(57)【要約】【課題】半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定する。【解決手段】半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定するための方法と装置において、付与されたＣＶタイプの電気刺激に対する前記半導体ウエハ又はサンプルの反応が測定される。帰納法を利用して、この測定された反応から、半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚ＣＥＴ、最大キャパシタンスＣｏｘ、フラットバンド電圧Ｖｆｂ及びその他の特性が測定される。（１）Ｃｏｘの最後の二つの値、又は（２）Ｖｆｂの最後の二つの値、の少なくとも一方が所定の収束判断基準内に収束することに基づいて決定されたＣＥＴの最も正確な値の関数として、半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚ＥＯＴを決定することができる。その後、前記ＥＯＴ値および／又はＣＥＴ，Ｃｏｘ又はＶｆｂの単数又は複数の値を、人間が検出可能な形態で出力することができる。【選択図】図１
2007067421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定するための方法であって、以下の工程を有する、
（ａ）半導体材料から成る基材上に配設された誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルに対してＣＶタイプの電気刺激を付与する工程と、
（ｂ）前記ＣＶタイプの電気刺激に対する前記半導体ウエハ又はサンプルの反応を測定する工程と、
（ｃ）ｉ＝１に設定する工程と、
（ｄ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、前記半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンスＣｏｘｉと、前記半導体ウエハ又はサンプルの最小キャパシタンスＣｍｉｎとを決定する工程と、
（ｅ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンスＣｆｂｉをＣｏｘｉとＣｍｉｎとの関数として決定する工程と、
（ｆ）前記工程（ｂ）で測定された反応を利用して、Ｃｆｂｉに対して、前記半導体ウエハ又はサンプルの、対応するフラットバンド電圧Ｖｆｂｉを決定する工程と、
（ｇ）Ｖｆｂｉと所定のオーバードライブ電圧Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅとを組み合わせて開始電圧値Ｖｓｔａｒｔを得る工程と、
（ｈ）ｉ＝ｉ＋１に設定する工程と、
（ｉ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、Ｖｓｔａｒｔの前記値に対応する前記半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンスＣｏｘｉを決定する工程と、そして
（ｊ）
（１）Ｃｏｘ１とＣｏｘｉ−１の所定のキャパシタンス収束判定基準が満たされ、および／又は、
（２）Ｖｆｂｉ及びＶｆｂｉ−１の所定のフラットバンド電圧収束判定基準が満たされるまで、
前記工程（ｅ）〜（ｉ）を繰り返す工程、とを有する。
【請求項２】
請求項１の方法であって、更に以下を有する、
ｉの各値に対して、Ｃｏｘｉの関数として前記半導体ウエハ又はサンプルの容量等価膜厚ＣＥＴｉを決定する工程、そして、
前記所定のキャパシタンス収束判定基準又は前記所定のフラットバンド電圧収束判定基準の少なくとも一つが満たされた時に、前記ｉの現在値に対して、前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚ＥＯＴをＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅとＣＥＴｉとの関数として決定する工程。
【請求項３】
請求項２の方法であって、更に、Ｃｏｘｉ，Ｖｆｂｉ，ＣＥＴｉ及びＥＯＴの単数又は複数の値を人間によって知覚可能な状態で出力する工程を有する。
【請求項４】
請求項１の方法であって、前記所定のキャパシタンス収束判定基準は、
｛［（Ｃｏｘｉ−Ｃｏｘｉ−１））Ｃｏｘｉ−１］（１００｝＃ｘ％
である。
【請求項５】
請求項４の方法であって、ｘ％＝１％である。
【請求項６】
請求項１の方法であって、前記所定のフラットバンド電圧収束判定基準は、
｛［（Ｖｆｂ２−Ｖｆｂ１））Ｖｆｂ１］（１００｝＃ｘ％、
である。
【請求項７】
請求項６の方法であって、ｘ％＝１％である。
【請求項８】
半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定する方法であって、該方法は以下の工程を有する、
（ａ）上方に誘電層を備える半導体材料の基材から成る半導体ウエハ又はサンプルに対してＣＶタイプの刺激を付与する工程と、
（ｂ）前記ＣＶタイプの刺激に対する前記半導体ウエハ又はサンプルの反応を測定する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、前記半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンス値Ｃｏｘ１と最小キャパシタンス値Ｃｍｉｎとを決定する工程と、
（ｄ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンス値Ｃｆｂ１をＣｏｘ１およびＣｍｉｎの関数として決定する工程と、
（ｅ）前記工程（ｂ）で測定された反応を利用して、Ｃｆｂ１に対して、前記半導体ウエハ又はサンプルの、対応するフラットバンド電圧値Ｖｆｂ１を決定する工程と、
（ｆ）Ｖｆｂ１と所定のオーバードライブ電圧値Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅとを組み合わせて開始電圧値Ｖｓｔａｒｔを得る工程と、
（ｇ）前記Ｖｓｔａｒｔの値を利用して、前記工程（ｂ）で測定された反応から、前記半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンス値Ｃｏｘ２を決定する工程と、
（ｈ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンス値Ｃｆｂ２をＣｏｘ２とＣｍｉｎとの関数として決定する工程と、
（ｉ）前記工程（ｂ）で測定された反応を利用して、Ｃｆｂ２に対して、前記半導体ウエハ又はサンプルの、対応するフラットバンド電圧値Ｖｆｂ２を決定する工程と、そして、
（ｊ）
（１）Ｃｏｘ１及びＣｏｘ２の所定のキャパシタンス収束判定基準と
（２）Ｖｆｂ１及びＶｆｂ２の所定のフラットバンド電圧収束判定基準との
少なくとも１つが満たされた時に、前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚（ＥＯＴ）を決定する工程。
【請求項９】
請求項８の方法であって、更に、
前記半導体ウエハ又はサンプルの容量等価膜厚ＣＥＴをＣｏｘ１又はＣｏｘ２の関数として決定する工程と、
ＣＥＴ及びＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅの関数として前記工程（ｊ）でＥＯＴを決定する工程とを有する。
【請求項１０】
請求項９の方法であって、更に、ＣＥＴ又はＥＯＴの少なくとも１つを人間によって知覚可能な状態で出力する工程を有する。
【請求項１１】
半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定するための方法であって、該方法は以下の工程を有する、
（ａ）上方に誘電層を備える半導体材料の基材から成る半導体ウエハ又はサンプルに対してＣＶタイプの刺激を付与する工程と、
（ｂ）前記ＣＶタイプの刺激に対する前記半導体ウエハ又はサンプルの反応を測定する工程と、
（ｃ）ｉ＝１に設定する工程と、
（ｄ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、前記半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンスＣｏｘｉと、前記半導体ウエハ又はサンプルの最小キャパシタンスＣｍｉｎとを決定する工程と、
（ｅ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンスＣｆｂｉをＣｏｘｉの関数として決定する工程と、
（ｆ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、Ｃｆｂｉに対応する前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンド電圧Ｖｆｂｉを決定する工程と、
（ｇ）所定のオーバードライブ電圧ＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅとＶｆｂｉとを組み合わせて開始電圧値Ｖｓｔａｒｔを得る工程と、
（ｈ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、Ｖｓｔａｒｔの現在値に対応する前記半導体ウェハ又はサンプルの最大キャパシタンスＣｏｘｉ＋１を得る工程と、
（ｉ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンスＣｆｂｉ＋１をＣｏｘｉ＋１の関数として決定する工程と、
（ｊ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、Ｃｆｂｉ＋１に対応する前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンド電圧値Ｖｆｂｉ＋１を得る工程と、そして
（ｋ）（１）Ｖｆｂｉ及びＶｆｂｉ＋１、または、（２）Ｃｏｘｉ及びＣｏｘｉ＋１の、少なくとも１つについて所定の収束判定基準が満たされた時に、前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚（ＥＯＴ）を測定し、さもなければ、ｉ＝ｉ＋１に設定し、工程（ｇ）〜（ｋ）を繰り返す工程、とを有する。
【請求項１２】
請求項１１の方法であって、Ｖｆｂｉ＋１及びＶｆｂｉについての前記所定の収束判定基準は、
｛［（Ｖｆｂｉ＋１−Ｖｆｂｉ））Ｖｆｂｉ］（１００｝＃ｘ％、および／又は、
Ｃｏｘ及びＣｏｘｉ＋１についての前記所定の収束判定基準は、
｛［（Ｃｏｘｉ＋１−Ｃｏｘｉ））Ｃｏｘｉ］（１００｝＃ｘ％である。
【請求項１３】
請求項１２の方法であって、ｘ％＝１％である。
【請求項１４】
請求項１１の方法であって、更に、
Ｃｏｘの各値の関数として、（１）前記半導体ウエハ又はサンプルのキャパシタンスオキシド厚み（ＣＥＴ）と、（２）前記半導体ウエハ又はサンプルの空間電荷領域（Ｃｓｃ）のキャパシタンスの逆数との対応の値を決定する工程と、
Ｃｓｃの各値の関数として、前記半導体ウエハ又はサンプルのバルク表面キャリア濃度（Ｎｓｕｒｆ）の対応の値を決定する工程と、そして、
Ｎｓｕｒｆの各値の関数として、前記半導体ウエハ又はサンプルの固有デバイ長さ（Ｌｄ）の対応の値を決定する工程、とを有する。
【請求項１５】
請求項１４の方法であって、フラットバンドキャパシタンスＣｆｂの各値も、Ｌｄの前記対応の値の関数として決定される。
【請求項１６】
請求項１４の方法であって、前記工程（ｋ）において、ＥＯＴは、Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅの値と、ＣＥＴの最新の値との関数として決定される。
【請求項１７】
半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定するシステムであって、該システムは以下を有する、
与えられたＣＶタイプの電気刺激に対する半導体ウエハ又はサンプルの反応を測定するための手段と、
前記測定された反応の関数として、前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚ＣＥＴと、最大キャパシタンスＣｏｘとフラットバンド電圧Ｖｆｂとのより正確な値をそれぞれ帰納的に決定するための手段と、
（１）Ｃｏｘの最後の二つの値、又は（２）Ｖｆｂの最後の二つの値、の少なくとも一方の、所定の収束判定基準内への収束に基づいて決定されたＣＥＴの最も正確な値の関数として前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚ＥＯＴの値を決定するための手段と、そして、
前記ＥＯＴ値、前記ＣＥＴの最も正確な値、前記Ｃｏｘの最も正確な値又はＶｆｂの最も正確な値、の少なくとも１つを人間によって知覚可能な状態で出力するための手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、半導体ウエハ又はサンプルのテスト、詳しくは、半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の特性の高精度測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
これまで、テスト対象とされる半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンス、別名、オキシド・キャパシタンス（Ｃｏｘ）と、フラットバンド電圧（Ｖｔｂ）の測定は、誘導ヒューリスティック法を利用して達成されていた。具体的には、オペレータがこの半導体ウエハ又はサンプルに対して加えるＣｖタイプの電気刺激に対する反応から得られるまたは導出されるＣＶ曲線から、オペレータは、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンスＣｆｂを決定する。ＣＶタイプの電気刺激の一例として、開始電圧から最終電圧まで、ＤＣ電圧を掃引し、それにＡＣ電圧を重畳する方法がある。前記ＤＣ電圧の掃引中に、このＤＣ電圧とそれに対応するキャパシタンスとの複数のサンプル、即ち、複数の電圧−キャパシタンスデータポイントを得る。そしてこれらのデータポイントからＣＶ曲線を導出又は規定する。
【０００３】
前記ＣＶ曲線を利用して、オペレータは、このＣＶ曲線から得られたフラットバンドキャパシタンスＣｆｂに対応するフラットバンド電圧Ｖｆｂを決定する。次に、オペレータはＶｆｂを、経験的に決定されたオーバードライブ電圧（Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅ）と組み合わせる。ｐ型のウエハの場合、ＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅはＶｆｂから減算される。ｎ型のウエハの場合は、ＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅはＶｆｂに加算される。
【０００４】
もしもＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅとＶｆｂとを組み合わせたものがＣＶタイプの電気刺激の開始電圧に等しければ、Ｖｆｂの推定値と前記開始電圧に対応するＣＶ曲線状のキャパシタンス値とが、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルのＶｆｂとＣｏｘの実際の値に等しいと見なされる。しかし、もしも前記組み合わせが開始電圧に等しくなければ、オペレータによって半導体ウエハ又はサンプルに加えられる新たなＣＶタイプの電気刺激から新たなＣＶ曲線を得る。但し、この新しいＣＶタイプの電気刺激のために、オペレータは別の開始電圧を利用する。次に、オペレータは、この新しいＣＶ曲線を上述したように利用して新しい値のＶｆｂとＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅの組み合わせが前記新たなＣＶタイプの電気刺激の開始電圧に等しいか否かを判断する。もしも等しくなければ、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルの更に新たなＣＶタイプの電気刺激に対する反応に基づく更に新たなＣＶ曲線を入手又は導出し、この新しいＣＶ曲線からフラットバンドキャパシタンスＣｆｂとフラットバンド電圧Ｖｆｂの値を測定し、ＶｆｂとＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅの組み合わせがＣＶ曲線の開始電圧に等しいか否かを判定するという上述したプロセスを、特定のＣＶ曲線についての前記組み合わせが対応のＣＶタイプの電気刺激の開始電圧に等しくなるまで繰返し、これが等しくなった時に、Ｖｆｂの推定値と前記開始電圧に対応するキャパシタンス値との組み合わせが、そのテスト対象ウエハ又はサンプルの実際のＶｆｂ及びＣｏｘであると見なす。
【０００５】
テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルのＶｆｂとＣｏｘとの値が決定されると、このテスト対象の半導体ウエハ又はサンプルの、容量等価膜厚（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）（ＣＥＴ）、等価酸化膜厚（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｏｘｉｄｅ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）（ＥＯＴ）、及びその他の特性を決定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
経験豊かなオペレータであれば、上述したヒューリスティック法の１回の実行の結果を利用してテスト対象の半導体ウエハ又はサンプルに対して与える次のＣＶタイプの電気刺激のための開始電圧を得ることが可能である。しかしながら、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルのＶｆｂおよびＣｏｘの値を決定するための従来のヒューリスティック法では通常、そのそれぞれが異なる開始電圧を有する固有のＣＶタイプの電気刺激から得られる又は導出される複数のＣＶ曲線を使用することが必要である。
【０００７】
必要とされているにも拘わらずこれまで知られていないのは、そこから、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルのその他の特性を、最小限のオペレータ介入で、しかも、そのテスト対象の半導体ウエハ又はサンプルに対する最小限のＣＶタイプの電気刺激で、従来のヒューリスティック法よりも迅速に測定することが可能な、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルのＣｆｂ及びＶｆｂの値を測定するための方法と装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の要旨
本発明は、半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定するための方法を提供する。この方法は、（ａ）半導体材料から成る基材上に配設された誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルに対してキャパシタンス−電圧（ＣＶ）タイプの電気刺激を付与する工程と、（ｂ）前記ＣＶタイプの電気刺激に対する前記半導体ウエハ又はサンプルの反応を測定する工程と、（ｃ）ｉ＝１に設定する工程と、（ｄ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、前記半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンスＣｏｘｉと、前記半導体ウエハ又はサンプルの最小キャパシタンスＣｍｉｎとを決定する工程と、（ｅ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンスＣｆｂｉをＣｏｘｉとＣｍｉｎとの関数として決定する工程と、（ｆ）前記工程（ｂ）で測定された反応を利用して、Ｃｆｂｉに対して、前記半導体ウエハ又はサンプルの、対応するフラットバンド電圧Ｖｆｂｉを決定する工程と、（ｇ）Ｖｆｂｉと所定のオーバードライブ電圧Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅとを組み合わせて開始電圧値Ｖｓｔａｒｔを得る工程と、（ｈ）ｉ＝ｉ＋１に設定する工程と、（ｉ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、Ｖｓｔａｒｔの前記値に対応する前記半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンスＣｏｘｉを決定する工程と、そして（ｊ）（１）Ｃｏｘ１とＣｏｘｉ−１の所定のキャパシタンス収束判定基準が満たされ、および／又は、（２）Ｖｆｂｉ及びＶｆｂｉ−１の所定のフラットバンド電圧収束判定基準が満たされるまで、前記工程（ｅ）〜（ｉ）を繰り返す工程、とを有する。
【０００９】
前記方法は、更に、ｉの各値に対して、Ｃｏｘｉの関数として前記半導体ウエハ又はサンプルの容量等価膜厚ＣＥＴｉを決定する工程、そして、前記所定のキャパシタンス収束判定基準又は前記所定のフラットバンド電圧収束判定基準の少なくとも一つが満たされた時に、前記ｉの現在値に対して、前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚ＥＯＴをＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅとＣＥＴｉとの関数として決定する工程を有する。
【００１０】
前記方法は、更に、Ｃｏｘ，Ｖｆｂ，ＣＥＴ及びＥＯＴの単数又は複数の値を人間によって検出又は知覚可能な状態で出力する工程を有する。
【００１１】
本発明は、又、半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定する方法であって、（ａ）上方に誘電層を備える半導体材料の基材から成る半導体ウエハ又はサンプルに対してＣＶタイプの刺激を付与する工程と、（ｂ）前記ＣＶタイプの刺激に対する前記半導体ウエハ又はサンプルの反応を測定する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、前記半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンス値Ｃｏｘ１と最小キャパシタンス値Ｃｍｉｎとを決定する工程と、（ｄ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンス値Ｃｆｂ１をＣｏｘ１およびＣｍｉｎの関数として決定する工程と、（ｅ）前記工程（ｂ）で測定された反応を利用して、Ｃｆｂ１に対して、前記半導体ウエハ又はサンプルの、対応するフラットバンド電圧値Ｖｆｂ１を決定する工程と、（ｆ）Ｖｆｂ１と所定のオーバードライブ電圧値Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅとを組み合わせて開始電圧値Ｖｓｔａｒｔを得る工程と、（ｇ）前記Ｖｓｔａｒｔの値を利用して、前記工程（ｂ）で測定された反応から、前記半導体ウエハ又はサンプルの第２の最大キャパシタンス値Ｃｏｘ２を決定する工程と、（ｈ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンス値Ｃｆｂ２をＣｏｘ２とＣｍｉｎとの関数として決定する工程と、（ｉ）前記工程（ｂ）で測定された反応を利用して、Ｃｆｂ２に対して、前記半導体ウエハ又はサンプルの、対応するフラットバンド電圧値Ｖｆｂ２を決定する工程と、そして、（ｊ）（１）Ｃｏｘ１及びＣｏｘ２の所定のキャパシタンス収束判定基準と、（２）Ｖｆｂ１及びＶｆｂ２の所定のフラットバンド電圧収束判定基準との少なくとも１つが満たされた時に、前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚（ＥＯＴ）を決定する工程とを有する。
【００１２】
前記方法は、更に、前記半導体ウエハ又はサンプルの容量等価膜厚ＣＥＴをＣｏｘ１又はＣｏｘ２の関数として決定する工程と、ＣＥＴ及びＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅの関数として前記工程（ｊ）でＥＯＴを決定する工程とを有する。
【００１３】
前記方法は、更に、ＣＥＴ又はＥＯＴの少なくとも１つを人間によって検出又は知覚可能な状態で出力する工程を有する。
【００１４】
本発明は、更に、半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定するための方法であって、（ａ）上方に誘電層を備える半導体材料の基材から成る半導体ウエハ又はサンプルに対してＣＶタイプの刺激を付与する工程と、（ｂ）前記ＣＶタイプの刺激に対する前記半導体ウエハ又はサンプルの反応を測定する工程と、（ｃ）ｉ＝１に設定する工程と、（ｄ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、前記半導体ウエハ又はサンプルの最大キャパシタンスＣｏｘｉと、前記半導体ウエハ又はサンプルの最小キャパシタンスＣｍｉｎとを決定する工程と、（ｅ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンスＣｆｂｉをＣｏｘｉの関数として決定する工程と、（ｆ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、Ｃｆｂｉに対応する前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンド電圧Ｖｆｂｉを決定する工程と、（ｇ）所定のオーバードライブ電圧ＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅとＶｆｂｉとを組み合わせて開始電圧値Ｖｓｔａｒｔを得る工程と、（ｈ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、Ｖｓｔａｒｔの現在値に対応する前記半導体ウェハ又はサンプルの最大キャパシタンスＣｏｘｉ＋１を得る工程と、（ｉ）前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンドキャパシタンスＣｆｂｉ＋１をＣｏｘｉ＋１の関数として決定する工程と、（ｊ）前記工程（ｂ）で測定された反応から、Ｃｆｂｉ＋１に対応する前記半導体ウエハ又はサンプルのフラットバンド電圧値Ｖｆｂｉ＋１を得る工程と、そして（ｋ）（１）Ｖｆｂｉ及びＶｆｂｉ＋１、または、（２）Ｃｏｘｉ及びＣｏｘｉ＋１の、少なくとも１つについて所定の収束判定基準が満たされた時に、前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚（ＥＯＴ）を測定し、さもなければ、ｉ＝ｉ＋１に設定し、工程（ｇ）〜（ｋ）を繰り返す工程、とを有する。
【００１５】
ＶｆｂｉとＶｆｂｉ＋１についての前記所定の収束判定基準は、
｛［（Ｖｆｂｉ＋１−Ｖｆｂｉ））Ｖｆｂｉ］（１００｝＃ｘ％、ここでｘ％は１％に等しくなりうる、とすることができる。
ＣｏｘとＣｏｘｉ＋１とについての前記所定の収束判定基準は、
｛［（Ｃｏｘｉ＋１−Ｃｏｘｉ））Ｃｏｘｉ］（１００｝＃ｘ％、ここでｘ％は１％に等しくなりうる、とすることができる。
【００１６】
前記方法は、更に、Ｃｏｘの各値の関数として、（１）前記半導体ウエハ又はサンプルのキャパシタンスオキシド厚み（ＣＥＴ）と、（２）前記半導体ウエハ又はサンプルの空間電荷領域（Ｃｓｃ）のキャパシタンスの逆数との対応の値を決定する工程と、Ｃｓｃの各値の関数として、前記半導体ウエハ又はサンプルのバルク表面キャリア濃度（Ｎｓｕｒｆ）の対応の値を決定する工程と、そして、Ｎｓｕｒｆの各値の関数として、前記半導体ウエハ又はサンプルの固有デバイ長さ（Ｌｄ）の対応の値を決定する工程、とを有することができる。フラットバンドキャパシタンスＣｆｂの各値も、Ｌｄの前記対応の値の関数として決定され得る。
【００１７】
工程（ｋ）において、ＥＯＴは、Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅの値と、ＣＥＴの最新の値との関数として決定することができる。
【００１８】
最後に、本発明は、半導体ウエハ又はサンプルの単数又は複数の電気特性を測定するシステムを提供する。このシステムは、与えられたＣＶタイプの電気刺激に対する半導体ウエハ又はサンプルの反応を測定するための手段と、前記測定された反応の関数として、前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚ＣＥＴと、最大キャパシタンスＣｏｘとフラットバンド電圧Ｖｆｂとのより正確な値をそれぞれ帰納的に決定するための手段と、（１）Ｃｏｘの最後の二つの値、又は（２）Ｖｆｂの最後の二つの値、の少なくとも一方の、所定の収束判定基準内への収束に基づいて決定されたＣＥＴの最も正確な値の関数として前記半導体ウエハ又はサンプルの等価酸化膜厚ＥＯＴの値を決定するための手段と、そして、前記ＥＯＴ値、前記ＣＥＴの最も正確な値、前記Ｃｏｘの最も正確な値又はＶｆｂの最も正確な値、の少なくとも１つを人間によって知覚可能な状態で出力するための手段とを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図面の簡単な説明
図１は、半導体ウエハ又はサンプルテストシステムの一例のブロック図と断面図とを組み合わせたものであり、
図２は、図１に図示したテストシステムによって得られたｐ型の半導体ウエハ又はサンプルのＣＶ曲線の一例を示し、
図３Ａ−１、図３Ａ−２，図３Ｂ及び図３Ｃは、図２のＣＶ曲線を利用して半導体ウエハ又はサンプルの種々の電気特性を測定する方法のフローチャートであり、そして
図４は、前記半導体ウエハ又はサンプルの種々のその他の電気特性を測定するのに使用される半導体ウエハ又はサンプルのＡｐｒｏｂｅとＢＣＥＴの値を測定するための方法のフローチャートである。
【００２０】
発明の詳細な説明
以下、本発明を、貼付の図面を参照して説明する。尚、これらの図面において類似の部材は類似の参照番号で示されている。
【００２１】
図１を参照すると、半導体ウエハ又はサンプルのテストシステム２は、導電性真空チャック４とコンタクト６とを有する。図面ではコンタクト６は長手プローブ形態として図示されているが、このコンタクト６は、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルのテストに適した任意の形状又は形態のものとすることが可能であるので、本発明はこれに限定されるものではない。チャック４は、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプル１０の裏面８を支持するように構成されており、半導体ウエハ又はサンプル１０は、半導体材料から成る基材１２を有し、これが真空装置（図示せず）によってチャック４と接触状態に保持される。半導体処理及びテスト技術の当業者には理解されるように、半導体ウエハ又はサンプル１０の基材１２は、非限定的に、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等が挙げられる、公知の任意の適当な半導体材料から形成することができる。好ましくは、半導体ウエハ又はサンプル１０は、基材１２の上面１６上に形成された誘電層又は酸化物層１４を有する。
【００２２】
コンタクト６は、基材１２の上面１６又は誘電層１４が設けられる場合には、この誘電層１４の上面２２に接触するための少なくとも部分的に球状の導電表面２０を備えたものとすることができる。部分球状導電表面２０が好ましいが、半導体ウエハ又はサンプル１０をテストするのに適したその他の形状を有する表面（図示せず）も利用可能である。従って、本発明は、図１に図示された部分球状である導電表面２０に限定されるものではない。
【００２３】
周知の接触形成手段２６によって、矢印２８によって示されている方向の一方又は両方でのチャック４および／又はコンタクト６の垂直移動を制御して、コンタクト６と半導体ウェハ又はサンプル１０とを接触状態とし、これにより、コンタクト６は、基材１２の上面１６又は誘電層１４が設けられる場合には、この誘電層１４の上面２２に接触する。
【００２４】
半導体ウエハ又はサンプル１０がチャック４上に受け取れられ、コンタクト６が、基材１２の上面１６又は誘電層１４が設けられる場合にはこの誘電層１４の上面２２に接触する時に、電気刺激を与えるための手段３０を電気接続して、コンタクト６と半導体ウエハ又はサンプル１０に適当な電気刺激を与えることができる。
【００２５】
測定手段３２を電気接続して、前記電気刺激付与手段３０によって付与されたテスト刺激に対する半導体ウエハ又はサンプル１０の反応を測定し、この測定された反応を適当な方法で処理することができる。更に、測定手段３２が、半導体ウエハ又はサンプル１０の測定された反応に関して前記測定手段３２によって行われた処理の結果を人間が知覚可能な状態で出力することを可能にするために、ディスプレイ３４又はその他の適当な出力手段も設けることができる。好ましくは、前記チャック４は、基準接地に接続される。但し、本発明はこれに限定されるものではない。なぜなら、このチャック４は、ＡＣ又はＤＣ基準バイアスに接続することも可能であるからである。
【００２６】
以下、基材１２上に誘電層１４を備える半導体ウエハ又はサンプル１０を参照して本発明について説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２７】
図２と、そして図１を続けて参照すると、半導体ウエハ又がサンプル１０がチャック４上に受け取られ、コンタクト６が、誘電層１４の上面２２に接触している状態で、電気刺激付与手段３０によってこれらコンタクト６と半導体ウエハ又はサンプル１０にＣＶタイプの電気刺激を与えることができる。ＣＶタイプの電気刺激の一例は、開始電圧（Ｖｓｔａｒｔ）から終わり電圧（Ｖｓｔｏｐ）まで、ＤＣ電圧を掃引し、それにＡＣ電圧を重畳し、その掃引中にＤＣ電圧と対応のキャパシタンス（Ｃ）とを測定する方法である。更に具体的には、前記測定手段３２は、ＶｓｔａｒｔからＶｓｔｏｐまでの複数のディスクリートなＤＣ電圧−キャパシタンスデータポイントをサンプリングし、これらのデータポイントを測定手段３２のメモリ（図示せず）に格納する。ｐ型の半導体ウエハ又はサンプルに対してＣＶタイプの電気刺激の一例を付与している間に測定手段３２によって得られる電圧−キャパシタンスデータポイントから導出又は規定されるＣＶ曲線３６の一例が図２に図示されている。
【００２８】
このＣＶ曲線３６は、本発明を説明するためのものに過ぎない。従って、その形状、Ｖｓｔａｒｔ，Ｖｓｔｏｐの位置、その他を含むＣＶ曲線３６の図示によって本発明は限定されるものではない。ｎ型の半導体ウエハ又はサンプルの場合のＣＶ曲線は、ＣＶ曲線３６の鏡像となる。但し、ここでは不用な繰返しを避けるためにｎ型の半導体ウエハ又はサンプルの場合のＣＶ曲線は含まれていない。従って、以下、本発明をｐ型の半導体ウエハ又はサンプルの場合のＣＶ曲線３６を参照して説明するが、本発明は、ｎ型の半導体ウエハ又はサンプルについて得られるＣＶ曲線３６にも同様に適用可能であると理解される。
【００２９】
このようにして導出又は規定されたＣＶ曲線３６を利用して、半導体ウエハ又はサンプル１０のその他の電気特性を決定することができる。その他の電気特性の非限定的具体例としては、等価酸化膜厚（ＥＯＴ）、最大キャパシタンス（Ｃｏｘ）、フラットバンド電圧（Ｖｆｂ）、フラットバンドキャパシタンス（Ｃｆｂ）、バルク表面キャリア濃度（Ｎｓｕｒｆ）、等が挙げられる。次に、図３Ａ−１、図３Ａ−２，図３Ｂ及び図３Ｃそして、図１及び図２を引き続き参照して、測定手段３２が本発明によってこれらの電気特性を決定する方法について説明する。
【００３０】
図３Ａ−１、図３Ａ−２において、この方法は工程４０から始まり、工程４２に進み、ここで、半導体ウエハ又はサンプルのエネルギギャップ（Ｅｇ）と固有キャリア濃度（ｎｉ）が半導体及び絶縁体の特性の標準表から得られる。或いは、ｎｉの値は、経験又は理論的形態の下記の等式ＥＱ１を利用して決定することも可能である。
【００３１】
【数１】
2007067421.tif 000003
【００３２】
ここで、Ｔ＝ケルビン単位での温度
Ｎｃ＝伝導帯状態密度（半導体の特性の標準表から得られる）。Ｓｉウエハの場合、Ｎｃ＝３．２２×１０１９ｃｍ−３；
Ｎｖ＝価電子帯状態密度（半導体及び絶縁体の特性の標準表から得られる）。Ｓｉウエハの場合、Ｎｖ＝１．８３×１０１９ｃｍ−３；
Ｅｇ＝エネルギギャップ（半導体の特性の標準表から得られる）。Ｓｉウエハの場合、Ｅｇ＝１．１２４ｅＶ；
Ｇ＝実験定数＝３．８７×１０１６；
Ｅｇ０＝０．６０５ｅＶ、そして
ｋ＝ボルツマン定数
（ここで、“＊”は積算の記号である）
【００３３】
好ましくは、テストシステム２のオペレータは、このテストシステム２の適当なヒューマン・マシーン（ｈｕｍａｎ−ｍａｃｈｉｎｅ）インターフェース（図示せず）を利用して、以後使用する、ｎｉの標準表値、ｎｉの理論値（理論的形態の等式ＥＱ１を利用して決定）又はｎｉの経験値（経験的形態の等式ＥＱ１を利用して決定）を選択することができる。加えて、又は、それに代えて、テストシステム２を、そのオペレータ選択が無い場合、つまり、テストシステム２がそのような選択を行うための手段を備えていない場合に、ｎｉの標準表値、ｎｉの理論値、又はｎｉの経験値をデフォルト値として利用するように構成することも可能である。
【００３４】
経験的形態の等式ＥＱ１に関する詳細は、ここに参考文献として合体させる、Ｍａｒｔｉｎ  Ａ．  Ｇｒｅｅｎによる“Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｓｔａｔｅｓ，  ａｎｄ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｍａｓｓ  ｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ”，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ６７（６），  １９９０年３月１５日、ｐｐｓ．２９４４〜２９５４に見出すことができる。
【００３５】
半導体及び絶縁体の特性の標準表の一例は、同様にここに参考文献として合体させる“Ｄｅｖｉｃｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ”，  版権  １９９７，  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  Ｉｎｃ．表１．１，  ｐｐｓ  ３２〜３３に見られる。本発明を説明する目的で、以後、半導体ウエハ又はサンプル１０の温度依存特性は、３００°ケルビンで得られるものとする。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３６】
前記方法は、次に、工程４４に進み、ここで、ＣＶタイプの電気刺激の付与に応答して半導体ウエハ又はサンプル１０から得られたＣＶ測定値からＣＶ曲線３６が導出又は規定される。尚、図２中、ＣＶ曲線３６は連続しているが、実際には、このＣＶ曲線３６は、測定手段３２のメモリ（図示せず）内において、前記電気刺激付与手段３０による半導体ウエハ又はサンプル１０に対するＣＶタイプの電気刺激の付与中に測定手段３２によって得られる複数の電圧−キャパシタンスデータポイントとして格納されている。
【００３７】
次に、前記方法は、工程４６に進み、ここで、変数ｉが１にセットされる。
その後、方法は工程４８に進み、ここで、半導体ウエハ又はサンプル１０のｉの現在値についての最大キャパシタンス（Ｃｏｘｉ）と最小キャパシタンス（Ｃｍｉｎ）とが、前記ＣＶ曲線３６を構成するデータポイントから直接、又は、適当な補間技術を介してＣＶ曲線３６から得られる。
【００３８】
前記方法は、次に、工程５０に進み、ここで、ｉの現在値に対して、半導体ウエハ又はサンプル１０の容量等価膜厚値（ＣＥＴｉ）が、下記の等式ＥＱ２を利用して決定される。
【００３９】
【数２】
2007067421.tif 000004
【００４０】
ここで、ｋＯＸ＝誘電層１４の誘電常数；
εｖｘ＝誘電層１４の誘電率（ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）
Ａｐｒｏｂｅ＝半導体ウエハ又はサンプル１０の上面２２に接触するコンタクト６の接触面積（周期的、例えば、毎日、測定）；
Ｃｏｘｉ＝ｉの現在値に対するＣｏｘ
ΔＣｐａｒ＝テストシステム２による測定に与えられるパラレル・キャパシタンス（一回測定）、そして
ｂＣＥＴ＝テストシステム２による誘電層１４に加えられる見掛け厚み（周期的、例えば、毎日、測定）。
【００４１】
ＡｐｒｏｂｅとｂＣＥＴとの値は、半導体ウエハ又はサンプルをテストするためにテストシステム２を利用することから経時的に得られるこれらの定数の変化を説明するために、周期的、例えば、毎日、測定される。これに対して、ΔＣｐａｒの値は、このような値は実質的に一定に留まることから、テストシステム２に対して一回測定される。ΔＣｐａｒの値は、ＡＳＴＭ標準Ｆ１３９２−００の第１０部に記載されている手順を利用して決定することができ、ここで上記式ＥＱ２においてＣｃｏｍｐはΔＣｐａｒに等しい。ＡｐｒｏｂｅとｂＣＥＴ  との決定については後に詳述する。
【００４２】
次に、方法は工程５２に進み、ここで、図３Ｂに図示されているサブルーチンＡが呼び出される。
このサブルーチンＡに入ると、方法は工程５４から工程５６に進み、ここで、半導体ウエハ又はサンプル１０の空間電荷領域のキャパシタンス（Ｃｓｃｉ）の逆数が下記の等式ＥＱ３を利用してｉの現在値に対して決定される。
【００４３】
【数３】
2007067421.tif 000005
【００４４】
ここで、Ｃｏｘｉ＝ｉの現在値に対するＣｏｘ；
Ｃｍｉｎ＝工程４８でＣＶ曲線３６から抽出されたＣｍｉｎキャパシタンス値；そして、
Ａｐｒｏｂｅ＝半導体ウエハ又はサンプル１０の上面２２に接触するコンタクト６の接触面積。
【００４５】
次に、前記方法は、工程５８に進み、ここで、半導体ウエハ又はサンプル１０の第１推定平均表面ドーピング濃度（Ｎｉｎｉｔ）が下記の等式ＥＱ４を利用して決定される。
【００４６】
【数４】
2007067421.tif 000006
【００４７】
ここで、Ｃｓｃｉは、ｉの現在値に対して等式ＥＱ３を解くことによって得られる。
【００４８】
次に、方法は、工程６０に進み、ここで、変数“ｉｎｔｅｒａｔｉｏｎｓ（反復回数）”の値は、ゼロにセットされる。
次に、方法は工程６２に進み、ここで、変数ＮｌａｓｔがＮｉｎｉｔの現在値に等しくなるようにセットされる。
次に、方法は工程６４に進み、ここで、半導体ウエハ又はサンプル１０の推定平均表面ドーピング濃度（Ｎｉｎｉｔ）の新しい値が下記の等式ＥＱ５を利用して決定される。
【００４９】
【数５】
2007067421.tif 000007
【００５０】
ここで、
Ｃｓｃｉ２＝ｉの現在値について等式ＥＱ３を解くことによって得られたＣｓｃｉのキャパシタンスの二乗、
ｋ＝ボルツマン定数
Ｔ＝ケルビン単位での温度
Ｎｌａｓｔ＝サブルーチンＡの工程６２で決定されたＮｉｎｉｔの前の値、
ｎｉ＝工程４２で決定された半導体ウエハ又はサンプル１０の固有キャリア濃度、
εｗａｆｅｒ＝半導体ウエハ又はサンプル１０の誘電率、そして
ｑ＝電荷。
【００５１】
次に、前記方法は工程６６に進み、ここで、｜Ｎｉｎｉｔ／Ｎｌａｓｔ−１｜の絶対値を所定の許容差値（許容差？）と比較して前記絶対値が前記所定許容差値以内か、又は、前記変数“反復回数（ｉｎｔｅｒａｔｉｏｎｓ）”が所定の数Ｘ、例えば１０、より大きいか否かを判定する。工程６６でこれら条件のいずれも満たされていなければ、方法は工程６８に進み、前記変数“反復回数ｉｎｔｅｒａｔｉｏｎｓ”の値を１増加させる。その後、工程６６で前記条件の少なくとも１つが満たされるまで、工程６２〜６６、そして必要であれば、工程６８、が繰り返される。実質的には、工程６２〜６６を含むループの各反復は、半導体ウエハ又はサンプル１０の前記平均表面ドーピング濃度Ｎｉｎｉｔに対して漸進的に正確な値を計算する。工程６６の条件のいずれかが満たされたならば、方法は工程７０に進み、ここで、ｉの現在値に対して変数Ｎｓｕｒｆｉの値をＮｉｎｉｔの現在値に等しくなるようにセットする。その後、方法は工程７２に進んで図３Ａ−１、図３Ａ−２のフローチャートの工程５２に戻る。
【００５２】
工程７２から工程５２に戻ると、方法は、工程７４に進み、ここで、半導体ウエハ又はサンプル１０の固有デバイ長さ（Ｌｄｉ）が下記の等式ＥＱ６を利用して決定される。
【００５３】
【数６】
2007067421.tif 000008
【００５４】
ここで、
ｋ＝ボルツマン定数
Ｔ＝ケルビン単位での温度
εｗａｆｅｒ＝半導体ウエハ又はサンプル１０の誘電率、
ｑ＝電荷、そして
Ｎｓｕｒｆｉ＝ｉの現在値に対するサブルーチンＡの工程７０から得られる。
【００５５】
次に、前記方法は工程７６に進み、ここで、半導体ウエハ又はサンプル１０のフラットバンドキャパシタンス（Ｃｆｂｉ）の現在値を下記の等式ＥＱ７を利用して決定する。
【００５６】
【数７】
2007067421.tif 000009
【００５７】
ここで、
Ａｐｒｏｂｅ＝半導体ウエハ又はサンプル１０の上面２２に接触するコンタクト６の接触面積（周期的、例えば、毎日、測定）；
Ｃｏｘｉ＝ｉの現在値に対するＣｏｘ
εｗａｆｅｒ＝半導体ウエハ又はサンプル１０の誘電率、そして
Ｌｄｉは、ｉの現在値に対してＥＱ６を解くことから得られる。
【００５８】
次に、前記方法は工程７８に進み、ここで、等式ＥＱ７を利用して決定されたＣｆｂｉに対応するフラットバンド電圧Ｖｆｂｉが、ＣＶ曲線３６から抽出される。ＣＶ曲線３６が測定手段３２のメモリ中において複数のディスクリートな電圧−キャパシタンスデータポイントとして存在する場合、（Ｖｆｂｉ，Ｃｆｂｉ）データポイントがサンプリングされたデータポイントの１つである時、Ｃｆｂｉに対応するＶｆｂｉの値は、前記データポイントから直接抽出される。但し、（Ｖｆｂｉ，Ｃｆｂｉ）データポイントがサンプリングされたデータポイントの１つでない時は、適当な補間技術を利用してＣｆｂｉに対応するＶｆｂｉの値を決定することができる。
【００５９】
次に、前記方法は工程８０に進み、ここで、ｉの値が１に等しいか否かを判定する。もしもそうであれば、方法は工程８２に進む。
工程８２において、ｉの現在値に対する電圧Ｖｓｔａｒｔｉが、工程７８で決定されたＶｆｂｉの値と、経験的に予め決定された、所謂オーバードライブ電圧Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅから決定される。Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅの値は、工程９２との関連で後述されるＶｆｂの収束に役立つように経験的に決定される。１つの例示的な非限定的実施例において、Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅは１ボルトに等しい。但し、Ｖｆｂｉの収束に役立つＶｏｖｅｒｄｒｉｖｅの経験的所定値としてはいかなる値も利用することが可能であるので、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６０】
工程８２に図示されているように、Ｖｓｔａｒｔｉの値は、ｐ型のウエハの場合は、Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅの値をＶｆｂｉの現在値から減算することによって、又は、ｎ型のウエハの場合は、Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅの値をＶｆｂｉの現在値に加算することによって決定される。
【００６１】
ｐ型の半導体ウエハ又はサンプルの場合の図２に図示されているように、Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅの現在値をＶｆｂｉの現在値から減算することによって、好ましくは、ＣＶ曲線３６の最大キャパシタンス（Ｃｏｘ）が起こる電圧、又はその近傍の電圧、の値を有するＶｓｔａｒｔｉが得られる。当業者には理解されるように、ｎ型の半導体ウエハ又はサンプルの場合のＣＶ曲線は図２に図示されているＣＶ曲線３６の鏡像であるので、ｎ型の半導体ウエハ又はサンプルの場合に、Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅの値をＶｆｂｉの現在値に加算することによって、ｎ型の半導体ウエハ又はサンプルの場合のＣＶ曲線（図示せず）の最大キャパシタンス（Ｃｏｘ）が起こる電圧、又はその近傍の電圧、の値を有するＶｓｔａｒｔｉの現在値が得られる。
【００６２】
次に、前記方法は工程８４に進み、ここで、ｉの値を１だけインクリメントする。工程８６において、前記Ｖｓｔａｒｔｉ−１の値に対応する新たな最大キャパシタンス値Ｃｏｘｉが、現在のｉの値に対して、曲線３６から得られる。
【００６３】
工程８６において、Ｖｓｔａｒｔｉ−１の値が、ＣＶ曲線３６を構成する複数のサンプリングされた電圧−キャパシタンスデータポイントの１つの電圧値に等しければ、Ｃｏｘｉの値は前記データポイントのキャパシタンス値に等しく、これを前記データポイントから直接抽出することができる。そうでなければ、Ｖｓｔａｒｔｉ−１の値が、複数のサンプリングされた電圧−キャパシタンスデータポイントの１つの電圧値に等しくない場合は、適当な補間技術を利用して、ＣＶ曲線３６から、Ｃｏｘｉの値に等しいキャパシタンス値を得ることができる。
【００６４】
工程８６から、前記方法は工程５０に戻り、工程５０〜７８を繰り返してｉの現在値に対するＣＥＴｉ，Ｎｓｕｒｆｉ，Ｌｄｉ，Ｃｆｂｉ及びＶｆｂｉの新しい値を決定する。工程７８を完了後、方法は工程８０に進む。工程８０のこの回において、ｉは１に等しくないので、方法は、工程８８に進み、図３Ｃに図示されているサブルーチンＢを呼び出す。
このサブルーチンＢに入ると、方法は工程９０から工程９２へと進み、ここで、フラットバンド電圧収束判定基準ＶｆｂＣｏｎｖ（％）および／又は最大キャパシタンス収束判定基準ＣｏｘＣｏｎｖ（％）のいずれか一方又は両方を、工程９２に示す等式、又は、その他の適当で好ましい収束判定基準を利用して決定する。
【００６５】
次に、前記方法は工程９４に進み、ここで、所定のフラットバンド電圧収束判定基準ＶｆｂＣｏｎｖ（％）および／又は所定の最大キャパシタンス収束判定基準ＣｏｘＣｏｎｖ（％）が満たされたか否かの判断を行う。
【００６６】
工程９４に示されているように、工程９４から、工程９６に進むか、それとも、工程９８に進むかは、前記所定のフラットバンド電圧収束判定基準ＶｆｂＣｏｎｖ（％）および／又は最大キャパシタンス収束判定基準ＣｏｘＣｏｎｖ（％）が満たされたか否かに依存する。もしもこれらの収束判定基準のいずれも満たされていないのであれば、方法は、工程９６に進み、図３Ａ−１、図３Ａ−２中の工程８８に戻る。前記方法が工程８８に戻るたびに、工程８２〜８６及び工程５０〜８０が、上述したように繰り返されて、工程８４の各回においてインクレメントされるｉの現在値に対する、ＣＥＴｉ，Ｎｓｕｒｆｉ，Ｌｄｉ，Ｃｂｆｉ及びＶｆｂｉの新しい値が決定される。その後、ｉの値は常に１以上であるので、方法は常に工程８８に進み、従って、工程８０からサブルーチンＢに進むことになる。
【００６７】
もしも、工程９４のいずれかの回において、前記収束判定基準がＶｆｂＣｏｎｖ（％）および／又はＣｏｘＣｏｎｖ（％）のいずれか一方又は両方について満たされれば、Ｖｆｂｉおよび／又はＣｏｘｉの対応値が、半導体ウエハ又はサンプル１０の実際の値（単数又は複数）と見なされる。
【００６８】
次に、方法は工程９８に進み、ここで、半導体ウエハ又はサンプル１０の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）が下記の等式８を利用して決定される。
【００６９】
【数８】
2007067421.tif 000010
【００７０】
ここで、ＣＥＴｉは、ｉの現在値に対して工程５０で等式ＥＱ２を解くことから得られる。
Ｆｏｘ＝Ｖｏｖｅｒｄｒｉｖｅ／ＣＥＴｉ；そして
３００°Ｋで＜１００＞の面方位を有するシリコンウエハ又はサンプルの場合、
Ｆｏｘ＜６の時、ａ１＝７．４×１０−８ｃｍそしてａ２＝−４．３×１０−１５ｃｍ２／Ｖ、そして
Ｆｏｘ＞６の時、ａ１＝３．７９×１０−８ｃｍそしてａ２＝−５．１９×１０−１６ｃｍ２／Ｖ、
又は
３００°Ｋで＜１１１＞の面方位を有するシリコンウエハ又はサンプルの場合、
Ｆｏｘ＜６の時、ａ１＝８．８７×１０−８ｃｍそしてａ２＝−５．２×１０−１５ｃｍ２／Ｖ、そして
Ｆｏｘ＞６の時、ａ１＝４．４６×１０−８ｃｍそしてａ２＝−６．８５×１０−１６ｃｍ２／Ｖ、
ａ１及びａ２の値の決定に関する詳細は、刊行物Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒｓ  ｉｎ  ＭＯＳ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，  Ｓｕｎｅ  ｅｔ  ａｌ，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  Ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｖｏｌ．  ３９，  Ｖｏｌ．  ７，  １９９２年７月、に見ることができる。但し、ａ１及びａ２の値の決定のために、その他の適当な量子力学モデル法も利用可能であるので、このＳｕｎｅ  ｅｔ  ａｌ．の記事を引用することによって本発明は限定されるものではない。
【００７１】
次に、方法は工程１００に進み、ここで、半導体ウエハ又はサンプル１０のＥＯＴ，ＣＥＴｉ，Ｎｓｕｒｆｉ，Ｌｄｉ，Ｃｆｂｉ，Ｖｆｂｉ，Ｃｏｘｉ等が、測定手段３２の制御下でディスプレイ３４又はその他の適当な出力手段上に表示される。最後に、前記方法は工程１０２に進み、ここでこの方法は終了する。
【００７２】
以上から理解されるように、本発明は、１つのＣＶ曲線の使用に基づいて、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルの種々の特性の正確な値を帰納的に決定するための方法と装置に関する。前記方法は、テスト対象の半導体ウエハ又はサンプルの種々の特性の値を、許容可能な許容差内で、従来技術のヒューリスティクな技術よりも迅速に、かつ、最小のオペレータ介入で、正確に測定することを可能にする。
【００７３】
次に、上述した様々な等式の１つ又はそれ以上において使用されるＡｐｒｏｂｅ及びｂＣＥＴの値を決定するための方法について、図４と、下記の等式ＥＱ９〜ＥＱ１２を参照して説明する。
【００７４】
【数９】
2007067421.tif 000011
【００７５】
Ａｐｒｏｂｅ及びｂＣＥＴの値の決定は、二つの半導体ウエハ又はサンプル、その第１のものは「厚い」誘電層１４を有しその第２のものは「薄い」誘電層１４を有する、の使用を必要とする。好ましくは、前記「薄い」誘電層は、１０〜５０オングストロームの厚みを有し、前記「厚い」誘電層は１００〜３００オングストロームの厚みを有する。
【００７６】
一般に、等式ＥＱ９〜ＥＱ１２は、ｂＣＥＴの値が許容可能な許容差内、例えば＜０．０１％、に収束するまで反復的又は帰納的に解決される。等式ＥＱ９〜ＥＱ１０は、前記厚い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルに利用され、これに対してＥＱ１１〜ＥＱ１２は前記薄い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルに利用される。
【００７７】
ＥＱ９の最初の解決のために、ｂＣＥＴは非常に大きな数、例えば、無限大（４）に初期化され、これにより１／ｂＣＥＴの値はすべての実用用途のために、実質的にゼロ（０）となる。前記厚い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルのＣＰＡＲ，ＴＨＫの値は、ＡＳＴＭ標準Ｆ１３９２−００の第１０部に記載されている手順を利用して決定され、ここで、ＣｃｏｍｐはＥＱ９のＣＰＡＲ，ＴＨＫに等しい。Ｃｍ，ＴＨＫの値は、前記厚い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプル１０のＣＶ測定値から導出又は規定されるＣＶ曲線から決定される。より具体的には、前記厚い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルから導出又は規定されたＣＶ曲線の最大キャパシタンスは、ＥＱ９中のＣｍ，ＴＨＫの値であると見なされる。前記厚い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルについてこのように決定されたＣＰＡＲ，ＴＨＫとＣｍ，ＴＨＫの値は、その後、等式ＥＱ９の各回において対応の現在値Ｃｏｘ，ＴＨＫを決定するために利用される定数となる。
【００７８】
ＥＱ９の直前の解決から決定されたＣｏｘ，ＴＨＫの現在値が、Ａｐｒｏｂｅの現在値を決定するために等式ＥＱ１０で利用される。等式ＥＱ１０において、Ｔｏｘ，ＴＨＫの値、即ち、前記厚い誘電層の厚み、は、例えば、楕円偏光解析法等の任意の公知の適当な方法で決定することができる。ＥＱ１０のΔＴｏｘ，ＱＭは、前記厚い誘電層の量子物理厚に関連する。ΔＴｏｘ，ＱＭの値は、公知の任意の適当且つ好ましい方法を利用して実験的又は数値的に決定することができる。上述したＳｕｎｅ，  ｅｔ．ａｌは、ΔＴｏｘ，ＱＭの値を数値的に決定するための１つの方法を開示しており、ここで、このＳｕｎｅ，  ｅｔ．ａｌ．の等式（１５）のｔｏｘがここでのΔＴｏｘ，ＱＭに対応する。等式ＥＱ１０中でΔＴｏｘ，ＱＭの実験的に決定された３オングストロームの値によってＡｐｒｏｂｅの値が許容差内になることが判った。等式ＥＱ１０において、前記厚い誘電層に関するεとｋｏｘの実際の値は、標準表から得ることができる。このように決定又は得られたＴｏｘ，ＴＨＫとΔＴｏｘ，ＱＭ、ε及びｋｏｘの値は、その後、等式ＥＱ１０の各回において対応の現在値Ａｐｒｏｂｅを決定するために利用される定数となる。
【００７９】
ＥＱ１０の直前の解決から決定されたＡｐｒｏｂｅの現在値が、Ｃｏｘ，ＴＨＩＮの現在値を決定するために等式ＥＱ１１で利用される。等式ＥＱ１１において、Ｔｏｘ，ＴＨＩＮの値、即ち、前記薄い誘電層の厚み、は、例えば、楕円偏光解析法等の任意の公知の適当且つ好ましい方法で決定することができる。このようにして決定又は得られたＴｏｘ，ＴＨＩＮの値は、前記薄い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルの定数である。ＥＱ１１の定数ΔＴｏｘ，ＱＭ、ε及びｋｏｘの値は、上述した等式ＥＱ１０中の対応の値と同じである。定数Ｔｏｘ，ＴＨＩＮとΔＴｏｘ，ＱＭ、ε及びｋｏｘの値は、その後、等式ＥＱ１１の各回において対応の現在値Ｃｏｘ，ＴＨＩＮを決定するために利用される。
【００８０】
等式ＥＱ１１の直前の解決から決定されたＣｏｘ，ＴＨＩＮの現在値が、ｂＣＥＴの現在値を決定するために等式ＥＱ１２で利用される。等式ＥＱ１２において、前記薄い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルのＣＰＡＲ，ＴＨＩＮの値は、ＡＳＴＭ標準Ｆ１３９２−００の第１０部に記載されている手順を利用して決定され、ここで、ＣｃｏｍｐはＥＱ１２のＣＰＡＲ，ＴＨＩＮに等しい。Ｃｍ，ＴＨＩＮの値は、前記薄い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプル１０のＣＶ測定値から導出又は規定されるＣＶ曲線から決定される。より具体的には、前記薄い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルから導出又は規定されたＣＶ曲線の最大キャパシタンスは、ＥＱ１２中のＣｍ，ＴＨＩＮの値であると見なされる。前記薄い誘電層を有する半導体ウエハ又はサンプルについてこのように決定されたＣＰＡＲ，ＴＨＩＮとＣｍ，ＴＨＩＮの値は、その後、等式ＥＱ１２の各回においてｂＣＥＴの更新値を決定するために利用される定数となる。
【００８１】
等式ＥＱ１２の直前の解決から決定されたｂＣＥＴの更新値が、等式ＥＱ９に使用されるｂＣＥＴの直前の値に代用され、次にこれが解決されてＣＯＸ，ＴＨＫの更新値を得る。その後、このようにして決定されたＣＯＸ，ＴＨＫの更新値が、等式ＥＱ１０に使用されるＣＯＸ，ＴＨＫの直前の値に代用され、次にこれが解決されてＡｐｒｏｂｅの更新値を得る。その後、このようにして決定されたＡｐｒｏｂｅの更新値が、等式ＥＱ１１に使用されるＡｐｒｏｂｅの直前の値に代用され、次にこれが解決されてＣＯＸ，ＴＨＩＮの更新値を得る。その後、このようにして決定されたＣＯＸ，ＴＨＩＮの更新値が、等式ＥＱ１２に使用されるＣＯＸ，ＴＨＩＮの直前の値に代用され、次にこれが解決されてｂＣＥＴの更新値を得る。
【００８２】
次に、ｂＣＥＴの更新値とｂＣＥＴの直前の値とを比較して、ｂＣＥＴが許容可能な許容差内に収束したか否かを判断する。もしも収束していなければ、直前の段落に開示した、等式ＥＱ１２の直前の解決から決定されたｂＣＥＴの値に基づく、ＣＯＸ，ＴＨＫ，Ａｐｒｏｂｅ，ＣＯＸ，ＴＨＩＮ及びｂＣＥＴの更新値を決定する手順を、ｂＣＥＴが前記許容可能な許容差内に収束するまで繰返し、その後、Ａｐｒｏｂｅおよび／又はｂＣＥＴの最も最近に決定された値を等式ＥＱ２，ＥＱ３及びＥＱ７に利用してｉの現在値に対するＣＥＴｉ，Ｃｓｃｉ，Ｃｆｂｉの値を決定する。
【００８３】
以上、本発明を好適実施例を参照して説明した。以上の詳細説明を読了し理解することで当業者は様々な改造及び変更に想到するであろう。本発明は、貼付の請求項及びその均等物の範囲に含まれるかぎりにおいてそのような改造及び変更を全て含んで解釈されるものと意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】半導体ウエハ又はサンプルテストシステムの一例のブロック図と断面図とを組み合わせたもの
【図２】図１に図示したテストシステムによって得られたｐ型の半導体ウエハ又はサンプルのＣＶ曲線の一例
【図３Ａ−１】図２のＣＶ曲線を利用して半導体ウエハ又はサンプルの種々の電気特性を測定する方法のフローチャート
【図３Ａ−２】図２のＣＶ曲線を利用して半導体ウエハ又はサンプルの種々の電気特性を測定する方法のフローチャート
【図３Ｂ】図２のＣＶ曲線を利用して半導体ウエハ又はサンプルの種々の電気特性を測定する方法のフローチャート
【図３Ｃ】図２のＣＶ曲線を利用して半導体ウエハ又はサンプルの種々の電気特性を測定する方法のフローチャート
【図４】前記半導体ウエハ又はサンプルの種々のその他の電気特性を測定するのに使用される半導体ウエハ又はサンプルのＡｐｒｏｂｅとＢＣＥＴの値を測定するための方法のフローチャート
【符号の説明】
【００８５】
２    テストシステム
４    チャック
６    コンタクト
１０  半導体ウエハ又はサンプル
１２  基材
１４  誘電層
１６  上面
２２  上面
２６  接触形成手段
３０  電気刺激付与手段
３２  測定手段
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−１】
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【図３Ａ−２】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【外国語明細書】
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