(57)【要約】【課題】Ｎ型半導体ウェハの面内抵抗率の測定を安定させ、この測定による信頼性を向上させることができるＮ型半導体ウェハの抵抗率測定方法を提供すること。【解決手段】ウェハに対して紫外線照射を行い、ウェハの表面に厚みが１ｎｍ以上の酸化膜を形成する。次に、酸化膜が形成されたウェハに対してコロナ放電を行う。そして、コロナ放電により熱平衡状態となったウェハに対して光源から光を照射する。次に、測定プローブにより、ウェハの表面近傍に形成された空乏層によって検出可能となったΔＶｓを検出する。そして、このΔＶｓから空乏層の幅を算出し、空乏層の幅からキャリア濃度を算出し、さらに、キャリア濃度から抵抗率へ換算する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ型半導体ウェハの抵抗率を表面光電圧法によって測定するＮ型半導体ウェハの抵抗率測定方法であって、
前記Ｎ型半導体ウェハの表面に、１ｎｍ以上の厚みの酸化膜を形成した後、
コロナ放電により前記酸化膜の表面に電界を印加し、
前記酸化膜の表面近傍に形成される空乏層の幅を測定することにより抵抗率を得る
ことを特徴とするＮ型半導体ウェハの抵抗率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ型半導体ウェハの抵抗率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハの抵抗率を測定する方法として、表面光電圧（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｖｏｌｔａｇｅ、ＳＰＶ）法が知られている（例えば、特許文献１および２）。ＳＰＶ法は、ウェハに対して非接触の状態で測定できるため、ウェハを汚染や破壊することなくその特性を測定することができることから、優れた測定方法として期待されている。
例えば、Ｎ型半導体ウェハの抵抗率をＳＰＶ法により測定する場合、まず、ウェハの表面に紫外線を所定時間照射することによりウェハの表面に酸化膜を形成させる。そして、コロナ放電により酸化膜上にマイナスイオンを堆積させて最大空乏層を形成し、これによりウェハの表面が反転状態となる。反転状態となると、最大空乏層の幅を測定することができ、この最大空乏層の幅からキャリア濃度が得られ、このキャリア濃度から抵抗率へ換算することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７９１１４号公報
【特許文献２】特開２００３−４５９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１および２では、Ｐ型半導体ウェハについて記載されており、Ｎ型半導体ウェハに適用したとしても、安定した抵抗率を得ることはできない。
また、前述のようにＮ型半導体ウェハの抵抗率をＳＰＶ法で測定した場合、Ｎ型半導体ウェハの全面において均一な抵抗率分布を得ることができず、測定結果の信頼度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、Ｎ型半導体ウェハの面内抵抗率の測定を安定させ、この測定による信頼性を向上させることができるＮ型半導体ウェハの抵抗率測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＮ型半導体ウェハの抵抗率測定方法は、Ｎ型半導体ウェハの抵抗率を表面光電圧法によって測定するＮ型半導体ウェハの抵抗率測定方法であって、前記Ｎ型半導体ウェハの表面に、１ｎｍ以上の厚みの酸化膜を形成した後、コロナ放電により前記酸化膜の表面に電界を印加し、前記酸化膜の表面近傍に形成される空乏層の幅を測定することにより抵抗率を得ることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、Ｎ型半導体ウェハの抵抗率を測定する際に、Ｎ型半導体ウェハの表面に１ｎｍ以上の酸化膜を形成した後、この酸化膜の表面にコロナ放電による電界を印加する。これにより、Ｎ型半導体ウェハの表面近傍には空乏層が形成され、ウェハの表面の電位障壁高さを変化させる。この電位障壁高さの変化を検出することで空乏層の幅を得ることができ、この空乏層の幅から抵抗率を得ることができる。
このように、コロナ放電処理の前に形成する酸化膜の厚みを１ｎｍ以上とすることにより、Ｎ型半導体ウェハの各点の抵抗率のばらつきを小さくすることができ、安定した面内抵抗率を得ることができる。したがって、測定結果の信頼性を向上させることができる。
特に、ＳＰＶ法では、Ｎ型半導体ウェハに非接触の状態で抵抗率を測定できるため、ウェハを汚染や破壊することなく、信頼性の高い測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる紫外線照射装置の模式図である。図２は、抵抗率測定装置の模式図である。図３は、コロナ放電処理の状態を示す概念図である。図４は、ウェハの抵抗率の測定方法を示すフローチャートである。
【０００９】
（１．紫外線照射）
まず、Ｎ型半導体ウェハ１（以下、ウェハ１と称す）に紫外線を照射するための紫外線照射装置１０を、図１を用いて説明する。
図１に示されるように、紫外線照射装置１０は、ウェハ１を内部に収納するチャンバ１１を有している。チャンバ１１は、ウェハ１をチャンバ１１内部に出し入れするためのドア１１１と、ウェハ１を支持する載置用ピン１１２と、紫外線ランプ１１３と、チャンバ１１の内部と外部にガスを流通させるガス流通路１１４と、を有している。
【００１０】
載置用ピン１１２は、チャンバ１１の底面から鉛直方向に延びて複数配置され、これらの先端にはウェハ１が載置される。
紫外線ランプ１１３は、殺菌用ＵＶランプ、ブラックライト等種々のランプを採用することができるが、ピーク波長が２００ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【００１１】
このような紫外線照射装置１０を用いて、ウェハ１の表面に紫外線を照射することにより、チャンバ１１内の大気がイオン化され、ウェハ１の表面に酸化膜が形成される。
本実施形態では、ウェハ１に厚みが１ｎｍ以上の酸化膜を形成する。酸化膜の厚みが１ｎｍ未満であると、ウェハ１の面内抵抗率にばらつきが生じ、測定結果の信頼性が低下するおそれがある。なお、酸化膜の厚みのより好ましい範囲は１．０３ｎｍ以上である。
酸化膜の厚みは、光を照射し、屈折率や吸収係数を求めることによって検出するエリプソメータを用いて測定することができる。
【００１２】
（２．コロナ放電および抵抗率の測定）
次に、酸化膜が形成されたウェハ１に対するコロナ放電処理およびＳＰＶ法による抵抗率測定の方法を、図２および図３を用いて説明する。
（２−１．抵抗率測定装置の構成）
図２に示す抵抗率測定装置２０は、ウェハ１を載置するための円板形状のステージ２１と、ステージ２１の上部に配置された長軸形状のコロナバー２２と、コロナ放電により形成される空乏層の幅を測定可能な測定プローブ２３と、このプローブ２３に内蔵され、ウェハ１に対して光を照射する光源２４（図３参照）と、を有している。
【００１３】
ステージ２１は、ウェハ１を載置した状態で、図示しない駆動装置により回転しながら左右に動作する。
コロナバー２２は、ステージ２１の直径以上の長さの長軸形状を有し、ステージ２１のほぼ中心部上方に配置される。コロナバー２２は、コロナバー２２が負極となるように該コロナバー２２とステージ２１間に高電圧を印加し、ウェハ１上でコロナ放電を発生させる。これにより、正にチャージしたウェハ１の表面に負イオンが降り注がれる。このとき、ステージ２１が回転しながら左右に動作することにより、ウェハ１の全面に均一に負イオンが降り注がれる。
【００１４】
測定プローブ２３は、ウェハ１の面内の各点を測定できるように、ウェハ１の上部に配置されている。測定プローブ２３は、コロナバー２２によりコロナ放電が発生されることにより発生するＳＰＶ信号を測定する。そして、このＳＰＶ信号の測定結果からウェハ１の表面近傍に形成された空乏層１０１の幅Ｗｄが得られ、この空乏層１０１の幅Ｗｄからキャリア濃度および抵抗率を算出することができる。
【００１５】
光源２４は、ウェハ１の全面に光を照射する。ウェハ１への入射光としては例えば、ウェハ１を構成するシリコン（Ｓｉ）のエネルギーギャップに対応する波長よりも短波長の光が用いられることが好ましい。これによれば、ウェハ１への入射光が空乏層１０１内で全て吸収されるため、入射光によってウェハ１中で励起される過剰キャリアは空乏層１０１のみで発生する。これらの過剰キャリアはウェハ１の内部電界によってのみ電荷分離されるため、ウェハ１のキャリア拡散長や裏面での表面再結合速度などの基板特性の影響を考慮する必要がない。したがって、信頼性の高い測定を行うことができる。
なお、負イオンの移動をコントロールするために、図３に示すように、コロナバー２２とウェハ１との間にコントロールグリッド２５を配置してもよい。
【００１６】
（２−２．ＳＰＶ法の原理）
Ｎ型半導体ウェハであるウェハ１に電界が印加されて光が照射されると、図３に示すように、ウェハ１の表面近傍には電子が存在しない空乏層１０１が形成される。測定プローブ２３（図２参照）は、この空乏層１０１の形成により発生するＳＰＶ信号を測定する。そして、この測定結果から空乏層１０１の幅Ｗｄが得られ、ウェハ１のキャリア濃度を得ることができる。以下にＳＰＶ法の測定原理を説明する。
ウェハ１に電界が印加されると、ウェハ１の表面は熱平衡状態となる。そして、ウェハ１を形成するシリコン（Ｓｉ）のバンドギャップエネルギー以上の光を光源２４からウェハ１の表面に照射すると、照射した光の波長に対応した侵入深さで過剰キャリアが発生する。発生したキャリアのうち正孔はウェハ１の表面側へ移動し、電子は空乏層１０１の端へ移動する。ウェハ１の表面に移動した正孔はウェハ１の表面の電位障壁高さをΔＶｓだけ変化させる。このΔＶｓはＳＰＶ信号として測定プローブ２３で検出され、このΔＶｓから空乏層１０１の幅Ｗｄが以下の式（１）より得られる。
【００１７】
ΔＶｓ＝−ｊ（Δφ／ω）（１−Ｒ）ｑ（Ｗｄ／εｓ）    …（１）
ここで、ｊは虚数単位、φは励起光強度、ωは励起光の角周波数、Ｒはウェハ表面の反射率、ｑは単位電荷量、εｓは半導体の誘電率である。
【００１８】
そして、空乏層１０１の幅Ｗｄを最大空乏層Ｗmaxとすると、以下の式（２）によりキャリア濃度Ｎｓが得られる。
【００１９】
Ｗmax＝［２εｓｋＴｌｎ（Ｎｓ／ｎｉ）／ｑ２Ｎｓ］１／２    …（２）
ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｎｉは真性自由キャリア濃度である。
【００２０】
そして、上記式により得られたキャリア濃度Ｎｓから抵抗率への換算は、例えば、ＡＳＴＭ（７２３−８１）によって行うことができる。
【００２１】
（３．抵抗率測定方法）
次に、ウェハ１の抵抗率を測定する方法を、図４を用いて説明する。
まず、ウェハ１を紫外線照射装置１０の載置用ピン１１２に載置し、紫外線照射を行い、ウェハ１の表面に厚みが１ｎｍ以上の酸化膜を形成する（ステップＳ１）。このときの紫外線照射時間は１５分である。
次に、酸化膜が形成されたウェハ１を抵抗率測定装置２０のステージ２１上に載置し、コロナ放電を行う（ステップＳ２）。そして、コロナ放電により熱平衡状態となったウェハ１に対して光源２４から光を照射する（ステップＳ３）。これにより、ウェハ１の表面付近に空乏層１０１が形成される。
【００２２】
次に、測定プローブ２３により、空乏層１０１の形成によって検出可能となったΔＶｓを検出する（ステップＳ４）。そして、このΔＶｓから前述の式（１）および（２）に基づいて空乏層１０１の幅Ｗｄを算出し（ステップＳ５）、空乏層１０１の幅Ｗｄからキャリア濃度を算出する（ステップＳ６）。そして、算出されたキャリア濃度から抵抗率へ換算する（ステップＳ７）。
【００２３】
上述の方法でウェハ１の面内の９点の抵抗率を測定し、これらの中から最大値（ＭＡＸ）、最小値（ＭＩＮ）、平均値（ＡＶＥ）を求め、以下の式を用いて、ウェハ１の面内における抵抗率のばらつきΔρを算出することができる。
Δρ（％）＝（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／ＡＶＥ×５０（％）
【００２４】
Δρは、４％以下であることが好ましい。Δρが４％を超えると、ウェハ１の面内抵抗率のばらつきが大きくなり測定結果の信頼性が低下してしまう。なお、Δρのより好ましい範囲は３．５％以下である。
ここで、Ｎ型半導体ウェハであるウェハ１の抵抗率は、０．１Ωｃｍ以上かつ８００Ωｃｍ以下の範囲である。
【００２５】
（４．本実施形態の作用効果）
以上のような本実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
Ｎ型半導体ウェハの抵抗率を測定する際の前処理として紫外線照射を行う際に、ウェハの表面に形成する酸化膜の厚みを１ｎｍ以上とした。このため、ウェハの抵抗率を測定する際、面内抵抗率のばらつきΔρが小さくなり、安定した面内抵抗率を得ることができる。したがって、本発明の抵抗率の測定方法における信頼度を向上させることができる。
【００２６】
（５．変形例）
なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の抵抗率測定装置２０において、電極として長軸形状のコロナバー２２を用いたが、電極の形状はどのような形状でも良く、例えば針状（ロッド）あるいは線状（ワイヤー）等、種々の形態のものを用いることができる。
【実施例】
【００２７】
次に、実施例を挙げて本実施形態をさらに詳しく説明する。
まず、実施例１〜３および比較例１の条件でウェハの表面に酸化膜を形成した。なお、本実施例で用いた装置は、ＱＣＳ社製の「ＳＵＲＦＡＣＥ  ＣＨＡＲＧＥ  ＰＲＯＦＩＬＥＲ  ＱＣＳ７２００」（ＳＣＰ）であり、上述の紫外線照射装置と抵抗率測定装置とが一体化されたものである。
［実施例１］
まず、結晶軸が（１００）のＮ型半導体ウェハ１を上述のチャンバ１１内に導入し、紫外線照射によりウェハ１の表面に酸化膜を形成した。このときの紫外線照射時間は１０分であり、１．００ｎｍの酸化膜が形成された。
【００２８】
［実施例２］
実施例１と同じ装置を用いてウェハ１の表面に酸化膜を形成した。
このときの紫外線照射時間は１５分であり、１．０２ｎｍの酸化膜が形成された。
【００２９】
［実施例３］
実施例１と同じ装置を用いてウェハ１の表面に酸化膜を形成した。
このときの紫外線照射時間は２０分であり、１．０４ｎｍの酸化膜が形成された。
【００３０】
［比較例１］
実施例１と同じ装置を用いてウェハ１の表面に酸化膜を形成した。
このときの紫外線照射時間は５分であり、０．９２ｎｍの酸化膜が形成された。
【００３１】
実施例１〜３および比較例１の紫外線照射時間と酸化膜の厚みとの関係を図５に示す。図５に示されるように、紫外線の照射時間が長いほど酸化膜の厚みが大きくなる。このように、酸化膜の厚みは紫外線照射時間に応じて変化するため、予め紫外線照射時間と酸化膜の厚みとの関係をグラフ化することで、所望の厚みの酸化膜を形成することができる。なお、より多くのデータを用いてグラフ化することで、より信頼性が向上する。
【００３２】
次に、実施例１〜３および比較例１で酸化膜を形成したウェハを上述の抵抗率測定装置を用いてコロナ放電によりウェハの表面近傍に空乏層を形成させ、これにより発生したＳＰＶ信号を検出し、キャリア濃度および抵抗率を得た。測定はウェハ全面の任意の各点で行われ、面内抵抗率のばらつきΔρを算出した。
【００３３】
Δρと酸化膜の厚みとの関係を図６に示す。図６に示すように、酸化膜の厚みが厚いほど、面内抵抗率のばらつきが小さいことがわかる。また、Δρと紫外線照射時間との関係を図７に示す。図７に示すように、紫外線照射時間が長いほど面内抵抗率のばらつきが小さいことがわかる。すなわち、酸化膜が１．００ｎｍ以上であれば、面内抵抗率のばらつきΔρが４％以下となり、抵抗率の測定値が安定する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、Ｎ型半導体ウェハの抵抗率測定に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態にかかる紫外線照射装置の模式図。
【図２】前記実施形態における抵抗率測定装置の模式図。
【図３】前記実施形態におけるコロナ放電処理を示す概念図。
【図４】前記実施形態におけるウェハの抵抗率測定方法を示すフローチャート。
【図５】前記実施形態における紫外線照射時間と酸化膜の厚みの関係を示すグラフ。
【図６】前記実施形態における酸化膜の厚みと抵抗率との関係を示すグラフ。
【図７】前記実施形態における紫外線照射時間と抵抗率との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３６】
１…ウェハ
１０１…空乏層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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