JP7704074B2 - Resistivity measurement method - Google Patents
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Description
本発明は抵抗率測定方法に関し、より詳しくは、C-V法で測定したシリコンエピタキシャル層の抵抗率をNIST等の国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算する抵抗率測定方法に関する。 The present invention relates to a resistivity measurement method, and more specifically, to a resistivity measurement method that converts the resistivity of a silicon epitaxial layer measured by the C-V method into a four-probe resistivity that is traceable to international standards such as NIST.
従来、シリコン単結晶ウェーハの主表面がポリッシュ加工されたポリッシュドウェーハ(PW)(以下、単にPWと記載することがある。)、あるいは、該PWウェーハの主表面にシリコンエピタキシャル層(以下、単にエピ層と記載することがある。)が気相成長されたシリコンエピタキシャルウェーハ(以下、単にEPWと記載することがある。)の抵抗率を測定する方法として、C-V(Capacitance-Voltage)法が知られている。 Conventionally, the C-V (Capacitance-Voltage) method has been known as a method for measuring the resistivity of polished wafers (PW) (hereinafter sometimes simply referred to as PW), which are silicon single crystal wafers whose main surface has been polished, or silicon epitaxial wafers (hereinafter sometimes simply referred to as EPW), which are silicon epitaxial layers (hereinafter sometimes simply referred to as epilayers) grown by vapor phase growth on the main surface of the PW wafer.
例えば、特許文献1に記載されるように、シリコン単結晶ウェーハのC-V特性を測定するため、試料となるシリコン単結晶ウェーハの主表面(第一主表面)に、金属電極を用いてショットキー接合を形成し、前記試料をC-V測定装置のウェーハステージに固定し、電極に対して逆バイアス電圧を連続的に変化させながら印加することにより、シリコン単結晶ウェーハの内部に空乏層を拡げ、その容量を変化させる。
For example, as described in
そして、バイアス電圧と空乏層の容量との関係から、シリコン単結晶ウェーハの主表面から所定深さにおける不純物濃度と抵抗率を算出する。 Then, the impurity concentration and resistivity at a specified depth from the main surface of the silicon single crystal wafer are calculated based on the relationship between the bias voltage and the capacitance of the depletion layer.
精度の高いC-V特性を得るためには、試料の主裏面(第二主表面)とウェーハステージとの接触抵抗を小さく保つ必要がある。 To obtain highly accurate C-V characteristics, it is necessary to keep the contact resistance between the main back surface (second main surface) of the sample and the wafer stage small.
特許文献1には、前記ウェーハステージ上に導電性クッションを載置し、該導電性クッション上に、主裏面に導電性ペーストが塗布されたシリコン単結晶ウェーハを密着させて、C-V特性を測定する方法が開示されている。
導電性クッションとして、銀やカーボンが練り込まれ、抵抗率0.01Ω・cm以下、厚さ0.2mm以上0.75mm以下のシリコーンゴムを用いることが好ましいとされる。 The conductive cushion is preferably made of silicone rubber with silver or carbon kneaded into it, a resistivity of 0.01 Ω·cm or less, and a thickness of 0.2 mm to 0.75 mm.
C-V特性から抵抗率への換算には、SEMI MF723-0307あるいはIrvinカーブが用いられる。四探針法による抵抗率測定値は、NIST(National Institute of Standards and Technology:アメリカ国立標準技術研究所)が提供したSRM2541(0.01Ω・cm)~SRM2547(200Ω・cm)の7水準の抵抗率標準物質(SRM:Standard Reference Material)等の国際標準へのトレーサビリティーを有する標準ウェーハを用いて補正することができる。 SEMI MF723-0307 or Irvin curves are used to convert C-V characteristics to resistivity. Resistivity measurements using the four-probe method can be corrected using standard wafers with traceability to international standards, such as the seven resistivity reference materials (SRMs: Standard Reference Materials) SRM2541 (0.01 Ω·cm) to SRM2547 (200 Ω·cm) provided by NIST (National Institute of Standards and Technology).
C-V法による抵抗率測定値も、NIST等の国際標準へのトレーサビリティーを有することが望ましい。そこで、例えば前記抵抗率標準物質SRMへのトレーサビリティーを有する標準ウェーハをC-V法で測定することにより、トレーサビリティーを確保することが提案されている。 It is desirable that resistivity measurements using the C-V method also have traceability to international standards such as NIST. Therefore, it has been proposed to ensure traceability by, for example, measuring a standard wafer that has traceability to the resistivity standard material SRM using the C-V method.
例えば、特許文献2では、前記SRM2541~SRM2547の抵抗率標準物質を一次標準サンプルとして用いて校正した四探針法の測定装置で、P/N接合を有するシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層抵抗率を値付けして二次標準サンプルとするとともに、該エピタキシャル層を表面電極のC-V法測定装置で測定することにより、該表面電極のC-V法測定装置を校正する。
For example, in
そして、前記二次標準サンプルで校正された表面電極のC-V法測定装置を用い、P/P型またはN/N型シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層抵抗率を測定して三次標準サンプルとし、該三次標準サンプルを用いて裏面電極のC-V法測定装置を校正することが提案されている。 It is then proposed to use a C-V method measuring device for front electrodes calibrated with the secondary standard sample to measure the epitaxial layer resistivity of a P/P type or N/N type silicon epitaxial wafer to obtain a tertiary standard sample, and then to calibrate a C-V method measuring device for back electrodes using the tertiary standard sample.
特許文献2が提案する方法を用いる場合、P/N接合を有するシリコンエピタキシャルウェーハ(EPW)を用いて抵抗率を校正する必要がある。また、表面電極のC-V法測定装置と、裏面電極のC-V法測定装置との両方が必要である。
When using the method proposed in
本発明は、上記課題に対してなされたものであり、PWウェーハを用いてC-V法をNIST等の国際標準にトレースする際に行う新たな抵抗率換算を有する抵抗率測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to address the above-mentioned issues, and aims to provide a resistivity measurement method with a new resistivity conversion that is used when tracing the C-V method to international standards such as NIST using PW wafers.
上記課題を解決するために、本発明では、0.02Ω・cm以下の抵抗率を有する低抵抗率基板を用いて製造されたシリコンエピタキシャルウェーハに形成された測定対象のシリコンエピタキシャル層の抵抗率をC-V法で測定する抵抗率測定方法であって、
前記測定対象のシリコンエピタキシャル層の抵抗率をC-V法で測定して得られるSEMI換算抵抗率または、該SEMI換算抵抗率に所定の換算を施した抵抗率に対して、
四探針標準抵抗率が値付けされた標準ポリッシュドウェーハをC-V法で測定して得られるC-V抵抗率と前記四探針標準抵抗率とを比較することにより求められる第一換算式による換算と、
C-V法で測定可能な抵抗率を有する高抵抗率基板を用いて作製した高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層と、0.02Ω・cm以下の抵抗率を有する低抵抗率基板を用いて作製した低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層とについて、C-V抵抗率を比較することにより求められる第二換算式による換算と、
を行い、前記測定対象のシリコンエピタキシャル層の四探針抵抗率を得ることを特徴とする抵抗率測定方法を提供する。
ここで、C-V法で測定可能な抵抗率を有する高抵抗率基板の抵抗率とは、例えば0.1Ω・cm以上1000Ω・cm以下である。
In order to solve the above problems, the present invention provides a resistivity measurement method for measuring the resistivity of a silicon epitaxial layer to be measured, which is formed on a silicon epitaxial wafer manufactured using a low resistivity substrate having a resistivity of 0.02 Ω cm or less, by a CV method, comprising:
The resistivity of the silicon epitaxial layer to be measured is measured by a CV method to obtain a SEMI-converted resistivity or a resistivity obtained by performing a predetermined conversion on the SEMI-converted resistivity.
A conversion according to a first conversion formula obtained by comparing a CV resistivity obtained by measuring a standard polished wafer, to which a four-probe standard resistivity is assigned, by a CV method with the four-probe standard resistivity;
Conversion by a second conversion formula obtained by comparing the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer of a high resistivity substrate silicon epitaxial wafer prepared using a high resistivity substrate having a resistivity measurable by a C-V method and a silicon epitaxial layer of a low resistivity substrate silicon epitaxial wafer prepared using a low resistivity substrate having a resistivity of 0.02 Ω cm or less;
and obtaining a four-probe resistivity of the silicon epitaxial layer to be measured.
Here, the resistivity of a high resistivity substrate that has a resistivity that can be measured by the CV method is, for example, not less than 0.1 Ω·cm and not more than 1000 Ω·cm.
本発明を用いて、標準ポリッシュドウェーハのC-V抵抗率と四探針標準抵抗率とを比較することによって求められる第一換算式による換算に加え、高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハに形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率と、低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハに形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率とを比較することによって求められる第二換算式による換算を行うことにより、低抵抗率基板上に形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率をNIST等の国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算することが可能になる。 By using this invention, in addition to the conversion according to the first conversion formula obtained by comparing the C-V resistivity of a standard polished wafer with the four-probe standard resistivity, a conversion according to the second conversion formula obtained by comparing the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a high resistivity substrate silicon epitaxial wafer with the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a low resistivity substrate silicon epitaxial wafer is performed, making it possible to convert the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a low resistivity substrate into a four-probe resistivity that is traceable to international standards such as NIST.
すなわち、本発明によれば、PWウェーハを用いてC-V法をNIST等の国際標準にトレースする際に行う新たな抵抗率換算を有する抵抗率測定方法を提供することができる。 In other words, the present invention can provide a resistivity measurement method with a new resistivity conversion that is used when tracing the C-V method to international standards such as NIST using PW wafers.
前記標準ポリッシュドウェーハに対する四探針標準抵抗率の値付けは、
国際標準にトレース可能な標準ウェーハを用いて、四探針抵抗率測定装置を校正する四探針抵抗率測定装置校正工程と、
前記四探針抵抗率測定装置校正工程において校正された四探針抵抗率測定装置を用いて、ポリッシュドウェーハに前記四探針標準抵抗率を値付けするポリッシュドウェーハ標準抵抗率値付け工程と、
を有することが望ましい。
The four-probe standard resistivity for the standard polished wafer is determined as follows:
a four-probe resistivity measurement device calibration process for calibrating the four-probe resistivity measurement device using a standard wafer that is traceable to an international standard;
a polished wafer standard resistivity rating step of rating a polished wafer to the four-probe standard resistivity using the four-probe resistivity measurement device calibrated in the four-probe resistivity measurement device calibrating step;
It is desirable to have
このようにして得られた標準ポリッシュドウェーハを用いて第一換算式を求め、この第一換算式による換算を行うことにより、高抵抗率基板上に形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率を、より高い精度で、NIST等の国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算できる。 The standard polished wafer obtained in this manner is used to determine the first conversion formula, and by performing conversion using this first conversion formula, the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a high resistivity substrate can be converted with higher accuracy into a four-probe resistivity that is traceable to international standards such as NIST.
この場合、前記ポリッシュドウェーハ標準抵抗率値付け工程では、前記ポリッシュドウェーハの主表面を前記四探針抵抗率測定装置で測定してもよい。 In this case, in the polished wafer standard resistivity rating process, the main surface of the polished wafer may be measured with the four-probe resistivity measuring device.
または、前記ポリッシュドウェーハを研削して研削面とし、該研削面を前記四探針抵抗率測定装置で測定してもよい。前記研削として平面研削を行うことが望ましい。 Alternatively, the polished wafer may be ground to produce a ground surface, and the ground surface may be measured with the four-point resistivity measuring device. It is preferable to perform surface grinding as the grinding.
このように、四探針抵抗率測定装置を用いた測定を、ポリッシュドウェーハの主表面(PW面)に対して行っても良いし、または研削面に対して行っても良い。研削面を四探針抵抗率測定装置を用いて測定すると、PW面を測定する場合に比べ、四探針抵抗率の測定精度が改善する。 In this way, measurements using a four-probe resistivity measurement device can be performed on the main surface (PW surface) of a polished wafer, or on the ground surface. Measuring the ground surface with a four-probe resistivity measurement device improves the measurement accuracy of the four-probe resistivity compared to measuring the PW surface.
前記ポリッシュドウェーハとして、酸素ドナーを消去する熱処理が施されているものを用いることが望ましい。 It is preferable to use a polished wafer that has been heat-treated to eliminate oxygen donors.
このようにすることで、四探針標準抵抗率の値付けをより精度良く行うことができる。 By doing this, the four-probe standard resistivity can be determined more accurately.
あるいは、前記四探針標準抵抗率が値付けされた標準ポリッシュドウェーハとして、
国際標準にトレース可能な標準ウェーハを用いて四探針抵抗率測定装置を校正する四探針抵抗率測定装置校正工程と、
前記四探針抵抗率測定装置校正工程で校正された前記四探針抵抗率測定装置を用い、酸素ドナーを消去する熱処理が予め施されたシリコン単結晶ウェーハの抵抗率を測定し、四探針標準抵抗率を値付けする値付け工程と、
値付け済み前記シリコン単結晶ウェーハの少なくとも第一主表面を加工してポリッシュドウェーハとなす加工工程と、
前記ポリッシュドウェーハを洗浄する洗浄工程と、
が施されているものを用いることが望ましい。シリコン単結晶ウェーハとして、例えば、主表面が、ラッピング加工された面、研削された面、または、化学エッチングされた面であるものを用いる。
Alternatively, as a standard polished wafer to which the four-probe standard resistivity is valued,
a four-probe resistivity measurement device calibration process for calibrating the four-probe resistivity measurement device using a standard wafer that is traceable to an international standard;
a rating step of measuring the resistivity of a silicon single crystal wafer that has been previously subjected to a heat treatment for eliminating oxygen donors, using the four-probe resistivity measurement device calibrated in the four-probe resistivity measurement device calibrating step, and rating the four-probe standard resistivity;
A processing step of processing at least a first main surface of the priced silicon single crystal wafer into a polished wafer;
a cleaning step of cleaning the polished wafer;
As the silicon single crystal wafer, for example, one whose main surface is a lapped surface, a ground surface, or a chemically etched surface is used.
このような標準ポリッシュドウェーハを用いることで、測定対象であるシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率を、より高い精度で、NIST等の国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算できる。 By using such standard polished wafers, the C-V resistivity of the silicon epitaxial layer being measured can be converted with greater precision into four-probe resistivity that is traceable to international standards such as NIST.
前記第二換算式を、
C-V法で測定可能な抵抗率を有する高抵抗率ポリッシュドウェーハと、0.02Ωcm以下の抵抗率を有する低抵抗率ポリッシュドウェーハとを準備する基板用ポリッシュドウェーハ準備工程と、
前記高抵抗率ポリッシュドウェーハ上、および、前記低抵抗率ポリッシュドウェーハ上のそれぞれに、前記高抵抗率ポリッシュドウェーハと同じ抵抗率かつ同じ導電型のシリコンエピタキシャル層を、同じドーパント濃度の成長条件でエピタキシャル成長させ、前記高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハと前記低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハとを準備するエピタキシャルウェーハ準備工程と、
前記低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層と、前記高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層とをC-V測定する比較用エピタキシャルウェーハのC-V測定工程と、
前記低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層と、前記高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層とについて、C-V抵抗率を比較する比較工程と
を通して求め、
低抵抗率基板上に形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率測定結果を、前記第二換算式により、高抵抗率基板を含むシリコンエピタキシャルウェーハに形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率に換算する第二換算工程を行うことが望ましい。
The second conversion formula is
a substrate polished wafer preparation step of preparing a high resistivity polished wafer having a resistivity measurable by a CV method and a low resistivity polished wafer having a resistivity of 0.02 Ω cm or less;
an epitaxial wafer preparation step of epitaxially growing a silicon epitaxial layer having the same resistivity and the same conductivity type as that of the high resistivity polished wafer under growth conditions of the same dopant concentration on each of the high resistivity polished wafer and the low resistivity polished wafer, thereby preparing the high resistivity substrate silicon epitaxial wafer and the low resistivity substrate silicon epitaxial wafer;
a CV measurement step of a comparative epitaxial wafer, in which a CV measurement is performed on a silicon epitaxial layer of the low resistivity substrate silicon epitaxial wafer and a silicon epitaxial layer of the high resistivity substrate silicon epitaxial wafer;
a comparison step of comparing the C-V resistivity of the silicon epitaxial layer of the low resistivity substrate silicon epitaxial wafer with that of the silicon epitaxial layer of the high resistivity substrate silicon epitaxial wafer;
It is desirable to carry out a second conversion step of converting the CV resistivity measurement result of the silicon epitaxial layer formed on the low resistivity substrate into the CV resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a silicon epitaxial wafer including a high resistivity substrate by the second conversion formula.
第一換算式による換算に加え、このように第二換算工程を行うことにより、低抵抗率基板上に形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率を、より高い精度で、NIST等の国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算できる。 By performing the second conversion process in this way in addition to the conversion using the first conversion formula, the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a low resistivity substrate can be converted with higher accuracy into a four-probe resistivity that is traceable to international standards such as NIST.
そして、前記第一換算式を求める際、前記標準ポリッシュドウェーハの抵抗率をC-V法で測定する前に、前記標準ポリッシュドウェーハを250℃以上1150℃以下の水素雰囲気中で加熱処理することが望ましい。 When determining the first conversion formula, it is desirable to heat treat the standard polished wafer in a hydrogen atmosphere at 250°C or higher and 1150°C or lower before measuring the resistivity of the standard polished wafer by the C-V method.
このように加熱処理した標準ポリッシュドウェーハをC-V測定に供することにより、不純物濃度プロファイルまたは抵抗率プロファイルの表層部に高抵抗領域が出現するのを防ぐことができる。 By subjecting a standard polished wafer that has been heat-treated in this manner to C-V measurement, it is possible to prevent high resistance regions from appearing in the surface portion of the impurity concentration profile or resistivity profile.
また、前記第一換算式を求める際、前記標準ポリッシュドウェーハの第二主表面と、C-V法を用いた測定装置の測定ステージとの間に、導電性クッションを配置しつつ、前記標準ポリッシュドウェーハの第一主表面に高周波電圧を印加して、前記標準ポリッシュドウェーハの抵抗率をC-V法で測定することが望ましい。 When determining the first conversion formula, it is desirable to place a conductive cushion between the second main surface of the standard polished wafer and the measurement stage of a measurement device using the C-V method, apply a high-frequency voltage to the first main surface of the standard polished wafer, and measure the resistivity of the standard polished wafer by the C-V method.
第一換算式を求める際、このように導電性クッションを配置した状態で標準ポリッシュドウェーハのC-V抵抗率を測定することで、抵抗率の異なる高抵抗率ウェーハであっても、ウェーハステージに対する接触抵抗が一定に保たれるので、第一換算式や第二換算式の精度向上が期待できる。 When determining the first conversion formula, by measuring the C-V resistivity of a standard polished wafer with a conductive cushion placed in this manner, the contact resistance to the wafer stage is kept constant even for high resistivity wafers with different resistivities, which is expected to improve the accuracy of the first and second conversion formulas.
以上のように、本発明であれば、標準ポリッシュドウェーハのC-V抵抗率と四探針標準抵抗率とを比較して求められる第一換算式による換算に加え、高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハに形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率と、低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハに形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率とを比較することにより求められる第二換算式を用いて換算を行うことにより、低抵抗率基板上に形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率をNIST等の国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算することが可能になる。 As described above, with the present invention, in addition to the conversion using the first conversion formula obtained by comparing the C-V resistivity of a standard polished wafer with the standard four-probe resistivity, the conversion is performed using the second conversion formula obtained by comparing the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a high resistivity substrate silicon epitaxial wafer with the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a low resistivity substrate silicon epitaxial wafer, making it possible to convert the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a low resistivity substrate into a four-probe resistivity that is traceable to international standards such as NIST.
上述のように、ポリッシュドウェーハ(以下、単に「PWウェーハ」と記載することがある)を用いてC-V法をNIST等の国際標準にトレースする際に行う新たな抵抗率換算を有する抵抗率測定方法の開発が求められていた。 As mentioned above, there was a need to develop a resistivity measurement method with a new resistivity conversion that can be used to trace the C-V method to international standards such as NIST using polished wafers (hereinafter sometimes simply referred to as "PW wafers").
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、標準ポリッシュドウェーハのC-V抵抗率と四探針標準抵抗率とを比較することによって求められる第一換算式による換算に加え、高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層と、低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層とについて、C-V抵抗率を比較することにより求められる第二換算式を用いて換算を行うことにより、測定対象のシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率をNIST等の国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算することが可能になることを見出し、本発明を完成させた。 After extensive research into the above problem, the inventors discovered that by performing conversion using a second conversion formula obtained by comparing the C-V resistivity of the epitaxial layer of a high resistivity substrate silicon epitaxial wafer and the epitaxial layer of a low resistivity substrate silicon epitaxial wafer in addition to conversion using a first conversion formula obtained by comparing the C-V resistivity of the standard polished wafer with the standard four-probe resistivity, it is possible to convert the C-V resistivity of the silicon epitaxial layer to be measured into a four-probe resistivity that is traceable to international standards such as NIST, and thus completed the present invention.
即ち、本発明は、0.02Ω・cm以下の抵抗率を有する低抵抗率基板を用いて製造されたシリコンエピタキシャルウェーハに形成された測定対象のシリコンエピタキシャル層の抵抗率をC-V法で測定する抵抗率測定方法であって、
前記測定対象のシリコンエピタキシャル層の抵抗率をC-V法で測定して得られるSEMI換算抵抗率または、該SEMI換算抵抗率に所定の換算を施した抵抗率に対して、
四探針標準抵抗率が値付けされた標準ポリッシュドウェーハをC-V法で測定して得られるC-V抵抗率と前記四探針標準抵抗率とを比較することにより求められる第一換算式による換算と、
C-V法で測定可能な抵抗率を有する高抵抗率基板を用いて作製した高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層と、0.02Ω・cm以下の抵抗率を有する低抵抗率基板を用いて作製した低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層とについて、C-V抵抗率を比較することにより求められる第二換算式による換算と、
を行い、前記測定対象のシリコンエピタキシャル層の四探針抵抗率を得ることを特徴とする抵抗率測定方法である。
That is, the present invention provides a resistivity measurement method for measuring the resistivity of a silicon epitaxial layer to be measured, which is formed on a silicon epitaxial wafer manufactured using a low resistivity substrate having a resistivity of 0.02 Ω cm or less, by a CV method, comprising:
The resistivity of the silicon epitaxial layer to be measured is measured by a CV method to obtain a SEMI-converted resistivity or a resistivity obtained by performing a predetermined conversion on the SEMI-converted resistivity.
A conversion according to a first conversion formula obtained by comparing a CV resistivity obtained by measuring a standard polished wafer, to which a four-probe standard resistivity is assigned, by a CV method with the four-probe standard resistivity;
Conversion by a second conversion formula obtained by comparing the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer of a high resistivity substrate silicon epitaxial wafer prepared using a high resistivity substrate having a resistivity measurable by a C-V method and a silicon epitaxial layer of a low resistivity substrate silicon epitaxial wafer prepared using a low resistivity substrate having a resistivity of 0.02 Ω cm or less;
and obtaining a four-probe resistivity of the silicon epitaxial layer to be measured.
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these.
[第一の実施形態]
以下に、本発明の第一の実施形態を図面に基づいて説明する。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第一の実施形態に係る抵抗率測定方法のうち、第一換算式を求める概略工程を示す概略工程図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing the general steps for determining the first conversion formula in the resistivity measurement method according to the first embodiment of the present invention.
まず、国際標準、例えばNISTにトレース可能な標準ウェーハを用いて、四探針抵抗率測定装置を校正する(図1(a)四探針抵抗率測定装置校正工程)。 First, the four-probe resistivity measurement device is calibrated using an international standard, for example, a standard wafer that is traceable to NIST (Figure 1 (a) Four-probe resistivity measurement device calibration process).
例えば、四探針法による抵抗率測定値に対して、NIST(National Institute of Standards and Technology:アメリカ国立標準技術研究所)が提供したSRM2541(0.01Ω・cm)~SRM2547(200Ω・cm)の7水準の抵抗率標準物質(SRM:Standard Reference Material)等へのトレーサビリティーを有する標準ウェーハを用い、四探針抵抗率測定装置の校正および補正を行うことができる。 For example, for resistivity measurements using the four-probe method, a four-probe resistivity measuring device can be calibrated and corrected using a standard wafer that has traceability to seven levels of resistivity standard materials (SRMs: Standard Reference Materials) such as SRM2541 (0.01 Ω·cm) to SRM2547 (200 Ω·cm) provided by NIST (National Institute of Standards and Technology).
この例において四探針抵抗率測定装置を校正するには、該四探針抵抗率測定装置で前記SRM2541~SRM2547等の抵抗率標準物質を測定し、その測定結果が管理基準内であることを確認する。また、補正するには、前記四探針抵抗率測定装置で前記抵抗率標準物質を測定し、その測定結果と前記抵抗率標準物質に付与された標準値との比を求め、その比を前記四探針抵抗率測定装置による測定値に乗ずる。 In this example, to calibrate the four-probe resistivity measurement device, the resistivity standard materials such as SRM2541 to SRM2547 are measured with the four-probe resistivity measurement device, and it is confirmed that the measurement results are within the control standards. In addition, to make corrections, the resistivity standard materials are measured with the four-probe resistivity measurement device, the ratio between the measurement results and the standard value assigned to the resistivity standard materials is calculated, and the measurement value obtained by the four-probe resistivity measurement device is multiplied by this ratio.
次に、四探針抵抗率測定装置校正工程において校正された前記四探針抵抗率測定装置を用いてPWウェーハの抵抗率を測定し、四探針標準抵抗率を値付けする(図1(b)標準抵抗率値付け工程)。 Next, the resistivity of the PW wafer is measured using the four-probe resistivity measurement device calibrated in the four-probe resistivity measurement device calibration process, and the four-probe standard resistivity is assigned (Figure 1 (b) Standard resistivity assignment process).
前記PWウェーハとしては、C-V法で測定可能な抵抗率を有し、酸素ドナーを消去する熱処理が施されているものを使用することが望ましい。前記PWウェーハのPW面を前記四探針抵抗率測定装置で測定する場合は、四探針標準抵抗率の精度を確保するため、抵抗率を多数回測定し、その平均値を標準値とすることが望ましい。前記PWウェーハを研削(例えば平面研削)加工して研削面とし、該研削面を前記四探針抵抗率測定装置で測定すると、PW面を測定する場合に比べ、四探針標準抵抗率の測定精度が改善する。以降、四探針標準抵抗率の値付けされたPWウェーハを標準PWと呼ぶことがある。 It is desirable to use a PW wafer that has a resistivity that can be measured by the C-V method and that has been subjected to heat treatment to eliminate oxygen donors. When measuring the PW surface of the PW wafer with the four-probe resistivity measurement device, it is desirable to measure the resistivity multiple times and use the average value as the standard value in order to ensure the accuracy of the four-probe standard resistivity. When the PW wafer is ground (e.g., surface grinding) to form a ground surface and the ground surface is measured with the four-probe resistivity measurement device, the measurement accuracy of the four-probe standard resistivity is improved compared to when the PW surface is measured. Hereinafter, a PW wafer that has been assigned a value for the four-probe standard resistivity may be referred to as a standard PW.
続いて、前記標準PWをC-V測定する(図1(c)標準PWのC-V測定工程)。PW標準抵抗率値付け工程(図1(b))で表面を研削加工した場合は、同じ抵抗率を有する別のPWウェーハをC-V測定する。C-V測定の際に、その不純物濃度プロファイルまたは抵抗率プロファイルの表層部に高抵抗領域が出現する場合、前記標準PWをC-V測定する前に、250℃以上1150℃以下の水素雰囲気中で、10分~60分間熱処理することが望ましい。 Then, the standard PW is subjected to CV measurement (Figure 1(c) Standard PW CV measurement process). If the surface has been ground in the PW standard resistivity rating process (Figure 1(b)), another PW wafer having the same resistivity is subjected to CV measurement. If a high resistance region appears in the surface layer of the impurity concentration profile or resistivity profile during the CV measurement, it is desirable to heat treat the standard PW for 10 to 60 minutes in a hydrogen atmosphere at 250°C to 1150°C before subjecting it to CV measurement.
そして、前記標準PWをC-V法で測定して得られるC-V抵抗率と、前記四探針標準抵抗率とを比較すること(図1(d)標準PWのC-V測定値と四探針標準抵抗率との比較工程)により、PWウェーハのC-V測定値を国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算するための第一換算式を求める(図1(e))。 Then, by comparing the C-V resistivity obtained by measuring the standard PW by the C-V method with the four-probe standard resistivity (Fig. 1(d) - comparison process between the C-V measurement value of the standard PW and the four-probe standard resistivity), a first conversion formula is obtained for converting the C-V measurement value of the PW wafer into a four-probe resistivity that is traceable to an international standard (Fig. 1(e)).
このようにして求められる第一換算式は、高抵抗率基板を用いる、例えばP-型PW、N-型PW、P/P-型シリコンエピタキシャルウェーハ(以下、単に「EPW」と記載することがある)、N/N-型のEPWに適用することができても、低抵抗率基板を用いる、例えばP/P+型EPWやN/N+型EPWには適用することができない。これは、C-V測定の際にウェーハを固定するウェーハステージとEPW裏面との接触抵抗が、EPW裏面が高抵抗率基板である場合と低抵抗率基板である場合とで異なり、その違いがC-V抵抗率の測定結果に影響を及ぼすからである。 The first conversion formula obtained in this manner can be applied to EPWs using high resistivity substrates, such as P - type PWs, N - type PWs, P/P - type silicon epitaxial wafers (hereinafter sometimes simply referred to as "EPWs") and N/N - type EPWs, but cannot be applied to EPWs using low resistivity substrates, such as P/P + type EPWs and N/N + type EPWs. This is because the contact resistance between the wafer stage that fixes the wafer during CV measurement and the backside of the EPW differs depending on whether the backside of the EPW is a high resistivity substrate or a low resistivity substrate, and this difference affects the measurement results of the CV resistivity.
そこで、シリコンエピタキシャル層(以下、単に「エピ層」と記載することがある)のドーパント濃度が同じ高抵抗率基板EPWと低抵抗率基板EPWとを準備し、これらのEPWのエピ層についてC-V抵抗率を比較することにより、前記低抵抗率基板EPWのエピ層C-V抵抗率から、高抵抗率基板EPWのエピ層C-V抵抗率への換算を行うための第二換算式を求める(図2)。すなわち、図2は、本発明の抵抗率測定方法のうち、第二換算式を求める概略工程を示す概略工程図である。 Therefore, a high resistivity substrate EPW and a low resistivity substrate EPW with the same dopant concentration of silicon epitaxial layer (hereinafter sometimes simply referred to as "epilayer") are prepared, and the C-V resistivities of the epilayers of these EPWs are compared to determine a second conversion formula for converting the epilayer C-V resistivity of the low resistivity substrate EPW to the epilayer C-V resistivity of the high resistivity substrate EPW (Figure 2). That is, Figure 2 is a schematic process diagram showing the general process for determining the second conversion formula in the resistivity measurement method of the present invention.
図2において、まず、C-V法で測定可能な抵抗率を有する高抵抗率PWウェーハと、0.02Ω・cm以下の抵抗率を有する低抵抗率PWウェーハとを準備する(図2(a)基板用PWウェーハ準備工程)。ここで、C-V法で測定可能な抵抗率を有する高抵抗率基板の抵抗率とは、例えば0.1Ω・cm以上1000Ω・cm以下である。 In FIG. 2, first, a high resistivity PW wafer having a resistivity measurable by the C-V method and a low resistivity PW wafer having a resistivity of 0.02 Ω·cm or less are prepared (FIG. 2(a) PW wafer preparation process for substrate). Here, the resistivity of the high resistivity substrate having a resistivity measurable by the C-V method is, for example, 0.1 Ω·cm or more and 1000 Ω·cm or less.
次に、前記高抵抗率PWウェーハ上、および、低抵抗率PWウェーハ上のそれぞれに、前記高抵抗率PWウェーハと実質的に同じ抵抗率かつ同じ導電型のシリコンエピタキシャル層を、同じドーパント濃度の成長条件でエピタキシャル成長させる。これにより、高抵抗率基板EPWと低抵抗率基板EPWとを準備する(図2(b)比較用EPW準備工程)。 Next, on each of the high resistivity PW wafer and the low resistivity PW wafer, a silicon epitaxial layer having substantially the same resistivity and conductivity type as the high resistivity PW wafer is epitaxially grown under the same growth conditions with the same dopant concentration. This prepares a high resistivity substrate EPW and a low resistivity substrate EPW (Figure 2(b) Comparative EPW preparation process).
続いて、前記低抵抗率基板EPWのエピ層と前記高抵抗率基板EPWのエピ層とをC-V測定する(図2(c)比較用EPWのC-V測定工程)。さらに、前記低抵抗率基板EPWのエピ層と、前記高抵抗率基板EPWのエピ層とについて、C-V抵抗率を比較する(図2(d)低抵抗率基板EPWのEP層と高抵抗率基板EPWのEP層とについての、C-V抵抗率の比較工程)。 Then, the epitaxial layer of the low resistivity substrate EPW and the epitaxial layer of the high resistivity substrate EPW are subjected to C-V measurement (FIG. 2(c) C-V measurement process of comparative EPW). Furthermore, the C-V resistivity of the epitaxial layer of the low resistivity substrate EPW and the epitaxial layer of the high resistivity substrate EPW are compared (FIG. 2(d) C-V resistivity comparison process of the EP layer of the low resistivity substrate EPW and the EP layer of the high resistivity substrate EPW).
そして、前記低抵抗率基板EPWのエピ層のC-V抵抗率から高抵抗率基板EPWのエピ層のC-V抵抗率への換算を行うための第二換算式を求める(図2(e))。エピ層と基板との抵抗率が同じ高抵抗率基板EPWは、実質的にPWと同じである。このため、第二換算式は、前記低抵抗率基板EPWのエピ層のC-V抵抗率からPWのC-V抵抗率への換算としても用いることができる。 Then, a second conversion formula is obtained for converting the C-V resistivity of the epilayer of the low resistivity substrate EPW to the C-V resistivity of the epilayer of the high resistivity substrate EPW (FIG. 2(e)). The high resistivity substrate EPW, in which the resistivity of the epilayer and the substrate are the same, is substantially the same as PW. Therefore, the second conversion formula can also be used to convert the C-V resistivity of the epilayer of the low resistivity substrate EPW to the C-V resistivity of PW.
前記したように、C-V測定の際にEPWが固定されるウェーハステージとEPW裏面との接触抵抗は、EPW裏面が高抵抗率基板である場合と低抵抗率基板である場合との間で異なり、その違いがC-V抵抗率の測定結果に影響を及ぼす。さらに、同じ高抵抗率基板や高抵抗率PWであっても、例えば、1Ω・cmと100Ω・cmとでは、ウェーハステージに対する接触抵抗が異なる。 As mentioned above, the contact resistance between the wafer stage to which the EPW is fixed during C-V measurement and the back surface of the EPW differs depending on whether the back surface of the EPW is a high resistivity substrate or a low resistivity substrate, and this difference affects the measurement results of the C-V resistivity. Furthermore, even with the same high resistivity substrate or high resistivity PW, the contact resistance with the wafer stage differs between, for example, 1 Ω·cm and 100 Ω·cm.
そこで、高抵抗率基板EPWあるいは高抵抗率PW(以下、高抵抗率ウェーハと記載することがある。)をウェーハステージに固定してC-V測定する場合、高抵抗率ウェーハと前記ウェーハステージとの間に、導電性クッションを挟みつつC-V測定することが望ましい。すると、抵抗率の異なる高抵抗率ウェーハであっても、ウェーハステージに対する接触抵抗が一定に保たれるので、第一換算式や第二換算式の精度向上が期待できる。 Therefore, when performing C-V measurements with a high resistivity substrate EPW or high resistivity PW (hereinafter sometimes referred to as a high resistivity wafer) fixed to a wafer stage, it is desirable to perform the C-V measurements while sandwiching a conductive cushion between the high resistivity wafer and the wafer stage. In this way, even for high resistivity wafers with different resistivities, the contact resistance to the wafer stage is kept constant, which is expected to improve the accuracy of the first and second conversion formulas.
図3に、高抵抗率ウェーハ3とウェーハステージ6との間に、導電性クッション7を挟みつつC-V測定する際に用いるC-V測定装置10(以下、単に装置10と記載することがある。)の概略図を示す。
Figure 3 shows a schematic diagram of a C-V measurement device 10 (hereinafter sometimes simply referred to as device 10) used when performing C-V measurements with a
高抵抗率ウェーハ3は、高抵抗率基板1の上にシリコンエピタキシャル層2を気相成長して形成され、P/P-またはN/N-のどちらにでも適用可能であるが、説明の便宜上、P/P-の場合について図示する。さらに、前記装置10は電極が裏面電極であるが、表面電極についても適用可能である。
The
C-V測定の前処理として、高抵抗率ウェーハ3を例えばフッ酸(HF)で処理し、表面に形成された酸化膜を除去する。次に、シリコンエピタキシャル層2表面の所望位置に、金属電極4を形成する。金属電極4の金属は、シリコンエピタキシャル層2がP型の場合はサマリウム(Sm)であることが好適であり、シリコンエピタキシャル層2がN型の場合は金(Au)が好適である。金属電極4として水銀(Hg)を用いる場合は、P型およびN型の両方に適用できる。
As a pretreatment for the C-V measurement, the
次に、HF処理済み高抵抗率ウェーハ3の第二主表面(主裏面)と、C-V測定装置10の測定ステージ6との間に、導電性クッション7を挟みつつ、前記高抵抗率ウェーハ3の第一主表面に接触させた金属電極4に、高周波電圧を印加して、C-V測定を行う。
Next, a
導電性クッション7としては、銀やカーボンを練り込んだ抵抗率1Ωcm以下のシリコーンゴムが望ましい。導電性クッション7を用いるのは、高抵抗率ウェーハ1の第二主表面と、C-V測定装置10の測定ステージ6との間のオーミック・コンタクトを良好な一定抵抗率に保つためである。
The
導電性クッション7を用いない場合、高抵抗率ウェーハ3の第二主表面と、測定ステージ6との間に形成される抵抗の大きさは、高抵抗率基板1の抵抗率により異なる。また、高抵抗率ウェーハ3の裏面と測定ステージ6との吸着の強さによっても異なる。高抵抗率ウェーハ3の第二主表面と測定ステージ6との間に形成される抵抗の大きさは、吸着力が強ければ小さくなり、吸着力が弱ければ大きくなる。
When the
前記高抵抗率ウェーハ3の第一主表面に接触させた金属電極4に、逆バイアス電圧が印加されると、金属電極4に接触するEP層2の表面近傍に形成される空乏層が拡がる。
When a reverse bias voltage is applied to the
空乏層幅Wは、次式より求めることができる。
(式1)
W=Aε0εSi/C
ここで、Aは金属電極4の面積、ε0は真空誘電率、εSiはシリコンの比誘電率、Cはエピ層2の空乏層が形成する静電容量である。
The depletion layer width W can be calculated by the following formula:
(Formula 1)
W=Aε 0 ε Si /C
Here, A is the area of the
そして、空乏層幅Wにおけるドーパント濃度N(W)は、次式より求められる。
(式2)
N(W)=2/(qε0εSiA2)*{d(C-2)/dV}-1
ここで、qは電子の電荷量である。
The dopant concentration N(W) at the depletion layer width W is calculated from the following formula:
(Formula 2)
N(W)=2/(qε 0 ε Si A 2 )*{d(C -2 )/dV} -1
Here, q is the charge of the electron.
ドーパント濃度N(W)は、空乏層幅W(深さ)との対応リストが作成されると、ドーパント濃度プロファイルとして出力できる。また、ドーパント濃度N(w)は、SEMI MF723-0307を用いて抵抗率(SEMI換算抵抗率)に換算された後、空乏層幅(深さ)との対応リストが作成されると、抵抗率プロファイルとしても出力できる。 The dopant concentration N(W) can be output as a dopant concentration profile once a correspondence list with the depletion layer width W (depth) is created. In addition, the dopant concentration N(w) can also be output as a resistivity profile once a correspondence list with the depletion layer width (depth) is created after it has been converted to resistivity (SEMI converted resistivity) using SEMI MF723-0307.
前記SEMI換算抵抗率または、該SEMI換算抵抗率に所定の換算を施した抵抗率に対し、前記第一換算式の換算を行うことにより、高抵抗率ウェーハ3のC-V抵抗率の測定結果をNISTにトレース可能な四探針抵抗率に換算することができる。
By applying the first conversion formula to the SEMI converted resistivity or a resistivity obtained by performing a predetermined conversion on the SEMI converted resistivity, the measurement result of the C-V resistivity of the
C-V測定の対象が高抵抗率基板1を含まない場合、すなわち、P/P+型EPWやN/N+型EPW等の低抵抗率基板EPWである場合、導電性クッション7を使用する必要はない。低抵抗率基板EPWに形成されたエピ層(以下、「EP層」と記載することがある)のC-V抵抗率も、導電性クッション7を用いないこと以外は図3に示すようにして測定することができる。そして、前記SEMI換算抵抗率または、該SEMI換算抵抗率に所定の換算を施した、低抵抗率基板EPWに形成されたEP層のC-V抵抗率測定結果(図4(a))に対し、前記第二換算式を用いた換算(図4(b))と前記第一換算式を用いた換算(図4(c))を行うことにより、前記測定対象のシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率の測定結果をNISTにトレース可能な四探針抵抗率に換算することができる(図4(d))。
When the object of CV measurement does not include a
SEMI換算抵抗率に施す所定の換算とは、例えば、他のC-V法抵抗率測定装置に合わせ込むための換算、顧客の測定値(顧客換算)に合わせ込むための換算、標準値とのバイアスを補正するための換算などがある。 Examples of specific conversions applied to SEMI converted resistivity include conversions to match other C-V method resistivity measuring devices, conversions to match customer measured values (customer conversions), and conversions to correct bias from the standard value.
[第二の実施形態]
以下に、本発明の第二の実施形態を図面に基づいて説明する。
第一の実施形態では、校正済みの四探針抵抗率測定装置を用いてPWウェーハの抵抗率を測定し、四探針標準抵抗率を値付けする。これに対して第二の実施形態では、四探針標準抵抗率の値付けを、主表面がラッピング加工された面(以下、単にLW面と記載することがある。)のシリコン単結晶ウェーハ(以下、単にLWと記載することがある。)、主表面が研削された面(以下、単に研削面と記載することがある。)のシリコン単結晶ウェーハ、または、主表面が化学エッチングされた面(以下、単にCW面と記載することがある。)のシリコン単結晶ウェーハ(以下、単にCWと記載することがある。)に対して行う。
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the first embodiment, the resistivity of a PW wafer is measured using a calibrated four-probe resistivity measurement device, and the four-probe standard resistivity is assigned. In contrast, in the second embodiment, the four-probe standard resistivity is assigned to a silicon single crystal wafer (hereinafter, sometimes simply referred to as LW surface) whose main surface is a lapped surface (hereinafter, sometimes simply referred to as LW surface), a silicon single crystal wafer (hereinafter, sometimes simply referred to as ground surface), or a silicon single crystal wafer (hereinafter, sometimes simply referred to as CW surface) whose main surface is a chemically etched surface (hereinafter, sometimes simply referred to as CW surface).
図5は、本発明の第二の実施形態に係る抵抗率測定方法の概略工程を示す概略工程図である。まず、NISTにトレース可能な標準ウェーハを用いて四探針抵抗率測定装置を校正する(図5(a)四探針抵抗率測定装置校正工程)。 Figure 5 is a schematic diagram showing the steps of a resistivity measurement method according to a second embodiment of the present invention. First, a four-probe resistivity measurement device is calibrated using a standard wafer that is traceable to NIST (Figure 5(a) Four-probe resistivity measurement device calibration step).
次に、四探針標準抵抗率の値付けを、主表面がLW面、研削面またはCW面のシリコン単結晶ウェーハに対して行う(図5(b)標準抵抗率値付け工程)。すると、主表面がPW面であるPWウェーハを四探針法で測定する場合に比べ、繰り返し測定のばらつきが小さくなる。CW面には、高輝度平面研削面が含まれる。 Next, four-probe standard resistivity is assigned to silicon single crystal wafers whose main surface is an LW surface, a ground surface, or a CW surface (Figure 5(b) Standard resistivity assignment process). This reduces the variability in repeated measurements compared to when a PW wafer whose main surface is a PW surface is measured using the four-probe method. CW surfaces include high-brightness flat ground surfaces.
シリコン単結晶中の酸素は、450℃付近の熱処理を受けると、数個の原子が集まって1個の電子を放出し、ドナーを生成する。このため、四探針標準抵抗率の値付けに用いられるシリコン単結晶ウェーハには、低酸素濃度の結晶を用いることが望ましい。また、四探針標準抵抗率の値付け前に、酸素ドナー消去を目的とする熱処理(ドナーキラー熱処理)を行うことが望ましい。 When oxygen in silicon single crystals is subjected to heat treatment at around 450°C, several atoms come together and release one electron, generating a donor. For this reason, it is desirable to use crystals with a low oxygen concentration for the silicon single crystal wafers used in the four-probe standard resistivity determination. It is also desirable to perform a heat treatment aimed at eliminating oxygen donors (donor killer heat treatment) before the four-probe standard resistivity determination.
続いて、値付け済みシリコン単結晶ウェーハの少なくとも第一主表面を加工して、PWウェーハとなす(図5(c)加工工程)。ウェーハの主表面がLW面の場合、エッチング、化学的機械的研磨(ポリッシング)などを行い、PWウェーハとする。さらに、PW面を清浄にするため、PWウェーハを洗浄する。洗浄には、例えば、アンモニア・過酸化水素水、塩酸・過酸化水素水、オゾン水、フッ酸の組み合わせが用いられる。 Next, at least the first main surface of the priced silicon single crystal wafer is processed to form a PW wafer (FIG. 5(c) processing step). If the main surface of the wafer is the LW surface, etching, chemical mechanical polishing (polishing), etc. are performed to form a PW wafer. Furthermore, the PW wafer is washed to clean the PW surface. For example, a combination of ammonia/hydrogen peroxide solution, hydrochloric acid/hydrogen peroxide solution, ozone water, and hydrofluoric acid are used for the washing.
PWウェーハを洗浄すると、該PWウェーハに水素が導入され、その影響で、当該PWウェーハ表層部の抵抗率が上昇する。その対策として、前記洗浄済みPWウェーハを、250℃以上1150℃以下の温度で加熱処理する。このようにして準備した加熱処理済み標準PWを、C-V測定に使用する。 When a PW wafer is cleaned, hydrogen is introduced into the PW wafer, which increases the resistivity of the surface layer of the PW wafer. As a countermeasure, the cleaned PW wafer is heat-treated at a temperature of 250°C or higher and 1150°C or lower. The heat-treated standard PW prepared in this way is used for C-V measurement.
この標準PWのC-V測定工程(図5(d))以降は、第一の実施形態に記載のC-V測定工程(図1(c)標準PWのC-V測定工程)以降と同じである。 The process from this standard PW C-V measurement process (FIG. 5(d)) onwards is the same as the process from the C-V measurement process described in the first embodiment (FIG. 1(c) C-V measurement process for standard PW) onwards.
四探針標準抵抗率の値付けを、主表面がLW面、研削面またはCW面のシリコン単結晶ウェーハに対して行うことにより、主表面がPW面のPWウェーハを測定する場合に比べ、繰り返し測定ばらつきが小さくなる。その結果、より精度の高い第一換算式と第二換算式とを得ることができるので、低抵抗率基板EPWに形成されたEP層のC-V抵抗率測定結果を、より精度良く四探針抵抗率に換算することができる。 By performing the four-probe standard resistivity determination on silicon single crystal wafers whose main surface is an LW surface, a ground surface, or a CW surface, the variation in repeated measurements is smaller than when measuring PW wafers whose main surface is a PW surface. As a result, more accurate first and second conversion formulas can be obtained, so that the C-V resistivity measurement results of the EP layer formed on the low resistivity substrate EPW can be converted to four-probe resistivity with greater accuracy.
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例の説明における参照番号は、図3に示した参照番号に対応する。 The present invention will be specifically described below using examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these. Note that the reference numbers in the following description of the examples correspond to the reference numbers shown in Figure 3.
[実施例1]
まず、第二換算式を求めるための基板用PWウェーハとして、直径300mm、P型、<100>のPWウェーハについて、C-V法で測定可能な1~100Ω・cmの抵抗率を有する5水準の高抵抗率PWウェーハ5枚と、抵抗率0.015Ω・cmの低抵抗率PWウェーハ5枚とを準備した。
[Example 1]
First, as substrate PW wafers for determining the second conversion formula, five PW wafers with a diameter of 300 mm, P type, <100> were prepared, each having five levels of high resistivity PW wafers with resistivity of 1 to 100 Ω cm measurable by the CV method, and five low resistivity PW wafers with a resistivity of 0.015 Ω cm.
次に、前記高抵抗率PWウェーハ1上、および、低抵抗率PWウェーハ1上のそれぞれに、前記高抵抗率PWウェーハと実質的に同じ抵抗率かつ同じ導電型のシリコンエピタキシャル層2を、同じドーパント濃度の成長条件でエピタキシャル成長させた。例えば、抵抗率1Ω・cmの高抵抗率P型PWウェーハ1上、および、抵抗率0.015Ω・cmの低抵抗率P型PWウェーハ1上のそれぞれに、抵抗率略1Ω・cmのP型シリコンエピタキシャル層2を、同じドーパント濃度の成長条件でエピタキシャル成長させて、EPW3(低抵抗率基板EPWおよび高抵抗率基板EPW)とした。
Next, on each of the high
続いて、EPW3の主表面に電極4を形成し、エピタキシャル成長済みの前記高抵抗率PW1を有するEPW3と前記低抵抗率PW1を有するEPW3のそれぞれのエピ層2について、C-V測定した。前記高抵抗率基板EPW3のエピ層2についてC-V測定する際には、該高抵抗率基板EPW3とウェーハステージ6との間に、抵抗率0.9Ω・cmの導電性クッション7を挟んだ状態で、前記高抵抗率基板EPW3をウェーハステージ6に吸着保持して測定した。
Next, an
そして、前記低抵抗率基板EPW3のエピ層2と、前記高抵抗率基板EPW3のエピ層2とについてC-V抵抗率を比較し、前記低抵抗率基板EPWのエピ層のC-V抵抗率から高抵抗率基板EPWのエピ層のC-V抵抗率への換算を行うための第二換算式を求めた。
Then, the C-V resistivity of the
図6に、前記高抵抗率基板EPWのエピ層と前記低抵抗率基板EPWのエピ層とのC-V抵抗率の比、すなわち、第二換算式を用いて換算した抵抗率に対する、第二換算式を用いていない場合の抵抗率のバイアス量(測定値-標準値)を百分率で示した。第二換算式を用いない場合、抵抗率10Ω・cmの水準では約1%、抵抗率100Ω・cmの水準では約6%、抵抗率が高めに測定されることが判る。 Figure 6 shows the ratio of the C-V resistivity of the epitaxial layer of the high resistivity substrate EPW to that of the epitaxial layer of the low resistivity substrate EPW, i.e., the bias amount of resistivity (measured value - standard value) when the second conversion formula is not used, relative to the resistivity converted using the second conversion formula, expressed as a percentage. It can be seen that when the second conversion formula is not used, the resistivity is measured to be about 1% higher at a resistivity level of 10 Ω cm and about 6% higher at a resistivity level of 100 Ω cm.
図6の縦軸の『バイアス(%)』の定義は以下の通りである。
バイアス(%)=(測定値-標準値)/標準値×100(%)
The definition of "bias (%)" on the vertical axis of FIG. 6 is as follows.
Bias (%) = (measured value - standard value) / standard value x 100 (%)
さらに、四探針法で測定して予め求めた四探針標準抵抗率が値付けされた標準PWをC-V法で測定して得られたC-V抵抗率と、前記四探針標準抵抗率とを比較することにより、高抵抗率PWウェーハのC-V測定値を国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算するための第一換算式を求めた。 Furthermore, by comparing the C-V resistivity obtained by measuring a standard PW by the C-V method, which has a value assigned to a four-probe standard resistivity previously obtained by measuring it by the four-probe method, with the above-mentioned four-probe standard resistivity, a first conversion formula was obtained for converting the C-V measurement value of a high resistivity PW wafer into a four-probe resistivity that is traceable to an international standard.
一方で、測定対象として、0.015Ω・cmの抵抗率を有する低抵抗率基板を用いて製造されたシリコンエピタキシャルウェーハ(EPW)を準備した。このEPWに形成されたシリコンエピタキシャル層の抵抗率をC-V測定し、低抵抗率基板上に形成された、測定対象であるシリコンエピタキシャル層(EP層)のSEMI換算抵抗率を得た。 On the other hand, a silicon epitaxial wafer (EPW) manufactured using a low resistivity substrate with a resistivity of 0.015 Ω·cm was prepared as the measurement subject. The resistivity of the silicon epitaxial layer formed on this EPW was measured by C-V measurement, and the SEMI-equivalent resistivity of the silicon epitaxial layer (EP layer) to be measured, which was formed on the low resistivity substrate, was obtained.
最後に、測定対象であるシリコンエピタキシャル層のSEMI換算抵抗率に対し、前記第二換算式を用いた換算と前記第一換算式を用いた換算とを行うことにより、前記低抵抗率基板EPWに形成された測定対象のEP層のC-V抵抗率の測定結果を、NISTにトレース可能な四探針抵抗率に換算した。 Finally, the SEMI-converted resistivity of the silicon epitaxial layer to be measured was converted using the second conversion formula and then the first conversion formula, thereby converting the measurement result of the C-V resistivity of the EP layer to be measured formed on the low resistivity substrate EPW into a four-probe resistivity that is traceable to NIST.
図7に、四探針法で測定して予め求めた四探針標準抵抗率と、NISTにトレース可能な四探針抵抗率に換算した、測定対象であるEP層のC-V抵抗率測定結果(換算後)とを比較したグラフを示す。図7に示すように、本発明によると、四探針抵抗率と測定対象であるEP層のC-V抵抗率測定結果とが実質的に同じ値になる。 Figure 7 shows a graph comparing the standard four-probe resistivity previously obtained by measurement using the four-probe method with the C-V resistivity measurement results (after conversion) of the EP layer being measured, which has been converted into a four-probe resistivity traceable to NIST. As shown in Figure 7, according to the present invention, the four-probe resistivity and the C-V resistivity measurement results of the EP layer being measured are substantially the same value.
すなわち、本発明によれば、低抵抗率基板を用いて製造されたシリコンエピタキシャルウェーハに形成された測定対象のシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率をNIST等の国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算することが可能になる。言い換えると、PWウェーハを用いてC-V法をNIST等の国際標準にトレースする際に行う新たな抵抗率換算を有する抵抗率測定方法を提供することができる。 That is, according to the present invention, it is possible to convert the C-V resistivity of the silicon epitaxial layer to be measured, which is formed on a silicon epitaxial wafer manufactured using a low resistivity substrate, into a four-probe resistivity that is traceable to an international standard such as NIST. In other words, it is possible to provide a resistivity measurement method with a new resistivity conversion that is performed when tracing the C-V method to an international standard such as NIST using a PW wafer.
標準PWのC-V抵抗率と前記四探針標準抵抗率とを比較する第一換算式を用いる換算に加え、本発明を用いて、高抵抗率基板EPWと低抵抗率基板EPWとについてEP層のC-V抵抗率を比較することにより求められる第二換算式による換算を行うことにより、低抵抗率基板を用いて製造されたEPWに形成されたEP層のC-V抵抗率をNIST等の国際標準にトレース可能な四探針抵抗率に換算することが可能になる。 In addition to the conversion using the first conversion formula that compares the C-V resistivity of the standard PW with the four-probe standard resistivity, the present invention can be used to convert the C-V resistivity of the EP layer formed on an EPW manufactured using a low resistivity substrate into a four-probe resistivity that is traceable to international standards such as NIST by performing a conversion using a second conversion formula that is obtained by comparing the C-V resistivity of the EP layer for a high resistivity substrate EPW and a low resistivity substrate EPW.
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. The above-described embodiment is merely an example, and anything that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibits similar effects is included within the technical scope of the present invention.
1…高抵抗率基板、 2…シリコンエピタキシャル層、 3…エピタキシャルウェーハ、 4…金属電極、 6…ウェーハステージ、 7…導電性クッション、 10…C-V測定装置。 1...High resistivity substrate, 2...Silicon epitaxial layer, 3...Epitaxial wafer, 4...Metal electrode, 6...Wafer stage, 7...Conductive cushion, 10...C-V measuring device.
Claims (11)
前記測定対象のシリコンエピタキシャル層の抵抗率をC-V法で測定して得られるSEMI換算抵抗率または、該SEMI換算抵抗率に所定の換算を施した抵抗率に対して、
四探針標準抵抗率が値付けされた標準ポリッシュドウェーハをC-V法で測定して得られるC-V抵抗率と前記四探針標準抵抗率とを比較することにより求められる第一換算式による換算と、
C-V法で測定可能な抵抗率を有する高抵抗率基板を用いて作製した高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層と、0.02Ω・cm以下の抵抗率を有する低抵抗率基板を用いて作製した低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層とについて、C-V抵抗率を比較することにより求められる第二換算式による換算と、
を行い、前記測定対象のシリコンエピタキシャル層の四探針抵抗率を得ることを特徴とする抵抗率測定方法。 A resistivity measurement method for measuring the resistivity of a silicon epitaxial layer to be measured, which is formed on a silicon epitaxial wafer manufactured using a low resistivity substrate having a resistivity of 0.02 Ω cm or less, by a CV method, comprising:
The resistivity of the silicon epitaxial layer to be measured is measured by a CV method to obtain a SEMI-converted resistivity or a resistivity obtained by performing a predetermined conversion on the SEMI-converted resistivity.
A conversion according to a first conversion formula obtained by comparing a CV resistivity obtained by measuring a standard polished wafer, to which a four-probe standard resistivity is assigned, by a CV method with the four-probe standard resistivity;
Conversion by a second conversion formula obtained by comparing the C-V resistivity of a silicon epitaxial layer of a high resistivity substrate silicon epitaxial wafer prepared using a high resistivity substrate having a resistivity measurable by a C-V method and a silicon epitaxial layer of a low resistivity substrate silicon epitaxial wafer prepared using a low resistivity substrate having a resistivity of 0.02 Ω cm or less;
and obtaining a four-probe resistivity of the silicon epitaxial layer to be measured.
国際標準にトレース可能な標準ウェーハを用いて、四探針抵抗率測定装置を校正する四探針抵抗率測定装置校正工程と、
前記四探針抵抗率測定装置校正工程において校正された四探針抵抗率測定装置を用いて、ポリッシュドウェーハに前記四探針標準抵抗率を値付けするポリッシュドウェーハ標準抵抗率値付け工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の抵抗率測定方法。 The four-probe standard resistivity for the standard polished wafer is determined as follows:
a four-probe resistivity measurement device calibration process for calibrating the four-probe resistivity measurement device using a standard wafer that is traceable to an international standard;
a polished wafer standard resistivity rating step of rating a polished wafer to the four-probe standard resistivity using the four-probe resistivity measurement device calibrated in the four-probe resistivity measurement device calibrating step;
2. The method for measuring resistivity according to claim 1, further comprising:
国際標準にトレース可能な標準ウェーハを用いて四探針抵抗率測定装置を校正する四探針抵抗率測定装置校正工程と、
前記四探針抵抗率測定装置校正工程で校正された前記四探針抵抗率測定装置を用い、酸素ドナーを消去する熱処理が予め施されたシリコン単結晶ウェーハの抵抗率を測定し、四探針標準抵抗率を値付けする値付け工程と、
値付け済み前記シリコン単結晶ウェーハの少なくとも第一主表面を加工してポリッシュドウェーハとなす加工工程と、
前記ポリッシュドウェーハを洗浄する洗浄工程と、
が施されているものを用いることを特徴とする請求項1に記載の抵抗率測定方法。 As the standard polished wafer to which the four-probe standard resistivity is assigned,
a four-probe resistivity measurement device calibration process for calibrating the four-probe resistivity measurement device using a standard wafer that is traceable to an international standard;
a rating step of measuring the resistivity of a silicon single crystal wafer that has been previously subjected to a heat treatment for eliminating oxygen donors, using the four-probe resistivity measurement device calibrated in the four-probe resistivity measurement device calibrating step, and rating the four-probe standard resistivity;
A processing step of processing at least a first main surface of the priced silicon single crystal wafer into a polished wafer;
a cleaning step of cleaning the polished wafer;
2. The resistivity measuring method according to claim 1, wherein the resistivity measuring material is a material having a resistance to the electric field of the electric field.
C-V法で測定可能な抵抗率を有する高抵抗率ポリッシュドウェーハと、0.02Ωcm以下の抵抗率を有する低抵抗率ポリッシュドウェーハとを準備する基板用ポリッシュドウェーハ準備工程と、
前記高抵抗率ポリッシュドウェーハ上、および、前記低抵抗率ポリッシュドウェーハ上のそれぞれに、前記高抵抗率ポリッシュドウェーハと同じ抵抗率かつ同じ導電型のシリコンエピタキシャル層を、同じドーパント濃度の成長条件でエピタキシャル成長させ、前記高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハと前記低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハとを準備するエピタキシャルウェーハ準備工程と、
前記低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層と、前記高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層とをC-V測定する比較用エピタキシャルウェーハのC-V測定工程と、
前記低抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層と、前記高抵抗率基板シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層とについて、C-V抵抗率を比較する比較工程と
を通して求め、
低抵抗率基板上に形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率測定結果を、前記第二換算式により、高抵抗率基板を含むシリコンエピタキシャルウェーハに形成されたシリコンエピタキシャル層のC-V抵抗率に換算する第二換算工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の抵抗率測定方法。 The second conversion formula is
a substrate polished wafer preparation step of preparing a high resistivity polished wafer having a resistivity measurable by a CV method and a low resistivity polished wafer having a resistivity of 0.02 Ω cm or less;
an epitaxial wafer preparation step of epitaxially growing a silicon epitaxial layer having the same resistivity and the same conductivity type as that of the high resistivity polished wafer under growth conditions of the same dopant concentration on each of the high resistivity polished wafer and the low resistivity polished wafer, thereby preparing the high resistivity substrate silicon epitaxial wafer and the low resistivity substrate silicon epitaxial wafer;
a CV measurement step of a comparative epitaxial wafer, in which a CV measurement is performed on a silicon epitaxial layer of the low resistivity substrate silicon epitaxial wafer and a silicon epitaxial layer of the high resistivity substrate silicon epitaxial wafer;
a comparison step of comparing the C-V resistivity of the silicon epitaxial layer of the low resistivity substrate silicon epitaxial wafer with that of the silicon epitaxial layer of the high resistivity substrate silicon epitaxial wafer;
The resistivity measurement method according to claim 1, further comprising a second conversion step of converting a measurement result of the CV resistivity of the silicon epitaxial layer formed on the low resistivity substrate into a CV resistivity of a silicon epitaxial layer formed on a silicon epitaxial wafer including a high resistivity substrate by the second conversion formula.
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