JPS6177708A - シリコン膜の粒径測定法及びその測定装置 - Google Patents
シリコン膜の粒径測定法及びその測定装置Info
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- JPS6177708A JPS6177708A JP20021184A JP20021184A JPS6177708A JP S6177708 A JPS6177708 A JP S6177708A JP 20021184 A JP20021184 A JP 20021184A JP 20021184 A JP20021184 A JP 20021184A JP S6177708 A JPS6177708 A JP S6177708A
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電子デバイス工業に用いられる半導体装置の製
造に必要なシリコン膜の結晶粒径を測定する法及びその
測定装置に関するものである。
造に必要なシリコン膜の結晶粒径を測定する法及びその
測定装置に関するものである。
従来、シリコン膜の結晶粒径を測定する方法には、化学
エツチング法によるものや、電子顕微鏡を用いた観察法
、及びＸｉ回折法等が知られているＯ 〔発明が解決しようとする問題点〕 これらのうち、化学エツチング法と電子顕微鏡を用いた
観察法とはいわゆる破壊的測定法であって、非破壊で結
晶粒径を知ろうとする目的には不向きである。また、Ｘ
線回折法では非破壊で測定が行えるという利点もあるが
、いわゆる結晶質状態にのみ観察されるＸ線の回折現象
による回折線の広がりに基づいて、結晶粒径を測定する
方法であるため、非晶質状態に近いシリコン膜に対して
は不向きである。さらに、Ｘ線はシリコンに対して吸収
係数が小さいために基板上に堆積させたシリコン膜（膜
厚がミクロンメーター程度のもの）の結晶粒径を正確に
知ることは非常に難かしい。
エツチング法によるものや、電子顕微鏡を用いた観察法
、及びＸｉ回折法等が知られているＯ 〔発明が解決しようとする問題点〕 これらのうち、化学エツチング法と電子顕微鏡を用いた
観察法とはいわゆる破壊的測定法であって、非破壊で結
晶粒径を知ろうとする目的には不向きである。また、Ｘ
線回折法では非破壊で測定が行えるという利点もあるが
、いわゆる結晶質状態にのみ観察されるＸ線の回折現象
による回折線の広がりに基づいて、結晶粒径を測定する
方法であるため、非晶質状態に近いシリコン膜に対して
は不向きである。さらに、Ｘ線はシリコンに対して吸収
係数が小さいために基板上に堆積させたシリコン膜（膜
厚がミクロンメーター程度のもの）の結晶粒径を正確に
知ることは非常に難かしい。
本発明は、可視光及び紫外光領域において、参照試料と
して単結晶シリコンを用い、非晶質もしくは多結晶シリ
コン膜の反射スペクトルを測定し、Ｙ軸がｌ／λ２（た
だしλは波長とする）、該Ｙ軸と直交するＹ軸がＪ％Ｒ
（Ｒは反射スペクトル）である座標系に該反射スペクト
ルＲｔ−変換した関数ｆを導入して該可視光及び紫外光
領域における該関数ｆの積分値５−ｆｌ ／ Ｉ・ｄ（
１／λ２）を求め、被測定試料の積分値をその積分値Ｓ
に対する非晶質もしくは多結晶シリコン膜の粒径（ｒ）
の相関関係を示す検量線と比較して被測定試料のシリコ
ン粒径を求めることを特徴とするシリコン粒径測定法お
よび、反射型分光計に参照光試料として設置した単結晶
シリコンおよび被測定試料として設置した非晶質もしく
は多結晶シリコン膜の各波長λに対して得られる反射率
Ｒ１−Ｘ−Ｙ座標系において、Ｙ軸がｌ／λ２の型に変
換される変換機構と、Ｙ軸と直交するＹ軸がＪｓＲの型
に変換される変換機構と、両機構により変換して得られ
た関数ｆの積分値Ｓ−Ｊ”ｌ／ｌ・ｄ（１／λ２）を求
める積分機構と、被測定試料であるシリコン膜の粒径ｒ
と該積分値Ｓとの相関関係が記憶され、被測定試料の積
分値と比較する記憶機構と、被測定試料の粒径を出力す
る粒径出力装置とを具備することを特徴とするシリコン
粒径測定装置である。
して単結晶シリコンを用い、非晶質もしくは多結晶シリ
コン膜の反射スペクトルを測定し、Ｙ軸がｌ／λ２（た
だしλは波長とする）、該Ｙ軸と直交するＹ軸がＪ％Ｒ
（Ｒは反射スペクトル）である座標系に該反射スペクト
ルＲｔ−変換した関数ｆを導入して該可視光及び紫外光
領域における該関数ｆの積分値５−ｆｌ ／ Ｉ・ｄ（
１／λ２）を求め、被測定試料の積分値をその積分値Ｓ
に対する非晶質もしくは多結晶シリコン膜の粒径（ｒ）
の相関関係を示す検量線と比較して被測定試料のシリコ
ン粒径を求めることを特徴とするシリコン粒径測定法お
よび、反射型分光計に参照光試料として設置した単結晶
シリコンおよび被測定試料として設置した非晶質もしく
は多結晶シリコン膜の各波長λに対して得られる反射率
Ｒ１−Ｘ−Ｙ座標系において、Ｙ軸がｌ／λ２の型に変
換される変換機構と、Ｙ軸と直交するＹ軸がＪｓＲの型
に変換される変換機構と、両機構により変換して得られ
た関数ｆの積分値Ｓ−Ｊ”ｌ／ｌ・ｄ（１／λ２）を求
める積分機構と、被測定試料であるシリコン膜の粒径ｒ
と該積分値Ｓとの相関関係が記憶され、被測定試料の積
分値と比較する記憶機構と、被測定試料の粒径を出力す
る粒径出力装置とを具備することを特徴とするシリコン
粒径測定装置である。
シリコン膜の結晶粒径が小さくなると、単結晶シリコン
（この場合、結晶粒径は無限とする）に比べ、光学定数
が変化する。たとえば、非晶質シリコン膜では、可視、
光領域で反射率が増加し、紫外光領域で反射率が減少す
る。これは、電子の価電子帯から伝導帯への遷移確率が
結晶粒径に著しく依存するためと考えられている。ま九
、シリコンの粒径を測定する精度を向上させるために、
光学的手段を用いたことから生ずる短波長領域での試料
表面の微小凹凸による光の散乱効果を補正する機能を用
いて上記の積分値Ｓを正確に求める。
（この場合、結晶粒径は無限とする）に比べ、光学定数
が変化する。たとえば、非晶質シリコン膜では、可視、
光領域で反射率が増加し、紫外光領域で反射率が減少す
る。これは、電子の価電子帯から伝導帯への遷移確率が
結晶粒径に著しく依存するためと考えられている。ま九
、シリコンの粒径を測定する精度を向上させるために、
光学的手段を用いたことから生ずる短波長領域での試料
表面の微小凹凸による光の散乱効果を補正する機能を用
いて上記の積分値Ｓを正確に求める。
すなわち、シリコン膜の粒径ｒに依存して、可視光領域
での反射率が単結晶シリコンのそれよりも増加し、紫外
光領域では反射率が減少する変化量を定量的に求めてあ
らかじめ他の手段で求めておいたシリコン粒径ｒに関す
る検量線を用いて、シリコン膜の結晶粒径ｒを求めるも
のである。
での反射率が単結晶シリコンのそれよりも増加し、紫外
光領域では反射率が減少する変化量を定量的に求めてあ
らかじめ他の手段で求めておいたシリコン粒径ｒに関す
る検量線を用いて、シリコン膜の結晶粒径ｒを求めるも
のである。
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
第２図は本発明のシリコン膜粒径測定装置の概略を示す
ブロック図である。第２図において、１は分光光度計の
光源で、ハロゲンランプと重水素ランプとから成ってい
る。２は分光光度計の駆動部を含む、グレーティングプ
リズムから成るモノクロメータである。参照光試料とし
て単結晶シリコン３を、被測定試料として化学気相成長
法（５８０℃）で成長させた非晶質シリコン膜４（基板
はガラスを用いた）を用い、光学系の途中に設置されて
いるハーフミラ−５，６により試料に垂直入射した入射
光の反射光を検出器７．８で測定した。光検出器７，８
としてはホトマルチプライヤ−を用いた。
ブロック図である。第２図において、１は分光光度計の
光源で、ハロゲンランプと重水素ランプとから成ってい
る。２は分光光度計の駆動部を含む、グレーティングプ
リズムから成るモノクロメータである。参照光試料とし
て単結晶シリコン３を、被測定試料として化学気相成長
法（５８０℃）で成長させた非晶質シリコン膜４（基板
はガラスを用いた）を用い、光学系の途中に設置されて
いるハーフミラ−５，６により試料に垂直入射した入射
光の反射光を検出器７．８で測定した。光検出器７，８
としてはホトマルチプライヤ−を用いた。
第３図は比較のために用いた従来の反射分光光度計で測
定した反射スペクトルを示す。曲線ａは単結晶シリコン
基板の反射スペクトルである０曲線すは第２図で説明し
た化学気相成長法（５８０℃）で堆積させたシリコン膜
の反射スペクトルである。
定した反射スペクトルを示す。曲線ａは単結晶シリコン
基板の反射スペクトルである０曲線すは第２図で説明し
た化学気相成長法（５８０℃）で堆積させたシリコン膜
の反射スペクトルである。
従来での反射スペクトルで明らかなように、可視光を含
む波長０．４μｍ以上の領域では曲線すの方が値が大き
く、０．４μｍ以下の紫外光領域では曲線ａの方が値が
大きい、前述のごとく、シリコン膜の粒径が小さい場合
には、光学定数が変化するためにその１つとして特にこ
のような可視−紫外光領域で反射率の変化が測定できる
。
む波長０．４μｍ以上の領域では曲線すの方が値が大き
く、０．４μｍ以下の紫外光領域では曲線ａの方が値が
大きい、前述のごとく、シリコン膜の粒径が小さい場合
には、光学定数が変化するためにその１つとして特にこ
のような可視−紫外光領域で反射率の変化が測定できる
。
従来の分光光度計では、前記の第３図のような反射スペ
クトルが測定されるが、本発明においてはさらに参照光
試料３側の反射率＆、被測定試料側４の反射率ＲａＯ差
反射率Ｒ−Ｒｓ＋／Ｒｏを比較回路機構部９で求めた。
クトルが測定されるが、本発明においてはさらに参照光
試料３側の反射率＆、被測定試料側４の反射率ＲａＯ差
反射率Ｒ−Ｒｓ＋／Ｒｏを比較回路機構部９で求めた。
さらに、モノクロメータ２の波長駆動機構部より送られ
てくる同期信号よシ、モノクロメータ２の波長λに対す
るＶλ２の値を求める変換機構１０及び比較回路機構部
９で求めた差反射率Ｒ４ｊ％凡の型に変換するム変換機
構Ｕによシ反射スペクトルＲを、ＸＭｔ−１／λ２、Ｘ
軸と直交するＹ軸をＬ％ＲとするＸ−Ｙ座標に変換し、
関数ｆを求めた。第１図（ｓｌ）に関数ｆを示す。関数
ｆは前記のごとく、化学気相成長法（５８０℃）で堆積
させたシリコン膜のもので、関数ｇは比較のために示し
た被測定試料４にも単結晶シリコン基板を設置して得た
もので直線となっている。
てくる同期信号よシ、モノクロメータ２の波長λに対す
るＶλ２の値を求める変換機構１０及び比較回路機構部
９で求めた差反射率Ｒ４ｊ％凡の型に変換するム変換機
構Ｕによシ反射スペクトルＲを、ＸＭｔ−１／λ２、Ｘ
軸と直交するＹ軸をＬ％ＲとするＸ−Ｙ座標に変換し、
関数ｆを求めた。第１図（ｓｌ）に関数ｆを示す。関数
ｆは前記のごとく、化学気相成長法（５８０℃）で堆積
させたシリコン膜のもので、関数ｇは比較のために示し
た被測定試料４にも単結晶シリコン基板を設置して得た
もので直線となっている。
反射スペクトルを１／λ〜１へＲ座標系に変換する利点
は試料表面の凹凸による光の散乱効果を自動的に補正で
きるところにある。完全導体、垂直入射条件で反射する
光の反射率は、 し弓、 ｅｘｐ（−１店） ・・・・・・（１）λ と表わせる。ただし、Ｒ１は完全鏡面表面での反射率、
鳥は粗表面での反射率、λは光の波長、σは表面凹凸を
定量的に示すパラメータであるｒｏｏｔと書き直すとこ
れはｌ／λ２〜１％Ｒ座標系で傾きが−（４πす３の右
下シの直線を意味していることになる・従って、反射ス
ペクトルを１ハ２〜Ａ％Ｒ座標系へ変換して得た関数ｆ
の傾きの成分は表面荒さに依存しており、最小二乗法に
より関数ｆから傾きの成分を算出し、 Ｒ４＝ Ｂｗｘ ｅＸＰ （孤）
・−・ ・・・（２ンλ２ により逆補正し、完全鏡面表面での反射率を求めた・ 次いで、第１図（ａ）で示した関数ｆの積分値Ｓｆ。
は試料表面の凹凸による光の散乱効果を自動的に補正で
きるところにある。完全導体、垂直入射条件で反射する
光の反射率は、 し弓、 ｅｘｐ（−１店） ・・・・・・（１）λ と表わせる。ただし、Ｒ１は完全鏡面表面での反射率、
鳥は粗表面での反射率、λは光の波長、σは表面凹凸を
定量的に示すパラメータであるｒｏｏｔと書き直すとこ
れはｌ／λ２〜１％Ｒ座標系で傾きが−（４πす３の右
下シの直線を意味していることになる・従って、反射ス
ペクトルを１ハ２〜Ａ％Ｒ座標系へ変換して得た関数ｆ
の傾きの成分は表面荒さに依存しており、最小二乗法に
より関数ｆから傾きの成分を算出し、 Ｒ４＝ Ｂｗｘ ｅＸＰ （孤）
・−・ ・・・（２ンλ２ により逆補正し、完全鏡面表面での反射率を求めた・ 次いで、第１図（ａ）で示した関数ｆの積分値Ｓｆ。
第２図中のｆｌｆｌ・ｄ（１／λ２）の値を求める積分
機構口により求めた０本実施例では関数ｆの積分値Ｓは
７．１で、関数ｇの積分値Ｓは０．０１であった。単結
晶シリコンに対する積分値Ｓは本質的にはゼロ（０）で
あるが、上記の０．０１という値は装置ノイズ、測定誤
差を含んだ値で、非常に小さな値であることが分った。
機構口により求めた０本実施例では関数ｆの積分値Ｓは
７．１で、関数ｇの積分値Ｓは０．０１であった。単結
晶シリコンに対する積分値Ｓは本質的にはゼロ（０）で
あるが、上記の０．０１という値は装置ノイズ、測定誤
差を含んだ値で、非常に小さな値であることが分った。
なお、積分値Ｓは第１図（ａ）の斜線を施した領域の値
を示している。
を示している。
以上のような測定方法により、種々のシリコン膜に対し
て積分値Ｓｔ−求め、さらにそのシリコン膜の粒径を他
の手段（電子顕微鏡観察）によりあらかじめ求めて作成
しておいた検量線が記憶機構１３に記憶されている。第
１図伽）はあらかじめ作成しておいた検量線を模式的に
示したグラフである。
て積分値Ｓｔ−求め、さらにそのシリコン膜の粒径を他
の手段（電子顕微鏡観察）によりあらかじめ求めて作成
しておいた検量線が記憶機構１３に記憶されている。第
１図伽）はあらかじめ作成しておいた検量線を模式的に
示したグラフである。
この検量線によるとシリコン粒径ｒが２０００＾から５
０人へ減少すると、積分値ｓ Ｆｉ、０．２５から９．
５へ増加する。したがって、以上のごとく被測定試料の
積分値Ｓが計算されると、検量線の記憶機構１３で比較
され、シリコン膜粒径出力装置１４に粒径の値ｒが出力
される。積分値Ｓが７．１の場合、ｒは（資）入であっ
た。なお、第１図（ｂ）に示した検量線は種々の堆積法
、種々の堆積温度で成長させたシリコン膜について、他
の電子顕微鏡で観察して得られたシリコン膜の平均粒径
のデータから作成したものである。
０人へ減少すると、積分値ｓ Ｆｉ、０．２５から９．
５へ増加する。したがって、以上のごとく被測定試料の
積分値Ｓが計算されると、検量線の記憶機構１３で比較
され、シリコン膜粒径出力装置１４に粒径の値ｒが出力
される。積分値Ｓが７．１の場合、ｒは（資）入であっ
た。なお、第１図（ｂ）に示した検量線は種々の堆積法
、種々の堆積温度で成長させたシリコン膜について、他
の電子顕微鏡で観察して得られたシリコン膜の平均粒径
のデータから作成したものである。
本実施例においては、波長０．２μｍから０．５μｍの
紫外光及び可視光領域において反射スペクトル測定を行
った例を示したが、本発明は上記の波長範囲に限定され
ない、シリコンの吸収係数を考察して、膜厚の厚いシリ
コン膜に対しては波長の長い可視光領域から測定を行っ
ても同様な結果が得られた。また、膜厚が０．１〜０．
３μｍ程度の薄いシリコン膜に対しては、光の干渉効果
を避けるため、紫外光領域のみで測定を行っても同様な
結果が得られた。
紫外光及び可視光領域において反射スペクトル測定を行
った例を示したが、本発明は上記の波長範囲に限定され
ない、シリコンの吸収係数を考察して、膜厚の厚いシリ
コン膜に対しては波長の長い可視光領域から測定を行っ
ても同様な結果が得られた。また、膜厚が０．１〜０．
３μｍ程度の薄いシリコン膜に対しては、光の干渉効果
を避けるため、紫外光領域のみで測定を行っても同様な
結果が得られた。
本発明によれば従来の反射型分光計を発展させたデータ
処理機構を有するシリコン膜粒径測定装置を用いること
によ）非破壊でシリコン膜粒径の値を得ることができる
。また、多数のシリコン膜試料において、本発明の有効
性を確認するために、第１図（ｂ）で示した検量線の相
関係数を調べたところ、０．９以上の値が得られ、再現
性の良いことが明らかとなった。
処理機構を有するシリコン膜粒径測定装置を用いること
によ）非破壊でシリコン膜粒径の値を得ることができる
。また、多数のシリコン膜試料において、本発明の有効
性を確認するために、第１図（ｂ）で示した検量線の相
関係数を調べたところ、０．９以上の値が得られ、再現
性の良いことが明らかとなった。
以上詳細に述べ九通シ、木兄ＦＩＡＫよれば非破壊でシ
リコン膜の粒径を知ることが可能で、電子デバイス工業
、特に半導体装ｔａ造分野に多大の効果をもたらす。
リコン膜の粒径を知ることが可能で、電子デバイス工業
、特に半導体装ｔａ造分野に多大の効果をもたらす。
第１図−） 、 （ｂ）は本発明の詳細な説明する丸め
に用いた説明図、第２図は本発明の測定装置を説明する
ために用いた装置のブロック図、第３図は本発明の詳細
な説明するために用いた従来方法で測定した反射スペク
トル図である。
に用いた説明図、第２図は本発明の測定装置を説明する
ために用いた装置のブロック図、第３図は本発明の詳細
な説明するために用いた従来方法で測定した反射スペク
トル図である。
Claims (2)
- （１）可視光及び紫外光領域において、参照試料として
単結晶シリコンを用い、非晶質もしくは多結晶シリコン
膜の反射スペクトルを測定し、Ｘ軸が１／λ＾２（ただ
しλは波長とする）、該Ｘ軸と直交するＹ軸が＾ｌ＾ｎ
Ｒ（Ｒは反射スペクトル）である座標系に該反射スペク
トルＲを変換した関数ｆを導入して該可視光及び紫外光
領域における該関数ｆの積分値Ｓ＝∫｜ｆ｜・ｄ（１／
λ＾２）を求め、被測定試料の積分値をその積分値Ｓに
対する非晶質もしくは多結晶シリコン膜の粒径（ｒ）の
相関関係を示す検量線と比較して被測定試料のシリコン
粒径を求めることを特徴とするシリコン粒径測定法。 - （２）反射型分光計に参照光試料として設置した単結晶
シリコンおよび被測定試料として設置した非晶質もしく
は多結晶シリコン膜の各波長λに対して得られる反射率
ＲをＸ−Ｙ座標系において、Ｘ軸が１／λ＾２の型に変
換される変換機構と、Ｘ軸と直交するＹ軸が＾ｌ＾ｎＲ
の型に変換される変換機構と、両機構により変換して得
られた関数ｆの積分値Ｓ＝∫｜ｆ｜・ｄ（１／λ＾２）
を求める積分機構と、被測定試料であるシリコン膜の粒
径ｒと該積分値Ｓとの相関関係が記憶され、被測定試料
の積分値と比較する記憶機構と、被測定試料の粒径を出
力する粒径出力装置とを具備することを特徴とするシリ
コン粒径測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20021184A JPS6177708A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | シリコン膜の粒径測定法及びその測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20021184A JPS6177708A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | シリコン膜の粒径測定法及びその測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177708A true JPS6177708A (ja) | 1986-04-21 |
Family
ID=16420658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20021184A Pending JPS6177708A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | シリコン膜の粒径測定法及びその測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6177708A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001196430A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Sony Corp | ポリシリコン評価方法、ポリシリコン検査装置及び薄膜トランジスタ製造方法 |
-
1984
- 1984-09-25 JP JP20021184A patent/JPS6177708A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001196430A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Sony Corp | ポリシリコン評価方法、ポリシリコン検査装置及び薄膜トランジスタ製造方法 |
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