JPS63151042A - 半導体結晶におけるイオン注入量測定方法 - Google Patents

半導体結晶におけるイオン注入量測定方法

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JPS63151042A JP62293041A JP29304187A JPS63151042A JP S63151042 A JPS63151042 A JP S63151042A JP 62293041 A JP62293041 A JP 62293041A JP 29304187 A JP29304187 A JP 29304187A JP S63151042 A JPS63151042 A JP S63151042A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体製造技術の分野に関し、史に特定すると
製造過程中に実施されるイオン注入量測定技術の分野に
関する。
(従来の技術) イオン注入法とは高エネルギーイオンの打ち込みによっ
てウェハ近表面の化学及び物理的な組成を変化させる、
一般的な半導体¥J造工程の一つである。このイオン打
ち込みによって半導体の結晶格子は損傷を受ける。普通
、イオンビーム径(5#III+)はウェハのサイズ(
75−250m)に比べて小さい。従って、ウェハに対
してイオンビームを走査することによってイオン注入け
を均一にすることが必要である。不適切な走査、ウェハ
の帯電またはビームの不安定性等を含む多くの要因によ
って、ウェハ表面でイオン注入量が不均一となる。イオ
ン注入量のこのような不均一性によって、当然、製造さ
れた半導体装置の電気的性質にばらつきが生じる。即ち
、イオン注入量の不均一性はその品質に直接のIIIを
及ぼすものである。従って、イオン注入量を推定する技
術、またある場合は注入ri1の不均一性を推定する技
術が開発されてきた。
このような既知の測定技術の一つとして、直接シート抵
抗を測定するものがある。この方法では、ウェハは、格
子損傷を取り除き注入されたイオンを活性化するための
高温アニール(焼きなまし)の工程を経る。その後、同
一線上の4点プローブをウェハ表面に電気的に接触させ
、そのうちの2プロ一ブ間にTi流を流すことが行われ
る。そして他の270一ブ間に・わたって電圧が測定さ
れ、抵抗値が検出される。
他の方法では、ウェハ中を伝播する熱波を利用している
。この方法では、レーザーエネルギーの高周波パルスが
半導体表面上に直接導入され、つ′エバ中を伝播する熱
波列が形成される。ウェハの表面温度は、このような波
がイオン注入による損傷を有する表面下を拡散していく
あいだに変化する。ウェハの表面温度は2次レーザビー
ムの反射をモニタして検出され、このようにしてイオン
注入量に関する信号が得られる。
イオン注入量の間接的な測定方法として、光学的線m測
定と呼ばれるも−のがある。この方法では、ホトレジス
ト層で被覆されたガラスウェハが注入装置内でテスト片
として用いられる。このテスト片は強い注入を受けると
、ホトレジスト層を黒化させる。その結果、ホトレジス
ト層を通過した平行光線の透過量は、イオン注入量によ
って影響を受けることになり、これによって注入酊が測
定される。
(発明の要約) 本発明の目的は、イオン注入された半導体結晶のイオン
注入片を直接測定する非接触型でかつ非破壊型の測定方
法およびその装置を提供するものである。
本発明の他の目的は、半導体ウェハの製造過程中アニー
ル工程に先立ってイオン注入量を決定し、これによって
製造工程を完了する前にイオン注入工程における欠陥を
検出することが出来る測定技術を提供することである。
本発明の更に他の目的は、品質をモニタしイオン注入工
程 によって半導体製造過程におけるオートメ−シコンに理
想的に適するようにした測定技術を提供することである
本発明の更に他の目的は、シリコン、ゲルマニウム、ヒ
化ガリウムおよびリン化インジュウムを含むいかなる結
晶体および半導体物質に対して適用可能なイオン注入量
測定システムを提供することである。
本発明の更に伯の目的は、イオン注入された半導体結晶
表面に直射されるコヒーレント光エネルギー源を用い、
半導体結晶構造から反射される上記光エネルギーの第3
高調波強度を検出し測定する、イオン注入量測定技術を
提供することである。
(実施例) 第1図は、本発明の1実施例にかかる装置を示し、第2
図は第1図に示した装置によって得られた真空中および
空気中でのイオン注入量強度の測定結果を示す図である
。また第3図は予め規定されたイオン注入量境界を右す
るテストウェハを示し、第4図は第1図に示した装置に
よって第3図に示したデスl−ウェハを測定した時の測
定マツプを示するものである。
第1図に示す実施例において、10はQ−スイッチNd
:YAGレーザであり、基本波長が1.06μで4ns
のパルスを10H7の繰り返し数で発生する。レーザ1
0によって得られるパルスエネルギービームは偏光子1
2と平行光学系14を通過する。平行化されたビームは
2色性ミラー18に直射されここで半導体ウェハ30の
表面上に反射される。つ1ハ30は一般にX−Y可動固
定台40上におかれており、半導体結晶30の表面上に
わたって多重サンプル測定が可能なようにされている。
ビームを走査させかつ半導体ウェハを固定することによ
って、異なった装置の配直になすことが可能である。
ビームエネルギーのパルスが半導体結晶30上に衝突す
ると、半導体30の非直線性光学的性質のために基本波
長の高調波の反射が生じる。寸なわら、基本波長の第2
高調波が発生する。しかしながら、例えば一般にシリコ
ンのような対称中心を持つ結晶から放射される第2高調
波は、表面から数個の原子層からのものに限られること
が知られている。一方、発明者等は第3高調波が、基本
波長の吸収長すなわち第31:S調波の吸収長に相当す
る結晶表面からの深さにおいて発生することを発見した
。従って、半導体結晶表面から約10nmである吸収長
に相当するプローブ深さは、イオン注入によって正常に
変化した材料の体積に相当する。勿論イオン注入過程で
生じた格子損傷は純粋の結・晶構造に比べて第3高調波
の強度に影響を及ぼす。従って、イオン注入量における
不均一性は、半導体結晶30の表面からのこのような第
3高調波の放射におけるばらつきとして示される。
第1図に示した実施例中に示される2色性ミラーは、基
本波長を反射し第3高調波を透過するものが選択されて
いる。半導体結晶30から放射された第3高調波は、2
色性ミラー18、フィルター20および偏光子22を透
過してセンサ24に達する。この場合、センサ24は光
電子増倍管であって、センサ24に入射する基本周波数
の第3高調波の強度に相当した電気出力信号を発生する
光電子増倍管24の出力は、市販されている積分/平均
器26に供給される。この発明を導いた実験に使用され
た積分/平均器は、ニューシャーシー州プリンストンの
EG&G Pr+nCetOn Applied11e
search社製の信号処理システムモデル400であ
る。
積分/平均器26の救能は、光電子増倍管センサ24の
出力パルスを分析し、センサにおける第3高調波の相対
強度を示す出力を供給するものである。
半導体結晶30の表面と、2色性ミラー18の半導体に
向ってビームが反射される点との間の“L 11で示さ
れる距離は、これら2点間の媒体が空気であるとき、考
慮されるべき重要点となる。
真空中では、この距離“L IFは任意である。しかし
ながら、空気中では、空気によって第3高調波が発生し
、2色性ミラー18と半導体30間の経路において発生
する正弦的性質の強度変化が散乱によって生じる。′L
″が空気中で発生した第3高調波のコヒーレンス長の偶
数倍に等しいとさ、真空媒体を用いた測定にほぼ一致す
る測定結果が得られることを発見した。
上述した測定方法を実施することによって空気を媒体と
して用いることが出来ると言う事実は、この測定方法を
オートメーション工程に極めて適したものとしている。
第2図のグラフは、イオン注入量が図示された範囲内に
ある種々のサンプルに対して上述の装置を用いて行われ
た比較測定の結果を示している。
連続線101は真空媒体中での種々のサンプルの測定結
果を示す。破線103は、ミラー18とサンプル表面間
が第3′B調波(1−coh)のほぼ0.4コヒーレン
ス良であるときの同じサンプルの空気媒体中での測定結
果を示す。1点鎖線105は、ミラー18とサンプル表
面間の距離“L IIが2LCOhである上述の装置に
よって測定された同じサンプルの結果を示している。
第2図から、“L”値として1cohの偶数倍のものを
用いることによって、空気中で装置を使用した結果が真
空中での結果にほとんど同じとなることが分かる。
第3図は、P+イAンを50KEVで注入すると言う際
立ったイオン注入が実行されたときのり−ンブルウエハ
の3個の領域を示している。領域“A IIでは注入量
は3X10130−2であり、一方領域“B IIでは
1.8×1013ff−2、領域11 CTTでは5.
6X1013α−2である。
第4図は、境界領域A’ 、B’およびC′を定義する
ために、測定された第3高調波の相対強度の範囲を利用
して、第3図に示したサンプルの測定マツプを示すもの
である。
上述の装置はパルスのサンプリングのために偏光子12
および検光子22を用いたものとして示されているが、
半導体ウェハ30を回転移動させることによって、セン
サ24に反射される第3高調波の検出値に変化が生じる
。従って、ビームに円偏光性を与え、方向性による疫化
を打ち消すた  “めに、第1図に点線16で示される
1/4波長板を用いることが望ましい。
本発明では、レーザ源10からのパルスエネルギーの強
度は、約40mJのパルスエネルギーを 4持つように
選択されている。このエネルギーは、イオン注入によっ
てアモルファス化されたシリコン結晶のアニールしきい
値より十分に小さく、しかしながら同時にセンサ24に
よって簡単に検出しつる第3高調波を結晶表面で発生す
るに十分な大きざである。この発明を少し変更すること
によって柔軟性が生じる。例えば、半導体結晶における
有効な測定のためのプローブ深さは、基礎の光照射にお
ける波長を選択することによって制御することが出来る
。一方、平均エネルギーをアニールのしきい値以下に保
持する一方、大電力のパルスが供給されるので、比較的
短いパルス幅が望まれる。更に、分析時間を短縮するた
めには高いパルス繰り返し数が望ましい。
多くの修正および変更がこの発明の新規な概念の範囲か
らはずれる事無く、実施される。従って、特許請求の範
囲によって、本発明の真の精神および範囲中に含まれる
すべての修正および変更がカバーされることは、いうま
でもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、木、発明の1実施例にかかる装置を示す部ブ
ロック図、第2図は第1図に示した装置によって得られ
る真空中および空気中でのイオン注入量強度の測定結果
を示す図、第3図は予め規定されたイオン注入m境界゛
を有するテストウェファを示す図、第4図は第3図に示
したテストウェファの第1図に示す装置による測定結果
を示す地図である。 10:レーデ 18:2色性ミラー 24:センサ 26:fa分/平均器 30:半導体結晶

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)予め決定された基本波長を有するコヒーレント光
    エネルギービームを供給する手段と、予め決められたパ
    ルス幅とパルス繰り返し数を有する光エネルギーパルス
    を供給するために上記コヒーレント光エネルギービーム
    をパルス化する手段と、 上記パルス化されたコヒーレント光エネルギービームを
    半導体結晶の一定の領域に直射する手段と、 上記半導体結晶の一定の領域から反射された上記基礎波
    長の第3高調波を検出する手段と、 上記半導体結晶から反射された第3高調波エネルギーの
    強度を測定するために上記検出手段に接続された手段と
    、 から構成される、半導体結晶におけるイオン注入量測定
    装置。
  2. (2)上記直射手段は、上記コヒーレント光エネルギー
    ビームの供給手段と上記半導体結晶間に配置され上記基
    礎波長を上記半導体結晶方向に反射させかつ上記基礎波
    長の第3高調波を透過する2色性ミラーを含むことを特
    徴とする、特許請求の範囲第1項に記載の半導体結晶に
    おけるイオン注入量測定装置。
  3. (3)上記2色性ミラーはまた上記検出手段と上記半導
    体結晶間に位置し上記基礎波長の第3高調波のみを透過
    するものである、特許請求の範囲第2項に記載の半導体
    結晶におけるイオン注入量測定装置。
  4. (4)上記直射手段は上記半導体結晶表面に対して垂直
    な入射角を有するように上記コヒーレント光エネルギー
    ビームを直射するものである、特許請求の範囲第3項に
    記載の半導体結晶におけるイオン注入量測定装置。
  5. (5)上記検出手段は、上記半導体結晶から半導体結晶
    表面に対して垂直な方向に反射されたた第3高調波を受
    光するものである、特許請求の範囲第4項に記載の半導
    体結晶におけるイオン注入量測定装置。
  6. (6)上記直射手段と半導体結晶表面間の媒体が空気で
    あり、かつ上記2色性ミラーと半導体結晶表面間の距離
    が空気中における第3高調波の干渉長の偶数倍に等しい
    ものである、特許請求の範囲第5項に記載の半導体結晶
    におけるイオン注入量測定装置。
  7. (7)予め決定された基礎波長を有するコヒーレント光
    エネルギービームの発生源を準備する過程と、 予め決定されたパルス幅及びパルス繰り返し数を有する
    光エネルギーパルスを供給するために上記コヒーレント
    光エネルギービームをパルス化する過程と、 半導体結晶の一定領域上に上記パルス化されたコヒーレ
    ント光エネルギービームを直射する過程と、 上記半導体結晶の一定領域から反射された上記基本波長
    の第3高調波を検出する過程と、 上記半導体結晶から反射された上記第3高調波エネルギ
    ーの強度を測定する過程と、 からなる、半導体結晶におけるイオン注入量測定方法。
  8. (8)上記直射過程は、上記ビーム源と上記半導体結晶
    間に位置し、上記基礎波長を半導体結晶方向に反射させ
    かつ上記基本波長の第3高調波を透過するように配置さ
    れた2色性ミラーを準備する過程を含んでいることを特
    徴とする、特許請求の範囲第7項に記載の半導体結晶に
    おけるイオン注入量測定方法。
  9. (9)上記検出過程は、光エネルギーを検出する手段を
    準備する過程を含み、上記2色性ミラーは上記検出手段
    に対して基礎波長の第3高調波のみを透過するように上
    記検出手段と半導体結晶間に準備されかつ配置されるこ
    とを特徴とする、特許請求の範囲第8項に記載の半導体
    結晶におけるイオン注入量測定装置。
  10. (10)上記直射過程は、上記コヒーレント光エネルギ
    ービームを半導体結晶表面に対して垂直な入射角で直射
    することによつて実行される事を特徴とする、特許請求
    の範囲第9項に記載の半導体結晶におけるイオン注入量
    測定方法。
  11. (11)上記検出手段は、上記半導体結晶から半導体結
    晶表面に対して垂直方向に反射された上記基本波長の第
    3高調波を受光するように準備されていることを特徴と
    する、特許請求の範囲第10項に記載の半導体結晶にお
    けるイオン注入量測定方法。
  12. (12)直射手段と半導体結晶表面間の媒体が空気であ
    り、かつ2色性ミラーは半導体結晶表面からの距離が空
    気中での第3高調波のコヒーレンス長の偶数倍に等しい
    距離となるように準備されていることを特徴とする、特
    許請求の範囲第11項に記載の半導体結晶におけるイオ
    ン注入量測定方法。
JP62293041A 1986-12-02 1987-11-19 半導体結晶におけるイオン注入量測定方法 Granted JPS63151042A (ja)

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JPH0318340B2 JPH0318340B2 (ja) 1991-03-12

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US4755049A (en) 1988-07-05
CA1262291A (en) 1989-10-10
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KR880008417A (ko) 1988-08-31

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