特許 7506649 ウェハの抵抗率の測定方法

(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】2024-06-18

(45)【発行日】2024-06-26

(54)【発明の名称】ウェハの抵抗率の測定方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240619BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 L

【請求項の数】 7

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021198945

(22)【出願日】2021-12-08

(65)【公開番号】P2023024928

(43)【公開日】2023-02-21

【審査請求日】2022-01-19

(31)【優先権主張番号】202110910092.7

(32)【優先日】2021-08-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】516145552

【氏名又は名称】上海新昇半導體科技有限公司

(73)【特許権者】

【識別番号】521527336

【氏名又は名称】中國科學院上海微系統與信息技術研究所

【氏名又は名称原語表記】ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＭＩＣＲＯＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＣＨＩＮＥＳＥ ＡＣＡＤＥＭＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥＳ

【住所又は居所原語表記】８６５ ＣＨＡＮＧＮＩＮＧ ＲＯＡＤ ＳＨＡＮＧＨＡＩ，ＣＨＩＮＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100229448

【弁理士】

【氏名又は名称】中槇 利明

(72)【発明者】

【氏名】魏 星

(72)【発明者】

【氏名】李 名浩

(72)【発明者】

【氏名】薛 忠營

【審査官】今井 聖和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１６５８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４５３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０２６７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０７６０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１３９５８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１２９２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２０３０２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高抵抗率単結晶ウェハの抵抗率の測定方法であって、
測定される高抵抗率単結晶ウェハを選択するステップと、
前記高抵抗率単結晶ウェハに対して熱処理を実施し、前記高抵抗率単結晶ウェハ内の熱ドナーを除去するステップと、
前記熱処理の後、前記高抵抗率単結晶ウェハに対して酸化プロセスを実施し、前記高抵抗率単結晶ウェハ上に酸化表面を形成するステップと、
前記高抵抗率単結晶ウェハの抵抗率を測定するステップと、
を有し、
前記酸化プロセスは、前記高抵抗率単結晶ウェハを短時間加熱して、前記高抵抗率単結晶ウェハ上に前記酸化表面を形成するステップを有し、前記酸化プロセスは、50℃～300℃で実施される、測定方法。

【請求項2】

前記熱処理は、750℃～1250℃の温度範囲での急速熱処理である、請求項1に記載の測定方法。

【請求項3】

前記熱処理は、30秒～50秒間継続される、請求項2に記載の測定方法。

【請求項4】

前記酸化プロセスは、5分～3時間継続される、請求項1に記載の測定方法。

【請求項5】

さらに、前記酸化プロセスを実施した後、前記高抵抗率単結晶ウェハを室温まで冷却するステップを有する、請求項1に記載の測定方法。

【請求項6】

前記高抵抗率単結晶ウェハの抵抗率は、4点プローブ（4PP）法で測定される、請求項1に記載の測定方法。

【請求項7】

前記高抵抗率単結晶ウェハの抵抗率は、500Ω・cmを超える、請求項1に記載の測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、全般に、単結晶シリコンを製造する技術分野に関し、特に、ウェハの抵抗率の測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

CZ（チョクラルスキー）法により成長させた単結晶シリコンは、半導体電子デバイスを製造する際に広く使用されている。
各種抵抗率を有するシリコン結晶は、ドーピングプロセスで成長させることができる。絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）のような装置を製造するためのウェハ、低電力で低リークの装置、または高度な無線通信用の装置は、高い抵抗率（500Ωcm超）を有する必要がある。そのようなウェハでは、装置間の寄生容量の影響を遅延させて、ウェハの表面の装置密度を高め、装置間の信号の消費電力を低減する。

【0003】

高い抵抗率を有する単結晶シリコンは、多結晶シリコン原料にわずかのドーパントをドープして、またはドープせずに、形成され得る。
抵抗率が高い場合、抵抗率の測定は、より難しくなる。従って、4点プローブ（4PP）法で抵抗率測定を実施すると、抵抗率の測定に時間変化が生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従って、前述のような問題を解決するため、抵抗率測定を改善する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

現在の技術の課題を解決するため、本発明では、ウェハの抵抗率を測定する方法が提供され、抵抗率の時間変動、および高い抵抗率を有するウェハの安定な抵抗率を迅速に測定することができないため、長期間にわたって要求されてきた抵抗率の測定を安定化させるという問題が解決される。本測定方法は、被測定ウェハを選択するステップと、ウェハの熱処理を行い、ウェハの熱ドナーを除去するステップと、ウェハの酸化プロセスを実施し、ウェハ上に酸化表面を形成するステップと、ウェハの抵抗率を測定するステップとを有する。

【0006】

本発明の一実施形態では、必要な場合、前記熱処理は、750℃～1250℃の温度範囲での急速熱処理であってもよい。

【0007】

本発明の一実施形態では、必要な場合、前記熱処理は、30秒～50秒間継続されてもよい。

【0008】

本発明の一実施形態では、必要な場合、前記酸化プロセスは、前記ウェハを短時間加熱して、前記ウェハ上に前記酸化表面を形成するステップを有してもよい。

【0009】

本発明の一実施形態では、必要な場合、前記酸化プロセスは、50℃～300℃で実施されてもよい。

【0010】

本発明の一実施形態では、必要な場合、前記酸化プロセスは、5分～3時間継続されてもよい。

【0011】

本発明の一実施形態では、必要な場合、前記酸化プロセスを実施した後、前記ウェハを室温まで冷却するステップを有してもよい。

【0012】

本発明の一実施形態では、必要な場合、前記ウェハの抵抗率は、同一直線上の4点プローブ（4PP）法で測定されてもよい。

【0013】

本発明の一実施形態では、必要な場合、前記ウェハは、単結晶ウェハであってもよい。

【0014】

本発明の一実施形態では、必要な場合、前記ウェハの抵抗率は、500Ω・cmを超えてもよい。

【0015】

本発明の各種目的および利点は、添付図面と併せて読むことにより、以下の詳細な説明からより容易に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る一実施形態におけるウェハの抵抗率の測定方法のフローチャートを示した図である。

【図2】本発明の一実施形態による時間とともに変化するウェハの抵抗率の曲線を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付の図面とともに実施例を参照して、本発明の詳細な実施を説明する。本開示の利益を享受する当業者には、本願に開示の詳細の少なくとも1つを含まずに、本発明が実施できる。曖昧さを避けるため、当該技術分野における共通の知識は、示されていないことが留意される。

【0018】

本開示では、各種方法で実施可能な、本発明の実施形態による各種態様が示される。本願に記載の実施形態は、単なる一例であり、当業者には、任意の態様がそれらに限定されるものではないことが理解されることに留意する必要がある。実施形態の開示により、当業者は、本発明の範囲を容易に理解することができる。また、提供された図面は、単なる例示に過ぎないことが留意される。本発明に関連する要素のみが、ここに示されている。実際の数、形状、サイズ、タイプ、および割合は、実施の際に変更されてもよい。明確化のため、層、領域などのサイズまたは相対的なサイズは、誇張されている場合がある。同じ参照符号は、同じ素子を表す。レイアウトまたは配置は、より複雑であってもよい。

【0019】

さらに、以下の記載では、実施例を容易に理解するための細部が提供される。ただし、当業者には、これらの特定の細部を含まずに本発明の態様を実施する方法が理解される。

【0020】

素子、部分、領域、層および／または場所は、「第1」、「第2」、「第3」という用語で記述されてもよく、この用語は、これらの素子、部分、領域、層および／または場所を限定するために使用されるものではないことが留意される。これらの用語は、1つの素子、部分、領域、層および／または場所と別のものとを区別するためのものに過ぎない。従って、第1の素子、部分、領域、層または場所は、第2の素子、部分、領域、層または場所を示してもよい。

【0021】

また、本願で使用される「下方」、「下」、「よりも低い」、「上」、「上部」等の空間的関係を示す用語は、素子または特徴と他の素子または特徴との間の関係を表すために使用されることが留意される。そのような形状的用語が、図面に示されていない装置の動作の他の方向を有することは容易に理解される。

【0022】

本願で使用される用語は、単に説明のためであり、本発明を限定することを意図するものではない。明確な法則または定義が提供されていない限り、「a」、「an」、および「the／said」の用語は、ものの複数の形態を含む。「有する」、「からなる」、「含む」と言う用語、およびその変化形は、記載された特徴、ステップ、動作、素子および／または部分、全ての等価物、ならびに他の記載されていないものの存在を確認するため、広い意味に解釈される。また、「および／または」という用語は、記載された組み合わせの任意のもの、および全てを含む。

【0023】

本発明を記載するため、例えば、理想的な実施形態（内部構造）の断面図が用いられ、製造技術および／または許容誤差による形状変化が予測されてもよい。従って、実施形態は、示された領域の特定の形状に限定されるものではなく、形状誤差を含んでもよい。示された領域は、単なる例示であって、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが留意される。

【0024】

本発明では、ウェハの抵抗率の測定方法が提供され、抵抗率の時間変動、および高い抵抗率を有するウェハの安定な抵抗率を迅速に測定することができないため、長期間にわたって要求されてきた抵抗率の測定を安定化させるという問題が解決される。図1に示すように、本測定方法は、ステップS1：被測定ウェハを選択するステップと、ステップS2：ウェハに対して熱処理を行い、ウェハ内の熱ドナーを除去するステップと、ステップS3：ウェハに対して酸化処理を行い、ウェハ上に酸化表面を形成するステップと、ステップS4：ウェハの抵抗率を測定するステップとを有する。

【0025】

現在の技術的問題を解決するため、本発明では、ウェハの抵抗率の測定方法が提供され、最初にウェハの酸化プロセスを実施して、ウェハ上に酸化表面を形成し、ウェハが後のプロセスに配置された際の表面変動が抑制される。従って、ウェハ表面の抵抗率の測定値は、僅かしか変化しない。

【0026】

以下の段落では、添付の図面とともに、詳細な説明が提供される。図1には、本発明の一実施形態によるウェハの抵抗率の測定方法のフローチャートを示す。

【0027】

本測定方法は、単結晶ウェハおよび他の種類のウェハに適合される。

【0028】

本発明の測定方法は、500Ω・cmを超える抵抗率を有するウェハに適合される。これは、現在の技術に比べて、本発明の測定方法は、広く適用され得るためである。

【0029】

ステップS1では、被測定ウェハが製造され、選択される。

【0030】

本発明のある実施形態では、CZ（チョクラルスキー）法を介して、単結晶シリコンが成長されてもよい。具体的には、半導体結晶成長機器は、るつぼが配置された炉を有してもよい。るつぼの外側には、るつぼを加熱するヒータが配置される。るつぼには、溶融シリコンが受容され、これは、石英るつぼを受容するグラファイトるつぼで構成される。グラファイトるつぼは、ヒータから熱を受容し、石英るつぼ中のポリシリコン材料を溶解させ、溶融シリコンに変換する。るつぼに注入されるドーパントの量を制御することにより、抵抗率の高い単結晶シリコンが成長されてもよい。各石英るつぼは、半導体成長プロセスの1バッチ用に使用されてもよいが、各グラファイトるつぼは、半導体成長プロセスのいくつかのバッチ用に使用されてもよい。

【0031】

炉の上部には、引き出し装置が配置されてもよい。引き出し装置を用いた場合、溶融シリコンの液体表面から、シード結晶がシリコンインゴットを引き出してもよい。

【0032】

シリコンインゴットが形成された後、該シリコンインゴットは、ウェハのピースに切断され、被測定ウェハが選択されてもよい。

【0033】

ステップS2では、ウェハに対して熱処理が実施され、ウェハ内の熱ドナーが除去される。

【0034】

このステップでは、単結晶シリコンを導入するシード結晶の後に実施される冷却プロセスにおいて、多量の熱ドナーが生成され、単結晶シリコンのn型のキャリアの濃度が増加し、抵抗率が低下し、単結晶シリコンのp型のキャリアの濃度が再結合され抵抗率が増加し、その結果、p型の単結晶シリコンがn型の単結晶シリコンに変換される。熱ドナーの効果は、低温での熱処理中に生じる。石英るつぼは、単結晶シリコン用の酸素原子の主な源である。ウェハを選択した後、熱ドナーの効果を除去するため、急速熱処理のプロセスが要求され、熱ドナーが除去される。

【0035】

熱処理は、急速熱処理であってもよい。

【0036】

必要な場合、急速熱処理は、750℃～1250℃の温度範囲で実施されてもよい。

【0037】

必要な場合、急速熱処理は、30秒から50秒間、継続されてもよい。

【0038】

本発明のある実施形態では、急速熱処理が実施される温度は、750℃であってもよく、急速熱処理は、30秒間継続されてもよい。

【0039】

ステップS3では、ウェハに対して酸化プロセスが実施され、ウェハ上に酸化表面が形成されてもよい。

【0040】

酸化プロセスは、ウェハ上に酸化された表面を形成するため、短時間の間、ウェハを低温加熱するステップを有してもよい。

【0041】

必要な場合、酸化プロセスは、50℃～300℃で行われてもよく、酸化プロセスは、5分～3時間、継続されてもよい。

【0042】

本発明の一実施形態では、ウェハは、加熱のため加熱ステーション上に配置され、ウェハの表面上に酸化層表面が形成されてもよい。

【0043】

短時間にわたってウェハを加熱した後、迅速かつ安定的に高い抵抗率を有するウェハの抵抗率が測定されてもよい。

【0044】

具体的には、図2に示すように、空気中でのウェハの低温熱処理後に、安定な酸化表面が形成されてもよい。その場合、ウェハを後のプロセスに配置する際に、表面変化が抑制されてもよい。従って、ウェハ表面の抵抗率測定は、わずかにしか変化しない。本発明の方法では、簡単な操作で、装置に対して高い仕様が要求されず、低コストで、高抵抗ウェハの抵抗率の安定した測定を得ることができる。

【0045】

ステップS4では、ウェハが室温まで冷却された後、4点プローブ（4PP）法を用いて、ウェハの抵抗率が測定される。

【0046】

このステップでは、同一直線上の4点プローブを用いて、ウェハの抵抗率が測定される。本発明の一実施形態では、同一直線上の4点プローブを用いて、GB/T1552標準に準拠してウェハの抵抗率が測定され、第1の抵抗率が取得されてもよい。

【0047】

本発明では、ウェハの抵抗率の測定方法が提供される。まず、ウェハに対して酸化プロセスが実施され、ウェハ上に酸化表面が形成され、ウェハを後のプロセスに配置した際の表面変化が抑制される。従って、ウェハ表面の抵抗率測定は、わずかにしか変化しない。本発明では、高抵抗率ウェハの抵抗率の安定した測定値が迅速に得られるという目的が実施される。

【0048】

前述の実施形態が本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、単なる一例であることは、容易に理解される。当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、それを変更し、または修正することができる。全ての変更または修正は、添付の特許請求の範囲に含まれる。

【0049】

実施形態に開示されたユニットおよびステップが、特定の用途および設計状態に応じて、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実施されてもよいことは、当業者には理解される。当業者は、異なる方法で記載された機能を実施してもよく、これは、添付の特許請求の範囲から逸脱することを意図するものではない。

【0050】

本発明の実施形態では、開示の機器、装置および方法が、他の方法で実施されてもよいことが留意される。前述の実施形態の機器は、単なる一例に過ぎない。例えば、ユニットを分割することは、単なる論理的分離に過ぎず、例えば、いくつかのユニットもしくは素子を別の機器に組み合わせ、または統合したり、いくつかの特徴またはステップ等を省略すること等、他の方法により実施されてもよい。

【0051】

ここでは、多くの特定の詳細について提供した。しかしながら、本発明の実施形態がこれらの細部を含まずに実施されてもよいことは、容易に理解される。ある実施形態では、従来の共通認識は、示されていないが、これは、本開示の理解を妨げるものではない。

【0052】

同様に、本開示を簡略化し、本発明の1または2以上の態様を理解しやすくするため、各特徴が、時折、単一の実施形態、図面、または対応する記載にグループ化され得ることは、容易に理解される。しかしながら、これは、特許請求の範囲に記載されたものと比較して、より多くの特徴が本発明に含められる必要があるという意図ではない。具体的には、特許請求の範囲に示されるように、本発明は、実施形態で使用される特徴に対応する問題を解決するために使用されてもよい。従って、請求項の各々は、本発明の実施形態として使用されてもよい。

【0053】

本開示の特徴のすべての組み合わせ（添付の特許請求の範囲、要約、図面を含む）が矛盾なく適用され得ることは、当業者には理解される。明確な説明が示されていない限り、同じ、同様の、または類似の目的の等価物が、特徴の各々と置換されてもよい。

【0054】

さらに、ある実施形態に、他の特徴ではない、いくつかの特徴が含まれている場合であっても、特徴の組み合わせが本発明の各種実施形態を意味することは、当業者には理解される。例えば、特許請求の範囲において、任意の保護される実施形態は、任意の組み合わせで使用されてもよい。

【0055】

これらの実施形態は、本発明の限定として解されるものではなく、ある特定の実施形態に関する本発明の単なる一例の記載に過ぎないことが理解される。実際、添付の特許請求の範囲から逸脱しない異なる適応は、当業者には明らかである。全ての場合において、そのような特許請求の範囲は、本開示に照らして、それら自身の利点に基づいて検討される必要がある。従って、そのような特許請求の範囲は、それにより保護される本発明、およびそれらの均等物または変形を定める。請求項において使用される括弧または参照符号は、範囲を限定することを意図するものではない。

【図1】

【図2】