JPS5860550A - エピタキシヤル・シリコン結晶中の不純物濃度測定法 - Google Patents
エピタキシヤル・シリコン結晶中の不純物濃度測定法Info
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- JPS5860550A JPS5860550A JP56159727A JP15972781A JPS5860550A JP S5860550 A JPS5860550 A JP S5860550A JP 56159727 A JP56159727 A JP 56159727A JP 15972781 A JP15972781 A JP 15972781A JP S5860550 A JPS5860550 A JP S5860550A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、現在のシリコンデバイス・プロ七スにおい
て一般に用−られているエピタキシャル・シリコン結晶
中の不純物を評価する方法に関するものである。
て一般に用−られているエピタキシャル・シリコン結晶
中の不純物を評価する方法に関するものである。
現在、ＩＣ−％ＬＳＩなどのデバイスＫｕ、シリコン結
晶基板上に成長させたエピタキシャル・シリコン結晶が
広く用いられている。エピタキシャル結晶中の不純物は
、素子の特性、歩留シ、そして信頼性に大きな影響を与
えるため、不純物分析はきわめて重要である・ しかしながら、通常のエピタキシャル結晶の厚さは数μ
鳳から数ｌＯ声鳳程度と非常に薄いため、エピタキシャ
ル結晶中の不純物分析はきわめてｍ１ｌｌである。
晶基板上に成長させたエピタキシャル・シリコン結晶が
広く用いられている。エピタキシャル結晶中の不純物は
、素子の特性、歩留シ、そして信頼性に大きな影響を与
えるため、不純物分析はきわめて重要である・ しかしながら、通常のエピタキシャル結晶の厚さは数μ
鳳から数ｌＯ声鳳程度と非常に薄いため、エピタキシャ
ル結晶中の不純物分析はきわめてｍ１ｌｌである。
従来、抵抗率法およびＣ−ｖ法などが用−られて−るが
、両方法ともエピタキシャルｌ１ｌｔ晶中に最も多く含
まれている不純物の濃度測定（対してしか１用できず、
不純物の種類を決定する仁とはできな一〇従って、残留
している微量残留不純物の評価は全く行なえない。放射
化分析や、イオン・マイク田・アナライザーによると複
数種の不純物の種類・濃度を決定することができるが、
これらの手法の感度は、はう素、〉んなどの代表的な不
純物に対しては１０１一原子４程度しかない■最近のシ
リコンデバイスの高集積化、高精度化に伴ない、エピタ
キシャル結晶中の微量不純物を精確に分析することの重
要性が非常に高まってきている。
、両方法ともエピタキシャルｌ１ｌｔ晶中に最も多く含
まれている不純物の濃度測定（対してしか１用できず、
不純物の種類を決定する仁とはできな一〇従って、残留
している微量残留不純物の評価は全く行なえない。放射
化分析や、イオン・マイク田・アナライザーによると複
数種の不純物の種類・濃度を決定することができるが、
これらの手法の感度は、はう素、〉んなどの代表的な不
純物に対しては１０１一原子４程度しかない■最近のシ
リコンデバイスの高集積化、高精度化に伴ない、エピタ
キシャル結晶中の微量不純物を精確に分析することの重
要性が非常に高まってきている。
この発明は上述の点に鑑みなされたもので、エピタキシ
ャル結′晶中に含まれる複数種の不純。
ャル結′晶中に含まれる複数種の不純。
物に対しそれぞれの濃度を非破壊的に、簡単ｋかつ高精
度Ｋｊｌ定することを目的として−る。
度Ｋｊｌ定することを目的として−る。
以下、この発明のエピタキシャル・シリコン結晶中の不
純物濃度測定法を第１図の原理図によ′り詳細に説明す
る。エピタキシャル−シリコン結晶１をシリコン結晶基
板２上に成長させた試料を液体ヘリウム温度に冷却し、
エピタキシャル結晶１の表面にレーザー光３を照射する
。
純物濃度測定法を第１図の原理図によ′り詳細に説明す
る。エピタキシャル−シリコン結晶１をシリコン結晶基
板２上に成長させた試料を液体ヘリウム温度に冷却し、
エピタキシャル結晶１の表面にレーザー光３を照射する
。
これによって試料内には、過剰の電子・正孔が生成され
、試料中の拡散距離（破！４）の範囲内を拡散してゆ〈
０そのうちの一部はエピタキシャル結晶ｌ内で再結合し
てルミネッセンス光５放出し、他の一部は基板２まで拡
散しそこで再結合してルミネッセンス光６を放出する。
、試料中の拡散距離（破！４）の範囲内を拡散してゆ〈
０そのうちの一部はエピタキシャル結晶ｌ内で再結合し
てルミネッセンス光５放出し、他の一部は基板２まで拡
散しそこで再結合してルミネッセンス光６を放出する。
エピタキシャル結晶からのルミネッセンス光５および基
板結晶からのルミネッセンス光６には、それぞれエピタ
キシャル結晶および基板結晶中の不純物に関する情報が
含まれている。いま、同一基板結晶上に不純物濃度の異
なるエピタキシャル結晶を成長させた場合を考えると、
エピタキシャル層の厚さが一定であれば、基板か゛らの
ルミネッセンス光６はは埋一定で、エピタキシャル結晶
からのルミネッセンス光６がそれぞれの不純物濃度に対
応して変化する。従って、その変化量からエピタキシャ
ル結晶中の不純物濃度を求めることができる。
板結晶からのルミネッセンス光６には、それぞれエピタ
キシャル結晶および基板結晶中の不純物に関する情報が
含まれている。いま、同一基板結晶上に不純物濃度の異
なるエピタキシャル結晶を成長させた場合を考えると、
エピタキシャル層の厚さが一定であれば、基板か゛らの
ルミネッセンス光６はは埋一定で、エピタキシャル結晶
からのルミネッセンス光６がそれぞれの不純物濃度に対
応して変化する。従って、その変化量からエピタキシャ
ル結晶中の不純物濃度を求めることができる。
本発明の実施例について図に基づき説明する。
第２図は、液体ヘリウム温度におけるエピタキシル結晶
のルミネッセンス会スペクトルの測定例である。第２図
のＣ）は、エピタキシャル結晶を成長させて−ない基板
結晶のスペクトルで、結晶中にｔｉｔ ＜ｘ ｘ ｉｏ
”原子／ｄ のほう素が含まれている。また、ｔ４２図
の（ｆｉ％ （ｅ） 、（ｔ） ｋｉ、上記基板結晶上
に厚さ！ｊｐｍのエピタキシャル結晶を成長させた試料
のスペクトルで、不純物として襲んが、それぞれ、／、
、４Ｘ１０１番、≠Ｘ／Ｓ”、／ＪＸＩＯ’ａ原子／ｄ
だけ添加されている。これらのスペクトルのピークには
、発光の原因となる不純物の原子記号を記す。
のルミネッセンス会スペクトルの測定例である。第２図
のＣ）は、エピタキシャル結晶を成長させて−ない基板
結晶のスペクトルで、結晶中にｔｉｔ ＜ｘ ｘ ｉｏ
”原子／ｄ のほう素が含まれている。また、ｔ４２図
の（ｆｉ％ （ｅ） 、（ｔ） ｋｉ、上記基板結晶上
に厚さ！ｊｐｍのエピタキシャル結晶を成長させた試料
のスペクトルで、不純物として襲んが、それぞれ、／、
、４Ｘ１０１番、≠Ｘ／Ｓ”、／ＪＸＩＯ’ａ原子／ｄ
だけ添加されている。これらのスペクトルのピークには
、発光の原因となる不純物の原子記号を記す。
なお、Ｓｌと記したピークは不純物の関与しないシリコ
ン固有の発光である。第２図で、スペクトルφＭ＆−Ｍ
ｄ）のほう素に起因する発光成分のパターンは、基板結
晶のスペクトル←）と全く同一であり、基板からの信号
であることがわかる。
ン固有の発光である。第２図で、スペクトルφＭ＆−Ｍ
ｄ）のほう素に起因する発光成分のパターンは、基板結
晶のスペクトル←）と全く同一であり、基板からの信号
であることがわかる。
また、スペクトル（ｆｉＭｅ）ｔ（ｄ’）に現われるり
んに起因する発光成分は、りん濃度の増大に伴ない、強
度が相対的に増大する。ここで、基板中のほう素による
発光成分フとエピタキシャル結晶中の多んによる発光成
分８の強度比とりん濃度の関係を調べた結果を第３図に
示す。第３図に示すように、この強度比と不純物濃度の
間には一定の関係があるので、予めこの関係を調べてお
けば、この関係ヲ利用してルネツセンスのスペク。
んに起因する発光成分は、りん濃度の増大に伴ない、強
度が相対的に増大する。ここで、基板中のほう素による
発光成分フとエピタキシャル結晶中の多んによる発光成
分８の強度比とりん濃度の関係を調べた結果を第３図に
示す。第３図に示すように、この強度比と不純物濃度の
間には一定の関係があるので、予めこの関係を調べてお
けば、この関係ヲ利用してルネツセンスのスペク。
トルの強度比からエピタキシャル結晶中の不純物濃度を
求めることができる。同様の関係をひ素不純物について
調べた結果が第を図である。
求めることができる。同様の関係をひ素不純物について
調べた結果が第を図である。
ここでも広い濃度領域で一定の関係が成立することが示
されている。以上は、エピタキシャル結晶中の不純物の
種類が単一の場合であるが、複数種の場合にもそれぞれ
の不純物によるルミネッセンス・スペクトルは独立に現
われ、上記の方法で解析することができる。現在までに
行った実験で、はう素が約≠×１０１″原子１０！程度
添加された結晶基板上に厚さ約３μｍ程度成長させたエ
ピタキシャル結晶については、りん、ひ素アルミニウム
等の不純物を／Ｘ／σシ〜らλＸ１０”原子／ｄの濃度
範囲で定量分析もきることが明らかとなっている。
されている。以上は、エピタキシャル結晶中の不純物の
種類が単一の場合であるが、複数種の場合にもそれぞれ
の不純物によるルミネッセンス・スペクトルは独立に現
われ、上記の方法で解析することができる。現在までに
行った実験で、はう素が約≠×１０１″原子１０！程度
添加された結晶基板上に厚さ約３μｍ程度成長させたエ
ピタキシャル結晶については、りん、ひ素アルミニウム
等の不純物を／Ｘ／σシ〜らλＸ１０”原子／ｄの濃度
範囲で定量分析もきることが明らかとなっている。
以上、述べたように、本発明のエピタキシャル・シリコ
ン結晶中の不純物濃度測定法を適用することによって、
厚さが数声墓程度の薄いエピタキシャル結晶中に含まれ
る／ Ｑ Ｉ ｍ〜７０１＠原子／ｄ程度の不純物を非
破壊的に検出し、その濃度を決定することが可能となる
。これは従来の手法では全く行えなかったものである。
ン結晶中の不純物濃度測定法を適用することによって、
厚さが数声墓程度の薄いエピタキシャル結晶中に含まれ
る／ Ｑ Ｉ ｍ〜７０１＠原子／ｄ程度の不純物を非
破壊的に検出し、その濃度を決定することが可能となる
。これは従来の手法では全く行えなかったものである。
本発明の方法を実際のシリコン・エピタキシャル結晶製
造プロセスに適用することにより、現在同プロセスで問
題となっている基板からのオートドーピング効果および
反応炉内の各要素からの汚染状況が正確に把握できるよ
うになり、プロセスの改善、ひいてはデバイスの特性、
歩留り、信頼性の向上に大きく貢献する。
造プロセスに適用することにより、現在同プロセスで問
題となっている基板からのオートドーピング効果および
反応炉内の各要素からの汚染状況が正確に把握できるよ
うになり、プロセスの改善、ひいてはデバイスの特性、
歩留り、信頼性の向上に大きく貢献する。
第１図はこの発明のエピタキシャル・シリコン結晶中の
不純物濃度測定法の原理図、第２図は液体ヘリウム温度
におけるエピタキシャル・シリコン結晶のルミネッセン
ス・スペクトルの測定図、（ａ）は基板結晶、（Ａ）ｊ
（ｆｆ）ｔ （ｄ）はそれぞれシんがｔ乙ＸＩＯ暢・、
≠Ｘ１０”ｌ Ｎ ／、！；×１０”原子／−だけ添加
されたエピタキシャル結晶のルミネッセンス・スペクト
ル図、第３図１よ、りん添加エピタキシャル結晶におけ
るルミネッセンス強度比とりん濃度の関係を説明する図
、第１図はひ素添加エピタキシャル結晶におけるルミネ
ッセンス強度比とひ素濃度の関係を説明する図である。 図中、１はエピタキシャル・シリコン結晶５．２はシリ
コン結晶基板、δはレーザー光、４＃１励起された電子
・正孔の拡散距離、５はエピタキシャル結晶からのルミ
ネッセンス光、６は基板比晶からのルミネッセンス光、
７．８は強度比を調べる際に看目するスペクトル成分で
ある。 矛１図 ７２図 光子の工窪ルキ°’−（ｅＶ） ）１３図 １０１５２５１０１６２ １ノ〜】農産 （ｃｍ’） 第４図 ヶキ儂度 （ｃｍ ）
不純物濃度測定法の原理図、第２図は液体ヘリウム温度
におけるエピタキシャル・シリコン結晶のルミネッセン
ス・スペクトルの測定図、（ａ）は基板結晶、（Ａ）ｊ
（ｆｆ）ｔ （ｄ）はそれぞれシんがｔ乙ＸＩＯ暢・、
≠Ｘ１０”ｌ Ｎ ／、！；×１０”原子／−だけ添加
されたエピタキシャル結晶のルミネッセンス・スペクト
ル図、第３図１よ、りん添加エピタキシャル結晶におけ
るルミネッセンス強度比とりん濃度の関係を説明する図
、第１図はひ素添加エピタキシャル結晶におけるルミネ
ッセンス強度比とひ素濃度の関係を説明する図である。 図中、１はエピタキシャル・シリコン結晶５．２はシリ
コン結晶基板、δはレーザー光、４＃１励起された電子
・正孔の拡散距離、５はエピタキシャル結晶からのルミ
ネッセンス光、６は基板比晶からのルミネッセンス光、
７．８は強度比を調べる際に看目するスペクトル成分で
ある。 矛１図 ７２図 光子の工窪ルキ°’−（ｅＶ） ）１３図 １０１５２５１０１６２ １ノ〜】農産 （ｃｍ’） 第４図 ヶキ儂度 （ｃｍ ）
Claims (1)
- シリコン結晶基板上にエピタキシャル書シリコン結晶を
薄く成長させ、このエピタキシャル・シリコン結晶にレ
ーザ光を照射せしめ、基板結晶とエピタキシャル結晶の
両方より放射されるそれぞれの結晶性を反映するルミネ
ッセンス光のスペクトルにおいて、前記基板結晶に起因
する発光線と前記エピタキシャル結晶に起因する発光線
の強度比が前記エピタキシャル結晶中の不純物濃度によ
り一定の変化を示すことを利用し、その変化量からエピ
タキシャル結晶中の不純物濃度を測定することを特徴と
するエピタキシャル・シリコン結晶中の不純物濃度測定
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56159727A JPS5860550A (ja) | 1981-10-07 | 1981-10-07 | エピタキシヤル・シリコン結晶中の不純物濃度測定法 |
| US06/408,908 US4492871A (en) | 1981-10-07 | 1982-08-17 | Method for determining impurities in epitaxial silicon crystals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56159727A JPS5860550A (ja) | 1981-10-07 | 1981-10-07 | エピタキシヤル・シリコン結晶中の不純物濃度測定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5860550A true JPS5860550A (ja) | 1983-04-11 |
| JPS6161697B2 JPS6161697B2 (ja) | 1986-12-26 |
Family
ID=15699951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56159727A Granted JPS5860550A (ja) | 1981-10-07 | 1981-10-07 | エピタキシヤル・シリコン結晶中の不純物濃度測定法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4492871A (ja) |
| JP (1) | JPS5860550A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61500509A (ja) * | 1983-11-28 | 1986-03-20 | マイダク・コ−ポレ−ション | 光ルミネセンス分析のための装置および方法 |
| JPS63261846A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体特性の評価方法 |
| JP2013152977A (ja) * | 2012-01-24 | 2013-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | 不純物濃度測定方法および不純物濃度測定装置 |
| JP2017174864A (ja) * | 2016-03-18 | 2017-09-28 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルウェーハの評価方法及び製造方法 |
| JP2017224695A (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 信越半導体株式会社 | シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE32821E (en) * | 1983-11-28 | 1989-01-03 | Apparatus and method for photoluminescence analysis | |
| JPH0727945B2 (ja) * | 1991-09-26 | 1995-03-29 | 信越半導体株式会社 | 半導体結晶中の深い準位密度分布の評価方法 |
| GB2306640B (en) * | 1995-10-17 | 1998-01-14 | Toshiba Cambridge Res Center | Method of characterising a semiconductor material |
| JP2006339605A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体部材のダメージ評価方法、化合物半導体部材の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体部材及び窒化ガリウム系化合物半導体膜 |
| US10935492B2 (en) * | 2018-04-13 | 2021-03-02 | Applied Materials, Inc. | Metrology for OLED manufacturing using photoluminescence spectroscopy |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5539628A (en) * | 1978-09-14 | 1980-03-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photoluminescence measuring method for semiconductor layer |
| JPS55153328A (en) * | 1979-05-18 | 1980-11-29 | Fujitsu Ltd | Monitor of quantity of ion dose |
| NL7905023A (nl) * | 1979-06-28 | 1980-12-30 | Philips Nv | Dynamisch circulatiegeheugen. |
-
1981
- 1981-10-07 JP JP56159727A patent/JPS5860550A/ja active Granted
-
1982
- 1982-08-17 US US06/408,908 patent/US4492871A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61500509A (ja) * | 1983-11-28 | 1986-03-20 | マイダク・コ−ポレ−ション | 光ルミネセンス分析のための装置および方法 |
| JPS63261846A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体特性の評価方法 |
| JP2013152977A (ja) * | 2012-01-24 | 2013-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | 不純物濃度測定方法および不純物濃度測定装置 |
| JP2017174864A (ja) * | 2016-03-18 | 2017-09-28 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルウェーハの評価方法及び製造方法 |
| JP2017224695A (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 信越半導体株式会社 | シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4492871A (en) | 1985-01-08 |
| JPS6161697B2 (ja) | 1986-12-26 |
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