JPH0886725A - 半導体ウエハ中拡散元素の深さ方向分析装置と分析方法 - Google Patents
半導体ウエハ中拡散元素の深さ方向分析装置と分析方法Info
- Publication number
- JPH0886725A JPH0886725A JP22136894A JP22136894A JPH0886725A JP H0886725 A JPH0886725 A JP H0886725A JP 22136894 A JP22136894 A JP 22136894A JP 22136894 A JP22136894 A JP 22136894A JP H0886725 A JPH0886725 A JP H0886725A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、ウエハ中にイオン注入された拡散
元素の濃度分布を、高い分解能と高い信頼性で測定する
ことを目的とする。 【構成】 酸化剤を含む酸化液をウエハに接触させて表
面を酸化し且つ該酸化液を捕集する第１の工程と、形成
した酸化膜を希フッ酸で溶解し該希フッ酸を捕集する第
２の工程と、前記第１の工程及び第２の工程とを繰り返
す第３の工程と、第１、第２及び第３の工程で捕集した
酸化液及び希フッ酸中のＳｉ及びＡｓを定量分析する第
４の工程、とからなることを特徴とする分析を行う。 【効果】 本発明よれば、半導体ウエハ中にイオン注入
した拡散元素の深さプロファイルを、物理的な影響を受
ずに、高い深さ分解能と高い信頼性で得ることができ
る。これにより、イオン注入基板の高精度な評価が実施
できる。
元素の濃度分布を、高い分解能と高い信頼性で測定する
ことを目的とする。 【構成】 酸化剤を含む酸化液をウエハに接触させて表
面を酸化し且つ該酸化液を捕集する第１の工程と、形成
した酸化膜を希フッ酸で溶解し該希フッ酸を捕集する第
２の工程と、前記第１の工程及び第２の工程とを繰り返
す第３の工程と、第１、第２及び第３の工程で捕集した
酸化液及び希フッ酸中のＳｉ及びＡｓを定量分析する第
４の工程、とからなることを特徴とする分析を行う。 【効果】 本発明よれば、半導体ウエハ中にイオン注入
した拡散元素の深さプロファイルを、物理的な影響を受
ずに、高い深さ分解能と高い信頼性で得ることができ
る。これにより、イオン注入基板の高精度な評価が実施
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハにイオン注
入した拡散元素の深さ方向の濃度分布を測定する方法に
係り、特に、Ｓｉウエハ表面近くの浅い部位に拡散する
元素を深さ分解能１ｎｍ以下ないし２ｎｍ程度で測定す
る方法に関する。
入した拡散元素の深さ方向の濃度分布を測定する方法に
係り、特に、Ｓｉウエハ表面近くの浅い部位に拡散する
元素を深さ分解能１ｎｍ以下ないし２ｎｍ程度で測定す
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術として、Ｓｉウエハにイオン
注入した拡散元素の深さ方向の濃度分布を測定する方法
は二次イオン質量分析法（以下、ＳＩＭＳと略称す
る。）が知られている。文献（河東田 隆編著、産業図
書）に見られるように、ＳＩＭＳは試料にイオンビーム
を照射してスパッタを行い、発生する二次イオンを質量
分析する方法である。ＳＩＭＳで測定したＳｉ中Ａｓの
ドーパントプロファイルを図１、ａカーブに示す。図に
見られるように、測定時のイオンによる被検元素の再拡
散、つまりテーリング現象のため、酸化膜及びウエハ最
表面層の情報は正確さに欠けるだけでなく、接合深さ５
０ｎｍ程度と浅く注入した元素の正確なドーパントプロ
ファイル測定が困難という問題点を有する。この方法で
はイオンビームによってスパッタされる深さは、一次イ
オン電流、エネルギー、イオン種及び試料表面状態等多
くの因子で変化するが、一般的な測定条件においてＳｉ
ウエハでの深さの分解能は５〜１０ｎｍである。深さ方
向の分解能を向上するため、特願公開（昭６３−２３８
５４２）ではイオンビームを低い角度で入射する方法を
公開しているが、発明の効果は数ｎｍオーダーにとどま
り、深さ分解能向上は少ない問題点がある。
注入した拡散元素の深さ方向の濃度分布を測定する方法
は二次イオン質量分析法（以下、ＳＩＭＳと略称す
る。）が知られている。文献（河東田 隆編著、産業図
書）に見られるように、ＳＩＭＳは試料にイオンビーム
を照射してスパッタを行い、発生する二次イオンを質量
分析する方法である。ＳＩＭＳで測定したＳｉ中Ａｓの
ドーパントプロファイルを図１、ａカーブに示す。図に
見られるように、測定時のイオンによる被検元素の再拡
散、つまりテーリング現象のため、酸化膜及びウエハ最
表面層の情報は正確さに欠けるだけでなく、接合深さ５
０ｎｍ程度と浅く注入した元素の正確なドーパントプロ
ファイル測定が困難という問題点を有する。この方法で
はイオンビームによってスパッタされる深さは、一次イ
オン電流、エネルギー、イオン種及び試料表面状態等多
くの因子で変化するが、一般的な測定条件においてＳｉ
ウエハでの深さの分解能は５〜１０ｎｍである。深さ方
向の分解能を向上するため、特願公開（昭６３−２３８
５４２）ではイオンビームを低い角度で入射する方法を
公開しているが、発明の効果は数ｎｍオーダーにとどま
り、深さ分解能向上は少ない問題点がある。
【０００３】本発明では、ウエハ表面を酸化剤溶液と接
触させて自然酸化膜を形成させる。従来の技術として、
特願公開（平５−５５１９７）では酸素および／または
酸素を含む分子を含有する溶液、例えば酸素が溶存する
溶液、過酸化水素水などを、酸化膜を形成しようとする
基体の表面に接触させて自然酸化膜を形成し、更に昇温
加熱して、絶縁性の高い酸化膜を形成する方法が開示さ
れている。この方法は、高絶縁性酸化膜形成を主目的と
するため、自然酸化膜の膜厚制御は考慮されていない。
また、特願公開（平４−１８７２９）ではアンモニア及
び過酸化水素の混合溶液中にウエハを浸漬して、表面に
自然酸化を形成後、これを高温の酸化雰囲気中に保持し
て、さらにシリコン酸化膜を形成する方法を示してい
る。この方法では酸化液の温度を８５℃に加温する必要
があるため、溶液比率の維持が難しく、自然酸化膜の膜
厚制御も難しいという問題点がある。
触させて自然酸化膜を形成させる。従来の技術として、
特願公開（平５−５５１９７）では酸素および／または
酸素を含む分子を含有する溶液、例えば酸素が溶存する
溶液、過酸化水素水などを、酸化膜を形成しようとする
基体の表面に接触させて自然酸化膜を形成し、更に昇温
加熱して、絶縁性の高い酸化膜を形成する方法が開示さ
れている。この方法は、高絶縁性酸化膜形成を主目的と
するため、自然酸化膜の膜厚制御は考慮されていない。
また、特願公開（平４−１８７２９）ではアンモニア及
び過酸化水素の混合溶液中にウエハを浸漬して、表面に
自然酸化を形成後、これを高温の酸化雰囲気中に保持し
て、さらにシリコン酸化膜を形成する方法を示してい
る。この方法では酸化液の温度を８５℃に加温する必要
があるため、溶液比率の維持が難しく、自然酸化膜の膜
厚制御も難しいという問題点がある。
【０００４】また、Ｓｉの定量は誘導結合型プラズマ発
光分析装置、誘導結合型プラズマ質量分析装置及びマイ
クロ波プラズマ発光分析装置等のプラズマを用いた高感
度分析装置が用いられるが、プラズマを形成するトーチ
部は従来石英製であるため、フッ酸を含む溶液ではトー
チ部からのＳｉ混入が発生するため、Ｓｉの定量精度が
低いという問題点がある。
光分析装置、誘導結合型プラズマ質量分析装置及びマイ
クロ波プラズマ発光分析装置等のプラズマを用いた高感
度分析装置が用いられるが、プラズマを形成するトーチ
部は従来石英製であるため、フッ酸を含む溶液ではトー
チ部からのＳｉ混入が発生するため、Ｓｉの定量精度が
低いという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ウエ
ハ中にイオン注入された不純物元素の濃度分布測定に係
り、特にウエハ表面近くは１ｎｍ以下の分解能を有し、
不純物濃度が低くなるに従い分解能を２ｎｍ程度にして
測定することが可能な半導体ウエハ中拡散元素の濃度分
布測定法を提供することにある。
ハ中にイオン注入された不純物元素の濃度分布測定に係
り、特にウエハ表面近くは１ｎｍ以下の分解能を有し、
不純物濃度が低くなるに従い分解能を２ｎｍ程度にして
測定することが可能な半導体ウエハ中拡散元素の濃度分
布測定法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体ウエ
ハ中拡散元素の濃度分布測定法は、ウエハの表面を酸化
剤であるアンモニアと過酸化水素と純水との混合溶液
（酸化液）に接触させて酸化膜を形成し該酸化液を捕集
して第１の試料溶液を調整する第１の工程と、その後形
成した酸化膜を希フッ酸で溶解し該希フッ酸を捕集して
第２の試料溶液を調整する第２の工程と、第１の工程及
び第２の工程の操作を繰り返えし、イオン注入した元素
に物理的な影響を及ぼすことなく、深さ方向にウエハの
エッチングを行う第３の工程と、前記第１の工程、第２
の工程及び第３の工程に用いた酸化剤及び希フッ酸（即
ち、第１及び２の試料溶液）中に溶出した拡散元素及び
Ｓｉをそれぞれ定量分析する第４の工程、とを少なくと
も備えたことを特徴とする。
ハ中拡散元素の濃度分布測定法は、ウエハの表面を酸化
剤であるアンモニアと過酸化水素と純水との混合溶液
（酸化液）に接触させて酸化膜を形成し該酸化液を捕集
して第１の試料溶液を調整する第１の工程と、その後形
成した酸化膜を希フッ酸で溶解し該希フッ酸を捕集して
第２の試料溶液を調整する第２の工程と、第１の工程及
び第２の工程の操作を繰り返えし、イオン注入した元素
に物理的な影響を及ぼすことなく、深さ方向にウエハの
エッチングを行う第３の工程と、前記第１の工程、第２
の工程及び第３の工程に用いた酸化剤及び希フッ酸（即
ち、第１及び２の試料溶液）中に溶出した拡散元素及び
Ｓｉをそれぞれ定量分析する第４の工程、とを少なくと
も備えたことを特徴とする。
【０００７】上記第１の工程、第２の工程及び第３の工
程を行うさい、Ｓｉウエハ固定治具を使用すると良い。
ウエハ固定治具は、図２に示すように、ウエハ表面に接
触させた酸化液及び希フッ酸の保持が容易であるよう
に、治具の壁面を処理液の上面より高くすることが望ま
しい。また、第１の工程における酸化液の抽出又は第２
の工程における希フッ酸溶液の抽出による試料溶液の調
整においては、酸化液及びに希フッ酸溶液対して耐性の
ある材質からなるピペット及び容器を用いる。
程を行うさい、Ｓｉウエハ固定治具を使用すると良い。
ウエハ固定治具は、図２に示すように、ウエハ表面に接
触させた酸化液及び希フッ酸の保持が容易であるよう
に、治具の壁面を処理液の上面より高くすることが望ま
しい。また、第１の工程における酸化液の抽出又は第２
の工程における希フッ酸溶液の抽出による試料溶液の調
整においては、酸化液及びに希フッ酸溶液対して耐性の
ある材質からなるピペット及び容器を用いる。
【０００８】上記第１の工程及び第３の工程のウエハ表
面酸化方法において、酸化膜厚の制御は酸化剤混合溶液
中のアンモニアと過酸化水の比率を変えることにより行
う。アンモニアの濃度は０.０１〜５.０mol/ｌ、過酸化
水素濃度は０.５〜５.０mol/ｌである。また、酸化時間
は５〜３０分が良い。
面酸化方法において、酸化膜厚の制御は酸化剤混合溶液
中のアンモニアと過酸化水の比率を変えることにより行
う。アンモニアの濃度は０.０１〜５.０mol/ｌ、過酸化
水素濃度は０.５〜５.０mol/ｌである。また、酸化時間
は５〜３０分が良い。
【０００９】上記第４の工程で拡散元素及びＳｉの定量
分析は、例えば、誘導結合プラズマ発光分析装置、誘導
結合プラズマ質量分析装置、マイクロ波発光分析装置等
の高感度分析装置によることが望ましい。特に、これら
の分析装置のおいてプラズマを形成するプラズマトーチ
部をセラミック製とすることが望ましい。
分析は、例えば、誘導結合プラズマ発光分析装置、誘導
結合プラズマ質量分析装置、マイクロ波発光分析装置等
の高感度分析装置によることが望ましい。特に、これら
の分析装置のおいてプラズマを形成するプラズマトーチ
部をセラミック製とすることが望ましい。
【００１０】
【作用】本発明によれば、半導体ウエハ中にイオン注入
した拡散元素は化学的な手法で抽出するため、ＳＩＭＳ
のような物理的な影響を受けることなく、高い深さ分解
能でのドーパントプロファイルを得ることが可能とな
る。
した拡散元素は化学的な手法で抽出するため、ＳＩＭＳ
のような物理的な影響を受けることなく、高い深さ分解
能でのドーパントプロファイルを得ることが可能とな
る。
【００１１】本発明のウエハ固定治具を用いれば、酸化
液及び希フッ酸など処理液の保持が容易となり、２０〜
３０回を超える複数回の処理においても、同一所定個所
を再現性良く迅速に処理することが可能となる。また、
本発明のセラミック製プラズマトーチを用いれば、試料
導入系を含むプラズマトーチからのＳｉ混入がなくなり
Ｓｉ定量性が向上する。その結果エッチング深さの測定
精度が向上する。また図４及び図５に示すように、Ｓｉ
ウエハのエッチング量はアンモニア／過酸化水素の濃度
比率を変化させることにより、形成させる酸化膜厚で制
御することができるため、ドーパントプロファイルの深
さ分解能は任意に選択することが可能となる。Ｓｉウエ
ハのエッチング深さは拡散元素と共に定量分析したＳｉ
量から算出するため、別の装置で測定する必要がなく、
正確なエッチング深さを得ることが可能となる。
液及び希フッ酸など処理液の保持が容易となり、２０〜
３０回を超える複数回の処理においても、同一所定個所
を再現性良く迅速に処理することが可能となる。また、
本発明のセラミック製プラズマトーチを用いれば、試料
導入系を含むプラズマトーチからのＳｉ混入がなくなり
Ｓｉ定量性が向上する。その結果エッチング深さの測定
精度が向上する。また図４及び図５に示すように、Ｓｉ
ウエハのエッチング量はアンモニア／過酸化水素の濃度
比率を変化させることにより、形成させる酸化膜厚で制
御することができるため、ドーパントプロファイルの深
さ分解能は任意に選択することが可能となる。Ｓｉウエ
ハのエッチング深さは拡散元素と共に定量分析したＳｉ
量から算出するため、別の装置で測定する必要がなく、
正確なエッチング深さを得ることが可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図５により説
明する。
明する。
【００１３】図２は、ｐ型Ｓｉウエハ中にイオン注入し
たＡｓのドーパントプロファイルを測定する分析フロー
図である。図３は、繰り返し処理を行うためのＳｉウエ
ハ固定治具の構成断面図である。分析操作手順は、Ｓｉ
ウエハを治具に固定した後、アンモニア／過酸化水素／
純水の混合溶液、つまり酸化液をウエハ表面に接触さ
せ、１５分間静置して酸化膜を形成する。酸化液を回収
保存し、治具に固定したままウエハを流水洗浄する。そ
の後酸化膜を希フッ酸で溶解し、回収する。再度ウエハ
を洗浄した後、この処理を５０〜１００回程度繰り返
し、深さ方向のエッチングを行う。回収した各処理液中
のＡｓ及びＳｉを誘導結合発光分析法で定量する。エッ
チング深さはＳｉ定量値から換算し、Ａｓのドーパント
プロファイルを作成した。図１中ａカーブは、本発明に
係る分析によって得られた結果であリ、ｂカーブは従来
法のＳＩＭＳの結果である。図で明らかなように、ｂカ
ーブでは、ウエハ最表面から約５ｎｍ付近にピークが現
れ、またプロファイルの裾ひきが大きい。これはＳＩＭ
Ｓ測定時のイオンスパッタにより、ウエハ中のＡｓが再
拡散されて生じるためで、信頼性の高いドーパントプロ
ファイルはａカーブであることが判った。
たＡｓのドーパントプロファイルを測定する分析フロー
図である。図３は、繰り返し処理を行うためのＳｉウエ
ハ固定治具の構成断面図である。分析操作手順は、Ｓｉ
ウエハを治具に固定した後、アンモニア／過酸化水素／
純水の混合溶液、つまり酸化液をウエハ表面に接触さ
せ、１５分間静置して酸化膜を形成する。酸化液を回収
保存し、治具に固定したままウエハを流水洗浄する。そ
の後酸化膜を希フッ酸で溶解し、回収する。再度ウエハ
を洗浄した後、この処理を５０〜１００回程度繰り返
し、深さ方向のエッチングを行う。回収した各処理液中
のＡｓ及びＳｉを誘導結合発光分析法で定量する。エッ
チング深さはＳｉ定量値から換算し、Ａｓのドーパント
プロファイルを作成した。図１中ａカーブは、本発明に
係る分析によって得られた結果であリ、ｂカーブは従来
法のＳＩＭＳの結果である。図で明らかなように、ｂカ
ーブでは、ウエハ最表面から約５ｎｍ付近にピークが現
れ、またプロファイルの裾ひきが大きい。これはＳＩＭ
Ｓ測定時のイオンスパッタにより、ウエハ中のＡｓが再
拡散されて生じるためで、信頼性の高いドーパントプロ
ファイルはａカーブであることが判った。
【００１４】
【発明の効果】本発明よれば、半導体ウエハ中にイオン
注入した拡散元素を化学的な手法で抽出するため、ＳＩ
ＭＳのような物理的な影響を受けることなく、高い深さ
分解能での信頼性の高いドーパントプロファイルを得る
ことが可能である。この特徴により、イオン注入基板の
高精度な評価が実施でき、高集積半導体デバイス作成に
有効な情報を与えることができる。また簡易測定法であ
るＳＩＭＳの補正に極めて有効である。
注入した拡散元素を化学的な手法で抽出するため、ＳＩ
ＭＳのような物理的な影響を受けることなく、高い深さ
分解能での信頼性の高いドーパントプロファイルを得る
ことが可能である。この特徴により、イオン注入基板の
高精度な評価が実施でき、高集積半導体デバイス作成に
有効な情報を与えることができる。また簡易測定法であ
るＳＩＭＳの補正に極めて有効である。
【図１】本発明及び従来法（ＳＩＭＳ）で測定したＡｓ
ドーパントプロファイルを示す図である。
ドーパントプロファイルを示す図である。
【図２】Ｓｉウエハ中にイオン注入した拡散元素（Ａ
ｓ）のドーパントプロファイルを測定する分析フロー図
である。
ｓ）のドーパントプロファイルを測定する分析フロー図
である。
【図３】酸化及びエッチングを繰り返し処理するための
Ｓｉウエハ固定治具の構成断面図である。
Ｓｉウエハ固定治具の構成断面図である。
【図４】アンモニア／過酸化水素／純水の比率と酸化膜
厚の関係を示す図である。
厚の関係を示す図である。
１ 固定治具 ２ 処理液 ３ Ｓｉウエハ ４ マスク
Claims (4)
- 【請求項１】酸化剤を含む酸化液で半導体、特にＳｉウ
エハを平坦に酸化させて酸化膜を形成させる工程１と、
工程１で形成した酸化膜をＨＦを含むエッチング液で溶
解する工程２と、前記工程１及び工程２の処理を繰り返
し、順次Ｓｉウエハの深さ方向にエッチングする工程３
と、前記工程１、工程２及び工程３で使用した上記酸化
液及びエッチング液中の拡散元素及びＳｉを定量分析す
る工程４とを少なくとも有することを特徴とする、Ｓｉ
ウエハ中拡散元素の深さ方向分析方法。 - 【請求項２】請求第一項記載のＳｉウエハ中拡散元素の
深さ方向分析方法において、上記工程１、工程２及び工
程３の処理を繰り返すことを、正確に同一面積で実施す
るためのＳｉウエハ固定治具を用いることを特徴とする
半導体ウエハ中拡散元素の深さ方向分析方法。 - 【請求項３】請求第一項記載のＳｉの定量を、セラミッ
ク製プラズマトーチを具備した誘導結合型プラズマ発光
分析装置ないしは誘導結合型プラズマ質量分析装置で行
うことを特徴とする半導体ウエハ中拡散元素の深さ方向
分析方法。 - 【請求項４】請求第一項、第２項及び第３項記載のＳｉ
ウエハ中拡散元素の深さ方向分析方法において、上記工
程１で形成する酸化膜の厚さ制御を、酸化剤を含む酸化
液の比率を変えることで行うことを特徴とする半導体ウ
エハ中拡散元素の深さ方向分析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22136894A JPH0886725A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 半導体ウエハ中拡散元素の深さ方向分析装置と分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22136894A JPH0886725A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 半導体ウエハ中拡散元素の深さ方向分析装置と分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0886725A true JPH0886725A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=16765706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22136894A Pending JPH0886725A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 半導体ウエハ中拡散元素の深さ方向分析装置と分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0886725A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6004881A (en) * | 1997-04-24 | 1999-12-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Digital wet etching of semiconductor materials |
| DE19901014C1 (de) * | 1999-01-13 | 2000-06-21 | Wacker Siltronic Halbleitermat | Verfahren zur Bestimmung des Tiefenprofils von metallischen Verunreinigungen in einer Halbleiterscheibe |
| US6358761B1 (en) * | 1999-09-15 | 2002-03-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Silicon monitor for detection of H2O2 in acid bath |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP22136894A patent/JPH0886725A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6004881A (en) * | 1997-04-24 | 1999-12-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Digital wet etching of semiconductor materials |
| DE19901014C1 (de) * | 1999-01-13 | 2000-06-21 | Wacker Siltronic Halbleitermat | Verfahren zur Bestimmung des Tiefenprofils von metallischen Verunreinigungen in einer Halbleiterscheibe |
| US6358761B1 (en) * | 1999-09-15 | 2002-03-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Silicon monitor for detection of H2O2 in acid bath |
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