(57)【要約】製品用半導体ウェハ（８）に、スクライブライン（４２）により離間された複数の集積回路（４０）を形成する。弾性変形可能な導電性端部（２４）を備えるプローブ（２０）を移動させ、スクライブライン（４２）の１つに接触させることで試験構造を形成する。この試験構造に対し、電気的刺激付与手段（３２）を用いて適切な電気的刺激を付与し、電気的刺激に対する試験構造の反応を測定する。この反応から、製品用半導体ウェハ（８）の少なくとも１つの特性を判定する。
2004526319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともその一部が誘電層で覆われた半導体ウェハの特性を１種類以上判定する特性判定方法であって、
（ａ）複数の集積回路のパターンが形成され、前記複数の集積回路を相互に離隔する複数のスクライブラインを備える半導体ウェハを配置し、
（ｂ）弾性変形可能な導電性端部を有するプローブを用い、
（ｃ）少なくとも前記半導体ウェハにおける複数本のスクライブラインのうちの１本の一部を覆う誘電層に対し、前記少なくとも一部が誘電層で覆われたスクライブラインの1本に対応する位置で前記プローブ端部を接触させて金属酸化物半導体（MOS）構造を形成し、
（ｄ）前記MOS構造に電気的刺激を付与し、
（ｅ）前記電気的刺激に対する前記MOS構造の反応を測定し、
（ｆ）前記誘電層、前記半導体ウェハ、両者の境界のうち少なくとも１つに関する少なくとも１種類の特性を前記反応に基づいて判定する、ことを特徴とする特性判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の特性判定方法において、前記工程（ｃ）では前記プローブ端部がその弾性限界内で弾性変形することを特徴とする特性判定方法。
【請求項３】
請求項１に記載の特性判定方法において、前記半導体ウェハを含む半導体層には、前記プローブ端部が接触する誘電層の下方に位置する試験用部位内にイオン注入されたドーパントが含まれることを特徴とする特性判定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の特性判定方法において、
前記工程（ｄ）では、直流電圧に交流電圧を重畳させた静電容量−電圧（ＣＶ）型の電気的刺激を付与し、前記直流電圧を第１の開始電圧値と第２の終了電圧値との間で変化させ、
前記工程（ｅ）では、前記直流電圧の変化時に静電容量値を求めることを特徴とする特性判定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の特性判定方法において、前記工程（ｆ）では、前記試験用部位の少なくとも一層におけるドーパント濃度を、前記求めた静電容量値及びこの静電容量値を求めた際の電圧の関数として判定することを特徴とする特性判定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の特性判定方法において、前記工程（ｆ）では、前記試験用部位におけるドーパント注入ドーズ量を、前記試験用部位の複数の層における前記ドーパント濃度の関数として判定することを特徴とする特性判定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の特性判定方法において、前記複数の層は、前記試験用部位の表面近傍を起点に、前記試験用部位表面近傍から前記試験用部位内部へと伸びることを特徴とする特性判定方法。
【請求項８】
請求項４に記載の特性判定方法において、前記工程（ｆ）では、
前記試験用部位における多数キャリアが減少し、前記試験用部位内またはその近傍における多数キャリアと少数キャリアとの純粋な再結合が平衡状態にあるときに生じる前記試験用部位の最小静電容量値（Ｃmin）を、前記求めた静電容量値に基づいて判定し、
前記試験用部位が平衡状態のときに前記減少した多数キャリアが存在する前記試験用部位表面からの距離である前記試験用部位の最大空間電荷深度を前記Ｃminに基づいて判定し、
前記試験用部位の平均表面ドーピング濃度を、前記最大空間電荷深度に基づいて判定することを特徴とする特性判定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の特性判定方法において、
複数の集積回路のパターンが形成され、前記複数の集積回路を相互に離隔する複数のスクライブラインを備える別の半導体ウェハを配置し、
少なくとも前記別の半導体ウェハの複数本のスクライブラインのうちの１本の一部を覆う誘電層に対し、前記少なくとも一部が誘電層で覆われたスクライブラインの１本に対応する位置で前記プローブ端部を接触させて金属酸化物半導体（MOS）構造を形成し、
前記工程（ｄ）−（ｆ）を前記別の半導体ウェハについて繰返し、
前記半導体ウェハ及び前記別の半導体ウェハの平均表面ドーピング濃度を比較することを特徴とする特性判定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の特性判定方法において、
前記半導体ウェハ及び前記別の半導体ウェハのイオン注入プロセスが許容値外で変化するかどうかを前記平均表面ドーパント濃度の比較結果に基づいて判定することを特徴とする特性判定方法。
【請求項１１】
請求項４に記載の特性判定方法において、前記求めた静電容量値に基づいて閾値電圧（Ｖt）を判定することを特徴とする特性判定方法。
【請求項１２】
半導体ウェハの特性を１種類以上判定する特性判定方法であって、
（ａ）複数の集積回路のパターンが形成され、前記複数の集積回路を相互に離隔する複数のスクライブラインを備える半導体ウェハを配置し、
（ｂ）弾性変形可能な導電性端部を有するプローブを用い、
（ｃ）少なくとも前記半導体ウェハにおける複数本のスクライブラインのうちの１本の一部に対して前記プローブ端部を接触させ、
（ｄ）前記プローブ端部と前記半導体ウェハの間に電気的刺激を付与し、
（ｅ）前記電気的刺激に対する前記半導体ウェハの反応を測定し、
（ｆ）前記半導体ウェハの少なくとも1種類の特性を前記反応に基づいて判定することを特徴とする特性判定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の特性判定方法において、前記工程（ｃ）では前記プローブ端部がその弾性限界内で弾性変形することを特徴とする特性判定方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の特性判定方法において、前記プローブ端部は、前記半導体ウェハを含む半導体層、または、前記半導体ウェハを含む前記半導体層を覆う誘電層と接触することを特徴とする特性判定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の特性判定方法において、
前記工程（ｄ）ではＣＶ型の電気的刺激を付与し、
前記工程（ｅ）では、前記ＣＶ型の電気的刺激を付与する間、静電容量値を求めることを特徴とする特性判定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の特性判定方法において、
前記半導体ウェハを含む半導体層は、前記プローブ端部と前記半導体ウェハとの接触部の下方に位置する試験用部位にイオン注入されたドーパントを含み、
前記半導体ウェハを含む半導体層を覆う誘電層に前記プローブ端部が接するとき、前記工程（ｆ）では、前記試験用部位の少なくとも一層におけるドーパント濃度を、前記求めた静電容量値及びこの静電容量値を求めた際の電圧の関数として判定することを特徴とする特性判定方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の特性判定方法において、前記工程（ｆ）では、前記試験用部位内のドーパント注入ドーズ量を、前記試験用部位の複数の層における前記ドーパント濃度の関数として判定することを特徴とする特性判定方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の特性判定方法において、
前記半導体ウェハを含む半導体層は、前記プローブ端部と前記半導体ウェハとの接触部の下方に位置する試験用部位にイオン注入されたドーパントを含み、
前記半導体ウェハを含む半導体層を覆う前記誘電層に前記プローブ端部が接触するとき、前記工程（ｆ）では、
前記試験用部位における多数キャリアが減少し、前記試験用部位内またはその近傍における多数キャリアと少数キャリアとの純粋な再結合が平衡状態にあるときに生じる前記試験用部位の最小静電容量値（Ｃmin）を、前記求めた静電容量値に基づいて判定し、
前記試験用部位が平衡状態のときに前記減少した多数キャリアが存在する前記試験用部位表面からの距離である前記試験用部位の最大空間電荷深度を前記Ｃminに基づいて判定し、
前記最大空間電荷深度に基づいて前記試験用部位の平均表面ドーピング濃度を判定することを特徴とする特性判定方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の特性判定方法において、前記求めた静電容量値から閾値電圧（Ｖt）を判定することを特徴とする特性判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は製品用半導体ウェハの電気特性測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物半導体（MOS）型トランジスタの性能は閾値電圧（VT）に依存する。デバイスのVTはデバイス形状とプロセスのどちらに対しても非常に敏感である。しかし、プロセス関連のパラメータの方がデバイスのVTに対する影響が大きく、今後もサブミクロン技術全般に大きな影響力を持ち続けるであろう。このため、デバイスのVTを制御する上で、高感度かつ反復可能なプロセス測定は不可欠であり、今後もそうであり続けるであろう。
【０００３】
プロセス関連の各種パラメータの中で最もVTに影響を与えるのは、MOSトランジスタのチャネル領域におけるキャリア密度である。チャネル領域へのイオン注入によりVTを正確に調整できるため、チャネル特性の決定にはイオン注入が用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
今日の半導体ウェハでは、ゲート高さに等しい酸化物の厚みは１５オングストローム程度にまで減少している。従って、VTを所定のレベルに保ち、オフ状態での漏れ電流を制御し、チャネル電荷のゲート制御を向上させるためには、より高いチャネルドーピングレベルが要求される。このため、VTを厳密に制御することがより重要になるとともに、より困難になった。
【０００５】
現在のところ、サンプルウェハを用いてVTを測定し、この測定値を用いて製品用ウェハのチャネル領域におけるイオン注入を調整可能である。しかし、チャネルにおけるイオン注入、及びこの結果生じるチャネルのVTは半導体ウェハごとに異なるため、製品用ウェハでもVT測定をする必要性が高まっている。製品用ウェハでVT測定をするために、そのための測定手段は非汚染、非破壊、高速であるとともに、製品用ウェハのスクライブラインや試験用部位においてVTを測定できなければならない。しかし、上記基準を全て満たすVT測定手段、即ち、製品用半導体ウェハへのイオン注入を測定する手段や、２枚以上の製品用半導体ウェハのイオン注入の変化を測定する手段のうち上記基準を全て満たすものは今のところ存在しない。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題、及び半導体ウェハのイオン注入を測定する方法により生じるその他の問題を解決することである。本発明の更なる目的は、２枚以上の半導体ウェハ間におけるイオン注入の変化を判定する判定方法を提供することである。本発明のその他の目的は、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、以下の詳細説明を読み、これを理解すれば明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上をふまえ、我々は、少なくともその一部が誘電層で覆われた半導体ウェハの特性を１種類以上判定する特性判定方法を発明するに至った。この特性判定方法では、複数の集積回路のパターンが形成され、前記複数の集積回路を相互に離隔する複数のスクライブラインを備える半導体ウェハを配置する。弾性変形可能な導電性端部を有するプローブを用いる。少なくとも前記半導体ウェハの複数のスクライブラインの１つの一部を覆う誘電層に前記プローブを接触させて金属酸化物半導体（MOS）構造を形成する。前記誘電層に対する前記プローブ端部の接触は、前記スクライブラインの１つに対応する位置で行う。静電容量−電圧（CV）型、電流−電圧（IV）型、コンダクタンス−電圧（GV）型、静電容量−時間（Ct）型いずれかの電気的刺激を前記MOS構造に加える。前記電気的刺激に対する前記MOS構造の反応を測定し、この反応から、前記誘電層、前記半導体ウェハ及び／または両者の境界の少なくとも１種類の特性を判定する。前記誘電層に対して前記プローブを付勢・接触させて、前記プローブ端部をその弾性限界内で弾性変形させる。
【０００８】
前記半導体ウェハを含む半導体層には、前記プローブ端部が接触する誘電層の下方に位置する試験用部位内にイオン注入されたドーパントを含むことができる。
【０００９】
CV型の電気的刺激を付与する際、前記電気的刺激を付与する工程では、直流電圧に交流電圧を重畳させ、この直流電圧を第１の開始電圧値と第２の終了電圧値との間で変化させる。前記MOS構造の反応を測定する工程では、前記直流電圧を変化させる間に静電容量値を求める。前記特性を判定する工程では、前記試験用部位の少なくとも一層におけるドーパント濃度(dopant concentration)を、前記求めた静電容量値及びこの静電容量値を求めた際の電圧の関数として判定する。前記試験用部位におけるドーパント注入ドーズ量(dopant implant dose)を、前記試験用部位の複数の層における前記ドーパント濃度の関数として判定可能である。前記複数の層は、前記試験用部位の表面近傍を起点に、前記試験用部位表面から前記試験用部位内に向かう方向に伸びる。
【００１０】
前記特性判定方法では、前記求めた静電容量値に基づいて前記試験用部位の最小静電容量値（Cmin）を判定することができる。このCminの値は、前記試験用部位内またはその近傍において多数キャリアが減少し、前記試験用部位内またはその近傍における多数キャリアと少数キャリアとの純粋な再結合が平衡状態のときに生じる。Cminの値に基づいて、前記試験用部位の最大空間電荷深度(maximum space-charge depth)を判定する。前記最大空間電荷深度は、前記試験用部位が平衡状態のときに前記減少した多数キャリアが存在する前記試験用部位表面からの距離である。前記最大空間電荷深度に基づいて、前記試験用部位の平均ドーパント濃度を判定できる。前記求めた静電容量値に基づいて閾値電圧値VTも判定可能である。
【００１１】
基準となる半導体ウェハ及び試験対象の１枚以上の半導体ウェハの平均ドーパント濃度を比較することで、前記試験対象の半導体ウェハのイオン注入プロセスが許容範囲外であるかどうかを判定可能である。
【００１２】
更に我々は、半導体ウェハの特性を１種類以上判定する判定方法であって、複数の集積回路のパターンが形成され、前記複数の集積回路を相互に離隔させる複数のスクライブラインを備える半導体ウェハを用いるものを発明した。弾性変形可能な導電性端部を有するプローブを設ける。少なくとも前記半導体ウェハの複数のスクライブラインの１つの一部に対して前記プローブ端部を接触させる。前記プローブの接触は、前記スクライブラインの１つに対応する位置で行う。前記プローブ端部と前記半導体ウェハの間に電気的刺激を付与し、この電気的刺激に対する前記半導体ウェハの反応を測定する。この反応から、前記半導体ウェハの少なくとも１種類の特性を判定する。
【００１３】
前記半導体ウェハを含む半導体層、または、前記半導体ウェハを含む半導体層を覆う誘電層に対して前記プローブ端部を接触させることができる。前記付与した電気的刺激はCV型の電気的刺激とすることができ、前記CV型の電気的刺激を付与する間に求める静電容量値を前記測定される反応とすることができる。
【００１４】
前記半導体ウェハを含む半導体層には、前記プローブ端部と前記半導体ウェハとの接触部の下方に位置する試験用部位にイオン注入されたドーパントを含ませることができる。前記半導体ウェハを含む半導体層を覆う誘電層に前記プローブ端部を接触させるとき、前記特性を判定する工程では、前記試験用部位の少なくとも一層におけるドーパント濃度を、前記求めた静電容量値の関数として判定することができる。
【実施例】
【００１５】
図１において、ドーパント注入ドーズ量及びイオン注入濃度を測定する測定装置２は、被膜誘電層４が形成された半導体ウェハ８の下面１２を真空引きして保持する真空チャック１０を備える。チャック１０は、図１の矢印１４で示される垂直方向に上下動可能とされることが好ましい。
【００１６】
更に、測定装置２は、シャフト２２を有するプローブ２０を備え、プローブ２０の一端には導電性端部２４が設けられる。プローブ２０も矢印１４で示される垂直方向に上下動可能とされる。当該分野で周知のものを用いた接触形成手段３０により、チャック１０及び／またはプローブ２０の垂直動作が制御され、プローブ２０と半導体ウェハ８とを相対移動させて導電性端部２４の先端２８を誘電層４に接触させる。導電性端部２４と誘電層４とが接触することで、導電性端部２４と半導体ウェハ８の第１の接触部が形成される。下面１２とチャック１０とが接触することで、半導体ウェハ８との第２の接触部が形成される。
【００１７】
導電性端部２４及びチャック１０には、電気的刺激を付与する電気的刺激付与手段３２と測定手段３４とが並列に接続される。チャック１０は基準アースに接続可能である。しかし、この構成は本発明を限定するものでなく、チャック１０を交流基準バイアスや直流基準バイアスに接続することも可能である。
【００１８】
導電性端部２４は、滑らかでよく研磨されたタンタルなどの金属や導電性エラストマー、導電性ポリマーといった弾性変形可能な材料から構成される。導電性端部２４は曲率半径が１０μｍ〜１００ｃｍの半球状であることが好ましい。しかし、本発明はこの構成に限られるものではない。
【００１９】
図２及び引き続き図１において、本発明では、半導体ウェハ８が製品用半導体ウェハである場合、半導体ウェハ８にはスクライブライン４２により公知の方法で離隔された複数の集積回路４０を含むパターンが形成される。集積回路４０を形成する際、各集積回路４０の１箇所以上の選択された部位には所定のドーパントがイオン注入される。このドーパントにより、前記イオン注入された各部位と、この各部位を囲む単一材料からなるバルク半導体層との間には電位差が生じる。
【００２０】
本発明によれば、各集積回路４０の選択された部位にイオン注入する間、半導体ウェハ８における１箇所以上の試験用部位４４もイオン注入される。各試験用部位４４は、２つの集積回路４０の間に位置するスクライブライン４２に、または、交差するスクライブライン４２の交点に形成される。半導体ウェハ８のプロセスにおける所定の時点で、各試験用部位４４の上面に誘電層４を形成する。誘電層４の被膜形成は、試験用部位４４と集積回路４０とに同時に行ってもよいし、別々に行ってもよい。
【００２１】
図２において、プローブ２０の導電性端部２４は、各試験用部位４４を覆う誘電層４の表面に接触するものとして示される。プローブ２０の導電性端部２４と各試験用部位４４を覆う誘電層４との機械的接触は、半球体と平面体との弾性接触に関して周知のヘルツの公式（Hertzian formula）により判定可能である。
【００２２】
半導体ウェハ８に衝突する各イオンの運動エネルギと、各イオンが半導体ウェハ８に影響を与える結晶構造に起因して、半導体ウェハ８に注入されたドーパントイオンが半導体ウェハ８の上面６からの異なる深さに位置することがよく知られている。このため、半導体ウェハ８における上面６を含めた各層のイオン濃度、即ち、１立方ｃｍ当たりのイオン数は変化することになる。
製品用半導体ウェハのプロセスでは、半導体ウェハに形成された集積回路に所定の機能を発揮させるため、ドーパント注入ドーズ量、即ち、１平方ｃｍ当たりのイオン数を判定することが望ましい。更に、今日の大型化した半導体ウェハ、即ち、３００ｍｍ径の半導体ウェハでは、１枚の半導体ウェハに複数の集積回路が存在する場合でも各集積回路が所定範囲の誤差でイオン注入されることが望ましい。
【００２３】
半導体ウェハ８に形成された集積回路４０におけるドーパント注入ドーズ量を判定するために、半導体ウェハ８のスクライブライン４２内、または、交差するスクライブライン４２の交点に形成されかつイオン注入された試験用部位４４を用いる。これにより、プローブ２０の導電性端部２４は、イオン注入された各試験用部位４４を覆う誘電層４と接触する。プローブ２０が１本であっても、半導体ウェハ８の各試験用部位４４におけるドーパント注入ドーズ量を順番に判定可能である一方、共通の取付部（図示せず）に固定された複数のプローブ２０を用いて、複数の試験用部位４４からドーパント注入ドーズ量を判定するデータを求めることもできる。１箇所の試験用部位４４からのデータ取得及びドーパント注入ドーズ量の判定については、図３（Ａ）〜（Ｃ）及び引き続き図１、２を参照しながら後述する。しかし、半導体ウェハ８の各試験用部位４４におけるデータ取得及びのドーパント注入ドーズ量の判定は同様の方法で行うことが理解されよう。
【００２４】
まず、接触形成手段３０により、半導体ウェハ８のイオン注入した試験用部位４４を覆う誘電層４に導電性端部２４を接触させることでMOS型試験構造を形成する。即ち、導電性端部２４、誘電層４、半導体ウェハ８を組み合わせることでMOS型試験構造を形成する。MOS型試験構造を形成したら、電気的刺激付与手段３２により静電容量−電圧（CV）型、電流−電圧（IV）型、コンダクタンス−電圧（GV）型、静電容量−時間（Ct）型のうちいずれか所定の電気的刺激をMOS型試験構造に付与する。以下では説明の便宜のために、電気的刺激付与手段３２をCV型の電気的刺激を付与するものとして記載する。しかし、本発明はこの構成に限られるものではない。
【００２５】
第１の開始電圧値５０から第２の終了電圧値５２まで変化しかつ交流電圧が重畳された直流電圧を含むCV型の電気的刺激を、電気的刺激付与手段３２によりMOS型試験構造に対して付与する。直流電圧を変化させる間、MOS型試験構造の静電容量値を取得する。図３（Ａ）には取得した静電容量値と電圧との関係を示すグラフが示される。
【００２６】
次に、取得した静電容量値の二乗の逆関数、即ち、l/C2を電圧に対して判定する。図３（Ｂ）には電圧に対するI/C2のグラフが示される。
【００２７】
次に、以下の数式１を用いて、開始電圧値５０と終了電圧値５２の間において、l/C2の値ごとの注入濃度Ｎwを判定する。
【００２８】
【数１】
2004526319.tif 000003
【００２９】
ここで、
ｑは電荷、
εsは半導体ウェハ８の誘電率、
Ｎwはドーパント注入濃度(dopant implant concentration)、
Ａは導電性端部２４の接触領域、を示す。
【００３０】
次に、以下の数式２を用いて、各注入濃度が属する半導体ウェハ８の上面６からの距離
ＷをＮwの値ごとに判定する。
【００３１】
【数２】
2004526319.tif 000004
【００３２】
ここで、
Ｗは半導体ウェハ８の上面６からの距離、
Ψは上面６から後述する深さＬまで半導体ウェハ８を横切る直流電圧の一部、である。
【００３３】
図３（Ｃ）は距離ＷとＮwとの関係を示すグラフである。図３（Ｃ）からわかるように、注入濃度は、半導体ウェハ８の上面６からの距離６０に対応して判定可能な値がない。更に図３（Ｃ）からわかるように、ドーパント濃度は、ピーク値６２に到達するまで半導体ウェハ８の上面６からの距離Ｗとともに増加する。その後、上面６からの距離Ｗが更に増加すると、ドーパント濃度は上面６からの距離Ｌにおいて安定値Nsubに到達するまで減少する。Nsubの値は、半導体ウェハ８の元となったインゴットが成長する間に半導体ウェハ８が捕捉した残留イオンを示す。
【００３４】
Ｗに対するNwのピーク値６２の位置は、ドーパントイオンを半導体ウェハ８に注入する深さを調整することにより、半導体ウェハ８の上面６との関係で調整可能である。例えば、ドーパントイオンを上面６の近傍に注入すると、図３（Ｃ）のNw軸に向かってピーク値６２が移動し、ドーパントイオンを上面６から更に離すように注入すると、図３（Ｃ）のNw軸から離れるようにピーク値６２が移動する。従って、数式１、２を用いてＷに対するNwを判定することにより、Nwのピーク値６２の位置及び高さを正確に判定・制御できるようになる。Nwのピーク値６２の位置及び高さの制御は、MOS電界効果トランジスタ（MOSFETs）の電圧閾値VTに直接関連するため、半導体ウェハ８のイオン注入が許容誤差内にあるかどうかを判定する際、Nwのピーク値６２の位置及び高さを正確に判定する能力が重要となる。
【００３５】
部分的注入ドーズ量（partial implant dose, PID）とも呼ばれる各試験用部位のドーパント注入ドーズ量は、以下の数式３から判定できる。
【００３６】
【数３】
2004526319.tif 000005
【００３７】
ここで、
Nsubは、半導体ウェハ８を形成する半導体層の残留ドーパント濃度(residual dopant concentration)、
PIDはドーパント注入ドーズ量、である。
ドーパント注入ドーズ量の判定結果を、試験用部位４４の理論的ドーパント注入ドーズ量と比較することで、半導体ウェハ８におけるドーパントのイオン注入量が許容誤差内にあるかどうかを判定可能である。
【００３８】
図４及び引き続き図１、２において、試験用部位４４におけるイオンドーパントの注入量が許容誤差であることを判定することが目的の場合、試験用部位４４の各層におけるドーパント注入濃度や試験用部位４４のドーパント注入ドーズ量を判定することは必ずしも必要ではないことがわかっている。このため、試験用部位４４の平均表面ドーパント濃度は、試験用部位４４のCminの値から判定可能であることがわかっている。
【００３９】
試験用部位４４のCminの値は、CV型の刺激を導電性端部２４に付与することにより判定される。このCV型の刺激には、第１の開始電圧値７０から第２の終了電圧値７２まで変化する直流信号に交流信号を重畳したものが含まれる。直流電圧が終了電圧値７２に向かって変化すると、試験用部位４４は強い空乏状態７４へと変化する。直流電圧が終了電圧値７２に到達すると、電気的刺激付与手段３２により直流電圧を終了電圧値７２で停止させる。試験用部位４４が強い空乏状態７４となるため、導電性端部２４に付与される終了電圧値７２を電気的刺激付与手段３２が維持しても、測定される静電容量は増加する。試験用部位４４の静電容量は、安定値７６に到達するまで増加し続ける。この安定値７６は、試験用部位４４の多数キャリアが減少し、試験用部位４４内またはその近傍の多数キャリアと少数キャリアの純粋な再結合が平衡状態のときに発生する。その後、電気的刺激付与手段３２により、終了電圧値７２から開始電圧値７０に向かって電圧を逆方向に変化させる。
【００４０】
図４に示されるCV型の刺激を付与する間、測定手段３４により試験用部位４４の静電容量をモニタし、逆方向の電圧変化の静電容量が、順方向の電圧変化の静電容量と最初に等しくなる時点を判定する。この静電容量はCminとして示され、Cminに対応する電圧は閾値電圧VTとして示される。VTの値は経験的にCV型の刺激から判定可能、または、Cmin及び後述するNsurfに対応して判定された値を用いて公知の方法で判定可能である。
【００４１】
以下の数式４を用いて、Cminにおける上面６からの最大空間電荷距離(maximum space charge distance)（Wm）を判定できる。
【００４２】
【数４】
2004526319.tif 000006
【００４３】
ここで、
εoxは誘電層４の誘電率、
εsは半導体ウェハ８の誘電率、
Toxは誘電層４の厚さ、
WmはCminにおける上面６からの最大空間電荷距離、
Ａは導電性端部２４の接触領域、を示す。
以下の数式５を用いて、Wmの判定値から平均ドーパント濃度（Nsurf）を判定できる。
【００４４】
【数５】
2004526319.tif 000007
【００４５】
ここで、
εsは半導体ウェハ８の誘電率、
ΨLは、ランデールの反転折曲がり飽和バンド（Linder saturation band bending in inversion）、
ｑは電荷、
Nsurfは平均ドーパント濃度、である。
【００４６】
各半導体ウェハにおけるNsurfの値は、半導体ウェハ８のイオン注入量が許容誤差内にあるかどうかを示すが、試験用部位４４のドーパント濃度またはドーパントドーズ量の絶対値を示すものではない。しかし、許容誤差内でイオン注入された半導体ウェハ８に対して判定されたNsurfの値を、製品用半導体ウェハ８に対して判定されたNsurfの値と比較することで、製品用半導体ウェハ８へのイオン注入量が許容誤差内にあるかどうかを判定することができる。このため、基準半導体ウェハ用に対して判定したNsurfの値を、試験中の１枚以上の製品用半導体ウェハのそれぞれのNsurfの値とを比較して、値の相違が、許容誤差外で変化するイオン注入プロセスを示す所定値を超えるかどうかを判定することができる。
【００４７】
図５及び引き続き図１において、本発明の別の実施形態によれば、半導体ウェハ８を覆う誘電層４に対して、プローブ２０の導電性端部２４をスクライブライン４２中で接触させることができる。しかし、本実施形態では、半導体ウェハ８における導電性端部２４及び誘電層４の接触部下方の箇所はイオン注入されない。導電性端部２４、誘電層４、半導体ウェハ８を組み合わせることでMOS型試験構造を形成し、このMOS型試験構造に対して、電気的刺激付与手段３２により、CV型、電流−電圧（IV）型、コンダクタンス−電圧（GV）型、静電容量−時間（Ct）型、寿命測定型の電気的刺激のうち１種類以上の所定のものを付与できる。そして、測定手段３４により電気的刺激に対するMOS型試験構造の反応を測定し、当該分野で公知の方法により誘電層４、半導体ウェハ８及び／または両者の境界の１種類以上の特性を判定できる。本実施形態では、CV型の電気的刺激が付与されると、測定された反応を用いて、半導体ウェハ８を形成する半導体層の残留ドーパント濃度（Nsub）の値を判定可能である。
【００４８】
単一材料からなるバルク半導体層を覆う誘電層、またはパターン形成されていない半導体ウェハ、即ち、集積回路４０やスクライブライン４２のない半導体ウェハのイオン注入した試験用部位４４を覆う誘電層にプローブ２０の導電性端部２４を接触させてMOS型試験構造を形成し、このMOS型試験構造にCV型、IV型、GV型、Ct型いずれかの電気的刺激を付与することができる。電気的刺激に対するMOS型試験構造の反応を測定し、この測定した反応を用いて、誘電層、半導体ウェハ及び／または両者の境界の１種類以上の特性を当該分野で公知の方法により判定可能である。
【００４９】
図６、７において、本発明の別の実施形態によれば、半導体ウェハ８のスクライブライン４２には被膜誘電層４が形成されず、プローブ２０の導電性端部２４がスクライブライン４２において半導体層に接触可能となるため、ショットキー型試験構造（Schottky test structure）を形成できる。半導体ウェハ８においてショットキー型試験構造を形成する箇所は、半導体ウェハ８を形成するバルク半導体層、または所定のドーパントをイオン注入した試験用部位４４とすることができる。電気的刺激付与手段３２により、所定の電気的刺激、例えば、CV型の電気的刺激をショットキー型試験構造に付与し、測定手段３４によりこの刺激に対するショットキー型試験構造の反応を測定し、これに基づき、当該分野で公知の方法により半導体ウェハ８の１種類以上の特性を判定できる。
【００５０】
最後に、バルク半導体層、またはパターン形成されていない半導体ウェハ、即ち、誘電層４や集積回路４０、スクライブライン４２のない半導体ウェハのイオン注入した試験用部位４４にプローブ２０の導電性端部２４を接触させてショットキー型試験構造を形成し、このショットキー型試験構造に対して、CV型などの所定の電気的刺激を付与することもできる。電気的刺激に対するショットキー型試験構造の反応を測定し、この測定した反応に基づき、当該分野で公知の方法で半導体ウェハ８の１種類以上の特性を判定可能である。
【００５１】
以上のように、本発明によれば、製品用半導体ウェハのスクライブラインにおけるドーパント濃度及びドーパントドーズ量を判定する判定方法を提供できる。更に、本発明によればは、製品用半導体ウェハに対するイオン注入プロセスが許容誤差外で変化しているかどうかを判定する判定方法を提供できる。
【００５２】
好適な実施形態を参照して本発明を説明してきた。上記詳細説明を読み、これを理解したとき、その他の変形や変更も明らかになるであろう。本発明は、添付された特許請求の範囲内にある変形や変更はすべて含むものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】パターンが形成された半導体ウェハのスクライブラインに接触する導電性プローブの横断面図であって、前記半導体ウェハには、被膜誘電層と、スクライブライン内に形成された試験用部位とが設けられている図である。
【図２】パターンが形成された半導体ウェハの一部の分離透視図であって、スクライブラインにプローブ端部が接触し、このスクライブラインには、その内部に形成された試験用部位と、この試験用部位を覆う誘電層が設けられている図である。
【図３】（ａ）は、試験用部位及び誘電層における電圧と静電容量との関係を、図１に示されるプローブ端部を用いて求めた図である。  （ｂ）は（ａ）に示された電圧と静電容量との関係から得られた図である。  （ｃ）は（ｂ）に示された図から判定された前記試験用部位における注入ドーパント濃度の図である。
【図４】試験用部位及び誘電層における順方向及び逆方向の電圧変化に対する電圧と静電容量との関係を、図１に示されるプローブ端部を用いて求めた図である。
【図５】パターンが形成された半導体ウェハの一部の分離透視図であって、スクライブラインにプローブ端部が接触し、このスクライブラインには、前記半導体ウェハを構成する単一の半導体層を覆う誘電層が設けられている状態の図である。
【図６】パターンが形成された半導体ウェハの一部の分離透視図であって、スクライブラインのうち試験用部位が形成された箇所において、前記半導体ウェハを構成する単一材料からなる半導体層に対してプローブ端部が接触している状態の図である。
【図７】パターンが形成された半導体ウェハの一部の分離透視図であって、前記半導体ウェハを構成する単一材料からなる半導体層に対してプローブ端部がスクライブラインにおいて接触している状態の図である。
【符号の説明】
【００５４】
４        誘電層
８        半導体ウェハ
２０      プローブ
２４      導電性端部
４０      集積回路
４２      スクライブライン
４４      試験用部位
５０      第1の開始電圧値
５２      第2の終了電圧値
【図１】
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【図２】
2004526319.tif 000009
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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