(57)【要約】【課題】Ｐ型エピタキシャルウエハにおいても、ＳＰＶ法により、正確かつ容易に少数キャリア拡散長の測定を行うことができる測定方法を提供する。【解決手段】エピタキシャル層中のホウ素濃度が、ウエハ基板中のホウ素濃度の１／１００以下であるエピタキシャルウエハにおいて、厚さが１〜２０μｍである前記エピタキシャル層表面に、厚さ１０〜１００ｎｍの酸化膜を形成した後、表面光電圧法を用いて、少数キャリア拡散長を測定することを特徴とするエピタキシャルウエハの少数キャリア拡散長の測定方法を用いる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル層中のホウ素濃度が、ウエハ基板中のホウ素濃度の１／１００以下であるエピタキシャルウエハにおいて、厚さが１〜２０μｍである前記エピタキシャル層表面に、厚さ１０〜１００ｎｍの酸化膜を形成した後、表面光電圧法を用いて、少数キャリア拡散長を測定することを特徴とするエピタキシャルウエハの少数キャリア拡散長の測定方法。
【請求項２】
前記ウエハ基板中のホウ素濃度が１×１０１７〜５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１記載のエピタキシャルウエハの少数キャリア拡散長の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エピタキシャルウエハの少数キャリア拡散長の測定方法に関し、より詳細には、表面光電圧法を用いて、Ｐ型エピタキシャルウエハの少数キャリア拡散長を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体中には、キャリアとして、電子と正孔の両方が必ず存在するが、Ｐ型半導体中では電子が少なく、Ｎ型半導体中では正孔が少ない。この少ない方のキャリアを少数キャリアという。
この少数キャリアは、ｐｎ接合に順方向バイアスをかけて注入されたり、光を照射することによって生成させることができる。
そして、この少数キャリアは、多数キャリアと再結合して、減少しながら拡散する。このとき、少数キャリアが導入されたところから、その密度が１／ｅ（ｅ＝２．７３）に減少するまでに拡散した距離が拡散長である。
【０００３】
シリコンウエハにおいては、上記のような少数キャリア拡散長は、ウエハの表層部の不純物金属や結晶欠陥の影響を受けるものである。このため、従来から、ウエハ表層部の不純物金属汚染等を評価するために、上記キャリア拡散長を測定することが行われている。
その測定方法としては、例えば、特許文献１、２等に開示されているように、表面光電圧（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ；ＳＰＶ）法が用いられている。
【０００４】
このＳＰＶ法は、光の照射等によって導入された少数キャリアが、ウエハ表層部に存在する空乏層の電界によって、ウエハ表面に移動し、その結果発生するＳＰＶを測定するものである。
実際の測定においては、光は波長を変化させて照射し、各波長についてＳＰＶ値を測定する。そして、照射した光の侵入深さと、発生したＳＰＶ値との関係から、少数キャリア拡散長を求める。
【０００５】
このＳＰＶ法は、測定に要する時間が短く、かつ、ウエハと非接触で測定することができる。しかも、測定時に、ウエハを汚染したり、破壊することがないため、コストの観点からも優れた少量キャリア拡散長の測定方法である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−８８２５９号公報
【特許文献２】
特開平９−３２６４２７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＰＶ法による少数キャリア拡散長の測定は、ウエハの厚さ方向において、ドーパント濃度や再結合中心の密度が均一であることが前提とされている。
通常のプライムウエハにおいては、上記前提条件は、ほぼ満たされていると言えるが、エピタキシャルウエハ、特に、Ｐ型のエピタキシャルウエハ等においては、エピタキシャル層とウエハ基板中でのドーパント濃度が２桁程度も異なっていることから、上記前提条件が満たされているとは言えず、拡散長を正確に測定することは不可能であった。
【０００８】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、Ｐ型エピタキシャルウエハにおいても、ＳＰＶ法により、正確かつ容易に、少数キャリア拡散長の測定を行うことができるエピタキシャルウエハの少数キャリア拡散長の測定方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエピタキシャルウエハの少数キャリア拡散長の測定方法は、エピタキシャル層中のホウ素濃度が、ウエハ基板中のホウ素濃度の１／１００以下であるエピタキシャルウエハにおいて、厚さが１〜２０μｍである前記エピタキシャル層表面に、厚さ１０〜１００ｎｍの酸化膜を形成した後、表面光電圧法を用いて、少数キャリア拡散長を測定することを特徴とする。
前記酸化膜の形成により、Ｐ型エピタキシャルウエハ表層部に大きな空乏層が形成され、少数キャリアのウエハ表面への移動が容易になり、ＳＰＶ値が大きくなるため、安定した少数キャリア拡散長の測定が可能となる。
また、酸化膜の形成により、光の照射によって励起された過剰キャリア（少数キャリア）のウエハ表面での再結合が抑制され、ウエハの厚さ方向において、過剰キャリア密度の均一化が図られる。
さらに、エピタキシャル層は、ほぼ無欠陥であり、酸素を含まないため、エピタキシャル層での過剰キャリアの再結合は少ないと考えられ、ＳＰＶ値は実質的にウエハ基板自体からの情報を反映し、少数キャリア拡散長の正確な測定が可能となる。
【００１０】
前記ウエハ基板中のホウ素濃度は１×１０１７〜５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい。
ウエハ強度、ウエハ基板中の不純物金属の検出の容易さ、良好なエピタキシャル層形成等の観点から、ドーパント濃度を規定したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照して、詳細に説明する。
本発明に係るエピタキシャルウエハの少量キャリア拡散長の測定方法は、Ｐ型半導体ウエハのドーパントであるホウ素（Ｂ）濃度が、ウエハ基板の１／１００以下であるエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエハにおいて、前記エピタキシャル層表面に、酸化膜を形成させ、その酸化膜形成エピタキシャルウエハについて、ＳＰＶ法により少数キャリア拡散長を測定するものである。
図１は、酸化膜の形成により、空乏層が拡大する様子を示すものである。ここで、図１（ａ）は酸化膜なし、（ｂ）は酸化膜ありの場合である。図１（ａ）と（ｂ）とを比較して分かるように、形成された前記酸化膜は、膜中にプラスの電荷を有するため、Ｐ型のエピタキシャルウエハ表層部に大きな空乏層が形成される。そのため、光の照射によって発生した少数キャリア（電子）のウエハ表面への移動が容易になり、ＳＰＶ値が大きくなる。
その結果、測定値のＳ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比が向上し、安定した少数キャリア拡散長の測定が可能となる。
【００１２】
図２に、酸化膜の形成による過剰キャリア密度の変化を示す。ここで、図２（ａ）は酸化膜なし、（ｂ）は酸化膜ありの場合である。図２（ａ）と（ｂ）とを比較して分かるように、酸化膜の形成により、光の照射によって励起された過剰キャリア（少数キャリア）のウエハ表面での再結合が抑制されるため、ウエハの厚さ方向に、より深い領域にまで過剰キャリアが励起される。すなわち、ウエハの厚さ方向において、過剰キャリア密度の均一化が図られる。
【００１３】
さらに、エピタキシャル層は、ほぼ無欠陥であり、酸素を含まないため、エピタキシャル層での過剰キャリアの再結合は少ないと考えられる。そのため、ＳＰＶ値に対するエピタキシャル層の寄与分は非常に少なく、測定されるＳＰＶ値は実質的にウエハ基板自体からの情報を反映するものである。
その結果、エピタキシャルウエハにおける、不均一なホウ素濃度分布の影響は低減され、ＳＰＶ法による測定の上記したような前提条件が満たされ、少数キャリア拡散長の正確な測定が可能となる。
したがって、測定された少数キャリア拡散長の値は、主としてウエハ基板の金属汚染や結晶欠陥を反映したものとなる。
【００１４】
本発明において、測定対象となるエピタキシャルウエハとしては、ホウ素がドープされた鏡面加工シリコンウエハ等のＰ型ウエハ基板上に、シリコン単結晶層をエピタキシャル成長させたものが用いられる。本発明は、特に、前記エピタキシャル層中のドーパント（ホウ素）濃度が、前記ウエハ基板中のドーパント濃度に対して、１／１００以下と２桁以上小さい、Ｐ−／Ｐ＋型のエピタキシャルウエハについて測定するものである。
【００１５】
前記エピタキシャルウエハを構成するＰ型ウエハ基板は、エピタキシャル層中のホウ素濃度が、ウエハ基板中のホウ素濃度の１／１００以下であれば、特に限定されない。好ましくは、ウエハ強度、Ｆｅ−Ｂペア形成によるＦｅ汚染等の不純物金属の検出する際の容易さ、良好なエピタキシャル層形成等の観点から、ドーパント（ホウ素）濃度が１×１０１７〜５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のチョクラルスキーシリコン単結晶ウエハが用いられる。
また、酸素濃度は、１×１０１７〜２０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００１６】
前記Ｐ型ウエハ基板上に形成されるシリコンエピタキシャル層は、気相成長法等により、前記基板面上にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させたものである。例えば、ウエハ基板を反応容器内で、１１５０℃程度で、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、水素ガス、微量のＢ２Ｈ６ガス等を流し、ウエハ基板のＳｉ結晶格子に倣って、シリコン（Ｓｉ）原子を連続的に堆積させて作製される。
本発明においては、前記エピタキシャル層の厚さは、ウエハ平坦度の維持や形成デバイス性能等の関係から、１〜２０μｍであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る測定方法においては、測定を行う前に予め、測定対象となるエピタキシャルウエハのエピタキシャル層表面に、厚さ１０〜１００ｎｍの酸化膜を形成させる。
【００１８】
前記酸化膜は、ＳＰＶ法による測定に際して、９００〜１１００℃のドライ雰囲気中での熱酸化により形成されたものであることが、膜厚均質性、電位特性等の観点から好ましい。
【００１９】
本発明に係る少数キャリア拡散長の測定方法においては、前記酸化膜が形成されたエピタキシャルウエハを、ＳＰＶ測定装置で光プローブ走査して、このとき発生する光電圧を測定する。
すなわち、光照射によって生成した過剰少数キャリアが、ウエハ表層部に存在する空乏層の電界によって、ウエハ表面に移動し、その結果発生する表面光電圧（ＳＰＶ）を測定する。
具体的には、波長の異なる複数の光を個別に照射、走査し、各波長について、ＳＰＶ値を測定する。そして、照射した光の侵入深さと、発生したＳＰＶ値との関係から、少数キャリア拡散長を求める。
【００２０】
また、本発明に係るエピタキシャルウエハの少数キャリア拡散長の測定方法を利用して、Ｐ−／Ｐ＋型エピタキシャルウエハの基板中の不純物金属濃度を評価することができる。
例えば、Ｐ−／Ｐ＋型エピタキシャルウエハの基板中のＦｅ等の不純物金属の濃度と本発明に係る方法により測定した少数キャリア拡散長との間には、相関関係が認められる。
したがって、この関係を予め求めておくことにより、評価対象となるエピタキシャルウエハの少数キャリア拡散長を本発明に係る方法により測定し、その測定値から、基板の不純物金属（Ｆｅ）汚染を容易に評価することができる。
【００２１】
上記したように、本発明に係る少数キャリア拡散長の測定方法は、測定に要する時間が短く、かつ、ウエハと非接触で測定することができ、測定時にウエハを汚染、破壊することがないため、生産性、コスト的にも有利であり、半導体製造プロセスにおけるウエハの品質管理に好適に用いることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
ドーパント（ホウ素）濃度１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素濃度１４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＰ型チョクラルスキーシリコン（１００）ウエハをウエハ基板とし、このウエハ基板上に、厚さ１０μｍ、ホウ素濃度１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のエピタキシャル層を堆積させたエピタキシャルウエハを用意した。
このエピタキシャルウエハに対して、種々の濃度（１×１０１１〜１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）で強制的にＦｅ汚染を行った。
そして、これらの汚染ウエハに対して、エピタキシャル層表面に厚さ５０ｎｍの酸化膜を形成した後、ＳＰＶ法を用いて、少数キャリア拡散長を測定した。
この少数キャリア拡散長の測定値とウエハ中のＦｅ濃度との関係を線図として、図３に示す。
【００２３】
図３に示したように、Ｆｅ濃度の増加とともに、少数キャリア拡散長が低下することが認められ、本発明に係る方法を用いて測定した少数キャリア拡散長によって、エピタキシャルウエハの金属汚染を評価することが可能であることを確認することができた。
【００２４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る方法によれば、エピタキシャル層とウエハ基板とのドーパント濃度が大きく異なるＰ型エピタキシャルウエハについても、表面光電圧（ＳＰＶ）法により、少数キャリア拡散長の測定が可能となる。
また、本発明に係る少数キャリア拡散長の測定方法を用いることによって、Ｐ型エピタキシャルウエハについて、非接触で、容易に、しかも、ウエハを汚染、破壊することなく、不純物金属汚染を評価することができる。
したがって、本発明は、コストの観点からも優れた測定方法であり、半導体製造プロセスにおけるウエハの品質管理において好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化膜形成による空乏層の拡大効果を示す概念図であり、（ａ）は酸化膜なし、（ｂ）は酸化膜ありの場合である。
【図２】酸化膜形成による過剰キャリア密度の変化を示す線図であり、（ａ）は酸化膜なし、（ｂ）は酸化膜ありの場合である。
【図３】ウエハ基板中のＦｅ濃度と少数キャリア拡散長との相関を示す線図である。
【図１】
2004235592.tif 000002
【図２】
2004235592.tif 000003
【図３】
2004235592.tif 000004