(57)【要約】【課題】  本発明はシリコン半導体基板の水素イオン注入量の測定に関し、通常ファラデーカップを用いるイオン注入量のモニター方法は、照射されるイオン全てが電荷を有していることが前提であり、イオン照射工程中の異常（例えば真空度の低下，異常放電等）により、電荷を有しない電気的に中性な元素の状態で照射された場合はファラデーカップ法では測定できず、モニターした以上の元素が半導体基板中に注入されてしまう。【解決手段】  ＦＴ−ＩＲ装置を利用し、半導体基板に水素イオンが注入される前のＩＲ波形からＦＺ結晶半導体基板のＩＲ波形を差スペクトル法により求める（水素イオン注入前のＦＺ結晶補正ＩＲ波形）。次に水素イオンが注入された後のＩＲ波形からＦＺ結晶半導体基板のＩＲ波形を差スペクトル法により求め、前記で求めた水素イオン注入前のＦＺ結晶補正ＩＲ波形との差を求めることで半導体基板に注入された水素イオン量を正確に測定できる。【選択図】          図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン半導体基板への水素イオン注入量をＦＴ−ＩＲ法の透過法を用いて測定することを特徴とするシリコン半導体基板の水素イオン注入量測定方法。
【請求項２】
前記水素イオン注入量はシリコン半導体基板に水素イオンを注入する前後のＦＴ−ＩＲ測定波形から水素イオン注入量を測定することを特徴とするシリコン半導体基板の水素イオン注入量測定方法。
【請求項３】
前記測定波形のピークが６２０−６５０ｃｍ-1、８００−８２０ｃｍ-1、２０００−２１００ｃｍ-1、２１００−２２００ｃｍ-1の各範囲のシリコンと水素の結合に起因するものであり、該範囲内においてベースラインを決定し該ベースラインを基準としたピーク高さ、半値幅、面積を演算することにより水素イオン注入量を測定することを特徴とする請求項１記載のシリコン半導体基板の水素イオン注入量測定方法。
【請求項４】
前記請求項１ないし３記載の水素イオン注入量測定方法により測定した水素イオン量を水素イオン注入装置の水素イオン注入量とすることを特徴とするシリコン半導体基板の水素イオン注入量測定方法。
【請求項５】
前記請求項１ないし３記載の測定方法により測定されたシリコン半導体基板に水素イオン注入量を値付けした後、該シリコン半導体基板を標準試料用基板として用いることを特徴とするシリコン半導体基板の標準試料用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）装置により、水素イオン注入されたシリコン半導体基板中の水素に関連したピークが検出でき、該ピークの強度が水素イオン注入量と直線的な関係であることを知見し、ＦＴ−ＩＲ装置により水素イオン注入されたシリコン半導体基板中の水素イオン注入量が定量できることを見いだした。これを鑑み、本発明は、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）法のうち透過法を用いて、水素イオン注入装置からシリコン半導体基板に注入された水素イオン注入量の定量化方法、および該方法により水素イオン注入量を値付けした試料を用い水素イオン注入量をモニターするための標準試料とする半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜ＳＯＩ製造技術として，シリコン半導体基板中に高濃度の水素イオンを注入してシリコン半導体基板中に高濃度の水素とシリコンが結合した注入層を形成し、該水素イオン注入基板と非注入のシリコン半導体支持基板を貼り合わせ、貼り合わせ後に５００℃から６００℃程度の熱処理により該水素イオン注入層部分でシリコン半導体基板が分離されることを利用したスマートカット法が注目されている。
水素イオンの注入によってシリコン半導体基板表面下に形成される注入層の注入量と分離後の活性層表面のラフネスには依存性があることが知られている。
従ってシリコン半導体基板に注入される水素イオン量を正確に測定（モニター）することは非常に重要なことである。
【０００３】
従来よりシリコン半導体基板に注入された水素イオン注入量のモニター法として、一般的にファラデーカップを基本とした手法が用いられている。つまり、イオンは正または負の電荷を有しており、該電荷量をファラデーカップにより検出し、電圧または電流値とすることにより照射された水素イオン注入量を知ることが可能である。例えば、イオン注入装置内部のイオン照射範囲内に電極を設置し、該電極に照射イオンが当たることにより電荷量、つまりイオン照射量を検出できる。検出された該イオン照射量によりシリコン半導体基板に注入されたイオン量をモニターしている（例えば特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、ファラデーカップを利用した従来の方法ではイオン化していない中性状態のもの、つまり電荷を持たないものは電荷量を検出できない。このため、中性状態のイオンがシリコン半導体基板中に注入されたとしてもイオン注入量としては反映されない。また、イオン注入装置内の電極は、高速度の状態でイオンが当たるため経時的に劣化し、長期間注入量をモニターしていくことには信頼性が低下してしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３６７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような上記問題点に鑑みてなされたものであって、通常ファラデーカップを用いるイオン注入量のモニター方法は照射されるイオン全てが電荷を有していることが前提である。従って、イオン照射工程中の異常（例えば真空度の低下，異常放電等）により、電荷を有しない電気的に中性な元素の状態で照射された場合はファラデーカップ法では測定できない。このためモニターした以上の元素がシリコン半導体基板中に注入されてしまい、結果として最終的なＳＯＩ製品の活性層表面ラフネスの品質劣化につながる。
【０００７】
また、ファラデーカップ法ではイオンを検出するためにカーボン電極等が用いられているが、該電極に高速度のイオンが衝突するため該電極は損傷を受け細ってしまう。このため該電極でのイオン元素検出能力は時間と共に劣化していきファラデーカップ法によるモニターは適さない。また、該電極を交換するたびにイオン注入量と電流量の校正作業が必要であり、時間と労力を要する。従って、標準サンプルを作製してもカーボン電極使用初期と後期では、装置側で測定したイオン注入量は同一注入量であっても、実際に半導体基板に注入されたイオン注入量は異なるため、標準サンプルとして使用できない。つまりは、注入サンプルを作製したと同時に作製したものを注入量モニターとして測定する必要があり時間と労力を要する。イオン注入装置のメーカーや機種が異なると、ファラデーカップで受けた電荷をイオン注入量に変換する部分での計算手法がそれぞれ異なるため、装置それぞれにおいて表示されるイオン注入量は異なることとなる。
【０００８】
イオン注入装置内にあるファラデーカップでは装置の注入量をモニターしているのみであり、半導体基板面内においてイオン注入量の分布を見ることはできない。しかし、半導体基板面内のイオン注入量分布と表面ラフネスは対応あることが分かっており、半導体基板面内のイオン注入量を制御することは重要な品質要素である。ＦＴ−ＩＲ装置ではこの基板面内のイオン注入量分布測定が可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
シリコン半導体基板の生産工場であれば、シリコン半導体基板の格子間酸素濃度を測定するために、通常設置されているＦＴ−ＩＲ装置を利用し、スペクトルの演算でイオン注入量を測定可能である。つまり、水素イオン注入する前の半導体基板のＩＲ波形と、水素イオン注入した後のＩＲ波形を差スペクトル法の演算により求めると、水素イオン注入品の半導体基板にのみ特有のＩＲ波形が得られる。水素イオン注入品に特有なピーク波形を表示するためには、水素イオン注入された半導体基板（Ａ）、水素イオン注入する前の半導体基板（Ｂ）これら２種類のＩＲ波形をＦＴ−ＩＲにより測定する。該ＩＲ波形を用い"Ａ波形−Ｂ波形"のスペクトル演算を行うと６２０−６５０ｃｍ-1、８００−８２０ｃｍ-1、２０００−２１００ｃｍ-1、２１００−２２００ｃｍ-1の各範囲において山形のピーク波形が得られる。またＦＴ−ＩＲ測定で検出感度以下の酸素量を含む（通常ＦＺ結晶品）半導体基板（Ｃ）を求め"（Ａ波形−Ｃ波形）−（Ｂ波形−Ｃ波形）"の計算を行うと"Ａ波形−Ｂ波形"と同様に６２０−６５０ｃｍ-1、８００−８２０ｃｍ-1、２０００−２１００ｃｍ-1、２１００−２２００ｃｍ-1の各範囲において山形のピーク波形が得られる。このスペクトル演算の方が波形的にきれいであり計算結果も正確である。
【００１０】
波形の計算方法については、ＦＴ−ＩＲ装置の計算プログラムにより種々の方法が用いられており、たとえば、ＦＺ結晶品による補正がプログラムされているＦＴ−ＩＲ装置では、水素イオン注入する前の該半導体基板を測定すると、水素イオンが注入される前の半導体基板のＩＲ波形からＦＴ−ＩＲでは検出下限以下の酸素量を含む（ＦＺ結晶品）半導体基板のＩＲ波形を差スペクトル法による演算の結果が出力される（Ａ波形−Ｃ波形）。次に水素イオン注入された半導体基板を測定すると、水素イオン注入された半導体基板のＩＲ波形からＦＴ−ＩＲでは検出下限以下の酸素量を含む（ＦＺ結晶品）半導体基板のＩＲ波形を差スペクトル法による演算の結果が出力される（Ｂ波形−Ｃ波形）。前記により求めた（Ａ）と（Ｂ）を差スペクトル法の演算により求めると、水素イオン注入品の半導体基板にのみ特有のＩＲ波形が得られる。
【００１１】
水素イオン注入品にのみ特有のＩＲ波形は６２０−６５０ｃｍ-1、８００−８２０ｃｍ-1、２０００−２１００ｃｍ-1、２１００−２２００ｃｍ-1の各範囲にピークを有する（図５）。各該ピークについて６２０−６５０ｃｍ-1、８００−８２０ｃｍ-1、２０００−２１００ｃｍ-1、２１００−２２００ｃｍ-1の各範囲でベースラインを設定する（図６）。各該ベースラインを水平に補正後、該ベースラインと各ピーク波形の最も高い部分の高さをピーク高さ、ピーク高さの半分の高さの幅をピーク半値幅とする。また、各該ベースラインと各該波形とで囲まれた部分の面積をピーク面積とする（図７）。これら求められたピーク高さ、ピーク半値幅またはピーク面積は水素イオン注入量に依存し、該ピーク高さの高さ、該ピーク半値幅または該ピーク面積のサイズは水素イオン注入量に対応し変化する。この変化の状況は単純な直線的な関係になるため、ＦＴ−ＩＲにより求めたピーク高さ、ピーク半値幅またはピーク面積から水素イオン注入量を簡単に求めることが可能である。
【００１２】
以上の演算方法は、水素イオンを注入しない半導体基板を比較用（リファレンス法）として用いたものであるが、もっと簡便に測定する方法として、比較用の半導体基板が無い場合（エアー法）においても測定可能である。該場合においても、水素イオン注入された半導体基板を測定して得られるＩＲ波形は、リファレンス法と同じような水素イオン注入品に特有なものである。リファレンス法に比べ定量精度は低下するが、簡便なエアー法を用いても定量評価は可能である。
【００１３】
ＦＴ−ＩＲによる水素イオン注入量測定は、注入された水素イオンそのものを直接的に測定しているため、注入装置側で間接的にモニターしている注入量（前述のように経時的に変化する、イオン化していない中性の原子等）よりは正確な注入量を測定可能である。さらに、水素イオン注入量を変えた複数の水素イオン注入量標準サンプルを作製することにより、これら標準サンプルのＦＴ−ＩＲ測定値と新規に作製した製品サンプルのＦＴ−ＩＲ値を比較することで迅速かつ正確な水素イオン注入量を測定することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明はＦＴ−ＩＲ法の透過光を利用することにより、水素イオン注入装置からシリコン半導体基板に注入された水素イオン注入量を測定するものである。イオン注入装置に付随しているファラデーカップを利用する方法では、該ファラデーカップの経時的劣化により水素イオン注入量が変化することや、イオン化し電荷を有する水素のみしか検出できないが、ＦＴ−ＩＲを用いた本方法では直接に水素イオン注入量を測定するため、ファラデーカップの経時的劣化を検知可能でイオン注入量の補正を即座に実施できる。また注入された水素がイオン化したものでも中性のものでも共に注入量を検出できる。
【００１５】
イオン注入装置に付随しているファラデーカップでは該装置の注入量をモニターしているのみであり、半導体基板の面内の注入量分布は測定できない。しかしながらＦＴ−ＩＲ装置では面内分布が測定可能であり、結果のフィードバックにより注入均一性のよいＳＯＩ基板の作製が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る測定方法の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００１７】
本発明によるＦＴ−ＩＲ法のうち透過法を用いたシリコン半導体基板のイオン注入量測定方法は、赤外光を該シリコン半導体基板に透過し、得られたスペクトルより６２０−６５０ｃｍ-1、８００−８２０ｃｍ-1、２０００−２１００ｃｍ-1、２１００−２２００ｃｍ-1の各範囲に現れる水素イオン注入に起因したピーク波形を検出することを特徴とする。具体的には、水素イオン注入品に特有なピーク波形を得るためにＦＴ−ＩＲ装置にて、（図１）に示す水素イオンが注入されたシリコン半導体基板のＦＴ−ＩＲ測定波形と、水素イオンが注入される前のシリコン半導体基板のＦＴ−ＩＲ測定波形の差スペクトル法による演算を行うと（図５）に示す６２０−６５０ｃｍ-1、８００−８２０ｃｍ-1、２０００−２１００ｃｍ-1、２１００−２２００ｃｍ-1の各範囲において山形のピーク波形が得られる。
【００１８】
本実施例で用いているＦＴ−ＩＲ装置はＦＺ結晶品（ＦＴ−ＩＲ装置では検出感度以下の酸素量を含む）によるシリコン格子振動の補正が行われた結果の波形が出力される装置であるため、水素イオンが注入されたシリコン半導体基板をＦＴ−ＩＲ装置にかけて測定すると、ＦＺ結晶品によるシリコン格子振動が補正された波形（図３）が出力される。また、水素イオン注入前のシリコン半導体基板を測定すると、ＦＺ結晶品によるシリコン格子振動が補正された波形図４が出力される。これら（図３）と（図４）の差スペクトルを演算することにより６２０−６５０ｃｍ-1、８００−８２０ｃｍ-1、２０００−２１００ｃｍ-1、２１００−２２００ｃｍ-1の各範囲において山形のピーク波形（図５）が得られる。
【００１９】
得られた山形ピーク波形の両側の裾部分を直線で繋ぎ、次に、該直線を水平に補正後山形ピーク波形のベースラインとする（図６）。該ベースラインと該ベースラインに対し山形ピーク波形の最高点の高さをピーク高さ、該ピーク高さの半分の位置における山形ピーク波形の幅をピークの半値幅、ベースラインと山形ピーク波形とで囲まれた部分をピーク部分の面積とする。これらピーク高さ、半値幅、面積は後述するようにイオン注入量と直線的な関係であるため、ＦＴ−ＩＲによる測定結果より簡単にイオン注入量を求めることができる。
【００２０】
水素イオン注入装置が異なると同一メーカーであっても，装置側で同じ注入量と表示されているが、ＦＴ−ＩＲで測定を行うと装置個体毎に水素イオン注入量が異なることがわかった。従って、ＦＴ−ＩＲ測定により水素イオン注入量の標準サンプルとしたものを用いることにより、装置側での水素イオン注入量表示は同じであっても水素イオン注入装置間でバラツク値を統一することが可能である。
【００２１】
次に、本発明に係わる方法を用いて、実際にイオン注入量を測定した場合の具体例を示す。
【実施例】
【００２２】
用いたサンプルは８インチシリコン半導体基板に水素イオンを注入したもので、ｐ型、抵抗率：１３−１５Ωｃｍ、酸素濃度：１２−１５（×１０17atoms/cm3）［ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１  １９７９］、水素イオン注入量：１−１０（×１０17/cm2）、ＦＴ−ＩＲ装置はバイオラッドのＱＳ−３００を使用した。
【００２３】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に水素イオン注入量（値は注入装置側のファラデーカップの値による）とＦＴ−ＩＲにより測定した６２０−６５０ｃｍ-1、８００−８２０ｃｍ-1、２０００−２１００ｃｍ-1、２１００−２２００ｃｍ-1の各範囲のピーク高さの関係を示す。水素イオン注入量はピーク高さに依存し単純に直線的に変化している。半値幅、面積についても同様の関係が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）法のうち透過法を用いて、水素イオン注入装置から注入された水素イオン注入量の定量化方法、該注入量より半導体シリコン製品のＢＯＸ層厚みを推定する方法、および該方法により水素イオン注入量を値付けした試料を用い水素イオン注入量をモニターするための標準試料とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】水素イオンが注入されたシリコン半導体基板のＦＴ−ＩＲ測定波形を示す図である。
【図２】ＦＺ結晶品（ＦＴ−ＩＲでは検出下限以下の酸素量を含む）のシリコン半導体基板のＩＲ波形を示す図である。
【図３】（図１）から（図２）のＩＲ波形を差スペクトル法により求めた図である。
【図４】水素イオンが注入される前の半導体基板のＩＲ波形からＦＺ結晶半導体基板のＩＲ波形（図２）を差スペクトル法により求めた図である。
【図５】（図３）から、（図４）のＩＲ波形を差スペクトル法により求めた図である。
【図６】６２０−６５０ｃｍ-1の範囲でベースラインを水平に補正後、該ベースラインと６２０−６５０ｃｍ-1の間のピーク波形の最も高い部分の高さをピーク高さ、ピーク高さの半分の高さの幅をピーク半値幅、該ベースラインと該波形とで囲まれた部分の面積をピーク面積とすることを示す図である。
【図７】水素イオン注入量とＦＴ−ＩＲピーク高さとの相関を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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