(57)【要約】【課題】簡単かつ高精度でＰ汚染の有無を判定することが可能な半導体基板のＰ汚染評価方法を提供する。【解決手段】イオンインプランテーションによりＳｂイオンまたはＡｓイオンを注入した半導体基板を評価する方法であって、少なくとも、前記ＳｂイオンまたはＡｓイオンを注入した半導体基板に熱処理を施した後、該熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを求め、該拡散濃度プロファイルの変曲点に基づいてイオン注入装置からのＰ汚染の有無を判定して評価する半導体基板のＰ汚染評価方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンインプランテーションによりＳｂイオンまたはＡｓイオンを注入した半導体基板を評価する方法であって、少なくとも、前記ＳｂイオンまたはＡｓイオンを注入した半導体基板に熱処理を施した後、該熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを求め、該拡散濃度プロファイルの変曲点に基づいてイオン注入装置からのＰ汚染の有無を判定して評価することを特徴とする半導体基板のＰ汚染評価方法。
【請求項２】
前記熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを角度研磨を用いて求めることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板のＰ汚染評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンインプランテーションによりＳｂイオンまたはＡｓイオンを注入した半導体基板を評価する方法に関するものであり、詳しくは、前記イオン注入した半導体基板のＰ汚染について評価する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳＦＥＴ等のＭＯＳ素子は、通常は半導体基板上に薄膜の半導体層が形成された基板を用いて製造される。この薄膜半導体層は一般にエピタキシャル成長法により形成されるが、高集積化が進むにつれてそのエピタキシャル層の薄膜化がますます要求されるようになっている。
【０００３】
上記のようなＭＯＳ素子用のエピタキシャル層が形成された半導体基板（エピタキシャルウエーハ）は、一般に、高濃度の不純物を含むシリコン基板の上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ、Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により低濃度の不純物を含むエピタキシャル層を成長させることにより形成される。
【０００４】
また、近年では、これに換わるものとしてイオンインプランテーションを利用した埋込拡散層を有する基板の製造方法が挙げられる。この方法は、たとえば特許文献１に提案されており、従来よりも簡略化された工程で且つ低コストで半導体基板を製造することができる。
【０００５】
また、ＢｉＣＭＯＳデバイス等の半導体素子には、シリコン基板とその上に成長されるエピタキシャル層の間に、選択的、或いは全面にＳｂ、Ａｓ、Ｐ、Ｂ等の不純物が埋め込まれた、埋め込み拡散エピウェーハが使用される。これら埋め込まれた不純物層は、デバイスの抵抗コントロール、素子分離等、様々な機能を持つ。この様な、埋め込み不純物層の形成方法としても、イオンインプランテーションを利用する方法がある。
【０００６】
しかしながら、上記のようなイオンインプランテーションを用いた半導体基板の製造にあたっては、イオン注入装置でドーパント汚染が発生する場合がある。そして、このようにドーパント汚染が生じてしまうと、デバイス特性等に悪影響を及ぼしてしまう。そこで、製造された半導体基板について、このドーパント汚染を正確に、そして簡便に評価することができる方法が求められている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２６７８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記ドーパント汚染について、特に、注入イオンとして、ＳｂイオンまたはＡｓイオンを用いたときにＰイオンによる汚染が生じてしまう。しかしながら、このＰ汚染の発生を簡単に判定することができる評価方法が確立されていなかった。
従来では、上記Ｐ汚染を評価するにあたり、半導体基板にＳｂイオンやＡｓイオンをイオン注入した後、ＴＸＲＦ、ＩＣＰ−ＭＳ、ＳＩＭＳなどの方法を用いることにより評価を行ってきた。しかしながら、これらの従来の評価方法を実際に行った場合、評価に長時間を要して手間がかかるうえ、測定装置も高価でありコストがかかってしまうという問題があった。
なおかつ、検出感度も１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であり、例えば不純物濃度の規格がこれと同程度、あるいはこれより低濃度である場合、汚染について精度高く評価することができなかった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、簡単かつ高精度でＰ汚染の有無を判定することが可能な半導体基板のＰ汚染評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、イオンインプランテーションによりＳｂイオンまたはＡｓイオンを注入した半導体基板を評価する方法であって、少なくとも、前記ＳｂイオンまたはＡｓイオンを注入した半導体基板に熱処理を施した後、該熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを求め、該拡散濃度プロファイルの変曲点に基づいてイオン注入装置からのＰ汚染の有無を判定して評価することを特徴とする半導体基板のＰ汚染評価方法を提供する（請求項１）。
【００１１】
このように、イオンインプランテーションによりＳｂイオンまたはＡｓイオンを注入した半導体基板に、まず熱処理を施すことにより、イオン注入された不純物を基板中に拡散させる。このとき、Ｐ汚染がある場合、Ｐイオンは、イオン注入されたＳｂイオンやＡｓイオンに比べて拡散速度が速いので、上記熱処理時に、ＳｂイオンまたはＡｓイオンの拡散領域を追い越して基板中に拡散する。そのため、上記熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルは、基板の深さ方向で不純物の濃度の減少の度合いが変化する変曲点を持つことになる。したがって、この拡散濃度プロファイルの変曲点に基づいてイオン注入装置からのＰ汚染の有無を正確に判定して評価することができるし、しかも簡単に行うことができる。
【００１２】
このとき、前記熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを角度研磨を用いて求めるのが望ましい（請求項２）。
このように、特に、熱処理を施した半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルを角度研磨を用いて求めれば、ＳＩＭＳ等による測定方法に比べて、手間やコスト面を改善することができ、評価効率を著しく向上することが可能である。かつ、比較的不純物の濃度が低くても正確に評価することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、ＳｂイオンやＡｓイオンをイオン注入した半導体基板において、Ｐ汚染の発生の有無を正確かつ簡単に判定することが可能である。
特には、評価を行う際に、半導体基板の深さ方向における不純物の拡散濃度プロファイルを角度研磨を用いて求めれば、ＳＩＭＳなどによる方法を用いた場合よりも評価効率およびコストを改善できるとともに、不純物が比較的低濃度であっても精度良く評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の半導体基板のＰ汚染評価方法の工程の一例を示すフローチャートである。
【００１５】
まず、評価に用いる評価用半導体基板を用意する（工程１）。
すなわち、イオン注入装置を用いてＳｂイオンまたはＡｓイオンを注入した所望の半導体基板を用意する。
このＳｂイオンまたはＡｓイオンの注入は、例えば特許文献１等に開示されているように、従来より用いられているイオン注入装置を用いて行えば良く、従来法と同様にして実施することができる。イオンインプランテーションのイオン注入エネルギーの条件やＳｂイオンやＡｓイオンのドーズ量等も限定されず、目的等に応じて適宜決定することができる。
なお、前述したように、このＳｂイオンまたはＡｓイオンの注入にあたっては、意図せずＰイオンによる汚染が発生してしまう場合がある。
【００１６】
そして、本発明では、用意した評価用半導体基板に、イオン注入装置でＰ汚染が発生してしまっているか否かを判定するため、まず、熱処理炉等を用いて評価用半導体基板の熱処理を行う（工程２）。
このように、評価用半導体基板に熱処理を行うことにより、意図してイオン注入したＳｂイオンやＡｓイオン、また、意図せず注入されてしまったＰイオンを基板中に拡散させる。
【００１７】
本発明の評価方法では、このときのＳｂイオンやＡｓイオン、Ｐイオンの拡散速度の差を利用している。すなわち、評価用半導体基板を用意したときに、イオン注入装置によってＰイオンによる汚染が生じている場合、上記熱処理を評価用半導体基板に施せば、ＳｂイオンやＡｓイオンに比べてＰイオンは拡散が速いので、Ｐイオンは、ＳｂイオンまたはＡｓイオンの拡散領域を追い越して基板のより深い領域に拡散する。その結果、後述するように、評価用半導体基板の深さ方向の不純物拡散濃度プロファイルにその影響が表れ、Ｐ汚染の有無を判定することが可能になる。
【００１８】
なお、上記熱処理の方法は特に限定されず、例えば熱処理炉に評価用半導体基板を投入して熱処理することができる。
使用する熱処理炉としては、短時間で熱処理が可能なＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｒ）等の急速加熱・急速冷却装置や、一度に大量に熱処理を施すことが可能なバッチ式熱処理炉等、従来のものを使用することができる。
【００１９】
また、このときの熱処理温度、熱処理時間、熱処理雰囲気等の熱処理条件は特に限定されない。例えば熱処理温度を８００℃以上とすれば十分な拡散速度が得られ、熱処理時間を短縮でき、１１５０℃以下とすれば、高温により、熱処理炉自体から発生するような熱処理炉からの汚染を除外することができ、イオン注入装置からのＰ汚染の有無の判定をより確かなものとすることができる。評価の精度、または効率やコスト等に応じて適宜熱処理条件を決定することができる。
【００２０】
次に、このようにして熱処理した評価用半導体基板の深さ方向の不純物（イオン注入したＳｂイオンやＡｓイオン、また、Ｐイオン）の拡散濃度プロファイルを求める（工程３）。
この拡散濃度プロファイルの求め方は特に限定されないが、特には角度研磨を用いて求めると良い。角度研磨による方法であれば、長時間を要することなく、また手間を比較的かけずに、簡単に求めることが可能である。同時に、測定のために高価な設備も必要としないので、コストをかけずに実施することができる。
さらに、拡散濃度プロファイルの範囲が、例えばＳＩＭＳの検出感度である１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の比較的低濃度の範囲にまで及んでいても正確に評価することができる。
【００２１】
ここでは、角度研磨を用いた方法を例に挙げて説明する。なお、この角度研磨を用いた不純物の拡散濃度プロファイルの求め方は、例えば特開２００５−２２３０９８号公報等に開示されている。
まず、上記熱処理を施した半導体基板を角度研磨する。この角度研磨においては、評価用半導体基板を劈開する等して表面に垂直な端面を形成し、この端面を表面に対して所定の角度を有するように研磨して角度研磨面を形成する。この角度研磨面における斜め方向の不純物の濃度の分布は、評価用半導体基板の深さ方向の不純物の濃度分布をその研磨角度に応じて拡張したものとなっている。例えば研磨角度を７５′〜１°９′とすれば、その拡張率は１０〜５０倍となる。この研磨角度は自由に設定することができ、各種条件に応じてその都度決定することができる。
【００２２】
次に、評価用半導体基板の深さ方向の抵抗率分布を求める。
図２は抵抗率分布の測定方法の一例を示す概略図である。評価用半導体基板１に形成した角度研磨面２のウェーハの元の表面の位置から角度研磨面に沿って斜め方向にＳＲ測定用プローブ３を移動させながら、プローブ３に接続された図示しないＳＲ測定器によりＳＲ法で抵抗率を測定することにより、評価用半導体基板の深さ方向の抵抗率分布を求めることができる。ＳＲ法では、プローブの近傍の微小な領域での抵抗率の測定が可能であり、しかも前述のように、角度研磨面における不純物の濃度分布は拡張しているので、不純物の濃度分布に対応する抵抗率分布もまた拡張しており、正確な抵抗率分布の測定を深さ方向について高分解能で行なうことができる。例えば、深さ方向で０．０５μｍ間隔での抵抗率測定が可能である。また、ＳＲ法としては定電流法、定電圧法のいずれでもよい。
そして、このようにして深さ方向の抵抗率分布を求め、その後、例えばＡＳＴＭで抵抗率を換算して、熱処理により拡散した不純物の濃度プロファイルを得ることができる。
【００２３】
図３は、上記方法によって得られた不純物の拡散濃度プロファイルの一例を示したグラフである。図３には、比較のため、Ｐ汚染が発生していない場合（図３のグラフＡ）、Ｐ汚染が発生している場合（図３のグラフＢ）を示している。
【００２４】
図３のグラフＡに示すように、まず、Ｐ汚染が発生していない場合は基板の深さ方向に向かって徐々にその濃度がほぼ一様に減少している。熱処理により不純物（この場合ＳｂイオンまたはＡｓイオン）が拡散している様子がわかる。なお、基板深さ３μｍ以降において、濃度が５．００Ｅ＋１３で一定となっているのは使用したシリコン基板の抵抗率で決定される検出限界による。
【００２５】
一方、Ｐ汚染が発生している場合（グラフＢ）、意図せずイオン注入装置から注入されてしまったＰイオンのために不純物（この場合、ＳｂイオンまたはＡｓイオン、そしてＰイオン）の濃度分布に影響が生じている。しかも、前述したように、このＰイオンは、ＳｂイオンやＡｓイオンよりも拡散が速いために、Ｐ汚染が発生していない場合と同様の熱処理を行ったものであれば、その拡散速度の差により、ＳｂイオンやＡｓイオンの拡散領域を追い越して基板の一層深い領域にまで拡散していることになる。すなわち、熱処理条件等にもよるが、基板のより深い領域において、濃度プロファイルに変化が見られる。
その結果、図３のグラフＢのように、グラフの傾きが変化してテールを引き、変曲点Ｃを持った拡散濃度プロファイルとなる。
【００２６】
以上のように、Ｐ汚染が発生している場合、基板中に拡散されてしまったＰイオンの影響によって、グラフＡのようにほぼ一様に濃度が減少していくのではなく、グラフＢのように、基板のある深さにおいて不純物の濃度の減少の度合い（拡散の度合い）に変化が見られ、変曲点Ｃが見られるグラフになる。これに対して、Ｐ汚染が発生していないときは（グラフＡ）、変曲点Ｃは見られない。
このように、変曲点Ｃに基づいてＰ汚染の有無を判定して半導体基板を評価することができる（工程４）。
【００２７】
以上、本発明によれば、まず、熱処理を施した評価用半導体基板中における不純物の拡散濃度プロファイルを求める。そして、そのプロファイルにおける変曲点からＰ汚染の有無を判定することができるので、実に簡単である。特に、角度研磨を用いて拡散濃度プロファイルを求めれば、コストや時間をかけず、また、ＳＩＭＳ等よりもさらに低い濃度範囲をより高精度に測定することができ、評価を行うことが可能である。
【実施例】
【００２８】
以下に本発明の実施例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
（実施例１〜４）
サンプルとして、まず、直径１５０ｍｍ、厚さ６２５μｍ、抵抗率１００Ωｃｍのシリコンウエーハを４枚用意した。これらのシリコンウエーハに、従来のイオン注入装置を用い、イオン注入エネルギー６０ｋｅＶでＳｂイオンをそれぞれ同様に注入した。
これらのシリコンウエーハのうち、１枚はそのままでＰ汚染せず、残りの３枚に対してはＰイオンをイオン注入エネルギー３２ｋｅＶで注入して故意にＰ汚染し（１Ｅ＋１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、２Ｅ＋１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、１Ｅ＋１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）、評価用シリコンウエーハとした。
【００２９】
これらの４枚の評価用シリコンウエーハに対して本発明の評価方法を実施した。まず、従来の熱処理炉を用い、１％酸素濃度雰囲気のもと、１１５０℃で３６０分の熱処理を施した。
【００３０】
その後、それぞれの評価用シリコンウエーハを劈開し、研磨角度１°９′として角度研磨した。そして、角度研磨の抵抗率分布をＳＲ測定器で測定した。このときの測定は、評価用シリコンウエーハの深さ方向に換算して深さ６μｍまで行った。
このようにして測定した抵抗率分布を不純物の濃度プロファイルに換算した。その結果を図４に示す。５Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のオーダーまで検出することができた。
【００３１】
図４に示すように、故意にＰイオンを注入した評価用シリコンウエーハにおける不純物の濃度プロファイルでは変曲点が見られ、テールを引くプロファイルとなっている。すなわち、Ｐイオンを１Ｅ＋１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した場合（○のグラフ）では、基板深さ方向で２．８μｍ近傍に、２Ｅ＋１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した場合（△のグラフ）では、基板深さ方向で２．７μｍ近傍に、１Ｅ＋１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で注入した場合（□のグラフ）では、基板深さ方向で２．５μｍ近傍に変曲点を持っていることが判る。
また、ドーズ量が高いほど、すなわち注入されたＰイオン量が多いほど、変曲点がより基板の表面から近い位置で見られることが判る。
【００３２】
これに対し、Ｐ汚染を行わなかった場合（×のグラフ）では、変曲点は特に見られず、検出限界の５Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３まで緩やかに一様に減少していくプロファイルとなっていた。
【００３３】
（実施例５〜８）
ＳｂイオンのかわりにＡｓイオンを注入すること以外は実施例１〜４と同様にして本発明の評価方法を実施したところ、実施例１〜４と同様に、Ｐ汚染されている評価用シリコンウエーハでは変曲点が観測され、Ｐ汚染されていない評価用シリコンウエーハでは変曲点は観測されなかった。
【００３４】
以上のように、本発明のように、ＳｂイオンまたはＡｓイオンを基板中に注入した半導体基板を熱処理し、その後に測定した不純物の拡散濃度プロファイルにおいて、変曲点をもとにＰ汚染が生じているか否かを判定して評価する方法が十分に高精度で有効であることが判った。しかも、簡単かつコストをかけずに行うことができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の半導体基板のＰ汚染評価方法の工程の一例を示すフロー図である。
【図２】抵抗率分布の測定方法の一例を示す概略図である。。
【図３】半導体基板の深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルの一例を示すグラフである。
【図４】実施例１〜４における評価用シリコンウエーハの深さ方向の不純物の拡散濃度プロファイルの測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１…評価用半導体基板、  ２…角度研磨面、  ３…プローブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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