JP6044521B2 - Semiconductor wafer characteristic measurement system - Google Patents

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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

本発明は半導体ウェーハの特性測定装置に関し、より詳しくは、水銀を電極として使用したプローバを用いて半導体ウェーハの電気的特性を測定する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for measuring characteristics of a semiconductor wafer, and more particularly to an apparatus for measuring electrical characteristics of a semiconductor wafer using a prober using mercury as an electrode.

従来、水銀を電極に用いて半導体の電気的特性を測定するための水銀プローバが知られている。例えば、特許文献1には、頭部接触水銀プローバ(top contact mercury probe)を用いることで、半導体ウェーハの電気的特性を該ウェーハに対する汚れおよび表面欠陥を生ずることなく測定可能にする半導体ウェーハの電気的特性測定のための水銀プローバが開示されている。
特許文献1記載の装置では、水銀を水銀溜めに収納し、毛細管と呼ばれる導管を用いて半導体ウェーハに上方から接触するように水銀を導いている。
Conventionally, a mercury prober for measuring electrical characteristics of a semiconductor using mercury as an electrode is known. For example, Patent Document 1 discloses that the electrical characteristics of a semiconductor wafer that can measure the electrical characteristics of the semiconductor wafer without causing contamination and surface defects on the wafer by using a head contact mercury probe. A mercury prober for measuring mechanical properties is disclosed.
In the apparatus described in Patent Document 1, mercury is stored in a mercury reservoir, and the mercury is guided so as to come into contact with the semiconductor wafer from above using a conduit called a capillary tube.

また、特許文献2には、半導体ウェーハの主面を下向きにして保持し、電極として使用する水銀を下方から上方向に導いて半導体ウェーハに接触させる水銀プローバが開示されている。
特許文献2に記載の装置では、水銀は供給容器(supply reservoir)と呼ばれる収納容器に収納され、サイホン管(siphon tube)と呼ばれる導管内を通って上がり、半導体ウェーハに接触するようになっている。
Patent Document 2 discloses a mercury prober that holds a semiconductor wafer with its main surface facing downward, guides mercury used as an electrode upward from below, and contacts the semiconductor wafer.
In the apparatus described in Patent Document 2, mercury is stored in a storage container called a supply reservoir, goes up through a conduit called a siphon tube, and comes into contact with a semiconductor wafer. .

特許文献1または特許文献2の水銀プローバを用いることにより、ドーパント濃度、抵抗率、酸化膜耐圧、ライフタイム等の電気的特性を測定することができる。測定対象の半導体は、例えばシリコン、GaP、GaN、SiC等である。   By using the mercury prober of Patent Document 1 or Patent Document 2, electrical characteristics such as dopant concentration, resistivity, oxide film breakdown voltage, lifetime, and the like can be measured. The semiconductor to be measured is, for example, silicon, GaP, GaN, SiC, or the like.

また、半導体の抵抗率を測定する方法として、例えば、C−V(capacitance−voltage)特性を測定する方法が知られている。C−V特性を測定するには、試料となる半導体ウェーハの表面にショットキー接合を形成し、逆バイアス電圧を段階的に変化させながら印加することにより半導体ウェーハの内部に空乏層を拡げて容量を変化させる。この逆バイアス電圧と容量の関係をグラフにプロットすると、C−V特性が得られる。   As a method for measuring the resistivity of a semiconductor, for example, a method for measuring CV (capacitance-voltage) characteristics is known. In order to measure the CV characteristics, a Schottky junction is formed on the surface of a semiconductor wafer as a sample, and a depletion layer is expanded inside the semiconductor wafer by applying a reverse bias voltage while changing the capacitance stepwise. To change. When the relationship between the reverse bias voltage and the capacitance is plotted on a graph, CV characteristics can be obtained.

さらに、逆バイアス電圧と容量からは所望深さにおけるドーパント濃度を算出することができるので、半導体ウェーハ中の深さ方向におけるドーパント濃度プロファイルを得ることができる。   Furthermore, since the dopant concentration at the desired depth can be calculated from the reverse bias voltage and the capacitance, a dopant concentration profile in the depth direction in the semiconductor wafer can be obtained.

半導体ウェーハ中の深さ方向におけるドーパント濃度プロファイルの中で、測定深さを指定すると、その深さにおけるドーパント濃度が得られる。また、得られたドーパント濃度をASTM STANDARDS F723等の換算式により換算することにより、ドーパント濃度を抵抗率に換算することができる。   When the measurement depth is specified in the dopant concentration profile in the depth direction in the semiconductor wafer, the dopant concentration at that depth is obtained. Further, the dopant concentration can be converted into resistivity by converting the obtained dopant concentration by a conversion formula such as ASTM STANDARDDS F723.

また、水銀プローバを用いてシリコン単結晶ウェーハの抵抗率を測定するために、さまざまな提案がなされている。例えば非特許文献1には、p型およびn型ウェーハの化学的前処理方法が開示されている。さらに、特許文献3には、p型またはn型エピタキシャル層の表面に炭素含有化合物を付着させてから酸素含有雰囲気中で紫外線を照射することが開示されている。   Various proposals have been made to measure the resistivity of a silicon single crystal wafer using a mercury prober. For example, Non-Patent Document 1 discloses a chemical pretreatment method for p-type and n-type wafers. Furthermore, Patent Document 3 discloses that a carbon-containing compound is attached to the surface of a p-type or n-type epitaxial layer and then irradiated with ultraviolet rays in an oxygen-containing atmosphere.

特許文献3には、さらに、試料となるシリコン単結晶ウェーハがn型の場合、予めウェーハの表面を酸化して薄い酸化珪素膜を形成させ、この酸化珪素膜上に水銀電極を接触させることにより、C−V特性を測定することができることが開示されている。   Further, in Patent Document 3, when a silicon single crystal wafer to be a sample is n-type, the surface of the wafer is oxidized in advance to form a thin silicon oxide film, and a mercury electrode is brought into contact with the silicon oxide film. It is disclosed that CV characteristics can be measured.

シリコン単結晶ウェーハ表面への薄い酸化珪素膜の形成方法として、例えば特許文献4には、シリコン単結晶ウェーハを酸素含有雰囲気中で紫外光に曝すことにより、シリコン単結晶の表面をオゾンガスで酸化する方法が開示されている。   As a method for forming a thin silicon oxide film on the surface of a silicon single crystal wafer, for example, in Patent Document 4, the surface of a silicon single crystal is oxidized with ozone gas by exposing the silicon single crystal wafer to ultraviolet light in an oxygen-containing atmosphere. A method is disclosed.

また、特許文献5では、オゾンガスで酸化する際に、紫外線の光源とウェーハとの間に、オゾンガスを通過させかつ紫外線を遮光する遮光板を配置することが提案されている。   Patent Document 5 proposes that a light-shielding plate that allows ozone gas to pass therethrough and shields ultraviolet rays is disposed between the ultraviolet light source and the wafer when oxidized with ozone gas.

特開平6−140478号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-140478 米国特許7,253,649号US Pat. No. 7,253,649 特開2007−158314号公報JP 2007-158314 A 特表2002−516486号公報Special table 2002-516486 gazette 特開2013−46030号公報JP 2013-46030 A

ASTM Standards F1392−02ASTM Standards F1392-02

しかしながら、水銀プローバを用いて得られる電気的特性の再現性は乏しく、例えばシリコン単結晶ウェーハの抵抗率測定の場合、変動係数CV(標準偏差σ/平均値x-bar)を0.5%以下に制御することはかなり困難である。ここで、CV=0.5%は、規格中心±15%の保証を行うために必要な変動係数の最大値である。   However, the reproducibility of electrical characteristics obtained using a mercury prober is poor. For example, when measuring the resistivity of a silicon single crystal wafer, the coefficient of variation CV (standard deviation σ / average value x-bar) is 0.5% or less. It is quite difficult to control. Here, CV = 0.5% is the maximum value of the coefficient of variation necessary for guaranteeing the standard center ± 15%.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、水銀電極を用いて半導体ウェーハの電気的特性を繰返し測定する際に、再現性の向上した電気的特性が得られる半導体ウェーハの特性測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and characteristics of a semiconductor wafer in which electrical characteristics with improved reproducibility can be obtained when the electrical characteristics of a semiconductor wafer are repeatedly measured using a mercury electrode. It aims at providing a measuring device.

上記目的を達成するために、本発明は、水銀を電極として半導体ウェーハに接触させ、該半導体ウェーハの特性を測定する半導体ウェーハの特性測定装置であって、前記水銀を収納する水銀溜めと、前記水銀を前記水銀溜めから前記半導体ウェーハとの接触部に導く導管とを有し、前記水銀溜め、前記導管の少なくともいずれか一方をアースしたものであることを特徴とする半導体ウェーハの特性測定装置を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention is a semiconductor wafer characteristic measuring device for measuring characteristics of a semiconductor wafer by contacting the semiconductor wafer with mercury as an electrode, the mercury reservoir containing the mercury, A device for measuring characteristics of a semiconductor wafer, comprising a conduit for guiding mercury from the mercury reservoir to a contact portion with the semiconductor wafer, wherein the mercury reservoir and at least one of the conduits are grounded. provide.

このように、水銀溜め、導管の少なくともいずれか一方をアースすることで、水銀が移動する際に水銀溜め又は導管の内壁面に接触して発生する静電気を、アース線を介して除電することができるので、再現性が向上した電気特性を得ることができる。   As described above, by grounding at least one of the mercury reservoir and the conduit, static electricity generated by contacting the mercury reservoir or the inner wall surface of the conduit when the mercury moves can be eliminated via the ground wire. Therefore, electrical characteristics with improved reproducibility can be obtained.

このとき、水銀溜め、導管の両方をアースすることが好ましい。
このように、水銀溜め、導管の両方をアースすることで、より効率的に静電気をアース線を介して除電することができる。
At this time, it is preferable to ground both the mercury reservoir and the conduit.
Thus, by grounding both the mercury reservoir and the conduit, static electricity can be more efficiently removed through the ground wire.

このとき、前記半導体ウェーハがシリコン単結晶ウェーハであり、前記半導体ウェーハの特性が抵抗率であることが好ましい。
上記の測定装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハの抵抗率を好適に測定することができる。
At this time, it is preferable that the semiconductor wafer is a silicon single crystal wafer, and the characteristic of the semiconductor wafer is resistivity.
The resistivity of the silicon single crystal wafer can be suitably measured using the above measuring apparatus.

ここで、半導体ウェーハの抵抗率測定において、標準偏差σ/平均値x−barで定義される繰り返し測定の変動係数CVが、0.5%以下とすることができる。
このように、本発明の装置であれば、繰り返し測定の変動係数CVが、0.5%以下とすることができ、より精度の高い半導体ウェーハの抵抗率測定が可能となる。
Here, in the resistivity measurement of the semiconductor wafer, the variation coefficient CV of the repeated measurement defined by the standard deviation σ / average value x-bar can be 0.5% or less.
As described above, according to the apparatus of the present invention, the coefficient of variation CV of the repeated measurement can be 0.5% or less, and the resistivity measurement of the semiconductor wafer can be performed with higher accuracy.

以上のように、本発明の半導体ウェーハの特性測定装置によれば、水銀が移動する際に水銀溜めや導管の内壁面に接触して発生する静電気を、アース線を介して除電することができるので、再現性の向上した電気的特性を得ることが可能となる。   As described above, according to the semiconductor wafer characteristic measuring apparatus of the present invention, static electricity generated by contact with the mercury reservoir or the inner wall surface of the conduit when mercury moves can be eliminated through the ground wire. Therefore, it becomes possible to obtain electrical characteristics with improved reproducibility.

本発明の半導体ウェーハの特性測定装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the characteristic measuring apparatus of the semiconductor wafer of this invention. 抵抗率を測定するためのC−V特性測定システムの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the CV characteristic measurement system for measuring a resistivity. 静電気と空乏層の関係を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the relationship between static electricity and a depletion layer. C−V特性測定時の静電気の帯電と放電の影響を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the influence of the electrostatic charge and discharge at the time of CV characteristic measurement. 静電気により形成される空乏層の容量と、逆バイアス電圧を印加して形成される空乏層の容量との関係を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram showing the relationship between the capacitance of a depletion layer formed by static electricity and the capacitance of a depletion layer formed by applying a reverse bias voltage. C−V特性測定時の静電気が帯電していない状態を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the state in which the static electricity at the time of CV characteristic measurement is not charged. 本発明の半導体ウェーハの特性測定装置の別の例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the characteristic measuring apparatus of the semiconductor wafer of this invention. 実施例の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of an Example. 比較例の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of a comparative example.

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

図1は、本発明の半導体ウェーハの特性測定装置の一例を示す概略図であり、電極として使用する水銀を下方から上方向に導いて半導体ウェーハに接触させる水銀プローバを用い、半導体電気特性(例えば、抵抗率)を測定する装置を示す。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of a semiconductor wafer characteristic measuring apparatus according to the present invention. A mercury probe is used for guiding mercury used as an electrode upward from below and contacting the semiconductor wafer. , Resistivity).

図1に示す半導体ウェーハの特性測定装置(水銀プローバ)10において、半導体ウェーハ(例えば、シリコン単結晶ウェーハ)1が測定される主面を下向きにしてステージ11に保持され、水銀電極の上方に載置される。抵抗率を測定する際、供給容器と呼ばれる水銀溜め12に収納された水銀31は、導管13内を通って上昇し、シリコン単結晶ウェーハ1の主面に接触することによりショットキー接合を形成する。   In a semiconductor wafer characteristic measuring apparatus (mercury prober) 10 shown in FIG. 1, a semiconductor wafer (for example, a silicon single crystal wafer) 1 is held on a stage 11 with a main surface to be measured facing downward, and is placed above a mercury electrode. Placed. When measuring the resistivity, mercury 31 stored in a mercury reservoir 12 called a supply container rises through the conduit 13 and contacts the main surface of the silicon single crystal wafer 1 to form a Schottky junction. .

水銀溜め12は、該水銀溜め12を被覆する導電性ゴムシート71を介してアース線72に接続される。また、導管13は導管13を被覆する導電性ゴムシート73を介してアース線74に接続される。導電性ゴムシート71、73には、例えばカーボンや銀などの導電性材料が配合されており、0.008Ω・cm程度の低抵抗率であるため、水銀溜め12や導管13に発生する静電気を容易に吸収し、アース線72、74に逃がすことができる。   The mercury reservoir 12 is connected to the ground wire 72 through a conductive rubber sheet 71 that covers the mercury reservoir 12. The conduit 13 is connected to the ground wire 74 through a conductive rubber sheet 73 covering the conduit 13. The conductive rubber sheets 71 and 73 are mixed with a conductive material such as carbon or silver and have a low resistivity of about 0.008 Ω · cm, so that static electricity generated in the mercury reservoir 12 and the conduit 13 can be prevented. It can be easily absorbed and escaped to the ground wires 72 and 74.

図1の半導体ウェーハの特性測定装置10は、ステージ11と水銀電極31との間に設けられた電源14によって電圧を印加することができ、さらに、容量計15及び電圧計16を接続することにより、容量C及び電圧Vを測定することができる。   The semiconductor wafer characteristic measuring apparatus 10 of FIG. 1 can apply a voltage by a power source 14 provided between a stage 11 and a mercury electrode 31, and further, by connecting a capacitance meter 15 and a voltmeter 16. , Capacitance C and voltage V can be measured.

図2に示す抵抗率を測定するためのC−V特性測定システム100は、水銀31を電極としてシリコン単結晶ウェーハ1に接触させる水銀プローバ10と、水銀プローバ10に連結された測定ケーブル61、62を介して高周波を供給し、半導体ウェーハ1に逆バイアス電圧を印加することにより空乏層を形成させるとともに空乏層の容量を計測するLCRメータ40と、LCRメータ40にGPIB(General Purpose Interface Bus)ケーブル63を介して接続されたPC(パーソナルコンピューター)50とを有し、PC50には逆バイアス電圧と空乏層の容量から抵抗率を算出する解析ソフトがインストールされている。   The CV characteristic measurement system 100 for measuring resistivity shown in FIG. 2 includes a mercury probe 10 that contacts the silicon single crystal wafer 1 using mercury 31 as an electrode, and measurement cables 61 and 62 connected to the mercury probe 10. An LCR meter 40 that forms a depletion layer by applying a reverse bias voltage to the semiconductor wafer 1 and measures the capacitance of the depletion layer, and a GPIB (General Purpose Interface Bus) cable to the LCR meter 40 The PC 50 has a PC (Personal Computer) 50 connected thereto, and the PC 50 is installed with analysis software for calculating the resistivity from the reverse bias voltage and the capacity of the depletion layer.

シリコン単結晶ウェーハ1の抵抗率を測定する際は、水銀プローバ10上に載置したシリコン単結晶ウェーハ1とショットキー接合を形成した水銀電極に、LCRメータ40を用いて逆バイアス電圧Vを段階的に変化させながら印加し、シリコン単結晶ウェーハ1の内部に空乏層を拡げて容量Cを変化させつつ、その容量CをLCRメータ40により計測する。そして、PC50にインストールされた解析ソフトを用いて、逆バイアス電圧Vと空乏層の容量Cの関係から抵抗率を算出する。   When measuring the resistivity of the silicon single crystal wafer 1, the reverse bias voltage V is stepped by using the LCR meter 40 on the mercury electrode formed with the silicon single crystal wafer 1 placed on the mercury probe 10 and forming a Schottky junction. The capacitance C is measured by the LCR meter 40 while changing the capacitance C by expanding the depletion layer inside the silicon single crystal wafer 1. Then, using the analysis software installed in the PC 50, the resistivity is calculated from the relationship between the reverse bias voltage V and the capacitance C of the depletion layer.

電極として用いる水銀31がシリコン単結晶ウェーハ1に接触する度にシリコン単結晶ウェーハ1の主面に付着したパーティクルにより汚染されると、水銀31の抵抗率がしだいに高くなり、電気的特性の測定値に悪影響を及ぼすようになる。これを防止するため、半導体ウェーハ1に接触した水銀31を水銀溜め12に一旦戻し、水銀31全体をバブリングして清浄化した後に水銀31を電極として再び供給する。   When the mercury 31 used as an electrode is contaminated by particles adhering to the main surface of the silicon single crystal wafer 1 every time it comes into contact with the silicon single crystal wafer 1, the resistivity of the mercury 31 gradually increases and the electrical characteristics are measured. The value will be adversely affected. In order to prevent this, the mercury 31 in contact with the semiconductor wafer 1 is temporarily returned to the mercury reservoir 12, and the entire mercury 31 is bubbled and cleaned, and then supplied again as an electrode.

このバブリングを行うとき、水銀31は水銀溜め12の内壁と擦れて静電気を発生する。水銀溜め12が例えばポリカーボネート製の場合、−(マイナス)に帯電する。これに対し、水銀31は+(プラス)に帯電する。   When this bubbling is performed, the mercury 31 rubs against the inner wall of the mercury reservoir 12 and generates static electricity. When the mercury reservoir 12 is made of polycarbonate, for example, it is negatively charged. On the other hand, mercury 31 is charged to + (plus).

また、水銀31が導管13内を通って上昇するとき、水銀31は導管13の内壁と擦れて静電気を発生する。導管13が例えばポリテトラフルオロエチレン製の場合、−(マイナス)に帯電する。これに対し、水銀31は+(プラス)に帯電する。   Further, when the mercury 31 rises through the conduit 13, the mercury 31 rubs against the inner wall of the conduit 13 and generates static electricity. When the conduit 13 is made of, for example, polytetrafluoroethylene, it is charged to-(minus). On the other hand, mercury 31 is charged to + (plus).

水銀溜め12あるいは導管13に発生した静電気は、導電性ゴムシート71、73を介してアース線72、74に逃がされるので直ちに消失し、それに伴って水銀31の静電気も消失する。   The static electricity generated in the mercury reservoir 12 or the conduit 13 is lost to the ground wires 72 and 74 via the conductive rubber sheets 71 and 73, and thus immediately disappears, and the static electricity of the mercury 31 also disappears accordingly.

仮に、水銀31が+に帯電した状態で、例えばp型シリコン単結晶ウェーハ1の主面に接触すると、図3(a)に示すように、プラスの静電気とp型キャリアが反発し合い、逆バイアス電圧Vを印加し始める前に、主面近傍に空乏層32が形成される。   If, for example, the mercury 31 is positively charged and contacts the main surface of the p-type silicon single crystal wafer 1, positive static electricity and the p-type carrier repel each other as shown in FIG. Before starting to apply bias voltage V, depletion layer 32 is formed in the vicinity of the main surface.

空乏層32が形成された状態でC−V特性測定により抵抗率の測定を行うと、図4(a)に示すように、逆バイアス電圧を印加して形成される空乏層33と、静電気により形成される空乏層32が直列に接続されるようになる。そして時間の経過とともに、水銀31の静電気が放電されて減少すると、図3(b)、図4(b)に示すように、静電気により形成される空乏層32の幅は、d1からd2へと狭くなる。   When the resistivity is measured by CV characteristic measurement in a state where the depletion layer 32 is formed, as shown in FIG. 4A, the depletion layer 33 formed by applying a reverse bias voltage and the static electricity The depletion layers 32 to be formed are connected in series. When the static electricity of the mercury 31 is discharged and decreases with the passage of time, the width of the depletion layer 32 formed by the static electricity is changed from d1 to d2, as shown in FIGS. 3B and 4B. Narrow.

ここで、図5(a)(図4(a)に対応)、図5(b)(図4(b)に対応)に示すように、静電気により形成される空乏層32の容量をC32、逆バイアス電圧を印加して形成される空乏層33の容量をC33とすると、これらは直列に接続されているから、空乏層全体の容量Cは、
1/C=1/C32 + 1/C33 ・・・(1)
と表される。
Here, as shown in FIG. 5A (corresponding to FIG. 4A) and FIG. 5B (corresponding to FIG. 4B), the capacitance of the depletion layer 32 formed by static electricity is C32, If the capacitance of the depletion layer 33 formed by applying a reverse bias voltage is C33, these are connected in series, so the capacitance C of the entire depletion layer is
1 / C = 1 / C32 + 1 / C33 (1)
It is expressed.

このとき、水銀31の静電気が時間の経過とともに放電されて、空乏層32の幅がd1(図4(a))からd2(図4(b))に小さくなると、
C32=AεεSi/d ・・・(2)
の関係から、容量C32は大きくなる。容量C32が大きくなると、式(1)より、空乏層全体の容量Cは大きくなる。ここで、Aは電極面積、εは真空誘電率、εSiはSiの比誘電率である。
At this time, when the static electricity of the mercury 31 is discharged over time and the width of the depletion layer 32 is reduced from d1 (FIG. 4A) to d2 (FIG. 4B),
C32 = Aε 0 ε Si / d (2)
Therefore, the capacity C32 increases. As the capacitance C32 increases, the capacitance C of the entire depletion layer increases from the equation (1). Here, A is the electrode area, ε 0 is the vacuum dielectric constant, and ε Si is the relative dielectric constant of Si.

そして、空乏層全体の容量Cと深さWにおける不純物濃度N(W)には、式(3)の比例関係があるから、
N(W)=C/(qεεSi)/(dC/dV) ・・・(3)
空乏層全体の容量Cが大きくなると、不純物濃度N(W)も大きくなる。すると、不純物濃度N(W)に反比例する抵抗率は、逆に低くなる。ここで、qは電子の電荷量である。
Since the capacitance C of the entire depletion layer and the impurity concentration N (W) at the depth W have a proportional relationship of the equation (3),
N (W) = C 3 / (qε 0 ε Si A 2 ) / (dC / dV) (3)
As the capacitance C of the entire depletion layer increases, the impurity concentration N (W) also increases. Then, the resistivity that is inversely proportional to the impurity concentration N (W) becomes low. Here, q is the charge amount of electrons.

すなわち、仮に水銀31が+に帯電したままの状態でp型のシリコン単結晶ウェーハ1の抵抗率測定を行うと、静電気が大量に残存している初期のうちに測定した抵抗率は高く、時間が経過して静電気が放電されてから測定した抵抗率は低くなる。このため、例えば水銀31がシリコン単結晶ウェーハ1に接触してから測定を開始するまでの時間を一定に保たないと、抵抗率測定結果のバラツキは大きくなる。     That is, if the resistivity of the p-type silicon single crystal wafer 1 is measured while the mercury 31 is charged positively, the measured resistivity is high during the initial period when a large amount of static electricity remains, and the time The measured resistivity decreases after the static electricity is discharged after elapse of time. For this reason, for example, if the time from when the mercury 31 contacts the silicon single crystal wafer 1 to when the measurement is started is not kept constant, the variation in the resistivity measurement result increases.

これに対し、本発明の水銀プローバ10では、水銀溜め12あるいは導管13に発生した静電気は、導電性ゴムシート71、73を介してアース線72、74に逃がされるので直ちに消失し、それに伴って水銀31の静電気も消失する。その結果、図6に示すように、水銀31をp型シリコン単結晶ウェーハ1に接触させても静電気に起因する空乏層32が形成されず、逆バイアス電圧Vの印加による空乏層33のみ形成されるので、本来の容量Cを測定することが可能になる。   On the other hand, in the mercury prober 10 of the present invention, static electricity generated in the mercury reservoir 12 or the conduit 13 is immediately discharged to the ground wires 72 and 74 through the conductive rubber sheets 71 and 73, and accordingly disappears. The static electricity of mercury 31 also disappears. As a result, as shown in FIG. 6, even when mercury 31 is brought into contact with the p-type silicon single crystal wafer 1, the depletion layer 32 caused by static electricity is not formed, but only the depletion layer 33 by the application of the reverse bias voltage V is formed. Therefore, the original capacity C can be measured.

図1においては、水銀溜め12、導管13の両方を導電性ゴムシートで被覆することで、水銀溜め12、導管13の両方をアースしているが、水銀溜め12、導管13のいずれか一方を導電性ゴムシートで被覆することで、水銀溜め12、導管13のいずれか一方をアースすれば、水銀31の帯電を防止することができる。
なお、水銀溜め12、導管13の両方をアースすれば、より効率的に水銀31の帯電を防止することができる。
In FIG. 1, both the mercury reservoir 12 and the conduit 13 are grounded by covering both the mercury reservoir 12 and the conduit 13 with a conductive rubber sheet, but either the mercury reservoir 12 or the conduit 13 is grounded. By covering with a conductive rubber sheet, if either one of the mercury reservoir 12 or the conduit 13 is grounded, the mercury 31 can be prevented from being charged.
If both the mercury reservoir 12 and the conduit 13 are grounded, charging of the mercury 31 can be prevented more efficiently.

測定された逆バイアス電圧Vと容量Cの関係をグラフにプロットすると、C−V特性が得られる。さらに、逆バイアス電圧と容量を例えば下記(4)式と(5)式に代入すると、シリコン単結晶ウェーハ1内の深さWならびに、深さWにおけるドーパント濃度N(W)を算出することができるので、深さ方向におけるドーパント濃度のプロファイルを得ることができる。
W=AεεSi/C ・・・(4)
N(W)=2/(qεεSi)*{d(C−2)/dV}−1・・・(5)
When the relationship between the measured reverse bias voltage V and the capacitance C is plotted on a graph, a CV characteristic is obtained. Further, by substituting the reverse bias voltage and the capacity into the following formulas (4) and (5), for example, the depth W in the silicon single crystal wafer 1 and the dopant concentration N (W) at the depth W can be calculated. Therefore, a dopant concentration profile in the depth direction can be obtained.
W = Aε 0 ε Si / C (4)
N (W) = 2 / (qε 0 ε Si A 2 ) * {d (C −2 ) / dV} −1 (5)

深さ方向におけるドーパント濃度プロファイルの中で、測定深さを指定すると、その深さにおけるドーパント濃度が得られる。また、得られたドーパント濃度をASTM STANDARDS F723等に示される換算式により換算することにより、ドーパント濃度を抵抗率に換算することができる。   When the measurement depth is specified in the dopant concentration profile in the depth direction, the dopant concentration at that depth is obtained. Moreover, the dopant concentration can be converted into the resistivity by converting the obtained dopant concentration by a conversion formula shown in ASTM STANDARDDS F723 or the like.

このようにして得られるドーパント濃度もしくは抵抗率をシリコン単結晶ウェーハ1の同じ場所で複数回、例えば10回連続して繰返し測定することにより、抵抗率測定の再現性を変動係数CV(σ/x-bar)の大きさで評価することができる。変動係数CVは例えば10回の測定値から平均値x-barと標準偏差σを求め、下記(6)式を用いて算出する。なお、繰返し測定の際、水銀電極を測定の度にシリコン単結晶ウェーハ1から一旦離し、再び接合させる。
変動係数CV=(σ/x-bar)×100(%) ・・・(6)
By measuring the dopant concentration or resistivity obtained in this way repeatedly at the same location of the silicon single crystal wafer 1 a plurality of times, for example, 10 times continuously, the reproducibility of the resistivity measurement can be changed by the coefficient of variation CV (σ / x -bar). The coefficient of variation CV is calculated using, for example, the following equation (6) by obtaining an average value x-bar and a standard deviation σ from 10 measured values. In the case of repeated measurement, the mercury electrode is once separated from the silicon single crystal wafer 1 for each measurement, and is joined again.
Coefficient of variation CV = (σ / x-bar) × 100 (%) (6)

本発明の水銀プローバ10を用いることにより、上記の変動係数CVを0.5%以下にすることができる。   By using the mercury probe 10 of the present invention, the variation coefficient CV can be reduced to 0.5% or less.

これまで本発明の実施形態について、電極として使用する水銀を下方から上方向に導いて半導体ウェーハに接触させる水銀プローバを例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、半導体ウェーハに上方から接触するように水銀を導く水銀プローバ、等についても同様に適応が可能である。   So far, the embodiment of the present invention has been described by exemplifying a mercury prober that guides mercury used as an electrode from below to contact the semiconductor wafer. However, the present invention is not limited to this, and the upper side of the semiconductor wafer is described above. The same can be applied to a mercury prober that guides mercury so that it comes into contact with the water.

図7に、水銀31を水銀溜め22に収納し、ステージ21に載置された半導体ウェーハ1に、導管23を用いて上方から接触するように水銀31を導く水銀プローバ20を示す。
図7において、水銀溜め22は、該水銀溜め22を被覆する導電性ゴムシート81を介してアース線82に接続され、導管23は該導管23を被覆する導電性ゴムシート83を介してアース線84に接続される。
図7の半導体ウェーハの特性測定装置20は、ステージ21と水銀電極31との間に設けられた電源24によって電圧を印加することができ、さらに、容量計25及び電圧計26を接続することにより、容量C及び電圧Vを測定することができる。
FIG. 7 shows a mercury prober 20 that stores mercury 31 in a mercury reservoir 22 and guides the mercury 31 so as to come into contact with the semiconductor wafer 1 placed on the stage 21 from above using a conduit 23.
In FIG. 7, the mercury reservoir 22 is connected to the ground wire 82 via a conductive rubber sheet 81 covering the mercury reservoir 22, and the conduit 23 is connected to the ground wire via a conductive rubber sheet 83 covering the conduit 23. 84.
The semiconductor wafer characteristic measuring apparatus 20 of FIG. 7 can apply a voltage by a power source 24 provided between the stage 21 and the mercury electrode 31, and further, by connecting a capacitance meter 25 and a voltmeter 26. , Capacitance C and voltage V can be measured.

水銀プローバ20を用いて半導体ウェーハ1の抵抗率を測定する際は、半導体ウェーハ(例えば、シリコン単結晶ウェーハ)1とショットキー接合を形成した水銀電極に、逆バイアス電圧Vを連続的に変化させながら印加し、半導体ウェーハ1の内部に空乏層を拡げて容量Cを変化させつつ、その容量CをLCRメータで計測し、逆バイアス電圧Vと空乏層の容量Cの関係から抵抗率を算出する。   When measuring the resistivity of the semiconductor wafer 1 using the mercury probe 20, the reverse bias voltage V is continuously changed on the mercury electrode formed with the Schottky junction with the semiconductor wafer (for example, silicon single crystal wafer) 1. The capacitance C is changed by expanding the depletion layer inside the semiconductor wafer 1 and measuring the capacitance C with an LCR meter, and the resistivity is calculated from the relationship between the reverse bias voltage V and the capacitance C of the depletion layer. .

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.

(実施例)
直径200mm、抵抗率12Ωcmのp型シリコンエピタキシャルウェーハを準備し、水銀溜め12が導電性ゴムシート71を介してアース線72に接続され、導管13が導電性ゴムシート73を介してアース線74に接続された水銀プローバ10とC−V特性測定システム100とを用い、p型シリコンエピタキシャルウェーハの中心部を10回繰返し測定した。その結果を図8に示した。
(Example)
A p-type silicon epitaxial wafer having a diameter of 200 mm and a resistivity of 12 Ωcm is prepared, the mercury reservoir 12 is connected to the ground wire 72 via the conductive rubber sheet 71, and the conduit 13 is connected to the ground wire 74 via the conductive rubber sheet 73. Using the connected mercury probe 10 and the CV characteristic measurement system 100, the central portion of the p-type silicon epitaxial wafer was repeatedly measured 10 times. The results are shown in FIG.

図8に示す測定結果の平均値は12.03Ω・cm、標準偏差は0.0209Ω・cmであった。
変動係数CV(σ/x-bar)は0.17%となり、目標とする0.5%を十分に満足することができた。
The average value of the measurement results shown in FIG. 8 was 12.03 Ω · cm, and the standard deviation was 0.0209 Ω · cm.
The coefficient of variation CV (σ / x-bar) was 0.17%, which sufficiently satisfied the target of 0.5%.

(比較例)
水銀溜め12と導管13にアース線が接続されていないこと以外は実施例と同じ水銀プローバ10とC−V特性測定システム100とを用い、直径200mm、抵抗率12Ωcmのp型シリコンエピタキシャルウェーハの中心部を10回繰返し測定した。その結果を図9に示した。
(Comparative example)
The center of a p-type silicon epitaxial wafer having a diameter of 200 mm and a resistivity of 12 Ωcm, using the same mercury prober 10 and CV characteristic measurement system 100 as in the embodiment except that the earth line is not connected to the mercury reservoir 12 and the conduit 13. The part was repeatedly measured 10 times. The results are shown in FIG.

図9に示す測定結果の平均値は12.31Ω・cm、標準偏差は0.1235Ω・cmであった。
変動係数CVは1.00%となり、目標とする0.5%よりも高かった。
The average value of the measurement results shown in FIG. 9 was 12.31 Ω · cm, and the standard deviation was 0.1235 Ω · cm.
The coefficient of variation CV was 1.00%, which was higher than the target of 0.5%.

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 embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

本発明の半導体特性測定装置によると、水銀電極を用いて半導体を繰返し測定する際、変動係数CVを0.5%以下とすることができるので、規格中心±15%未満を保証する電気的特性の測定に適用することが可能となる。   According to the semiconductor characteristic measuring apparatus of the present invention, when the semiconductor is repeatedly measured using the mercury electrode, the coefficient of variation CV can be made 0.5% or less, so that the electrical characteristics guaranteeing a standard center of less than ± 15%. It becomes possible to apply to the measurement of.

1…半導体ウェーハ(シリコン単結晶ウェーハ)、
10、20…半導体ウェーハの特性測定装置(水銀プローバ)、
11、21…ステージ、 12、22…水銀溜め、 13、23…導管、
14、24…電源、 15、25…容量計、 16、26…電圧計、 31…水銀、
32…静電気により形成される空乏層、 33…逆バイアス電圧による空乏層、
40…LCRメータ、 50…PC、
61、62…測定ケーブル、 63…GPIBケーブル、
71、73、81、83…導電性ゴムシート、 72、74、82、84…アース線。
1. Semiconductor wafer (silicon single crystal wafer),
10, 20 ... Semiconductor wafer characteristic measuring device (mercury prober),
11, 21 ... stage, 12, 22 ... mercury reservoir, 13,23 ... conduit,
14, 24 ... power supply, 15, 25 ... capacity meter, 16, 26 ... voltmeter, 31 ... mercury,
32 ... Depletion layer formed by static electricity, 33 ... Depletion layer by reverse bias voltage,
40 ... LCR meter, 50 ... PC,
61, 62 ... measurement cable, 63 ... GPIB cable,
71, 73, 81, 83 ... conductive rubber sheet, 72, 74, 82, 84 ... ground wire.

Claims (4)

水銀を電極として半導体ウェーハに接触させ、該半導体ウェーハの特性を測定する半導体ウェーハの特性測定装置であって、
前記水銀を収納する水銀溜めと、
前記水銀を前記水銀溜めから前記半導体ウェーハとの接触部に導く導管と
を有し、
前記水銀溜め、前記導管の両方をアースしたものであることを特徴とする半導体ウェーハの特性測定装置。
A device for measuring characteristics of a semiconductor wafer for contacting the semiconductor wafer with mercury as an electrode and measuring the characteristics of the semiconductor wafer,
A mercury reservoir for storing the mercury;
A conduit for guiding the mercury from the mercury reservoir to a contact portion with the semiconductor wafer;
An apparatus for measuring characteristics of a semiconductor wafer, wherein both the mercury reservoir and the conduit are grounded.
前記水銀溜め、及び前記導管は、導電性ゴムシートを介してアースしたものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体ウェーハの特性測定装置。The apparatus for measuring characteristics of a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the mercury reservoir and the conduit are grounded through a conductive rubber sheet. 前記半導体ウェーハがシリコン単結晶ウェーハであり、
前記半導体ウェーハの特性が抵抗率であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体ウェーハの特性測定装置。
The semiconductor wafer is a silicon single crystal wafer;
3. The semiconductor wafer characteristic measuring apparatus according to claim 1, wherein the characteristic of the semiconductor wafer is resistivity.
前記半導体ウェーハの抵抗率測定において、標準偏差σ/平均値x−barで定義される繰り返し測定の変動係数CVが、0.5%以下であることを特徴とする請求項3に記載の半導体ウェーハの特性測定装置。

4. The semiconductor wafer according to claim 3, wherein, in the resistivity measurement of the semiconductor wafer, a coefficient of variation CV of repeated measurement defined by standard deviation σ / average value x−bar is 0.5% or less. 5. Characteristic measuring device.

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