JP2003045926A - Method for measuring carrier concentration of silicon epitaxial layer - Google Patents

Method for measuring carrier concentration of silicon epitaxial layer

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JP2003045926A
JP2003045926A JP2001227182A JP2001227182A JP2003045926A JP 2003045926 A JP2003045926 A JP 2003045926A JP 2001227182 A JP2001227182 A JP 2001227182A JP 2001227182 A JP2001227182 A JP 2001227182A JP 2003045926 A JP2003045926 A JP 2003045926A
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wafer
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for measuring a carrier concentration of the silicon epitaxial layer by means of surface photovoltage technique in which the carrier concentration of a silicon epitaxial layer can be measured in a non-contact manner, speedily and easily, and further, the variation in fluctuation between days or in repeatability, etc., is small, for high reliability. SOLUTION: In the method for measuring the carrier concentration, where the carrier concentration of the silicon epitaxial layer grown on a silicon wafer is measured by means of the surface photovoltage technique, a depletion layer of maximum width is formed by applying an electric field on the surface of the silicon epitaxial wafer and the carrier concentration is obtained by measuring the maximum depletion layer width.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンエピタキシ
ャル層のキャリア濃度測定方法に関するもので、詳しく
は表面光電圧法によりエピタキシャル層のキャリア濃度
を高い信頼性をもって測定する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring the carrier concentration of a silicon epitaxial layer, and more particularly to a method for highly reliably measuring the carrier concentration of an epitaxial layer by a surface photovoltage method.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンエピタキシャルウエーハは、そ
の優れた特性から広く個別半導体やバイポーラIC等を
製造するウエーハとして、古くから用いられてきた。ま
た、MOS LSIについても、ソフトエラーやラッチ
アップ特性が優れている事から、マイクロプロセッサユ
ニットやフラッシュメモリデバイスに広く用いられてい
る。さらに、シリコン単結晶製造時に導入される、いわ
ゆるGrown−in欠陥によるDRAMの信頼性不良
を低減させるため、エピタキシャルウェーハの需要はま
すます拡大している。
2. Description of the Related Art Silicon epitaxial wafers have been used for a long time as wafers for widely manufacturing individual semiconductors, bipolar ICs, etc. because of their excellent characteristics. Further, MOS LSIs are also widely used in microprocessor units and flash memory devices because of their excellent soft error and latch-up characteristics. Furthermore, the demand for epitaxial wafers is ever increasing in order to reduce the reliability defects of DRAMs caused by so-called grown-in defects that are introduced during the production of silicon single crystals.

【0003】このようなシリコンエピタキシャルウエー
ハにおいては、エピタキシャル層が直接デバイス活性領
域となるため、そのキャリア濃度を正確に制御すること
及び測定する事は、デバイス動作上極めて重要である。
In such a silicon epitaxial wafer, since the epitaxial layer directly serves as a device active region, accurate control and measurement of its carrier concentration are extremely important for device operation.

【0004】従来、シリコンウエーハのエピタキシャル
層のキャリア濃度を測定する方法としては、一般的にシ
ョットキー接合を形成し、いわゆるC−V法(Capa
citance−Voltage法)により測定する方
法が行なわれている。ショットキー接合を形成するため
に、エピタキシャル層表面に金属電極を蒸着することが
一般的に行われているが、エピタキシャル層表面にHg
プローブを接触させることにより、ショットキー接合を
形成する方法も行なわれている。
Conventionally, as a method of measuring the carrier concentration of an epitaxial layer of a silicon wafer, a Schottky junction is generally formed and a so-called CV method (Capa method) is used.
Citance-Voltage method). In order to form a Schottky junction, a metal electrode is generally deposited on the surface of the epitaxial layer, but Hg is deposited on the surface of the epitaxial layer.
A method of forming a Schottky junction by bringing a probe into contact is also used.

【0005】しかしながら、上記従来のC−V法では、
真空蒸着によるショットキー接合を形成する前処理には
約1時間必要とされ、キャリア濃度の測定を行うまでに
時間がかかっていた。そのため、キャリア濃度の測定の
間はエピタキシャル成長を中断せざるを得ず、生産性が
低下するという問題があった。また、ショットキー接合
を形成するために金属蒸着あるいはHgプローブをウェ
ーハ表面に接触させる為、いわゆる破壊検査となり、検
査用のモニターウエーハを別途に必要とするため、コス
トの点から見ても問題があった。
However, in the conventional CV method described above,
The pretreatment for forming the Schottky junction by vacuum vapor deposition required about 1 hour, and it took time to measure the carrier concentration. Therefore, there is a problem in that the epitaxial growth must be interrupted during the measurement of the carrier concentration, which lowers the productivity. Further, since a metal vapor deposition or Hg probe is brought into contact with the wafer surface to form a Schottky junction, so-called destructive inspection is required, and a monitor wafer for inspection is additionally required, which causes a problem in terms of cost. there were.

【0006】そこで、このような問題を解決するため
に、キャリア濃度の測定において、表面光電圧法(Su
rface Photovoltage法:SPV法)
を用いた測定方法が近年検討されている。この測定方法
は、例えば測定点1点につき約0.1秒しか測定時間が
かからず、その上非接触で測定できるため、ウエーハを
汚染、破壊することなく生産性、コストともに優れた測
定方法として期待されている。
Therefore, in order to solve such a problem, the surface photovoltage method (Su
rface Photovoltage method: SPV method)
In recent years, a measurement method using is investigated. This measuring method takes, for example, only about 0.1 seconds per measuring point, and since it can be measured in a non-contact manner, the measuring method is excellent in productivity and cost without contaminating or destroying the wafer. Is expected as.

【0007】このキャリア濃度の測定方法は、表面光電
圧法により空乏層幅Wを測定できることを利用し、空乏
層幅Wからキャリア濃度を求めるものである。表面光電
圧法による空乏層幅Wの測定に関しては、例えば、J.
Voc.Sci.Technol.20(1982)
p.811のEq.15に示されている。また最大空乏
層幅Wmaxと空乏層中でのドーパント濃度(キャリア
濃度)Nとの関係については、例えば、Physic
s and technology of semic
onductor devices(Jhon Wil
ley & Sons,Inc.,New York,
1967)p.270において示されている。
This method of measuring the carrier concentration utilizes the fact that the depletion layer width W can be measured by the surface photovoltage method, and the carrier concentration is obtained from the depletion layer width W. Regarding the measurement of the depletion layer width W by the surface photovoltage method, see J.
Voc. Sci. Technol. 20 (1982)
p. 811 Eq. It is shown in 15. Regarding the relationship between the maximum depletion layer width W max and the dopant concentration (carrier concentration) N s in the depletion layer, for example, Physic
s and technology of semic
onducer devices (Jhon Wil
ley & Sons, Inc. , New York,
1967) p. Shown at 270.

【0008】また、表面光電圧を測定する装置として、
例えばQC Solutions社製のSurface
Charge Profiler(以後、SCPと略
す)が知られている。このSCPによる測定可能な抵抗
率の範囲は、通常0.1〜1000Ωcmである。
As a device for measuring the surface photovoltage,
For example, Surface manufactured by QC Solutions
A Charge Profiler (hereinafter abbreviated as SCP) is known. The range of resistivity that can be measured by this SCP is usually 0.1 to 1000 Ωcm.

【0009】SCPの測定原理について以下に説明す
る。まず、熱平衡状態にあるウエーハにSiのバンドギ
ャップ以上のエネルギーをもつ光(hν)をサンプル表
面に照射することにより、照射した光の波長に対応した
侵入深さで過剰キャリアが発生する。発生した電子は表
面側へ、ホールは空乏層の端へ移動する。発生した少数
キャリア(p型半導体では電子e)は表面の障壁高さを
δVだけ変化させる。この時の電位δVをSPV値
と呼ぶ。
The measurement principle of SCP will be described below. First, a wafer in thermal equilibrium is irradiated with light (hν) having energy higher than the band gap of Si on the sample surface, and excess carriers are generated at a penetration depth corresponding to the wavelength of the irradiated light. The generated electrons move to the surface side and the holes move to the edge of the depletion layer. The generated minority carriers (electrons e in the p-type semiconductor) change the barrier height on the surface by δV s . The potential δV s at this time is called the SPV value.

【0010】このSPV値を用い、次の(1)式に従っ
て空乏層幅を算出することができる。 δV=−j(δφ/ω)(1−R)q(W/ε) ・・・(1) ここで、jは虚数単位、φは励起光強度、ωは励起光の
角周波数、Rはウェーハ表面の反射率、qは単位電荷
量、εは半導体の誘電率である。
Using this SPV value, the depletion layer width can be calculated according to the following equation (1). δV s = -j (δφ / ω ) (1-R) q (W d / ε s) ··· (1) where, j is imaginary unit, phi excitation light intensity, omega is the angular frequency of the excitation light , R is the reflectance of the wafer surface, q is the unit charge amount, and ε s is the dielectric constant of the semiconductor.

【0011】そして、SCPでは測定された空乏層幅W
を最大空乏層幅Wmaxと仮定し、次の(2)式より
キャリア濃度Nを算出することができる。 Wmax=[2εkTln(N/n)/q1/2・・・(2) ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、nは真
性自由キャリア濃度を表す。
Then, in SCP, the measured depletion layer width W
Assuming that d is the maximum depletion layer width W max , the carrier concentration N s can be calculated from the following equation (2). W max = [2ε s kTln ( N s / n i) / q 2 N s] 1/2 ··· (2) where, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, the n i is the intrinsic free carrier concentration Represent

【0012】測定に用いる励起光源を通常の表面光電圧
法で用いられるものよりも短波長(例えば450nm)
の励起光源を用いることによって、光の侵入深さを0.
4μm以下にでき、ウェーハ表層のみのキャリア濃度
(厳密にはドーパント濃度)を評価することができる。
The excitation light source used for the measurement has a shorter wavelength (eg 450 nm) than that used in the usual surface photovoltage method.
When the excitation light source is used, the penetration depth of light is reduced to 0.
The thickness can be 4 μm or less, and the carrier concentration (strictly speaking, the dopant concentration) of only the wafer surface layer can be evaluated.

【0013】このように表面光電圧法は、シリコンエピ
タキシャル層のキャリア濃度の測定を、迅速・簡便かつ
非接触で行うことができ、特にエピタキシャル層の表層
の評価ができるという利点がある。ところが、この方法
でエピタキシャル層のキャリア濃度を測定すると、測定
値が安定せず、経時的に変化したり、また測定ウエーハ
の洗浄方法やその他の処理方法の違いによって、データ
が変ってしまうという問題があった。
As described above, the surface photovoltage method has an advantage that the carrier concentration of the silicon epitaxial layer can be measured quickly, simply and in a non-contact manner, and in particular, the surface layer of the epitaxial layer can be evaluated. However, when the carrier concentration of the epitaxial layer is measured by this method, the measured value is not stable and changes over time, and the data changes depending on the cleaning method of the measurement wafer and other processing methods. was there.

【0014】そこで、特開平10−270517号で
は、シリコンウエーハ上に成長させたシリコンエピタキ
シャル層のキャリア濃度を表面光電圧法によって測定す
る方法において、予めキャリア濃度の経時変化を求めて
おき、エピタキシャルウエーハ製造装置からウエーハを
取り出してから表面光電圧法によりキャリア濃度を測定
するまでの時間を計測することによって、キャリア濃度
の測定値Nと前記キャリア濃度の経時変化とから真の
キャリア濃度Nを求めるキャリア濃度測定方法が開示
されている。
Therefore, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-270517, in the method of measuring the carrier concentration of a silicon epitaxial layer grown on a silicon wafer by the surface photovoltage method, the change over time of the carrier concentration is obtained in advance to manufacture an epitaxial wafer. By measuring the time from the removal of the wafer from the device to the measurement of the carrier concentration by the surface photovoltage method, the true carrier concentration N 0 is obtained from the measured value N s of the carrier concentration and the change with time of the carrier concentration. A method for measuring concentration is disclosed.

【0015】ところが、特開平10−270517号に
示されている方法を用いてシリコンエピタキシャルウエ
ーハのキャリア濃度を測定しても、日間変動や再現性の
ばらつきが大きい場合があり、測定値の信頼性が十分と
は言えず、検査や品質保証等に用いることは困難であっ
た。
However, even if the carrier concentration of a silicon epitaxial wafer is measured using the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-270517, there are cases in which there are large variations over time and variations in reproducibility, and the reliability of measured values is high. However, it was difficult to use it for inspection and quality assurance.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、表面光電
圧法によってシリコンエピタキシャル層のキャリア濃度
を測定する方法において、シリコンエピタキシャル層の
キャリア濃度を非接触かつ迅速・簡便に測定できるとと
もに、さらに日間変動や再現性等のばらつきが小さく信
頼性の高いキャリア濃度測定方法を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for measuring the carrier concentration of a silicon epitaxial layer by the surface photovoltage method. Another object of the present invention is to provide a highly reliable carrier concentration measuring method which can measure the carrier concentration in a non-contact manner quickly and easily and has little variation in day-to-day variation and reproducibility.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、シリコンウエーハ上に成長させた
シリコンエピタキシャル層のキャリア濃度を表面光電圧
法によって測定するキャリア濃度測定方法であって、シ
リコンエピタキシャルウエーハの表面に電界を印加して
最大空乏層幅の空乏層を形成し、該最大空乏層幅を測定
することによってキャリア濃度を求めることを特徴とす
るキャリア濃度測定方法が提供される(請求項1)。
In order to solve the above problems, according to the present invention, there is provided a carrier concentration measuring method for measuring the carrier concentration of a silicon epitaxial layer grown on a silicon wafer by a surface photovoltage method. , A carrier concentration measuring method is characterized in that an electric field is applied to a surface of a silicon epitaxial wafer to form a depletion layer having a maximum depletion layer width, and the carrier concentration is determined by measuring the maximum depletion layer width. (Claim 1).

【0018】このように、表面光電圧法によりシリコン
エピタキシャル層のキャリア濃度を測定する際に、シリ
コンエピタキシャルウエーハの表面に電界を印加して最
大空乏層幅の空乏層を形成し、この最大空乏層幅を測定
することによって、非接触かつ迅速・簡便に測定できる
とともに、空乏層幅の変動がほとんどないため、測定値
のばらつきが小さく信頼性の高いキャリア濃度測定を行
うことができる。
As described above, when the carrier concentration of the silicon epitaxial layer is measured by the surface photovoltage method, an electric field is applied to the surface of the silicon epitaxial wafer to form a depletion layer having the maximum depletion layer width. Can be measured in a non-contact manner quickly and easily, and since the depletion layer width hardly changes, the carrier concentration can be measured with high reliability and little variation in measured values.

【0019】この場合、前記シリコンエピタキシャルウ
エーハの表面に電界を印加するのは、シリコンエピタキ
シャルウェーハの表面をコロナ放電処理することによっ
て行うことが好ましい(請求項2)。
In this case, it is preferable that the electric field is applied to the surface of the silicon epitaxial wafer by subjecting the surface of the silicon epitaxial wafer to corona discharge treatment (claim 2).

【0020】このように、シリコンエピタキシャルウエ
ーハの表面をコロナ放電処理することによって、非接触
・非破壊で最大空乏層幅の空乏層を形成でき、それによ
って、シリコンウエーハを汚染することなく正確なキャ
リア濃度を測定することが可能となる。なお、コロナ放
電処理とは、直径100ミクロン程度の金属線に6〜1
0kVの高電圧を印加してコロナ放電させ、目的の誘電
体等の表面を処理するものであり、半導体産業において
も帯電防止処理等に広く用いられている。
As described above, by performing corona discharge treatment on the surface of the silicon epitaxial wafer, a depletion layer having a maximum depletion layer width can be formed in a non-contact and non-destructive manner, whereby a precise carrier can be obtained without contaminating the silicon wafer. It is possible to measure the concentration. In addition, the corona discharge treatment means that a metal wire having a diameter of about 100 μm is 6-1
It applies a high voltage of 0 kV to cause corona discharge to treat the surface of the intended dielectric or the like, and is widely used in the semiconductor industry for antistatic treatment and the like.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明について実施の形態
を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。従来、表面光電圧法によりシリコンエピタキシャル
層のキャリア濃度を測定する際、日間変動や再現性等の
ばらつきが大きく、測定値の信頼性に欠け、品質保証等
に用いることが困難であった。本発明者等は、これらの
問題を解決するために、表面光電圧法によるキャリア濃
度測定において、日間変動や再現性等のばらつきが大き
くなる原因について鋭意調査・検討を行った結果、シリ
コンエピタキシャルウエーハ表面の電荷状態の変化に影
響され、測定された空乏層幅Wが、キャリア濃度N
を算出する際に用いられる最大空乏層幅Wmaxと必ず
しも一致していないことが推定された。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. Conventionally, when the carrier concentration of a silicon epitaxial layer is measured by the surface photovoltage method, variations in day-to-day variations and reproducibility are large, reliability of measured values is poor, and it is difficult to use it for quality assurance. In order to solve these problems, the inventors of the present invention have made earnest investigations and studies on the cause of large variations in day-to-day variation and reproducibility in the carrier concentration measurement by the surface photovoltage method, and as a result, the silicon epitaxial wafer surface being affected by the change in the charge state, the measured depletion width W d is, the carrier concentration N s
It was estimated that it does not always match the maximum depletion layer width W max used when calculating

【0022】例えば、p型のシリコンエピタキシャルウ
エーハは、表面の正電荷密度が増加すると空乏層が広が
り、やがて飽和状態に達する。この時、SCPによりキ
ャリア濃度を測定する場合、上述したように、測定され
た空乏層幅Wを最大空乏層幅Wmaxと仮定し、
(2)式を用いてキャリア濃度Nを算出するため、正
確にキャリア濃度を測定するためには、ウエーハ表面に
十分な量の正電荷が存在し、形成された空乏層の幅が最
大空乏層幅Wmaxに達していることが重要となる。
For example, in a p-type silicon epitaxial wafer, the depletion layer expands as the surface positive charge density increases, and eventually reaches a saturated state. At this time, when the carrier concentration is measured by the SCP, as described above, the measured depletion layer width W d is assumed to be the maximum depletion layer width W max ,
Since the carrier concentration N s is calculated using the equation (2), in order to accurately measure the carrier concentration, there is a sufficient amount of positive charges on the wafer surface, and the width of the formed depletion layer is the maximum depletion. It is important that the layer width W max is reached.

【0023】しかしながら、従来の表面光電圧法による
キャリア濃度の測定では、エピタキシャル層表面の電荷
量が最大空乏層幅Wmaxに達するほど十分ではない場
合が有り、空乏層幅は必ずしも最大空乏層幅Wmax
一致せず、それによって見かけ上のキャリア濃度の変動
を招いていたと考えられる。したがって、従来の表面光
電圧法により測定されたキャリア濃度における日間変動
等のばらつきは、空乏層幅の変化、すなわち、ウエーハ
表面の電荷の状態の変化に原因があると予想された。
However, in the conventional measurement of the carrier concentration by the surface photovoltage method, the charge amount on the surface of the epitaxial layer may not be sufficient to reach the maximum depletion layer width W max , and the depletion layer width is not necessarily the maximum depletion layer width W max. It is considered that the value did not match max , which caused an apparent variation in carrier concentration. Therefore, it was expected that variations in the carrier concentration, such as daily variations, measured by the conventional surface photovoltage method were caused by changes in the depletion layer width, that is, changes in the state of charges on the wafer surface.

【0024】そこで、本発明者は、空乏層幅が最大空乏
層幅Wmaxに到達するまで十分な電界をウェーハ表面
に印加したシリコンエピタキシャルウエーハを表面光電
圧法により測定することによって、日間変動、再現性等
のばらつきが小さく信頼性の高いキャリア濃度測定を行
うことができることを発想し、本発明を完成させるに至
った。
Therefore, the present inventor measured the silicon epitaxial wafer having a sufficient electric field applied to the wafer surface until the depletion layer width reaches the maximum depletion layer width W max , by the surface photovoltage method. The present invention has been completed based on the idea that it is possible to perform highly reliable carrier concentration measurement with less variation in properties and the like.

【0025】すなわち、シリコンウエーハ上に成長させ
たシリコンエピタキシャル層のキャリア濃度を表面光電
圧法によって測定する際に、シリコンエピタキシャルウ
エーハの表面に電界を印加することにより、最大空乏層
幅Wmaxの空乏層を形成し、この最大空乏層幅W
maxを測定することによって、信頼性の高いキャリア
濃度測定を行うことができる。この時、最大空乏層幅W
maxに達するために必要な電界強度あるいは表面電荷
密度は、キャリア濃度の関数として計算によって求める
ことができる。
That is, when the carrier concentration of the silicon epitaxial layer grown on the silicon wafer is measured by the surface photovoltage method, an electric field is applied to the surface of the silicon epitaxial wafer to obtain a depletion layer having a maximum depletion layer width W max . Forming the maximum depletion layer width W
By measuring max , highly reliable carrier concentration measurement can be performed. At this time, the maximum depletion layer width W
The electric field strength or surface charge density required to reach max can be calculated as a function of carrier concentration.

【0026】算出する際の数式は、例えば、Physi
cs of Semiconductor Devic
es(WILEY−INTERSCIENCE、New
York、1969)p.431の式16を用いれば
よい。図8に、p型10Ωcm(ドーパント濃度N
1.34×1015/cm)の場合の表面ポテンシャ
ルφと半導体表面の電荷密度Qの関係の計算例を示
す。最大空乏層幅W axに到達するには、表面ポテン
シャルφがフェルミポテンシャルφの2倍以上にな
れば良いことが知られている。φ=2φの場合の半
導体表面の電荷密度は、この図より0.02μC/cm
である。すなわち、シリコンエピタキシャルウェーハ
上に0.02μC/cm以上の正電荷が存在すれば、
理論的には最大空乏層幅Wmaxに到達する。
The mathematical formula for the calculation is, for example, Physi
cs of Semiconductor Device
es (WILEY-INTERSCIENCE, New
York, 1969) p. Equation 16 of 431 may be used. In FIG. 8, p-type 10 Ωcm (dopant concentration N A =
A calculation example of the relationship between the surface potential φ S and the charge density Q S of the semiconductor surface in the case of 1.34 × 10 15 / cm 3 ) will be shown. Up to reach the depletion layer width W m ax is known that the surface potential phi S may if more than twice the Fermi potential phi f. The charge density on the semiconductor surface when φ S = 2φ f is 0.02 μC / cm from this figure.
It is 2 . That is, if there is a positive charge of 0.02 μC / cm 2 or more on the silicon epitaxial wafer,
Theoretically, the maximum depletion layer width W max is reached.

【0027】しかしながら、今回のように酸化膜のよう
な誘電体が存在しない場合は、正電荷はシリコンエピタ
キシャルウェーハ上で安定には存在しない。このため、
より多くの正電荷を付着させる必要がある。従って、必
要な電荷量あるいは電界強度は、測定されたキャリア濃
度が飽和して一定となるように実験的に求めることが望
ましい。シリコンエピタキシャル層は狙いのキャリア濃
度(抵抗率)が得られるように形成されるため、その狙
いのキャリア濃度に対してある程度のマージンを取って
電界を印加すればよい。
However, when the dielectric such as the oxide film does not exist as in the present case, the positive charge does not exist stably on the silicon epitaxial wafer. For this reason,
More positive charge needs to be deposited. Therefore, it is desirable to experimentally obtain the necessary charge amount or electric field strength so that the measured carrier concentration becomes saturated and constant. Since the silicon epitaxial layer is formed so as to obtain a target carrier concentration (resistivity), the electric field may be applied with a certain margin with respect to the target carrier concentration.

【0028】また、SCPで測定する場合、エピタキシ
ャル層成長後のウェーハ表面は、通常正に帯電している
為、p型エピタキシャル層の評価には未処理或いはHF
洗浄仕上げ後に正電荷を帯電させる処理が有効である。
一方、n型ウェーハは空乏層がなくなる方向に進むた
め、SC−1洗浄(NHOH/H/HOの混
合液による洗浄)或いはSC−2洗浄(HCl/H
/HOの混合液による洗浄)後に負電荷を帯電させ
る処理を行うことが望ましい。
When measured by SCP, the wafer surface after the growth of the epitaxial layer is usually positively charged, and therefore untreated or HF is used for the evaluation of the p-type epitaxial layer.
A treatment of charging positive charges after cleaning and finishing is effective.
On the other hand, since the n-type wafer progresses in the direction of eliminating the depletion layer, SC-1 cleaning (cleaning with a mixed solution of NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O) or SC-2 cleaning (HCl / H 2 O).
It is desirable to perform a process of charging negative charges after cleaning with a mixed solution of 2 / H 2 O).

【0029】以下、本発明について図面を用いてさらに
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。本発明で用いられるコロナ放電処理の概念図
を図1に示す。図1に示したように、ステージ1上に例
えばp型の低抵抗率基板上にp型の通常抵抗率のエピタ
キシャル層を成長させたP/Pのシリコンエピタキシ
ャルウェーハ2を置き、シリコンウェーハ2のほぼ中央
部上方に配置された金属線電極3とステージ1間に、金
属線電極3が正極となるようにして高電圧を印加し、シ
リコンウェーハ上でコロナ放電を発生させる。すると、
負にチャージしたステージ上のシリコンウェーハ表面に
は、正イオン4が降り注がれることになる。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. A conceptual diagram of the corona discharge treatment used in the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 1, a P / P + silicon epitaxial wafer 2 obtained by growing a p-type low-resistivity substrate on which a p-type normal-resistivity epitaxial layer is grown is placed on the stage 1 as shown in FIG. A high voltage is applied between the metal wire electrode 3 and the stage 1 which are arranged substantially above the central part of the device so that the metal wire electrode 3 becomes a positive electrode, and corona discharge is generated on the silicon wafer. Then,
Positive ions 4 will be poured onto the surface of the silicon wafer on the negatively charged stage.

【0030】このようにして、P型のシリコンウェーハ
2に電界が印加され、空乏層が形成される。この時、空
乏層幅が最大空乏層幅Wmaxに達していることが重要
であるため、シリコンエピタキシャル層のキャリア濃度
に応じ、ある程度のマージンを計算し、ウェーハと金属
線電極間の距離あるいは放電時間を調整して電界を印加
することが好ましい。なお、電極の形状はどのような形
状でも良く、例えば針状(ロッド)あるいは線状(ワイ
ヤー)等、種々の形態のものを用いることができる。
In this way, an electric field is applied to the P type silicon wafer 2 to form a depletion layer. At this time, since it is important that the depletion layer width reaches the maximum depletion layer width W max , a certain margin is calculated according to the carrier concentration of the silicon epitaxial layer, and the distance between the wafer and the metal line electrode or the discharge It is preferable to adjust the time and apply the electric field. The shape of the electrode may be any shape, and various shapes such as a needle shape (rod) or a linear shape (wire) can be used.

【0031】また、本発明の測定方法を実施するには、
コロナ放電処理を行う装置と表面光電圧法によりエピ層
のキャリア濃度を測定する測定器をそれぞれ別に用意し
て、電界印加処理、キャリア濃度測定を個別に行えばよ
いが、図2に示すようにコロナ放電処理装置5とキャリ
ア濃度測定器6を組み合わせて、信頼性の高いキャリア
濃度測定装置7を構成してもよい。
In order to carry out the measuring method of the present invention,
An apparatus for performing corona discharge treatment and a measuring device for measuring the carrier concentration of the epilayer by the surface photovoltage method may be separately prepared, and the electric field application treatment and the carrier concentration measurement may be separately performed. The discharge treatment device 5 and the carrier concentration measuring device 6 may be combined to form a highly reliable carrier concentration measuring device 7.

【0032】さらに、同一ステージ上でコロナ放電処理
後あるいは処理中にキャリア濃度測定ができるように、
コロナ放電用電極と測定用プローブを組み合わせること
が好ましい。例えば、図3に示したように、コロナ放電
用ロッド8を用いてシリコンウエーハ2上でコロナ放電
を発生させて正電荷4を帯電させた後、測定用プローブ
9を用いて空乏層幅を測定しても良く、図4に示したよ
うに、コロナ放電用ワイヤー10を電極としてコロナ放
電処理を行い、その後すぐに待機していたプローブで測
定することもできる。また、図5に示したように、コロ
ナ放電用ユニット11からチューブ12を介してウエー
ハ2上に正電荷4を帯電させながら、測定用プローブ9
により空乏層を測定することも可能である。
Furthermore, the carrier concentration can be measured after or during the corona discharge treatment on the same stage.
It is preferable to combine a corona discharge electrode and a measurement probe. For example, as shown in FIG. 3, after the corona discharge is generated on the silicon wafer 2 using the corona discharge rod 8 to charge the positive charge 4, the depletion layer width is measured using the measurement probe 9. Alternatively, as shown in FIG. 4, it is also possible to perform corona discharge treatment using the corona discharge wire 10 as an electrode, and immediately thereafter measure with a probe that is on standby. Further, as shown in FIG. 5, while the positive charge 4 is being charged on the wafer 2 from the corona discharge unit 11 via the tube 12, the measurement probe 9
It is also possible to measure the depletion layer by.

【0033】以上のように、シリコンウェーハの表面に
電界を印加する手段とキャリア濃度を測定する手段とを
組み合わせたものとすれば、個々の装置で夫々処理する
場合より、極めて簡単かつ迅速に測定することができる
とともに、表面の電荷状態を安定に保つことができ、よ
り信頼性の高い測定を行うことが可能となる。
As described above, when the means for applying the electric field to the surface of the silicon wafer and the means for measuring the carrier concentration are combined, the measurement is extremely simple and quick as compared with the case where each device is treated individually. In addition to being able to maintain the charge state of the surface stably, it is possible to perform more reliable measurement.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて本
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。 (実施例)枚葉式常圧CVD装置にて、0.008Ωc
mのp型シリコンウェーハ上に、狙いの抵抗率の水準が
それぞれ20、10、5Ωcmで、膜厚が5μmのp型
エピタキシャル層を有する、いわゆるP/P++エピタ
キシャルウェーハを作製した。ウェーハをCVD装置か
ら取り出した後、コロナ放電処理においてコロナ放電を
発生させ、正電荷をウェーハ表面に付着させた。この
時、コロナ放電処理には、KG101 CORONA
CHARGE GENERATOR(SEMILAB社
製)を用い、最大空乏幅を得るために1μCの正電荷を
付着させる設定とした。コロナ放電処理直後、SCPに
よりエピタキシャル層のキャリア濃度を測定した。その
後、同一ウェーハを用いて、上記と同様のコロナ放電処
理とキャリア濃度測定を10日間繰り返し行い、測定値
の日間変動を調べた。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited thereto. (Example) 0.008 Ωc in a single wafer type atmospheric pressure CVD apparatus
A so-called P / P ++ epitaxial wafer having a p-type epitaxial layer having a target resistivity level of 20, 10, 5 Ωcm and a film thickness of 5 μm was produced on a m-type p-type silicon wafer. After taking out the wafer from the CVD apparatus, corona discharge was generated in the corona discharge treatment, and a positive charge was attached to the surface of the wafer. At this time, for corona discharge treatment, KG101 CORONA
CHARGE GENERATOR (manufactured by SEMILAB) was used to set a positive charge of 1 μC to adhere to obtain the maximum depletion width. Immediately after the corona discharge treatment, the carrier concentration of the epitaxial layer was measured by SCP. Then, using the same wafer, the corona discharge treatment and the carrier concentration measurement similar to the above were repeatedly performed for 10 days, and the daily variation of the measured value was examined.

【0035】抵抗率の異なるそれぞれのシリコンエピタ
キシャルウエーハについて測定した結果を図6に示す。
測定されたキャリア濃度の日間変動はいずれのウエーハ
においても2.3%以下であり、本発明によるキャリア
濃度測定方法は、ばらつきが小さく信頼性の高い測定方
法であることがわかる。尚、絶対値に関しては、測定値
をC−V法等と比較し、補正式を得ておくことが望まし
い。
FIG. 6 shows the measurement results of silicon epitaxial wafers having different resistivities.
The daily variation of the measured carrier concentration is 2.3% or less in any of the wafers, which shows that the carrier concentration measuring method according to the present invention is a highly reliable measuring method with little variation. Regarding the absolute value, it is desirable to obtain a correction formula by comparing the measured value with the CV method or the like.

【0036】(比較例)次に、実施例1と同様に3水準
の抵抗率を有するシリコンエピタキシャルウエーハを用
意し、それぞれのウエーハに対して電界を印加せずにS
CPによるキャリア濃度測定を15日間繰り返し行っ
た。その結果を図7に示す。エピタキシャルウェーハ作
製後、いずれのウエーハにおいてもキャリア濃度は5日
目までは単調に減少し、また、5日目以降の10日間の
日間変動が約4%と大きな値を示した。
(Comparative Example) Next, silicon epitaxial wafers having three levels of resistivity were prepared as in Example 1, and S was applied to each wafer without applying an electric field.
The carrier concentration measurement by CP was repeated for 15 days. The result is shown in FIG. 7. After the epitaxial wafer was manufactured, the carrier concentration of each wafer monotonously decreased until the 5th day, and the daily fluctuation for 10 days after the 5th day showed a large value of about 4%.

【0037】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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 embodiment. The above-described embodiment is merely an example, and it has substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of claims of the present invention, and has the same operational effect.
Anything is included in the technical scope of the present invention.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面光電圧法によってシリコンエピタキシャル層のキャ
リア濃度を測定する場合において、シリコンウェーハの
表面に電界を印加することにより最大空乏層幅の空乏層
を形成して測定を行うことによって、信頼性の高いシリ
コンエピタキシャル層のキャリア濃度測定が可能とな
る。また、コロナ放電処理も、表面光電圧法による測定
も、非接触、非破壊で行うことができるため、モニタウ
ェーハを必要とせず、大きなコスト削減効果が得られ
る。
As described above, according to the present invention,
When measuring the carrier concentration of the silicon epitaxial layer by the surface photovoltage method, a highly reliable silicon epitaxial layer can be obtained by forming a depletion layer with the maximum depletion layer width by applying an electric field to the surface of the silicon wafer. The carrier concentration of the layer can be measured. Further, since the corona discharge treatment and the measurement by the surface photovoltage method can be performed in a non-contact and non-destructive manner, a monitor wafer is not required and a large cost reduction effect can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明で用いるコロナ放電処理の概念図であ
る。
FIG. 1 is a conceptual diagram of corona discharge treatment used in the present invention.

【図2】本発明によるキャリア濃度測定装置の概念図で
ある。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a carrier concentration measuring device according to the present invention.

【図3】コロナ放電用ロッドと測定用プローブを組み合
わせた測定装置を示した概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a measuring device in which a corona discharge rod and a measuring probe are combined.

【図4】コロナ放電用ワイヤーと測定用プローブを組み
合わせた測定装置を示した概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a measuring device in which a corona discharge wire and a measuring probe are combined.

【図5】コロナ放電ユニットと測定用プローブを組み合
わせた測定装置を示した概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a measuring device in which a corona discharge unit and a measuring probe are combined.

【図6】実施例により測定したキャリア濃度の日間変動
を示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the daily variation of carrier concentration measured according to an example.

【図7】比較例により測定したキャリア濃度の日間変動
を示したグラフである。
FIG. 7 is a graph showing daily variations in carrier concentration measured by a comparative example.

【図8】表面ポテンシャルφと半導体表面の電荷密度
の関係を示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the surface potential φ S and the charge density Q S on the semiconductor surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ステージ、 2…シリコンウエーハ、3…金属線電
極、 4…正電荷、5…コロナ放電処理装置、 6…キ
ャリア濃度測定器、7…キャリア濃度測定装置、 8…
コロナ放電用ロッド、9…測定用プローブ、 10…コ
ロナ放電用ワイヤー 11…コロナ放電ユニット、 12…チューブ。
1 ... Stage, 2 ... Silicon wafer, 3 ... Metal wire electrode, 4 ... Positive charge, 5 ... Corona discharge treatment device, 6 ... Carrier concentration measuring device, 7 ... Carrier concentration measuring device, 8 ...
Corona discharge rod, 9 ... Measurement probe, 10 ... Corona discharge wire 11 ... Corona discharge unit, 12 ... Tube.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコンウエーハ上に成長させたシリコ
ンエピタキシャル層のキャリア濃度を表面光電圧法によ
って測定するキャリア濃度測定方法であって、シリコン
エピタキシャルウエーハの表面に電界を印加して最大空
乏層幅の空乏層を形成し、該最大空乏層幅を測定するこ
とによってキャリア濃度を求めることを特徴とするキャ
リア濃度測定方法。
1. A carrier concentration measuring method for measuring a carrier concentration of a silicon epitaxial layer grown on a silicon wafer by a surface photovoltage method, comprising depletion of a maximum depletion layer width by applying an electric field to the surface of the silicon epitaxial wafer. A carrier concentration measuring method comprising forming a layer and determining a carrier concentration by measuring the maximum depletion layer width.
【請求項2】 前記シリコンエピタキシャルウエーハの
表面に電界を印加するのは、シリコンエピタキシャルウ
ェーハの表面をコロナ放電処理することによって行うこ
とを特徴とする請求項1に記載のキャリア濃度測定方
法。
2. The carrier concentration measuring method according to claim 1, wherein the electric field is applied to the surface of the silicon epitaxial wafer by subjecting the surface of the silicon epitaxial wafer to corona discharge treatment.
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