JPH01169347A - Evaluation of conductive type layer characteristic - Google Patents

Evaluation of conductive type layer characteristic

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JPH01169347A
JPH01169347A JP32717787A JP32717787A JPH01169347A JP H01169347 A JPH01169347 A JP H01169347A JP 32717787 A JP32717787 A JP 32717787A JP 32717787 A JP32717787 A JP 32717787A JP H01169347 A JPH01169347 A JP H01169347A
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JP
Japan
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type layer
conductivity type
ion
laser
wave signal
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JP32717787A
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Japanese (ja)
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Naotaka Uchitomi
内富 直隆
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Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To measure an electric characteristic of an shallow ion injection layer, by using a heat wave measurement with an Ar ion laser as excitation light and an He-Ne laser as probe light. CONSTITUTION:A Schottky electrode is formed on a wafer the same in heat wave signal distribution 11 as a GaAs substrate in which an Si ion is injected at an acceleration voltage 150keV and at a dose of 3.5X10<12>/cm<3>. A peak carrier density (Np)12 obtained by the measurement of voltage and current is compared with a carrier (Ns)14 at a peak position (Xp)13 with a depth of 2mum. From the results, a better correspondence is obtained between the heat wave signal distribution 11 and the Np 12 thereby enabling the evaluation of a conductive type layer characteristic.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は電気的特性の検出手段に改良を加えた導電型層
時、性の評価方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a method for evaluating conductivity type layers in which a means for detecting electrical characteristics is improved.

(従来の技術) 半導体装置を製造するに当たり、半導体基板に不純物を
イオン注入することによって所定導電型層を形成するこ
とはよく知られている。例えば、GaAs基板集積回路
を形成する際、一般に半絶縁性GaAs基板にイオン注
入して活性層を形成したり、あるいはイオン注入により
ソース、ドレイン領域の高濃度不純物層を形成すること
が行われている。このイオン注入法を用いて高速化、高
集積化された装置を高歩留りで形成する為に、イオン注
入工程の制御性向上に対する要求が高まっている。
(Prior Art) In manufacturing a semiconductor device, it is well known that a layer of a predetermined conductivity type is formed by ion-implanting impurities into a semiconductor substrate. For example, when forming a GaAs substrate integrated circuit, ions are generally implanted into a semi-insulating GaAs substrate to form an active layer, or ions are implanted to form highly concentrated impurity layers in the source and drain regions. There is. In order to use this ion implantation method to form high-speed, highly integrated devices with high yield, there is an increasing demand for improved controllability of the ion implantation process.

特にGaAsの電界効果トランジスタ(MESFET)
は、その性能指数である相互コンダクタンス(ga+)
を高めるためにイオン注入層を浅くする傾向があった。
Especially GaAs field effect transistors (MESFETs)
is its figure of merit, transconductance (ga+)
There has been a tendency to make the ion implantation layer shallower in order to increase the

このような80 KeV以下のイオン注入条件で形成し
た深い導電層の評価方法としては従来、適当な方法が存
在しなかった。例えば、Si基板にイオンを注入した後
に四端針子法による抵抗測定は、半絶縁性基板に対して
測定端子がオーミック特性とはならずにショットキー特
性を示すため、測定値に大きな誤差を伴う。また、電圧
電流測定法(C−V測定)は、導電層を直接観測するこ
とができるものの、80畠以下で注入された不純物プロ
フィールについては、ゼロバイヤスによる影響によって
測定できない。
Conventionally, there has been no suitable method for evaluating a deep conductive layer formed under such ion implantation conditions of 80 KeV or less. For example, when measuring resistance using the four-terminal needle method after implanting ions into a Si substrate, the measurement terminal exhibits Schottky characteristics instead of ohmic characteristics for semi-insulating substrates, resulting in large errors in measured values. Accompany. Furthermore, although the voltage-current measurement method (C-V measurement) can directly observe the conductive layer, it cannot measure the profile of impurities implanted at less than 80 meters due to the influence of zero bias.

一方、イオン注入層をイオン注入後に非接解で測定する
方法として熱波測定法がある。この方法は、Arイオン
レーザ−を励起光源として半導体表面に発生した熱波及
びプラズマ波の分布をHe−Neレーザー光をプローブ
光として観測するものである。この方法ではアニール工
程を必要とせず、フィードバックの速い方法としては有
効であるが、一般に注入深さ方向の情報については得る
ことが難しい。以上より、浅いイオン注入層の評価方法
に熱波測定法が使用できるかどうか明らかではなかった
On the other hand, there is a thermal wave measurement method as a method for non-contact measurement of an ion-implanted layer after ion implantation. This method uses an Ar ion laser as an excitation light source and observes the distribution of heat waves and plasma waves generated on a semiconductor surface using a He--Ne laser beam as a probe beam. Although this method does not require an annealing process and is effective as a fast feedback method, it is generally difficult to obtain information about the implant depth direction. From the above, it was not clear whether the thermal wave measurement method could be used to evaluate shallow ion-implanted layers.

(発明が解決しようとする問題点) 以上述べたように、従来の導電型層の評価方法では浅い
不純物層の電気的な特性を十分に評価することができな
かった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the electrical characteristics of a shallow impurity layer cannot be sufficiently evaluated using the conventional evaluation method for a conductivity type layer.

本発明は上記問題点を妾鑑みなされたもので、浅い不純
物層の電気的特性を正確に評価することができる導電型
層特性の評価方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method for evaluating conductivity type layer characteristics that can accurately evaluate the electrical characteristics of a shallow impurity layer.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明は、Arレーザーを
励起光、He−Neレーザーをプローブ光とする熱波測
定法を用いて浅いイオン注入層の電気的特性を測定する
ことを特徴としている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention uses a thermal wave measurement method using an Ar laser as an excitation light and a He-Ne laser as a probe light. It is characterized by measuring the electrical characteristics of the ion-implanted layer.

(作用) 半導体基板にArイオンレーザ−を励起光とし、He−
Neレーザーをプローブ光として測定した熱波信号強度
はピークキャリア濃度と一次関数で対応づけられる。従
って、ピークキャリア濃度で決定される導電型層の電気
的特性は熱波信号強度で近似的に表わすことができる。
(Function) Using an Ar ion laser as excitation light on a semiconductor substrate, a He-
The thermal wave signal intensity measured using a Ne laser as a probe light is correlated with the peak carrier concentration by a linear function. Therefore, the electrical characteristics of the conductivity type layer determined by the peak carrier concentration can be approximately expressed by the thermal wave signal intensity.

特に、加速電圧60 KeV以下にて不純物を注入され
た導電型層の電気的特性は、熱波信号強度で良く近似さ
れる。
In particular, the electrical characteristics of a conductive type layer into which impurities are implanted at an accelerating voltage of 60 KeV or less are well approximated by the thermal wave signal intensity.

(実施例) 本発明の詳細を実施例を用いて説明する。(Example) The details of the present invention will be explained using examples.

以下、本発明の一実施例としてGaAsショットキーゲ
ート型電界効果トランジスタ(MESFET)の導電型
層の電気的特性にて決定される閾値を測定した場合を示
す。
Hereinafter, as an example of the present invention, a case will be described in which a threshold value determined by the electrical characteristics of a conductive type layer of a GaAs Schottky gate field effect transistor (MESFET) is measured.

第1図は、ウェーハにレーザー光を照射して熱波の測定
を行っ結果を示す図である。Stイオンを加速電圧15
0 KeV 、  ドーズm 3.5X 10 ’/c
jにて注入したGaAs基板の熱波信号分布11と同じ
ウェーハでショットキー電極を形成し、CVel定で得
られたピークキャリア濃度(Np )12に、ピーク位
置(Xp)13およ2μm深さのキャリア濃度(Ns)
14をそれぞれ比較したものである。これらの結果から
熱波信号分布11とNp12は、良好な対応を示すこと
が解る。このことから第2図は、熱波信号分布11(熱
波信号ユニット、TWV)とNp12の関係をプロット
したものであり、直線性を示している。
FIG. 1 is a diagram showing the results of measuring heat waves by irradiating a wafer with laser light. St ion acceleration voltage 15
0 KeV, dose m 3.5X 10'/c
A Schottky electrode was formed on the same wafer as the thermal wave signal distribution 11 of the GaAs substrate implanted at j, and the peak carrier concentration (Np) 12 obtained by the CVel constant had a peak position (Xp) 13 and a depth of 2 μm. Carrier concentration (Ns)
14 are compared respectively. From these results, it can be seen that the thermal wave signal distribution 11 and Np12 show good correspondence. From this, FIG. 2 plots the relationship between the thermal wave signal distribution 11 (thermal wave signal unit, TWV) and Np12, and shows linearity.

コノ場合、一般にG a A s M E S F E
 Tの値電圧(V th)は、 v −V−−!;1−Nd2(1) th  bl  2ε で近似できる。ここで”blはビットインポテンシャル
9・qは電子の電荷、εは半導体の誘電率、Nはキャリ
ア濃度dはεの深さである。従ってvthの変化分(Δ
v1h)は、 △Vth〜−イ旨[ΔNd2+N△(d2) ]   
  (2)が成立する必要があり、この条件が成立する
にはイオン注入条件としては60 KeV以下が望まし
い。
In this case, generally G a A s M E S F E
The value voltage (V th) of T is v −V−-! ;1-Nd2(1) th bl 2ε It can be approximated. Here, "bl is the bit-in potential 9・q is the electron charge, ε is the dielectric constant of the semiconductor, and N is the carrier concentration d is the depth of ε. Therefore, the change in vth (Δ
v1h) is △Vth~-i [ΔNd2+N△(d2)]
(2) must be satisfied, and in order to satisfy this condition, the ion implantation condition is preferably 60 KeV or less.

以上から、イオン注入時のドーズ量、熱波信号強度及び
閾値電圧の関係を示して較生直線を設けた(第3図)。
From the above, a calibration straight line was established to show the relationship between the dose amount during ion implantation, the thermal wave signal intensity, and the threshold voltage (FIG. 3).

先に示したように、イオン注入直後に測定されるウェー
ハの熱波信号強度から、第3図を用いて、熱処理後のG
 a A s M E S F E Tの閾値を予測す
ることができる。
As shown above, from the thermal wave signal intensity of the wafer measured immediately after ion implantation, using Figure 3, we can determine the G after heat treatment.
It is possible to predict a threshold value for a A s M E S F E T .

第4図は本発明の一実施例に係る熱波測定法から得られ
た較生直線を用い、て形成したGaAsME S F 
ETの断面図を工程順に示した図である。
FIG. 4 shows a GaAsME S F formed using a calibration straight line obtained from a thermal wave measurement method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing cross-sectional views of ET in the order of steps.

先ず、半絶縁性のGaAs基板41にレジストのマスク
42上からSiイオン43を加速電圧50 KeV ド
ーズ量2 X 10 ”’/cjl:r注入して、n型
動作層44を形成する。このイオン注入を行った直後、
Arイオンレーザ−を励起光、He−Neレーザーをプ
ローブ光とする熱波測定法によって熱波信号を測定した
。このときの熱波信号強度は87・50熱波信号ユニッ
トを示した。この時のGaAsMESFETの閾値は、
予め設けていた熱波信号強度とGaAsMESFETの
閾値電圧との較生直線から予想され、+50mVとなる
First, Si ions 43 are implanted into a semi-insulating GaAs substrate 41 from above a resist mask 42 at an acceleration voltage of 50 KeV and a dose of 2 x 10 '''/cjl:r to form an n-type operating layer 44. Immediately after injection,
A thermal wave signal was measured by a thermal wave measurement method using an Ar ion laser as excitation light and a He-Ne laser as probe light. The heat wave signal intensity at this time was 87.50 heat wave signal units. The threshold value of GaAs MESFET at this time is
It is estimated from a calibration straight line between the heat wave signal intensity and the threshold voltage of the GaAs MESFET that has been set in advance, and will be +50 mV.

このことにより、イオン注入直後に従来できなかったG
aAsMESFETの閾値電圧が予想でき、もしこの時
点で較生直線からずれているとSLイオン注入の追加を
行うことが可能である(第4図(a))。
As a result, G
The threshold voltage of the aAs MESFET can be predicted, and if it deviates from the calibration straight line at this point, it is possible to perform additional SL ion implantation (FIG. 4(a)).

次に、ゲート金属として窒化タングステン(WNx)4
5aを反応性スパッタによりウェハ全面に堆積する。そ
の後、全面にレジストを塗布し7てパターンニングを行
い、マスク46を形成する(第41図(b))。
Next, tungsten nitride (WNx) was used as the gate metal.
5a is deposited over the entire surface of the wafer by reactive sputtering. Thereafter, a resist is applied to the entire surface and patterned to form a mask 46 (FIG. 41(b)).

さらに、マスク461からRIEによってエツチングを
行いゲート電極45bを形成する(第4図(C))。
Furthermore, etching is performed using RIE using the mask 461 to form a gate electrode 45b (FIG. 4(C)).

ついで、マスク46を除去した後、再びフォトレジスト
を全面に塗布してこれをパターンニングし、マスク47
を形成する。このマスク47とゲート電極45b上から
基板41にSiイオンを加速電圧180 KeV 、 
 ドーズff13 X 1013/cJにて注入する。
Then, after removing the mask 46, photoresist is applied to the entire surface again and patterned, and a mask 47 is formed.
form. Si ions are accelerated onto the substrate 41 from above the mask 47 and the gate electrode 45b at a voltage of 180 KeV.
Implantation is performed at a dose of ff13 x 1013/cJ.

この状態でAsH3を雰囲気とするキャップレスアニー
ルにより、温度800℃1時間15分の熱処理を行って
不純物の活性化を行い、n”GaAsのソース及びドレ
イン領域49を形成する(第4図(d))。
In this state, capless annealing is performed at a temperature of 800° C. for 1 hour and 15 minutes using AsH3 as an atmosphere to activate the impurities and form n'' GaAs source and drain regions 49 (Fig. 4(d) )).

最後に、ソース及びドレイン領域49上にAuG e 
/ N i / A uから成るオーミック電極51を
400℃、2分のアロイで形成して、半導体装置を完成
する。このように熱波測定法を用いて動作層のイオン注
入工程直後にアニール後の閾値を予想することができる
ために、再イオン注入を行うことで正確な閾値を持った
ME S F ETを形成することができる。従って、
このようなイオン注入工程を経て形成される導電型層を
持つ装置を制御性良く形成できる。尚、本発明は、ME
SFETの閾値の測定にかぎることなく、浅い導電型層
の電気的測定に用いることができる。例えば、イオン注
入によって形成される浅い抵抗の抵抗値測定にも適用す
ることができる。
Finally, AuG e is deposited on the source and drain regions 49.
An ohmic electrode 51 made of /N i /A u is formed by alloying at 400° C. for 2 minutes to complete the semiconductor device. Since it is possible to predict the threshold after annealing immediately after the ion implantation process of the active layer using thermal wave measurement, it is possible to form a MESFET with an accurate threshold by performing ion implantation again. can do. Therefore,
A device having a conductivity type layer formed through such an ion implantation process can be formed with good controllability. In addition, the present invention
It can be used not only for measuring the threshold value of SFET but also for electrical measurement of shallow conductivity type layers. For example, it can be applied to measuring the resistance value of a shallow resistor formed by ion implantation.

[発明の効果] 本発明の構成により、浅い導電型層の電気的特性を測定
することのできる導電型層特性の評価方法を提供するこ
とができる。
[Effects of the Invention] According to the configuration of the present invention, it is possible to provide a conductivity type layer characteristic evaluation method that can measure the electrical characteristics of a shallow conductivity type layer.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例に係る測定結果を示す図、第
2図は、熱波信号強度とピークキャリア濃度との関係を
示す図、第3図はドース量と熱波信号強度との関係を示
す図、第4図は、本発明の一実施例に係る熱波測定結果
を用いた装置の形成を示す図。 11・・・熱波信号分布 12・・・ピークキャリア濃度(Np )41・・・半
絶縁性GaAs基板 42・・・フォトレジストマスク 44・・・n型GaAsの動作層 45b・・・ゲート電極 46・・・フォトレジストマスク 49・・・n 型GaAsのソース及びドレイン領域 50・・・絶縁膜 51・・・ソース及びドレイン電極
FIG. 1 is a diagram showing measurement results according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between thermal wave signal intensity and peak carrier concentration, and FIG. 3 is a diagram showing the relationship between dose amount and thermal wave signal intensity. FIG. 4 is a diagram showing the formation of an apparatus using heat wave measurement results according to an embodiment of the present invention. 11... Heat wave signal distribution 12... Peak carrier concentration (Np) 41... Semi-insulating GaAs substrate 42... Photoresist mask 44... N-type GaAs active layer 45b... Gate electrode 46... Photoresist mask 49... N-type GaAs source and drain region 50... Insulating film 51... Source and drain electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板に不純物をイオン注入して設けられる
浅い導電型層の電気的特性をArイオンレーザーを励起
光、He−Neレーザーをプローブ光とする熱波測定法
を用いて測定することを特徴とする導電型層特性の評価
方法。
(1) Measuring the electrical characteristics of a shallow conductivity type layer formed by ion-implanting impurities into a semiconductor substrate using a thermal wave measurement method using an Ar ion laser as excitation light and a He-Ne laser as probe light. Evaluation method of characteristic conductivity type layer characteristics.
(2)前記半導体基板は半絶縁性のGaAs基板である
ことを特徴する特許請求の範囲第1項記載の導電型層特
性の評価方法。
(2) The method for evaluating conductivity type layer characteristics according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a semi-insulating GaAs substrate.
(3)前記導電型層は、ショットキーゲート型電界効果
トランジスタのチャネル領域であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の導電型層特性の評価方法。
(3) The method for evaluating conductivity type layer characteristics according to claim 1, wherein the conductivity type layer is a channel region of a Schottky gate field effect transistor.
(4)前記導電層は、低抗体であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の導電型層特性の評価方法。
(4) The method for evaluating conductivity type layer characteristics according to claim 1, wherein the conductive layer has a low antibody content.
JP32717787A 1987-12-25 1987-12-25 Evaluation of conductive type layer characteristic Pending JPH01169347A (en)

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