JPH04340741A - Ion implantation amount measuring method, forming method of silicon crystal for ion implantation amount measurement and manufacture of semiconductor device - Google Patents

Ion implantation amount measuring method, forming method of silicon crystal for ion implantation amount measurement and manufacture of semiconductor device

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JPH04340741A
JPH04340741A JP11305591A JP11305591A JPH04340741A JP H04340741 A JPH04340741 A JP H04340741A JP 11305591 A JP11305591 A JP 11305591A JP 11305591 A JP11305591 A JP 11305591A JP H04340741 A JPH04340741 A JP H04340741A
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JP
Japan
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silicon crystal
ion implantation
silicon
oxygen
silicon oxide
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JP11305591A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Kimura
孝浩 木村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a method of absolutely measuring the distribution of the number of implanted ions in the depth direction, in the submicron region of silicon crystal. CONSTITUTION:Ions are implanted in silicon crystal 2 having a silicon oxide layer 3, at a part thereof, which is formed while sandwiching an interface 4 having a plurality of step-differences in the depth direction of the silicon crystal 2, and then the silicon oxide layer 3 is eliminated. The number of traces of ion implantation formed on each step of the step-wise interface 4 of the silicon crystal 2 is measured. On the basis of the difference of traces between adjacent steps, the distribution of the number of implanted ions on the depth direction from the silicon crystal surface is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン結晶に注入さ
れたイオン数の深さ方向の分布を測定する方法に関する
。更に、本発明は、この方法でイオン注入量を測定する
ためのシリコン結晶と、この方法を利用してイオン注入
条件を決定する半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring the depth distribution of the number of ions implanted into a silicon crystal. Furthermore, the present invention relates to a silicon crystal for measuring the amount of ion implantation using this method, and a method for manufacturing a semiconductor device that uses this method to determine ion implantation conditions.

【0002】近年の半導体装置の微細化に伴い、微細な
領域でのイオン注入の制御が要求されている。そのため
には、微細領域(サブミクロン以下)での注入イオン量
の深さ方向の分布を測定する必要がある。本発明は、そ
のような半導体装置のうちでも特にMOSのゲート電圧
の調整に使われるようなイオン注入過程での、イオン注
入量の測定に関する。
With the recent miniaturization of semiconductor devices, there is a need to control ion implantation in minute regions. For this purpose, it is necessary to measure the distribution of the amount of implanted ions in the depth direction in a minute region (submicron or less). The present invention relates to measuring the amount of ion implantation in such a semiconductor device, particularly during an ion implantation process used to adjust the gate voltage of a MOS.

【0003】0003

【従来の技術】注入イオン数の深さ方向の分布を測定す
る従来技術の代表的なものに、後方散乱法、核反応法、
放射化分析法、の三つがある。これら三種の技術の特徴
を表1にまとめて示す。
[Prior Art] Typical conventional techniques for measuring the distribution of the number of implanted ions in the depth direction include backscattering method, nuclear reaction method,
There are three methods: activation analysis method. Table 1 summarizes the characteristics of these three technologies.

【0004】0004

【表1】[Table 1]

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来技術の注入イオン
数の深さ方向の分解能は、表1から明らかなように0.
01〜0.03μm程度であるが、これらの従来技術の
方法はいずれも、標準試料を用いて予め用意された検量
線を利用して注入イオン数を相対的に測定するものであ
って、定量性の議論はこの検量線の良し悪しに大きく依
存している。ところが、良好な検量線を用意するために
は高度の技術を必要とするので、これらの従来技術の方
法には手軽には行えないという欠点があった。
Problems to be Solved by the Invention As is clear from Table 1, the resolution of the number of implanted ions in the depth direction of the prior art is 0.
However, all of these prior art methods relatively measure the number of implanted ions using a calibration curve prepared in advance using a standard sample, and are not quantitative. The discussion of gender depends largely on the quality of this calibration curve. However, in order to prepare a good calibration curve, advanced techniques are required, so these conventional methods have the disadvantage that they cannot be easily performed.

【0006】また、やはり表1から明らかなように、従
来技術の測定法の水平分解能はせいぜい10μm以上で
あった。これでは、サブミクロン領域のイオン注入数を
直接測定することができない。
[0006] Also, as is clear from Table 1, the horizontal resolution of the conventional measuring method was at most 10 μm or more. This makes it impossible to directly measure the number of ion implantations in the submicron region.

【0007】本発明は、シリコン結晶のサブミクロン領
域においてイオン注入数の深さ方向の分布を絶対測定す
る方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method for absolutely measuring the distribution of the number of ions implanted in the depth direction in a submicron region of a silicon crystal.

【0008】本発明はまた、本発明の方法でもってイオ
ン注入量を測定するのに使用するためのシリコン結晶の
作製方法を提供することを目的とする。シリコン結晶の
サブミクロン領域のイオン注入数の深さ方向の分布を所
望のものにする半導体装置の製造方法を提供することも
、本発明の目的である。
Another object of the present invention is to provide a method for producing a silicon crystal for use in measuring ion implantation dose using the method of the present invention. It is also an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that achieves a desired distribution of the number of ions implanted in the submicron region of a silicon crystal in the depth direction.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入量測
定方法は、シリコン結晶の深さ方向に複数の段差を有す
る界面を挟んで形成された酸化シリコン層をその一部分
に有するシリコン結晶に、該酸化シリコン層を介して該
界面に達するようにイオンを注入し、続いて該酸化シリ
コン層を除去し、表出したシリコン結晶の階段状界面の
各段に形成されたイオン注入痕跡数を測定し、そして隣
り合う段のイオン注入痕跡数の差に基づいて、シリコン
結晶表面からの深さ方向のイオン注入数の分布を求める
ことを特徴とする方法である。
[Means for Solving the Problems] The ion implantation amount measuring method of the present invention includes a silicon crystal that partially has a silicon oxide layer formed across an interface having a plurality of steps in the depth direction of the silicon crystal. Ions are implanted so as to reach the interface through the silicon oxide layer, then the silicon oxide layer is removed, and the number of ion implantation traces formed at each step of the stepped interface of the exposed silicon crystal is measured. This method is characterized in that the distribution of the number of ion implantations in the depth direction from the silicon crystal surface is determined based on the difference in the number of ion implantation traces in adjacent stages.

【0010】この方法でもってイオン注入量を測定する
のに使用するためのシリコン結晶は、イオン注入量を測
定すべき位置に、深さ方向に複数の段差を有する界面を
挟んでその上に形成された酸化シリコン層を有する。図
2に図示するように、このシリコン結晶の測定部1は、
シリコン結晶2と酸化シリコン3とが互いに、複数の段
差を有する界面で接した構造をしている。
[0010] The silicon crystal used to measure the ion implantation amount by this method is formed at the position where the ion implantation amount is to be measured, with an interface having a plurality of steps in the depth direction sandwiched therebetween. It has a silicon oxide layer. As shown in FIG. 2, this silicon crystal measuring section 1 is
The silicon crystal 2 and the silicon oxide 3 have a structure in which they are in contact with each other at an interface having a plurality of steps.

【0011】図1を参照して、本発明のイオン注入量測
定方法を説明する。図1(a)は、図2に例示された本
発明のシリコン結晶の測定部1にイオンを注入している
ところを示し、この図にはシリコン結晶2と酸化シリコ
ン3との界面4にできるイオン注入痕跡5が模式的に示
される。またこの図において、d1 〜d5 は測定部
に形成された各段の表面からの深さを表す。イオン注入
後に、酸化シリコン3をフッ酸水溶液でエッチングする
などの方法で除去する。こうして露出された、階段状界
面4に形成されたイオン注入痕跡5の数を適当な手段で
各段ごとに測定する。図1(b)は、酸化シリコン層を
除去した後のイオン注入痕跡5を各階段状界面に有する
シリコン結晶を模式的に示し、各段に対応して付された
n1 ,n2 ,n3 ,n4 ,n5 は測定された
イオン注入痕跡数を表している。次いで、隣り合う段の
イオン注入痕跡数の差を求めれば、すなわちそれらが当
該隣り合う段の間に残った、つまり注入された、イオン
数に対応する。例えば、図1(b)のシリコン結晶2の
最上段(イオン痕跡数n1 )とその隣りの段(イオン
痕跡数n2 )との間に、言い換えればシリコン結晶2
の深さd1 とd2 の間の範囲に注入されたイオン数
は、n1 とn2 との差(すなわちn1 −n2 )
に等しくなる。このようにして、隣り合う段の注入イオ
ン痕跡数の差を求めることにより、シリコン結晶表面か
らの深さ方向のイオン注入数の分布を測定することがで
きる。
Referring to FIG. 1, the method for measuring the amount of ion implantation according to the present invention will be explained. FIG. 1(a) shows ions being implanted into the measurement part 1 of the silicon crystal of the present invention illustrated in FIG. An ion implantation trace 5 is schematically shown. Further, in this figure, d1 to d5 represent the depth from the surface of each step formed in the measuring section. After the ion implantation, the silicon oxide 3 is removed by etching with a hydrofluoric acid aqueous solution or the like. The number of ion implantation traces 5 formed on the stepped interface 4 thus exposed is measured for each step by an appropriate means. FIG. 1(b) schematically shows a silicon crystal having ion implantation traces 5 at each stepped interface after removing the silicon oxide layer, with n1, n2, n3, n4 marked corresponding to each step. , n5 represents the number of measured ion implantation traces. The difference in the number of ion implantation traces between adjacent stages is then determined, ie, they correspond to the number of ions remaining, ie, implanted, between the adjacent stages. For example, between the top stage (number of ion traces n1) of the silicon crystal 2 in FIG. 1(b) and the next stage (number of ion traces n2), in other words, the silicon crystal 2
The number of ions implanted in the range between depths d1 and d2 is the difference between n1 and n2 (i.e. n1 - n2 )
is equal to In this manner, by determining the difference in the number of traces of implanted ions in adjacent stages, it is possible to measure the distribution of the number of implanted ions in the depth direction from the silicon crystal surface.

【0012】より具体的に説明すれば、隣り合う各段の
イオン注入痕跡数の差を縦軸にとり、表面からの深さを
横軸にとって作成したグラフが図3である。イオン注入
がシリコン結晶2の各段上で均一と見なせるならば、図
3のグラフの縦軸は、酸化シリコンの表面からの深さd
m とdm+1 との間に留まったイオンの数と解釈す
ることができる。この均一性の仮定は、サブミクロンよ
り大きい領域を対象とする限り、通常のイオン注入では
成り立つと思われる。更に、この酸化シリコンがシリコ
ン結晶であると仮定した場合の注入イオン数の深さ方向
の分布は、適当な換算手法、例えばよく知られたモンテ
カルロシミュレーションソフト(TRIM 90)など
を用いて図3のグラフの縦軸を換算すれば得ることがで
きる。
To explain more specifically, FIG. 3 is a graph created with the vertical axis representing the difference in the number of ion implantation traces between adjacent stages and the horizontal axis representing the depth from the surface. If ion implantation can be considered uniform on each stage of the silicon crystal 2, the vertical axis of the graph in FIG. 3 is the depth d from the surface of the silicon oxide.
It can be interpreted as the number of ions staying between m and dm+1. This assumption of uniformity seems to hold true in normal ion implantation as long as a region larger than submicron is targeted. Furthermore, assuming that this silicon oxide is a silicon crystal, the distribution of the number of implanted ions in the depth direction can be calculated using an appropriate conversion method, such as the well-known Monte Carlo simulation software (TRIM 90), as shown in Figure 3. It can be obtained by converting the vertical axis of the graph.

【0013】本発明のイオン注入量測定方法は、ある一
つの深さを持つ酸化シリコン−シリコン結晶界面では、
酸化シリコンを通して基板のシリコン結晶にイオン注入
したときに酸化シリコンとシリコン結晶との界面にでき
るイオン注入痕跡の数は、ある注入条件の枠内では、そ
の界面を通過した注入イオン数に一致する、というI.
H.Wilsonらの報告(Phy.Rev.B.38
,8444(1988))に基づく。 上述のある注入条件とは、すなわちイオンの注入エネル
ギー(加速エネルギー)の条件であって、例えばAs 
イオンを注入する場合には、 200keV 以下の注
入エネルギーで注入すれば、界面を通過したイオン数は
界面に残された痕跡数と一致する。この臨界的な注入エ
ネルギーを超えると、通過した1個のイオン当りに複数
の痕跡が生じるようになる。従ってイオンの注入は、イ
オン種によって定まる上述のような一定の臨界的注入エ
ネルギーの範囲内で行うのが好ましい。
[0013] In the ion implantation amount measurement method of the present invention, at a silicon oxide-silicon crystal interface having a certain depth,
When ions are implanted into the silicon crystal of the substrate through silicon oxide, the number of ion implantation traces created at the interface between the silicon oxide and the silicon crystal, within a certain implantation condition, matches the number of implanted ions that have passed through that interface. The I.
H. Report by Wilson et al. (Phy.Rev.B.38
, 8444 (1988)). The above-mentioned implantation conditions are conditions for ion implantation energy (acceleration energy), for example, As
If ions are implanted with an implantation energy of 200 keV or less, the number of ions passing through the interface will match the number of traces left at the interface. Beyond this critical implant energy, multiple traces will be created per ion passed. Therefore, ion implantation is preferably performed within a certain critical implantation energy range as described above, which is determined depending on the ion species.

【0014】界面にできる痕跡の形態は、前述のWil
sonらの報告に記載されるように、注入イオン種がヒ
素である場合にはクレーター様であり、その一方、注入
イオン種がリンやホウ素である場合には痕跡は段丘状の
盛り上がりになることが予想される。
[0014] The form of the trace formed at the interface is determined by the above-mentioned Wil
As described in the report by Son et al., when the implanted ion species is arsenic, the trace is crater-like, whereas when the implanted ion species is phosphorus or boron, the trace becomes a terrace-like elevation. is expected.

【0015】界面に形成されたイオン注入痕跡数を測定
するのに適した手段は、走査型電子顕微鏡(SEM)や
走査型トンネル顕微鏡(STM)である。走査型電子顕
微鏡は、水平方向の分解能は十分であるが、垂直方向の
分解能はない。これに対して、走査型トンネル顕微鏡は
原子レベルの空間分解能を有するので、Wilsonら
が行ったようにこの顕微鏡を用いてイオン注入痕跡を調
べれば、イオン注入でできる平均10nm程度(注入条
件により変わる)のランダムに分布する小さな痕跡も見
落とすことがない。 また、走査型トンネル顕微鏡の走査範囲は、普通1nm
角から10μm 角の間で自由に変えることができるの
で、この顕微鏡を用いてイオン注入痕跡の絶対数、すな
わち界面を通過した注入イオンの絶対数を、サブミクロ
ン領域で計数することができる。従って、走査型トンネ
ル顕微鏡が、イオン注入痕跡数を測定するのに最も適当
な手段である。
[0015] Appropriate means for measuring the number of ion implantation traces formed at the interface are a scanning electron microscope (SEM) or a scanning tunneling microscope (STM). Scanning electron microscopes have sufficient horizontal resolution, but no vertical resolution. On the other hand, a scanning tunneling microscope has a spatial resolution at the atomic level, so if you use this microscope to examine ion implantation traces, as Wilson et al. ) Even small, randomly distributed traces are not overlooked. Furthermore, the scanning range of a scanning tunneling microscope is usually 1 nm.
Since it can be freely changed from a corner to a 10 μm square, this microscope can be used to count the absolute number of ion implantation traces, that is, the absolute number of implanted ions that have passed through the interface, in the submicron region. Therefore, scanning tunneling microscopy is the most suitable means for measuring the number of ion implantation traces.

【0016】上に述べたことは、先に言及したように、
ある一つの深さを持つ酸化シリコン−シリコン結晶界面
での話であって、これだけではシリコン結晶に注入され
たイオン数の深さ方向の分布を測定することはできない
。それを可能とするためには、シリコン結晶の深さ方向
に複数の段差を有する階段状の界面を挟んで形成された
酸化シリコン層を有する測定用のシリコン結晶をまず用
意する。このような階段形状の界面は、次に述べる本発
明の方法に従って、各段の大きさをサブミクロン角、段
差を10nm以下として作ることができる。
[0016] The above, as mentioned earlier,
This is for a silicon oxide-silicon crystal interface having a certain depth, and it is not possible to measure the distribution of the number of ions implanted into the silicon crystal in the depth direction using this alone. In order to make this possible, a silicon crystal for measurement is first prepared that has a silicon oxide layer formed across a step-like interface having a plurality of steps in the depth direction of the silicon crystal. Such a step-shaped interface can be formed with each step having a submicron angle and a step difference of 10 nm or less according to the method of the present invention described below.

【0017】段階状界面を挟んで酸化シリコンとシリコ
ン結晶とが接しているイオン注入量測定部を有するシリ
コン結晶を作る方法、言い換えれば本発明のシリコン結
晶を作製する方法は、シリコン結晶の表面の一部を酸化
して酸化シリコン層を形成し、この酸化シリコン層の表
面の一部に酸素不透過膜を配置してから当該シリコン結
晶を再度酸素雰囲気にさらして、酸素不透過膜で覆われ
ていない領域のシリコン結晶を更に酸化することにより
、シリコン結晶にその深さ方向に複数の段差を有する界
面を挟んで酸化シリコン層を形成することを特徴とする
方法である。
[0017] A method for producing a silicon crystal having an ion implantation amount measurement portion in which silicon oxide and silicon crystal are in contact with each other across a stepped interface, in other words, a method for producing a silicon crystal according to the present invention is to A part of the silicon crystal is oxidized to form a silicon oxide layer, an oxygen impermeable film is placed on a part of the surface of this silicon oxide layer, and then the silicon crystal is exposed to an oxygen atmosphere again so that it is covered with the oxygen impermeable film. This method is characterized by forming a silicon oxide layer across the silicon crystal with an interface having a plurality of steps in the depth direction of the silicon crystal by further oxidizing the silicon crystal in the region where the silicon crystal is not oxidized.

【0018】また、本発明のシリコン結晶は、シリコン
結晶の表面にその一部の領域を残して予め酸素不透過膜
を配置し、そしてこのシリコン結晶を酸素雰囲気にさら
して酸素不透過膜で覆われていない領域のシリコン結晶
を酸化し、次いで上記シリコン結晶の酸化された領域に
隣接した当該酸素不透過膜の一部を除去してから酸素不
透過膜で覆われない領域のシリコン結晶を酸化すること
により、シリコン結晶にその深さ方向に複数の段差を有
する界面を挾んで酸化シリコン層を形成することを特徴
とする方法に従って作製することもできる。
In addition, the silicon crystal of the present invention is obtained by placing an oxygen impermeable film on the surface of the silicon crystal in advance, leaving a part of the area, and then exposing the silicon crystal to an oxygen atmosphere and covering it with the oxygen impermeable film. oxidize the silicon crystal in the area not covered by the oxygen impermeable film, then remove a part of the oxygen impermeable film adjacent to the oxidized area of the silicon crystal, and then oxidize the silicon crystal in the area not covered by the oxygen impermeable film. By doing so, it is also possible to fabricate according to a method characterized in that a silicon oxide layer is formed between a silicon crystal and an interface having a plurality of steps in the depth direction.

【0019】これらのシリコン結晶の作製方法は、後述
の実施例においてより詳しく説明される。
The method for producing these silicon crystals will be explained in more detail in the examples below.

【0020】更に、上述の本発明のイオン注入量測定方
法によって求めたイオン注入数の分布に基づき、イオン
の注入条件を決定することを特徴とするのが、本発明の
半導体装置の製造方法である。
Furthermore, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the ion implantation conditions are determined based on the distribution of the number of implanted ions determined by the above-described method for measuring the amount of ion implantation according to the present invention. be.

【0021】[0021]

【作用】本発明のイオン注入量測定方法では、イオン注
入後、上層の酸化シリコンを取除いて得られたシリコン
結晶の階段状の界面に形成されているイオン注入痕跡数
を測定して、隣り合う段のイオン注入痕跡数の差を求め
る。この階段状界面の隣り合う段のイオン注入痕跡数の
差は、酸化シリコンの表面からある一定の深さの間に留
まったイオン数に相当し、そしてそれは酸化シリコンが
シリコン結晶である場合のイオン数への適当な換算手法
による換算を可能にする。
[Operation] In the ion implantation amount measuring method of the present invention, after ion implantation, the number of ion implantation traces formed on the stepped interface of the silicon crystal obtained by removing the upper layer silicon oxide is measured, and Find the difference in the number of ion implantation traces in matching stages. The difference in the number of ion implantation traces between adjacent steps of this step-like interface corresponds to the number of ions that remain at a certain depth from the surface of the silicon oxide, and it is the same as the number of ions that remain at a certain depth from the surface of the silicon oxide. Enables conversion into numbers using an appropriate conversion method.

【0022】また、本発明のイオン注入量測定用シリコ
ン結晶の作製方法では、シリコン結晶表面に形成された
酸化シリコン層の上に逐次的に配置される、あるいはシ
リコン結晶表面上に予め配置されて後に逐次的に除去さ
れる酸素不透過膜が、シリコン結晶の酸化工程において
この膜の下方のシリコン結晶の酸化を防ぎ、それによっ
てシリコン結晶の深さ方向に複数の段差を有する、階段
状界面を挟んで酸化シリコン層を形成するのを可能にす
る。
In addition, in the method of manufacturing a silicon crystal for measuring the amount of ion implantation of the present invention, ions are sequentially placed on the silicon oxide layer formed on the silicon crystal surface, or are placed on the silicon crystal surface in advance. The oxygen-impermeable film, which is subsequently removed successively, prevents the silicon crystal below this film from oxidizing during the silicon crystal oxidation process, thereby creating a step-like interface with multiple steps in the depth direction of the silicon crystal. Sandwiching allows the formation of a silicon oxide layer.

【0023】[0023]

【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する。EXAMPLES Next, the present invention will be further explained by examples.

【0024】実施例1 酸素不透過膜を逐次的に配置していく方法を使って、イ
オン注入量測定用シリコン結晶を作製した。酸素不透過
膜は、シリコン結晶を酸化する際に酸素の透過を効果的
に防止してその下層のシリコン結晶の酸化を防ぐことが
でき、そして後にシリコン結晶だけを残して除去するこ
とのできるいずれのものでもよい。好適な酸素不透過膜
の例は窒化シリコンである。
Example 1 A silicon crystal for measuring the amount of ion implantation was prepared by sequentially arranging oxygen-impermeable films. The oxygen-impermeable film is a film that can effectively prevent oxygen from passing through when oxidizing a silicon crystal, thereby preventing oxidation of the underlying silicon crystal, and can be removed later leaving only the silicon crystal. It can also be from. An example of a suitable oxygen impermeable film is silicon nitride.

【0025】図6に示すように、直径12.5cmのシ
リコン基板7の上の5箇所に、次に述べるようにして酸
化シリコン3の上層を用意した。すなわち、酸化シリコ
ン層を設けるべき領域に相当する開口のある酸素不透過
膜(窒化シリコン)をシリコン基板上に配置してシリコ
ン基板を酸素雰囲気にさらし、図4(この図ではイオン
注入量の測定部のみを図示する)に示すように、開口部
分のシリコン結晶2だけを深さ10nmまで酸化シリコ
ン3に変えた。次に、酸化シリコン3の一部の上に酸素
不透過膜6を0.5μmの幅で配置し、シリコン基板を
再び酸素雰囲気にさらして、酸素不透過膜に覆われてい
ない領域のシリコン結晶を更に10nm酸化した。続い
て、幅0.5μmの酸素不透過膜を追加し、次いで酸素
雰囲気にさらして、酸素不透過膜に覆われていない領域
のシリコン結晶をまた更に10nm酸化した。このよう
にして、段差10nm、段の幅0.5μmの段を5段用
意した。ここでの段数、段差及び段の幅は一例であって
、これらに限定されるものではない。また、各酸化工程
の後には、 950〜1100℃でのアニール工程を入
れて、シリコン結晶2と酸化シリコン3との界面を平坦
にする方が好ましい。
As shown in FIG. 6, an upper layer of silicon oxide 3 was prepared at five locations on a silicon substrate 7 having a diameter of 12.5 cm as described below. That is, an oxygen-impermeable film (silicon nitride) with an opening corresponding to the area where the silicon oxide layer is to be provided is placed on the silicon substrate, and the silicon substrate is exposed to an oxygen atmosphere. Only the silicon crystal 2 in the opening portion was changed to silicon oxide 3 to a depth of 10 nm, as shown in FIG. Next, an oxygen impermeable film 6 with a width of 0.5 μm is placed on a part of the silicon oxide 3, and the silicon substrate is exposed to an oxygen atmosphere again to crystallize the silicon in the area not covered with the oxygen impermeable film. was further oxidized by 10 nm. Subsequently, an oxygen-impermeable film having a width of 0.5 μm was added, and the silicon crystal in the region not covered by the oxygen-impermeable film was further oxidized by another 10 nm by exposing it to an oxygen atmosphere. In this way, five steps with a step difference of 10 nm and a step width of 0.5 μm were prepared. The number of steps, the difference in steps, and the width of the steps here are merely examples, and are not limited to these. Further, after each oxidation step, it is preferable to include an annealing step at 950 to 1100° C. to flatten the interface between silicon crystal 2 and silicon oxide 3.

【0026】こうして作製した被測定物に60keV 
、ドーズ量1×1011cm−2でヒ素イオンを注入し
、次いでエッチング液としてフッ酸水溶液を使ってシリ
コン基板から酸化シリコンだけを除去した。それにより
露出されたシリコン結晶の段階部分の各段のクレーター
様のイオン注入痕跡の数を走査型トンネル顕微鏡を使っ
て数えた。各段の痕跡数の一例を示せば、最上段からそ
れぞれ、40, 90, 130, 100, 50個
であった。これから、シリコン基板に注入されたヒ素イ
オン数の深さ分布が表2に示すように求められた。表2
の結果は、酸化シリコンをシリコン結晶と見なして、モ
ンテカルロシミュレーションソフトTRIM 90 を
使って換算したものである。
[0026] 60 keV was applied to the object to be measured thus prepared.
Arsenic ions were implanted at a dose of 1×10 11 cm −2 , and then only silicon oxide was removed from the silicon substrate using a hydrofluoric acid aqueous solution as an etching solution. The number of crater-like ion implantation traces in each step of the exposed step portion of the silicon crystal was counted using a scanning tunneling microscope. An example of the number of traces on each stage is 40, 90, 130, 100, and 50 from the top. From this, the depth distribution of the number of arsenic ions implanted into the silicon substrate was determined as shown in Table 2. Table 2
The results are calculated using Monte Carlo simulation software TRIM 90, assuming that silicon oxide is a silicon crystal.

【0027】[0027]

【表2】[Table 2]

【0028】このようにして求められるイオン注入数は
、注入イオン種及び注入条件が同じであれば再現性よく
得ることができた。
The number of ion implantations determined in this way could be obtained with good reproducibility if the implanted ion species and implantation conditions were the same.

【0029】実施例2 酸素不透過膜を逐次的に除去していく方法を使い、実施
例1で使用したのと同様のシリコン基板の深さ方向に酸
化シリコンの上層を設けて、被測定物を作った。
Example 2 Using a method of sequentially removing the oxygen-impermeable film, an upper layer of silicon oxide was provided in the depth direction of a silicon substrate similar to that used in Example 1, and the object to be measured was made.

【0030】図5(この図ではイオン注入量の測定部の
みを図示する)に示すように、シリコン基板上にシリコ
ン結晶2を初めに酸化する部分を除いて酸素不透過膜6
を配置し、そしてシリコン基板を酸素雰囲気にさらして
、酸素不透過膜に覆われていない部分のシリコン結晶を
深さ10nmまで酸化シリコンに変えた。次に、酸素不
透過膜を0.5μmの幅で除去し、シリコン基板を再び
酸素雰囲気にさらして、シリコン結晶を更に10nm酸
化した。 続いて、幅0.5μmの酸素不透過膜を更に除去して、
同じようにシリコン結晶をまた更に10nm酸化した。 このようにして、実施例1と同様に、段差10nm、段
の幅0.5μmの段を5段用意した。
As shown in FIG. 5 (in this figure, only the part for measuring the amount of ion implantation is shown), an oxygen impermeable film 6 is formed on the silicon substrate except for the part where the silicon crystal 2 is first oxidized.
was placed, and the silicon substrate was exposed to an oxygen atmosphere to change the silicon crystal in the portion not covered by the oxygen-impermeable film to silicon oxide to a depth of 10 nm. Next, the oxygen-impermeable film was removed in a width of 0.5 μm, and the silicon substrate was exposed to an oxygen atmosphere again to further oxidize the silicon crystal by 10 nm. Subsequently, the oxygen-impermeable film with a width of 0.5 μm was further removed.
In the same manner, the silicon crystal was further oxidized to a thickness of 10 nm. In this way, similarly to Example 1, five steps with a step difference of 10 nm and a step width of 0.5 μm were prepared.

【0031】こうして作製した被測定物について、実施
例1と同じ手順でもって、注入されたイオン数を求め、
そして実施例1と同じような結果が得られた。
[0031] For the object to be measured thus prepared, the number of implanted ions was determined using the same procedure as in Example 1.
The same results as in Example 1 were obtained.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のイオン注
入量測定用シリコン結晶を使いそして本発明のイオン注
入量測定方法に従って測定を行えば、シリコン結晶のサ
ブミクロン領域での注入イオン数の深さ方向の分布の絶
対測定ができ、微細な半導体素子へのイオン注入過程の
最適化に大きく貢献することができる。
As explained above, if the silicon crystal for measuring the ion implantation amount of the present invention is used and the measurement is performed according to the ion implantation amount measuring method of the present invention, the number of implanted ions in the submicron region of the silicon crystal can be measured. Absolute measurement of the distribution in the depth direction can be performed, making it possible to greatly contribute to the optimization of the ion implantation process into minute semiconductor devices.

【0033】また、本発明のイオン注入量測定用シリコ
ン結晶の作製方法によれば、本発明のイオン注入量測定
方法でもってイオン注入量を測定するのに適当な、シリ
コン結晶の深さ方向に所望のサブミクロンオーダーの段
差及段幅の階段状界面を挟んで酸化シリコンの位置する
酸化シリコン結晶を作製することができる。
Furthermore, according to the method of manufacturing a silicon crystal for measuring ion implantation amount of the present invention, a silicon crystal is formed in the depth direction of the silicon crystal suitable for measuring the ion implantation amount by the method of measuring ion implantation amount of the present invention. It is possible to produce a silicon oxide crystal in which silicon oxide is located across a step-like interface with a desired submicron-order step and step width.

【0034】更に、本発明のイオン注入量測定方法で求
めたイオン注入数の深さ方向の分布に基づきイオン注入
条件を決定すれば、サブミクロン領域のイオン注入数の
深さ方向の分布を所望のままに制御して半導体装置を製
造することができる。
Furthermore, if the ion implantation conditions are determined based on the distribution of the number of ions implanted in the depth direction determined by the ion implantation amount measuring method of the present invention, the distribution of the number of ions implanted in the submicron region in the depth direction can be determined as desired. Semiconductor devices can be manufactured with precise control.

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

【図1】本発明のイオン注入量測定方法を説明する図で
あって、(a)はシリコン結晶にイオンを注入している
ところを模式的に示す図であり、(b)はイオン注入痕
跡のあるシリコン結晶の階段状界面を模式的に示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating the ion implantation amount measuring method of the present invention, in which (a) is a diagram schematically showing ions being implanted into a silicon crystal, and (b) is a diagram showing traces of ion implantation. FIG. 2 is a diagram schematically showing a step-like interface of a certain silicon crystal.

【図2】本発明のイオン注入量測定用シリコン結晶の測
定部を示す図であって、(a)はその上面図、(b)は
その断面図である。
FIG. 2 is a diagram showing a measuring section of a silicon crystal for measuring the amount of ion implantation according to the present invention, in which (a) is a top view thereof, and (b) is a cross-sectional view thereof.

【図3】注入イオン数の深さ方向の分布を示すグラフで
ある。
FIG. 3 is a graph showing the distribution of the number of implanted ions in the depth direction.

【図4】本発明のイオン注入量測定用シリコン結晶を作
製する方法を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of manufacturing a silicon crystal for measuring ion implantation amount according to the present invention.

【図5】本発明のイオン注入量測定用シリコン結晶を作
製するもう一つの方法を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating another method of manufacturing a silicon crystal for measuring the amount of ion implantation according to the present invention.

【図6】本発明によりイオン注入量を測定するシリコン
基板を例示する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a silicon substrate for measuring the amount of ion implantation according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…測定部 2…シリコン結晶 3…酸化シリコン 4…界面 5…イオン注入痕跡 6…酸素不透過膜 7…シリコン基板 1...Measuring part 2...Silicon crystal 3...Silicon oxide 4...Interface 5... Traces of ion implantation 6...Oxygen impermeable membrane 7...Silicon substrate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  シリコン結晶の深さ方向に複数の段差
を有する界面を挾んで形成された酸化シリコン層をその
一部分に有するシリコン結晶に、該酸化シリコン層を介
して該界面に達するようにイオンを注入し、続いて該酸
化シリコン層を除去し、表出したシリコン結晶の階段状
界面の各段に形成されたイオン注入痕跡数を測定し、そ
して隣り合う段のイオン注入痕跡数の差に基づいて、シ
リコン結晶表面からの深さ方向のイオン注入数の分布を
求めることを特徴とするイオン注入量測定方法。
[Claim 1] Ions are applied to a silicon crystal having a silicon oxide layer in a part thereof, which is formed between an interface having a plurality of steps in the depth direction of the silicon crystal, so as to reach the interface through the silicon oxide layer. The silicon oxide layer is then removed, the number of ion implantation traces formed at each step of the stepped interface of the exposed silicon crystal is measured, and the difference in the number of ion implantation traces between adjacent steps is calculated. A method for measuring the amount of ion implantation characterized by determining the distribution of the number of ions implanted in the depth direction from the surface of a silicon crystal.
【請求項2】  シリコン結晶の表面の一部を酸化して
酸化シリコン層を形成し、この酸化シリコン層の表面の
一部に酸素不透過膜を配置してから当該シリコン結晶を
再度酸素雰囲気にさらして、酸素不透過膜で覆われてい
ない領域のシリコン結晶を更に酸化することにより、シ
リコン結晶にその深さ方向に複数の段差を有する界面を
挾んで酸化シリコン層を形成することを特徴とする、イ
オン注入量測定用シリコン結晶の作製方法。
2. A part of the surface of the silicon crystal is oxidized to form a silicon oxide layer, an oxygen-impermeable film is placed on a part of the surface of the silicon oxide layer, and then the silicon crystal is placed in an oxygen atmosphere again. The method is characterized in that a silicon oxide layer is formed in the silicon crystal across an interface having a plurality of steps in the depth direction by exposing the silicon crystal in a region not covered with the oxygen-impermeable film and further oxidizing the silicon crystal. A method for producing silicon crystal for measuring ion implantation amount.
【請求項3】  シリコン結晶の表面にその一部の領域
を残して予め酸素不透過膜を配置し、そしてこのシリコ
ン結晶を酸素雰囲気にさらして酸素不透過膜で覆われて
いない領域のシリコン結晶を酸化し、次いで上記シリコ
ン結晶の酸化された領域に隣接した当該酸素不透過膜の
一部を除去してから酸素不透過膜で覆われない領域のシ
リコン結晶を酸化することにより、シリコン結晶にその
深さ方向に複数の段差を有する界面を挾んで酸化シリコ
ン層を形成することを特徴とする、イオン注入量測定用
シリコン結晶の作製方法。
3. An oxygen-impermeable film is placed in advance on the surface of a silicon crystal, leaving a part of the area, and the silicon crystal is exposed to an oxygen atmosphere to remove the area of the silicon crystal that is not covered with the oxygen-impermeable film. oxidizing the silicon crystal, then removing a portion of the oxygen-impermeable film adjacent to the oxidized region of the silicon crystal, and then oxidizing the silicon crystal in the region not covered with the oxygen-impermeable film. A method for producing a silicon crystal for measuring ion implantation amount, the method comprising forming a silicon oxide layer across an interface having a plurality of steps in the depth direction.
【請求項4】  請求項1記載のイオン注入量測定方法
によって求めたイオン注入数の分布に基づき、イオンの
注入条件を決定することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
4. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that ion implantation conditions are determined based on the distribution of the number of implanted ions determined by the ion implantation amount measuring method according to claim 1.
JP11305591A 1991-05-17 1991-05-17 Ion implantation amount measuring method, forming method of silicon crystal for ion implantation amount measurement and manufacture of semiconductor device Withdrawn JPH04340741A (en)

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