(57)【要約】【課題】ＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法に関し、プロファイルシフト及び検出感度の深さ依存性を排除して、深さ精度および定量精度の高い測定を行う。【解決手段】ＳＩＭＳ法によりＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布を測定する際に、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定する。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次イオンの照射によるスパッタエッチングによってＩＶ族半導体表面から放出されるＶ族元素を含む二次イオンを検出し、ＩＶ族半導体中に含まれるＶ族元素の深さ方向分布を測定する分析方法において、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定することを特徴とするＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
【請求項２】
上記一次イオンがアルカリ金属元素であり、前記アルカリ金属元素イオンの入射角を、キャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のＶ族元素ピーク強度比が０．５〜１．５の範囲になるように設定したことを特徴とする請求項１記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
【請求項３】
上記一次イオンがＣｓイオンであり、上記加速エネルギーを０．７５ｋｅＶ以下とし、上記入射角を５°以下、２１°〜３６°、或いは、４７°〜５５°のいずれかに設定したことを特徴とする請求項２記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
【請求項４】
上記一次イオンがＣｓイオンであり、上記加速エネルギーを０．７５ｋｅＶ以下とし、上記入射角を３８°〜４２°或いは４８°〜５７°のいずれかに設定したことを特徴とする請求項１記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
【請求項５】
上記一次イオンがＣｓイオンであり、上記加速エネルギーを０．７５ｋｅＶ以下とし、上記入射角を４８°〜５５°に設定したことを特徴とする請求項４記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法に関するものであり、特に、イオンビーム照射（  一次イオン）  によるスパッタエッチングによってシリコン等のＩＶ族半導体表面から放出されるＶ族元素を含む二次イオンを検出し、ＩＶ族半導体中に含まれるＶ族元素の深さ方向分布を精度良く取得するための入射角の設定に特徴のあるＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＭＯＳトランジスタのｐｎ接合は、その微細化とともに深さが浅くなり、０．１μｍ世代のデバイスでは、２０ｎｍ以下の深さになる見込みである。
この様なｐｎ接合の形成において、ボロン（Ｂ）と砒素（Ａｓ）は、それぞれｐ型、ｎ型のドーパントとして最も多く用いられており、その形成プロセスにおいてこれらドーパント元素の深さ方向濃度分布を正確に把握することは極めて重要である。
【０００３】
従来より、深さ方向の元素濃度分布の測定は、主として二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）が用いられているが、上述のような極浅領域の分析には、照射イオン、即ち、一次イオンの加速エネルギーを従来の数ｋｅＶからサブｋｅＶまで下げることによって対応している。
【０００４】
この様なＳＩＭＳにおいては、高感度化のため、正イオンになりやすい元素の分析においては、酸素イオン（Ｏ２  ＋  ）  を照射して正の二次イオンとして検出し、負イオンになりやすい元素の分析においてはセシウムイオン（Ｃｓ＋  ）を照射して負の二次イオンとして検出している。
【０００５】
この場合、酸素、セシウムなど反応性の高い元素を試料表面に供給するのは、化学的に二次イオン化率を高めるためであり、これに伴って、シリコン中のＢ分析には一次イオンにＯ２  ＋  を用いてＢ＋  を検出、一方、Ａｓの分析には一次イオンにＣｓ＋  を用いてＡｓＳｉ−  （Ａｓと母材元素Ｓｉとの複合分子イオン）  を検出する手法が最も一般的である。
【０００６】
その内、Ｂをドープした極浅領域の分析に関しては、その精度に関して近年、数多くの研究がなされており、精度向上に向けて一次イオン（Ｏ２  ＋  ）の加速エネルギー、入射角度など様々な測定条件が提案されている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
【０００７】
しかし、Ａｓをドープした極浅領域の分析に関しては、ほとんど研究が進んでおらず、ＡｓＳｉ−  の信号を最も高感度でとれるという過去（  十数年前）の経験から入射角度は６０°固定のまま加速エネルギーだけがサブｋｅＶまで下げられて分析が行なわれており（例えば、非特許文献３参照）、入射角度を変える試みは全く行なわれていないのが現実である。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、ｖｏｌ．Ｂ１８、ｐ．１、２０００
【非特許文献２】
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、ｖｏｌ．Ｂ１８、ｐ．４９６、２０００
【非特許文献３】
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ
Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．４、Ｇ１、２００１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｓｉ中にイオン注入したＡｓの深さ方向分布について、様々な一次イオン入射角度で測定した場合、入射角度によってピーク強度示す深さが異なるプロファイルシフトが生じ、どの入射角による分布が正しい分布なのか分からないという問題があるので、図４を参照して説明する。
【００１０】
図４参照
図４は、５ｋｅＶの注入エネルギーで、１×１０１５ｃｍ−２のドーズ量でＡｓを注入したシリコン基板に、０．５ｋｅＶの加速エネルギーでＣｓ＋  イオンを照射した場合の二次イオン強度の入射角依存性の説明図であり、図から明らかなように、ピーク強度の絶対値において１０倍の幅があるとともに、ピーク位置が５ｎｍ程度の拡がりを有している。
なお、入射角は、試料の法線方向を０°と定義する。
【００１１】
また、従来の入射角である６０°でイオン照射した場合には、極表面における感度と内部における感度が異なるため、正確なＡｓ分布と濃度定量値を得ることができないという問題があるので、図５を参照して説明する。
【００１２】
図５参照
図５は、１ｋｅＶの注入エネルギーで、５×１０１４ｃｍ−２のドーズ量でＡｓを注入したシリコン基板と、同じ条件のシリコン基板の表面に１０ｎｍの厚さをα−Ｓｉキャップを設けた試料とに、０．５ｋｅＶの加速エネルギーでＣｓ＋  イオンを６０°の入射角で入射させた場合の深さ方向の濃度分布を示したものである。
【００１３】
２つの試料は同じ分布形状及び濃度を示すはずであるにも拘わらず、図に示すように、α−Ｓｉキャップなしの方ではＡｓＳｉ−  の強度が２倍以上高くなっており、この結果は、極表面と１０ｎｍ程度の深さとで、ＡｓＳｉ−  の検出感度が異なることを示しており、入射角度６０°の下では、正確なＡｓ分布および濃度定量値を得ることができない。
したがって、正しいＡｓ分布を得るためには、適切な入射角度を限定して用いることが不可欠である。
【００１４】
したがって、本発明は、ＳＩＭＳよるＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布をプロファイルシフト及び検出感度の深さ依存性を排除して、深さ精度および定量精度の高い測定を行うことを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
図３は規格化強度の入射角依存性の説明図であり、この図３を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図３参照
上記目的を達成するため、本発明は、一次イオンの照射によるスパッタエッチングによってＩＶ族半導体表面から放出されるＶ族元素を含む二次イオンを検出し、ＩＶ族半導体中に含まれるＶ族元素の深さ方向分布を測定する分析方法において、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定することを特徴とする。
【００１６】
この様に、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲、少なくとも６０°入射の場合より少なくする範囲に限定することによって、α−Ｓｉキャップを設けることなく深さ精度および定量精度の高い測定を行うことができる。
【００１７】
この場合、一次イオンとしては、Ｖ族元素を負の二次イオンとして検出できるＣｓ，Ｌｉ，Ｎａ等のアルカリ金属元素が好適であり、このアルカリ金属元素イオンの入射角を、図３に示すようにキャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のＶ族元素ピーク強度比が０．５〜１．５、より好適には、０．７５〜１．２５の範囲になるように設定することが望ましい。
【００１８】
また、一次イオンとしては、特に、Ｃｓイオンが好適であり、その場合には、加速エネルギーは０．７５ｋｅＶ以下とすることが望ましく、また、入射角は５°以下、２１°〜３６°、或いは、４７°〜５５°のいずれかに設定することが望ましく、それによって、深さ方向の感度依存性を低減することができる。
なお、加速エネルギーを０．７５ｋｅＶを超える値とした場合には、二次イオン放出現象が異なることになる。
【００１９】
さらに、より好適には、Ｃｓイオンの加速エネルギーは０．２５〜０．７５ｋｅＶとすることが望ましく、また、入射角は４°以下、２２°〜３５°、或いは、４９°〜５３°のいずれかに設定することが望ましく、それによって、深さ方向の感度依存性をさらに低減することができる。
【００２０】
また、一次イオンとしてＣｓイオンを用い加速エネルギーを０．７５ｋｅＶ以下、より好適には０．２５〜０．７５ｋｅＶとした場合、入射角を３８°〜４２°或いは４８°〜５７°のいずれかとすることによって、プロファイルシフトを低減することができる。
【００２１】
また、一次イオンとしてＣｓイオンを用い加速エネルギーを０．７５ｋｅＶ以下、より好適には０．２５〜０．７５ｋｅＶとした場合、入射角を４８°〜５５°、より好適には、４９°〜５３°とすることによって、プロファイルシフトと深さ方向の感度依存性の両方を確実に低減することができる。
【００２２】
また、ＩＶ族半導体としては、Ｓｉ，Ｇｅ，或いは，ＳｉＧｅのいずれでも良いが、Ｓｉが典型的なものであり、Ｖ族元素としてはＳｉとの複合分子イオンを二次イオンとして放出するＡｓ，Ｐ，Ｓｂのいずれでも良いが、より浅い不純物領域を形成するのに用いられるＡｓが典型的なものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態のＳｉ中のＡｓの深さ方向分布の分析方法を説明する。
まず、図１を参照してプロファイルシフトを説明する。
図１参照
図１は、５ｋｅＶの加速エネルギーの１×１０１５ｃｍ−２のＡｓイオンを注入したＳｉ基板と１ｋｅＶの加速エネルギーの５×１０１４ｃｍ−２のＡｓイオンを注入したＳｉ基板の２種類の試料について、Ｃｓ＋  イオンを０．５ｋｅＶの加速エネルギーで照射させた場合のＡｓ分布プロファイルのピーク位置シフトの入射角依存性の説明図である。
なお、この場合のピーク位置シフトは、シミュレーション（ＴＲＩＭ）で求めたＡｓのピーク深さから、上述の図４に示した各入射角度に伴うＡｓピーク深さから引いて求めた。
【００２４】
図から明らかなように、プロファイルシフト量は、約４０°及び５０°〜５５°において極小値となり、±２°のマージンを見込むと３８°〜４２°及び４８°〜５７°の入射角の範囲で、プロファイルシフト量が小さくなることが理解される。
【００２５】
次に、図２及び図３を参照して、検出感度の深さ依存性を説明する。
図２参照
図２は、１ｋｅＶの加速エネルギーの５×１０１４ｃｍ−２のＡｓイオンを注入したＳｉ基板と同じ基板を厚さが１０ｎｍのα−Ｓｉキャップで覆った２種類の試料について、Ｃｓ＋  イオンを０．５ｋｅＶの加速エネルギーで５０°の入射角で照射した場合のＡｓ分布プロファイルを示したものである。
なお、この場合、Ｓｉ自体が負の二次イオンとして放出された５８Ｓｉ２  −  イオン及び８４Ｓｉ３  −  イオンも合わせて示している。
【００２６】
図から明らかなように、  １０３ＡｓＳｉ−  イオンのピーク強度が、２種類の試料においてほぼ同一であり、５０°の入射角においては、検出感度の深さ依存性がなくなるので、α−Ｓｉキャップを設けることなく精度の高い測定が可能になることが理解される。
【００２７】
図３参照
図３は、ピークＡｓ強度比の入射角依存性の説明図であり、１ｋｅＶの加速エネルギーの５×１０１４ｃｍ−２のＡｓイオンを注入したＳｉ基板と同じ基板を厚さが１０ｎｍのα−Ｓｉキャップで覆った試料とにおけるピークＡｓ強度比をプロットしたもので、両者の強度を同じ基準で比較するために、それぞれ、３０Ｓｉ−  と５８Ｓｉ２  −  とで規格化した値を用いた。
【００２８】
図から明らかなように、ピークＡｓ強度比が１となるのは入射角が２°，２４°，３２°の場合であることができる。
この場合、マージンを見込んでピークＡｓ強度比の許容範囲を０．５〜１．５とすると、０°〜５°，２１°〜３６°，４７°〜５５°の範囲でＣｓ＋  イオンを照射することによって検出感度の深さ依存性を排除することができる。
【００２９】
また、ピークＡｓ強度比の許容範囲を０．７５〜１．２５とすると、１°〜４°，２２°〜３５°，４９°〜５３°の範囲でＣｓ＋  イオンを照射することによって検出感度の深さ依存性をより確実に排除することができる。
【００３０】
以上のプロファイルシフト量の少ない入射角度と、検出感度の深さ依存性を排除するための入射角度の両方の条件を満たす入射角、即ち、最適入射角度は４８°〜５５°の範囲、より好適には、４９°〜５３°の範囲であると言える。
【００３１】
したがって、シリコン基板に注入したＡｓの深さ方向の濃度分布を精度良く測定するためには、Ｃｓ＋  イオンを０．７５ｋｅＶ以下、例えば、０．５ｋｅＶの加速エネルギーで、４８°〜５５°、例えば、５０°の入射角で照射すれば良い。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態において、測定対象となる不純物をＡｓとして説明しているがＡｓに限られるものではなく、Ｃｓ＋  イオンのスパッタエッチによりＡｓＳｉ−  と同様な負の二次イオンであるＰＳｉ−  或いはＳｂＳｉ−  が放出されるＶ族元素のＰ或いはＳｂも測定対象とするものである。
【００３３】
また、上記の実施の形態の説明においては、スパッタエッチに用いる一次イオンとしてＣｓ＋  を用いているが、Ｃｓ＋  に限られるものではなく、Ｌｉ＋  やＮａ＋  等の他のアルカリ金属元素イオンを用いても同様な現象によるＶ族元素の検出が可能である。
【００３４】
また、上記の実施の形態の説明においては、母材をＳｉとしているが、Ｓｉに限られるものではなく、高速ＣＭＯＳ用材料として用いられるＳｉＧｅにおいても同様な現象によるＶ族元素の検出が可能であり、Ｇｅを含むＩＶ族半導体に適用されるものである。
【００３５】
また、上記の実施の形態の説明においては、Ｃｓ＋  イオンを加速エネルギーを０．５ｋｅＶとしているが、０．５ｋｅＶに限られるものではなく、０．５ｋｅＶの場合と同様な現象によるＶ族元素の検出が可能である０．７５ｋｅＶ以下であれば良く、また、ある程度のスパッタ効率を得るためには０．２５ｋｅＶ以上とすることが望ましい。
なお、加速エネルギーが０．７５ｋｅＶを超えると二次イオンの発生現象が異なってくる。
【００３６】
また、上記の実施の形態の説明においては、ＣＭＯＳのｎ型ソース・ドレイン領域の不純物濃度分布の測定方法として説明しているが、ＣＭＯＳのｎ型ソース・ドレイン領域の不純物濃度分布の測定方法に限られるものではなく、チャネルドープ領域の不純物濃度分布の測定方法、バイポーラトランジスタの能動領域の不純物濃度分布の測定方法、或いは、基板自体の不純物濃度分布の測定方法にも適用されるものである。
【００３７】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  一次イオンの照射によるスパッタエッチングによってＩＶ族半導体表面から放出されるＶ族元素を含む二次イオンを検出し、ＩＶ族半導体中に含まれるＶ族元素の深さ方向分布を測定する分析方法において、一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、及び、一次イオン入射角度をプロファイルシフト及び深さ方向の感度依存性を少なくする範囲に限定することを特徴とするＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
（付記２）  上記一次イオンがアルカリ金属元素であり、前記アルカリ金属元素イオンの入射角を、キャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のＶ族元素ピーク強度比が０．５〜１．５の範囲になるように設定したことを特徴とする付記１記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
（付記３）  上記アルカリ金属元素イオンの入射角を、キャップ層を設けた場合とキャップ層を設けない場合のＶ族元素ピーク強度比が０．７５〜１．２５の範囲になるように設定したことを特徴とする付記２記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
（付記４）  上記一次イオンがＣｓイオンであり、上記加速エネルギーを０．７５ｋｅＶ以下とし、上記入射角を５°以下、２１°〜３６°、或いは、４７°〜５５°のいずれかに設定したことを特徴とする付記２記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
（付記５）  上記一次イオンがＣｓイオンであり、上記加速エネルギーを０．７５ｋｅＶ以下とし、上記入射角を４°以下、２２°〜３５°、或いは、４９°〜５３°のいずれかに設定したことを特徴とする付記３記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
（付記６）  上記一次イオンがＣｓイオンであり、上記加速エネルギーを０．７５ｋｅＶ以下とし、上記入射角を３８°〜４２°或いは４８°〜５７°のいずれかに設定したことを特徴とする付記１記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
（付記７）  上記一次イオンがＣｓイオンであり、上記加速エネルギーを０．７５ｋｅＶ以下とし、上記入射角を４８°〜５５°に設定したことを特徴とする付記６記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
（付記８）  上記ＩＶ族半導体がＳｉであり、且つ、上記Ｖ族元素がＡｓであることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載のＩＶ族半導体中のＶ族元素の深さ方向分布の分析方法。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＩＭＳによるＳｉ等のＩＶ族半導体中のＡｓ等のＶ族元素の深さ方向分布を測定する際に、照射する一次イオン種、一次イオン加速エネルギー、および一次イオン入射角度を限定することによって深さ精度および定量精度の高い測定が可能になり、それによって、測定に際してα−Ｓｉ等のキャップ層を設ける必要がなくなるのでより簡便な測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｓ分布プロファイルのピーク位置シフトの入射角依存性の説明図である。
【図２】５０°入射におけるＡｓ分布プロファイルのα−Ｓｉキャップ依存性の説明図である。
【図３】Ａｓピーク強度比の入射角依存性の説明図である。
【図４】Ａｓ分布プロファイルの一次イオン入射角依存性の説明図である。
【図５】６０°入射におけるＡｓ分布プロファイルのα−Ｓｉキャップ依存性の説明図である。
【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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