(57)【要約】      （修正有）【課題】表面キャリア濃度の低い試料のホール測定等の電気特性測定を行うため、試料表面に金属電極をオーミック接触させること。【解決手段】試料１１の表面を、四隅の電極形成領域を除いて、ＳＵＳ等のマスク２１で被覆する。電極形成領域にリン等をイオン注入し、不純物イオン注入領域２２〜２５とする。ＹＡＧレーザーの第２高調波を照射し、レーザー照射領域の表面領域においてのみ、リン等を活性化させる。スパッタによりチタン等の金属を堆積し、レーザー照射領域の表面を金属電極領域とする。マスク２１を取り外して、四隅に金属電極を有する試料を得、これを用いて、ホール測定、シート抵抗、その他の電気特性の測定を行う。【選択図】        図２−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の電極形成領域に不純物イオンを選択的に注入する工程と、
前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させる工程と、
不純物イオンの活性化後、前記電極形成領域の表面に金属膜を成膜する工程と、
前記金属膜よりなる電極を介して前記半導体基板の電気特性を測定する工程と、
を含むことを特徴とする半導体の電気特性測定方法。
【請求項２】
前記電極形成領域にレーザーを照射することによって、前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させることを特徴とする請求項１に記載の半導体の電気特性測定方法。
【請求項３】
前記半導体基板の表面から０．４μｍの深さまでの領域で、前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させることを特徴とする請求項２に記載の半導体の電気特性測定方法。
【請求項４】
半導体基板の四隅の電極形成領域に不純物イオンを選択的に注入する工程と、
前記電極形成領域にレーザーを照射することによって、前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させる工程と、
不純物イオンの活性化後、前記電極形成領域の表面に金属膜を成膜する工程と、
前記金属膜よりなる電極を介して前記半導体基板のホール測定を行う工程と、
を含むことを特徴とする半導体の電気特性測定方法。
【請求項５】
前記半導体基板の表面から０．４μｍの深さまでの領域で、前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させることを特徴とする請求項４に記載の半導体の電気特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体の電気特性測定方法に関し、特に低濃度半導体基板の表面に金属電極をオーミック接触させた試料を作製して電気特性の測定を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の移動度とシート密度の両方を調べるには、抵抗率測定とホール測定を行う必要がある。通常、半導体業界では、ホール測定法として、Ｌ．Ｊ．ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗにより提案された方法（Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｒｅｓ．Ｒｅｐｔ．，１３（１９５８）１）が採用されている。
【０００３】
図７は、ホール測定において用いられる従来の被ホール測定試料を示す斜視図である。図７に示すように、被ホール測定試料は、半導体基板１の四隅に、銀ペーストを塗布して形成した金属電極２，３，４，５を有する。
【０００４】
また、ホール測定法に基づいて、半導体層のキャリア濃度および移動度の、深さ方向のプロファイルを導出する方法（例えば、特許文献１参照。）や、交流磁場を用いて試料のホール効果を測定する方法（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。
【０００５】
さらに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる試料の表面にオーム性電極を形成して、試料の電気特性を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
ところで、パワー半導体装置の一つに、フィールドストップ型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、ＦＳ−ＩＧＢＴとする）がある。ＦＳ−ＩＧＢＴは、ドリフト層とコレクタ層との間に、空乏層を止めるためのフィールドストップ層を有する。このフィールドストップ層を、イオン注入法やエピタキシャルドーピング層を析出させることによって、形成する方法が公知である（例えば、特許文献４参照。）。
【０００７】
また、１０14〜１０16ｃｍ-2のドーズ量でシリコンウェハにドーパント原子を注入し、１２００℃で熱処理を行うことによって、所望の濃度の半導体領域を形成する方法が公知である（例えば、特許文献５参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−６６２５９号公報
【特許文献２】特開２００２−４８７４４号公報
【特許文献３】特開２００３−２９７８８９号公報
【特許文献４】特表２００２−５２０８８５号公報
【特許文献５】特表２００２−５２８９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図７に示す構成の試料を用いて電気特性を測定するにあたっては、次のような問題点のあることが本発明者らにより明らかとされた。すなわち、本発明者らは、ＦＳ−ＩＧＢＴのフィールドストップ層を形成した場合の物性を調べるために、フィールドストップ層の形成を想定して、表面キャリア濃度が１０13〜１０14ｃｍ-3オーダーである半導体基板１に、２４０ｋｅＶのエネルギーで１×１０13ｃｍ-2のドーズ量のリン（Ｐ）をイオン注入し、これを電気炉で４２０℃、５時間の活性化熱処理を行うことによって、ある深さの所に所定のピーク濃度を有する半導体基板１を得た。そして、この半導体基板１に、図７に示すように金属電極２，３，４，５を形成し、ホール測定用の試料を得た。
【００１０】
この試料を用いたところ、試料の表面キャリア濃度が２×１０16ｃｍ-3と低く、銀ペースト（金属電極２，３，４，５）が試料表面にオーミック接触しないため、ホール測定を行うことができなかった。銀ペーストに代えて、金属電極２，３，４，５としてチタン（Ｔｉ）膜を成膜した場合も同様であり、チタン膜が試料表面にオーミック接触しないため、ホール測定を行うことができなかった。本発明者らが調べたところ、表面キャリア濃度が１０16ｃｍ-3オーダーである試料では、ほとんど金属電極がオーミック接触しないことがわかった。
【００１１】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、表面キャリア濃度の低い試料の表面に金属電極をオーミック接触させ、それによってホール測定等の電気特性測定を行うことを可能とする半導体の電気特性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】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体の電気特性測定方法は、半導体基板の電極形成領域に不純物イオンを選択的に注入する工程と、前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させる工程と、不純物イオンの活性化後、前記電極形成領域の表面に金属膜を成膜する工程と、前記金属膜よりなる電極を介して前記半導体基板の電気特性を測定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明にかかる半導体の電気特性測定方法は、請求項１に記載の発明において、前記電極形成領域にレーザーを照射することによって、前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明にかかる半導体の電気特性測定方法は、請求項２に記載の発明において、前記半導体基板の表面から０．４μｍの深さまでの領域で、前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させることを特徴とする。
【００１５】
請求項１〜３の発明によれば、半導体基板の、金属電極と接触する部分の表面近傍領域のみ、選択的に表面キャリア濃度を高くすることができるので、表面キャリア濃度の低い試料の表面に金属電極をオーミック接触させることができる。従って、電気特性測定に影響を及ぼすことなく、表面キャリア濃度の低い試料の電気特性を測定することができる。
【００１６】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項４の発明にかかる半導体の電気特性測定方法は、半導体基板の四隅の電極形成領域に不純物イオンを選択的に注入する工程と、前記電極形成領域にレーザーを照射することによって、前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させる工程と、不純物イオンの活性化後、前記電極形成領域の表面に金属膜を成膜する工程と、前記金属膜よりなる電極を介して前記半導体基板のホール測定を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明にかかる半導体の電気特性測定方法は、請求項４に記載の発明において、前記半導体基板の表面から０．４μｍの深さまでの領域で、前記電極形成領域に注入された不純物イオンを活性化させることを特徴とする。
【００１８】
請求項４または５の発明によれば、半導体基板の、金属電極と接触する部分の表面近傍領域のみ、選択的に表面キャリア濃度を高くすることができるので、表面キャリア濃度の低い試料の表面に金属電極をオーミック接触させることができる。従って、ホール測定に影響を及ぼすことなく、表面キャリア濃度の低い試料のホール測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる半導体の電気特性測定方法によれば、表面キャリア濃度が低い試料でも、その表面に金属電極がオーミック接触するので、ホール測定等の電気特性測定を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体の電気特性測定方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１（図１−１，図１−２）、図２（図２−１〜図２−３）および図３は、本発明にかかる方法の実施に用いられる試料の作製手順を示す工程図であり、各段階における試料の構成を示す斜視図である。まず、半導体基板にリン（Ｐ）等の不純物を、例えば１×１０13ｃｍ-2のドーズ量で、かつ例えば２４０ｋｅＶのエネルギーでイオン注入した後に、電気炉で例えば４２０℃で、例えば５時間の活性化熱処理を行った試料１１を用意する（図１−１）。次に、試料１１に、その四隅の電極形成領域１２，１３，１４，１５を除いて試料１１の表面を被覆するマスク２１を取り付ける（図１−２）。マスク２１は、例えばＳＵＳでできている。
【００２２】
次に、マスク２１の上方からリン等の不純物を、例えば１×１０15ｃｍ-2以上の高ドーズ量で、かつ例えば４５ｋｅＶのエネルギーでイオン注入する。これによって、リン等が電極形成領域１２，１３，１４，１５にのみ選択的に注入されるので、試料１１の四隅に不純物イオン注入領域２２，２３，２４，２５ができる（図２−１）。次に、マスク２１の上方から例えばＹＡＧレーザーの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を、例えば３Ｊ／ｃｍ2の照射密度で照射する。これによって、ＹＡＧレーザー等は、不純物イオン注入領域２２，２３，２４，２５のみを選択的に照射することになるので、そのレーザー照射領域３２，３３，３４，３５の表面領域においてのみ、注入されたリン等が電気的に活性化される（図２−２）。
【００２３】
次に、マスク２１の上方から例えばスパッタによりチタン（Ｔｉ）等の金属を例えば１μｍ程度の厚さに堆積する。これによって、レーザー照射領域３２，３３，３４，３５の表面がチタン等の金属電極領域４２，４３，４４，４５となる（図２−３）。次に、マスク２１を取り外して、四隅に金属電極５２，５３，５４，５５を有する試料５１が完成する（図３）。この試料５１を用いて、ホール測定や、シート抵抗あるいはその他の電気特性の測定を行う。
【００２４】
図４は、上述した手順により作製された試料５１の寸法の一例を示す斜視図である。特に限定しないが、図４に示すように、試料５１の大きさは、例えば１０ｍｍ角である。試料５１の厚さは、例えば０．５ｍｍである。四隅の金属電極５２，５３，５４，５５の大きさは、例えば２．５ｍｍ角である。
【００２５】
また、図５は、試料１１のレーザー照射領域３２，３３，３４，３５における深さ方向の不純物プロファイルを調べた結果を示す特性図である。なお、不純物濃度については、拡がり抵抗測定法により求めている。図５に示すように、試料１１の表面から０．３μｍの深さ、あるいは０．４μｍの深さまでの領域で、注入された不純物イオンが活性化しているのがわかる。活性化される領域がこの程度の深さであれば、ホール測定や、その他の電気特性測定には何ら影響がない。
【００２６】
図５によれば、レーザー照射領域３２，３３，３４，３５の表面濃度は、４×１０19ｃｍ-3である。また、濃度のピーク位置は、表面から０．０５μｍ（５０ｎｍ）のところであり、ピーク濃度は、５×１０19ｃｍ-3である。従来方法により作製された試料では、表面濃度が２×１０16ｃｍ-3であるから、実施の形態によれば、レーザー照射領域３２，３３，３４，３５の表面濃度は、従来の電極形成領域の１０００倍以上になる。
【００２７】
上述した実施の形態によれば、表面キャリア濃度の低い試料５１の表面に金属電極５２，５３，５４，５５をオーミック接触させることができるので、ホール測定等の電気特性測定に影響を及ぼすことなく、表面キャリア濃度の低い試料５１を用いて、ホール測定等の電気特性測定を行うことができる。
【００２８】
一例として、本発明者らが行ったホール測定による移動度の温度依存性を図６に示す。図６より、表面キャリア濃度が１０16ｃｍ-3オーダーである低濃度の試料を用いて、ホール測定を行うことができたことがわかる。これより、表面キャリア濃度が１０16ｃｍ-3オーダーである試料５１の表面に、金属電極５２，５３，５４，５５がオーミック接触していることがわかる。
【００２９】
以上において、本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々、変更可能である。例えば、試料１１の電極形成領域１２，１３，１４，１５に、砒素（Ａｓ）など、リン以外のｎ型不純物を注入してもよいし、ボロン（Ｂ）などのｐ型不純物を注入してもよい。ドーパントとしてｐ型不純物を用いる場合には、チタンよりもアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）の方がオーミック接触しやすいので、金属電極５２，５３，５４，５５を金で形成するのが好ましい。また、リン以外のドーパントを用いる場合でも、レーザー照射による活性化は有効である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかる半導体の電気特性測定方法は、低濃度半導体基板の表面にオーミック接触する金属電極を形成して電気特性の測定を行う方法に有用であり、特に、低濃度不純物注入層のホール測定方法に適している。また、本発明は、電気特性測定に限らず、低濃度不純物注入層の表面に金属電極をオーミック接触させる場合にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１−１】本発明の実施の形態に用いられる試料の作製開始時の状態を示す斜視図である。
【図１−２】本発明の実施の形態に用いられる試料の作製途中の状態を示す斜視図である。
【図２−１】本発明の実施の形態に用いられる試料の作製途中の状態を示す斜視図である。
【図２−２】本発明の実施の形態に用いられる試料の作製途中の状態を示す斜視図である。
【図２−３】本発明の実施の形態に用いられる試料の作製途中の状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に用いられる試料の作製終了時の状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に用いられる試料の寸法の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に用いられる試料の電極形成領域における不純物プロファイルの実験結果を示す特性図である。
【図６】本発明の実施の形態に用いられる試料のホール測定による移動度の温度依存性を示す特性図である。
【図７】従来の試料を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１，５１  半導体基板（試料）
１２，１３，１４，１５  電極形成領域
２２，２３，２４，２５  不純物イオン注入領域
３２，３３，３４，３５  レーザー照射領域
４２，４３，４４，４５  金属電極領域
５２，５３，５４，５５  金属電極
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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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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