JPH06275689A - 半導体装置の評価方法および評価装置 - Google Patents
半導体装置の評価方法および評価装置Info
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- JPH06275689A JPH06275689A JP6187993A JP6187993A JPH06275689A JP H06275689 A JPH06275689 A JP H06275689A JP 6187993 A JP6187993 A JP 6187993A JP 6187993 A JP6187993 A JP 6187993A JP H06275689 A JPH06275689 A JP H06275689A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】シリコン基板表面のＳｉＣ化ダメージおよび非
晶質化ダメージを、簡単な構成の装置による簡単な方法
で適切に評価する。 【構成】熱酸化装置１０は電気炉等から成る一般的な熱
酸化装置である。膜厚測定装置１１はエリプソメトリで
ある。コンピュータ１２は、オペレータの指示に従って
熱酸化装置１０の酸化時間と酸化温度とを制御し、膜厚
測定装置１１の測定結果をプリンタ１３やＣＲＴ１４に
表示する。ＳｉＣ化ダメージは炭素を含んだエッチング
ガスによるドライエッチング時に生じる。また、非晶質
化ダメージはイオン注入時に生じる。ＳｉＣ化ダメージ
は熱酸化膜の生成を妨げ、非晶質化ダメージは熱酸化膜
の生成を促進させる。従って、ダメージが生じたシリコ
ン基板を熱酸化装置１０で熱酸化し、その熱酸化膜厚を
膜厚測定装置１１で測定することにより、ダメージの評
価を行うことができる。
晶質化ダメージを、簡単な構成の装置による簡単な方法
で適切に評価する。 【構成】熱酸化装置１０は電気炉等から成る一般的な熱
酸化装置である。膜厚測定装置１１はエリプソメトリで
ある。コンピュータ１２は、オペレータの指示に従って
熱酸化装置１０の酸化時間と酸化温度とを制御し、膜厚
測定装置１１の測定結果をプリンタ１３やＣＲＴ１４に
表示する。ＳｉＣ化ダメージは炭素を含んだエッチング
ガスによるドライエッチング時に生じる。また、非晶質
化ダメージはイオン注入時に生じる。ＳｉＣ化ダメージ
は熱酸化膜の生成を妨げ、非晶質化ダメージは熱酸化膜
の生成を促進させる。従って、ダメージが生じたシリコ
ン基板を熱酸化装置１０で熱酸化し、その熱酸化膜厚を
膜厚測定装置１１で測定することにより、ダメージの評
価を行うことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の評価方法お
よび半導体装置の評価装置に係り、詳しくは、シリコン
基板表面のダメージの評価方法およびその評価方法を実
施するための評価装置に関するものである。
よび半導体装置の評価装置に係り、詳しくは、シリコン
基板表面のダメージの評価方法およびその評価方法を実
施するための評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化に伴
い、微細化された素子拡散層はますます薄くなる傾向に
ある。従って、素子拡散層の膜厚をコントロールして素
子の特性を向上させるためには、シリコン基板表面のダ
メージの低減および適切な評価が不可欠になる。
い、微細化された素子拡散層はますます薄くなる傾向に
ある。従って、素子拡散層の膜厚をコントロールして素
子の特性を向上させるためには、シリコン基板表面のダ
メージの低減および適切な評価が不可欠になる。
【０００３】シリコン基板表面のダメージは、炭素を
含んだエッチングガスによるエッチングに伴うダメージ
（エッチング・ダメージ）と、イオン注入に伴うダメ
ージとに大別される。
含んだエッチングガスによるエッチングに伴うダメージ
（エッチング・ダメージ）と、イオン注入に伴うダメ
ージとに大別される。
【０００４】炭素を含んだエッチングガスによるエッ
チング・ダメージについて シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）およびシリコン窒化膜（Ｓ
ｉ3 Ｎ4 ）等のドライエッチングにおいては、炭素を含
んだエッチングガス（ＣＨＦ3,ＣＦ4 ，ＣＨ2Ｆ2 ，Ｃ
3 Ｆ8 ，Ｃ2 Ｆ6 ，ＣＣｌ4 等）が広く用いられてい
る。この場合には、エッチング中に発生する炭素原子に
よってシリコン基板表面が炭化シリコン（ＳｉＣ）化す
るＳｉＣ化ダメージが生じ、ＳｉＣ化層が形成される。
尚、シリコン表面のＳｉＣ化については、サーフェース
・アンド・インターフェース・アナル（Surface ＆Inte
rface Anal）.,9,275(1986) に詳しく解説されている。
チング・ダメージについて シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）およびシリコン窒化膜（Ｓ
ｉ3 Ｎ4 ）等のドライエッチングにおいては、炭素を含
んだエッチングガス（ＣＨＦ3,ＣＦ4 ，ＣＨ2Ｆ2 ，Ｃ
3 Ｆ8 ，Ｃ2 Ｆ6 ，ＣＣｌ4 等）が広く用いられてい
る。この場合には、エッチング中に発生する炭素原子に
よってシリコン基板表面が炭化シリコン（ＳｉＣ）化す
るＳｉＣ化ダメージが生じ、ＳｉＣ化層が形成される。
尚、シリコン表面のＳｉＣ化については、サーフェース
・アンド・インターフェース・アナル（Surface ＆Inte
rface Anal）.,9,275(1986) に詳しく解説されている。
【０００５】また、シリコン基板表面に生じたＳｉＣ化
層の下には、シリコン基板の結晶構造が乱れる非晶質化
（アモルファス化）ダメージが生じ、非晶質層（アモル
ファス層）が形成される。この非晶質層は、エッチング
中に発生する炭素原子がシリコン基板に叩きつけられ、
基板内部に不用意に打ち込まれることによって形成され
ると考えられる。
層の下には、シリコン基板の結晶構造が乱れる非晶質化
（アモルファス化）ダメージが生じ、非晶質層（アモル
ファス層）が形成される。この非晶質層は、エッチング
中に発生する炭素原子がシリコン基板に叩きつけられ、
基板内部に不用意に打ち込まれることによって形成され
ると考えられる。
【０００６】さらに、エッチングガスとしてフロロカー
ボンガス（ＣＨＦ3,ＣＦ4 , ＣＨ2Ｆ2 ，Ｃ3 Ｆ8 等）
を用いた場合には、シリコン基板表面のＳｉＣ化層の上
にＣ−Ｆx 系ポリマが形成される。
ボンガス（ＣＨＦ3,ＣＦ4 , ＣＨ2Ｆ2 ，Ｃ3 Ｆ8 等）
を用いた場合には、シリコン基板表面のＳｉＣ化層の上
にＣ−Ｆx 系ポリマが形成される。
【０００７】図６は、フロロカーボンガスを用いてドラ
イエッチングを行った後のシリコン基板の断面図であ
る。シリコン基板４１の表面には非晶質層４２、ＳｉＣ
化層４３、Ｃ−Ｆx 系ポリマ層４４が順に形成されてい
る。これらシリコン基板４１の表面の各層４２〜４４が
ダメージ層となる。
イエッチングを行った後のシリコン基板の断面図であ
る。シリコン基板４１の表面には非晶質層４２、ＳｉＣ
化層４３、Ｃ−Ｆx 系ポリマ層４４が順に形成されてい
る。これらシリコン基板４１の表面の各層４２〜４４が
ダメージ層となる。
【０００８】これらダメージ層４２〜４４のうち、Ｃ−
Ｆx 系ポリマ層４４は、硫酸と過酸化水素の混合液を１
４０°Ｃに熱したもので溶解できるため簡単に除去する
ことができる。また、Ｃ−Ｆx 系ポリマ層４４は４００
°Ｃ以上の熱処理によっても除去することができる。
Ｆx 系ポリマ層４４は、硫酸と過酸化水素の混合液を１
４０°Ｃに熱したもので溶解できるため簡単に除去する
ことができる。また、Ｃ−Ｆx 系ポリマ層４４は４００
°Ｃ以上の熱処理によっても除去することができる。
【０００９】非晶質層４２は９００°Ｃ程度の熱処理に
より再び正常に結晶化させることができる。ＳｉＣ化層
４３はドライエッチング（水素ガスと混合したＣＦ4 や
ＣＦ4 Ｏ2またはＮＦ3 等のエッチングガスを用いる）
によって除去することができる。また、本出願人は、Ｃ
ｌＦ3 ガスを用いてシリコン酸化膜に損傷を与えること
なくＳｉＣ化層４３を含むシリコンだけを選択的に除去
する方法について既に提案している。
より再び正常に結晶化させることができる。ＳｉＣ化層
４３はドライエッチング（水素ガスと混合したＣＦ4 や
ＣＦ4 Ｏ2またはＮＦ3 等のエッチングガスを用いる）
によって除去することができる。また、本出願人は、Ｃ
ｌＦ3 ガスを用いてシリコン酸化膜に損傷を与えること
なくＳｉＣ化層４３を含むシリコンだけを選択的に除去
する方法について既に提案している。
【００１０】ところで、炭素を含んだエッチングガスに
よるドライエッチングは、コンタクトホールの形成や低
濃度ドープドレイン（ＬＤＤ；Lightly Doped Drain ）
構造の形成時等に用いられる。
よるドライエッチングは、コンタクトホールの形成や低
濃度ドープドレイン（ＬＤＤ；Lightly Doped Drain ）
構造の形成時等に用いられる。
【００１１】例えば、ＬＤＤ構造の形成時には、ポリシ
リコンゲートをマスクに用いてシリコン基板上に低濃度
のドレイン領域を形成し、ポリシリコンゲートとドレイ
ン領域とを厚いシリコン酸化膜で覆う工程がある。そし
て、ポリシリコンゲートの側壁のシリコン酸化膜だけを
残して、ドレイン領域表面の厚いシリコン酸化膜を除去
する工程がある。この厚いシリコン酸化膜を除去する工
程において、炭素を含んだエッチングガスによるドライ
エッチングが行われる。次に、ドレイン領域表面を薄い
シリコン酸化膜で覆う工程がある。続いて、その薄いシ
リコン酸化膜をマスクにして不純物（砒素やアンチモン
等）をイオン注入し、高濃度のドレイン領域を形成する
工程がある。ここで、ドレイン領域表面を薄いシリコン
酸化膜で覆う理由は、１）イオン注入時に不要物が注入
されるのを防ぐストッパーとして用いる、２）チャネリ
ングの発生を防止する、３）アニール時にドレイン領域
から不純物が蒸発してしまうのを防ぐ、等である。
リコンゲートをマスクに用いてシリコン基板上に低濃度
のドレイン領域を形成し、ポリシリコンゲートとドレイ
ン領域とを厚いシリコン酸化膜で覆う工程がある。そし
て、ポリシリコンゲートの側壁のシリコン酸化膜だけを
残して、ドレイン領域表面の厚いシリコン酸化膜を除去
する工程がある。この厚いシリコン酸化膜を除去する工
程において、炭素を含んだエッチングガスによるドライ
エッチングが行われる。次に、ドレイン領域表面を薄い
シリコン酸化膜で覆う工程がある。続いて、その薄いシ
リコン酸化膜をマスクにして不純物（砒素やアンチモン
等）をイオン注入し、高濃度のドレイン領域を形成する
工程がある。ここで、ドレイン領域表面を薄いシリコン
酸化膜で覆う理由は、１）イオン注入時に不要物が注入
されるのを防ぐストッパーとして用いる、２）チャネリ
ングの発生を防止する、３）アニール時にドレイン領域
から不純物が蒸発してしまうのを防ぐ、等である。
【００１２】ところが、炭素を含んだエッチングガスに
よるドライエッチングによってＳｉＣ化ダメージが生じ
ＳｉＣ化層４３が形成されると、ドレイン領域表面を薄
いシリコン酸化膜で覆う工程において、シリコン酸化膜
の形成が阻害されることになる。そのため、ＳｉＣ化ダ
メージを低減することによりＳｉＣ化層４３の形成を防
ぐことと、形成されてしまったＳｉＣ化層４３について
の適切な評価（すなわち、ＳｉＣ化ダメージの適切な評
価）とが必要になる。
よるドライエッチングによってＳｉＣ化ダメージが生じ
ＳｉＣ化層４３が形成されると、ドレイン領域表面を薄
いシリコン酸化膜で覆う工程において、シリコン酸化膜
の形成が阻害されることになる。そのため、ＳｉＣ化ダ
メージを低減することによりＳｉＣ化層４３の形成を防
ぐことと、形成されてしまったＳｉＣ化層４３について
の適切な評価（すなわち、ＳｉＣ化ダメージの適切な評
価）とが必要になる。
【００１３】従来、ＳｉＣ化ダメージの評価方法として
は、Ｘ線励起光電子分光法（ＸＰＳ；X-ray Photoemiss
ion Spectroscopy または、X-ray Photoelectron Spec
troscopy），オージェ電子分光法（ＡＥＳ；Auger Elec
tron Spectroscopy ），二次イオン質量分析法（ＳＩＭ
Ｓ；Secondary Ion Mass Spectroscopy ）等が用いられ
ていた。
は、Ｘ線励起光電子分光法（ＸＰＳ；X-ray Photoemiss
ion Spectroscopy または、X-ray Photoelectron Spec
troscopy），オージェ電子分光法（ＡＥＳ；Auger Elec
tron Spectroscopy ），二次イオン質量分析法（ＳＩＭ
Ｓ；Secondary Ion Mass Spectroscopy ）等が用いられ
ていた。
【００１４】イオン注入に伴うダメージについて シリコン基板にイオン注入を行うと、イオン注入した領
域の結晶構造が乱れる非晶質化ダメージが生じ、非晶質
層が形成される。その非晶質層は、フロロカーボンガス
を用いてドライエッチングを行った場合と同様に、９０
０°Ｃ程度の熱処理により再び正常に結晶化させること
ができる。
域の結晶構造が乱れる非晶質化ダメージが生じ、非晶質
層が形成される。その非晶質層は、フロロカーボンガス
を用いてドライエッチングを行った場合と同様に、９０
０°Ｃ程度の熱処理により再び正常に結晶化させること
ができる。
【００１５】従来、シリコン基板の非晶質化ダメージの
評価方法としては、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ；Tran
smission Electron Microscopy）等が用いられていた。
評価方法としては、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ；Tran
smission Electron Microscopy）等が用いられていた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】 ＳｉＣ化ダメージの評価方法について しかしながら、ＸＰＳ，ＡＥＳ，ＳＩＭＳの各方法およ
び各方法を行うための各装置には以下の問題がある。
び各方法を行うための各装置には以下の問題がある。
【００１７】１）ＳｉＣ化層４３はごく薄いものである
ため（せいぜい数十Å）、存在していることだけは検出
できても、適切な評価（例えば、ＳｉＣ化層４３の膜厚
の評価）は難しい。
ため（せいぜい数十Å）、存在していることだけは検出
できても、適切な評価（例えば、ＳｉＣ化層４３の膜厚
の評価）は難しい。
【００１８】２）測定に高真空を必要とするため測定試
料を入れるチャンバを大きくすることができず、せいぜ
い１cm角程度の小片の分析しかできない。そのため、シ
リコンウェハ全体についての評価はできない。
料を入れるチャンバを大きくすることができず、せいぜ
い１cm角程度の小片の分析しかできない。そのため、シ
リコンウェハ全体についての評価はできない。
【００１９】３）微細な領域の分析が難しく、例えば、
ＬＤＤ構造のドレイン領域表面のみのＳｉＣ化ダメージ
を評価するような用途には使えない。 ４）極めて高価である。
ＬＤＤ構造のドレイン領域表面のみのＳｉＣ化ダメージ
を評価するような用途には使えない。 ４）極めて高価である。
【００２０】５）操作や保守が複雑なためオペレータに
は熟練者が必要となる。 ６）測定結果を得るために時間を要する。 ７）ＳＩＭＳについては破壊分析であるため、測定後の
試料は破棄するしかない。
は熟練者が必要となる。 ６）測定結果を得るために時間を要する。 ７）ＳＩＭＳについては破壊分析であるため、測定後の
試料は破棄するしかない。
【００２１】非晶質化ダメージの評価方法について ＴＥＭおよびそれを行うための装置には以下の問題があ
る。 １）測定に高真空を必要とするため測定試料を入れるチ
ャンバを大きくすることができず、せいぜい１cm角程度
の小片の分析しかできない。そのため、シリコンウェハ
全体の評価はできない。
る。 １）測定に高真空を必要とするため測定試料を入れるチ
ャンバを大きくすることができず、せいぜい１cm角程度
の小片の分析しかできない。そのため、シリコンウェハ
全体の評価はできない。
【００２２】２）極めて高価である。 ３）操作や保守が複雑なためオペレータには熟練者が必
要となる。 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
って、その目的は、シリコン基板表面のＳｉＣ化ダメー
ジおよび非晶質化ダメージを簡単な方法によって適切に
評価することができる評価方法を提供することにある。
また、シリコン基板表面のＳｉＣ化ダメージおよび非晶
質化ダメージを簡単な構成によって適切に評価すること
ができる評価装置を提供することにある。
要となる。 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
って、その目的は、シリコン基板表面のＳｉＣ化ダメー
ジおよび非晶質化ダメージを簡単な方法によって適切に
評価することができる評価方法を提供することにある。
また、シリコン基板表面のＳｉＣ化ダメージおよび非晶
質化ダメージを簡単な構成によって適切に評価すること
ができる評価装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、請求項１記載の発明は、評価したいシリコ
ン基板を酸化し、その酸化膜の成長レートからダメージ
を評価することをその要旨とする。
決するため、請求項１記載の発明は、評価したいシリコ
ン基板を酸化し、その酸化膜の成長レートからダメージ
を評価することをその要旨とする。
【００２４】また、請求項２記載の発明は、評価したい
シリコン基板を酸化する酸化装置と、その酸化したシリ
コン基板の酸化膜の成長レートを測定する膜厚測定装置
と、その膜厚測定装置の測定結果を表示する表示装置
と、前記酸化装置を制御すると共に、前記表示装置を制
御する制御装置とを備えたことをその要旨とする。
シリコン基板を酸化する酸化装置と、その酸化したシリ
コン基板の酸化膜の成長レートを測定する膜厚測定装置
と、その膜厚測定装置の測定結果を表示する表示装置
と、前記酸化装置を制御すると共に、前記表示装置を制
御する制御装置とを備えたことをその要旨とする。
【００２５】また、請求項３記載の発明は、評価したい
シリコン基板を窒化し、その窒化膜の成長レートからダ
メージを評価することをその要旨とする。また、請求項
４記載の発明は、評価したいシリコン基板を窒化する窒
化装置と、その窒化したシリコン基板の窒化膜の成長レ
ートを測定する膜厚測定装置と、その膜厚測定装置の測
定結果を表示する表示装置と、前記窒化装置を制御する
と共に、前記表示装置を制御する制御装置とを備えたこ
とをその要旨とする。
シリコン基板を窒化し、その窒化膜の成長レートからダ
メージを評価することをその要旨とする。また、請求項
４記載の発明は、評価したいシリコン基板を窒化する窒
化装置と、その窒化したシリコン基板の窒化膜の成長レ
ートを測定する膜厚測定装置と、その膜厚測定装置の測
定結果を表示する表示装置と、前記窒化装置を制御する
と共に、前記表示装置を制御する制御装置とを備えたこ
とをその要旨とする。
【００２６】
【作用】従って請求項１記載の発明によれば、評価した
いプロセス（装置）を通したシリコン基板を酸化し、そ
の酸化膜の成長レートの差によりダメージを評価するこ
とができる。
いプロセス（装置）を通したシリコン基板を酸化し、そ
の酸化膜の成長レートの差によりダメージを評価するこ
とができる。
【００２７】また、請求項２記載の発明によれば、酸化
装置と膜厚測定装置と表示装置と制御装置とから成る簡
単な構成の評価装置により、請求項３記載の発明による
方法にて、シリコン基板のダメージを評価することがで
きる。
装置と膜厚測定装置と表示装置と制御装置とから成る簡
単な構成の評価装置により、請求項３記載の発明による
方法にて、シリコン基板のダメージを評価することがで
きる。
【００２８】また、請求項３記載の発明によれば、評価
したいプロセス（装置）を通したシリコン基板を窒化
し、その窒化膜の成長レートの差によりダメージを評価
することができる。
したいプロセス（装置）を通したシリコン基板を窒化
し、その窒化膜の成長レートの差によりダメージを評価
することができる。
【００２９】また、請求項４記載の発明によれば、窒化
装置と膜厚測定装置と表示装置と制御装置とから成る簡
単な構成の評価装置により、請求項５記載の発明による
方法にて、シリコン基板のダメージを評価することがで
きる。
装置と膜厚測定装置と表示装置と制御装置とから成る簡
単な構成の評価装置により、請求項５記載の発明による
方法にて、シリコン基板のダメージを評価することがで
きる。
【００３０】
（第１実施例：ＳｉＣ化ダメージの評価）以下、第１実
施例として、本発明をシリコン基板のＳｉＣ化ダメージ
の評価に用いた例を図１〜図４に従って説明する。
施例として、本発明をシリコン基板のＳｉＣ化ダメージ
の評価に用いた例を図１〜図４に従って説明する。
【００３１】まず、評価試料としてのシリコンウェハを
一般的な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive I
on Etching）装置にセットしてＲＩＥを行い、シリコン
ウェハの表面を炭素を含んだエッチングガスのプラズマ
に晒す。
一般的な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive I
on Etching）装置にセットしてＲＩＥを行い、シリコン
ウェハの表面を炭素を含んだエッチングガスのプラズマ
に晒す。
【００３２】ここで、プラズマ発生の条件は、エッチン
グガス種：ＣＨＦ3 ＆Ａｒ，エッチングガス圧力（チャ
ンバ圧力）：０．２Torrで、シリコン基板と直角方向に
高周波（ＲＦ；数１００ｋＨZ または１３．５６ＭＨZ
）の電界をかける。尚、高周波電力（ＲＦパワー）は
２００〜７００Ｗの範囲で変化させる。この条件は、シ
リコン酸化膜やシリコン窒化膜のエッチングにおいて、
一般に広く使用されているものである。
グガス種：ＣＨＦ3 ＆Ａｒ，エッチングガス圧力（チャ
ンバ圧力）：０．２Torrで、シリコン基板と直角方向に
高周波（ＲＦ；数１００ｋＨZ または１３．５６ＭＨZ
）の電界をかける。尚、高周波電力（ＲＦパワー）は
２００〜７００Ｗの範囲で変化させる。この条件は、シ
リコン酸化膜やシリコン窒化膜のエッチングにおいて、
一般に広く使用されているものである。
【００３３】図２に、ＲＦパワー：７００Ｗのプラズマ
に晒したシリコンウェハの表面をＸＰＳで分析した結果
を示す。また、この分析結果と比較するため、全くプラ
ズマに晒していないシリコンウェハの表面を同様にＸＰ
Ｓで分析した結果を図３に示す。
に晒したシリコンウェハの表面をＸＰＳで分析した結果
を示す。また、この分析結果と比較するため、全くプラ
ズマに晒していないシリコンウェハの表面を同様にＸＰ
Ｓで分析した結果を図３に示す。
【００３４】尚、図２および図３においては、炭素の１
ｓ軌道の結合エネルギーの強さを横軸にとり、検出強度
を縦軸にとっている。図２に示すように、プラズマに晒
したシリコンウェハの表面からは、Ｃ−Ｆ3, Ｃ−Ｆ2,
Ｃ−ＦといったＣ−Ｆx 系ポリマと、ＳｉＣとが検出さ
れた。一方、図３に示すように、全くプラズマに晒して
いないシリコンウェハの表面からは、Ｃ−Ｆx 系ポリマ
やＳｉＣは検出されなかった。
ｓ軌道の結合エネルギーの強さを横軸にとり、検出強度
を縦軸にとっている。図２に示すように、プラズマに晒
したシリコンウェハの表面からは、Ｃ−Ｆ3, Ｃ−Ｆ2,
Ｃ−ＦといったＣ−Ｆx 系ポリマと、ＳｉＣとが検出さ
れた。一方、図３に示すように、全くプラズマに晒して
いないシリコンウェハの表面からは、Ｃ−Ｆx 系ポリマ
やＳｉＣは検出されなかった。
【００３５】この結果から、プラズマに晒したシリコン
ウェハの表面には、エッチング中に発生する炭素原子に
よってシリコン基板表面がＳｉＣ化するＳｉＣ化ダメー
ジが生じ、ＳｉＣ化層が形成されていることがわかる。
ウェハの表面には、エッチング中に発生する炭素原子に
よってシリコン基板表面がＳｉＣ化するＳｉＣ化ダメー
ジが生じ、ＳｉＣ化層が形成されていることがわかる。
【００３６】次に、全くプラズマに晒していないシリコ
ンウェハと、それぞれＲＦパワー：２００，３００，４
００，５００，５００，７００Ｗのプラズマに晒した各
シリコンウェハとを、一般的な熱酸化炉にセットして９
００°Ｃの乾燥酸素雰囲気中に６５分間晒して熱酸化を
行い、シリコンウェハの表面に熱酸化膜を形成する。
ンウェハと、それぞれＲＦパワー：２００，３００，４
００，５００，５００，７００Ｗのプラズマに晒した各
シリコンウェハとを、一般的な熱酸化炉にセットして９
００°Ｃの乾燥酸素雰囲気中に６５分間晒して熱酸化を
行い、シリコンウェハの表面に熱酸化膜を形成する。
【００３７】続いて、各シリコンウェハの表面に形成さ
れた熱酸化膜の膜厚をエリプソメトリ（ellipsometry）
で測定する。その測定結果を図４に示す。図４からは、
熱酸化膜厚のＲＦパワー依存性がわかる。すなわち、Ｒ
Ｆパワー：２００〜５００Ｗでは、ＲＦパワーが大きく
なるに従って熱酸化膜厚が薄くなる。そして、ＲＦパワ
ー：５００Ｗ以上では熱酸化膜が成長しないことがわか
る。尚、全くプラズマに晒していないシリコンウェハの
熱酸化膜厚は２００Åである。
れた熱酸化膜の膜厚をエリプソメトリ（ellipsometry）
で測定する。その測定結果を図４に示す。図４からは、
熱酸化膜厚のＲＦパワー依存性がわかる。すなわち、Ｒ
Ｆパワー：２００〜５００Ｗでは、ＲＦパワーが大きく
なるに従って熱酸化膜厚が薄くなる。そして、ＲＦパワ
ー：５００Ｗ以上では熱酸化膜が成長しないことがわか
る。尚、全くプラズマに晒していないシリコンウェハの
熱酸化膜厚は２００Åである。
【００３８】この結果から、プラズマによって形成され
たＳｉＣ化層が、シリコンウェハの表面の熱酸化を抑制
していると考えることができる。従って、ＳｉＣ化ダメ
ージを全く受けていない（すなわち、プラズマに晒して
いない）シリコンウェハと、ＳｉＣ化ダメージを評価し
たい（すなわち、炭素を含んだエッチングガスのプラズ
マに晒した）シリコンウェハとを同一条件で熱酸化さ
せ、形成された熱酸化膜の膜厚を比較すれば、膜厚の差
によってＳｉＣ化ダメージを評価することができると考
えられる。
たＳｉＣ化層が、シリコンウェハの表面の熱酸化を抑制
していると考えることができる。従って、ＳｉＣ化ダメ
ージを全く受けていない（すなわち、プラズマに晒して
いない）シリコンウェハと、ＳｉＣ化ダメージを評価し
たい（すなわち、炭素を含んだエッチングガスのプラズ
マに晒した）シリコンウェハとを同一条件で熱酸化さ
せ、形成された熱酸化膜の膜厚を比較すれば、膜厚の差
によってＳｉＣ化ダメージを評価することができると考
えられる。
【００３９】また、ＳｉＣ化ダメージの低減に有効な１
つの方向として、ＲＩＥを行う際にＲＦパワーを小さく
すること（すなわち、低パワー化）が考えられる。図１
は、本実施例のＳｉＣ化ダメージの評価装置の構成を示
すブロック図である。
つの方向として、ＲＩＥを行う際にＲＦパワーを小さく
すること（すなわち、低パワー化）が考えられる。図１
は、本実施例のＳｉＣ化ダメージの評価装置の構成を示
すブロック図である。
【００４０】熱酸化装置１０は、酸素を乾燥させるドラ
イアーと、酸素中のパーティクルを取り除くフィルタ
と、電気炉とから構成される一般的な熱酸化装置であ
る。膜厚測定装置１１は、エリプソメトリである。熱酸
化装置１０と膜厚測定装置１１とは、コンピュータ１２
によって制御される。すなわち、コンピュータ１２は、
オペレータの指示に従って熱酸化装置１０の酸化時間と
酸化温度とを制御する。そして、コンピュータ１２は、
膜厚測定装置１１の測定結果を表示装置としてのプリン
タ１３やＣＲＴ１４に表示する。
イアーと、酸素中のパーティクルを取り除くフィルタ
と、電気炉とから構成される一般的な熱酸化装置であ
る。膜厚測定装置１１は、エリプソメトリである。熱酸
化装置１０と膜厚測定装置１１とは、コンピュータ１２
によって制御される。すなわち、コンピュータ１２は、
オペレータの指示に従って熱酸化装置１０の酸化時間と
酸化温度とを制御する。そして、コンピュータ１２は、
膜厚測定装置１１の測定結果を表示装置としてのプリン
タ１３やＣＲＴ１４に表示する。
【００４１】このように本実施例においては、ＳｉＣ化
ダメージを評価したいシリコンウェハを熱酸化させて、
その熱酸化膜の成長レートの差を検出することにより、
ＳｉＣ化ダメージを適切に評価することができる。
ダメージを評価したいシリコンウェハを熱酸化させて、
その熱酸化膜の成長レートの差を検出することにより、
ＳｉＣ化ダメージを適切に評価することができる。
【００４２】ここで、熱酸化はシリコンウェハの全面に
対して行われるため、シリコンウェハ全体についてＳｉ
Ｃ化ダメージを評価することができる。また、エリプソ
メトリを用いた熱酸化膜厚の測定は、微細な領域につい
ても容易に行えるため、例えば、ＬＤＤ構造のドレイン
領域表面のみのＳｉＣ化ダメージを評価するような用途
に使うことも可能である。
対して行われるため、シリコンウェハ全体についてＳｉ
Ｃ化ダメージを評価することができる。また、エリプソ
メトリを用いた熱酸化膜厚の測定は、微細な領域につい
ても容易に行えるため、例えば、ＬＤＤ構造のドレイン
領域表面のみのＳｉＣ化ダメージを評価するような用途
に使うことも可能である。
【００４３】さらに、熱酸化装置１０は、簡単な構成で
あるため操作や保守が容易であり、不慣れなオペレータ
でも簡単に操作することができ、広く使われているため
入手が容易であって安価でもある。
あるため操作や保守が容易であり、不慣れなオペレータ
でも簡単に操作することができ、広く使われているため
入手が容易であって安価でもある。
【００４４】また、熱酸化に要する時間および熱酸化膜
の膜厚測定に要する時間は共に短いため、短時間で評価
結果を得ることができる。加えて、破壊分析ではないた
め、評価後のシリコンウェハを破棄する必要はない。
の膜厚測定に要する時間は共に短いため、短時間で評価
結果を得ることができる。加えて、破壊分析ではないた
め、評価後のシリコンウェハを破棄する必要はない。
【００４５】（第２実施例：非晶質化ダメージの評価）
次に、第２実施例として、本発明をシリコン基板の非晶
質化ダメージの評価に用いた例を図１，図５に従って説
明する。
次に、第２実施例として、本発明をシリコン基板の非晶
質化ダメージの評価に用いた例を図１，図５に従って説
明する。
【００４６】まず、評価試料としてのシリコンウェハを
一般的なイオン注入装置にセットしてイオン注入を行
う。ここで、イオン注入の条件は、イオン種：アルゴ
ン，加速エネルギー：１８ｋｅＶで、注入量は３×１０
14〜３×１０15ｃｍ-2の範囲で変化させる。この条件
は、イオン注入において、一般に広く使用されているも
のである。
一般的なイオン注入装置にセットしてイオン注入を行
う。ここで、イオン注入の条件は、イオン種：アルゴ
ン，加速エネルギー：１８ｋｅＶで、注入量は３×１０
14〜３×１０15ｃｍ-2の範囲で変化させる。この条件
は、イオン注入において、一般に広く使用されているも
のである。
【００４７】ここで、シリコン基板に注入したイオンは
アルゴンであり不活性な元素であるため、シリコン基板
中のシリコンとアルゴンとが反応することはない。その
ため、シリコン基板にアルゴンのイオン注入を行うと、
イオン注入した領域の結晶構造が乱れる非晶質化ダメー
ジが生じ、非晶質層が形成される。尚、アルゴンをネオ
ンやヘリウム等の他の不活性なイオンに置き換えても同
じである。
アルゴンであり不活性な元素であるため、シリコン基板
中のシリコンとアルゴンとが反応することはない。その
ため、シリコン基板にアルゴンのイオン注入を行うと、
イオン注入した領域の結晶構造が乱れる非晶質化ダメー
ジが生じ、非晶質層が形成される。尚、アルゴンをネオ
ンやヘリウム等の他の不活性なイオンに置き換えても同
じである。
【００４８】次に、イオン注入を全く行っていないシリ
コンウェハと、それぞれ注入量：３×１０14，１×１０
15，３×１０15ｃｍ-2のイオン注入を行ったシリコンウ
ェハとを、一般的な熱酸化炉にセットして９００°Ｃの
乾燥酸素雰囲気中に６５分間晒して熱酸化を行い、シリ
コンウェハの表面に熱酸化膜を形成する。
コンウェハと、それぞれ注入量：３×１０14，１×１０
15，３×１０15ｃｍ-2のイオン注入を行ったシリコンウ
ェハとを、一般的な熱酸化炉にセットして９００°Ｃの
乾燥酸素雰囲気中に６５分間晒して熱酸化を行い、シリ
コンウェハの表面に熱酸化膜を形成する。
【００４９】続いて、各シリコンウェハの表面に形成さ
れた熱酸化膜の膜厚をエリプソメトリ（ellipsometry）
で測定する。その測定結果を図５に示す。図５からは、
熱酸化膜厚のイオン注入量依存性がわかる。すなわち、
イオン注入量が大きくなるに従って熱酸化膜厚も厚くな
る。尚、イオン注入を全く行っていないシリコンウェハ
の熱酸化膜厚は２００Åである。
れた熱酸化膜の膜厚をエリプソメトリ（ellipsometry）
で測定する。その測定結果を図５に示す。図５からは、
熱酸化膜厚のイオン注入量依存性がわかる。すなわち、
イオン注入量が大きくなるに従って熱酸化膜厚も厚くな
る。尚、イオン注入を全く行っていないシリコンウェハ
の熱酸化膜厚は２００Åである。
【００５０】この結果から、イオン注入によって形成さ
れた非晶質層が、シリコンウェハの表面の熱酸化を促進
していると考えることができる。従って、非晶質化ダメ
ージを全く受けていない（すなわち、イオン注入を行っ
ていない）シリコンウェハと、非晶質化ダメージを評価
したい（すなわち、イオン注入を行った）シリコンウェ
ハとを同一条件で熱酸化させ、形成された熱酸化膜の膜
厚を比較すれば、膜厚の差によって非晶質化ダメージを
評価することができると考えられる。
れた非晶質層が、シリコンウェハの表面の熱酸化を促進
していると考えることができる。従って、非晶質化ダメ
ージを全く受けていない（すなわち、イオン注入を行っ
ていない）シリコンウェハと、非晶質化ダメージを評価
したい（すなわち、イオン注入を行った）シリコンウェ
ハとを同一条件で熱酸化させ、形成された熱酸化膜の膜
厚を比較すれば、膜厚の差によって非晶質化ダメージを
評価することができると考えられる。
【００５１】このように本実施例においては、非晶質化
ダメージを評価したいシリコンウェハを熱酸化させて、
その熱酸化膜の成長レートの差を検出することにより、
非晶質化ダメージを適切に評価することができる。
ダメージを評価したいシリコンウェハを熱酸化させて、
その熱酸化膜の成長レートの差を検出することにより、
非晶質化ダメージを適切に評価することができる。
【００５２】ここで、熱酸化はシリコンウェハの全面に
対して行われるため、シリコンウェハ全体について非晶
質化ダメージを評価することができる。また、エリプソ
メトリを用いた熱酸化膜厚の測定は、微細な領域につい
ても容易に行えるため、例えば、ＬＤＤ構造のドレイン
領域表面のみの非晶質化ダメージを評価するような用途
に使うことも可能である。
対して行われるため、シリコンウェハ全体について非晶
質化ダメージを評価することができる。また、エリプソ
メトリを用いた熱酸化膜厚の測定は、微細な領域につい
ても容易に行えるため、例えば、ＬＤＤ構造のドレイン
領域表面のみの非晶質化ダメージを評価するような用途
に使うことも可能である。
【００５３】さらに、熱酸化装置１０は、簡単な構成で
あるため操作や保守が容易であり、不慣れなオペレータ
でも簡単に操作することができ、広く使われているため
入手が容易であって安価でもある。
あるため操作や保守が容易であり、不慣れなオペレータ
でも簡単に操作することができ、広く使われているため
入手が容易であって安価でもある。
【００５４】また、熱酸化に要する時間および熱酸化膜
の膜厚測定に要する時間は共に短いため、短時間で評価
結果を得ることができる。加えて、破壊分析ではないた
め、評価後のシリコンウェハを破棄する必要はない。
の膜厚測定に要する時間は共に短いため、短時間で評価
結果を得ることができる。加えて、破壊分析ではないた
め、評価後のシリコンウェハを破棄する必要はない。
【００５５】尚、本実施例の非晶質化ダメージの評価装
置は、図１に示す前記ＳｉＣ化ダメージの評価装置と同
じ構成であるため説明を省略する。ところで、本発明は
上記各実施例に限定されるものではなく、以下のように
実施してもよい。
置は、図１に示す前記ＳｉＣ化ダメージの評価装置と同
じ構成であるため説明を省略する。ところで、本発明は
上記各実施例に限定されるものではなく、以下のように
実施してもよい。
【００５６】１）上記実施例では熱酸化装置１０として
電気炉を用いる方式をとったが、他のどのような方式の
熱酸化装置でもよい。例えば、ランプ加熱を利用したＲ
ＴＯ（Rapid Thermal Oxidation ）装置でもよい。
電気炉を用いる方式をとったが、他のどのような方式の
熱酸化装置でもよい。例えば、ランプ加熱を利用したＲ
ＴＯ（Rapid Thermal Oxidation ）装置でもよい。
【００５７】２）上記実施例では熱酸化の条件を９００
°Ｃの乾燥酸素雰囲気中に６５分間晒すようにしたが、
酸化温度は何度でもよく、酸化時間は何分でもよい。ま
た、酸化雰囲気は酸素だけでなく、炭酸ガスや水蒸気
（Ｈ2 Ｏ）等、酸化性であればよく、酸化性ガスの混合
ガス（例えば、酸素と水蒸気）や、酸化性ガスと不活性
ガスの混合ガス（酸素と窒素，水蒸気と窒素，酸素とア
ルゴン，酸素と水蒸気と窒素，等）でもよい。
°Ｃの乾燥酸素雰囲気中に６５分間晒すようにしたが、
酸化温度は何度でもよく、酸化時間は何分でもよい。ま
た、酸化雰囲気は酸素だけでなく、炭酸ガスや水蒸気
（Ｈ2 Ｏ）等、酸化性であればよく、酸化性ガスの混合
ガス（例えば、酸素と水蒸気）や、酸化性ガスと不活性
ガスの混合ガス（酸素と窒素，水蒸気と窒素，酸素とア
ルゴン，酸素と水蒸気と窒素，等）でもよい。
【００５８】３）上記実施例では膜厚測定装置１１とし
てエリプソメトリを用いたが、熱酸化膜の膜厚を測定で
きる装置であればどのような方式の膜厚測定装置を用い
てもよい（例えば、反射光の干渉を利用した測定装置、
等）。
てエリプソメトリを用いたが、熱酸化膜の膜厚を測定で
きる装置であればどのような方式の膜厚測定装置を用い
てもよい（例えば、反射光の干渉を利用した測定装置、
等）。
【００５９】４）第１実施例ではエッチングガスとして
ＣＨＦ3 を用いたが、他の炭素を含んだエッチングガス
（ＣＦ4 ，ＣＨ2 Ｆ2 ，Ｃ3 Ｆ8 ，Ｃ2 Ｆ6 ，ＣＣｌ4
等）によるＲＩＥにおいても、第１実施例と同様に、シ
リコンウェハの表面にＳｉＣ化ダメージが生じてＳｉＣ
化層が形成される。従って、炭素を含んだエッチングガ
スであれば、どのようなエッチングガスによるＲＩＥに
対しても適用することができる。
ＣＨＦ3 を用いたが、他の炭素を含んだエッチングガス
（ＣＦ4 ，ＣＨ2 Ｆ2 ，Ｃ3 Ｆ8 ，Ｃ2 Ｆ6 ，ＣＣｌ4
等）によるＲＩＥにおいても、第１実施例と同様に、シ
リコンウェハの表面にＳｉＣ化ダメージが生じてＳｉＣ
化層が形成される。従って、炭素を含んだエッチングガ
スであれば、どのようなエッチングガスによるＲＩＥに
対しても適用することができる。
【００６０】５）第１実施例ではＲＩＥを行ったが、プ
ラズマエッチングや反応性イオンミリング（ＲＩＭ；Re
active Ion Milling）等の他のプラズマエッチングにお
いても、炭素を含んだエッチングガスを用いれば、シリ
コンウェハの表面にＳｉＣ化ダメージが生じてＳｉＣ化
層が形成される。従って、炭素を含んだエッチングガス
であれば、どのようなエッチングガスによるどのような
プラズマエッチングに対しても適用することができる。
すなわち、半導体製造プロセスに用いる全ての製造装置
におけるＳｉＣ化ダメージの評価に適用することができ
る。
ラズマエッチングや反応性イオンミリング（ＲＩＭ；Re
active Ion Milling）等の他のプラズマエッチングにお
いても、炭素を含んだエッチングガスを用いれば、シリ
コンウェハの表面にＳｉＣ化ダメージが生じてＳｉＣ化
層が形成される。従って、炭素を含んだエッチングガス
であれば、どのようなエッチングガスによるどのような
プラズマエッチングに対しても適用することができる。
すなわち、半導体製造プロセスに用いる全ての製造装置
におけるＳｉＣ化ダメージの評価に適用することができ
る。
【００６１】６）第２実施例ではイオン注入装置による
非晶質化ダメージの評価に適用したが、スパッタ装置や
ＣＶＤ装置等の半導体製造プロセスに用いる全ての製造
装置における非晶質化ダメージの評価に適用することが
できる。
非晶質化ダメージの評価に適用したが、スパッタ装置や
ＣＶＤ装置等の半導体製造プロセスに用いる全ての製造
装置における非晶質化ダメージの評価に適用することが
できる。
【００６２】７）上記実施例では熱酸化を用いたが、低
温酸化，陽極酸化等の酸化方法を用いてもよい。 ８）上記実施例では熱酸化を用いたが、窒化を用い、窒
化膜の成長レートからシリコン基板のダメージを評価す
るようにしてもよい。
温酸化，陽極酸化等の酸化方法を用いてもよい。 ８）上記実施例では熱酸化を用いたが、窒化を用い、窒
化膜の成長レートからシリコン基板のダメージを評価す
るようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、シ
リコン基板表面のＳｉＣ化ダメージおよび非晶質化ダメ
ージを、簡単な構成の装置による簡単な方法で、適切に
評価することができるという優れた効果がある。
リコン基板表面のＳｉＣ化ダメージおよび非晶質化ダメ
ージを、簡単な構成の装置による簡単な方法で、適切に
評価することができるという優れた効果がある。
【図１】本発明を具体化した一実施例のＳｉＣ化ダメー
ジおよび非晶質化ダメージの評価装置の構成を示すブロ
ック図である。
ジおよび非晶質化ダメージの評価装置の構成を示すブロ
ック図である。
【図２】ＲＦパワー：７００ＷのＣＨＦ3 ＆Ａｒプラズ
マに晒したシリコンウェハの表面をＸＰＳで分析した結
果を示す測定図である。
マに晒したシリコンウェハの表面をＸＰＳで分析した結
果を示す測定図である。
【図３】全くプラズマに晒していないシリコンウェハの
表面をＸＰＳで分析した結果を示す測定図である。
表面をＸＰＳで分析した結果を示す測定図である。
【図４】熱酸化膜厚のＲＦパワー依存性を示す測定図で
ある。
ある。
【図５】熱酸化膜厚のイオン注入量依存性を示す測定図
である。
である。
【図６】フロロカーボンガスを用いてドライエッチング
を行った後のシリコン基板の断面図である。
を行った後のシリコン基板の断面図である。
１０ 熱酸化装置 １１ 膜厚測定装置 １２ コンピュータ １３ プリンタ １４ ＣＲＴ
Claims (4)
- 【請求項１】 評価したいシリコン基板を酸化し、その
酸化膜の成長レートからダメージを評価することを特徴
とする半導体装置の評価方法。 - 【請求項２】 評価したいシリコン基板を酸化する酸化
装置と、 その酸化したシリコン基板の酸化膜の成長レートを測定
する膜厚測定装置と、 その膜厚測定装置の測定結果を表示する表示装置と、 前記酸化装置を制御すると共に、前記表示装置を制御す
る制御装置とを備えたことを特徴とする半導体装置の評
価装置。 - 【請求項３】 評価したいシリコン基板を窒化し、その
窒化膜の成長レートからダメージを評価することを特徴
とする半導体装置の評価方法。 - 【請求項４】 評価したいシリコン基板を窒化する窒化
装置と、 その窒化したシリコン基板の窒化膜の成長レートを測定
する膜厚測定装置と、 その膜厚測定装置の測定結果を表示する表示装置と、 前記窒化装置を制御すると共に、前記表示装置を制御す
る制御装置とを備えたことを特徴とする半導体装置の評
価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6187993A JPH06275689A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 半導体装置の評価方法および評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6187993A JPH06275689A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 半導体装置の評価方法および評価装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275689A true JPH06275689A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13183872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6187993A Pending JPH06275689A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 半導体装置の評価方法および評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06275689A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008004794A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Yamaha Corp | イオン注入量モニタ法 |
| US7319530B1 (en) * | 2004-03-29 | 2008-01-15 | National Semiconductor Corporation | System and method for measuring germanium concentration for manufacturing control of BiCMOS films |
| US7754286B2 (en) * | 2001-12-06 | 2010-07-13 | Kst World Corp. | Method of forming a silicon dioxide film |
| CN107492492A (zh) * | 2017-08-09 | 2017-12-19 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 退火设备工艺能力的监控方法 |
-
1993
- 1993-03-22 JP JP6187993A patent/JPH06275689A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7754286B2 (en) * | 2001-12-06 | 2010-07-13 | Kst World Corp. | Method of forming a silicon dioxide film |
| US7319530B1 (en) * | 2004-03-29 | 2008-01-15 | National Semiconductor Corporation | System and method for measuring germanium concentration for manufacturing control of BiCMOS films |
| US7508531B1 (en) | 2004-03-29 | 2009-03-24 | National Semiconductor Corporation | System and method for measuring germanium concentration for manufacturing control of BiCMOS films |
| JP2008004794A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Yamaha Corp | イオン注入量モニタ法 |
| CN107492492A (zh) * | 2017-08-09 | 2017-12-19 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 退火设备工艺能力的监控方法 |
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