JP3441333B2 - 不純物濃縮装置及び不純物分析方法 - Google Patents
不純物濃縮装置及び不純物分析方法Info
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- JP3441333B2 JP3441333B2 JP06105197A JP6105197A JP3441333B2 JP 3441333 B2 JP3441333 B2 JP 3441333B2 JP 06105197 A JP06105197 A JP 06105197A JP 6105197 A JP6105197 A JP 6105197A JP 3441333 B2 JP3441333 B2 JP 3441333B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン結晶のよ
うな半導体結晶中の超微量不純物を濃縮する不純物濃縮
装置及び濃縮された不純物を分析する不純物分析方法に
関する。
うな半導体結晶中の超微量不純物を濃縮する不純物濃縮
装置及び濃縮された不純物を分析する不純物分析方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン結晶は半導体素子基板の材料と
して使用されているが、このシリコン結晶中に鉄（Ｆ
ｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などの不純物が存在
すると、たとえその量が超微量であったとしても、その
基板上に形成されている半導体素子の電気特性は大きな
悪影響を受けてしまう。このため、超ＬＳＩ素子等の性
能を高めるためには、これら不純物の含有量をできる限
り低く抑える必要があるが、この目的を達成するために
は、結晶中の不純物の濃度を正確に測定する必要があ
る。
して使用されているが、このシリコン結晶中に鉄（Ｆ
ｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などの不純物が存在
すると、たとえその量が超微量であったとしても、その
基板上に形成されている半導体素子の電気特性は大きな
悪影響を受けてしまう。このため、超ＬＳＩ素子等の性
能を高めるためには、これら不純物の含有量をできる限
り低く抑える必要があるが、この目的を達成するために
は、結晶中の不純物の濃度を正確に測定する必要があ
る。
【０００３】従来、シリコン等の半導体結晶中の不純物
を測定する手段として、薄膜試料を酸溶液もしくは酸蒸
気で溶解し、不純物を分離濃縮した後、フレームレス原
子吸光分析法もしくは誘導結合プラズマ質量分析法で測
定する湿式化学分析手段と、二次イオン質量分析法（Ｓ
ＩＭＳ、Secondary Ion Mass Spectrometry ）、全反射
蛍光Ｘ線分析法（ＴＲＸＲＦ，Total Reflection X-ray
Fluorescence Spectrometry）、オージェ電子分光分析
法（ＡＥＳ，Auger Electron Spectrometry ）、粒子励
起Ｘ線分光法（ＰＩＸＥ，Particle Induced X-ray Emi
ssion Spectrometry）等の物理分析手段とが一般的に行
われている。
を測定する手段として、薄膜試料を酸溶液もしくは酸蒸
気で溶解し、不純物を分離濃縮した後、フレームレス原
子吸光分析法もしくは誘導結合プラズマ質量分析法で測
定する湿式化学分析手段と、二次イオン質量分析法（Ｓ
ＩＭＳ、Secondary Ion Mass Spectrometry ）、全反射
蛍光Ｘ線分析法（ＴＲＸＲＦ，Total Reflection X-ray
Fluorescence Spectrometry）、オージェ電子分光分析
法（ＡＥＳ，Auger Electron Spectrometry ）、粒子励
起Ｘ線分光法（ＰＩＸＥ，Particle Induced X-ray Emi
ssion Spectrometry）等の物理分析手段とが一般的に行
われている。
【０００４】しかしながら、上記湿式化学分析手段で
は、多量の試料が必要であると共に、試料の溶解や不純
物の分離濃縮操作が煩雑であるために、分析操作技術の
習得に熟練を要していた。また、分析に長い時間がかか
るという問題点があった。さらに、酸溶液もしくは酸蒸
気を用いるために、環境や安全衛生の面から、酸専用の
ドラフトや排ガス処理設備及び酸処理設備を設置しなけ
ればならない。
は、多量の試料が必要であると共に、試料の溶解や不純
物の分離濃縮操作が煩雑であるために、分析操作技術の
習得に熟練を要していた。また、分析に長い時間がかか
るという問題点があった。さらに、酸溶液もしくは酸蒸
気を用いるために、環境や安全衛生の面から、酸専用の
ドラフトや排ガス処理設備及び酸処理設備を設置しなけ
ればならない。
【０００５】一方、上記物理分析手段では通常化学処理
操作なしで直接測定できるため、迅速性の点で優れてい
る。また、分析試料量や深さ方向分解能の点でも優れて
いる。しかし、ＳＩＭＳを除き、上記物理分析手段は１
０ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ程度の分析感度であり、超
微量不純物成分の検出には適していなかった。また、Ｓ
ＩＭＳではｐｐｂ以下の不純物分析は困難であった。
操作なしで直接測定できるため、迅速性の点で優れてい
る。また、分析試料量や深さ方向分解能の点でも優れて
いる。しかし、ＳＩＭＳを除き、上記物理分析手段は１
０ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ程度の分析感度であり、超
微量不純物成分の検出には適していなかった。また、Ｓ
ＩＭＳではｐｐｂ以下の不純物分析は困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の湿式化学分析手段では、試料を溶解したり、不純物の
分離濃縮操作が煩雑であるために、分析操作技術の習得
に熟練を要したり、分析に長い時間がかかるという問題
点があった。また、試料が多量に必要であるという問題
点もあった。さらに、酸溶液もしくは酸蒸気を用いるた
めに、環境や安全衛生の面から、酸専用のドラフトや排
ガス処理設備及び酸処理設備を設置しなければならなか
った。
の湿式化学分析手段では、試料を溶解したり、不純物の
分離濃縮操作が煩雑であるために、分析操作技術の習得
に熟練を要したり、分析に長い時間がかかるという問題
点があった。また、試料が多量に必要であるという問題
点もあった。さらに、酸溶液もしくは酸蒸気を用いるた
めに、環境や安全衛生の面から、酸専用のドラフトや排
ガス処理設備及び酸処理設備を設置しなければならなか
った。
【０００７】一方、従来の物理分析手段では、分析感度
が不十分で超微量不純物成分の検出は不可能であった。
が不十分で超微量不純物成分の検出は不可能であった。
【０００８】本発明は、上記事情に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、試料を溶解せずに、
半導体結晶中の不純物を濃縮することができる不純物濃
縮装置を提供することにある。
であり、その目的とするところは、試料を溶解せずに、
半導体結晶中の不純物を濃縮することができる不純物濃
縮装置を提供することにある。
【０００９】その他の目的は、半導体結晶中の不純物を
迅速、簡便かつ高感度に分析を行うことができる不純物
分析方法を提供することにある。
迅速、簡便かつ高感度に分析を行うことができる不純物
分析方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の不純物濃縮装置は、キャリアガスの供給口
及び排気口が設けられた密閉容器と、前記密閉容器内に
設けられた、半導体結晶試料を固定保持する試料固定保
持部と、前記キャリアガスの供給量を制御するガス制御
手段と、前記半導体結晶試料の所定の位置にイオン又は
電子を照射する照射手段（以下、「イオン・電子照射手
段」と呼ぶ。）と、前記半導体結晶試料の所定の位置に
レーザ光を照射するレーザ発振器とを有することを特徴
とする。
に、本発明の不純物濃縮装置は、キャリアガスの供給口
及び排気口が設けられた密閉容器と、前記密閉容器内に
設けられた、半導体結晶試料を固定保持する試料固定保
持部と、前記キャリアガスの供給量を制御するガス制御
手段と、前記半導体結晶試料の所定の位置にイオン又は
電子を照射する照射手段（以下、「イオン・電子照射手
段」と呼ぶ。）と、前記半導体結晶試料の所定の位置に
レーザ光を照射するレーザ発振器とを有することを特徴
とする。
【００１１】上記構成によれば、前記イオン・電子照射
手段により前記半導体結晶試料表面の所定の位置にイオ
ン又は電子を照射した後、前記密閉容器内に前記半導体
結晶試料を配置し、該密閉容器内にキャリアガスを所定
の流速で供給しながら、前記半導体結晶が蒸発気化を開
始するエネルギー強度よりも弱いレーザ光を前記レーザ
発振器により前記半導体結晶試料表面の所定の位置に照
射することにより、前記試料中に含まれる不純物を非接
触で局所的に濃縮することができる。これは、試料表面
に電子又はイオンを照射してその表面近傍に目的成分の
ゲッタリングサイトとなる欠陥を発生させ、その後のレ
ーザ光照射による熱で結晶中を拡散しやすくなっている
Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の不純物をその欠陥近傍に析出させ
ているからである。
手段により前記半導体結晶試料表面の所定の位置にイオ
ン又は電子を照射した後、前記密閉容器内に前記半導体
結晶試料を配置し、該密閉容器内にキャリアガスを所定
の流速で供給しながら、前記半導体結晶が蒸発気化を開
始するエネルギー強度よりも弱いレーザ光を前記レーザ
発振器により前記半導体結晶試料表面の所定の位置に照
射することにより、前記試料中に含まれる不純物を非接
触で局所的に濃縮することができる。これは、試料表面
に電子又はイオンを照射してその表面近傍に目的成分の
ゲッタリングサイトとなる欠陥を発生させ、その後のレ
ーザ光照射による熱で結晶中を拡散しやすくなっている
Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の不純物をその欠陥近傍に析出させ
ているからである。
【００１２】ここで、上記イオン又は電子の照射及びレ
ーザ光の照射をそれぞれ多数回行うことにより上記欠陥
部形成効率及び上記濃縮効率をより一層向上させること
ができる。なお、最後の照射はレーザ光の照射が望まし
い。
ーザ光の照射をそれぞれ多数回行うことにより上記欠陥
部形成効率及び上記濃縮効率をより一層向上させること
ができる。なお、最後の照射はレーザ光の照射が望まし
い。
【００１３】また、前記レーザ光のエネルギー値が大き
いほど濃縮効率は大きくなるが、試料が蒸発気化してし
まうと分析ができなくなるので、レーザ光のエネルギー
値は前記半導体結晶が蒸発気化を開始するエネルギー値
の８０〜９７％が望ましい。
いほど濃縮効率は大きくなるが、試料が蒸発気化してし
まうと分析ができなくなるので、レーザ光のエネルギー
値は前記半導体結晶が蒸発気化を開始するエネルギー値
の８０〜９７％が望ましい。
【００１４】本発明の不純物分析方法は、半導体結晶試
料表面の所定の位置にイオン又は電子を照射するステッ
プ、密閉容器内に半導体結晶試料を配置し、前記密閉容
器内にキャリアガスを所定の流速で供給しながら、前記
半導体結晶が蒸発気化を開始するエネルギー強度よりも
弱いレーザ光を前記半導体結晶試料表面の所定の位置に
照射するステップとを含む不純物濃縮工程と、該不純物
濃縮工程により前記所定の位置に局所的に不純物を濃縮
した前記半導体結晶試料を測定する分析工程とを含むこ
とを特徴とする。 すなわち、前述した不純物濃縮装置に
より不純物濃縮した試料を二次イオン質量分析法、全反
射蛍光Ｘ線分析法、オージェ電子分光分析法、粒子励起
Ｘ線分光法等の物理分析手段を用いて分析を行うことが
できる。
料表面の所定の位置にイオン又は電子を照射するステッ
プ、密閉容器内に半導体結晶試料を配置し、前記密閉容
器内にキャリアガスを所定の流速で供給しながら、前記
半導体結晶が蒸発気化を開始するエネルギー強度よりも
弱いレーザ光を前記半導体結晶試料表面の所定の位置に
照射するステップとを含む不純物濃縮工程と、該不純物
濃縮工程により前記所定の位置に局所的に不純物を濃縮
した前記半導体結晶試料を測定する分析工程とを含むこ
とを特徴とする。 すなわち、前述した不純物濃縮装置に
より不純物濃縮した試料を二次イオン質量分析法、全反
射蛍光Ｘ線分析法、オージェ電子分光分析法、粒子励起
Ｘ線分光法等の物理分析手段を用いて分析を行うことが
できる。
【００１５】ここで、分析を行う前に、不純物濃縮装置
により、前記所定の位置の外側周辺に、前記半導体結晶
の蒸発気化に必要なエネルギー強度もしくはそれ以上の
強度のレーザ光を照射して前記半導体結晶試料の表面に
マーキングすることにより不純物濃縮範囲、すなわち、
分析範囲の位置決めが一層容易となり、分析感度や精度
をより高めることができる。
により、前記所定の位置の外側周辺に、前記半導体結晶
の蒸発気化に必要なエネルギー強度もしくはそれ以上の
強度のレーザ光を照射して前記半導体結晶試料の表面に
マーキングすることにより不純物濃縮範囲、すなわち、
分析範囲の位置決めが一層容易となり、分析感度や精度
をより高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。
て図面を用いて説明する。
【００１７】図１は、本発明の実施の形態に係る不純物
濃縮装置の一構成例を示す図である。図１において、こ
の不純物濃縮装置は、密閉された円筒状の密閉容器１
と、密閉容器１の上部に設けられた窓３と、密閉容器１
の側壁に設けられた、半導体結晶等の試料１１の表面を
冷却するキャリアガスの供給口５ａ及び排気口５ｂと、
密閉容器１内に窓３に対向して底面７上に設けられ、レ
ーザ光等の照射前後で移動しないように試料１１を固定
保持する試料固定保持部９と、試料１１にレーザ光を照
射するレーザ発振器１３と、レーザ発振器１３から照射
されたレーザ光の光路上に設けられた、試料１１にレー
ザ光を照射するための集光レンズ１５及び反射板（ハー
フミラー）１７と、密閉容器１内に供給されるキャリア
ガスの供給量を制御するガス制御手段１９と、試料１１
の表面状態の変化を窓３を通して観察するＴＶカメラ２
１及びＴＶモニタ２３と、試料１１にイオン又は電子を
照射するイオン・電子照射手段（図示省略）とを有して
いる。なお、ここで試料１１は、複数回のレーザ光等の
照射中に正確に位置決めされている必要がある。なぜな
らばレーザ光等の衝撃により試料１１が動いてしまうお
それがあり、試料１１の位置がずれると、所定範囲にお
けるレーザ光等の照射条件がばらついてしまい、本来同
じであるべき所定範囲の濃縮の度合いにばらつきが生じ
てしまうからである。
濃縮装置の一構成例を示す図である。図１において、こ
の不純物濃縮装置は、密閉された円筒状の密閉容器１
と、密閉容器１の上部に設けられた窓３と、密閉容器１
の側壁に設けられた、半導体結晶等の試料１１の表面を
冷却するキャリアガスの供給口５ａ及び排気口５ｂと、
密閉容器１内に窓３に対向して底面７上に設けられ、レ
ーザ光等の照射前後で移動しないように試料１１を固定
保持する試料固定保持部９と、試料１１にレーザ光を照
射するレーザ発振器１３と、レーザ発振器１３から照射
されたレーザ光の光路上に設けられた、試料１１にレー
ザ光を照射するための集光レンズ１５及び反射板（ハー
フミラー）１７と、密閉容器１内に供給されるキャリア
ガスの供給量を制御するガス制御手段１９と、試料１１
の表面状態の変化を窓３を通して観察するＴＶカメラ２
１及びＴＶモニタ２３と、試料１１にイオン又は電子を
照射するイオン・電子照射手段（図示省略）とを有して
いる。なお、ここで試料１１は、複数回のレーザ光等の
照射中に正確に位置決めされている必要がある。なぜな
らばレーザ光等の衝撃により試料１１が動いてしまうお
それがあり、試料１１の位置がずれると、所定範囲にお
けるレーザ光等の照射条件がばらついてしまい、本来同
じであるべき所定範囲の濃縮の度合いにばらつきが生じ
てしまうからである。
【００１８】上記窓３の材料としては、目的成分の分析
を直接的にも間接的にも妨害せず、かつ、レーザ光を効
率よく通過するものであればいかなるものでも良い。具
体的には、石英、サファイア、パイレックスガラス等が
好ましい。また、窓３は、Ｏリングやメタルガスケット
を用いて密閉容器に対して交換可能な構造とすることが
望ましい。上記密閉容器１の材質については、目的成分
の分析を直接的にも間接的にも妨害しないものであれば
いかなるものでも良く、例えば、フッ素系樹脂、石英、
サファイア、パイレックスガラス、金属、合金等を用い
ればよい。
を直接的にも間接的にも妨害せず、かつ、レーザ光を効
率よく通過するものであればいかなるものでも良い。具
体的には、石英、サファイア、パイレックスガラス等が
好ましい。また、窓３は、Ｏリングやメタルガスケット
を用いて密閉容器に対して交換可能な構造とすることが
望ましい。上記密閉容器１の材質については、目的成分
の分析を直接的にも間接的にも妨害しないものであれば
いかなるものでも良く、例えば、フッ素系樹脂、石英、
サファイア、パイレックスガラス、金属、合金等を用い
ればよい。
【００１９】上記試料固定保持部９の材質については、
目的成分の分析を直接的にも間接的にも妨害しないもの
であればいかなるものでも良い。加工性の点からフッ素
系樹脂、金属、合金等が望ましい。また、試料固定保持
部９は密閉容器１や試料１１に対して交換可能な構造で
あることが望ましい。
目的成分の分析を直接的にも間接的にも妨害しないもの
であればいかなるものでも良い。加工性の点からフッ素
系樹脂、金属、合金等が望ましい。また、試料固定保持
部９は密閉容器１や試料１１に対して交換可能な構造で
あることが望ましい。
【００２０】上記キャリアガスとしては、例えば酸素、
窒素、アルゴン、ヘリウム、水素等を挙げることができ
る。
窒素、アルゴン、ヘリウム、水素等を挙げることができ
る。
【００２１】上記レーザ発振器１３としては、エネルギ
ー値を任意に変化できるとともに、半導体結晶試料を蒸
発気化できるレーザエネルギー値を有するものであれば
いかなるものでも良く、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、
ルビーレーザ、エキシマレーザ等を用いればよい。
ー値を任意に変化できるとともに、半導体結晶試料を蒸
発気化できるレーザエネルギー値を有するものであれば
いかなるものでも良く、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、
ルビーレーザ、エキシマレーザ等を用いればよい。
【００２２】上記ＴＶカメラ２１及びＴＶモニタ２３
は、レーザ光照射による結晶試料の表面状態の変化を窓
を通して観察するためのものであればいかなる形状のも
のでも良い。
は、レーザ光照射による結晶試料の表面状態の変化を窓
を通して観察するためのものであればいかなる形状のも
のでも良い。
【００２３】上記イオンとしては、目的成分の分析を直
接的にも間接的にも妨害せず、かつ結晶試料表面近傍に
目的成分のゲッタリングサイトとなる欠陥を発生させる
ものであれば、いかなるものでも良い。具体的には、Ｏ
2 + （酸素）、Ｎ2 + （窒素）、Ｈ+ （水素）、Ｐ
+ （リン）、Ｂ+ （硼素）、Ａｒ+ （アルゴン）等が好
ましい。また、イオンの侵入深さは、１０オングストロ
ーム〜５００オングストローム、望ましくは２０オング
ストローム〜２００オングストロームである。また、イ
オンの注入濃度は不純物濃縮効率との関係からできる限
り高いことが望ましいが、余り注入濃度が高いと、注入
時間が長くなり処理時間の増大を招いてしまうので、１
０16atoms/cm2 以下、特に１０12〜１０15atoms/cm2 の
範囲が望ましい。
接的にも間接的にも妨害せず、かつ結晶試料表面近傍に
目的成分のゲッタリングサイトとなる欠陥を発生させる
ものであれば、いかなるものでも良い。具体的には、Ｏ
2 + （酸素）、Ｎ2 + （窒素）、Ｈ+ （水素）、Ｐ
+ （リン）、Ｂ+ （硼素）、Ａｒ+ （アルゴン）等が好
ましい。また、イオンの侵入深さは、１０オングストロ
ーム〜５００オングストローム、望ましくは２０オング
ストローム〜２００オングストロームである。また、イ
オンの注入濃度は不純物濃縮効率との関係からできる限
り高いことが望ましいが、余り注入濃度が高いと、注入
時間が長くなり処理時間の増大を招いてしまうので、１
０16atoms/cm2 以下、特に１０12〜１０15atoms/cm2 の
範囲が望ましい。
【００２４】ここで、上記イオン・電子照射手段は具体
的には、図２に示すように、真空チャンバー２５と、イ
オン、電子線等の電離放射線源２７とを備え、密閉容器
１と真空チャンバー２５とをゲートバルブ２９で接続し
た構成とするのが望ましい。また、密閉容器１と真空チ
ャンバー２５とはゲートバルブ３１、３３を介してター
ボポンプやクライオポンプ、イオンポンプ等を用いて真
空排気できるようになっている。さらに、密閉容器１に
はゲートバルブ３５を介して試料準備室３７が設けら
れ、トランスファーロッド３９を用いて試料１１を密閉
容器１と真空チャンバー２５との間を真空中で搬送でき
るようになっている。このような構成によれば、試料１
１の表面に大気中の微量不純物を付着させることなく、
密閉容器１−真空チャンバー２５間で試料１１を移動さ
せることが可能となる。なお、図示はしていないが、密
閉容器１及び真空チャンバー２５には真空搬送用の試料
受け渡しに用いる試料上下機構が設けられいる。例え
ば、密閉容器１中の試料固定保持部９は試料上下機構に
より上下してトランスファーロッド３９から試料を受け
渡すことができる。真空チャンバー２５についても同様
に上下移動可能な試料固定保持部が具備されていること
はもちろんである。
的には、図２に示すように、真空チャンバー２５と、イ
オン、電子線等の電離放射線源２７とを備え、密閉容器
１と真空チャンバー２５とをゲートバルブ２９で接続し
た構成とするのが望ましい。また、密閉容器１と真空チ
ャンバー２５とはゲートバルブ３１、３３を介してター
ボポンプやクライオポンプ、イオンポンプ等を用いて真
空排気できるようになっている。さらに、密閉容器１に
はゲートバルブ３５を介して試料準備室３７が設けら
れ、トランスファーロッド３９を用いて試料１１を密閉
容器１と真空チャンバー２５との間を真空中で搬送でき
るようになっている。このような構成によれば、試料１
１の表面に大気中の微量不純物を付着させることなく、
密閉容器１−真空チャンバー２５間で試料１１を移動さ
せることが可能となる。なお、図示はしていないが、密
閉容器１及び真空チャンバー２５には真空搬送用の試料
受け渡しに用いる試料上下機構が設けられいる。例え
ば、密閉容器１中の試料固定保持部９は試料上下機構に
より上下してトランスファーロッド３９から試料を受け
渡すことができる。真空チャンバー２５についても同様
に上下移動可能な試料固定保持部が具備されていること
はもちろんである。
【００２５】図１及び図２に示した本発明の実施の形態
に係る不純物濃縮装置では、最初にイオン・電子照射手
段（電離放射線源２７）を用いて半導体結晶試料表面の
所定の位置にイオン又は電子を照射する。イオン又は電
子が照射されると、半導体結晶試料表面近傍にゲッタリ
ングサイトとなる欠陥が発生する。そして、密閉容器１
内にキャリアガスを供給及び排気しながら、レーザ発振
器１３を用いて半導体結晶試料表面の所定の位置にレー
ザ光を繰り返し照射する。それにより、結晶中のより深
い領域からのＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属不純物が熱によ
り拡散しやすくなり、上記の欠陥部分に移動し濃縮され
る。従って、半導体結晶表面に上記のようなレーザ光を
繰返し照射することによって、結晶中の金属不純物を非
接触で表面近傍に局所的に高密度に濃縮することができ
る。
に係る不純物濃縮装置では、最初にイオン・電子照射手
段（電離放射線源２７）を用いて半導体結晶試料表面の
所定の位置にイオン又は電子を照射する。イオン又は電
子が照射されると、半導体結晶試料表面近傍にゲッタリ
ングサイトとなる欠陥が発生する。そして、密閉容器１
内にキャリアガスを供給及び排気しながら、レーザ発振
器１３を用いて半導体結晶試料表面の所定の位置にレー
ザ光を繰り返し照射する。それにより、結晶中のより深
い領域からのＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属不純物が熱によ
り拡散しやすくなり、上記の欠陥部分に移動し濃縮され
る。従って、半導体結晶表面に上記のようなレーザ光を
繰返し照射することによって、結晶中の金属不純物を非
接触で表面近傍に局所的に高密度に濃縮することができ
る。
【００２６】上記イオン又は電子の照射及びレーザ光の
照射は、上記欠陥部形成効率及び上記濃縮効率を向上さ
せる目的から、それぞれ多数回行うのが好ましい。な
お、最後の照射はレーザ光の照射が望ましい。
照射は、上記欠陥部形成効率及び上記濃縮効率を向上さ
せる目的から、それぞれ多数回行うのが好ましい。な
お、最後の照射はレーザ光の照射が望ましい。
【００２７】また、レーザ光のエネルギー値が大きいほ
ど濃縮効率は大きくなるが、試料が蒸発気化してしまう
と分析ができなくなるので、レーザ光のエネルギー値は
結晶が蒸発気化を開始するエネルギー値の８０〜９７％
が望ましい。
ど濃縮効率は大きくなるが、試料が蒸発気化してしまう
と分析ができなくなるので、レーザ光のエネルギー値は
結晶が蒸発気化を開始するエネルギー値の８０〜９７％
が望ましい。
【００２８】密閉容器１内にキャリアガスを流すことに
より、試料表面を冷却して結晶試料の蒸発気化を抑える
ことができる。従って、使用するレーザ光のエネルギー
値が相対的に高まるので、不純物の濃縮効率を向上させ
ることができる。その上、密閉容器１、試料保持部９等
も同時に冷却することになるので、それらからの不純物
汚染を抑えることができる。さらに、密閉容器内でレー
ザ光照射を行うので、大気からの汚染も抑えることがで
きる。
より、試料表面を冷却して結晶試料の蒸発気化を抑える
ことができる。従って、使用するレーザ光のエネルギー
値が相対的に高まるので、不純物の濃縮効率を向上させ
ることができる。その上、密閉容器１、試料保持部９等
も同時に冷却することになるので、それらからの不純物
汚染を抑えることができる。さらに、密閉容器内でレー
ザ光照射を行うので、大気からの汚染も抑えることがで
きる。
【００２９】さらに、本発明の実施の形態では、図１及
び図２に示した不純物濃縮装置により不純物濃縮した試
料１１を不純物濃縮装置に隣接して配置した二次イオン
質量分析法、全反射蛍光Ｘ線分析法、オージェ電子分光
分析法、粒子励起Ｘ線分光分析法等の物理分析法を用い
て分析を行えば、簡便かつ高感度な分析が可能となる。
ここで、予め不純物濃縮装置により、結晶の蒸発気化が
開始するエネルギー値のレーザ光を半導体結晶試料表面
の所定位置の外部周辺に照射しマーキングすることによ
り、不純物濃縮範囲、すなわち、分析範囲の位置決めが
一層容易となり、分析感度や精度をより高めることがで
きる。
び図２に示した不純物濃縮装置により不純物濃縮した試
料１１を不純物濃縮装置に隣接して配置した二次イオン
質量分析法、全反射蛍光Ｘ線分析法、オージェ電子分光
分析法、粒子励起Ｘ線分光分析法等の物理分析法を用い
て分析を行えば、簡便かつ高感度な分析が可能となる。
ここで、予め不純物濃縮装置により、結晶の蒸発気化が
開始するエネルギー値のレーザ光を半導体結晶試料表面
の所定位置の外部周辺に照射しマーキングすることによ
り、不純物濃縮範囲、すなわち、分析範囲の位置決めが
一層容易となり、分析感度や精度をより高めることがで
きる。
【００３０】（実施例１）上記不純物濃縮装置を用い
て、比抵抗２．８Ωｃｍ，厚み３４０μｍの硼素ドープ
Ｓｉ単結晶基板（１辺１０ｍｍの正方形）に、まずイオ
ンを照射し、次いでレーザ光を照射して、Ｓｉ単結晶基
板に含まれる金属不純物を濃縮する。そして、二次イオ
ン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いて金属不純物のイオ
ン強度を測定した。なお、不純物濃縮範囲をＳＩＭＳで
測定する際に、その位置の認定を容易とするためには上
述したように予めマーキングを行えばよい。
て、比抵抗２．８Ωｃｍ，厚み３４０μｍの硼素ドープ
Ｓｉ単結晶基板（１辺１０ｍｍの正方形）に、まずイオ
ンを照射し、次いでレーザ光を照射して、Ｓｉ単結晶基
板に含まれる金属不純物を濃縮する。そして、二次イオ
ン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いて金属不純物のイオ
ン強度を測定した。なお、不純物濃縮範囲をＳＩＭＳで
測定する際に、その位置の認定を容易とするためには上
述したように予めマーキングを行えばよい。
【００３１】以下に、Ｓｉ単結晶基板のイオン照射条
件、レーザ光照射条件、マーキング条件及びＳＩＭＳの
測定条件を示す。
件、レーザ光照射条件、マーキング条件及びＳＩＭＳの
測定条件を示す。
【００３２】（１）イオン照射条件
イオン：Ｏ2 + 、加速電圧３ＫＶ
注入濃度：５×１０13atoms/cm2
（２）レーザ光照射条件
レーザ発振器：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４nm）、
パルスエネルギー：１７０mJ、パルス幅：２００μ秒、
パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
３００秒、ビーム径：約１００μm 、密閉容器の空間体
積：約８０cm3 、 キャリアガス（Ｈ2 ）：２リットル／分 （３）マーキング条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４nm）、 パルスエネルギー：２００mJ マーキング範囲：２mm×２mmの正方形 （４）測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、一次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ＫＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、二次イオン加速電圧：４．５ＫＶ その他：高質量分解能測定 （５）分析結果 Ｓｉ基板表面から１００オングストロームまでのＣｕ、
Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度（cps ）はそれぞれ９８０、５
６０、２４０であった。
パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
３００秒、ビーム径：約１００μm 、密閉容器の空間体
積：約８０cm3 、 キャリアガス（Ｈ2 ）：２リットル／分 （３）マーキング条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４nm）、 パルスエネルギー：２００mJ マーキング範囲：２mm×２mmの正方形 （４）測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、一次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ＫＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、二次イオン加速電圧：４．５ＫＶ その他：高質量分解能測定 （５）分析結果 Ｓｉ基板表面から１００オングストロームまでのＣｕ、
Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度（cps ）はそれぞれ９８０、５
６０、２４０であった。
【００３３】次にこの分析の比較例を示す。
【００３４】比較例１
イオン照射及びレーザ光照射を全く行わずに上記（４）
の測定条件で直接Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したとこ
ろ、Ｓｉ基板表面から１００オングストロームまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度（cps ）はそれぞれ７、２
１、８であった。 比較例２ レーザ光照射のみを行わずに上記（４）の測定条件で直
接Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したところ、Ｓｉ基板表面
から１００オングストロームまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒの
イオン強度（cps ）はそれぞれ７、２０、７であった。
の測定条件で直接Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したとこ
ろ、Ｓｉ基板表面から１００オングストロームまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度（cps ）はそれぞれ７、２
１、８であった。 比較例２ レーザ光照射のみを行わずに上記（４）の測定条件で直
接Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したところ、Ｓｉ基板表面
から１００オングストロームまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒの
イオン強度（cps ）はそれぞれ７、２０、７であった。
【００３５】比較例３
イオン照射のみを行わずに上記（４）の測定条件で直接
Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したところ、Ｓｉ基板表面か
ら１００オングストロームまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイ
オン強度（cps ）はそれぞれ２１０、７４、５１であっ
た。
Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したところ、Ｓｉ基板表面か
ら１００オングストロームまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイ
オン強度（cps ）はそれぞれ２１０、７４、５１であっ
た。
【００３６】（実施例２）上記不純物濃縮装置を用い
て、比抵抗３．５Ωｃｍ，厚み３６０μｍのリンドープ
Ｓｉ単結晶基板（１辺１０ｍｍの正方形）に、まずイオ
ンを照射し、次いでレーザ光を照射して、Ｓｉ単結晶基
板に含まれる金属不純物を濃縮する。そして、二次イオ
ン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いて金属不純物のイオ
ン強度を測定した。なお、不純物濃縮範囲をＳＩＭＳで
測定する際に、その位置の認定を容易とするためには上
述したように予めマーキングを行えばよい。
て、比抵抗３．５Ωｃｍ，厚み３６０μｍのリンドープ
Ｓｉ単結晶基板（１辺１０ｍｍの正方形）に、まずイオ
ンを照射し、次いでレーザ光を照射して、Ｓｉ単結晶基
板に含まれる金属不純物を濃縮する。そして、二次イオ
ン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用いて金属不純物のイオ
ン強度を測定した。なお、不純物濃縮範囲をＳＩＭＳで
測定する際に、その位置の認定を容易とするためには上
述したように予めマーキングを行えばよい。
【００３７】以下に、Ｓｉ単結晶基板のイオン照射条
件、レーザ光照射条件、マーキング条件及びＳＩＭＳの
測定条件を示す。
件、レーザ光照射条件、マーキング条件及びＳＩＭＳの
測定条件を示す。
【００３８】（１）イオン照射条件
イオン：Ｎ2 + 、加速電圧３ＫＶ
注入濃度：５×１０13atoms/cm2
（２）レーザ光照射条件
レーザ発振器：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４nm）、
パルスエネルギー：１７０mJ、パルス幅：２００μ秒、
パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
３００秒、ビーム径：約１００μm 、密閉容器の空間体
積：約８０cm3 、 キャリアガス（Ｈ2 ）：２リットル／分 （３）マーキング条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４nm）、 パルスエネルギー：２００mJ マーキング範囲：２mm×２mmの正方形 （４）測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、一次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ＫＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、二次イオン加速電圧：４．５ＫＶ その他：高質量分解能測定 （５）分析結果 Ｓｉ基板表面から１００オングストロームまでのＣｕ、
Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度（cps ）はそれぞれ７９０、３
１０、２１０であった。
パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
３００秒、ビーム径：約１００μm 、密閉容器の空間体
積：約８０cm3 、 キャリアガス（Ｈ2 ）：２リットル／分 （３）マーキング条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４nm）、 パルスエネルギー：２００mJ マーキング範囲：２mm×２mmの正方形 （４）測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、一次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ＫＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、二次イオン加速電圧：４．５ＫＶ その他：高質量分解能測定 （５）分析結果 Ｓｉ基板表面から１００オングストロームまでのＣｕ、
Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度（cps ）はそれぞれ７９０、３
１０、２１０であった。
【００３９】次にこの分析の比較例を示す。
【００４０】比較例１
イオン照射及びレーザ光照射を全く行わずに上記（４）
の測定条件で直接Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したとこ
ろ、Ｓｉ基板表面から１００オングストロームまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度（cps ）はそれぞれ６、１
４、７であった。 比較例２ レーザ光照射のみを行わずに上記（４）の測定条件で直
接Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したところ、Ｓｉ基板表面
から１００オングストロームまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒの
イオン強度（cps ）はそれぞれ６、１４、７であった。
の測定条件で直接Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したとこ
ろ、Ｓｉ基板表面から１００オングストロームまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度（cps ）はそれぞれ６、１
４、７であった。 比較例２ レーザ光照射のみを行わずに上記（４）の測定条件で直
接Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したところ、Ｓｉ基板表面
から１００オングストロームまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒの
イオン強度（cps ）はそれぞれ６、１４、７であった。
【００４１】比較例３
イオン照射のみを行わずに上記（４）の測定条件で直接
Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したところ、Ｓｉ基板表面か
ら１００オングストロームまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイ
オン強度（cps ）はそれぞれ１２０、５３、３９であっ
た。
Ｓｉ基板をＳＩＭＳで分析したところ、Ｓｉ基板表面か
ら１００オングストロームまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイ
オン強度（cps ）はそれぞれ１２０、５３、３９であっ
た。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体結晶等の試料を溶解して試料に含まれる不純物を分
離濃縮するのではなく、適切なエネルギー値のレーザ光
とイオン又は電子を試料表面の所定位置に繰り返し照射
して、試料に含まれた不純物を非接触で局所的に濃縮す
ることができるので、試薬や器具からの汚染を低減する
ことができる。また、密閉容器内で不純物を濃縮するの
で、環境からの汚染も低減することができる。
導体結晶等の試料を溶解して試料に含まれる不純物を分
離濃縮するのではなく、適切なエネルギー値のレーザ光
とイオン又は電子を試料表面の所定位置に繰り返し照射
して、試料に含まれた不純物を非接触で局所的に濃縮す
ることができるので、試薬や器具からの汚染を低減する
ことができる。また、密閉容器内で不純物を濃縮するの
で、環境からの汚染も低減することができる。
【００４３】したがって、本発明によれば、試料に含ま
れたＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ等の金属不純物の分析感度を従来
よりも大幅に向上させることができる。さらに、試料の
不純物濃縮操作も非常に容易に行うことができ、工業的
価値も非常に大である。
れたＦｅ，Ｃｕ，Ｃｒ等の金属不純物の分析感度を従来
よりも大幅に向上させることができる。さらに、試料の
不純物濃縮操作も非常に容易に行うことができ、工業的
価値も非常に大である。
【図１】本発明の実施の形態に係る不純物濃縮装置の一
構成例を示す図である。
構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る不純物濃縮装置の他
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
１ 密閉容器
３ 窓
５ａ キャリアガス供給口
５ｂ キャリアガス排出口
７ 底面
９ 試料固定保持部
１１ 試料（半導体結晶試料）
１３ レーザ発振器
１５ 集光レンズ
１７ 反射板
１９ キャリアガス制御機構
２１ ＴＶカメラ
２３ ＴＶモニタ
２５ 真空チャンバー
２７ 電離放射線源
２９、３１、３３、３５ ゲートバルブ
３７ 試料準備室
３９ トランスファーロッド
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大森 廣文
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式
会社東芝 研究開発センター内
(56)参考文献 特開 平２−22838（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/66
H01L 21/268
G01N 23/223
G01N 23/225
G01N 23/227
Claims (2)
- 【請求項１】 キャリアガスの供給口及び排気口が設け
られた密閉容器と、 前記密閉容器内に設けられた、半導体結晶試料を固定保
持する試料固定保持部と、 前記キャリアガスの供給量を制御するガス制御手段と、 前記半導体結晶試料の所定の位置にイオン又は電子を照
射する照射手段と、 前記半導体結晶試料の所定の位置にレーザ光を照射する
レーザ発振器とを有することを特徴とする不純物濃縮装
置。 - 【請求項２】 半導体結晶試料表面の所定の位置にイオ
ン又は電子を照射するステップ、密閉容器内に半導体結
晶試料を配置し、前記密閉容器内にキャリアガスを所定
の流速で供給しながら、前記半導体結晶が蒸発気化を開
始するエネルギー強度よりも弱いレーザ光を前記半導体
結晶試料表面の所定の位置に照射するステップとを含む
不純物濃縮工程と、 該不純物濃縮工程により前記所定の位置に局所的に不純
物を濃縮した前記半導体結晶試料を測定する分析工程と
を含むことを特徴とする不純物分析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06105197A JP3441333B2 (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 不純物濃縮装置及び不純物分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06105197A JP3441333B2 (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 不純物濃縮装置及び不純物分析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10256328A JPH10256328A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3441333B2 true JP3441333B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=13160040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06105197A Expired - Fee Related JP3441333B2 (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 不純物濃縮装置及び不純物分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3441333B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018004020A1 (de) * | 2018-05-18 | 2019-11-21 | Forschungszentrum Jülich GmbH | MeV-basierte Ionenstrahl-Analytikanlage |
-
1997
- 1997-03-14 JP JP06105197A patent/JP3441333B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10256328A (ja) | 1998-09-25 |
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|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090620 Year of fee payment: 6 |
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