JP2001141676A - Quantitative analysis method in secondary ion mass spectrometry - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、二次イオン質量分
析法（Secondary Ion Mass Spectrometry, 以下SIMSと
略す）に用いられる標準試料を用いた二次イオン質量分
析法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary ion mass spectrometry using a standard sample used for secondary ion mass spectrometry (SIMS).
【０００２】[0002]
【従来の技術】LSI製造上重要な課題のひとつとしてSiO
2膜中の不純物の制御をあげることができる。特に、N
a、Kなどのアルカリ金属は、SiO2膜中で可動イオンとな
り、MOSトランジスタのしきい値変動などを引き起こす
ことが古くから知られており、デバイスの信頼性におよ
ぼす影響は非常に大きい。したがってLSI製造過程で
は、SiO2膜中の微量不純物を管理する必要がある。すな
わち、Na、K等の可動イオンをはじめ、SiO2膜中の微量
の不純物を精度良く定量することが重要であり、このた
めにSIMSが用いられている。2. Description of the Related Art SiO is one of the important issues in LSI manufacturing.
(2) Control of impurities in the film can be improved. In particular, N
It has long been known that alkali metals such as a and K become mobile ions in the SiO 2 film and cause fluctuations in the threshold voltage of MOS transistors, and have a great effect on device reliability. Therefore, in the LSI manufacturing process, it is necessary to control trace impurities in the SiO 2 film. That is, it is important to accurately quantify trace impurities in the SiO 2 film, including mobile ions such as Na and K, and SIMS is used for this purpose.
【０００３】以下に、従来のSIMSにおけるSiO2膜中の不
純物濃度の定量分析法の一例として不純物がNaの場合に
ついて説明する。まず、分析に用いられる標準試料とし
て、図１１に示すように、Si基板１上に形成したSiO2膜
４中に測定対象とするNa６を一定量イオン注入した標準
試料が用いられており、以下、図１２に示すような手順
により定量分析が実行されている。[0003] A case where the impurity is Na will be described below as an example of a conventional quantitative analysis method of the impurity concentration in the SiO 2 film in SIMS. First, as shown in FIG. 11, a standard sample obtained by ion-implanting a certain amount of Na6 to be measured into an SiO 2 film 4 formed on a Si substrate 1 is used as a standard sample used for analysis. The quantitative analysis is performed according to the procedure shown in FIG.
【０００４】図１２において、標準試料に対して、マト
リックス元素であるSiあるいはO（酸素）の二次イオン
強度、および測定対象とするNa６の二次イオン強度の深
さプロファイルを測定する（１２０１）。次に、Siある
いはOの二次イオン強度、およびNa６の二次イオン強度
を深さ方向について積分し（１２０２）、あらかじめ知
られているNa６のイオン注入量を用いて、相対感度係数
を決定する（１２０３）。次に、SiO2膜４中のNa濃度が
未知である試料に対して、マトリックス元素であるSiあ
るいはO（酸素）の二次イオン強度、および測定対象と
するNaの二次イオン強度の深さプロファイルを測定する
（１２０４）。次に、標準試料に対して求めた相対感度
係数を用いて、未知試料におけるマトリックス元素の二
次イオン強度、およびNaの二次イオン強度から、以下の
計算式により不純物濃度を算出する（１２０５）。In FIG. 12, the depth profile of the secondary ion intensity of Si or O (oxygen) as a matrix element and the secondary ion intensity of Na6 to be measured is measured for a standard sample (1201). . Next, the secondary ion intensity of Si or O and the secondary ion intensity of Na6 are integrated in the depth direction (1202), and the relative sensitivity coefficient is determined using a known ion implantation amount of Na6. (1203). Next, for a sample whose Na concentration in the SiO 2 film 4 is unknown, the secondary ion intensity of the matrix element Si or O (oxygen) and the secondary ion intensity of the Na to be measured are determined. The profile is measured (1204). Next, using the relative sensitivity coefficient obtained for the standard sample, the impurity concentration is calculated from the secondary ion intensity of the matrix element and the secondary ion intensity of Na in the unknown sample according to the following formula (1205). .
【０００５】Ci=RSF*(Ii/Im)ここで、Ciは不純物濃度、
RSFは相対感度係数、Iiは不純物元素であるNaの二次イ
オン強度、Imはマトリックス元素であるSiあるいはOの
二次イオン強度である。[0005] Ci = RSF * (Ii / Im) where Ci is the impurity concentration,
RSF is the relative sensitivity coefficient, Ii is the secondary ionic strength of the impurity element Na, and Im is the secondary ionic strength of the matrix element Si or O.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】SIMSで用いられるプロ
ーブは電荷をもつイオンであるため、絶縁物試料の測定
時にチャージアップ（帯電）が発生する。SIMSにおける
二次イオン質量分析計の光学系は試料表面にチャージア
ップが無い状態を基準に設計されているため、チャージ
アップが起きると発生した二次イオンの一部が検出器に
到達できず、結果的に二次イオンの検出効率が低下す
る。この検出効率の低下は二次イオンの種類ごとにその
程度が異なるため、チャージアップが発生した状態では
測定試料中の不純物濃度を正確に測定することは不可能
となる。そこで、一般には大量の電子を試料表面に照射
してチャージアップ補正が行われる。Since the probe used in the SIMS is an ion having a charge, charge-up (charging) occurs when measuring an insulator sample. Since the optical system of the secondary ion mass spectrometer in SIMS is designed based on the state where there is no charge up on the sample surface, when the charge up occurs, some of the secondary ions generated can not reach the detector, As a result, the detection efficiency of secondary ions decreases. Since the degree of the decrease in the detection efficiency varies depending on the type of the secondary ion, it is impossible to accurately measure the impurity concentration in the measurement sample in a state where the charge-up occurs. Therefore, in general, charge-up correction is performed by irradiating a large amount of electrons to the sample surface.
【０００７】図１３は、Si基板上に形成したSiO2膜中の
Bの深さプロファイルをSIMSで測定した際に、チャージ
アップが発生した場合の二次イオン強度の深さプロファ
イルを示したものである。マトリックス元素であるSiの
二次イオン強度、および測定対象とするBの二次イオン
強度が、深さ0.1μm以下の領域において不連続に減少し
ている。[0007] FIG. 13 shows a graph of a SiO 2 film formed on a Si substrate.
FIG. 7 shows a depth profile of secondary ion intensity when charge-up occurs when a depth profile of B is measured by SIMS. The secondary ionic strength of Si, which is a matrix element, and the secondary ionic strength of B to be measured are discontinuously reduced in a region having a depth of 0.1 μm or less.
【０００８】一方、図１４はこの試料に対して電子ビー
ムを照射した場合の二次イオン強度の深さプロファイル
を示している。マトリックス元素であるSiの二次イオン
強度がSiO2膜中で一定になっており、適切なチャージア
ップ補正が行われていることを示している。FIG. 14 shows a depth profile of secondary ion intensity when the sample is irradiated with an electron beam. The secondary ion intensity of Si as the matrix element is constant in the SiO 2 film, indicating that appropriate charge-up correction has been performed.
【０００９】ところが、この場合の試料のチャージアッ
プ状態には、一次イオンビームの電流量と照射面積、チ
ャージアップ補正のために照射する電子ビームの電流密
度、試料のチャージアップのしやすさ、など多くの因子
が関与している。このため、種々の条件設定とチャージ
アップ補正が十分に行われたかどうかの判断は、測定者
の経験に依存するところが大きく、結果的に再現性の良
い不純物濃度測定は困難である。However, the charge-up state of the sample in this case includes the current amount and irradiation area of the primary ion beam, the current density of the electron beam irradiated for charge-up correction, the ease of charge-up of the sample, and the like. Many factors are involved. For this reason, the determination of whether various condition settings and charge-up corrections have been sufficiently performed largely depends on the experience of the measurer, and as a result, it is difficult to measure impurity concentrations with good reproducibility.
【００１０】特に、SiO2膜中における可動イオン濃度の
測定において電子照射によるチャージアップ補正が不十
分な場合には、表面電荷により誘起された電界により可
動イオンがSiO2膜中をドリフトし、観測される可動イオ
ン濃度の深さプロファイルは、チャージアップが適正に
補正された測定条件の下に測定されるプロファイルから
大きくずれたものになる。このため、SiO2膜中の可動イ
オン濃度の深さプロファイルを再現性良く定量すること
は困難であった。In particular, when the charge-up correction by electron irradiation is insufficient in the measurement of the mobile ion concentration in the SiO 2 film, the mobile ions drift in the SiO 2 film due to the electric field induced by the surface charge. The depth profile of the mobile ion concentration is significantly different from the profile measured under the measurement condition in which the charge-up is properly corrected. For this reason, it has been difficult to quantify the depth profile of the mobile ion concentration in the SiO 2 film with good reproducibility.
【００１１】図１５は、従来から行われている手順によ
り、適切と思われる電流密度の電子を試料表面に照射
し、厚さ約0.8μmのSiO2膜中のNa濃度を定量した結果で
ある。３回の定量測定結果に大きな差異が生じており、
再現性が不十分であることを示している。FIG. 15 shows the results obtained by irradiating the sample surface with electrons having a current density considered appropriate by the conventional procedure and quantifying the Na concentration in the SiO 2 film having a thickness of about 0.8 μm. . There is a big difference between the three quantitative measurement results,
This indicates that reproducibility is insufficient.
【００１２】本発明は、このような点を解決すべくなさ
れたもので、SiO2試料に対するチャージアップ補正が十
分に行われているかどうかを判断することが可能な標準
試料を用いることにより、チャージアップ補正条件の設
定を容易化し、結果的に再現性の良い不純物濃度測定を
可能にすることを目的としている。The present invention has been made in order to solve such a problem. By using a standard sample capable of judging whether or not the charge-up correction for an SiO 2 sample has been sufficiently performed, the present invention has been made. An object of the present invention is to facilitate the setting of the up-correction condition, and as a result, to enable impurity concentration measurement with good reproducibility.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】Si基板上に成長したPSG
（Phospho-silicate Glass）膜中に可動イオンがイオン
注入された第１の標準試料と、Si基板上に成長したSiO2
膜中に同一の加速電圧および同一のイオン注入量で同一
の可動イオンがイオン注入された第２の標準試料を一対
とし、両者の可動イオンのSIMSによって測定した深さプ
ロファイルが一致するように、一次イオンビームの電流
密度、電子ビーム照射量などのチャージアップ補正条件
を調整する。その後、調整されたチャージアップ補正条
件の下で、未知試料の深さプロファイル測定を実行す
る。[Means for Solving the Problems] PSG grown on Si substrate
(Phospho-silicate Glass) A first standard sample with mobile ions implanted in the film, and SiO 2 grown on a Si substrate.
A pair of the second standard sample in which the same mobile ions were ion-implanted at the same acceleration voltage and the same ion implantation amount in the film, and the depth profiles measured by SIMS of both mobile ions coincided with each other. Adjust the charge-up correction conditions such as the current density of the primary ion beam and the amount of electron beam irradiation. After that, the depth profile measurement of the unknown sample is performed under the adjusted charge-up correction condition.
【００１４】本発明に記載されている第１の標準試料に
用いられているPSG（リンを数%含むSiO2）は、LSIのパ
ッシベーション膜に用いられている材料であり、T. S.
Moss編 Handbook on Semiconductors (Elsevier Scienc
e Publishers, 1980) Vol.3p.654〜p.655 等の文献に記
述されているように、Na等の可動イオンに対してゲッタ
リング作用（可動イオンを固定する作用）をもつ。この
ため、SIMS測定時にチャージアップ補正が不完全であっ
ても、可動イオンのドリフトは抑制される。したがっ
て、この標準試料においては、可動イオンのドリフトに
伴う二次イオン強度の深さプロファイル測定結果のばら
つきを低減することができる。[0014] PSG (SiO 2 containing several% of phosphorus) used for the first standard sample described in the present invention is a material used for the passivation film of the LSI,
Moss Edition Handbook on Semiconductors (Elsevier Scienc
e Publishers, 1980) As described in literatures such as Vol. 3 pp. 654 to 655, it has a gettering action (fixing action of mobile ions) for mobile ions such as Na. For this reason, even if the charge-up correction is incomplete at the time of SIMS measurement, drift of mobile ions is suppressed. Therefore, in the standard sample, it is possible to reduce the variation in the depth profile measurement result of the secondary ion intensity due to the drift of the mobile ions.
【００１５】また、本発明に記載されている第２の標準
試料は、チャージアップ補正条件を調整するために用い
るものである。The second standard sample described in the present invention is used for adjusting the charge-up correction condition.
【００１６】電子照射によるチャージアップ補正の最適
化がなされた状態では、表面電荷による可動イオンのド
リフト現象が抑制されるため、観測される可動イオン濃
度の深さプロファイルが第１の標準試料に対して得られ
るイオン注入プロファイルと一致する。このプロファイ
ルから、可動イオンに対する相対感度係数を決定するこ
とができる。In the state where the charge-up correction by the electron irradiation is optimized, the drift phenomenon of the mobile ions due to the surface charge is suppressed, so that the observed depth profile of the mobile ion concentration is smaller than that of the first standard sample. This is consistent with the ion implantation profile obtained. From this profile, the relative sensitivity coefficient for mobile ions can be determined.
【００１７】一方、チャージアップ補正が不十分な場合
には、表面電荷により誘起された電界により可動イオン
はSiO2膜中をドリフトするため、観測される可動イオン
濃度の深さプロファイルは、チャージアップが適正に補
正された測定条件の下に測定されるプロファイルから大
きくずれたものになる。On the other hand, when the charge-up correction is insufficient, the mobile ions drift in the SiO 2 film due to the electric field induced by the surface charge. Is greatly deviated from the profile measured under appropriately corrected measurement conditions.
【００１８】すなわち、第１の標準試料と第２の標準試
料に対する測定結果を比較することにより、チャージア
ップ補正が正しく行われているかどうかを判断すること
ができる。つまり、両者が一致するように測定条件を調
整すれば、その条件でチャージアップが発生していない
ことがわかる。That is, by comparing the measurement results of the first standard sample and the second standard sample, it can be determined whether or not the charge-up correction has been correctly performed. That is, if the measurement conditions are adjusted so that the two agree with each other, it is understood that no charge-up has occurred under the conditions.
【００１９】また、本発明に記載されている第３の標準
試料は、チャージアップ補正条件を最適化すると同時
に、SiO2膜中の可動イオン以外の不純物を定量するため
に用いられるものである。The third standard sample described in the present invention is used for optimizing charge-up correction conditions and quantifying impurities other than mobile ions in the SiO 2 film.
【００２０】すなわち、第１の標準試料と第３の標準試
料に対する測定結果が一致するように測定条件を調整し
てチャージアップ補正条件の最適化を行った後、この第
３の標準試料を用いて、あらかじめイオン注入された測
定対象元素に対する相対感度係数を決定する。That is, the measurement conditions are adjusted so that the measurement results for the first standard sample and the third standard sample coincide with each other, the charge-up correction conditions are optimized, and then the third standard sample is used. Thus, the relative sensitivity coefficient to the ion-implanted element to be measured is determined.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】本発明のSiO2膜中におけるNa濃度
の定量分析を行うための標準試料について、図１および
図２を参照しながら説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A standard sample for quantitatively analyzing the Na concentration in an SiO 2 film according to the present invention will be described with reference to FIGS.
【００２２】図１において、第１の標準試料はSi基板１
上にPSG膜２を約0.8μmの膜厚で形成したもので、Na３
が15keVで5E13cm-2イオン注入されている。PSG膜２中に
おけるＰの濃度はおよそ4wt%である。ここで、Ｐの含有
量はSiO2膜中におけるNa３の相対感度係数がマトリック
ス効果により変化を受けない範囲、すなわち5wt%以下と
する。図３は、この標準試料に対するNa濃度の深さプロ
ファイルを示している。In FIG. 1, a first standard sample is a Si substrate 1
A PSG film 2 having a thickness of about 0.8 μm is formed thereon.
5E13 cm -2 ions are implanted at 15 keV. The concentration of P in the PSG film 2 is about 4 wt%. Here, the content of P is in a range where the relative sensitivity coefficient of Na3 in the SiO 2 film is not changed by the matrix effect, that is, 5 wt% or less. FIG. 3 shows the depth profile of the Na concentration for this standard sample.
【００２３】図２において、第２の標準試料はSi基板１
上に熱酸化によるSiO2膜４を約0.8μmの膜厚で形成した
もので、第１の標準試料と同一の加速電圧および同一の
イオン注入量でNa３がイオン注入されている。In FIG. 2, the second standard sample is a Si substrate 1
A SiO 2 film 4 is formed thereon with a thickness of about 0.8 μm by thermal oxidation, and Na 3 is ion-implanted at the same acceleration voltage and the same ion implantation amount as the first standard sample.
【００２４】本発明の第１の実施形態として、第１及び
第２の標準試料を用いたSiO2膜中におけるNa濃度の定量
分析方法について、図４を参照しながら説明する。As a first embodiment of the present invention, a method for quantitatively analyzing the Na concentration in an SiO 2 film using first and second standard samples will be described with reference to FIG.
【００２５】なお、以下では、標準試料に対する測定に
おいて、そのマトリックス元素であるSiあるいはOの二
次イオン強度の測定およびその積分値の算出は、従来例
の場合と全く同様に行っており、説明および図面での表
記は省略している。In the following, the measurement of the secondary ion intensity of the matrix element Si or O and the calculation of the integral value in the measurement on the standard sample are performed in exactly the same manner as in the conventional example. And notation in the drawings is omitted.
【００２６】図４に示すように、第１の標準試料に対し
てNa３の二次イオン強度の深さプロファイル測定を行う
（４０１）。この試料に対しては、SIMS測定時における
チャージアップ補正が不完全であっても、PによりNaイ
オンのドリフトは抑制される。したがって、この標準試
料に対しては、イオン注入されたNa３の二次イオン強度
の深さプロファイルを再現性良く測定することができ
る。As shown in FIG. 4, the depth profile of the secondary ion intensity of Na3 is measured for the first standard sample (401). For this sample, even if the charge-up correction at the time of SIMS measurement is incomplete, the drift of Na ions is suppressed by P. Therefore, the depth profile of the secondary ion intensity of the ion-implanted Na3 can be measured with high reproducibility for this standard sample.
【００２７】次に、第２の標準試料に対して、同様の測
定を行う（４０２）。この際、観測されるNa３の二次イ
オン強度の深さプロファイルが第１の標準試料に対して
得られるイオン注入プロファイルと一致するように、電
子照射条件や一次イオン照射条件を調整する（４０
２）。電子照射によるチャージアップ補正の最適化がな
された状態では、表面電荷によるNaイオンのドリフト現
象が抑制されるため、この状態でチャージアップ補正が
正しく行われたものと判断することができる。Next, the same measurement is performed on the second standard sample (402). At this time, the electron irradiation conditions and the primary ion irradiation conditions are adjusted so that the observed depth profile of the secondary ion intensity of Na3 matches the ion implantation profile obtained for the first standard sample (40).
2). In a state where the charge-up correction by the electron irradiation is optimized, the drift phenomenon of the Na ions due to the surface charge is suppressed, and it can be determined that the charge-up correction has been correctly performed in this state.
【００２８】その後、あらかじめ知られているNa３のイ
オン注入量を用いて、相対感度係数を決定する（４０
３）。次に、SiO2膜４中のNa濃度が未知である試料に対
して、マトリックス元素であるSiあるいはO（酸素）の
二次イオン強度、および測定対象とするNaの二次イオン
強度の深さプロファイルを測定する（４０４）。次に、
第１および第２の標準試料に対して求めた相対感度係数
を用いて、未知試料におけるマトリックス元素の二次イ
オン強度、およびNaの二次イオン強度から、以下の計算
式により未知のNa不純物濃度を算出する（４０５）。Thereafter, the relative sensitivity coefficient is determined by using the known amount of Na 3 ion implantation (40).
3). Next, for a sample whose Na concentration in the SiO 2 film 4 is unknown, the secondary ion intensity of the matrix element Si or O (oxygen) and the secondary ion intensity of the Na to be measured are determined. The profile is measured (404). next,
Using the relative sensitivity coefficient obtained for the first and second standard samples, the unknown Na impurity concentration is calculated from the secondary ion intensity of the matrix element in the unknown sample and the secondary ion intensity of Na by the following formula. Is calculated (405).
【００２９】Ci=RSF*(Ii/Im) ここで、Ciは未知のNa不純物濃度、RSFは相対感度係
数、Iiは不純物元素であるNaの二次イオン強度、Imはマ
トリックス元素であるSiあるいはOの二次イオン強度で
ある。Ci = RSF * (Ii / Im) where Ci is the unknown Na impurity concentration, RSF is the relative sensitivity coefficient, Ii is the secondary ionic strength of the impurity element Na, and Im is the matrix element Si or The secondary ionic strength of O.
【００３０】図５は、第２の標準試料に対して、観測さ
れるNaの二次イオン強度の深さプロファイルを示したも
のである。一次イオンビームとして用いたO2 +ビームの
電流量が50nAの場合には、Naイオンが発生した電界によ
りドリフトし、SiO2/Si界面まで深く進入しているよう
に観測される。一方、O2 +ビームの電流量を10nAまで減
少させることにより、Naの二次イオン強度の深さプロフ
ァイルは第１の標準試料のそれと一致する。この際、電
子ビーム電流密度は約1mA/cm2一定とした。FIG. 5 shows a depth profile of the observed secondary ion intensity of Na with respect to the second standard sample. When the current amount of the O 2 + beam used as the primary ion beam is 50 nA, it is observed that Na ions drift due to the generated electric field and penetrate deeply into the SiO 2 / Si interface. On the other hand, by reducing the current amount of the O 2 + beam to 10 nA, the depth profile of the secondary ion intensity of Na matches that of the first standard sample. At this time, the electron beam current density was kept constant at about 1 mA / cm 2 .
【００３１】以上の過程の後、このプロファイルからNa
の相対感度係数を求めた後、上記の電子照射条件と一次
イオン照射条件下で、未知試料に対して二次イオン強度
の測定を行うことにより、適正なチャージアップ補正を
されたNa濃度の深さプロファイルが再現性良く測定でき
る。After the above process, Na
After determining the relative sensitivity coefficient of Na, the secondary ion intensity is measured for the unknown sample under the above-mentioned electron irradiation conditions and primary ion irradiation conditions. Profile can be measured with good reproducibility.
【００３２】図６は、図１４において従来の方法による
測定例を示した、厚さ約0.8μmのSiO2膜中のNa濃度を、
本発明の定量分析法により測定した結果である。図１４
の場合とは異なり、Na濃度が再現性よく測定できている
ことがわかる。[0032] FIG. 6 shows a measurement example by a conventional method in FIG. 14, a Na concentration of SiO 2 film having a thickness of about 0.8 [mu] m,
It is the result measured by the quantitative analysis method of the present invention. FIG.
It can be seen that unlike the case of, the Na concentration was measured with good reproducibility.
【００３３】なお、ここでは可動イオンとしてNaの分析
事例について説明したが、K、Liなどでも同様の効果が
得られる。Although an example of the analysis of Na as a mobile ion has been described, similar effects can be obtained with K, Li and the like.
【００３４】本発明のSiO2膜中におけるB濃度の定量分
析に用いる標準試料について、図１、図２および図７を
参照しながら説明する。The standard sample used for the quantitative analysis of the B concentration in the SiO 2 film of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 7.
【００３５】図７において、第３の標準試料は図２にお
ける第２の標準試料と同様に、Si基板１上に熱酸化によ
るSiO2膜４を約0.8μmの膜厚で形成したもので、図１お
よび図２における第１および第２の標準試料と同一の加
速電圧および同一のイオン注入量でNa３がイオン注入さ
れている。第３の標準試料において異なるのは、測定対
象元素であるB５がイオン注入されている点である。In FIG. 7, the third standard sample has a SiO 2 film 4 formed by thermal oxidation on the Si substrate 1 to a thickness of about 0.8 μm, similarly to the second standard sample in FIG. Na3 is ion-implanted at the same acceleration voltage and the same ion implantation amount as the first and second standard samples in FIGS. 1 and 2. The difference between the third standard sample is that B5, which is the element to be measured, is ion-implanted.
【００３６】図８は、第３の標準試料中の、NaおよびB
の注入プロファイルを示している。この試料の場合に
は、Bが30keVで1E15cm-2イオン注入されている。FIG. 8 shows Na and B in the third standard sample.
3 shows the injection profile of the sample. In the case of this sample, 1E15 cm −2 ions of B are implanted at 30 keV.
【００３７】本発明の第２の実施形態として、第１及び
第３の標準試料を用いたSiO2膜中におけるB濃度の定量
分析方法について、図９を参照しながら説明する。As a second embodiment of the present invention, a method for quantitatively analyzing the B concentration in the SiO 2 film using the first and third standard samples will be described with reference to FIG.
【００３８】図９に示すように、第１の実施形態と同様
の手順により、第１の標準試料に対してNa３の二次イオ
ン強度の深さプロファイル測定を行う（９０１）。次
に、第３の標準試料に対してNa３の二次イオン強度の深
さプロファイル測定を行ない（９０２）、Naの濃度プロ
ファイルが第１の標準試料と第３の標準試料で一致する
ように電子照射条件や一次イオン照射条件を調整する
（９０２）。第３の標準試料に対する測定を行う際に、
Naの二次イオン強度と同時に、Bの二次イオン強度測定
を行い（９０３）、これからBの相対感度係数を決定す
る（９０４）。次に、SiO2膜４中のB濃度が未知である
試料に対して、マトリックス元素であるSiあるいはO
（酸素）の二次イオン強度、および測定対象とするBの
二次イオン強度の深さプロファイルを測定する（９０
５）。次に、第１および第３の標準試料に対して求めた
相対感度係数を用いて、未知試料におけるマトリックス
元素の二次イオン強度、およびBの二次イオン強度か
ら、以下の計算式により未知のB不純物濃度を算出する
（９０６）。As shown in FIG. 9, the depth profile of the secondary ion intensity of Na3 is measured for the first standard sample according to the same procedure as in the first embodiment (901). Next, a depth profile measurement of the secondary ion intensity of Na3 is performed on the third standard sample (902), and the electron concentration is adjusted so that the Na concentration profile matches the first standard sample and the third standard sample. The irradiation conditions and primary ion irradiation conditions are adjusted (902). When performing measurement on the third standard sample,
The secondary ion intensity of B is measured simultaneously with the secondary ion intensity of Na (903), and the relative sensitivity coefficient of B is determined from this (904). Next, for a sample whose B concentration in the SiO 2 film 4 is unknown, the matrix element Si or O
The depth profiles of the secondary ion intensity of (oxygen) and the secondary ion intensity of B to be measured are measured (90
5). Next, using the relative sensitivity coefficients determined for the first and third standard samples, the unknown ion is calculated from the secondary ion intensity of the matrix element in the unknown sample and the secondary ion intensity of B by the following formula. The B impurity concentration is calculated (906).
【００３９】Ci=RSF*(Ii/Im) ここで、Ciは未知のB不純物濃度、RSFは相対感度係数、
Iiは不純物元素であるBの二次イオン強度、Imはマトリ
ックス元素であるSiあるいはOの二次イオン強度であ
る。Ci = RSF * (Ii / Im) where Ci is the unknown B impurity concentration, RSF is the relative sensitivity coefficient,
Ii is the secondary ionic strength of the impurity element B, and Im is the secondary ionic strength of the matrix element Si or O.
【００４０】以上の過程は、すべて電子照射条件や一次
イオン照射条件が最適化された条件下での測定であるか
ら、結果的に再現性良くSiO2膜中におけるB濃度を定量
することができる。Since the above processes are all performed under the conditions where the electron irradiation conditions and the primary ion irradiation conditions are optimized, the B concentration in the SiO 2 film can be quantified with good reproducibility. .
【００４１】実測結果として、正しく測定されている例
を図１０に示す。この場合には、一次O2 +ビームの電流
量は20nA、電子ビーム電流密度は約1mA/cm2とした。FIG. 10 shows an example of correct measurement as a result of actual measurement. In this case, the current amount of the primary O 2 + beam was 20 nA, and the electron beam current density was about 1 mA / cm 2 .
【００４２】なお、第２の実施形態ではBの測定例を示
したが、本発明によればAs、Pなどをはじめ他の不純物
濃度の測定にも同等の効果が得られることはいうまでも
ない。Although the measurement example of B is shown in the second embodiment, it goes without saying that the same effect can be obtained in the measurement of other impurity concentrations such as As and P according to the present invention. Absent.
【００４３】[0043]
【発明の効果】SiO2試料に対するチャージアップ補正が
十分に行われているかどうかを判断することが可能な標
準試料を用いることにより、チャージアップ補正条件の
設定が最適化され、結果的に再現性の良い不純物濃度測
定が可能になる。これにより、SiO2膜中の不純物濃度制
御を精度よく行うことができ、LSIの信頼性が向上す
る。According to the present invention, by using a standard sample capable of judging whether the charge-up correction for the SiO 2 sample is sufficiently performed, the setting of the charge-up correction condition is optimized, and as a result, the reproducibility is improved. Impurity concentration can be measured. As a result, the impurity concentration in the SiO 2 film can be accurately controlled, and the reliability of the LSI is improved.
【図１】本発明の第１の標準試料の断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of a first standard sample of the present invention.
【図２】本発明の第２の標準試料の断面図FIG. 2 is a sectional view of a second standard sample of the present invention.
【図３】本発明の第１の標準試料における、Na濃度の深
さプロファイルを示す図FIG. 3 is a diagram showing a depth profile of Na concentration in a first standard sample of the present invention.
【図４】本発明の第１の実施形態における、プロセスフ
ロー図FIG. 4 is a process flow diagram according to the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２の標準試料における、Naイオン強
度の深さプロファイルを示す図FIG. 5 is a diagram showing a depth profile of Na ion intensity in a second standard sample of the present invention.
【図６】本発明の第１の実施形態におけるプロセスフロ
ーで測定したNa濃度の深さプロファイルを示す図FIG. 6 is a diagram showing a Na concentration depth profile measured by a process flow according to the first embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第３の標準試料の断面図FIG. 7 is a sectional view of a third standard sample of the present invention.
【図８】本発明の第３の標準試料における、NaおよびB
の注入プロファイルを示す図FIG. 8 shows Na and B in a third standard sample of the present invention.
Figure showing the injection profile of
【図９】本発明の第１の実施形態における、プロセスフ
ロー図FIG. 9 is a process flow chart according to the first embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるプロセスフ
ローで測定したB濃度の深さプロファイルを示す図FIG. 10 is a diagram showing a depth profile of a B concentration measured by a process flow according to the second embodiment of the present invention.
【図１１】従来の実施形態における、標準試料の断面図FIG. 11 is a cross-sectional view of a standard sample according to a conventional embodiment.
【図１２】従来の実施形態における、プロセスフロー図FIG. 12 is a process flow diagram in a conventional embodiment.
【図１３】Si基板上に形成したSiO2試料に対する、チャ
ージアップ補正が不十分な場合のBイオン強度の深さプ
ロファイルを示す図FIG. 13 is a diagram showing a depth profile of B ion intensity when charge-up correction is insufficient for an SiO 2 sample formed on a Si substrate.
【図１４】Si基板上に形成したSiO2試料に対する、適切
なチャージアップ補正が行われた場合のBイオン強度の
深さプロファイルを示す図FIG. 14 is a diagram showing a depth profile of B ion intensity when an appropriate charge-up correction is performed on an SiO 2 sample formed on a Si substrate.
【図１５】従来法で測定した、SiO2膜中のNa濃度の深さ
プロファイルを示す図FIG. 15 is a diagram showing a depth profile of Na concentration in a SiO 2 film measured by a conventional method.
１ Si基板 ２ PSG膜 ３ 本発明において標準試料中に一定量イオン注入され
たNa ４ SiO2膜 ５ 本発明において標準試料中に一定量イオン注入され
たB ６ 従来例において標準試料中に一定量イオン注入され
たNaREFERENCE SIGNS LIST 1 Si substrate 2 PSG film 3 Na 4 SiO 2 film implanted in fixed amount into standard sample in the present invention 5 B 6 implanted in fixed amount into standard sample in the present invention 6 Constant amount in standard sample in conventional example Ion implanted Na
Claims (2)
方法において、基板上に成長したPSG膜中に可動イオン
がイオン注入された第１の標準試料と、基板上に成長し
たSiO2膜中に前記可動イオンが前記イオン注入と同一の
加速電圧および同一のイオン注入量でイオン注入された
第２の標準試料を用いて、前記第２の標準試料中の前記
可動イオンの深さプロファイルが前記第１の標準試料中
の前記可動イオンの深さプロファイルに一致するように
二次イオン質量分析の一次イオンビームの電流密度、電
子ビーム照射量を調整する工程と、前記調整された一次
イオンビームの電流密度、電子ビーム照射量を用いて未
知試料のSiO2膜中の可動イオン濃度を測定する工程を有
することを特徴とする定量分析方法。In a quantitative analysis method using secondary ion mass spectrometry, a first standard sample in which mobile ions are implanted into a PSG film grown on a substrate, and a SiO 2 film grown on the substrate. The depth profile of the movable ions in the second standard sample is obtained by using a second standard sample into which the movable ions are ion-implanted at the same acceleration voltage and the same ion implantation amount as the ion implantation. Adjusting the current density of the primary ion beam of secondary ion mass spectrometry and the electron beam irradiation amount so as to match the depth profile of the movable ions in the first standard sample; and the adjusted primary ion beam. A step of measuring the mobile ion concentration in the SiO 2 film of the unknown sample using the current density and the amount of electron beam irradiation.
方法において、基板上に成長したPSG膜中に可動イオン
がイオン注入された第１の標準試料と、基板上に成長し
たSiO2膜中に前記可動イオンが前記イオン注入と同一の
加速電圧および同一のイオン注入量でイオン注入され、
かつ測定対象とする不純物原子がイオン注入された第３
の標準試料を用いて、前記第３の標準試料中の前記可動
イオンの深さプロファイルが前記第１の標準試料中の前
記可動イオンの深さプロファイルに一致するように二次
イオン質量分析の一次イオンビームの電流密度、電子ビ
ーム照射量を調整する工程と、前記調整された一次イオ
ンビームの電流密度、電子ビーム照射量を用いて未知試
料のSiO2膜中の不純物濃度を測定する工程を有すること
を特徴とする定量分析方法。2. A quantitative analysis method using secondary ion mass spectrometry, wherein a first standard sample in which mobile ions are ion-implanted into a PSG film grown on a substrate, and a SiO 2 film grown on the substrate. The movable ions are ion-implanted at the same acceleration voltage and the same ion implantation amount as the ion implantation,
And the third where the impurity atoms to be measured are ion-implanted.
Primary standard of secondary ion mass spectrometry such that the depth profile of the mobile ions in the third standard sample matches the depth profile of the mobile ions in the first standard sample. Adjusting the current density of the ion beam and the amount of electron beam irradiation, and measuring the impurity concentration in the SiO 2 film of the unknown sample using the adjusted current density of the primary ion beam and the amount of electron beam irradiation. A quantitative analysis method, characterized in that:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32054299A JP2001141676A (en) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | Quantitative analysis method in secondary ion mass spectrometry |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107452639A (en) * | 2016-05-31 | 2017-12-08 | 中芯国际集成电路制造（天津）有限公司 | The method for detecting ion concentration |
| JP2018054603A (en) * | 2016-09-02 | 2018-04-05 | イオン−トフ テクノロジーズ ゲーエムベーハー | Secondary ion mass spectroscopic method, mass spectrometer and uses thereof |
| JP2022106761A (en) * | 2015-02-10 | 2022-07-20 | ノヴァ メジャリング インスツルメンツ インコーポレイテッド | Systems and methods for semiconductor measurement and surface analysis using secondary ion mass spectrometry |
-
1999
- 1999-11-11 JP JP32054299A patent/JP2001141676A/en active Pending
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| JP7290778B2 (en) | 2016-09-02 | 2023-06-13 | イオン－トフ テクノロジーズ ゲーエムベーハー | Secondary ion mass spectrometry method and mass spectrometer |
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