(57)【要約】【課題】高価な測定装置を利用することなく、比較的短時間で半導体基板のイオン注入量を測定することが可能なイオン注入量測定方法を提供する。【解決手段】所定の条件で１回目のイオン打ち込みが実施された測定対象の半導体基板を準備する基板準備ステップＰ１と、１回目のイオン打ち込みの後で前記半導体基板の表面近傍の電気抵抗に関する情報を得る第１の抵抗測定ステップＳ２１と、前記第１の抵抗測定ステップの後で前記半導体基板に対して２回目のイオン打ち込みを行う第２のイオン打ち込みステップＳ２３と、前記第２のイオン打ち込みステップの後で前記半導体基板の表面近傍の電気抵抗に関する情報を得る第２の抵抗測定ステップＳ２４と、前記第１の抵抗測定ステップで得られた第１の抵抗値と第２の抵抗測定ステップで得られた第２の抵抗値とに基づいてイオン注入量を求める注入量算出ステップＳ２６とを設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のイオン打ち込みプロセスによって半導体基板に注入されたイオンの注入量を検出するためのイオン注入量測定方法であって、
所定の条件で１回目のイオン打ち込みが実施された測定対象の半導体基板を準備する基板準備ステップと、
１回目のイオン打ち込みの後で、前記半導体基板の表面近傍の電気抵抗に関する情報を得る第１の抵抗測定ステップと、
前記第１の抵抗測定ステップの後で、前記半導体基板に対して２回目のイオン打ち込みを行う第２のイオン打ち込みステップと、
前記第２のイオン打ち込みステップの後で、前記半導体基板の表面近傍の電気抵抗に関する情報を得る第２の抵抗測定ステップと、
前記第１の抵抗測定ステップで得られた第１の抵抗値と、第２の抵抗測定ステップで得られた第２の抵抗値とに基づいてイオン注入量を求める注入量算出ステップとを設けたことを特徴とするイオン注入量測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のイオン注入量測定方法であって、
前記注入量算出ステップでは、前記第１の抵抗値と第２の抵抗値との差分に相当する差分抵抗値と、前記第１の抵抗値との２つのパラメータに基づいてイオン注入量を求めることを特徴とするイオン注入量測定方法。
【請求項３】
請求項１記載のイオン注入量測定方法であって、
少なくとも前記第１の抵抗値と第２の抵抗値との差分に相当する差分抵抗値と、前記第１の抵抗値との統計的な相関関係を反映した関係テーブルを予め用意しておき、
前記注入量算出ステップでは、前記関係テーブルを参照し、前記差分抵抗値と、前記第１の抵抗値との２つのパラメータに基づいてイオン注入量を求めることを特徴とするイオン注入量測定方法。
【請求項４】
請求項１記載のイオン注入量測定方法であって、
前記第２のイオン打ち込みステップを実施してから前記第２の抵抗測定ステップを実施するまでの時間が１時間以内であることを特徴とするイオン注入量測定方法。
【請求項５】
請求項１記載のイオン注入量測定方法であって、
前記第１の抵抗測定ステップで検出する第１の抵抗値と、前記第２の抵抗測定ステップで検出する第２の抵抗値と、前記第１の抵抗値と第２の抵抗値との差分と、の少なくとも１つについては、測定対象の半導体基板上の複数の測定点で検出される複数の値の中で最大値を優先的に採用することを特徴とするイオン注入量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のイオン打ち込みプロセスによって半導体基板に注入されたイオンの注入量を検出するためのイオン注入量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電子部品に用いられるシリコンなどの半導体の特性は、半導体基板中の不純物濃度によって決定される。例えば、３族のボロン（Ｂ）を不純物として加えることによりｐ型半導体を作成することができ、５族のリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）を不純物として加えることによりｎ型半導体を作成することができる。
このような不純物を半導体基板に導入するためのプロセスとして、従来よりイオン打ち込み技術が採用されている。イオン打ち込み技術を用いることにより、イオンとして半導体基板に導入する不純物の量を高精度で制御することができる。
しかし、実際に特性の安定した半導体基板を得るためには、イオン打ち込みプロセスの実施後に、半導体基板上の実際のイオン注入量（ドーズ量）を測定する必要がある。このようなイオン注入量を測定するための技術としては、従来より特許文献１及び特許文献２に開示された技術が知られている。
【０００３】
特許文献１に開示された技術では、イオン打ち込みプロセスの実施後に半導体基板に熱処理を施し、４探針型シート抵抗測定器を用い、測定対象の半導体基板表面に４つの探針を電気的に接触させ、外側の２つの探針の間に電流を流し、内側の２つの探針の間の電圧を測定する。これにより、電気抵抗値を算出してイオン注入量を推定する。
特許文献２に開示された技術では、測定対象の半導体基板表面にポンピングレーザ光を照射した状態で、半導体基板表面の光反射率の変化を検出してイオン注入量を推定する。この方法は、サーマルウエーブ法と呼ばれ、ポンピングレーザ光の照射により半導体基板表面にその温度やキャリア密度の周期的な変化を伴うサーマルウエーブが発生することを利用している。
【特許文献１】特開平５−２０６０５１号公報
【特許文献２】特開平５−２８３４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術を用いてイオン注入量を測定する場合には、それに先だって半導体基板の熱処理を実施する必要があり、更に半導体基板の表面から酸化膜を除去する必要がある。なお、酸化膜については、一般的にイオン注入時のチャネリング及び熱処理時のアウトディフュージョンの防止を目的として付ける必要がある。従って、イオン注入量を測定する度に様々な作業を実施せざるを得ず、測定のために手間と時間がかかるのは避けられない。実際には、イオン注入後に数時間から数日を経過しないと測定結果が判明しないのが実情であった。
また、特許文献２の技術を用いてイオン注入量を測定する場合には、用いる測定装置が高価であるのが最大の問題である。従って、高価な測定装置を使用可能な環境であれば問題ないが、高価な測定装置を準備できない環境では特許文献１と同様な技術を採用せざるを得ない。
【０００５】
本発明は、高価な測定装置を利用することなく、比較的短時間で半導体基板のイオン注入量を測定することが可能なイオン注入量測定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】
【０００６】
上記目的は、下記構成により達成される。
（１）所定のイオン打ち込みプロセスによって半導体基板に注入されたイオンの注入量を検出するためのイオン注入量測定方法であって、所定の条件で１回目のイオン打ち込みが実施された測定対象の半導体基板を準備する基板準備ステップと、１回目のイオン打ち込みの後で、前記半導体基板の表面近傍の電気抵抗に関する情報を得る第１の抵抗測定ステップと、前記第１の抵抗測定ステップの後で、前記半導体基板に対して２回目のイオン打ち込みを行う第２のイオン打ち込みステップと、前記第２のイオン打ち込みステップの後で、前記半導体基板の表面近傍の電気抵抗に関する情報を得る第２の抵抗測定ステップと、前記第１の抵抗測定ステップで得られた第１の抵抗値と、第２の抵抗測定ステップで得られた第２の抵抗値とに基づいてイオン注入量を求める注入量算出ステップとを設けたことを特徴とする。
【０００７】
このイオン注入量測定方法によれば、半導体基板に対して行うイオン打ち込みプロセスを２回に分けて実施することを想定している。従って、最終的な現実のイオン注入量は１回目のイオン打ち込みにおける注入量と、２回目のイオン打ち込みにおける注入量との両者を反映した結果になる。そこで、１回目のイオン打ち込みの終了した半導体基板について１回目の電気抵抗測定を実施し、更に２回目のイオン打ち込みが終了した段階で２回目の電気抵抗測定を実施する。そして、１回目の電気抵抗測定の結果である第１の抵抗値と、２回目の電気抵抗測定の結果である第２の抵抗値とに基づいて最終的なイオン注入量を求める。
【０００８】
実際には、１回目のイオン打ち込みを実施した後で、従来と同様に半導体基板の熱処理を実施し、酸化膜を除去した後で、特許文献１と同様の方法で電気抵抗を測定することになる。また、２回目の電気抵抗測定については、２回目のイオン打ち込みの後で熱処理や酸化膜の除去を行うことなく電気抵抗の測定を実施できる。
【０００９】
本発明の場合、制御すべき最終的なイオン注入量は１回目のイオン打ち込みにおける注入量と、２回目のイオン打ち込みにおける注入量との両者を反映した結果になるので、例えば互いに特性の異なる多数の半導体基板を作成する場合であっても、１回目のイオン打ち込みや熱処理については、多数の半導体基板について同じ条件で同時に実施することができる。従って、工場等における実際の製造行程では、予め多数の半導体基板について１回目のイオン打ち込みや熱処理を行っておき、個々の製品（半導体）を作成する必要が生じるたびに、事前に用意された多数の半導体基板の中から１つを採用し、２回目のイオン打ち込みを実行して必要なイオン注入量を有する半導体基板を作成することができる。
【００１０】
この場合、１回目のイオン打ち込みや熱処理については準備段階として多数の半導体基板をまとめて事前に行っておくことができるので、この処理にかかる手間や所要時間は問題にならない。すなわち、個々の製品の製造行程については、２回目のイオン打ち込み及び電気抵抗測定にかかる手間や所要時間だけが重要になる。しかし、２回目のイオン打ち込みの後では、熱処理や酸化膜の除去が不要であるため、電気抵抗測定やイオン注入量の算出については短時間で処理できる。従って、高価な測定装置を用意しなくても短時間で測定結果が得られる。
【００１１】
（２）  （１）記載のイオン注入量測定方法であって、前記注入量算出ステップでは、前記第１の抵抗値と第２の抵抗値との差分に相当する差分抵抗値と、前記第１の抵抗値との２つのパラメータに基づいてイオン注入量を求めることを特徴とする。
【００１２】
このイオン注入量測定方法によれば、半導体基板の最終的なイオン注入量は、前記第１の抵抗値と第２の抵抗値との差分に相当する差分抵抗値との間、並びに前記第１の抵抗値との間に相関関係が認められる。従って、前記差分抵抗値と、前記第１の抵抗値との２つのパラメータに基づいて、例えば予め求めた係数を利用して計算などでイオン注入量を求めることが可能である。
【００１３】
（３）  （１）記載のイオン注入量測定方法であって、少なくとも前記第１の抵抗値と第２の抵抗値との差分に相当する差分抵抗値と、前記第１の抵抗値との統計的な相関関係を反映した関係テーブルを予め用意しておき、前記注入量算出ステップでは、前記関係テーブルを参照し、前記差分抵抗値と、前記第１の抵抗値との２つのパラメータに基づいてイオン注入量を求めることを特徴とする。
【００１４】
このイオン注入量測定方法によれば、事前に用意した関係テーブルを利用するので、測定により得られる前記差分抵抗値と、前記第１の抵抗値との２つのパラメータに基づいて簡単にイオン注入量を求めることができる。
【００１５】
（４）  （１）記載のイオン注入量測定方法であって、前記第２のイオン打ち込みステップを実施してから前記第２の抵抗測定ステップを実施するまでの時間が１時間以内であることを特徴とする。
【００１６】
このイオン注入量測定方法によれば、２回目のイオン打ち込みを実施した後で熱処理は行わないが、セルフアニールの影響で注入されたイオンが活性化されるため、経時変化により検出される電気抵抗が変化する。本発明者の実験によれば、２回目のイオン打ち込みの後、１時間以内であれば電気抵抗に変化がほとんど現れないことが確認されている。従って、４番目の発明では経時変化の影響を受けない第２の抵抗値を利用して、安定した測定結果を得ることができる。
【００１７】
（５）  （１）記載のイオン注入量測定方法であって、前記第１の抵抗測定ステップで検出する第１の抵抗値と、前記第２の抵抗測定ステップで検出する第２の抵抗値と、前記第１の抵抗値と第２の抵抗値との差分と、の少なくとも１つについては、測定対象の半導体基板上の複数の測定点で検出される複数の値の中で最大値を優先的に採用することを特徴とする。
【００１８】
このイオン注入量測定方法によれば、測定対象の半導体基板上の複数の測定点でそれぞれ電気抵抗を測定し、得られた複数の抵抗値の中の最大値を採用することにより、この抵抗値と実際のイオン注入量との間に良好な線形性が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、半導体基板に対してイオン打ち込みプロセスを２回に分けて実施することになるが、１回目のイオン打ち込みプロセスや熱処理等については準備段階として事前にまとめて処理することができるので、実際の製品の製造時に実施すべきイオン注入量の測定については、２回目のイオン打ち込み以降の手間や所要時間のみが問題になる。そして、２回目のイオン打ち込みの後は、熱処理や酸化膜の除去を行うことなく２回目の電気抵抗測定を実施できるので、実際の測定にかかる手間や所要時間は従来と比べて大幅に低減される。従って、高価な測定装置は不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るイオン注入量測定方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施の形態におけるイオン注入量測定方法の処理手順を示すフローチャートである。図２は実施の形態におけるイオン注入量測定方法の処理手順及び使用する設備を示すブロック図である。
【００２１】
本実施形態では、図２に示すような設備を利用し、図１に示すような処理手順でイオン注入量測定を含む半導体製造プロセスを実施する場合を想定している。図２に示すように、この形態ではイオン注入設備１０と、熱処理設備２０と、シート抵抗測定設備３０と、変換テーブル４０と、ドーズ量算出部５０とを用いる。
【００２２】
イオン注入設備１０は、所定の容器内に収容された半導体ウェハに所望の元素（例えばＰ，Ｂ，Ａｓなど）のイオンビームを照射してウェハ内部にイオンを注入するための設備である。なお、この形態ではイオン注入プロセスを２回に分けて実施するので、それぞれの半導体ウェハＷについてイオン注入設備１０を２回使用する。
【００２３】
熱処理設備２０は、半導体ウェハＷをアニール処理するための設備であり、例えば半導体ウェハＷが収容された容器内を高温度（例えば９００〜１０００℃）の一定温度に維持するように加熱する。半導体ウェハのアニール処理を実施することにより、イオンを注入する際に生じる半導体ウェハ上の結晶の損傷を回復させたり、注入されたイオンをキャリアとして活性化させることができる。
【００２４】
シート抵抗測定設備３０は、用意された半導体ウェハＷの表面の電気抵抗（シート抵抗）を測定するための設備である。具体的には、シート抵抗測定設備３０は４探針型シート抵抗測定器であり、測定対象の半導体基板表面に４つの探針を電気的に接触させ、外側の２つの探針の間に電流を流し、内側の２つの探針の間の電圧を測定する。これにより、半導体ウェハＷ表面の電気抵抗値を算出する。
【００２５】
変換テーブル４０は、事前に行った実験により得られたデータに基づいて構成されたデータテーブルであり、測定により得られる電気抵抗値又はその差分からイオン注入量（ドーズ量）を算出するために利用される。
【００２６】
ドーズ量算出部５０は、シート抵抗測定設備３０で測定された半導体ウェハＷの表面の電気抵抗値、具体的には１回目のイオン注入後に得られた抵抗値１ｓｔ_Ｒｓ及び２回目のイオン注入後に得られた抵抗値２ｎｄ_Ｒｓ、又はそれらの差分ΔＲｓに基づき、変換テーブル４０を利用してイオン注入量を算出する。
【００２７】
次に、図１に示す処理手順について図２も参照しながら説明する。この処理は、大きく分けると準備段階の工程Ｐ１と本工程Ｐ２とで構成される。本工程Ｐ２についてはそれぞれの半導体ウェハを独立して個別に処理する必要があるが、準備段階の工程Ｐ１については互いに種類の異なる様々な半導体ウェハであっても多数枚の半導体ウェハを同時に同じ条件で処理することができる。
【００２８】
また、１回目のイオン注入プロセスで半導体基板は活性化されるので、２回目のイオン注入プロセス後に熱処理を再び行う必要はない。
【００２９】
まず、準備段階の工程Ｐ１について説明する。最初のステップ１１（以降は、Ｓ１１と略記する）では、１回目のイオン注入プロセスについてのイオン注入条件を決定する。なお、イオン注入条件の具体例については後で説明する。
【００３０】
次のＳ１２では、予め用意した必要枚数の半導体ウェハＷ(1)をイオン注入設備１０の内部に格納し、Ｓ１１で決定したイオン注入条件に従って１回目のイオン注入プロセスを実施する。
【００３１】
１回目のイオン注入プロセスでは、例えばｐ型の半導体ウェハを作成しようとする場合には、原子量１１のボロン（１１Ｂ＋）を、ｎ型の半導体ウェハを作成しようとする場合には、原子量３１のリン（３１Ｐ）や原子量７５のヒ素（７５Ａｓ）をイオンビームとしてイオン注入設備１０内部で半導体ウェハに照射すればよい。
【００３２】
次のＳ１３では、１回目のイオン注入プロセスが終了した半導体ウェハＷ(2)を図２に示すように熱処理設備２０の中に収容し、予め定めた条件に従って熱処理を実施する。Ｓ１３についても、多数の半導体ウェハを同じ条件で同時に処理することができる。
【００３３】
Ｓ１４では、Ｓ１３の熱処理が終了した各半導体ウェハの表面から酸化膜を除去する。この酸化膜については、イオン注入の際のチャネリング及び熱処理時のアウトディフュージョンを防止するために事前に付けられている。
【００３４】
Ｓ１５では、Ｓ１４までの処理が完了した各半導体ウェハＷ(3)を、準備段階が終了したサンプルウェハとして必要枚数だけ保存する。
【００３５】
準備段階の工程Ｐ１が終了した後、Ｓ１６ではイオン注入量のモニタが必要かどうかを識別する。実際にイオン注入量の測定が必要な場合には、本工程Ｐ２の処理に進む。本工程Ｐ２の処理については、半導体ウェハ毎に１枚ずつ処理の条件を定めて個別に処理を実施する必要がある。従って、イオン注入量の測定に関する手間や所要時間については、本工程Ｐ２のみが問題になる。
【００３６】
Ｓ２１では、事前に準備段階の工程Ｐ１を完了し保存しておいた多数のサンプルウェハＷ(3)の中から１枚のサンプルウェハＷ(4)を取り出してシート抵抗測定設備３０に装着し、１回目のシート抵抗測定を実施する。すなわち、測定対象のサンプルウェハＷ(4)の表面に４探針を接触させ、表面抵抗を測定する。この測定により得られた抵抗値を第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）とする。
【００３７】
次のＳ２２では、２回目のイオン注入プロセスについてのイオン注入条件を決定する。なお、イオン注入条件の具体例については後で説明する。
【００３８】
Ｓ２３では、第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）の測定が完了した１つのサンプルウェハＷ(4)を再びイオン注入設備１０の内部に格納し、Ｓ２２で決定したイオン注入条件に従って２回目のイオン注入プロセスを実施する。この場合の２回目のイオン注入プロセスについては、それぞれのサンプルウェハ毎に個別にイオン注入量を制御する必要があるので、サンプルウェハ１枚ずつ処理することとなる。
【００３９】
Ｓ２４では、２回目のイオン注入プロセスが終了した１つのサンプルウェハＷ(5)をイオン注入設備１０から取り出してシート抵抗測定設備３０に装着し、２回目のシート抵抗測定を実施する。この測定により得られた抵抗値を第２回抵抗値（２ｎｄ_Ｒｓ）とする。なお、２回目のイオン注入プロセスが終了してから第２回抵抗値を測定するまでの経過時間については制約がある。この制約については後で説明する。
【００４０】
Ｓ２５では、検査対象のサンプルウェハのイオン注入量を算出するのに必要なパラメータである差分抵抗値ΔＲｓを求める。具体的には、前述の第２回抵抗値（２ｎｄ_Ｒｓ）から第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）を減算した結果を差分抵抗値ΔＲｓとする。
【００４１】
Ｓ２６では、変換テーブル４０を参照し、Ｓ２５で得られた差分抵抗値ΔＲｓに対応するイオン注入量を求める。
【００４２】
なお、図１に示した処理手順では変換テーブル４０を利用して差分抵抗値ΔＲｓからイオン注入量を求める場合を想定しているが、実験等により得られる係数を含む所定の計算式に第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）及び第２回抵抗値（２ｎｄ_Ｒｓ）を代入してイオン注入量を算出することも可能である。従って、変換テーブル４０を省略することも可能であるし、差分抵抗値ΔＲｓの計算も省略できる。但し、差分抵抗値ΔＲｓとイオン注入量との間に大きな相関関係が認められるので、差分抵抗値ΔＲｓに基づいてイオン注入量を求めるのが望ましい。
【００４３】
図１に示す処理手順を実施する場合の好ましい処理条件の具体例を以下に示す。
（１）準備するウェハの種類：ｐ型半導体ウェハ／ｎ型半導体ウェハ。
（２）酸化処理：酸化膜厚は数百オングストローム。
（３）１回目のイオン注入プロセスの条件：
元素：ｐ型へは原子量１１のボロン（１１Ｂ＋）、ｎ型へは原子量３１のリン（３１Ｐ＋）あるいは原子量７５のヒ素（７５Ａｓ＋）。
ドーズ量：１×１０１３  〜１×１０１４[ion/cm2]
【００４４】
（４）熱処理の条件：
通常のアニール処理としては、好ましくは、９００℃〜１０００℃、３０分〜６０分程度。ＲＴＡ（高温ラピッドサーマルアニーリング）では、例えば１０５０℃で３０秒間とすることができる。
（５）１回目のシート抵抗測定の条件：
ウェハ表面上の複数点（例えば約５０点）で抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）を測定し、これら複数点の測定結果の最大値（１ｓｔ_Ｒｓ_Ｍａｘ）を採用する。
（６）２回目のイオン注入プロセスの条件：
イオン種の制限はない。
ドーズ量：特に制限はないが、好ましくは、１×１０１１〜１．０×１０１３  [ion/cm2]の範囲。
【００４５】
（７）２回目のシート抵抗測定の条件：
ウェハ表面上の複数点（例えば約５０点）で抵抗値（２ｎｄ_Ｒｓ）を測定する。但し、２回目のイオン注入後１時間以内に測定を実施する。そして、複数点の測定結果の最大値（２ｎｄ_Ｒｓ_Ｍａｘ）を採用する。
（８）イオン注入量の算出：
ΔＲｓとして（（２ｎｄ_Ｒｓ_Ｍａｘ）−（１ｓｔ_Ｒｓ_Ｍａｘ））を算出し、ΔＲｓからイオン注入量を算出する。
【００４６】
前述のような方法でイオン注入量を正しく測定できることを確かめるために、実験的に様々な評価を実施した。その評価結果について以下に説明する。
【００４７】
図３は２回目のイオン注入プロセスにおける注入量とシート抵抗の差分ΔＲｓとの関係の具体例を示すグラフである。図３に示す実験結果は、２回目のイオン注入プロセスにおけるイオン注入量（２ｎｄ_ｄｏｓｅ）と前記差分抵抗値ΔＲｓとの相関を表している。  この例では３種類の元素のそれぞれについて実験を行った。実験の条件は次の通りである。
【００４８】
１回目のイオン注入プロセスの条件：
元素：原子量１１のボロン（１１Ｂ＋）
加速電圧：４０ｋｅＶ
ドーズ量：１．９４×１０１４  [ion/cm2]
注入角度（ｔｉｌｔ）：７度
注入角度（ｔｗｉｓｔ）：０度
ここで、（ｔｉｌｔ）はウェハの面に垂直な軸に対する傾きで、（ｔｗｉｓｔ）はウェハの同一面内での回転に関する基準方向に対する角度である。
酸化膜厚：５００オングストローム
【００４９】
２回目のイオン注入プロセスの条件：
元素：３種類のイオン（３１Ｐ＋、４０Ａｒ＋、４９ＢＦ２＋）
加速電圧：８００ｋｅＶ
ドーズ量：１０の１２乗台で調整  
熱処理の条件：  炉を用いてＮ２雰囲気中で９５０℃、３０分間
【００５０】
図３に示す結果から、イオン注入量（２ｎｄ_ｄｏｓｅ）が増えると差分抵抗値ΔＲｓも増える傾向があることが分かる。また、ｎ型半導体ウェハであっても活性化イオンとして（Ｐ＋）や（Ａｒ＋）の元素を注入する場合には、差分抵抗値ΔＲｓとしてイオン注入量を定量化することが可能である。また、同じドーズ量であれば、質量の軽いイオンの方が差分抵抗値ΔＲｓが大きくなる傾向がある。また、ドーズ量をある程度まで増やしていくと差分抵抗値ΔＲｓが飽和傾向になることが分かる。
【００５１】
図３に示す結果を考慮すると、元素としてはボロン（１１Ｂ＋）を採用すればイオン注入量（２ｎｄ_ｄｏｓｅ）に対する差分抵抗値ΔＲｓの変化が大きくなると予想されるので、１回目のイオン注入、２回目のイオン注入共にボロン（１１Ｂ＋）を注入するのが望ましいと考えられる。その他の注入条件については実際の製品について採用している注入条件と同等の条件を２回目のイオン注入で採用するのが望ましく、１回目のイオン注入については面内均一性が良くしかも２回目のイオン注入に対する影響が少ない条件を採用するのが望ましい。
【００５２】
図４は１回目のイオン注入プロセスの後のシート抵抗１ｓｔ_Ｒｓとシート抵抗の差分ΔＲｓとの関係の具体例を示すグラフである。図４に示す実験結果は、１回目のイオン注入プロセスの条件においてドーズ量を±５％変化させて差分抵抗値ΔＲｓにどのような変化が現れるのかを確認するために行った実験の結果である。すなわち、次のような条件でイオン注入を行った。
１回目のイオン注入プロセスの条件：
元素：原子量１１のボロン（１１Ｂ＋）
加速電圧：４０ｋｅＶ
ドーズ量：（４．７５／５．０／５．２５）×１０１３  [ion/cm2]の３条件
注入角度（ｔｉｌｔ）：７度
注入角度（ｔｗｉｓｔ）：０度
２回目のイオン注入プロセスの条件：
元素：原子量１１のボロン（１１Ｂ＋）
加速電圧：８００ｋｅＶ
ドーズ量：３．０×１０１１  [ion/cm2]
注入角度（ｔｉｌｔ）：７度
注入角度（ｔｗｉｓｔ）：２７０度
【００５３】
また、図４に示す実験結果においては、４９点のそれぞれの測定点で得られた抵抗値Ｒｓの中で、平均値（Ｒｓ_ＡＶＥ）と最大値（Ｒｓ_Ｍａｘ）と最小値（Ｒｓ_Ｍｉｎ）とをそれぞれ区別して示してある。図４に示す実験結果を参照すると、第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）と差分抵抗値ΔＲｓとの相関関係において線形の特性を得るためには、複数の測定点で得られた複数の抵抗値の中の最大値（Ｒｓ_Ｍａｘ）を採用するのが有効であると判断できる。
【００５４】
図５は２回目のイオン注入プロセス終了後の経過時間とシート抵抗Ｒｓとの関係の具体例を示すグラフである。図５に示す実験結果は、２回目のイオン注入プロセスを終了してから２回目のシート抵抗測定を実施するまでの経過時間と抵抗値Ｒｓの変化との相関関係を表している。この実験では次の条件でイオン注入を実施した。
１回目のイオン注入プロセスの条件：
元素：原子量１１のボロン（１１Ｂ＋）
加速電圧：４０ｋｅＶ
ドーズ量：５．０×１０１３  [ion/cm2]
注入角度（ｔｉｌｔ）：７度
注入角度（ｔｗｉｓｔ）：０度
２回目のイオン注入プロセスの条件：
元素：原子量１１のボロン（１１Ｂ＋）
加速電圧：８００ｋｅＶ
ドーズ量：３．０×１０１１  [ion/cm2]
注入角度（ｔｉｌｔ）：７度
注入角度（ｔｗｉｓｔ）：２７０度
【００５５】
図５に示す実験結果を参照すると、２回目のイオン注入プロセスの実施直後（５分経過後）から１時間後までの間では、抵抗値（Ｒｓ_Ｍａｘ）の変化はほとんど認められないが、その後は時間経過に伴って抵抗値（Ｒｓ_Ｍａｘ）が徐々に低下しているのが分かる。すなわち、通常はセルフアニールの影響により注入されたイオンが活性化されるので、ある程度の時間が経過すると抵抗値が低下することになる。従って、２回目のシート抵抗測定を実施するタイミングについては、２回目のイオン注入プロセスの実施直後から１時間までの範囲内に制限するのが望ましい。これにより、セルフアニールの影響を受けることなく正確なイオン注入量を測定できる。
【００５６】
図６は２回目のイオン注入プロセスにおける注入量とシート抵抗の差分ΔＲｓとの関係の具体例を示すグラフである。図６に示す実験結果は、２回目のイオン注入プロセスの条件においてドーズ量を±１０％変化させて差分抵抗値ΔＲｓにどのような変化が現れるのかを確認するために行った実験の結果である。すなわち、次のような条件でイオン注入を行った。
１回目のイオン注入プロセスの条件：
元素：原子量１１のボロン（１１Ｂ＋）
加速電圧：４０ｋｅＶ
ドーズ量：５．０×１０１３  [ion/cm2]
注入角度（ｔｉｌｔ）：７度
注入角度（ｔｗｉｓｔ）：０度
２回目のイオン注入プロセスの条件：
元素：原子量１１のボロン（１１Ｂ＋）
加速電圧：８００ｋｅＶ
ドーズ量：（２．７／３．０／３．３）×１０１１  [ion/cm2]の３条件
注入角度（ｔｉｌｔ）：７度
注入角度（ｔｗｉｓｔ）：２７０度
【００５７】
ドーズ量に±１０％程度の誤差がある場合には、製造される半導体製品に異常が発生する場合があるので、この程度の誤差を測定により検出できるか否かは非常に重要である。図６の実験結果を参照すると、±１０％のドーズ量の変化に対して、差分抵抗値ΔＲｓに明確な変化が現れていることが分かる。従って、検出される差分抵抗値ΔＲｓに基づいて、±１０％程度のドーズ量の違いを明確に識別できることになる。なお、半導体ウェハの実デバイスにおいてはレジストが存在するので、このレジストから発生するアウトガスの影響により注入ドーズ量はオーバードーズになる。そのため、図６に示すように、レジストの有無に応じて差分抵抗値ΔＲｓの特性にも違いが表れる。
【００５８】
前述のように、検出される差分抵抗値ΔＲｓと測定すべきドーズ量との間には大きな相関があるが、差分抵抗値ΔＲｓだけでは正しいドーズ量を把握できない場合もある。すなわち、同じドーズ量であっても第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）が変わると差分抵抗値ΔＲｓにも変化が現れる。
図７は１回目のイオン注入プロセスの後の最大シート抵抗１ｓｔ_Ｒｓ（Ｍａｘ）とシート抵抗の差分ΔＲｓとの関係の具体例を示すグラフである。図７に示す実験結果は、様々な測定対象の半導体ウェハについて調べた第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）と差分抵抗値ΔＲｓとの相関関係を表している。図７を参照すると、第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）が大きくなるに従って、差分抵抗値ΔＲｓが低下する傾向にあることが分かる。
【００５９】
そこで、図７においては、上限値と下限値とを定め、差分抵抗値ΔＲｓが上限値と下限値との範囲内にあればドーズ量が適正な範囲内にあるとみなす場合を想定している。この場合、上限値及び下限値は次のように規定される。
下限値＝−２．４７×(１ｓｔ_Ｒｓ_Ｍａｘ)＋２７６０
上限値＝−２．４７×(１ｓｔ_Ｒｓ_Ｍａｘ)＋２８２０
【００６０】
従って、例えば図２に示すように変換テーブル４０を用いてドーズ量を算出する場合には、差分抵抗値ΔＲｓとドーズ量との関係だけでなく、第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）とドーズ量との相関関係についても保持しておき、差分抵抗値ΔＲｓから求められたドーズ量を第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）を用いて補正するような処理を行うのが望ましい。また、ドーズ量の数値を算出しなくても、例えば図７に示すような上限値及び下限値を第１回抵抗値（１ｓｔ_Ｒｓ）から算出し、差分抵抗値ΔＲｓを上限値及び下限値と比較するだけでもドーズ量の適否を把握できるので半導体製品の品質管理に利用できる。
【００６１】
なお、２回目のイオン注入プロセスで注入するイオンの種別については、ｎ型、ｐ型半導体ウェハの区別なく、例えば（１１Ｂ＋／３１Ｐ＋／７５Ａｓ＋／４０Ａｒ＋）のように通常使用されるイオン種であればどれでも使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明のイオン注入量測定方法を採用することにより、１回目のイオン注入プロセスが完了した半導体ウェハのサンプルを事前にまとめて準備しておくことにより、個別の半導体ウェハに関するイオン注入量の測定を手間をかけずに短時間（例えば３０分程度）で実施することができる。したがって、高価な測定器を用意する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施の形態におけるイオン注入量測定方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態におけるイオン注入量測定方法の処理手順及び使用する設備を示すブロック図である。
【図３】２回目のイオン注入プロセスにおける注入量とシート抵抗の差分ΔＲｓとの関係の具体例を示すグラフである。
【図４】１回目のイオン注入プロセスの後のシート抵抗１ｓｔ_Ｒｓとシート抵抗の差分ΔＲｓとの関係の具体例を示すグラフである。
【図５】２回目のイオン注入プロセス終了後の経過時間とシート抵抗Ｒｓとの関係の具体例を示すグラフである。
【図６】２回目のイオン注入プロセスにおける注入量とシート抵抗の差分ΔＲｓとの関係の具体例を示すグラフである。
【図７】１回目のイオン注入プロセスの後の最大シート抵抗１ｓｔ_Ｒｓ（Ｍａｘ）とシート抵抗の差分ΔＲｓとの関係の具体例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１０  イオン注入設備
２０  熱処理設備
３０  シート抵抗測定設備
４０  変換テーブル
５０  ドーズ量算出部
【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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