JPH05502755A - ｐｎ接合部を形成するウェルの垂直方向侵入深さおよび横方向侵入深さを求める方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｐｎ接合部の位置検出方法 従来の技術 本発明は請求項１の上位概念による、ブレーナ技術で作製された半導体構成要素 での、拡散注入された電極のｐｎ接合部の位置ないし浸透深さの検出方法に関す る。

半導体構成部材を製造する際、プレーナプロセス内では実行されたデポジション および拡散を制御する必要がある。そのためには一般的に、各回分毎に流入する プレートの１つをいわゆる検査プレートとして表面層拡散および浸透深さの検出 のためだけに使用する。

そのために検査プレー８上の拡散および層抵抗測定後に溝研摩面を作成する。化 学薬品による処理後、ｐドーピング領域とｎドーピング領域は異なって着色され 、そのため溝を顕微鏡で測定し、浸透深さを近似的に計算することができる。

特に高集積化電力半導体の場合、デポジションおよび拡散を複数回制御すること が必要になり得る。このことは、複数の検査プレートを共に案内し、評価しなけ ればならないことを意味する。さらに化学薬品の取扱、特にフッ素−水素を使用 する場合はコストがかかり、無害ではない。

発明の利点 ブレーナ技術で製造されたダイオード／トランジスタにおいて、ｐｎ接合部ない し拡散された電極の浸透深さを検出する本発明の方法によって次の利点が得られ る。テストパターンを使用することによってデータの確実性が高まる。１回分の すべてのプレートを構成部材により構造化することができ、一般的に収量が増大 する。取り扱いの困難な化学薬品を完全に省略することができる。ラフカ一工程 または露光工程における検査プレートの特別な処理も同様に省略される。溝セク ションの取り付は等の機械的作業はもはや必要ない。

さらに浸透深さの検出は自動化される。浸透深さは従来よりも高精度で検出され る。拡散チューブのいずれの個所でも常時、拡散制卸を行うことができる。

図面 本発明の２つの方法が図面に示されており、以下詳細に説明する。

図１は、種々異なる間隔でのウィンドベアのマスク、ドーピングプロフィルおよ び特性曲線を示す模式図、図２は、酸化ウェッブを有するテストパターンの模式 図、 図３は、パンチスルー電圧Ｕと拡散注入される物質内の空間電荷ゾーンの拡がり ｌの関係を示す電圧放物曲線図。

図４は、図３の電圧放物曲線図を０．５で累乗して得られた直線図である。

本発明の方法は、マスクエツジにおける垂直方向浸透深さと水平方向浸透深さの 関係を使用する。その際の目的は、表面における横方向拡散ないし浸透深さＹ」 をめ、定数Ｃ＝Ｘｊ／Ｙｊを用いて垂直方向浸透深さを計算することである。

その際、拡散注入される物質のドーピング濃度Ｎｂ、注入量ＱＡおよびドープ材 料の拡散定数り並びに拡散持続時間ｔＤｌこ従い、垂直方向浸透深さＸｊと水平 方向浸透深さＹｊとの間に一定の関係Ｃ（Ｎｂ、ＱＡ、Ｄ、ｔＤ）が生じること を使用する。Ｃは種々異なる条件に対してプロセス定数として計算することがで き、相関して記憶される。

Ｙ」を検出するためにリングラフステップでデポジションの前に少なくとも１つ のテストパターンが露光される。このテストパターンはＮ対のウィンドを含む。

その際１つのベア内の２つのウィンドの間隔ｄｌａｙＯＵｔはベア毎にそれぞれ 有利には一定量Δｄだけ増加する。そのため第１のベア（ｎ＝１）には最小の間 隔が、最後のベア（ｎ＝Ｎ）には最大の間隔が存在する。これは図１の左側に示 されている。ここでそれぞれのウィンドは、種々異なる間隔を有するマスクない しダイオード接合部ａとｂに図示されている。

Δｄ；一定の場合に次式が成立する。

ｄ（ｎＮａｙｏｕｔ　：ａ（１）ｌａｙｏｕｔ　＋　（ｎ−１）Δｄ（ｎ−１・ 　Ｎ） テストパターンのレイアウト間隔が正しく選択されていれば、ベアｌの２つのウ ェルは重なり、ベアＮの２つのウェルは相互に分離される（図１の中央）。２つ のウェルは横方向に順次連続して拡散される。

デポジション、拡散および場合により新たにテストパターンのウィンドを開口し た後の後続のリングラフプロセスでは、それぞれのベアの開口部での接触接続に より、開口部間の電気抵抗を測定できる。

ベアｌにおいてはオーミックな抵抗特性直線を測定し、ベアＮにおいては阻止方 向に駆動されるダイオードｂのパンチスルー電圧を１定する。有利にはこの測定 の際、ダイオードａを短絡する。それにより付加的なラテラルトランジスタ作用 が発生しない。

ウィンドベア１とＮの間にはベアｎｏがある。このベアｎｏでは２つのウェルが ちょうど均等に接触する。

すなわち、ベアｎｏ−１で既にオーバラップが発生しており、一方ベアｎｏ＋１ では２つのウェル間の導電接続は他方のウェルにおける阻止ｐｎ接合部の空間電 荷ゾーンのパンチスルーによって初めて可能になる。

ベアｎｏはすべてのウィンドベアの電流／電圧関係を分析することにより容易に められる。図１の第３行かられかるように、ウィンドベアｎｏまでに電流と電圧 との間に線形なオーム性関係が生じる。ｎ　）　ｎ　Ｏのそれ以上の領域では電 流／電圧関係は線形ではなく、そのことからベアｎｏをめることができる。

このようにして変数ｄ　（ｎｏ）ｌａｙｏｕｔがめられる。しかしこの変数はフ ォトレジストのアンダーエツチングのため、実際に作用する変数ｄ　（ｎｏ）　 ｅｆ　ｆに相応しない。そのため酸化エツジｄｕ毎に２倍のアンダーエツチング だけ補正しなければならない。

従って次式があてはまる。

ｄｅｆｆ（ｎｏ）　＝　ｄ（ｎｏ）ｌａｙｏｕｔ　−２ｄｕｄｕをめるためにテ ストパターンにに個の暗いフィールドが設けられる。それによりポジティブプロ セスでは一連の酸化ウェッブが発生する。これは図２の左側に示されている。こ のフィールドｂ（ｋ）ｌａｙｏｕｔの幅はフィールド毎に、有利には一定量Δｂ だけ上昇する。従いΔｂ＝一定の場合、フィールドの幅に対して次式がなりたつ 。

ｂ（ｋ）ｌａｙｏｕｔ　＝　ｂ（１）ｌａｙｏｕｔ　＋　（ｋ−１）Δｂ（ｋ＝ １・・・Ｋ） フィールドｂ　（ｋ）ｌａｙｏｕｔの幅を適切に選択し、フィールドの数Ｋが正 しい場合、アンダーエツチングが作用し、量も狭いｋｏ酸化ウェッブはちょうど すべて浸食され、ウェッブｋｏ＋１からエツチング残留物が残る。それにより幅 広のｋ＞ｋｏ＋１のウェッブはすべて少なくとも明瞭な酸化エツジを有する。こ こで１＜ｋｏ＜Ｋである。

残ったに−ｋｏ酸化ウェッブを減算することにより、に、　Ｏおよびアンダーエ ツチングをめることができるｂ　（ｋｏ）ｌ　ａｙｏｕｔ＝２ｄｕ このようにしてｐｎ接合部の横方向の浸透深さＹｊ＝ｄｅｆｆ／２と、Ｃ＝Ｘｊ ／Ｙｊにより垂直方向浸透深さＸｊをめることができる。

まとめるとΔｄ＝Δｂが選択されていれば次式があてはまる： Ｙｊ＝１／２（ｄ（１）ｌａｙｏｕｔ−ｂ（１）ｌａｙｏｕｔ＋ｌｒ＋ｏ−ｋｏ ）Δｄ）Ｘｊ＝ｃ　（Ｎｂ、ＱＡ、Ｄ、ｔＤ）Ｙｊ（ＩＩ） 垂直方向浸透深さを検出するためには、単にｎｏとｋＯを測定および減算により め、代入するだけでよい。

前記の方法では、ｎｏが抵抗測定の評価ないしすべてのウィンドペアについての 特性曲線の評価によってめられる。図３および図４と関連して説明する本発明の 方法の別の構成では、テストパターンを格段に縮小し、同時にｐｎ接合部の位置 検出をさらに簡単化かつ正確にする二とができる。

テストパターンではウィンドベアの測定によって、指数ｎとダイオードの阻止方 向での阻止電圧Ｕｓｐの関係をめることができる。阻止電圧Ｕｓｐの全経過はｎ に依存して３つの区間に分けられる。その際、測定電流ＪＯは一定でなければな らない。二の３つの区間は図３にローマ数字■、ＩＩ、ＩＩＩにより示されてい る。

区間Ｉは領域１≦ｎ≦ｎｏに相当する。ここでは拡散注入されたウェルは相互に 連結されており、バンチスルーは存在しない。そこの電圧値は小さくほぼ一定で ある。

区間ＩＴは領域ｎｏ≦ｒ＋；Ｓｎ’　に相当する。ここではウェルは分離されて おり、バンチスルーが発生する。

この領域ではｎの増加と共に電圧Ｕｓｐは上昇する。

第３の区間ＩＩＩは領域ｎ゛≦ｎ　Ｓ　Ｎに相当する。

ここではウェルは分離され、バンチスルーがもはや生じ得ない程相互に離れる。

表面ではブレークダウンが発生する。従って測定された電圧Ｕｓｐはｎに依存し ない。

区間■から区間ＩＩへの接合部の正確な位置がめられる。この位置は真の横方向 浸透深さＹｊＯに相応する。バンチスルー電圧を拡散注入される物質内の空間電 荷ゾーンの拡がり１に依存して検出する場合、領域Ｉ＋では、放物曲線がブレー ナ法で作成されたｐｎ接合部の広い領域に対する関係を説明するのに最適である ことがわかる。すなわち領域ＩＩでは次式があてはまる Ｕ美１２　または　１（１）Ｕ’　（１／２）この関係は図３に、ダイオードｂ の阻止電圧Ｕｓｐと指数ｎないし領域ＩＩの空間電荷ゾーンの拡がり１との依存 関係として示されている。

０．５で累乗した領域ＩＩのＵ値は請求められた軸区間ｎＯ＊と勾配ｍ、＝’（ Δ（Ｕ）／Δｎを有する直線上にある。

この直線は電圧放物曲線（図３）上の２つの測定からめられる６　２つのこのよ うな測定点は例えば図４にプロ、ｌトされている。この測定点から勾配ｍと、相 応の直線区間の位置がめられた。直線の延長により。

個所ｎｏ″での零通過点が得られる。ＹｊＯをめるために、一般的に自然でない 数ｎｏ”を式（１）にｎｏの代わりに代入する。しかし測定影響に対する不感度 は、ＹｊＯ検出のための測定点を数多く使用すればする程大きくなる。ＹｊＯ検 出のこの形式は真の横方向浸透深さＹｊＯの値を与える。この値は原理的に前述 の方法の測定よりも正確である。前述の方法では、拡散されたウェル間のオーム 性接続が最後に生じたウィンドへアの指数ｎｏがめられる。しかしこのことは指 数ｎＯとｎｏ＋１の間に真の横方向浸透深さが存在しなければならないことを意 味する。この個所は第１の方法による測定に対しては接近不可能なものであるが 、しかし電圧放物曲線を適合させる第２の方法によれば接近可能である。

直線の勾配ｍは、ドーピング濃度Ｎｂまたは拡散注入される物質の固有抵抗ρに 関する情報を与える。勾配ｍは電圧放物曲線の開口を表し、Ｎｂが小さいほど、 また固有抵抗ρが大きいほど、小さい。従って勾配ｍを用いて、これらの変数が 相関関数に配属されていればドーピング濃度Ｎｂないし固有抵抗ρを推定するこ とができる。

二の検出方法により理論的にはテストパターンを２つのウィンドベアまで低減す ることができる。前述の２倍のアンダーエツチングだけの補正を行う場合、実際 上は、発生するすべてのｋｏ値において電圧放物曲線状の少なくとも２つの測定 が可能であるだけの多数のウィンドペアを設けなければならない。

エッチフグ前　エッチノブ後 ｋｏす１　口　＝ 宏２珍オ　− 国際調査報告 一一一一一〜−一””’ｋ　ＰＣＴ／ＤＥ９０１０Ｏ１’＋９９国際ｖ４ｆ報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．ブレーナ技術で作成された半導体構成素子のｐｎ接合部の位置検出方法にお いて、 ドーピング前のプロセスステップにて、少なくとも１つのテストパターンを組み 込み、 該テストパターンはＮベアのウィンドを含んでおり、該ウィンドは有利には、ベ アの２つのウィンドの間隔がベア毎に増加するように配置されており、従い、第 １のベア（ｎ＝１）では間隔が最小であり、最後のベア（ｎ＝Ｎ）では間隔が最 大であり、ウィンドベアの間隔は、ブレーナプロセスで形成されたウェルが第１ のウィンドベア（ｎ＝１）では重なり合い、最後のウィンドベア（ｎ＝Ｎ）では ウェルが相互に分離されるように選択されており、従い、前記ウィンドベアの間 に１つのウィンドベア（ｎ＝ｎ０）が存在し、当該ウィンドベア（ｎ＝ｎ０）で は２つのウェルが近似的にちょうど接触しており、ｐｎ接合部の形成後、場合に よりテストパターンのウィンドの新たな開口後、後続のプロセスステップにて、 開口部におけるそれぞれ１つのベアの接触接続により、電流−電圧特性を測定し 、 当該測定により、ウェルがちょうど接触するウィンドベア（ｎ＝ｎ０）を検出し 、 そこから、横方向浸透深さ（Ｙｊ）を当該ベア（ｎ＝ｎ０）のウィンドの半分の 間隔（ｄ）として求め、Ｙｊ＝ｄ／２ さらにそこから、垂直方向浸透深さ（Ｘｊ）を次式により求め、 Ｘｊ＝Ｃ・Ｙｊ ここでＣは横方向浸透深さ（Ｙｊ）と垂直方向浸透深さ（Ｘｊ）との関係を表す ものである、ことを特徴とする、ｐｎ接合部の位置検出方法。
2. ２．ベアの２つのウィンドの間隔は、ベア毎に一定量Δｄだけ増加し、従い ｄ（ｎ）＝ｄ（１）＋（ｎ−１）・Δｄ（ｎ＝１…Ｎ） があてはまる請求項１記載の方法。
3. ３．ウィンドベア（ｎ＝ｎ０）を求めるために抵抗測定する際、ウィンドベアの 電流−電圧関係を分析し、ここで、比較的に小さい間隔を有するウィンドベア（ ｎ≦ｎ０）ではウェルは重なり合い、ないし相互に接触し、そのため線形の電流 −電圧関係を有する抵抗特性が存在し、 比較的に大きな間隔を有するウィンドベア（ｎ＞ｎ０）では、ウェル間の導電接 続が、阻止ｐｎ接合部の空間電荷ゾーンから他方のウェルヘのパンチスルーによ って初めて可能であって、非線形の電流−電圧関係にあり、 従い、線形の電流−電圧関係から非線形の電流−電圧関係への移行によって前記 ウィンドベア（ｎ＝ｎ０）を求める請求項１記載の方法。
4. ４．接合部の正確な位置を求め、 当該接合部では、存在する真の横方向浸透深さ（Ｙｊ０）に基づき、相応するウ ィンドベアのウェルがちようど相互に接触し、 当該位置は、ウィンドベア（ｎ０）と（ｎ０＋１）からの値の間にあり、次式に より、 Ｙｊ＝ｄ（ｎ０）／２≦Ｙｊ０＜ｄ（ｎ０＋１）／２パンチスルー電圧Ｕと、拡 散注入される物質内の空間電荷ゾーンの拡がり１との関係を用い、Ｕ〜１．αな いし１〜Ｕ．（１／α） により、少なくとも３つの測定と、１／αによる電圧値の累乗によって、線図Ｕ ．（１／α）にて増加するウィンドベア指数（ｎ）に関して、 勾配ｍ＝Δ（Ｕ．（１／α））／Δｎ を有する直線区間を求め、 当該直線区間を零点通過（Ｕ．（１／α）＝０）まで延長し、 当該零点通過の位置から、横方向浸透深さ（Ｙｊ０）の真の大きさを求める、請 求項１記載の方法。
5. ５．ウィンドベアにて、阻止方向で駆動される一方のダイオード（ｂ）のパンチ スル−電圧を測定し、他方のダイオード（ａ）をこの時間中短絡する、請求項１ から４までのいずれか１記載の方法。
6. ６．ダイオード（ｂ）の阻止電圧と、ダイオード（ｂ）での空間電荷ゾーンの拡 がり１との関係を、拡散注入される物質のドーピング濃度Ｎｂを検出するために 使用する、従い次式があてはまる、 １＝ＣＯ・（Ｕｓｐ／Ｎｂ）．（１／α）ＣＯ＝一定 →Ｎｂ．（１／α）＝Ｃｌ・Δ（Ｕｓｐ．（１／α）／Δｎ＝Ｃｌ．ｍＣｌ＝Ｃ Ｏ／Δｄ →Ｎｂ＝（Ｃｌ．ｍ）．α αとｍは既知であり、Ｃｌは相関から求められる、請求項１から４までのいずれ か１記載の方法。
7. ７．重なり合うウェル（ｎ≦ｎ０）を有するウィンドベアにて電流−電圧関係を 求め、 線形の電流−電圧関係から非線形の電流−電圧関係への移行を、領域（ｎ≦ｎ０ ）において抵抗のウィンド間隔に対する依存性を分析することにより検出し、こ れによりウェルがちようと相互に接触するウィンド間隔を推定し、 さらにこれにより真の横方向浸透深さ（Ｙｊ０）を求める、請求項１から３まで のいずれか１記載の方法。
8. ８．電気測定により求められた間隔量（ｄ）ないしそこから求められた横方向浸 透深さ（Ｙｊ）を、レイアウト尺度とエッチング尺度との間の差２・ｄｕだけ実 際に作用する間隔量ｄｅｆｆに補正し、従い次式があてはまる、 ｄｅｆｆ（ｎ０）＝ｄｌａｙｏｕｔ（ｎ０）−２・ｄｕ請求項１から７までのい ずれか１記載の方法。
9. ９．テストパターンに、幅 ｂｌａｙｏｕｔ（ｋ）（ｋ＝１…ｋ） の複数のフィールドを、ブレーナプロセスで種々異なる幅を有する一列の酸化ウ ェッブが発生するよう設け、該フィールドは有利には、酸化ウェッブのウェッブ 幅がウェッブ毎に増加するように配置されており、ブレーナプロセスで発生した レイアウト尺度とエッチング尺度との差によって、比較的に狭い酸化ウェッブ（ ｋ＝１からｋ＝ｋ０，１≦ｋ０≦ｋ）は消失し、それにより比較的幅の広い酸化 ウェッブ（ｋ≧ｋ０＋１）だけが残り、 存在する酸化ウェッブを減算することにより、酸化ウェッブｋ０を求め、 レイアウト尺度とエッチング尺度との差を、ｄｕ＝ｂｌａｙｏｕｔ（ｋ０）／２ に対して求める、請求項８記載の方法。
10. １０．フィールドの幅はフィールド毎に、一定量Δｂだけ増加し、従い次式があ てはまる、 ｂｌａｙｏｕｔ（ｋ）＝ｂｌａｙｏｕｔ（１）＋（ｋ−１）・Δｂ（ｋ＝１…ｋ ） 請求項９記載の方法。