JPH08167639A - Contamination evaluation method in ion implantation and manufacture of semiconductor device - Google Patents

Contamination evaluation method in ion implantation and manufacture of semiconductor device

Info

Publication number
JPH08167639A
JPH08167639A JP6310594A JP31059494A JPH08167639A JP H08167639 A JPH08167639 A JP H08167639A JP 6310594 A JP6310594 A JP 6310594A JP 31059494 A JP31059494 A JP 31059494A JP H08167639 A JPH08167639 A JP H08167639A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
sheet resistance
ions
semiconductor region
implanted
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP6310594A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomohiro Kubo
智裕 久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP6310594A priority Critical patent/JPH08167639A/en
Publication of JPH08167639A publication Critical patent/JPH08167639A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PURPOSE: To enable detection of a fine amount of contamination by comparing a sheet resistance of a semiconductor region to a reference value after annealing by performing ion implantation for an upper surface of an evaluation substrate wherein a depth and a thickness of a semiconductor region are specified. CONSTITUTION: A polysilicon film 2 is deposited on a substrate 1 with an insulation surface as an evaluation substrate. Ion containing ion to be injected is injected to an upper surface of the substrate 1, annealed for activating ion, a sheet resistance measurement value of a semiconductor region is compared to a reference sheet resistance value and other ion excepting ion to be injected which is contained in ion beam is detected. Here, a depth and a thickness of a semiconductor region are decided so that an absolute value of a difference between a sheet resistance of a semiconductor region in ion implantation of only ion to be injected and a sheet resistance of a semiconductor region in ion implantation containing other ion is larger than a reference value of predetermined standard deviation of in-plane distribution of a sheet resistance of a semiconductor region after annealed.

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、イオン注入における汚
染評価方法に関する。イオン注入による不純物のドーピ
ングは、注入量や深さ方向の濃度分布を高精度に制御す
ることができるため、超LSIの製造において広く使用
されている。近年、超LSIの微細化が進むにつれて、
不純物の注入量や深さ方向の濃度分布に対して、より高
い精度が求められるようになってきた。そこで、注入量
や深さ方向の濃度分布の設計値からのずれ、及び金属等
による汚染を簡便かつ高感度に検出する技術が重要にな
ってきた。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a contamination evaluation method in ion implantation. The doping of impurities by ion implantation is widely used in the manufacture of VLSI because it can control the implantation amount and the concentration distribution in the depth direction with high accuracy. In recent years, as the miniaturization of VLSI progresses,
Higher precision has been demanded for the amount of implanted impurities and the concentration distribution in the depth direction. Therefore, a technique for easily and highly sensitively detecting the deviation of the implantation amount or the concentration distribution in the depth direction from the design value and the contamination by metal or the like has become important.

【0002】[0002]

【従来の技術】注入量や深さ方向の濃度分布の設計値か
らのずれは、注入すべきイオンと同一元素であるがイオ
ン価の異なるイオン、または注入すべき元素と異なるイ
オン等がイオンビーム中に含まれることが原因である。
以下、注入すべきイオンと同一元素であるがイオン価の
異なるイオン、または注入すべき元素と異なるイオン
を、「コンタミネーション」と呼ぶ。
2. Description of the Related Art A deviation of an implantation amount or a concentration distribution in a depth direction from a designed value is caused by an ion beam having the same element as the ion to be implanted but different ion valence or an ion different from the element to be implanted. The cause is that it is contained in.
Hereinafter, an ion having the same element as the ion to be implanted but a different ion valence, or an ion different from the element to be implanted is referred to as “contamination”.

【0003】従来、イオン注入工程におけるコンタミネ
ーションの検出には、イオン注入した評価用半導体基板
のシート抵抗を測定する方法が採用されてきた。コンタ
ミネーションがあれば、半導体基板のシート抵抗は設計
値からずれる。このずれを検出することにより、コンタ
ミネーションの含有量を評価することができる。
Conventionally, a method of measuring the sheet resistance of the ion-implanted semiconductor substrate for evaluation has been adopted for detecting contamination in the ion-implantation process. If there is contamination, the sheet resistance of the semiconductor substrate will deviate from the designed value. By detecting this deviation, the content of contamination can be evaluated.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】シート抵抗は、半導体
基板の各深さにおけるキャリアの移動度と濃度との積を
深さ方向に表面から裏面まで積分したものの逆数から求
めることができる。コンタミネーションがある深さに集
中して発生している場合でも、シート抵抗は半導体基板
の全厚さ内に分布するキャリアにより決定される。この
ため、コンタミネーションによるシート抵抗の変化率は
非常に小さくなる。すなわち、シート抵抗の変化率から
コンタミネーションを検出する方法は、検出感度が低
い。
The sheet resistance can be obtained from the reciprocal of the product of the carrier mobility and the concentration at each depth of the semiconductor substrate integrated from the front surface to the back surface in the depth direction. The sheet resistance is determined by the carriers distributed within the entire thickness of the semiconductor substrate, even if the contamination is concentrated at a certain depth. Therefore, the rate of change in sheet resistance due to contamination is extremely small. That is, the method of detecting contamination from the rate of change of sheet resistance has low detection sensitivity.

【0005】近年、半導体製造工程において問題となっ
ているコンタミネーションの量は全注入量の1%以下で
あり、従来の方法ではコンタミネーションを検出できな
くなってきた。
In recent years, the amount of contamination, which is a problem in the semiconductor manufacturing process, is 1% or less of the total injection amount, and the contamination cannot be detected by the conventional method.

【0006】例えば、MOSFETのチャネル領域にコ
ンタミネーションが存在すると、しきい値電圧が設計値
からずれる。本発明の目的は、微量のコンタミネーショ
ンを高感度に検出する汚染評価方法を提供することであ
る。
For example, if contamination exists in the channel region of the MOSFET, the threshold voltage deviates from the designed value. An object of the present invention is to provide a contamination evaluation method for detecting a trace amount of contamination with high sensitivity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入にお
ける汚染評価方法は、深さ方向に半導体領域と絶縁体領
域が分布した評価用基板を準備する工程と、前記評価用
基板の上面に注入すべきイオンを含むイオンビームを照
射してイオン注入を行う工程と、前記評価用基板をアニ
ールしてイオン注入されたイオンを活性化するアニール
工程と、前記半導体領域のシート抵抗を測定し、測定値
と予め求められているシート抵抗の基準値とを比較し
て、前記イオンビーム中に含まれている前記注入すべき
イオン以外の他のイオンを検出する工程とを含み、前記
評価用基板を準備する工程では、前記アニール工程後に
おける前記半導体領域のシート抵抗の面内分布の予め決
められた標準偏差の基準値をσ、前記注入すべきイオン
のみを含むイオンビームを照射してイオン注入したとき
の前記半導体領域のシート抵抗をRs0 、前記他のイオ
ンも含むイオンビームを照射してイオン注入したときの
前記半導体領域のシート抵抗をRsとしたとき、 |Rs0 −Rs|>σ の関係を満たすように、前記半導体領域の深さ及び厚さ
が決められている評価用基板を準備する。
A method for evaluating contamination in ion implantation according to the present invention comprises a step of preparing an evaluation substrate in which a semiconductor region and an insulator region are distributed in the depth direction, and implantation on the upper surface of the evaluation substrate. A step of irradiating an ion beam containing ions to be ion-implanted, an annealing step of annealing the evaluation substrate to activate the ion-implanted ions, and measuring and measuring the sheet resistance of the semiconductor region. Comparing the value with a reference value of the sheet resistance obtained in advance, and detecting other ions other than the ions to be implanted contained in the ion beam, the evaluation substrate, In the preparing step, σ is a reference value of a predetermined standard deviation of the in-plane distribution of the sheet resistance of the semiconductor region after the annealing step, and an ion beam containing only the ions to be implanted. By irradiating-ion implanted Rs 0 the sheet resistance of the semiconductor region when, when the sheet resistance of the semiconductor region by irradiating the other ion beams including ion when the ion implantation was set to Rs, | An evaluation substrate is prepared in which the depth and thickness of the semiconductor region are determined so as to satisfy the relationship of Rs 0 −Rs |> σ.

【0008】前記半導体領域の深さ及び厚さが、 |Rs0 −Rs|>2σ の関係を満たすように決めてもよい。The depth and thickness of the semiconductor region may be determined so as to satisfy the relationship of | Rs 0 −Rs |> 2σ.

【0009】[0009]

【作用】半導体層と絶縁体層が積層された評価用基板に
イオン注入を行うと、注入されたイオンは、半導体層と
絶縁体層中に分布する。注入すべきイオンが多量に注入
される深さ近傍を絶縁体層とすれば、この多量に注入さ
れたイオンはシート抵抗に寄与しない。コンタミネーシ
ョンが多量に注入される深さ近傍を半導体層とすれば、
この半導体層のシート抵抗はコンタミネーションの有無
によって比較的大きく変動する。半導体層のシート抵抗
の変動を検出することにより、コンタミネーションを高
感度に検出することができる。
When ions are implanted into the evaluation substrate in which the semiconductor layer and the insulator layer are laminated, the implanted ions are distributed in the semiconductor layer and the insulator layer. If an insulator layer is formed near the depth where a large amount of ions to be injected are injected, the large amount of injected ions does not contribute to the sheet resistance. If the semiconductor layer is near the depth where a large amount of contamination is injected,
The sheet resistance of this semiconductor layer changes relatively greatly depending on the presence or absence of contamination. By detecting the variation of the sheet resistance of the semiconductor layer, the contamination can be detected with high sensitivity.

【0010】コンタミネーションの有無によるシート抵
抗の変動量が、シート抵抗の面内の変動量よりも大きく
なるように半導体層の深さ及び厚さを選べば、より確実
にコンタミネーションを検出することができる。
If the depth and thickness of the semiconductor layer are selected so that the variation of the sheet resistance due to the presence or absence of contamination is larger than the variation of the sheet resistance in the plane, the contamination can be detected more reliably. You can

【0011】[0011]

【実施例】以下、シリコン基板に3価のPイオンを注入
する場合を例にとって、本発明の実施例による汚染評価
方法について説明する。
EXAMPLE A contamination evaluation method according to an example of the present invention will be described below by taking an example of implanting trivalent P ions into a silicon substrate.

【0012】多価のイオンを用いたイオン注入は、1価
のイオンを用いたイオン注入に比べて同一加速電圧の下
でも高エネルギのイオンを得ることが出来る。このた
め、200keV以上の高エネルギイオン注入において
実用化されている。
Ion implantation using polyvalent ions can obtain high-energy ions even under the same acceleration voltage as compared with ion implantation using monovalent ions. Therefore, it has been put to practical use in high energy ion implantation of 200 keV or more.

【0013】3価のPイオンを用いてイオン注入を行う
場合には、質量分析器で3価のPイオンのみを取り出
す。質量分析器から3価のPイオンのみを取り出して
も、その後、3価のPイオンの一部はイオンビームの行
路中の残留ガスとの作用により2価あるいは1価のイオ
ンとなる。この2価及び1価のイオンがコンタミネーシ
ョンとなる。なお、中性のP原子になる場合もある。
When performing ion implantation using trivalent P ions, only the trivalent P ions are taken out by the mass spectrometer. Even if only the trivalent P ions are taken out from the mass spectrometer, a part of the trivalent P ions becomes divalent or monovalent ions due to the action with the residual gas in the path of the ion beam. The divalent and monovalent ions become contamination. Incidentally, it may become a neutral P atom.

【0014】このため、イオンビーム中に3価〜1価の
Pイオンが含まれることになる。このイオンを後段加速
電圧で加速すると、各イオンの得る運動エネルギはイオ
ン価によって異なる。例えば、イオンソースから40k
Vの電圧でイオンを取り出し、後段加速電圧を210k
Vとすると、3価、2価、及び1価のPイオンの運動エ
ネルギは、それぞれ750keV、540keV、及び
330keVになる。
Therefore, the ion beam contains trivalent to monovalent P ions. When the ions are accelerated by the post-stage acceleration voltage, the kinetic energy obtained by each ion varies depending on the ion valence. For example, 40k from the ion source
Ions are taken out at a voltage of V and the post-stage acceleration voltage is set to 210 k
Assuming V, the kinetic energies of trivalent, divalent, and monovalent P ions are 750 keV, 540 keV, and 330 keV, respectively.

【0015】Pイオンが半導体基板に注入される深さ
は、その運動エネルギにより異なる。例えば、上述の3
価、2価、及び1価のPイオンの投影飛程は、それぞれ
1040nm、790nm及び490nmとなる。この
ように、深さ790nm及び490nm近傍に設計値よ
りも多いPイオンが注入されることになる。
The depth at which P ions are implanted into the semiconductor substrate depends on its kinetic energy. For example, the above 3
The projected ranges of the valent, divalent, and monovalent P ions are 1040 nm, 790 nm, and 490 nm, respectively. In this way, more P ions than the designed value are implanted near the depths of 790 nm and 490 nm.

【0016】図1は、上述の条件でイオン注入を行う場
合、コンタミネーションが1%としたときの深さ方向の
P濃度分布を示す。なお、ドーズ量は3×1013cm-2
である。横軸はシリコン基板表面からの深さを単位nm
で表し、縦軸はP濃度を単位cm-3で表す。図中の曲線
pはコンタミネーションを1%含む場合、曲線qはコン
タミネーションを含まない場合のP濃度を示す。
FIG. 1 shows the P concentration distribution in the depth direction when the ion implantation is carried out under the above conditions and the contamination is 1%. The dose is 3 × 10 13 cm -2
Is. The horizontal axis is the depth from the silicon substrate surface in nm
And the vertical axis represents the P concentration in the unit of cm −3 . The curve p in the figure shows the P concentration when 1% of contamination is included, and the curve q shows the P concentration when no contamination is included.

【0017】コンタミネーションの有無に係わらず基板
表面から深くなるに従ってP濃度は増加し、深さ104
0nmの点で最大値約7.6×1017cm-3をとる。さ
らに深くなるとP濃度は急激に減少する。コンタミネー
ションを含む場合にはコンタミネーションを含まない場
合に比べて、特に表面から深さ700nmの範囲におい
てP濃度が高いことがわかる。これは、2価及び1価の
Pイオンがこの範囲に多く注入されるためである。
The P concentration increases with increasing depth from the substrate surface regardless of the presence or absence of contamination, and the P concentration increases to 104
A maximum value of about 7.6 × 10 17 cm −3 is taken at a point of 0 nm. At a deeper depth, the P concentration sharply decreases. It can be seen that the P concentration is higher in the case of containing the contamination than in the case of not containing the contamination, particularly in the range of 700 nm from the surface. This is because divalent and monovalent P ions are heavily implanted in this range.

【0018】図1に示す濃度分布を有するシリコン基板
のシート抵抗は、深さ1000nm近傍のP濃度により
大きく影響される。このため、表面から深さ700nm
の範囲におけるP濃度の相違によるシート抵抗の差はわ
ずかとなる。
The sheet resistance of a silicon substrate having the concentration distribution shown in FIG. 1 is greatly influenced by the P concentration near a depth of 1000 nm. Therefore, the depth from the surface is 700 nm
The difference in sheet resistance due to the difference in P concentration in the range is small.

【0019】図2(A)は、本実施例で使用した評価用
基板の断面図を示す。絶縁表面を有する基板1の上にポ
リシリコン膜2が形成されている。ポリシリコン膜2
は、例えばCVDにより堆積する。
FIG. 2A is a sectional view of the evaluation substrate used in this example. A polysilicon film 2 is formed on a substrate 1 having an insulating surface. Polysilicon film 2
Is deposited by, for example, CVD.

【0020】図2(B)は、評価用基板の他の構成例を
示す。シリコン基板1aの上にSiO2 等の絶縁膜1b
が形成されている。絶縁膜1bは、例えばシリコン基板
表面を熱酸化して形成する。絶縁膜1bの上に図1
(A)と同様にポリシリコン膜2が形成されている。
FIG. 2B shows another example of the structure of the evaluation board. An insulating film 1b such as SiO 2 is formed on the silicon substrate 1a.
Are formed. The insulating film 1b is formed by, for example, thermally oxidizing the surface of the silicon substrate. Figure 1 on the insulating film 1b
A polysilicon film 2 is formed as in (A).

【0021】図3は、図2(A)あるいは(B)に示す
評価用基板に図1と同様の条件でPをイオン注入したと
きの、ポリシリコン膜2のシート抵抗を示す。横軸はポ
リシリコン膜2の厚さを単位nmで表し、縦軸はシート
抵抗を単位Ω/□で表す。図中の曲線rはコンタミネー
ションを1%含む場合、曲線sはコンタミネーションを
含まない場合のシート抵抗を示す。
FIG. 3 shows the sheet resistance of the polysilicon film 2 when P ions are implanted into the evaluation substrate shown in FIG. 2A or 2B under the same conditions as in FIG. The horizontal axis represents the thickness of the polysilicon film 2 in the unit of nm, and the vertical axis represents the sheet resistance in the unit of Ω / □. The curve r in the figure shows the sheet resistance when 1% of contamination is included, and the curve s shows the sheet resistance when no contamination is included.

【0022】半導体層の厚さが0〜700nmの範囲で
は、半導体層の厚さが増加するとシート抵抗は急激に低
下する。半導体層の厚さがさらに増加すると、シート抵
抗の低下は徐々に緩やかになり、約500Ω/□に漸近
する。
When the thickness of the semiconductor layer is in the range of 0 to 700 nm, the sheet resistance sharply decreases as the thickness of the semiconductor layer increases. When the thickness of the semiconductor layer is further increased, the decrease in sheet resistance gradually becomes gentle and approaches 500Ω / □.

【0023】また、半導体層の厚さが約700nm以下
のとき、コンタミネーションがある場合とない場合のシ
ート抵抗の差は比較的大きく、コンタミネーションがあ
る場合の方がシート抵抗は小さい。半導体層の厚さが7
00nm以上になるとシート抵抗の差は小さくなり、1
000nm以上の厚さになると差はほとんどなくなる。
When the thickness of the semiconductor layer is about 700 nm or less, the difference between the sheet resistances with and without contamination is relatively large, and the sheet resistance with the contamination is smaller. The thickness of the semiconductor layer is 7
When it is more than 00 nm, the difference in sheet resistance becomes small, and 1
When the thickness is 000 nm or more, there is almost no difference.

【0024】半導体層の厚さとシート抵抗の差との関係
は、図1のP濃度分布に対応している。すなわち、図1
に示すように、深さ1000nm近傍には3価のPイオ
ンが大量に注入されている。半導体層の厚さが1000
nm以上になると、この深さに注入された大量のPがシ
ート抵抗に大きく寄与すため、コンタミネーションによ
るP濃度の差はシート抵抗の差として顕在化しない。こ
のため、シート抵抗の差はほとんどなくなる。
The relationship between the thickness of the semiconductor layer and the difference in sheet resistance corresponds to the P concentration distribution in FIG. That is, FIG.
As shown in, a large amount of trivalent P ions are implanted near the depth of 1000 nm. The thickness of the semiconductor layer is 1000
When the thickness is greater than or equal to nm, a large amount of P injected to this depth greatly contributes to the sheet resistance, so that the difference in P concentration due to contamination does not become apparent as the difference in sheet resistance. Therefore, there is almost no difference in sheet resistance.

【0025】図4は半導体層の厚さに対するシート抵抗
の変動率を示す。横軸は半導体層の厚さを単位nmで表
し、縦軸はシート抵抗の変動率を単位%で表す。ここ
で、シート抵抗の変動率は、コンタミネーションがある
場合とない場合のシート抵抗をそれぞれRs(Ω/
□)、Rs0 (Ω/□)としたとき、 |Rs−Rs0 |/Rs0 ×100 (%) と定義した。
FIG. 4 shows the variation rate of the sheet resistance with respect to the thickness of the semiconductor layer. The horizontal axis represents the thickness of the semiconductor layer in the unit of nm, and the vertical axis represents the variation rate of the sheet resistance in the unit of%. Here, the variation rate of the sheet resistance is Rs (Ω / Ω) for the sheet resistance with and without contamination, respectively.
□) and Rs 0 (Ω / □), it was defined as | Rs−Rs 0 | / Rs 0 × 100 (%).

【0026】半導体層の厚さが0nmから増加するとシ
ート抵抗の変動率も増加し、厚さが約450nmのとき
最大値約12%となる。半導体層の厚さがさらに増加す
るとシート抵抗の変動率は減少し、約1%に漸近する。
コンタミネーションの有無を検出するためには、シート
抵抗の変動率が測定誤差あるいはシート抵抗の面内変動
率よりも大きくなるように半導体層の厚さを選べばよ
い。
When the thickness of the semiconductor layer increases from 0 nm, the variation rate of the sheet resistance also increases, and the maximum value is about 12% when the thickness is about 450 nm. When the thickness of the semiconductor layer is further increased, the variation rate of the sheet resistance is reduced, and approaches 1%.
In order to detect the presence or absence of contamination, the thickness of the semiconductor layer may be selected so that the variation rate of the sheet resistance is larger than the measurement error or the in-plane variation rate of the sheet resistance.

【0027】具体的には、シート抵抗の面内分布の標準
偏差をσとすると、 |Rs−Rs0 |/Rs0 ≧ σ/Rs0 となるようにすればよい。さらに検出感度を高めるため
には、 |Rs−Rs0 |/Rs0 ≧ 2σ/Rs0 となるようにすることが好ましい。
Specifically, if the standard deviation of the in-plane distribution of the sheet resistance is σ, then | Rs−Rs 0 | / Rs 0 ≧ σ / Rs 0 . In order to further increase the detection sensitivity, it is preferable that | Rs−Rs 0 | / Rs 0 ≧ 2σ / Rs 0 .

【0028】なお、標準偏差σは、他の半導体基板にイ
オン注入し、シート抵抗の面内分布を測定して求めてお
いてもよい。例えば、σ/Rs0 が2%のとき、シート
抵抗の変動率を2%以上にするためには、図4から半導
体層の厚さを約1000nm以下にすればよいことがわ
かる。さらに検出感度を高めるために、シート抵抗の変
動率を4%以上にするためには、半導体層の厚さを約1
00〜800nmとすればよいことがわかる。なお、通
常のσ/Rs0 は0.5%程度であるため、|Rs−R
0 |/Rs0 が0.005%以上となることが好まし
い。
The standard deviation σ may be obtained by ion implantation into another semiconductor substrate and measuring the in-plane distribution of the sheet resistance. For example, when σ / Rs 0 is 2%, it can be seen from FIG. 4 that the thickness of the semiconductor layer should be about 1000 nm or less in order to increase the variation rate of the sheet resistance to 2% or more. To further increase the detection sensitivity, the thickness of the semiconductor layer should be about 1% in order to make the variation rate of the sheet resistance 4% or more.
It is understood that the thickness may be set to 00 to 800 nm. Note that since the normal σ / Rs 0 is about 0.5%, | Rs−R
It is preferable that s 0 | / Rs 0 be 0.005% or more.

【0029】ただし、半導体層の厚さを薄くすると、図
3に示すようにシート抵抗は急激に増加する。シート抵
抗が増加すると測定が困難になる。例えば、プロメトリ
ックス社(米国)製のシート抵抗測定装置OmniMA
P RS50/eを使用する場合には、シート抵抗が1
0000Ω/□以下になるようにする必要がある。すな
わち、図3から半導体層の厚さを480nm以上にする
必要があることがわかる。
However, when the thickness of the semiconductor layer is reduced, the sheet resistance sharply increases as shown in FIG. If the sheet resistance increases, the measurement becomes difficult. For example, a sheet resistance measuring device OmniMA manufactured by Prometrics (USA)
When using PRS50 / e, the sheet resistance is 1
It is necessary to set it to 0000Ω / □ or less. That is, it can be seen from FIG. 3 that the thickness of the semiconductor layer needs to be 480 nm or more.

【0030】従って、σ/Rs0 が2%のとき、半導体
層の厚さを480〜1000nm、検出感度をより高め
るためには480〜800nmとすることが好ましい。
なお、ドーズ量を増加してシート抵抗を低下してもよ
い。
Therefore, when σ / Rs 0 is 2%, the thickness of the semiconductor layer is preferably 480 to 1000 nm, and 480 to 800 nm is preferable in order to further improve the detection sensitivity.
The sheet resistance may be reduced by increasing the dose amount.

【0031】なお、図3、図4ではコンタミネーション
が1%の場合について説明したが、検出しようとするコ
ンタミネーションの比率を変えると、好ましい半導体層
の厚さも変わる。例えば、コンタミネーションの比率が
低下すると図4に示すシート抵抗の変動率も低下する。
このため、好ましい半導体層の厚さはより制限されるこ
とになる。
Although the case where the contamination is 1% has been described with reference to FIGS. 3 and 4, when the contamination ratio to be detected is changed, the preferable thickness of the semiconductor layer is also changed. For example, if the contamination ratio decreases, the variation rate of the sheet resistance shown in FIG. 4 also decreases.
Therefore, the preferable thickness of the semiconductor layer is more limited.

【0032】次に、図5を参照して、コンタミネーショ
ンの比率を変化させたときのシート抵抗及びシート抵抗
の変動率について説明する。図5(A)は、従来例によ
る評価方法を使用した場合、すなわち半導体層の厚さを
イオンの投影飛程より十分大きくした場合、図5(B)
は、実施例による評価方法で評価した場合のシート抵抗
及びその変動率を示す。なお、図5(B)は、半導体層
の厚さをシート抵抗の変動率が最大となるように選択し
た場合を示す。共に、横軸はコンタミネーションの比率
を単位%で表し、左縦軸はシート抵抗を単位Ω/□で表
し、右縦軸はシート抵抗の変動率を単位%で表す。図中
の実線及び点線は、それぞれシート抵抗及びシート抵抗
の変動率を示す。
Next, the sheet resistance and the variation rate of the sheet resistance when the contamination ratio is changed will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows a case where the evaluation method according to the conventional example is used, that is, when the thickness of the semiconductor layer is made sufficiently larger than the projected range of the ions.
Shows the sheet resistance and its variation rate when evaluated by the evaluation method according to the example. Note that FIG. 5B shows the case where the thickness of the semiconductor layer is selected so that the variation rate of the sheet resistance is maximized. In both figures, the horizontal axis represents the contamination ratio in unit%, the left vertical axis represents the sheet resistance in the unit Ω / □, and the right vertical axis represents the variation rate of the sheet resistance in the unit%. The solid line and the dotted line in the figure show the sheet resistance and the variation rate of the sheet resistance, respectively.

【0033】従来例による評価方法を使用した場合に
は、コンタミネーションの比率が0%から4%まで増加
すると、シート抵抗は500Ω/□から約480Ω/□
まで低下し、シート抵抗の変動率は0%から約4%まで
増加する。
When the evaluation method according to the conventional example is used, the sheet resistance increases from 500 Ω / □ to about 480 Ω / □ when the contamination ratio increases from 0% to 4%.
The sheet resistance fluctuation rate increases from 0% to about 4%.

【0034】実施例による評価方法を使用した場合に
は、コンタミネーションの比率が0%から4%まで増加
すると、シート抵抗は約12000Ω/□から約800
0Ω/□まで低下し、シート抵抗の変動率は0%から約
33%まで増加する。
When the evaluation method according to the embodiment is used, the sheet resistance increases from about 12000 Ω / □ to about 800 when the contamination ratio increases from 0% to 4%.
It decreases to 0Ω / □, and the variation rate of the sheet resistance increases from 0% to about 33%.

【0035】コンタミネーションの比率が1.5%以下
のときは、シート抵抗が10000Ω/□以上になるた
め測定が困難になる。従って、半導体層の厚さをシート
抵抗の変動率が最大となるように選択することは好まし
くない。この場合には、シート抵抗が10000Ω/□
以下となる範囲で、その変動率がσ/Rs0 さらには2
σ/Rs0 以上となるように半導体層の厚さを選択する
ことが好ましい。
When the contamination ratio is 1.5% or less, the sheet resistance becomes 10,000 Ω / □ or more, which makes the measurement difficult. Therefore, it is not preferable to select the thickness of the semiconductor layer so as to maximize the variation rate of the sheet resistance. In this case, the sheet resistance is 10000Ω / □
Within the range below, the fluctuation rate is σ / Rs 0 and further 2
It is preferable to select the thickness of the semiconductor layer so that σ / Rs 0 or more.

【0036】このように、実施例による評価方法では従
来例に比べて、コンタミネーションの比率が同一でも大
きなシート抵抗の変動率を得ることができる。従って、
少ないコンタミネーションを高感度で検出することが可
能になる。
As described above, in the evaluation method according to the embodiment, a larger variation rate of the sheet resistance can be obtained as compared with the conventional example even if the contamination ratio is the same. Therefore,
It is possible to detect a small amount of contamination with high sensitivity.

【0037】次に、実施例による評価方法の手順を説明
する。まず、調査対象となるイオン注入の条件及び検出
すべきコンタミネーションの比率を決定する。この条件
でのコンタミネーションのエネルギを算出する。注入す
べきイオン及びコンタミネーションの注入深さを求め、
図1に示す深さ方向の濃度分布を作成する。
Next, the procedure of the evaluation method according to the embodiment will be described. First, the ion implantation conditions to be investigated and the contamination ratio to be detected are determined. The contamination energy under these conditions is calculated. Find the implantation depth of ions to be implanted and contamination,
A concentration distribution in the depth direction shown in FIG. 1 is created.

【0038】図1に示す濃度分布から図3に示す半導体
層の厚さとシート抵抗の関係を求める。半導体層の厚さ
とシート抵抗の関係から、図4に示す半導体層の厚さと
シート抵抗の変動率の関係を求める。シート抵抗及びそ
の変動率が所望の範囲に納まるように半導体層の厚さを
決める。
The relationship between the thickness of the semiconductor layer and the sheet resistance shown in FIG. 3 is obtained from the concentration distribution shown in FIG. From the relationship between the thickness of the semiconductor layer and the sheet resistance, the relationship between the thickness of the semiconductor layer and the variation rate of the sheet resistance shown in FIG. 4 is obtained. The thickness of the semiconductor layer is determined so that the sheet resistance and its variation rate fall within a desired range.

【0039】絶縁表面を有する基板の上に、決められた
厚さの半導体層を堆積して評価用基板を作製する。例え
ば、CVDによりポリシリコン膜を堆積する。評価用基
板に、所定の条件でイオン注入を行う。イオン注入後ア
ニールを行い、注入されたイオンを活性化する。アニー
ル後に、評価用基板の半導体層のシート抵抗を測定す
る。例えば、面内の複数箇所のシート抵抗を測定し、そ
の平均を採る。コンタミネーションが無い場合のシート
抵抗Rs0 と測定したシート抵抗との差から、コンタミ
ネーションの比率を類推することができる。
A semiconductor layer having a predetermined thickness is deposited on a substrate having an insulating surface to prepare an evaluation substrate. For example, a polysilicon film is deposited by CVD. Ion implantation is performed on the evaluation substrate under predetermined conditions. Annealing is performed after the ion implantation to activate the implanted ions. After annealing, the sheet resistance of the semiconductor layer of the evaluation substrate is measured. For example, the sheet resistance is measured at a plurality of points on the surface and the average thereof is taken. From the difference between the sheet resistance Rs 0 in the absence of contamination and the measured sheet resistance, the contamination ratio can be inferred.

【0040】なお、より簡便には、図1の深さ方向の濃
度分布のグラフを参考にして、目的とするイオンが最も
多く注入される深さ近傍が絶縁層となり、コンタミネー
ションが最も多く注入される深さ近傍が半導体層となる
ような評価用基板を作製してもよい。このように、簡便
な方法で評価用基板を作製する場合でも、上述のような
詳細な計算結果から評価用基板を作製する場合の効果に
近い効果が期待できるであろう。
More simply, referring to the graph of the concentration distribution in the depth direction of FIG. 1, an insulating layer is formed in the vicinity of the depth where the target ions are most injected, and the most contamination is injected. You may produce the evaluation board | substrate which becomes a semiconductor layer in the vicinity of the depth. As described above, even when the evaluation substrate is manufactured by a simple method, an effect close to the effect when the evaluation substrate is manufactured can be expected from the detailed calculation results described above.

【0041】上記実施例では、コンタミネーションが目
的とするイオンよりも浅い位置に注入される場合を説明
したが、コンタミネーションが目的とするイオンよりも
深い位置に注入される場合にも適用できる。イオンを一
旦高電圧で加速した後逆電圧で減速してイオン注入を行
う減速イオン注入法では、例えば目的とする3価のPイ
オンに比べてコンタミネーションである2価あるいは1
価のPイオンまたは中性化したP原子の方が減速量が少
ない。このため、目的とするイオンよりもコンタミネー
ションの方が深い位置に注入される。
In the above embodiment, the case where the contamination is implanted at a position shallower than the target ion has been described, but the invention can be applied to the case where the contamination is implanted at a position deeper than the target ion. In a deceleration ion implantation method in which ions are once accelerated with a high voltage and then decelerated with a reverse voltage to perform ion implantation, for example, compared with the target trivalent P ion, the contamination is divalent or monovalent.
Valence P ions or neutralized P atoms have a smaller deceleration amount. Therefore, the contamination is implanted at a deeper position than the target ion.

【0042】このような場合には、評価用基板の表面に
絶縁層を形成し、コンタミネーションが注入される深さ
近傍に半導体層を形成しておくことにより、上記実施例
と同様の効果を得ることができる。例えば、図2(A)
の半導体層2の上に破線で示すように絶縁体層3を所望
の厚さ形成する。または、シリコン基板の表面に絶縁体
層を形成してもよい。なお、この場合には半導体層のシ
ート抵抗を測定する前に、表面の絶縁体層3をエッチン
グにて除去する。
In such a case, an insulating layer is formed on the surface of the evaluation substrate, and a semiconductor layer is formed in the vicinity of the depth at which contamination is injected. Obtainable. For example, FIG. 2 (A)
An insulating layer 3 is formed to a desired thickness on the semiconductor layer 2 as shown by a broken line. Alternatively, an insulator layer may be formed on the surface of the silicon substrate. In this case, the insulator layer 3 on the surface is removed by etching before measuring the sheet resistance of the semiconductor layer.

【0043】半導体基板にイオン注入を行う工程を有す
るような半導体装置の製造方法においては、このような
汚染評価方法により得られたイオンビームの汚染の程度
を確認し、この結果をフィードバックして、イオン注入
装置のイオンビームの行路中の真空度を制御することで
所望のイオン注入を行うことができる。
In a method of manufacturing a semiconductor device having a step of implanting ions into a semiconductor substrate, the degree of contamination of the ion beam obtained by such a contamination evaluation method is confirmed, and the result is fed back. Desired ion implantation can be performed by controlling the degree of vacuum in the path of the ion beam of the ion implantation apparatus.

【0044】つまり、多価のイオンを注入するような場
合では、イオンビームの行路中の残留ガスによって多価
のイオンが価数のより低いイオンとなってしまい、この
低い価数のイオンがコンタミネーションとなってしま
う。したがって、イオンビームの汚染度が高い場合に
は、イオンビームの行路中の残留ガスを除去するよう
に、すなわち、真空度を高くするように制御してイオン
注入を行えば、所望の多価のイオン注入を行うことがで
きる。
That is, in the case of implanting polyvalent ions, the polyvalent ions become ions of lower valence due to the residual gas in the path of the ion beam, and the ions of low valence are contaminated. It becomes a nation. Therefore, when the degree of contamination of the ion beam is high, if the residual gas in the path of the ion beam is removed, that is, if the degree of vacuum is controlled to perform the ion implantation, the desired multivalent charge can be obtained. Ion implantation can be performed.

【0045】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン注入時のコンタミネーションを高感度にかつ容易
に検出することができる。
As described above, according to the present invention,
Contamination during ion implantation can be easily detected with high sensitivity.

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

【図1】シリコン基板にPイオンをイオン注入したとき
の、深さ方向のP濃度分布を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a P concentration distribution in a depth direction when P ions are implanted into a silicon substrate.

【図2】本発明の実施例によるイオン注入時の汚染評価
方法に使用する評価用基板の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an evaluation substrate used in a contamination evaluation method during ion implantation according to an example of the present invention.

【図3】図2に示す評価用基板にPイオンをイオン注入
したときの、半導体層のシート抵抗と半導体層の厚さと
の関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the sheet resistance of the semiconductor layer and the thickness of the semiconductor layer when P ions are ion-implanted into the evaluation substrate shown in FIG.

【図4】図2に示す評価用基板にPイオンをイオン注入
したときの、半導体層のシート抵抗の変動率と半導体層
の厚さとの関係を示すグラフである。
4 is a graph showing the relationship between the variation rate of the sheet resistance of the semiconductor layer and the thickness of the semiconductor layer when P ions are ion-implanted into the evaluation substrate shown in FIG.

【図5】図2に示す評価用基板にPイオンをイオン注入
したときの、半導体層のシート抵抗及びその変動率とコ
ンタミネーションの比率との関係を示すグラフである。
5 is a graph showing the relationship between the sheet resistance of the semiconductor layer and its variation rate and the contamination ratio when P ions are implanted into the evaluation substrate shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁表面を有する基板 1a シリコン基板 1b 絶縁膜 2 ポリシリコン膜 1 Substrate having insulating surface 1a Silicon substrate 1b Insulating film 2 Polysilicon film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 深さ方向に半導体領域と絶縁体領域が分
布した評価用基板を準備する工程と、 前記評価用基板の上面に注入すべきイオンを含むイオン
ビームを照射してイオン注入を行う工程と、 前記評価用基板をアニールしてイオン注入されたイオン
を活性化するアニール工程と、 前記半導体領域のシート抵抗を測定し、測定値と予め求
められているシート抵抗の基準値とを比較して、前記イ
オンビーム中に含まれている前記注入すべきイオン以外
の他のイオンを検出する工程とを含み、 前記評価用基板を準備する工程では、 前記アニール工程後における前記半導体領域のシート抵
抗の面内分布の予め決められた標準偏差の基準値をσ、
前記注入すべきイオンのみを含むイオンビームを照射し
てイオン注入したときの前記半導体領域のシート抵抗を
Rs0 、前記他のイオンも含むイオンビームを照射して
イオン注入したときの前記半導体領域のシート抵抗をR
sとしたとき、 |Rs0 −Rs|>σ の関係を満たすように、前記半導体領域の深さ及び厚さ
が決められている評価用基板を準備するイオン注入にお
ける汚染評価方法。
1. A step of preparing an evaluation substrate in which a semiconductor region and an insulator region are distributed in a depth direction, and ion implantation is performed by irradiating an upper surface of the evaluation substrate with an ion beam containing ions to be implanted. A step, an annealing step of annealing the evaluation substrate to activate the ion-implanted ions, a sheet resistance of the semiconductor region is measured, and the measured value is compared with a predetermined reference value of the sheet resistance. Then, including the step of detecting ions other than the ions to be implanted contained in the ion beam, in the step of preparing the evaluation substrate, a sheet of the semiconductor region after the annealing step The standard value of the standard deviation of the in-plane distribution of the resistance is σ,
The sheet resistance of the semiconductor region when ion-implanted by irradiating the ion beam containing only the ions to be implanted is Rs 0 , and the sheet resistance of the semiconductor region when ion-implanted by irradiating the ion beam also containing the other ions. Sheet resistance is R
A contamination evaluation method in ion implantation for preparing an evaluation substrate in which the depth and thickness of the semiconductor region are determined so as to satisfy the relationship of | Rs 0 −Rs |> σ, where s.
【請求項2】 前記半導体領域の深さ及び厚さが、 |Rs0 −Rs|>2σ の関係を満たすように決められている請求項1記載のイ
オン注入における汚染評価方法。
2. The contamination evaluation method in ion implantation according to claim 1, wherein the depth and thickness of the semiconductor region are determined so as to satisfy the relationship of | Rs 0 −Rs |> 2σ.
【請求項3】 前記基準値σは、0.005×Rs0
ある請求項1記載のイオン注入における汚染評価方法。
3. The contamination evaluation method in ion implantation according to claim 1, wherein the reference value σ is 0.005 × Rs 0 .
【請求項4】 深さ方向に半導体領域と絶縁体領域が分
布した評価用基板を準備し、 イオンビーム行路中の真空度が第1真空度の条件で、前
記評価用基板の上面に注入すべきイオンを含むイオンビ
ームを照射してイオン注入を行い、 前記評価用基板をアニールしてイオン注入されたイオン
を活性化し、 前記半導体領域のシート抵抗を測定し、測定値と予め求
められているシート抵抗の基準値とを比較して、前記イ
オンビーム中に含まれている前記注入すべきイオン以外
の他のイオンを検出する評価工程であって、 前記評価用基板は、アニール後における前記半導体領域
のシート抵抗の面内分布の予め決められた標準偏差の基
準値をσ、前記注入すべきイオンのみを含むイオンビー
ムを照射してイオン注入したときの前記半導体領域のシ
ート抵抗をRs 0 、前記他のイオンも含むイオンビーム
を照射してイオン注入したときの前記半導体領域のシー
ト抵抗をRsとしたとき、 |Rs0 −Rs|>σ の関係を満たすように、前記半導体領域の深さ及び厚さ
が決められている前記評価工程と、 予め定められたシート抵抗誤差許容量をΔRsとしたと
き、 |Rs0 −Rs|>ΔRs の場合、前記第1真空度を高めて前記評価工程から再度
実施し、 |Rs0 −Rs|≦ΔRs の場合、前記第1真空度を適正真空度とする工程と、 イオン注入すべき半導体基板を準備する工程と、 イオンビーム行路中の真空度が前記適正真空度となる条
件で、前記半導体基板に前記注入すべきイオンを含むイ
オンビームを照射してイオン注入を行う工程とを含む半
導体装置の製造方法。
4. The semiconductor region and the insulator region are divided in the depth direction.
Prepare the coated evaluation board, and set the vacuum degree in the ion beam path to the first vacuum degree.
An ion beam containing ions to be implanted on the upper surface of the evaluation substrate.
Ion implantation by irradiating the ion beam, annealing the evaluation substrate, and implanting ions
Is activated, the sheet resistance of the semiconductor region is measured, and the measured value is obtained in advance.
Compare the sheet resistance reference value
Other than the ions to be implanted contained in the on-beam
Is an evaluation step for detecting other ions of the evaluation substrate, wherein the evaluation substrate is the semiconductor region after annealing.
Based on a predetermined standard deviation of the in-plane distribution of sheet resistance of
Ion beam containing quasi value σ and only the ions to be injected
Of the semiconductor region when ion irradiation is performed by irradiating a semiconductor
Resistance to Rs 0, An ion beam containing the other ions
Of the semiconductor region when irradiated with ions for ion implantation
When the resistance is Rs, | Rs0-Rs |> σ so that the depth and thickness of the semiconductor region are satisfied.
And the predetermined sheet resistance error tolerance is ΔRs.
, | Rs0In the case of −Rs |> ΔRs, the first vacuum degree is increased and the evaluation step is repeated.
Carry out | Rs0When −Rs | ≦ ΔRs, the step of setting the first degree of vacuum to a proper degree of vacuum, the step of preparing a semiconductor substrate to be ion-implanted, and the condition that the degree of vacuum in the ion beam path is the proper degree of vacuum.
The semiconductor substrate containing the ions to be implanted.
A step of irradiating with an on-beam and performing ion implantation
A method for manufacturing a conductor device.
JP6310594A 1994-12-14 1994-12-14 Contamination evaluation method in ion implantation and manufacture of semiconductor device Withdrawn JPH08167639A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6310594A JPH08167639A (en) 1994-12-14 1994-12-14 Contamination evaluation method in ion implantation and manufacture of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6310594A JPH08167639A (en) 1994-12-14 1994-12-14 Contamination evaluation method in ion implantation and manufacture of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08167639A true JPH08167639A (en) 1996-06-25

Family

ID=18007136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6310594A Withdrawn JPH08167639A (en) 1994-12-14 1994-12-14 Contamination evaluation method in ion implantation and manufacture of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08167639A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006229145A (en) * 2005-02-21 2006-08-31 Oki Electric Ind Co Ltd Method of monitoring implantation depth of impurities
JP2010056503A (en) * 2008-08-26 2010-03-11 Promos Technologies Inc Method for determining performance of injectting device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006229145A (en) * 2005-02-21 2006-08-31 Oki Electric Ind Co Ltd Method of monitoring implantation depth of impurities
JP2010056503A (en) * 2008-08-26 2010-03-11 Promos Technologies Inc Method for determining performance of injectting device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wilson Boron, fluorine, and carrier profiles for B and BF2 implants into crystalline and amorphous Si
US3622382A (en) Semiconductor isolation structure and method of producing
US6109207A (en) Process for fabricating semiconductor device with shallow p-type regions using dopant compounds containing elements of high solid solubility
US5861632A (en) Method for monitoring the performance of an ion implanter using reusable wafers
Anholt et al. Ion implantation into gallium arsenide
US4456489A (en) Method of forming a shallow and high conductivity boron doped layer in silicon
JPH08167639A (en) Contamination evaluation method in ion implantation and manufacture of semiconductor device
US6232189B1 (en) Manufacturing method of semiconductor device
EP0030370A2 (en) Ion implanted reverse-conducting thyristor
Schwettmann et al. Etch Rate Characterization of Boron‐Implanted Thermally Grown SiO2
EP0076570B1 (en) Method of making alloyed metal contact layers on integrated circuits
Raineri et al. High-energy channeling implants of phosphorus along the silicon [100] and [110] axes
Simard‐Normandin et al. Empirical modeling of low energy boron implants in silicon
Raineri et al. Boron implants in< 100> silicon at tilt angles of O degrees and 7 degrees
TW440898B (en) Method for establishing conditions of differential injection
JP2007173716A (en) Dose shift evaluation method
Baccarani et al. Range and straggle of boron in photoresist
Raineri et al. Channeling implants of B ions into silicon surfaces
JPS55102227A (en) Ion implantation
JP7334849B2 (en) Method for controlling donor concentration in silicon single crystal substrate
Chen et al. Formation of silicon on insulator using separation by implantation of oxygen with water plasma
Osburn et al. Profiling of ultra‐shallow complementary metal–oxide semiconductor junctions using spreading resistance: A comparison to secondary ion mass spectrometry
JP2010112821A (en) Depth calibration sample for secondary ion mass spectrometry, production method of the same and secondary ion mass spectrometry
Thomé et al. Formation of metallic nanophases in silica by ion-beam mixing Part I: Mixing mechanisms
Xia et al. Rapid thermal annealing of Si1− xGex layers formed by germanium ion implantation

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20020305