JPH06109718A - 半導体結晶中の金属元素を分析する方法 - Google Patents
半導体結晶中の金属元素を分析する方法Info
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- JPH06109718A JPH06109718A JP25810892A JP25810892A JPH06109718A JP H06109718 A JPH06109718 A JP H06109718A JP 25810892 A JP25810892 A JP 25810892A JP 25810892 A JP25810892 A JP 25810892A JP H06109718 A JPH06109718 A JP H06109718A
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- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体中不純物元素を高感度で分析する手法
と半導体中の特定部位における元素を高感度で分析する
手法を提供する。 【構成】 半導体中の不純物元素に対して半導体中で錯
体を形成する元素をイオン注入、熱拡散等の方法により
導入し、熱処理及び/又は電子、ガンマ−線、中性子照
射等の方法により錯体を形成させ、フォトルミネッセン
ス、熱刺激電流、DLTS等の方法により錯体からの信
号を測定する。 【効果】 従来の方法に比べて半導体中の不純物が高感
度で分析できる。また、結晶中不純物と錯体を形成する
元素をイオン注入することにより分析部位を特定でき
る。
と半導体中の特定部位における元素を高感度で分析する
手法を提供する。 【構成】 半導体中の不純物元素に対して半導体中で錯
体を形成する元素をイオン注入、熱拡散等の方法により
導入し、熱処理及び/又は電子、ガンマ−線、中性子照
射等の方法により錯体を形成させ、フォトルミネッセン
ス、熱刺激電流、DLTS等の方法により錯体からの信
号を測定する。 【効果】 従来の方法に比べて半導体中の不純物が高感
度で分析できる。また、結晶中不純物と錯体を形成する
元素をイオン注入することにより分析部位を特定でき
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶中の金属元
素を分析する方法に関する。
素を分析する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコンやヒ化ガリウム等の半導体デバ
イスにおいて、汚染等により結晶中に存在する金属元素
は、微量でもデバイスの特性に重大な影響を及ぼすた
め、感度良くそれらの金属元素を分析し、プロセスの管
理を行うことが必要である。従来、半導体中の不純物の
測定には、直接、蛍光エックス線分析により元素を分析
する方法や、結晶を溶解した後、原子吸光法、誘導結合
プラズマ分光法が用いられている。しかしながら、通常
の蛍光エックス線分析は、検出感度が小さいので微量元
素の分析には適さない。比較的感度が高い方法として全
反射蛍光エックス線分析法があるが、この方法は表面に
付着した金属の分析にのみ有効である。一方、原子吸光
法、誘導結合プラズマ分光法等の溶液分析法は、試料作
成のための手数がかかり、また、試料作成の途中に汚染
を受けるなど分析結果に対して重大な影響を与える恐れ
がある。また、溶液分析法は試料全体の分析を行うこと
になるので、結晶中のどの部位の、どの程度の深さに、
どの程度不純物元素が存在しているかを測定することが
できない。
イスにおいて、汚染等により結晶中に存在する金属元素
は、微量でもデバイスの特性に重大な影響を及ぼすた
め、感度良くそれらの金属元素を分析し、プロセスの管
理を行うことが必要である。従来、半導体中の不純物の
測定には、直接、蛍光エックス線分析により元素を分析
する方法や、結晶を溶解した後、原子吸光法、誘導結合
プラズマ分光法が用いられている。しかしながら、通常
の蛍光エックス線分析は、検出感度が小さいので微量元
素の分析には適さない。比較的感度が高い方法として全
反射蛍光エックス線分析法があるが、この方法は表面に
付着した金属の分析にのみ有効である。一方、原子吸光
法、誘導結合プラズマ分光法等の溶液分析法は、試料作
成のための手数がかかり、また、試料作成の途中に汚染
を受けるなど分析結果に対して重大な影響を与える恐れ
がある。また、溶液分析法は試料全体の分析を行うこと
になるので、結晶中のどの部位の、どの程度の深さに、
どの程度不純物元素が存在しているかを測定することが
できない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
技術は半導体中の不純物を高感度で分析することができ
なかった。また、半導体中不純物の特定部位における高
感度の分析もできなかった。
技術は半導体中の不純物を高感度で分析することができ
なかった。また、半導体中不純物の特定部位における高
感度の分析もできなかった。
【0004】本発明の目的は、上記事情に鑑み、半導体
中不純物元素を高感度で分析する手法と半導体中の特定
部位における元素を高感度で分析する手法を提供するこ
とにある。
中不純物元素を高感度で分析する手法と半導体中の特定
部位における元素を高感度で分析する手法を提供するこ
とにある。
【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、本発明は、半導体試料に含まれている不純物元素で
ある金属元素と錯体を形成する元素を半導体結晶中に導
入し、適当な方法により錯体を形成させた後、その錯体
に関わり発生する信号を測定することにより高感度で金
属元素を分析するものである。
に、本発明は、半導体試料に含まれている不純物元素で
ある金属元素と錯体を形成する元素を半導体結晶中に導
入し、適当な方法により錯体を形成させた後、その錯体
に関わり発生する信号を測定することにより高感度で金
属元素を分析するものである。
【0006】また、イオン注入、熱拡散等により錯体を
形成する元素を導入し、錯体の構成成分を与えたもので
ある。また、元素導入後、熱処理、及び/又は電子、ガ
ンマー線、中性子等を照射し、錯体の形成を促進させた
ものである。また、錯体に関わり発生する信号を高感度
で測定する方法としてフォトルミネッセンス、熱刺激電
流、DLTS等の光学的、電気的手法を採用したもので
ある。また、錯体を形成する元素のイオン注入の際、加
速電圧を変えて元素を導入し、分析部位を特定できるよ
うにしたものである。
形成する元素を導入し、錯体の構成成分を与えたもので
ある。また、元素導入後、熱処理、及び/又は電子、ガ
ンマー線、中性子等を照射し、錯体の形成を促進させた
ものである。また、錯体に関わり発生する信号を高感度
で測定する方法としてフォトルミネッセンス、熱刺激電
流、DLTS等の光学的、電気的手法を採用したもので
ある。また、錯体を形成する元素のイオン注入の際、加
速電圧を変えて元素を導入し、分析部位を特定できるよ
うにしたものである。
【0007】
【作用】本願発明者は、半導体中に不純物原子が存在し
ている場合、その不純物と錯体を形成する元素を外から
導入し、適当な方法により錯体の形成を促進させればそ
の錯体にかかわる光学的、電気的信号が測定でき、それ
により半導体中の不純物の存在量が求められることを見
出した。半導体中の不純物原子としては半導体の構成元
素を除くすべての元素があるが、半導体デバイスの特性
に対して特に有害な作用をもたらす銅、鉄、クロム、ニ
ッケル等の重金属がある。
ている場合、その不純物と錯体を形成する元素を外から
導入し、適当な方法により錯体の形成を促進させればそ
の錯体にかかわる光学的、電気的信号が測定でき、それ
により半導体中の不純物の存在量が求められることを見
出した。半導体中の不純物原子としては半導体の構成元
素を除くすべての元素があるが、半導体デバイスの特性
に対して特に有害な作用をもたらす銅、鉄、クロム、ニ
ッケル等の重金属がある。
【0008】これらの金属元素では例えば、シリコン結
晶中の銅は、硼素、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、タリウム等のIII族元素と、また、窒素、リン、ヒ
素、アンチモン、ビスマス等のV族元素と錯体を形成
し、これらの錯体に関わる光学的、電気的信号が観測で
きる。イオン注入または熱拡散によって金属と錯体を形
成する元素を導入した段階では錯体の形成は不完全な場
合があり、また、イオン注入の場合には結晶格子の損傷
が生じる場合がある。これらの不完全性は適当な熱処理
により一層完全なものとすることができる。しかしなが
ら、熱処理により結晶性は回復するものの錯体の形成は
なお不完全な場合がある。このような場合には電子、ガ
ンマ−線、中性子の照射が有効である。この原因は、電
子やガンマ−線、中性子等が結晶に照射されると、結晶
中に微細な欠陥が生じ、導入した元素の拡散が容易にな
るためと推定されている。
晶中の銅は、硼素、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、タリウム等のIII族元素と、また、窒素、リン、ヒ
素、アンチモン、ビスマス等のV族元素と錯体を形成
し、これらの錯体に関わる光学的、電気的信号が観測で
きる。イオン注入または熱拡散によって金属と錯体を形
成する元素を導入した段階では錯体の形成は不完全な場
合があり、また、イオン注入の場合には結晶格子の損傷
が生じる場合がある。これらの不完全性は適当な熱処理
により一層完全なものとすることができる。しかしなが
ら、熱処理により結晶性は回復するものの錯体の形成は
なお不完全な場合がある。このような場合には電子、ガ
ンマ−線、中性子の照射が有効である。この原因は、電
子やガンマ−線、中性子等が結晶に照射されると、結晶
中に微細な欠陥が生じ、導入した元素の拡散が容易にな
るためと推定されている。
【0009】半導体結晶中に一旦錯体が形成されると、
その錯体によって光学的、電子的準位が生じ、光学的、
電気的測定が可能となる。光学的手法として測定感度が
高いものとしてフォトルミネッセンスがある。また、電
気的手法として感度が高いものとして熱刺激電流、DL
TS法がある。これらの手法すべてに対して測定できる
錯体もあるが、一般にはいずれかの観測手段にのみかか
るものもあり、相補的である場合が多い。
その錯体によって光学的、電子的準位が生じ、光学的、
電気的測定が可能となる。光学的手法として測定感度が
高いものとしてフォトルミネッセンスがある。また、電
気的手法として感度が高いものとして熱刺激電流、DL
TS法がある。これらの手法すべてに対して測定できる
錯体もあるが、一般にはいずれかの観測手段にのみかか
るものもあり、相補的である場合が多い。
【0010】イオン注入によって元素を導入する際、結
晶内におけるイオンの到達深さはイオンの加速電圧に係
り、加速電圧が高い程深く到達する。たとえば、シリコ
ンに硼素を注入する場合、その到達深さは100キロボ
ルトの加速電圧に対して、約0.30マイクロメ−ト
ル、1000キロボルトの加速電圧に対して約1.8マ
イクロメ−トルである。従って、イオンの加速電圧を変
えることによりイオンの到達深さを任意に変えることが
できる。すなわち、加速電圧を変えて元素を導入するこ
とにより任意の深さに存在するする金属元素の分析が可
能となる。また、イオン照射装置はイオンビ−ムの大き
さを任意に調節でき、任意の位置に照射することができ
るので平面上の特定の部位に元素を注入できる。
晶内におけるイオンの到達深さはイオンの加速電圧に係
り、加速電圧が高い程深く到達する。たとえば、シリコ
ンに硼素を注入する場合、その到達深さは100キロボ
ルトの加速電圧に対して、約0.30マイクロメ−ト
ル、1000キロボルトの加速電圧に対して約1.8マ
イクロメ−トルである。従って、イオンの加速電圧を変
えることによりイオンの到達深さを任意に変えることが
できる。すなわち、加速電圧を変えて元素を導入するこ
とにより任意の深さに存在するする金属元素の分析が可
能となる。また、イオン照射装置はイオンビ−ムの大き
さを任意に調節でき、任意の位置に照射することができ
るので平面上の特定の部位に元素を注入できる。
【0011】
【実施例】先ず、結晶中に一定の濃度の金属元素を含ん
だ半導体試料を作成した。結晶中に不純物元素を全く含
まない厚さ1ミリメ−トルのシリコン基板を用意した。
この基板を試料Aと名付ける。また、種々の濃度の鉄イ
オンを含む塩化鉄溶液を用意した。スピンナーにより前
記シリコン基板を一定速度で回転させながら一定濃度の
溶液を滴下して塩化鉄を基板上に均一に分散堆積させ
た。堆積した鉄イオンの量は溶液濃度とスピンナーの回
転数によって決まり、この関係は予め知られている。こ
のように、一定の鉄イオンを堆積させた基板を電気炉中
で900℃で一時間加熱し、鉄イオンをシリコン結晶中
に拡散させた。鉄イオンの表面への偏析を防ぐために試
料を電気炉より急激に引出し、オイル中に落下させ急速
冷却させた。ここまでの操作を施した試料を試料Bと名
付ける。
だ半導体試料を作成した。結晶中に不純物元素を全く含
まない厚さ1ミリメ−トルのシリコン基板を用意した。
この基板を試料Aと名付ける。また、種々の濃度の鉄イ
オンを含む塩化鉄溶液を用意した。スピンナーにより前
記シリコン基板を一定速度で回転させながら一定濃度の
溶液を滴下して塩化鉄を基板上に均一に分散堆積させ
た。堆積した鉄イオンの量は溶液濃度とスピンナーの回
転数によって決まり、この関係は予め知られている。こ
のように、一定の鉄イオンを堆積させた基板を電気炉中
で900℃で一時間加熱し、鉄イオンをシリコン結晶中
に拡散させた。鉄イオンの表面への偏析を防ぐために試
料を電気炉より急激に引出し、オイル中に落下させ急速
冷却させた。ここまでの操作を施した試料を試料Bと名
付ける。
【0012】次に、試料Bにイオン注入装置により、図
1に示すように100キロボルトの加速電圧で一平方セ
ンチメ−トル当り1014原子の硼素を注入した。ここま
での操作を施した試料を試料Cと名付ける。次に、試料
Cの一部を900℃で5分間熱処理し、イオン注入によ
る欠陥を修復させた。ここまでの操作を施した試料を試
料Dと名付ける。次に、試料Dの一部を取り出し、図2
に示すように試料直上から1000キロボルトの加速電
圧で一平方センチメ−トル当り1017個の電子を照射し
た。加熱を防ぐため、照射中は試料を冷却した。この試
料を試料Eと名付ける。
1に示すように100キロボルトの加速電圧で一平方セ
ンチメ−トル当り1014原子の硼素を注入した。ここま
での操作を施した試料を試料Cと名付ける。次に、試料
Cの一部を900℃で5分間熱処理し、イオン注入によ
る欠陥を修復させた。ここまでの操作を施した試料を試
料Dと名付ける。次に、試料Dの一部を取り出し、図2
に示すように試料直上から1000キロボルトの加速電
圧で一平方センチメ−トル当り1017個の電子を照射し
た。加熱を防ぐため、照射中は試料を冷却した。この試
料を試料Eと名付ける。
【0013】前記の如く作成した試料A,B,C,D及
びEを図3に示すようにフォトルミネッセンスを測定し
た。試料C,D及びEからは波長1.1〜1.2マイク
ロメートルの間に鉄と硼素の錯体に基づくフォトルミネ
ッセンスピークが観測されたが、試料A及びBからはそ
の領域において何らのフォトルミネッセンスピークも観
測できなかった。また、フォトルミネッセンスが観測で
きた試料のうちのピーク強度の大きさの順序は、E,
D,Cの順である。
びEを図3に示すようにフォトルミネッセンスを測定し
た。試料C,D及びEからは波長1.1〜1.2マイク
ロメートルの間に鉄と硼素の錯体に基づくフォトルミネ
ッセンスピークが観測されたが、試料A及びBからはそ
の領域において何らのフォトルミネッセンスピークも観
測できなかった。また、フォトルミネッセンスが観測で
きた試料のうちのピーク強度の大きさの順序は、E,
D,Cの順である。
【0014】これらの実験事実は、単に錯体を形成する
構成元素が存在しているだけでは不十分であり、種々の
操作により錯体形成の効率が異なることを示している。
しかしながら、後から導入する元素や最初に存在してい
る元素によっては操作Cあるいは操作Dまでで充分なも
のもある。
構成元素が存在しているだけでは不十分であり、種々の
操作により錯体形成の効率が異なることを示している。
しかしながら、後から導入する元素や最初に存在してい
る元素によっては操作Cあるいは操作Dまでで充分なも
のもある。
【0015】前記Eまでの操作をほどこした種々の濃度
の鉄イオン含むシリコン結晶のフォトルミネッセンスを
測定し、鉄イオン濃度とフォトルミネッセンス強度との
関係を調べた。この結果、鉄イオン濃度とフォトルミネ
ッセンス濃度は直線性を示す事が明らかとなった。
の鉄イオン含むシリコン結晶のフォトルミネッセンスを
測定し、鉄イオン濃度とフォトルミネッセンス強度との
関係を調べた。この結果、鉄イオン濃度とフォトルミネ
ッセンス濃度は直線性を示す事が明らかとなった。
【0016】前記実施例では硼素の注入に対して100
キロボルトの加速電圧を用いて、深さ0.3マイクロメ
ートル付近に存在する鉄の錯体からのフォトルミネッセ
ンスを測定したが、加速電圧を変えれば異なる深さから
の情報が得られることは明らかである。また、前記実施
例では、錯体の形成を促進させるため、熱処理や電子照
射を用いたが、ガンマ線や中性子照射を用いても同様な
効果が達成できる。また、前記実施例ではフォトルミネ
ッセンスを用いて錯体からの信号を検出したが、熱刺激
電流、DLTS測定によっても同様に錯体からの信号を
検出できる。また、前記実施例ではシリコン結晶につい
て説明したが、本発明の方法は全ての半導体結晶に適用
できる。
キロボルトの加速電圧を用いて、深さ0.3マイクロメ
ートル付近に存在する鉄の錯体からのフォトルミネッセ
ンスを測定したが、加速電圧を変えれば異なる深さから
の情報が得られることは明らかである。また、前記実施
例では、錯体の形成を促進させるため、熱処理や電子照
射を用いたが、ガンマ線や中性子照射を用いても同様な
効果が達成できる。また、前記実施例ではフォトルミネ
ッセンスを用いて錯体からの信号を検出したが、熱刺激
電流、DLTS測定によっても同様に錯体からの信号を
検出できる。また、前記実施例ではシリコン結晶につい
て説明したが、本発明の方法は全ての半導体結晶に適用
できる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、半導体中で金属と錯体
を形成する元素を半導体結晶中に導入し、適当な処理に
より錯体を形成させ、フォトルミネッセンスを測定すれ
ば半導体中の金属元素が分析できるので、この測定法は
検出感度が高く、一立法センチメートル当り1012個の
金属原子が含まれている場合でも検出可能であり、従来
の蛍光エックス線分析に比べて3桁以上感度が高い。
を形成する元素を半導体結晶中に導入し、適当な処理に
より錯体を形成させ、フォトルミネッセンスを測定すれ
ば半導体中の金属元素が分析できるので、この測定法は
検出感度が高く、一立法センチメートル当り1012個の
金属原子が含まれている場合でも検出可能であり、従来
の蛍光エックス線分析に比べて3桁以上感度が高い。
【図1】本発明の一実施例における半導体結晶中の金属
不純物の濃度測定手順の第1工程を示す図である。
不純物の濃度測定手順の第1工程を示す図である。
【図2】本発明の一実施例における半導体結晶中の金属
不純物の濃度測定手順の第2工程を示す図である。
不純物の濃度測定手順の第2工程を示す図である。
【図3】本発明の一実施例における半導体結晶中の金属
不純物の濃度測定手順の第3工程を示す図である。
不純物の濃度測定手順の第3工程を示す図である。
1 半導体試料 2 金属不純物 3 イオン注入領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/66 N 7377−4M (72)発明者 永井 士郎 群馬県高崎市綿貫町1233番地 日本原子力 研究所 高崎研究所内
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体結晶中で金属と錯体を形成する元
素を半導体結晶中に導入し、錯体を形成させた後、該錯
体に関わり発生する信号を測定することにより半導体結
晶中の金属元素を分析する方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体結晶中の金属元素
を分析する方法において、イオン注入、熱拡散法等によ
り金属と錯体を形成する元素を半導体結晶中に導入する
ことを特徴とする半導体結晶中の金属元素を分析する方
法。 - 【請求項3】 請求項1記載の半導体結晶中の金属元素
を分析する方法において、金属と錯体を形成する元素を
半導体結晶中に導入後、熱処理を施して錯体を形成する
ことを特徴とする半導体結晶中の金属元素を分析する方
法。 - 【請求項4】 請求項1記載の半導体結晶中の金属元素
を分析する方法において、金属と錯体を形成する元素を
半導体結晶中に導入後、電子、ガンマー線、中性子等を
照射し、錯体の形成効率を高めることを特徴とする半導
体結晶中の金属元素を分析する方法。 - 【請求項5】 請求項1記載の半導体結晶中の金属元素
を分析する方法において、フォトルミネッセンス、熱刺
激電流、深準位過渡分光法(DLTS)等により錯体に
関わり発生する信号を測定することを特徴とする半導体
結晶中の金属元素を分析する方法。 - 【請求項6】 請求項2記載の半導体結晶中の金属元素
を分析する方法において、イオン注入の加速電圧を変え
て元素を半導体結晶中に導入することを特徴とする半導
体結晶中の金属元素を分析する方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25810892A JPH06109718A (ja) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | 半導体結晶中の金属元素を分析する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25810892A JPH06109718A (ja) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | 半導体結晶中の金属元素を分析する方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06109718A true JPH06109718A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=17315613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25810892A Pending JPH06109718A (ja) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | 半導体結晶中の金属元素を分析する方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06109718A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002029883A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-11 | Aoti Operating Company, Inc. | Method to detect surface metal contamination |
JP2011233761A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Sumco Corp | ボロンドープp型シリコン中の鉄濃度測定方法およびボロンドープp型シリコンウェーハの製造方法 |
-
1992
- 1992-09-28 JP JP25810892A patent/JPH06109718A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002029883A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-11 | Aoti Operating Company, Inc. | Method to detect surface metal contamination |
US6911347B2 (en) | 2000-10-06 | 2005-06-28 | Aoti Operating Company, Inc. | Method to detect surface metal contamination |
JP2011233761A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Sumco Corp | ボロンドープp型シリコン中の鉄濃度測定方法およびボロンドープp型シリコンウェーハの製造方法 |
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