(57)【要約】【課題】  球状半導体は形状効果が問題となる為、二次イオン質量分析法（Secondary ion mass spectrometry；ＳＩＭＳ）により不純物プロファイルを精度よく評価する手段は実質的に存在していない。【解決手段】  半導体ウエハの予備測定を行い、次に、予備測定と同じ測定条件で球状半導体１１の測定を行い、球状半導体の測定時には主要構成元素（マトリックス元素）から得られる二次イオン強度が予備測定時の二次イオン強度と同じになる位置に球状半導体を配置する。即ち、球状半導体を分析する場合と全く同じ条件で平坦なウエハを測定し、両者の主要構成元素（マトリックス元素）の二次イオン強度がほぼ同じになるポイントで焦点が合ったと判断することで精度よく不純物プロファイルを測定する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状半導体の不純物を二次イオン質量分析法によって測定する測定方法であって、
半導体ウエハを予備測定するステップと、
前記予備測定と同じ測定条件で球状半導体を測定するステップとを含み、
前記球状半導体の測定時には、主要構成元素（マトリックス元素）から得られる二次イオン強度と前記予備測定によって得られた二次イオン強度との差が所定の範囲内となる位置に前記球状半導体を配置することを特徴とする球状半導体の測定方法。
【請求項２】
前記予備測定時における二次イオン強度と前記球状半導体の測定時における二次イオン強度の差が前記予備測定時における二次イオン強度の±２０％の範囲内である位置に前記球状半導体を配置することを特徴とする請求項１に記載の球状半導体の測定方法。
【請求項３】
前記測定時のＳＩＭＳクレータの一辺が、ｒ／２（ｒ：球状半導体の半径）以下であることを特徴とする請求項１に記載の球状半導体の測定方法。
【請求項４】
前記主要構成元素は、Ｓｉであることを特徴とする請求項１に記載の球状半導体の測定方法。
【請求項５】
前記測定条件は、照射電流、照射ビーム径、クレータ面積のいずれか、もしくはその組合せであることを特徴とする請求項１に記載の球状半導体の測定方法。
【請求項６】
球状半導体の不純物を二次イオン質量分析法によって測定する測定装置であって、
半導体ウエハを予備測定する手段と、
前記予備測定と同じ測定条件で球状半導体を測定する手段と、
前記球状半導体の測定時には、主要構成元素（マトリックス元素）から得られる二次イオン強度が前記予備測定によって得られた二次イオン強度と所定の範囲内で同じになる位置に前記球状半導体を配置する手段とを備えたことを特徴とする球状半導体の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状半導体の不純物プロファイルを精度よく二次イオン質量分析（以下ＳＩＭＳという）で測定する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このようなＳＩＭＳは高感度、深さ方向分析が可能、水素からウランまで全元素の分析が可能、同位体分析が可能といった特徴を有している。この特徴を活かし、半導体デバイス中のドーパントの深さ方向分析に広く利用され、デバイスの発展に大きな貢献をしてきている。
【０００３】
一方、近年においては、従来の考え方と概念が異なる球状半導体が開発されている。これは特開平１１−１０６０５１号公報で提案されている（特許文献１）。球状半導体は同じサイズのチップに対し約３倍の表面積がとれることから、ウエハと同程度の微細加工が出来れば約３倍の集積が可能である。
【特許文献１】特開平１１−１０６０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｓｉウエハのデバイス化での経験が示す通り、プロセス条件の最適化には特性のチェックのみならず分析・解析的な観点からの評価も欠かせない。つまり、ドーパントの分布を分析的につかんでおく必要がある。半導体中のドーパント分析にはこれまでＳＩＭＳが用いられてきたが、球状半導体は球形状であることから、イオン銃や質量分析器（アナライザ）の焦点を合わせるのが難しく、精度よく評価することが困難であった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的は、球状半導体の評価分析を簡単且つ精度良く行う事が可能な球状半導体の測定方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、球状半導体の不純物を二次イオン質量分析法によって測定する測定方法であって、半導体ウエハを予備測定するステップと、前記予備測定と同じ測定条件で球状半導体を測定するステップとを含み、前記球状半導体の測定時には、主要構成元素（マトリックス元素）から得られる二次イオン強度と前記予備測定によって得られた二次イオン強度との差が所定の範囲内となる位置に前記球状半導体を配置することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、球状半導体の不純物を二次イオン質量分析法によって測定する測定装置であって、半導体ウエハを予備測定する手段と、前記予備測定と同じ測定条件で球状半導体を測定する手段と、前記球状半導体の測定時には、主要構成元素（マトリックス元素）から得られる二次イオン強度が前記予備測定によって得られた二次イオン強度と所定の範囲内で同じになる位置に前記球状半導体を配置する手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、球状半導体の不純物プロファイルを精度よく評価することができる。また、本発明の原理を用いた球状半導体測定装置によれば、球状半導体の不純物プロファイル評価が特別な技術を駆使しなくても簡便に行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の概要を示す模式図である。図中１１は測定対象物である球状半導体、１２はイオン銃、１３は質量分析器（アナライザ）、１４は球状半導体１１を固定するための導電性テープ、１５は試料ホルダーである。球状半導体１１の測定に際しては、球状半導体１１の頂上に対してイオン銃１２、並びに質量分析器１３の焦点を正確に合わせ込むことが本発明の特徴である。
【００１０】
図２は球状半導体１１の不純物プロファイルを測定する手順を示すフローチャートである。分析の手順は大きく２つのステップに分けられる。まず、ステップ１としては予備測定としてのウエハ測定である。ウエハ測定の配置図を図３に示す。３１はＳｉウエハであり、３２はウエハ３１を試料ホルダー１５に固定するための治具である。
【００１１】
球状半導体１１の測定を行う場合には、形状効果をなるべく小さくするため照射電流、照射ビーム径、クレータ面積を小さくする必要がある。しかしながら、ＳＩＭＳ測定では、感度を高める必然性やクレータ周辺効果をなるべく小さくする必然性から、これらパラメタは大きな値に設定しておくことが望ましい。そこで、球状半導体用に設定したパラメタでどの程度の濃度領域で評価が可能であるか、また、クレータ周辺効果は抑えられているのか、等を定量的に見積もることが必要になる。
【００１２】
従って、ステップ１においては、球状半導体を評価するのと同じ条件でＳｉウェハの予備測定を行い、評価できる濃度領域、エッジ効果の程度等を定量的に見積もり、所望のデータが得られるかを確認しておく。この時点で所望のデータが得られなければ、再度パラメタを設定し直してウエハの測定を繰り返し、パラメタを決定する。
【００１３】
一方、ステップ２では、球状半導体１１の測定を行う。まず、第一にイオン銃１２と質量分析器１３の焦点を球状半導体１１の頂点に合わせる（ステップ２−１）。この際、二次イオン像を見てイオン銃１２の焦点をＢａｌｌの頂点に合わせ、更に、全マスの位置分布を見て質量分析器１３の焦点を合わせる。
【００１４】
焦点を調整したら、最終的にマトリックス元素の二次イオン強度をチェックする。即ち、球状半導体マトリックス元素の二次イオン強度が、予備測定時におけるウエハの二次イオン強度と同じ程度であるかをチェックする（ステップ２−２）。ここで「同じ程度」とは予備測定時のＳｉなどのマトリックス元素の二次イオン強度に対して、二次イオン強度の差が±２０％以内に収まる範囲であればよい。二次イオン強度が同じ程度になったらそのまま測定を継続し（ステップ２−３）、デプスプロファイルを測定する。ステップ２−２で二次イオン強度が予備測定からずれていた場合には、ステップ２−１の焦点の調整に戻って、調整を続ける。以上が本発明の原理である。
【００１５】
なお、球状半導体の測定時には、形状効果を小さくするためクレータ面積を小さくすることが好ましく、特にＳＩＭＳクレータの１辺が球状半導体の半径ｒに対して半分以下となるようにすることで形状効果の小さいデプスプロファイルを得ることができる。
【実施例】
【００１６】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はここに記述した内容だけに制限を受けるものではない。
【００１７】
（実施例１）
実施例１では、球状半導体として、直径１ｍｍφのＢａｌｌ  Ｓｉ（ボールセミコンダクター社製）を用い、ＳＩＭＳ測定には、ＵＬＶＡＣ−ＰＨＩ６６５０を用いた。ＳＩＭＳ測定の際のパラメタは表１に示す通りである。
【００１８】
【表１】
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実施例１の測定では、検体が平面でなく球状なので、形状効果を出来る限り排除するようにパラメタを選ぶ必要がある。そこで、クレータ面積を２００×２００μｍと小さくし、また、ビーム径を絞るためイオン電流も出来る限り低く設定した。
【００１９】
（１）標準試料の測定
実際にＢａｌｌ  Ｓｉの測定に入る前に、イオン注入されたＳｉウエハ（注入条件は表２に示す）を用いてどの程度の濃度範囲で評価できるか、また、クレータ周辺効果は現れていないか等を見積もってみた。
【００２０】
【表２】
2005172580.tif 000004
測定は図３に示す配置で行い、Ｓｉウエハにイオン銃１２，質量分析器１３の焦点を合わせ込むことで最適な測定が出来るよう工夫した。図４はＢがイオン注入されたＳｉウエハのデプスプロファイルである。縦軸（左）はＢ濃度、縦軸（右）は３０Ｓｉ＋の二次イオン強度を表している。二次イオン強度から濃度への変換は相対感度係数法を用いて行った。横軸は深さ（ｎｍ）を表している。スパッタ時間から深さへの変換は、ＳＩＭＳ測定終了後、αステップでクレータ深さを測定することによって換算した。図４より今回の測定条件ではＢは検出限界が１Ｅ１６（atoms／cc）、またDynamic Rangeは４桁ほどとれることを確認した。
【００２１】
図５はＰがイオン注入されたＳｉウエハのデプスプロファイルである。縦軸、横軸の単位／換算方法は図４のそれらと同じである。図５よりＰについては検出限界が２Ｅ１６（atoms／cc）、Dynamic Rangeも４桁近く取れていることを確認した。
【００２２】
（２）Ｂａｌｌ  Ｓｉの測定
標準試料と全く同じ条件で、Ｂａｌｌ  Ｓｉのデプスプロファイルの測定を行った。同じ条件で測定する意味は、スパッタレートを同じにし横軸の補正を容易に行うと共に、なるべくパラメタの数を減らし解析を容易にすることが主な目的である。測定系は図１に示す通りで、Ｂａｌｌ  Ｓｉの頂上にイオン銃１２，質量分析器１３の焦点を合わせることが本測定の要である。具体的な手順としては、まず、二次イオン像を見てイオン銃１２の焦点をＢａｌｌの頂点に合わせ、更に、全マスの位置分布を見て質量分析器１３の焦点を合わせ、最終的にマトリックス元素の二次イオン強度でチェックする。
【００２３】
この手法により得られた測定結果を図６、図７に示す。図６はＢのプロファイルである。図６にはＢａｌｌ  Ｓｉのプロファイルと共にＳｉウエハのプロファイルも示している。図６をみるとウエハとＢａｌｌの３０Ｓｉ＋強度がほぼ同じになっており、これはイオン銃１２，質量分析器１３の焦点がＢａｌｌの頂点に正確に合っていることを示している。
【００２４】
図７はＰのプロファイルである。図７にもＢａｌｌ  Ｓｉのプロファイルと共にＳｉウエハのプロファイルを示している。図７をみるとＢａｌｌの３０Ｓｉ−強度はウエハより若干（２０％程度）大きくなっているもののほぼ同じであることが分かる。これはイオン銃１２、質量分析器１３の焦点がＢａｌｌの頂点にほぼ合っていることを示している。
【００２５】
図８はＢａｌｌ  ＳｉのＢ、Ｐのプロファイルを併せて示す図である。図８よりＢａｌｌ  Ｓｉの表面はｎ型半導体、内部はｐ型半導体となっており、接合位置は表面から６００ｎｍ程度にあることを確認した。
【００２６】
（実施例２）
実施例２では、上述のような本発明の原理に基づいて自動的に球状半導体のデプスプロファイルを測定する球状半導体測定装置について説明する。図９は球状半導体測定装置の一例を示すブロック図である。図９では図１と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。図中１０１は回転ステージであり、回転によってＳｉウェハ３１と球状半導体装置１１との測定対象の交代を行うものである。１０２はＺ方向（高さ方向）に移動するＺステージであり焦点合わせに用いられる。また、１０４はデータ解析装置、１０４は装置内の各部の制御を行うと共に、上述のようにＳｉウェハと球状半導体１１との二次イオン強度が同じかどうかを判断する。１０５は信号線、１０６は制御線である。
【００２７】
図１０は図９の装置の動作を示すフローチャートである。球状半導体１１としては、直径１ｍｍφのＢａｌｌ  Ｓｉ（ボールセミコンダクター社製）を用いた。図１０において、まず、予備測定用のＳｉウェハ３１を装置にセットする（ステップ１）。Ｓｉウェハ３１は治具３２を用いて固定する。また、判断装置１０４は回転装置１０１を回転させて質量分析器１３の直下にＳｉウェハ１５が位置するように制御を行い、その後、Ｚステージ１０２を上下方向に移動させてイオン銃１２と質量分析器１３の焦点をＳｉウェハ３１に合わせる。
【００２８】
次いで、表１に示すような各種パラメタの設定を行い、イオン銃１２からＳｉウェハ１５に一次イオンを照射する。質量分析器１３はＳｉウェハ３１から反射した一次イオンを受けて質量分析を行い、その結果をデータ解析器１０３に送信する。データ解析器１３はその結果に基づいてデータ解析を行い、予備測定を行う（ステップ２）。この時、評価できる濃度領域、エッジ効果の程度を定量的に見積もり、所望のデータ（所望の濃度領域やエッジ効果）が得られているかを判断する（ステップ３）。所望のデータが得られていなければステップ２に戻ってパラメタの設定をし直して測定を行い、所望のデータが得られるまでステップ１〜２の処理を行う。
【００２９】
ステップ２で所望のデータが得られると、測定すべき球状半導体１１を装置にセットする（ステップ４）。この時、回転ステージ１０１を制御して球状半導体１１を質量分析器１３の直下に位置させる。次いで、予備測定と同じ条件（同じパラメタ）とし、且つ、Ｚステージ１０２を制御してイオン銃１２、質量分析器１３の焦点を球状半導体１１の頂点に合わせ（ステップ５）、同様にイオン銃１２と質量分析器１３を用いて測定を行う。
【００３０】
次に、データ解析装置１０３はその結果に基づいてデータ解析を行い、判断装置１０４はＳｉウェハ３１と球状半導体１１とでマトリックス元素の二次イオン強度が同程度であるかをチェックする（ステップ６）。マトリックス元素の二次イオン強度が同程度であれば測定を行い（ステップ７）、同程度でない場合には、ステップ６に戻って、再度イオン銃１２、質量分析器１３の焦点を球状半導体１１の頂点に合わせる。
【００３１】
この場合には、球状半導体１１の頂上に焦点を合わせるのは難しいため、Ｚステージ１０２と回転ステージ１０１の両方を制御して焦点合わせを行い、その後、ステップ６でＳｉウェハ３１と球状半導体１１とでマトリックス元素の二次イオン強度が同程度であるかをチェックし、同程度であれば測定を行う。このようにステップ５〜６の処理を繰り返し、二次イオン強度が同程度になると測定を行う。
【００３２】
このように本実施例では、測定技術に習熟していなくても球状半導体の評価を精度良く、且つ、容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態を示す模式図である。
【図２】球状半導体測定の手順を示すフローチャートである。
【図３】ウエハを測定するための配置を示す模式図である。
【図４】Ｂがイオン注入されたＳｉウエハのデプスプロファイルである。
【図５】Ｐがイオン注入されたＳｉウエハのデプスプロファイルである。
【図６】Ｂａｌｌ  ＳｉのＢデプスプロファイルである。
【図７】Ｂａｌｌ  ＳｉのＰデプスプロファイルである。
【図８】Ｂａｌｌ  ＳｉのＢ、Ｐデプスプロファイルである。
【図９】本発明による球状半導体測定装置の一例を示すブロック図である。
【図１０】図９の球状半導体測定装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１１  球状半導体
１２  イオン銃
１３  質量分析器（アナライザ）
１４  導電性テープ
１５  試料ホルダー
３１  Ｓｉウエハ
３２  治具
１０１  Ｚステージ
１０２  回転ステージ
１０３  データ解析装置
１０４  判断装置
１０５  信号線
１０６  制御線
【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】
2005172580.tif 000011
【図８】
2005172580.tif 000012
【図９】
2005172580.tif 000013
【図１０】
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