(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎを含む化合物半導体表面層を含むウエハのキャリヤ密度をＣ−Ｖ法を利用して評価する方法であって、８０％以上のＥＤＴＡを含む水溶液、タイロン液、および金属Ｇａ融液から選択された液体電極を前記ウエハの表面に接触させて、光エッチングを利用することなく１０Ｖを超える最大印加電圧を利用して非破壊的に評価することを特徴とするキャリヤ密度評価方法。
【請求項２】
Ｉｎを含む化合物半導体表面層を含むウエハのキャリヤ密度をＣ−Ｖ法を利用して評価する方法であって、
前記ウエハの表面に金属Ｇａ融液を接触させた後に凝固させて金属Ｇａ電極を形成し、
１０Ｖを超える最大印加電圧を利用してキャリヤ密度を評価し、
その評価後に前記金属Ｇａ電極が溶融除去されることを特徴とするキャリヤ密度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化合物半導体ウエハに関し、特にＩｎを含む化合物半導体ウエハにおけるキャリヤ密度の評価に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ中のキャリヤ密度を評価する周知の方法としては、大別して、ホール係数を測定する方法と、容量・電圧特性を測定するＣ−Ｖ法とがある。
【０００３】
ホール係数を測定する方法では、その測定用に直方体の試片を半導体ウエハから切り出さなければならず、非破壊的に半導体ウエハ中のキャリヤ密度を評価することができない。すなわち、半導体デバイスが造り込まれるウエハそのもののキャリヤ密度を評価することができない。また、ホール係数は試片全体に関するものであり、試片中における局所的なキャリヤ密度を評価することはできない。
【０００４】
Ｃ−Ｖ法においては、通常は半導体ウエハ上に金属を蒸着したショットキーダイオードを形成し、直流逆バイアス電圧に微小振幅の交流電圧を重畳してＣ−Ｖ特性が測定される。半導体ウエハの内でＣ−Ｖ特性測定用のショットキーダイオードが形成された領域はその後に半導体デバイス形成用に利用することができず、通常のＣ−Ｖ法も非破壊的評価方法とはいえない。
【０００５】
また、化合物半導体ウエハに関しては、通常のＣ−Ｖ法はあまり好ましい方法ではない。なぜならば、化合物半導体ウエハに関しては、ショットキーダイオードの障壁高さが低く、制御され得ない酸化膜の形成、さらには金属と化合物半導体との化学的反応など問題を生じ得るからである。
【０００６】
そこで、化合物半導体ウエハにおけるキャリヤ密度の評価には、電極として電解液を用いる電気化学的Ｃ−Ｖ法が利用されている（たとえば、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１３３，１９８６，ｐｐ．２２７８〜２２８３参照）。
【０００７】
図２は、従来の電気化学的Ｃ−Ｖ法を模式的に図解するブロック図である。図２の電気化学的Ｃ−Ｖ特性測定装置において、容器１内には、たとえばＨＣｌ水溶液のような電解液２が満たされている．容器１内には、基準電極としてのカロメル電極３が挿入されている。容器１はリング状の開口部１ａを有し、Ｃ−Ｖ特性が測定されるべき化合物半導体ウエハ４はこの開口部１ａを介して電解液２と接触させられ、この電解液２が一方の電極として作用する。化合物半導体ウエハ４には、電極針５が他方の電極として接触させられる。電気的測定器６は、基準電極３と電極針５との間に直流逆バイアス電圧と３０００Ｈｚ程度の交流重畳電圧を供給し、Ｃ−Ｖ特性を測定する。
【０００８】
化合物半導体ウエハ４が電解液電極２と接している表面から深さｗにおけるそのウエハ中のキャリヤ密度Ｎ（ｃｍ-3）は、次式（１）によって評価することができる。
【０００９】
Ｎ（ｗ）＝（−Ｃ3／ｑεＡ2）（ｄＣ／ｄＶ）-1        （１）
ここで、ｗはウエハの表面から空乏層端までの深さを表す。すなわち、Ｎ（ｗ）は、ウエハの表面からの深さｗにおけるキャリヤ密度Ｎを表している。また、Ｃは直流逆バイアス電圧により測定された容量、ｑは電子の電気量、εは誘電率、Ａは測定面積、そしてｄＣは重畳された交流電圧変動ｄＶによる容量変動を表している。なお、深さｗは、次式（２）から求められる。
【００１０】
ｗ＝εＡ／Ｃ        （２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような電解液電極を用いる電気化学的Ｃ−Ｖ法においては、１０Ｖを超えるような逆バイアス電圧を印加しなければ、３μｍ以上の深さにおけるキャリヤ密度を評価することが困難である。しかし、たとえばＨＣｌ水溶液のような電解液電極を用いた場合、１０Ｖを超えるような高い逆バイアス電圧を印加すれば、電解液の電気分解が始まり、水素や酸素の泡がウエハの表面に付着してＣ−Ｖ特性の測定ができなくなるという問題を生じる。また、あまりに高い電圧を印加すれば、漏れ電流が大きくなったり、電解液の漏れを生じるという問題も起こり得る。
【００１２】
したがって、従来の電気化学的Ｃ−Ｖ特性測定装置においては、一般に逆バイアス印加電圧の最大値が１０Ｖに制限されている。その代わりに、１０Ｖ以下の電圧印加によるＣ−Ｖ特性測定と光エッチングによるウエハ表面の掘り込みとの繰り返しによって、３μｍ以上の深さにおけるキャリヤ密度を評価している。
【００１３】
すなわち、図２に示されているように、従来の電気化学的Ｃ−Ｖ特性測定装置における容器１は受光窓１ｂを備えている。リング状開口部１ａにおいて電解液２に接触しているウエハ表面に光７を照射することによって、電解液２がエッチング液として働き、ウエハ表面が所定深さまで光エッチングによって除去される。そして、そのエッチングによって新たに形成された表面を新たな基準として次のＣ−Ｖ特性測定が行われる。
【００１４】
このようにＣ−Ｖ特性の測定と光エッチングとを繰り返してキャリヤ密度を評価する方法においては、そのエッチングに時間を要し、２μｍ程度の深さ方向のキャリヤ密度分布を評価するためのＣ−Ｖ特性測定に１時間程度を必要とする。また、その光エッチングされた領域はその後に半導体デバイス形成用に利用することができず、従来の電気化学的Ｃ−Ｖ法も非破壊的評価方法とはいえない。
【００１５】
さらに、光通信用の受光素子を形成するためのＩｎ含有化合物半導体ウエハは５〜８μｍ程度の厚さのエピタキシャル層を備えることを必要とし、そのように厚いエピタキシャル層中のキャリヤ密度をＣ−Ｖ特性測定と光エッチングとの繰り返しで評価すれば、そのＣ−Ｖ特性測定だけで３〜４時間程度を要してしまう。さらにまた、光エッチングを均一に行うことは難しく、高いＣ−Ｖ特性測定精度を得ることが困難である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述のような先行技術における課題に鑑み、本発明は、Ｉｎを含む化合物半導体ウエハ中のキャリヤ密度分布を数μｍ深さまで短時間でかつ高精度で非破壊的に評価する方法を開発するとともに、直接その評価をされたウエハそのものをデバイス作製用に提供することを目的としている。
【００１７】
本発明の一つの態様によれば、Ｉｎを含む化合物半導体表面層を含むウエハのキャリヤ密度をＣ−Ｖ法を利用して評価する方法は、８０％以上のＥＤＴＡを含む水溶液、タイロン液、および金属Ｇａ融液から選択された液体電極をそのウエハの表面に接触させて、光エッチングを利用することなく１０Ｖを超える最大印加電圧を利用して非破壊的にキャリヤ密度を評価することを特徴としている。
【００１９】
本発明のもう一つの態様によれば、Ｉｎを含む化合物半導体表面層を含むウエハのキャリヤ密度をＣ−Ｖ法を利用して評価する方法は、そのウエハの表面に金属Ｇａ融液を接触させた後に凝固させて金属Ｇａ電極を形成し、１０Ｖを超える最大印加電圧を利用してキャリヤ密度を評価し、その評価後に金属Ｇａ電極が溶融除去されることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
実施形態１によるキャリヤ密度評価方法においては、改善された電気化学的Ｃ−Ｖ法が利用される。その改善された電気化学的Ｃ−Ｖ法のためのＣ−Ｖ特性測定装置としては、図２の装置を改造したものを用いることができる。すなわち、電気的測定器６は、逆バイアス印加電圧として１０Ｖを超えて６０Ｖまで印加し得るように改造された。また、本発明では光エッチングを必要としないので、容器１の受光窓１ｂは不要である。
【００２２】
電解液２としては、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）水溶液が用いられる。この電解液は、８０質量％以上のＥＤＴＡを含むことが好ましい。なぜならば、高い電圧を印加したときの水分の電気分解を抑制することができるからである。
【００２３】
本実施形態にしたがって、実際に、光通信用デバイスの作製用に用いられる化合物半導体ウエハにおけるキャリヤ密度分布が評価された。その化合物半導体ウエハは、ＩｎＰ基板上に順にエピタキシャル成長させられた厚さ約１μｍのＩｎＰ層、厚さ約３μｍのＩｎＧａＡｓ層、および厚さ約２μｍのＩｎＰ層を含んでいた。これらのエピタキシャル層のいずれにも、１×１０16ｃｍ-3以下のドーパントが含められていた。図１のグラフは、この化合物半導体ウエハにおけるキャリヤ密度分布の評価結果を示している。
【００２４】
すなわち、図１のグラフにおいて横軸は化合物半導体ウエハのエピタキシャル層表面から空乏層端までの深さｗ（μｍ）を表し、縦軸はその深さｗにおけるキャリヤ密度Ｎ（ｃｍ3）を常用対数で表している。このグラフにおいて、いずれのエピタキシャル層も１×１０16ｃｍ-3以下のキャリヤ密度を有していることが確認できる。また、ウエハ表面から２μｍと５μｍの深さにあるヘテロ接合界面の位置に対応して、キャリヤ密度のピーク（突き出し）が形成されていることが確認できる。なお、グラフにおいてウエハ表面から約１μｍの深さまでキャリヤ密度評価曲線が存在しないのは、その深さまで表面空乏層が存在しているためである。
【００２５】
図１の評価データは、約１０分の測定によって得ることができた。そして、図１のデータは、ＨＣｌ水溶液を用いて光エッチングしながら３時間かけて評価されたものとほぼ同じであった。他方、本発明では光エッチングを要しないので、エッチングむらが生じた場合に測定個所を変える必要が生じるということがない。そして、エッチングむらによる評価ミスをなくすことができる。
【００２６】
なお、本実施形態において光照射しなくても、実際には厚さ０．１ｎｍオーダのわずかなエッチングが観測された。しかし、そのようにわずかなエッチングは実用上においてデバイス加工に影響しないことが、デバイス評価によって確認された。すなわち、本発明によるキャリヤ密度評価方法は非破壊的であり、直接評価されたウエハそのものをデバイス作製用に供することができる。
【００２７】
（実施形態２）
実施形態２は実施形態１に類似しているが、電解液電極がＥＤＴＡ水溶液からタイロン水溶液に変更されたことのみにおいて実施形態１と異なっている。なお、タイロンとは、Ｃ6Ｈ2（ＯＨ）2（ＳＯ3Ｎａ）2・Ｈ2Ｏの分子式を有するものである。
【００２８】
従来技術において、タイロン水溶液電極を用いて光エッチングしながら、ＧａＡｓ系化合物半導体ウエハ中のキャリヤ密度が評価されることがある。しかし、ＩｎＰ系化合物半導体はタイロン水溶液で光エッチングすることができないので、ＩｎＰ系化合物半導体ウエハ中のキャリヤ密度評価のためにタイロン水溶液が用いられることはなかった。
【００２９】
しかし、本発明者はＩｎＰ系化合物半導体がタイロン水溶液で光エッチングされないことを逆に利用して、ＩｎＰ系化合物半導体ウエハ表面から大きな深さまでのキャリヤ密度評価を非破壊的に行うことに成功したのである。
【００３０】
（実施形態３）
実施形態３は実施形態１および２に類似しているが、電解液電極が金属Ｇａ融液電極に変更されたことのみにおいて実施形態１および２と異なっている。
【００３１】
金属Ｇａは、２９℃というような非常に低い融点を有しているので、化合物半導体ウエハに影響を生じない液体電極として利用することができる。なお、液体金属電極として水銀を利用することも考えられるが、水銀は人体に対する毒性が危惧され、安全上の観点から取り扱いに問題を生じやすく、液体電極として好ましいとはいえない。
【００３２】
（実施形態４）
実施形態４は、電極として金属Ｇａが利用されることにおいて実施例３に類似している。しかし、実施形態４においては、図２に示されているような容器１を必要としない。
【００３３】
実施形態４のキャリヤ密度評価法においては、まず金属Ｇａ融液がスポンジ状保持材内に含浸させられる。そして、その保持材が化合物半導体ウエハ表面に接触させられる。そうすれば、ウエハ表面はスポンジ状保持材内に含浸されている金属Ｇａ融液に濡れて接触する。そして、この状態で金属Ｇａ融液が凝固させられて、化合物半導体ウエハ表面上にスポンジ状保持材を伴う固形の金属Ｇａ電極が形成される。
【００３４】
固形金属Ｇａ電極を用いて化合物半導体ウエハ内のキャリヤ密度評価が行われた後には、その固形金属Ｇａ電極が再度溶融させられ、ウエハ表面から除去される。そして、金属Ｇａ電極が除去されたウエハそのものをデバイス作製用に供することができる。すなわち、本実施形態においても、化合物半導体ウエハ中のキャリヤ密度評価を非破壊的に行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、Ｉｎを含む化合物半導体ウエハ中のキャリヤ密度分布を数μｍ深さまで短時間でかつ高精度で非破壊的に評価することができ、直接その評価をされたウエハそのものをデバイス作製用に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による化合物半導体ウエハ内のキャリヤ密度評価結果を示すグラフである。
【図２】  従来のＣ−Ｖ特性測定装置の一例を示す模式的なブロック図である。
【符号の説明】
１  容器、１ａ  リング状開口部、１ｂ  受光窓、２  電解液電極、３  基準電極、４  化合物半導体ウエハ、５  電極針、６  電気的測定装置。
【図１】
0003757849.tif 000002
【図２】
0003757849.tif 000003