JP5702545B2 - 半導体領域の接合深さを測定する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドープされた半導体領域のドーピングプロファイルの測定方法および測定装置に関し、特に、光変調光反射率測定技術を用いたその接合深さの測定方法および測定装置に関する。

ＩＴＲＳロードマップは、３２ｎｍ以下のＳｉ−ＣＭＯＳ技術のトップ挑戦者の１つとして、半導体領域のシャロードーピングで形成されたウルトラシャロー接合の正確な評価を強調している。そのような接合は、一般に最大活性ドーピングレベルＮと接合深さＸ_ｊにより特徴づけられる。

最大ドーピングレベルと接合深さを測定するための、使用された物理的および電気的分析技術、例えば２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、スプレッディングレジスタンスプロファイリング（ＳＲＰ）、４点プローブ（ＦＰＰ）、または、走査スプレッディングレジスタンス顕微鏡（ＳＳＲＭ）のような代わりの候補は、この接合深さＸ_ｊの正確な測定を可能にする。しかしながら、それらの評価技術は、破壊的で非常に遅く、例えば試料を準備しなければならず、それゆえにインライン測定はできない。

光変調光反射率（ＰＭＯＲ：Photomodulated Optical Reference）は、ドープされた半導体領域のようなドーピングプロファイルを定量的な方法で評価するための非破壊で非接触の技術として広く用いられる。測定中、変調されたパワーポンプレーザがドープされた半導体領域に導かれ、その屈折率プロファイルを変化させる。この屈折率プロファイルは、ドルーデ効果（Drude effect）とし知られる、試料中の過剰のキャリアの形成によりおよび／または調査する試料の温度効果により変調される。プローブレーザが同時にこのドープされた半導体領域に導かれ、屈折率プロファイルに依存して反射する。反射したプローブレーザ信号をロックイナンプに結びつけ、変調されたポンプレーザにより誘起されたドープされた半導体試料の反射率の変化が測定される。

そのようなＰＭＯＲ技術の例は、サーマプローブ（Therma-Probe）（登録商標）技術（ＴＰ）であり、Lena Nicolaides らによる「温度波法を用いたウルトラシャロー接合の非破壊分析」（Review of Scientific Instruments, volume 74, number 1, January 2003）に開示されている。ＴＰ技術は、ＰＭＯＲ技術の高変調周波数機器である。ポンプパワーレーザ信号に対する、変調した反射プローブレーザ信号の位相シフトは、半導体ドーピングプロファイルに依存して測定され、２つの独立した信号は反射されたプローブレーザ信号から得られる。それらの独立した信号は、Ｉ（位相）とＱ（９０°の位相差）で表される。

国際特許出願ＷＯ２００６／０６３８０９、「半導体基板のキャリア濃度レベルと電気的接合深さを独立して導き出すための方法とデバイス」の具体例が、図１４および図１５に示される。ドープされた半導体試料のドーピングレベルＮと接合深さＸ_ｊを導き出すために、ＴＰ法が使用される。この目的のために、それらの相関カーブ上のドープされた半導体領域上で得られた１組の独立した信号（Ｉ、Ｑ）をプロットすることで２組の相関カーブが測定され、最初に最大ドーピングレベルＮが、続いてその接合深さＸ_ｊが測定される。

ＴＰ技術は、半導体ドーピングプロファイルの非破壊評価を可能にするが、十分に正確な接合深さの値を与えるためには、Ｑ信号の変化は測定のノイズレベルに近い測定となる。

本発明の目的は、光変調光反射率（ＰＭＯＲ）測定技術を用いた、ドープされた半導体領域の接合深さを測定するための良好な方法とシステムを提供することである。本発明の少なくとも幾つかの具体例の特徴は、光変調光反射率（ＰＭＯＲ）測定技術を用いた、ドープされた半導体領域の接合深さを測定するための正確な方法とシステムを提供することである。

本発明の少なくとも幾つかの具体例の特徴は、屈折率プロファイルに影響する物理現象を設計し、この設計に測定された信号を適用する必要の無い、接合深さを導き出すための方法またはシステムを提供することである。

本発明の少なくとも幾つかの具体例の特徴は、接合深さを導き出し、この導き出された接合深さはＳＩＭＳにより得られた接合深さと非常に良好な相関関係を有するような方法またはシステムを提供することである。

本発明の少なくとも幾つかの具体例の特徴は、１５ｎｍから３０ｎｍの範囲の深さのサブｎｍの再現性を有する、この接合深さを導き出すための方法またはシステムを提供することである。

本発明の少なくとも幾つかの具体例の特徴は、導出手続に対する、測定されたデータの適合性の内在的なチェックを行うともに、この接合深さの絶対値を導出するための方法またはシステムを提供することである。

本発明の少なくとも幾つかの具体例の特徴は、導出手続に対する、測定されたデータの適合性の内在的なチェックを行うとともに、この接合深さの相対値を導出するための方法またはシステムを提供することである。そのような方法は、特に、基板の異なる領域で形成されたような、知られていない半導体プロファイルのばらつきの査定に関連する。

本発明は、光変調光反射率測定技術を用いて、基板の半導体接合の深さの値を測定する方法に関し、この方法は、半導体接合を含む少なくとも第１領域を有する基板を得る工程と、参照領域を得る工程と、少なくとも１回、以下のシーケンス：
（ｉ）光変調光反射率測定のための測定パラメータのセットを選択する工程、
（ｉｉ）選択されたパラメータのセットを用いて、少なくとも第１領域の上で、半導体接合を有する基板を表す第１光信号を測定する工程、
（ｉｉｉ）選択されたパラメータのセットを用いて、参照領域の上で、第２光信号を測定する工程、
（ｉｖ）第２光信号に対する第１光信号の比を測定し、この後に、この比から、半導体接合の深さを導き出す工程、
を行う工程と、を含む。

本発明の具体例では、半導体接合の深さの値を測定する工程は、半導体接合の深さの絶対値を測定する工程を含む。

本発明の具体例では、基板は、半導体接合を含まない少なくとも第２領域を含み、参照領域は第２領域である。

本発明の具体例では、基板は、接合を含む第１主表面と、接合を含まない第２主表面とを有するバルク半導体基板であり、これにより第１光信号は第１主表面上で測定され、第２光信号は第２主表面上で測定される。

本発明の具体例では、第２光信号は、接合を形成する工程の前に、基板上で測定され、第１光信号は、基板に接合が形成された後に基板上で測定される。

本発明の具体例では、参照領域を得る工程は、接合の無い他の基板を準備する工程を含み、この他の基板の光学および半導体の特性は、実質的に接合を有する基板と同じであり、第１光信号は接合を有する基板上で測定され、第２光信号は接合を有しない基板上で測定される。

本発明の具体例では、半導体接合の深さは、以下の式：

の比から導出される。ここでＸ_ｊは接合深さ、λ_{ｐｒｏｂｅ}は試料の測定に用いられるレーザビームの光波長、ｎ_０は自由キャリアの無い基板の屈折率、Ｒ_ａは第１光信号の第２光信号に対する比である。

本発明の具体例では、参照領域は、半導体接合を含む基板の他の領域からなり、他の領域は第１領域とは異なり、半導体接合の深さの値を測定する工程は、半導体接合の深さの相対値を測定する工程を含む。

本発明の具体例では、半導体接合の深さは、以下の式：

を用いて比から導出される。ここでＸ_ｊは接合深さ、Ｘ_ｊ ^{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}は参照領域の接合深さ、λは試料の測定に用いられるレーザビームの光波長、ｎ_０は自由キャリアの無い基板の屈折率、ΔＲ／Ｒ_{ｌａｙｅｒ}は第１領域の光変調光反射信号、ΔＲ／Ｒ_{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}は参照領域の光変調光反射信号である。

本発明の具体例では、基板を表す第１および／または第２の光信号を測定する工程は、ポンプレーザビームを提供する工程と、プローブレーザビームを提供する工程と、基板上のスポットにポンプレーザビームを収束させる工程と、ポンプレーザビームは基板の領域でその屈折率プロファイルを変調させ、基板上の他のスポットにプローブレーザビームを収束させる工程と、光変調された領域により反射されたプローブレーザビームの予め決められた特性を測定する工程と、を含む。

本発明の具体例では、パラメータのセットは、基板上の、ポンプレーザビームとプローブレーザビームがそれぞれ収束する２つのスポットの間のオフセットｄを含む。

本発明の具体例では、工程ｉ）〜工程ｉＶ）のシーケンスが、オフセットｄに対して他の値を選択することにより繰り返される。

本発明の具体例では、工程ｉ）〜工程ｉＶ）のシーケンスが、その比が１から−１の間の値に収束するまで、増加するオフセットｄに対して繰り返される。

本発明の具体例では、反射したプローブレーザビームの所定の特性を測定する工程は、ポンプレーザビームと同調する反射したプローブレーザビームの成分を測定する工程を含む。

本発明の具体例では、基板の表面に隣接して半導体接合が形成され、この方法は更に、測定中に、第１光信号が収束し、および第２光信号が収束するように、表面におけるキャリアの再結合を低減する工程を含む。このキャリア再結合の低減は、表面における静電ポテンシャルの電場の存在により、照射された表面に自由キャリアが到達することを防止することにより得ることができる。このキャリアの再結合の低減は、表面での再結合を防止することで、即ち表面での界面トラップを低減することで得られる。

本発明の具体例では、オフセットｄとは別に、ＰＭＯＲ測定のパラメータのセットは、その間に第１光信号および第２光信号が測定される時間間隔であり、これにより、測定中に、第１光信号が収束し第２光信号が収束するように、それぞれの時間間隔が選択される。

本発明の具体例では、基板は半導体層である。

また、本発明は、光変調光反射率測定技術を用いた、基板中に形成された半導体接合の深さの絶対値を測定する方法を開示し、この方法は、少なくとも１回、以下のシーケンス：
（ｉ）光変調された光反射率測定のための測定パラメータのセットを選択する工程、
（ｉｉ）選択されたパラメータのセットを用いて、半導体接合を有する基板を表す第１光信号を測定する工程、
（ｉｉｉ）選択されたパラメータのセットを用いて、半導体基板のみを表す第２光信号を測定する工程、
（ｉｖ）第２光信号に対する第１光信号の比を測定し、この後に、この比から、半導体接合の深さを導き出す工程、
を行う工程と、を含む。

また、本発明は、光変調光反射率測定技術を用いた、基板の領域に形成された半導体接合の深さの相対値を測定する方法を開示し、この方法は、
半導体接合を含む少なくとも２つの領域を有する基板を提供する工程と、
少なくとも１回、以下のシーケンス：
（ｉ）光変調された光反射率測定のための測定パラメータのセットを選択する工程、
（ｉｉ）それらの領域の一方で、半導体接合を有する基板を表す第１光信号を測定する工程、
（ｉｉｉ）それらの領域の他方で、選択されたパラメータのセットを用いて、半導体接合を有する半導体基板を表す第２光信号を測定する工程、
（ｉｖ）第２光信号に対する第１光信号の比を測定し、この後に、この比から、半導体接合の相対的な深さを導き出す工程、
を行う工程と、を含む。

本発明は、光変調光反射率測定（ＰＭＯＲ）技術を用いた、基板の少なくとも１つの領域に形成された半導体接合の深さを測定する方法を開示し、このＰＭＯＲ技術は、
測定する基板を準備する工程と、
ポンプレーザビームを提供する工程と、
ポンプレーザビームを、測定する基板上のスポットに収束させる工程と、
このポンプレーザビームのスポットを囲む領域で、ポンプレーザビームが、測定される基板の下層の屈折率プロファイルを変調する工程と、
プローブレーザビームを、ポンプレーザビームのスポットからオフセットｄで、測定する基板上に収束させる工程と、
光変調された領域により反射されたプローブレーザビームの所定の性質を測定する工程と、を含み、
この方法は、少なくとも１回、以下のシーケンス：
ｉ）接合領域でＰＭＯＲ測定を行い、半導体接合を有する基板を表す第１の所定の特性を測定する工程、
ｉｉ）このＰＭＯＲ測定を繰り返し、少なくとも半導体接合を有さない基板を表す第２の所定の特性を測定する工程、
ｉｉｉ）第２の所定の特性に対する第１の所定の特性の比を測定し、この後に、この比から半導体接合の深さを導き出す工程、
を行う工程を含む。

また、本発明は、基板の第１主表面上に形成された半導体接合の深さの絶対値を測定する装置を開示し、この基板は、更に、第２主表面を含み、この装置は、
ポンプレーザビームと、
プローブレーザビームと、
基板の第１主表面上のスポットに、ポンプレーザビームを収束させる手段であって、これにより、このポンプレーザビームのスポットを囲む領域で、下層の基板の屈折率プロファイルを変調する手段と、
ポンプレーザビームのスポットからオフセットｄの、基板の第１主表面上に、プローブレーザビームを収束させる手段と、
第１主表面上の光変調された領域により反射されたプローブレーザビームの所定の特性を測定する手段と、を含み、この装置は、更に、
ポンプレーザビームとプローブレーザビームを、第２主表面にも収束させる手段と、第２主表面上の光変調された領域により反射されたプローブレーザビームの所定の特性を測定する手段とを含む。

本発明の具体例では、この装置は、更に、基板の第１主表面と第２主表面のそれぞれにおいて、プローブレーザビームとポンプレーザビームとの間のオフセットを変化させる手段を含む。

記載された図面は、単に概要であり、限定するものでは無い。図面において、図示目的で、いくつかの要素の大きさは拡張され、縮尺通りに記載されていない。寸法と相対する寸法は、本発明の実施の実際の縮小には対応していない。

公知の光変調光反射率（ＰＭＯＲ）技術の操作原理の模式図を示す。 本発明の具体例にかかる、接合深さを導き出すための方法を表すフローチャートである。 本発明の他の具体例にかかる、接合深さを導き出すための方法を表すフローチャートである。 本発明の実験の具体例にかかる、図５中に記載された試料を選択して得られた、ＰＭＯＲ信号の比Ｒａの横方向挙動を示す。それぞれの比に対して、対応するＳＩＭＳ接合深さは右側に記載された。 ボックス状のドーピングプロファイルを有する試料についての、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）と、本発明の実験的具体例にかかる導出方法ＴＰにより得られた接合深さＸ_ｊの間の相対関係を示す。 注入されたドーピングプロファイルを有する試料のための、レーザアニールスキャン数の関数として、本発明の具体例にかかる導出方法を介して得られた接合深さを示す。 本発明の具体例にかかる、ｎ型およびｐ型の一連のドープ基板の、基板表面のパッシベーションによるＰＭＯＲ信号の時間依存性を示す。 本発明の具体例にかかる接合深さの絶対値を測定するために、１つの基板からＰＭＯＲテスト試料信号とＰＭＯＲ参照試料信号とを提供するための、一の具体例で使用される基板の模式的な断面図を示す。 本発明の具体例にかかる接合深さの相対値を測定するために、１つの基板からＰＭＯＲテスト試料信号とＰＭＯＲ参照試料信号とを提供するための、一の具体例で使用される基板の模式的な断面図を示す。 本発明の具体例にかかる接合深さの絶対値を測定するために、１つの基板からＰＭＯＲテスト試料信号とＰＭＯＲ参照試料信号とを提供するための、一の具体例で使用される基板の模式的な断面図を示す。 本発明の具体例にかかる接合深さの絶対値を測定するために、１つの基板からＰＭＯＲテスト試料信号とＰＭＯＲ参照試料信号とを提供するための、一の具体例で使用される測定セットアップの模式図を示す。 接合深さの絶対値を測定するために、１つの基板からのＰＭＯＲテスト試料信号とＰＭＯＲ参照試料信号とを提供する、本発明の一の具体例で使用される測定セットアップの模式図を示す。

本発明は、特定の具体例について、添付図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではなく、請求の範囲によってのみ限定されるものである。

更に、説明や請求の範囲中の、第１、第２、第３等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、時間的、一時的、空間的順序等を表す必要はない。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された発明の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる順序によっても操作できることを理解すべきである。

請求の範囲で使用される「含む（comprising）」の用語は、それ以降に示される要素に限定して解釈されるべきではなく、他の要素や工程を排除しない。このように、言及された特徴、数字、工程、または成分は、その通りに解釈され、１またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除してはならない。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢのみを含むデバイスに限定されるべきではない。本発明では、単にデバイスに関連した構成要素がＡとＢであることを意味する。

この明細書を通じて参照される「一の具体例（one embodiment）」または「ある具体例（an embodiment）」は、この具体例に関係して記載された特定の長所、構造、または特徴は、本発明の少なくとも１つの具体例に含まれることを意味する。このように、この明細書を通して多くの場所の「一の具体例（one embodiment）」または「具体例（an embodiment）」の語句の表現は、同じ具体例を表す必要はなく、表しても構わない。更に、特定の長所、構造、または特徴は、この記載から当業者に明らかなように、１またはそれ以上の具体例中で適当な方法で組み合わせることができる。

更に、ここで記載された幾つかの具体例は幾つかの特徴で、他の具体例に含まれる以外の特徴を含み、異なった具体例の長所の組み合わせは、本発明の範囲に入ることを意味し、当業者に理解されるように異なった具体例を形成する。例えば、以下の請求の範囲では、請求された具体例のいくつかは、他の組み合わせにおいても使用することができる。

ここで与えられる説明において、多くの特別な細部が示される。しかしながら、本発明の具体例はそれらの特別な細部無しに実施できることを理解すべきである。他の例では、公知の方法、構造、および技術は、この説明の理解をわかりにくくしないために、詳細には示されていない。

本発明は、この特定のＰＭＯＲ法に限定されるものではないが、説明するために、サーモプローブ（Thermo-Probe：登録商標）法（ＴＰ）が半導体領域の測定に使用される。このサーモプローブ技術（ＴＰ）は、「ウルトラシャロー半導体構造中の活性キャリアプロファイルを定量するための方法およびデバイス」の名称での国際特許出願ＷＯ２００７０２８６０５、米国特許出願ＵＳ２００８／０２２４０３６のパラグラフ８〜１２に記載され、参照することによりその全体がここに含まれる。次のパラグラフは、そのようなＰＭＯＲ技術の動作原理の概略を示す。以下の例では、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＴＰ６３０ＸＰツールが、ＰＭＯＲ測定を行うのに使用されたが、本発明の具体例はこれに限定されるものではない。

図１は、半導体材料の基板２を含む試料１を示す。本発明の具体例では、基板が参照されるが、興味のある領域が参照されても良く、他の部分や支持層がここでの参照無しに存在しても良い。試料１は、シリコンまたはゲルマニウムのウエハのようなバルク半導体基板で良く、選択的に、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、またはＧａＡｓ、ＩｎＰ等のようなＩＩＩ−Ｖ材料の半導体材料の層を含んでも良い。それらの層は、半導体基板の主表面上の、少なくとも選択された領域に形成される。半導体基板２は、このように、その主表面において露出したバルク半導体基板の一部でも良く、またはこの半導体基板上の、１またはそれ以上の選択的な半導体層のスタックでも良い。実質的に均一な組成を有する基板の代わりに、試料は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）やゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＧＯＩ）のような半導体層と誘電体層とのスタックとして形成し、誘電体層により半導体層が半導体基板から分離されても良い。半導体基板２は、この分離誘電体層の上に形成された層である。半導体基板２は、選択的に、１またはそれ以上の半導体層のスタックとして形成されても良い。それらの１またはそれ以上の層は、この分離する誘電体層の主表面上の少なくとも選択された領域に形成されても良い。

半導体基板２は、一般には、下部のアンドープまたは下部のドープ層４の上に形成された上部のドープ層３を含む。ドープ層のドーピングプロファイルは、最大活性ドーピング濃度Ｎ_{ａｃｔｉｖｅ}、および垂直拡がりまたは深さＸ_ｊにより特徴付けられる。形成されたままの、または注入されたままのドーピングプロファイルは、活性ドーイングプロファイルとは異なる。なぜならば、自由キャリアを提供するドーピング原子の数は、とりわけ、ドープ層に与えられる熱量に依存するからである。このように、ドーピング元素の一部が、活性化されないまま残るため、活性ドーピング濃度は、注入されたままのドーピング濃度と同じかまたはより少なくなる。後に検討するように、活性化されたドーピング元素のみが、ＰＭＯＲ信号に寄与する。層３は、層４の上のその場（in-situ）ドープされた層３として堆積させても良く、ボックスプロファイルとして知られるように、層３全体で均一なドーピングプロファイルを示す。化学気相堆積（ＣＶＤ）またはエピタキシャル層成長は、基板上にドープされた層を形成するために良く知られた技術である。代わりに、ドープされた層３が、基板２中へのドーパントの注入により形成されて、ドープされた層３と残ったアンドープの層４を形成しても良い。例えば、基板２中にドーパントを注入するためにイオン注入が用いられた場合、使用される注入種、エネルギ、および注入ドーズの選択に依存して、どのようなドーピングプロファイルでも得ることができる。層３は、下部層４をドープするのに用いられるドーパントと、同じまたは反対の型のドーパントでドープされる。後者の場合、接合５は、上部層３と下部層４との間に形成される。この接合５は、基板２の中の所定の深さに位置し、この接合は、接合深さＸ_ｊにより特徴付けられる。そのようなドープされた層２の例は、電界効果トランジスタのようなトランジスタのソースおよびドレイン接合であり、バイポーラトランジスタのエミッタ領域である。

光変調光反射率（ＰＭＯＲ）測定は、一般には、以下の工程を含む。ポンプレーザビーム７とプローブレーザビーム８は、周囲６から基板２の上に与える。入射したプローブレーザビーム８と、反射したプローブレーザ信号９は、それぞれ矢印８と９で表される。ポンプレーザビーム７は、一般には、この基板２中に過剰のキャリアプロファイルΔＮ（ｚ）を形成することにより、基板２の屈折率の変化を引き起こす。ポンプレーザビーム７は、このように、調査される半導体材料のバンドギャップより大きなエネルギ量を与える波長（光周波数）を有し、ポンプレーザビーム７により光学的に刺激された場合に、半導体材料中で過剰のキャリアを形成する。ポンプレーザビーム７は、一般には、時間非依存成分（ＤＣ）と時間依存成分（ＡＣ）からなる。ＴＰの場合、ポンプレーザビーム７のこの時間依存成分は、約１ＭＨｚの変調周波数と、約７９０ｎｍの光波長を有する。図１では、基板２中への深さｚの関数としての、過剰のキャリアプロファイルΔＮ（ｚ）が、グラフ７により示される。プローブレーザ８の波長（光周波数）は、調査される半導体層に入射する場合に、過剰キャリアを生成しないか、単に無視できる量の過剰キャリアを生成するように選択される。ＴＰの場合、プローブレーザビーム３の光波長は、一般には６７０ｎｍである。プローブレーザビームの矢印８は反射され、これにより半導体基板２の多くの場所で、反射されたプローブレーザビーム信号の矢印９を形成する。例えば、プローブレーザビーム８は表面で反射されて、反射されたプローブレーザビーム信号９中の表面成分を形成する。表面で起きる過剰キャリアプロファイルの変化により反射され、近表面成分を形成し、または、Ｎ（ｚ）の傾斜上でドープ部分３とアンドープ部分４との界面により反射され、界面の成分を形成する。プローブレーザビームは、または、ドーピングプロファイル中のいずれかの遷移でも反射される。

一般には、ポンプレーザ７とプローブレーザ８の双方のレーザは、固定された測定セットアップで、双方の入射レーザビームは、層表面に垂直な方向を有し、これは、基板表面の垂線に対してゼロ度の角度で入射することを意味する。ポンプレーザ７の最大パワーおよび時間変調周波数は、一般には一定である。また、反射されたプローブレーザビーム９やその成分が測定される間の時間も、一般には一定に保たれる。プローブレーザ８とポンプレーザ７の間の間隔ｄは、図１に示すように変化させることができる。小さい、またはゼロの、オフセットまたはレーザ分離、即ち双方のレーザビーム７、８が、半導体基板２の実質的に同じスポットに当たると、プローブレーザ３により測定される最大数の過剰キャリアに対応し、これにより、高い反射信号を形成する。また、反射されたプローブ信号９を、半導体基板２の露出した表面に入射するポンプレーザビーム７とプローブレーザビーム８の間のオフセットｄの関数として測定できる。所定の試料に対するこのオフセットｄと固定された測定条件との関数として、反射されたプローブレーザ９の信号を示すカーブは、オフセットカーブまたはトラッカースキャンとして知られる。

説明によれば、半導体接合のテスト試料１の上で最初にＰＭＯＲ測定を行い、参照試料の上でこのＰＭＯＲ測定を繰り返すことにより、半導体接合５の深さＸ_ｊを決定することができる。それぞれのＰＭＯＲ測定の結果の比Ｒ_ａを形成することで、この接合深さＸ_ｊに比例する信号が得られる。ＰＭＯＲ測定は、同じ測定条件を用いて行われる。

ＰＭＯＲ測定中に、プローブレーザビーム８とポンプレーザビーム７は互いに間隔を隔て、それらのビームが、試料１の表面の異なるスポットに当たるようにする。後に示すように、オフセットｄ＞０でＰＭＯＲ測定を行うことにより、測定される反射されたプローブレーザビーム信号８またはその成分は、基板プラズマ波成分により支配される。プラズマ波成分と熱波成分は、オフセットｄの増加により無視できるようになる。

テスト試料１の上で得られたＰＭＯＲ信号は、このようにこの接合５が形成された基板２を含む半導体接合５を表す光信号である。

参照試料に応じて、双方のＰＭＯＲ測定の比は、この接合深さＸ_ｊの絶対値または相対値を表す。もし、接合５自体を含むことなく接合５が形成された基板２のみを表す光信号を生じるように参照試料が選択された場合、接合深さの絶対値は、双方のＰＭＯＲ測定の比Ｒ_ａから導き出される。もし、この接合５が形成された基板２を含む半導体接合５を表す光信号を生じるように参照試料が選択された場合、接合深さＸ_ｊの相対値は、双方のＰＭＯＲ測定の比Ｒ_ａから導き出される。この場合、この接合深さＸ_ｊの絶対値を知ることなく、テスト試料１と参照試料のそれぞれに形成された実際の接合の間の接合深さの差：ΔＸ_ｊ＝（ΔＸ_{ｊ ｔｅｓｔ}−ΔＸ_{ｊ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}）のみが決定される。

基板プラズマ波成分を主にまたは単に含む反射された光信号を得るためのＰＭＯＲ測定のパラメータの選択は、層プラズマ波成分と熱波成分とが、試料の表面に沿った位置ｘとともに減衰する比により決定される。ここでｘ＝０は、試料の表面にポンプレーザビームが入射するスポットである。

図２は、説明した導出方法１００の異なる工程を記載したフローチャートを示す。最初に、ＰＭＯＲ測定のパラメータが選択される１１０。このパラメータのセットは、オフセットｄ、光周波数のようなポンプレーザの設定、変調周波数およびパワー、光周波数のようなプローブレーザビームの設定を含む。この記載で説明したように、オフセットｄは、層３プラズマ波成分および熱波成分が無いか、または層４プラズマ波成分に比較して少なくとも無視できるように、例えば後者の信号の１０％より小さく、好適には１％より小さいＰＭＯＲ信号が得られるように選択される。ポンプレーザパラメータの設定は、半導体材料のバンドギャップ、侵入深さ、および望まれるプラズマ波および熱波の大きさや横方向の拡がりの観点から選択される。プローブレーザの光周波数は、半導体材料と接合深さの観点から選択される。選択されたパラメータを用いたＰＭＯＲ測定は、１２０で特徴付けられるように実際の接合上で行われる。この測定は、接合５と、その中またはその上４に接合が形成された基板２を表すＰＭＯＲ信号を形成する。このＰＭＯＲ測定は、接合深さの絶対値が得られる場合には、基板２を表す信号を得るために参照試料の上で繰り返され１３０、そうでなければ、このＰＭＯＲ測定は、接合５と基板４を表すＰＭＯＲ信号を形成するために参照試料の上で繰り返され、テスト試料と参照試料の接合深さの間の相対的な違いが形成される。最初にテスト試料を測定し、または参照試料を測定する。一旦、双方のＰＭＯＲ信号が得られれば、ＰＭＯＲテスト試料のＰＭＯＲ参照信号に対する比が形成される１４０。この比Ｒａから、使用された参照試料に依存するテスト試料の接合深さの絶対値または相対値が導き出される１５０。

図３は、図２により示された導出方法の変形を示す。これは、測定された比Ｒ_ａを確認する工程１４５を含む。最初のチェックは、この比がその期待されるコサイン挙動と矛盾しない値を有するか、即ち、この値が［−１、１］の範囲内であるか、を見る。もし、こうでなければ、選択されたＰＭＯＲ測定パラメータが適当でないため、例えばプローブレーザの正しくない光周波数のため、または使用された試料がここで記載された仮定に一致するＰＭＯＲ信号を形成しないため、例えば形成されたままのドーピングプロファイルの低い活性度のため、のいずれかの理由で測定された比が使用できない。この最初の場合、他のＰＭＯＲパラメータのセットが選択され、他のＰＭＯＲ測定が行われ、ＰＭＯＲ信号比に対する適切な値が所定の試料に対して得られるどうかを見る。比Ｒ_ａが−１と１の間の値を形成しない場合、この値がオフセットｄとともに変化するかどうかもチェックする。理論的には、層３プラズマ波成分と熱波成分の全体のＰＭＯＲ信号に対する影響を制限するのに十分に大きなオフセットｄの値が１つだけ必要とされる。基板２の物理的特徴が知られている場合、ｄの最小値が決定される。熱波の減衰は半導体材料のタイプに依存し、一方、層３のプラズマ波成分は基板２のプラズマ波成分より速く、もし基板が知られていれば後者も決定できる。大事をとって、試料上で少なくとも２つのＰＭＯＲ測定が行われるが、得られたＰＭＯＲが安定か、またはオフセットｄに対して変化するかをチェックするために、異なるオフセットｄの値が用いられる。ＰＭＯＲ測定中に、ポンプレーザ９に対してプローブレーザ８が、連続または不連続な工程で動くことで、多くのＰＭＯＲ測定を行うことを選択しても良い。

以下のパラグラフにおいて、この説明で記載された方法の下にある物理が、説明を教えるためのＴＰ法を用いて説明される。

第１節：活性ドーピングプロファイル上のＰＭＯＲ理論
最初に、ボックス上の活性ドーピングプロファイル３のＰＭＯＲ信号の挙動を説明するための、近似式の導出について要約する。この理論は、次に、ＰＭＯＲ信号の横方向の挙動、即ち、ポンプ７とプローブ８のレーザビームがオフセットｄで分離された場合について説明するために一般化される。

先のパラグラフで説明したように、ＰＭＯＲは２つのレーザを用いた光技術である。最初に、基板２の半導体材料のバンドギャップより高い光子エネルギを、ポンプレーザ７が有するため、基板２中に、過剰の温度分布だけでなく、過剰のキャリア分布が、照射により形成される。ポンプレーザビーム７のパワーは時間とともに変調するため、温度や過剰のキャリアの分布も、時間とともに周期的に変化する。この時間依存温度や過剰キャリアの分布により引き起こされた屈折率プロファイルの変化により、プローブレーザ８が試料上で反射され、その時間依存の反射プローブビーム９となる。検出された反射プローブレーザビーム９は、ロックインアンプに接続され、非常に高い感度で記録される。

J. Bogdanowicz がMaterials Science & Engineering B, 154-155 (2008) P. 234-239 の「光変調された光反射率への、化学気相堆積中の不活性なドーパントの影響」に記載し、参照することによりその全体がここに含まれるように、ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒは、接合深さＸ_ｊと活性ドーピング濃度Ｎ_{ａｃｔｉｖｅ}を有するボックス状の活性ドーピングプロファイル３の場合に、以下のように表される。

ここで、ｍ_ｅとｍ_ｈは、それぞれ電子と正孔の有効質量、ｎ_０は、プローブレーザ８の光波長λにおける自由キャリアの無い場合の基板２の格子屈折率、β＝−ｍｄｎ／ｄＮは、有効質量ｍを有する過剰の自由キャリアの存在による基板２の反射率ｎの変化を考慮したドルーデ係数（Drude coefficient）であり、ここでδ＝ｄｎ／ｄＴは温度Ｔの上昇によるこの屈折率の変化を考慮する。ΔＴ_{ｓｕｒｆａｃｅ}は、基板２の表面における過剰の温度であり、ΔＮ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}は、基板２の下部層４中の過剰キャリア濃度であり、ΔＮ^２ _{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}／ΔＮ_{ａｃｔｉｖｅ}は、もし以下の仮定が行われた場合に、基板２の上部層３中の過剰キャリア濃度である：ボルツマン統計が適用され、バンドギャップが狭くならず、疑似フェルミレベルが、空間電荷領域中で実質的に一定で、かつ、ΔＮ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＜ΔＮ_{ａｃｔｉｖｅ}である。

上記式（１）は、ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒが、それぞれ、上部層３中の過剰キャリア濃度（層プラズマ成分）、下部層４中の過剰キャリア濃度（基板プラズマ成分）、および過剰温度（熱成分）に関連する３つの成分からなることを示す。興味深いことには、式（１）は、また、ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒが、どのようにドーピング濃度Ｎ_{ａｃｔｉｖｅ}と接合深さＸ_ｊに依存するかも直接示す。

式（１）は、プローブ８とポンプ７のレーザビームが基板２の表面上で一致する場合の、ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒの挙動を開示する。この記載は、しかしながら、ＰＲＯＭ信号ΔＲ／Ｒの横方向の挙動が記載される。プローブレーザビーム８の入射のスポットが、ポンプレーザビーム７の入射のスポットに対してｘ軸に沿って移動する場合、即ち２つのレーザスポットがオフセットｄで互いに分離される場合、反射されたプローブレーザビーム９の測定された信号が変化するのだろうか。最初の近似では、上部層３プラズマ成分、下部層４プラズマ成分、および熱成分が、それぞれの減衰長さＬ_{ｌａｙｅｒ}、Ｌ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}、およびＬ_{ｔｈｅｒｍａｌ}に対して、すべて指数関数的に減衰するものと仮定される。全信号ΔＲ／Ｒに対して、以下の関係が定義される。

ここでΔＮ_{０、ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}およびΔＴ_{０、ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}は、ｘ＝０の場合、即ち２つのレーザスポットが一致しオフセットｄ＝０の場合の、過剰キャリア濃度と過剰温度である。

式（２）に表される３つの減衰長さは異なる値を有する。第１に、一次元で低い変調周波数の問題、Ｌ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＝√（Ｄτ）およびＬ_{ｔｈｅｒｍａｌ}＝√（２Ｄ／ω_ｐｕｍｐ）が知られている。ここで、Ｄはキャリア拡散率、τはキャリアのライフタイム、Ｄ_ｔｈは基板２の熱拡散率、ω_ｐｕｍｐはポンプレーザビーム７の振動、即ち時間に対するポンプレーザパワーの変調である。ＴＰに対して、これは一般にＳｉ中で、Ｌ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}〜１０μｍ、Ｌ_{ｔｈｅｒｍａｌ}〜４μｍである。所定の値は、一次元の場合のみ変化でき、３次元の問題では、それらは実際にはより短いことに注意すべきである。第２に、上部層３プラズマ成分の減衰長さＬ_{ｌａｙｅｒ}は、下層のプラズマ成分４の減衰長さＬ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}より短いことを示すことができる。換言すれば、熱成分と上部層３プラズマ成分は、下部層４プラズマ成分より速く減衰する。結論として、２つのレーザビーム７、８の入射スポットの間の距離ｄが十分大きい場合、下部層４プラズマ成分のみが残る。即ち以下のようなる。

３つの信号成分の時間依存性に関して意見を述べる。ＴＰのようなＰＭＯＲ技術では、パワー変調周波数が比較的高く（ωτ〜１）、ポンプパワーに関してそれらの遅延を考慮するとすべての３つの成分は実数部分のみを有するのではなく、虚数部分をも有する。このポンプレーザビーム７と反射したプローブレーザビーム８の間の時間遅延は、反射されたプローブレーザビーム８の中の２つの先の述べた成分Ｉ（位相）とＱ（９０°位相差）に起因する。そのようなＰＭＯＲ技術では、Ｉ信号のみが式（３）に示されたように振る舞い、一方、Ｑの横方向の挙動を説明するために、全体の時間依存性を考慮する必要がある。この結果、反射信号８の成分のみが、記載を説明するのに使用される。

第２節：ボックス状のプロファイルの接合深さ
J. Bogdanowicz らが、Journal of Vacuum Science and Technology B, 26 (2008), p. 310-316に記載し、参照することによりここに組み込まれる「高周波変調された光反射率による光キャリアプロファイリングの進歩」の表Ｉに記載されたような、同じ活性ドーピング濃度Ｎ_{ａｃｔｉｖｅ}であるが異なる接合深さＸ_ｊを有する試料１のために、前節で展開した理論が、ＣＶＤボックス状の活性ドーピングプロファイル３の接合深さＸｊの絶対値を導出する方法を得るために適用される。得られた結果は、それらの試料に対して測定されたＳＩＭＳ接合深さと比較される。

ウエハは、一般には、例えばソース／ドレイン接合が形成された異なる活性領域のような、接合が形成された多くの領域を含む。同じ処理工程で形成されても、異なる領域それぞれの実際のドーピングプロファイルは、処理のばらつきにより互いにばらつく。後者の方法は、例えばウエハの一部またはウエハ全体の、接合深さＸ_ｊの相対的なばらつきを測定するのに使用できる。ウエハは、一般には、例えばソース／ドレイン接合が形成された異なる活性領域のような、接合が形成された多くの領域を含む。同じ処理工程で形成されても、異なる領域それぞれの実際のドーピングプロファイルは、処理のばらつきにより互いにばらつく。

前節で展開した理論は、式（３）に要約される。この式（３）は、層４を含む参照試料、即ちＸ_ｊ＝０となる上部層３の無い基板に対しても有効である。このように、式（３）の比を、この具体例ではボックス状のドーピングプロファイルである基板２に、接合領域５を含むテスト試料１に適用でき、式（３）は、接合領域５の無い、即ち上部層３の無い基板２を含む参照試料に適用できる。この比Ｒ_ａは、レーザビームの間隔ｄが十分に大きい場合には、

となる。式（４）において、下部層４の過剰のキャリア濃度とその減衰長さは、上部層３から独立するものと仮定される。これは、上部層３中の不活性なドーピング濃度は高すぎない場合に確かである。式（４）は、テスト試料１と接合５の無い参照試料との上でそれぞれ測定された信号の比が、ポンプとプローブのレーザ７、８が十分に間隔を隔てる場合に、テスト試料１の接合深さＸ_ｊに比例することを示す。

前のパエラグラフで展開された方法は、J. Bogdanowicz らが、Journal of Vacuum Science and Technology B, 26 (2008), p. 310-316に記載し、参照することによりここに組み込まれる「高周波変調された光反射率による光キャリアプロファイリングの進歩」の表Ｉに記載されたような、ＣＶＤ２およびＣＶＤ３の材料に適用される。ＣＶＤ８マトリックスは、２つの一連の試料：ＣＶＤ８−１およびＣＶＤ８−２からなる。ＣＶＤ８−１シリーズは、殆ど同じ接合深さで１０^１９から３×１０^２０ｃｍ^−３の範囲の異なるドーピング濃度を有する６つの単層のＣＶＤ層からなる。ＣＶＤ８−２シリーズは、同じ接合深さで、同じドーピング濃度のシャロー層３（３×１０^２０ｃｍ^−３）と、３×１０^１９ｃｍ^−３から３×１０^２０ｃｍ^−３までの範囲でドーピング濃度のばらつく第２層４とを有するボックス状の構造の２つの層３、４からなる。

図４は、J. Bogdanowicz らが、Journal of Vacuum Science and Technology B, 26 (2008), p. 310-316に記載し、参照することによりここに組み込まれる「高周波変調された光反射率による光キャリアプロファイリングの進歩」の表Ｉに記載されたような、ＣＶＤ２マトリックスの試料１を選択して測定したＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒの、アンドープの試料、即ち下部層３の無い基板２で測定したＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒに対する比Ｒ_ａの横方向の挙動を示す。試料１の多くでは、比Ｒａは、−１と１の間の値に収束する。この飽和値は、次に、式４を用いたテスト試料１の接合の絶対値を得るために使用される。式（４）に表されるように、比Ｒ_ａと接合深さＸ_ｊとの間のコサインの関係のために、測定されたＰＭＯＲ信号の実効比は、−１と１の間の値を有する。測定された比がこの関係に従うという事実は、第１節と第２節の導出手順を導出するために行った仮定が正しいことを証明している。それゆえに、テスト試料のＰＭＯＲ信号の、参照試料のＰＭＯＲ信号に対する測定された比Ｒ_ａが、１−と１との間に有るか否かをチェックすることにより、特定の試料に適用する場合に、方法の正しさをチェックできる。レーザの間隔ｄの使用範囲に対して、最も深い接合について比Ｒａが収束したのは、基板４の上部層３中の不活性なドーパントレベルの、より大きな影響によるものであり、これにより基板２のみを表すＰＭＯＲ信号に影響するためであろう。

シリコン基板２に形成された活性ドーピングプロファイルでＰＭＯＲ測定を行った場合、図４のｘ＝０に対して望まない非対称のカーブが常に観察された。この非対称さは、ＰＭＯＲ測定中に、Ｓｉ基板２の露出した表面に存在する自然酸化物に自由キャリアを導入することで説明できる。この自然酸化物は、シリコン基板２の露出した表面をパッシベートする。第４節では、基板２の表面の特性についてのＰＭＯＲ測定の感度を低減し、上で展開したモデルを、この導出方法のより高い再現性と正確さをより確固にするために、この帯電効果（charging effect）が有用であることを示す。図４に示されるオフセットカーブは、左から右へのＰＭＯＲ測定中のプローブレーザビーム７の動きで得られるため、最初に帯電していなかった表面は、このスキャン中により帯電され、左側（ｄ＜０）でのＰＭＯＲ測定は本質的に帯電の無い酸化物の上で行われ、一方、右側（ｄ＞０）でのＰＭＯＲ測定は本質的に帯電した酸化物の上で行われる。それらのＰＭＯＲ信号はより信頼性のあることが望まれ、それらのオフセットカーブの右部分（ｄ＞０）は、更なる記載に使用される。

図５は、ｄ＝４μｍのレーザ分離で、式（４）を用いて得られたテスト試料１の接合深さを、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いてテスト試料１で得られた対応する接合深さと比較するものである。全ての試料で相関関係は非常に良好で、より深い接合を有するＣＶＤ８−２のダブルボックスでさえも良好である。しかしながら、式（４）の周期性により、導出方法は、接合深さＸ_ｊと（λ／２ｎ_０−Ｘ_ｊ）の間を区別できないことに注意すべきである。図５では、公知のＳＩＭＳ接合深さが、それゆえに、２つの式のどちらを使用するかを決定するのに用いられた。これは、図５中に、Ｘ_ｊ＝４４ｎｍの垂直な点線により示される。Ｘ_ｊ＜４４ｎｍの値では、式（４）が直接適用された。この記載にかかる方法で得られた接合深さの値と、対応するＳＩＭＳ接合深さとの間の相違は、ＳＩＭＳプロファイルがウエハの中央で測定され、導出された接合深さがウエハの他の位置で得られた、ウエハでの接合深さの不均一性によって説明でき、および／または第４節で検討される基板の信号再現性によって説明できる。

技術は、J. Bogdanowicz らが、Journal of Vacuum Science and Technology B, 26 (2008), p. 310-316に記載し、参照することによりここに組み込まれる「高周波変調された光反射率による光キャリアプロファイリングの進歩」の表Ｉに記載されたような、ＣＶＤ５およびＣＶＤ４の試料で試験された。しかしながら、双方の場合、技術は納得できない結果となった。ＣＶＤ５のテスト試料の場合、これは、下部層３の活性化されたドーピング濃度Ｎ_{ａｃｔｉｖｅ}が十分に高くなく、Ｌ_{ｌａｙｅｒ}〜Ｌ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}は、層３のプラズマ成分が下部層４のプラズマ成分より速くは減衰しないことを意味するという事実によると思われる。結果として、ＰＭＯＲ信号と式（４）に残る双方のプラズマ成分が使用できない。ＣＶＤ４のテスト試料では、それらは非常に高い不活性のソーピング濃度を有し、基板プラズマ成分は、活性ドーピングプロファイルＮ_{ａｃｔｉｖｅ}に依存するようになり、式（１）を導く時に行われた１つの仮定：ΔＮ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＜ΔＮ_{ａｃｔｉｖｅ}が有効でなくなる。

式（４）となる参照試料としてアンドープの基板、即ち接合の無い基板を用いるよりむしろ、参照試料やＰＭＯＲ測定として、活性ドーピングプロファイルを有し、接合深さＸ_ｊ ^{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}で特徴付けられる同じ基板に形成されたドープ層３を含む基板またはＰＭＯＲ測定Δを用いることができる。好適には、この参照試料の活性ドーピング濃度は、実質的にテスト試料と同じである。テスト試料ＰＭＯＲ信号ΔＲ／ΔＲ^Ｉ _{ｌａｙｅｒ}のＩ成分の、参照試料のＰＭＯＲ信号ΔＲ／ΔＲ^Ｉ _{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}のＩ成分に対する比Ｒ_ａは、以下のようになる：

式（５）は、テスト試料１の接合深さの相対値、即ち、比Ｘ_ｊ／Ｘ_ｊ ^ｒｅｆを求める方法を導き出すのに使用できる。

特に、図５で検討したように、Ｘ_ｊ ^{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}＜λ／（４ｎ_０）で、Ｓｉ中でのＴＰのＰＭＯＲ測定では、これは約４４ｎｍであり、もしΔＸ_ｊ＝Ｘ_ｊ−Ｘ_ｊ ^{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}が小さい場合、式（５）は、分子のコサインの２次テーラー展開の後に、

となる。

ここで、サイン関数は、その偏角（argument）が正または負であるかに依存して、それぞれ１または−１である。例えば、参照ＰＭＯＲ測定がウエハの中央で行われた場合、式（６）は、ウエハの一部または全ウエハでの接合深さの均一性を決定するために使用できる。このパラグラフで記載された導出方法は、式５を不明確にするゼロコサインを示す参照接合深さを用いては使用できないことに注意すべきである。シリコン基板２でのＴＰのＰＭＯＲ測定の場合、そのような参照接合深さＸ_ｊ ^{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}は、一般にはＳｉ中で２２ｎｍである。しかしながら、これがその場合、式（４）に示されたように、ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒの、プローブレーザビーム８の光波長λに対する依存性のために、参照接合Ｘ_ｊ ^{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}で得られるＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｌａｙｅｒ}が、ゼロで無いように、他の光波長λを選択することができる。このように、ＰＭＯＲ測定のパラメータが選択された場合、プローブレーザビームの光周波数は、ＰＭＯＲ信号がゼロと成らないように選択できる。

第３節：任意のプロファイルの接合深さ
本節では、記載された導出方法の、任意の形状のプロファイルへの拡張について検討する。特に、アニールされた注入プロファイルへの拡張が検討される。調査された試料は、特に、E. Rosseel らが、IEEE International Conference on Advanced Thermal Processing of Semiconductors, 2008に記載し、参照することによりその全体がここに組み込まれる、「浅いボロン接合の活性化および拡散への、複数の融点以下のレーザスキャンの影響」の、実験セクションにおいて記載され、全体が特徴付けられる。３つの一連の試料が、Ｂのみ（０．５ｋｅＶ、１０^１５ｃｍ^−２）、ＢとＧｅ（１２ｋｅＶ、５×１０^１４ｃｍ^−２）、またはＢ、Ｇｅ、およびＣ（３ｋｅＶ、１０^１５ｃｍ^−２）のそれぞれを有するそれらの表面について、注入の均一性が調査された。３つのシリーズを形成する全ての試料は、続いて、それぞれの条件でレーザビームを表面試料の一部の上でスキャンすることにより、異なった温度で異なった時間、レーザアニールされた。スキャンの温度は、それぞれ１２２０℃または１３００℃であり、一方、アニーリングの時間は、１〜７回の間で同じ領域上で行われる連続したスキャンの回数を変えることで変えた。３つの注入シリーズのそれぞれについて、１４の異なる活性化された接合プロファイルに対応する１４の異なるアニール条件が得られた。それぞれの注入条件が１つのウエハ２の上で行われたため、異なる活性化された接合プロファイルについて得られた基板信号は同じである。

第１節と第２節で述べた導出方法の、それらの注入プロファイルへの拡張は、本質的に２つの問題を生じる。第１は、第１節と第２節で使用した試料のボックス状のドーピングプロファイルと相反するそれらの最終傾斜により、それらの注入されたプロファイル中で、独特なＳＩＭＳ接合深さの特定がより困難になった。それゆえに、接合深さＸ_ｊの測定として、１０^２０ｃｍ^−３でのＳＩＭＳ接合深さを行うことが提案された。第２は、接合５の無い参照信号を得ることがより困難であり、式（６）に対応する相対的な接合導出方法が、式（４）に対応する絶対的な接合の導出方法より好しかった。それぞれのシリーズおよびアニーリング温度では、３回アニールされた試料、即ち試料「Ｓ」は、通常は既に十分に活性化されたと仮定され、参照ＳＩＭＳ接合深さを得る参照として用いられる。

Ｂ＋Ｇｅ注入試料とともに、Ｂ注入試料について、得られた結果が図６に示される。式（６）を用いて導き出された相対的な接合は、測定されたＳＩＭＳ接合深さと非常に良好な一致を示す。この導出された接合の絶対値の距離を得るために、ＳＩＭＳ接合深さが、式（６）中の参照接合深さとして使用される。特に、７回アニールされた試料で測定されたＳＩＭＳ接合深さに、すべてのカーブが収束する。低温アニールについての単調で無い挙動に注意すべきである。これは物理的であるようには見えず、（３回のレーザアニールスキャンを有する）参照試料が十分に活性化されなかった事実によるものであろう。Ｃ＋Ｇｅ＋Ｂが注入された試料は、アニール後においてさえも、基板２中に残った多すぎる欠陥の熱信号を単に示す。それらの欠陥は、プラズマ成分の形成に負の影響を与える。この導出方法は、テスト試料と参照試料の、基板／下部層４のプラズマ成分の比較に基づく。それゆえに、このプラズマ成分は、有用な結果を得るために、それぞれのＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ中で有力でなければならない。

結論として、本節３は、この手順は、いずれのドーピングプロファイルに対しても、それは使用でき、正確な結果を与えることを示す。丁度、ボックス状の活性化されたドーピングプロファイルでは、相対的な接合深さを決定でき、参照として入手できる均等な基板を有する場合は、絶対的な接合深ささえも決定できる。

第４節：精度と再現性
本節では、展開された導出方法の精度と再現性が検討される。この方法の精度は、式（１）〜（６）の展開が正面される場合に、いかにうまく２つの主な仮説を行うかに依存する。

最初の主な仮定は、所定のレーザ間隔ｄにおいて、熱および層３のプラズマ成分が、基板／下部層４のプラズマ成分に対して無視できることである。シリコン試料の上でＴＰを用いる場合、基板２に多すぎる欠陥が無い場合、熱成分は問題を引き起こさない。同様に、下部層３の活性化されたドーピングが低すぎない場合（＞５ｅ１８ｃｍ^−３）、層３プラズマ成分は、十分に小さいと考えられる。

第２の主な仮定は、基板／下部層４のプラズマ成分の横方向の拡がりが、参照試料と路のテスト試料で同じであるべきである。これは、実際には、２つの追加の要求を意味する。第１に、ドーピングプロファイルＮ_{ａｃｔｉｖｅ}は、基板／下部層４のプラズマ成分に殆ど影響しないことを要求する。これは、十分な数のドーピング原子が活性化された場合である。記載された導出方法は、それゆえに、良くアニールされた構造で優先的に使用される。第２に、全ての基板２がＴＰの観点から同じであることが要求される。

この第２の要求の有効性を査定するために、２０の異なるｎ型基板と２０の異なるｐ型基板のオフセットカーブが測定された。ｎ型基板のＰＭＯＲ信号のばらつきは１％より小さく、即ち測定限度より小さく、一方、ｐ型基板のＰＭＯＲ信号のばらつきは１５％までである。ＰＭＯＲ測定は、ｎ型基板の上のＰＭＯＲ信号のレベルは、ｐ型基板よりも最大で２５％高いことを示した。唯一の関連したパラメータは、ドーピングタイプから独立する高注入の二極拡散性であるため、この挙動は、理論的な観点からは期待されなかった。

それらの拡散の殆どは、表面効果によることが示された。もちろん、所定の時間、ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒを記録すれば、表面とバルク２との間に形成された電場が更にキャリアが表面に注入されるには高すぎるようになるまで、キャリアは基板２の表面に注入され、この表面をパッシベートする。これは、信号の飽和として実験的に観察される。飽和状態において、ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒが基板に対して最も感度が悪く、それゆえに再現性がある。図４は、２００秒後に全ての基板で飽和が達成されなくても、ｎ型またはｐ型によらず、それらの基板上の信号の間の違いは、ほんの約５％であることを示す（選択のみが図４に示される）。この結果、表面がパッシベートされた場合に、技術はより正確になる。この現象は、時間とともに、ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒの飽和として実験的に観察された。ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒが表面に対して最も感度が悪くなり、それゆえに基板から他への再現性がより良くなるのは飽和後である。図８は、使用された基板の選択に対して、２００秒後に全ての基板で飽和が達成されていないにもかかわらず、ｎ型またはｐ型によらず、それらの基板上の信号の間の違いは、ほんの約５％であることを示す。ＰＭＯＲ信号の飽和は、ドーピングタイプによらず、全てのタイプの基板で同じであることを期待するであろう。結論として、表面がどんな手段でパッシベートされても、技術はより高精度になる。

このパラグラフで言及されたパッシベーションは、測定される基板の表面の、電場の存在に関連する。このパッシベーション技術は、時々、電場誘起（field-induced）パッシベーションと呼ばれる。電場は、表面またはその近傍において、１つのキャリアタイプの濃度を減らし、これにより、ＰＭＯＲ測定が行われる表面での再結合を低減する。制御されない表面再結合は、ドープされた層３や層４、またはバルク２のような下部層で、キャリアの再結合それゆえに過剰のキャリアの再結合を妨げる。

この表面電場または静電ポテンシャルバリアは、違う方法でも作製できるであろう。外部電圧を用いてもよく、または表面を予め帯電（precharge）してもよい。

基板２の表面や、先のパラグラフで検討したようなその上に形成された誘電体層１７で、自由キャリアのトラップを用いることができる。図４に示すように、プローブレーザビーム７は基板２の表面上を移動して、ポンプレーザビーム７の入射する位置から更に離れた場所でＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒが得られるだけでなく、このレーザトラッカスキャン中に表面がより帯電される。この表面上に１またはそれ以上の誘電体層１９を形成することができ、この誘電体層は次に帯電した誘電体層の近傍での再結合を防止するのに十分な内在した電荷密度を有する。そのような電荷の例は、高い負の電荷密度で知られるＡｌＯＮである。なた、表面再結合を減らすこともできる。

表面は、表面上のレーザビームによるスキャンのような物理的手段で帯電でき、これにより、ＰＭＯＲ測定を行う前にこの表面上で表面をパッシベートするために、照射された基板２に過剰のキャリアを形成し、ＰＭＯＲ測定中の表面における再結合を制御する。ＰＭＯＲ装置に第３のレーザが供給された場合、この第３のレーザビームはプローブレーザビーム７が収束される表面を予備スキャンし、この表面上でＰＭＯＲ測定の工程を行う前に、測定される表面の帯電が行われる。更に、第３のレーザビームによりエネルギを供給し、プローブレーザビーム７でスキャンされる表面に分子を捕捉することにより、分子に分離される環境中でＰＭＯＲ測定を行うことができる。

誘電体層１９で覆われた表面も、コロナ帯電（corona charging）を用いることで帯電させることができる。参照することによりここに組み込まれる、米国特許出願ＵＳ２００８ ０２９７１８９は、コロナ帯電の原理を説明する。コロナ放電により形成されたイオンを堆積させることで、小さな電場が自然酸化物の上に形成され、移動できる電荷キャリアが、表面に到達するのを防止する。それゆえに、表面／界面での速い再結合の影響を大幅に減らしながら、バルクのライフタイムが測定できる。

また、例えば熱酸化による化学的パッシベーションにより、界面トラップを減らすことにより、表面再結合を低減できる。

表面パッシベーション無しの場合、同じウエハの異なるスポット上での基板信号の再現性は約１％であった。例えばウエハの中心点についての接合深さの相対的な測定は、それゆえに基板表面の帯電を必要としない。それゆえに、ある領域での接合深さの相対的ばらつきを示す高解像度のマップがそれゆえに可能となる。

第１節から第３節で使用されたウエハは、高品質のウエハではなかった、良好な特性の高品質なデバイスウエハ上での測定では、ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒのウエハ間の再現性は０．１％より低く、半導体デバイスの実際の製造に使用される基板上で使用された場合に、この技術はより正確になるであろう。

所定の試料に導出方法を適用できること、即ち、行われた仮定が正確かを査定するために、図４に示されたように、全体のオフセットカーブが測定できる。信号の比

は、レーザ間隔ｄが十分に大きい場合に、−１と１の間の値で飽和すべきである。

導出方法の再現性は、さまざまなアンドープの基板上でＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒの再現性を測定することで計算される。ｎ型およびｐ型の基板上での表面帯電後に得られた、５％の再現性標準が用いられた。接合深さに関する式（３）の第１導関数は

となる。基板に対して、導出方法はそれゆえに、接合深さのｎｍ以下（sub-nm）の再現性を有し、ＫＬＡ−ＴＥＭＣＯＲ社のＴＰ６３０ＸＰのセットアップでは、これはシリコン基板に対しては１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲となる。それらの再現性の値は、装置の再現性とウエハ間の再現性の双方を含むことに注意すべきである。

先のパラグラフで説明したように、テストする試料のＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｌａｙｅｒ}から離れて、２つのＰＭＯＲ信号に比からテスト試料の接合深さＸ_ｊを得るために、第２のＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}が必要である。もしこの接合深さ５の絶対値を測定したい場合、参照ＰＭＯＲ信号は、下部層４のみを表す、即ち基板２中に接合５の無い基板のプラズマ波成分の寄与のみを含むか、または、下部層４と公知の接合深さＸ_{ｊ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}である接合５とを表す。もし、接合深さ５の相対値を測定したい場合、参照ＰＭＯＲ信号は下部層４と接合５とを表す。参照ＰＭＯＲ信号は、異なる方法で得ることもできる。

図８は、接合深さＸ_ｊの接合５を有する少なくとも１つのドープ領域１１を含む基板の模式的な断面図を示す。この基板は、接合深さＸ’_ｊの接合５’を有する追加のドープ領域１１’を含んでも良い。領域１１’、１１、１２は、分離領域１０により分けられる。半導体デバイスを形成する場合に、この分離領域１０は、一般にはフィールド酸化物またはシャロートレンチ分離領域である。プロセスのばらつきにより、それらのドープされた領域１１、１１’の間の活性化されたドーピングプロファイルが変化し、互いの領域の間で接合深さＸ_ｊ、Ｘ’_ｊがばらつくようになる。プローブ８とポンプ７のレーザビームの間の十分なオフセットｄで、このドープされた領域１１、１１’の１つの上でＰＭＯＲ測定を行うことにより、層３プラズマ波成分と熱波成分とが本質的に無く、実質的に接合深さＸ_ｊと下部層４中の過剰キャリア濃度のみに依存するＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｌａｙｅｒ}が得られる。この基板は、更に、少なくとも１つのアンドープの領域１２を含む。プローブ８とポンプ７のレーザビームの間の十分なオフセットｄで、このアンドープ領域１２の１つの上でＰＭＯＲ測定を繰り返すことにより、層３プラズマ波成分と熱波成分とが本質的に無く、実質的に下部層４中の過剰キャリア濃度のみに依存するＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}が得られる。双方のＰＭＯＲ信号の比Ｒ_ａは、測定されたドープ領域１１の接合深さＸ_ｊの絶対値を表す。このアプローチでは、ＰＭＯＲ信号を決定する基板２の光学的および物理的なパラメータは、参照試料とテスト試料の双方で、同じ基板２にドープ領域１１とアンドープ領域１２とが形成されたように等しい。

図９は、接合深さＸ_ｊの接合５を有する少なくとも１つのドープ領域１１を含む基板の模式的な断面図を示す。この基板は、接合深さＸ’_ｊ、Ｘ’’_ｊの接合５’、５’’を有する追加のドープ領域１１’、１１’’を含んでも良い。プロセスのばらつきにより、それらのドープされた領域１１、１１’、１１’’の間の活性化されたドーピングプロファイルは変化し、互いにばらついた接合深さＸ_ｊ、Ｘ’_ｊ、Ｘ’’_ｊとなる。プローブ８とポンプ７のレーザビームの間の十分なオフセットｄで、このドープされた領域１１の１つの上でＰＭＯＲ測定を行うことにより、層３プラズマ波成分と熱波成分とが本質的に無く、実質的に接合深さＸ_ｊと下部層４中の過剰キャリア濃度のみに依存するＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｌａｙｅｒ}が得られる。プローブ８とポンプ７のレーザビームの間の十分なオフセットｄで、このドープ領域１１’、１１’’の１つの上でＰＭＯＲ測定を繰り返すことにより、層３プラズマ波成分と熱波成分とが本質的に無く、実質的に接合深さＸ’_ｊ、Ｘ’’_ｊと下部層４中の過剰キャリア濃度のみに依存するＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}が得られる。双方のＰＭＯＲ信号の比Ｒ_ａは、測定されたドープ領域１１’、１１’’の接合深さＸ’_ｊ、Ｘ’’_ｊの相対値を表す。このアプローチでは、ＰＭＯＲ信号を決定する基板２の光学的および物理的なパラメータは、参照試料とテスト試料の双方で、同じ基板２にすべてのｐドープ領域１１、１１’、１１’’が形成されたように等しい。

図１０は、接合深さＸ_ｊの接合５を有する少なくとも１つのドープ領域１１を含む基板の模式的な断面図を示す。このドープ領域１１は、基板の第１主表面１３に形成される。基板２中に活性化されたドープ層３を形成する工程の前に、この表面１３の上でＰＭＯＲ測定を行うことにより、参照ＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}が得られる。ドープ層３が形成された後に、この表面１３の上でＰＭＯＲ測定を繰り返すことで、テストＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｌａｙｅｒ}が得られる。このアプローチでは、ＰＭＯＲ信号を決定する基板２の光学的および物理的なパラメータは、参照試料とテスト試料の双方で同じである。

先のパラグラフでは、テスト試料と参照試料が形成された基板の間の同一性が、テスト試料と参照試料とを同じ基板上に形成することで、特に同じ基板２の同じ表面１３に形成することで得られた。代わりに、ドープ層３が形成された第１主表面１３の上で、ＰＭＯＲテスト信号を測定しても良い。ＰＭＯＲテスト信号は、この基板２の他の主表面１４で測定しても良い。図１０は、このアプローチを示す。このアプローチでは、ＰＭＯＲ信号を決定する基板２の光学的および物理的なパラメータは、参照試料とテスト試料の双方で、テストＰＭＯＲ信号と参照ＰＭＯＲ信号が同じ基板２から得られたように等しい。プローブ８とポンプ７のレーザビームの間の十分なオフセットｄで、このドープ領域１１の上でＰＭＯＲ測定を行うことにより、層３プラズマ波成分と熱波成分とが本質的に無く、実質的に接合深さＸ_ｊと、下部層４または基板２の中の過剰キャリア濃度のみに依存するＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｌａｙｅｒ}が得られる。プローブ８とポンプ７のレーザビームの間の十分なオフセットｄで、アンドープの主表面１４でＰＭＯＲ測定を繰り返すことにより、層３プラズマ波成分と熱波成分とが本質的に無く、実質的に基板２の中の過剰キャリア濃度のみに依存するＰＭＯＲ信号ΔＲ／Ｒ^Ｉ _{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}が得られる。双方のＰＭＯＲ信号の比Ｒ_ａは、測定されたドープ領域１１の接合深さＸ_ｊの絶対値を表す。

基板の異なる表面１３、１４がテストＰＭＯＲ信号と参照ＰＭＯＲ信号を形成するために使用された場合、それらの表面１３、１４にポンプレーザ８、８’とプローブレーザ７、７’のビームを供給できる装置１７が必要となり、これにより同じＰＭＯＲパラメータのセッティングが用いられる。図１１および図１２は、基板の第１主表面１３の上に形成された半導体接合の深さの絶対値を決定するための、そのような装置１７の代わりの変形であり、これにより基板は更に第２主表面１４を含む。装置１７は、ポンプレーザビーム７とプローブレーザビーム８、ポンプレーザ８のビームを基板２の第１主表面１３上のスポットに収束させて、このポンプレーザビームスポットの周囲の領域において下部基板２の屈折率プロファイルを変調させる手段１６と、プローブレーザ７のビームを基板２の第１主表面１３上にポンプレーザビームスポットからオフセットｄで収束させる手段１５、第１主表面上の光変調された領域により反射されたプローブレーザビーム９の所定の特性を測定する手段と、を含み、装置１７は更に、ポンプレーザビーム７’とプローブレーザビーム８’を第２主表面１４に収束させる手段と、アンドープの第２主表面１４の上の光変調された領域により反射されたプローブレーザビーム９’の所定の特性を測定する手段とを含む。装置１７は、更に、プローブレーザビーム８、８’とポンプレーザビーム７、７’との間のオフセットｄを、基板２の第１ドープ主表面１３と第２ドープ主表面のそれぞれで、変化させる手段を含む。

図１１では、そのようなＰＭＯＲ装置１７の概略が示される。装置は、ポンプレーザ７とプローブレーザ８のビームを形成し、基板２の第１のドープ表面１３に収束させ、照射でこの表面１３により形成されたＰＭＯＲ信号９を検出する手段１５、１６を含む。この装置は、更に、ポンプレーザ７’とプローブレーザ８’のビームを形成し、基板２の第２のアンドープの表面１４に収束させ、照射でこの第２の表面１４により形成されたＰＭＯＲ信号９’を検出する手段１５’、１６’を含む。

図１２では、代わりにＰＭＯＲ装置１７の概略が示される。この装置は、ポンプレーザ７とプローブレーザ８のビームを形成し、基板２の第１のドープ表面１３に収束させ、照射でこの表面１３により形成されたＰＭＯＲ信号９を検出する手段１５、１６を含む。この装置は、更に、ポンプレーザ７とプローブレーザ８のビームを、基板２の第２のアンドープの表面１４に向け直し、照射でこの表面１４により形成されたＰＭＯＲ信号９’を検出する手段１８、１８’を含む。テストＰＭＯＲ信号と参照ＰＭＯＲ信号とを形成し、検出するために、基板２と測定光学および検出システム１５、１６を再利用することで、この記載にかかる導出方法の精度は、更に改良できる。

先の記載は、本発明の所定の具体例について詳述する。しかしながら、テキストで以下に詳細に先の記載がなされようと、本発明は多くの方法で実施できることが認識されるであろう。なお、本発明の所定の特徴や形態を記載する場合の、特定の用語の使用は、この用語がここで用語が関係する本発明の特徴や形態の特定の特徴を含むように限定されて再定義されることを意味すると取るべきでない。

上記詳細な説明は、さまざまな具体例に適用された、本発明の新規な特徴について、示し、記載し、そして指摘したが、本発明の精神から離れることなく、記載されたデバイスやプロセスの形態や細部において、さまざまな省略、代替え、および変形が当業者によって行うことができることが理解できるであろう。

Claims (14)

1. 光変調光反射測定技術を用いて、基板（２）の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）であって、この方法は、
   半導体接合を含む少なくとも第１領域（１１）を有する基板（２）を得る工程と、
   参照領域（１１’、１１’’、１２）を得る工程と、
   少なくとも１回、以下のシーケンス：
   （ｉ）光変調光反射率測定のための測定パラメータのセットを選択する工程であって、ポンプレーザビーム（７）とプローブレーザビーム（８）がそれぞれ収束する基板（２）上の２つのスポットの間のオフセットを選択し、これにより、層プラズマ波成分と熱波成分を無視できるようにする工程（１１０）、
   （ｉｉ）選択されたパラメータのセットを用いて、少なくとも第１領域の上で、半導体接合（５）を有する基板プラズマ波成分を表す第１光信号を測定する工程（１２０）、
   （ｉｉｉ）選択されたパラメータのセットを用いて、参照領域の上で、第２光信号を測定する工程（１３０）、
   （ｉｖ）第２光信号に対する第１光信号の比を測定し（１４０）、この後に、この比から、半導体接合（５）の深さを導き出す工程（１５０）、
   を行う工程と、を含む方法（１００）。
2. 半導体接合（５）の深さの値を測定する工程は、半導体接合（５）の深さの絶対値を測定する工程（１４０）を含む請求項１に記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
3. 基板（２）は、半導体接合（５）を含まない少なくとも第２領域（１２）を含み、参照領域は第２領域（１２）に形成される請求項１または２のいずれかに記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
4. 第２光信号は、接合を形成する工程の前に、基板上で測定され、第１光信号は、基板（２）に接合が形成された後に基板上で測定される請求項１または２のいずれかに記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
5. 参照領域を得る工程は、接合の無い他の基板を準備する工程を含み、この他の基板の光学および半導体の特性は、実質的に接合を有する基板と同じであり、第１光信号は接合（５）を有する基板（２）上で測定され、第２光信号は接合を有しない基板上で測定される請求項１または２のいずれかに記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
6. 半導体接合（５）の深さは、以下の式：
   

   

   の比から導出され、ここでＸ_ｊは接合深さ、λ_{ｐｒｏｂｅ}は試料の測定に用いられるレーザビーム（８）の光波長、ｎ_０は自由キャリアの無い基板（２）の屈折率、Ｒ_ａは第１光信号の第２光信号に対する比である請求項１〜５のいずれかに記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
7. 参照領域は、半導体接合（５’、５’’）を含む基板の他の領域（１１’、１１’’）からなり、他の領域（１１’、１１’’）は第１領域とは異なり、半導体接合（５）の深さの値を測定する工程は、半導体接合（５）の深さの相対値を測定する工程を含む請求項１に記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
8. 半導体接合（５）の深さは、以下の式：
   

   

   の比から導出され、ここで、Ｘ_ｊは接合深さ、Ｘ_ｊ ^{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}は参照領域の接合深さ、λは試料の測定に用いられるレーザビームの光波長、ｎ_０は自由キャリアの無い基板の屈折率、ΔＲ／Ｒ_{ｌａｙｅｒ}は第１領域の光変調光反射信号、ΔＲ／Ｒ_{ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ}は参照領域の光変調光反射信号である請求項７に記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
9. 基板を表す第１および／または第２の光信号を測定する工程は、
   ポンプレーザビーム（７）を提供する工程と、
   プローブレーザビーム（８）を提供する工程と、
   基板上のスポットにポンプレーザビーム（７）を収束させる工程であって、ポンプレーザビーム（７）は基板の領域でその屈折率プロファイルを変調させる工程と、
   基板（２）上の他のスポットにプローブレーザビーム（８）を収束させる工程と、
   光変調された領域により反射（９）されたプローブレーザビーム（８）の予め決められた特性を測定する工程と、を含む請求項１〜８のいずれかに記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
10. 工程ｉ）〜工程ｉＶ）のシーケンスが、オフセットｄに対して他の値を選択することにより繰り返される請求項９に記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
11. 工程ｉ）〜工程ｉＶ）のシーケンスが、その比が１から−１の間の値に収束するまで、オフセットｄを増加させて繰り返される請求項１０に記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
12. 反射したプローブレーザビームの所定の特性を測定する工程は、ポンプレーザビームと同調する反射したプローブレーザビームの成分を測定する工程を含む請求項９〜１１のいずれかに記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
13. 接合（５）は基板（２）の表面に隣接して形成され、この方法は更に、測定中に、第１光信号が収束し、および第２光信号が収束するように、表面におけるキャリアの再結合を低減する工程を含む請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。
14. 基板は、半導体層である請求項１〜１３のいずれかに記載の半導体接合（５）の深さの値を測定する方法（１００）。

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