(57)【要約】【課題】半導体シリコンウェーハの電気的特性を評価するにあたり、電気的特性の評価の精度を従来に比べ向上させることが可能なシリコンウェーハ上にショットキー接合された電極とその電極の形成方法を提供する。【解決手段】半導体シリコンウェーハ上にショットキー接合された電極であって、半導体シリコンウェーハ上に酸化膜を介することなくアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを真空蒸着したものであることを特徴とする電極とその形成方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体シリコンウェーハ上にショットキー接合された電極であって、前記シリコンウェーハ上に酸化膜を介することなくアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを真空蒸着したものであることを特徴とする電極。
【請求項２】
請求項１の電極であって、真空蒸着前にシリコンウェーハ表面上の自然酸化膜を除去したものであることを特徴とする電極。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電極は、前記シリコンウェーハのＤＬＴＳ、Ｃ−Ｖ測定に使用されるものであることを特徴とする電極。
【請求項４】
半導体シリコンウェーハであって、請求項１ないし請求項３のいずれか１項の電極を形成したものであることを特徴とする半導体シリコンウェーハ。
【請求項５】
半導体シリコンウェーハ上にショットキー接合による電極の形成方法であって、酸化膜を形成していないシリコンウェーハ上に金属アルミニウムとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を同時に真空蒸着することで前記電極を形成することを特徴とする電極の形成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電極の形成方法であって、前記真空蒸着前にフッ化水素酸によってシリコンウェーハ表面上の自然酸化膜を除去することを特徴とする電極の形成方法。
【請求項７】
請求項５又は請求項６の電極の形成方法であって、前記半導体シリコンウェーハのＤＬＴＳ、Ｃ−Ｖ測定に用いられる電極を形成することを特徴とする電極の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体シリコンウェーハの電気特性を評価するために必要な電極とその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる型の半導体を接触させることで形成されるｐ−ｎ接合は、半導体の特性を最も生かした形であり、その電気的特性評価は重要である。ｐ−ｎ接合の最大の特性は整流性であり、順方向には電流が流れるが、逆方向では空乏層が広がり、電流は流れない。このようなｐ−ｎ接合とほぼ同様な性質を示し、かつ簡便な構造として、金属電極と半導体との接合でショットキー接合と呼ばれるものがある。ｐ−ｎ接合の形成にはドーパントの拡散やエピタキシャル層の堆積など、煩雑な工程があるのに対し、ショットキー接合では、単に金属を半導体ウェーハ上に蒸着するという単純な工程で形成可能である。
【０００３】
従来、ｐ型シリコンに対し、ショットキー接合の性質を示す金属はいくつか報告されており、古くはサマリウム、マグネシウム、チタンなどが用いられていた。しかしこれらの金属はいくつかの点で使用するのに適さない副特性を持っていた。例えばサマリウムは大気中放置で簡単に酸化し、数日でショットキー接合の性質を失う。
【０００４】
これに対し、アルミニウムを用いてショットキー接合を形成すると、従来の金属に比べ良好な整流特性を安定して得られることが報告された（例えば特許文献１参照）。この方法はアルミニウムを真空蒸着で形成する前に、十分に清浄なシリコン表面を硫酸＋過酸化水素の混合液で処理して極薄酸化膜を表面に形成し、その後アルミニウムを蒸着することを特徴としている。
【０００５】
図３は従来の電極の構造の一例を示す概略図である。従来の電極の構造の概略は以下のとおりである。
半導体シリコンウェーハ１１表面上に酸化膜１４が形成してあり、その酸化膜１４上に金属電極（アルミニウム）１３が形成してある。
【０００６】
また、従来の電極の形成方法の一例を以下に示す。
まず、電極をショットキー接合させるための半導体シリコンウェーハ１１を用意し、このシリコンウェーハ１１を硫酸＋過酸化水素液で処理して、表面に酸化膜１４を形成する。その酸化膜上に金属アルミニウムを真空蒸着させ、金属電極（アルミニウム）１３を形成する。
【０００７】
しかしこの方法も近年の半導体シリコンの電気的特性の評価においては、酸化膜の存在や形成法が電極の特性に著しく影響を及ぼすことから、十分な整流特性を得ることができなくなってきたため、電気的特性の評価の精度が不足するようになってきた。特にＤＬＴＳ（Ｄｅｅｐ  Ｌｅｖｅｌ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）における温度掃引評価では、空乏層中にパルスを印加した際の静電容量の過渡的応答を見る際に、実際のシリコン中の深い準位とは関わりのない微小な変化が見られ、真の深い準位の正確な測定の妨げになってきた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−７７３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は半導体シリコンウェーハの電気的特性を評価するにあたり、上記のような問題を克服した電気的特性の評価の精度を向上させることが可能なシリコンウェーハ上にショットキー接合された電極とその電極の形成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】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明では、半導体シリコンウェーハ上にショットキー接合された電極であって、シリコンウェーハ上に酸化膜を介することなくアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを真空蒸着した電極を提供する（請求項１）。
【００１１】
このように、酸化膜を介することなくアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを真空蒸着した電極を用いることによって、半導体シリコンウェーハの電気的特性の評価の精度を向上させることができる。また酸化膜を形成させないので、酸化膜形成法による特性の影響がない。
【００１２】
また、本発明の電極は、真空蒸着前にシリコンウェーハ表面上の自然酸化膜を除去したものが好ましい（請求項２）。
これにより、自然酸化膜もない電極となるので、より特性を安定させることができる。
【００１３】
そして本発明に記載された電極は、半導体シリコンウェーハのＤＬＴＳ、Ｃ−Ｖ特性に使用される（請求項３）。
このように、本発明の電極は電極起因のノイズがないため、ＤＬＴＳ、Ｃ−Ｖ特性の測定に有効である。
【００１４】
このような本発明の電極を形成した半導体シリコンウェーハであれば（請求項４）、該電極を用いてシリコンウェーハの特性を正確に測定できる。
【００１５】
以上のような本発明の電極を形成するため、本発明では、酸化膜を形成していない半導体シリコンウェーハ上にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを同時に真空蒸着することとした電極の形成方法が提供される（請求項５）。
【００１６】
この形成方法のように、あらかじめ酸化膜を形成していない半導体シリコンウェーハ上にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを同時に真空蒸着させることによって、半導体シリコンウェーハの電気的特性の評価の精度を向上させることができる電極を形成することができる。
【００１７】
この場合、真空蒸着前にフッ化水素酸によって半導体シリコンウェーハ表面上の自然酸化膜を除去するのが好ましい（請求項６）。
これにより、より特性の安定した電極を得ることができる。
【００１８】
そして本発明に記載した電極の形成方法は、半導体シリコンウェーハのＤＬＴＳ、Ｃ−Ｖ特性の測定に用いられる電極の形成方法とすることができる（請求項７）。
本法の電極は、ＤＬＴＳ、Ｃ−Ｖ特性の測定に有効である。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によって、酸化膜を介することなくアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを真空蒸着させて半導体シリコンウェーハ上にショットキー接合させた電極とすることで、半導体シリコンウェーハの電気的特性の評価の精度を向上させることのできる電極とその電極の形成方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、半導体シリコンウェーハ表面を硫酸＋過酸化水素液で表面に極薄酸化膜を形成し、金属アルミニウムを真空蒸着すると以前よりは良好な電極が得られることが報告されたが、ポイントは極薄酸化膜を何らかの方法でシリコンウェーハ上に形成後、金属アルミニウムを真空蒸着するところにあるのだが、この酸化膜の存在や形成方法が電気的特性の評価の際のノイズの発生要因となっているため、近年の半導体シリコンウェーハの電気的特性の評価においては十分な精度を得ることが不可能になった。このため、電気的特性の評価の精度を向上させることのできる電極とその電極の形成方法の開発が待たれていた。
【００２１】
そこで、本発明者らは、酸化膜形成法あるいは酸化膜そのものを用いずに済む電極とその形成方法を見出すべく鋭意検討を重ねた。
【００２２】
その結果、本発明者らは、酸化膜を介することなくアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを真空蒸着して半導体シリコンウェーハ上にショットキー接合させた電極とすることにより、良好なショットキー接合を形成でき、必要とする電気的特性の評価の精度を安定・向上させることができる電極とその形成方法を得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００２３】
以下、本発明の電極について図面を参照しながらさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
図１は本発明の電極構造の一例を示す概略図である。本発明の電極の構造の概略は以下に示すとおりである。
【００２４】
酸化膜が形成されていない半導体シリコンウェーハ１１上に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを真空蒸着した金属電極（アルミニウム＋酸素）１２が形成されている構造となっている。
【００２５】
このように半導体シリコンウェーハ１１上に酸化膜を介することなく、金属電極（アルミニウム＋酸素）１２が存在する構造とすることで、半導体シリコンウェーハの電気的特性の評価の精度の向上の妨げとなっている酸化膜形成方法もしくは酸化膜そのものを用いずに済む電極を実現した。
【００２６】
また、真空蒸着前に、表面上の自然酸化膜を除去した半導体シリコンウェーハ１１上に金属電極（アルミニウム＋酸素）１２とした構造とすることもできる。
このような構造とすることで、酸化膜の影響をさらに低減させることができる。
【００２７】
上記の電極を、半導体シリコンウェーハのＤＬＴＳ、Ｃ−Ｖ測定に使用すると、酸化膜を介していない電極となっているため、電気的特性の評価の精度を従来に比べ向上させることができる。
【００２８】
酸化膜を介していないアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを真空蒸着した電極、もしくは真空蒸着前に半導体シリコンウェーハ上の自然酸化膜を除去した電極が形成されている半導体シリコンウェーハは、酸化膜を介することなく電極がショットキー接合されているため、その電気的特性を従来の電極を使用するのに比べ精度良く評価することができる。
【００２９】
アルミナを添加すると特性が安定する具体的理由は明らかではないが、酸化膜形成の場合、その形成法で特性が大きく変化することが知られている。例えば、アンモニア＋過酸化水素液による処理より硫酸＋過酸化水素液の処理のほうが特性は良い。このことは形成した酸化膜質の影響が大きいことを示しており、逆に酸化膜形成を必ずしも必要としない本方法が安定することの理由になり得る。
【００３０】
本発明の電極の形成方法の一例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
まず、電極をショットキー接合させるための半導体シリコンウェーハを用意する。前記シリコンウェーハ表面上には酸化膜をあらかじめ形成しない。その後、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムの粉末と塊を真空蒸着源に準備し、真空蒸着を同時に行い、金属電極（アルミニウム＋酸素）１２を形成させる。
【００３１】
ここで、真空蒸着法についてくわしく説明する。
上記の真空蒸着法では例えば抵抗加熱法を用いることができるが、電子銃を用いた方法であっても同様に良好な電極を形成することができる。また蒸着種に用いた金属アルミニウムおよびアルミナの形態は上記のような形のみならず、あらゆる形態が通用できる。例えば、金属アルミニウムをアルミナボートで保持するようにしてもよいし、アルミナの粉末サイズを変えて、蒸着直前に熱を与えて溶融するスピードを制御することも可能であり、また蒸着ボートであるタングステンやタンタルなどの高融点金属にあらかじめアルミナを何らかの方法で塗布しておくことも有効である。
【００３２】
次に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と金属アルミニウムを同時に真空蒸着させる前に、半導体シリコンウェーハ表面上の自然酸化膜をフッ化水素酸によって除去することもできる。この際、フッ化水素酸の濃度や時間は任意でよく、表面の自然酸化膜の完全な除去を示す、疎水面が得られればよい。
このような形成方法を用いることによって、酸化膜の影響をさらに低減させた電極を形成することができる。
【００３３】
半導体シリコンウェーハのＤＬＴＳ、Ｃ−Ｖ特性の評価に用いる電極を形成する際に、上記の方法を用いると、酸化膜を介していない電極を得られるため、電気的特性の評価の精度を従来に比べ向上させることができる。
【００３４】
尚、ここでＤＬＴＳ測定について説明する。ＤＬＴＳの測定原理は、ショットキー接合あるいはｐ−ｎ接合に逆バイアス電圧を印加し、接合部に生じる空乏層を広げ、周期的なパルスの導入で変化する空乏層の静電容量変化（ΔＣ）を巧妙に測定し、そのΔＣの温度依存性から深い準位に関する情報を得るものである。具体的にはシリコンの場合、３００Ｋ以下の低温領域を掃引し、ピークが形成されれば、そのピークはある深い準位の存在を示す。その際、ピーク温度から大まかに深い準位のエネルギーが判明し、ピーク高さ（ΔＣ）が理論的に深い準位密度を示す。
【００３５】
次にＣ−Ｖ特性の評価について説明する。Ｃ−Ｖ測定は、ショットキー接合あるいはｐ−ｎ接合に逆バイアスを印加し、接合部の静電容量（Ｃ）を、刻々変化する印加電圧に対し測定した後、１／Ｃ２と電圧Ｖ依存性の形に変換し、その勾配からキャリア密度が決定できる。
【実施例】
【００３６】
次に本発明の実施例、比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
まず、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）（純度９９．９９％以上）と金属アルミニウム（純度９９．９９％以上）の粉末と塊をともに真空蒸着用タングステンボートに乗せ、あらかじめ酸化膜を形成していないシリコンウェーハ上に真空蒸着を行う。電極形成のため、適当なマスクパターンを用いて試料であるシリコンウェーハを被蒸着位置に設置しておけば、任意の直径の電極がシリコンウェーハ表面に複数形成できる。上記シリコンウェーハはＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法で作製したｐ型シリコンウェーハ（１０Ωｃｍ）であり、故意汚染や熱処理等は行っておらず、深い準位はほとんど存在しないものである。
【００３７】
このように形成した電極を用いて、ＤＬＴＳ測定を行った。図２に、上記実施例の電極を使用した測定例であるＤＬＴＳの温度掃引図を示す。
図２を見ると、本発明の電極を用いた測定によって、静電容量差は測定温度範囲内においてほぼ変化無く、ピークと呼べるものが観察できなかった。つまり本測定に用いている半導体シリコンウェーハ中の深い準位の存在は確認できない水準であることがわかった。
【００３８】
（比較例）
上記実施例の半導体シリコンウェーハ上の電極において、ウェーハ表面に硫酸＋過酸化水素液で酸化膜を形成させ、その上に金属アルミニウムを真空蒸着した電極を用いて、前記実施例と同様のＤＬＴＳ測定を行った結果も図２に示す。
測定を行ったところ、ショットキー特性を示すリーク電流、ショットキー障壁高さなどの性質は本発明の電極と同等であったが、温度掃引図において、本発明と同じく深い準位を含まない試料であるにもかかわらず、深い準位の存在をうかがわせるピークが観察される。これは試料起因のピークではなく電極起因であり、これらのピーク位置に存在する真の深い準位の測定を妨げるものになっていることがわかる。
【００３９】
以上のことから、実施例の方法で形成した電極は、従来に比べシリコンウェーハ中に存在する真の深い準位を高感度に測定できることが判る。
【００４０】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の電極の構造の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の電極と、従来の電極を使用した測定例であるＤＬＴＳの温度掃引図である。
【図３】従来の電極の構造の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１…半導体シリコンウェーハ、  １２…金属電極（アルミニウム＋酸素）、  １３…金属電極（アルミニウム）、  １４…酸化膜
【図１】
2008258544.tif 000003
【図２】
2008258544.tif 000004
【図３】
2008258544.tif 000005