JPH0216726A - イオン注入量の測定のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンインプランテーションによる半導体ウ
ェハーの損傷又はイオン注入量を測定するための方法及
び装置に関し、特にウェハーにフォトルミネセンスを用
いる方法に関する。

［従来の技術］ イオンビーム注入による半導体ウェハー及び薄いフィル
ムのドーピングは、大規模拡散或いは熱化学処理と異な
り微４Ｉ規模静電処理を用いる中では極めて希であるの
で、注入の均一性を監視することが要求されているが問
題は複雑である。ビームの空間位置及び横断面が正確な
発生員の確認及び特徴に影響を与えるので、注入量の空
間構造の重要性は明白である。生産に携わるＶＬＳ　Ｉ
プロセスエンジニアは、デバイスの微細な大きさ及び厳
密な注入量許容誤差がつくられるために、必ず微細規模
注入Ｉの非均一性を問題にしているに違いない、複雑化
の変わるクリスタルスキャナーは、直面する最も厳しい
問題のいくつかに希望を与えるが、それらは、それら自
身の欠点を保証するようには設計できず、製造装置にお
いて周期的に監視されなければならない、更に、注入さ
れたウェハー表面の誘電領域のイオンチャネリング又は
静電チャネリングのような物理的処理が非注入量を非均
−としうる。

従来技術の他の粗監視装置は、ファラデイカツブ（Ｆａ
ｒａｄａｙ　ｃｕｐ）及びマイヤー（Ｍｙｌａｒ）のよ
うな放射検知フォイルを有している。どちらの方法も重
大な欠点を有している。ファラデイカツブは非常に限定
された空間分解能を有しており、通常、イオンビームの
横方向の伸びに関する確かな情報を得るることは不可能
である。放射検知炭化水素フォイルは、ガス放出とター
ゲットチェンバの汚染を引き起こす、熱分解がそのフォ
イルを破壊するのでそれらを高電流装置に用いることは
出来ない、　半導体？Ｊ３ｍでのより低い注入量及びエ
ネルギーの限界で、ビーム径は概して数ミリメートル又
はそれ以下に縮小し、−様なスキャン装置の設計におけ
る既に困難な問題をいっそう深刻化する。

それ故、他の処理ステップに影響されない高分解能測定
技術が用いられなければならない、光学線量計は使用の
簡単な非接触測定でこれらの横逍的注入量非均−パター
ンを分解する特有の能力を有する。

［発明が解決しようとする課題］ 最良の従来技術は、イオン注入後に透明ガラス基板上で
のフォトレジストの暗化（即ち、可視光線の透過の減少
、）又は光学エリプソメトリ−（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔ
ｒｙ）のいずれかを用いていた。この技術を用いると測
定可能な最小注入１は極めて高く、＞　５　ｘ　１０　
”ｃ　ｍ−”である、更に、これらの損傷検知技術は注
入されたイオンが電気的に活性化される熱的にアニール
されたウェハーには適用されない、何故ならばこれらの
測定が依存する損傷はアニールアウトされている、即ち
熱処理によって除かれているからである そこで、本発明の目的は、イオン注入量の測定及びｌ　
Ｘ　Ｉ　Ｏ’　ｃｍ−”程度に低い注入量に対する注入
景均−性検知のための方法及び装置を提供することであ
る。

更に本発明の目的は、注入量（活性化されていないもの
）の均一性と注入されたドーパントの電気的活性化後の
活性化された注入量の均一性とを直接比較する手段を提
供することである。

［発明の概要］ この明細書の中で明らかになるこれらの目的及び池の目
的、特徴又は利点は本発明、即ち簡単に述べると注入の
前に適当な光源、例えばＩ−１ｅ　−Ｎｅ、アルゴンイ
オン又はダイオードレーザ−又はガス放出アークランプ
、によってウェハー内でフォトルミネセンス放射が励起
されるものにより達成される。注入の間及び後にイオン
衝撃によって表面領域に作られる損傷のために、フォト
ルミネセンスはイオン注入量の増加にしたがって減少す
る。

フォトルミネセンス放射におけるこの減少と注入量の関
係により感度の良い線量測定を行うことができる。基板
を横断してフォトルミネセンス強度をマッピング（ｍａ
ｐｐｉｎｇ）することにより、イオン注入されるウェハ
ーの注入量の均一性が測定される。

ドーパント電気活性化のために続く熱アニーリングの注
入量マツプのためにフォトルミネセンス線量測定を適用
することもできる。これはフォトルミネセンス放射の強
度が結晶質及びキャリアー濃度のどちらにも感度が良い
からである。該フォトルミネセンス強度は光１ｉｉ１＋
起された電子キャリアー（電子とホール）の再結合に続
いて生み出される。注入されたウェハーの熱アニーリン
グに続いて、フォトルミネセンス信号は電気的に活性化
されたドーパントによって与えられる増加した多数の電
子キャリアーの存在及び基板内の結晶損傷の除去により
増加する１次の注入アニーリングに続いて、基板を横断
してフォトルミネセンス強度をマッピングすることによ
り、活性化された注入量の均一性を測定しうる。ドーパ
ント活性の前後に注入量の均一性を測定しうろことは、
本発明の重要な特徴の一つである。従来の光学線量測定
技術はウェハーの光学定数における損傷誘導された変化
にたいしてのみ感度がよく、それゆえに、大部分或は総
ての注入損傷がアニールアウトされるのでドーパント活
性に続く注入されたウェハーの測定には敵していない、
電気的活性化の前後の注入の均一性を監視するフォトル
ミネセンス線量測定の能力は、活性化アニーリングの間
、熱的非均一性が注入前の均一性を減じない事の確証が
可能であるものである。注入された及及び／又は損傷が
注入に続く測定可能な７オトルミネセンス信号が全くな
いほど大きい場合においても、アニーリング後になされ
る測定は望ましい、注入線量測定にフォトルミネセンス
を用いることの別の利点は、フォトルミネセンス光が放
射するｆｆｉ域がほとんどの半導体表面の下方的１〜３
１１１Ｉに伸び、それ故、通常Ｓｉ及びＧａＡｓ半導体
製造に用いられる０、１〜ｉｌＩｍ＋の深さの注入領域
を検査するのに十分である０本発明のこれら及びその他
の構造上及び操作上の特徴は、添付図面とともに以下の
記載から明らかになるであろう６図面には一つの好適実
施例と別の実施例が示されている。

［語紮］ 以下にこの明細書で使用される用語、略語及び定義を上
げておく。

イオン・インプランテーション（注入）：　イオン注入
とはドーパントイオンの強力なビームでウェハーを衝撃
することにより、半導体ウェハーの表面内にドーパント
種を導入する事をいう、Ｓｉ及びＧ１Ａｓ技術における
ａ積回路の応用については、イオンエネルギーは概して
４０〜４００ｋｅ■のｆ！凹であり、皿は概してＩ　Ｘ
　Ｉ　Ｏ”ｃｖａ−”ないし１×１０１Ｃ輪“２の範囲
である。

電気的活性化：　注入の強力なイオン衝撃は半導体結晶
を破損し、概して注入された種をそれらがドーパントと
して、即ち電荷担体源として振る舞うことを許さないよ
うな結晶構造内の位置に配置する。電気的活性化は、概
して電気的非活性状態における注入のすぐ後にあって、
それによって注入された種が活性化される工程であり、
それによりドーパントになり、又電子及び／又はポール
をその電流に与えることにより電気伝導度を変える。

活性化アニーリング：　活性化アニーリングは注入破損
を治しあるいはアニールし又は注入されたドーパント種
を電気的に活性化するように注入された半導体が加熱さ
れる工程である。

ファーネス・アニーリング：　ファーネス・アニーリン
グは加熱炉内における高温での半導体ウェハーの加熱を
いう、一般には、Ｓｉ又はＧ　ａ　Ａ　ｓのどちらかに
注入された種を電気的に活性化し、注入によって作られ
た破損を無くす、温度は８００〜１１００°Ｃの範囲が
、又時間は１５〜６０分の範囲で用いられる。

急速熱アニーリング：　急速熱アニーリングはランプ照
射あるいは別の強度のエネルギー源を用いる高温での半
導体ウェハーの急速（１〜１００ｓｅｃ）　　加熱をい
う、一般には、電気的に注入された種を活性１ヒし、急
速熱アニーリングによる注入破損を除き、１〜１０ｓｅ
ｃの範囲の時間と、８００〜１２００°Ｃの範囲の温度
が用いられる。

フ第１・ルミネセンス：　フォトルミネセンス（まレー
ザー、電子ビーム、高強度ランプ又は別の適切なエネル
ギー源による固体の励起により発生する電子及びポール
に続くそれらの再結合のための固体による光学放射のエ
ミッションである。室温での半導体では、フォトルミネ
センス放射は概して物質のバンドギャプにほぼ等しいエ
ネルギーを有する。

フォトルミネセンス・ゲンチング：　フォトルミネセン
ス・ゲンチング（ｑｕｅｎｃｂｉｎｇ）は、注入に続く
フォトルミネセンス強度の減少を記述するのに便用する
用語である。低注入量の注入の後、この減少は小さくな
ってもよく、非常に高い注入量に続き、フ才ｌ・ルミネ
センス信号が効果的にゼロに減少されてもよい。

［実施例］ はとんどの物質のフォトルミネセンス信号は、イオン注
入破損に対して極めて感度が良い、我々は実験的に、ド
ープされたＧａＡｓエピタキシャル層からのフォトルミ
ネセンス信号が１５０ｋｅＶのシリコンの僅かＩ　Ｘ　
１０”ｃｍ−”の注入の後に約２０％減少する、即ちシ
リコンイオンの単一層の僅か１００万分の１が表面に衡
突する、ということを測定した。更にこれらレーザーに
よる測定は、本質的に高い空間共ｎｆｌ（＜２０ｐｍ＞
をゆうし、ある場合には室温でなされうる。これらの特
徴は−まとめにして独自の６のであり、注入量の感度の
良いインシトウ−（ｉｌ　５ｉＬｕ）・１０−ブ又はオ
フフライン・プローブの基礎を形成する。このような測
定はＧａΔｓＭＥｓＦＥＴｇ等のチャネルをドー１する
ために、シリコンＭＯ８ＦＥＴｓのしきい電圧を調整し
ていた低置注入を制御することが必要とされる。室温で
大きなフォトルミネセンス強度を示さないシリコンのよ
うな物質については、ＧａＡｓテスト・ウェハー又はフ
ォトルミネセンスであるシリコン上の適切にデポジット
された層、例えばＧ　ａ　Ａ　ｓ又はＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　
Ａ　ｓの使用がなされる。

しかし、我々は約４°Ｋ（液体ヘリウム）の温度で、シ
リ：１ン中への低置イオン注入破損が実際に本発明を用
いて測定されることを実証した。

図面を参照すると、様々な図面を通じて要素を示すため
に参照番号が用いられている。第１図には、フォトルミ
ネセンス放射を励起する適切な光源、７オトルミネセン
ス放射の適切な検知機、ウェハー・ホルダー駆動装置が
備えられたＸ−Ｙ並進ステージ及びウェハーの位置を制
（１し、データを収集し、ＩＩＡＷ、シ、また表示する
マイクロ・コンピュータからなる装置が簡略に示されて
いる。

レーザー１２からの光線１０はミラー１４で反射され、
ビームスプリッタ−１６へ向けられる。

該ビームスプリッタ−１６で光線１０は、第１の分離ビ
ーム１８と第２の分離ビーム２０の二つの光線に分離さ
れる。第２の分離ビーム２０はレンズ２１を通して定電
圧フォトダイオード２２に収束される。フォトダイオー
ド２２からの信号は前置増幅器２４を通ってロックイン
増幅器２６の１つの入力に入る。検知されたフォトルミ
ネセンス強度はこの信号と参照され、測定の間の入射レ
ーザー強度のいかなる変化にもリアルタイムの補正を可
能にする。第１の分離ビーム１８はｔｉ械チョッパー２
８を通して光線ｌの強度を変化させるのに利用される。

；浅域チョッパーはドライバー３０によって駆動される
。ドライバーの周波数はロックイン増幅器２６に基準周
波数を与え、フォトルミネセンス光の低雑音同期検波を
可口Ｈにする。ｖ１械チョッパー２８を通った後、第１
分離ビーム１８はレンズ３２によってウェハー３４上に
収束され、そのウェハー上でフォトルミネセンスが刺激
される０強力な反射光は安全のためにビ・−ムダンブ３
６に集められるので、分散し又バックグラウンド（３号
をもたらすことが無い、生じたフォトルミネセンス光３
７の一部がレンズ３８、アイリス３９、レンズ４０、フ
ィルター４２及びモノクロメータ−４４を通って電源４
８によって電力供給された光電子倍増管４６に達する。

光電子倍増管４６からの信号はロックイン増幅器２６の
入力に送られる。ロックイン増幅器２６からの信号はデ
ジタル化され、モニター５２、プリンター５４及びディ
スクドライバー５６を有するコンピュータ５０に記憶さ
れる。電動Ｘ−Ｙ並進器５８は、スキャンされたラスタ
ー内で第１分離ビーム１８がウェハーに当たるようにウ
ェハーを移動するために用いられる。

第１図に示した装置の別の実施例として、チョッパー２
８からウェハー３４への光路及びウェハー３４からフィ
ルター４２への光路は別々に光フアイバーパイプを通す
ものでよく、ウェハーが半導体処理装置内にあって／又
は真空中にあり／又は処理中であるとき、インシトゥー
・プローブのような技１（・ｉの応用を促進する。

フォトルミネセンス・マッピングに関しては、−ｍに、
Ｈｅ−Ｎｅレーザー又はアルゴンイオンレーザ−１２が
サンプルの表面を励起するのに用いられるが、ダイオー
ドレーザ−あるいは気体放出アークランプなどの別の光
源が用いられ手もよい。

ＣＷレーザーは高強度（＞５　糟Ｗ）と安定性を有し、
容易に直径＜２０１１Ｉｌｌに収束できるので好ましく
、小さな領域が（例えばｌＸｌ＋ｍｍ’）微視的空間分
解能をもってマッピングされる。サンプル表面に作られ
たフォトルミネセンス放射はサンプル面と垂直に配置さ
れたレンズ３８によって集められ、回折格子のモノクロ
メータ４４の人ロスリット上に収束される。信号検知は
フォトルミネセンス放射が集められるのに適した光電陰
極をもつ光電子倍増管４６を用いることにより達成され
る。

例えば５−２０アルカリ光電陰極は約８７０ｎｓにピー
クがあるＧａＡｓからのフォトルミネセンス放射に良く
適合する。フォトルミネセンス線量測定については、フ
ォトルミネセンスピークの強度が監視される。このピー
クの波長を決定するために、モノクロメータ４４内の光
学回折格子は、フォトルミネセンス強度対波長の完全な
スペク１〜ルが第２図示すように記録できるコンピュー
タ制ｔｉｌｊ５８又は他の制御手段のもとで回転させら
れている。

続くフォトルミイ・センス強度のマッピングのために、
回折格子は次にフォトルミネセンスピークの波長の光を
光電子倍増管に反射する位置に置かれる。実際の便利の
ために、線量測定マッピングに一部いてはフォトルミネ
センスのピークの下のｊＡ　ｈ”ｔした領域よりもフォ
トルミネセンスのピークの高さが測定される。もし、ピ
ークの幅が合理的に一定ならば、これら二つの測定は等
しい、しかし、注入破損及びドーピング集中はフォトル
ミネセンスの高さと同様にフォトルミネセンスのピーク
の幅に影響を及ぼすので、注入の前後の完全なスペクト
ル及び／又は注入活性アニーリングの完全なスペクトル
をとることは各々これらの効果の重要性を判断し、スペ
クトロメータを通った波長が中心を適切にピーク位置に
合わぜられることを許容する。

注入の前にサンプルは、静的なレーザースポットの下で
所望の領域からのフォトルミネセンス強度がマツプされ
るまで蛇行パターンで走査される。

マイクロコンピュータはＸ−Ｙステージの移動を制御し
、検知器の出力信号を読み取り、適切なマツプ及び統計
柱状図のためにデータを変える。注入の後、フォトルミ
ネセンス強度は再びマツプされ、注入による破損が原因
の信号に関する減少が測定される。これは電気的活性化
の前に注入された量の均一性を判断することを可能にす
る。注入されたドーパントの電気的活性化に続いて、も
し望むなら例えば炉の中でアニーリングすることにより
、再びウェハーをマツプすることができる。この場合、
フ第１・ルミネセンス強度は活性１ヒされたドーパント
原子からの電気的キャリアーの集中の増加を招く。

第１図の装置は、注入の前後及び注入活性の前後に発生
したフォトルミネセンス信号の逐一比較が可能である。

一般に直径が０．２５〜０．５１の光源を用いて、全つ
エハニ・マツプが約２０の内に分収集され、それにはお
よそ２，０００ポイント含まれている。しかし、もし望
むなら、収集時間の対応する増加でずっと大きな密度（
〉１０．０００ポイント）のマツプが作られる。更に、
レーザー・スポットを微少直径（＜２０ｐｍ）に集中す
ることにより、注入量の均一性の微少マツプがウェハー
の選択された小領域上に作られつる。第２図はＧａＡｓ
ウェハーからのフォトルミネセンス・スペクトル上の１
００ｋｅＶ　”Ｓｉ’　　（−最に、ＧａＡＳのｒｌタ
イプ・チャネルドーピングの種に用いられる。）の注入
の効果を示す、未使用（注入されていない）サンプルか
らの８７００人付近の強いフォトルミネセンス・ピーク
は室温でのＧａＡＳのバンド間遷移特徴である。第２図
はｌＸ１０”ｃｍ−”と同じくらいの量でも（およそＳ
ｉ原子の単−層の１００万分の１に対応する。）、フォ
トルミネセンス強度を測定可能に約１５％減じるのに十
分である。５Ｘ１０”ｃｍの量は信号を９０％近く減じ
る。我々はフォトルミネセンス強度の減少を“フォトル
ミネセンス・ケンチングとしての量の増加と参照する。

第３及び４図はフオトルミオ・センス・ケンチングと注
入量との比の補足的データを示す、３０ｋｅＶ　”１３
’を用いた同様の測定が第５図に示されている。注入旦
対２１３ｉ＊についての相関フォトルミネセンス強度の
曲線と比較すると、１１Ｂ゛についての曲線は与えられ
た注入量に関するより高い相関フォトルミネセンス強度
を示す、これはホウ素のライター（ＩｉＨＩ＋Ｌｅｒ）
質重に関連し、該質量では格子破損が少なく、それ故、
与えられた注入量についてフォトルミネセンス強度を減
少させる。ホウ素はＧ　ａ　Ａ　ｓ技術では注入される
ドーパントとしては使用されないが、シリコンの方では
ｐタイプドーパントとして最も広く使用されている。残
念ながらシリコン（間接禁止帯をゆうする。）からの室
温フォトルミネセンス強度は非常に弱く、フォトルミネ
センス・ケンチングが適用できない、それにもかがわら
ず、ホウ素が注入される一束のシリコンウェハーに加え
てＧａＡｓテストウェハーを含むことにより、注入量の
均一性をマツプしうろことを第５図が示している。

第１０図にはプラテン１００が示されており、該プラテ
ンはイオンビーム１０６からの注入の間、回転軸１０４
の周りを回転する幾つかのシリコンウェハー１０２を支
持している。−・枚の小さなＧａΔＳウェハー１０８が
プラテンの孔の上又は下に取りｆ十けられている。ビー
ム１０６もまたＧｌｌΔＳウェハー１０８に注入をする
。レーザー１１２からの光線１１０は同期された機械チ
ョッパー１１４によって遮断され、ウェハー１０８がレ
ーザー１１２の下方を通ったときＧａＡｓウェハーに当
たる、フォトルミネセンス検知装置１１６が上記のよう
に、ＧａΔＳウェハー１０８のフォトルミネセンスを測
定するために使用される。ロックイン増幅器からの測定
されたフォトルミネセンス信号（３７’細には示さず、
）が上記のようにコンピュータ１１８に送られる。コン
ピュータ１１８はビーム強度の関数として、時間に関し
てＧ　ａ　Ａ　ｓウェハーのフォトルミネセンスの変化
を予想するようにプログラムされている。予想値は測定
値と比較され、もし、測定値が予想値と１セツトＪ！ｔ
（いわゆる２０％）以上間れているときは、信号はビー
ム制御ｎ１２０に送られて注入を停止させ、オペレータ
には調査するように６図が送られる０代わりに、ＧｎＡ
ｓにおけるあらかじめ調節したフォトルミネセンス減少
に対応する既定の量が得られたときは、注入は自動的に
終了する。−枚のシリコンウェハーが注入を受ける場合
、注入量の監視と制御のために、同種のＧａ八へウエハ
ーが一枚シリコンウエハーの近くに置かれてもよい。

我々は２１Ｓ；＋又は１１Ｂ゛に対して、実験的にＩＸ
　１０１２ａ１”のＪｔ（通常、（３ａＡｓ　Ｍ　Ｅ　
Ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔｓのチャネルドーピング又は５１Ｍ０３
ＦＥ”ｒｓのしきい電圧調整に用いられる。）で１％の
変化を定めたが、それはロックイン増幅器信号における
約０．０５〜０．１ｅｉＶ変化に対応し、第１図に示さ
れた我々の検知装置の感度限界付近にある。したがって
、シリコン及びＧａＡｓ１Ｃ製造にとって、今日商業上
の利益がｔ；る量の範囲で、我／Ｚはここに開示した装
置及びフォトルミネセンス・ゲンチング技術を用いて、
量の均一性における１〜２％の分析が達成しうろことを
信じる。

フォトルミネセンス・ケンチングの技ｔａはイオン注入
の前に強いフォトルミネセンス信号を示す物質に良く適
する。更に、もし室温で注入前のフォトルミオ・センス
信号が強ければ、極低温の冷却なしに周囲条件中で好都
合に適用できる。これはＧａＡｓやインジウムがドープ
されたＧ　ａ　Ａ　ｓ及びＩ　ｎＰのような直接禁止帯
■−■基板及びＣｄＴｃのような■−■基板の場合であ
る。半絶縁のＧａ八へ基板の低い数の電子キャリアー（
電子又はポール）は室温で著しくフォトルミネセンスを
減少させる。

このために基板としての半絶縁ＧａＡｓウェハーはフォ
トルミネセンス・ゲンチング技術には好ましくない１代
わりに適度にドープされたＧａＡｓ（ドーピングン・ｌ
×１０１０ｌ５弓）が好ましい。

代わりにフォトルミネセンス信号は殆どの物質のより高
い１〜３ＩＩＩＩで作られるので、基板自体が高いフォ
トルミネセンス 適切なフォトルミネセンス層が基板上に用いられる．例
えば、注入及び続くフォトルミネセンス・ケンチング測
定は、シリコン基板又は半絶縁ＧａＡｓ基板上に成長す
るＧａＡｓ又はＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓエピタキシャル
層上で実行される．シリコンは間接禁止帯のために室温
で極めて小さいフォトルミネセンス信号を有する．この
場合、効果を良くするためにサンプルは極低温に冷却さ
れなければならない。

第９図は４０ｋｅＶの１１Ｂ′″での注入の前後でアル
ゴンイオン・レーザー励起と冷却されたゲルマニウム検
知器を用いて１．５’にでＳｉ基板から得られたフォト
ルミ ７１５人での強いフォトルミネセンス・ピークがｌ　Ｘ
　１　０　１２ｃｍ−”の量によって僅かに減じられて
いるが、ＩＸ１０’ｃ＋＾−２の量はピークの高さを測
定回（ｒＦに減じるほど十分な損傷ではない。

ｍＪめに記載したように、注入されたドーパントの電気
的活性化の後にフォトルミネセンス測定（マツプ）をす
ることによって、ゲンチされたフォトルミネセンス信号
が活性化アニーリング工程によって゛回復”されるとき
、電気的に活性化された量の均一性を測定（マツプ）す
ることが可能である。

したがって、実際に関心のある多くの場合、ドープされ
た基板からのフォトルミネセンス信号は、ドープされて
いない又は軽くドープされた基板からのものよりもずっ
と大きい．例として１００ｋｅＶ’″Ｓｉ°のｌ　Ｘ　
１　０　”ａｍ−”の低い貝で軽くドープ（　Ｉ　Ｘ　
１　０　”ａｍ−”のｒ１タイプドーピング）されたＧ
　ａ　ＡＳの注入を考えよう．注入の前にはドープされ
たサンプルは比較的強いフォトルミネセンス信号を与え
る．注入後は第３図に示すように信号が著しく減じられ
る．ファーネスあるいは急速熱アニーリングによるポス
トインプランテーション・ドーパント活性に続いて、注
入後ドーパントが電気的に活性され注入破損が結晶から
アニールアウトされる．その注入前の状態と比較すると
、注入後の基板には非常に高くドープされたｎタイプ表
面ｆｆｉＪ或（′Ｐ均トド−ピング約５　Ｘ　１　０　
１７０ｍ−’）を有し、その結果、そのフォトルミネセ
ンス強度は非常に大きくなる．この増加したフォトルミ
ネセンス強度をマッピングすることにより、活性１ヒさ
れた１の均一性が減少されうる．この適用のためには、
１ｍ始時の基板ドーピングレベルは、注入及び活性化の
？麦の注入されたドーパントによってフォトルミネセン
ス信号に影響を及ぼす程大きくあるべきではない、Ｓく
の実際の場合には、注入前ドーピングレベルはおよそＩ
　Ｘ　１０　”ａｍ−’以下に保たれるべきである。Ｇ
ａＡｓウェハーは高温（〉８００°Ｃ）活性アニーリン
グの間、表面のデコンポジションを防ぐために、シリコ
ン酸化物又はシリコン窒化物の薄い誘電層によってその
前面及び／又は背面をしばしばキャップされる。これら
の層はＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ及びＳｉのような物
質に対するスペクトルの可視及び近赤外部分にあるフォ
トルミネセンス光線自体及びフォトルミネセンスを励起
するための可視光線の双方が容易に通過するので、もし
電気的活性化に続く連続するフォトルミネセンス測定に
必要であるならば、これらの薄いく５１０００人）Ｎは
残されてもよい。

このような誘電層の存在は許容できない、例えば、電気
的活性化の４ポイントプローブ測定はこれらの層の下の
注入された半導体と接触するために、プローブチップが
物理的にこれらの層に貫入しなければならないからであ
る。

表　　　　　　１ ＤＯ３Ｅ（ｃｍ−２）　　　ｒ’Ｊ入　　ＰＦ３人　　
　１１合（ＰＬｉ人／ＰＬｌｔｉＩ人）５Ｘ１０目　　
　４４．６　４４．８　　　１．０１×１０”　　　　
　５０．０　　５０．０　　　　１．０２×１０”　　
　　　９３．６　　５０．０　　　　１．８５×ｌＯ１
１１１，５５７，１２，０ １−１０１３２４１，７８７，２２，８２Ｘ１０１コ　
　　　　３３６．８　６９．４　　　　　４．９表１は
１５０　ｋｅＶ”Ｓ　ｉｏの注入前の（注入されていな
い）ドープされていない半絶縁ＧａＡｓから得られるも
のと、注入及びファーネス・アニリング（３０＋ｅｉｎ
　＠　８５０°Ｃ）による電気的活性化後のものとが示
されている。注入損傷はフォトルミネセンス信号をゲン
チし、注入活性化は自由キャリアーの数を増加させ、損
傷をアニール・アウトし、その結果、フォトルミネセン
ス強度を注入前の小さな値を超えるように増加させる０
表面の部分は注入の間、７オ！・レジスト・ストライブ
によってマスクされる。この非注入領域は続くフォトル
ミネセンス測定のための注入前基準レベルとして働＜、
５００人のシリコン窒化物キャツピング層が注入後にプ
ラズマ増強された化学蒸着によってデポジットされ、ア
ニーリングの間表面分解を防ぐ位置に維持される。キャ
ップは示したフォトルミネセンス測定の前に取り除かれ
る。

表１は注入され、アニールされた領域（ＰＬ注入）と注
入前の領域（ＰＬ非注入）とにおけるフォトルミネセン
ス強度の割合を示しており、活性化されたドーパントに
関する自由キャリアーの集中がフォトルミネセンス強度
をドープされていない注入前の値以上にするのに十分大
きいとき、約２Ｘ　１０　”ａｍ−”以上のドープに対
し１．０から増加しはじめる。ウェハー全体にこのマッ
ピングをすることは、活性化されたドーパントの均一性
の測定を可能にする。注入された量Φ・２Ｘ１０”ａｍ
−”は、およそ（Φｘ０．４＞／ΔＲ２勺１．６Ｘ１０
”ｅｍ−’によって与えられるピークドーピング集中に
対応し、注入されたドーパント集中の平均は、はぼ（Φ
）／（Ｒ，＋ΔＲ−）２１．４　Ｘ　１０　”ａｍ−”
である、ここでＲ，＝８９０人及びΔＲ，＝４９０人は
各々注入の範囲と標準偏差である。このデータは、フォ
トルミネセンス測定によって検査される表面領域内に活
性化された１が約１×１０Ｉ７ｅｌｆ−’より大きい量
で存在しているとき、活性化された量を測定するのにフ
ォトルミネセンス線量測定を用いることが可能であるこ
とを示唆している。

本発明は、好適実施例及びその他の記載した実施例に限
定されず、本発明の範囲及び真の精神から離れることな
く構成部分に機械的あるいは電気的に同等な様々な変更
及び改良が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は注入の前漫にフォトルミネセンス強度及び注入
活性化アニーリングの測定及びマツプをするために用い
られる装置の略示図である。 第２図はＧａＡｓへの１００１＜ｅＶ”Ｓｉ’の少ない
Ｍ　（ＩＸｌｏ”ｃｓ−”）と中程度のＩｔ（５Ｘ１０
目Ｃ輪−２）の注入によるフォトルミネセンス・ゲンチ
ングを示している。 第３図はＧ　ａ　Ａ　ｓへの１．００　ｋｅＶ”Ｓ　ｉ
″′の注入によって起こるフォトルミネセンス強度の減
少を示している。 第４図は第３図の１０１１〜１０１３ＣＩ６−２の範囲
のグラフの拡大図である。 第５図はＧａＡｓへの３０ｋｅＶの１８０の注入によっ
て起こるフォトルミネセンス強度の減少を示すグラフで
ある。 第６図は第１図の装置を用いて作られた注入されていな
いＧａＡｓ基板のフォトルミネセンス強度マツプである
。フォトルミネセンス強度の平均値は１０２５（任意の
ユニット）であり、灰色のスケールの各ステップは、フ
ォトルミネセンス強度の５％の変化に相当する。 第７図は２　Ｘ　１０　”ａｍ−”の量で１００ｋｅＶ
２″Ｓｉ゛の注入をした後の第６図のＧａＡｓウェハー
のフォトルミネセンス・マツプである。フォトルミネセ
ンス強度の平均値は９２（任意のユニット）であり、灰
色のスケールの各ステップは、フォトルミネセンス強度
の１０％の変化に相当する。底部の暗い水平のストライ
ブは注入の間、フォトレジスト・マスクによって覆われ
ていた部分である。 そのフォトルミネセンス強度は注入されていないウェハ
ーのそれと同じであり、基準レベルとして８と立−ン　
。 第８図は注入後のフォトルミネセンス強度（第７図）の
注入前のものく第６図）との逐一比較マツプである。 第９１７１はＳｉへの４０ｋｅＶの”Ｂ”＋７Ｊ注入ニ
ヨるフォトルミネセンス・ケンチングを示している。 この場合、室温での注入されていないサンプルからの低
いフォトルミネセンス信号のために、極低温が用いられ
なければならない。 第１０図は本発明に従ったリアルタイム注入モニターの
線図である。 ［主要符号の説明］ ｌＯ・・・光線、　１２・・・レーザー、　１４・・・
ミラー１６・・・ビームスプリッタ−・、　２１．３２
，３８．４０・・・レンズ、２２・・・シリコン・フォ
トダイオード、　２４・・・前置増幅器、　２６・・・
ロックイン増幅器、　２８・・・チョッパー ３４・・・ウェハー ５０．１１８・・・コ ンピ二一タ、 特許出願人　　　　　パリアン・アソシエイツ・インコ
ーホレイテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオン注入量の均一性をマッピングする方法であっ
   て、 （ａ）イオン注入の前に半導体ウェハーのフォトルミネ
   センス強度をマッピングするステップ、 （ｂ）イオン注入の後に前記半導体ウェハーのフォトル
   ミネセンス強度をマッピングする ステップ、 （ｃ）イオン注入前後の測定を比較することにより、イ
   オン注入マップを計算するステッ プ、 とから成る方法。 ２、イオン注入量の均一性をマッピングする方法であっ
   て、更に、 （ａ）ウェハーをアニーリングするステップ、（ｂ）ド
   ーパントの電気的活性化のためのポスト注入アニーリン
   グの後に、前記半導体ウ ェハーのフォトルミネセンス強度をマッピ ングするステップ、 （ｃ）注入の前と注入及びアニーリングの後のフォトル
   ミネセンスの測定を比較すること により、ポストアニールされたイオン注入 マップを計算するステップ、 とが続くところの請求項１記載の方法。 ３、請求項１記載の方法であって、イオン注入の前に半
   導体ウェハーのフォトルミネセンス強度をマッピングす
   るステップと、ドーパントの電気的活性化のためのポス
   ト注入アニーリングの後に、前記半導体ウェハーのフォ
   トルミネセンス強度をマッピングするステップとが、レ
   ーザーでフォトルミネセンスを刺激することにより成さ
   れるところの方法。 ４、イオン注入器がシリコンウェハーにイオンを注入し
   ている時に、ビーム強度及び注入量を監視する方法であ
   って、 （ａ）ＧａＡｓウェハーに注入されるシリコンウエハー
   を含めるステップ、 （ｂ）既定のパターンで前記シリコンウェハー及びＧａ
   Ａｓウェハー上で注入ビームを走査するステップ、 （ｃ）ＧａＡｓウェハーを走査する時間の間に、フォト
   ルミネセンスを刺激するためにＧａ Ａｓウェハーを照射するステップ、 （ｄ）フォトルミネセンスを測定するステップ、（ｅ）
   フォトルミネセンス測定信号を予測信号と比較して差異
   信号を得るステップ、 とから成る方法。 ５、請求項４記載の方法であって、更に、 （ａ）もし、差異信号が設定バウンドを超えたら、注入
   を止めるステップ、 とを有するところの方法。 ６、シリコンウェハーに注入するためのイオン注入器が
   注入をしている間、ビーム強度を監視するための装置で
   あって：シリコン加工物と注入される位置に一枚の小さ
   なＧａＡｓウェハーを保持するための手段；ＧａＡｓウ
   ェハーからのフォトルミネセンスを刺激するための手段
   ；ＧａＡｓウェハーからのフォトルミネセンスを検知し
   、フォトルミネセンスに比例する検知信号を得るための
   手段；前記検知信号を予想された検知信号と比較し、差
   異信号を得るためのコンピュータ；及び差異信号が設定
   範囲を超えたときに注入を止めるためのコンピュータ手
   段、とから成る装置。