(57)【要約】【課題】半導体ウエーハの表面上に形成された金属電極を用いて半導体ウエーハの電気特性を測定する方法およびそのために用いられる装置を提供する。【解決手段】蒸着等の方法によって半導体ウエーハの表面上に形成した、金やアルミニウム等の金属電極を光学系手段によって撮影し、光学系手段によって撮影した画像情報から上記金属電極の面積を計算して、上記金属電極の面積の計算値を、半導体ウエーハの比抵抗、不純物濃度、Ｉ−Ｖ特性等の測定に用いる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成して前記金属電極の面積を用いて半導体ウエーハの電気特性を測定する方法において、前記半導体ウエーハの表面上に形成された金属電極を光学系手段によって撮影する工程と、前記光学系手段によって撮影した画像情報から前記金属電極の面積を計算する工程と、前記金属電極の面積の計算値を半導体ウエーハの電気特性測定に用いる工程を含む、半導体ウエーハの電気特性測定方法。
【請求項２】
光学系手段によって撮影した画像情報を２値化あるいは色判別して得られた輝度分布の大きさが設定値以上のときに半導体ウエーハの表面上における金属電極の形成状態が良好と判断することを特徴とする、請求項１記載の半導体ウエーハの電気特性測定方法。
【請求項３】
半導体ウエーハの表面上に形成された金属電極を撮影する光学系手段と、前記光学系手段によって得られた画像情報を処理する画像処理装置と、前記画像処理装置が処理した結果に基づき前記金属電極の面積を計算する演算処理装置と、前記演算処理装置が計算した前記金属電極の面積を用いて半導体ウエーハの電気特性を測定する評価装置とから構成される、半導体ウエーハの電気特性測定装置。
【請求項４】
光学系手段によって撮影した画像情報を２値化あるいは色判別して得られた輝度分布の大きさが設定値以上のときに半導体ウエーハの表面上における金属電極の形成状態が良好と判断する手段を備えたことを特徴とする、請求項３記載の半導体ウエーハの電気特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハの表面上に形成された金属電極を用いて半導体ウエーハの電気特性を測定する方法およびそのために用いられる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエーハの電気特性を測定する方法のうち、Ｃ−Ｖ（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ−Ｖｏｌｔａｇｅ）法あるいはＩ−Ｖ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｖｏｌｔａｇｅ）法等においては、半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成し、この金属電極を用いて、半導体ウエーハの比抵抗あるいは不純物濃度、Ｉ−Ｖ特性等を測定する。この場合、蒸着等によって半導体ウエーハの表面上に金やアルミニウム等の金属を付着させて電極を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６４３９７号公報
【０００４】
真空蒸着装置を用いて半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成する方法を、図２および図３を用いて説明する。図２において、真空蒸着装置１０内に設置されたウエーハ保持台４の上に半導体ウエーハ２を保持し、半導体ウエーハ２の上にステンレス鋼等で作製された蒸着用マスク１４を載置する。
【０００５】
真空蒸着装置１０内の半導体ウエーハ２と対向する位置に、電極材料の金属１３がフィラメント１２によって保持されている。真空ポンプ１６によってチャンバ１１内を減圧した状態でフィラメント１２を加熱し、電極材料の金属１３を蒸発させて、半導体ウエーハ２の表面上に蒸着させる。
【０００６】
蒸着用マスク１４は、図３（ａ）に示すように、開口１５を有する。開口１５は金属電極形成用の開口として作用し、図３（ｂ）に示すように、この開口１５によって露出した半導体ウエーハ２の表面上に電極材料の金属１３が開口１５と同じ形状で蒸着し、金属電極３が形成される。
【０００７】
半導体ウエーハ２の表面上に形成された金属電極３を用いて測定された半導体ウエーハ２の電気特性は、金属電極３の面積に依存する。従って、このような方法で半導体ウエーハ２の電気特性を正確に測定する際には、半導体ウエーハ２の表面上に形成した金属電極３の面積を正確に求める必要がある。従来は、図３（ａ）に示すように、蒸着用マスク１４の開口１５の面積を金属電極３の面積とし、開口１５の面積を用いて半導体ウエーハ２の電気特性を測定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示すような真空蒸着装置１０を用いて半導体ウエーハ２の表面上に電極材料の金属１３を付着させる場合は、図４（ａ）に示すように、蒸着を繰り返すことによって電極材料の金属１３が蒸着用マスク１４の表面に堆積する。また、蒸着用マスク１４の開口１５の内周面１５ａにも電極材料の金属１３が堆積する。この状態で蒸着を行うと、フィラメント１２の加熱で蒸発した電極材料の金属１３が、開口１５の内周面１５ａに堆積した電極材料の金属１３によって遮断されるため、図４（ｂ）に示すように、半導体ウエーハ２の表面上に形成された金属電極３の面積は、開口１５の面積に対して小さくなる。
【０００９】
逆に、蒸着用マスク１４と半導体ウエーハ２の表面との間に間隙が発生した場合には、電極材料の金属１３が間隙の部分に入り込んで蒸着するため、金属電極３の面積は、開口１５の面積に対して大きくなる。
【００１０】
このように、真空蒸着装置を用いて半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成する方法では、半導体ウエーハの表面上に形成された金属電極の面積は、金属蒸着用マスクの開口の面積と同一にはならない。その結果、半導体ウエーハの電気特性の測定値に誤差が介入する。これは、電極面積の変動によるバラツキと呼ばれ、半導体ウエーハの電気特性の測定値の信頼性を低下させる一因となっている。
【００１１】
上記の電極面積の変動を最小限にする方法としては、電極材料の金属１３と半導体ウエーハ２との距離の調整、あるいは蒸着用マスク１４と半導体ウエーハ２との密着性、蒸着マスク１４の寸法精度等の改善が考えられる。しかし、これらの方法によって上記の電極面積の変動を最小限にするためには設備費用が高価となり、技術的にも難しい。従って、電極面積の変動を最小限にすることは容易にはできない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、真空蒸着装置を用いて半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成する際に、電極面積の変動が生じても、電極面積の変動によるバラツキを最小限に抑えて半導体ウエーハの電気特性を正確に測定できる方法およびこのための装置を提供することを目的としている。
【００１３】
請求項１に係る発明は、半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成してこの金属電極の面積を用いて半導体ウエーハの電気特性を測定する方法において、半導体ウエーハの表面上に形成された金属電極を光学系手段によって撮影する工程と、光学系手段によって撮影した画像情報から金属電極の面積を計算する工程と、金属電極の面積の計算値を半導体ウエーハの電気特性測定に用いる工程を含む、半導体ウエーハの電気特性測定方法である。半導体ウエーハの電気特性の測定に用いる金属電極を光学系手段によって撮影し、得られた画像情報から金属電極の面積を計算し、この面積の計算値を用いて半導体ウエーハの電気特性を測定するので、電極面積の変動を最小限にすることができ、その結果、半導体ウエーハの電気特性を正確に測定することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の半導体ウエーハの電気特性測定方法において、光学系手段によって撮影した画像情報を２値化あるいは色判別して得られた輝度分布の大きさが設定値以上のときに、半導体ウエーハの表面上における金属電極の形成状態が良好と判断することを特徴とする、半導体ウエーハの電気特性測定方法である。半導体ウエーハの表面上における金属電極の形成状態を判断し、金属電極の形成状態が良好な場合において半導体ウエーハの電気特性を測定することにより、半導体ウエーハの電気特性が正確に測定できる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、半導体ウエーハの表面上に形成された金属電極を撮影する光学系手段と、光学系手段によって得られた画像情報を処理する画像処理装置と、画像処理装置が処理した結果に基づいて金属電極の面積を計算する演算処理装置と、演算処理装置が計算した金属電極の面積を用いて半導体ウエーハの電気特性を測定する評価装置とから構成される、半導体ウエーハの電気特性測定装置である。この装置を用いて半導体ウエーハの電気特性を測定することにより、電極面積の変動を最小限にすることができ、その結果、半導体ウエーハの電気特性を正確に測定することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の半導体ウエーハの電気特性測定装置において、光学系手段によって撮影した画像情報を２値化あるいは色判別して得られた輝度分布の大きさが設定値以上のときに半導体ウエーハの表面上における金属電極の形成状態が良好と判断する手段を備えたことを特徴とする、半導体ウエーハの電気特性測定装置である。この装置を用いて、半導体ウエーハの表面上における金属電極の形成状態を判断し、金属電極の形成状態が良好な場合において半導体ウエーハの電気特性を測定することにより、半導体ウエーハの電気特性が正確に測定できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る半導体ウエーハの電気特性測定方法および電気特性測定装置に関する実施の形態を説明する。
【００１８】
まず、図２に示す真空蒸着装置１０を用いて、半導体ウエーハ２の表面上に電極材料の金属１３を蒸着させて金属電極３を形成する。
【００１９】
次に、上記の方法で金属電極３を表面上に形成した半導体ウエーハ２について電気特性を測定する方法を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る半導体ウエーハの電気特性測定装置を示す構成図である。電気特性測定装置１は、光学式顕微鏡５と、光学式顕微鏡５に取り付けられたＣＣＤカメラ５Ａと、ウエーハ保持台４と、画像処理装置６と、演算処理装置７と、電気特性評価装置８と、金属プローブ９とから構成されている。
【００２０】
半導体ウエーハ２はウエーハ保持台４の上に保持され、半導体ウエーハ２の表面上に形成された金属電極３の直上に、光学式顕微鏡５が配置されている。光学式顕微鏡５にはＣＣＤカメラ５Ａが取り付けられ、さらに、ＣＣＤカメラ５Ａは画像処理装置６に接続されている。半導体ウエーハ２の表面上に形成された金属電極３を光学式顕微鏡５によって観察し、光学式顕微鏡５によって観察された金属電極３の画像をＣＣＤカメラ５Ａによってデジタル信号に変換して、画像処理装置６に送信する。
【００２１】
画像処理装置６においては、光学式顕微鏡５に取り付けられたＣＣＤカメラ５Ａで取り込んだ画像情報から、２値化または色判別等の処理によって、金属電極３を明確な画像情報として表示部（図示せず）に表示させる。
【００２２】
次に、画像処理装置６において得られた金属電極３の画像情報を演算処理装置７に入力し、演算処理装置７によって金属電極３の面積を計算する。
【００２３】
演算処理装置７によって計算された金属電極３の面積を電気特性評価装置８に入力し、この面積を用いて半導体ウエーハ２の電気特性を測定する。半導体ウエーハ２の電気特性は、電気特性評価装置８に接続されたプローブ９を金属電極３の表面に接触させることによって行う。
【００２４】
また、画像処理装置６においては、光学式顕微鏡５に取り付けられたＣＣＤカメラ５Ａで取り込んだ画像情報を２値化あるいは色判別して輝度分布を求め、この輝度分布を演算処理装置７に入力する。演算処理装置７は、画像処理装置６によって求められた輝度分布の大きさが設定値以上のときに、半導体ウエーハの表面上における金属電極の形成状態が良好と判断する。
【００２５】
【実施例】
以下に、実施の形態に係る半導体ウエーハの電気特性評価方法を実施して電気特性を測定した結果について説明する。
【００２６】
高濃度のドーパントを添加した、直径が２００ミリのｎ＋型シリコン単結晶ウエーハの表面上に、低濃度のドーパントを添加したｎ−型エピタキシャル層を１０μｍの厚さに成長させて、ｎ／ｎシリコンエピタキシャルウエーハを半導体ウエーハ２として作製する。半導体ウエーハ２の比抵抗は、ｎ型エピタキシャル層のドーパント濃度を変化させることによって、１Ωｃｍ、５Ωｃｍ、１０Ωｃｍ、５０Ωｃｍおよび１００Ωｃｍの５水準に設定した。これらの半導体ウエーハ２をフッ酸（ＨＦ）処理し、次に、半導体ウエーハ２の表面に金（Ａｕ）を蒸着させて、金属電極３を形成する。
【００２７】
半導体ウエーハ２の表面に金属電極３を形成するために、図２に示す真空蒸着装置１０を用いた。チャンバ１１の内部において、ウエーハ保持台４の上に半導体ウエーハ２を保持し、さらに、半導体ウエーハ２の表面にステンレス鋼製の蒸着用マスク１４を載置する。この後、チャンバ１１の内部を減圧し、フィラメント１２を通電加熱することによって、電極材料の金属１３である金（Ａｕ）を加熱・蒸発させ、蒸着用マスク１４の開口１５によって露出した半導体ウエーハ２の表面上に、開口１５と同じ形状で金（Ａｕ）を蒸着させて、金属電極３を形成する。
【００２８】
次に、上記の方法によって表面上に金属電極３を形成した半導体ウエーハ２について、図１に示す半導体ウエーハの電気特性測定装置１を用いて比抵抗の測定を行った。上記の５水準の比抵抗を有する半導体ウエーハ２のそれぞれについて、表面上に金属電極３を形成して比抵抗を測定した後、金属電極３を除去し、再度、上記の方法によって表面上に金属電極３を形成して比抵抗の測定を行った。
【００２９】
このように、金属電極３の形成、比抵抗の測定および金属電極３の除去、以上の各工程を２０回繰り返すことによって、上記の５水準の比抵抗を有する半導体ウエーハ２の比抵抗のバラツキを測定した。ここで、図１に示す半導体ウエーハの電気特性測定装置１を用いて、半導体ウエーハ２の表面上に形成された金属電極３を撮影し、次にこの金属電極３の面積を計算し、この計算値を用いて半導体ウエーハ２の比抵抗のバラツキを測定した。
【００３０】
一方、比較例として、半導体ウエーハ２の表面上に形成された金属電極３の撮影および面積の計算を行わずに、金属電極３の形成、比抵抗の測定および金属電極３の除去、以上の各工程を２０回繰り返すことによって、上記の５水準の比抵抗を有する半導体ウエーハ２の比抵抗のバラツキを測定した。
【００３１】
本発明の実施例ならびに比較例によって半導体ウエーハ２の比抵抗のバラツキを測定した結果（２０回の測定値のバラツキ値）を、図５に示す。図５から明らかなように、本発明によれば、半導体ウエーハ２の比抵抗のバラツキが低減していることがわかる。
【００３２】
【本発明の効果】
本発明においては、半導体ウエーハの表面上に形成された金属電極を光学系手段で撮影し、得られた画像情報に基いて金属電極の面積を計算し、この面積の計算値を用いて半導体ウエーハの電気特性を測定するので、真空蒸着装置を用いて半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成する際に電極面積の変動が生じても、電極面積の変動によるバラツキを最小限に抑えて半導体ウエーハの電気特性を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体ウエーハの電気特性測定装置を示す構成図である。
【図２】半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成するための真空蒸着装置を模式的に示した図である。
【図３】図２に示す真空蒸着装置を用いて半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成する工程を示した図である。
【図４】図２に示す真空蒸着装置を用いて半導体ウエーハの表面上に金属電極を形成する工程において、蒸着を繰り返すことによって電極材料の金属が蒸着用マスクの表面および開口の内周面に堆積する状況を示した図である。
【図５】本発明の半導体ウエーハの電気特性測定方法と従来の半導体ウエーハの電気特性測定方法を用いて半導体ウエーハの比抵抗のバラツキを測定した結果である。
【符号の説明】
１  電気特性測定装置
２  半導体ウエーハ
３  金属電極
４  ウエーハ保持台
５  光学式顕微鏡
５Ａ  ＣＣＤカメラ
６  画像処理装置
７  演算処理装置
８  電気特性評価装置
９  金属プローブ
１０  真空蒸着装置
１１  チャンバ
１２  フィラメント
１３  電極材料の金属
１４  蒸着用マスク
１５  開口
１５ａ  開口１５の内周面
１６  真空ポンプ
【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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