(57)【要約】  本発明は、１回の方法で、互いに独立して、半導体基板のキャリア濃度レベルと接合深さとを、非破壊の方法で特定するための方法および装置を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃度レベルと接合深さで特徴づけられる、半導体基板（１２）のドーパント濃度プロファイルを特定するための光学測定方法であって、
ａ）濃度レベルと接合深さで特徴づけられるドーパントプロファイルを有する半導体材料の第１基板（１２）において、異なった濃度の過剰キャリアを形成し、該過剰キャリアにより少なくとも部分的に反射されたプローブレーザビーム（１１ａ）により得られた測定された反射信号の第１振幅と、第１基板（１２）中のドーパントのドーパント濃度との間の第１の相関関係と、
ｂ）測定された反射信号の第１振幅と、第１基板（１２）のドーパントプロファイルの接合深さとの間の、第２の相関関係とを用い、該方法が、
濃度レベルと接合深さにより特徴づけられるドーパントプロファイルを有する半導体基板（１２）で、過剰キャリアを形成して過剰キャリアにより少なくとも部分的に反射されたプローブレーザビーム（１１ａ）を照射することにより、得られた反射信号の第２振幅を測定する工程と、
第１および第２の相関関係と第２振幅から、半導体基板（１２）についての接合深さとドーパント濃度レベルとを特定する工程とを含む光学測定方法。
【請求項２】
過剰キャリアの形成工程が、励起レーザビーム（１１ｂ）を照射する工程を含む請求項１に記載の光学測定方法。
【請求項３】
上記第１また第２の振幅の測定工程が、
励起パワーレベルの関数として反射信号を測定し、これにより変曲点を示すパワーカーブを得る工程と、
変曲点に応じて第１励起パワーレベル値を決定する工程と、
第２励起パワーレベルにおける反射信号を特定する工程とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学測定方法。
【請求項４】
基板（１２）の接合深さとキャリア濃度レベルを特定する工程が、
第２励起パワーレベルにおける反射信号と、変曲点に対応する第１励起パワーレベルからキャリア濃度レベルを特定する工程を含む請求項３に記載の光学測定方法。
【請求項５】
反射信号の特定工程が、励起レーザパワーの予め決められた第１の値で行われ、
反射信号からキャリア濃度レベルの特定工程が、励起レーザパワーの予め決められた第２の値で行われ、第１の励起レーザパワーが変曲点に対応する請求項３又は４に記載の光学測定方法。
【請求項６】
基板（１２）が、高くから低くにドープされた構造である請求項３から５のいずれかに記載の光学測定方法。
【請求項７】
基板（１２）が、ボックス状のドーパントプロファイルを有する請求項６に記載の光学測定方法。
【請求項８】
更に、第２励起レーザパワーにおける反射信号と特定されたキャリア濃度レベルから、半導体基板（１２）の接合深さを特定する工程を含む請求項３から７のいずれかに記載の光学測定方法。
【請求項９】
反射信号を形成する工程が、
励起レーザビーム（１１ｂ）を半導体基板（１２）に照射して、半導体基板（１２）中に過剰電荷キャリアプロファイルを形成する工程と、
半導体基板（１２）にプローブレーザビーム（１１ａ）を照射する工程とを含む請求項３から８のいずれかに記載の光学測定方法。
【請求項１０】
変曲点が、パワーカーブの第２微分係数の定数に基づいて特定される請求項３から９のいずれかに記載の光学測定方法。
【請求項１１】
パワーカーブの第２微分係数の定数が０に等しい請求項１０に記載の光学測定方法。
【請求項１２】
光学測定方法が、キャリア照射に基づく請求項３から１１のいずれかに記載の光学測定方法。
【請求項１３】
励起レーザビーム（１１ｂ）が、８３０ｎｍの固定波長を有する請求項１２に記載の光学測定方法。
【請求項１４】
反射信号の第１または第２の振幅を測定する工程が、励起レーザ信号と位相が同じ反射信号の成分を特定する工程と、励起レーザ信号と位相が９０°異なる反射信号の成分を特定する工程とを含む請求項１又は２に記載の光学測定方法。
【請求項１５】
励起レーザ信号のパワーレベルが、予め定められたレベルである請求項１４に記載の光学測定方法。
【請求項１６】
基板（１２）の接合深さとキャリア濃度レベルを特定する工程が、励起レーザ信号と位相が同じ反射信号の振幅から、および励起レーザ信号と位相が９０°異なる反射信号の振幅から、キャリア濃度レベルを特定する工程を含む請求項１４又は１５に記載の光学測定方法。
【請求項１７】
基板（１２）の接合深さとキャリア濃度レベルを特定する工程が、励起レーザ信号と位相が９０°異なる反射信号の成分から、および特定されたキャリア濃度レベルから、接合深さを特定する工程を含む請求項１６に記載の光学測定方法。
【請求項１８】
基板（１２）が、高くから低くにドープされた構造である請求項１４から１７のいずれかに記載の光学測定方法。
【請求項１９】
基板（１２）が、ボックス状のドーパントプロファイルを有する請求項１８に記載の光学測定方法。
【請求項２０】
反射信号を形成する工程が、
励起レーザビーム（１１ｂ）を半導体基板（１２）に照射して、半導体基板（１２）中に過剰電荷キャリアプロファイルを形成する工程と、
半導体基板（１２）にプローブレーザビーム（１１ａ）を照射する工程とを含む請求項１４から１９のいずれかに記載の光学測定方法。
【請求項２１】
光学測定方法が、温度波法に基づく請求項１４から２０のいずれかに記載の光学測定方法。
【請求項２２】
励起レーザビーム（１１ｂ）が、７９０ｎｍの固定波長を有する請求項２１に記載の光学測定方法。
【請求項２３】
基板（１２）の濃度レベルと接合深さで特徴づけられるドーパントプロファイルを有する半導体材料からなる基板（１２）を測定する光学測定方法であって、該方法が、
基板（１２）で、基板（１２）中に異なった濃度の過剰キャリアを形成し、過剰キャリアで少なくとも部分的に反射されたプローブレーザビーム（１１ａ）により得られた測定された反射信号の第１成分と、基板（１２）のドーパントのドーパント濃度レベルと、の間の第１の相関関係カーブを特定する工程と、
測定された反射信号の振幅と、基板（１２）の接合深さとの間の第２の相関関係を特定する工程とを含む光学測定方法。
【請求項２４】
第１の相関関係のカーブを形成する工程が、
濃度レベルと接合深さで特徴づけられる、予め定められた異なったドーパントプロファイルを有する少なくとも２つの半導体基板（１２）を提供する工程と、
それぞれの半導体基板（１２）について、試料中に異なった濃度の過剰キャリアを形成し、基板（１２）で、過剰キャリアもより少なくとも部分的に反射されたプローブレーザビーム（１１ｂ）により形成される反射信号の第１振幅を測定する工程と、
それぞれの反射信号の第１測定振幅と、少なくとも２つの半導体基板（１２）の濃度レベルとの間の第１相関関係を特定する工程とを含む請求項２３に記載の光学測定方法。
【請求項２５】
第２の相関関係を特定する方法が、少なくとも２つの半導体基板（１２）の、それぞれの反射された信号と接合深さとの間の、第２の相関関係を特定する工程を含む請求項２４に記載の光学測定方法。
【請求項２６】
半導体基板（１２）のバルク特性を測定するための装置であって、
基板（１２）に、過剰キャリアを形成する手段と、過剰キャリアにより少なくとも部分的に反射されたレーザビーム（１１ｂ、１１ａ）を照射し、これにより反射信号を形成するプローブレーザ（１０ａ）とを含む照射装置と、
測定された反射信号の第１振幅と、基板（１２）のドーパントのドーパント濃度レベルとの間の第１相関関係を記憶する第１記憶手段と、
測定された反射信号の第１振幅と、基板（１２）のドーパントプロファイルの接合深さとの間の、第２相関関係を記憶する第２記憶手段と、
測定された反射信号の第２振幅を測定する手段と、
記憶された第１および第２相関関係と、測定された第２振幅から、半導体基板（１２）の接合深さとドーパント濃度レベルとを特定する手段と、を含む装置。
【請求項２７】
半導体基板（１２）にレーザビーム（１１ｂ、１１ａ）を照射し、これにより反射信号を形成するための励起レーザ（１１ｂ）とプローブレーザ（１０ａ）とを含むキャリア照射装置と、
励起レーザパワーの関数として反射信号を測定し、これにより変曲点を示すパワーカーブを形成する測定手段と、
変曲点に対応する第１励起レーザパワー値を特定する手段と、
第２励起レーザパワーでの反射信号を特定する手段と、
第２励起レーザパワーでの反射信号と、変曲点に対応する第１励起レーザパワーから、キャリア濃度レベルを特定する手段とを含む請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
更に、第２励起レーザパワーと、特定された濃度レベルとから、半導体基板（１２）の接合深さを特定する手段を含む請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
励起レーザ（１０ｂ）が、８３０ｎｍに固定された波長の励起レーザビーム（１１ｂ）を形成する請求項２７又は２８のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
半導体基板（１２）にレーザビーム（１１ｂ、１１ａ）を照射し、これにより反射信号を形成するための励起レーザ（１１ｂ）とプローブレーザ（１０ａ）とを含む照射装置と、
反射信号の第１成分を測定する手段と、反射信号の測定された第１成分からキャリア濃度レベルを特定する手段とを含む請求項２６に記載の装置。
【請求項３１】
更に、反射信号の測定された第１成分と、特定された濃度レベルに対して、半導体基板（１２）接続深さを特定する手段を含む請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
励起レーザ（１１ｂ）が、７９０ｎｍの固定波長の励起レーザビーム（１１ｂ）を形成する請求項３０又は３１のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
コンピュータ装置で実効された場合の請求項１から２５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プロダクト。
【請求項３４】
請求項３３のコンピュータプログラムプロダクトを記憶する機械判読データ記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置中のドーピングキャリアプロファイルを決定する非破壊光学測定技術であって、光エネルギを用いてそれらの半導体層中で電荷キャリアを形成し、それらの電荷キャリアにより形成された変化を測定する測定技術に関する。更には、本発明は、一回の測定から特定の半導体基板のピークドーパント濃度と接合深さとを独立して抽出する方法、およびその方法を行う装置およびソフトウエアに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスにおいて、例えばＳｉ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓのような半導体材料の特性や、それらの処理条件への依存を測定するための方法が必要とされている。例えばイオン注入により半導体材料に種を導入することにより、バルク材料の特性を変えることができる。バルク材料の特性を変化させる他の方法は、基板の製造、例えば急速熱処理（ＲＴＰ）や急速熱アニール（ＲＴＡ）のようなアニール等である。
【０００３】
例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化物シリコン）デバイスでは、半導体基板に作製されるソースおよびドレイン領域の接合深さとプロファイルを特定できることが重要である。先端の高性能相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）技術では、例えば、非常に浅い接合を迅速かつ高信頼性で実現することが非常に重要である。ＣＭＯＳ構造では、例えばトランジスタがより小さく（＜５０ｎｍ）なるため、これに従ってドーパントのプロファイルが縮小され（２０ｎｍより小さな接合深さ）、その正確な決定がより困難で同時にきわどくなる。プロセス条件は所望の接合深さとプロファイルを得るために最適化され、これにより、要求されるデバイス性能が得られる。
【０００４】
半導体のドーパントプロファイルの特性を調査するために、多くの方法が存在する。しかしながら、それらの技術のいくつかは破壊的である。そのような破壊的な技術の一例は、拡がり抵抗測定法（spreading-resistance-profile：ＳＲＰ）であり、半導体基板は斜めの劈開線に沿って割られ、２点電気測定がこの劈開線の沿った位置で行われる。他の知られた技術は、例えばキャリアイルミネーション（ＣＩ）技術（商標）のような非破壊技術であり、米国特許６，０４９，２２０や米国特許６，３２３，９５１に記載されており、これらは全体を参照することによりここに組み込まれる。例えばアニール前およびアニール後の処理工程のインラインモニタリングでは、このキャリアイルミネーション技術（商標）は、ウエハのマッピング能力を有する非接触、非破壊ツールとして確立されている。処理のモニタリング応用としては、特別なプロファイルまたはプロセスパラメータの高い再現性や感度が得られる限り、ＣＩ信号の正確な定量解釈はより重要でない。
【０００５】
ＣＩ技術は、接合深さを測定するために、光学的参照を用いる。キャリア濃度を有する半導体の屈折率の直線的減少（β＜０）に基づき、式（１）で表される。
【０００６】
【数１】
2008523634.tif 000003
【０００７】
ここで、ｎはドープされた半導体材料の屈折率、
ｎ０はキャリア濃度の無い半導体材料の屈折率（例えばシリコンでは３．４２）、
Ｎは自由キャリア濃度、
βは定数である。
【０００８】
実際に、濃度依存項は５．１０−３の又はそれ以下の範囲で、基板に対してドープされた層に比較して非常に低い。ＣＩ技術は、ドープされた層の周辺で過剰キャリアがパイルアップするのを利用して、十分なコントラストを得る。ドープされた領域を照射することにより、過剰キャリアが形成される。ＣＩ操作される準静的期間に、過剰キャリアが拡散とドリフトで移動する。照射の有る場合と無い場合のキャリア濃度の違いによって決定される、過剰キャリアの濃度は、ドープされた領域の縁で急峻に増加する。
【０００９】
ＣＩや、例えば熱プローブ（Thermo-Probe）技術のような類似技術では、一般に２つのレーザが使用される。第１レーザは収束された励起レーザまたは生成レーザであり、「励起」レーザビームや生成ビームを形成する。第１レーザは固定された波長で用いられ、かかる波長は研究される半導体材料のバンドギャップより大きく、一般には約８３０ｎｍである。このレーザは、準静的な過剰キャリアプロファイルを半導体材料のバルク中に形成するために使用され、材料の深さに依存した屈折率を生じさせる。過剰キャリアは、プロファイルに従って半導体材料中で、それ自身で拡散する。このプロファイルは、キャリア濃度として規定され、刺激のない半導体基板中に存在するキャリアのレベルを超えるｃｍ３当たりのキャリア数である。これは、例えば照射の無い場合の、バックグラウンドキャリア濃度やプロファイルと呼ばれる。このバックグラウンドキャリアはドーパント原子の濃度に依存する。特に、過剰キャリア濃度は、半導体材料の表面の外の０から、半導体材料の内側の最終値まで変化する。過剰キャリア濃度のこの変化は、半導体基板の表面における過剰キャリア濃度の急峻な増加となる。測定される半導体基板と、空気のようなその周囲との間の境界における、過剰キャリア濃度のこの急峻な増加は、後に議論される反射されたプローブビームの表面近くの構成成分となる、表面近くの構成成分と呼ばれる。半導体基板の表面から半導体基板中に向かって定義される深さｚが増加するに従って、過剰キャリア濃度はドーパント原子も濃度の変化に指令して、または再結合中心の存在に比例して変化する。例えば、いくつかの場合にドーパント濃度は増加するが、他の場合にはドーパント濃度は一旦下がった後に上がり、ドーピングプロファイルの詳細な形状に依存する。
【００１０】
ＣＩ技術では、測定されるＣＩ信号が、続いて第２の「プローブ」レーザを光学的に刺激された半導体基板に照射することによって形成され、プローブレーザまたはプローブビームが形成される。かかるビームは分析ビームとも呼ばれ、「励起」レーザの固定波長より長い固定された波長で、一般には約９８０ｎｍの波長を有する。図１に示すように（後述）、このプローブビームは、試料表面および／または過剰キャリアプロファイルに比例した屈折率が大きく変化する領域で反射される。第２レーザからの反射された光は、プロファイル深さ信号を提供する。測定される材料のバンドギャップの、またはこれより小さいフォトンエネルギを用いることにより、第２レーザにより形成される過剰キャリアが最少になり、第１レーザのパワーは、専ら、十分に高いパワー設定のための過剰キャリアを決定する。
【００１１】
広い範囲の注入を測定するＳＲＰ測定を用いたＣＩ測定の広範囲の相関関係を通して開発されたアルゴリズムを用いて、反射された信号は、接合深さを示す値に変換される。報告される最初のパラメータは、例えば１×１０１８／ｃｍ３のような、予め選択された濃度におけるプロファイル深さである。アルゴリズムは、ｎ／ｐ、ｐ／ｎ、およびｐ／ｐ構造について得ることができる。
【００１２】
図１は、半導体基板１と、半導体基板１の上の環境２から照射されるプローブレーザビーム３を示す。入射するプローブレーザビーム３と、反射されたプローブレーザ信号４とは、それぞれ矢印３、矢印４で表される。半導体基板１は、アンドープまたは低ドープ領域１ｂの上に形成されたドープ層１ａを含む。基板１は層１ｂの上に、その場ドープ層１ａを堆積して、領域１ａに均一ドーピングプロファイルを行うことにより形成され、または、基板１にドーパントを注入し、ドープ領域１ａとアンドープ領域１ｂとを設けることにより形成することができる。
【００１３】
例えば、基板１にドーパントを注入するための、イオン注入を用いることにより、注入種、エネルギ、および使用される注入ドーズの選択に応じて、どのような種類のドーピングプロファイルでも得ることができる。層１ａは下層１ｂのドープに用いたドーパントと同じまたは反対の型のドーパントを用いてドープすることができる。図１には、グラフ５で表された、基板１の深さｚを関数とした過剰キャリアプロファイルＮ（ｚ）が示されている。プローブレーザビーム（矢印３）が反射され、これにより反射されたプローブレーザ信号４（矢印４）が、半導体基板１の多くの位置で形成される。例えば、プローブレーザビーム３が表面で反射され、反射されたプローブレーザ信号４中で表面成分を生じる。表面で発生する過剰キャリアプロファイルの変化により反射され、表面近くの成分を生じ、又はＮ（ｚ）の勾配上の、ドープされた部分１ａとドープされていない部分１ｂとの間の境界で反射され、バルク成分を生じる。測定の独自の目的は、全反射信号４から、デバイスのバルクから生じる反射されたプローブ信号を抜き出すことである。残った信号のみが、ドーピングプロファイルについての信号を与える。それゆえに、理想的には、表面と表面近くの成分は、全体の反射信号４から除去されなければならない。
【００１４】
励起レーザおよびプローブレーザの双方からのレーザビームは、互いに重ねられ、同じまたは異なった領域の半導体基板１と接触する。一般には、双方のレーザは固定された測定設定の中にあり、双方の入射レーザビームは、ウエハ表面または基板表面に垂直な、ウエハ表面の垂線に対して角度０となる。屈折率勾配を形成する、過剰キャリアとバックグラウンドキャリアとの間の重要な違いは、過剰キャリア濃度は変調しうることである。励起レーザの遅い変調は、一般には１ｋＨｚであり、位相固定方法を用いて、準静的状態を維持して、検出される過剰キャリアによりプローブレーザ信号の反射を許容するのに使用される。半導体基板１中で生じた過剰キャリアの変調および拡散は、励起レーザの変調と同調する。
【００１５】
反射されたプローブパワーは、以下の理論式で与えられる。この理論式は、A.C. Diebold編集の"Handbook of Silicon Semiconductor Metrology"（Dekker Inc. New-York, 2001）において、P. Borden らの「非常に浅い注入のキャリア照射特性」により与えられる。これらは、全体を参照することによりここに組み込まれる。
【００１６】
【数２】
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【００１７】
Ｅ０およびＥｒは、それぞれ入射および反射プローブ信号電磁場、
ｒｓは、空気／基板界面の反射係数（特にシリコン界面ではｒｓ＝−０．５４９）、
βｎ及びβｐは、電子およびホールに関連する定数であり、その要素の中に、電子およびホールの有効質量を含む、
ｔは、空気／基板界面の透過係数、
ＮｓｕｒｆおよびＰｓｕｒｆは、表面電子およびホールの過剰キャリアレベル、
ｋ＝２π／λは、真空中の場伝達定数、
ｎＳｉは、基板材料の屈折率（特に、９８０ｎｍにおけるＳｉの屈折率ｎＳｉ＝３．４３５）、
ｚは、表面から半導体基板方向で定義される深さ、
Ｎ（ｚ）およびＰ（ｚ）は、それぞれ電子およびホールの過剰キャリアプロファイル、
ｑは、初期電子電荷、
ｍｎおよびｍｐは、電子およびホール光有効質量、
ωは、角周波数（ω＝ｋ・ｃ、ここでｃは光の速度）、
ε０およびεは、それぞれ、真空および例えばシリコンのような半導体基板材料の誘電体定数、である。
【００１８】
式（２）において、０＋は、空気／半導体界面の半導体側を表し、積分は、半導体表面の直下から半導体基板のバルク中に向かって行われることを意味する。
【００１９】
式（２）は、以下のように書かれる。
【００２０】
【数３】
2008523634.tif 000005
【００２１】
ここで、Ａ成分は、空気／半導体界面におけるプローブレーザビームの反射を表す。
【００２２】
Ｂ成分は、過剰電子に関係するドーパントにより表面近傍でのプローブレーザビームの反射を表す。この成分は、励起レーザの変調により変調される。０から０＋までの積分範囲は、空気／半導体界面における微分係数ｄＮ（ｚ）／ｄｚの大きな値が考慮されることを示す。
【００２３】
Ｃ成分は、バルク中でのプローブレーザビームの反射を示し、表面から離れた活性ドーパントプロファイルの領域中の過剰電子による反射を意味する。この成分は、励起レーザの変調により変調される。表面の直下である０＋から、半導体材料のバルク中への積分範囲は、空気／半導体界面における微分係数ｄＮ（ｚ）／ｄｚの大きな値が考慮されず、バルク中の過剰電子プロファイルのこの微分係数の変化のみが考慮されることを示す。
【００２４】
Ｄ成分は、過剰ホールに関係するドーパントにより、表面近傍でのプローブレーザビームの反射を表す。この成分は、励起レーザの変調により変調される。０から０＋までの積分範囲は、空気／半導体界面における微分係数ｄＰ（ｚ）／ｄｚの大きな値が考慮されることを示す。
【００２５】
Ｅ成分は、バルクでの反射を表し、表面から離れた活性ドーパントプロファイルの領域での過剰ホールによる反射を意味する。この成分は、励起レーザの変調により変調される。０＋から半導体基板材料のバルク方向への積分範囲は、空気／半導体界面における微分係数ｄＰ（ｚ）／ｄｚの大きな値が考慮されず、バルク中の過剰ホールプロファイルのこの微分係数の変化のみが考慮されることを示す。
【００２６】
式（２）の第１項（Ａ）は、即ちキャリアの無い中での表面反射であるため、純粋のｄｃ成分であり、式（２）の第２（Ｂ＋Ｃ）および第３（Ｄ＋Ｅ）の変調関連項が、励起レーザ変調に従い、現実のＣＩ信号を表す。
【００２７】
式（２）の第２項（Ｂ＋Ｃ）および第３項（Ｄ＋Ｅ）の、第１部分（Ｂ，Ｄ）は、ＮｓｕｒｆおよびＰｓｕｒｆを含み、（変調関連）表面近傍成分と呼ばれる。発明者らにより、ドーパントプロファイルのピーク濃度レベルが１０２０／ｃｍ３より下に下がった場合、それらの表面近傍成分（Ｂ，Ｄ）は、十分に全体信号に寄与することが見出された。これは、低いドーピングレベルにおける、より長いオージェライフタイムによる。この結果、高いＣＩ信号が、低くドープされたバルク基板において測定される。表面近傍成分の存在は、ＣＩ信号と深さ応答カーブおよび／または知られていない基板の信号と励起レーザパワーカーブからの、ドーパント界面（接合）深さ位置の取り出しに貢献する。これは、表面近傍の成分の貢献への、それらの応答／パワーカーブの位置の十分な依存による。
【００２８】
上述の問題が、図２に示されている。図２は、ここでは７５ｍＡを例にしている予め決められた励起レーザパワーにおける、ＣＩ信号と、ここでは１ｅ１９ｃｍ３を例にしている予め定められた濃度におけるＳＩＭＳ接合深さとの、相関関係であり、異なったピークのキャリアレベルを有するＣＶＤ成長層（ボックスプロファイル）に対するものである。図２のようなグラフは、以下の連続した工程により作成される。
【００２９】
１つの型の種について知られたピーク／表面濃度を用いて、半導体基板１中にドーパントプロファイルを形成する工程と、
例えば、７５ｍＡの励起信号パワーのような、予め定められた励起信号パワーに対して、このドーパントプロファイルに対してＣＩ信号を測定する工程と、
ＳＩＭＳを用いて、選択された濃度レベルにおける接合深さを測定する工程と、
図２の上に双方の点（選択された濃度レベルにおけるＳＩＭＳ深さ、選択されたパワーにおけるＣＩ信号）をプロットする工程と、
同じピーク濃度であるが深さが異なったこの種のドーピングプロファイルを有する試料について上記連続した測定を繰り返し、対応するカーブを形成する工程と、
異なった型のドーパントまたは濃度レベルに対して上記連続した工程を繰り返し、追加の対応するカーブを形成する工程と、である。
【００３０】
図２では、曲線６はドーパント濃度１ｅ１９ｃｍ−３のＣＶＤ成長層に対して有効であり、曲線７はドーパント濃度５ｅ１９ｃｍ−３のＣＶＤ成長層に対して有効であり、曲線８はドーパント濃度１ｅ２０ｃｍ−３のＣＶＤ成長層に対して有効であり、曲線９はドーパント濃度３ｅ２０ｃｍ−３のＣＶＤ成長層に対して有効である。４点プローブ測定に基づくと、それらのＣＶＤ成長層は、みかけのピークドーパント値の約５０％のみが活性化されたものである。例えば、これは５ｅ１９ｃｍ−３のドーパント濃度が、２．５ｅ１９ｃｍ−３の活性化されたドーパント濃度になることを意味する。ＣＶＤ成長層中に知られていないドーピングプロファイルについてＣＩ信号を測定した場合、正確なピークキャリア濃度を知らない限り、即ちどの関連するカーブを用いるかを知らない限り、図２から対応する接合深さを引き出すことは困難である。
【発明の開示】
【００３１】
本発明の目的は、半導体基板中のピークドーパント濃度と接合深さを、１回の測定から独立して引き出すための方法および装置を提供することである。この方法は、他の中で、高くから低くに（Highly-lowly）ドープされた構造を有する半導体層のドーパントキャリアプロファイルを特定するのに適している、即ち、例えばＣＶＤ、注入、または拡散により形成および／またはドープされた半導体層のような、表面近傍で最大となり基板のバルクに向かって減少するドーパントまたはキャリア濃度プロファイルを有する構造に適している。そのような高くから低くにドープされた構造は、表面で最大となり基板に向かって減少するドーピングプロファイルを有する構造と考えられる（ガウシアン、ボックス状）。
【００３２】
上記目的は、本発明にかかる方法および装置により達成される。
【００３３】
本発明の第１の形態では、濃度レベルと接合深さで特徴づけられる、半導体基板（１２）のドーパント濃度プロファイルを特定するための光学測定方法が提供される。この光学測定方法は、
濃度レベルと接合深さで特徴づけられるドーパントプロファイルを有する半導体材料の第１基板において、異なった濃度の過剰キャリアを形成し、過剰キャリアにより少なくとも部分的に反射されたプローブレーザビームにより得られた測定された反射信号の第１振幅と、第１基板中のドーパントのドーパント濃度との間の第１の相関関係と、
測定された反射信号の第１振幅と、第１基板のドーパントプロファイルの接合深さとの間の、第２の相関関係とを用いる。
【００３４】
この方法は、
濃度レベルと接合深さにより特徴づけられるドーパントプロファイルを有する半導体基板で、過剰キャリアを形成して過剰キャリアにより少なくとも部分的に反射されたプローブレーザビームを照射することにより、得られた反射信号の第２振幅を測定する工程と、
第１および第２の相関関係と第２振幅から、半導体基板についての接合深さとドーパント濃度レベルとを特定する工程とを含む。
【００３５】
過剰キャリアの形成工程は、励起レーザビームを照射する工程を含んでも良い。
【００３６】
半導体基板は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、または他の適当な半導体材料を含む。
【００３７】
本発明の方法では、１回の測定から、特定の半導体基板のピークドーパント濃度と接合深さを独立して取り出すことができる。本発明の方法は、更に、非破壊の方法に適用され、例えばキャリアイルミネーションや温度波法（Thermal wave technique）に適用される。
【００３８】
本発明にかかる具体例では、第１また第２の振幅を測定する工程が、
励起パワーレベルの関数として反射信号を測定し、これにより変曲点を示すパワーカーブを得る工程と、
変曲点に応じて第１励起パワーレベル値を決定する工程と、
第２励起パワーレベルにおける反射信号を特定する工程とを含む。
【００３９】
基板の接合深さとキャリア濃度レベルを特定する工程は、
第２励起パワーレベルにおける反射信号と、変曲点に対応する第１励起パワーレベルとから、キャリア濃度レベルを特定する工程を含んでも良い。
【００４０】
本発明にかかる具体例では、反射信号の特定工程は、例えば７５ｍＡの励起レーザパワーのような励起レーザパワーの予め決められた第１の値で行われ、反射信号からキャリア濃度レベルの特定工程は、励起レーザパワーの予め決められた第２の値で行われ、第１の励起レーザパワーが変曲点に対応しても良い。励起レーザパワーの第１および第２の値は、同じであっても良い。
【００４１】
本発明の特別な具体例では、本発明が、
半導体基板中に過剰キャリアを形成する工程と、
過剰キャリアによって少なくとも部分的に反射されるプローブレーザビームを、半導体基板に照射する工程と、
プローブレーザパワーの関数として反射された信号を測定し、これにより変曲点を示すパワーカーブを求める工程と、
変曲点に応じた第１励起パワー値を特定する工程と、
第２励起レーザパワーにおける反射信号を特定する工程と、
第２励起レーザパワーにおける反射信号と、変曲点に対応する励起レーザパワーとから、キャリア濃度を特定する工程とを含んでも良い。
【００４２】
基板は、高くから低くにドープされた（a highly-lowly doped structure）構造であっても良い。高くから低くにドープされた構造は、ドーパントプロファイルが表面近傍で最大となり、半導体基板のバルクに向かって減少する構造を意味する。高くから低くにドープされた構造の例としては、ＣＶＤ（化学気相成長）、注入、拡散等で形成および／または形成された構造である。本発明の１の特別な具体例では、基板はボックス状のドーパントプロファイルを有しても良い。
【００４３】
更なる具体例では、本発明にかかる光学測定方法は、更に、第２の励起レーザパワーにおける反射信号と、特定されたキャリア濃度レベルとから、半導体基板の接合深さを特定する工程を含んでも良い。
【００４４】
本発明の具体例では、反射信号形成工程が、
励起レーザビームを半導体基板上に照射することにより、半導体基板中に過剰電荷キャリアプロファイルを形成する工程と、
プローブレーザビームを半導体基板に照射する工程とを含む。
【００４５】
本発明の具体例によれば、パワーカーブの第２微分の一定値に基づいて変曲点が特定され、このパワーカーブの第２微分の一定値は、ゼロに等しい場合がある。
【００４６】
本発明の具体例では、光学測定方法がキャリア照射技術に基づく。この場合、励起レーザビームは、例えば８３０ｎｍの固定波長を有し、ドーピングの無い半導体材料のバンドギャップエネルギより大きいフォトンエネルギを有することが好ましい。
【００４７】
本発明の第１の形態の更なる具体例では、反射信号の第１または第２の振幅を測定する工程は、励起レーザ信号と同じ位相の反射信号の成分を特定する工程と、励起レーザ信号と９０°位相が異なる反射信号の成分を特定する工程とを含んでも良い。
【００４８】
基板の接合深さとキャリア濃度レベルを特定する工程は、励起レーザ信号と同じ位相の反射信号の振幅から、および励起レーザ信号と９０°位相が異なる反射信号の振幅から、キャリア濃度レベルを特定する工程を含んでも良い。
【００４９】
基板は、高くから低くにドープされた構造（a highly-lowly doped structure）であることが好ましい。高くから低くにドープされた構造は、ドーパントプロファイルが表面近傍で最大となり、半導体基板のバルクに向かって減少する構造を意味する。高くから低くにドープされた構造の例としては、ＣＶＤ（化学気相成長）、注入、拡散等で形成および／または形成された構造である。本発明の１の特別な具体例では、基板はボックス状のドーパントプロファイルを有しても良い。
【００５０】
本発明の具体例では、反射信号を形成する工程が、
励起レーザビームを半導体基板に照射して、半導体基板中に過剰電荷キャリアプロファイルを形成する工程と、
半導体基板にプローブレーザビームを照射する工程とを含んでも良い。
【００５１】
本発明の具体例では、光学測定方法は、温度波法（thermal wave technology）に基づくものであっても良い。この場合，励起レーザビームは、例えば７９０ｎｍの固定波長を有することが好ましい。
【００５２】
本発明の第２の形態では、基板の濃度レベルと接合深さで特徴づけられるドーパントプロファイルを有する半導体材料からなる基板を測定するための光学測定方法が提供される。この方法は、
基板で、基板中に異なった濃度の過剰キャリアを形成し、過剰キャリアで少なくとも部分的に反射されたプローブレーザビームにより得られた測定された反射信号の第１成分と、
基板のドーパントのドーパント濃度レベルとの間の第１の相関関係カーブを特定する工程と、
測定された反射信号の振幅と基板の接合深さとの間の第２の相関関係を特定する工程とを含む。
【００５３】
第１の相関関係のカーブを形成する工程は、
それぞれの半導体基板について、試料中に異なった濃度の過剰キャリアを形成し、基板で、過剰キャリアもより少なくとも部分的に反射されたプローブレーザビームにより形成される反射信号の第１振幅を測定する工程と、
それぞれの反射信号の第１測定振幅と、少なくとも２つの半導体基板の濃度レベルとの間の第１相関関係を特定する工程とを含むことが好ましい。
【００５４】
第２の相関関係を特定する方法は、少なくとも２つの半導体基板の、それぞれの反射された信号と接合深さとの間の、第２の相関関係を特定する工程を含むことが好ましい。
【００５５】
第３の形態では、本発明は、半導体基板のバルク特性を測定するための装置を提供するものである。かかる装置は、
基板に、過剰キャリアを形成する手段と、過剰キャリアにより少なくとも部分的に反射されたレーザビームを照射し、これにより反射信号を形成するプローブレーザとを含む照射装置と、
測定された反射信号の第１振幅と、基板のドーパントのドーパント濃度レベルとの間の第１相関関係を記憶する第１記憶手段と、
測定された反射信号の第１振幅と、基板のドーパントプロファイルの接合深さとの間の、第２相関関係を記憶する第２記憶手段と、
測定された反射信号の第２振幅を測定する手段と、
記憶された第１および第２相関関係と、測定された第２振幅から、半導体基板の接合深さとドーパント濃度レベルとを特定する手段とを含む。
【００５６】
本発明の具体例によれば、装置は、
半導体基板にレーザビームを照射し、これにより反射信号を形成するための励起レーザとプローブレーザとを含むキャリア照射装置と、
励起レーザパワーの関数として反射信号を測定し、これにより変曲点を示すパワーカーブを形成する測定手段と、
変曲点に対応する第１励起レーザパワー値を特定する手段と、
第２励起レーザパワーでの反射信号を特定する手段と、
第２励起レーザパワーでの反射信号と、変曲点に対応する第１励起レーザパワーから、キャリア濃度レベルを特定する手段とを含む。
【００５７】
本発明にかかる装置は、更に、第２励起レーザパワーと、特定された濃度レベルとから、半導体基板の接合深さを特定する手段を含む。
【００５８】
励起レーザは、例えば８３０ｎｍの固定波長を有する励起レーザビームを形成することが好ましい。
【００５９】
本発明の具体例では、本発明にかかる装置は、
半導体基板にレーザビームを照射し、これにより反射信号を形成するための励起レーザとプローブレーザとを含む照射装置と、
反射信号の第１成分を測定する手段と、
反射信号の測定された第１成分からキャリア濃度レベルを特定する手段とを含むことが好ましい。
【００６０】
装置は、更に、反射信号の測定された第１成分と、特定された濃度レベルに対して、半導体基板の接続深さを特定する手段を含んでも良い。
【００６１】
励起レーザは、例えば７９０ｎｍの固定波長の励起レーザビームを形成することが好ましい。
【００６２】
更なる形態では、本発明は、コンピュータ装置で実効された場合、本発明の具体例にかかる方法を実行するためのコンピュータプログラムプロダクトを提供するものでもある。更には、本発明のコンピュータプログラムプロダクトを記憶するための機械判読データ記憶装置を提供するものでもある。
【００６３】
本発明の他の特徴、長所、および利点は、例として本発明の原理を描く添付図面と関連して、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。この記載は例としての目的を有し、本発明の範囲を限定する目的を有さない。以下で言及される参照図、添付図面を意味する。
【具体例の説明】
【００６４】
本発明は、特別な具体例について、所定の図面を参照しながら説明するが、本発明はそれらに限定されるものではなく、請求項によってのみ限定される。記載された図面は、模式的なものでこれに限定するものではない。図面において、幾つかの要素の寸法は、図示目的として拡大されており、寸法通りではない。寸法および相対寸法は、実際の発明の現実の縮小には対応していない。
【００６５】
請求の範囲で使用される「含む（comprising）」の用語は、それ以降に示される要素に限定して解釈されるべきではなく、他の要素や工程を排除しない。存在を特定された特徴、整数、工程、または成分は、その通りに解釈されるべきであり、それ以外の１またはそれ以上の特徴、整数、工程、または成分、またはそれらの組の存在や追加を排除するものではない。「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢのみを含むデバイスに限定されるべきではない。本発明では、単にデバイスに関連した構成要素がＡとＢであることを意味する。
【００６６】
本発明は、本発明の多くの具体例の詳細な記載により開示される。本発明にかかる他の具体例は、本発明の真実の精神や技術的示唆から離れることなく、当業者の知識に従ってなしえることは明らかであり、本発明は、添付した請求の範囲の文言によってのみ限定される。
【００６７】
本発明を教える目的で、本記載は、従来のキャリアイルミネーション（商標）のための発明の応用について、ＣＩパワーカーブに近い調査を基に検討する。更なる記載では、ＣＩパワーカーブの用語を使用した場合、様々な、ＣＩ信号（ｙ軸）と励起レーザパワー（ｘ軸）の関係を表すことを意味する。しかしながら、本発明は、半導体基板中で過剰キャリアを形成するための励起レーザと、半導体基板中でのその反射が過剰キャリアの存在に関係する少なくとも１つのプローブレーザとを用いた他の非破壊測定技術にも適用することができる。ＣＩ信号の代わりに、それぞれの非破壊技術を代表しまたは特徴づけるパラメータ値が続いて定められ、ｙ軸上にプロットされ、励起レーザパワーの関数として、そのパラメータの変化を表すカーブが示される。
【００６８】
本発明にかかる方法は、高度に低度に（highly-lowly）ドープされた構造を有する半導体基板中の、キャリア濃度レベルと電気的接合深さを決定するために使用される。高度に低度にドープされた構造は、基板の表面近傍で最大でありバルクに向かって減少するドーピングプロファイルを有する構造を意味する。高度に低度にドープされた構造の例は、ＣＶＤ（化学気相成長）、注入、拡散等により形成および／またはドープされた構造である。
【００６９】
図３には、本発明により適用されたボクサークロスキャリアイルミネーション（Boxer Cross Carrier Illumination）の基本的な考えや方法論が示されている。これは単に本発明の説明を意味するだけで、本発明を限定するものではないことを再度述べておく。本発明は、例えば温度波法（thermal wave technique）のような他の非破壊技術にも適用可能である。既に述べたように、キャリアイルミネーション（商標）は２つのレーザを用い、即ち、例えば赤外（ＩＲ）レーザビームのようなプローブレーザビーム１１ａを形成するプローブレーザ１０ａと、赤色レーザビームのような励起ビーム１１ｂを形成する励起ビーム１０ｂを使用し、双方のレーザビーム１１ａ、１１ｂは、例えばシリコン基板のような、ドープ層１２ａとアンドープ（又は低ドープ）層１２ｂを含む半導体基板１２に照射する。１１ｂで表される、入射する励起レーザビームは、基板１２中の過剰電荷キャリア分布Ｎ（ｚ）を刺激する。照射プローブレーザビーム１１ａは、矢印１３で示されるように、荷電キャリア分布Ｎ（ｚ）の勾配による屈折率の変化により、反射される。位相敏感測定では、キャリアイルミネーション信号は、反射された信号１３の強さや、半導体基板１２の表面の下の位置（深さ）に依存する。
【００７０】
一般に、ＣＩ測定は、励起レーザ１０ｂの生成パワーが、低くからフルパワーまで変化する場合の、ＣＩ信号の検出を含む。励起レーザパワーの関数としてＣＩ関連信号をプロットする結果のカーブは、パワーカーブと呼ばれる。過剰キャリアのレベルが適用される生成パワーまで均等に増加した場合、単純な見方では、ＣＩ信号の均等な増加が期待される。図４はこのメカニズムである。この図では、ドーパント濃度（カーブ１４）、過剰キャリアプロファイル（カーブ１５）、および過剰キャリアプロファイルの微分係数（カーブ１６）は、半導体基板１２の深さの関数としてプロットされる。図４の矢印１７に示されるように、励起信号のパワーの増加に従って荷電キャリア注入レベルが増加すると、ドーパントプロファイルの傾きに沿って異なった濃度レベルが測定でき、これによって異なったプロファイル深さが測定され、ＣＩ信号の更なる変化となる。このように、パワーカーブは、プロファイルの急峻製についての情報を含む。急峻なプロファイルでは、図４で首位直な点線で表されたように、ｄＮ（ｚ）／ｄｚ（カーブ１６）は、プロファイルが注入レベルに達する位置でピークに達する。
【００７１】
ＣＩ技術の欠点は、および半導体層のドーピングプロファイルを決定するのに使用される光学測定技術の殆どに対して、ＣＩ接合深さが、キャリアプロファイル、ドーパントの種類、ドーパント濃度等に依存することであり、ＣＩ信号は、ピークドーパント濃度に強く依存することである。このためキャリアプロファイルが不明の場合の、接合深さの決定が問題としてあがってくる。
【００７２】
一般に、ＣＩ信号は、３つの成分の組み合わせから形成される。
最初は、表面成分であり、空気／半導体基板界面で励起レーザビーム１１ａが反射で形成される。
第２は、表面近傍成分であり、表面近傍キャリアでの反射で形成される。
第３は、界面成分であり、半導体基板１２の、ドープされた領域１２ａとドープされていない又は定ドープの領域１２ｂとの間の界面で注入された過剰キャリアの関連するドーパントの反射で形成される。
【００７３】
本発明は、同じ測定から、半導体基板または層中の、ピークドーパント濃度と接合深さとを独立して引き出す方法を提供する。かかる方法では、反射されや信号特性の関数としてパワーカーブ中の反射点の位置の依存性を詳細に分析することにより行われる。即ち、キャリアイルミネーション技術の場合、例えば予め決められた参照レーザパワーが７５ｍＡのような、予め決められた参照レーザパワーでのＣＩ信号である。以下の記載では、反射された信号は、ＣＩ信号と呼ばれる。しかしながら、これは、本発明を限定するものではなく、半導体基板中のピークキャリア濃度レベルを決定するのに用いられる他の非破壊の方法の場合、反射信号はＣＩ信号とは違った信号となる。
【００７４】
本発明の基本的に横たわる思想は、図５から図８に示される。図５は、２つの半導体層のドーパントプロファイル（カーブ２０ａとカーブ２１ａ）を示す。双方はＣＶＤ（化学気相成長）技術で形成され、殆ど同じ接合深さを有するが、わずかに異なったピークキャリア濃度レベルを有する。ＣＶＤ技術は、半導体技術で層を形成するための公知の技術である。ＣＶＤでは、気体の前駆体、例えばＳｉＨ４やＧｅＨ４が、ＳｉやＧｅのそれぞれの半導体層を形成するために使用される。もし、前駆体に、例えばＢを提供するためのＢＣｌ３のようなドーパントが加えられた場合、それらのＳｉやＧｅ半導体層は、形成中にドープされる。それらの前駆体の濃度は、堆積プロセスの間に変化させることができるので、ドーパント濃度が変化する複合層を形成することができる。図５に与えられる例では、前駆体の濃度は一定に保たれ、これによりボックス状のプロファイルが形成された。即ち、形成された半導体層は、全厚さに対して一定のドーパント濃度を有し、この濃度は、このドープ層が形成されたアンドープまたは低ドープの基板より高くなる。
【００７５】
図５のカーブ２０ａは、第１の試料ＣＶＤ２−１の濃度と深さのカーブを示す。この試料は、ＣＶＤのような低温成長プロセスで形成された。カーブ２１ａは、第２の試料ＣＶＤ３−ＤＯ２の濃度と深さのカーブを示す。この試料は、第１試料と同じプロセスで形成された。図６は、それぞれが図５のカーブ２０ａとカーブ２１ａに対応する、ＣＩ信号とパワーとのカーブ２０ｂ、２１ｂを示す。低ドープＣＶＤ構造のパワーカーブ２１ｂは、表面近傍の項（式（２）参照）の大きな寄与により最も大きくなる。しかしながら、これは、パワーカーブ２０ｂと２１ｂの間だけの違いではない。双方のカーブ２０ｃおよび２１ｃ（図７参照）の第１微分係数を考慮した場合、それらが、それぞれの最大値を有する励起レーザパワーは、明らかに異なることが分かる。これは、カーブ２０ｄおよび２１ｄ（図８参照）の、第２微分係数のプロットにおいてより顕著に見られる。ここでは、ｘ軸とカーブ２０ｄ、２１ｄの交点（第２微分係数が０）が異なっている。これらの交点は、図６のオリジナルのパワーカーブ２０ａ、２０ｂの変曲点に相当し、それぞれが矢印２２、２３で示されている。
【００７６】
本発明では、励起レーザパワーの違いを用いることが提案されている。ここでは、変曲点が、例えばＣＩ信号のような反射信号に対する、キャリア濃度レベルの影響と接合深さの影響の間に区別が生じる。本発明にかかる方法では、それゆえに、それらの例では、励起パワーレーザのセッティングのシステマティックな関係に基づく。そこでは、変曲点が、含まれるキャリア濃度レベルと接合深さに対するＣＩパワーカーブで発生する。ＣＩ技術以外の他の技術が使用された場合、それは、本発明にかかる方法で使用されるそれぞれの技術の特徴パラメータと励起レーザパワーの中の変曲点である。
【００７７】
図９は、パワーカーブ（左側のカーブはＣＩ信号（μＶ）と励起パワー（最大パワーの％））と、それに対応する第２微分係数（右側のカーブ）であり、これらは、異なったピークキャリアレベルと接合深さを有する一連のＣＶＤ層に対するものである。それぞれのグラフは、さまざまなピークキャリアレベルと異なった接合深さを示す。ａのカーブはピーク活性キャリアレベルが５ｅ１９ｃｍ−３の場合、ｂのカーブはピーク活性キャリアレベルが１ｅ２０ｃｍ−３の場合、ｃのカーブはピーク活性キャリアレベルが３ｅ２０ｃｍ−３の場合、ｄのカーブはピーク活性キャリアレベルが２ｅ２０ｃｍ−３の場合である。パワーカーブの変曲点の位置（励起パワーのｘ値）は、パワーカーブの第２微分係数の０の値に位置である。
【００７８】
図１０は、例えば７５ｍＡの励起パワー（図６に示す）における予め定められた参照励起パワーにおけるＣＩ信号と、パワーカーブの変曲点における励起レーザパワー、即ち編曲励起レーザパワーとの、ＣＶＤ構造に対する実験的層間である。実験データは、ＣＩ信号と編曲励起レーザパワーとの間で、整然とした。ゆっくり変化する、単調に減少する関係を明らかに示している。図１０のカーブ２４は、５ｅ１９ｃｍ−３のドーパント濃度に対するＣＩ信号と変曲点における励起レーザパワーとの関係であり、カーブ２５はドーパント濃度が１ｅ２０ｃｍ−３の場合の関係であり、カーブ２６はドーパント濃度が２ｅ２０ｃｍ−３の場合の関係であり、そしてカーブ２７はドーパント濃度が３ｅ２０ｃｍ−３の場合の関係である。更に、それらの層間カーブ２４から２７は、キャリア濃度レベルの増加に伴って整然と低くなり、互いに平衡となる。例えば５０ｍＡのような他の値が、励起レーザパワーとして選択された場合、ドーパントプロファイルの他の部分が表示されるということを理解すべきである。それゆえに、励起レーザパワーがより低いほど、より少ない過剰キャリアが形成され、図４のＮ（ｚ）カーブがより大きく下方にシフトし、これによりＣＩ信号が基板に深く形成されることを心にとめるべきである。ＣＩ信号の異なった選択された値に対して、図１３（後述）に示すような相関カーブ部の組が形成されることを心にとめるべきである。それぞれのカーブの組に対して、実際のドーパントプロファイルの１点（濃度と深さ）が決定される。十分な相関カーブが形成された場合、完全なドーパントプロファイルが決定される。図１０に示すように、測定ポイントに表示されるマーカーラベルは、ｎｍの接合深さを示す、そこで測定が行われる。
【００７９】
図１１は、一連のデバイスシミュレーションの結果であり、ＣＶＤ構造の、例えば７５ｍＡの励起レーザパワー（図６に示す）の参照励起レーザパワーにおけるＣＩ信号と、パワーカーブの変曲点における励起レーザ、即ち励起レーザパワーとの関係を示す。与えられた例では、構造はボックス状のプロファイルを有している。シミュレーションされたデータは、単調な傾向を示す。変曲点における励起レーザパワーはＣＩ信号を変化させながら単調に変化し、図１１に見られるような下方に向かうカーブを示す。即ち、横軸と縦軸との間に独特の関係があり、この関係はドーピングプロファイルのピーク濃度に依存する。図１１に示されたカーブ２８から３０は高いピーク濃度レベル、即ち約１ｅ１９ｃｍ−３のピーク濃度レベルについてである。カーブ２８は、５ｅ１９ｃｍ−３のピーク濃度を有するＣＶＤ層の結果を示し、カーブ２９は、７ｅ１９ｃｍ−３のピーク濃度を有するＣＶＤ層の結果を示し、カーブ３０は、１ｅ２０ｃｍ−３のピーク濃度を有するＣＶＤ層の結果を示す。図１１のカーブ２８から３０のそれぞれのポイントで示されるマーカーレベルは、測定が行われたｎｍの接合深さを表すことを意味する。
【００８０】
図１２ａは、本発明の具体例にかかる様々なイオン注入やアニール条件で得られたドーパントプロファイルを示し。図１２ａは、図１２ｂを作成するのに使用されるガウス分布の範囲を示す。
【００８１】
図１２ｂは、一連のデバイスシミュレーションの結果であり、アニールおよびイオン注入構造の、例えば７５ｍＡの励起レーザパワー（図６に示す）の参照励起レーザパワーにおけるＣＩ信号と、パワーカーブの変曲点における励起レーザ、即ち励起レーザパワーとの関係を示す。図１０および１１と同様の傾向、即ち単調に変化するカーブが見られる。図１２ｂにおいて、カーブ３１は５ｅ１９ｃｍ−３のドーパント濃度のパワーカーブを示し、カーブ３２は１ｅ２０ｃｍ−３のドーパント濃度のパワーカーブを示す。
【００８２】
図２および図１０、図１１又は図１２ｂに基づいて、例えばＣＶＤ構造またはイオン注入または拡散構造のような、知られていない半導体基板に対して、キャリア濃度レベルや接合深さを独立して特定するために、以下のアルゴリズムが提案される。測定されたパワーカーブ（図６または図９の右側）から、変曲励起レーザパワー値の特定が行われる（励起パワーの第２微分であるそれらの励起パワー値は、予め選択された定数に等しい、限定する物ではないが、例えば０である）。例えば７５ｍＡのような参照励起レーザパワーにおけるＣＩ信号と、変曲励起レーザパワーから、所定の濃度の値の特別な値が、図１０から特定される。一旦にキャリアレベルが知られると、図２は高い精度で、対応する接合深さを引き出すのに使用される。これを図１１に示す。
【００８３】
他の具体例を図１４および図１５に示す、図１４は、サーマウエイブ技術（thermawave technique）や温度波法（thermal wave technique）技術とも呼ばれるサーモプローブ技術により得られる信号を示す。この光学測定技術は、Lena Nicolaidesらの、"Nondestructive analysis of ultrashallow junctions using thermal wave technology"、（Review of Scientific Instruments, volume 74, number 1, January 2003）に記載されている。図１４は、時間の関数として、励起レーザの信号（「励起」）と反射されたプローブレーザ（「プローブ反射」）信号を示す。それらの信号の間で、図１４に示すような位相差Θが一般に存在する。反射信号の増幅ＴＷは、また図１４に示される。この増幅は２つの成分に分かれる。１つの成分Ｉは、励起レーザ信号の位相（Ｉ＝ＴＷ＊ｃｏｓ（Θ））であり、他の成分は、励起レーザ信号の位相と９０度位相が異なっている（Ｑ＝ＴＷ＊ｓｉｎ（Θ））。図１５は、サーモプローブ信号ＴＷを用いた本発明にかかる応用を示す。このＴＷ信号は、異なったドーピングプロファイルを有する多くの試料の予め定められたパワー信号において測定される。それぞれのドーパントプロファイルは、ピーク濃度と接合深さにより特徴づけられる。図１５に示すように、ＴＷ信号のＱ成分とＩ成分は、独特の方法で関連し、関連は、半導体基板のドーパントプロファイルに依存する。様々なピーク濃度（ｐ型基板中のｐ型注入、即ちＢ（ｐ＋−ｐ）：１ｅ１９ｃｍ−３、５ｅ１９ｃｍ−３、１ｅ２０ｃｍ−３、３ｅ１９ｃｍ−３、ｎ型基板中のｐ型イオン注入、即ちＢ（ｐ＋−ｎ）：５ｅ１９ｃｍ−３）に対するＱ−Ｉプロットに示されるように、この関係は、単調減少である。予め定められたパワー信号レベルにおいて測定されるＴＷ信号から、Ｑ（直角分）とＩ（同相分）の成分が、図１５（右）の相関グラフに導かれプロットされる。このＱ−Ｉデータの組から、独特のキャリア濃度値が、図１５（左）に矢印で示したように特定される。独特の値は、続いてこのＴＷ信号のＱ成分とともに使用され、図１５（右）に矢印で示すように、対応する接合深さを特定する。図１５（右）は、図２又は図１３（右）と同様である。即ち、これは、ピーク濃度レベルで特徴づけられる様々なドーパントプロファイルについて、予め定められた励起パワーレベルでの測定された信号を、接合深さの関数として示す。
【００８４】
本発明にかかる方法では、非破壊の方法で、１つの測定から、所定の半導体基板のピークドーパント濃度と接合深さを特定することができる。
【００８５】
材料と同様に。好ましい具体例、特定の構造、および形状について、本発明に関する装置に対してここでは検討したが、形状や細部において、様々な変化や変形が、本発明の範囲や精神から逸脱することなく行うことができる。例えば、上で使用された基板はシリコンであるが、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）又は砒化ガリウム（ＧａＡｓ）のような他の適用な半導体材料でも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】従来のキャリアイルミネーション（商標）技術を示す。
【図２】異なったピークキャリアレベルを有するＣＶＤ成長層（ボックス状のプロファイル）についての、予め定められた７５ｍＡの励起レーザパワーでのＣＩ信号と、予め定められた１ｅ１９の濃度のＳＩＭＳ接合深さとの関係のカーブを示す。
【図３】本発明の具体例にかかるボクサークロスキャリアイルミネーション（商標）技術を示す。
【図４】ドーパント濃度、過剰キャリア濃度、および過剰キャリア濃度の微分係数と、基板の深さとの関係であり、過剰キャリア濃度とドーパントプロファイルとの関係を示す。
【図５】略同じ接合深さを有するが、十分に異なったピークキャリア濃度レベルを有する２つのＣＶＤ層のドーパントプロファイルを示す。
【図６】図５のカーブに対応するＣＩパワーカーブを示す。
【図７】図６のパワーカーブの第１微分係数を示す。
【図８】図７のパワーカーブの第２微分係数を示す。
【図９】異なったピークキャリアレベルと接合深さを有する一連のＣＶＤ層についての、パワーカーブ（左側）と、それに対応する第２微分係数（右側）を示す。
【図１０】本発明の具体例にかかる、異なったドーパント濃度を有する異なったＣＶＤ試料に対する、予め選択された７５ｍＡの励起パワーでのＣＩ信号と、パワーカーブの変曲点における励起レーザパワーとの実験的相関関係を示す。
【図１１】本発明の具体例にかかる、異なったドーパント濃度を有する異なったＣＶＤ試料に対する、予め選択された７５ｍＡの励起パワーでのＣＩ信号と、パワーカーブの変曲点における励起レーザパワーとのシミュレーションされた（メディチ）相関関係を示す。実験的なドーパントプロファイルに対する実験およびシミュレーションにより得られた、対応カーブの間の対応関係を示す。
【図１２ａ】本発明の具体例にかかる様々なイオン注入とアニール条件についてシミュレーションして得られたドーパントプロファイルを示す。
【図１２ｂ】図１２ａのシミュレーションされたドーパントプロファイルについて、予め選択された７５ｍＡの励起パワーでのＣＩ信号と、パワーカーブの変曲点における励起レーザパワーとのシミュレーションされた（メディチ）相関関係を示す。
【図１３】本発明の方法についての具体例の概略を示す。
【図１４】光測定技術の他の例として、サーモプローブ信号を示す。
【図１５】サーモプローブ測定技術により得られた信号に対する、本発明の適用を示す。
【符号の説明】
【００８７】
異なった図において、同一参照符号は、同一または類似の要素を示す。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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