(57)【要約】【課題】半導体ウエーハの裏面とウエーハ支持台の表面との接触状態、半導体ウエーハの裏面およびウエーハ支持台の表面の状態、および半導体ウエーハの厚みによる影響を受けることなく、半導体ウエーハの特性を正確に測定でき、かつ再現性が向上できるような、半導体ウエーハの特性測定用水銀電極を提供する。【解決手段】半導体ウエーハの特性測定用水銀電極は、面積が同一でない２個の水銀電極から構成され、上記２個の水銀電極は、半導体ウエーハの表面に対して水平関係を維持しながら半導体ウエーハの表面に対して垂直方向に下降して半導体ウエーハの表面に接触する。半導体ウエーハを載置するウエーハ支持台は、絶縁性の高い物質で構成されている。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極の材質として水銀を用い、半導体ウエーハの表面に上方から接触させることができる２個の電極から構成されることを特徴とする、半導体ウエーハの特性測定用水銀電極。
【請求項２】
２個の電極は面積が同一でなく、少なくとも１個の電極は２個以上の電極の集合体により構成されることを特徴とする、請求項１記載の半導体ウエーハの特性測定用水銀電極。
【請求項３】
２個の電極は半導体ウエーハの表面に対して水平関係を維持しながら半導体ウエーハの表面に対して垂直方向に下降して半導体ウエーハの表面に接触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特性測定用水銀電極。
【請求項４】
特性を測定する半導体ウエーハを載置するウエーハ支持台が絶縁性の高い物質で構成されていることを特徴とする、請求項１記載の半導体ウエーハの特性測定用水銀電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハの特性を測定するために用いられる水銀電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエーハの特性を測定するために、水銀電極を用いることが一般的に知られている。半導体ウエーハの比抵抗、不純物濃度、空乏層幅、およびこれらから得られるフラットゾーン、遷移領域等の測定は、水銀電極を用いることによって行うことができる。水銀電極を使用することにより、蒸着等によって永久的に取り付けられた金属電極等に比べて、電極の作製時間が短縮でき、また、作製費用が大幅に削減できる。水銀電極を使用した半導体ウエーハの特性測定装置としては、特許文献１の装置がある。この装置においては、頭部接触水銀プローブによって、ウエーハ支持台上に載置された半導体ウエーハの表面に水銀を接触させている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１４０４７８号
【０００４】
上記のように、ウエーハ支持台上に載置された半導体ウエーハの表面に水銀を接触させることによって半導体ウエーハの特性を測定する方法には、次のような問題点があった。
【０００５】
金属製のウエーハ支持台の上に半導体ウエーハを載置した状態で半導体ウエーハの表面に水銀電極を接触させ、この水銀電極と測定装置および金属製のウエーハ支持台と測定装置との間を電気的に接続することによって、測定装置と半導体ウエーハとの間に電気的経路を形成する。特性を正確に測定するためには、半導体ウエーハの裏面と金属製のウエーハ支持台の表面との接触状態が良好であることが必要である。このため、半導体ウエーハの裏面と金属製のウエーハ支持台の表面との間に異物が介在する場合、あるいは半導体ウエーハの裏面または金属製のウエーハ支持台の表面の状態が良好でない場合には、特性を正確に測定することができない。
【０００６】
ウエーハ支持台は金属製であるため、水銀電極中の水銀が金属製のウエーハ支持台上に漏出した場合には、水銀電極から漏出した水銀が金属製のウエーハ支持台と接触することにより、金属製のウエーハ支持台上で水銀が接触した部分においてアマルガムが形成される。その結果、半導体ウエーハの裏面と金属製のウエーハ支持台の表面との電気的接触状態が悪くなり、半導体ウエーハの特性を正確に測定できなくなる。
【０００７】
また、１支点型の頭部接触水銀プローブを半導体ウエーハの表面に接触させるので、半導体ウエーハの厚みが異なる場合には、頭部接触水銀プローブが半導体ウエーハの表面に垂直に接触させることができなくなり、その結果、半導体ウエーハの特性が正確に測定できなくなる。従って、頭部接触水銀プローブを半導体ウエーハの表面に垂直に接触させるためには、ウエーハの厚み毎にプローブの高さを調整することが必要となる。
【０００８】
さらに、高抵抗あるいは低ドープ濃度の半導体ウエーハの特性を測定するにあたっては、電極面積の変動の影響が大きくなる。このため、高抵抗あるいは低ドープ濃度の半導体ウエーハの特性を測定する際には高い電極面積の精度が要求されるが、従来の装置では再現性が悪く、実用的ではなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、半導体ウエーハの裏面とウエーハ支持台の表面との接触状態、半導体ウエーハの裏面およびウエーハ支持台の表面の状態、および半導体ウエーハの厚みによる影響を受けることなく、半導体ウエーハの比抵抗、不純物濃度、空乏層幅、およびこれらから得られるフラットゾーン、遷移領域等を正確に測定でき、かつ測定値の再現性が向上できるような水銀電極が必要となる。
【００１０】
【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、半導体ウエーハの裏面とウエーハ支持台の表面との接触状態、半導体ウエーハの裏面およびウエーハ支持台の表面の状態、および半導体ウエーハの厚みによる影響を受けることなく、半導体ウエーハの比抵抗、不純物濃度、空乏層幅、およびこれらから得られるフラットゾーン、遷移領域等を正確に測定でき、かつ測定値の再現性が向上できるような水銀電極を提供することを目的としている。
【００１１】
請求項１に係る発明は、電極の材質として水銀を用い、半導体ウエーハの表面に上方から接触させることができる２個の電極から構成されている半導体ウエーハの特性測定用水銀電極である。このような水銀電極を半導体ウエーハの特性の測定に用いることによって、半導体ウエーハの裏面とウエーハ支持台の表面との間に介在する異物、半導体ウエーハの裏面またはウエーハ支持台の表面の状態、および半導体ウエーハの厚みに影響されずに、半導体ウエーハの特性を正確に測定することができる。
【００１２】
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特性測定用水銀電極において、面積が同一でなく、少なくとも１個の水銀電極は２個以上の水銀電極の集合体により構成されている２個の水銀電極を含む半導体ウエーハの特性測定用水銀電極である。このような水銀電極を半導体ウエーハの特性測定に用いることによって、水銀電極が半導体ウエーハの表面と接触する部分の面積の変動が特性の測定値に与える影響を最小限に押さえることができる。従って、比抵抗が高い、あるいは不純物濃度が低い半導体ウエーハの不純物濃度、比抵抗、空乏層幅およびこれらから得られるフラットゾーン、遷移領域等の特性が正確に測定できる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の半導体ウエーハの特性測定用水銀電極において、２個の水銀電極は半導体ウエーハの表面に対して水平関係を維持しながら半導体ウエーハの表面に対して垂直方向に下降して半導体ウエーハの表面に接触する手段を含む半導体ウエーハの特性測定用水銀電極である。このような水銀電極を半導体ウエーハの不純物濃度、比抵抗、空乏層幅およびこれらから得られるフラットゾーン、遷移領域等の特性の測定に用いることによって、半導体ウエーハの厚みに関係なく半導体ウエーハの表面に垂直方向に水銀電極を接触させることができるため、水銀電極の面積の変動を最小限に押さえることができ、水銀の漏出も防止でき、その結果、上記の特性が正確に測定可能となり、測定値の再現性も向上する。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の半導体ウエーハの特性測定用水銀電極において、絶縁性の高い物質で構成されている半導体ウエーハ支持台を含む半導体ウエーハの特性測定用水銀電極である。このような半導体ウエーハ支持台を半導体ウエーハの測定装置に用いることによって、水銀電極から金属製のウエーハ支持台上に漏出した水銀が金属製のウエーハ支持台と接触することにより金属製のウエーハ支持台上にアマルガムが形成されることを防止でき、従って、半導体ウエーハの不純物濃度、比抵抗、空乏層幅およびこれらから得られるフラットゾーン、遷移領域等の特性を正確に測定でき、測定値の再現性も向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体ウエーハの特性測定用水銀電極に関する実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、実施の形態に係る半導体ウエーハの特性測定用水銀電極を模式的に示した断面図である。図において、ウエーハ支持台１の上に半導体ウエーハ２が載置されている。３は水銀電極ユニットであり、２個の水銀電極３ａおよび水銀電極３ｂから構成されている。水銀電極ユニット３は昇降アーム４に取り付けられており、昇降ガイド５ａおよび昇降ガイド５ｂによって昇降アーム４に取り付けられた水銀電極ユニット３が下降し、半導体ウエーハ２の表面２ａに接触する。水銀電極３ａおよび水銀電極３ｂが半導体ウエーハ２の表面２ａに接触した状態で、ＣＶメータ６ａおよび測定演算部６ｂから構成される特性測定装置６によって、半導体ウエーハ２の特性を測定する。
【００１７】
図２に示すように、２個の水銀電極のうち、水銀電極３ｂは、２個以上の水銀電極の集合体で構成することにより、その面積を水銀電極３ａの面積よりも大きくする。これにより、水銀電極が半導体ウエーハの表面と接触する部分の面積を拡大することができるので、水銀電極の面積の変動が測定値に与える影響を最小限に押さえることができ、その結果、比抵抗が高い、あるいはドーパント濃度が低い半導体ウエーハの特性が正確に測定可能となり、測定値の再現性も向上する。
【００１８】
２個の水銀電極３ａおよび水銀電極３ｂは、半導体ウエーハ２の表面２ａに対して水平関係を維持している昇降アーム４に取り付けられている。昇降アーム４は、昇降ガイド５ａおよび昇降ガイド５ｂによって、半導体ウエーハ２の表面２ａに対して水平関係を維持した状態で、半導体ウエーハ２の表面２ａに対して垂直方向に下降する。従って、昇降アーム４に取り付けられた２個の水銀電極３ａおよび水銀電極３ｂは、半導体ウエーハ２の表面２ａに対して水平関係を維持した状態で、半導体ウエーハ２の表面２ａに対して垂直方向に下降し、半導体ウエーハ２の表面２ａに接触する。これにより、半導体ウエーハの厚みに関係なく半導体ウエーハの表面に垂直方向に水銀電極を接触させることができるので、水銀電極の面積の変動が測定値に与える影響を最小限に押さえることができ、さらに、１支点型の頭部接触水銀プローブで発生する水銀の漏出も防止でき、その結果、半導体ウエーハの特性が正確に測定可能となり、測定値の再現性も向上する。
【００１９】
また、半導体ウエーハ２とウエーハ支持台１との間に電気的経路を形成する必要がないので、半導体ウエーハ２を支持するウエーハ支持台１の材質は、セラミックス、石英あるいは樹脂等の絶縁性の高い物質を採用した。絶縁性の高い物質をウエーハ支持台の材質として使用することにより、特性測定装置からの電気的ノイズが防止できると共に、水銀と金属との接触により生成されるアマルガムを金属製のウエーハ支持台の表面において形成することが防止でき、従って、半導体ウエーハの特性を正確に測定でき、測定値の再現性も向上する。
【００２０】
【実施例】
以下に、実施の形態に係る半導体ウエーハの特性測定用水銀電極を用いて半導体ウエーハの特性を測定した結果について説明する。
【００２１】
図１に示すような構成による水銀電極を用いて、直径が２００ｍｍおよび３００ｍｍの半導体ウエーハの比抵抗を測定した。また、比較例として、特許文献１に記載された方法によって、直径が２００ｍｍおよび３００ｍｍの半導体ウエーハの比抵抗を測定した。
【００２２】
直径が２００ｍｍで、厚みの異なる半導体ウエーハを用意し、それぞれの半導体ウエーハについて比抵抗を測定した。半導体ウエーハの厚みは、ある一定の厚みを基準の厚みとした場合、この基準の厚み、この基準の厚みに対して＋１０％、＋２０％、＋３０％、＋４０％、＋５０％、−１０％、−２０％、−３０％、−４０％および−５０％の厚みの合計１１種類とした。また、直径が３００ｍｍで一定の厚みを有する１枚の半導体ウエーハにおいて、２０回繰り返して比抵抗を測定した。
【００２３】
水銀電極３ａは、直径が２ｍｍで、面積は３．１４ｍｍ２である。また、水銀電極３ｂは、直径２ｍｍの水銀電極が３０本で構成される集合体であり、面積は９４．２ｍｍ２である。水銀電極３ａおよび水銀電極３ｂは、半導体ウエーハ２の表面２ａに対して水平関係を維持している昇降アーム４に取り付けられている。昇降アーム４を下降させることによって水銀電極３ａおよび水銀電極３ｂを下降させ、半導体ウエーハ２の表面２ａに接触させる。
【００２４】
水銀電極３ａおよび水銀電極３ｂを半導体ウエーハ２の表面２ａに接触させた状態で、特性測定装置６によって半導体ウエーハ２の比抵抗を測定した。また、半導体ウエーハ２を載置するウエーハ支持台１の材質にはセラミックスを用いた。
【００２５】
本発明の実施例および比較例によって直径が２００ｍｍおよび３００ｍｍの半導体ウエーハの比抵抗を測定した結果を、それぞれ図３および図４に示す。
【００２６】
図３は、直径が２００ｍｍで、厚みの異なる１１種類の半導体ウエーハのそれぞれについて、比抵抗を測定した場合における比抵抗の測定値のバラツキを示した結果である。０％に相当する、基準の厚みに対するウエーハの厚みの割合は、基準の厚みに相当する一定のウエーハの厚みを表し、比較例においては、この基準の厚みを有する半導体ウエーハの比抵抗が測定できるように、頭部接触水銀プローブの高さを調整した。
【００２７】
図３から明らかなように、本発明の実施例によれば、厚みの異なる半導体ウエーハの比抵抗の測定値のバラツキは比較例に比べて小さい。本発明においては、ウエーハの厚みが異なっても水銀電極をウエーハの表面に対して垂直に接触させることができるので、比抵抗の測定値のバラツキは小さくなる。一方、比較例においては、ウエーハの厚みが異なった場合、頭部接触水銀プローブをウエーハの表面に垂直に接触させることができなくなり、その結果、比抵抗の測定値のバラツキが増大する。
【００２８】
また、比較例においては、ウエーハの厚みが基準の厚みに相当する一定の厚みよりも大きいまたは小さい場合、すなわち、基準の厚みに対するウエーハの厚みの割合が＋２０％以上または−２０％以下の場合には、頭部接触水銀プローブから水銀が漏出するので、比抵抗の測定が不可能となる。これに対し、本発明においては、ウエーハの厚みが異なっても水銀電極をウエーハの表面に対して垂直に接触させることができるので、水銀電極からの水銀の漏出がなく、従って、ウエーハの厚みが異なっても比抵抗を正確に測定することができる。
【００２９】
図４は、直径が３００ｍｍで一定の厚みを有する１枚の半導体ウエーハにおいて、２０回繰り返して比抵抗を測定した場合における、比抵抗の測定値のバラツキを示した結果である。図４から明らかなように、本発明の実施例によれば、繰り返して比抵抗を測定した場合、比抵抗の測定値のバラツキは比較例よりも小さく、比抵抗の測定値の再現性は比較例と比べて向上していると言える。
【本発明の効果】
【００３０】
本発明に係る半導体ウエーハの特性測定用水銀電極により、半導体ウエーハの裏面とウエーハ支持台の表面との接触状態、半導体ウエーハの裏面およびウエーハ支持台の表面の状態、および半導体ウエーハの厚みによる影響を受けることなく、半導体ウエーハの特性を正確に測定でき、かつ測定値の再現性も向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体ウエーハの特性測定用水銀電極を模式的に示した図である。
【図２】水銀電極ユニットに取り付けられ、面積が同一でない２個の水銀電極を模式的に示した図である。
【図３】直径が２００ｍｍで、厚みの異なる１１種類の半導体ウエーハのそれぞれについて、比抵抗を測定した場合における、比抵抗の測定値のバラツキを示した結果である。
【図４】直径が３００ｍｍで一定の厚みを有する１枚の半導体ウエーハにおいて、２０回繰り返して比抵抗を測定した場合における、比抵抗の測定値のバラツキを示した結果である。
【符号の説明】
１  ウエーハ支持台
２  半導体ウエーハ
２ａ  半導体ウエーハの表面
３  水銀電極ユニット
３ａ，３ｂ  水銀電極
４  昇降アーム
５ａ，５ｂ  昇降ガイド
６  特性測定装置
６ａ  ＣＶメータ
６ｂ  測定演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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