JPS5917536B2 - 半導体装置の測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、不純物を添加した多結晶シリコン層を拡散
源として単結晶シリコン基板中に拡散を行つた場合の拡
散領域の深さを正確かつ簡便に測定する半導体装置の測
定方法に関するものである。

不純物を添加した多結晶シリコン層を拡散源とワ して
単結晶シリコン基板中にトランジスタのベース領域ある
いはエミッタ領域を形成することは、各々の拡散領域の
深さを浅く制御し易いこと、およびその後の熱処理に伴
う電極金属の拡散によるエミッタ・ベース接合の劣化を
緩和し得る効果が５ あることが知られている。ところ
力に単結晶シリコン基板中の拡散領域の深さ、すなわち
接合の位置が素子形成上Ｎ特に周波数特性の向上の重要
な要素であるにも拘らず、現状では適当な腐触液がない
ため、拡散領域と多Ｏ 結晶シリコン層の界面を露呈さ
せることにより単結晶シリコン基板中の接合位置を正確
に測定することが困難である。

さらに、従来より、接合位置を精度良く測定する場合に
は斜面研摩法が多く用いられてきたが、この方法による
と、研摩治具へ５ の試料の貼り付け方、研摩速度など
により測定値へ人為的誤差の入り込む割合が多くなク、
それを補正するための時間が必要であつた。この発明は
上記の点に鑑みなされたもので、不純物を添加した多結
晶シリコン層を拡散源として０ 単結晶シリコン基板中
に拡散を行つた場合の拡散領域の深さを正確かつ簡便ｖ
ｃ測定することのできる半導体装置の測定方法を提供す
ることを目的とする。

以下この発明の実施例を図面を参照して説明す’５ る
。

実施例では、Ｐ型不純物を添加した多結晶シリコン層を
用いて単結晶シリコン基板中にＰ型拡散領域を形成した
場合のその拡散領域の深さを測定する場合について述べ
る。

第１図および第２図は実施例を説明するための図である
。実施例では、まずＮ型の単結晶シリコン基板１の全表
面に誘電体層として厚さｔのシリコン酸化膜２を形成す
る。

次に、単結晶シリコン基板１の表面が帯状に露出するよ
うにシリコン酸化膜２を除去することにより、シリコン
酸化膜２をストライプ状に形成する。そして、残存する
シリコン酸化膜２の表面および単結晶シリコン基板１の
露出表面上ＶＣＰ型不純物添加の多結晶シリコン層３を
形成する。この場合、多結晶シリコン層３は、あらかじ
め不純物を添：加した多結晶シリコンを気相成長法で育
成する方法と、まず不純物を添加しない多結晶シリコン
を育成した後その多結晶シリコン中にＰ型不純物を導入
する方法の２方法で形成し得る。（以上第１図ａ参照）
次に、上述シリコン酸化膜２および多結晶シリコン層３
を備えた単結晶シリコン基板１を熱処理することにより
、単結晶シリコン基板１中にＰ型拡散領域４を形成する
（第１図ｂ参照）。

その後、単結晶シリコン基板１上のシリコン酸化膜２の
ストライブに対して軸を傾けた半径ｒの図示しない円盤
型砥石により多結晶シリコン層３、シリコン酸化膜２、
Ｐ型拡散領域４および単結晶シリコン基板１を回転研摩
し、溝５を形成する（第１図ｃ参照）。

さらに、この研摩後に全体を弗酸系の溶液６に浸す（第
１図ｄ参照）。そして、浸した後に光を照射することに
よりＰ型拡散領域４の露出面を黒色に着色させる。第２
図は上記研摩、着色後の試料（多結晶シリコン層３など
を備えた単結晶シリコン基板１）を示し、ｂは平面図、
ａはＢＯＩ−Ｊを破断線とする断面図である。

また、第２図ｂにおいて、線分ＣＤおよびＥＦはシリコ
ン酸化膜２のストライプの端部を示し、ＣＤより上側お
よびＥＦより下側にシリコン酸化膜２が存在する。さら
に、７〜１３は第２図ｂ平面図のＩ−Ｊに沿つて露出し
た各界面および研摩端部を示し、７および１３は研摩端
部、８は多結晶シリコン層３とシリコン酸化膜２の界面
（第１の界面部）、９はシリコン酸化膜２ｑとＰ型拡散
領域４の界面（第２の界面部）、１０および１１はＰ型
拡散領域４と単結晶シリコン基板１の界面（第３および
第４の界面部）、１２は多結晶シリコン層３とＰ型拡散
領域４の界面である。ここで、界面９は判定し難く、ま
た界面１２は観察不可能である。一方、研摩端部７およ
び１３、界面８、界面１０および１１は光学的に観察可
能である。そこで、上記研摩、着色後に界面８と１０間
の距離ｔ１および界面１０と１１間の距離ｍを測定する
。

そして、これらの距離Ｔ．．ｍと、上記砥石の半径ｒ１
シリコン酸化膜２の厚さｔを次式に代入することによシ
、単結晶シリコン基板１中のＰ型拡散領域４の深さを算
出する。なお、以上の実施例においては、Ｐ型不純物を
添加した多結晶シリコン層を用いてＮ型単結晶シリコン
基板中にＰ型拡散領域を形成する場合について説明した
が、Ｎ型不純物を添加した多結晶シリコン層を用いてＰ
型単結晶シリコン基板中にＮ型拡散領域を形成する場合
も同様にしてその拡散領域の深さを測定し得る。

ただし、その場合は、研摩した後、弗酸系の溶液に浸し
た上で光を照射すると、Ｐ型単結晶シリコン基板の露出
面が黒色に着色される。また、上記実施例では誘電体層
としてシリコン酸化膜を用いたが、窒化膜を用いること
もできる。

なお、窒化膜を用いた場合は、そのパターニングを行う
際、プラズマを使用することになる。以上詳述したよう
に、この発明の方法は、拡散源となる不純物添加多結晶
シリコン層と、拡散される単結晶シリコン基板との間に
部分的に誘電体層を介在させて熱処理を施した後に円盤
型砥石で回転研摩して多結晶シリコン層と誘電体層の第
１の界面部、誘電体層と拡散領域の第２の界面部、さら
には上記熱処理により形成された拡散領域とシリコン基
板との第３、第４の界面部を露出させ、次に弗酸系の溶
液に浸して露出されたシリコン基板または拡散領域を着
色した上で、上記第１と第３の界面部間の距離ｔ１およ
び第３と第４の界面部間の距離ｍを測定し、これら距離
Ｔ，．ｍと、上記砥石の半径ｒ１および誘電体層の厚さ
ｔをに代入することにより上記拡散領域の深さｄを算出
するものであるから、拡散領域の深さを簡単にして正確
に測定することができる。特に、拡散領域の深さの算出
に必要な測定点に、通常面だれの生じ易い研摩端部を用
いていないので、正確さ、精度は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図訃よび第２図はこの発明による半導体装置の測定
方法の実施例を説明するための図で、第１図ａないしｄ
は工程順に示す図、第２図ａおよびｂは研摩、着色後の
試料を示す平面図および断面図である。 １・・・・・・単結晶シリコン基板、２・・・・・・シ
リコン酸化膜、３・・・・・・多結晶シリコン層、４・
・・・・・Ｐ型拡散領域、６・・・・・・弗酸系溶液、
７，１３・・・・・・研摩端部、８〜１２・・・・・・
界面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一導電型の単結晶シリコン基板の表面に厚さｔの誘
   電体層を形成する工程と、上記シリコン基板の表面が帯
   状に露出するように上記誘電体層を除去する工程と、上
   記誘電体層の表面および上記シリコン基板の露出表面上
   に逆導電型の不純物を有する多結晶シリコン層を形成す
   る工程と、上記シリコン基板を熱処理してシリコン基板
   中に拡散領域を形成する工程と、上記シリコン基板の表
   面を半径ｒの円盤型砥石で研摩して上記多結晶シリコン
   層と上記誘電体層の第１の界面部、および上記誘電体層
   と上記拡散領域の第２の界面部、さらには上記シリコン
   基板と上記拡散領域の第３、第４の界面部を露出させる
   工程と、上記研摩されたシリコン基板を弗酸系の溶液に
   浸して上記露出されたシリコン基板または拡散領域を着
   色させる工程と、上記第１の界面部と上記第３の界面部
   間の距離ｌ、および上記第３の界面部と上記第４の界面
   部間の距離ｍを測定する工程と、上記砥石の半径ｒ、上
   記距離ｌ、上記距離ｍ、上記誘電体層の厚さｔを次式に
   代入してｄ＝ｌ（ｌ＋ｍ）／２ｒ−ｔ 上記拡散領域の深さｄを算出する工程とを具備してなる
   半導体装置の測定方法。 ２ 誘電体層がシリコン酸化膜であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。