拡散層の横方向拡散の測定
ウェーハ加工プロセスにおける更なるステップとして、ドーピングされた層の横方向急峻性を監視するために、どのような半導体ウェーハ加工プロセスをも変更することができる。一実施形態においては、１つ以上のドーピングされた領域を含むテスト構造が、製品ウェーハに形成され（例えば、１つ以上のトランジスタと同時に）、テスト構造の１つ以上の寸法が測定され、ウェーハのその他のドーピング領域における、例えば、同時に形成されたトランジスタにおける横方向急峻性の判断として使用される。テスト構造におけるドーピングされる領域は、お互いに一定の間隔を置いて規則正しく配置することができ、あるいは、隣接するドーピングされた領域間の間隔を変化させて配置されてもよい。あるいは、または、それに加えて、複数のテスト構造が、単一ウェーハに形成されてもよく、それぞれのテスト構造においては、ドーピングされた領域は、一定の空間的間隔で配置され、異なるテスト構造は、異なる空間的間隔を有する。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
図１は、従来技術において周知のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の断面図を示す。このようなＭＯＳトランジスタは、典型的には、ソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｄ、ソース拡張領域２ｓおよびドレイン拡張領域２ｄ、チャンネル３、ゲート絶縁膜４およびゲート５を含む。ソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｄは、典型的には、ｎ型ドーピングのためのヒ素によって、あるいは、ｐ型ドーピングのためのホウ素によって、高い濃度でドーピングされる。ドーピングレベルは、約１０２０ドーパント原子／１立方センチメートルである。領域１ｓおよび１ｄのための層は、典型的には、５００〜７００オングストロームの深さを有する。同様に、拡張領域２ｓおよび２ｄは、ソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｄと同じ型のドーパント原子によって、高い濃度でドーピングされるが、これらの拡張領域は、より浅い深さ、典型的には、３００〜５００オングストロームの深さを有する。図２Ａおよび図２Ｂは、垂直方向および横方向における（図１において、それぞれ、矢印Ａおよび矢印Ｂに沿った）ドーピングプロフィールを示す。
【０００２】
拡張領域２ｓおよび２ｄは、チャンネル領域３に接触する。このトランジスタは、バイアスをゲート５に印加することによって動作する。例えば、領域１ｓ、２ｓ、２ｄ、および、１ｄが、ｎ型であれば、多数キャリアは、電子である。正の電圧が、ゲート５を介してチャンネル３に印加された場合、薄いゲート絶縁膜４が存在するために、電流は、ゲート５とチャンネル３との間には流れない。しかしながら、正の電圧は、電子をゲート領域３に引きつけ、電子の薄い層（反転層と呼ばれる）を形成し、その薄い層は、ソース拡張部分２ｓをドレイン拡張部分２ｄに接続し、ソースとドレインとの間に電流が流れるのを可能にする。ゲート５に印加された電圧が、取り除かれると、チャンネル３における反転層は、存在しなくなり、ソースは、ドレインから分離される。このようにして、トランジスタをターンオンおよびターンオフすることができる。
【０００３】
実際には、様々なソース層およびドレイン層１ｓ、１ｄ、２ｓ、および、２ｄのドーピングプロフィールは、十分に急峻（箱状）ではない。それらは、通常、拡散プロセスによって形成され、その拡散プロセスは、いくつかの熱サイクルを必要とすることがあり、プロフィールをいくぶん丸みのあるものにする。例えば、図２Ａは、ソース拡張部分２ｓの２つのプロフィール１１ａおよび１１ｂを図１の矢印Ａに沿って示す。線１１ａは、比較的に急峻なプロフィールを示し、線１１ｂは、それほど急峻ではないプロフィールを示す。加工プロセスにおけるそれぞれのステップは、ある程度の許容誤差を有するので、急峻性のこのような変動（線１１ａと線１１ｂとの間の）は、加工中の様々な半導体ウェーハにおいて発生することがある。個々のプロセスステップにおける変動あるいは一連のプロセスステップの累積変動は、プロフィールの急峻性を損なうことがある（例えば、線１１ａから線１１ｂになることがある）。
【０００４】
更に、接合深さは、例えばアニーリング温度の変動のようなプロセス特性に依存して変化することがある。例えば、プロフィール１１ｂは、プロフィール１１ａよりも深い拡散プロフィールになる。
【０００５】
同様に、横方向プロフィールは、半導体ウェーハ加工の個々のプロセスステップの許容誤差に依存した急峻性の変動を見せる。図２Ｂは、図１の矢印Ｂに沿ったプロフィールを示す（矢印Ｂは、半導体ウェーハの表面に平行にかつその表面のすぐ下に延びる）。プロフィール１０ｓａおよび１０ｄａ（図２Ｂ）は、より急峻であり、プロフィール１０ｓｂおよび１０ｄｂは、それほど急峻ではない。更に、プロフィール１０ｓｂおよび１０ｄｂは、より遠くまで拡散しており、ソース領域とドレイン領域との間の距離およびチャンネル３の長さを減少させる。横方向拡散による横方向急峻性の低下は、対応する垂直方向急峻性の低下ほど大きくはないと考えられる。しかしながら、横方向急峻性の低下または横方向拡散の増加は、垂直方向急峻性の低下よりも大きな影響をトランジスタの性能に及ぼすことがある。また、横方向および垂直方向の急峻性低下は、様々な原因から発生することがあり、そのために、一方の測定基準は、他方の測定基準とはならない。例えば、表面における変形応力は、ドーパント原子の横方向拡散を助長することがあり、垂直方向においては、影響は見られない。
【０００６】
横方向の拡散および急峻性は、それはトランジスタの速度および回路内の次の段を駆動するトランジスタの能力に直接に影響するので、注意深く制御されなければならない。より小さな横方向急峻性は、プロフィール１０ｓｂおよび１０ｄｂ（図２Ｂ）のように、ソース拡張部分２ｓおよびドレイン拡張部分２ｂ（図１）の部分が、より低い濃度でドーピングされることをもたらし、それによって、より大きな抵抗を有することになる。横方向急峻性の低下は、ソース１ｓとドレイン１ｄ（図１）との間におけるより大きな電圧降下をもたらす直列抵抗成分を作成する。この電圧降下は、次の段を駆動するトランジスタの能力を減少させ、回路の速度を減少させる。更に、ソース拡張部分２ｓとドレイン拡張部分２ｄとの間の横方向距離は、チャンネル領域３の長さを規定する。このチャンネル長は、例えば遮断周波数のようなトランジスタのいくつかの特性を直接に決定する。
【０００７】
横方向拡散（アニーリング中に接合が横方向にどれだけ遠くへ移動するかによって識別される）および急峻性（拡散プロフィールの勾配によって定義される）を測定するための従来技術によるいくつかの方法は、トランジスタの電気的なプローブ検査、容量原子間力顕微鏡分析（Ｃ−ＡＦＭ）、および、垂直方向二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）プロフィールからの推定である。
【０００８】
横方向の拡散および急峻性の推定は、トランジスタの電気的なプローブ検査から可能である。この処理は、トランジスタ構造全体に接触することを必要とする。その結果として、電気的なプローブ検査は、ドーピング層が形成されつつありかつトランジスタがまだ未完成であるプロセスのある時点においては非現実的なものである。ソース／ドレインプロセスステップとプローブ検査するための第１の機会との間の時間は、数日または数週間となることがあり、リアルタイムプロセス制御を実施する能力を大きく減少させる。
【０００９】
Ｃ−ＡＦＭのようなプローブ検査法は、トランジスタを区画しなければならず、また、様々な中間準備ステップを必要とする。たとえこれが完了しても、プローブ検査は、数時間を必要とし、分解能は、典型的には、１００Åよりも悪く、プロセス制御のために拡散または急峻性を正確に測定するにはあまりにも貧弱である。
【００１０】
横方向および垂直方向の拡散および急峻性は、同じ物理現象に関連すると仮定して、垂直方向のプロフィール（図２Ａに示される種類の）から横方向の拡散および急峻性を推定することも可能である。しかしながら、ＳＩＭＳのような方法は、時間がかかり、かつ、破壊的であり、そのために、ルーチンインラインプロセス制御には適していない。更に、上述したように、横方向および垂直方向の拡散および急峻性がお互いに完全に関連しないいくつかの状態が存在することもある。
【概要】
【００１１】
ウェーハ加工プロセスにおける（または、このようなプロセスの発展形における）ステップとして、ドーピング層の横方向の拡散および急峻性を監視するために、どのような半導体ウェーハ加工プロセスでも変更することができる。実施形態によっては、このような監視は、ウェーハ加工プロセスにおける１つ以上のパラメータを制御するために、例えば、プロセスの歩留まりを改善するために、使用される。
【００１２】
具体的には、一実施形態においては、１つ以上のドーピングされた領域を含むテスト構造が、半導体ウェーハに形成され（例えば、１つ以上のトランジスタと同時に）、テスト構造の１つ以上の寸法が、測定され、ウェーハのその他のドーピングされた領域における、例えば、同時に形成されたトランジスタにおける横方向拡散および横方向急峻性の評価として使用される。
【００１３】
上述した種類のテスト構造は、小さくてもよく、例えば、一辺が数ミクロンであってもよく、また、製品ウェーハの所定の位置に配置されてもよい。テスト構造におけるドーピングされた領域は、お互いに一定の間隔を置いて規則正しく配置することができ、あるいは、隣接するドーピングされた領域間の間隔を変化させて配置されてもよい。
【００１４】
あるいは、または、それに加えて、複数のテスト構造が、単一ウェーハに形成されてもよく、それぞれのテスト構造においては、ドーピングされた領域は、一定の空間的間隔で配置され、異なるテスト構造は、異なる空間的間隔を有する。
【００１５】
別の実施形態においては、ほとんど（または、それどころか完全に）ドーピングされた領域およびほとんど（または、それどころか完全に）ドーピングされない領域が、テスト構造に含まれる。これらの領域は、接合深さ変動の影響を較正するのに使用される。別の実施形態においては、リソグラフプロセスにおける変動による線幅誤差の影響を較正するために、フォトレジスト線幅の測定が含まれる。
【００１６】
更に別の実施形態において、ある場合には、ドーピングされた線と空間とからなる構造が、チップのパターンの一部分として得られる。例えば、抵抗は、ドーピングされた線である。これらの場合においては、測定は、テスト構造を必要とせずに、集積回路の能動領域において直接になされる。
【００１７】
一実施形態においては、ウェーハ加工プロセスのリアルタイム制御を実行するために、上述した種類の１つ以上のテスト構造が、ドーピング領域が形成された直後に監視される。しかしながら、また、デバイス特性のこのような評価は、オフラインで実行され（例えば、非製品ウェーハによって）、別の実施形態におけるプロセスの発展形に使用されてもよい。
図面は、正確な縮尺率で示されていないことに注意されたい。
【発明の詳細な説明】
【００１８】
本発明の一実施形態は、半導体ウェーハにおけるテスト構造の作成、それに続いて、そのテスト構造の１つ以上の特性の非接触型測定に基づくものである。このようなテスト構造特性の測定は、例えば、テスト構造が、同様に、ドーピングされた領域を含めば、例えば、トランジスタのドーピングされた領域における横方向拡散を判断するのに使用することができる。
【００１９】
実施形態によっては、このような測定は、フィードバックプロセスにおいてウェーハ加工プロセスを制御するのに使用される。具体的には、一実施形態においては、処理３０１（図３Ａ）に示されるように、１つ以上のテスト構造が、例えば、トランジスタの加工と同時に、製品ウェーハにおいて形成される。トランジスタのドーピングされた領域の横方向拡散を判断しなければならない場合、処理３０１において形成されたテスト構造は、ドーパント原子の打ち込みを必要とする場合もあり、実施形態に応じて、このような打ち込みは、ウェーハのトランジスタを形成するための打ち込みと同時に実行されてもよい。しかしながら、別の実施形態においては、例えば、金属層の特性が判断されなければならない場合に金属層の一部分を形成することによって、その他の種類のテスト構造が、形成されてもよいことに注意されたい。
【００２０】
１つ以上のテスト構造が、形成されると、テスト構造を含有するウェーハは、測定システムに整列させられ（図３Ａにおける処理３０２を参照）、それに続いて、テスト構造の寸法を指示する信号が、非接触型プローブを用いて、測定される（図３Ａにおける処理３０３を参照）。処理３０４によって示されるように、１つ以上の処理３０２および３０３は、例えば、複数のテスト構造のために、反復して実行されてもよく、当業者には明らかなように、その他の種類の測定を挿入されてもよく、あるいは、その他の種類の測定と同時に実行されてもよい。
【００２１】
その後、処理３０３において実行された測定は、所定の管理限界と比較され、測定値が管理限界の範囲内にあれば、ウェーハの加工は、続行され（図３Ａにおける処理３０６を参照）、それに続いて、同じウェーハにおいて、あるいは、別のウェーハにおいて、更なるテスト構造を形成するために、処理３０１（上述した）に戻る。測定値が、所定の管理限界の範囲外にあれば、ウェーハの加工に使用されるプロセスパラメータは、変更され（図３Ａにおける処理３０７を参照）、そのずれに応じて、現在のウェーハは、拒絶されてもよく、あるいは、それの代わりに、更に加工されてもよい。
【００２２】
したがって、テスト構造の特性の測定は、ウェーハの加工中に現場で実行され、一実施形態においては、測定ツール３１４（図３Ｂ）は、アニーリング装置３１３、イオン打ち込み装置３１１、パターン形成ツール３１０、および、酸化物マスク除去ツール３１２のようなその他のウェーハ加工ツールと同じ場所に配置される。ウェーハ３３１（図３Ｂ）は、パターン形成ツール３１０に入り、そこで、トランジスタに形成されるべき２つのソース拡張部分およびドレイン拡張部分に対応するパターン、また、１つ以上のテスト構造のドーピングされた領域に対応するパターンが、ウェーハ３３１上に形成される。
【００２３】
一実施形態においては、パターン形成の後かつイオン打ち込みの前に、パターン形成された線の幅が、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）のような一般的に市販されているツールによって、測定される。この実施形態における線幅の測定は、横方向拡散測定の実行されるべき分析に影響を及ぼし得るリソグラフィックパターン形成における誤差を補正するのに使用される。
【００２４】
その後、ウェーハ３３１は、イオン打ち込み装置３１１の中に挿入され、そこで、ドーパント原子が、打ち込まれる。次に、打ち込みマスクが、ツール３１２によって除去され、ウェーハは、アニーリング装置３１３内においてアニーリングされる。その後、ウェーハにおけるテスト構造が、処理３０２〜３０３を参照して上述したように、ツール３１４によって評価される。ツール３１４によって生成される測定信号は、接続３２１を介してアニーリング装置３１３に接続されかつ接続３２２を介してイオン打ち込み装置３１１に接続されたバス３２０上に供給されてもよく、それによって、フィードバック信号をそれらのツール３１１および３１３に提供する。
【００２５】
あるいは、または、それに加えて、バス３２０上の測定信号は、接続３２２を介して工場コンピュータ３１５に提供されてもよい。工場コンピュータ３１５は、例えば、後に、ウェーハ３３１上のデバイスの電気的性能との相関関係を計算するために、測定信号を保管してもよい。
【００２６】
当分野において周知のいくつかの方法のいずれかが、本発明によって製品ウェーハに形成されたテスト構造の寸法またはその他の特性を測定するための処理３０３（図３Ａ）を実行するのに使用されてもよい。例えば、米国特許出願第０９／５４４，２８０号、米国特許出願第０９／２７４，８２１号、および、米国特許出願第０９／７９９，４８１号に記載された種類の１つ以上の方法が、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明したようにして使用されてもよい。
【００２７】
更に、当業者には明らかなように、特定の用途に応じて、どのような種類のテスト構造でも、本発明の開示に基づいて、製品ウェーハ内に形成されてもよい。
【００２８】
図４Ａおよび図４Ｂは、このようなテスト構造の一実施例を平面図および断面図で示す。図４Ａの実施例においては、テスト構造は、いくつかのイオン打ち込み領域１３ａ〜１３ｈを含む（例として、８つの領域が示されるが、パターンに整列させる測定システムの能力または集積回路ダイ内の空間的制約などのその他の要件に応じて、それよりも多いかまたは少ない領域が、使用されてもよい）。
【００２９】
ウェーハにおけるテスト構造の領域１３ａ〜１３ｈは、それぞれ、寸法が同一であってもよく（長方形の箱）、ウェーハ３０の上方から方向Ｃ（図４Ｂ）に沿って見たときに、それらの領域が平行な線分１３ａ〜１３ｈのアレイ（図４Ａ）を形成するように、お互いに平行に配置されてもよい。この実施例においては、領域１３ａ〜１３ｈは、それぞれ、共通直線Ｅ（図４Ａ）に対して直角に配置され、そのために、これらの打ち込み領域は、お互いに平行である。
【００３０】
特定の一実施形態においては、打ち込み領域１３ａ〜１３ｈは、中心から中心までの間隔Ｓおよび領域間距離ｗｂを有する。領域１３ａ〜１３ｈを含有するテスト構造を設計する場合、利用できるリソグラフィーの分解能の制約の範囲内においてピッチ（Ｓ）を最小限にすることを意図してもよい。これは、例えば横方向拡散による寸法の小さな変動が測定信号に与える影響を増大させる。例えば、リソグラフィーの幾何学的形状に応じて、Ｓは、０．２６μｍであるように選択されてもよく、また、ｗｂは、０．１３μｍであるように選択されてもよい。図４Ａに示される実施形態においては、Ｓおよびｗｂは、それぞれ、領域１３ａ〜１３ｈのお互いに隣接するいずれか２つの間で同じであるが、代替の実施形態においては、その他の幾何学的形状が、使用されてもよい。例えば、別の代替の一実施形態においては、距離Ｓおよび距離ｗｂは、所定の方向に、例えば、線Ｅに沿って左から右に、徐々に増大してもよい。更に、別の実施形態においては、いくつかのこのようなテスト構造が、形成され、距離Ｓおよび距離ｗｂは、テスト構造内においては同じであるが、異なるテスト構造においては、これらの距離が、異なる。
【００３１】
更に、図４Ａおよび図４Ｂに示される実施例においては、それぞれの領域１３ａ〜１３ｈの幅ｗｒは、領域間距離ｗｂと同じであり、例えば、０．１３μｍである。しかしながら、ｗｒがｗｂに等しくなくても、図３Ａに示される方法は、同じように良好に機能する。図３Ａの方法を使用するとき、バーの幅と間隔の幅との間には、制約がないことに注意されたい。バーの幅および間隔の幅が異なっても、この方法は、同じように良好に機能する。
【００３２】
上述したように、テスト構造の寸法をできるだけ小さくすることを意図してもよい。この意図は、横方向拡散が間隔ｗｂをどれだけ塞ぐかを測定するのを可能にする。この影響は、割合２ｄ／ｗｂに比例し、ここで、ｄは、横方向拡散距離である（係数２は、拡散が両側から発生することに起因する）。例えば、横方向拡散が、ｄ＝０．０３μｍであり、かつ、ｗｂ＝０．１３μｍであれば、割合の影響は、０．０６／０．１３または約５０％である。ｗｂが、より大きければ、例えば、１μｍであれば、影響は、ほんの０．０６／１または約６％である。したがって、寸法をできるだけ小さくすることを意図してもよい。また、ドーピングされた領域ｗＲの幅は、横方向拡散の少なくとも２倍であるように選択されてもよく、それによって、ドーピングされたバー内のドーパントが、横方向拡散によって使い果たされることはない。
【００３３】
隣接する領域１３ａ〜１３ｈ間の徐々に増加する間隔Ｓを使用する実施形態においては、０．２６μｍから０．５μｍまで一定のピッチで増加してもよい（等しいバーおよび間隙）。あるいは、間隙を０．１３μｍで一定にしかつドーピングされるバーの長さを変化させながら、あるいは、ドーピングされるバーの幅を０．１３μｍで一定にしかつ間隙を変化させながら、Ｓを０．２６μｍから０．５μｍまで増加させてもよい。
【００３４】
一実施形態においては、領域１３ａ〜１３ｈ（図４Ａ）を形成するのに使用されるイオン打ち込みは、半導体ウェーハに（正規の回路の一部として）存在するトランジスタのソース／ドレイン拡張領域を形成するのに使用されるイオン打ち込みと正確に同じエネルギーおよびドーズ量を有する。テスト構造のためのエネルギーおよびドーズ量は、以下の２つの理由から、そのＭＯＳトランジスタと同じになるように選択されてもよい。第１に、それは、実際のトランジスタドーピングを最もよく表現するからであり、また、第２に、それは、更なるプロセスステップを必要としないからである。図４Ａおよび図４Ｂに示される実施形態においては、ドーパント原子は、深さＤｒ（図４Ｂ）まで打ち込まれ、Ｄｒは、例えば、５０Åであってもよい。これらの打ち込みは、極めて浅くてもよく、典型的には、１００Å以下である。この実施形態においては、打ち込みパラメータは、打ち込み種（Ｂ、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂ、など）、エネルギー（典型的には、０．２〜２ｋｅＶ）、および、ドーズ量（典型的には、１×１０１４〜３×１０１５原子／ｃｍ２）である。アニールパラメータは、典型的には、温度（約１０００℃）、時間（瞬間的〜１０秒）、その温度までのランプアップ速度（５０〜２００℃／秒）、および、ランプダウン時間（ランプアップ速度と同じ）である。
【００３５】
（図４Ｂの紙面に垂直な方向に沿った）打ち込み領域１３ａ〜１３ｈの長さ（図４Ａ）は、典型的には、数ミクロン（約１０ミクロンかまたはそれ以上）であり、レーザスポット（以下で説明するように、測定中に使用される）をテスト構造に整列させるのを可能にする。したがって、現在可能な約３μｍのスポットサイズ（以下で説明する）をより小さくすれば、それに比例して、約１０μｍである線長Ｌは、将来、より小さくできる。このような方法の分解能は、一実施形態においては、現在、１０Å以下である。
【００３６】
ウェーハ３０のアニールに続いて、打ち込み領域のサイズは、図４Ｃに示されるように、拡散のために増加する。ウェーハ３０において最初に形成された領域１３ａ〜１３ｈは、点線で示され、アニールの後、より大きくなっており、領域１４ａ〜１４ｈとして符号を付されている。ここで、領域１４ａ〜１４ｈ（図４Ｃおよび図４Ｄ）は、領域間間隔ｗａを有し、ここで、ｗａ＜ｗｂである。例としての値は、ｗｂ＝２００ｎｍ、ｗａ＝１２０ｎｍである。
【００３７】
図４Ａおよび図４Ｂを参照して上述した種類のテスト構造を作るプロセスが、一実施形態として、図５Ａ〜図５Ｄに示される。まず最初に、フォトレジスト層１１が、ウェーハ３０の表面に塗布される（図５Ａ）。次に、フォトレジスト層１１は、レジストを露光および現像することによってパターン化され、孔１２ａ〜１２ｈが、フォトレジスト層１１に作成される（図５Ｂ）。
【００３８】
また、トランジスタの１つ以上の部分をシリコンウェーハに同時に作成するために、（上記の段落において）説明したばかりの処理を使用してもよい。実施形態に応じて、例えば、ソース領域とドレイン領域およびそれらの拡張部分は、領域１３ａ〜１３ｈを形成するのと同時に形成されてもよい。もしそうであれば、層１１は、テスト構造を形成するのに必要な孔１２ａ〜１２ｈに加えて、トランジスタの形成されるべき領域の位置に孔を有する。あるいは、繰り返すと、実施形態に応じて、ウェーハ３０における様々なトランジスタのすべての領域は、説明したばかりの処理から独立した異なる処理によって、形成されてもよい。
【００３９】
領域１３ａ〜１３ｈを孔１２ａ〜１２ｈの下に（また、上述したようなトランジスタを形成するために存在してもよいあらゆるその他の孔の下に）形成するために、イオン打ち込みが実施される。フォトレジスト層１１は、その他の場所では、イオン打ち込みを遮蔽する（図５Ｃ）。フォトレジスト１１は、除去され、打ち込み領域１３ａ〜１３ｈが、基板１０に残る（図５Ｄ）。
【００４０】
パターン形成領域１３ａ〜１３ｈの幅は、リソグラフィックパターン形成に使用されるマスク上で見られる幅に等しくなくてもよいことに注意されたい。例えば、パターンが、過度に露光されると、線は、広くなることがある。実施形態によっては、線幅に関する知識が、横方向拡散の量を得るのに使用される。このような場合、ＳＥＭを用いた実際の線幅の測定は、プロセスの実施形態によっては、プロセスのこの時点に実行される。
【００４１】
最後に、ウェーハは、アニーリングされ、打ち込み領域１３ａ〜１３ｈの拡散を生じさせ、その結果として、拡張されたドーピング領域１４ａ〜１４ｈが、得られる（図５Ｅ）。拡張されたドーピング領域１４ａ〜１４ｈは、対応する打ち込み領域１３ａ〜１３ｈよりも距離Ｖｄだけ深く、かつ、水平寸法が距離Ｈｄだけ大きい。水平寸法の変化Ｈｄは、次の経験則、すなわち、横方向拡散は垂直方向拡散の約０．７倍であるという経験則によって、対応する垂直寸法の変化Ｖｄに関係づけられる。ここで説明される種類の方法は、横方向拡散が正確に測定されるので、このような経験則に頼る必要性を除去する。上述したように、このようなステップは、コンタクトホールまたはゲート構造のエッチングのようなトランジスタ加工ステップと組み合わせて実行されてもよい。したがって、テスト構造を形成するために、集積回路を形成するのに通常使用されるステップ、すなわち、テスト構造がなくても通常必要とされるステップを除けば、更なるマスキングステップまたはプロセスステップはなくてもよい。
【００４２】
距離Ｈｄにわたるアニーリング中の横方向拡散は、ドーピング領域１４ａ〜１４ｈ（「ドーピングフィンガー」とも呼ばれる）間の間隔ｗｂを減少させる。したがって、本発明の一実施形態においては、間隔の減少ｗａ−ｗｂの測定は、ソース拡張部分２ｓとドレイン拡張部分２ｄとの間の横方向拡散の測定値を提供する。この間隔減少の測定は、例えば、図６を参照して以下に説明するように、アニーリングの前後に距離ｗｂおよびｗａを測定することによって実行されてもよい。アニーリング前の距離Ｗｂは、一実施例においては、印刷されたマスクの幅に等しく、ＳＥＭを用いて測定されてもよい。アニーリング後の距離Ｗａは、ここで説明される方法を用いて測定される。しかしながら、上述したように、その他の方法が、このような間隔を測定するのに使用されてもよい。ある実施形態においては、間隔減少ｗａ−ｗｂを計算する代わりに、間隔ｗａかまたは間隔ｗｂ、または、それらの両方が、プロセス制御を実施するために、個々に使用される。
【００４３】
ドーピングされた領域間の間隔ｗａまたはｗｂを測定するために、実施形態に応じて、１つ以上の光ビームが、テスト構造に照射されてもよい。具体的には、半導体材料の禁制帯幅エネルギーよりも大きなフォトンを有する第１の光ビーム（「ポンプビーム」とも呼ばれる）が、まず最初に、テスト構造上に焦点を合わせられる（図６において処理６０１によって示されるように）。テスト構造が、そのように照射されたとき、過剰キャリア（電子および正孔）が生成され、過剰キャリア濃度は、より低い濃度でドーピングされた領域においては高く、より高い濃度でドーピングされた打ち込み領域においては低い。更に、第２のビーム（「プローブビーム」とも呼ばれる）が、測定（図６における処理６０２のように）のために使用され、図７Ａにおいて、両方のビーム（これらは、同時に発生する）は、矢印１６によって表現され、その矢印１６は、また、符号ＰＩＮを付されている。キャリア濃度の違いは、ドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈにおけるキャリア分布よりも高い斜線領域１５（図７Ａを参照）におけるキャリア分布をもたらす。
【００４４】
図７Ｂおよび図７Ｃは、過剰キャリア濃度を深さの関数として示す。これらのグラフは、ポンプビームによって照射されたことによる過剰キャリア濃度、すなわち、生成ビームの変調周波数で変化するキャリア濃度を示す（および、バックグランドキャリアが存在するために通常はより高い総キャリア濃度ではない）。
【００４５】
ドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈ間に存在する領域においては、過剰キャリア濃度１５ｓ（図７Ｂ）は、基板１０において表面２０からドーピングされた領域の端部までずっとほぼ一定（図７Ｂ）のままである。ドーピングされた領域の深さは、約２００〜４００Åである。それよりもはるかに深くまで、すなわち、数ミクロンまで、濃度はほぼ一定のままである。キャリア濃度１５ｓの値は、ポンプビームの強度に依存する。ウェーハ表面２０におけるレーザパワーが５ｍＷ程度であり、波長が８３０ｎｍのビームが、直径が３μｍのスポット内に焦点を合わせられた照射レベルの場合、過剰キャリア濃度１５ｓは、ビーム径内において、すなわち、照射された領域内において、約１×１０１８キャリア／ｃｍ３である。過剰キャリア濃度は、ビームの外側において、徐々に小さくなる。しかしながら、生成ビーム径の外側で発生することは、プローブビームスポットがポンプビームのスポットの範囲内にある限り、測定方法にとって重要なことではない。
【００４６】
ドーピングされた領域１４ｄを通って引かれた垂直線に沿って、過剰キャリア濃度１５ｄ（図７Ｃ）は、表面２０からの距離が増加するにつれて増加する。ドーピングされた領域１４ｄは、領域１４ａ〜１４ｈと同じである。したがって、図７Ａにおいてドーピングされた領域１４ｇを通る垂直切断線７Ｃ−７Ｃにおいても、同じプロフィール（図７Ｃ）が、見られる。過剰キャリア濃度１５ｄは、ドーピングセグメント１４ａ〜１４ｈのいずれかを通る切断線に沿った濃度プロフィールである。２つのドーピングセグメント１４ｇと１４ｈとの間の間隙を通る第２の切断線７Ｂ−７Ｂは、その切断線に沿って、図７Ｂに示される過剰キャリアプロフィールを有する。
【００４７】
それぞれのドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈの下にある位置において、典型的には、境界２１から数百（２００〜３００）Åだけ下方において、濃度１５ｄ（図７Ｃ）は、濃度１５ｓ（図７）にほぼ等しくなる。しかしながら、垂直線に沿って基板１０からウェーハ表面２０に向かって上方へ垂直に進むと、濃度１５ｄは、ドーピングされた領域１４ｄの水平な境界２１まで、最初は、一定であり、この境界２１において、濃度１５ｄは、急激に低下し、濃度１５ｓより数桁も小さい。図７Ａにおいて、破線２４は、境界２１がドーピングされた領域ごとに存在する平面を示す。
【００４８】
水平方向における急峻性の測定は、以下に説明されるようにして決定されてもよい。なぜなら、有効信号は、（間隙の面積（％））×表面からの信号＋（ドーピングされた領域の面積（％））×接合２４からの信号であるからである。横方向拡散が、増加するにつれて、ドーピングされた領域の面積の割合は、増加し、かつ、ドーピングされない領域の面積の割合は、減少する。したがって、測定された信号は、横方向拡散の量である。また、測定された信号は、深さ２４の関数であり、そのために、接合深さは、測定の一部であり、接合深さは、図１０に示されるようにかつ以下で説明されるようにして導き出されてもよい。
【００４９】
シリコンの屈折率は、周知のそれの導電率の関数であり、次の関係式に従って、過剰キャリア濃度とともに線形に増加する。
【００５０】
【数１】
【００５１】
ここで、Δｎは、屈折率の変化であり、Ｎは、過剰キャリア濃度であり（この場合、暗闇における濃度と照射によるようなキャリアを生成する条件下における濃度との差である）、ε０は、自由空間の誘電率であり、εｓは、シリコンの比誘電率であり、ｍ＊は、キャリア有効質量であり、ｑは、電子電荷であり、ωは、キャリアを照射する光の周波数である。この関係は、周知のＤｒｕｄｅの電気伝導モデルから得られる（Ｊａｃｋｓｏｎ，Ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓを参照）。
【００５２】
過剰キャリア濃度によって発生する屈折率の変化の結果として、屈折率の急な勾配が、ドーピングされた領域間のウェーハ表面２０において発生し、より小さな勾配が、拡散領域１４ａ〜１４ｈの下部境界２１において発生する。しかしながら、表面勾配は、ドーピングされた領域においては極めて小さい（ドーピングされた領域におけるより低い過剰キャリア濃度のために）。また、深さ２４における勾配は、ドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈ間の間隙においては存在しない。なぜなら、間隙領域のその深さにはドーピングステップが存在しないからである。
【００５３】
プローブビーム１６（図７Ａ）は、拡散領域１４ａ〜１４ｈの長手方向に沿って偏光されてもよいが（すなわち、図７Ａの紙面に垂直な線に沿って偏光される）、プローブビーム１６は、また、実施形態に応じて、偏光されなくてもよい。長手方向に平行なポンプビームおよびプローブビームの両方またはどちらか一方の偏光は、２０００年３月８日に出願された米国特許出願第０９／５２１，２３２号に記載されるように、ドーピングされた領域の存在およびそれらの領域間の空間に対する感度を増大させる。プローブビームが半導体ウェーハに入射するとき、様々な反射成分が、発生し、矢印１７、１８、および、１９として図７Ａに示される。反射成分１７は、材料が空気からシリコンに変化するために、前面２０から発生する。プローブビームのこの反射成分１７は、過剰キャリア分布１５が存在してもしなくても存在する。また、別の反射成分１８は、表面２０から出射し、半導体１０の表面２０における過剰キャリア濃度１５ｓにおける急な勾配によって引き起こされる屈折率成分によるものである。更に別の反射成分１９は、ドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈの下部エッジ２１における過剰キャリア濃度１５ｄにおける勾配によるものである。
【００５４】
一実施形態は、第１の光ビームを変調し、かつ、例えば、処理６０３（図６）によって示されるように、ロックイン増幅器によって第２の光ビームの反射の変調された成分の強度を測定することを含む。しかしながら、成分１８および１９は、過剰キャリアが存在するときにのみ存在するので、キャリア生成（例えば、第１の光ビームによる）をオンにしてオフにすれば、これらの成分は、その他の反射と区別することができる。したがって、第２の光ビームの反射は、第１の光ビームをオンにして測定され、再度、第１の光ビームをオフにして測定することができ、処理６０３を実行するために、これらの２つの測定の差を得ることができる。
【００５５】
第１の光ビームの強度が変調される場合、変調周波数は、一実施形態においては、ドーピングされない領域におけるキャリアの寿命の逆数よりも小さい。これは、図７Ｃにおいて説明されるキャリア分布を形成するのを可能にするために、特定の実施形態において使用される。１００マイクロ秒の寿命の場合、周波数は、１０ｋＨｚ以下となるように選択されてもよく、その他の実施形態においては、異なってもよい。測定することのできる信号は、より高い周波数において存在するが、低下させてもよい。したがって、好ましい一実施形態は、より低い周波数を使用する。また、より高い周波数において、搬送波が、生成される。この場合、静的拡散方程式を解いた結果である上述したキャリア濃度分布は、満足できるものではなく、信号は、結果的に、搬送波からの反射と静的分布とを重畳したものとなり、その静的分布は、興味のある信号を提供する。
【００５６】
具体的には、周波数ωで周期的に励起するという条件下における時間依存拡散方程式は、
【００５７】
【数２】
【００５８】
ここで、Ｄは、拡散率であり、τは、寿命であり、ｎは、過剰キャリア濃度であり、ｊは、（−１）の平方根である。ω≫１／τであれば、第２の項は、虚数であり、波動解が得られる。逆に、ω≪１／τであれば、静的解が得られる。
【００５９】
過剰キャリアの表面濃度によって発生する成分１８の相対的強度は、横方向拡散の関数であることに注意されたい。例えば、横方向拡散が、拡散領域間の空間を完全に排除した極端な場合（ｗａ＝０）を考える。この場合、成分１８は、ゼロである。横方向拡散がゼロである反対の場合においては、成分１８は、最大となる。したがって、成分１８は、横方向拡散によって単調に変化し、それの強度を測定することは、横方向拡散に関係する。
【００６０】
検出器における信号が、反射成分１７、１８、および、１９によって、以下に説明される。表面２０からの反射振幅は、成分１７および１８の和であり、以下のように書くことができる。
【００６１】
【数３】
【００６２】
ここで、右辺の第１の項は、成分１７であり、第２の項は、成分１８である。拡散領域の下部側面２１からの反射振幅である成分１９は、下部側面２１まで通過して戻ることによって、位相シフトされ、以下のように書くことができる。
【００６３】
【数４】
【００６４】
ここで、ｎは、シリコンの屈折率であり、ｋ＝２π／λは、波数であり、ここで、λは、波長であり、ｚは、表面２０と拡散領域の下部側面２１との間の距離である。
【００６５】
電力は、反射の和の二乗振幅であり、以下の式によって与えられる。
【００６６】
【数５】
【００６７】
上記の式において、反射成分ｒｓ０は、典型的には、その他の項より数桁も大きいので、２次の項は、省略されている。信号が、フィルタリングされ、ｄｃ成分が、除去されると、最後の２つの項だけが残る。
【００６８】
【数６】
【００６９】
括弧内に２つの項が存在することに注意されたい。２つの項の相対的な大きさは、ウェーハ表面におけるドーピングされた領域とドーピングされない領域との相対的な幅に対応する。更に、第２の項は、ドーピングされた領域の垂直な深さの関数である。
【００７０】
上記の式から、測定される信号はドーピングされた領域およびドーピングされない領域からの信号を線形に重畳したものであることが理解される。一方の極値においては、ウェーハは、ドーピングされず（ドーピングされた領域の幅は、ゼロである）、信号は、ドーピングされないウェーハから得られる信号である。他方の極値においては、ウェーハは、完全にドーピングされ（ドーピング線間の間隙であるドーピングされない領域の幅は、ゼロである）、信号は、ドーピングされたウェーハから得られる信号である。信号は、ドーピングされない表面積に対するドーピングされた表面積の比の関数として、これらの極値間を線形に変化する。
【００７１】
一実施形態においては、図７Ｄに示されるグラフを用いて、横方向急峻性が見出せる。従来技術による方法を用いてテストされてもよい基準ウェーハに対する別個の較正実験を用いて、レスポンス曲線７０１が見出せる。これらの実験においては、テスト構造のサンプルが、基準ウェーハにおいて作られ、それに続いて、より長い時間またはより高い温度でアニーリングされる。信号を提供するために、サンプルは、図６を参照して上述したようにして測定される。アニーリングされた拡散領域のＤｒ（図４Ｂ）は、ＳＩＭＳ（これは、拡散量の評価を提供する）のような一般的な方法を用いて知ることができる。
【００７２】
一実施例においては、曲線７０１は、以下の表の値によって定義される。
【００７３】
図７Ｄにおける符号 値
Ｓｆ ２０，０００μＶ／条件付き
Ｓｌ １７，６００μＶ／条件付き
Ｓｍ １８，０００μＶ／条件付き
Ｓｕ １８，５００μＶ／条件付き
Ｄｆ ５００Å
Ｄｕ ２００Å
Ｄｍ ２５０Å
Ｄｌ ３００Å
図７Ｄに示される実施例においては、テスト構造は、幅が２８００Åのドーピング線によって形成され、線間の間隔は、２４００Åであった。測定された信号は、接合深さが４００Åの場合のものであった。
【００７４】
図７Ｄから理解できるように、曲線７０１の傾斜領域の後、以下の理由のために、平坦な領域が存在する。最も大きなアニーリング時間および／または温度を有するいくつかの基準ウェーハにおいては、拡散は、拡散領域を完全に接続し、Ｄｘよりも大きい大量の横方向拡散として示されるように（図４Ｄ）、間隔ｗａをゼロにし、曲線７０１を平坦にする。したがって、点Ｄｘの位置は、垂直方向拡散Ｖｄに対する横方向拡散Ｈｄ（図４Ｄ）の比の量を提供する。なぜなら、それは、横方向拡散Ｈｄが打ち込み領域間の間隔ｗｂの半分に等しいときに発生するからであり、その距離ｗｂは、マスクパターンによって設定される。
【００７５】
加工中のウェーハ（「製品ウェーハ」とも呼ばれる）における拡散プロセスを制御するのにこの較正曲線７０１（図７Ｄ）を使用することができる。未知のサンプルが、図６を参照して上述したようにして測定され、信号ＳＭを有することが見出せる。この信号は、曲線７０１から決定されるように、横方向拡散の量ＤＭに対応する。上側信号管理限界ＳＵおよび下側信号管理限界ＳＬを設定することができ、横方向拡散の最大量ＤＵおよび最小量ＤＬに対応する。測定された信号が、これらの限界ＳＵまたはＳＬを超えると、アラームを発生させてもよく、および／または、調節が自動的になされてもよい。
【００７６】
好ましいハードウェア構成が、図８に示される。キャリア生成レーザ８０１は、８３０ｎｍの波長を備えるダイオードポンプレーザ（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂｓ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ ＣＡ）である。それの出力は、コリメーティングレンズ８２３とコリメートされ、コリメートされたビーム８０３を提供する。測定レーザ８０５は、９８０ｎｍの波長を備えるダイオードポンプレーザ（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂｓ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ ＣＡ）である。それの出力は、コリメーティングレンズ８０７とコリメートされ、コリメートされたビーム８０９を提供する。
【００７７】
ビーム８０９および８０３は、ダイクロイックミラーを用いて合成され、合成ビーム８１１を生成する。このビームは、５０：５０ビームスプリッタ８１２、９０：１０ビームスプリッタ８１４、および、対物レンズ８１５（１００Ｘ、Ｏｌｙｍｐｕｓ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）を通過する。レンズ８１５は、ビーム８１１の焦点をウェーハ８１６の表面に合わせる。反射された信号成分は、再度、レンズ８１５とコリメートされる。ビームスプリッタ８１４は、リターンビームの１０％をレンズ８１７およびカメラ８１８へ逸らし、それらのレンズ８１７およびカメラ８１８は、ビームスポットをパターンに整列させるシステムを提供する。
【００７８】
図８に示されていないものは、ピンホールおよび検出器を含む自動焦点システムであり、その自動焦点システムもまた、ビームスプリッタ８１４によって逸らされたリターンビームの一部分を使用する。リターンビームは、ビームスプリッタ８１２へ入射し、そのビームスプリッタ８１２は、リターンビームを光学フィルター８１９に通過させる。フィルター８１９は、測定レーザ８０５からの光は通過させるが、生成レーザ８０１からの光は遮断する。
【００７９】
送出された成分は、シリコンフォトダイオードである検出器８２０に到達する。フォトダイオード電流は、インピーダンス変換増幅器８２４を用いて電圧に変換され、その増幅器８２４の出力は、ロックイン増幅器８２５に入力する。ロックイン増幅器８２５の出力は、ディジタルコンピュータに入力し、そのコンピュータは、信号を受信し、それをユーザまたはその他のデータ収集システムに提供する。ロックイン増幅器８２５は、レーザ駆動装置８２１を変調するのに使用される周波数基準を含み、そのレーザ駆動装置８２１は、変調された駆動装置出力を生成レーザ８０１に提供する。
【００８０】
上述したことは、本発明の特定の実施形態を説明するものである。当業者には明らかなように、上述した実施形態の更なる実施形態および変形が可能である。
【００８１】
例えば、上述した実施形態の１つは、打ち込みマスク層１１として、フォトレジストを使用することに言及している。しかしながら、その他の材料が、使用されてもよく、それどころか、テスト構造の形成を、ウェーハ加工に通常使用されるプロセスフロー内に統合するのに好都合でさえもある。例えば、マスク材料は、二酸化珪素、ポリシリコン、および／または、窒化珪素のような材料を成膜されてもよい。
【００８２】
特定の実施形態が、プロセス制御に関連づけられる。しかしながら、その他の実施形態が、プロセスの発展形に使用されてもよい。例えば、開発エンジニアが、異なるレーザアニール処理（例えば、ドーパント原子を励起するためにシリコンを局所的に加熱するのにレーザビームが使用される）によって実現可能な急峻性を比較したい場合、この測定は、情報を提供することができる。この場合、テスト構造を実現することのできる可能性は、拡大される。なぜなら、もはや標準的なフロー内にうまく収容する必要がないからである。例えば、細いポリラインからなるマスクを使用することができ、スペーサーを配置し（トランジスタのポリシリコンゲートに一般的に適用されるように、ポリラインの側面上に窒化珪素層を配置する）、スペーサーが引き起こし得る変形応力の影響を捕捉するために、マスクを除去する前にアニーリングする。プロセスの発展形のために構造をその他の顧客に適合させることは、実現の可能性において、制限はないが、上述した１つ以上の原理を使用する。
【００８３】
別の実施形態においては、ほとんど（または、完全に）ドーピングされた領域およびほとんど（または、完全に）ドーピングされない領域が、テストパターンに含まれる。「ほとんど」という用語は、領域の大部分（すなわち、領域の５０％以上）がその特性を有する状況を網羅することを意図したものである。例えば、ドーピングされたがドーピングされない１つ以上のポケット（または、正孔）を含む領域は、「ほとんど」ドーピングされたと考えられる（なぜなら、領域の大部分はドーピングされているからである）。いくつかの実施形態においては、ここで説明される種類の方法は、このような領域におけるあらゆる２つの割合のドーピングとともに使用される（すなわち、このような実施形態は、１００％のドーピングと０％のドーピングに限定されない）。
【００８４】
図９に示されるように、５つのテストパターン９３０、９４１、９４２、９４３、および、９５０が、テスト構造に含まれてもよいが、パターン９３０は、ほとんどドーピングされた領域である（縞のないパターン、１００％ドーピング）。パターン９５０は、ほとんどドーピングされていない領域である（イオン打ち込みがない、０％ドーピング）。パターン９４１、９４２、および、９４３は、それぞれのパターンにおいて、一定の幅を有するドーピングされたバー（「打ち込み領域」とも呼ばれる）を有し、また、３つのパターンにわたって増加する幅を有するドーピングされない領域を有する。その他の実施形態は、その他のパターンまたは異なる数のパターンを使用してもよい。この実施例においては、アニーリングの前の寸法（印刷された寸法と呼ばれる）は、パターン９４１（５０％のドーピング）の場合、バーは０．１μｍであり、間隔は０．１μｍであり、パターン９４２（４０％のドーピング）の場合、バーは０．１μｍであり、間隔は０．１５μｍであり、パターン９４３（３３％のドーピング）の場合、バーは０．１μｍであり、間隔は０．２μｍである。
【００８５】
上述した種類の測定は、パターン９３０、９４１〜９４３、および、９５０上の位置においてなされる。例えば、第１の測定は、パターン９３０上でなされる。位置９０１におけるレーザビームが、水平ライン９２０に沿って、パターン９５０上の最終的な測定位置９０２まで走査され、測定が、ライン９２０に沿ったいくつかの位置のそれぞれにおいてなされる。例えば、５つの測定が、パターン９３０、９４１、９４２、９４３、および、９５０を含有する５つの領域においてなされてもよい。別の実施形態においては、より多い数の測定からなるライン走査が、例えば、ライン９２０に沿って位置９０１と９０２との間で１００の一定のインクリメントステップによる１０１の測定が、なされてもよい。一実施例においては、それぞれのパターンは、１０μｍの幅であり、ステップサイズは、０．５μｍであり、１０１のステップによって５０μｍの長さのパターンを網羅する。
【００８６】
ウェーハの領域がビームによって照射され、反射されたビームが測定される場合、測定される信号は、測定領域内におけるドーピングされた領域からの信号とドーピングされない領域からの信号とを重畳したものであり、以下の式によって与えられる。
【００８７】
【数７】
【００８８】
ここで、Ｓは、信号であり、ＳＤおよびＳＵは、それぞれ、ドーピングされた領域からの信号およびドーピングされない領域からの信号であり、ＦＤおよびＦＵは、それぞれ、ドーピングされた測定面積の割合およびドーピングされない測定面積の割合である。ドーピングされた測定面積の割合およびドーピングされない測定面積の割合は、以下の式によって与えられることに注意されたい。
【００８９】
【数８】
【００９０】
【数９】
【００９１】
ここで、δは、横方向拡散距離であり、Ｐは、ピッチ（バー間の中心から中心までの間隔）であり、ＷＰＤおよびＷＰＵは、それぞれ、ドーピングされた領域およびドーピングされない領域の印刷された幅であり（Ｐ＝ＷＰＤ＋ＷＰＵ）、信号は、以下のように書くことができる。
【００９２】
【数１０】
【００９３】
ここで、ＦＰＤおよびＦＰＵは、ドーピングされた測定面積の印刷された割合およびドーピングされない測定面積の印刷された割合である。上記の式を書き換えることによって、横方向拡散は、以下の式で与えられる。
【００９４】
【数１１】
【００９５】
図９に示されるようなテスト構造を使用する利点は、上述の式の中のすべての量が既知であり、それによって、横方向拡散を直接に計算できることである。具体的には、ピッチＰは、リソグラフィックマスクによって設定され、事前にわかっているものである。ドーピングされた測定面積の印刷された割合ＦＰＤおよびドーピングされない測定面積の印刷された割合ＦＰＵは、マスクからかまたはフォトレジストマスクのＳＥＭ測定からわかる。ドーピングされた領域からの信号ＳＤは、位置９３０においてなされる測定によって見出せる。ドーピングされていない領域からの信号ＳＵは、位置９５０における測定によって見出せる。領域９４１、９４２、および、９４２のそれぞれは、ピッチおよびドーピングされたバーの幅によって設定された異なる印刷された割合ＦＰＤおよびＦＰＵを有する。
【００９６】
図１０は、印刷されたようにドーピングされた測定面積の割合の関数として変化する一実施例の測定された信号を示す。横方向拡散が存在しなければ、信号は、線１０１０を辿る。点１０３０は、ほとんどドーピングされた領域９５０における信号に対応する（これは、例えば、２０００μＶであり、接合深さは、３５０Åである）。点１０５０は、ほとんどドーピングされていない領域９５０における信号に対応し、これは、２０，０００μＶである。横方向拡散がゼロおよび３０ナノメートルの両方の場合の信号が、以下の表に示される。
【００９７】
【表１】
【００９８】
横方向拡散がないとき、点１０４１ｕ、１０４２ｕ、および、１０４３ｕが、領域９４１、９４２、および、９４３において測定される。これらの点は、点１０５０（ほとんどドーピングされていない領域９５０上における測定から）と点１０３０（ほとんどドーピングされた領域９３０上における測定から）とを結んだ直線上に存在する。しかしながら、横方向拡散があれば、対応する点は、線１０２０のようなより小さな傾斜を有する直線上に存在する。この直線１０２０は、点１０３０、１０４１ｄ、１０４２ｄ、および、１０４３ｄを結び、点１０５０の下にある点１０５１において、垂直軸と交差する。横方向拡散δは、３つの領域９４１、９４２、または、９４３の中の２つの領域からの信号（信号１０４１ｄ、１０４２ｄ、または、１０４３ｄ）を上記の式１１に代入することによって見出せる。結果は、１つの領域から得られてもよく、あるいは、精度を改善するために、いくつかの領域からの値を平均してもよい。
【００９９】
ここで説明された実施形態の多くのこのような変更、適合、および、変形は、添付の特許請求の範囲に含められる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】従来技術による半導体ウェーハ、すなわち、ＭＯＳ電界効果トランジスタの構造を示す断面図である。
【図２Ａ】従来技術による半導体ウェーハの拡張層２ｓを通る図１の矢印Ａに沿ったドーピングプロフィールを示すグラフである。
【図２Ｂ】従来技術による半導体ウェーハのトランジスタをウェーハ表面に平行に通る図１の矢印Ｂに沿ったドーピングプロフィールを示すグラフである。
【図３Ａ】本発明に基づいてプロセスがうまく制御されているかどうかを判定するためにテスト構造の寸法の測定を使用することを説明する判定フローチャートである。
【図３Ｂ】本発明に基づいてその他のウェーハ加工ツールとともにテスト構造測定ツールを現場で使用することを説明するブロック構成図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるトランジスタのドーピングされた領域の横方向拡散を判断するためのテスト構造を説明する平面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるトランジスタのドーピングされた領域の横方向拡散を判断するためのテスト構造を説明する断面図である。
【図４Ｃ】酸化物マスク１１を除去してアニーリングした後の図４Ａおよび図４Ｂのテスト構造を説明する平面図である。
【図４Ｄ】酸化物マスク１１を除去してアニーリングした後の図４Ａおよび図４Ｂのテスト構造を説明する断面図である。
【図５Ａ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図５Ｂ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図５Ｃ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図５Ｄ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図５Ｅ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図６】測定のプロセスを説明するフローチャートである。
【図７Ａ】照射されている図４Ａおよび図４Ｂのテスト構造を示し、また、表面キャリア分布および深部キャリア分布からの反射成分を示す断面図である。
【図７Ｂ】表面反射成分ＰＲＳＣによって測定したときの隣接するドーピングされた領域１４ｂと１４ｃとの間の中心線に沿った深さの関数として過剰キャリア濃度を示すグラフである。
【図７Ｃ】深部反射成分ＰＲＪＣによって測定したときのドーピングされた領域１４ｄの中心線に沿った深さの関数として過剰キャリア濃度を示すグラフである。
【図７Ｄ】基準ウェーハからの横方向拡散の関数として示す測定信号の較正プロットを説明するグラフであり、どのようにして測定値が横方向拡散値に変換されるかまたどのようにして管理限界がプロセスのために設定されるかを示す。
【図８】図６に示されるようにしてテスト構造を評価するためのハードウェア構成を説明するブロック構成図である。
【図９】ほとんどドーピングされた領域およびほとんどドーピングされない領域を含む構造を全体にわたって走査することを説明する断面図である。
【図１０】直線の勾配から横方向拡散を引き出すことを説明するグラフである（これは、ドーピングが増加するにつれて、測定される信号が減衰することを示す）。
【符号の説明】
【０１０１】
８０１…キャリア生成レーザ、８０３…コリメーティングレンズ、８０５…測定レーザ、８０７…コリメーティングレンズ、８０９…コリメートされたビーム、８１０…ダイクロイックミラー、８１１…合成ビーム、８１２…５０：５０ビームスプリッタ、８１４…９０：１０ビームスプリッタ、８１５…対物レンズ、８１６…ウェーハ、８１７…レンズ、８１８…カメラ、８１９…フィルター、８２０…検出器、８２１…レーザ駆動装置、８２３…コリメーティングレンズ、８２４…インピーダンス変換増幅器、８２５…ロックイン増幅器。
【背景】
【０００１】
図１は、従来技術において周知のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の断面図を示す。このようなＭＯＳトランジスタは、典型的には、ソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｄ、ソース拡張領域２ｓおよびドレイン拡張領域２ｄ、チャンネル３、ゲート絶縁膜４およびゲート５を含む。ソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｄは、典型的には、ｎ型ドーピングのためのヒ素によって、あるいは、ｐ型ドーピングのためのホウ素によって、高い濃度でドーピングされる。ドーピングレベルは、約１０２０ドーパント原子／１立方センチメートルである。領域１ｓおよび１ｄのための層は、典型的には、５００〜７００オングストロームの深さを有する。同様に、拡張領域２ｓおよび２ｄは、ソース領域１ｓおよびドレイン領域１ｄと同じ型のドーパント原子によって、高い濃度でドーピングされるが、これらの拡張領域は、より浅い深さ、典型的には、３００〜５００オングストロームの深さを有する。図２Ａおよび図２Ｂは、垂直方向および横方向における（図１において、それぞれ、矢印Ａおよび矢印Ｂに沿った）ドーピングプロフィールを示す。
【０００２】
拡張領域２ｓおよび２ｄは、チャンネル領域３に接触する。このトランジスタは、バイアスをゲート５に印加することによって動作する。例えば、領域１ｓ、２ｓ、２ｄ、および、１ｄが、ｎ型であれば、多数キャリアは、電子である。正の電圧が、ゲート５を介してチャンネル３に印加された場合、薄いゲート絶縁膜４が存在するために、電流は、ゲート５とチャンネル３との間には流れない。しかしながら、正の電圧は、電子をゲート領域３に引きつけ、電子の薄い層（反転層と呼ばれる）を形成し、その薄い層は、ソース拡張部分２ｓをドレイン拡張部分２ｄに接続し、ソースとドレインとの間に電流が流れるのを可能にする。ゲート５に印加された電圧が、取り除かれると、チャンネル３における反転層は、存在しなくなり、ソースは、ドレインから分離される。このようにして、トランジスタをターンオンおよびターンオフすることができる。
【０００３】
実際には、様々なソース層およびドレイン層１ｓ、１ｄ、２ｓ、および、２ｄのドーピングプロフィールは、十分に急峻（箱状）ではない。それらは、通常、拡散プロセスによって形成され、その拡散プロセスは、いくつかの熱サイクルを必要とすることがあり、プロフィールをいくぶん丸みのあるものにする。例えば、図２Ａは、ソース拡張部分２ｓの２つのプロフィール１１ａおよび１１ｂを図１の矢印Ａに沿って示す。線１１ａは、比較的に急峻なプロフィールを示し、線１１ｂは、それほど急峻ではないプロフィールを示す。加工プロセスにおけるそれぞれのステップは、ある程度の許容誤差を有するので、急峻性のこのような変動（線１１ａと線１１ｂとの間の）は、加工中の様々な半導体ウェーハにおいて発生することがある。個々のプロセスステップにおける変動あるいは一連のプロセスステップの累積変動は、プロフィールの急峻性を損なうことがある（例えば、線１１ａから線１１ｂになることがある）。
【０００４】
更に、接合深さは、例えばアニーリング温度の変動のようなプロセス特性に依存して変化することがある。例えば、プロフィール１１ｂは、プロフィール１１ａよりも深い拡散プロフィールになる。
【０００５】
同様に、横方向プロフィールは、半導体ウェーハ加工の個々のプロセスステップの許容誤差に依存した急峻性の変動を見せる。図２Ｂは、図１の矢印Ｂに沿ったプロフィールを示す（矢印Ｂは、半導体ウェーハの表面に平行にかつその表面のすぐ下に延びる）。プロフィール１０ｓａおよび１０ｄａ（図２Ｂ）は、より急峻であり、プロフィール１０ｓｂおよび１０ｄｂは、それほど急峻ではない。更に、プロフィール１０ｓｂおよび１０ｄｂは、より遠くまで拡散しており、ソース領域とドレイン領域との間の距離およびチャンネル３の長さを減少させる。横方向拡散による横方向急峻性の低下は、対応する垂直方向急峻性の低下ほど大きくはないと考えられる。しかしながら、横方向急峻性の低下または横方向拡散の増加は、垂直方向急峻性の低下よりも大きな影響をトランジスタの性能に及ぼすことがある。また、横方向および垂直方向の急峻性低下は、様々な原因から発生することがあり、そのために、一方の測定基準は、他方の測定基準とはならない。例えば、表面における変形応力は、ドーパント原子の横方向拡散を助長することがあり、垂直方向においては、影響は見られない。
【０００６】
横方向の拡散および急峻性は、それはトランジスタの速度および回路内の次の段を駆動するトランジスタの能力に直接に影響するので、注意深く制御されなければならない。より小さな横方向急峻性は、プロフィール１０ｓｂおよび１０ｄｂ（図２Ｂ）のように、ソース拡張部分２ｓおよびドレイン拡張部分２ｂ（図１）の部分が、より低い濃度でドーピングされることをもたらし、それによって、より大きな抵抗を有することになる。横方向急峻性の低下は、ソース１ｓとドレイン１ｄ（図１）との間におけるより大きな電圧降下をもたらす直列抵抗成分を作成する。この電圧降下は、次の段を駆動するトランジスタの能力を減少させ、回路の速度を減少させる。更に、ソース拡張部分２ｓとドレイン拡張部分２ｄとの間の横方向距離は、チャンネル領域３の長さを規定する。このチャンネル長は、例えば遮断周波数のようなトランジスタのいくつかの特性を直接に決定する。
【０００７】
横方向拡散（アニーリング中に接合が横方向にどれだけ遠くへ移動するかによって識別される）および急峻性（拡散プロフィールの勾配によって定義される）を測定するための従来技術によるいくつかの方法は、トランジスタの電気的なプローブ検査、容量原子間力顕微鏡分析（Ｃ−ＡＦＭ）、および、垂直方向二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）プロフィールからの推定である。
【０００８】
横方向の拡散および急峻性の推定は、トランジスタの電気的なプローブ検査から可能である。この処理は、トランジスタ構造全体に接触することを必要とする。その結果として、電気的なプローブ検査は、ドーピング層が形成されつつありかつトランジスタがまだ未完成であるプロセスのある時点においては非現実的なものである。ソース／ドレインプロセスステップとプローブ検査するための第１の機会との間の時間は、数日または数週間となることがあり、リアルタイムプロセス制御を実施する能力を大きく減少させる。
【０００９】
Ｃ−ＡＦＭのようなプローブ検査法は、トランジスタを区画しなければならず、また、様々な中間準備ステップを必要とする。たとえこれが完了しても、プローブ検査は、数時間を必要とし、分解能は、典型的には、１００Åよりも悪く、プロセス制御のために拡散または急峻性を正確に測定するにはあまりにも貧弱である。
【００１０】
横方向および垂直方向の拡散および急峻性は、同じ物理現象に関連すると仮定して、垂直方向のプロフィール（図２Ａに示される種類の）から横方向の拡散および急峻性を推定することも可能である。しかしながら、ＳＩＭＳのような方法は、時間がかかり、かつ、破壊的であり、そのために、ルーチンインラインプロセス制御には適していない。更に、上述したように、横方向および垂直方向の拡散および急峻性がお互いに完全に関連しないいくつかの状態が存在することもある。
【概要】
【００１１】
ウェーハ加工プロセスにおける（または、このようなプロセスの発展形における）ステップとして、ドーピング層の横方向の拡散および急峻性を監視するために、どのような半導体ウェーハ加工プロセスでも変更することができる。実施形態によっては、このような監視は、ウェーハ加工プロセスにおける１つ以上のパラメータを制御するために、例えば、プロセスの歩留まりを改善するために、使用される。
【００１２】
具体的には、一実施形態においては、１つ以上のドーピングされた領域を含むテスト構造が、半導体ウェーハに形成され（例えば、１つ以上のトランジスタと同時に）、テスト構造の１つ以上の寸法が、測定され、ウェーハのその他のドーピングされた領域における、例えば、同時に形成されたトランジスタにおける横方向拡散および横方向急峻性の評価として使用される。
【００１３】
上述した種類のテスト構造は、小さくてもよく、例えば、一辺が数ミクロンであってもよく、また、製品ウェーハの所定の位置に配置されてもよい。テスト構造におけるドーピングされた領域は、お互いに一定の間隔を置いて規則正しく配置することができ、あるいは、隣接するドーピングされた領域間の間隔を変化させて配置されてもよい。
【００１４】
あるいは、または、それに加えて、複数のテスト構造が、単一ウェーハに形成されてもよく、それぞれのテスト構造においては、ドーピングされた領域は、一定の空間的間隔で配置され、異なるテスト構造は、異なる空間的間隔を有する。
【００１５】
別の実施形態においては、ほとんど（または、それどころか完全に）ドーピングされた領域およびほとんど（または、それどころか完全に）ドーピングされない領域が、テスト構造に含まれる。これらの領域は、接合深さ変動の影響を較正するのに使用される。別の実施形態においては、リソグラフプロセスにおける変動による線幅誤差の影響を較正するために、フォトレジスト線幅の測定が含まれる。
【００１６】
更に別の実施形態において、ある場合には、ドーピングされた線と空間とからなる構造が、チップのパターンの一部分として得られる。例えば、抵抗は、ドーピングされた線である。これらの場合においては、測定は、テスト構造を必要とせずに、集積回路の能動領域において直接になされる。
【００１７】
一実施形態においては、ウェーハ加工プロセスのリアルタイム制御を実行するために、上述した種類の１つ以上のテスト構造が、ドーピング領域が形成された直後に監視される。しかしながら、また、デバイス特性のこのような評価は、オフラインで実行され（例えば、非製品ウェーハによって）、別の実施形態におけるプロセスの発展形に使用されてもよい。
図面は、正確な縮尺率で示されていないことに注意されたい。
【発明の詳細な説明】
【００１８】
本発明の一実施形態は、半導体ウェーハにおけるテスト構造の作成、それに続いて、そのテスト構造の１つ以上の特性の非接触型測定に基づくものである。このようなテスト構造特性の測定は、例えば、テスト構造が、同様に、ドーピングされた領域を含めば、例えば、トランジスタのドーピングされた領域における横方向拡散を判断するのに使用することができる。
【００１９】
実施形態によっては、このような測定は、フィードバックプロセスにおいてウェーハ加工プロセスを制御するのに使用される。具体的には、一実施形態においては、処理３０１（図３Ａ）に示されるように、１つ以上のテスト構造が、例えば、トランジスタの加工と同時に、製品ウェーハにおいて形成される。トランジスタのドーピングされた領域の横方向拡散を判断しなければならない場合、処理３０１において形成されたテスト構造は、ドーパント原子の打ち込みを必要とする場合もあり、実施形態に応じて、このような打ち込みは、ウェーハのトランジスタを形成するための打ち込みと同時に実行されてもよい。しかしながら、別の実施形態においては、例えば、金属層の特性が判断されなければならない場合に金属層の一部分を形成することによって、その他の種類のテスト構造が、形成されてもよいことに注意されたい。
【００２０】
１つ以上のテスト構造が、形成されると、テスト構造を含有するウェーハは、測定システムに整列させられ（図３Ａにおける処理３０２を参照）、それに続いて、テスト構造の寸法を指示する信号が、非接触型プローブを用いて、測定される（図３Ａにおける処理３０３を参照）。処理３０４によって示されるように、１つ以上の処理３０２および３０３は、例えば、複数のテスト構造のために、反復して実行されてもよく、当業者には明らかなように、その他の種類の測定を挿入されてもよく、あるいは、その他の種類の測定と同時に実行されてもよい。
【００２１】
その後、処理３０３において実行された測定は、所定の管理限界と比較され、測定値が管理限界の範囲内にあれば、ウェーハの加工は、続行され（図３Ａにおける処理３０６を参照）、それに続いて、同じウェーハにおいて、あるいは、別のウェーハにおいて、更なるテスト構造を形成するために、処理３０１（上述した）に戻る。測定値が、所定の管理限界の範囲外にあれば、ウェーハの加工に使用されるプロセスパラメータは、変更され（図３Ａにおける処理３０７を参照）、そのずれに応じて、現在のウェーハは、拒絶されてもよく、あるいは、それの代わりに、更に加工されてもよい。
【００２２】
したがって、テスト構造の特性の測定は、ウェーハの加工中に現場で実行され、一実施形態においては、測定ツール３１４（図３Ｂ）は、アニーリング装置３１３、イオン打ち込み装置３１１、パターン形成ツール３１０、および、酸化物マスク除去ツール３１２のようなその他のウェーハ加工ツールと同じ場所に配置される。ウェーハ３３１（図３Ｂ）は、パターン形成ツール３１０に入り、そこで、トランジスタに形成されるべき２つのソース拡張部分およびドレイン拡張部分に対応するパターン、また、１つ以上のテスト構造のドーピングされた領域に対応するパターンが、ウェーハ３３１上に形成される。
【００２３】
一実施形態においては、パターン形成の後かつイオン打ち込みの前に、パターン形成された線の幅が、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）のような一般的に市販されているツールによって、測定される。この実施形態における線幅の測定は、横方向拡散測定の実行されるべき分析に影響を及ぼし得るリソグラフィックパターン形成における誤差を補正するのに使用される。
【００２４】
その後、ウェーハ３３１は、イオン打ち込み装置３１１の中に挿入され、そこで、ドーパント原子が、打ち込まれる。次に、打ち込みマスクが、ツール３１２によって除去され、ウェーハは、アニーリング装置３１３内においてアニーリングされる。その後、ウェーハにおけるテスト構造が、処理３０２〜３０３を参照して上述したように、ツール３１４によって評価される。ツール３１４によって生成される測定信号は、接続３２１を介してアニーリング装置３１３に接続されかつ接続３２２を介してイオン打ち込み装置３１１に接続されたバス３２０上に供給されてもよく、それによって、フィードバック信号をそれらのツール３１１および３１３に提供する。
【００２５】
あるいは、または、それに加えて、バス３２０上の測定信号は、接続３２２を介して工場コンピュータ３１５に提供されてもよい。工場コンピュータ３１５は、例えば、後に、ウェーハ３３１上のデバイスの電気的性能との相関関係を計算するために、測定信号を保管してもよい。
【００２６】
当分野において周知のいくつかの方法のいずれかが、本発明によって製品ウェーハに形成されたテスト構造の寸法またはその他の特性を測定するための処理３０３（図３Ａ）を実行するのに使用されてもよい。例えば、米国特許出願第０９／５４４，２８０号、米国特許出願第０９／２７４，８２１号、および、米国特許出願第０９／７９９，４８１号に記載された種類の１つ以上の方法が、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明したようにして使用されてもよい。
【００２７】
更に、当業者には明らかなように、特定の用途に応じて、どのような種類のテスト構造でも、本発明の開示に基づいて、製品ウェーハ内に形成されてもよい。
【００２８】
図４Ａおよび図４Ｂは、このようなテスト構造の一実施例を平面図および断面図で示す。図４Ａの実施例においては、テスト構造は、いくつかのイオン打ち込み領域１３ａ〜１３ｈを含む（例として、８つの領域が示されるが、パターンに整列させる測定システムの能力または集積回路ダイ内の空間的制約などのその他の要件に応じて、それよりも多いかまたは少ない領域が、使用されてもよい）。
【００２９】
ウェーハにおけるテスト構造の領域１３ａ〜１３ｈは、それぞれ、寸法が同一であってもよく（長方形の箱）、ウェーハ３０の上方から方向Ｃ（図４Ｂ）に沿って見たときに、それらの領域が平行な線分１３ａ〜１３ｈのアレイ（図４Ａ）を形成するように、お互いに平行に配置されてもよい。この実施例においては、領域１３ａ〜１３ｈは、それぞれ、共通直線Ｅ（図４Ａ）に対して直角に配置され、そのために、これらの打ち込み領域は、お互いに平行である。
【００３０】
特定の一実施形態においては、打ち込み領域１３ａ〜１３ｈは、中心から中心までの間隔Ｓおよび領域間距離ｗｂを有する。領域１３ａ〜１３ｈを含有するテスト構造を設計する場合、利用できるリソグラフィーの分解能の制約の範囲内においてピッチ（Ｓ）を最小限にすることを意図してもよい。これは、例えば横方向拡散による寸法の小さな変動が測定信号に与える影響を増大させる。例えば、リソグラフィーの幾何学的形状に応じて、Ｓは、０．２６μｍであるように選択されてもよく、また、ｗｂは、０．１３μｍであるように選択されてもよい。図４Ａに示される実施形態においては、Ｓおよびｗｂは、それぞれ、領域１３ａ〜１３ｈのお互いに隣接するいずれか２つの間で同じであるが、代替の実施形態においては、その他の幾何学的形状が、使用されてもよい。例えば、別の代替の一実施形態においては、距離Ｓおよび距離ｗｂは、所定の方向に、例えば、線Ｅに沿って左から右に、徐々に増大してもよい。更に、別の実施形態においては、いくつかのこのようなテスト構造が、形成され、距離Ｓおよび距離ｗｂは、テスト構造内においては同じであるが、異なるテスト構造においては、これらの距離が、異なる。
【００３１】
更に、図４Ａおよび図４Ｂに示される実施例においては、それぞれの領域１３ａ〜１３ｈの幅ｗｒは、領域間距離ｗｂと同じであり、例えば、０．１３μｍである。しかしながら、ｗｒがｗｂに等しくなくても、図３Ａに示される方法は、同じように良好に機能する。図３Ａの方法を使用するとき、バーの幅と間隔の幅との間には、制約がないことに注意されたい。バーの幅および間隔の幅が異なっても、この方法は、同じように良好に機能する。
【００３２】
上述したように、テスト構造の寸法をできるだけ小さくすることを意図してもよい。この意図は、横方向拡散が間隔ｗｂをどれだけ塞ぐかを測定するのを可能にする。この影響は、割合２ｄ／ｗｂに比例し、ここで、ｄは、横方向拡散距離である（係数２は、拡散が両側から発生することに起因する）。例えば、横方向拡散が、ｄ＝０．０３μｍであり、かつ、ｗｂ＝０．１３μｍであれば、割合の影響は、０．０６／０．１３または約５０％である。ｗｂが、より大きければ、例えば、１μｍであれば、影響は、ほんの０．０６／１または約６％である。したがって、寸法をできるだけ小さくすることを意図してもよい。また、ドーピングされた領域ｗＲの幅は、横方向拡散の少なくとも２倍であるように選択されてもよく、それによって、ドーピングされたバー内のドーパントが、横方向拡散によって使い果たされることはない。
【００３３】
隣接する領域１３ａ〜１３ｈ間の徐々に増加する間隔Ｓを使用する実施形態においては、０．２６μｍから０．５μｍまで一定のピッチで増加してもよい（等しいバーおよび間隙）。あるいは、間隙を０．１３μｍで一定にしかつドーピングされるバーの長さを変化させながら、あるいは、ドーピングされるバーの幅を０．１３μｍで一定にしかつ間隙を変化させながら、Ｓを０．２６μｍから０．５μｍまで増加させてもよい。
【００３４】
一実施形態においては、領域１３ａ〜１３ｈ（図４Ａ）を形成するのに使用されるイオン打ち込みは、半導体ウェーハに（正規の回路の一部として）存在するトランジスタのソース／ドレイン拡張領域を形成するのに使用されるイオン打ち込みと正確に同じエネルギーおよびドーズ量を有する。テスト構造のためのエネルギーおよびドーズ量は、以下の２つの理由から、そのＭＯＳトランジスタと同じになるように選択されてもよい。第１に、それは、実際のトランジスタドーピングを最もよく表現するからであり、また、第２に、それは、更なるプロセスステップを必要としないからである。図４Ａおよび図４Ｂに示される実施形態においては、ドーパント原子は、深さＤｒ（図４Ｂ）まで打ち込まれ、Ｄｒは、例えば、５０Åであってもよい。これらの打ち込みは、極めて浅くてもよく、典型的には、１００Å以下である。この実施形態においては、打ち込みパラメータは、打ち込み種（Ｂ、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂ、など）、エネルギー（典型的には、０．２〜２ｋｅＶ）、および、ドーズ量（典型的には、１×１０１４〜３×１０１５原子／ｃｍ２）である。アニールパラメータは、典型的には、温度（約１０００℃）、時間（瞬間的〜１０秒）、その温度までのランプアップ速度（５０〜２００℃／秒）、および、ランプダウン時間（ランプアップ速度と同じ）である。
【００３５】
（図４Ｂの紙面に垂直な方向に沿った）打ち込み領域１３ａ〜１３ｈの長さ（図４Ａ）は、典型的には、数ミクロン（約１０ミクロンかまたはそれ以上）であり、レーザスポット（以下で説明するように、測定中に使用される）をテスト構造に整列させるのを可能にする。したがって、現在可能な約３μｍのスポットサイズ（以下で説明する）をより小さくすれば、それに比例して、約１０μｍである線長Ｌは、将来、より小さくできる。このような方法の分解能は、一実施形態においては、現在、１０Å以下である。
【００３６】
ウェーハ３０のアニールに続いて、打ち込み領域のサイズは、図４Ｃに示されるように、拡散のために増加する。ウェーハ３０において最初に形成された領域１３ａ〜１３ｈは、点線で示され、アニールの後、より大きくなっており、領域１４ａ〜１４ｈとして符号を付されている。ここで、領域１４ａ〜１４ｈ（図４Ｃおよび図４Ｄ）は、領域間間隔ｗａを有し、ここで、ｗａ＜ｗｂである。例としての値は、ｗｂ＝２００ｎｍ、ｗａ＝１２０ｎｍである。
【００３７】
図４Ａおよび図４Ｂを参照して上述した種類のテスト構造を作るプロセスが、一実施形態として、図５Ａ〜図５Ｄに示される。まず最初に、フォトレジスト層１１が、ウェーハ３０の表面に塗布される（図５Ａ）。次に、フォトレジスト層１１は、レジストを露光および現像することによってパターン化され、孔１２ａ〜１２ｈが、フォトレジスト層１１に作成される（図５Ｂ）。
【００３８】
また、トランジスタの１つ以上の部分をシリコンウェーハに同時に作成するために、（上記の段落において）説明したばかりの処理を使用してもよい。実施形態に応じて、例えば、ソース領域とドレイン領域およびそれらの拡張部分は、領域１３ａ〜１３ｈを形成するのと同時に形成されてもよい。もしそうであれば、層１１は、テスト構造を形成するのに必要な孔１２ａ〜１２ｈに加えて、トランジスタの形成されるべき領域の位置に孔を有する。あるいは、繰り返すと、実施形態に応じて、ウェーハ３０における様々なトランジスタのすべての領域は、説明したばかりの処理から独立した異なる処理によって、形成されてもよい。
【００３９】
領域１３ａ〜１３ｈを孔１２ａ〜１２ｈの下に（また、上述したようなトランジスタを形成するために存在してもよいあらゆるその他の孔の下に）形成するために、イオン打ち込みが実施される。フォトレジスト層１１は、その他の場所では、イオン打ち込みを遮蔽する（図５Ｃ）。フォトレジスト１１は、除去され、打ち込み領域１３ａ〜１３ｈが、基板１０に残る（図５Ｄ）。
【００４０】
パターン形成領域１３ａ〜１３ｈの幅は、リソグラフィックパターン形成に使用されるマスク上で見られる幅に等しくなくてもよいことに注意されたい。例えば、パターンが、過度に露光されると、線は、広くなることがある。実施形態によっては、線幅に関する知識が、横方向拡散の量を得るのに使用される。このような場合、ＳＥＭを用いた実際の線幅の測定は、プロセスの実施形態によっては、プロセスのこの時点に実行される。
【００４１】
最後に、ウェーハは、アニーリングされ、打ち込み領域１３ａ〜１３ｈの拡散を生じさせ、その結果として、拡張されたドーピング領域１４ａ〜１４ｈが、得られる（図５Ｅ）。拡張されたドーピング領域１４ａ〜１４ｈは、対応する打ち込み領域１３ａ〜１３ｈよりも距離Ｖｄだけ深く、かつ、水平寸法が距離Ｈｄだけ大きい。水平寸法の変化Ｈｄは、次の経験則、すなわち、横方向拡散は垂直方向拡散の約０．７倍であるという経験則によって、対応する垂直寸法の変化Ｖｄに関係づけられる。ここで説明される種類の方法は、横方向拡散が正確に測定されるので、このような経験則に頼る必要性を除去する。上述したように、このようなステップは、コンタクトホールまたはゲート構造のエッチングのようなトランジスタ加工ステップと組み合わせて実行されてもよい。したがって、テスト構造を形成するために、集積回路を形成するのに通常使用されるステップ、すなわち、テスト構造がなくても通常必要とされるステップを除けば、更なるマスキングステップまたはプロセスステップはなくてもよい。
【００４２】
距離Ｈｄにわたるアニーリング中の横方向拡散は、ドーピング領域１４ａ〜１４ｈ（「ドーピングフィンガー」とも呼ばれる）間の間隔ｗｂを減少させる。したがって、本発明の一実施形態においては、間隔の減少ｗａ−ｗｂの測定は、ソース拡張部分２ｓとドレイン拡張部分２ｄとの間の横方向拡散の測定値を提供する。この間隔減少の測定は、例えば、図６を参照して以下に説明するように、アニーリングの前後に距離ｗｂおよびｗａを測定することによって実行されてもよい。アニーリング前の距離Ｗｂは、一実施例においては、印刷されたマスクの幅に等しく、ＳＥＭを用いて測定されてもよい。アニーリング後の距離Ｗａは、ここで説明される方法を用いて測定される。しかしながら、上述したように、その他の方法が、このような間隔を測定するのに使用されてもよい。ある実施形態においては、間隔減少ｗａ−ｗｂを計算する代わりに、間隔ｗａかまたは間隔ｗｂ、または、それらの両方が、プロセス制御を実施するために、個々に使用される。
【００４３】
ドーピングされた領域間の間隔ｗａまたはｗｂを測定するために、実施形態に応じて、１つ以上の光ビームが、テスト構造に照射されてもよい。具体的には、半導体材料の禁制帯幅エネルギーよりも大きなフォトンを有する第１の光ビーム（「ポンプビーム」とも呼ばれる）が、まず最初に、テスト構造上に焦点を合わせられる（図６において処理６０１によって示されるように）。テスト構造が、そのように照射されたとき、過剰キャリア（電子および正孔）が生成され、過剰キャリア濃度は、より低い濃度でドーピングされた領域においては高く、より高い濃度でドーピングされた打ち込み領域においては低い。更に、第２のビーム（「プローブビーム」とも呼ばれる）が、測定（図６における処理６０２のように）のために使用され、図７Ａにおいて、両方のビーム（これらは、同時に発生する）は、矢印１６によって表現され、その矢印１６は、また、符号ＰＩＮを付されている。キャリア濃度の違いは、ドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈにおけるキャリア分布よりも高い斜線領域１５（図７Ａを参照）におけるキャリア分布をもたらす。
【００４４】
図７Ｂおよび図７Ｃは、過剰キャリア濃度を深さの関数として示す。これらのグラフは、ポンプビームによって照射されたことによる過剰キャリア濃度、すなわち、生成ビームの変調周波数で変化するキャリア濃度を示す（および、バックグランドキャリアが存在するために通常はより高い総キャリア濃度ではない）。
【００４５】
ドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈ間に存在する領域においては、過剰キャリア濃度１５ｓ（図７Ｂ）は、基板１０において表面２０からドーピングされた領域の端部までずっとほぼ一定（図７Ｂ）のままである。ドーピングされた領域の深さは、約２００〜４００Åである。それよりもはるかに深くまで、すなわち、数ミクロンまで、濃度はほぼ一定のままである。キャリア濃度１５ｓの値は、ポンプビームの強度に依存する。ウェーハ表面２０におけるレーザパワーが５ｍＷ程度であり、波長が８３０ｎｍのビームが、直径が３μｍのスポット内に焦点を合わせられた照射レベルの場合、過剰キャリア濃度１５ｓは、ビーム径内において、すなわち、照射された領域内において、約１×１０１８キャリア／ｃｍ３である。過剰キャリア濃度は、ビームの外側において、徐々に小さくなる。しかしながら、生成ビーム径の外側で発生することは、プローブビームスポットがポンプビームのスポットの範囲内にある限り、測定方法にとって重要なことではない。
【００４６】
ドーピングされた領域１４ｄを通って引かれた垂直線に沿って、過剰キャリア濃度１５ｄ（図７Ｃ）は、表面２０からの距離が増加するにつれて増加する。ドーピングされた領域１４ｄは、領域１４ａ〜１４ｈと同じである。したがって、図７Ａにおいてドーピングされた領域１４ｇを通る垂直切断線７Ｃ−７Ｃにおいても、同じプロフィール（図７Ｃ）が、見られる。過剰キャリア濃度１５ｄは、ドーピングセグメント１４ａ〜１４ｈのいずれかを通る切断線に沿った濃度プロフィールである。２つのドーピングセグメント１４ｇと１４ｈとの間の間隙を通る第２の切断線７Ｂ−７Ｂは、その切断線に沿って、図７Ｂに示される過剰キャリアプロフィールを有する。
【００４７】
それぞれのドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈの下にある位置において、典型的には、境界２１から数百（２００〜３００）Åだけ下方において、濃度１５ｄ（図７Ｃ）は、濃度１５ｓ（図７）にほぼ等しくなる。しかしながら、垂直線に沿って基板１０からウェーハ表面２０に向かって上方へ垂直に進むと、濃度１５ｄは、ドーピングされた領域１４ｄの水平な境界２１まで、最初は、一定であり、この境界２１において、濃度１５ｄは、急激に低下し、濃度１５ｓより数桁も小さい。図７Ａにおいて、破線２４は、境界２１がドーピングされた領域ごとに存在する平面を示す。
【００４８】
水平方向における急峻性の測定は、以下に説明されるようにして決定されてもよい。なぜなら、有効信号は、（間隙の面積（％））×表面からの信号＋（ドーピングされた領域の面積（％））×接合２４からの信号であるからである。横方向拡散が、増加するにつれて、ドーピングされた領域の面積の割合は、増加し、かつ、ドーピングされない領域の面積の割合は、減少する。したがって、測定された信号は、横方向拡散の量である。また、測定された信号は、深さ２４の関数であり、そのために、接合深さは、測定の一部であり、接合深さは、図１０に示されるようにかつ以下で説明されるようにして導き出されてもよい。
【００４９】
シリコンの屈折率は、周知のそれの導電率の関数であり、次の関係式に従って、過剰キャリア濃度とともに線形に増加する。
【００５０】
【数１】
【００５１】
ここで、Δｎは、屈折率の変化であり、Ｎは、過剰キャリア濃度であり（この場合、暗闇における濃度と照射によるようなキャリアを生成する条件下における濃度との差である）、ε０は、自由空間の誘電率であり、εｓは、シリコンの比誘電率であり、ｍ＊は、キャリア有効質量であり、ｑは、電子電荷であり、ωは、キャリアを照射する光の周波数である。この関係は、周知のＤｒｕｄｅの電気伝導モデルから得られる（Ｊａｃｋｓｏｎ，Ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓを参照）。
【００５２】
過剰キャリア濃度によって発生する屈折率の変化の結果として、屈折率の急な勾配が、ドーピングされた領域間のウェーハ表面２０において発生し、より小さな勾配が、拡散領域１４ａ〜１４ｈの下部境界２１において発生する。しかしながら、表面勾配は、ドーピングされた領域においては極めて小さい（ドーピングされた領域におけるより低い過剰キャリア濃度のために）。また、深さ２４における勾配は、ドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈ間の間隙においては存在しない。なぜなら、間隙領域のその深さにはドーピングステップが存在しないからである。
【００５３】
プローブビーム１６（図７Ａ）は、拡散領域１４ａ〜１４ｈの長手方向に沿って偏光されてもよいが（すなわち、図７Ａの紙面に垂直な線に沿って偏光される）、プローブビーム１６は、また、実施形態に応じて、偏光されなくてもよい。長手方向に平行なポンプビームおよびプローブビームの両方またはどちらか一方の偏光は、２０００年３月８日に出願された米国特許出願第０９／５２１，２３２号に記載されるように、ドーピングされた領域の存在およびそれらの領域間の空間に対する感度を増大させる。プローブビームが半導体ウェーハに入射するとき、様々な反射成分が、発生し、矢印１７、１８、および、１９として図７Ａに示される。反射成分１７は、材料が空気からシリコンに変化するために、前面２０から発生する。プローブビームのこの反射成分１７は、過剰キャリア分布１５が存在してもしなくても存在する。また、別の反射成分１８は、表面２０から出射し、半導体１０の表面２０における過剰キャリア濃度１５ｓにおける急な勾配によって引き起こされる屈折率成分によるものである。更に別の反射成分１９は、ドーピングされた領域１４ａ〜１４ｈの下部エッジ２１における過剰キャリア濃度１５ｄにおける勾配によるものである。
【００５４】
一実施形態は、第１の光ビームを変調し、かつ、例えば、処理６０３（図６）によって示されるように、ロックイン増幅器によって第２の光ビームの反射の変調された成分の強度を測定することを含む。しかしながら、成分１８および１９は、過剰キャリアが存在するときにのみ存在するので、キャリア生成（例えば、第１の光ビームによる）をオンにしてオフにすれば、これらの成分は、その他の反射と区別することができる。したがって、第２の光ビームの反射は、第１の光ビームをオンにして測定され、再度、第１の光ビームをオフにして測定することができ、処理６０３を実行するために、これらの２つの測定の差を得ることができる。
【００５５】
第１の光ビームの強度が変調される場合、変調周波数は、一実施形態においては、ドーピングされない領域におけるキャリアの寿命の逆数よりも小さい。これは、図７Ｃにおいて説明されるキャリア分布を形成するのを可能にするために、特定の実施形態において使用される。１００マイクロ秒の寿命の場合、周波数は、１０ｋＨｚ以下となるように選択されてもよく、その他の実施形態においては、異なってもよい。測定することのできる信号は、より高い周波数において存在するが、低下させてもよい。したがって、好ましい一実施形態は、より低い周波数を使用する。また、より高い周波数において、搬送波が、生成される。この場合、静的拡散方程式を解いた結果である上述したキャリア濃度分布は、満足できるものではなく、信号は、結果的に、搬送波からの反射と静的分布とを重畳したものとなり、その静的分布は、興味のある信号を提供する。
【００５６】
具体的には、周波数ωで周期的に励起するという条件下における時間依存拡散方程式は、
【００５７】
【数２】
【００５８】
ここで、Ｄは、拡散率であり、τは、寿命であり、ｎは、過剰キャリア濃度であり、ｊは、（−１）の平方根である。ω≫１／τであれば、第２の項は、虚数であり、波動解が得られる。逆に、ω≪１／τであれば、静的解が得られる。
【００５９】
過剰キャリアの表面濃度によって発生する成分１８の相対的強度は、横方向拡散の関数であることに注意されたい。例えば、横方向拡散が、拡散領域間の空間を完全に排除した極端な場合（ｗａ＝０）を考える。この場合、成分１８は、ゼロである。横方向拡散がゼロである反対の場合においては、成分１８は、最大となる。したがって、成分１８は、横方向拡散によって単調に変化し、それの強度を測定することは、横方向拡散に関係する。
【００６０】
検出器における信号が、反射成分１７、１８、および、１９によって、以下に説明される。表面２０からの反射振幅は、成分１７および１８の和であり、以下のように書くことができる。
【００６１】
【数３】
【００６２】
ここで、右辺の第１の項は、成分１７であり、第２の項は、成分１８である。拡散領域の下部側面２１からの反射振幅である成分１９は、下部側面２１まで通過して戻ることによって、位相シフトされ、以下のように書くことができる。
【００６３】
【数４】
【００６４】
ここで、ｎは、シリコンの屈折率であり、ｋ＝２π／λは、波数であり、ここで、λは、波長であり、ｚは、表面２０と拡散領域の下部側面２１との間の距離である。
【００６５】
電力は、反射の和の二乗振幅であり、以下の式によって与えられる。
【００６６】
【数５】
【００６７】
上記の式において、反射成分ｒｓ０は、典型的には、その他の項より数桁も大きいので、２次の項は、省略されている。信号が、フィルタリングされ、ｄｃ成分が、除去されると、最後の２つの項だけが残る。
【００６８】
【数６】
【００６９】
括弧内に２つの項が存在することに注意されたい。２つの項の相対的な大きさは、ウェーハ表面におけるドーピングされた領域とドーピングされない領域との相対的な幅に対応する。更に、第２の項は、ドーピングされた領域の垂直な深さの関数である。
【００７０】
上記の式から、測定される信号はドーピングされた領域およびドーピングされない領域からの信号を線形に重畳したものであることが理解される。一方の極値においては、ウェーハは、ドーピングされず（ドーピングされた領域の幅は、ゼロである）、信号は、ドーピングされないウェーハから得られる信号である。他方の極値においては、ウェーハは、完全にドーピングされ（ドーピング線間の間隙であるドーピングされない領域の幅は、ゼロである）、信号は、ドーピングされたウェーハから得られる信号である。信号は、ドーピングされない表面積に対するドーピングされた表面積の比の関数として、これらの極値間を線形に変化する。
【００７１】
一実施形態においては、図７Ｄに示されるグラフを用いて、横方向急峻性が見出せる。従来技術による方法を用いてテストされてもよい基準ウェーハに対する別個の較正実験を用いて、レスポンス曲線７０１が見出せる。これらの実験においては、テスト構造のサンプルが、基準ウェーハにおいて作られ、それに続いて、より長い時間またはより高い温度でアニーリングされる。信号を提供するために、サンプルは、図６を参照して上述したようにして測定される。アニーリングされた拡散領域のＤｒ（図４Ｂ）は、ＳＩＭＳ（これは、拡散量の評価を提供する）のような一般的な方法を用いて知ることができる。
【００７２】
一実施例においては、曲線７０１は、以下の表の値によって定義される。
【００７３】
図７Ｄにおける符号 値
Ｓｆ ２０，０００μＶ／条件付き
Ｓｌ １７，６００μＶ／条件付き
Ｓｍ １８，０００μＶ／条件付き
Ｓｕ １８，５００μＶ／条件付き
Ｄｆ ５００Å
Ｄｕ ２００Å
Ｄｍ ２５０Å
Ｄｌ ３００Å
図７Ｄに示される実施例においては、テスト構造は、幅が２８００Åのドーピング線によって形成され、線間の間隔は、２４００Åであった。測定された信号は、接合深さが４００Åの場合のものであった。
【００７４】
図７Ｄから理解できるように、曲線７０１の傾斜領域の後、以下の理由のために、平坦な領域が存在する。最も大きなアニーリング時間および／または温度を有するいくつかの基準ウェーハにおいては、拡散は、拡散領域を完全に接続し、Ｄｘよりも大きい大量の横方向拡散として示されるように（図４Ｄ）、間隔ｗａをゼロにし、曲線７０１を平坦にする。したがって、点Ｄｘの位置は、垂直方向拡散Ｖｄに対する横方向拡散Ｈｄ（図４Ｄ）の比の量を提供する。なぜなら、それは、横方向拡散Ｈｄが打ち込み領域間の間隔ｗｂの半分に等しいときに発生するからであり、その距離ｗｂは、マスクパターンによって設定される。
【００７５】
加工中のウェーハ（「製品ウェーハ」とも呼ばれる）における拡散プロセスを制御するのにこの較正曲線７０１（図７Ｄ）を使用することができる。未知のサンプルが、図６を参照して上述したようにして測定され、信号ＳＭを有することが見出せる。この信号は、曲線７０１から決定されるように、横方向拡散の量ＤＭに対応する。上側信号管理限界ＳＵおよび下側信号管理限界ＳＬを設定することができ、横方向拡散の最大量ＤＵおよび最小量ＤＬに対応する。測定された信号が、これらの限界ＳＵまたはＳＬを超えると、アラームを発生させてもよく、および／または、調節が自動的になされてもよい。
【００７６】
好ましいハードウェア構成が、図８に示される。キャリア生成レーザ８０１は、８３０ｎｍの波長を備えるダイオードポンプレーザ（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂｓ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ ＣＡ）である。それの出力は、コリメーティングレンズ８２３とコリメートされ、コリメートされたビーム８０３を提供する。測定レーザ８０５は、９８０ｎｍの波長を備えるダイオードポンプレーザ（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂｓ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ ＣＡ）である。それの出力は、コリメーティングレンズ８０７とコリメートされ、コリメートされたビーム８０９を提供する。
【００７７】
ビーム８０９および８０３は、ダイクロイックミラーを用いて合成され、合成ビーム８１１を生成する。このビームは、５０：５０ビームスプリッタ８１２、９０：１０ビームスプリッタ８１４、および、対物レンズ８１５（１００Ｘ、Ｏｌｙｍｐｕｓ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）を通過する。レンズ８１５は、ビーム８１１の焦点をウェーハ８１６の表面に合わせる。反射された信号成分は、再度、レンズ８１５とコリメートされる。ビームスプリッタ８１４は、リターンビームの１０％をレンズ８１７およびカメラ８１８へ逸らし、それらのレンズ８１７およびカメラ８１８は、ビームスポットをパターンに整列させるシステムを提供する。
【００７８】
図８に示されていないものは、ピンホールおよび検出器を含む自動焦点システムであり、その自動焦点システムもまた、ビームスプリッタ８１４によって逸らされたリターンビームの一部分を使用する。リターンビームは、ビームスプリッタ８１２へ入射し、そのビームスプリッタ８１２は、リターンビームを光学フィルター８１９に通過させる。フィルター８１９は、測定レーザ８０５からの光は通過させるが、生成レーザ８０１からの光は遮断する。
【００７９】
送出された成分は、シリコンフォトダイオードである検出器８２０に到達する。フォトダイオード電流は、インピーダンス変換増幅器８２４を用いて電圧に変換され、その増幅器８２４の出力は、ロックイン増幅器８２５に入力する。ロックイン増幅器８２５の出力は、ディジタルコンピュータに入力し、そのコンピュータは、信号を受信し、それをユーザまたはその他のデータ収集システムに提供する。ロックイン増幅器８２５は、レーザ駆動装置８２１を変調するのに使用される周波数基準を含み、そのレーザ駆動装置８２１は、変調された駆動装置出力を生成レーザ８０１に提供する。
【００８０】
上述したことは、本発明の特定の実施形態を説明するものである。当業者には明らかなように、上述した実施形態の更なる実施形態および変形が可能である。
【００８１】
例えば、上述した実施形態の１つは、打ち込みマスク層１１として、フォトレジストを使用することに言及している。しかしながら、その他の材料が、使用されてもよく、それどころか、テスト構造の形成を、ウェーハ加工に通常使用されるプロセスフロー内に統合するのに好都合でさえもある。例えば、マスク材料は、二酸化珪素、ポリシリコン、および／または、窒化珪素のような材料を成膜されてもよい。
【００８２】
特定の実施形態が、プロセス制御に関連づけられる。しかしながら、その他の実施形態が、プロセスの発展形に使用されてもよい。例えば、開発エンジニアが、異なるレーザアニール処理（例えば、ドーパント原子を励起するためにシリコンを局所的に加熱するのにレーザビームが使用される）によって実現可能な急峻性を比較したい場合、この測定は、情報を提供することができる。この場合、テスト構造を実現することのできる可能性は、拡大される。なぜなら、もはや標準的なフロー内にうまく収容する必要がないからである。例えば、細いポリラインからなるマスクを使用することができ、スペーサーを配置し（トランジスタのポリシリコンゲートに一般的に適用されるように、ポリラインの側面上に窒化珪素層を配置する）、スペーサーが引き起こし得る変形応力の影響を捕捉するために、マスクを除去する前にアニーリングする。プロセスの発展形のために構造をその他の顧客に適合させることは、実現の可能性において、制限はないが、上述した１つ以上の原理を使用する。
【００８３】
別の実施形態においては、ほとんど（または、完全に）ドーピングされた領域およびほとんど（または、完全に）ドーピングされない領域が、テストパターンに含まれる。「ほとんど」という用語は、領域の大部分（すなわち、領域の５０％以上）がその特性を有する状況を網羅することを意図したものである。例えば、ドーピングされたがドーピングされない１つ以上のポケット（または、正孔）を含む領域は、「ほとんど」ドーピングされたと考えられる（なぜなら、領域の大部分はドーピングされているからである）。いくつかの実施形態においては、ここで説明される種類の方法は、このような領域におけるあらゆる２つの割合のドーピングとともに使用される（すなわち、このような実施形態は、１００％のドーピングと０％のドーピングに限定されない）。
【００８４】
図９に示されるように、５つのテストパターン９３０、９４１、９４２、９４３、および、９５０が、テスト構造に含まれてもよいが、パターン９３０は、ほとんどドーピングされた領域である（縞のないパターン、１００％ドーピング）。パターン９５０は、ほとんどドーピングされていない領域である（イオン打ち込みがない、０％ドーピング）。パターン９４１、９４２、および、９４３は、それぞれのパターンにおいて、一定の幅を有するドーピングされたバー（「打ち込み領域」とも呼ばれる）を有し、また、３つのパターンにわたって増加する幅を有するドーピングされない領域を有する。その他の実施形態は、その他のパターンまたは異なる数のパターンを使用してもよい。この実施例においては、アニーリングの前の寸法（印刷された寸法と呼ばれる）は、パターン９４１（５０％のドーピング）の場合、バーは０．１μｍであり、間隔は０．１μｍであり、パターン９４２（４０％のドーピング）の場合、バーは０．１μｍであり、間隔は０．１５μｍであり、パターン９４３（３３％のドーピング）の場合、バーは０．１μｍであり、間隔は０．２μｍである。
【００８５】
上述した種類の測定は、パターン９３０、９４１〜９４３、および、９５０上の位置においてなされる。例えば、第１の測定は、パターン９３０上でなされる。位置９０１におけるレーザビームが、水平ライン９２０に沿って、パターン９５０上の最終的な測定位置９０２まで走査され、測定が、ライン９２０に沿ったいくつかの位置のそれぞれにおいてなされる。例えば、５つの測定が、パターン９３０、９４１、９４２、９４３、および、９５０を含有する５つの領域においてなされてもよい。別の実施形態においては、より多い数の測定からなるライン走査が、例えば、ライン９２０に沿って位置９０１と９０２との間で１００の一定のインクリメントステップによる１０１の測定が、なされてもよい。一実施例においては、それぞれのパターンは、１０μｍの幅であり、ステップサイズは、０．５μｍであり、１０１のステップによって５０μｍの長さのパターンを網羅する。
【００８６】
ウェーハの領域がビームによって照射され、反射されたビームが測定される場合、測定される信号は、測定領域内におけるドーピングされた領域からの信号とドーピングされない領域からの信号とを重畳したものであり、以下の式によって与えられる。
【００８７】
【数７】
【００８８】
ここで、Ｓは、信号であり、ＳＤおよびＳＵは、それぞれ、ドーピングされた領域からの信号およびドーピングされない領域からの信号であり、ＦＤおよびＦＵは、それぞれ、ドーピングされた測定面積の割合およびドーピングされない測定面積の割合である。ドーピングされた測定面積の割合およびドーピングされない測定面積の割合は、以下の式によって与えられることに注意されたい。
【００８９】
【数８】
【００９０】
【数９】
【００９１】
ここで、δは、横方向拡散距離であり、Ｐは、ピッチ（バー間の中心から中心までの間隔）であり、ＷＰＤおよびＷＰＵは、それぞれ、ドーピングされた領域およびドーピングされない領域の印刷された幅であり（Ｐ＝ＷＰＤ＋ＷＰＵ）、信号は、以下のように書くことができる。
【００９２】
【数１０】
【００９３】
ここで、ＦＰＤおよびＦＰＵは、ドーピングされた測定面積の印刷された割合およびドーピングされない測定面積の印刷された割合である。上記の式を書き換えることによって、横方向拡散は、以下の式で与えられる。
【００９４】
【数１１】
【００９５】
図９に示されるようなテスト構造を使用する利点は、上述の式の中のすべての量が既知であり、それによって、横方向拡散を直接に計算できることである。具体的には、ピッチＰは、リソグラフィックマスクによって設定され、事前にわかっているものである。ドーピングされた測定面積の印刷された割合ＦＰＤおよびドーピングされない測定面積の印刷された割合ＦＰＵは、マスクからかまたはフォトレジストマスクのＳＥＭ測定からわかる。ドーピングされた領域からの信号ＳＤは、位置９３０においてなされる測定によって見出せる。ドーピングされていない領域からの信号ＳＵは、位置９５０における測定によって見出せる。領域９４１、９４２、および、９４２のそれぞれは、ピッチおよびドーピングされたバーの幅によって設定された異なる印刷された割合ＦＰＤおよびＦＰＵを有する。
【００９６】
図１０は、印刷されたようにドーピングされた測定面積の割合の関数として変化する一実施例の測定された信号を示す。横方向拡散が存在しなければ、信号は、線１０１０を辿る。点１０３０は、ほとんどドーピングされた領域９５０における信号に対応する（これは、例えば、２０００μＶであり、接合深さは、３５０Åである）。点１０５０は、ほとんどドーピングされていない領域９５０における信号に対応し、これは、２０，０００μＶである。横方向拡散がゼロおよび３０ナノメートルの両方の場合の信号が、以下の表に示される。
【００９７】
【表１】
【００９８】
横方向拡散がないとき、点１０４１ｕ、１０４２ｕ、および、１０４３ｕが、領域９４１、９４２、および、９４３において測定される。これらの点は、点１０５０（ほとんどドーピングされていない領域９５０上における測定から）と点１０３０（ほとんどドーピングされた領域９３０上における測定から）とを結んだ直線上に存在する。しかしながら、横方向拡散があれば、対応する点は、線１０２０のようなより小さな傾斜を有する直線上に存在する。この直線１０２０は、点１０３０、１０４１ｄ、１０４２ｄ、および、１０４３ｄを結び、点１０５０の下にある点１０５１において、垂直軸と交差する。横方向拡散δは、３つの領域９４１、９４２、または、９４３の中の２つの領域からの信号（信号１０４１ｄ、１０４２ｄ、または、１０４３ｄ）を上記の式１１に代入することによって見出せる。結果は、１つの領域から得られてもよく、あるいは、精度を改善するために、いくつかの領域からの値を平均してもよい。
【００９９】
ここで説明された実施形態の多くのこのような変更、適合、および、変形は、添付の特許請求の範囲に含められる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】従来技術による半導体ウェーハ、すなわち、ＭＯＳ電界効果トランジスタの構造を示す断面図である。
【図２Ａ】従来技術による半導体ウェーハの拡張層２ｓを通る図１の矢印Ａに沿ったドーピングプロフィールを示すグラフである。
【図２Ｂ】従来技術による半導体ウェーハのトランジスタをウェーハ表面に平行に通る図１の矢印Ｂに沿ったドーピングプロフィールを示すグラフである。
【図３Ａ】本発明に基づいてプロセスがうまく制御されているかどうかを判定するためにテスト構造の寸法の測定を使用することを説明する判定フローチャートである。
【図３Ｂ】本発明に基づいてその他のウェーハ加工ツールとともにテスト構造測定ツールを現場で使用することを説明するブロック構成図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるトランジスタのドーピングされた領域の横方向拡散を判断するためのテスト構造を説明する平面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるトランジスタのドーピングされた領域の横方向拡散を判断するためのテスト構造を説明する断面図である。
【図４Ｃ】酸化物マスク１１を除去してアニーリングした後の図４Ａおよび図４Ｂのテスト構造を説明する平面図である。
【図４Ｄ】酸化物マスク１１を除去してアニーリングした後の図４Ａおよび図４Ｂのテスト構造を説明する断面図である。
【図５Ａ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図５Ｂ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図５Ｃ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図５Ｄ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図５Ｅ】図４Ｃおよび図４Ｄに示される種類のテスト構造を作成するプロセスを説明する一連の断面図である。
【図６】測定のプロセスを説明するフローチャートである。
【図７Ａ】照射されている図４Ａおよび図４Ｂのテスト構造を示し、また、表面キャリア分布および深部キャリア分布からの反射成分を示す断面図である。
【図７Ｂ】表面反射成分ＰＲＳＣによって測定したときの隣接するドーピングされた領域１４ｂと１４ｃとの間の中心線に沿った深さの関数として過剰キャリア濃度を示すグラフである。
【図７Ｃ】深部反射成分ＰＲＪＣによって測定したときのドーピングされた領域１４ｄの中心線に沿った深さの関数として過剰キャリア濃度を示すグラフである。
【図７Ｄ】基準ウェーハからの横方向拡散の関数として示す測定信号の較正プロットを説明するグラフであり、どのようにして測定値が横方向拡散値に変換されるかまたどのようにして管理限界がプロセスのために設定されるかを示す。
【図８】図６に示されるようにしてテスト構造を評価するためのハードウェア構成を説明するブロック構成図である。
【図９】ほとんどドーピングされた領域およびほとんどドーピングされない領域を含む構造を全体にわたって走査することを説明する断面図である。
【図１０】直線の勾配から横方向拡散を引き出すことを説明するグラフである（これは、ドーピングが増加するにつれて、測定される信号が減衰することを示す）。
【符号の説明】
【０１０１】
８０１…キャリア生成レーザ、８０３…コリメーティングレンズ、８０５…測定レーザ、８０７…コリメーティングレンズ、８０９…コリメートされたビーム、８１０…ダイクロイックミラー、８１１…合成ビーム、８１２…５０：５０ビームスプリッタ、８１４…９０：１０ビームスプリッタ、８１５…対物レンズ、８１６…ウェーハ、８１７…レンズ、８１８…カメラ、８１９…フィルター、８２０…検出器、８２１…レーザ駆動装置、８２３…コリメーティングレンズ、８２４…インピーダンス変換増幅器、８２５…ロックイン増幅器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを評価するための方法であって、
所定の幾何学的形状を有するテスト構造を半導体材料に形成するステップであって、前記テスト構造が、お互いに分離される複数の領域を備え、複数の領域の少なくとも１つの領域が、ほとんどドーピングされるかまたはほとんどドーピングされないかのいずれかである、ステップと、
前記テスト構造から反射された光を測定するステップであって、前記反射された光が、前記少なくとも１つの領域からの成分を有する、ステップと、
前記領域における横方向拡散の程度を決定するために、測定から得られた信号を分析するステップと、
更なる処理のために半導体ウェーハを受け入れるかまたは拒絶するために、横方向拡散の程度を使用するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記複数の領域が、ほとんどドーピングされた第１の領域およびほとんどドーピングされていない第２の領域を少なくとも備え、
前記テスト構造から反射された光を測定するステップであって、前記反射された光が、前記第１の領域および前記第２の領域のそれぞれからの成分を有する、ステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの領域におけるドーピングの割合が知られ、
前記分析するステップが、横方向拡散の程度を決定するために、前記割合を使用する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数の電荷キャリアを生成するために、第１のビームによって、テスト構造の少なくとも一部分を照射するステップと、
第１のビームによって生成される複数の電荷キャリアの少なくともいくつかを有する半導体ウェーハの少なくともある領域において前記測定するステップを実行するために、第２のビームによって照射するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１のビームおよび第２のビームのそれぞれが、同時に発生する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第１のビームおよび第２のビームの少なくとも一方が、偏光される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
テスト構造が、複数のドーピングされた領域を含み、それぞれのドーピングされた領域が、隣接するドーピング領域から分離され、
偏光が、前記ドーピングされた領域のそれぞれに平行である、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１のビームおよび第２のビームのそれぞれが、偏光される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
所定の周波数において、第１のビームの強度を変調するステップと、
前記測定するステップ中に、所定の周波数を使用するステップと、
を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の領域のそれぞれが、隣接する領域から一定の距離だけ分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の領域のそれぞれが、隣接する領域から異なる距離だけ分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定するステップが、パターン形成された後の線幅を指示する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
半導体ウェーハを評価するための方法であって、
所定の幾何学的形状を有するテスト構造を半導体ウェーハに形成するステップと、
テスト構造の寸法を指示する信号を測定するステップであって、前記信号が、ほとんどドーピングされた領域およびほとんどドーピングされていない領域の少なくとも一方から発生する、ステップと、
前記測定するステップから得られた前記信号に応じて、ウェーハの加工に使用されるプロセスパラメータを変更するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの電磁放射ビームによってテスト構造を照射するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ビームが、偏光される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複数の電荷キャリアを生成するために、第１のビームによってテスト構造を照射するステップと、
第１のビームによって生成される電荷キャリアの濃度を検知するために、第２のビームによってテスト構造を照射するステップと、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
所定の周波数において、第１のビームが変調され、
前記所定の周波数が、前記測定処理中に使用される、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
測定が、更に、ドーピングの割合が自主的にわかる少なくとも１つの領域におけるレスポンスを測定することを含み、
ドーピング割合が、プロセスパラメータの変更を決定するのに使用される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
半導体ウェーハを評価するための装置であって、
所定の幾何学的形状を有するテスト構造を半導体ウェーハに形成するための手段と、
テスト構造の寸法を指示する信号を測定するための手段と、
を備える装置。
【請求項２０】
パターン形成の後に線幅を測定する手段を更に備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
半導体ウェーハを評価するための方法であって、
縞状の幾何学的形状を有するテスト構造を半導体材料に形成するステップであって、前記テスト構造が、お互いから分離される複数の領域を備え、それぞれの領域が、隣接する領域と異なるドーピング濃度を有する、ステップと、
前記テスト構造から反射された光を測定するステップであって、前記反射された光が、少なくとも１つの領域からの成分を有する、ステップと、
前記領域における横方向拡散の程度を決定するために、測定から得られた信号を分析するステップと、
更なる処理のために半導体ウェーハを受け入れるかまたは拒絶するために、横方向拡散の程度を使用するステップと、
を含む方法。
【請求項１】
半導体ウェーハを評価するための方法であって、
所定の幾何学的形状を有するテスト構造を半導体材料に形成するステップであって、前記テスト構造が、お互いに分離される複数の領域を備え、複数の領域の少なくとも１つの領域が、ほとんどドーピングされるかまたはほとんどドーピングされないかのいずれかである、ステップと、
前記テスト構造から反射された光を測定するステップであって、前記反射された光が、前記少なくとも１つの領域からの成分を有する、ステップと、
前記領域における横方向拡散の程度を決定するために、測定から得られた信号を分析するステップと、
更なる処理のために半導体ウェーハを受け入れるかまたは拒絶するために、横方向拡散の程度を使用するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記複数の領域が、ほとんどドーピングされた第１の領域およびほとんどドーピングされていない第２の領域を少なくとも備え、
前記テスト構造から反射された光を測定するステップであって、前記反射された光が、前記第１の領域および前記第２の領域のそれぞれからの成分を有する、ステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの領域におけるドーピングの割合が知られ、
前記分析するステップが、横方向拡散の程度を決定するために、前記割合を使用する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数の電荷キャリアを生成するために、第１のビームによって、テスト構造の少なくとも一部分を照射するステップと、
第１のビームによって生成される複数の電荷キャリアの少なくともいくつかを有する半導体ウェーハの少なくともある領域において前記測定するステップを実行するために、第２のビームによって照射するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１のビームおよび第２のビームのそれぞれが、同時に発生する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
第１のビームおよび第２のビームの少なくとも一方が、偏光される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
テスト構造が、複数のドーピングされた領域を含み、それぞれのドーピングされた領域が、隣接するドーピング領域から分離され、
偏光が、前記ドーピングされた領域のそれぞれに平行である、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１のビームおよび第２のビームのそれぞれが、偏光される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
所定の周波数において、第１のビームの強度を変調するステップと、
前記測定するステップ中に、所定の周波数を使用するステップと、
を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の領域のそれぞれが、隣接する領域から一定の距離だけ分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の領域のそれぞれが、隣接する領域から異なる距離だけ分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定するステップが、パターン形成された後の線幅を指示する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
半導体ウェーハを評価するための方法であって、
所定の幾何学的形状を有するテスト構造を半導体ウェーハに形成するステップと、
テスト構造の寸法を指示する信号を測定するステップであって、前記信号が、ほとんどドーピングされた領域およびほとんどドーピングされていない領域の少なくとも一方から発生する、ステップと、
前記測定するステップから得られた前記信号に応じて、ウェーハの加工に使用されるプロセスパラメータを変更するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの電磁放射ビームによってテスト構造を照射するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ビームが、偏光される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複数の電荷キャリアを生成するために、第１のビームによってテスト構造を照射するステップと、
第１のビームによって生成される電荷キャリアの濃度を検知するために、第２のビームによってテスト構造を照射するステップと、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
所定の周波数において、第１のビームが変調され、
前記所定の周波数が、前記測定処理中に使用される、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
測定が、更に、ドーピングの割合が自主的にわかる少なくとも１つの領域におけるレスポンスを測定することを含み、
ドーピング割合が、プロセスパラメータの変更を決定するのに使用される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
半導体ウェーハを評価するための装置であって、
所定の幾何学的形状を有するテスト構造を半導体ウェーハに形成するための手段と、
テスト構造の寸法を指示する信号を測定するための手段と、
を備える装置。
【請求項２０】
パターン形成の後に線幅を測定する手段を更に備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
半導体ウェーハを評価するための方法であって、
縞状の幾何学的形状を有するテスト構造を半導体材料に形成するステップであって、前記テスト構造が、お互いから分離される複数の領域を備え、それぞれの領域が、隣接する領域と異なるドーピング濃度を有する、ステップと、
前記テスト構造から反射された光を測定するステップであって、前記反射された光が、少なくとも１つの領域からの成分を有する、ステップと、
前記領域における横方向拡散の程度を決定するために、測定から得られた信号を分析するステップと、
更なる処理のために半導体ウェーハを受け入れるかまたは拒絶するために、横方向拡散の程度を使用するステップと、
を含む方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図６】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図６】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００６−５００７７３（Ｐ２００６−５００７７３Ａ）
【公表日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５３８４５１（Ｐ２００４−５３８４５１）
【出願日】平成１５年９月２２日（２００３．９．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２９９９３
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０２７８５５
【国際公開日】平成１６年４月１日（２００４．４．１）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年９月２２日（２００３．９．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２９９９３
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０２７８５５
【国際公開日】平成１６年４月１日（２００４．４．１）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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