JPH1092891A - 半導体装置製造プロセスの熱酸化工程におけるｎ型化検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置製造プロセスの熱酸化工程におけ
るリン汚染等によるＮ型化を高感度で検知でき、これに
より、半導体装置の特性悪化の防止・低減を図ることが
きる半導体装置製造プロセスの熱酸化工程におけるＮ型
化検出方法を提供する。 【解決手段】 半導体装置製造プロセスの熱酸化工程
ＩにおけるＮ型化検出の際、Ｎ型半導体基板等を被検出
体としてそのシート抵抗を測定することによりＮ型化を
検出するとともに、シート抵抗を測定する工程ＩＶに先
立ち、被検出体にＰ型不純物導入等のイオン注入を行う
工程ＩＩを追加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置製造プ
ロセスの熱酸化工程におけるＮ型化検出方法に関する。
半導体装置製造プロセスの熱酸化工程においては、その
工程の不具合の一つとして、設計外の不必要なＮ型化が
あり、このＮ型化の有無及びその程度のモニタが要せら
れることがある。本発明は、そのような場合のＮ型化検
出を、高感度でモニタできるようにしたＮ型化検出方法
を提供するものである。本発明は、Ｎ型化検出を要する
半導体プロセスに汎用できるものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置製造プロセスの熱酸
化工程におけるＮ型化検出方法にあっては、被検出体の
シート抵抗を測定することによりＮ型化を検出する手法
をとる。従来技術においては、このような半導体装置製
造プロセスの熱酸化工程におけるＮ型化を検出するため
に、たとえば検出用のサンプルウェーハを用意して、こ
れにプロセスの熱酸化工程を行って、その後、そのシー
ト抵抗を測定することによりＮ型化を検出する手法をと
っている。

【０００３】代表的な従来の手法を述べれば、次のとお
りである。図３の工程図を参照する。たとえば、高抵抗
（１０００Ω・ｃｍ以上）のＰ型シリコンウェーハを熱
酸化し（図３の工程Ｉ）、酸化膜をエッチングして（図
３の工程ＩＩ）、その後、抵抗測定器（ρｓ測定機）に
てそのシート抵抗を測定する（図３の工程ＩＶ）。抵抗
値が一定の値以下にならないことを確認して、Ｎ型化が
無い（あるいは無視できる程度に小さい）ものとしてい
る。このようにして従来技術では、図４に略示するよう
にサンプル基板１′である高抵抗のＰ型シリコンウェー
ハがＮ型化（Ｐ（リン）等が入る）された場合はそのＮ
型化（図４に符号３で模式的に示す）により、図４に符
号３１で模式的に示すようにその部分が低抵抗となるこ
とを利用して、Ｎ型化を調べる。しかしこの手法では、
マップでシート抵抗の分布を取っても、Ｎ型化の程度が
かなり悪い場合にしかそれは判断できない。よってこの
従来技術でＮ型化が無い、あるいは無視できる程度に小
さいと判断しても、実際には、デバイスの特性にＮ型化
が悪い影響を及ぼしていることがある。

【０００４】代表的な半導体装置製造プロセスの熱酸化
工程、及び従来のＮ型化検出方法について、具体的に説
明すると、次のとおりである。

【０００５】一般的な半導体装置製造プロセスの熱酸化
工程においては、たとえばシリコンウェーハについて
は、加熱条件、たとえば、８００℃を初期温度として１
１００℃までランピングアップする条件において、酸化
雰囲気、たとえば、ＨＣｌ及びＯ₂ 混合ガスを流す条件
で酸化を行う。これにより、シリコンウェーハに二酸化
シリコン膜を付ける。

【０００６】熱処理装置は、たとえば図５に示したよう
な横型炉を用いることができる。図５中、符号１０は被
処理半導体基板であり、石英チューブ４中に収納された
ボート５に並べて配置されている。石英チューブ４中に
は処理ガスが導入されるとともに、石英チューブ４の外
側に配設されたヒーター６１，６２により、全体が加熱
されるようになっている。

【０００７】上記のような熱処理の工程において、設計
外のＮ型化が生じることがあるわけであり、それは、炉
内に混入したＰ（リン）が、ウェーハに拡散されるため
と考えられる。（Ｐ（リン）以外のＮ型不純物に起因す
る場合もあり得る）。

【０００８】通常、横型炉の場合、図６（ｂ）に示すよ
うなウェーハ１はディスク形状の下辺をフラットに切欠
いたいわゆるオリフラ１１を下にしてセットする。この
場合、上記Ｐ（リン）の拡散は、ウェーハ表面では、図
６（ｂ）図示のごとくオリフラ１１の逆側（上側）に集
中する。図６は、Ｎ型化を調べるためのシート抵抗を測
定した場合の事例を略示するものであり、図６（ａ）は
均一性が２％前後の良い例であり、図６（ｂ）は均一性
が４％以上の悪い例である。図７は均一性が良い場合の
実際の測定マップであり、図８（ｂ）は均一性が悪い場
合の実際の測定マップである。

【０００９】専用炉でも、ウェーハからの持込みや、ク
リーンルーム内の雰囲気等で、Ｐ（リン）等の汚染が蓄
積する。よって、Ｎ型化の可能性があり、その検出が要
せられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、不要
で不都合なＮ型化の可能性は避けられず、よってその検
出が要せられるのであり、従来の技術は、高抵抗のＰ型
シリコンウェーハがＮ型化されてることにより低抵抗と
なることを利用しているが、これであると、Ｎ型化の程
度がかなり悪い場合にしか検出ができず、実際にはＮ型
化の悪影響が出てしまうことがあった。

【００１１】本発明は上記従来技術の問題点を解決し
て、半導体装置製造プロセスの熱酸化工程におけるリン
汚染等によるＮ型化を高感度で検知でき、これにより、
半導体装置の特性悪化の防止・低減を図ることができる
半導体装置製造プロセスの熱酸化工程におけるＮ型化検
出方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置製造プロセスの熱酸化工程
におけるＮ型化検出方法は、被検出体のシート抵抗を測
定することによりＮ型化を検出する手法をとるととも
に、シート抵抗を測定する工程に先立ち、被検出体にイ
オン注入を行う工程を追加することを特徴とする構成に
する。

【００１３】すなわち、従来技術にあっては、たとえば
Ｐ型基板がＮ型化されることにより低抵抗となることを
利用するが、これに対し、本発明は、イオン注入を行う
工程を追加し、このイオン注入によって打ち返すことに
より、たとえばＮ型化されたところが高抵抗となること
を利用している。

【００１４】本発明によれば、たとえばＰ型基板につい
て、Ｐ型不純物を導入するイオン注入（たとえばボロン
のイオン注入）を行う工程を追加し、このイオン注入に
よって打ち返された部分は、Ｎ型化されたところが高抵
抗となることを利用して、Ｎ型化の検出を行うのであ
り、この手法によれば、Ｎ型化の高感度な検知が可能に
なる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施の形態
について、図面を参照して説明する。但し当然のことで
はあるが、本発明は以下に述べる実施の形態例に限定さ
れるものではない。

【００１６】本発明においては、半導体装置製造プロセ
スの熱酸化工程におけるＮ型化検出に際し、被検出体の
シート抵抗を測定することによりＮ型化を検出する手法
をとるとともに、シート抵抗を測定する工程に先立ち、
被検出体にイオン注入を行う工程を追加するものである
が、この場合、被検出体としてのサンプルウェーハを、
Ｎ型半導体基板（Ｎ型サンプルウェーハ）とし、上記イ
オン注入としてＰ型不純物を導入するイオン注入を行う
態様で実施することができる。以下に、このように具体
化した、本発明の一実施の形態例を図面を参照して説明
する。

【００１７】実施の形態例１ 図１にここで実施したＮ型化検出方法のフローを示す。
対比のため、図３に従来技術のＮ型化検出方法のフロー
を示す。また、図２に、この実施の形態例に係るＮ型化
検出方法の説明図を示し、図４に、従来技術のＮ型化検
出方法の説明図を示す。

【００１８】本実施の形態例では、使用するシリコンウ
ェーハの種類を変更することと、イオン注入（ここでは
ボロンの低ドーズ、１Ｅ１１〜５Ｅ１１／ｃｍ² 程度の
イオン注入）と熱拡散（アニール）を追加することが、
従来と異なる。

【００１９】すなわち、本例では、図１にも示すよう
に、Ｎ型シリコンウェーハをウェーハサンプルとしてこ
れを被検出体とする。ここで用いるＮ型シリコンウェー
ハは、数十Ω・ｃｍ程度のもので、従来技術における、
１０００Ω・ｃｍ以上の高抵抗の、Ｐ型シリコンウェー
ハとは異なる。本例ではこのＮ型シリコンウェーハを、
熱酸化工程Ｉで熱酸化する。次いで、イオン注入ＩＩを
行う。ここでは、ボロンを、低ドーズ、たとえば１Ｅ１
１〜５Ｅ１１／ｃｍ² 程度で注入する。その後、酸化膜
のエッチング工程ＩＩＩを行い、シート抵抗測定ＩＶを
行う。

【００２０】本例において、イオン注入するボロンの量
は低ドーズである。中、高ドーズだと、多少のＮ型化
は、ドーズ量で吸収されてしまう可能性があるからであ
る。

【００２１】また、本例におけるＮ型化のメカニズム
を、図２に示す。図２に示すように、サンプル基板であ
るＮ型基板１に、ボロンをイオン注入した結果、Ｎ型基
板１（マイナスの符号をもって、Ｎ型を示す）中に符号
３で示すボロンのイオン注入部（Ｐ型部）が生じる。熱
酸化工程において、符号３で示すようにＮ型化が発生す
ると、その部分（符号３０で示す）の抵抗値が高くな
る。よって、シート抵抗の測定によって、Ｎ型化を感度
良く検出できる。

【００２２】今回の技術では、基板濃度とイオン注入に
よる濃度が同じになった場合、最もＮ型化検出の感度は
高くなる。よって、本例では、基板濃度とイオン注入に
よる濃度がほぼ同じようになる条件で、Ｎ型基板１の選
定及びイオン注入の条件設定を行った。本例でのボロン
のイオン注入量の最適値は、５．０Ｅ１１（ｉｏｎｓ／
ｃｍ² ）である。

【００２３】なお本例において、熱酸化工程の条件は、
従来のシリコンウェーハについての条件と同様、８００
℃を初期温度として１１００℃までランピングアップす
る加熱条件において、酸化雰囲気であるＨＣｌ及びＯ₂
混合ガスを流す条件で酸化を行うようにした。すなわち
ここでは、８００℃の条件の時点から、ＨＣｌ及びＯ₂
混合ガス雰囲気として、熱酸化を行う。この条件で熱酸
化して、シリコンウェーハに二酸化シリコン膜を付け
る。

【００２４】熱処理装置は、前記説明した図５に示した
ような横型炉を用いた。熱酸化工程におけるアニール条
件は、１０００℃（８００℃からランピングアップ）で
３０分間とした。このアニールは、活性化のためである
が、ここで熱拡散も生じている。

【００２５】本実施の形態例によれば、半導体製造プロ
セスの熱酸化工程における不具合の一つであったＮ型化
について、その有無及びその程度をモニターを、高感度
でモニターできるようになる。

【００２６】よってこれにより、半導体装置プロセスの
熱酸化工程におけるＮ型化（Ｐ汚染等）を高感度でモニ
ターできるため、半導体デバイスの特性悪化の防止・低
減を図ることが可能ならしめられる。

【００２７】

【発明の効果】上述のとおり、本発明に係る半導体装置
製造プロセスの熱酸化工程におけるＮ型化検出方法によ
れば、従来技術の問題点が解決され、熱酸化工程におけ
るリン汚染等によるＮ型化を高感度で検知でき、これに
より、半導体装置の特性悪化の防止・低減を図ることが
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態例１の工程フローを示す
工程図である。

【図２】 本発明の実施の形態例１の作用を説明する説
明図である。

【図３】 従来技術の工程フローを示す工程図である。

【図４】 従来技術を説明する説明図である。

【図５】 本発明の実施の形態例１で用いた熱酸化装置
の側部一部断面概略図である。

【図６】 シート抵抗の測定事例を略示する概略模式図
である。

【図７】 シート抵抗の実測結果を示す図であり、良い
例を示すものである。

【図８】 シート抵抗の実測結果を示す図であり、悪い
例を示すものである。

【符号の説明】

Ｉ・・・熱酸化工程、ＩＩ・・・イオン注入工程、ＩＩ
Ｉ・・・酸化膜のエッチング工程、ＩＶ・・・シート抵
抗測定工程。１・・・被検出体（サンプル基板）、２・
・・注入された不純物、３・・・Ｎ型化（部分）、３０
・・・抵抗が高くなる部分。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体装置製造プロセスの熱酸化工程にお
   けるＮ型化検出方法であって、 被検出体のシート抵抗を測定することによりＮ型化を検
   出する手法をとるとともに、 シート抵抗を測定する工程に先立ち、被検出体にイオン
   注入を行う工程を追加することを特徴とする半導体装置
   製造プロセスの熱酸化工程におけるＮ型化検出方法。
2. 【請求項２】上記被検出体が、Ｎ型半導体基板であり、 上記イオン注入が、Ｐ型不純物を導入するイオン注入で
   あることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造
   プロセスの熱酸化工程におけるＮ型化検出方法。