(57)【要約】【課題】シート抵抗を利用して温度を正確に測定する方法を提供する。【解決手段】モニタ用ウェハ１は、シリコン結晶基板１０上に、酸素またはＮ２Ｏなどにより３ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成する。次にウェハ表面にホウ素イオンを注入することにより不純物注入領域１１を形成する。このウェハを急速加熱装置に設置し、以下の条件にて熱処理を行う。その後、ウェハのシート抵抗を測定し、熱処理温度とシート抵抗との関係を求める。この関係を予め求めておくことにより、シート抵抗から熱処理時の正確な温度を求めることができる。【選択図】　図１
2004039776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物を導入したモニタ用基板を熱処理する工程と、前記モニタ用基板表面の複数箇所のシート抵抗を測定する工程と、得られたシート抵抗と予め求めていたシート抵抗と温度との関係に基づいて熱処理工程におけるモニタ基板の温度を求める工程とを備え、
前記不純物はボロンであり、熱処理の温度範囲は、９００℃〜１０５０℃である、温度測定方法。
【請求項２】
前記不純物はヒ素であり、熱処理温度の範囲は、７５０℃〜９００℃である、請求項１に記載の温度測定方法。
【請求項３】
前記不純物はリンであり、熱処理温度の範囲は、７５０℃〜９００℃である、請求項１に記載の温度測定方法。
【請求項４】
設定温度が校正された基準となる熱処理装置の設定温度と、シート抵抗との関係を求めておき、
第１の熱処理装置について、前記第１の熱処理装置の設定温度での熱処理によりモニタ基板のシート抵抗を求め、このシート抵抗と前記基準の熱処理装置との比較を行う、熱処理装置の温度管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温度測定方法に関するものであり、さらに詳しくはシート抵抗を利用した温度測定の方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の温度測定の方法として、特開２０００−２０８５２４号公報に示されるものがある。この方法によれば、イオン注入した温度モニタ用の半導体ウェハを用意し、このウェハを熱処理装置に導入する。そしてこのウェハに対して７２０℃以下で熱処理を行って、このウェハのシート抵抗を測定する。そして、予め求めていたシート抵抗の値と温度との関係から、熱処理工程におけるウェハの温度分布を求めるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの方法では、正確な温度を測定することが難しい。この従来の温度測定方法ではモニタ用ウェハのシート抵抗と温度との関係を正確に求めておくことが重要であるが、これがすべての温度範囲で正確に求めることが困難だからである。
【０００４】
本発明は、イオン注入した不純物により、正確に温度を求められる範囲を明らかにし、その温度範囲においてシート抵抗に基づいて温度を正確に求めることができる温度測定の方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の方法では、不純物を導入したモニタ用基板を熱処理する工程と、前記モニタ用基板表面の複数箇所のシート抵抗を測定する工程と、得られたシート抵抗と予め求めていたシート抵抗と温度との関係に基づいて熱処理工程におけるモニタ基板の温度（分布）を求める工程とを備え、
前記不純物はボロンであり、熱処理の温度範囲は、９００℃〜１０５０℃である、温度測定方法とするものである。
【０００６】
この方法により、所定の温度範囲では、不純物の「活性化率」がほぼ１００％となるために、シート抵抗と温度との関係の測定再現性を高くすることができる。つまりシート抵抗の測定ばらつきが小さくなるために、測定再現性が高くなり、シート抵抗と温度との関係を正確に求めることができるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、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。
【０００８】
図１は温度モニタ用ウェハ１の構成を示している。図１に示すように、温度モニタ用ウェハ１は、シリコン結晶基板１０の表面に注入による不純物領域１１が形成され、さらに注入により形成した不純物領域１１の上にはシリコン酸化膜１２が形成されている。
【０００９】
このモニタ用ウェハ１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン結晶基板１０上に、酸素またはＮ２Ｏなどにより３ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成する。次に、図２（ｃ）に示すように、ウェハ表面にホウ素イオンを注入する。注入条件は、加速電圧５ｋｅＶ、ドーズ量は２×１０１５ｃｍ−２である。これにより不純物注入領域１１を形成する。
【００１０】
このウェハを急速加熱装置（ＲＴＡ装置）のウェハ支持台に設置し、以下の条件にて熱処理を行う。その後、ウェハのシート抵抗を測定し、熱処理温度とシート抵抗との関係を求める。なお、熱処理は窒素ガス中で実施する。
【００１１】
【表１】
2004039776.tif 000003
【００１２】
熱処理後、不純物領域１１上のシリコン酸化膜１２を除去し、４深針法により、ウェハの１２０ヶ所のシート抵抗を測定する。この測定により図３のグラフを作成する。
【００１３】
図３の横軸は熱処理時の温度、縦軸はシート抵抗である。このグラフから、熱処理温度が９２５℃から１０５０℃の間は、抵抗が２９７．５から１５１．８Ωになっており、抵抗と温度との関係は２Ω／℃であることがわかる。このグラフを利用すれば、シート抵抗を求めることにより、正確な温度を求めることができる。
【００１４】
このようにボロンを不純物に用いた場合には、温度範囲が９００℃から１０５０℃の範囲においてシート抵抗と温度との関係を正確に求めることができる。
【００１５】
ここで不純物がボロンの場合に、シート抵抗と温度との関係を求めるときに温度範囲を９００℃以上に設定した理由について説明する。
【００１６】
シート抵抗と温度との関係を求めるに際しては不純物の「活性化率」を考慮することが重要である。この温度範囲では、ボロンの活性化率がほぼ１００％となっているからである。不純物の活性化率が１００％より小さい場合には、ウェハの注入領域には活性化していない領域が存在し、そのような領域を含めてシート抵抗を測定しようとすると、高い抵抗となり、結果的にシート抵抗がばらついてしまい、測定再現性が小さくなる。ボロンの場合、熱処理温度が９００℃以上であれば、活性化率は１００％となり、ウェハの注入領域は活性化されるために、高抵抗領域は存在せず、シート抵抗の測定再現性は高まり、シート抵抗と温度との関係を正確に求めることができる。
【００１７】
図４にはボロンを注入した場合のシート抵抗の変化を示している。（ａ）はボロンの注入量が２．０×１０１５ｃｍ−２の場合であり、（ｂ）はボロンの注入量が１．０×１０１５ｃｍ−２の場合である。これらのグラフからわかるように注入後の不純物の活性化率が１００％である場合は、ウェハの注入領域は活性化されるために、シート抵抗の測定再現性は高まり、シート抵抗と温度との関係を正確に求めることができる。
【００１８】
また図６に示すようにモニタウェハ面内での温度分布も求めることができる。図６に示すようにウェハの面内で温度は均一ではなく、周辺部、中心部で温度が異なっていることもこのモニタ用ウェハを用いることで正確に温度分布も把握することができる。
【００１９】
図５に不純物にヒ素を用いた場合について説明する。図５の横軸は熱処理温度であり、縦軸はシート抵抗である。図５に示す通り、７５０℃より小さい場合には、ヒ素の活性化率が１００％とはならないために、シート抵抗と温度との関係のエラーバーの範囲が大きくなる。つまり測定の再現性が低くなっている。これでは正しい温度が測定できない。そこで、温度範囲を７５０℃以上にすることにより、ヒ素の活性化率が１００％を越えるために、シート抵抗と温度との間の測定再現性が高まり、温度を正しく測定することができる。
【００２０】
この実施形態では、不純物がボロンの場合は、測定温度範囲を９００〜１０５０℃、不純物がヒ素の場合を測定温度範囲が７５０℃〜９００℃としたが、不純物にリンを用いた場合も測定温度範囲は７５０℃〜９００℃が好適である。
【００２１】
（実施形態２）
実施形態１で説明した温度測定の方法を用いて、熱処理装置の温度管理をする方法について説明する。
【００２２】
熱処理装置Ａ、熱処理装置Ｂ、熱処理装置Ｃを用意する。これらはいずれもＲＴＡ装置であるが、メーカもそれぞれ異なっている。半導体プロセスにおいて熱処理をするにあたっては、装置ごとの温度ばらつきをなくすることが必要である。そのため、熱処理装置Ａ、Ｂ、Ｃのいずれの装置においても、装置の設定温度を９５０℃とすれば、当然ではあるが、実際の温度も９５０℃となるように設定することが必要である。Ａ〜Ｃのそれぞれの熱処理装置について、設定温度と実測温度との関係が正確になるように調整すればいいが、それは煩雑であるので、１つの熱処理装置（たとえば熱処理装置Ａ）について設定温度と実測温度との関係が正確になるように調整し、他の装置はその基準とした装置（熱処理装置Ａ）からのずれが無いように調整するという装置の温度管理方法を説明する。
【００２３】
まずは、基準となる熱処理装置Ａについては装置設定温度と実測温度とが正確に調整されている。次にこの装置Ａの熱処理時の「設定温度」と「シート抵抗」との関係を正確に求めておく。その方法としては実施形態１で説明したように、不純物にボロンを用いた温度測定用ウェハを用いてもよいし、ヒ素を用いてもよい。ただし温度範囲によって使い分けることになる。実施形態１で説明したように、ボロンは９００〜１０５０℃で有効であり、ヒ素は７５０〜９００℃で有効である。ここでは不純物にボロンを用いた温度測定用ウェハを用いている。また設定温度が１０００℃のときにはシート抵抗は１５０Ωであった。
【００２４】
次に装置の熱処理時の「設定温度」と「正確な温度」との関係を調整していない装置Ｂについての温度管理方法を説明する。装置Ａで用いたのと同じ温度モニタ用ウェハを用い、このウェハを装置Ｂに設置し、装置の「設定温度」と「シート抵抗」との関係を求める。設定温度を１０００℃として、温度モニタ用ウェハを熱処理し、シート抵抗を測定する。このときにシート抵抗は１３０Ωになったとする。同様に、装置Ｃについても、装置Ａと同じ温度モニタ用ウェハを用い、装置Ｃでの熱処理により、シート抵抗を測定する。シート抵抗は１２０Ωになったとする。
【００２５】
装置Ａは設定温度とシート抵抗との関係が正確に求まっている。したがって、装置Ｂについては、装置Ａでの熱処理よりもシート抵抗が大きくなっているため、実際の温度は低くなっていることがわかり、同様に、装置Ｃについては、シート抵抗が小さくなっているために、実際の熱処理温度は大きくなっていることがわかる。
【００２６】
このように温度モニタ用ウェハを用いることにより、装置間の温度のばらつきを容易に測定でき、調整することができるので、半導体プロセスの熱処理工程を装置間の温度ばらつきなく実施することができるものである。
【００２７】
ＲＴＡ装置（急速加熱装置）について説明したが、これ以外に、ランプ加熱、ヒータ加熱装置であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、注入に用いる不純物により、シート抵抗を正確に求めることのできる温度範囲がわかったため、シート抵抗に基づく温度を正確に求めることができる。
【００２９】
またこの方法を用いて、熱処理温度間の熱処理温度のばらつきを調整することができ、熱処理工程を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の温度モニタ用ウェハの構成を示す図
【図２】実施の形態の温度モニタ用ウェハの製造工程断面図
【図３】ボロンを注入した場合のシート抵抗と温度との関係を示す図
【図４】ボロンを注入した場合のシート抵抗と温度との関係を示す図
【図５】ヒ素を注入した場合のシート抵抗と温度との関係を示す図
【図６】温度モニタ用ウェハ内の温度分布を示す図
【符号の説明】
１　温度モニタ用ウェハ
１０　シリコン結晶基板
１１　不純物領域
１２　シリコン酸化膜
【図１】
2004039776.tif 000004
【図２】
2004039776.tif 000005
【図３】
2004039776.tif 000006
【図４】
2004039776.tif 000007
【図５】
2004039776.tif 000008
【図６】
2004039776.tif 000009