(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの鏡面状の主表面の拡がり抵抗の測定を正確に行う。【解決手段】シリコンエピタキシャルウェーハ１の鏡面状の主表面１ａを粗面化する粗面化工程と、粗面化工程後に、主表面１ａの拡がり抵抗を測定する抵抗測定工程とを備えるシリコンエピタキシャルウェーハの抵抗測定方法。【選択図】        図２
2004319839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの鏡面状の主表面を粗面化する粗面化工程と、前記粗面化工程後に、前記主表面の拡がり抵抗を測定する抵抗測定工程とを備えることを特徴とする半導体ウェーハの抵抗測定方法。
【請求項２】
前記粗面化工程は、ダイヤモンドを含む研磨剤を用いて前記主表面を１ｎｍ以上研磨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抵抗測定方法。
【請求項３】
前記粗面化工程は、ダイヤモンドを含む研磨剤を用いて前記主表面を１５ｎｍ以上１００ｎｍ未満研磨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抵抗測定方法。
【請求項４】
前記半導体ウェーハは、前記主表面がシリコンエピタキシャル層で構成されたシリコンエピタキシャルウェーハであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体ウェーハの抵抗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの抵抗測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばシリコンエピタキシャルウェーハ等の半導体ウェーハの製造後の製品評価の一つとして、半導体ウェーハの抵抗測定が行われている。
【０００３】
以下に、半導体ウェーハの抵抗測定方法の一つである拡がり抵抗（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）測定法を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層の深さ方向の抵抗率を評価する場合について説明する。
先ず、評価対象であるシリコンエピタキシャルウェーハを適当な大きさのチップに切りだし、その後、切り出されたチップにおける評価領域の深さ方向の距離を拡大するために斜め研磨を行い、試料を作成する。
ここで、斜め研磨方法としては、切り出されたチップを、ダイヤモンドを含む研磨剤が塗布された研磨板に対し、一定の研磨角度となるように配置して、前記研磨板を回転させることで研磨する方法が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。
そして、斜め研磨された試料の所定位置に、一定電圧が印加された金属製の２本の探針からなるプローブを接触させ、プローブの接触点を当該試料の深さ方向に所定ピッチで移動させつつ、評価領域の表面とプローブとの間を流れる電流の値に基づき所望の接触点における拡がり抵抗を測定する。その後、接触点にて測定された拡がり抵抗を抵抗率に換算して前記試料の抵抗率を算出していくことで、試料の深さ方向の抵抗率の値を求める。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２３３３７６号公報（第２頁、図８及び図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば低抵抗率のシリコン単結晶ウェーハの主表面上に高抵抗率のシリコンエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造すると、シリコン単結晶ウェーハに含有されている不純物が成長雰囲気中に一旦遊離し、気相成長中のシリコンエピタキシャル層に取り込まれるオートドープ現象が発生するため、オートドープの影響を調査する必要がある。
しかしながら、鏡面状のシリコンエピタキシャル層の表面を拡がり抵抗測定法を用いて測定する場合、拡がり抵抗の測定値がばらつき、正確な測定値を得ることが困難である。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、半導体ウェーハの鏡面状の主表面の拡がり抵抗の測定を正確に行うことができる半導体ウェーハの抵抗測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記のように、拡がり抵抗測定法をシリコンエピタキシャル層表面の抵抗測定に適用した場合、シリコンエピタキシャル層の表面は鏡面状態であるため、測定領域の面粗さが非常に小さく、このため、測定領域の表面に対するプローブの探針の接触がほぼ点接触となって、探針の測定領域に対する接触状態が変化し易くなり、測定領域の表面と探針との間を流れる電流の値が変動してしまう。
【０００８】
そこで、本発明の半導体ウェーハの抵抗測定方法は、半導体ウェーハの鏡面状の主表面を粗面化する粗面化工程と、前記粗面化工程の後に、前記主表面の拡がり抵抗を測定する抵抗測定工程とを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、前記粗面化工程は、ダイヤモンドを含む研磨剤を用いて前記主表面を１ｎｍ以上、より好ましくは、１５ｎｍ以上１００ｎｍ未満研磨することが好ましい。
【００１０】
また、前記半導体ウェーハは、前記主表面がシリコンエピタキシャル層で構成されたシリコンエピタキシャルウェーハであることが望ましい。
【００１１】
本発明によれば、半導体ウェーハの鏡面状の主表面の拡がり抵抗を測定する前に、前記主表面を粗面化するので、前記拡がり抵抗を測定する際に、プローブと当該プローブが接触する前記主表面との接触面積が大きくなる。従って、主表面に対するプローブの接触状態を安定させることができるので、プローブと前記主表面との間を流れる電流の変動を抑制して、拡がり抵抗の測定を従来よりも正確に行うことができる。その結果、鏡面状の半導体ウェーハの主表面について、拡がり抵抗測定を適正に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１３】
本実施の形態では、本発明に係る半導体ウェーハの抵抗測定方法を、オートドープ現象の影響を受けやすいシリコンエピタキシャルウェーハの周辺部の抵抗測定に適用した場合について説明する。
【００１４】
以下に、拡がり抵抗測定法を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層の表面を抵抗測定するシリコンエピタキシャルウェーハの抵抗測定方法の各工程を、図１及び図２を参照して説明する。
【００１５】
シリコンエピタキシャル層１１の表面１１ａ（図１（ｂ））は鏡面状態であるため、その面粗さが非常に小さい。このため、シリコンエピタキシャル層１１の表面１１ａの鏡面状態のままで拡がり抵抗測定を行うと、表面１１ａに対するプローブ４の探針の接触がほぼ点接触となって、測定領域に対する探針の接触状態が変化し易くなり、探針と表面１１ａとの間を流れる電流の値が変動する。従って、拡がり抵抗の測定値がばらつき、正確な測定を行うことが困難となる。
【００１６】
上記のようなことを防止するため、本実施の形態では、シリコンエピタキシャルウェーハ１の主表面１ａの拡がり抵抗を測定する抵抗測定工程（図２（ｆ））の前に、鏡面状のシリコンエピタキシャル層１１の表面１１ａ（主表面１ａ）を粗面化する粗面化工程（図１（ｃ）〜図２（ｄ））を行う。
【００１７】
ここで、シリコンエピタキシャルウェーハ１は、主表面が所定の研磨加工により鏡面化されたシリコン単結晶ウェーハ等の半導体ウェーハ１２を用いて、その主表面上にシリコンエピタキシャル層１１を気相成長させることにより製造したものである。
【００１８】
先ず、図１（ａ）に示すように、測定試料となるシリコンエピタキシャルウェーハ１の端部を含んだチップ１０を切り出す。ここで、チップ１０の寸法は、例えば、一辺が１５〜２０ｍｍ程度である。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、チップ固定治具２にチップ１０を固定する。具体的には、チップ固定治具２は、その一面が平坦なチップ固定面２ａを構成しており、このチップ固定面２ａに、半導体ウェーハ１２の主裏面全面を当接させるようにしてチップ１０を固定する。
ここで、チップ１０の固定方法は、チップ１０をチップ固定治具２に固定可能な方法であれば如何なる方法であっても良く、例えば、ワックス等の接着剤を用いた接着固定方法であっても良い。
【００２０】
次に、図１（ｃ）に示すように、拡がり抵抗の測定領域となるチップ１０のシリコンエピタキシャル層１１の表面１１ａの全面に、ダイヤモンド粒子を含む研磨剤としてのダイヤモンドペーストＧを塗布する。
ここで、ダイヤモンドペーストＧの量は、チップ１０の表面１１ａの全面を粗面化できる程度の量であれば良く、例えば、１ｇ程度で良い。また、ダイヤモンド粒子は、例えば、平均直径０．２５μｍ程度のものである。
ダイヤモンドペーストＧの塗布方法は、ダイヤモンドペーストＧをチップ１０の表面１１ａの全面に行き渡らせることができる方法であれば如何なる方法であっても良い。例えば、ダイヤモンドペーストＧを所定の希釈用のオイルで溶いたものをチップ１０の表面１１ａに塗っても良いし、また、ダイヤモンドペーストＧをチップ１０の表面１１ａの一部につけて、例えば布等を用い、前記表面１１ａの全面にダイヤモンドペーストＧを伸ばすようにしても良い。また、粘度が小さいダイヤモンドペーストＧの場合、チップ１０が固定されたチップ固定治具２を裏返し当該チップ固定治具２を鉛直軸周りに回転させた状態で、前記ダイヤモンドペーストＧを滴下することにより前記チップ１０の表面１１ａの全面にダイヤモンドペーストＧを行き渡らせるようにしても良い。
【００２１】
次に、図２（ｄ）に示すように、チップ１０を固定したチップ固定治具２を裏返して、チップ１０の表面１１ａを研磨板３の研磨面３ａに当接させ、その後、チップ固定治具２を、例えば所定方向Ａに沿って往復移動させることで、ダイヤモンドペーストＧを用いてチップ１０のシリコンエピタキシャル層１１の表面１１ａを粗面化する（粗面化工程）。
なお、チップ１０の表面１１ａの粗面化方法は、表面１１ａを１ｎｍ以上、より好ましくは１５ｎｍ以上１００ｎｍ未満研磨できる方法であれば如何なる方法であっても良く、例えば、ダイヤモンドペーストＧが塗布されたチップ１０どうしを摺り合わせるようにしても良いし、チップ１０の表面１１ａにダイヤモンドペーストＧを塗布せずに、ダイヤモンドペーストＧを含ませた布等を用いて前記チップ１０の表面１１ａを摺擦しても良い。
また、研磨板３としては、例えば、ガラス板が適用可能である。
【００２２】
その後、図２（ｅ）に示すように、表面１１ａが粗面化されたチップ１０を固定したチップ固定治具２を裏返すとともに、チップ１０の表面１１ａに付着したダイヤモンドペーストＧを除去する。
ここで、ダイヤモンドペーストＧの除去方法は、少なくとも拡がり抵抗の測定領域となるチップ１０の表面１１ａに付着したダイヤモンドペーストＧを除去可能な方法であれば如何なる方法であっても良い。例えば、チップ１０の表面１１ａに付着したダイヤモンドペーストＧを純水で洗い流すことで除去しても良いし、アルコールを含浸させた布等を用いて前記ダイヤモンドペーストＧを拭き取ることで除去しても良い。
【００２３】
次に、図２（ｆ）に示すように、図示しない拡がり抵抗測定器にチップ１０をチップ固定治具２ごと装着して、チップ１０の表面１１ａの拡がり抵抗を測定する（抵抗測定工程）。
具体的には、先ず、チップ１０の拡がり抵抗の測定領域となる粗面化された表面１１ａの所定位置に、一定電圧が印加された金属製の２本の探針からなるプローブ４を所定の押し込み荷重で接触させる。そして、チップ１０をシリコンエピタキシャルウェーハ１における径方向Ｂに所定ピッチで移動させつつ、表面１１ａとプローブ４との間を流れる電流の値に基づき所望の接触点における拡がり抵抗を測定する。
その後、接触点にて測定された拡がり抵抗を抵抗率に換算してチップ１０の表面１１ａの抵抗率を算出していくことで、前記シリコンエピタキシャル層１１の周辺部の径方向Ｂに沿った抵抗率分布を求めることができる。
【００２４】
ここで、本発明に係る実施例について説明する。なお、本発明は下記の例によって何ら限定されるものではない。
以下の実施例１及び２並びに比較例において用いられるチップ１０は、直径１２５ｍｍ、面方位（１００）、ｎ型のシリコンエピタキシャルウェーハ１から切り出したものである。
【００２５】
＜実施例１＞
前記シリコンエピタキシャルウェーハ１から、その端部を含む２０ｍｍ角のチップ１０を切り出す。そして、チップ固定治具２に接着剤を用いてチップ１０を固定し、当該チップ１０の表面１１ａの中央部に平均直径０．２５μｍのダイヤモンドペーストＧを１ｇ塗布して、前記表面１１ａの全面に行き渡るように布で伸ばす。続けて、チップ１０の表面１１ａをガラス板３に対して擦り合わせ、３ｎｍ研磨して粗面化した後、アルコールを含浸させた布でダイヤモンドペーストＧを拭き取る。その後、拡がり抵抗測定機にチップ１０を装着し、シリコンエピタキシャルウェーハ１における端部に相当するチップ１０のエッジから０．５ｍｍ内側となる位置に、押し込み荷重１０ｍｇでプローブ４を接触させる。そして、プローブ４をシリコンエピタキシャルウェーハ１におけるウェーハの中心方向に０．１ｍｍの測定ピッチで相対的に移動させながらプローブ４とチップ１０の表面１１ａの接触を繰り返して、合計１００箇所の拡がり抵抗を測定する。
拡がり抵抗の測定結果並びに測定結果に基づき算出された抵抗率及びドーパント濃度を図３に示す。
【００２６】
＜比較例＞
比較例では、上記実施例１と同様にしてチップ１０を作成し、このチップ１０に対して粗面化を行わずに、上記と同様に拡がり抵抗を１００箇所測定した。この結果を図４に示す。
【００２７】
図４に示すように、チップ１０の表面１１ａの粗面化を行わない場合、測定値のバラツキが大きく、シリコンエピタキシャル層１１の気相成長において発生したオートドープ現象の影響を適正に判断することができない。それに対し、図３は実施例１の結果を示したものであるが、チップ１０の表面１１ａの粗面化を行った場合、測定値のバラツキはほとんどなく、表面１１ａの前記エッジより０．５ｍｍ内側となる位置から４〜１０ｍｍ離れた測定領域における抵抗率がほぼ約３０（Ω・ｃｍ）であり、前記４ｍｍ離れた測定領域付近から前記エッジに向かうにつれて抵抗率が低下していき、最終的に、前記エッジにおける抵抗率が約２０（Ω・ｃｍ）となっていることが明確に把握できる。これにより、オートドープ現象の影響度合を適正に判断することができる。
【００２８】
＜実施例２＞
前記シリコンエピタキシャルウェーハ１の略中央部から、２０ｍｍ角のチップ１０を１０枚切り出す。そして、チップ固定治具２にチップ１０を各々固定し、ダイヤモンドペーストＧを用いガラス板３に対して、各チップ１０の表面１１ａをそれぞれ０、０．３、１、１．５、２、３、６、１５、３０及び１５０ｎｍ研磨して粗面化する。その後、各チップ１０からダイヤモンドペーストＧを除去する。続けて、拡がり抵抗測定機に各チップ１０を装着して、各チップ１０の表面１１ａの所定位置にプローブ４を接触させる。そして、チップ１０をシリコンエピタキシャルウェーハ１における中心からエッジ方向Ｂに０．１ｍｍの測定ピッチで移動させて、合計５０点の拡がり抵抗を測定する。この拡がり抵抗の測定結果から算出した抵抗率と研磨代との関係を図５、図６に示す。
【００２９】
図５に示すように、ダイヤモンドペーストＧを用いてチップ１０の表面１１ａをガラス板３に対して、１ｎｍ以上擦り合わせることで、各測定箇所に対応する抵抗率のバラツキがほぼなくなり、前記シリコンエピタキシャル層１１の表面１１ａの粗面化が適正に行われたと判断することができる。
図６は研磨代と抵抗率の最大（ＭＡＸ）値、最小（ＭＩＮ）値、標準偏差の関係を示したものである。表面１１ａとプローブとの接触状態が十分でないと抵抗値は高くなるので、抵抗率の最大値は、研磨代の小さい領域でバラツキがあるが、その影響を受けない抵抗率の最小値は、研磨代１ｎｍ以上でほぼ一定の値となっている。従って、この図からも研磨代が１ｎｍ以上でシリコンエピタキシャル層１１の表面１１ａの粗面化が適正に行われたと判断することができる。
また、研磨代が１５ｎｍ以上で抵抗率の最大値が安定する。ただし、１００ｎｍ以上研磨すると表面を削りすぎてしまい、もはや表面の測定にならない。従って、研磨代が１５ｎｍ以上１００ｎｍ未満であることがより好ましい。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によれば、シリコンエピタキシャルウェーハ１の主表面１ａの拡がり抵抗を測定する前に、シリコンエピタキシャル層１１の表面１１ａのプローブ４が接触する測定領域を、ダイヤモンドペーストＧを用いて粗面化する。すると、プローブ４と当該プローブ４が接触する前記測定領域との接触面積が大きくなり、測定領域に対するプローブ４の接触状態を安定させることができるので、プローブ４と測定領域との間を流れる電流の変動を抑制して、拡がり抵抗の測定を従来よりも正確に行うことができる。その結果、シリコンエピタキシャルウェーハ１の主表面１ａについて、拡がり抵抗測定を適正に行うことができ、シリコンエピタキシャルウェーハ１の製造において、シリコンエピタキシャル層１１の気相成長の際に発生するオートドープ現象の影響度合を適正に測定することができる。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、例えば、半導体ウェーハとしてシリコンエピタキシャルウェーハ１を例示したが、これに限られるものではなく、半導体ウェーハであれば如何なるものであっても良い。
また、研磨剤としてダイヤモンドペーストＧを例示したが、これに限られるものではなく、半導体ウェーハの主表面を粗面化可能なものであれば如何なるものであっても良い。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウェーハの鏡面状の主表面の拡がり抵抗を測定する際に、前記主表面の測定領域に対するプローブの接触状態を安定させることができるので、プローブと前記主表面の測定領域との間を流れる電流の変動を抑制して、拡がり抵抗の測定を従来よりも正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された好適な一例としてのシリコンエピタキシャルウェーハの拡がり抵抗測定方法の各工程を説明するための図である。
【図２】図１のシリコンエピタキシャルウェーハの拡がり抵抗測定方法の続きを示す図である。
【図３】本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの拡がり抵抗測定方法により測定したシリコンエピタキシャル層の拡がり抵抗値と抵抗率とドーパント濃度とを示す図である。
【図４】シリコンエピタキシャルウェーハの拡がり抵抗測定を従来の方法により測定したシリコンエピタキシャル層の拡がり抵抗値と抵抗率とドーパント濃度とを示す図である。
【図５】研磨代と抵抗率との関係を示す図である。
【図６】研磨代と抵抗率の測定バラツキとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１        シリコンエピタキシャルウェーハ（半導体ウェーハ）
１ａ      主表面
１１      シリコンエピタキシャル層
Ｇ        研磨剤
【図１】
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【図２】
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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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