(57)【要約】【課題】  短時間のモニタリングによってイオン注入工程の異常状態を認識することが可能なイオン注入工程のモニタリング方法を提供する。【解決手段】  同一の延伸方向に同一の線幅で延伸する複数のラインが所定のライン間隔で形成されてなるライン＆スペース形状の所定の高さのテストパターンがイオン注入領域の表面上に構成されるテスト領域を前記ライン間隔を異ならせて複数パターン有するウェハに対し、前記テストパターンを注入マスクとしてイオン注入角度、注入イオン種、及びイオン注入エネルギで定められる同一注入条件の下でイオン注入を行った後、前記テスト領域内に係るイオン注入量に起因して値を変化させる所定の物理量を測定し、前記ライン間隔が同一である異なる時間に処理された複数の前記ウェハ間に係る前記テスト領域内の前記物理量の比較を各ライン間隔毎に行い、当該比較結果に基づいて前記イオン注入工程の評価を行う。【選択図】        図２
2008147402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体プロセスに係るイオン注入工程のモニタリング方法であって、
同一の延伸方向に同一の線幅で延伸する複数のラインが所定のライン間隔で形成されてなるライン＆スペース形状の所定の高さのテストパターンがイオン注入領域の表面上に構成されるテスト領域を前記ライン間隔を異ならせて複数パターン有するウェハに対し、前記テストパターンを注入マスクとしてイオン注入角度、注入イオン種、及びイオン注入エネルギで定められる同一注入条件の下でイオン注入を行った後、前記テスト領域内に係るイオン注入量に起因して値を変化させる所定の物理量を測定し、前記ライン間隔が同一である異なる時間に処理された複数の前記ウェハ間に係る前記テスト領域内の前記物理量の比較を各ライン間隔毎に行い、当該比較結果に基づいて前記イオン注入工程の評価を行うことを特徴とするモニタリング方法。
【請求項２】
同一の前記ウェハ上に前記テスト領域毎に異なる前記延伸方向で前記テストパターンが構成されている場合には、各延伸方向毎に前記物理量の比較を更に行うことを特徴とする請求項１に記載のモニタリング方法。
【請求項３】
前記物理量が、
イオン注入後、前記テストパターンが形成された状態の下で、又は前記テストパターンが剥離された後に測定された前記テスト領域内の前記テストパターンの延伸方向に沿った熱伝導度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモニタリング方法。
【請求項４】
前記物理量が、
イオン注入後に前記マスクパターンを剥離し、更にアニール処理を施した後に測定された前記テスト領域内の前記テストパターンの延伸方向に沿った電気抵抗値であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスに係るイオン注入工程のモニタリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化に伴い、現在のＭＯＳトランジスタにおいては、微細化されることで高電界状態となったチャネル内で生成されるホットキャリアのゲート酸化膜内への注入による特性劣化を防止すべく、ＭＯＳトランジスタのドレイン近傍での電界を緩和するＬＤＤ（Lightly Doped Drain：低濃度ドレイン）構造が広く用いられている。このＬＤＤ構造を形成する際には、ゲート電極をマスクとして当該ゲート電極の下部領域に不純物拡散領域が入り込むように斜め方向からイオン注入を行う（以下、「角度注入」と称する）ことは広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、前記角度注入を行う場合には、同一のイオン注入エネルギの下でイオン注入を行ったとしても、イオン注入角度によって実際に注入される不純物の量に変化が生じ、これによって半導体装置の動作特性に影響を及ぼす可能性がある。従って、イオン注入工程において、このイオン注入角度をモニタリングすることで、万一イオン注入角度に設定された角度からズレが生じていたような場合であっても直ちにその旨を認識でき、不良製品の製造割合を減少させることができる。
【０００４】
下記特許文献２には、イオン注入角度のモニタリング方法の一例が記載されている。図８は、特許文献２に記載されたモニタリング方法を説明するための半導体装置の概略構造図である。図８に示される半導体装置９０は、半導体基板９１に形成されたフィールド酸化膜９２上にイオン注入のモニタリングのための抵抗層ＲＥ１及びＲＥ２を備えている。この内、第１の抵抗層ＲＥ１はポリシリコンからなる導電層９３からなり、第２の抵抗層ＲＥ２はポリシリコンからなる導電層９４とその上に形成されたシリコン酸化膜等で構成されるイオン注入阻止層９５からなる。
【０００５】
図８のように構成される半導体装置９０に対してイオンが注入された場合、イオン注入阻止層９５を有しない第１の抵抗層ＲＥ１と、イオン注入阻止層９５を有する第２の抵抗層ＲＥ２との間ではイオン注入による導電層のシート抵抗の変化の様子が異なる。例えば、イオン注入角が標準の注入角より抵抗層の表面に対して直角方向に近づけば、第１の抵抗層ＲＥ１の導電層のシート抵抗は標準の注入角の場合より減少し、第２の抵抗層ＲＥ２の導電層のシート抵抗も減少する。一方、標準の注入角より抵抗層の表面に対して浅い角度でイオン注入が行われれば、第１の抵抗層ＲＥ１の導電層のシート抵抗は標準の注入角の場合より増加するが、第２の抵抗層ＲＥ２の導電層のシート抵抗は変化しない。このようにイオン注入工程の前後間に係る各抵抗層の導電層のシート抵抗の変化の様子をモニタリングすることで、イオン注入角度のモニタリングを行うことができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２９５８７５号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献２に記載された方法によれば、イオン注入角度のモニタリングを行うことができるため、イオン注入角度が設定された角度から逸脱している場合であってもその旨を認識すると共に、改めてイオン注入角度を設定し直すことによって不良製品の製造割合を減少させることができる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２に記載された方法によれば、イオン注入工程の前段階で、イオン注入阻止層を伴わない第１の抵抗層ＲＥ１と、イオン注入阻止層１５を有する第２の抵抗層ＲＥ２とを形成する必要があり、更には、イオン注入後に各抵抗層のシート抵抗を測定するためのパターンを形成する必要がある。特に、イオン注入後、モニタリングを行うために必要な測定結果（シート抵抗値）を得るまでにある程度の時間を要するため、万一イオン注入角度が設定角度からズレが生じていた場合であっても、そのことを即座に認識することができず、ある程度の不良製品の製造を回避できない。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑み、短時間のモニタリングによってイオン注入工程の異常状態を認識することが可能なイオン注入工程のモニタリング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係るモニタリング方法は、半導体プロセスに係るイオン注入工程のモニタリング方法であって、同一の延伸方向に同一の線幅で延伸する複数のラインが所定のライン間隔で形成されてなるライン＆スペース形状の所定の高さのテストパターンがイオン注入領域の表面上に構成されるテスト領域を前記ライン間隔を異ならせて複数パターン有するウェハに対し、前記テストパターンを注入マスクとしてイオン注入角度、注入イオン種、及びイオン注入エネルギで定められる同一注入条件の下でイオン注入を行った後、前記テスト領域内に係るイオン注入量に起因して値を変化させる所定の物理量を測定し、前記ライン間隔が同一である異なる時間に処理された複数の前記ウェハ間に係る前記テスト領域内の前記物理量の比較を各ライン間隔毎に行い、当該比較結果に基づいて前記イオン注入工程の評価を行うことを第１の特徴とする。
【００１１】
同一高さのテストパターンが形成されている場合、同一角度からイオン注入が行われると、ライン間隔が広いほどパターンとパターンとに挟まれた一ラインに対するイオン注入領域が広がるためイオン注入量は多く、逆にライン間隔が狭いほどイオン注入領域が狭いためイオン注入量は少ない。又、イオン注入角度が変化した場合、イオン注入角度の相違に起因した注入イオン量の差は、同一のテストパターン間においてはライン間隔の大きさに拘らず同一量となる。
【００１２】
即ち、イオン注入角度が変化した場合、ライン間隔が大きいテストパターンにおいては、変化前の角度で注入されるイオン量と変化後の角度で注入されるイオン量との間の差異が小さいため、当該物理量の値の変化量も小さい。一方、ライン間隔が小さいテストパターンにおいては、変化前の角度で注入されるイオン量と変化後の角度で注入されるイオン量との間の差異が大きいため、物理量の値の変化量も大きくなる。そして、このイオン注入角度の変化は、同一のウェハ上に形成された全てのテスト領域に対して一律でイオン注入量の変化を生じさせるため、各テスト領域間においてこの物理量の値は略相似的な変移を示す。
【００１３】
従って、本発明に係るモニタリング方法の上記第１の特徴によれば、同一のライン間隔で形成されたテスト領域において測定された前記物理量の変化の推移を各ライン間隔毎にモニタリングすると共に、一のライン間隔において許容範囲を超える程度の物理量の変化が生じていた場合には、同時刻の他のライン間隔における物理量の変化度合いについても比較を行い、ライン間隔と変化度合いとの関連性を検証することで、前記物理量の変化がイオン注入角度のバラツキに起因したものであるか、他の要因によるものであるかを判断し、この判断結果に基づいて対処を採ることで、製品用ウェハに対して所期の設計条件から逸脱したイオン量が注入されることを防止し、不良製品の発生を極力回避することができる。特にイオン注入工程においては、注入直後のウェハ表面を視覚的に観察しただけでは異常状態を発見するのが比較的困難であるため、本発明の方法によって迅速に異常状態の検知が可能になることで、不良製品の製造数を大きく減少させる効果が期待できる。
【００１４】
例えば製品用のウェハに対して予め定められた割合で前記テスト領域が形成されたウェハ（テストウェハ）を混在させ、製品用ウェハと共にテストウェハに対しても順次同一のイオン注入条件の下でイオン注入を行い、注入後のテストウェハに対して（場合によってはテストパターンの剥離並びに熱処理工程を施した後に）、所定の物理量（例えば熱伝導度或いは電気抵抗値等）を測定し、この測定結果を時系列でモニタリングしておくことでイオン注入条件の変動を迅速に認識することができる。このとき、イオン注入角度のバラツキの範囲が許容範囲内であるか許容範囲を逸脱しているかを判断する閾値をテストパターンのライン間隔毎に予め定めておき、この閾値を超える大きさの変動が生じている場合においては、他のライン間隔に設定されたテストチップとの間での変移の比較を行うことで、前述の測定結果の変動がイオン注入角度の変化に起因したものかそれ以外の要因によるものかを認識することができる。
【００１５】
又、本発明に係るモニタリング方法によれば、所定の同一方向に所定のライン間隔で延伸するライン＆スペース形状の所定の高さのテストパターンがイオン注入領域の表面上に構成されるテスト領域を有するテストウェハを予め用意しておき、製品用のウェハに対して予め定められた割合でこのテストウェハを混在させて、製品用ウェハと共にテストウェハに対しても順次同一のイオン注入条件の下でイオン注入を行った後、イオン注入後の前記テストウェハ内のテスト領域に係る物理量を測定することでモニタリングが可能であるため、モニタリングのために複雑な工程を要するということがなく、簡易な工程によって迅速にモニタリングを行うことが可能となる。
【００１６】
更に、各テスト領域は、複数のライン＆スペース形状で形成されたテストパターンで構成されており、一のパターンを用いて得られた測定結果をモニタリングしていた従来構成と比較して測定結果に一定の平均化効果が現れるため、測定結果に基づくイオン注入状態の判断精度を向上させることができる。
【００１７】
尚、この場合において、同一のライン間隔で形成されたテスト領域が、各ライン間隔毎に複数備えられる構成であっても構わない。
【００１８】
又、本発明に係るモニタリング方法は、上記第１の特徴に加えて、同一の前記ウェハ上に前記テスト領域毎に異なる前記延伸方向で前記テストパターンが構成されている場合には、各延伸方向毎に前記物理量の比較を更に行うことを第２の特徴とする。
【００１９】
ライン線幅にズレが生じている場合、このズレに起因したイオン注入量の変化量はツイスト角によらず一律で同程度となるのに対し、チルト角にズレが生じている場合にはツイスト角に応じてイオン注入量の変化量に相違が生じる。本発明に係るモニタリング方法の上記第２の特徴によれば、同一のライン間隔であってもテストパターンが形成されている延伸方向毎に物理量の測定結果をモニタリングすることができるため、延伸方向が異なるテストパターンが形成されているテスト領域間での測定結果の比較を行うことができる。従って、この比較結果を参照し、例えば延伸方向の異同に拘らず測定された物理量の変化量が同程度である場合にはライン線幅のズレに起因したイオン注入量が変化している可能性があることを判断でき、延伸方向に応じて測定された物理量の変化量が異なる場合にはイオン注入角度（チルト角）にズレが生じている可能性があると判断することができる。即ち、当該方法によって、所望量から乖離した注入量のイオンが注入されている場合であっても、直ちにその原因を解明することができ、これに対する措置を施すことで不良製品の製造数を大きく減少させる効果が期待できる。
【００２０】
又、本発明に係るモニタリング方法は、上記第３の特徴に加えて、前記物理量が、イオン注入後、前記テストパターンが形成された状態の下で、又は前記テストパターンが剥離された後に測定された前記テスト領域内の前記テストパターンの延伸方向に沿った熱伝導度であることを第３の特徴とする。
【００２１】
又、本発明に係るモニタリング方法は、上記第４の特徴に加えて、前記物理量が、イオン注入後に前記マスクパターンを剥離し、更にアニール処理を施した後に測定された前記テスト領域内の前記テストパターンの延伸方向に沿った電気抵抗値であることを第４の特徴とする。
【００２２】
本発明に係るモニタリング方法の第３又は第４の特徴によれば、イオン注入後のウェハに対して簡易な測定手段を用いて物理量を測定を行うことができ、又、その測定を行うに際して複雑な工程を必要としない。即ち、イオン注入工程のモニタリング専用の大掛かりな装置或いは工程を必要とせず、簡易な工程によってイオン注入量のモニタリングを行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の構成によれば、短時間のモニタリングによってイオン注入工程の異常状態を認識することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下において、本発明に係るモニタリング方法（以下、適宜「本発明方法」と称する）の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明方法で用いられるウェハの概略平面図である。ウェハ１は、イオン注入工程のモニタリングに用いられるテスト領域（以下、「テストチップ２」と称する）を備えて構成される。ウェハ１は、複数のテストチップ２のみが形成されたイオン注入モニタリング専用のウェハであるものとしても構わないし、イオン注入工程のモニタリング用途以外の他のテスト用の複数のチップも備えられた総合的なテスト用のウェハであるものとしても構わない。
【００２６】
図２は、複数のテストチップ２の概略平面図である。テストチップ２上には、所定の同一線幅で所定の同一高さのラインが所定の同一ライン間隔で所定の同一延伸方向に複数延伸するライン＆スペース形状のテストパターンが形成されている。そして、ウェハ１は、テストチップ毎にライン間隔を異ならせてライン＆スペース形状のテストパターンが形成された複数のテストチップ２を有している。例えば、ウェハ１は、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ライン間隔がｄ１のテストパターンＰ１が形成されたテストチップ２１と、ライン間隔がｄ２のテストパターンＰ２が形成されたテストチップ２２と、ライン間隔がｄ３のテストパターンＰ３が形成されたテストチップ２３とを備えるものとすることができる（各テストパターン間でライン線幅及びパターン高さは同一の値であるとする）。尚、以下では、便宜上ウェハ１上にはＰ１、Ｐ２、及びＰ３の３種のテストパターンが形成されているものとするが、形成されるテストパターンの種類の数は３種に限定されるものではない。
【００２７】
図３は、上記テストパターンＰ１〜Ｐ３夫々に対して角度注入を行う場合の概念図である。図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）が夫々テストパターンＰ１、Ｐ２及びＰ３に相当する。尚、テストパターンＰ１、Ｐ２、及びＰ３は、この順にライン間隔が大きく設定されているとする（即ち、ライン間隔ｄ１＞ｄ２＞ｄ３）。
【００２８】
図３に示されるように、同一高さのテストパターンが形成されている場合、同一角度からイオン注入３が行われると、ライン間隔が広いほどパターンとパターンとに挟まれた一ラインに対するイオン注入領域４が広がるため、当該ライン内に注入されたイオン量は増大する。逆に、ライン間隔が狭いほどイオン注入領域が狭まり、注入されたイオン量は減少する。
【００２９】
そして、このライン間隔の大きさの差に起因する注入イオン量の差の大きさは、イオン注入角度の影響を受ける。図４は、上記テストパターンＰ１〜Ｐ３夫々に対して、２種類のイオン注入角度（θ１、θ２）でイオン注入３（以下、適宜「角度注入」と称する）を行った場合の概念図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は夫々テストパターンＰ１、Ｐ２及びＰ３に対してイオン注入角度θ１で角度注入を行う場合を示しており、図４（ｄ）〜（ｆ）は夫々テストパターンＰ１、Ｐ２及びＰ３に対してイオン注入角度θ２で角度注入を行う場合を示している。尚、ここでいうイオン注入角度とはイオン注入領域表面の法線に対するイオン注入線のズレ角（いわゆるチルト角）であり、図４ではθ１＜θ２であるものとして示されている。
【００３０】
例えばテストパターンＰ１の場合に着目すると（図４（ａ）並びに図４（ｄ）参照）、チルト角θ１の場合のイオン注入領域４はチルト角θ２の場合のイオン注入領域５よりもその面積が大きく、即ち同一のテストパターン間においてはチルト角が小さいほどイオン注入量が多いことが分かる。このイオン注入角度の相違に起因した注入イオン量の差は、同一のテストパターン間においてはライン間隔の大きさに拘らず同一量となる。即ち、ライン間隔が小さいテストパターンほどイオン注入量の変化度合いが大きく、ライン間隔が大きいテストパターンほどその変化度合いは小さい。
【００３１】
従って、所定の割合の下で、製品用ウェハと共にこのテスト用のウェハ（以下、適宜「テストウェハ」と称する）に対しても同一条件下でイオン注入を行い、テストウェハ上に形成されている複数のテストチップに注入されたイオン量を、各テストチップ間、並びに各テストウェハ間で比較して変化の状態を確認することで、イオン注入角度が万一何らかの要因によって変化した場合においても、その旨の情報を即座に認識することが可能となる。
【００３２】
ところで、イオン注入が行われたテストチップは、そのイオン注入量に応じてパターンの延伸方向に沿った熱伝導度並びに電気抵抗値を変化させる。即ち、イオン注入量が多くなるほど、基板を構成する結晶の配列状態の乱れが大きくなり、これによって熱伝導度の減少量が大きくなる。又、イオン注入量が多くなるほど、基板上に形成される不純物拡散領域が増大し、これによって電気抵抗値の減少量が大きくなる。
【００３３】
従って、イオン注入量と熱伝導度或いは電気抵抗値との関係に着目し、例えばイオン注入工程の終了後、テストパターンが形成された状態の下で、又は前記テストパターンを剥離した後にサーマプローブ等を用いてテストパターンの延伸方向に沿った熱伝導度を測定し、当該測定された熱伝導度の値を各テストチップ間、並びに各ウェハ間で比較することで注入イオン量の変化の状態を確認するものとしても構わないし、イオン注入工程の終了後、前記テストパターンを剥離した後に熱処理炉等で熱処理（又は急速熱処理）を行い、その後に各テストチップの電気的特性（例えばシート抵抗）を測定して、当該測定結果を比較することで注入イオン量の変化の状態を確認するものとしても構わない。後者の場合、例えばプローブを用いてテストパターンの延伸方向に沿ったチップ全体の電気抵抗値を測定するものとしても構わないし、イオン注入領域の上層にアノード電極、基板の裏面にカソード電極を配置して、チップ全体の容量値を測定するものとしても構わない。
【００３４】
図５は、ウェハ上の所定位置に形成されたテストパターンＰ１、Ｐ２、及びＰ３を有する各テストチップ２１、２２、及び２３に対するモニタリング作業を継続したときのモニタリング値の変化の推移を概念的に示したグラフであり、横軸が時間軸、縦軸がモニタリング値を夫々示している。ここで「モニタリング値」とは、上記のイオン注入量に関連付けられる所定の物理量を指しており、前述した熱伝導度、或いは電気抵抗値がこれに該当する。以下では、このモニタリング値が熱伝導度であるものとして説明する。又、各テストチップ２１、２２及び２３は、各テストウェハにおいて夫々同一の所定位置に形成されているものとする。
【００３５】
図５において図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は夫々テストチップ２１、２２及び２３における測定された熱伝導度の値の時系列変化を示している。上述したように、ライン間隔が大きいほどイオン注入量は増大し、これによって当該イオン注入量に対して負の相関性を有する熱伝導度の値は減少する。又、このイオン注入量の変化は各ラインパターンに等しく発生し、従って当該イオン注入量の変化に起因して変化する熱伝導度においても、各ラインパターンに等しく発生する。
【００３６】
上述したように、ライン間隔が大きいテストパターンほど、イオン注入量が大きいため、熱伝導度の値は小さくなり、逆にライン間隔が小さいテストパターンほど、イオン注入量が小さいため熱伝導度の値は大きくなる。そして、イオン注入角度が変化した場合、ライン間隔が大きいテストパターンにおいては、変化前の角度で注入されるイオン量と変化後の角度で注入されるイオン量との間の差異が小さいため、熱伝導度の値の変化量も小さい。一方、ライン間隔が小さいテストパターンにおいては、変化前の角度で注入されるイオン量と変化後の角度で注入されるイオン量との間の差異が大きいため、熱伝導度の値の変化量も大きくなる。そして、このイオン注入角度の変化は、同一のウェハ上に形成された全てのテストチップに対して一律でイオン注入量の変化を生じさせるため、各テストチップ間において熱伝導度の値は略相似的な変移を示す。
【００３７】
従って、通常は、同一のテストチップ間（特にイオン注入角度の変化が熱伝導度の値の変化に大きく現れるテストパターンＰ３を有するテストチップ間）での熱伝導度の値の変化度合いを着目し、所定の割合以上の変化があった場合には、その同一時間帯の他の（テストパターンのライン間隔が異なる）テストチップにおける熱伝導度の変化度合いを確認した上で、各テストチップにおける熱伝導度の値が略相似的に、且つライン間隔が小さいテストパターンを有するテストチップほどその変化度合いが大きく変化していた場合には、全体的に一律でイオン注入量に変化が生じていると判断できるため、かかる場合はイオン注入角度に変化が生じていることを認識することができる（例えば図５における時刻ｔ２からｔ３の変化）。この場合、イオン注入装置の注入角度を再度確認して改めて設定し直すことで、製品用ウェハに対して所期の設計条件から逸脱したイオン量が注入されることを迅速に防止することができ、不良製品の発生を極力回避することができる。
【００３８】
一方、ある時刻において、一のテストチップに係る熱伝導度が他のテストチップと比較して突出して変化している場合（例えば図５における時刻ｔ４からｔ６にかけてのテストチップ２１の熱伝導度の変化）や、或いは、全体的に熱伝導度の値が変化しているもののその変化の大きさがライン間隔の大きさと正の相関を有していない場合（例えば図５における時刻ｔ６からｔ７にかけてのテストチップ２２の熱伝導度の変化）等においては、その後の一定時間に亘って、対象となるテストチップに係る熱伝導度の値の変化の推移を観察すると共に、依然として対象となるテストチップのみが突出した推移を示している場合には、例えばイオン注入装置の側（例えば走査系等）に不具合が発生している可能性もあることから、注入装置の検査を行う等の措置を施すことで、不良製品の発生を未然に防止することができる。
【００３９】
尚、イオン注入角度をθとし、テストパターンのパターン高さをｈとすると、イオン注入が行われる領域幅（パターン延伸方向に直交する方向の長さ）ｗはｗ＝ｈ・ｔａｎθで表される。従って、パターン高さを２μｍとした場合、例えばイオン注入角度が７°の場合は領域幅ｗ＝０．２４５μｍであり、このときイオン注入角度が６°に変化すると、前記領域幅はｗ＝０．２１μｍとなって０．０３５μｍの偏差が発生する。従って、イオン注入角度を７°に設定する場合であって、モニタリングに必要な分解能を０．２°とすると、モニター値の５％変動を検出できる測定系を利用する場合は、０．０３５×０．２／０．０５＝０．１４μｍのライン間隔で形成されたテストパターンを用いることで十分な精度が得られる。
【００４０】
本発明方法で利用されるテストチップは、ウェハ上の所定領域内に同一の延伸方向に同一の線幅で延伸する複数のラインが所定のライン間隔で形成されてなるライン＆スペース形状の所定の高さのテストパターンを形成することのみで生成されるため、当該テストチップを生成するのに複雑な工程を必要としない。又、イオン注入後も、テストチップに対して例えば直接プローブを当てることで熱伝導度或いは電気抵抗値を測定し、この測定結果をモニタリングするのみで良いため、短時間のモニタリングによってウェハに対するイオン注入工程の異常状態を認識することが可能となる。
【００４１】
尚、本発明方法を用いて実際にモニタリングを行う場合には、例えば製品用ウェハに対して予め定められた割合でテストウェハを混在させ、製品用ウェハと共にテストウェハに対しても順次同一のイオン注入条件の下でイオン注入を行い、注入後のテストウェハに対して、（場合によってはテストパターンの剥離並びに熱処理工程を施した後）熱伝導度或いは電気抵抗値を測定し、この測定結果を時系列でモニタリングしておくことでイオン注入条件の変動を感知することができる。このとき、イオン注入角度のバラツキの範囲が許容範囲内であるか許容範囲を逸脱しているかを判断する閾値をテストパターンのライン間隔毎に予め定めておき、この閾値を超える大きさの変動が生じている場合においては、他のライン間隔に設定されたテストチップとの間での変移の比較を行うことで、前述の測定結果の変動がイオン注入角度の変化に起因したものかそれ以外の要因によるものかを認識することができる。
【００４２】
尚、同一のテストパターンを有するテストチップを同一のウェハ上に複数備え、同一のテストパターン間での比較結果を更に考慮することで、より厳密なイオン注入モニタリングを行う構成とすることも可能である。この場合、例えば同一のテストパターンを有する各テストチップでの測定結果の平均値の推移を各テストパターン毎にモニタリングし、予め定められた閾値を超える大きさの変動を示す場合にのみ、同一のテストパターンを有する各テストチップ毎の測定結果の推移の比較や、他のテストパターンを有するテストチップの測定結果の推移との比較を行うことで、前記測定結果の変動がイオン注入角度の変化に起因したものか或いはその他の要因によるものかの判断を行い、当該判断結果に応じた対処を施すことで、製品用ウェハに対して所期の設計条件から逸脱したイオン量が注入されることを迅速に防止することができ、不良製品の発生を極力回避することができる。
【００４３】
更に、上述した実施形態において、同一のウェハ上に、同一のライン間隔で同一の線幅で形成される複数のラインが複数の異なる延伸方向に延伸するライン＆スペース形状のテストパターンを複数種類有する構成であっても構わない。例えば、図６に示されるウェハ１ａのように、ウェハ１ａ上のイオン注入領域平面上において、ライン間隔ｄ１で一の延伸方向にテストパターンが延伸してなるテストチップ２１と、ライン間隔はｄ１であって、テストチップ２１の延伸方向から夫々４５°、９０°、並びに１３５°夫々反時計方向に回転した方向にテストパターンが延伸してなるテストチップ２１ａ、２１ｂ、並びに２１ｃを有する構成とすることができる。尚、図面上では図示しないが、他のライン間隔ｄ２、ｄ３、…においても、夫々延伸方向を異ならせたテストパターンが形成されてなる複数種類のテストチップを有する構成として構わない。
【００４４】
図６に示されるウェハ１ａ上のイオン注入領域平面上において、テストチップ２１のテストパターンの延伸方向をＸ軸とし、このＸ軸に直交する軸をＹ軸とし、イオン注入領域平面の法線方向をＺ軸とした場合、イオン注入方向とＺ軸方向とが成す角度（チルト角）と、Ｚ軸方向を中心としてイオン注入方向とＹ軸方向とが成す角度（ツイスト角）とでイオン注入方向は確定される。ここで、チルト角のバラツキは、ウェハ上の各イオン注入領域に対して、イオン注入領域幅（ライン間隔）とマスク高さ（テストパターン高さ）との比率によって決定される割合に応じたイオン注入量のバラツキを生じさせるが、このバラツキ量はツイスト角に応じて相違する。又、これとは別に、ラインパターンのライン線幅にバラツキが発生している場合にもイオン注入量のバラツキを生じさせる要因となる。
【００４５】
図７は、ツイスト角と熱伝導度の関係をチルト角並びにライン線幅のバラツキの発生度合いに応じて示した模式的なグラフであり、横軸がツイスト角を、縦軸が熱伝導度を夫々示している。図７では、特にツイスト角が０°、４５°、及び９０°場合における、チルト角にもライン線幅にもズレが生じていない場合の熱伝導度の変移（ａ）、チルト角にはズレがなくライン線幅にのみズレが生じている場合の熱伝導度の変移（ｂ）、並びにライン線幅にはズレがなくチルト角にのみズレが生じている場合の熱伝導度の変移（ｃ）を夫々示している。
【００４６】
図７（ａ）と（ｃ）を比較した場合、ライン線幅にのみズレが生じている場合には、ライン線幅及びチルト角の何れにもズレが生じていない場合と比較して、どのツイスト角においても略同程度の差分が発生していることが分かる。一方、図７（ａ）と（ｂ）を比較した場合、チルト角にのみズレが生じている場合には、ツイスト角に応じて前記差分の量が変化していることが分かる。
【００４７】
従って、ツイスト角毎に熱伝導度等の物理量の値をモニタリングし、異なるツイスト角間に係る物理量の変移度合いを比較することで、物理量が許容範囲を超える程度に変化した場合であっても、当該変化がイオン注入のチルト角の変化に起因するものであるか、ラインパターンの線幅のバラツキに起因するものであるかを容易に判断することができる。具体的には、図６に示されるように、各テストチップ毎にテストパターンの延伸方向を異ならせた状態で、イオン注入後の熱伝導度等の所定の物理量を各チップ毎に測定し、ライン間隔毎の測定結果に加え、更に同一のライン間隔であってもテストパターンが形成される各延伸方向毎に測定結果を取得する。そして、同一のライン間隔で同一の延伸方向のラインパターンが形成されているテストチップから測定された測定結果についてモニタリングをすると共に、イオン注入角度のバラツキの範囲が許容範囲内であるか否かを判断するための閾値をライン間隔並びに延伸方向毎に予め定めておき、この閾値を超える大きさの変動が生じている場合には、同一のライン間隔で延伸方向が異なる他のテストチップや、同一の延伸方向でライン間隔が異なる他のテストチップとの間で変移の比較を行う。かかる比較を行うことで、イオン注入量の変化原因がイオン注入のチルト角の変化に強く起因するものかライン線幅のバラツキに強く起因するものかを判断し、当該判断結果に応じた措置を施すことで、製品用ウェハに対して所期の設計条件から逸脱したイオン量が注入されることを迅速に防止して不良製品の発生を極力回避することができる。
【００４８】
尚、ライン線幅のバラツキが発生している場合において当該バラツキの発生に起因したイオン注入量の変化を顕著に発生させるため、同一方向に延伸するラインパターンを有するテストチップを異なる行及び異なる列に配置することがより好ましい。又、テストパターンのライン線幅並びにライン間隔の大きさは、モニタリングを行う測定系の測定領域に合わせて定められるものとすることができる。
【００４９】
又、上述したテストチップをイオン注入モニタリング用途以外の他のテストチップと共に同一のウェハ上に形成する構成としても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係るモニタリングで用いられるウェハの概略平面図
【図２】本発明に係るモニタリングで用いられるテストチップの概略平面図
【図３】各テストパターンに対して角度注入を行う場合の概念図
【図４】各テストパターンに対して異なるチルト角で角度注入を行う場合の概念図
【図５】モニタリング値の変化の推移を概念的に示したグラフ
【図６】本発明に係るモニタリングで用いられるウェハの別の概略平面図
【図７】ツイスト角と熱伝導度の関係をチルト角並びにライン線幅のバラツキの発生度合いに応じて示した模式的なグラフ
【図８】従来のモニタリング方法で用いられる半導体装置の概略構造図
【符号の説明】
【００５１】
１、１ａ：    ウェハ
２：    チップ（テストチップ）
３：    イオン注入
４、５：    イオン注入領域
２１、２２、２３：    チップ（テストチップ）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ：    チップ（テストチップ）
ｄ１、ｄ２、ｄ３：    ライン間隔
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３：    テストパターン
９０：    半導体装置
９１：    半導体基板
９２：    フィールド酸化膜
９３：    導電層
９４：    導電層
９５：    イオン注入阻止層
ＲＥ１：    第１の抵抗層
ＲＥ２：    第２の抵抗層
【図５】
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【図７】
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【図８】
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【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６】
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