(57)【要約】【課題】積層構造試料の界面領域について適正な評価を行う。【解決手段】ＳｉＯ2／Ｓｉ界面を有する試料のＳｉＯ2膜側から一次イオンＯ2+を照射して二次イオンを検出し、その試料の深さプロファイルを取得する際（ステップＳ１〜Ｓ３）、二次イオンとしてＳｉ2Ｎ+を検出する。これにより、トランジェント領域を十分に短くし、試料表面の汚染物の影響を抑制することが可能になる。また、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素を存在させた既知試料の深さプロファイルにおいて窒素を含まない二次イオンＳｉ+，ＳｉＯ+の検出強度に基づき（ステップＳ４，Ｓ５）、ＳｉＯ2膜中およびＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する未知試料のＳｉ+，ＳｉＯ+の検出強度を用いて界面の位置を決定する（ステップＳ６〜Ｓ８）。これにより、未知試料内の窒素濃度分布に依らずその界面位置を決定できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の層と第２の層とが積層された試料にイオンビームを照射して前記試料から放出されるイオン種を検出し、前記第１の層内部および前記第１の層と前記第２の層との界面における元素濃度分布を評価する深さ方向元素濃度分布評価法において、
前記第１の層を構成している元素Ａと前記元素Ａ以外の前記第１の層および第２の層に含まれる元素ＭとによってＡnＭ+（ｎは２以上の整数）で表される組成の分子イオンを検出して元素濃度分布を評価することを特徴とする深さ方向元素濃度分布評価法。
【請求項２】
前記分子イオンを検出して元素濃度分布を評価する際には、前記分子イオンの検出強度を、前記分子イオンと共に検出される他の分子イオンの検出強度によって規格化し、元素濃度分布を評価することを特徴とする請求項１記載の深さ方向元素濃度分布評価法。
【請求項３】
第１の層と第２の層とが積層された試料にイオンビームを照射して前記試料から放出されるイオン種を検出し、前記試料の深さと検出される前記イオン種の検出強度との関係を示す深さ方向のプロファイルを取得してその深さ方向のプロファイルを用いて前記試料の界面の位置を決定する界面位置決定法において、
前記第１の層内部および前記第１の層と前記第２の層との界面に不純物を含む未知試料の深さ方向のプロファイルと、前記第１の層と前記第２の層との界面に前記不純物を存在させた既知試料の深さ方向のプロファイルとを取得し、前記既知試料の深さ方向のプロファイルにおいて前記不純物を組成に含まないイオンの検出強度に基づき、前記未知試料の深さ方向のプロファイルにおける前記イオンの検出強度を用いて、前記未知試料の界面の位置を決定することを特徴とする界面位置決定法。
【請求項４】
前記イオンは、前記第１の層と前記第２の層とに共に含まれる元素の単原子イオンまたは前記元素を組成に含む分子イオンであることを特徴とする請求項３記載の界面位置決定法。
【請求項５】
前記既知試料の深さ方向のプロファイルにおいて前記不純物を含まない前記イオンの検出強度に基づき、前記未知試料の深さ方向のプロファイルにおける前記イオンの検出強度を用いて、前記未知試料の界面の位置を決定する際には、
前記既知試料の深さ方向のプロファイルにおいて、前記既知試料の界面における前記イオンの検出強度の、前記イオンの検出強度の最低値からの変化量を求め、
前記未知試料の深さ方向のプロファイルにおいて、前記変化量を満足する前記イオンの検出強度を示す前記未知試料表面からの深さを前記未知試料の界面の位置として決定する、
ことを特徴とする請求項３記載の界面位置決定法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は深さ方向元素濃度分布評価法および界面位置決定法に関し、特に、半導体基板上にゲート絶縁膜が形成されている場合など、基板や薄膜といった層上に別の層が形成されている積層構造の試料について、その構造に含まれる不純物元素の深さ方向の元素濃度分布を評価する深さ方向元素濃度分布評価法、および不純物元素の濃度分布を用いて界面位置を決定する界面位置決定法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＯ2膜は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）のゲート絶縁膜として頻繁に用いられており、ゲート長０．１０μｍ世代のＣＭＯＳでは、その物理膜厚は２ｎｍ以下となっている。このような極薄のＳｉＯ2ゲート絶縁膜には、ゲート電極からの不純物突き抜けを防止するため、一般に窒素（Ｎ）などの不純物がドープされる。ＣＭＯＳゲートの電気的特性は、ＳｉＯ2ゲート絶縁膜内の深さ方向の窒素濃度分布、Ｓｉ基板などの半導体基板とＳｉＯ2ゲート絶縁膜との界面あるいは界面近傍といった界面領域における窒素濃度に大きく左右される。したがって、ドープされた窒素のＳｉＯ2ゲート絶縁膜内の深さ方向の濃度分布を把握し、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面の位置および界面における窒素濃度を適正に把握することは、ＣＭＯＳデバイスを開発する上で非常に重要な課題となっている。
【０００３】
ＳｉＯ2ゲート絶縁膜の深さ方向の窒素元素濃度分布測定には、通常イオンビームによるスパッタリングを利用した二次イオン質量分析法が用いられる。この場合、一次イオンとしてＣｓ+を用い、窒素を組成に含んだ二次イオンＣｓＮ+を直接検出して、その検出強度と試料表面からの深さとの関係を示す深さ方向のプロファイル（以下「深さプロファイル」と記述する。）を取得し、窒素濃度の分布の情報を得る。さらに、測定の高精度化を目的として、膜厚やドープされている窒素の濃度に応じて、イオンビームの加速エネルギや入射角度を変化させて測定することも行われている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、近年では、一次イオンとしてＯ2+を用い、二次イオン種としてＳｉＮ+あるいはＳｉＮ2+などの分子イオンを検出することにより、窒素濃度分布を測定する手法も提案されている（例えば「13th International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry and related Topics, Abstract, p.131 (2001)」参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１０９６１号公報（［０００７］〜［００１７］，図１〜図７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｓｉ基板上に形成された例えば膜厚２ｎｍ以下といった極薄のＳｉＯ2ゲート絶縁膜について、そのＳｉＯ2ゲート絶縁膜にドープされた窒素の濃度分布を高精度に測定することは、主に以下に示すような理由から極めて困難なものとなっている。
【０００７】
まず、一次イオンＣｓ+を照射し、二次イオンＣｓＮ+を検出する手法では、取得されたＣｓＮ+の深さプロファイルに現れるトランジェント（Transient）領域（スパッタリングが定常に達するまでの時間または深さ）が長く、ＳｉＯ2ゲート絶縁膜の表面近傍の窒素濃度分布が高精度で決定できないという問題点がある。このトランジェント領域は、一次イオンの加速エネルギや入射角度を変化させることによって短くすることは可能であり、測定に際しこれらを工夫する試みもなされてはいるが、問題解決には至っていない。
【０００８】
一次イオンの加速エネルギや入射角度を変化させると、ＳｉＯ2やＳｉ内でスパッタリング速度が変化するため、二次イオンの深さプロファイルが変化する。
そのため、界面評価においてＳｉＯ2／Ｓｉ界面の位置を正確に決定しようとする場合、多くの測定データとデータ解析が必要になり、従来はあえて明確に界面位置を決定することは避けられていたといってもよい。
【０００９】
一次イオンとしてＯ2+を用い、二次イオンとしてＳｉＮ+あるいはＳｉＮ2+などの分子イオンを検出する方法では、ＳｉＯ2ゲート絶縁膜の表面近傍からの検出信号が大気などからの汚染物質の影響を大きく受けてしまうという問題点がある。
【００１０】
現在、主に以上のような理由から極薄のＳｉＯ2ゲート絶縁膜および界面の窒素濃度を高精度に測定することは困難であり、測定結果をデバイス特性の向上に十分に反映させることは難しいものとなっていた。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、積層構造の試料について高精度な深さ方向元素濃度分布評価法および界面位置決定法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に例示するフローによって実現可能な深さ方向元素濃度分布評価法および界面位置決定法が提供される。
【００１３】
本発明の深さ方向元素濃度分布評価法は、第１の層と第２の層とが積層された試料にイオンビームを照射して前記試料から放出されるイオン種を検出し、前記第１の層内部および前記第１の層と前記第２の層との界面における元素濃度分布を評価する深さ方向元素濃度分布評価法において、前記第１の層を構成している元素Ａと前記元素Ａ以外の前記第１の層および第２の層に含まれる元素ＭとによってＡnＭ+（ｎは２以上の整数）で表される組成の分子イオンを検出して元素濃度分布を評価することを特徴とする。
【００１４】
このような深さ方向元素濃度分布評価法では、第１の層と第２の層とが積層された試料に一次イオンを照射し（ステップＳ１）、スパッタリング現象により試料から放出される二次イオンとしてＡnＭ+を検出し（ステップＳ２）、その試料の深さ方向の元素濃度分布を取得する（ステップＳ３）。イオン種としてＡnＭ+を検出することにより、わずかな照射イオン濃度でも元素Ｍを検出することができ、試料内に含まれる元素Ｍを直接検出して高精度な深さ方向分析を行うことが可能になる。
【００１５】
また、本発明では、第１の層と第２の層とが積層された試料にイオンビームを照射して前記試料から放出されるイオン種を検出し、前記試料の深さと検出される前記イオン種の検出強度との関係を示す深さプロファイルを取得してその深さプロファイルを用いて前記試料の界面の位置を決定する界面位置決定法において、前記第１の層内部および前記第１の層と前記第２の層との界面に不純物を含む未知試料の深さプロファイルと、前記第１の層と前記第２の層との界面に前記不純物を存在させた既知試料の深さプロファイルとを取得し、前記既知試料の深さプロファイルにおいて前記不純物を組成に含まないイオンの検出強度に基づき、前記未知試料の深さプロファイルにおける前記イオンの検出強度を用いて、前記未知試料の界面の位置を決定することを特徴とする界面位置決定法が提供される。
【００１６】
このような界面位置決定法では、第１，第２の層の界面に不純物を存在させた既知試料の深さプロファイルを取得し（ステップＳ１〜Ｓ３）、その深さプロファイルにおいて不純物を組成に含まないイオンの検出強度に基づいて（ステップＳ４，Ｓ５）、未知試料におけるそのイオンの検出強度を用いて界面位置を決定する（ステップＳ６〜Ｓ８）。これにより、未知試料内の不純物分布に依らず、その界面位置を決定することが可能になる。
【００１７】
このような深さ方向の元素濃度分布の評価、界面位置の決定により、未知試料に含まれる不純物の分布に関して正確な情報が得られ、界面領域の評価の適正化が図られるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、第１の層としての膜厚ナノメートルオーダの極薄のＳｉＯ2膜が、第２の層としてのＳｉ基板上に形成されている試料の評価を例に、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
まず、Ｓｉ基板上に形成されたＳｉＯ2膜に対して窒素がドープされた試料に対し、二次イオン質量分析法により深さ方向の窒素濃度分布を評価する方法について説明する。
【００２０】
図１は界面評価の流れを示すフローチャートの一例である。深さ方向の窒素濃度分布の評価は、まず、ＳｉＯ2膜がＳｉ基板上に形成された試料にＳｉＯ2膜側から一次イオンとしてＯ2+を照射する（ステップＳ１）。そして、スパッタリング現象により試料表面から放出される二次イオンとして複合分子イオンＳｉ2Ｎ+を検出し（ステップＳ２）、その試料の深さと検出された二次イオンＳｉ2Ｎ+の検出強度との関係を示す深さプロファイルを取得する（ステップＳ３）。この方法では、深さプロファイルに現れるＳｉＯ2膜表面近傍のトランジェント領域を短くすることが可能である。
【００２１】
図２は深さ方向窒素濃度分布の測定結果の一例である。図２において、横軸は深さ（ｎｍ）を表し、縦軸は窒素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）を表している。図２の測定例では、一次イオンＯ2+を加速エネルギ０．２５ｋｅＶ、入射角度７０°の条件で試料に照射し、検出した二次イオンＳｉ2Ｎ+の分布を示している。図２には、比較のため同じ構成の試料に対し、一次イオンＣｓ+を加速エネルギ０．５ｋｅＶ、入射角度７８°の条件で照射し、二次イオンＣｓＮ+を検出した場合の深さプロファイルも併せて示している。なお、本実施の形態において、入射角度とは、試料法線方向を０°としたときにイオンビームが試料に入射する角度である。
【００２２】
図２より、まず、二次イオンとしてＣｓＮ+を検出した場合には、試料表面から深さ０．５ｎｍ程度までにトランジェント領域が現れる。このトランジェント領域はＳｉＯ2膜の膜厚がナノメートルオーダ、特に物理膜厚２ｎｍ以下であるような場合には、窒素濃度分布の精度低下を招く恐れがある。一方、二次イオンとしてＳｉ2Ｎ+を検出した場合には、トランジェント領域はほとんど現れない。
また、Ｓｉ2Ｎ+検出により得られた窒素濃度はＣｓＮ+検出によって得られた窒素濃度よりも高く、Ｓｉ2Ｎ+検出により高感度で窒素を検出し、濃度分布を測定することが可能となっている。
【００２３】
図３は検出する二次イオン種による深さ方向窒素濃度分布の違いを示した例である。図３において、横軸は深さ（ｎｍ）を表し、縦軸は規格化強度を表している。この規格化強度は、一次イオンＯ2+を加速エネルギ０．５ｋｅＶ、入射角度３０°で試料に照射し、検出した二次イオンＳｉ2Ｎ+の検出強度を、リファレンスとして共に検出したＳｉ2Ｏ+の検出強度によって規格化した値（Ｓｉ2Ｎ+の検出強度／Ｓｉ2Ｏ+の検出強度）を示している。図３には、比較のため同じ構成の試料に対し、同じ一次イオン照射条件下で検出した二次イオンＳｉＮ+の検出強度をリファレンスとして検出したＳｉＯ+の検出強度によって規格化した値（ＳｉＮ+の検出強度／ＳｉＯ+の検出強度）も併せて示している。ＳｉnＮ+（ここではｎ＝１または２）の検出強度は、ＳｉnＮ+の検出強度／ＳｉnＯ+の検出強度、に従って規格化することにより相対比較が可能になる。
【００２４】
図３より、ＳｉＮ+を検出する場合には、試料表面近傍の検出信号が大気などからの汚染物質の影響を大きく受けてしまう。一方、Ｓｉ2Ｎ+を検出する場合には、試料表面の汚染の影響をほとんど受けない。Ｓｉ2Ｎ+を検出することによって試料表面から内部にかけて良好な深さプロファイルが取得でき、窒素濃度の精度の良い深さ方向分析が可能になっている。
【００２５】
以上のように、一次イオンにＯ2+を用いて二次イオンとしてＳｉ2Ｎ+を検出することにより、一次イオンにＣｓ+を用いて二次イオンとしてＣｓＮ+を検出する場合に比べてトランジェント領域を十分に短くし、さらに、ＳｉＮ+を検出する場合に比べて汚染物質の影響を抑制することが可能になる。
【００２６】
ここで、Ｓｉ2Ｎ+を検出する場合の一次イオンＯ2+の照射条件について述べる。図４は深さプロファイルの一次イオン入射角度依存性を示す図である。この図４において、横軸は時間（ｍｉｎ）を表し、縦軸は規格化強度を表している。測定は、同じ構成の試料に対し、一次イオンＯ2+の加速エネルギを０．５ｋｅＶとしその入射角度を０°〜７０°の範囲で変化させている。
【００２７】
図４より、Ｓｉ2Ｎ+の規格化強度は一次イオンＯ2+の入射角度が大きくなるのに伴い、その深さプロファイルの急峻性が失われていき、入射角度７０°ではトランジェント領域が長く、深さプロファイルはブロードになっている。図４より、一次イオンＯ2+の加速エネルギを０．５ｋｅＶとして二次イオンＳｉ2Ｎ+を検出する場合、一次イオンＯ2+の入射角度を０°〜６０°の範囲とするのが妥当と言える。
【００２８】
一次イオンＯ2+の加速エネルギは、ゲート絶縁膜のような薄膜の評価については、一般に１ｋｅＶより低い値に抑えられる。これは、１ｋｅＶを超える高い加速エネルギでは、薄膜の厚さに比べてスパッタレートが大きく、深さ分解能の高い測定が不可能となり、薄膜全域におよぶ適正な評価が困難になるためである。
図４では一次イオンＯ2+の加速エネルギを０．５ｋｅＶとして照射した場合を示したが、０．５ｋｅＶを超える加速エネルギで１ｋｅＶ以下の範囲でも図４と同様の傾向が認められる。一次イオンＯ2+の加速エネルギを０．５ｋｅＶ未満として照射した場合では、その入射角度が６０°未満でトランジェント領域が長くなり、規格化強度の深さプロファイルがブロードになるため、その入射角度は６０°以上７０°以下とすることが望ましい。
【００２９】
このように、試料内に含まれる窒素を直接検出して深さ方向の窒素濃度分布を二次イオン質量分析法にて測定する場合には、検出する二次イオンとしてＳｉ2Ｎ+を選択し、一次イオンＯ2+の照射条件を上記のような範囲で設定する。これにより、トランジェント領域を可能な限り短くし、試料表面の汚染物質の影響を抑え、試料内の窒素の高精度な深さ方向分析が行える。なお、検出した二次イオンＳｉ2Ｎ+の検出強度を、同じ発生メカニズムのＳｉ2Ｏ+の検出強度によって規格化し（Ｓｉ2Ｎ+の検出強度／Ｓｉ2Ｏ+の検出強度）、マトリックス効果を排除することで、異なる試料間の相対比較が可能となる。
【００３０】
また、第１の層がＳｉＯ2以外のＡｌ2Ｏ3やＨｆＯ2などで、第２の層がＳｉ基板以外であっても、ＡnＭ+（Ａは第１の層の構成元素，Ｍは検出目的元素，ｎは２以上の整数）で表される組成の分子イオンを検出すれば試料内の検出目的元素Ｍの評価が可能である。
【００３１】
次に、二次イオン質量分析法により得られる深さプロファイルを用いて、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面の位置を決定する方法について説明する。
ＳｉＯ2／Ｓｉ界面位置の決定は、はじめに、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料について、図１に示したステップＳ１〜Ｓ３に従って深さプロファイルを取得することにより行われる。
【００３２】
図５はＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料の深さプロファイルの一例である。この図５において、横軸は時間（ｍｉｎ）を表し、縦軸は検出強度（ｃｏｕｎｔｓ／ｓ）または規格化強度を表している。図５の深さプロファイルは、一次イオンＯ2+の加速エネルギ０．５ｋｅＶ、入射角度０°で照射し、二次イオンとしてＳｉ2Ｎ+，ＳｉＮ+，Ｓｉ2Ｏ+，ＳｉＯ+，Ｓｉ2+，Ｓｉ+を検出し、規格化強度Ｓｉ2Ｎ+／Ｓｉ2Ｏ+，ＳｉＮ+／ＳｉＯ+、検出強度Ｓｉ2Ｏ+，ＳｉＯ+，Ｓｉ2+，Ｓｉ+を示している。
【００３３】
この図５のような深さプロファイルを取得し、規格化強度Ｓｉ2Ｎ+／Ｓｉ2Ｏ+あるいはＳｉＮ+／ＳｉＯ+が表面以外で最高強度を示す時間を、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料の界面Ｄ0と定める。図５には界面Ｄ0を点線で示している。界面Ｄ0よりスパッタ時間が短い領域はＳｉＯ2膜、スパッタ時間が長い領域はＳｉ基板と定められる。この界面Ｄ0におけるＳｉ+またはＳｉＯ+の検出強度Ｉを深さプロファイルから求める（ステップＳ４）。ここで、Ｓｉ+，ＳｉＯ+を選択したのは、ドープされている窒素の影響を受けないためである。以下ではＳｉＯ+の深さプロファイルを用いた場合を例に、界面位置決定法を説明する。
【００３４】
ステップＳ４においてＳｉＯ+の検出強度Ｉを求めた後、Ｓｉ基板内部でＳｉＯ+の検出強度の最大値Ｉ1、ＳｉＯ2膜内部でのＳｉＯ+の検出強度の最低値Ｉ2を求め、界面Ｄ0でのＳｉＯ+の検出強度Ｉが、Ｉ1とＩ2の差に対してどの程度の比率Ｒに相当するかを次式（１）により算出する（ステップＳ５）。この比率Ｒを求めることにより、界面Ｄ0でのＳｉＯ+の検出強度Ｉの深さプロファイル上での最低値Ｉ2に対する変化量が求まる。
【００３５】
【数１】
Ｒ＝（Ｉ−Ｉ2）／（Ｉ1−Ｉ2）×１００………（１）
ここで、既知試料の深さプロファイルの取得において、一次イオンＯ2+の入射角度が変化すると二次イオン検出強度が変化し深さプロファイルも変化する。そのため、各入射角度で得られる深さプロファイルからそれぞれ比率Ｒを算出できるように、一次イオンＯ2+の入射角度を変化させ、比率Ｒの入射角度依存性を把握する。このように、比率Ｒの入射角度依存性を把握しておけば、後述するように未知試料についてＳｉＯ2／Ｓｉ界面の位置を決定する際、その未知試料測定時の入射角度条件に応じた比率Ｒを容易に知ることができる。
【００３６】
図６はＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料における比率Ｒの入射角度依存性の一例である。この図６において、横軸は入射角度（°）を表し、縦軸は比率Ｒ（％）を表している。なお、図６は、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料に対して、一次イオンＯ2+を加速エネルギ０．５ｋｅＶで照射したときのＳｉＯ+の検出強度の深さプロファイルを用いて比率Ｒを計算した結果を示している。図６より、比率Ｒは一次イオンＯ2+の入射角度が大きくなるのに伴って減少する傾向が認められる。
【００３７】
この一次イオンＯ2+の入射角度と比率Ｒとの関係を用い、Ｓｉ基板上のＳｉＯ2膜に窒素がドープされた未知試料について、そのＳｉＯ2／Ｓｉ界面位置を決定する。ＳｉＯ2膜中およびＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する未知試料に対しては、まず、既知試料の場合と同様のプロセスで深さプロファイルを取得する（ステップＳ６）。
【００３８】
図７はＳｉＯ2膜中およびＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する未知試料の深さプロファイルの一例である。図７において、横軸は深さ（ｎｍ）、縦軸は検出強度（ｃｏｕｎｔｓ／ｓ）または規格化強度を表している。なお、図７はＳｉＯ2膜中およびＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する未知試料に対し、一次イオンＯ2+を加速エネルギ０．５ｋｅＶ、入射角度０°で照射し、二次イオンとしてＳｉ2Ｎ+，ＳｉＮ+，Ｓｉ2Ｏ+，ＳｉＯ+，Ｓｉ2+，Ｓｉ+を検出し、規格化強度Ｓｉ2Ｎ+／Ｓｉ2Ｏ+，ＳｉＮ+／ＳｉＯ+、検出強度Ｓｉ2Ｏ+，ＳｉＯ+，Ｓｉ2+，Ｓｉ+を示している。
【００３９】
このように取得された未知試料の深さプロファイルからＳｉＯ2／Ｓｉ界面位置を決定するには、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料における比率Ｒを決定する場合と同様に、未知試料の深さプロファイルからＳｉ基板内部でのＳｉＯ+の検出強度の最大値Ｉ1、ＳｉＯ2膜内部でのＳｉＯ+の検出強度の最低値Ｉ2を求める。ＳｉＯ2／Ｓｉ界面位置を決定する比率Ｒは、図６の入射角度０°に相当する値を使用する。式（１）に未知試料についてのＩ1、Ｉ2および比率Ｒを代入すると、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面のＳｉＯ+の検出強度に相当するＩが算出される（ステップＳ７）。図７中の点線がＳｉＯ2／Ｓｉ界面のＳｉＯ+の検出強度に相当し、横軸からＳｉＯ2／Ｓｉ界面Ｄの位置が求められる（ステップＳ８）。
なお、深さプロファイルを取得する際の一次イオンＯ2+の入射角度が０°以外の場合には、深さプロファイル取得時の入射角度に相当する比率Ｒを図６から選択する。
【００４０】
以上説明したように、ＳｉＯ2膜中およびＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する未知試料のＳｉＯ2／Ｓｉ界面位置の決定は、まず、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料で二次イオンＳｉＯ+の深さプロファイルから比率Ｒを算出し、この比率Ｒを用いて、未知試料のＳｉＯ+の深さプロファイルからＳｉＯ2／Ｓｉ界面の位置を決定する。これにより、未知試料の窒素濃度分布に依らず界面位置を決定することができる。さらに、既知試料について比率Ｒの入射角度依存性を把握しておくことにより、未知試料の測定において一次イオンＯ2+の入射角度を変えてもＳｉＯ2／Ｓｉ界面位置を決定できる。
【００４１】
なお、界面位置の決定において、上記の説明では、ＳｉＯ+の深さプロファイルを用いる場合を例としたが、Ｓｉ+の深さプロファイルを用いて行うことも可能であり、ＳｉＯ+の深さプロファイルを用いた場合と同様のプロセスで未知試料のＳｉＯ2／Ｓｉ界面位置を決定できる。
【００４２】
また、界面位置の決定において、上記の説明では、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料を用いて、窒素を含む未知試料の界面位置決定について述べたが、不純物は窒素に限定されるものではない。検出目的元素（不純物）をＭとした場合、二次イオンとしては一般式ＳｉnＭ+若しくはＳｉＭn+で表されるイオン種（ただしｎは１以上の整数）、若しくはその他の適当な組成のイオン種を検出し、その深さプロファイルを用いてもよい。
【００４３】
さらに、上記の説明では、ＳｉＯ2／Ｓｉ界面を有する試料の界面位置の決定ついて述べたが、Ａｌ2Ｏ3／Ａｌ界面やＨｆＯ2／Ｈｆ界面など、第１の層が下層の第２の層の構成元素を含む構造を有する試料においても、同様に界面位置を決定できる。
【００４４】
また、Ａｌ2Ｏ3／Ｓｉ界面といったような第１，第２の層に共通する構成元素を含まない構造の試料であっても、上記の例に従って界面位置を決定することが可能である。その場合、検出目的元素を含まず第１の層の構成元素を含む二次イオン（Ａｌ+あるいはＡｌＯ+）を検出して深さプロファイルを取得し、この深さプロファイルを用いて界面での二次イオンの比率Ｒを求め、未知試料に適用することで界面位置を決定できる。
【００４５】
なお、本発明は、３層以上の多層構造を有する試料のうち、隣接する特定の２層の界面を評価する場合にも、同様に適用できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、第１の層と第２の層とが積層された試料の二次イオン質量分析において、二次イオンとしてＡnＭ+（Ａは第１の層の構成元素、ＭはＡ以外の第１の層および第２の層に含まれる元素、ｎは２以上の整数）で表される組成の分子イオンを検出するようにした。これにより、試料内の元素Ｍの深さ方向濃度分布について高精度な分析が行える。
【００４７】
また、界面に不純物を存在させた既知試料について、不純物を組成に含まないイオンを検出し、その検出強度に基づいて、未知試料についてのそのイオンの検出強度を用いて未知試料の界面の位置を決定するようにした。これにより、未知試料内の不純物分布に依らずに界面位置を決定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】界面評価の流れを示すフローチャートの一例である。
【図２】深さ方向窒素濃度分布の測定結果の一例である。
【図３】検出する二次イオン種による深さ方向窒素濃度分布の違いを示した例である。
【図４】深さプロファイルの一次イオン入射角度依存性を示す図である。
【図５】ＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料の深さプロファイルの一例である。
【図６】ＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する既知試料における比率Ｒの入射角度依存性の一例である。
【図７】ＳｉＯ2膜中およびＳｉＯ2／Ｓｉ界面に窒素が存在する未知試料の深さプロファイルの一例である。
【符号の説明】
Ｉ，Ｉ1，Ｉ2  検出強度
Ｄ，Ｄ0  界面
【図１】
2004205329.tif 000003
【図２】
2004205329.tif 000004
【図３】
2004205329.tif 000005
【図４】
2004205329.tif 000006
【図５】
2004205329.tif 000007
【図６】
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【図７】
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