JPH11126810A - Measurement method of crystal defect - Google Patents
Measurement method of crystal defectInfo
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- JPH11126810A JPH11126810A JP9291925A JP29192597A JPH11126810A JP H11126810 A JPH11126810 A JP H11126810A JP 9291925 A JP9291925 A JP 9291925A JP 29192597 A JP29192597 A JP 29192597A JP H11126810 A JPH11126810 A JP H11126810A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体中に複数の結
晶欠陥層が存在する場合に、所望の結晶欠陥層を正確に
測定することのできる半導体の評価方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor evaluation method capable of accurately measuring a desired crystal defect layer when a plurality of crystal defect layers exist in the semiconductor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、コスト低減及びTAT化の目的で
Bipolar、BiCMOSトランジスターの埋め込
みコレクタ層を従来のエピタキシャル成長から高エネル
ギーイオン注入にて形成することが試みられている。こ
れらの技術に用いられる高エネルギーイオン注入では、
よりデバイスを高速で動作させるためにコレクタ抵抗を
低くする必要があり、従来ウェル形成等で用いられてき
た不純物ドース(<5x1013cm-2)よりも高いドー
スが要求されているが、ドースを高くするとコレクタ耐
圧が低下するためにコレクタ抵抗と耐圧の兼ね合いから
より実際的には、1x1014cm-2程度のドースを用い
ることが望ましいとされている。2. Description of the Related Art In recent years, attempts have been made to form a buried collector layer of a Bipolar or BiCMOS transistor by high energy ion implantation from conventional epitaxial growth for the purpose of cost reduction and TAT. In the high-energy ion implantation used for these technologies,
In order to operate the device at higher speed, it is necessary to lower the collector resistance, and a higher dose than the impurity dose (<5 × 10 13 cm −2 ) conventionally used for well formation or the like is required. It is considered that it is desirable to use a dose of about 1 × 10 14 cm −2 more practically from the viewpoint of the balance between the collector resistance and the withstand voltage since the collector withstand voltage is reduced when the height is increased.
【0003】図9に示すように、素子分離90を行った
p型Si基板93にP(燐)イオンを加速電圧1Me
V、ドース1x1014cm-2の条件でイオン注入を行
い、次にRTA(Rapid Thermal Ann
ealing)法により熱処理を行うことにより形成し
た埋め込み層91と、BF2 を加速電圧30keV、ド
ース3x1015cm-2の条件でイオン注入し、熱処理を
行うことによってp型層92を形成し、バイポーラトラ
ンジスタのベース及びコレクター領域の相当するp/n
ダイオードを作製した場合、前記RTA法による熱処理
の条件によっては、前記埋め込み層91付近から試料表
面方向に欠陥が成長し、前記p/nダイオードのリーク
電流が増大する。As shown in FIG. 9, P (phosphorus) ions are applied to a p-type Si substrate 93 subjected to element isolation 90 at an acceleration voltage of 1 Me.
V, a dose of 1 × 10 14 cm −2 was implanted, and then RTA (Rapid Thermal Anneal).
a buried layer 91 formed by performing a heat treatment according to an annealing method, and ion implantation of BF 2 under the conditions of an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 3 × 10 15 cm −2 to form a p-type layer 92 by performing a heat treatment. The corresponding p / n of the base and collector regions of the transistor
When a diode is manufactured, a defect grows from the vicinity of the buried layer 91 toward the sample surface depending on the conditions of the heat treatment by the RTA method, and the leak current of the p / n diode increases.
【0004】前記欠陥の深さ方向密度分布を前記p/n
ダイオードを重クロム酸、フッ化水素酸、水の混合液
(セコ液)等を用いた化学エッチングによって生じたエ
ッチピットを観察することによって行う場合、p型層9
2を形成するために行ったBF 2 イオン注入の影響によ
って、前記p型層92内の深さ30nm付近に高密度の
欠陥が存在するために、シリコン基板表面からセコ液に
より30nmの深さ以上エッチングを行うと、試料表面
に凹凸が生じ、前記埋め込み層91付近から成長した欠
陥密度測定の精度が低下する。The density distribution in the depth direction of the defect is calculated as p / n
Diode mixed solution of dichromic acid, hydrofluoric acid and water
(Seco solution) caused by chemical etching
When the inspection is performed by observing the
BF performed to form 2 TwoDue to the effects of ion implantation
Therefore, a high density near the depth of 30 nm in the p-type layer 92 is obtained.
Due to the presence of defects, the silicon substrate surface
When etching is performed more than 30 nm deep, the sample surface
Irregularities are generated in the chip, and the chip grown from the vicinity of the buried layer 91 is formed.
The accuracy of the densitometry is reduced.
【0005】この問題を解決する第1の方法として、予
めp型層をエッチピットの生じない硝酸、フッ化水素
酸、氷酢酸の混合液を用いて除去し、その後セコ液によ
り化学エッチングを用いて前記埋め込み層91付近から
成長した欠陥密度の測定を行う方法がとられてきた。ま
た、第2の方法として、試料を機械研磨、イオンミリン
グ等を用いて薄片化し、透過型電子顕微鏡(TEM)で
観察することにより欠陥密度を測定する方法が行われて
きた。As a first method for solving this problem, the p-type layer is removed in advance using a mixture of nitric acid, hydrofluoric acid, and glacial acetic acid that does not generate etch pits, and then chemically etched using a Seco solution. Thus, a method of measuring the density of defects grown from the vicinity of the buried layer 91 has been adopted. In addition, as a second method, a method of slicing a sample using mechanical polishing, ion milling, or the like, and measuring the defect density by observing the sample with a transmission electron microscope (TEM) has been performed.
【0006】さらに、第3の方法としては、公知例特開
平7−130811には、複数の大きさの欠陥が存在す
る試料の欠陥密度の測定を赤外線トモグラフを用い、非
破壊で欠陥の大きさの違いに起因する観察領域の違いの
影響を補正することにより、正確に欠陥密度を測定する
方法が開示されている。Further, as a third method, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-130811 discloses a method of measuring the defect density of a sample having a plurality of defects by using an infrared tomograph and measuring the defect size in a nondestructive manner. A method for accurately measuring the defect density by correcting the effect of the difference in the observation region caused by the difference is disclosed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1の
方法では、高濃度のp型層を硝酸、フッ化水素酸、氷酢
酸の混合液を用いてエッチング(以下予備エッチングと
する)を行うと、表面が窒化することによって荒れが生
じ、その後のセコ液によるエッチング精度が著しく低下
する。According to the first method, however, the high concentration p-type layer is etched (hereinafter referred to as pre-etching) using a mixed solution of nitric acid, hydrofluoric acid and glacial acetic acid. In addition, the surface is nitrided to cause roughness, and the subsequent etching accuracy by the Seco solution is significantly reduced.
【0008】また、測定を行いたい試料が複数存在する
場合、予備エッチングの試料に対するエッチングレート
が溶液の温度、攪拌の程度によって変動するために同一
時間予備エッチングを行っても予備エッチングされる領
域に変動が生じるという問題がある。また、第2の方法
では、試料を電子線が透過できる厚さまで薄片化する必
要があり、面積が100μm2 以上の広い面積の同じ深
さに存在する欠陥密度を測定することは困難である。Further, when there are a plurality of samples to be measured, since the etching rate of the pre-etched sample varies depending on the temperature of the solution and the degree of agitation, even if pre-etching is performed for the same time, the pre-etched region is There is a problem that fluctuation occurs. Further, in the second method, it is necessary to thin the sample to a thickness through which the electron beam can pass, and it is difficult to measure the defect density existing at the same depth over a large area of 100 μm 2 or more.
【0009】さらに、第3の方法では、赤外レーザービ
ームのビーム径が大きいために、本発明によって評価を
行いたい深さ領域では、非常に短いピッチで前記レーザ
ービームを移動できたとしても、特開平7−13081
1に記載されている重複観察を含む欠陥総数NG と正味
の欠陥数NN がほぼ同じとなってしまい、正確に欠陥密
度を算出することができない。Further, in the third method, since the beam diameter of the infrared laser beam is large, even if the laser beam can be moved at a very short pitch in a depth region to be evaluated by the present invention, JP-A-7-13081
1, the total number of defects NG including the duplicate observation and the net number of defects NN become almost the same, and the defect density cannot be calculated accurately.
【0010】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を改良し、試料にダメージを与えずに上層の結晶欠陥層
を除去することができ、その後に結晶欠陥が存在する結
晶欠陥層の状態を容易に且つ正確に検出し、評価する事
の出来る結晶欠陥の測定方法を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the above-mentioned disadvantages of the prior art, to remove the upper crystal defect layer without damaging the sample, and to subsequently remove the state of the crystal defect layer where crystal defects exist. And a method for measuring a crystal defect which can easily and accurately detect and evaluate the crystal defect.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用す
るものである。即ち、半導体装置の基板内に複数の層に
亘って結晶欠陥層が存在する場合に、当該結晶欠陥層を
検出し、評価するに際し、上層の結晶欠陥層を、結晶欠
陥による凹凸が生じないように除去する工程と、当該上
層の除去工程の後で、下層の結晶欠陥を測定する工程と
を有する半導体装置に於ける結晶欠陥の測定方法であ
る。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention employs the following basic technical structure. That is, when a crystal defect layer is present in a plurality of layers in a substrate of a semiconductor device, the crystal defect layer is detected and evaluated so that the upper crystal defect layer does not have unevenness due to the crystal defect. And a step of measuring a crystal defect of a lower layer after the step of removing the upper layer.
【0012】[0012]
【本発明の実施の形態】つまり、本発明に係る結晶欠陥
の測定方法に於いては、例えば、半導体中に複数の結晶
欠陥層が存在し、欠陥密度測定を行いたい領域の上層に
異なる結晶欠陥が存在する場合において、ドライエッチ
ングを行うか集束イオンビームを試料表面に走査させる
ことによって前記上層の結晶欠陥層を結晶欠陥による凹
凸が生じないように除去を行った後に、下層の結晶欠陥
密度を測定することを特徴とするものであり、より具体
的には、結晶欠陥密度測定を行いたい領域の上層に異な
る結晶欠陥が存在してもドライエッチングを用いるか集
束させたイオンビーム低加速かつ試料に対して低角度の
条件で照射することによって試料にダメージを与えずに
前記上層の欠陥を除去することができるので、その後に
結晶欠陥が存在するとエッチピットが生じる溶液を用い
て化学エッチングを行い、生じたエッチピットを観察す
ることによって所望の領域の結晶欠陥密度を正確に測定
することができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS That is, in the method of measuring crystal defects according to the present invention, for example, when a plurality of crystal defect layers are present in a semiconductor and different crystal When defects are present, the upper crystal defect layer is removed by performing dry etching or scanning a focused ion beam on the surface of the sample so as not to cause unevenness due to crystal defects, and then the crystal defect density of the lower layer is reduced. More specifically, even if there are different crystal defects in the upper layer of the region where the crystal defect density measurement is to be performed, dry etching or focused ion beam with low acceleration and By irradiating the sample at a low angle condition, it is possible to remove the defect in the upper layer without damaging the sample, so that there is a crystal defect after that. And perform chemical etching with a solution etch pit occurs, resulting crystal defect density in a desired region by observing the etch pits can be measured accurately.
【0013】[0013]
【実施例】以下に、本発明に係る結晶欠陥の測定方法の
一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の第1の具体例を図面を参照して説明する。図1
は本発明の第1の具体例により深さ方向欠陥密度測定を
実施した試料の断面図であり、図2は本発明の第1の実
施例により深さ方向欠陥密度測定を行う工程を説明した
図であり、図3(A)は、本発明の第1の実施例によっ
て得られたウェハー面内からサンプリングする位置5箇
所を示す図であり、又図3(B)は上記サンプリング位
置のそれぞれの欠陥密度の深さ方向分布を示す図であ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a specific example of a method for measuring crystal defects according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
A first specific example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a sample on which depth direction defect density measurement is performed according to the first specific example of the present invention, and FIG. 2 illustrates a process of performing depth direction defect density measurement according to the first example of the present invention. FIG. 3A is a diagram showing five sampling positions from within the wafer surface obtained by the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram showing each of the sampling positions. FIG. 5 is a diagram showing a distribution of defect densities in a depth direction.
【0014】図1に示すように、試料はp型シリコン単
結晶基板1上にフィールド酸化膜2、シリコン酸化膜
3、P(燐)イオンを加速電圧1MeV、ドース1x1
014cm-2の条件でイオン注入した後、RTAにより温
度1050℃、昇温速度100℃/secの昇温速度で
熱処理を行って形成したn型の埋め込み層4、BF2を
加速電圧30keV、ドース3x1015cm-2の条件で
イオン注入した後に熱処理を行って形成した表面積50
0μm2 □のp型層5及びP(燐)を70keV、5x
1015cm-2及び250keV、3x1013cm-2の条
件でイオン注入した後に熱処理を行い形成したn型の埋
め込み層コンタクト層6、層間膜7及びp型層5上及び
n型の埋め込み層コンタクト層6上にそれぞれアルミ電
極8で構成されたp/nダイオードがウェハー面内に5
3箇所形成されている。As shown in FIG. 1, a sample is formed by depositing a field oxide film 2, a silicon oxide film 3, and P (phosphorus) ions on a p-type silicon single crystal substrate 1 at an acceleration voltage of 1 MeV and a dose of 1 × 1.
After ion implantation under the condition of 0 14 cm -2 , the n-type buried layer 4 and BF2 formed by performing a heat treatment at a temperature of 1050 ° C. and a temperature increase rate of 100 ° C./sec by RTA are accelerated to an acceleration voltage of 30 keV. Surface area 50 formed by heat treatment after ion implantation under the condition of dose 3 × 10 15 cm -2
0 μm 2 □ p-type layer 5 and P (phosphorus) at 70 keV, 5 ×
The n-type buried layer contact layer 6, the interlayer film 7, the p-type layer 5, and the n-type buried layer contact formed by heat treatment after ion implantation under the conditions of 10 15 cm −2 and 250 keV and 3 × 10 13 cm −2. A p / n diode composed of an aluminum electrode 8 on the layer 6
It is formed at three places.
【0015】図1に示した構造をもつp/nダイオード
の形成されたウェハーを図2に示すようなフローチャー
トに従って所定の処理操作が実行される様に構成されて
いるものであって、先ず、被検査半導体装置を加熱した
リン酸に浸けることによってアルミ電極8を除去し(第
1工程)、次にフィールド酸化膜2、シリコン酸化膜3
及び層間膜7をフッ化水素酸を用いて除去する(第2工
程)。The wafer on which the p / n diodes having the structure shown in FIG. 1 are formed is configured so that a predetermined processing operation is executed according to a flowchart shown in FIG. The aluminum electrode 8 is removed by immersing the semiconductor device under test in heated phosphoric acid (first step), and then the field oxide film 2 and the silicon oxide film 3 are removed.
Then, the interlayer film 7 is removed using hydrofluoric acid (second step).
【0016】次に、前記p/nダイオードが形成された
ウェハーをドライエッチング装置に導入し、エッチング
レートが50nm/min.の条件でCF4ガスを用い
て4分間エッチングを行いp型層5を除去する(第3工
程)。次にブランソン洗浄を用いて前記p/nダイオー
ド表面に残留するCを除去し(第4工程)、希フッ化水
素酸溶液を用いて表面の自然酸化膜を除去した(第5工
程)後にセコ液を用いて10秒間エッチングを行い(第
6工程)、n型埋め込み層4の表面に生じたエッチピッ
ト数を測定し(第7工程)、再び、前記した第5の工程
に戻り、同じウェハーを希フッ化水素酸溶液を用いて表
面の自然酸化膜を除去した後にセコ液を用いて10秒間
エッチングを行いウェハー端部及び中心部5箇所のp型
層5直下のn型の埋め込み層4起因の欠陥によって生じ
るエッチピット数を測定する。Next, the wafer on which the p / n diodes are formed is introduced into a dry etching apparatus, and the etching rate is set to 50 nm / min. Etching is performed for 4 minutes using CF4 gas under the conditions described above to remove the p-type layer 5 (third step). Next, C remaining on the surface of the p / n diode is removed using Branson cleaning (fourth step), and a natural oxide film on the surface is removed using a dilute hydrofluoric acid solution (fifth step). Etching is performed for 10 seconds using the liquid (sixth step), the number of etch pits formed on the surface of the n-type buried layer 4 is measured (seventh step), and the process returns to the fifth step and returns to the same step. Is removed with a dilute hydrofluoric acid solution to remove the natural oxide film on the surface, and then etched with a Seco solution for 10 seconds to form an n-type buried layer 4 directly under the p-type layer 5 at the edge and the center of the wafer at five places. The number of etch pits caused by the resulting defect is measured.
【0017】さらに前記希フッ化水素酸溶液を用いて表
面の自然酸化膜を除去以下の工程を繰り返すことにより
図3に示すようにウェハー面内5箇所のn型の埋め込み
層4起因の欠陥密度の深さ方向分布を図3に示す様に測
定することができた。次に、本発明の第2の具体例を図
面を参照して説明する。図4は本発明の第2の具体例に
より欠陥密度測定を実施した試料の断面図であり、図5
は図4の試料のアルミ電極28に−5Vの電圧を印加し
てアルミ電極29から出力されるリーク電流をウェハー
内5箇所において測定した結果及びウェハー内の測定位
置を示した図であり、図6は本発明の第2の実施例によ
り欠陥密度測定を行う工程を説明したフローチャートで
あり、図7は二次イオン質量分析(以下SIMS)測定
によって得られた試料中のボロン深さ方向濃度分布であ
り、図8は本発明の第2の実施例によって得られたウェ
ハー面内5箇所の欠陥密度の測定結果及びウェハー内の
測定位置を示した図である。Further, by removing the natural oxide film on the surface by using the dilute hydrofluoric acid solution, the following steps are repeated to obtain a defect density caused by the n-type buried layer 4 at five places in the wafer surface as shown in FIG. Was able to be measured as shown in FIG. Next, a second specific example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a sectional view of a sample on which defect density measurement was performed according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a result of measuring a leak current output from the aluminum electrode 29 at five places in the wafer by applying a voltage of −5 V to the aluminum electrode 28 of the sample of FIG. 4 and a measurement position in the wafer. FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of measuring a defect density according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating a boron depth direction concentration distribution in a sample obtained by secondary ion mass spectrometry (hereinafter, SIMS) measurement. FIG. 8 is a diagram showing the measurement results of the defect densities at five places in the wafer surface and the measurement positions in the wafer obtained by the second embodiment of the present invention.
【0018】図4に示すように、試料はp型シリコン単
結晶基板21上にフィールド酸化膜22、シリコン酸化
膜23、P(燐)イオンを加速電圧1MeV、ドース1
x1014cm-2の条件でイオン注入した後、RTAによ
り温度1100℃、昇温速度200℃/secの昇温速
度で熱処理を行って形成したn型の埋め込み層24、B
F2を加速電圧30keV、ドース3x1015cm-2の
条件でイオン注入した後に熱処理を行って形成した表面
積500μm2 □のp型層25及びP(燐)を70ke
V、5x1015cm-2及び250keV、3x1013c
m-2の条件でイオン注入した後に熱処理を行い形成した
n型の埋め込み層コンタクト層26、層間膜27及びp
型層25上及びn型の埋め込み層コンタクト層26上に
それぞれアルミ電極28、29で構成されたp/nダイ
オードがウェハー面内に53箇所形成されている。As shown in FIG. 4, a sample is formed by depositing a field oxide film 22, a silicon oxide film 23, and P (phosphorus) ions on a p-type silicon single crystal substrate 21 at an acceleration voltage of 1 MeV and a dose of 1
After ion implantation under the condition of x10 14 cm -2 , the n-type buried layer 24, B formed by performing a heat treatment by RTA at a temperature of 1100 ° C. at a rate of 200 ° C./sec.
F2 is ion-implanted under the conditions of an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 3 × 10 15 cm −2 , and then heat treatment is performed to form a p-type layer 25 having a surface area of 500 μm 2 □ and P (phosphorus) of 70 ke.
V, 5 × 10 15 cm −2 and 250 keV, 3 × 10 13 c
m buried layer of n-type formed by heat treatment after ion-implanted under the conditions -2 contact layer 26, an interlayer film 27 and p
On the mold layer 25 and on the n-type buried layer contact layer 26, 53 p / n diodes composed of aluminum electrodes 28 and 29 are formed in the wafer surface.
【0019】図4に示した構造をもつp/nダイオード
のアルミ電極28に−5Vの電圧を印可してアルミ電極
29から出力されるリーク電流を図5(A)に示すよう
にウェハー内5箇所において測定した結果、それぞれ異
なる値を示していることがわかった。前記図4のp/n
ダイオードはC−V測定の結果から、アルミ電極28に
−5Vの電圧を印加したときの空乏層は深さ0.5μm
まで拡がることが分かっているので、n型の埋め込み層
24起因の欠陥と図5で得られたリーク電流の違いの関
連を調べるために図6に示すフローチャートに従って、
先ず半導体装置を加熱したリン酸に浸けることによって
アルミ電極28、29を除去し(第1工程)、次にフィ
ールド酸化膜22、シリコン酸化膜23及び層間膜27
をフッ化水素酸を用いて除去する(第2工程)。When a voltage of -5 V is applied to the aluminum electrode 28 of the p / n diode having the structure shown in FIG. 4, a leak current output from the aluminum electrode 29 is applied to the inside of the wafer as shown in FIG. As a result of measurement at the points, it was found that the values showed different values. P / n in FIG.
From the result of the CV measurement, the depletion layer of the diode was 0.5 μm in depth when a voltage of −5 V was applied to the aluminum electrode 28.
In order to investigate the relationship between the defect caused by the n-type buried layer 24 and the difference in the leak current obtained in FIG. 5, according to the flowchart shown in FIG.
First, the aluminum electrodes 28 and 29 are removed by immersing the semiconductor device in heated phosphoric acid (first step), and then the field oxide film 22, the silicon oxide film 23, and the interlayer film 27 are formed.
Is removed using hydrofluoric acid (second step).
【0020】次に、前記p/nダイオードが形成された
ウェハー内の図5において実際にリーク電流を測定した
p/nダイオードを切り出し(第3工程)、その内の1
チップをSIMSを用いて前記表面積500μm2 □の
p型層25のボロン及びシリコンの深さ方向二次イオン
強度分布を一次イオンAr+ 、加速電圧4keV、一次
イオンビームのラスター領域を550μm2 □、分析領
域を前記p型層25の中心部100μm2 □で一次イオ
ンの入射角度を試料に対して10度となるようにして測
定した。Next, in FIG. 5 in the wafer on which the p / n diode is formed, a p / n diode whose leakage current is actually measured is cut out (third step).
Using a SIMS chip, the secondary ion intensity distribution in the depth direction of boron and silicon of the p-type layer 25 having the surface area of 500 μm 2 □ was set to primary ion Ar + , the acceleration voltage was 4 keV, and the raster region of the primary ion beam was 550 μm 2 □. The analysis area was measured at 100 μm 2 □ at the center of the p-type layer 25 so that the incident angle of the primary ions was 10 degrees with respect to the sample.
【0021】ボロンの二次イオン強度及びシリコンの二
次イオン強度及び予めシリコン中に既知濃度ボロンが含
まれている試料を前記測定条件を用いて測定することに
よって、予め求めておいたシリコン中のボロンの相対感
度係数から測定中のボロンの二次イオン強度をボロン濃
度に換算し、ボロン濃度が1x1018cm-2となった時
点で測定を停止する。By measuring the secondary ion intensity of boron, the secondary ion intensity of silicon, and a sample in which silicon has a known concentration of boron in advance under the above-mentioned measurement conditions, the silicon in the silicon which has been determined in advance is obtained. The secondary ion intensity of boron being measured is converted into boron concentration from the relative sensitivity coefficient of boron, and the measurement is stopped when the boron concentration becomes 1 × 10 18 cm −2 .
【0022】次に、触針式の表面荒さ計を用いてSIM
S測定によって生じたクレーターの深さを測定し(第5
工程)、図7に示すようなボロンの深さ方向濃度分布を
得る。次に、他の4チップを同様に同条件でボロンの深
さ方向濃度分布をモニターしながらSIMS測定を行い
(第6工程)、最初に測定を行ったチップと同様にボロ
ン濃度が1x1018cm-2となった時点で測定を停止す
る。この結果、前記p型層25は各チップ共深さ0.2
μmエッチングされた。Next, the SIM is measured using a stylus type surface roughness meter.
Measure the depth of the crater generated by the S measurement (No. 5
Step), a boron concentration distribution in the depth direction as shown in FIG. 7 is obtained. Next, SIMS measurement was performed on the other four chips under the same conditions while monitoring the concentration distribution of boron in the depth direction (sixth step), and the boron concentration was 1 × 10 18 cm, as in the first chip. Stop measurement at -2 . As a result, the p-type layer 25 has a depth of 0.2 for each chip.
μm was etched.
【0023】次に、希フッ化水素酸溶液を用いて表面の
自然酸化膜を除去した後(第7工程)にセコ液を用いて
20秒間エッチングを行い(第8工程)、p型層25直
下で深さ0.5μmの領域に生じたエッチピット数を測
定する(第9工程)。この結果、図8に示すようにウェ
ハー面内5箇所の欠陥密度を求めることができ、図5の
欠陥と比較することによりリーク電流の高いチップの欠
陥密度はリーク電流の低いチップに比べて欠陥密度が増
大していることがわかった。Next, after the natural oxide film on the surface is removed using a dilute hydrofluoric acid solution (seventh step), etching is performed for 20 seconds using a Seco solution (eighth step), and the p-type layer 25 is removed. The number of etch pits generated immediately below the region having a depth of 0.5 μm is measured (ninth step). As a result, as shown in FIG. 8, the defect density at five points in the wafer surface can be obtained. By comparing the defect density with the defect in FIG. 5, the defect density of the chip having a higher leak current is higher than that of the chip having a lower leak current. It was found that the density was increasing.
【0024】[0024]
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、欠
陥密度測定を行いたい領域の上層に異なる結晶欠陥が存
在してもドライエッチングを用いるか集束させたイオン
ビーム低加速かつ試料に対して低角度の条件で照射する
ことによって前記上層の欠陥を除去し、次に結晶欠陥が
存在によりエッチピットが生じる溶液を用いて化学エッ
チングを行い、生じたエッチピットを観察することによ
って前記上層の結晶欠陥の影響を受けずに所望の結晶欠
陥密度の深さ方向分布を正確に測定することができる。As described above, according to the present invention, even if different crystal defects exist in the upper layer of the region where the defect density is to be measured, dry etching or focused ion beam with low acceleration and low Irradiation at a low angle condition removes defects in the upper layer, and then performs chemical etching using a solution in which etch pits are generated due to the presence of crystal defects, and observes the generated etch pits to observe the crystal in the upper layer. The distribution of the desired crystal defect density in the depth direction can be accurately measured without being affected by defects.
【図1】図1は、本発明の第1の具体例により深さ方向
欠陥密度測定を実施した試料の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a sample on which depth-direction defect density measurement was performed according to a first specific example of the present invention.
【図2】図2は、本発明の第1の具体例により深さ方向
欠陥密度測定を行う工程を説明した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a process of performing a depth direction defect density measurement according to a first specific example of the present invention.
【図3】図3(A)は、被検査半導体装置に於て、結晶
欠陥層の欠陥密度を検出するに際してのサンプリング位
置の例を示すずであり、又図3(B)は、本発明の第1
の具体例によって得られたウェハー面内5箇所の欠陥密
度の深さ方向分布を示す図である。FIG. 3A is a view showing an example of a sampling position in detecting a defect density of a crystal defect layer in a semiconductor device to be inspected, and FIG. First
FIG. 8 is a diagram showing the depth direction distribution of the defect density at five locations in the wafer surface obtained by the specific example of FIG.
【図4】図4は、本発明の第2の具体例により欠陥密度
測定を実施した試料の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a sample on which defect density measurement was performed according to a second specific example of the present invention.
【図5】図5(A)は、被検査半導体装置に於て、結晶
欠陥層の欠陥密度を検出するに際してのサンプリング位
置の例を示す図であり、又図5(B)は、図4の試料の
アルミ電極28に−5Vの電圧を印可してアルミ電極2
9から出力されるリーク電流をウェハー内5箇所におい
て測定した結果及びウェハー内の測定位置を示した図で
ある。5A is a diagram showing an example of a sampling position when detecting a defect density of a crystal defect layer in a semiconductor device to be inspected, and FIG. 5B is a diagram showing a sampling position in FIG. A voltage of -5 V was applied to the aluminum electrode 28 of the sample
FIG. 9 is a diagram showing a result of measuring a leak current output from a wafer 9 at five locations in the wafer and a measurement position in the wafer.
【図6】図6は、本発明の第2の具体例により欠陥密度
測定を行う工程を説明した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a process of performing a defect density measurement according to a second specific example of the present invention.
【図7】図7は、二次イオン質量分析(以下SIMS)
測定によって得られた試料中のボロン深さ方向濃度分布
である。FIG. 7 shows secondary ion mass spectrometry (hereinafter SIMS).
5 is a boron depth direction concentration distribution in a sample obtained by measurement.
【図8】図8(A)は、被検査半導体装置に於て、結晶
欠陥層の欠陥密度を検出するに際してのサンプリング位
置の例を示す図であり、又図8(B)は、図4の試料の
アルミ電極28に−5Vの電圧を印加してアルミ電極2
9から出力されるリーク電流をウェハー内5箇所におい
て測定した結果及びウェハー内の測定位置を示した図で
ある。本発明の第2の具体例によって得られたウェハー
面内5箇所の欠陥密度の測定結果及びウェハー内の測定
位置を示した図である。8A is a diagram showing an example of a sampling position when detecting a defect density of a crystal defect layer in a semiconductor device to be inspected, and FIG. 8B is a diagram showing a sampling position in FIG. A voltage of -5 V is applied to the aluminum electrode 28 of the sample
FIG. 9 is a diagram showing a result of measuring a leak current output from a wafer 9 at five locations in the wafer and a measurement position in the wafer. FIG. 11 is a diagram showing the measurement results of the defect densities at five locations in the wafer surface and the measurement positions in the wafer obtained by the second specific example of the present invention.
【図9】図9は、従来例により欠陥密度測定を実施した
試料の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a sample on which defect density measurement was performed according to a conventional example.
1,21 p型シリコン単結晶基板 2,22 フィールド酸化膜 3,23 シリコン酸化膜 4,24 n型埋め込み層 5,25 p型層 6,26 n型の埋め込み層コンタクト層 7,27 層間膜 8 アルミ電極 28 アルミ電極(電圧印可側) 29 アルミ電極(電流検出側) 1,21 p-type silicon single crystal substrate 2,22 field oxide film 3,23 silicon oxide film 4,24 n-type buried layer 5,25 p-type layer 6,26 n-type buried layer contact layer 7,27 interlayer film 8 Aluminum electrode 28 Aluminum electrode (voltage application side) 29 Aluminum electrode (current detection side)
Claims (6)
結晶欠陥層が存在する場合に、当該結晶欠陥層を検出
し、評価するに際し、上層の結晶欠陥層を、結晶欠陥に
よる凹凸が生じないように除去する工程と、当該上層の
除去工程の後で、下層の結晶欠陥を測定する工程とを有
することを特徴とする結晶欠陥の測定方法。When a crystal defect layer is present in a plurality of layers in a substrate of a semiconductor device, the crystal defect layer is detected and evaluated. A method for measuring crystal defects, comprising: a step of removing so as not to occur; and a step of measuring a crystal defect of a lower layer after the step of removing the upper layer.
り所望の要素部が形成されたものである事を特徴とする
請求項1記載の結晶欠陥の測定方法。2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor device has a desired element portion formed by an ion implantation method.
が、ドライエッチングであることを特徴とする特許請求
項1又は2に記載の結晶欠陥の測定方法。3. The method according to claim 1, wherein the step of removing the upper crystal defect layer is dry etching.
が、集束イオンビームを試料面内に走査させてエッチン
グするものであることを特徴とする特許請求項1又は2
に記載の結晶欠陥の測定方法。4. The method according to claim 1, wherein the step of removing the upper crystal defect layer includes etching by scanning a focused ion beam in a plane of the sample.
The method for measuring crystal defects according to the above.
化学エッチングにより生じたエッチピットを観察するこ
とであることを特徴とする特許請求項1乃至4の何れか
に記載の結晶欠陥の測定方法。5. A method for measuring a crystal defect in a lower layer, comprising:
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein an etch pit generated by chemical etching is observed.
る当該半導体基板に於ける同一箇所に対して、エッチン
グ操作を繰り返して、当該エッチング深さを異ならせた
層に於けるそれぞれの結晶欠陥層を個別に検出し評価す
る事を特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の結晶
欠陥の測定方法。6. An etching operation is repeated on the same portion of the semiconductor substrate where the crystal defect layer is expected to be present, and each crystal in a layer having a different etching depth is obtained. 6. The method according to claim 1, wherein the defect layers are individually detected and evaluated.
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JP29192597A JP3439332B2 (en) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | How to measure crystal defects |
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JPH11126810A true JPH11126810A (en) | 1999-05-11 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103236406A (en) * | 2013-04-15 | 2013-08-07 | 阿特斯(中国)投资有限公司 | Method for detecting polycrystalline silicon wafer dislocation density |
CN103926120A (en) * | 2014-03-20 | 2014-07-16 | 上海华力微电子有限公司 | Preparation method of SEM sample |
JP2017219409A (en) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | 信越半導体株式会社 | Surface defect inspection method of semiconductor silicon wafer |
CN111052330A (en) * | 2017-09-06 | 2020-04-21 | 信越半导体株式会社 | Method for evaluating silicon wafer and method for manufacturing silicon wafer |
CN111948235A (en) * | 2020-08-07 | 2020-11-17 | 广西大学 | Method for measuring semipolar plane III group nitride film defect density and application thereof |
-
1997
- 1997-10-24 JP JP29192597A patent/JP3439332B2/en not_active Expired - Fee Related
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JP2017219409A (en) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | 信越半導体株式会社 | Surface defect inspection method of semiconductor silicon wafer |
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CN111052330B (en) * | 2017-09-06 | 2023-03-14 | 信越半导体株式会社 | Method for evaluating silicon wafer and method for manufacturing silicon wafer |
CN111948235A (en) * | 2020-08-07 | 2020-11-17 | 广西大学 | Method for measuring semipolar plane III group nitride film defect density and application thereof |
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