特許 7056609 ＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハ及びその作製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-11

(45)【発行日】2022-04-19

(54)【発明の名称】ＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハ及びその作製方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20220412BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20220412BHJP

   G01N 27/22 20060101ALI20220412BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 L

G01N27/00 Z

G01N27/22 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019030816

(22)【出願日】2019-02-22

(65)【公開番号】P2020136583

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2021-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】江原 幸治

(72)【発明者】

【氏名】押田 健

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１３８４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２４１５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３２７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６７７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３４９３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２１１１１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｎ ２７／００

Ｇ０１Ｎ ２７／２２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハであって、
該抵抗率校正用半導体ウェーハをＣＶ測定した際に空乏層が拡がる領域内において、前記ＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するものであり、
前記ＣＶ測定における裏面電極と前記抵抗率校正用半導体ウェーハの裏面とがオーミック接触になるように、前記裏面に、前記抵抗率校正用半導体ウェーハのバルクと同一導電型のドーパント元素を、前記バルクよりも高濃度に含有する裏面高濃度不純物層を有するものであることを特徴とするＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハ。

【請求項2】

前記ドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦なものであることを特徴とする請求項１に記載のＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハ。

【請求項3】

前記裏面高濃度不純物層の抵抗率が０．１Ωｃｍ以下のものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハ。

【請求項4】

ＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法であって、
半導体ウェーハを準備する工程と、
該準備した半導体ウェーハから異なる面積のサンプルウェーハを切り出す工程と、
該切り出したサンプルウェーハを用いてＣＶ測定を行う工程と、
該ＣＶ測定において、前記サンプルウェーハ毎に得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと前記サンプルウェーハの面積との関係に基づいて、前記得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを抵抗率校正用半導体ウェーハとして作製することを特徴とするＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法。

【請求項5】

前記準備する半導体ウェーハをドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦であるウェーハとすることを特徴とする請求項４に記載のＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェーハ主表面に空乏層を形成させて該空乏層の容量（以下、空乏層容量という。）の印加電圧依存性（以下ＣＶ特性という。）を測定することにより半導体ウェーハのドーパント濃度を測定し、その値から抵抗率に換算する方法において、得られた抵抗率を校正するための抵抗率校正用半導体ウェーハ及びその作製方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェーハの電気特性を評価するため、ウェーハ主表面に空乏層を形成させて、該空乏層の容量を測定する方法が一般的に行われている。例えば、前記電気特性のひとつである抵抗率は、半導体ウェーハのドーパント濃度を測定し換算することによって得られるが、そのドーパント濃度の深さ方向の分布は、ＣＶ特性を測定することによって得られる（例えば、非特許文献１。）。

【0003】

図４は、従来のＣＶ特性測定装置の概略図である。この図を用いて、ＣＶ特性の測定方法を説明する。まず、測定対象のウェーハ１０１を、裏面電極となる金属製のステージ１０３に載置する。ステージ１０３には、真空ポンプ１０９に接続された真空吸着穴１１０が形成されており、ウェーハ１０１は真空吸着穴１１０に真空吸着されることにより固定される。測定対象のウェーハ１０１は鏡面ウェーハ、エピタキシャルウェーハなどいずれであってもよく、ここでは通常の鏡面ウェーハを測定対象ウェーハとした場合を示している。

【0004】

ウェーハ１０１の表面にはショットキー電極１０２が形成されている。ショットキー電極１０２は、ｐ型シリコンエピタキシャルウェーハの場合には、一般に市販されている真空蒸着装置を用いて、例えば、サマリウムを真空蒸着することにより形成できる。なお、本測定を行うＣＶ特性測定装置１００は、測定中に発生する電気的ノイズを防止するために、被測定物がアース電位になるように設定したシールドボックス１０８内に設置する。

【0005】

次に、ウェーハ１０１の主表面に形成されたショットキー電極１０２に測定用プローブ１０４を接触させる。プローブ１０４には、キャパシタンスメーター１０５とパルス電圧発生器１０６が接続されており、該キャパシタンスメーター１０５と該パルス電圧発生器１０６は制御用コンピュータ１０７に接続されている。ＣＶ特性の測定はパルス電圧発生器１０６で階段状に変化する電圧を発生させ、該電圧を、ショットキー電極１０２に接触するプローブ１０４を通してウェーハ１０１に印加しながら、キャパシタンスメーター１０５で、ウェーハ１０１内部に拡がる空乏層１１１の空乏層容量を測定することにより行う。

【0006】

一般に、印加電圧と空乏層容量の変化量には以下の関係式が成り立つ（例えば、非特許文献２。）。

【数1】

ここで、Ｎ（Ｗ）は深さＷにおけるシリコンウェーハ中のドーパント濃度、ｑは電荷素量、ε_Ｓｉはシリコンの誘電率、Ｖは印加電圧、Ｃは空乏層容量、Ａはショットキー電極面積である。すなわち、印加電圧Ｖに対してｄ（Ｃ^－２）／ｄＶをプロットすることにより、シリコンウェーハ中のドーパント濃度（抵抗率）の深さ方向の分布（プロファイル）を測定する。その際、印加する電圧はショットキー接合に対して逆バイアスになるようにする。すなわち、ｐ型シリコン単結晶ウェーハの場合は、正の電圧を印加することによりシリコン内部に空乏層が拡がる。空乏層の深さ方向の幅は印加する電圧に比例して大きくなるため、印加電圧を変化させることで深さ方向の情報を得ることができる。なお、この測定は、ウェーハ表面に酸化膜を形成し、その上に電極を形成した、いわゆるＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造のウェーハに対しても可能である。一般的に、ドーパント濃度から抵抗率、または、抵抗率からドーパント濃度への換算は、公知の換算式（非特許文献４）を用いて換算することができる。

【0007】

これらの原理に基づいてウェーハの抵抗率を測定する場合に、予め、周知の抵抗率測定方法により求められた抵抗率が既知のウェーハ（以下、抵抗率校正用ウェーハという。）をＣＶ測定することにより得られたドーパント濃度の測定値と既知の抵抗率との関係を把握し、校正曲線を作成しておく必要がある。その後、被測定ウェーハのＣＶ測定から得られたドーパント濃度（抵抗率）を、上記校正曲線を用いて換算することにより正規の抵抗率を得る。
抵抗率校正用ウェーハとしては、例えば、４探針法（非特許文献３に記載の方法）で抵抗率を測定し、抵抗率決めした半導体ウェーハを用いることができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【文献】宇佐美晶編集「半導体デバイス工程評価技術」リアライズ社（１９９０年９月１１日発行）、ｐ３８－ｐ４４

【文献】コロナ社 昭和５７年３月１５日 初版 結晶の評価 （著者：伊藤 糾次、大塚 直夫）、ｐ２４３－ｐ２４６

【文献】ＳＥＭＩ ＭＦ８４－０３１２（Ｒｅａｐｐｒｏｖｅｄ ０７１８）： Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｗａｆｅｒｓ ｗｉｔｈ ａｎ Ｉｎ－ｌｉｎｅ Ｆｏｕｒ－ｐｏｉｎｔ Ｐｒｏｂｅ

【文献】ＳＥＭＩ ＭＦ７２３－０３０７（Ｒｅａｐｐｒｏｖｅｄ ０４１２）： ＰＲＡＣＴＩＣＥ ＦＯＲ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＢＥＴＷＥＥＮ ＲＥＳＩＳＴＩＶＩＴＹ ＡＮＤ ＤＯＰＡＮＴ ＯＲ ＣＡＲＲＩＥＲ ＤＥＮＳＩＴＹ ＦＯＲ ＢＯＲＯＮ－ＤＯＰＥＤ， ＰＨＯＳＰＨＯＲＵＳ－ＤＯＰＥＤ， ＡＮＤ ＡＲＳＥＮＩＣ－ＤＯＰＥＤ ＳＩＬＩＣＯＮ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記のように、従来、被測定ウェーハのＣＶ測定から得られたドーパント濃度（抵抗率）を、抵抗率校正用ウェーハを用いて作成した校正曲線により換算することで、正規の抵抗率を得ていた。しかしながら、４探針法で抵抗率を定めた抵抗率校正用ウェーハであって、かつ、拡がり抵抗法（ＳＲ法）で深さ方向の抵抗率が平坦（均一）であることが確認されたウェーハをＣＶ測定した場合であっても、主に、抵抗率校正用ウェーハの抵抗率が高い場合には、ＣＶ測定で得られたドーパント濃度の深さ方向の分布は、ウェーハ表面からの深さとともに増加または減少した形状が測定されてしまう（すなわち、深さ方向の抵抗率が均一でないことを示す測定結果が得られてしまう）という問題点があった。この結果、ＣＶ測定の測定深さ位置が変わるとドーパント濃度が変わってしまい、ドーパント濃度を一意的に決定することができないという問題があった。

【0010】

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ＣＶ測定で得られたドーパント濃度の深さ方向の分布と他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布とが一致する抵抗率校正用半導体ウェーハを提供し、抵抗率の校正を正確に行なうことができる方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明は、ＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハであって、
該抵抗率校正用半導体ウェーハをＣＶ測定した際に空乏層が拡がる領域内において、前記ＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するものであることを特徴とするＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハを提供する。

【0012】

このようなものであれば、ＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することが可能となり、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。

【0013】

このとき、前記ドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦なものであることが好ましい。

【0014】

このようなものであれば、ＣＶ測定の測定深さ位置にかかわらず、ウェーハを他の測定方法で測定して得られた抵抗率を、ＣＶ測定の抵抗率として一意的に決定することができる。

【0015】

このとき、前記ＣＶ測定における裏面電極と前記抵抗率校正用半導体ウェーハの裏面とがオーミック接触になるように、前記裏面に、前記抵抗率校正用半導体ウェーハのバルクと同一導電型のドーパント元素を、前記バルクよりも高濃度に含有する裏面高濃度不純物層を有するものであることが好ましい。

【0016】

このようなものであれば、ＣＶ測定において表面に形成される空乏層容量をより確実に正確に測定することができ、抵抗率の校正をより正確に行なうことができる。

【0017】

また、このとき、前記裏面高濃度不純物層の抵抗率が０．１Ωｃｍ以下のものであることが好ましい。

【0018】

このようなものであれば、ＣＶ測定における裏面電極と抵抗率校正用半導体ウェーハの裏面とを、より確実にオーミック接触となるようにすることができる。

【0019】

また、本発明は、ＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法であって、
半導体ウェーハを準備する工程と、
該準備した半導体ウェーハから異なる面積のサンプルウェーハを切り出す工程と、
該切り出したサンプルウェーハを用いてＣＶ測定を行う工程と、
該ＣＶ測定において、前記サンプルウェーハ毎に得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと前記サンプルウェーハの面積との関係に基づいて、前記得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを抵抗率校正用半導体ウェーハとして作製することを特徴とするＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法を提供する。

【0020】

このような方法であれば、作製されたウェーハのＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することが可能となり、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。

【0021】

このとき、前記準備する半導体ウェーハをドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦であるウェーハとすることが好ましい。

【0022】

このような方法であれば、作製されたウェーハのＣＶ測定の測定深さ位置にかかわらず、ウェーハを他の測定方法で測定して得られた抵抗率を、ＣＶ測定の抵抗率として一意的に決定することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハであれば、ＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することが可能となり、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの一例の断面図である。

【図2】本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法の一例の手順を示す図である。

【図3】実施例２及び比較例１のドーパント濃度プロファイル測定結果を示す図である。

【図4】従来のＣＶ特性測定装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

上記のように、深さ方向の抵抗率が均一（平坦）であることが確認されたウェーハをＣＶ測定した場合であっても、主に、抵抗率校正用ウェーハの抵抗率が高い場合（例えば１０Ω・ｃｍ以上）には、ＣＶ測定の測定深さ位置が変わるとドーパント濃度が変わってしまい、ドーパント濃度（抵抗率）を一意的に決定することができないという問題があった。

【0026】

［抵抗率校正用半導体ウェーハ］
本発明者は、創意工夫を重ねた結果、ＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するものであれば、ドーパント濃度を一意的に決定することができ、抵抗率校正用半導体ウェーハとして好適に利用できるものとなることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【0027】

即ち、本発明は、ＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハであって、
該抵抗率校正用半導体ウェーハをＣＶ測定した際に空乏層が拡がる領域内において、前記ＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するものであることを特徴とするＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハである。

【0028】

このようなものであれば、ＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することができ、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。

【0029】

このとき、ドーパント濃度の深さ方向の分布は平坦なものであることが好ましい。このようなものであれば、ドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦（傾きがほぼゼロである）、すなわち、深さ方向のドーパント濃度がほぼ一定（好ましくは±３％程度のバラツキ）であることを意味するので、ＣＶ測定の測定深さ位置にかかわらず、ウェーハ表面を４探針法で測定して得られた抵抗率を、ＣＶ測定の抵抗率として一意的に決定することができる。

【0030】

このとき、前記ＣＶ測定における裏面電極と前記抵抗率校正用半導体ウェーハの裏面とがオーミック接触になるように、前記裏面に、前記抵抗率校正用半導体ウェーハのバルクと同一導電型のドーパント元素を、前記バルクよりも高濃度に含有する裏面高濃度不純物層を有するものであることが好ましい。

【0031】

抵抗率が高いウェーハをＣＶ測定した場合、実際のドーパント濃度の深さ方向の分布が均一であっても、ＣＶ測定で得られるドーパント濃度が深さとともに増加または減少した分布が測定されてしまう原因としては、ウェーハの抵抗率が高いために、該ウェーハ表面側に形成したショットキー電極下に形成される空乏層容量Ｃｄと直列に生じる直列抵抗Ｒｓの影響、あるいは、空乏層容量Ｃｄと直列に裏面側に形成された空乏層容量Ｃｂとの合成容量を測定することになり、Ｃｄだけを正しく測定できないことが考えられる。

【0032】

これについて、本発明者が鋭意検討した結果、被測定ウェーハの面積が大きい程、ドーパント濃度の深さ方向の傾きは小さくなり、最終的にある面積以上になると、完全に平坦なドーパントプロファイルが得られることを見出した。一方、ウェーハの厚さを薄くしてもドーパント濃度の傾きは小さくならないことを見出した。

【0033】

直列抵抗Ｒｓの影響であれば、ウェーハ厚さを薄くすればＲｓは小さくなるため、ウェーハ厚が薄くなるほどドーパント濃度の傾きは小さくなる筈であることから、ドーパント濃度の深さ方向の分布が傾く原因は、図４に示すＣＶ特性測定装置の裏面電極（ステージ）１０３と抵抗率校正用半導体ウェーハの接触がオーミック接触とはならないために、該抵抗率校正用半導体ウェーハ裏面に空乏層が形成され、上記抵抗率校正用半導体ウェーハ表面側に形成したショットキー電極下に形成される空乏層容量Ｃｄと直列に裏面側に形成された空乏層容量Ｃｂとの合成容量を測定することになり、Ｃｄだけを正しく測定できないことが原因であることを見出した。

【0034】

前述のように、表面に形成された空乏層容量Ｃｄと裏面に形成される空乏層容量Ｃｂは直列成分であり、測定される容量Ｃｍは、

１／Ｃｍ＝１／Ｃｄ＋１／Ｃｂ・・・・・（３）

となる。

【0035】

上記（３）式から明確なように、Ｃｄに比べてＣｂが十分大きくなれば、より具体的には、好ましくは、百倍以上になれば、Ｃｍ≒Ｃｄとなるため正確なＣｄを測定可能となる。すなわち、裏面に形成される空乏層容量の影響が無視できる。

【0036】

このように、正確なＣｄの測定が可能になれば、ＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、ＳＲ法やＳＩＭＳ法などの他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致することになるため、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。
なお、本発明における傾きの一致は、両者の傾きの差異が±５％以内であることが好ましい。

【0037】

裏面電極と抵抗率校正用半導体ウェーハ裏面とがオーミック接触になるように、半導体ウェーハのバルクと同一導電型になる不純物元素がバルクより高濃度である裏面高濃度不純物層を半導体ウェーハ裏面に形成することで、抵抗率校正用半導体ウェーハ裏面の空乏層容量Ｃｂの逆数がゼロになり、Ｃｍ＝Ｃｄ（測定される容量＝表面に形成された空乏層容量）となり、正確なＣｄを測定できるようになる。

【0038】

また、このとき、特に、裏面高濃度不純物層の抵抗率を０．１Ωｃｍ以下になるようにすると、より確実にオーミック接触を得ることができる。

【0039】

以下に、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの実施形態を図面とともに説明するが、これらに限定されるものではない。

【0040】

図１に、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの一例の断面図を示す。以下、図１を参照して、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハ１０を説明する。シリコン単結晶ウェーハ１の裏面には、シリコン単結晶ウェーハ１のバルクと同一導電型になるドーパント元素がバルクより高濃度である裏面高濃度不純物層２が形成されている。

【0041】

バルクと同一導電型になるドーパント元素としては、例えば、バルクの導電型がｎ型の場合、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂが代表的な元素であるが、これ以外にも、導電型がｎ型になる元素であればよい。

【0042】

他方、バルクの導電型がｐ型の場合、Ｂ、Ａｌが代表的な元素であるが、これ以外にも、導電型がｐ型になる元素であればよい。裏面にこれらの元素を導入し、導入した領域の抵抗率を小さくする方法としては、一般に広く知られているイオンインプランテーション法や熱拡散法を用いることができる。

【0043】

裏面高濃度不純物層２の抵抗率は、ＣＶ測定における裏面電極とオーミック接触が得られればよく、具体的には、裏面高濃度不純物層２を形成したウェーハをＣＶ測定し、得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するように決めればよい。具体的には、裏面高濃度不純物層２の抵抗率は、０．１Ωｃｍ以下のものであることが望ましい。

【0044】

裏面高濃度不純物層２形成時に、ウェーハ表面にもドーパント不純物が導入されてしまうことがあるが、その場合は、表面を化学エッチングあるいは研磨することにより、表面に導入された不純物層を除去すればよい。

【0045】

［抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法］
また、本発明者らは、半導体ウェーハを用いて、ウェーハ面積を振ってＣＶ測定を行い、各面積毎に得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとウェーハ面積の関係を求め、得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する前記半導体ウェーハをＣＶ測定用の抵抗率校正用半導体ウェーハとして用いれば、ドーパント濃度を一意的に決定することができ、抵抗率校正用半導体ウェーハとして好適に利用できるものを作製することができることを見出した。

【0046】

即ち、本発明は、ＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法であって、
半導体ウェーハを準備する工程と、
該準備した半導体ウェーハから異なる面積のサンプルウェーハを切り出す工程と、
該切り出したサンプルウェーハを用いてＣＶ測定を行う工程と、
該ＣＶ測定において、前記サンプルウェーハ毎に得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと前記サンプルウェーハの面積との関係に基づいて、前記得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを抵抗率校正用半導体ウェーハとして作製することを特徴とするＣＶ測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法である。

【0047】

このような方法であれば、作製されたウェーハのＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することが可能となり、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。

【0048】

前述したように、ウェーハ表面側に形成したショットキー電極で形成される空乏層容量Ｃｄと直列に裏面側に形成された空乏層容量Ｃｂが、Ｃｄの測定に影響を及ぼす場合、ＣＶ測定で得られたドーパント濃度の深さ方向の分布は、他の方法で測定した被測定ウェーハのドーパント濃度が深さ方向で均一であるにもかかわらず、ドーパント濃度が深さとともに増加または減少するという結果になる。

【0049】

逆にいえば、深さ方向のドーパント濃度分布が平坦なウェーハを測定して、深さ方向のドーパント濃度分布が平坦になる結果（ドーパント濃度の深さ方向の分布があるウェーハの場合は、ＣＶ測定によるドーパント濃度の深さ方向の分布と他の方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きが一致する結果）が得られれば、Ｃｄを正しく評価していることを意味している。上記のように、Ｃｄを正しく評価するためには、Ｃｄ＜＜Ｃｂの条件が必要で、より具体的には、ＣｂはＣｄの概ね百倍以上であることが好ましい。

【0050】

裏面の空乏層容量Ｃｂは、

Ｃｂ＝ε_ＳｉＡ_Ｂ／Ｗ_Ｂ・・・・・（４）

で与えられる。ここで、Ａ_Ｂ、Ｗ_Ｂはそれぞれウェーハ裏面の面積、ウェーハ裏面とＣＶ特性測定装置の裏面電極との接触により発生する空乏層幅である。

【0051】

上記（４）式から明らかなように、裏面の空乏層容量Ｃｂはウェーハ裏面の面積Ａ_Ｂに比例することから、裏面の面積Ａ_Ｂを十分に大きくすれば、Ｃｂが大きくなる。よって、半導体ウェーハから切り出した、異なる面積のサンプルウェーハを用いて、ウェーハ面積を振ってＣＶ測定を行い、各面積毎に得られたドーパント濃度の深さ方向分布の傾きとサンプルウェーハ面積の関係を求め、得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを用いれば、正確なＣｄが測定可能となる。

【0052】

このとき、準備する半導体ウェーハをドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦であるウェーハとすることが好ましい。このような方法であれば、作製されたウェーハのＣＶ測定の測定深さ位置にかかわらず、ウェーハを他の測定方法で測定して得られた抵抗率を、ＣＶ測定の抵抗率として一意的に決定することができる。

【0053】

図２に、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法の一例の手順を示す。

【0054】

まず、Ｓｔｅｐ１として、同一の製造条件で製造され、ドーパント濃度が深さ方向でウェーハ全体にわたり均一なウェーハを複数枚準備する（半導体ウェーハを準備する工程）。

【0055】

具体的には、拡がり抵抗法（ＳＲ法）、ＳＩＭＳ法、又は、他の手法でドーパント濃度の深さ方向分布を測定しドーパント濃度分布が深さ方向で均一であることを確認したウェーハを用いることができる。

【0056】

次にＳｔｅｐ２で、前記準備した半導体ウェーハから、面積を振ったサンプルウェーハを切り出す（サンプルウェーハを切り出す工程）。

【0057】

次いで、Ｓｔｅｐ３で、切り出したサンプルウェーハの中心に、ショットキー電極を蒸着法で形成する。ショットキー電極は、例えば、ｐ型シリコンウェーハの場合には、一般に市販されている真空蒸着装置を用いて、例えば、サマリウムを真空蒸着することにより形成できる。サンプルの導電型がｎ型の場合は、Ａｕを蒸着すれば良い。このようにしてショットキー電極を形成したサンプルウェーハをＣＶ測定用サンプルとして用いる。

【0058】

次いで、Ｓｔｅｐ４で、上記ＣＶ測定用サンプルのＣＶ測定を行ない（ＣＶ測定を行う工程）、ドーパント濃度の深さ方向の分布を測定する。ここで、深さ方向のドーパント濃度の分布の傾きΔＮは、例えば、以下の（５）式を用いて算出することができる。

ΔＮ＝｛Ｎ（Ｗ１）－Ｎ（Ｗ２）｝／｛Ｗ２－Ｗ１｝・・・・・（５）

ここで、Ｎ（Ｗ１）は、深さＷ１における不純物濃度、
Ｎ（Ｗ２）は、深さＷ２における不純物濃度、
Ｗ１＞Ｗ２である。

【0059】

次に、Ｓｔｅｐ５で、ＣＶ測定用サンプルに用いたサンプルウェーハの面積とドーパント濃度の深さ方向の傾きとの関係から、傾きがゼロになるサンプルウェーハの最小面積を求める。このようにして求めた面積以上の面積を有する半導体ウェーハを作製し、抵抗率校正用半導体ウェーハに用いる。

【実施例】

【0060】

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【0061】

（実施形態１）
あらかじめ４探針法で測定された抵抗率が３０Ω・ｃｍである、ｐ型、直径２００ｍｍのシリコン単結晶ブロックから作製されたシリコンウェーハを準備し、最初に５ｍｍ×５ｍｍ角のサンプルを切り出し、拡がり抵抗法で深さ方向のドーパント濃度分布を計測し、ドーパント濃度が深さ方向で平坦（表面から深さ１０μｍまで±３％以内のバラツキ、傾きゼロ）であることを確認した。その後、３０ｍｍ×３０ｍｍ角の大きさのサンプルを４枚切り出した。

【0062】

切り出した３０ｍｍ×３０ｍｍ角の大きさのサンプルのうち、１枚目はそのままＣＶ測定のサンプルＡ（比較例１）とした。残りの３枚のサンプルについては、イオンインプランテーション法（以下Ｉ／Ｉ法という）を用いて、Ｂ（ボロン）をサンプル裏面に注入し、抵抗率がそれぞれ１、０．１、０．０１ΩｃｍになるようにＢの注入量を振り、その後、１０００℃で１分間の活性化熱処理を行ない、それぞれ、サンプルＢ（比較例２）、サンプルＣ（実施例１）、サンプルＤ（実施例２）とした。

【0063】

その後、サンプルＡの一方の面（表面）、及び、Ｉ／Ｉ法でＢを注入した反対の面（表面）に（サンプルＢ～Ｄ）、真空蒸着機で半径１ｍｍのサマリウム電極を形成した。これらシリコンウェーハを、ＣＶ特性測定装置に載置し、真空吸着により固定した。そして、プローブをサマリウム電極に接触させ、ＣＶ測定を行ない、ドーパント濃度の深さ分布を得た。得られた深さ方向のドーパント濃度分布の傾きΔＮを、上記（５）式を用いて評価した。

【0064】

図３にサンプルＡとサンプルＤのドーパント濃度の深さ方向の分布（ドーパント濃度プロファイル）の測定結果を示す。サンプルＡ（比較例１）のドーパント濃度は、深さが深くなるほど、ドーパント濃度が高くなるように傾いており、正確にドーパント濃度分布が測定できていない（すなわち、拡がり抵抗法で測定したドーパント濃度の深さ方向の分布の傾き（傾きゼロ）と一致していない）ことが分かる。一方、サンプルＤ（実施例２）はドーパント濃度が深さ方向で平坦になっており、正確にドーパント濃度分布が測定できていることが分かる。サンプルＡでドーパント濃度が傾いた原因は、サンプル裏面の抵抗率が３０Ωｃｍと高く（バルクと同じ）、ＣＶ特性測定装置の裏面電極との接触がオーミック接触ではないために、裏面に空乏層が形成され、表面のショットキー電極下に形成される空乏層容量Ｃｄの測定に影響したことである。

【0065】

残りのサンプルについて、ドーパント濃度プロファイルの深さ方向の傾きの有無を確認した結果、サンプルＢ（比較例２）は、深さが深くなるほど、ドーパント濃度が高くなり、傾きが生じていた。他方、本発明のサンプルＣ（実施例１）の深さ方向のドーパント濃度の分布はほぼ平坦であり、正確にＣｄが測定できていることが判明した。

【0066】

なお、上記実施形態１では、ドーパント濃度が深さ方向で平坦（傾きゼロ）なシリコンウェーハを用いた例を示しているが、本発明はこれに限定されず、ドーパント濃度が傾きを有するシリコンウェーハを用いる場合であっても本発明は適用でき、その場合には、拡がり抵抗法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、ＣＶ測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致していることが確認できれば、本発明のＣＶ測定に用いる抵抗率校正用半導体ウェーハに該当すると判断することができる。

【0067】

（実施形態２）
上記実施例１と同じインゴットから作製されたシリコンウェーハから、３０ｍｍ×３０ｍｍ角（サンプルＥ：比較例３）、５０ｍｍ×５０ｍｍ角（サンプルＦ：実施例３）、及び、１００ｍｍ×１００ｍｍ角（サンプルＧ：実施例４）を切り出し、サンプルＥ～Ｇの一方の表面の中心部に真空蒸着機で半径１ｍｍのサマリウム電極を形成した。このシリコンウェーハをＣＶ特性測定装置に載置し、真空吸着により固定した。そして、プローブをサマリウム電極に接触させ、ＣＶ測定を行ない、ドーパント濃度の深さ方向の分布を得た。

【0068】

得られた深さ方向のドーパント濃度分布の傾きを評価した結果、サンプルＥ（比較例３）のドーパント濃度は比較例１と同様に、深さが深くなるほど、ドーパント濃度が高くなるように傾いており、正確にドーパント濃度分布が測定できていない（すなわち、拡がり抵抗法で測定したドーパント濃度の深さ方向の分布の傾き（傾きゼロ）と一致していない）ことが判明した。

【0069】

一方、サンプルＦ（実施例３）及びサンプルＧ（実施例４）は、いずれも、ドーパント濃度が深さ方向でほぼ平坦になっており、正確にドーパント濃度分布が測定できていることが判明した。このことから、本実施形態の場合、面積が２５００ｍｍ^２以上であれば、ＣＶ特性測定装置の裏面電極と接触するサンプル裏面の面積が大きくなり、裏面に形成された空乏層容量Ｃｂが、表面に形成したショットキー電極下に形成される空乏層容量Ｃｄより十分に大きくなったため、Ｃｄ測定への影響が無視できるようになったと考えられる。

【0070】

上記のように、実施形態１から、本発明によれば、半導体ウェーハ裏面の抵抗率を小さくすることで、ＣＶ特性測定装置の裏面電極と半導体ウェーハ裏面との接触により発生する空乏層容量Ｃｂの発生を完全に防止することができることが明らかとなった。

【0071】

また、実施形態２から、半導体ウェーハ裏面の抵抗率がバルクと同一のままでも、裏面電極との接触面積を大きくすることで、裏面側に形成される空乏層容量Ｃｂを大きくすることでき、その結果、表面に形成される空乏層容量Ｃｄ測定への影響が無視できるようになり、正確にＣｄのみを測定できるようになることが明らかとなった。すなわち、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法により、ＣＶ測定によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを抵抗率校正用半導体ウェーハとして作製すればよいことが明らかとなった。

【0072】

これらの結果、ドーパント濃度の深さ方向分布を正確に測定できるようになるため、ＣＶ測定で得られたドーパント濃度の深さ方向の分布と他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布とが一致する、ＣＶ測定に用いる抵抗率校正用半導体ウェーハ、及び、抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法として好適に利用することができることが示された。

【0073】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0074】

１…半導体ウェーハ、 ２…裏面高濃度不純物層、
１０…抵抗率校正用半導体ウェーハ、
１００…ＣＶ特性測定装置、 １０１…ウェーハ、
１０２…ショットキー電極、 １０３…ステージ、
１０４…プローブ、 １０５…キャパシタンスメーター、
１０６…パルス電圧発生器、 １０７…制御用コンピュータ、
１０８…シールドボックス、 １０９…真空ポンプ、
１１０…真空吸着穴、 １１１…空乏層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】