(57)【要約】【課題】半導体の不純物濃度の測定精度を向上することを課題とする。【解決手段】略水平に保持された半導体基体上に電解液を滴下して液滴領域を形成し、該液滴領域に信号検出用電極を接触させ、液滴領域外の半導体基体の表面に作用電極を接触させ、作用電極と信号検出用電極間に少なくとも２種の電圧を印加して電位に対応する容量を測定することで電位−容量の関係をプロットし、該プロットから液滴領域の不純物濃度を測定することを特徴とする半導体の不純物濃度の測定方法により上記の課題を解決する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
略水平に保持された半導体基体上に電解液を滴下して液滴領域を形成し、該液滴領域に信号検出用電極を接触させ、液滴領域外の半導体基体の表面に作用電極を接触させ、作用電極と信号検出用電極間に少なくとも２種の電圧を印加して電位に対応する容量を測定することで電位−容量の関係をプロットし、該プロットから以下の式１
【数１】
2004342769.tif 000004
（式中、Ｎは不純物濃度、ｑは電荷、ε０は真空の誘電率、ε１は半導体材料の誘電率、Ａは液滴領域の面積、Ｃは容量、ｄＣ／ｄＶは電位−容量のプロットの傾きを意味する）
により液滴領域の不純物濃度を測定することを特徴とする半導体の不純物濃度の測定方法。
【請求項２】
前記液滴領域に更に参照電極及び対極を接触させ、前記参照電極の電位を基準として、前記作用電極と対極間に前記液滴領域下の半導体基体がエッチングされる電圧を印加した後、エッチングにより露出した領域の不純物濃度を前記作用電極と信号検出用電極間に少なくとも２種の電圧を印加して電位に対応する容量を測定することで電位−容量の関係をプロットし、該プロットから前記式１により測定する請求項１に記載の半導体の不純物濃度の測定方法。
【請求項３】
前記電解液が、前記半導体基体表面に表面張力によって液滴領域として保持されている請求項１に記載の半導体の不純物濃度の測定方法。
【請求項４】
前記半導体基体が、該半導体基体とオーミック接触したステージ上に載置され、前記作用電極が、前記ステージを介して半導体基体と接触する請求項１に記載の半導体の不純物濃度の測定方法。
【請求項５】
前記作用電極が、液滴領域が位置する側の半導体基体の面上に設けられ、半導体基体とオーミック接触している請求項１に記載の半導体の不純物濃度の測定方法。
【請求項６】
前記信号検出用電極、参照電極及び対極は、それぞれの断面積の和が液滴領域の面積より小さい請求項２に記載の半導体の不純物濃度の測定方法。
【請求項７】
測定される不純物濃度が、ｎ型不純物濃度であり、前記作用電極と信号検出用電極間への少なくとも２種の電圧の印加が、２つ以上の光源から光を照射しつつ行われる請求項１に記載の半導体の不純物濃度の測定方法。
【請求項８】
前記液滴領域が、一旦画像として読み取られ、読み取った画像により面積が算出される請求項１に記載の半導体の不純物濃度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の不純物濃度の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基体中の不純物濃度を測定する方法として、ホール効果測定法、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）、電気化学ＣＶ特性測定法等が知られている。
【０００３】
ホール効果測定法は、半導体基体を磁化中に置き電流を流したときのホール起電力から不純物濃度を求める方法である。ＳＩＭＳは、半導体基体の表面に１次イオンビームを衝突させて、基体表面から飛び出した２次イオンの量を質量分析器により検出することで不純物濃度を求める方法である。電気化学ＣＶ特性測定法は、電解液と半導体基体を接触させ、電解液−半導体基体間の容量と電位との関係を測定することで不純物濃度を求める方法である（特開平６−２４４２５７号公報：特許文献１、特開平６−３３４０１２号公報：特許文献２、特開２０００−１５０６０５号公報：特許文献３）。
【０００４】
電気化学ＣＶ特性測定法には、半導体基体の表面をエッチングすることにより、半導体基体の深さ方向の不純物濃度を測定できるというホール効果測定法にはない特徴がある。また、電気化学ＣＶ特性測定法には、活性化した不純物の濃度を測定できるというＳＩＭＳにはない特徴がある。
【０００５】
図２に電気化学ＣＶ特性測定法に使用できる測定装置の概略図を示す。図２において、半導体基体１２の表面は中央に穴のあいたシール部分１８と接触し、半導体基体１２の裏側は、プランジャー１１のバネにより押さえつけられて、電気化学ＣＶ特性測定セルに固定されている。電気化学ＣＶ特性測定セルは、電解液１４で満たされ、シール部分１８の穴を介して半導体基体１２と電解液１４とが接触している。電気化学ＣＶ特性測定セルには、参照電極１５、対極１６及び信号検出用電極１７が取り付けられている。また、半導体基体１２の裏側又は表側にはオーミック接触する作用電極１３が設けられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２４４２５７号公報
【特許文献２】
特開平６−３３４０１２号公報
【特許文献３】
特開２０００−１５０６０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電気化学ＣＶ特性測定セルではシール部分１８と半導体基体１２の表側を接触させて、更にプランジャー１１で押さえつけて固定する際、取り付け精度が悪いと、シール部分１８と半導体基体１２の隙間から電解液１４が漏れる場合があった。電解液１４と半導体基体１２との接触面積は、不純物濃度の算出の際のパラメーターの一つであるため、電解液１４が漏れた場合、接触面積が不正確となり誤差が大きくなるという課題があった。
【０００８】
また、シール部分１８は劣化が起こりやすく、劣化した場合、電解液４が漏れることとなる。
【０００９】
更に、半導体基体の深さ方向のｎ型の不純物濃度を測定する場合、光２０を照射することで、半導体基体にアノード電流が流れ、その結果表面がエッチングされるので、深さ方向の不純物濃度を測定することができる。しかし、シール部分１８が光を遮ることで基体表面に光が当たらない部分が発生し、エッチングにムラができてしまうという課題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かくして本発明によれば、略水平に保持された半導体基体上に電解液を滴下して液滴領域を形成し、該液滴領域に信号検出用電極を接触させ、液滴領域外の半導体基体の表面に作用電極を接触させ、作用電極と信号検出用電極間に少なくとも２種の電圧を印加して電位に対応する容量を測定することで電位−容量の関係をプロットし、該プロットから以下の式１
【００１１】
【数２】
2004342769.tif 000002
【００１２】
（式中、Ｎは不純物濃度、ｑは電荷、ε０は真空の誘電率、ε１は半導体材料の誘電率、Ａは液滴領域の面積、Ｃは容量、ｄＣ／ｄＶは電位−容量のプロットの傾きを意味する）
により液滴領域の不純物濃度を測定することを特徴とする半導体の不純物濃度の測定方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の測定を行うことができる半導体基体の種類としては、Ｓｉのような元素半導体基体、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ等の化合物半導体基体、サファイア基板のような絶縁性基板上に半導体層を積層したＳＯＩからなる半導体基体等が挙げられる。また、基体の形状としては、特に限定されず、ウェハ状、ウェハをダイシングしたチップ状、不定形状等が挙げられる。更に、測定の対象となる不純物としては、ｐ型やｎ型の不純物が挙げられ、半導体材料の種類に応じて適宜選択される。
【００１４】
本発明に使用できる電解液としては、不純物濃度を測定するために電気を流す性質を有する限りは特に限定されない。更に、半導体基体をエッチングして深さ方向の不純物濃度を測定する場合は、半導体基体のエッチングしうる性質も要求される。具体的な電解液としては、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）と水酸化ナトリウム溶液との混合液、酒石酸アンモニウムとアンモニア水との混合液等が挙げられる。ＥＤＴＡや酒石酸アンモニウム等の溶質は、電解液中に０．１〜０．２モル／リットルの濃度で含まれていることが好ましい。
【００１５】
上記電解液は、略水平に保持された半導体基体上に滴下されて液滴領域を形成する。ここで、略水平とは、液滴領域の形成が可能な程度の水平を意味し、厳密な意味の水平を意味するものではない。電解液は、不純物濃度を測定可能な程度の量が滴下され、その回数は特に限定されない。例えば、０．１〜１．０ｃｍ３程度の量が挙げられる。また、液滴領域は、通常、電解液の表面張力によって保持される。
【００１６】
次に、液滴領域に信号検出用電極を接触させ、液滴領域外の半導体基体の表面に作用電極を接触させる。信号検出用電極は、その断面積が液滴領域の面積より小さいことが好ましい。更に、作用電極は、この電極に印加された電圧により、信号検出電極に電流が流れる程度離れた位置に設けられ、この条件を満たす限り半導体基体の表面及び裏面のどちら側に設けられていてもよい。更に、半導体基体とオーミック接触し、半導体基体を載置するステージを介して半導体基体と作用電極とを接触させてもよい。また、ＳＯＩからなる半導体基体を使用した場合は、表面に設ける必要がある。
【００１７】
次に、作用電極と信号検出用電極間に少なくとも２種の電圧を印加して電位に対応する容量を測定することで電位−容量の関係をプロットする。ここで、印加される電圧は、半導体基体及び電解液の種類に応じて適宜設定することができる。例えば、０〜−１Ｖの範囲が挙げられ、より具体的には、ｐ型の不純物濃度を測定する場合は、−０．５〜−１Ｖ、ｎ型の不純物を測定する場合は、−０．５〜０Ｖが挙げられる。
【００１８】
上記プロットされた電位−容量の関係を用いて、以下の式１
【００１９】
【数３】
2004342769.tif 000003
【００２０】
（式中、Ｎは不純物濃度、ｑは電荷、ε０は真空の誘電率、ε１は半導体材料の誘電率、Ａは液滴領域の面積、Ｃは容量、ｄＣ／ｄＶは電位−容量のプロットの傾きを意味する）
により液滴領域の不純物濃度を測定することができる。得られた不純物濃度は、個／ｃｍ３の濃度を意味する。
【００２１】
更に、本発明では、半導体基体の深さ方向の不純物濃度も測定することができる。そのために、液滴領域に、更に参照電極及び対極を接触させ、参照電極の電位を基準として、作用電極と対極間に液滴領域下の半導体基体がエッチングされる電圧を印加することで、半導体基体をエッチングする。
【００２２】
ここで使用される参照電極及び対極の構成は特に限定されないが、信号検出用電極、参照電極及び対極は、それぞれの断面積の和が液滴領域の面積より小さいことが好ましい。
【００２３】
作用電極と対極間に印加される電圧は、半導体基体がエッチングされれば特に限定されない。例えば、参照電極の電位を基準として、３〜５Ｖの範囲が挙げられる。
【００２４】
更に、半導体基体が、ｎ型である場合、光を照射しつつエッチングすることが好ましい。これは、ｐ型の場合、順バイアスとなり電流が作用電極と対極間に流れてエッチングが進行するが、ｎ型の場合、逆バイアスとなり電流が流れないため、光を照射して電子を励起させて電流を流すことが望まれるからである。本発明では、従来のようにシール部分が存在しないので、それによる影が発生せず、エッチングのムラを減少することができる。
【００２５】
光の照射条件（光の波長、強度、時間等）は、所望のエッチング速度及び量に応じて適宜設定することができる。
【００２６】
上記のように、エッチングを行うことで新たに露出した液滴領域下の半導体基体に対して、上記と同様にして作用電極と信号検出用電極間に電圧を印加することで、不純物濃度を測定することができる。
【００２７】
実施の形態１
ｎ型及びｐ型ＧａＡｓ基板のキャリア濃度の測定方法を図１を参照しつつ説明する。
【００２８】
ステージ１にＧａＡｓ基板２を載せ、略水平に保持する。ＧａＡｓ基板２はＩｎを裏側に塗りつけることによりステージ１とオーミック接触を取る。ステージ１には作用電極３が接続されている。なお、作用電極３は必要に応じてＧａＡｓ基板２とオーミック接触させて設けることができる。
【００２９】
ＧａＡｓ基板２上に電解液４、例えば酒石酸アンモニウム溶液を１滴滴下する。滴下された電解液４は表面張力をもち、半球状になってＧａＡｓ基板２上に保持される。
【００３０】
次に、電解液４の表面に、飽和カロメル電極のような参照電極５、白金線のような対極６、プラチナのような容量を測定するための信号検出用電極７の先端部分を接触させる。参照電極５、対極６、信号検出用電極７の先端部分は、電解液４の表面より十分に小さくなっており、互に他の電極と接触することはない。作用電極３、参照電極５、対極６、信号検出用電極７はそれぞれ容量測定用のコントローラーに接続されている。
【００３１】
ｐ型ＧａＡｓ基板の場合、容量測定は、コントローラーによってＧａＡｓ基板２の電流／電圧プロットを測定して容量の測定が可能なバイアス電圧の範囲を決定し、次に、そのバイアス電圧の範囲から電位−容量の関係をプロットする。深さ方向の容量のプロファイルは、ＧａＡｓ基板２に順バイアス電圧を印加することで表面を電解エッチングした後、上記と同様にして容量を測定することで得ることができる。
【００３２】
一方、ｎ型ＧａＡｓ基板の場合、容量測定は、コントローラーによってＧａＡｓ基板２の電流／電圧プロットを測定して容量の測定が可能なバイアス電圧の範囲を決定し、次に、そのバイアス電圧の範囲から電位−容量の関係をプロットする。深さ方向の容量のプロファイルは、次にようにして得ることができる。すなわち、ＧａＡｓ基板２にアノード電流を流すために短波長の光８を照射する。ここでは、参照電極５、対極６、信号検出用電極７による影がＧａＡｓ基板２に作られることによるエッチングのムラを減少させるため、少なくとも２つ以上の場所から照射する。このようにアノード電流を流すことで表面を電解エッチングした後、上記と同様にして容量を測定することで深さ方向の容量のプロファイルを得ることができる。
【００３３】
液滴領域及びエッチングされた領域の表面積は、それら領域が円形の場合は、円の直径又は半径を測定することで計算可能である。また、円形でない場合は、スキャナーのような画像読み取り手段で領域の形を画像として読み取り、面積を測定できる解析ソフトを利用して表面積を決定することができる。
【００３４】
得られた電位−容量のプロットと表面積から、上記式１によりＧａＡｓ基板２の不純物濃度を計算することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のように電解液の保持にシール部分を設ける必要がないため、電解液の漏れをなくすことができるので、電解液と半導体基体とが接触する面積が変動することを防ぐことができる。その結果、不純物濃度の測定精度を上げることができる。
【００３６】
また、本発明では、シール部分が必要ないので、シール部分の部品交換が不要であり、測定装置のメンテナンス性を向上させることができる。
【００３７】
更に、半導体基体をエッチングして深さ方向のｎ型の不純物濃度を測定する際に、従来ではシール部分等により影が形成され、エッチングにムラが形成され、測定精度が低下していたが、本発明ではシール部分がないので、エッチングによるムラが形成されにくく、測定精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の不純物濃度の測定方法の概略説明図である。
【図２】従来の不純物濃度の測定方法の概略説明図である。
【符号の説明】
１  ステージ
２  ＧａＡｓ基板
３、１３  作用電極
４、１４  電解液
５、１５  参照電極
６、１６  対極
７、１７  信号検出用電極
８、２０  光
１２  半導体基体
１８  シール部分
１１  プランジャー
【図１】
2004342769.tif 000005
【図２】
2004342769.tif 000006