JPH04206941A - 半導体基板の微小格子歪の検出方法 - Google Patents
半導体基板の微小格子歪の検出方法Info
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- JPH04206941A JPH04206941A JP33857190A JP33857190A JPH04206941A JP H04206941 A JPH04206941 A JP H04206941A JP 33857190 A JP33857190 A JP 33857190A JP 33857190 A JP33857190 A JP 33857190A JP H04206941 A JPH04206941 A JP H04206941A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、従来のＸ線回折並びに電子顕微鏡を用いた
電子回折でも検出できなかった半導体基板の微小格子歪
の検出方法に係り、透過型電子−顕微鏡を用いて試料に
対して高エネルギー電子線をコーン状に絞り込んで入射
することにより、脩子定数に対して極めて敏感な高次ラ
ウェゾーンパターンを捕らえ、これを解（ハすることに
より、例えば結晶内部の格子歪場を定量的に評価し、ま
た析出物の影響による歪みの発生機構などを解明するの
に有効な半導体基板の微小格子歪の検出方法に関する。
電子回折でも検出できなかった半導体基板の微小格子歪
の検出方法に係り、透過型電子−顕微鏡を用いて試料に
対して高エネルギー電子線をコーン状に絞り込んで入射
することにより、脩子定数に対して極めて敏感な高次ラ
ウェゾーンパターンを捕らえ、これを解（ハすることに
より、例えば結晶内部の格子歪場を定量的に評価し、ま
た析出物の影響による歪みの発生機構などを解明するの
に有効な半導体基板の微小格子歪の検出方法に関する。
従来の技術
Ｓｉウェーハの結晶性評価法としては、従来光学顕微鏡
、Ｘ線回折が広く利用されてν・る。これらの方法では
、結晶内部の酸素析出物やドーパント濃度むらなどの分
布に関する情報が得られる。
、Ｘ線回折が広く利用されてν・る。これらの方法では
、結晶内部の酸素析出物やドーパント濃度むらなどの分
布に関する情報が得られる。
例えば、光学顕微鏡、Ｘ線回折を利用しＳｉウェーハの
結晶性を論議した論文として、「ＣＺシリコンウェーハ
中の熱誘起微小欠陥Ｊ ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｕｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ、
、２１．Ｎｏ、１．ＪＡＮ、、１９８２ＰＰ、１−１２
、 ｒｃｚシリコンウェーハ中のリング状分布積層欠陥
１（応用物理 第５７巻第１０号１９８８年）がある。
結晶性を論議した論文として、「ＣＺシリコンウェーハ
中の熱誘起微小欠陥Ｊ ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｕｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ、
、２１．Ｎｏ、１．ＪＡＮ、、１９８２ＰＰ、１−１２
、 ｒｃｚシリコンウェーハ中のリング状分布積層欠陥
１（応用物理 第５７巻第１０号１９８８年）がある。
しかし、光学顕微鏡、Ｘ線回折はその空間労作１能がい
ずれもｍｍオーダーであるため、結晶内部でどの程度の
歪が発生しているか評価できなし・。
ずれもｍｍオーダーであるため、結晶内部でどの程度の
歪が発生しているか評価できなし・。
そこで、原子レベルでの観察が可能な電子ＢＬ（４ｆａ
ｔ鏡を利用した像観察による評価法があるが、通常の像
観察でも格子歪に関する定量的情報は樗られていない。
ｔ鏡を利用した像観察による評価法があるが、通常の像
観察でも格子歪に関する定量的情報は樗られていない。
さらに微細なレベルの観察ができる方法として、低速電
子回折あるいは反射型、走査型の高エネルギー電子回折
等の電子回折が知られており、結晶や薄膜の構造を解析
する手段として活用されている。
子回折あるいは反射型、走査型の高エネルギー電子回折
等の電子回折が知られており、結晶や薄膜の構造を解析
する手段として活用されている。
また、電子顕微鏡を利用した透過型の高エネルギー電子
回折方法が薄膜の構造を解析する手段として活用されて
いる。
回折方法が薄膜の構造を解析する手段として活用されて
いる。
発明が解決しようとする課題
上述した従来のいずれの電子回折方法もＳｉウェーハの
結晶性を探る場合、マイクロ的な観察しかできず、ミク
ロな観察を行った場合でも定量的情報は何も得ることが
できないといった欠点があった。
結晶性を探る場合、マイクロ的な観察しかできず、ミク
ロな観察を行った場合でも定量的情報は何も得ることが
できないといった欠点があった。
通常、半導体基板はその表面清浄度を高めるために、Ｉ
Ｇ（イン１へリンシックゲッタリング）またはＥＧ（エ
クストリンシックゲッタリング）処理されている。
Ｇ（イン１へリンシックゲッタリング）またはＥＧ（エ
クストリンシックゲッタリング）処理されている。
ところがＩＧ、 ＥＧ処理した場合、上述の透過型の高
エネルギー電子回折方法では、不純物をゲッタリングす
るＳｉウェーハ内部の酸素析出物の分布や裏面の格子歪
状態をマイクロ的に観ることは可能であるが、ミクロな
観察、すなわちどの程度格子が歪み、その影響はどこま
であるか等、半導体基板の微小格子歪の検知と定量的な
解析に関しては全〈実施することができなかった。
エネルギー電子回折方法では、不純物をゲッタリングす
るＳｉウェーハ内部の酸素析出物の分布や裏面の格子歪
状態をマイクロ的に観ることは可能であるが、ミクロな
観察、すなわちどの程度格子が歪み、その影響はどこま
であるか等、半導体基板の微小格子歪の検知と定量的な
解析に関しては全〈実施することができなかった。
この発明は、半導体基板の微小格子歪に関して、Ｘ線回
折並びに電子顕微鏡を用いた電子回折のかかる現状に鑑
み、透過型電子顕微鏡を用いた電子回折方法の利点を生
かし、ｎｍオーダーの領域から定量的に半導体基板の微
小格子歪を評価することが可能な電子回折方法の提供を
目的としている。
折並びに電子顕微鏡を用いた電子回折のかかる現状に鑑
み、透過型電子顕微鏡を用いた電子回折方法の利点を生
かし、ｎｍオーダーの領域から定量的に半導体基板の微
小格子歪を評価することが可能な電子回折方法の提供を
目的としている。
課題を解決するための手段
この発明は、
透過型電子顕微鏡を用いて、半導体基板試料に対して高
エネルギー電子線をコーン状に絞り込んで入射し、該試
料を透過してディスク状に拡がる回折斑点のディスク中
に出現する高次ラウェゾーンパターンを捕らえ、得られ
た高次ラウェゾーンパターンを基に収束電子回折決手段
を用いて、試料の格子歪場を定量的に評価することを特
徴とする半導体基板の微小格子歪の検出方法である。
エネルギー電子線をコーン状に絞り込んで入射し、該試
料を透過してディスク状に拡がる回折斑点のディスク中
に出現する高次ラウェゾーンパターンを捕らえ、得られ
た高次ラウェゾーンパターンを基に収束電子回折決手段
を用いて、試料の格子歪場を定量的に評価することを特
徴とする半導体基板の微小格子歪の検出方法である。
また、この発明は、
透過型電子顕微鏡を用いて、半導体基板試料に対して高
エネルギー電子線を平行ビームで入射し、得られた回折
斑点パターンを基に電子回折決手段を用いて試料の歪分
布の観察を行って被測定領域を決定し、さらに試料の当
該測定領域に高エネルギー電子線をコーン状に絞り込ん
で入射し、該試料を透過してディスク状に拡がる回折斑
点のディスク中に出現する高次ラウェゾーンパターンを
捕らえ、得られた高次ラウェゾーンパターンを基に収束
電子回折決手段を用いて、試料の格子歪場を定量的に評
価することを特徴とする半導体基板の微小格子歪の検出
方法である。
エネルギー電子線を平行ビームで入射し、得られた回折
斑点パターンを基に電子回折決手段を用いて試料の歪分
布の観察を行って被測定領域を決定し、さらに試料の当
該測定領域に高エネルギー電子線をコーン状に絞り込ん
で入射し、該試料を透過してディスク状に拡がる回折斑
点のディスク中に出現する高次ラウェゾーンパターンを
捕らえ、得られた高次ラウェゾーンパターンを基に収束
電子回折決手段を用いて、試料の格子歪場を定量的に評
価することを特徴とする半導体基板の微小格子歪の検出
方法である。
作 用
透過型電子顕微鏡を利用する電子回折方法は、第２図ａ
に示す如く、所要寸法に切り出しな試料（１）に差１し
て平行で電子プローブ径が数百ｎｍの電子線（６）を入
射することにより、試料（１）を透過した電子線はスク
リーン（３）に第２図すに示す如き回折斑点（７）パタ
ーンを得ることができ、例えば、このパターンを物質お
よび透過条件等が既知のもののパターンと比較すること
により試料の結晶構造を解析することができる。
に示す如く、所要寸法に切り出しな試料（１）に差１し
て平行で電子プローブ径が数百ｎｍの電子線（６）を入
射することにより、試料（１）を透過した電子線はスク
リーン（３）に第２図すに示す如き回折斑点（７）パタ
ーンを得ることができ、例えば、このパターンを物質お
よび透過条件等が既知のもののパターンと比較すること
により試料の結晶構造を解析することができる。
上記の平行電子ビームによってスクリーン（３）に得ら
れる回折斑点（７）パターン、斑点（７）同士が寸分に
離反しており角度分解能が高くなっている。
れる回折斑点（７）パターン、斑点（７）同士が寸分に
離反しており角度分解能が高くなっている。
この発明による微小格子歪の検出方法は、同様に透過型
電子顕微鏡を利用する電子回折方法であるが、上記の平
行電子ビームでは結晶構造を解析するのに利用されてい
る回折斑点の分解能（角度分角イ能）を高めるが、逆に
空間分解能が低下することになる点に着目し、この空間
分解能を高めるため、第１１図ａに示す如く、電子線を
コーン状に絞り、電子プローブ径が数ｎｍの電子線（２
）を試料（１）に入射することを特徴とし、これにより
ｎ、ｍオーダーの観察を可能にしたものである。
電子顕微鏡を利用する電子回折方法であるが、上記の平
行電子ビームでは結晶構造を解析するのに利用されてい
る回折斑点の分解能（角度分角イ能）を高めるが、逆に
空間分解能が低下することになる点に着目し、この空間
分解能を高めるため、第１１図ａに示す如く、電子線を
コーン状に絞り、電子プローブ径が数ｎｍの電子線（２
）を試料（１）に入射することを特徴とし、これにより
ｎ、ｍオーダーの観察を可能にしたものである。
すなわち、この発明による微小格子歪の検出方法は空間
分解能を高めるため、電子線をコーン状に絞り、ｎｍプ
ローブを作り出すものであり、電子線を絞ることにより
、第１図すに示す如く、スクリーン（３）に得られる通
常の回折斑点はディスク状となって拡がり、試料（１）
を透過したディスク（４）中には高次ラウェゾーンパタ
ーン（５）と呼ばれるラインパターンが出現するように
なる。
分解能を高めるため、電子線をコーン状に絞り、ｎｍプ
ローブを作り出すものであり、電子線を絞ることにより
、第１図すに示す如く、スクリーン（３）に得られる通
常の回折斑点はディスク状となって拡がり、試料（１）
を透過したディスク（４）中には高次ラウェゾーンパタ
ーン（５）と呼ばれるラインパターンが出現するように
なる。
得られた高次ラウェゾーンパターンの幾何ｑ゛は、結晶
構造や格子定数の変化に夕・］シて極めて敏感に反応す
るノこめ、これを解析することによって、格子定数の絶
対値測定、とくにｎｍオーダーの領域に関しての測定が
可能となる。
構造や格子定数の変化に夕・］シて極めて敏感に反応す
るノこめ、これを解析することによって、格子定数の絶
対値測定、とくにｎｍオーダーの領域に関しての測定が
可能となる。
すなわち、得られた高次ラウェゾーンパターンの幾何学
に一致するように格子定数をシュミレーシヨンすること
により、格子定数の絶対値測定、ｎｍオーダーの領域か
ら定量的に半導体基板の微小格子歪を評価することがで
きる。
に一致するように格子定数をシュミレーシヨンすること
により、格子定数の絶対値測定、ｎｍオーダーの領域か
ら定量的に半導体基板の微小格子歪を評価することがで
きる。
この発明による微小格子歪の検出方法によってｎｍオー
ダーの領域から格子定数が測定可能となることから、透
過型電子顕微鏡を利用する電子回折方法において、通常
の平行ビームによる広い視野からの歪分布の観察を行い
ながら、測定対象領域に電子線を絞り込んだ収束ビーム
にて、その領域から歪量の測定を行うことができる。さ
らにまたこの電子プローブを走査することにより、場所
の関数として測定することもできる。
ダーの領域から格子定数が測定可能となることから、透
過型電子顕微鏡を利用する電子回折方法において、通常
の平行ビームによる広い視野からの歪分布の観察を行い
ながら、測定対象領域に電子線を絞り込んだ収束ビーム
にて、その領域から歪量の測定を行うことができる。さ
らにまたこの電子プローブを走査することにより、場所
の関数として測定することもできる。
実施例
実施例Ｉ
Ｓｌウェーハより３ｍｍΦ、０．２ｐｍの薄膜試料を作
製し、透過型電子顕微鏡の試料ホルダーに収め、加速電
圧種々変化させて印加した電子線を収束ビームとなして
、該試料の＜１１１＞方向から人Ｉ・ｊさせて、スクリ
ーンに現れるパターンを調べた。
製し、透過型電子顕微鏡の試料ホルダーに収め、加速電
圧種々変化させて印加した電子線を収束ビームとなして
、該試料の＜１１１＞方向から人Ｉ・ｊさせて、スクリ
ーンに現れるパターンを調べた。
その結果、解析に適した高次ラウェゾーンパターンを＃
４るには、１２ＯｋＶ±１．５または２００ｋＶ±２．
０の加速電圧を印加することがよく、電圧が高すぎると
パターンが出難くなり、また低すぎる場合は格子定数の
変化に対して鈍感になり、さらに１２０ｋＶ近傍から２
００１（Ｖ近傍の中間の加速電圧では解析に適した高次
ラウェゾーンパターンを得ることが困難であった。
４るには、１２ＯｋＶ±１．５または２００ｋＶ±２．
０の加速電圧を印加することがよく、電圧が高すぎると
パターンが出難くなり、また低すぎる場合は格子定数の
変化に対して鈍感になり、さらに１２０ｋＶ近傍から２
００１（Ｖ近傍の中間の加速電圧では解析に適した高次
ラウェゾーンパターンを得ることが困難であった。
実施例２
Ｓｌウェーハより３ｍｍΦ、０．２ｐｍの薄膜試料を作
製し、透過型電子顕微鏡の試料ホルダーに収め、加速電
圧２０］、、５ｋＶを印加した電子線を収束ビームとな
して、該試料の４１１＞方向からに入射させて、スクリ
ーンに高次ラウェゾーンパターンを摺な。
製し、透過型電子顕微鏡の試料ホルダーに収め、加速電
圧２０］、、５ｋＶを印加した電子線を収束ビームとな
して、該試料の４１１＞方向からに入射させて、スクリ
ーンに高次ラウェゾーンパターンを摺な。
このとき格子定数を０．２％変化さぜたところ、第３図
ａ、ｂに示す矢印位置の違いに明らかな如く、パターン
が格子定数の変化に対して極めて敏感に反応しているこ
とが分かる。なお、第３図ａはａＯ＝ ０．５４２９ｎ
ｍ、第３図すはａｏ＝ ０．５４１８ｎｍである。
ａ、ｂに示す矢印位置の違いに明らかな如く、パターン
が格子定数の変化に対して極めて敏感に反応しているこ
とが分かる。なお、第３図ａはａＯ＝ ０．５４２９ｎ
ｍ、第３図すはａｏ＝ ０．５４１８ｎｍである。
実施例３
実施例２において、得られた高次ラウェゾーンパターン
を解析する際の加速電圧の補正値について、種々実験を
行ったところ、加速電圧の補正値が参照する物質によっ
て異なること、またパターン中の解析着目点を何処にす
るかで加速電圧の補正値が２ｋＶと大きく異なることを
知見した。
を解析する際の加速電圧の補正値について、種々実験を
行ったところ、加速電圧の補正値が参照する物質によっ
て異なること、またパターン中の解析着目点を何処にす
るかで加速電圧の補正値が２ｋＶと大きく異なることを
知見した。
そこで加速電圧の補正値とパターン中の解析着目点の関
係についてさらに、検問したところ、加速電圧補正値用
に参照した物質のパターン中の解析着目点を測定側Ｓｉ
ウェーハにおいても同じ点とすることにより、正確な補
正値が得られることを知見した。
係についてさらに、検問したところ、加速電圧補正値用
に参照した物質のパターン中の解析着目点を測定側Ｓｉ
ウェーハにおいても同じ点とすることにより、正確な補
正値が得られることを知見した。
発明の効果
従来のＸ線回折、電子回折法がｍｍオーダーの領域につ
いての評価であるのに対して、このＱ’！ＩＩによる検
知方法では従来の方法の１０万分の１（ｎｍオーダー）
の領域から格子定数測定を行うことができる。
いての評価であるのに対して、このＱ’！ＩＩによる検
知方法では従来の方法の１０万分の１（ｎｍオーダー）
の領域から格子定数測定を行うことができる。
Ｓｉウェーハ表面の不純物を低減するために、ウェーハ
内部に酸素析出物層を作りこれにより不純物をゲッタリ
ングするＩＧ方法、裏面にダメージを与えたり、多結晶
Ｓｉ薄膜を付けて不純物をゲッタリングするＥＧ方法を
利用した場合、従来の電子回折法では酸素析出物の検出
並びに歪みの分布を測定できるため、従来の電子回折法
で測定対象領域を設定し、この発明による微小格子歪の
検出方法により、例えば、酸素析出物の周りのどの位置
でどの程度の歪が発生しているのか、ウェーハ裏面ある
いはＳｉと多結晶Ｓｉとの界面でどの程度の歪が発生し
２ているのかを定量的に明らかにすることができる。さ
らに、ｎｍプローブを走査させることができ、歪場がど
の領域まで存在しているかを場所の関数として明確にす
ることができる。
内部に酸素析出物層を作りこれにより不純物をゲッタリ
ングするＩＧ方法、裏面にダメージを与えたり、多結晶
Ｓｉ薄膜を付けて不純物をゲッタリングするＥＧ方法を
利用した場合、従来の電子回折法では酸素析出物の検出
並びに歪みの分布を測定できるため、従来の電子回折法
で測定対象領域を設定し、この発明による微小格子歪の
検出方法により、例えば、酸素析出物の周りのどの位置
でどの程度の歪が発生しているのか、ウェーハ裏面ある
いはＳｉと多結晶Ｓｉとの界面でどの程度の歪が発生し
２ているのかを定量的に明らかにすることができる。さ
らに、ｎｍプローブを走査させることができ、歪場がど
の領域まで存在しているかを場所の関数として明確にす
ることができる。
第１図ａ、ｂはこの発明による微小格子歪の検出方法を
示す説明図であり、同図ａは収束ビームの透過状態を示
す説明図、同図すは回折パターンを示す説明図である。 第２図ａ、ｂは従来の電子回折方法を示ず説Ｉ＝ｕ−１
図であり、同図ａは平行ビームの透過状態を示す説明図
、同図すは回折パターンを示す説明図である。 第３図ａ、ｂはこの発明による微小格子歪の検出方法で
得られた高次う・クエゾーンパターンを示す説明図であ
る。 １・試料５．２，６・電子線、３山スクリーン、４・デ
ィスク、５・・・高次ラウコニソ゛−ンパターン、７・
・回折斑点。
示す説明図であり、同図ａは収束ビームの透過状態を示
す説明図、同図すは回折パターンを示す説明図である。 第２図ａ、ｂは従来の電子回折方法を示ず説Ｉ＝ｕ−１
図であり、同図ａは平行ビームの透過状態を示す説明図
、同図すは回折パターンを示す説明図である。 第３図ａ、ｂはこの発明による微小格子歪の検出方法で
得られた高次う・クエゾーンパターンを示す説明図であ
る。 １・試料５．２，６・電子線、３山スクリーン、４・デ
ィスク、５・・・高次ラウコニソ゛−ンパターン、７・
・回折斑点。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 透過型電子顕微鏡を用いて、半導体基板試料に対して高
エネルギー電子線をコーン状に絞り込んで入射し、該試
料を透過してディスク状に拡がる回折班点のディスク中
に出現する高次ラウエゾーンパターンを捕らえ、得られ
た高次ラウエゾーンパターンを基に収束電子回折法手段
を用いて、試料の格子歪場を定量的に評価することを特
徴とする半導体基板の微小格子歪の検出方法。 ２ 透過型電子顕微鏡を用いて、半導体基板試料に対して高
エネルギー電子線を平行ビームで入射し、得られた回折
班点パターンを基に電子回折法手段を用いて試料の歪分
布の観察を行って被測定領域を決定し、さらに試料の当
該測定領域に高エネルギー電子線をコーン状に絞り込ん
で入射し、該試料を透過してディスク状に拡がる回折班
点のディスク中に出現する高次ラウエゾーンパターンを
捕らえ、得られた高次ラウエゾーンパターンを基に収束
電子回折法手段を用いて、試料の格子歪場を定量的に評
価することを特徴とする半導体基板の微小格子歪の検出
方法。 ３ 半導体Ｓｉウェーハに１２０ｋＶ近傍または２００ｋＶ
近傍の加速電圧を印加した高エネルギー電子線を入射す
ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導
体基板の微小格子歪の検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33857190A JPH04206941A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 半導体基板の微小格子歪の検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33857190A JPH04206941A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 半導体基板の微小格子歪の検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04206941A true JPH04206941A (ja) | 1992-07-28 |
Family
ID=18319429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33857190A Pending JPH04206941A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 半導体基板の微小格子歪の検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04206941A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002068944A1 (en) * | 2001-02-28 | 2002-09-06 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for measuring physical properties of micro region |
| US6822234B2 (en) | 2002-08-14 | 2004-11-23 | Fujitsu Limited | Method for measuring localized region lattice strain by means of convergent beam electron diffraction, and measurement device thereof |
| US7084400B2 (en) | 2003-10-17 | 2006-08-01 | Fujitsu Limited | Lattice strain measuring system and method |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP33857190A patent/JPH04206941A/ja active Pending
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| WO2002068944A1 (en) * | 2001-02-28 | 2002-09-06 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for measuring physical properties of micro region |
| US7022988B2 (en) | 2001-02-28 | 2006-04-04 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for measuring physical properties of micro region |
| US7385198B2 (en) | 2001-02-28 | 2008-06-10 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for measuring the physical properties of micro region |
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