JPS62221125A - Depth measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、測定技術、特に、半導体試料の表層に形成さ
れたＰ形またはＮ形層の深さを測定する技術に関し、例
えば、半導体装置の製造において、ウェハに形成された
Ｐ形またはＮ形層の深さを測定するのに利用して有効な
ものに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a measurement technique, in particular a technique for measuring the depth of a P-type or N-type layer formed on the surface layer of a semiconductor sample. The present invention relates to an apparatus that is useful for measuring the depth of a P-type or N-type layer formed on a wafer in the manufacturing of wafers.
半導体装置の製造において、半導体素子の構造やプロセ
スの選定、不良原因の解析等々についての半導体プロセ
ス評価の必要上、半導体ウェハの表層に形成されたＰ形
層またはＮ形層の深さ、すなわち、不純物の拡散深さを
測定することがある。In the manufacture of semiconductor devices, the depth of the P-type layer or N-type layer formed on the surface layer of the semiconductor wafer, that is, the depth of the P-type layer or N-type layer formed on the surface layer of the semiconductor wafer, is necessary due to the necessity of semiconductor process evaluation for selecting the structure and process of the semiconductor element, analyzing the cause of failure, etc. The depth of diffusion of impurities may be measured.
このような半導体プロセス評価の一環としての゛拡散深
さの測定に使用されている技術として、試料である半導
体ウェハを斜めに研磨して拡散層を露出させるとともに
、これをスティンエツチングにより光学的に顕在化させ
、その後、光学的手法（電子顕微鏡による観察を含む、
）により拡散層の実寸法を測定するものがある。As part of such semiconductor process evaluation, the technology used to measure the diffusion depth is to polish the semiconductor wafer sample diagonally to expose the diffusion layer, and then optically perform stain etching to expose the diffusion layer. Then, optical methods (including observation with an electron microscope,
) measures the actual dimensions of the diffusion layer.
なお、半導体プロセス評価技術を述べである例としては
、株式会社工業関査会発行「電子材料１９８５年１１月
号別朋」昭和６０年１１月２０日発行 Ｐ２１０〜Ｐ２
１４、がある。An example of a semiconductor process evaluation technology is "Electronic Materials November 1985 Issue Special Edition" published by Kogyo Kansaikai Co., Ltd., published on November 20, 1985, P210-P2.
There are 14.
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、このような拡散層についての深さ測定技術にお
いては、手間がかかるばかりでなく、研磨等の機械的加
工が介在するため、測定精度が低下するという問題点が
あることが、本発明者によって明らかにされた。[Problems to be solved by the invention] However, the depth measurement technology for such a diffusion layer is not only time-consuming, but also involves mechanical processing such as polishing, which reduces measurement accuracy. The present inventor has revealed that there is a problem.
本発明の目的は、作業性および精度を高めることができ
る深さ測定技術を提供することにある。An object of the present invention is to provide a depth measurement technique that can improve workability and accuracy.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである。An overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.
すなわち、試料に対して異なる波長の光を照射する照射
手段と、試料において前記光の照射により光起電力が発
生したことを検出する検出手段とを設け、起電力が発生
したときの光の波長を求め、波長とその光の浸透深さと
の関係から層の深さを測定するように構成したものであ
る。That is, an irradiation means for irradiating a sample with light of different wavelengths and a detection means for detecting that a photovoltaic force is generated in the sample by the irradiation of the light are provided, and the wavelength of the light when the electromotive force is generated is provided. It is configured to calculate the depth of the layer from the relationship between the wavelength and the penetration depth of the light.
半導体試料に光を照射すると、光は試料の内部へ浸透す
るが、その浸透深さは光の波長によって異なり、長波長
の光になるほど、浸透深さの値は大きくなる。When a semiconductor sample is irradiated with light, the light penetrates into the sample, but the depth of penetration varies depending on the wavelength of the light, and the longer the wavelength of the light, the greater the value of the depth of penetration.
一方、半導体試料に照射された光がＰ−Ｎジャンクシジ
ンの深さにまで浸透すると、光のエネルギにより電子−
正孔対が電流となって流れるため、起電力が発生する。On the other hand, when the light irradiated on the semiconductor sample penetrates to the depth of the P-N junction, the energy of the light causes the electrons to
Since the hole pairs flow as a current, an electromotive force is generated.
そこで、半導体試料の起電力発生時を検出し、この検出
時において試料に現に照射されている光の波長を求める
ことにより、拡散層の深さを知ることができる。すなわ
ち、半導体試料の起電力発生時、光は拡散層の最深部で
あるＰ−Ｎジャンクシジンに浸透したことになるから、
この波長の光が示す特有の浸透深さは拡散層の深さに相
当することになる。Therefore, the depth of the diffusion layer can be determined by detecting when an electromotive force is generated in the semiconductor sample and determining the wavelength of the light that is currently irradiating the sample at the time of this detection. In other words, when the electromotive force is generated in the semiconductor sample, the light penetrates into the P-N junction, which is the deepest part of the diffusion layer.
The characteristic penetration depth of light of this wavelength corresponds to the depth of the diffusion layer.
第１図は本発明の一実施例である拡散層の深さ測定装置
を示す模式図、第２図はその作用を説明するための線図
、第３図は光の波長と光の浸透深さとの関係を示す線図
である。Fig. 1 is a schematic diagram showing a diffusion layer depth measuring device which is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram for explaining its operation, and Fig. 3 is a diagram showing the wavelength of light and the penetration depth of light. FIG.
本実施例において、この深さ測定装置は半導体ウェハか
らなる試料ｌの表層に形成された拡散層２の深さを測定
するものとして構成されており、試料１に異なる波長の
光を照射し得るように構成されている光照射装置３と、
この装置３が照射する光の波長を無段階的または段階的
に制御し、それが現在照射している光の波長を中央処理
ユニット （ＣＰＵ）５にリアルタイムにインプットさ
せるように構成されているコントローラ４と、試料ｌの
起電力を検出する手段としての電流針６と、電流計６の
出力により検出信号を発生するように構成されている信
号発生装置７と、第３図に示されているような光の波長
と光の浸透深さとの関係が予め記憶されているメモリー
８とを備えている。In this embodiment, this depth measuring device is configured to measure the depth of a diffusion layer 2 formed on the surface layer of a sample 1 made of a semiconductor wafer, and is capable of irradiating the sample 1 with light of different wavelengths. A light irradiation device 3 configured as follows;
A controller configured to steplessly or stepwise control the wavelength of light emitted by this device 3, and input the wavelength of the light currently emitted by the device 3 to a central processing unit (CPU) 5 in real time. 4, a current needle 6 as a means for detecting the electromotive force of the sample I, and a signal generator 7 configured to generate a detection signal based on the output of the ammeter 6, as shown in FIG. The apparatus includes a memory 8 in which the relationship between the wavelength of light and the depth of penetration of light is stored in advance.
前記光照射装置３の具体例としては、有機螢光色素をア
ルコール等に熔いて用いる液体レーザの一種である色素
レーザ装置を利用することが考えられる。この装置は伯
の可変波長レーザ装置に比べて波長制御技術が確立して
いるので、光照射装置３に使用するのに好ましい、さら
に、色素レーザ装置は、複数種類の色素や励起方式を組
み合わせることにより、レーザ発振の波長可変範囲が広
い波長域になるように構成することが望ましい。As a specific example of the light irradiation device 3, it is possible to use a dye laser device, which is a type of liquid laser that uses an organic fluorescent dye dissolved in alcohol or the like. This device has a more established wavelength control technology than Haku's tunable wavelength laser device, so it is preferable to use it as the light irradiation device 3. Furthermore, the dye laser device can combine multiple types of dyes and excitation methods. Therefore, it is desirable that the wavelength variable range of laser oscillation is configured to be a wide wavelength range.
次に作用を説明する。Next, the action will be explained.
光照射装置３から試料１の表層に形成されている拡散層
２に照射された光は、拡散層２に表面から内部に浸透す
る。この拡散層に対する光の浸透深さは光の波長によっ
て異なり、長波長の光になるほど浸透深さの値は大きく
なる傾向がある。しかも、この光の浸透深さと光の波長
との関係は、第３図に示されているように、予め求める
ことができる。Light irradiated from the light irradiation device 3 onto the diffusion layer 2 formed on the surface layer of the sample 1 penetrates into the interior of the diffusion layer 2 from the surface. The depth of penetration of light into this diffusion layer varies depending on the wavelength of the light, and the value of the penetration depth tends to increase as the wavelength of light increases. Moreover, the relationship between the penetration depth of the light and the wavelength of the light can be determined in advance, as shown in FIG.
そこで、コントローラ４は光照射装置３をその照射する
光の波長が順次変更して行くように制御し、これにより
、光照射装置ｉ！３は紫外線から赤外線までの光を照射
することになる。Therefore, the controller 4 controls the light irradiation device 3 so that the wavelength of the light it irradiates changes sequentially, and thereby the light irradiation device i! 3 will irradiate light from ultraviolet to infrared.
一方、例えば、試料１がＮ形半導体で、拡散層２がＰ形
半導体である場合、拡散層２の最深部にＰ−Ｎジャンク
ションＸが形成されている。そして、このＰ−Ｎジャン
クシランに光が照射されると、光のエネルギにより発生
した電子−正孔対が電流となって流れるため、半導体試
料ｌに起電力が発生する。On the other hand, for example, when the sample 1 is an N-type semiconductor and the diffusion layer 2 is a P-type semiconductor, a PN junction X is formed at the deepest part of the diffusion layer 2. Then, when this PN junk silane is irradiated with light, electron-hole pairs generated by the energy of the light flow as a current, so that an electromotive force is generated in the semiconductor sample 1.
そして、ある波長、例えば５２００人の光が試料ｌに照
射されて、その浸透深さが試料ｌにおけるＰ−Ｎジャン
クションＸに初めて達したとすると、第２図に示されて
いるように、試料ｌに起電力が最初に発生するため、光
がＰ−ＮジャンクションＸに浸透したことを電流計６に
より検出することができる。この電流針６の最初の出力
、により検出信号発生装置７において検出信号が発生さ
れ、この信号がＣＰＵ５にインプットされる。Then, if light of a certain wavelength, for example 5,200 beams, is irradiated onto sample l, and its penetration depth reaches the P-N junction X in sample l for the first time, as shown in Figure 2, Since an electromotive force is first generated at L, the ammeter 6 can detect that the light has penetrated into the PN junction X. A detection signal is generated in the detection signal generator 7 by this first output of the current needle 6, and this signal is input to the CPU 5.
他方、このＣＰＵ５には現在照射されている光の波長値
がコントローラ４によりインプットされている。したが
って、ＣＰＵ５は発生装置７から検出信号が入力された
時点において試料ｌに現に照射されている光の波長（こ
こでは、５２００人）をＵＡ識することができる。On the other hand, the wavelength value of the currently irradiated light is input to the CPU 5 by the controller 4. Therefore, the CPU 5 can UA recognize the wavelength of the light (5200 people in this case) that is currently irradiating the sample 1 at the time when the detection signal is input from the generator 7.
ＣＰＵ５は認識した波長を、メモリー８に記憶されてい
る波長と照合し、これに対応する光の浸透深さを求める
０例えば、第３図に示されているように、波長が５２０
０人の場合、その光の？ｔｉ３深さは１μｍになる。The CPU 5 compares the recognized wavelength with the wavelength stored in the memory 8 and determines the corresponding penetration depth of the light.For example, as shown in FIG.
If there are 0 people, what about that light? The ti3 depth will be 1 μm.
そして、試料１において起電力が最初に発生する最短の
波長の光はＰ−ＮジャンクシランＸに最初に達するもの
であるから、この波長の光が示す特有の浸透深さは拡散
層２の深さに相当する。したがって、ＣＰＵ５はこの値
を拡散層２の深さとして、所定の出力装置（図示せず）
により適宜出力することになる。In sample 1, the light with the shortest wavelength that generates the electromotive force first reaches the P-N junk silane corresponds to Therefore, the CPU 5 uses this value as the depth of the diffusion layer 2 and sets it to a predetermined output device (not shown).
It will be output accordingly.
前記実施例によれば次の効果が得られる。According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
［１１半導体試料に対して異なる波長の光を照射し、試
料において光起電力が発生した時の光の波長を求め、こ
の波長とその光の浸透深さとの関係から拡散層の深さを
測定することにより、試料を機械的に加工しなくて済む
ため、非破壊にて、しかも作業性よく高精度に拡散層の
深さを測定することができる。[11 A semiconductor sample is irradiated with light of different wavelengths, the wavelength of the light when photovoltaic force is generated in the sample is determined, and the depth of the diffusion layer is measured from the relationship between this wavelength and the penetration depth of the light. This eliminates the need to mechanically process the sample, making it possible to measure the depth of the diffusion layer nondestructively, with good workability, and with high accuracy.
（２）起電力が発生した時の現実の波長と、メモリーに
記憶されている波長とをコンピュータによって照合し、
現実の波長に対応する光の浸透深さを不めるように構成
することにより、測定を自動化することができるため、
前記＋１１の効果を一層高めることができる。(2) A computer compares the actual wavelength when the electromotive force is generated with the wavelength stored in memory,
Measurements can be automated by configuring them to reduce the depth of light penetration corresponding to the actual wavelength.
The effect of +11 can be further enhanced.
（３） 半導体試料の拡散層の深さを短時間かつ高精
度に測定することにより、拡散層についての分析を迅速
かつ正確に実行することができるため、半導体素子の構
造やプロセスの選定、不良原因の解析等のような半導体
プロセス評価を迅速かつ正確に実行することができる。(3) By measuring the depth of the diffusion layer of a semiconductor sample in a short time and with high precision, analysis of the diffusion layer can be carried out quickly and accurately. Semiconductor process evaluation such as cause analysis can be performed quickly and accurately.
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor.
例えば、起電力が発生した時の現実の波長とメモリーに
記憶されている波長とをコンピュータによって照合し、
現実の波長に対応する光の浸透深さを求めるように構成
するに限らず、検出手段により検出された現実の波長を
第３図に示されているような線図に照合して、その光の
浸透深さを求めてもよい。For example, a computer can compare the actual wavelength when an electromotive force is generated with the wavelength stored in memory.
The structure is not limited to determining the penetration depth of light corresponding to the actual wavelength, but the actual wavelength detected by the detection means is compared with the diagram shown in Figure 3 to determine the light penetration depth. The penetration depth may also be determined.
起電力発生時の検出手段としては、電流針を使用するに
限らず、電圧計等を使用することができる。The means for detecting when an electromotive force is generated is not limited to a current needle, but may also be a voltmeter or the like.
光照射装置を制御するコントローラにより、現在照射さ
れている光の波長を得るように構成するに限らず、光照
射装置から実際に光を照射されて、現在試料に照射され
ている光の波長を測定するように構成してもよい。The controller that controls the light irradiation device can be configured not only to obtain the wavelength of the light currently being irradiated, but also to obtain the wavelength of the light that is actually irradiated from the light irradiation device and currently irradiated onto the sample. It may be configured to measure.
試料はシリコン半導体に限らず、ゲルマニウムや化合物
半導体等であってもよい。The sample is not limited to a silicon semiconductor, but may be germanium, a compound semiconductor, or the like.
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体ウェハの拡散
層の深さについての測定に通用した場合について説明し
たが、それに限定されるものではなく、各種の半導体プ
ロセス評価等についても適用することができ、本発明は
少なくとも光の照射により起電力が発生する試料全般に
通用することができる。In the above explanation, the invention made by the present inventor was mainly explained in the case where it was applied to the measurement of the depth of the diffusion layer of a semiconductor wafer, which is the background application field, but the invention is not limited to this. It can also be applied to evaluation of various semiconductor processes, and the present invention can be applied to at least all samples in which electromotive force is generated by irradiation with light.
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this application is as follows.
試料に対して異なる波長の光を照射し、試料において光
起電力が発生した時の光の波長を検出し、波長とその光
の浸透深さとの関係から拡散層の深さを測定することに
より、試料を破壊せずに、しかも作業性よく高精度に拡
散層の深さを測定することができる。By irradiating the sample with light of different wavelengths, detecting the wavelength of the light when photovoltaic force is generated in the sample, and measuring the depth of the diffusion layer from the relationship between the wavelength and the penetration depth of the light. , it is possible to measure the depth of the diffusion layer with high accuracy without destroying the sample, and with good workability.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例である拡散層の深さ測定装置
を示す模式図、
第２図はその作用を説明するための線図、第３図は光の
波長と光の浸透深さとの関係を示す線図である。
１・・・試料、２・・・拡散層、３・・・光照射装置、
４・・・コントローラ、５・・・ｃｐｕ。
６・・・電流針（起電力検出手段）、７・・・検出信号
発生装置、８・・・メモリー、Ｘ・・・Ｐ第 １
図
第 ２ 図
第 ３ 図[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] Fig. 1 is a schematic diagram showing a diffusion layer depth measuring device which is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram for explaining its operation, and Fig. 3 is a FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light and the penetration depth of light. 1... Sample, 2... Diffusion layer, 3... Light irradiation device,
4...controller, 5...cpu. 6... Current needle (electromotive force detection means), 7... Detection signal generator, 8... Memory, X... P first
Figure 2 Figure 3
Claims (1)
、試料において前記光の照射により光起電力が発生した
ことを検出する検出手段とを備えており、起電力が発生
したときの光の波長を求め、波長とその光の浸透深さと
の関係から光が照射された層の深さを測定することを特
徴とする深さ測定装置。 ２、照射手段が、紫外線の波長から赤外線の波長までの
光を照射し得るように構成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の深さ測定装置。 ３、検出手段として、試料のＰ形層とＮ形層とに電気的
に接続し得る電流計または電圧計が使用されていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の深さ測定装置
。 ４、検出手段の起電力検出時に照射手段が照射している
光の波長を認識することにより、起電力が発生したとき
の波長を求めるように構成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の深さ測定装置。 ５、波長とその光の浸透深さとの関係が、予め記憶手段
に記憶されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の深さ測定装置。 ６、起電力が発生したときの現実の波長と、記憶手段に
記憶されている波長とを照合することにより、現実の波
長に対応する光の浸透深さを求めるように構成されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の深さ測
定装置。[Scope of Claims] 1. An irradiation means for irradiating a sample with light of different wavelengths, and a detection means for detecting that a photovoltaic force is generated in the sample by the irradiation of the light, and the electromotive force A depth measuring device characterized by determining the wavelength of the light when the light occurs and measuring the depth of the layer irradiated with the light from the relationship between the wavelength and the penetration depth of the light. 2. The depth measuring device according to claim 1, wherein the irradiation means is configured to irradiate light ranging from ultraviolet wavelengths to infrared wavelengths. 3. Depth measurement according to claim 1, wherein an ammeter or a voltmeter that can be electrically connected to the P-type layer and the N-type layer of the sample is used as the detection means. Device. 4. Claims characterized in that the device is configured to determine the wavelength at which the electromotive force is generated by recognizing the wavelength of the light irradiated by the irradiation means when the electromotive force is detected by the detection means. The depth measuring device according to item 1. 5. Claim 1, characterized in that the relationship between the wavelength and the penetration depth of the light is stored in advance in the storage means.
Depth measuring device as described in section. 6. It is configured to find the penetration depth of light corresponding to the actual wavelength by comparing the actual wavelength when the electromotive force is generated and the wavelength stored in the storage means. A depth measuring device according to claim 5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6410386A JPS62221125A (en) | 1986-03-24 | 1986-03-24 | Depth measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6410386A JPS62221125A (en) | 1986-03-24 | 1986-03-24 | Depth measuring apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62221125A true JPS62221125A (en) | 1987-09-29 |
Family
ID=13248405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6410386A Pending JPS62221125A (en) | 1986-03-24 | 1986-03-24 | Depth measuring apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62221125A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0511145A2 (en) * | 1991-04-23 | 1992-10-28 | International Business Machines Corporation | Method for determining the thickness of an interfacial polysilicon/silicon oxide film |
| JP2014509968A (en) * | 2011-03-11 | 2014-04-24 | コリア・インスティテュート・オブ・マシナリー・アンド・マテリアルズ | Curing system and method |
-
1986
- 1986-03-24 JP JP6410386A patent/JPS62221125A/en active Pending
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