[发明专利]结晶评价装置及结晶评价方法

说明书

本发明涉及半导体器件制造领域中的结晶评价装置和结晶评价方法。

作为半导体器件制造技术中杂质掺入技术的离子注入技术，因能正确控制注入量而被广泛应用。离子注入技术是将杂质元素离子化后，根据质量分析选择所需要的离子种类，并以所需要的加速能量进行加速，以所需要的注入量和加速能量向半导体衬底注入必要的杂质，然后以所定的温度、时间进行热处理而形成想要的导电型、导电率的杂质层的技术。注入离子时所形成的非晶体层及缺陷(特称为一次注入缺陷)层，靠热处理工艺处理恢复。然而，靠离子注入后的热处理，并不完全恢复至结晶，热处理后，在半导体衬底中仍剩留结晶结构的紊乱(特称为二次注入缺陷)。作为评价此二次注入缺陷的方法，通过对缺陷具有选择性的湿式腐蚀使缺陷渐显，而观察手段有用光学显微镜、扫描式电子显微镜的方法和用透射电子显微镜(TEM)直接观察的方法等。已开发出利用一种扫描式探测显微镜——扫描式隧道效应显微镜(STM：Scanning TunnelingMicroscope)，观察表面缺陷的方法。作为其一例，在《物理评论》B 1988年8444——8450页〔I.H.Wilson：PHYSICALREVIEW BVOL.38，NUMBER 12 p.8444—8450(1988-II)〕上报告了除去进行离子注入后的硅/氧化膜结构的氧化膜后，对硅衬底表面的离子注入原子所穿越的一次缺陷的轨迹进行观察的情况。

另外，作为测定掺入杂质层浓度分布的方法，可用下述二次离子质量分析(SIMS)方法。即让经加速的离子撞击被测试样，再切削被测试样表面，对此时从试样表面飞散的原子、分子进行离子(二次离子)化，并用质量分析仪定量分析二次离子。近年来还报告这样的方法，即利用湿式腐蚀速度因掺入杂质量而异的特点，通过将杂质浓度的变化变换为立体形状的变化，再用具有毫微米(10-9m)空间分辨率的扫描式隧道效应显微镜测定形状，对杂质掺入层进行评价(面分析)。其例子有《应用物理快报》上T.Takigami等人的报告。(T.Takigami et al：Applied Physicsletters vol.58 p2288-2290)。

然而，上述缺陷评价方法中，采用湿式腐蚀的方法因注重缺陷的尺寸而不能直接了解缺陷本身的细微结构。而用透射电子显微镜的结晶缺陷评价方法，由于透过透射电子显微镜上所用试样的30～-300nm厚度后观察缺陷，不能说观察只存在于表面的缺陷。而且，透射电子显微镜，在制作试样时引入了氩溅射那样的物理损伤，所以原来的结晶状态改变。还有，用上述STM的方法，虽能作原子级的高分辨率观察，但可测面限于被观察对象之表面，并且被观察试样限于导电体。此外，用原子力显微镜(AFM：Atomic ForceMicroscope)的方法，虽被观察试样不必为导电性的，但与STM一样，只能作表面评价。

硅系器件正向超细微化发展，对这些器件必需作毫微米级的精密的杂质浓度分布测定(面分析)。例如测MOS型晶体管的源极、漏极部(掺入杂质层)面内的杂质浓度分布对，测定对象的面积为300nm²以下，杂质浓度为 10 16 - 10 20 cm - 3 ]]>。 SIMS作为杂质分析方法早就被人们所了解，能进行面分析。不过，因需要提高测量灵敏度，不能缩小离子束直径，空间分辨率为500nm左右。还有扫描式隧道效应显微镜与湿式腐蚀组合的方法，能作毫微米级的高分辨率测量，但被测对象限于导电体。而且，由于用湿式腐蚀使杂质浓度为立体形状分布，湿式腐蚀液的稍微一点儿混合比变化或温度变动都会改变腐蚀速度，存在缺乏再现性的问题。

鉴于这点，本发明的目的是要提供一种不依赖被测试样导电率，不影响结晶形状，而且具有高分辨率，能直接观察缺陷形状的结晶缺陷评价装置。

还有一个目的是要提供具有毫微米级分辨率，而且再现性优良的杂质分布测定方法。

为解决上述课题，本发明结晶评价装置，用照射在悬臂上的激光的反射光，测定上述悬臂上所设的探针和被测试样之间的斥力，并以图像显示上述测定试样的状态。这是对一般的AFM作说明，但照光方式不限于照射激光。