で測定すると、各測定点における熱処理温度Ｔｘを測定することができる。すなわち、シリコン基板内における熱処理温度の分布を測定することができる。

（第２実施例）
次に、第２実施例の熱処理温度（成膜処理温度）の測定方法について説明する。第２実施例の熱処理温度測定方法では、ＣＶＤ装置によってシリコン基板上に絶縁膜を形成するときに、シリコン基板が保持される温度を測定する。

図７は、第２実施例の熱処理温度測定方法のフローチャートを示している。第２実施例においても、第１実施例と同様に、ｐ型のシリコン基板３０を使用する。

ステップＳ２０では、図８に示すように、シリコン基板３０の上面３２上に酸化シリコン膜４２を形成する。酸化シリコン膜４２は、従来公知の技術を用いて形成することができる。酸化シリコン膜４２は、非常に薄く形成する。

ステップＳ２２では、上面３２側からシリコン基板３０にリンイオンを注入する。このとき、酸化シリコン膜４２を貫通してシリコン基板３０の表面部分に留まるエネルギーでリンイオンを注入する。リンイオンは、１×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度の濃度で注入する。

ステップＳ２４では、シリコン基板３０を酸化シリコン膜４２とともに熱処理する。これによって、図９に示すように、シリコン基板３０の上面３２側の表面部分に低抵抗領域４０が形成される。

ステップＳ２６では、上面３２側からシリコン基板３０にリンイオンを注入する。このとき、酸化シリコン膜４２を貫通してシリコン基板３０の表面部分に留まるエネルギーでリンイオンを注入する。リンイオンは、１×１０^１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度の濃度で注入する。これによって、低抵抗領域４０のシート抵抗がシート抵抗Ｒ０に上昇する。

ステップＳ２８では、温度を測定する対象であるＣＶＤ装置によって、酸化シリコン膜４２上に絶縁膜を成長させる。ＣＶＤ装置によって絶縁膜を成長させるときには、シリコン基板３０が略一定の成膜温度Ｔｘに保持される。ステップＳ３０では、時間ｔ１（成膜処理時間ｔ１）だけ成膜処理を実施する。ステップＳ２８を実施することによって、図１０に示すように酸化シリコン膜４２上に絶縁膜４４が形成される。

ステップＳ３０では、弗酸等によって、常温下で酸化シリコン膜４２を選択的にエッチングする。これによって、酸化シリコン膜４２と絶縁膜４４を除去し、シリコン基板３０の上面３２を露出させる。

ステップＳ３２では、シリコン基板３０の低抵抗領域４０の表面（上面３２）上の所定の測定点で、シート抵抗（成膜処理後シート抵抗Ｒ１）を測定する。

ステップＳ３４では、検量線と、成膜処理後シート抵抗Ｒ１と、成膜処理時間ｔ１から、成膜温度Ｔｘを特定する。なお、第２実施例では、成膜処理時間ｔ１が３０秒以上である。また、成膜処理時の成膜温度Ｔｘが１５０℃よりはるかに高いことが予め分かっている。したがって、経過時間ｔ２を計測することなく、成膜温度Ｔｘを特定することができる。

以上に説明したように、第２実施例の熱処理温度測定方法によれば、ＣＶＤ装置によって絶縁膜を成長させるときの成膜温度Ｔｘを測定することができる。この熱処理温度測定方法によれば、半導体装置の製造時と略同じ状態にシリコン基板３０を保持することができるので、実際に半導体装置を製造する時のシリコン基板の成膜温度を正確に測定することができる。なお、上述した第２実施例の熱処理温度測定方法では、ステップＳ２０（酸化シリコン膜形成工程）をステップＳ２２（不純物注入工程）の前に実施した。しかしながら、ステップＳ２２は、ステップＳ２６（結晶欠陥形成工程）の前であれば何れのタイミングで実施してもよい。例えば、ステップＳ２２を、ステップＳ２４とステップＳ２６の間に実施してもよい。

なお、上述した第１及び第２実施例では、シリコン基板を使用して温度を測定したが、他の物質の基板を使用して温度を測定してもよい。例えば、ガリウム砒素基板を熱処理する温度を測定するときには、ガリウム砒素基板を使用して温度を測定してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

第１実施例の熱処理温度測定方法を示すフローチャート。シリコン基板１０の概略断面図。シリコン基板１０の概略断面図。ステップＳ６実施後の低抵抗領域２０のシート抵抗Ｒの経過時間ｔ２に対する変化を示すグラフ。シリコン基板１０の検量線の例を示すグラフ。図５の検量線Ｂの熱処理温度Ｔｘが２００℃以下の範囲をより詳細に示したグラフ。第２実施例の熱処理温度測定方法を示すフローチャート。シリコン基板３０の概略断面図。シリコン基板３０の概略断面図。シリコン基板３０の概略断面図。

符号の説明

１０：シリコン基板
２０：低抵抗領域
３０：シリコン基板
４０：低抵抗領域
４２：酸化シリコン膜
４４：絶縁膜

Claims

半導体基板の熱処理温度を測定する方法であって、
半導体基板の表面部分にドーパント不純物を注入する不純物注入工程と、
半導体基板を熱処理することによって不純物注入工程で注入した不純物を活性化させ、半導体基板の表面部分に低抵抗領域を形成する低抵抗領域形成工程と、
低抵抗領域にイオンを注入することによって低抵抗領域に結晶欠陥を形成し、低抵抗領域の抵抗を所定抵抗まで上昇させる結晶欠陥形成工程と、
結晶欠陥形成工程後に、一定の熱処理温度に保持されている熱処理装置に半導体基板を所定熱処理時間ｔ１だけ投入する熱処理工程と、
熱処理工程後に、低抵抗領域の熱処理後抵抗Ｒ１を測定する熱処理後抵抗測定工程と、
熱処理温度と熱処理時間と熱処理後抵抗との相関関係と、熱処理時間ｔ１と、熱処理後抵抗Ｒ１から、熱処理工程における熱処理温度を特定する熱処理温度特定工程、
を有する半導体基板の熱処理温度測定方法。
結晶欠陥形成工程を実施してから熱処理工程を開始するまでの欠陥形成後経過時間ｔ２を計測する欠陥形成後経過時間計測工程をさらに有し、
熱処理温度特定工程では、熱処理温度と熱処理時間と熱処理後抵抗と欠陥形成後経過時間との相関関係と、熱処理時間ｔ１と、熱処理後抵抗Ｒ１と、欠陥形成後経過時間ｔ２から、熱処理工程における熱処理温度を特定することを特徴とする請求項１に記載の熱処理温度測定方法。
不純物注入工程では、第１導電型の半導体基板に、第２導電型のドーパント不純物を注入することを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理温度測定方法。
熱処理後抵抗測定工程では、熱処理後抵抗Ｒ１を低抵抗領域の複数の測定点で測定し、
熱処理温度特定工程では、各測定点の熱処理後抵抗Ｒ１から、熱処理工程における各測定点での熱処理温度を特定することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の熱処理温度測定方法。
結晶欠陥形成工程より前に実施する分離層形成工程と、熱処理工程と熱処理後抵抗測定工程の間に実施する分離層除去工程とをさらに有し、
分離層形成工程では、半導体基板の表面上に分離層を形成し、
結晶欠陥形成工程では、前記イオンを分離層を貫通させて半導体基板の表面部分に注入し、
熱処理工程では、分離層上に絶縁層を形成し、
分離層除去工程では、半導体基板を常温に保持した状態で絶縁層と分離層を除去することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の熱処理温度測定方法。
熱処理工程を実施する直前に、低抵抗領域の熱処理前抵抗Ｒ２を測定する熱処理前抵抗測定工程をさらに有し、
熱処理温度特定工程では、熱処理温度と熱処理時間と熱処理後抵抗と熱処理前抵抗との相関関係と、熱処理時間ｔ１と、熱処理後抵抗Ｒ１と、熱処理前抵抗Ｒ２から、熱処理工程における熱処理温度を特定する請求項１に記載の熱処理温度測定方法。