(57)【要約】      （修正有）【課題】比抵抗値を高い精度で測定可能な半導体ウェーハの比抵抗値測定方法を提供する。【解決手段】半導体ウェーハの比抵抗値測定方法は、主表面に略円形状の金属電極を形成する電極形成工程Ｓ２と、撮像装置により金属電極の外縁部の画像を複数に分割して撮像する撮像工程Ｓ３と、撮像工程Ｓ３において撮像された複数の金属電極の画像を用いて金属電極と半導体ウェーハとの境界部の座標を複数測定し、測定された複数の座標に基づいて金属電極の面積を算出する面積算出工程Ｓ４と、半導体ウェーハと金属電極１８とを用いて半導体ウェーハのＣ−Ｖ特性を測定するＣ−Ｖ測定工程Ｓ５と、面積算出工程Ｓ４において算出された金属電極の面積とＣ−Ｖ測定工程Ｓ５において測定されたＣ−Ｖ特性とに基づいて半導体ウェーハの比抵抗値を算出する比抵抗値算出工程Ｓ６と、を備える。【選択図】図１
2010034344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル層が主表面に形成された半導体ウェーハの比抵抗値を測定する半導体ウェーハの比抵抗値測定方法であって、
前記主表面に厚みが１００〜２０００Å、半径が１ｍｍ以上の略円形状の金属電極を形成する電極形成工程と、
前記電極形成工程を経た後、撮像装置により前記金属電極の外縁部の画像を複数に分割して撮像する撮像工程と、
前記撮像工程を経た後、前記撮像工程において撮像された複数の金属電極の画像を用いて前記金属電極と前記半導体ウェーハとの境界部の座標を複数測定し、測定された複数の座標に基づいて前記金属電極の面積を算出する面積算出工程と、
前記面積算出工程を経た後、前記半導体ウェーハと前記金属電極とを用いて前記半導体ウェーハのＣ−Ｖ特性を測定するＣ−Ｖ測定工程と、
前記Ｃ−Ｖ測定工程を経た後、前記面積算出工程において算出された金属電極の面積と前記Ｃ−Ｖ測定工程において測定されたＣ−Ｖ特性とに基づいて前記半導体ウェーハの比抵抗値を算出する比抵抗値算出工程と、を備えることを特徴とする半導体ウェーハの比抵抗値測定方法。
【請求項２】
前記面積算出工程において、前記測定された複数の座標に基づいて前記金属電極の形状を円形近似することにより前記金属電極の面積を算出することを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの比抵抗値測定方法。
【請求項３】
前記電極形成工程において、厚みが２５０〜１５００Å、半径が２〜５ｍｍの金属電極が形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの比抵抗値測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの比抵抗値測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハにエピタキシャル層を成長させた後、このエピタキシャル層の比抵抗値を測定する方法としては、四探針法やＣ−Ｖ（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ−Ｖｏｌｔａｇｅ）測定法が一般的に用いられている。四探針法は、半導体ウェーハ上に四つの探針を一列に配置して両端の二つの探針に電流を流し、内側の二つの探針間での電圧降下を測定することによって、比抵抗値を測定する方法である。四探針法は、その方法が簡便であることから半導体ウェーハの比抵抗値の評価に用いられているが、半導体ウェーハの表層部の比抵抗値を測定する場合には適していない。
【０００３】
これに対してＣ−Ｖ測定法は、半導体ウェーハの表面近傍の比抵抗値あるいは不純物濃度の測定に適した測定法である（例えば、特許文献１参照）。被検試料は、半導体ウェーハ上に電極として金属を付着させることによりショットキー接合を形成したものを使用する。Ｃ−Ｖ測定法においては、ショットキー接合部に逆バイアス電圧を徐々に高くしながら印加して空乏層の幅を広げ、そのときの電気容量の変化を測定することにより、Ｃ−Ｖ特性を求める。そして、測定されたＣ−Ｖ特性と、電極の面積とに基づいて、不純物濃度を算出することができ、更に換算式を用いて不純物濃度を比抵抗値に換算することができる。
【０００４】
ここで、Ｃ−Ｖ測定法において金属で形成された電極（以下、金属電極という）を用いる場合、Ｃ−Ｖ測定法により求められる比抵抗値は、金属電極の面積に依存する。したがって、比抵抗値を正確に求めるためには、金属電極の面積を正確に求める必要がある。
【０００５】
特許文献２には、エピタキシャル層の比抵抗値測定において、ＣＣＤカメラにより撮像した電極の画像から電極の面積を求める技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２４１５８２号公報
【特許文献２】特開２００４−３５６４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エピタキシャル層の比抵抗値測定は、近年より高い精度が要求されている。例えば、半導体ウェーハの実抵抗値と比した場合、要求される精度バラツキは、±０．１％程度である。しかしながら、特許文献２に記載された技術は、単純にＣＣＤカメラにより撮像した電極の画像から電極の面積を求めるだけであるため、要求される精度バラツキでの比抵抗値を測定できないという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明は、比抵抗値を高い精度で測定可能な半導体ウェーハの比抵抗値測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の半導体ウェーハの比抵抗値測定方法は、エピタキシャル層が主表面に形成された半導体ウェーハの比抵抗値を測定する半導体ウェーハの比抵抗値測定方法であって、前記主表面に厚みが１００〜２０００Å、半径が１ｍｍ以上の略円形状の金属電極を形成する電極形成工程と、前記電極形成工程を経た後、撮像装置により前記金属電極の外縁部の画像を複数に分割して撮像する撮像工程と、前記撮像工程を経た後、前記撮像工程において撮像された複数の金属電極の画像を用いて前記金属電極と前記半導体ウェーハとの境界部の座標を複数測定し、測定された複数の座標に基づいて前記金属電極の面積を算出する面積算出工程と、前記面積算出工程を経た後、前記半導体ウェーハと前記金属電極とを用いて前記半導体ウェーハのＣ−Ｖ特性を測定するＣ−Ｖ測定工程と、前記Ｃ−Ｖ測定工程を経た後、前記面積算出工程において算出された金属電極の面積と前記Ｃ−Ｖ測定工程において測定されたＣ−Ｖ特性とに基づいて前記半導体ウェーハの比抵抗値を算出する比抵抗値算出工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
（２）また、前記半導体ウェーハの比抵抗値測定方法は、前記面積算出工程において、前記測定された複数の座標に基づいて前記金属電極の形状を円形近似することにより前記金属電極の面積を算出することが好ましい。
【００１０】
（３）また、前記半導体ウェーハの比抵抗値測定方法は、前記電極形成工程において、厚みが２５０〜１５００Å、半径が２〜５ｍｍの金属電極が形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、比抵抗値を高い精度で測定可能な半導体ウェーハの比抵抗値測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の半導体ウェーハの比抵抗値測定方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の半導体ウェーハの比抵抗値測定方法を示すフローチャートである。
【００１３】
本実施形態の半導体ウェーハの比抵抗値測定方法は、下記工程Ｓ１〜Ｓ６を備える。以下、各工程について説明する。なお、本実施形態の半導体ウェーハは、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハからなり、エピタキシャル層が主表面に形成されている。本実施形態では、半導体ウェーハの一例として単結晶シリコンから得られたシリコンウェーハを用いた場合について説明する。
【００１４】
（Ｓ１）酸化膜除去工程
シリコンウェーハ（以下単に「ウェーハ」ともいう）をフッ酸（ＨＦ）に浸漬する。これによりウェーハの表面及び裏面に形成されている酸化膜を除去する。
【００１５】
（Ｓ２）電極形成工程
酸化膜除去工程Ｓ１を経た後、ウェーハの主表面に略円形状の金属電極を形成する。金属を蒸着して電極を形成する。金属電極の厚みは、１００〜２０００Åが好ましく、２５０〜１５００Åがより好ましい。金属電極の半径は、１ｍｍ以上が好ましく、２〜５ｍｍがより好ましい。
本実施形態では、金属電極を形成する方法の一例として、真空蒸着により金属電極を形成する方法を用いる。
【００１６】
図２及び図３を参照しながら金属電極を真空蒸着により形成する方法の詳細について説明する。
【００１７】
図２は、金属電極を真空蒸着により形成するための真空蒸着装置１０の構成を示す側面図である。真空蒸着装置１０は、チャンバ１１と、真空ポンプ１２と、ウェーハ載置台１３と、フィラメント１４とを備える。
【００１８】
チャンバ１１は、ステンレス鋼等により構成され、密閉された空間内で真空蒸着を行うことができる。
真空ポンプ１２は、チャンバ１１の内部を減圧して、真空状態にする。
ウェーハ載置台１３は、ウェーハ１が載置される。そして、ウェーハ１上には、蒸着用マスク１５が載置される。蒸着用マスク１５には、開口部１６が設けられ、この開口部１６からウェーハ１が露出する。
【００１９】
フィラメント１４には、金属１７が配置される。金属１７は、フィラメント１４の蒸着用マスク１５と対向する位置に配置される。そして、フィラメント１４は、通電することにより金属１７を加熱して、蒸発させる。金属１７としては、金、アンチモン等を用いることができる。本実施形態では、金属１７の一例として金を用いる。
【００２０】
ここで、真空蒸着装置１０による金属電極１８を形成する動作について説明する。
真空蒸着装置１０は、真空ポンプ１２によりチャンバ１１内を減圧し、減圧されて真空状態となったチャンバ１１内でフィラメント１４を通電して加熱する。
チャンバ１１内は真空状態であるため、フィラメント１４によって加熱されて蒸発した金属１７は、その殆どがウェーハ１に向かって直進する。
そして、蒸着用マスク１５の開口部１６から露出しているウェーハ１上に、金属１７が蒸着されて金属電極１８が形成される。
【００２１】
図３は、真空蒸着装置１０のチャンバ１１内における蒸着用マスク１５及び金属電極１８について示す断面図及び平面図であり、図３（ａ）は、ウェーハ１及び蒸着用マスク１５について示す断面図及び平面図であり、図３（ｂ）は、ウェーハ１及び金属電極１８について示す断面図及び平面図である。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、ウェーハ１上には、蒸着用マスク１５が載置される。蒸着用マスク１５には、円形状の開口部１６が設けられる。この開口部１６から露出したウェーハ１には、フィラメント１４により加熱されて蒸発した金属１７が蒸着され、金属電極１８が略円形状に形成される。
【００２３】
図３（ｂ）に示すように、金属電極１８の面積は、開口部１６の面積と一致せず、バラツキが生じる。その原因としては、以下の要因が挙げられる。
【００２４】
開口部１６の内周面には、蒸着中に金属１７が付着したバリが形成される。そして、このバリが開口部１６に付着した状態で蒸着を行うと、フィラメント１４から蒸発した金属１７の一部がバリによって遮断される。このため、図３（ｂ）に示すように金属電極１８には、このバリに応じた切れ込みが形成され、金属電極１８の面積はバラツキが生じる。
また、蒸着用マスク１５とウェーハ１との間に間隙が発生した場合には、金属１７が間隙の部分に入り込んで蒸着するため、金属電極１８の面積は、開口部１６の面積に比して大きくなるため、このような場合にも金属電極１８の面積はバラツキが生じる。
【００２５】
（Ｓ３）撮像工程
電極形成工程Ｓ２を経た後、撮像装置により金属電極の外縁部の画像を複数に分割して撮像する。
撮像装置としては、光学式顕微鏡にＣＣＤカメラを取り付けたものや、レーザー顕微鏡等が挙げられる。本実施形態では、撮像装置の一例として、光学式顕微鏡にＣＣＤカメラを取り付けた撮像装置を用いる。
【００２６】
図４は、金属電極１８を撮像するための撮像装置２０の構成を示す側面図である。撮像装置２０は、ウェーハ保持台２１と、光学式顕微鏡２２と、ＣＣＤカメラ２３と、制御装置２４とを備える。
【００２７】
ウェーハ保持台２１は、金属電極１８が形成されたウェーハ１が載置される。
光学式顕微鏡２２は、金属電極１８の上方に配置され、金属電極１８を対物レンズにより所定の倍率で観察することができる。
ＣＣＤカメラ２３は、光学式顕微鏡２２の対物レンズの上方に取り付けられる。ＣＣＤカメラ２３は、光学式顕微鏡２２により観察される金属電極１８の画像を複数枚撮像し、撮像した画像をデジタル変換して、制御装置２４へ送信する。
【００２８】
ＣＣＤカメラ２３は、金属電極１８の外縁部、すなわちウェーハ１と金属電極１８との境界部の画像を複数に分割して撮像する。このとき、光学式顕微鏡２２の視野内には、金属電極１８の外縁部の一部が入るように光学式顕微鏡２２の対物レンズの倍率を調整する。対物レンズの倍率は、１０倍程度が好ましい。ウェーハ１と金属電極１８との境界部の画像を複数に分割して撮像する理由は、金属電極１８を１枚の画像で撮像すると、光学式顕微鏡２２によるデフォーカスやハレーションが発生して、金属電極１８の外縁部の鮮明な画像が得られないためである。
【００２９】
制御装置２４は、画像処理装置２５と、表示装置２６とを備える。画像処理装置２５は、ＣＣＤカメラ２３により撮像された画像に所定の処理を行い、処理結果を表示装置２６に表示させる。
【００３０】
（Ｓ４）面積算出工程
撮像工程Ｓ３を経た後、撮像工程Ｓ３において撮像された複数枚の金属電極１８の画像を用いて、金属電極１８の外縁部の座標を複数測定する。そして、測定された複数の座標に基づいて、金属電極１８の面積を算出する。本実施形態では、ＣＣＤカメラ２３により撮像された金属電極１８の画像を画像処理装置２５によって処理することで、金属電極１８の外縁部の座標を測定する。
【００３１】
ここで、図５を参照しながら、画像処理装置２５により金属電極１８の外縁部の座標を測定する処理について説明する。図５は、画像処理装置２５により金属電極１８の外縁部の座標を示す図である。図５の中央部の画像は、ＣＣＤカメラ２３により撮像された金属電極１８の外縁部であり、図５の左上方の画像は、金属電極１８の外縁部の画像をグレースケール処理したグラフ（グラフ１９）である。このグラフ１９において、縦軸はグレースケールの階調であり、横軸はグレースケールの階調ごとの強度である。
【００３２】
図５に示すように、画像処理装置２５は、金属電極１８の外縁部の画像のグレースケール処理を行う。そして、グラフ１９に示すように、グレースケールの階調の最も強度が高い部分（ピーク値）を金属電極１８の外縁部の座標として測定する。図５の中央部の画像おいて、金属電極１８の外縁部の座標は、十字マーク３０によって示される。
【００３３】
このように画像処理装置２５は、略円形状の金属電極１８の中心から所定の角度ごとに外縁部の座標を連続的に測定する。所定の角度は、０．２５〜２°が好ましい。
【００３４】
そして、画像処理装置２５は、測定された複数の座標に基づいて、金属電極１８の面積を算出する。具体的には、画像処理装置２５は、測定された複数の座標に基づいて、金属電極１８の形状を円形近似することにより金属電極１８の面積を算出する。円形近似の方法としては、最小二乗法、最大内接円法、最小内接円法等を用いることができる。
【００３５】
図６は、画像処理装置２５による金属電極１８の外縁部の座標の測定結果を示す図である。図６に示すように、測定結果は、画像処理装置２５により測定された複数の座標の集合３１と、座標の集合３１から円形近似された電極形状３２とから構成される。
【００３６】
画像処理装置２５は、円形近似された電極形状３２を用いて、電極形状３２の半径を算出し、この半径から電極形状３２、すなわち金属電極１８の面積を算出する。なお、本実施形態では、画像処理装置２５により金属電極１８の形状を円形近似したが、これに限られず、円形近似を行わずに画像処理装置２５により金属電極１８の面積を算出してもよい。
【００３７】
（Ｓ５）Ｃ−Ｖ測定工程
面積算出工程Ｓ４を経た後、ウェーハ１と金属電極１８とを用いて、ウェーハ１のＣ−Ｖ特性を測定する。図７は、Ｃ−Ｖ特性を測定する測定装置４０の構成を示す図である。図７に示すように、測定装置４０は、ウェーハ保持台４１と、プローブ４２と、制御装置４３とを備える。
【００３８】
ウェーハ保持台４１は、通電可能な部材により構成され、ウェーハ１が載置される。また、ウェーハ保持台４１は、制御装置４３と導線４６により電気的に接続される。
プローブ４２は、ウェーハ１に形成された金属電極１８と接触する。また、プローブ４２は、導線４７により制御装置４３と電気的に接続される。
制御装置４３は、ウェーハ保持台４１及びプローブ４２と電気的に接続され、Ｃ−Ｖ測定を実行する。また、制御装置４３は、電圧計４４と、容量測定計４５とを備える。
【００３９】
ここで、測定装置４０を用いたＣ−Ｖ測定について説明する。
制御装置４３は、ウェーハ１及び金属電極１８に逆バイアス電圧を印加する。すなわち、制御装置４３は、プローブ４２及びウェーハ保持台４１に通電することで、ウェーハ１と金属電極１８とによって形成されるショットキー接合部に逆バイアス電圧を印加する。
【００４０】
制御装置４３により印加された逆バイアス電圧Ｖは、電圧計４４により測定され、このときの電気容量Ｃは、容量測定計４５により測定される。このように、測定された電気容量Ｃと逆バイアス電圧Ｖとの特性（Ｃ−Ｖ特性）を用いて、ウェーハ１の主表面に形成されるエピタキシャル層の比抵抗値を算出する。
【００４１】
（Ｓ６）比抵抗値算出工程
Ｃ−Ｖ測定工程Ｓ５を経た後、面積算出工程Ｓ４において算出された金属電極１８の面積と、Ｃ−Ｖ測定工程Ｓ５において測定されたＣ−Ｖ特性とに基づいて、ウェーハ１の比抵抗値を算出する。ここで、一般に電気容量Ｃと逆バイアス電圧Ｖとの変化量には以下の式（１）及び（２）が成り立つ。
【００４２】
【数１】
2010034344.tif 000003
【数２】
2010034344.tif 000004
【００４３】
式（１）及び（２）において、Ｎ（Ｗ）はウェーハ１の主表面から裏面に向かって深さＷの位置におけるウェーハ１の不純物濃度、ｑは電荷素量、εＳｉはシリコンの誘電率、Ｖは逆バイアス電圧、Ｃは電気容量、Ａはショットキー電極の面積、すなわち金属電極１８の面積である。
【００４４】
上述した式（１）及び式（２）について、面積算出工程Ｓ４において算出した金属電極１８の面積Ａ、Ｃ−Ｖ測定工程Ｓ５において測定した逆バイアス電圧Ｖ及び電気容量Ｃを代入することによりウェーハ１の不純物濃度Ｎ（Ｗ）を得ることができる。
そして、得られた不純物濃度Ｎ（Ｗ）を換算表（ＡＳＴＭ  ＳＴＡＮＤＡＲＤＳ  Ｆ７２３）にて換算することにより、ウェーハ１の比抵抗値を算出することができる。
【００４５】
本実施形態の比抵抗値測定方法は、撮像装置２０により金属電極の外縁部の画像を複数に分割して撮像し、撮像された複数の金属電極１８の画像を用いて、金属電極１８の外縁部の座標を複数測定する。そして、測定された複数の座標に基づいて、金属電極１８の面積を算出する。
【００４６】
したがって、本実施形態の比抵抗値測定方法によれば、金属電極１８の面積にバラツキが生じた場合であっても、金属電極の面積を高い精度で算出することができるため、ウェーハ１の比抵抗値を高い精度で算出することができる。
【実施例】
【００４７】
次に、本発明について、実施例を用いて更に詳細に説明する。なお、この実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。
【００４８】
本発明の半導体ウェーハの比抵抗値測定により測定された電極面積のバラツキ及び比抵抗値のバラツキについて、実施例と比較例とを用いて説明する。
【００４９】
［実施例］
主表面にエピタキシャル層が形成された直径１５０ｍｍのシリコンウェーハを用いた。
真空蒸着装置を用い、金属電極の材料として金（Ａｕ）を用いて、厚みが５００Å、半径が３ｍｍの略円形状の金属電極をシリコンウェーハの主表面に形成した。
そして、ＮＥＸＩＶ  ＶＭＲ−１５１５（ニコン社製）を用いて、金属電極の外縁部の画像を、金属電極の中心から１°ごとに撮像し、外縁部の座標を３６０ポイント測定し、測定された座標に基づいて、金属電極の形状を円形近似して金属電極の面積を算出した。円形近似の方法としては、最小二乗法を用いた。そして、算出した金属電極の面積と、Ｃ−Ｖ測定を４２８４Ａ（アジレント（Ａｇｉｌｅｎｔ）社製）を用いて行った結果として得られたＣ−Ｖ特性とに基づいて比抵抗値を算出した。上述した測定は、５回繰り返し行った。
【００５０】
［比較例］
比較例は、金属電極の外縁部の画像を一括して撮像した点が実施例と異なり、他の条件は、実施例と同様である。
【００５１】
測定された電極面積のバラツキは、実施例が０．１１４％、比較例が０．２８３％であった。また、測定された比抵抗値のバラツキは、実施例が０．１１４％、比較例が０．３１１％であった。したがって、実施例は比較例に比して測定された電極面積のバラツキが減少し、電極面積のバラツキに依存する比抵抗値のバラツキも減少した。すなわち、測定された比抵抗値と実際の比抵抗値との差が減少し、本発明により比抵抗値を高い精度で測定できたことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態の半導体ウェーハの比抵抗値測定方法を示すフローチャートである。
【図２】金属電極を真空蒸着により形成するための真空蒸着装置１０の構成を示す側面図である。
【図３】真空蒸着装置１０のチャンバ１１内における蒸着用マスク１５及び金属電極１８について示す断面図及び平面図である。
【図４】金属電極１８を撮像するための撮像装置２０の構成を示す側面図である。
【図５】金属電極１８の外縁部の座標を示す図である。
【図６】画像処理装置２５による金属電極１８の外縁部の座標の測定結果を示す図である。
【図７】Ｃ−Ｖ特性を測定する測定装置４０の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  半導体ウェーハ
１１  金属電極
２０  撮像装置
２５  画像処理装置
４０  測定装置
【図１】
2010034344.tif 000005
【図２】
2010034344.tif 000006
【図３】
2010034344.tif 000007
【図４】
2010034344.tif 000008
【図５】
2010034344.tif 000009
【図６】
2010034344.tif 000010
【図７】
2010034344.tif 000011