(57)【要約】本発明は、非破壊方法で、未知の半導体基板から少なくとも活性キャリアプロファイルを決定するための方法および装置を提供する。該方法は、ｍ個の反射信号から２ｍ個の独立した測定値を生成すること、これらの２ｍ個の測定値を２ｍ個の独立したキャリアプロファイル値と相関させることを含む。該方法は、追加の２ｍ個の測定値を生成し、４ｍ個の測定値を４ｍ個のプロファイル値と相関させることによって、活性キャリアプロファイルおよび第２パラメータプロファイルを決定することをさらに含む。該方法は、全部で２ｍ［ｎ，ｋ］個の測定値を生成し、［ｎ，ｋ］個の独立した材料パラメータ深さプロファイルを決定することをさらに含み、各材料パラメータプロファイルはｍ個のポイントからなる。
2009512180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の活性キャリアプロファイルを決定する光学測定方法であって、該プロファイルは、濃度値Ｃおよび対応した深さＺのセットとして表されるものであり、
ｍを整数値として、各測定ポイントが２つの独立した測定信号を含むようなｍ個の測定ポイントを生成することと、
これらのｍ個の測定ポイントと、各活性キャリアプロファイルポイントが活性キャリア濃度Ｃおよび対応した深さＺを含むようなｍ個の活性キャリアプロファイルポイントとを相関させることとを含む方法。
【請求項２】
ｍ個の測定ポイントを生成することは、
ポンプレーザ（６）を用意することと、
プローブレーザ（３）を用意することと、
ポンプレーザ（６）およびプローブレーザ（３）を半導体基板（１）に集光して、ポンプレーザは、前記ポンプレーザが接触し、深さプロファイルを有する半導体基板（１）のエリアにおいて多くの過剰電荷キャリアを生成し、前記生成された過剰電荷キャリアは、プローブレーザのビームを反射することと、
反射したプローブレーザ（４）の２つの独立した所定の特性を検出することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
ポンプレーザ（６）は、過剰キャリアプラズマ波を生成するように選択され、
２つの独立した信号は、反射したプローブレーザ（４）の振幅および位相である請求項２記載の方法。
【請求項４】
ｍ個の測定ポイントを生成することは、
プローブレーザ（３）のｍ個の異なる値のパワーを適用することを含む請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
ｍ個の測定ポイントを生成することは、
ポンプレーザ（６）とプローブレーザ（３）との間のｍ個の異なるオフセット（ｄ）を適用することを含む請求項２または３記載の方法。
【請求項６】
ｍ個の測定ポイントを生成することは、
ｍ個の異なる期間中に、反射したプローブレーザ（４）の２つの独立した所定の特性を検出することを含む請求項２または３記載の方法。
【請求項７】
ｍ個の測定ポイントとｍ個のプロファイルポイントとを相関させることは、
・ｍ個のプロファイルポイントの各々について、活性濃度および対応した深さに関する値を選択することと、
・これらの選択した値を用いて、過剰キャリア濃度のシミュレーションを行って、基板の複素屈折率プロファイルを決定することと、
・シミュレーションした屈折率プロファイルを用いて、２つの独立した測定信号の各々に関するｍ個の値を決定することと、
・２つの独立した測定信号の各々について、ｍ個の決定値とｍ個の測定値との間の差分を決定することと、
・活性キャリアプロファイルに関するユニークな解が得られるまで、上記ステップを繰り返すこととと、を含む請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
半導体基板の少なくとも他の材料パラメータプロファイルを決定することをさらに含み、ｍを整数値として、
各追加の測定ポイントが２つの独立した測定信号を含むようなｍ個の追加の測定ポイントを生成することと、
これらの２ｍ個の測定ポイントを、各活性キャリアプロファイルポイントが活性キャリア濃度Ｃおよび対応した深さＺを含むようなｍ個の活性キャリアプロファイルポイントと、各材料パラメータプロファイルポイントが濃度Ｄおよび対応した深さＷを含むようなｍ個の材料パラメータプロファイルポイントと同時に相関させることとを含む請求項２または３記載の方法。
【請求項９】
ｍ個の追加の測定ポイントを生成することは、
ポンプレーザ（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセット（ｄ）を変化させるｍ個のパワー値の各々について、プローブレーザ（３）のｍ個の異なる値のパワーを適用することを含む請求項７記載の方法。
【請求項１０】
ｍ個の追加の測定ポイントを生成することは、
反射したプローブレーザビーム（４）の２つの独立した所定の特性を検出するための期間ｔｍｅａｓを変化させるｍ個のパワー値の各々について、プローブレーザ（３）のｍ個の異なる値のパワーを適用することを含む請求項７記載の方法。
【請求項１１】
ｍ個の追加の測定ポイントを生成することは、
反射したプローブレーザビーム（４）の２つの独立した所定の特性を検出するための期間ｔｍｅａｓを変化させるｍ個のオフセット値の各々について、ポンプレーザ（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセット（ｄ）のｍ個の異なる値を適用することを含む請求項７記載の方法。
【請求項１２】
２ｍ個の測定ポイントと２ｍ個のプロファイルポイントとを相関させることは、
・ｍ個の活性キャリアプロファイルポイントの各々について、活性濃度および対応した深さに関する値を選択することと、
・ｍ個の材料パラメータプロファイルポイントの各々について、材料パラメータ濃度および対応した深さに関する値を選択することと、
・これらの選択した値を用いて、過剰キャリア濃度のシミュレーションを行って、基板の複素屈折率プロファイルを決定することと、
・シミュレーションした屈折率プロファイルを用いて、２つの独立した測定信号の各々に関する２ｍ個の値を決定することと、
・２つの独立した測定信号の各々について、２ｍ個の決定値と２ｍ個の測定値との間の差分を決定することと、
・活性キャリアプロファイルおよび第２のパラメータプロファイルに関するユニークな解が得られるまで、上記ステップを繰り返すこととと、を含む請求項７〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
半導体基板の複数の材料パラメータプロファイルを決定することをさらに含み、ｍ，ｎ，ｋを整数値として、
各追加の測定ポイントが２つの独立した測定信号を含むような（［ｎ，ｋ］−１），ｍ個の追加の測定ポイントを生成することと、
これらの［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定ポイントを、各活性キャリアプロファイルポイントが活性キャリア濃度Ｃおよび対応した深さＺを含むようなｍ個の活性キャリアプロファイルポイントと、各材料パラメータプロファイルポイントが濃度Ｄおよび対応した深さＷを含むような（［ｎ，ｋ］−１），ｍ個の材料パラメータプロファイルポイントと同時に相関させることとを含む請求項１，２または３記載の方法。
【請求項１４】
［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定ポイントを生成することは、
ポンプレーザ（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセット（ｄ）のｎ個の異なる値を適用するｍ個のパワー値の各々について、および、反射したプローブレーザビーム（４）の２つの独立した所定の特性を検出するための期間ｔｍｅａｓについてｋ個の異なる値を適用するｎ個のオフセット値の各々について、プローブレーザ（３）のｍ個の異なる値のパワーを適用することを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定ポイントと［ｎ，ｋ］，ｍ個のプロファイルポイントとを相関させることは、
・ｍ個の活性キャリアプロファイルポイントの各々について、活性濃度および対応した深さに関する値を選択することと、
・（［ｎ，ｋ］−１），ｍ個の材料パラメータプロファイルポイントの各々について、材料パラメータ濃度および対応した深さに関する値を選択することと、
・これらの選択した値を用いて、過剰キャリア濃度のシミュレーションを行って、基板の複素屈折率プロファイルを決定することと、
・シミュレーションした屈折率プロファイルを用いて、２つの独立した測定信号の各々に関する［ｎ，ｋ］，ｍ個の値を決定することと、
・２つの独立した測定信号の各々について、［ｎ，ｋ］，ｍ個の決定値と［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定値との間の差分を決定することと、
・活性キャリアプロファイルおよび第２のパラメータプロファイルに関するユニークな解が得られるまで、上記ステップを繰り返すこととと、を含む請求項１３または１４記載の方法。
【請求項１６】
半導体基板の少なくとも活性キャリアプロファイルを決定する装置であって、ｍを整数値として、
過剰キャリアを生成する手段（６）、および前記過剰キャリアによって少なくとも部分的に反射するレーザビーム（３）を半導体基板（１）に衝突させて、反射信号（４）を生成するプローブレーザを含む照射装置と、
反射信号（４）を測定する手段と、
反射信号（４）を測定する際、活性キャリアプロファイルを走査する手段と、
各反射信号が２つの独立した信号を含むような少なくともｍ個の測定した反射信号を格納する格納手段と、
少なくともｍ個の測定した反射信号を、各プロファイルポイントが活性キャリア濃度Ｃおよび対応した深さＺを含むようなｍ個のプロファイルポイントと相関させる手段とを備える装置。
【請求項１７】
反射信号を測定する際、活性キャリアプロファイルを走査する手段は、
プローブレーザ（３）のパワーを変化させる手段を含む請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
反射信号を測定する際、活性キャリアプロファイルを走査する手段は、
過剰キャリアを生成する手段（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセットｄを変化させる手段を含む請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
反射信号を測定する際、活性キャリアプロファイルを走査する手段は、
各反射信号を測定する時間を変化させる手段を含む請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
ｍを整数値として、
格納手段は、２ｍ個の測定した反射信号を格納するように構成され、
相関手段は、２ｍ個の測定した反射信号を、ｍ個の活性キャリアプロファイルポイントと、ｍ個の第２のパラメータプロファイルポイントと相関させるように構成され、
各プロファイルポイントが濃度および対応した深さを含むようにした請求項１６記載の装置。
【請求項２１】
反射信号を測定する際、活性キャリアプロファイルを走査する手段は、
プローブレーザ（３）のパワーを変化させる手段と、
過剰キャリアを生成する手段（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセットｄを変化させる手段を含む請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
反射信号を測定する際、活性キャリアプロファイルを走査する手段は、
プローブレーザ（３）のパワーを変化させる手段と、
各反射信号を測定する時間を変化させる手段を含む請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
反射信号を測定する際、活性キャリアプロファイルを走査する手段は、
過剰キャリアを生成する手段（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセットｄを変化させる手段と、
各反射信号を測定する時間を変化させる手段を含む請求項２０記載の装置。
【請求項２４】
ｍ，ｎ，ｋを整数値として、
格納手段は、［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定した反射信号を格納するように構成され、
相関手段は、［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定した反射信号を、ｍ個の活性キャリアプロファイルポイントと、（［ｎ，ｋ］−１），ｍ個の材料パラメータプロファイルポイントと相関させるように構成され、
各プロファイルポイントが濃度および対応した深さを含むようにした請求項１６記載の装置。
【請求項２５】
反射信号を測定する際、活性キャリアプロファイルを走査する手段は、
プローブレーザ（３）のパワーを変化させる手段と、
過剰キャリアを生成する手段（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセットｄを変化させる手段と、
各反射信号を測定する時間を変化させる手段とを含む請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
コンピュータ装置で実行した場合、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法を実行するためのコンピュータプログラム製品。
【請求項２７】
請求項２６記載のコンピュータプログラム製品を格納する機械読み取り可能なデータ格納装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体層での活性キャリアプロファイルを決定するための、非破壊の光学測定技術、装置およびシステムに関し、特に、これらの半導体層に電荷キャリアを生成して、これらの電荷キャリアによって生成される反射率の変化を、キャリアが動揺する半導体層での深さの関数として探知するための光学エネルギーの使用に関する。
【０００２】
より詳しくは、本発明は、特定の半導体基板での極浅接合(ultra shallow junctions)における活性キャリアプロファイルを取り出すための方法、装置およびシステムに関し、特に、半導体基板での単一の測定値セットから、こうした情報を取り出すことに関する。本発明はまた、こうした方法を実行するための装置およびソフトウエアに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体プロセスにおいて、例えば、Ｓｉ，ＳｉＧｅ，ＧａＡｓなどの半導体材料の特性およびプロセス条件へのこれらの依存性を決定する方法が要求される。例えば、イオン注入によって半導体材料に核種(species)を導入すると、バルク材料の特性を変化させることがある。バルク材料の特性を変化させる他の方法は、基板の製造や、例えば、急速加熱処理（ＲＴＰ:Rapid Thermal Process）や急速加熱アニーリング（ＲＴＡ:Rapid Thermal Annealing）等のアニーリングである。例えば、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Silicon)デバイスにおいて、半導体基板に形成された接合深さ、ソース領域およびドレイン領域のプロファイルを決定できることは重要である。
【０００４】
最新の高性能ＣＭＯＳ技術では、例えば、極浅接合を迅速かつ高信頼性で特徴付けできることは非常に重要である。特に、ＣＭＯＳ構造、例えば、トランジスタがより小型になるほど、それに応じてドーピングプロファイル、特に、活性キャリアプロファイルが小さくなる。最新のＣＭＯＳ構造は、５０ｎｍ未満のゲート長さおよび７０ｎｍ未満の接合深さを有するようになる。これらのプロファイルの正確な決定は、より困難になるとともにより重要になる。プロセス条件は、所望の接合深さおよびプロファイルを実現し、必要なデバイス特性を作り出すために最適化する必要がある。
【０００５】
最新のＣＭＯＳトランジスタを製造する際に多くの重大な問題の１つは、ソース／ドレインおよびエクステンション(extension)領域の位置決めおよび電気的特性についての正確な制御である。現在使用している低エネルギーイオン注入および高速アニーニング技術の他に、例えば、レーザアニーニング（ＬＴＡ）、低温の固相エピタキシャル再成長（ＳＰＥＲ）などの新しい技術において多くの努力がなされ、より高濃度レベル（溶解度を超える）および急峻なプロファイル（より小さい熱収支）を達成している。
【０００６】
一般に、例えば、温度や温度勾配での小さい変化は、例えば、接合深さにおいて許容できない変化を生じさせる。半導体の活性キャリアプロファイルの性質を調査するために、種々の方法がある。しかしながら、これらの技術の幾つかは破壊的である。現時点では、ドーピング特徴付けのために、典型的には、例えば、全体プロファイルのための二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）、電気的活性キャリアプロファイルのための広がり抵抗測定（ＳＲＰ）、シート抵抗のための４点プローブ（ＦＰＰ）測定などの１次元的な手法の組合せを使用している。
【０００７】
ＳＩＭＳおよびＳＲＰは、オフライン技術であり、小さい材料片にしか適用できないという不具合がある。ＳＲＰの場合、特徴付けされる半導体基板は、対角線の劈開ラインに沿って劈開し、この劈開ラインに沿った後の２点で２点電気測定を行う。ＳＩＭＳでは、試験対象である基板から材料が局所的に除去され、更なる分析にかけられる。さらに、ウエハ上の１つの特定位置での測定は、鋸挽き(sawing)、サンプル調製、測定、計算などを考慮すると、ほぼ１日を要する。
【０００８】
従来のＦＰＰは、ウエハ全体を迅速に測定できるが、何れのプロファイル情報をも与えず、しかもかなり大きな分析面積、典型的には１ｍｍ２より大きい面積を必要とする。さらに、プローブ侵入は、特に、深さ３０ｎｍ未満のとき、極浅プロファイルについて信頼できない結果をもたらす。
【０００９】
近年、幾つかの新しい有望な技術が出現している。例えば、走査型容量顕微鏡法（ＳＣＭ）や走査型広がり抵抗顕微鏡法（ＳＳＲＭ）などの２次元キャリア画像化技術であるが、測定用に小片を必要とし、複雑かつ極めて重要なサンプル調製が必要であり、深さ分解能も改良を要する（５〜１０ｎｍ）。さらに、これらの２次元技術は、より信頼できる１次元の較正プロファイルの利用に大きく依存している。
【００１０】
他の知られた技術は、非破壊であり、例えば、米国特許第６０４９２２０号、米国特許第６３２３９５１号に開示されているキャリア照射（ＣＩ:Carrier Illumination）技術や、文献「Nicolaides et al, "Non-destructive analysis of ultra shallow junctions using thermal wave technology", Review of Scientific Instruments, volume 74, number 1, January 2003」に開示されているサーマプローブ（ＴＰ:Therma Probe）技術、いわゆるサーマウェーブ(Thermawave)技術、あるいは熱波技術などがある。これらの文献全体は参照によりここに組み込まれる。
【００１１】
図１を参照すると、ＣＩ、ＴＰおよび類似の非破壊光学技術において、典型的には、２つのレーザ（６，３）を使用する。第１のレーザ（６）は、集光したポンプレーザまたは生成レーザであり、「ポンプ」レーザビームまたは生成ビームを発生する。第１のレーザは、調査対象である半導体材料のバンドギャップより大きいエネルギーを持つ固定波長で動作する。このポンプレーザ（６）は、調査対象である半導体材料のバルク内に過剰キャリアプロファイルを生成するために用いられ、深さに依存した、材料の屈折率を生じさせる。ポンプレーザの変調周波数に依存して、準静的な過剰キャリアプロファイルが生成されると、過剰キャリア数の変動はポンプレーザの変動と一致し、あるいは、動的な過剰キャリアプロファイルが生成されると、過剰キャリア数の変動はポンプレーザの変動と一致しない。
【００１２】
ＣＩでは、ポンプレーザの周波数がｋＨｚ範囲内、典型的には１ｋＨｚであり、準静的な過剰キャリアプロファイルを生じさせる。一方、ＴＰでは、ポンプレーザの周波数が典型的にはＭＨｚ範囲内、典型的には１ＭＨｚであり、過剰キャリアの寿命が全体キャリアレベルに反比例することから、全体キャリアレベルに依存した動的な過剰キャリアプロファイルを生じさせる。
【００１３】
こうして生成された過剰キャリアは、過剰キャリア濃度として定義され、刺激なしで半導体基板内に存在するキャリアレベルを超えたキャリア数／ｃｍ３で表されるプロファイルに従って半導体材料内に分布する。後者は、例えば、照射なしのバックグランドキャリア濃度またはプロファイルと称される。このバックグランドキャリア濃度は、ドーパント原子濃度に依存している。具体的には、過剰キャリア濃度は、半導体材料の表面外のゼロから半導体材料内の有限値まで変化する。過剰キャリア濃度のこの変化は、半導体基板表面での過剰キャリア濃度に急峻な増加をもたらす。調査対象である半導体材料とその周囲、例えば、空気との間の界面での過剰キャリア濃度のこの急峻な増加は、表面近傍成分を生じさせる表面近傍成分と称されることになる。
【００１４】
半導体基板の照射表面から半導体基板までで定義された深さｚが増加すると、過剰キャリア濃度は、ドーパント原子濃度の変化または再結合中心の存在に比例して変化する。例えば、ある場合にはドーパント濃度が上昇するが、他の場合にはドーパント濃度は、ドーパントプロファイルの詳細な形状に依存して、最初に低下し、そして上昇する。
【００１５】
光学的に刺激された半導体材料を、第２の「プローブ」レーザ（３）を用いて照射することによって、反射信号が生成される。第２の「プローブ」レーザ（３）は、分析ビームとも称されるプローブレーザビームまたはプローブビームを発生し、典型的には、「ポンプ」レーザの固定波長より高い（ＣＩの場合）または低い（ＴＰの場合）固定波長を有する。
【００１６】
このプローブレーザビームは、図１に示すように、サンプル表面、及び／又は過剰キャリアプロファイルに比例した屈折率での大きな変化を持つ何れかの領域で反射される。第２のレーザ（３）から反射した光（４）は、プロファイル深さに依存した信号を供給する。現在、反射信号は、ＣＩまたはＴＰの測定値と広い注入領域でのＳＲＰ測定値との広範囲の相関によって得られたアルゴリズムを用いて、接合深さを表す値に変換されている。
【００１７】
図１は、半導体基板（１）と、ポンプレーザビーム（６）と、周囲（２）から半導体基板（１）に衝突するプローブレーザビーム（３）とを示している。入射したプローブレーザビーム（３）および反射したプローブレーザ信号（４）は、それぞれ矢印（３）（４）で示している。半導体基板（１）は、図示した例において、アンドープまたは低ドープの領域（１ｂ）に形成されたドープ層（１ａ）を備える。基板（１）は、その場(in-situ)ドープ層（１ａ）を層（１ｂ）の上に堆積することによって形成可能であり、領域（１ａ）に渡って均一なドーピングプロファイルを作り出す。あるいは、ドーパントを基板（１）に注入することによって形成可能であり、ドープ領域（１ａ）およびアンドープ領域（１ｂ）を作り出す。
【００１８】
例えば、ドーパントを基板（１）に注入するためのイオン注入を用いることによって、使用する注入核種、エネルギーおよび注入量の選択に依存して、何れかの種類のドーピングプロファイルが得られる。層１ａは、下地層１ｂをドープするために用いたドーパントと同じまたは反対の導電型のドーパントを用いてドープすることができる。
【００１９】
図１においてグラフ５で示すように、過剰キャリアプロファイルＮ（ｚ）も基板（１）への深さｚの関数として示している。プローブレーザビーム（矢印３）が反射すると、反射プローブレーザ信号（矢印４）を半導体基板（１）上の種々の位置で発生する。例えば、プローブレーザビーム（３）が表面で反射して、反射プローブレーザ信号（４）での表面成分を作り出すことがある。それは、過剰キャリアプロファイルの変化によっても反映され、表面で発生すると、表面近傍成分を作り出し、ドープ部分（１ａ）とアンドープ部分（１ｂ）の界面で発生すると、Ｎ（ｚ）の勾配に応じてバルク（または界面）成分を作り出す。
【００２０】
両方のレーザ、ポンプレーザ（６）およびプローブレーザ（３）からのレーザビームが互いに重なり合って、同じまたは異なるエリアで半導体基板（１）と接触する。典型的には、両方のレーザは、固定した測定設定にあり、両方の入射レーザビームは、ウエハ表面または基板表面に対して垂直な方向を有し、ウエハ表面の法線に対してゼロ度で入射することを意味する。
【００２１】
上述したように、ＴＰおよびＣＩは、２つのレーザ、ポンプ（ＣＩは８３０ｎｍ、ＴＰは７９０ｎｍ）およびプローブレーザ（ＣＩは９８０ｎｍ、ＴＰは６７０ｎｍ）を使用する。活性化した基板では、ポンプレーザの役割は、深さとともに変化する充分な量の過剰キャリア（典型的には１０１８／ｃｍ３より大きい）を生成することであり、対応する屈折率変動がプローブレーザに見えるようになり、充分なコントラストが得られる。
【００２２】
最終の過剰キャリアプロファイルは、半導体基板（１）での発生、吸収および再結合の機構の畳み込み演算(convolution)であり、とりわけオージェ(Auger)再結合が、基礎となるドーパントプロファイルに強く依存する。この測定信号へ関与分は電子的成分と称される。さらに、高い局所エネルギー密度（８００ｋＷ／ｃｍ２）によって生ずるレーザ下方の局所加熱（５〜１５°Ｋ）に起因した、考慮すべき熱的成分が存在する。電子的成分および熱的成分は、反対の符号を有する。
【００２３】
活性化したソース／ドレイン注入では、高ドープ領域での過剰キャリア量は、かなり低く、典型的には、基板に対して１桁のオーダーだけ低く、「接合」領域では基板レベルに向けて急峻に上昇し始める。その結果、反射プローブ信号全体のかなりの部分が、接合近くから生ずる。この信号部分は、界面成分Ｅｉｎｔｅｒｆａｃｅと称される。重要なことは、この「接合」が、冶金的または電気的な接合とは直接関連しておらず、約１０１８ａｔ／ｃｍ３のドーパントレベル、即ち、基板内の過剰キャリアレベルに対応したＳＩＭＳプロファイル上の深さと関連している点である。
【００２４】
反射信号−接合深さのコサイン形状は、深さに依存した建設的または破壊的な、プローブレーザ反射とサンプル表面との界面成分の干渉に起因しており、これは表面成分Ｅｓｕｒｆａｃｅと称される。
【００２５】
小さなサイズの信号、典型的には、純粋シリコンでの反射の０．００１％に起因して、変調したポンプレーザは「ロックイン」技術との組合せで使用する必要がある。ＣＩは、キロヘルツ範囲、典型的には１ｋＨｚという低い変調周波数を用いており、これは準静的な動作モードに対応しており、過剰キャリアプロファイルはポンプレーザの変調周波数に追従できる。ＴＰは、メガヘルツ範囲、典型的には１ＭＨｚという高い変調周波数を用いて、波形成を生じさせており、過剰キャリアおよび温度プロファイルは、図２ａに示すように、ポンプ信号と位相ずれになる。
【００２６】
過剰キャリアおよび誘起した温度差によって、ポンプ信号（６）と反射プローブ信号（４）との間に位相差Φが存在する。実際は、図２ｂに示すように、同相成分（Ｉ＝Ａ．ｃｏｓ（Φ））と直角位相成分（Ｑ＝Ａ．ｓｉｎ（Φ））がそれぞれ記録される。ここで、Ａは反射信号（４）の振幅である。
【００２７】
非活性化構造では、反射信号と注入量との相関関係が確立している。例えば、市販のＴＰ／ＣＩツールが、注入／アニールサイクルの再現性のインライン定量的監視用に、世界中で多くの重要なマイクロエレクトロニクス会社や研究室で使用されている。現在、これらの定量的分析技術をより定量的な方法で使用する傾向がある。未知のサンプルに関して、界面信号が由来する深さは、固定したポンプレーザパワーおよび対応した過剰キャリアレベルで、ＣＩ信号の振幅ＥｒまたはＴＰ信号のＱ成分−実際の注入深さでのＳＩＭＳをプロットし、コサイン形状のカーブをもたらす早期に確立した相関カーブに基づいて原理的に決定できる。
【００２８】
ＣＶＤ（化学気相成長）成長層に関するこうした相関カーブは、到達可能な１〜２Åという深さ分解能を示す。しかしながら、これらの相関カーブを用いた大きな問題は、多くの要因、例えば、使用する注入核種、注入／アニールプロセスのタイプ等に依存しており、未知のサンプルについてどの相関カーブを用いるべきかという大きな不確定性をもたらす点である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明の目的は、未知の半導体サンプル、特に、極浅い半導体構造について少なくとも活性キャリアプロファイルを決定するための非破壊の方法、装置やシステムを提供することである。
【００３０】
本発明の目的は、未知の半導体サンプル、特に、極浅接合について、活性キャリアのプロファイルおよび材料の屈折率に影響を及ぼす他の材料パラメータのプロファイルを、例えば、温度変化および過剰キャリアプロファイルを通じて決定するための非破壊の方法、装置やシステムを提供することである。
【００３１】
本発明の目的は、パターンなしまたはパターン形成されたウエハでの任意の場所で、数μｍ２未満の面積を有する小さな構造であっても、高い再現性を有する半導体基板の定量的な分析を可能にする非破壊の方法、装置やシステムを提供することである。
【００３２】
本発明の目的は、各測定点について相関カーブを使用することなく、深さ依存の反射信号の基礎となる未知の半導体基板についての活性キャリアの電荷プロファイルを少なくとも再構築できる非破壊の方法、装置やシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
一態様において、本発明は、半導体基板の活性キャリアプロファイルを決定する光学測定方法に関し、該方法は、ｍを整数値として、各測定ポイントが２つの独立した測定信号を含むようなｍ個の測定ポイントを生成することと、これらのｍ個の測定ポイントと、各プロファイルポイントが活性キャリア濃度および対応した深さを含むようなｍ個のプロファイルポイントとを相関させることとを含む。従って、本発明は、非破壊光学測定技術を用いて得られた２ｍ個の独立した測定値を、２ｍ個の独立したキャリアプロファイル値と相関させることが可能になる。
【００３４】
他の態様において、本発明は、半導体基板の活性キャリアプロファイルを決定するための装置に関し、該装置は、ｍを整数値として、過剰キャリアを生成するための手段、および前記過剰キャリアによって少なくとも部分的に反射するレーザビームを半導体基板に衝突させて、反射信号を生成するためのプローブレーザを含む照射装置と、反射信号が由来する深さを変化させるための手段と、反射信号を測定するための手段と、各反射信号が２つの独立した信号を含むようなｍ個の測定した反射信号を格納するための格納手段と、ｍ個の測定した反射信号を、各プロファイルポイントが活性キャリア濃度およびその対応した深さを含むようなｍ個のプロファイルポイントと相関させるための手段とを備える。
【００３５】
反射信号が由来する深さを変化させるための手段は、生成レーザのパワーを変化させたり、各反射信号を測定する時間を変化させたり、または過剰キャリアを生成するための手段とプローブレーザとの間の距離（オフセット）を変化させることを含んでもよい。測定信号が由来する深さを変化させることによって、活性キャリアプロファイルが走査可能である。
【００３６】
他の態様において、本発明はまた、半導体基板の活性キャリアプロファイルおよび少なくとも１つの他の材料パラメータプロファイルを同時に決定するための光学測定方法に関し、他の材料パラメータは、過剰キャリアの再結合プロセスに影響を与える欠陥関連のものとすることができ、該方法は、ｍを整数値として、各測定ポイントが２つの独立した測定信号を含むような２ｍ個の測定ポイントを生成することと、これらの２ｍ個の測定ポイントと、各プロファイルポイントが活性キャリア濃度およびその対応した深さならびに第２のパラメータ濃度およびその対応した深さを含むような２ｍ個のプロファイルポイントとを相関させることとを含む。従って、本発明は、非破壊光学測定技術を用いて得られた４ｍ個の独立した測定値を、４ｍ個の独立したパラメータプロファイル値と相関させることが可能になる。
【００３７】
他の態様において、本発明はまた、半導体基板の活性キャリアプロファイルおよび複数の材料パラメータプロファイルを同時に決定するための光学測定方法に関し、材料パラメータは、過剰キャリアの再結合プロセスに影響を与える欠陥関連のものとすることができ、該方法は、各データプロファイルがｍ個の測定ポイントを含み、各測定ポイントが２個の独立した測定信号を含むような［ｎ，ｋ］個のデータプロファイルを生成することとを含む。これらの［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定ポイントは、［ｎ，ｋ］，ｍ個までの材料パラメータプロファイルとの相関がとられ、各プロファイルポイントは、濃度値およびその対応した深さ値を含む。従って、本発明は、非破壊光学測定技術を用いて得られた［ｎ，ｋ］［ｍ，２］個の独立した測定値を、［ｎ，ｋ］［ｍ，２］個の独立したパラメータプロファイル値と相関させることが可能になる。
【００３８】
数ｍ，ｎ，ｋは、深さ変化手段について設定された値に対応しており、それぞれポンプレーザビームのパワー、ポンプレーザビームとプローブレーザビームとの間のオフセット、反射プローブ信号が測定される測定時間である。数ｍ，ｎ，ｋは整数である。
【００３９】
さらに他の態様において、本発明は、半導体基板の活性キャリアプロファイルおよび第２のパラメータプロファイル、例えば、欠陥／再結合プロファイル、を決定するための装置に関し、該装置は、ｍを整数値として、過剰キャリアを生成するための手段、および前記過剰キャリアによって少なくとも部分的に反射するレーザビームを半導体基板に衝突させて、反射信号を生成するためのプローブレーザを含む照射装置と、反射信号が由来する深さを変化させるための手段と、反射信号を測定するための手段と、各反射信号が２つの独立した信号を含むような２ｍ個の測定した反射信号を格納するための格納手段と、２ｍ個の測定した反射信号を、各プロファイルポイントが活性キャリア濃度およびその対応した深さを含むような２ｍ個のプロファイルポイントと相関させるための手段とを備える。
【００４０】
反射信号が由来する深さを変化させるための手段は、生成レーザのパワー、各反射信号を測定する時間、及び／又は過剰キャリアを生成するための手段とプローブレーザとの間の距離（オフセット）を含んでもよい。測定信号が由来する深さを変化させることによって、活性キャリアプロファイルおよび他のパラメータプロファイルが走査可能である。
【００４１】
さらに他の態様において、本発明は、活性キャリアプロファイルおよび材料の屈折率に影響を及ぼす複数の他の材料パラメータプロファイルを、例えば、温度変化および過剰キャリアプロファイルを通じて決定するための装置に関し、該装置は、過剰キャリアを生成するための手段、および前記過剰キャリアによって少なくとも部分的に反射するレーザビームを半導体基板に衝突させて、反射信号を生成するためのプローブレーザを含む照射装置と、反射信号が由来する深さを変化させるための手段と、反射信号を測定するための手段と、各反射信号が２つの独立した信号を含むような［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定した反射信号を格納するための格納手段と、［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定した反射信号を、各プロファイルポイントが、レベル値、例えば、濃度、速度、温度など、およびその対応した深さを含むような［ｎ，ｋ］，ｍ個のプロファイルポイントと相関させるための手段とを備える。
【００４２】
反射信号が由来する深さを変化させるための手段は、生成レーザのパワー、各反射信号を測定する時間、及び／又は過剰キャリアを生成するための手段とプローブレーザとの間の距離（オフセット）を含んでもよい。測定信号が由来する深さを変化させることによって、活性キャリアプロファイルおよび他のパラメータプロファイルが走査可能である。
【００４３】
他の態様において、本発明はまた、コンピュータ装置で実行した場合、本発明に係る取り出し方法を実行するためのコンピュータプログラム製品に関する。
【００４４】
本発明はまた、コンピュータ装置で実行した場合、本発明に係る方法を実行するためのコンピュータプログラム製品を格納する機械読み取り可能なデータ格納装置に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明は、特定の実施形態に関して一定の図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載した図面は、概略的かつ非限定的なものである。図面において、幾つかの要素のサイズは、説明目的のために誇張したり、縮尺どおり描写していないことがある。寸法および相対寸法は、本発明の実際の具体化に対応していない。
【００４６】
請求項で使用した用語「備える、含む(comprising)」は、それ以降に列挙された手段に限定されるものと解釈すきべきでなく、他の要素またはステップを除外していないことに留意すべきである。参照したように、記述した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するものと解釈され、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、あるいはこれらのグループの存在や追加を排除するものでない。そして「手段Ａ，Ｂを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ，Ｂだけからなる素子に限定すべきでない。本発明に関して、デバイスの関連した構成要素だけがＡ，Ｂであることを意味する。
【００４７】
本発明について、本発明の幾つかの実施形態の詳細な説明によって説明する。明らかに、本発明に係る他の実施形態は、本発明の真の精神または技術的教示から逸脱することなく当業者の知識に従って構成することができ、本発明は添付請求項の用語によってのみ限定される。
【００４８】
本発明の第１態様において、測定データを、調査対象である半導体基板の活性キャリアプロファイルと相関させる方法を開示している。
【００４９】
高い周波数（＞＞１ｋＨｚ）で変調されたポンプレーザビームが半導体サンプルに集光すると、熱的な過剰キャリアプラズマ波が生成される。上述したように、サーマプローブ(Therma Probe)技術では、７９０ｎｍ「ポンプ」レーザビームが、１ＭＨｚで変調された周期的な加熱を生成する。６７０ｎｍ「プローブ」レーザビームが、サンプル表面でポンプレーザと同じスポットに共軸で集光され、試料の反射率の周期的変化を測定する。
【００５０】
半導体では、変調した反射率信号が、プローブビーム上で熱的かつ電子−正孔プラズマ密度に関連した効果から生ずる。これは、材料の光学パラメータが材料の表面近傍の温度および電子−正孔プラズマ密度に依存するためである。従って、ポンプレーザ（６）が試料表面近傍の温度および電子−正孔プラズマ密度を変調すると、プローブビームの反射率が相応の変調を受ける。それが、報告された「ＴＷ信号」値を与えるプローブ反射率信号での時間変動成分である。
【００５１】
反射したプローブレーザビーム（Ｅｒ）の電界は、元のポンプレーザ光学信号（３）に対する変調反射率の振幅（Ａ）（従来のＴＷ信号）およびその位相角（Φ）によって完全に特徴付けられる。振幅および位相角に基づいて、下記式によって定義されるように、同相成分（Ｉ）と直角位相成分（Ｑ）を定義することができる。
【００５２】
【数１】
2009512180.tif 000003
【００５３】
従って、基本的に２つの独立したパラメータ、ＡとΦ、あるいはＩとＱを測定できる。各測定ポイントについてこうした２つの独立したパラメータを有することは、反射信号の深さ依存性の基礎となる活性キャリア深さプロファイルのユニークな畳み込み演算(convolution)の要件である。
【００５４】
基礎となる活性ドーパント深さプロファイルが、箱形状（ＣＶＤ成長のように）、即ち、そのキャリア濃度レベル（Ｃ）およびその接合（界面）深さ（Ｚ）によってユニークに特徴付けられる場合、図３に示すように、下記のステップが、測定ツールの所定の設定についての単一ＴＰ測定（Ｑ，Ｉ）から、何れか未知の箱型プロファイルについてのこれら２つの変数（Ｃ，Ｚ）のユニークな取り出しを導くことになる。
【００５５】
（ｉ）箱型プロファイルを備えた未知の基板について、実験的な反射信号Ｉｅｘｐ＋ｉＱｅｘｐを測定する。
【００５６】
（ｉｉ）未知の変数（Ｃ，Ｚ）について、キャリア濃度および接合深さの初期値（Ｃｏ，Ｚｏ）を選択する。
【００５７】
（ｉｉｉ）デバイスシミュレータを使用し、先行技術で知られているような、特にポアソン方程式、流れ方程式および温度拡散方程式の解および、必要な発生、吸収および再結合を包含する適切な物理モデルに基づいて、ドープ構造内部における光誘起された深さ変動の過剰キャリア（Ｎ（ｚ））および温度プロファイル（Ｔ（ｚ））を計算する。
【００５８】
（ｉｖ）上記計算した過剰キャリア（Ｎ（ｚ））および温度（Ｔ（ｚ））の深さプロファイルの存在に起因した、特に、ドルーデ(Drude)モデルの適用に基づいて、（複素）屈折率プロファイル（非線形関数Ｆを備えた、ｎ（ｚ）＝Ｆ（Ｎ（ｚ），Ｔ（ｚ））を決定する。
【００５９】
（ｖ）ｎ（ｚ）の形状に基づいて多層反射理論から、対応した（予想される）ＴＰ信号Ｉｏ＋ｉＱｏを計算する。
【００６０】
（ｖｉ）初期にシミュレートした信号Ｉｏ＋ｉＱｏを、実験的に記録した信号Ｉｅｘｐ＋ｉＱｅｘｐと比較して、幾つかの適切な数学的手段によって２次元空間での両者間の誤差（差分）を決定し、２つの独立した変数Ｃｏ，Ｚｏを採用して、未知のキャリア濃度Ｃおよび接合深さＺに関する初期の推測を改善する。これは、商業的に入手可能である専門の数学的非線形問題解法によって実行できる。
【００６１】
（ｖｉｉ）上記ステップ（ｉｉｉ）へ移行して、ユニークな解（Ｃ，Ｚ）が見つかるまで、この反復した非線形処理を続行する。一連の中間解（Ｃｉ，Ｚｉ）（収束に達するまで）は、２次元平面Ｉ＋ｉＱまたは（Ｃ，Ｚ）（図４を参照）での非線形カーブによって表される。箱型プロファイルについて２つだけ未知の変数が存在するとすると、その２つの独立した信号Ｑ，Ｉを用いた単一のＴＰ測定は、必要な特性（キャリア濃度と接合深さ）を取り出すのに充分である。
【００６２】
基礎となる活性ドーパント深さプロファイルが、より一般的な形状（例えば、ガウシアン(Gaussian)）を有する場合、より一般的な手法が必要になる。後者の場合、サンプル（４）によって反射したプローブレーザ信号のパラメータ、振幅（Ａ）および位相角（Φ）（そして、パワー）での変動が、第３の特定のツールパラメータの関数としてプロットすることができる。第３の特定のツールパラメータは、印加されたポンプレーザ（３）パワー（Ｐｇｅｎ）（パワーカーブ）、両方のレーザビーム（３，６）間のオフセット（ｄ）（オフセットカーブ）、または反射信号（４）が監視される時間（ｔｍｅａｓ）（投入(charge)カーブ）であり、これらのパラメータは、界面信号が由来する深さを変化させる。
【００６３】
従って、これらのツールパラメータを変化させることによって、活性キャリアプロファイルは所定の深さ範囲に渡って走査可能になる。その結果、図５ａに示すように、ｍ個のデータポイント｛Ｑ，Ｉ｝のセットが、これらのパラメータの各々の値について得られる。こうして本取り出し方法は、ｍ個の測定ポイントＪについて２ｍ個の測定値の生成を含む。ｍ個の測定ポイントＪの各々において、即ち、測定したそれぞれの深さにおいて、この測定時に得られた２つの独立した値Ｑｊ，Ｉｊは、２つの未知の活性キャリアプロファイルパラメータＺｊ（位置ｊでの深さ）および、その測定深さに対応したＣｊ（＝位置ｊでのキャリア濃度）との相関がとられる。こうして本取り出し方法は、２ｍ個の独立した測定値｛Ｑｊ，Ｉｊ）（ｊは０→ｍ）のセットを、２ｍ個の独立したキャリアプロファイル値｛Ｃｊ，Ｚｊ）（ｊは０→ｍ）のセットと相関させることを含む。
【００６４】
２ｍ個の未知の値｛Ｃｊ，Ｚｊ）（ｊは０→ｍ）は、下記の反復解法に従って、２ｍ個の測定値｛Ｑｊ，Ｉｊ）（ｊは０→ｍ）からユニークに取り出すことができる。
【００６５】
（ｉ）一般的なプロファイルを備えた未知の基板について、選択したツールパラメータを変化させることによって、２ｍ個の実験的な反射信号Ｉｊ＋ｉＱｊ（ｊは０→ｍ）を測定する。
【００６６】
（ｉｉ）２ｍ個の未知の変数（Ｃｊ，Ｚｊ）の各々について、キャリア濃度および接合深さの初期値（Ｃｊｏ，Ｚｊｏ）を選択する。
【００６７】
（ｉｉｉ）デバイスシミュレータを使用し、特にポアソン方程式、流れ方程式および温度拡散方程式の解および、必要な発生、吸収および再結合モデルを包含する適切な物理モデルに基づいて、ドープ構造内部における光誘起された深さ変動の過剰キャリア（Ｎ（ｚ））および温度プロファイル（Ｔ（ｚ））を計算する。
【００６８】
（ｉｖ）上記計算した過剰キャリア（Ｎ（ｚ））および温度（Ｔ（ｚ））の深さプロファイルの存在に起因した、特に、ドルーデ(Drude)モデルの適用に基づいて、（複素）屈折率プロファイル（非線形関数Ｆを備えた、ｎ（ｚ）＝Ｆ（Ｎ（ｚ），Ｔ（ｚ））を決定する。
【００６９】
（ｖ）ｎ（ｚ）の形状および第３の特定のツールパラメータ（ポンプレーザパワー、ビームオフセット、時間）の値に基づいて多層反射理論から、２ｍ個の対応した（予想される）ＴＰ信号Ｉｊｏ＋ｉＱｊｏを計算する（ｊは０→ｍ）。
【００７０】
（ｖｉ）初期にシミュレートした２ｍ個の信号Ｉｊｏ＋ｉＱｊｏを、実験的に記録した信号Ｉｊ＋ｉＱｊと比較して、幾つかの適切な数学的手段によって２ｍ次元空間での両者間の誤差（差分）を決定し、２ｍ個の独立した変数Ｃｊｏ，Ｚｊｏ（ｊは０→ｍ）を採用して、未知のキャリア濃度Ｃｊおよび接合深さＺｊの値に関する初期の推測を改善する。これは、商業的に入手可能である専門の数学的非線形問題解法によって実行できる。
【００７１】
（ｖｉｉ）上記ステップ（ｉｉｉ）へ移行して、全ての未知のキャリア深さプロファイルを定義するユニークな解（Ｃｊ，Ｚｊ）が見つかるまで、この反復した非線形処理を続行する。一連の中間解（Ｃｊｉ，Ｚｊｉ）（収束に達するまで）は、２ｍ次元平面での非線形カーブによって表される。ｍ個の異なる深さ場所で決定される一般的なプロファイルについて２ｍ個だけ未知の変数が存在するとすると、第３のツールパラメータの関数として、それぞれ２つの独立した信号を用いたｍ個の異なるＴＰ測定は、必要な特性（ｍ個の異なる深さの各々に関するキャリア濃度と接合位置）を取り出すのに充分である。
【００７２】
上述の取り出し手順では、反射信号を活性キャリアプロファイルの特性と相関させるために数値的な方法を使用したが、こうした相関関係を確立するために分析公式が適用可能である。フェビアンドルツ(Fabian Dortu)等は、文献「"Progress in the physical modeling of carrier illumination", Proceedings Eight international workshop on fabrication, characterization and modeling of ultra-shallow doping profiles in semiconductors, June 5-8, 2005, Daytona Beach, Florida, USA」（これは参照により全てがここに組み込まれる）において、反射信号を活性キャリアプロファイルの特性と相関させるモデルを展開する方法を議論している。
【００７３】
１つの濃度Ｃおよび固定した接合（界面）深さによって特徴付けられる箱形状プロファイルに関して、反射信号を、過剰キャリア（Ｎ（ｚ））および温度（Ｔ（ｚ））のプロファイルの形状と関係付ける分析的表現が導出された。過剰キャリアのみを考慮すると、この分析的表現は下記の式によって与えられる。
【００７４】
【数２】
2009512180.tif 000004
【００７５】
ここで、θＮ，θＰはｎ型およびｐ型キャリアについて表面関与分と関係した位相角であり、δＮ，δＰはｎ型およびｐ型キャリアについて界面関与分と関係した位相角であり、ΨＮ，ΨＰはｎ型およびｐ型キャリアについて基板関与分と関係した位相角であり、Ｚは（固定の）接合（界面）深さであり、Ｃはキャリア濃度レベル（のみ）であり、Ｎｓｕｂ，Ｐｓｕｂはｎ型およびｐ型基板過剰キャリア濃度の係数であり、Ｎｓｕｒｆ，Ｐｓｕｒｆはｎ型およびｐ型表面過剰キャリア濃度の係数であり、Ｎｉｎｔ，Ｐｉｎｔはｎ型およびｐ型界面過剰キャリア濃度の係数であり、Ａは反射プローブ信号（４）の振幅であり、κは真空中でのプローブ波長ベクトルであり、γは屈折率ｎの温度依存性であり、ｎは調査対象の半導体基板（１）の屈折率であり、Ｂは、例えば、ドルーデ(Drude)理論を用いて、屈折率変化と過剰キャリア濃度とが関係する比例係数である。
【００７６】
式（２）は、サーマプローブ測定ポイントＩ＋ｉＱと、そのキャリア濃度および界面深さ（Ｃ，Ｚ）によって識別される対応した箱型プロファイルとの間の非線形の関係を表している。これらの式において、反射信号のＤＣ成分、即ち、空気−半導体界面でのプローブ信号の反射が既に除去されており、ＡＣ成分のみを示している。
【００７７】
温度プロファイルＴ（ｚ）に関して、式（２）と同様な式が記述できる。
【００７８】
【数３】
2009512180.tif 000005
【００７９】
ここで、θＴは温度の表面関与分と関係した位相角であり、δＴは温度の界面関与分と関係した位相角であり、ΨＴは温度の基板関与分と関係した位相角であり、Ｚは（固定の）接合（界面）深さであり、Ｃはキャリア濃度レベル（のみ）であり、Ｔｓｕｂは基板温度の係数であり、Ｔｓｕｒｆは表面温度の係数であり、Ｔｉｎｔは界面温度の係数であり、Ａは反射プローブ信号（４）の振幅であり、κは真空中でのプローブ波長ベクトルであり、γは屈折率ｎの温度依存性であり、ｎは調査対象の半導体基板（１）の屈折率であり、Ｂは屈折率変化と温度変化とが関係する比例係数である。
【００８０】
式（３）は、サーマプローブ測定ポイントＩ＋ｉＱと、そのキャリア濃度レベルＣおよび界面深さＺによって識別される対応した温度プロファイルとの間の非線形の関係を表している。これらの式において、反射信号のＤＣ成分、即ち、空気−半導体界面でのプローブ信号の反射が既に除去されており、ＡＣ成分のみを示している。
【００８１】
一般に、３次元空間での測定カーブが得られる。この空間は、さらに後述するようにパワーカーブを用いた場合、例えば、Ｑ，Ｉ，Ｐｇｅｎ（またはＡ，Φ，Ｐｇｅｎ）によって定義できる。このツールパラメータＰｇｅｎの変動は、「接合」深さ、即ち、反射プローブ信号の主たる変動が半導体サンプルの表面近傍の位置から由来する主反射の深さを変化させることを可能にする。Ｚは、高いポンプレーザパワーでゼロで、最大深さ（低いポンプレーザパワー）までである。
【００８２】
活性キャリアプロファイルが走査可能である最大測定可能深さおよび深さ範囲は、ツールの測定感度に依存する。典型的には、この最大深さは、低いポンプレーザパワーで約１０１７〜１０１８／ｃｍ３になる。単一の箱型プロファイル（ＣＶＤ）では、理想的な場合、接合深さｚｊが、ドーパントプロファイルの大きな急峻さに起因して、バックグランド過剰キャリアレベルに依存しないため、（Ｑ，Ｉ，Ｐｇｅｎ）空間では、コントラストの一様な増加により準線形のカーブが得られるようになる。
【００８３】
活性キャリアプロファイルは、上述した反復手順または箱型プロファイルの式（２）を用いて、２つの測定値の各セットを、活性キャリアプロファイルの各セットと順次相関（２ｍ次元空間における１回反復の代わりに、２次元空間におけるｍ回の反復）させることによって、半導体基板の表面からバルクに向けてポイントごとに再構築可能である。
【００８４】
代替として、活性キャリアプロファイルの最も深い測定可能ポイントに対応したＰｇｅｎについて最も低いパワーレベルから着手できる。活性キャリアプロファイルは、上述した手順または箱型プロファイルの式（２）を用いて、２つの測定値の各々を、活性キャリアプロファイルの各々と相関させることによって、半導体基板のバルクから表面に向けてポイントごとに再構築可能である。
【００８５】
代替として、全ての未知の２ｍ個の変数、即ち、キャリアレベルＣｊおよびこれらの対応した深さＺｊは、ｍ個の異なる位置で、既知の数値分析技術、例えば、マトリクス計算を用いて、２ｍ個の利用可能な測定値、即ち、Ｑ（Ｐｇｅｎ，ｊ）とＩ（Ｐｇｅｎ，ｊ）（ｊ＝１，…，ｍ）に基づいて同時に相関させることができ、同時に、大きい数（ｋ＝５０〜１００）の複素非線形方程式の反転(inversion)を可能にする。
【００８６】
一方、前回の再構築方法において、３次元空間Ｑ，Ｉ，Ｐｇｅｎで得られた測定カーブの較正は行わず、好ましくは、第１の測定ポイントが較正される。ツールパラメータの変動、例えば、ポンプレーザビーム（６）の直径、実際のパワーレベル等は、同じ半導体基板（１）で測定が繰り返された場合でも測定結果のオフセットを生じさせる。
【００８７】
ホウ素(Boron)ドープの単一箱型プロファイルでの接合深さの変動が、Ｑ信号−ＳＩＭＳ深さに関するコサイン相関カーブを生成することは知られている。しかしながら、この相関カーブの位置は、表面成分に影響を与えるため、濃度レベルに依存する。従って、ｍ個のデータポイントのうち第１のデータポイントは、好ましくは、既知の活性キャリアプロファイルを有する基板について得られるＱ信号、Ｉ信号を用いて較正される。
【００８８】
クラリッセ(T. Clarysse)等は、文献「"Towards non-destructive carrier depth profiling", Proceedings Eight international workshop on fabrication, characterization and modeling of ultra-shallow doping profiles in semiconductors, June 5-8, 2005, Daytona Beach, Florida, USA, p. 38」（これは参照により全てがここに組み込まれる）において、２セットの相関カーブを用いて、１つの所定の測定ポイント、即ち、所定のツール設定での一対のＱ−Ｉ値について、対応した濃度Ｎおよび接合深さＺを決定する方法を議論している。この方法は、第１の測定ポイントを較正するために使用できる。
【００８９】
代替として、調査対象の半導体基板とともに、既知の活性キャリアプロファイルを有する較正サンプルのセットを測定する。この較正サンプルセットは、少なくとも１つの較正サンプルを含む。典型的には、これらの較正サンプルは、箱形状のプロファイルを有し、それぞれ異なるピーク濃度および接合深さを備える。調査対象の基板およびツールパラメータの第１の値のための較正サンプルの両方について非線形方程式を同時に解くことによって、未知のツール変動が除去でき、活性キャリアプロファイルの第１のポイントが得られる。
【００９０】
前方のこの較正したポイントから、活性キャリアプロファイルは、測定値を、前段で議論したようなｔ個の活性キャリアプロファイルと相関させることによって、再構築することができる。
【００９１】
本発明の第２態様において、ｍを整数値として、各測定ポイントｊ（ｊは０→ｍ）において、２ｍ個の独立したデータ値（Ｑｊ，Ｉｊ）を得る種々の方法を開示している。ツールパラメータの設定を変化させることによって、界面信号が由来する深さが変化して、活性キャリアプロファイルが走査可能になる。
【００９２】
本発明の第１態様において、ポンプレーザ（６）のパワーが変化し、一方、プローブレーザ（３）とポンプレーザ（６）との間のオフセット、およびｍ個の各測定を行う時間が一定に維持されている。最新のＴＰシステムは、ポンプレーザパワーの増減が可能なように変更されている。ポンプレーザの変化を両方向で可能にすることによって、図７に示すように、充分に大きなダイナミックレンジが得られる。
【００９３】
ここで、ツールパラメータＰｇｅｎの各設定について、対応する過剰キャリアプロファイル（７）が生成され、これはドーピングプロファイル（５）と交差する。また、図７では、この交点Ｅｉｎｔｅｒｆａｃｅでのプローブ信号の反射および表面Ｅｓｕｒｆａｃｅまたはその近傍での反射も示している。このツールパラメータ変化は、Ｑ（Ｐｇｅｎ，ｊ），Ｉ（Ｐｇｅｎ，ｊ）で表される３次元測定カーブをもたらす。但し、Ｐｇｅｎは、図５ａに示すようなポンプレーザパワーである。
【００９４】
本発明の第２実施形態において、プローブレーザ（３）とポンプレーザ（６）との間の間隔が、図８に示すように変化する。プローブ信号（３）のパワーおよびｍ個の各測定を行う時間は、一定に維持される。プローブレーザ（３）とポンプレーザ（６）との間のオフセット（ｄ）を変化させることによって、３次元空間Ｑ，Ｉ，ｄでの測定カーブが得られる。大きなオフセットｄは、過剰キャリアにはほとんど対応しておらず、信号はほとんど無いか皆無である。
【００９５】
オフセットが小さいまたはゼロであること、即ち、両方のレーザビーム（３，６）が半導体基板（１）でほぼ同じスポットに衝突することは、最大数の過剰キャリアに対応しており、従って高い信号となる。固定したポンプレーザパワーが充分に高い場合、ビームオフセットｄを増加させることによって、内部の過剰キャリアレベルおよび界面成分の原点を変化させることができる。最新のＴＰシステムは、ビームオフセットを、ある範囲、典型的には、数マイクロメータより大きく、数ミリメータまでの範囲に渡って変化させることが可能なように変更されている。
【００９６】
図９は、基板内への深さｚおよびポンプレーザ（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセット（ｄ）の関数として、過剰キャリア濃度の等高線プロットを表す。これらの等高線は、図６と図８で示した方法を用いて得られる。考慮したドーパントプロファイルは、ガウシアン形状であった。
【００９７】
各オフセット（ｄ）に関して、各等高線の対応する値は、水平点線および垂直点線で示すように、深さｚで生成され、プローブレーザ（３）の選択した位置ｄでの基板の反射特性に影響を及ぼす過剰キャリア数を示している。大きなオフセット値ｄでは、基板内の深部から由来する過剰キャリアの関与分は、プローブ信号（３）の反射率を支配することになる。より低いドーパント濃度に起因して、こうした過剰キャリアの寿命は、これらの過剰キャリアの拡散がより大きな距離に渡って可能になるほど充分に長くなる。
【００９８】
図１０は、基板（１）内の所定深さｚから由来する過剰キャリア濃度を、オフセット（ｄ）の関数として表している。これらのカーブは、図６と図８で示した方法を用いて得られる。これらのカーブは、深さｚの４つの値、即ち、ｚ＝０ミクロン（ポンプレーザ（３）の衝突ポイントで生成された過剰キャリアに対応）、ｚ＝０．５ミクロン、ｚ＝１．０ミクロン、ｚ＝１．５ミクロンについてプロットしている。過剰キャリア濃度は、ｚ＝０での値に対して正規化している。考慮したドーパントプロファイルは、ガウシアン形状であった。
【００９９】
短い寿命を有する過剰キャリア、即ち、基板の表面により接近した、より高くドープされた基板部分から由来するものは、ポンプレーザ（３）に接近したエリアでの反射率について関連性があるに過ぎない。
【０１００】
図１１は、基板（１）内の所定深さｚから由来する過剰キャリア濃度を、オフセット（ｄ）の関数として表している。これらのカーブは、図６と図８で示した方法を用いて得られる。これらのカーブは、深さｚの４つの値、即ち、ｚ＝０ミクロン（ポンプレーザ（３）の衝突ポイントで生成された過剰キャリアに対応）、ｚ＝０．５ミクロン、ｚ＝１．０ミクロン、ｚ＝１．５ミクロンについてプロットしている。過剰キャリア濃度は、ｚ＝０での値に対して正規化している。考慮したドーパントプロファイルは箱形状であり、これは接合深さＺｊになるまではドーパント濃度が値Ｃｊでほぼ一定であることを意味する。
【０１０１】
従って、この箱型プロファイルでの異なる深さから由来する過剰キャリアは、ほぼ同じ寿命および、ほぼ同じ横方向距離についての拡散を有することになる。これは、図１１において、ｚ＝０，０．５，１．０μｍに対応したカーブが数ミクロンのオフセット（ｄ）に渡ってほぼ一致している点で判る。
【０１０２】
本発明の第３実施形態において、反射プローブ信号（４）が観測される期間ｔｍｅａｓは変化し、一方、プローブ信号（３）のパワーおよびプローブレーザ（３）とポンプレーザ（６）との間のオフセット（ｄ）が一定に維持されている。測定信号Ｑ，Ｉは時間依存であり、即ち、測定信号Ｑ，Ｉの間の強い非線形の増加が測定時間ｔｍｅａｓの関数として観測される。これは、おそらく半導体基板から、この半導体基板（１）の表面を覆う誘電体層、例えば、シリコン酸化物層へのキャリア注入に起因している。典型的には、測定信号Ｑ，Ｉの飽和レベルが約１０００秒後に到達するが、回復時間は数週間となることがある。独立した信号Ｑ，Ｉ−時間のプロットは、３次元空間Ｑ，Ｉ，ｔｍｅａｓでの測定カーブを提供する。
【０１０３】
上記３つの実施形態では、１つのツールパラメータだけを変化させてｍ個の測定を行っているが、当業者は、ツールパラメータ設定の組合せを用いて２ｍ個の測定値を生成できることを理解するであろう。例えば、プローブレーザ（３）のパワーを変化させて、これにより測定時間ｔｍｅａｓおよびオフセットｄを一定に維持して、ｍ個の測定の幾つかを実施できるとともに、その後、例えば、オフセットｄを変化させて、これにより測定時間ｔｍｅａｓおよびプローブレーザパワーを一定に維持して、ｍ個の測定の他の幾つかを実施できる。必要に応じて、２つ又はそれ以上のツールパラメータの設定を１つの測定から他の測定へ変化させて、ｍ個の測定ポイントを生成することが可能である。
【０１０４】
本発明の第３態様において、少なくとも２つの独立したプロファイル、即ち、活性キャリアプロファイルおよび第２のパラメータプロファイル、例えば、欠陥／再結合レートプロファイルが取り出される。本発明の前回の態様に開示された方法は、充分な数の測定ポイントを生成して、これらの測定ポイントを、取り出すプロファイルと相関させるために適用可能である。
【０１０５】
何れかの形状の両方のプロファイル、例えば、ガウシアン形状のプロファイルでは、サンプルで反射したプローブレーザ信号（４）のパワーパラメータ振幅（Ａ）および位相角（Φ）は、反射信号（４）が由来する深さを変化させるための２つのツールパラメータの関数としてプロットできる。例えば、印加されるポンプレーザ（３）パワー（Ｐｇｅｎ）および両レーザビーム（３，６）間のオフセット（ｄ）を変化させることができる。ポンプレーザ（３）のパワーを変化させることによって、パワーカーブが得られ、一方、ポンプレーザパワーのｍ個の値の各々についてオフセット（ｄ）を変化させることによって、少なくとも２つのオフセットカーブのセットが得られる。従って、これら２つのツールパラメータを独立に変化させることによって、活性キャリアプロファイルおよび第２のパラメータプロファイルの両方が、所定の深さ範囲に渡って同時に走査可能である。
【０１０６】
その結果、２つの測定値｛Ｑ，Ｉ｝のセットが、これらのパラメータＰｇｅｎ，ｄの各組合せについて得られる。こうして本取り出し方法は、ｍ個の測定ポイントＰ（パワーカーブ）およびｍ個の測定ポイントＪ（オフセットカーブ）について４ｍ個の測定値の生成を含む。
【０１０７】
２ｍ個の測定ポイントｄ，Ｐの各々において、即ち、測定した深さの各々において、これらの測定時に得られた４つの独立した値Ｑ（Ｐ）ｊ，Ｉ（Ｐ）ｊ，Ｑ（ｄ）ｊ，Ｉ（ｄ）ｊは、４つの未知のパラメータ、即ち、活性キャリアプロファイルＺｊ（位置ｊでの深さ）およびＣｊ（＝位置ｊでのキャリア濃度）ならびに、その測定深さに対応した第２のパラメータ（例えば、欠陥密度／再結合レート）プロファイルＷｊ（位置ｊでの深さ）およびＤｊ（＝位置ｊでの第２パラメータ濃度）との相関がとられる。こうして本取り出し方法は、４ｍ個の独立した測定値のセット｛Ｑ（Ｐ）ｊ，Ｉ（Ｐ）ｊ，Ｑ（ｄ）ｊ，Ｉ（ｄ）ｊ｝（ｊは０→ｍ）と、４ｍ個の独立したキャリアプロファイルのセット｛Ｃｊ，Ｚｊ，Ｄｊ，Ｗｊ｝（ｊは０→ｍ）との相関がとられる。
【０１０８】
４ｍ個の未知の値｛Ｃｊ，Ｚｊ，Ｄｊ，Ｗｊ｝（ｊは０→ｍ）は、下記の反復解法に従って、４ｍ個の測定値｛Ｑ（Ｐ）ｊ，Ｉ（Ｐ）ｊ，Ｑ（ｄ）ｊ，Ｉ（ｄ）ｊ｝（ｊは０→ｍ）からユニークに取り出すことができる。
【０１０９】
（ｉ）一般的なプロファイルを備えた未知の基板について、２つの独立かつ選択したツールパラメータ、例えば、ポンプレーザパワー（Ｐ）およびビームオフセット（ｄ）を変化させることによって、４ｍ個の実験的な反射信号Ｉ（Ｐ）ｊ＋ｉＱ（Ｐ）ｊ，Ｉ（ｄ）ｊ＋ｉＱ（ｄ）ｊ（ｊは０→ｍ）を測定する。
【０１１０】
（ｉｉ）４ｍ個の未知の変数（Ｃｊ，Ｚｊ，Ｄｊ，Ｗｊ）の各々について、キャリア濃度および対応した接合深さ、ならびに第２パラメータ濃度および対応した接合深さの初期値（Ｃｊｏ，Ｚｊｏ，Ｄｊｏ，Ｗｊｏ）を選択する。
【０１１１】
（ｉｉｉ）デバイスシミュレータを使用し、特にポアソン方程式、流れ方程式および温度拡散方程式の解および、必要な発生、吸収および再結合モデルを包含する適切な物理モデルに基づいて、ドープ構造内部における光誘起された深さ変動の過剰キャリア（Ｎ（ｚ））および温度プロファイル（Ｔ（ｚ））を計算する。
【０１１２】
（ｉｖ）上記計算した過剰キャリア（Ｎ（ｚ））および温度（Ｔ（ｚ））の深さプロファイルの存在に起因した、特に、ドルーデ(Drude)モデルの適用に基づいて、（複素）屈折率プロファイル（非線形関数Ｆを備えた、ｎ（ｚ）＝Ｆ（Ｎ（ｚ），Ｔ（ｚ））を決定する。
【０１１３】
（ｖ）ｎ（ｚ）の形状および２つの選択したツールパラメータ（ポンプレーザパワー、ビームオフセット、時間）の値に基づいて多層反射理論から、４ｍ個の対応した（予想される）ＴＰ信号Ｉ（Ｐ）ｊｏ＋ｉＱ（Ｐ）ｊｏ，Ｉ（ｄ）ｊｏ＋ｉＱ（ｄ）ｊｏを計算する（ｊは０→ｍ）。
【０１１４】
（ｖｉ）初期にシミュレートした４ｍ個の信号Ｉ（Ｐ）ｊｏ＋ｉＱ（Ｐ）ｊｏ，Ｉ（ｄ）ｊｏ＋ｉＱ（ｄ）ｊｏを、実験的に記録した４ｍ個の信号Ｉ（Ｐ）ｊ＋ｉＱ（Ｐ）ｊ，Ｉ（ｄ）ｊ＋ｉＱ（ｄ）ｊと比較して、適切な数学的手段によって４ｍ次元空間での両者間の誤差（差分）を決定し、４ｍ個の独立した変数Ｃｊｏ，Ｚｊｏ，Ｄｊｏ，Ｗｊｏ（ｊは０→ｍ）を採用して、未知のキャリア濃度Ｃｊおよびその接合深さＺｊならびに未知の第２パラメータ濃度Ｄｊおよびおよびその接合深さＷｊの値に関する初期の推測を改善する。これは、商業的に入手可能である専門の数学的非線形問題解法によって実行できる。
【０１１５】
（ｖｉｉ）上記ステップ（ｉｉｉ）へ移行して、全ての未知のキャリア深さプロファイルおよび未知の第２パラメータ（例えば、欠陥密度／再結合レート）深さプロファイルを定義するユニークな解（Ｃｊ，Ｚｊ，Ｄｊ，Ｗｊ）が見つかるまで、この反復した非線形処理を続行する。一連の中間解（Ｃｊｉ，Ｚｊｉ，Ｄｊｉ，Ｗｊｉ）（収束に達するまで）は、４ｍ次元平面での非線形カーブによって表される。ｍ個の異なる深さ場所で決定される２つの一般的なプロファイルについて４ｍ個だけ未知の変数が存在するとすると、２つの独立したツールパラメータの関数として、それぞれ２つの独立した信号を用いたｍ個の異なるＴＰ測定は、必要な特性（ｍ個の異なる深さの各々に関するキャリア濃度、第２パラメータ濃度およびこれらの接合位置の両方）を取り出すのに充分である。
【０１１６】
図１２に示すように、２つの独立したツールパラメータとして、パワーカーブを生成するためのポンプパワー、およびオフセットカーブを生成するためのビームオフセットを選択できる。過剰キャリアの密度は、基板（１）への深さｚで変化するようになる。過剰キャリアの横方向拡散のこれらの密度に対する依存性、即ち、高密度ではより低い横方向拡散に起因して、オフセットカーブは、ポンプレーザビーム（６）とプローブレーザビーム（３）との間のオフセット（ｄ）の変更により、全体深さプロファイルを走査することができる。
【０１１７】
例えば、注入したドーパントプロファイルを極めて短時間だけアニールを行う場合に生成される局所化した欠陥密度深さプロファイルの存在は、ショックレー−リード−ホール（ＳＲＨ:Schockley-Read-Hall）再結合レートに主として影響を与える。従って、ポンプパワーを変化させることは、過剰キャリアレベルを、ＳＲＨ再結合が支配する低い値から、オージェ(Auger)再結合が支配する高い値までの走査を可能にする。オフセット（ｄ）を変化させて基板（１）を異なる接合深さで同時に探知することにより、基礎となる欠陥関連の情報Ｄ（ｚ）および過剰キャリアプロファイルＣ（ｚ）の同時畳み込み演算(convolution)が得られる。
【０１１８】
本発明のこの態様の第１実施形態では、ポンプレーザ（６）のパワーおよび、プローブレーザ（３）とポンプレーザ（６）との間のオフセットが変化し、一方、４ｍ個の各測定を行う時間は一定に維持されている。最新のＴＰシステムは、ポンプレーザパワーの増減およびオフセットの変化が可能なように変更されている。ポンプレーザの変化を両方向で可能にすることによって、図７に示すように、充分に大きなダイナミックレンジが得られる。
【０１１９】
ここで、ツールパラメータＰｇｅｎの各設定について、対応する過剰キャリアプロファイル（７）が生成され、これはドーピングプロファイル（５）と交差する。また、図７では、この交点Ｅｉｎｔｅｒｆａｃｅでのプローブ信号の反射および表面Ｅｓｕｒｆａｃｅまたはその近傍での反射も示している。このツールパラメータ変化は、Ｑ（Ｐｇｅｎ，ｊ，ｄ１），Ｉ（Ｐｇｅｎ，ｊ，ｄ１）で表される、オフセット（ｄ）の第１の値ｄ１での３次元測定カーブをもたらす。但し、Ｐｇｅｎは、図１３ａに示すようなポンプレーザパワーである。
【０１２０】
オフセット（ｄ）を変化させることによって、図１３ａに示すように、Ｑ（Ｐｇｅｎ，ｊ，ｄ２），Ｉ（Ｐｇｅｎ，ｊ，ｄ２）で表される他の３次元測定カーブが得られる。図１２のフローチャートで示した取り出し手順を同時に使用することによって、図１３ｂでそれぞれ左右に示すように、活性キャリアプロファイル（Ｃ，Ｚ）および第２パラメータプロファイル（Ｄ，Ｗ）が決定できる。
【０１２１】
図１４ａ〜図１４ｂに示すように、最初にパワープロファイルカーブ（図１４ａの左）を一定のオフセット（ｄ＝ｄｘ）で測定することによって、２ｍ個の測定ポイントが得られ、これによりｍ個の測定ポイントＱ（Ｐｇｅｎ，ｊ，ｄｘ），Ｉ（Ｐｇｅｎ，ｊ，ｄｘ）が得られる。続いて、オフセットプロファイルカーブが、一定のポンプレーザパワーＰ＝Ｐｘで測定される（図１４ａの右）。
【０１２２】
ポンプレーザパワーのレベルは、基板内に多数の過剰キャリアを生成するように選択可能であり、この場合、オージェ再結合だけが考慮される。低いレベルのポンプレーザパワーでは、少数の過剰キャリアが基板内に生成され、この場合、ショックレー−リード−ホール（ＳＲＨ）再結合機構が再結合プロセスを支配することになる。図１２のフローチャートで示した取り出し手順を同時に使用することによって、図１４ｂでそれぞれ左右に示すように、活性キャリアプロファイル（Ｃ，Ｚ）および第２パラメータプロファイル（Ｄ，Ｗ）が決定できる。
【０１２３】
本発明のこの態様の第２実施形態では、反射プローブ信号（４）が観測される期間ｔｍｅａｓおよびプローブ信号（３）のパワーが変化し、一方、プローブレーザ（３）とポンプレーザ（６）との間のオフセットが一定に維持されている。測定信号Ｑ，Ｉは時間依存であり、即ち、測定信号Ｑ，Ｉの間の強い非線形の増加が測定時間ｔｍｅａｓの関数として観測される。これは、おそらく半導体基板から、この半導体基板（１）の表面を覆う誘電体層、例えば、シリコン酸化物層へのキャリア注入に起因している。典型的には、測定信号Ｑ，Ｉの飽和レベルが約１０００秒後に到達するが、回復時間は数週間となることがある。独立した信号Ｑ，Ｉ−時間のプロットは、３次元空間Ｑ，Ｉ，ｔｍｅａｓでの測定カーブを提供する。例えば、ポンプレーザパワーのｍ個の各値で、少なくとも２つの反射率測定を異なる測定期間ｔｍｅａｓで行うことができる。
【０１２４】
本発明のこの態様の第３実施形態では、反射プローブ信号（４）が観測される期間ｔｍｅａｓおよびプローブレーザ（３）とポンプレーザ（６）との間のオフセットが変化し、一方、プローブ信号（３）のパワーが一定に維持されている。測定信号Ｑ，Ｉは時間依存であり、即ち、測定信号Ｑ，Ｉの間の強い非線形の増加が測定時間ｔｍｅａｓの関数として観測される。これは、おそらく半導体基板から、この半導体基板（１）の表面を覆う誘電体層、例えば、シリコン酸化物層へのキャリア注入に起因している。典型的には、測定信号Ｑ，Ｉの飽和レベルが約１０００秒後に到達するが、回復時間は数週間となることがある。独立した信号Ｑ，Ｉ−時間のプロットは、３次元空間Ｑ，Ｉ，ｔｍｅａｓでの測定カーブを提供する。例えば、オフセット（ｄ）のｍ個の各値で、少なくとも２つの反射率測定を異なる測定期間ｔｍｅａｓで行うことができる。
【０１２５】
本発明の第４態様において、複数の材料パラメータ、即ち、活性ドーパントプロファイル、温度、欠陥密度、電子の再結合速度、正孔の再結合速度、…、に関する［ｎ，ｋ］個までの独立したプロファイルが、同時に取り出される。各パラメータプロファイルが、ｍ個までのプロファイルポイントを有するようになる。本発明の前回の態様で開示された方法は、充分な数の測定ポイントを生成して、これらの測定ポイントを、取り出すプロファイルと相関させるために適用可能である。
【０１２６】
［ｎ，ｋ］個の測定カーブを生成可能であり、これにより各測定カーブは、ｍ個の測定ポイントを含み、各測定ポイントは、２つの独立した測定信号、例えば、ＴＰ信号の（Ｑ，Ｉ）成分を含む。これらの［ｎ，ｋ］，ｍ個の測定ポイントは、［ｎ，ｋ］個のパラメータプロファイルの［ｎ，ｋ］，ｍ個までのプロファイルポイントとの相関がとられ、ｍ個のプロファイルポイントの各々が濃度値Ｃおよびその対応した深さ値Ｚを含む。従って、本発明は、非破壊光学測定技術を用いて得られた［ｎ，ｋ］［ｍ，２］個の独立した測定値を、［ｎ，ｋ］［ｍ，２］個の独立したパラメータプロファイル値と相関させることが可能になる。
【０１２７】
数ｍ，ｎ，ｋは、深さ変化手段について設定された値に対応しており、それぞれポンプレーザビームのパワー、ポンプレーザビームとプローブレーザビームとの間のオフセット、反射プローブ信号が測定される測定時間である。数ｍ，ｎ，ｋは整数である。
【０１２８】
何れかの形状のパラメータプロファイル、例えば、ガウシアン形状のプロファイルでは、サンプルで反射したプローブレーザ信号（４）のパワーパラメータ振幅（Ａ）および位相角（Φ）は、反射信号（４）が由来する深さを変化させるためのツールパラメータの関数としてプロットできる。例えば、印加されるポンプレーザ（３）パワー（Ｐｇｅｎ）［ｍ］、両レーザビーム（３，６）間のオフセット（ｄ）［ｎ］および反射プローブ信号が測定される時間ｔｍｅａｓ［ｋ］を変化させることができる。ポンプレーザ（３）のパワー（Ｐ）を変化させることによって、ｍ個の測定ポイントを持つパワーカーブが得られ、ポンプレーザパワーのｍ個の値の各々についてオフセット（ｄ）を変化させることによって、ｎ個のオフセットカーブのセットが得られ、測定時間ｔｍｅａｓを変化させることによって、ｋ個の時間カーブのセットが得られる。従って、これら３つのツールパラメータを独立に変化させることによって、［ｎ，ｋ］個までの材料パラメータプロファイルが、所定の深さ範囲に渡って同時に走査可能である。
【０１２９】
その結果、２［ｍ，ｎ，ｋ］個の測定値｛Ｑ，Ｉ｝のセットが、これらのパラメータＰｇｅｎ，ｄ，ｔｍｅａｓの各組合せについて得られる。こうして本取り出し方法は、ｍ個の測定ポイントＰ（パワーカーブ）、ｍ個の測定ポイントＪ（オフセットカーブ）およびｋ個の測定ポイントＬ（時間カーブ）について２［ｍ，ｎ，ｋ］個までの測定値の生成を含む。
【０１３０】
［ｍ，ｎ，ｋ］個の測定ポイントＰ，ｄ，ｔｍｅａｓの各々において、即ち、測定した深さの各々において、これらの測定時に得られた独立した値Ｑ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒ，Ｉ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒは、各パラメータがレベル値Ｃｊ（位置ｊでのレベル）および深さ値Ｚｊを有するような［ｎ，ｋ］，ｍ個の未知のパラメータプロファイルポイントとの相関がとられる。こうして本取り出し方法は、［ｎ，ｋ］，ｍ，２個の独立した測定値のセット｛Ｑ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒ，Ｉ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒ｝（ｊは０→ｍ，ｒは０→ｎ，ｋ）と、［ｎ，ｋ］，ｍ，２個の独立したキャリアプロファイル値のセット｛Ｃｊ，Ｚｊ）ｒ（ｊは０→ｍ，ｒは０→ｎ，ｋ）との相関がとられる。
【０１３１】
［ｎ，ｋ］，ｍ，２個の未知の値｛Ｃｊ，Ｚｊ）ｒ（ｊは０→ｍ，ｒは０→ｎ，ｋ）は、図１５に示すように、下記の反復解法に従って、［ｎ，ｋ］，ｍ，２個の測定値｛Ｑ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒ，Ｉ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒ｝（ｊは０→ｍ，ｒは０→ｎ，ｋ）からユニークに取り出すことができる。
【０１３２】
（ｉ）一般的なプロファイルを備えた未知の基板について、３つの独立かつ選択したツールパラメータ、例えば、ポンプレーザパワー（Ｐ）、ビームオフセット（ｄ）および測定時間ｔｍｅａｓを変化させることによって、［ｎ，ｋ］，ｍ，２個の実験的な反射信号Ｑ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒ，Ｉ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｉｊｒ（ｊは０→ｍ，ｒは０→ｎ，ｋ）を測定する。
【０１３３】
（ｉｉ）［ｎ，ｋ］，ｍ，２個のパラメータ値変数｛（Ｃｊ，Ｚｊ）ｒ｝の各々についてのレベル値Ｃおよび対応した接合深さＺの初期値｛（Ｃｊｏ，Ｚｊｏ）ｒ｝を、［ｎ，ｋ］個のパラメータ各々について選択する。
【０１３４】
（ｉｉｉ）デバイスシミュレータを使用し、特にポアソン方程式、流れ方程式および温度拡散方程式の解および、必要な発生、吸収および再結合モデルを包含する適切な物理モデルに基づいて、ドープ構造内部における光誘起された深さ変動の過剰キャリア（Ｎ（ｚ））および温度プロファイル（Ｔ（ｚ））を計算する。
【０１３５】
（ｉｖ）上記計算した過剰キャリア（Ｎ（ｚ））および温度（Ｔ（ｚ））の深さプロファイルの存在に起因した、特に、ドルーデ(Drude)モデルの適用に基づいて、（複素）屈折率プロファイル（非線形関数Ｆを備えた、ｎ（ｚ）＝Ｆ（Ｎ（ｚ），Ｔ（ｚ））を決定する。
【０１３６】
（ｖ）ｎ（ｚ）の形状および３つの選択したツールパラメータ（ポンプレーザパワー、ビームオフセット、時間）の値に基づいて多層反射理論から、［ｎ，ｋ］，ｍ，２個の対応した（予想される）ＴＰ信号Ｑ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒ，Ｉ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒを計算する（ｊは０→ｍ，ｒは０→ｎ，ｋ）。
【０１３７】
（ｖｉ）初期にシミュレートした［ｎ，ｋ］，ｍ，２個の信号Ｑ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒ，Ｉ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒを、実験的に記録した［ｎ，ｋ］，ｍ，２個の信号Ｑ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒ，Ｉ（Ｐ，ｄ，ｔｍｅａｓ）ｊｒと比較して、適切な数学的手段によって［ｎ，ｋ］，ｍ，２−次元空間での両者間の誤差（差分）を決定し、［ｎ，ｋ］，ｍ，２個の独立した変数（｛Ｃｊｏ，Ｚｊｏ）ｒ｝（ｊは０→ｍ，ｒは０→ｎ，ｋ）を採用して、未知のレベル値Ｃｊおよびその接合深さＺｊに関する初期の推測を改善する。これは、商業的に入手可能である専門の数学的非線形問題解法によって実行できる。
【０１３８】
（ｖｉｉ）上記ステップ（ｉｉｉ）へ移行して、全ての未知のパラメータプロファイルを定義するユニークな解（Ｃｊ，Ｚｊ）ｒが見つかるまで、この反復した非線形処理を続行する。一連の中間解（Ｃｊｉ，Ｚｊｉ）（収束に達するまで）は、［ｎ，ｋ］，ｍ，２−次元平面での非線形カーブによって表される。ｍ個の異なる深さ場所で決定される［ｎ，ｋ］個の異なるプロファイルについて［ｎ，ｋ］，ｍ，２個だけ未知のパラメータ値が存在するとすると、３つの独立したツールパラメータの関数として、それぞれ２つの独立した信号を用いたｍ個の異なるＴＰ測定は、必要な特性（ｍ個の異なる深さの各々に関する［ｎ，ｋ］個の異なるプロファイルの濃度レベルおよび接合深さ）を取り出すのに充分である。
【０１３９】
本発明に係るデバイスとして、好ましい実施形態、特定の構造および構成、そして材料についてここで説明したが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、形態および詳細での種々の変化や変更が可能であると理解すべきである。
【０１４０】
例えば、上記説明で用いた基板は、シリコンであるが、何れか他の適切な半導体材料、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などのＩＩＩ−Ｖ族材料の組合せでもよい。
【０１４１】
バルク半導体ウエハを分析する代わりに、他の基板タイプ、例えば、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板やゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＧＯＩ）基板を本技術を用いて分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】従来のサーマプローブ(Therma Probe)技術の説明図である。
【図２】従来のサーマプローブ(Therma Probe)技術の説明図であり、図２（ａ）はポンプ信号（点線）と反射プローブ信号（実線）であり、図２（ｂ）は反射プローブ信号の成分Ｑ，Ｉである。
【図３】本発明の実施形態に係る１つの測定ポイントでの取り出し方法を説明するフローチャートである。
【図４】図３の取り出し方法を示す。
【図５】本発明の実施形態に係る、（ａ）測定カーブと、（ｂ）調査対象である半導体基板の活性ドーパントプロファイルとの間の相関関係を示す。
【図６】本発明の実施形態に係る、全キャリアプロファイルの取り出し方法を説明するフローチャートである。
【図７】プローブ信号（３）のパワーを変化させることによって、活性ドーパントプロファイルＣ（ｚ）を走査する一方法を示す。
【図８】ポンプレーザ（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセットｄを変化させることによって、活性ドーパントプロファイルＣ（ｚ）を走査する他の方法を示す。
【図９】ポンプレーザ（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセット（ｄ）の関数として、基板（１）での異なる深さｚから由来する過剰キャリア濃度の等高線プロットを表す。
【図１０】ガウシアン形状のドーパントプロファイルについて、ポンプレーザ（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセット（ｄ）の関数として、基板（１）での異なる深さｚでの横方向過剰キャリア濃度を表す。
【図１１】箱形状のドーパントプロファイルについて、ポンプレーザ（６）とプローブレーザ（３）との間のオフセット（ｄ）の関数として、基板（１）での異なる深さｚでの横方向過剰キャリア濃度を表す。
【図１２】本発明の実施形態に係る、全キャリアプロファイル（Ｃ，Ｚ）および第２のパラメータプロファイル（Ｄ，Ｗ）の取り出し方法を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態に係る、（ａ）オフセットについて２つの値でポンプレーザパワーを変化させた測定カーブと、（ｂ）調査対象である半導体基板の活性ドーパントプロファイル（左）、第２のパラメータプロファイル（右）との間の相関関係を示す。
【図１４】本発明の実施形態に係る、（ａ）所定のオフセットについてポンプレーザパワーを変化させたもの（左：パワーカーブ）、および所定のポンプレーザパワーについてオフセットを変化させたもの（右：オフセットカーブ）の測定カーブと、（ｂ）調査対象である半導体基板の活性ドーパントプロファイル（左）、第２のパラメータプロファイル（右）との間の相関関係を示す。
【図１５】本発明の実施形態に係る、全［ｎ，ｋ］個のパラメータプロファイル（Ｃ，Ｚ）の取り出し方法を説明するフローチャートである。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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