JP6268676B2

JP6268676B2 - 電極の形成方法

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Publication number: JP6268676B2
Application number: JP2014214755A
Authority: JP
Inventors: 戸部　敏視; 敏視戸部
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2034-10-21
Also published as: JP2016082170A

Description

本発明は、半導体シリコンウェーハの電気特性を評価するために必要な電極の形成方法に関する。

異なる型の半導体を接触させることで形成されるｐ−ｎ接合は、半導体の特性を最も生かした形であり、その電気的特性評価は重要である。ｐ−ｎ接合の最大の特性は整流性であり、順方向には電流が流れるが、逆方向では空乏層が広がり、電流は流れない。このようなｐ−ｎ接合とほぼ同様な性質を示し、かつ簡便な構造として、金属電極と半導体との接合でショットキー接合と呼ばれるものがある。ｐ−ｎ接合の形成にはドーパントの拡散やエピタキシャル層の堆積など、煩雑な工程があるのに対し、ショットキー接合では、単に金属を蒸着するという単純な工程で形成可能である。

従来、ｐ型シリコンに対し、ショットキー接合の性質を示す金属はいくつか報告されており、古くはサマリウム、マグネシウム、チタンなどが用いられていた。しかしこれらの金属はいくつかの点で使用するのに適さない副特性を持っていた。例えばサマリウムは大気中放置で簡単に酸化し、数日でショットキー接合の性質を失う。

これに対し、アルミニウムを用いてショットキー接合を形成すると、極めて良好な性質が安定して得られることが報告された（例えば特許文献１参照）。この方法は、アルミニウムを真空蒸着で形成する前に、十分に清浄なシリコン表面を硫酸＋過酸化水素の混合液で処理し、薄い酸化膜を形成後アルミニウムを蒸着することを特徴としている。実際、従来使用されていた他の金属種の整流特性、安定性より良好な性質をこの方法で得ることができた。

また、半導体シリコンウェーハと金属電極とのショットキー接合に関し、半導体シリコンウェーハ上に酸化膜を介することなくアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と金属アルミニウムを真空蒸着することで電極を形成する手法の提案もある（特許文献２参照）。

また、特許文献３には、ＰＬ（Photo Luminescence）法やＤＬＴＳ（Deep Level Transient Spectroscopy）法を用いたシリコン半導体の金属汚染モニタ方法に関する技術であるが、シリコン結晶を熱処理した後、アルミニウム電極を蒸着してＤＬＴＳ測定することが記載されている。

特開２００１−７７３４８号公報特開２００８−２５８５４４号公報特開平７−２９７２４６号公報

通常、半導体と金属とのショットキー接合を形成する場合、金属を半導体上に形成する直前に、ＨＦ処理による自然酸化膜の除去をはじめとするさまざまな妨害物質の除去、洗浄が行われる。ところが、最近、電極としてよく用いられるＡｌは、Ｔｉ、Ｓｍ等の他の金属に比べて仕事関数が大きいので、ＨＦ処理による自然酸化膜の除去後ただちにＡｌを蒸着すると、オーミック接合に極めて近い、いわば弱いショットキー接合となってしまう。そのために、特許文献１では、半導体シリコンウェーハとＡｌ電極との間に、硫酸＋過酸化水素の混合液による薄い酸化膜を介在させているわけだが、特許文献１とは異なる手法で、特許文献１の手法によるショットキー接合と同等かそれよりも良好な特性が得られるショットキー接合を提供することは、特許文献１のような湿式酸化の手法を利用できない場合等に有益である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体シリコンウェーハとＡｌ電極とのショットキー接合を利用して半導体シリコンウェーハの電気特性を評価するための試料におけるＡｌ電極の形成方法において、良好な特性を有したショットキー接合を簡便に得ることができる電極の形成方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の電極形成方法は、ｐ型の半導体シリコンウェーハとＡｌの電極とのショットキー接合を利用して前記半導体シリコンウェーハの電気特性を評価するために用いる試料における前記電極の形成方法であって、
前記半導体シリコンウェーハ上に、前記半導体シリコンウェーハと前記電極とのショットキー接合を良好にするために必要な酸化膜を、前記半導体シリコンウェーハを大気中で熱処理することにより形成する酸化熱処理工程と、
その酸化熱処理工程で形成された前記酸化膜上に、Ａｌを蒸着種とした真空蒸着により前記電極を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の電極形成方法によれば、特許文献１と同様に、ｐ型の半導体シリコンウェーハとＡｌ電極との間に、半導体シリコンウェーハと電極とのショットキー接合を良好にするために必要な酸化膜を介在させるので、ＨＦ処理による自然酸化膜の除去後ただちにＡｌを蒸着する構成に比べて、良好なショットキー接合を簡便に得ることができる。また、本発明では、特許文献１の手法とは異なり、半導体シリコンウェーハとＡｌ電極の間に介在させる酸化膜を、大気中での熱処理により得ている。ショットキー接合を良好にするための酸化膜は、他の目的の酸化膜に比べて薄くする必要があるが、大気中で熱処理をすることで、硫酸＋過酸化水素の混合液による湿式酸化に比べて、簡便に薄い酸化膜を得ることができる。

また、本発明の電極形成方法における酸化熱処理工程では、５０℃〜２５０℃の熱処理を行うとするのが好ましい。

ここで、特許文献１の手法によるショットキー接合は、昨今の半導体シリコンの性質評価においては必ずしも十分な特性であるとは言えない。特にＤＬＴＳにおける温度掃引評価では、空乏層中にパルスを印加した際の静電容量の過渡的応答を見るに、実際のシリコン中の深い準位とは関わりのない微小な変化（ノイズ）が見られ、真の深い準位の測定の妨げになることが多くなってきた。また、特許文献２の手法は、薄い酸化膜を不要とした画期的なものであるが、何度も蒸着を繰り返すことで蒸着器の状態を乱し、次第に安定した電極を形成できなくなる問題点があった。

これら特許文献１、２の問題点に対し、本発明は、５０℃〜２５０℃の熱処理により酸化膜を形成することで、特許文献１、２の手法によるショットキー接合と同等かそれよりも良好なショットキー接合（Ａｌ電極）を簡便に得ることができる。

また、本発明の電極の形成方法は、前記半導体シリコンウェーハに対して、前記酸化膜の形成以外の所定目的で熱処理を施す他目的熱処理工程と、
その他目的熱処理工程を実施した後の前記半導体シリコンウェーハ上を洗浄する洗浄工程とをさらに含み、
前記酸化熱処理工程は、前記洗浄工程を実施した後の前記半導体シリコンウェーハに対して大気中で熱処理を施す工程である。

半導体シリコンウェーハの電気特性を評価するためには、良好な電極形成に必要な酸化膜の形成以外の目的で熱処理（例えば、半導体シリコンウェーハ中の測定対象元素の準位を形成するための熱処理）を施す場合がある。本発明によれば、その酸化膜の形成以外の所定目的で熱処理を施した後に、半導体シリコンウェーハ上を洗浄するので、他目的熱処理工程で半導体シリコンウェーハ上に形成された、電極形成用には適さない酸化膜を除去できる。その後に酸化熱処理工程を実施するので、良好な電極形成（ショットキー接合の形成）に必要な酸化膜を新たに形成できる。つまり、電極形成のための熱処理と、それ以外の目的の熱処理とを個別に行うことで、良好な電極形成に必要な酸化膜を形成しやすくでき、結果、良好なショットキー接合を得ることができる。

このように、本発明は、Ａｌ（アルミニウム）の真空蒸着前に形成する必要となるシリコン表面上の極薄い酸化膜を簡便に形成できる手法であり、かつ高精度測定を可能にする良好なＡｌ電極（ショットキー接合）を形成することができる。特にＤＬＴＳやＣ−Ｖ測定のようなショットキー接合を利用する電気特性評価法では有効である。

なお、電極形成前に半導体シリコンウェーハ（試料）に熱処理を施すことは、上記のような半導体シリコンウェーハと金属電極間に酸化膜を形成する目的以外に用いられることがある。それは不純物の形態、あるいは複合体を形成させる目的の熱処理や、不純物を表層近傍からバルク、あるいは裏面に移動させ固定化するためのいわゆるゲッタリングのための熱処理である。一般によく知られている前者の例を挙げれば、ｐ型シリコン中のＣｕの準位は、少なくとも６００℃以上の高温で熱処理後、急冷によって室温まで冷却した試料のみにおいて準位が形成されるため、Ｃｕの準位を評価するには必ずこの前熱処理が必要となる。

また、ｐ型シリコン中のＦｅは、室温においてボロンと複合体を形成し、Ｆｅ−Ｂの形態に変化している。このＦｅ−Ｂが形成する準位をＤＬＴＳ法で検出することは可能であるが、２００℃以上の熱処理から室温までの急冷を施すと、Ｆｅ−Ｂ複合体は、格子間Ｆｅとボロンに解離するため、２００℃以上の熱処理直後にＤＬＴＳ測定を行えば、格子間Ｆｅの準位が評価できる。

これらの特定の準位を評価するためには、上記のようなその準位形成に適した何らかの熱処理を施した後にＤＬＴＳ測定用の電極を形成することになる。これらが準位形成のための熱処理である。一方、後者のゲッタリングのための熱処理を説明すると、バルクに酸素析出物が一定の密度で存在しているウェーハ中のＦｅ原子は、例えば４００℃の熱処理によって酸素析出物にＦｅＳｉ_２の形態で析出する。つまり、ゲッタリングのための熱処理としては、Ｆｅの固溶成分を減少させて、表層近傍の固溶Ｆｅ濃度を低下させるために熱処理を施すという例が挙げられる。

元素特有の準位を形成するための熱処理は、例えば上記特許文献３に示されている。しかし、この準位形成のための熱処理やゲッタリングのための熱処理を、良好な電極形成（良好なショットキー接合の形成）のための熱処理と兼用することはできない。なぜなら、不純物準位形成やゲッタリングのために行った熱処理により、半導体シリコンウェーハ上に酸化膜が形成されたとしてもその酸化膜をそのまま、良好なショットキー接合の電極形成のための酸化膜に適用できないからである。すなわち、不純物準位形成やゲッタリングのために行った高温熱処理で形成された酸化膜を残存させたまま、金属電極を蒸着すれば、熱処理で形成された厚い絶縁性酸化膜のために、良好なショットキー接合は形成できない。それは不活性である窒素雰囲気の熱処理でも同様であり、表面状態への影響は無視できないため、そのままでは良好なショットキー接合は得られない。

したがって、通常、準位形成やゲッタリング用の熱処理を施した試料に対しＤＬＴＳ測定のための電極を形成するためには、ＨＦ浸漬による洗浄で酸化膜除去を行い、その直後、ショットキー特性を示す金属を蒸着するか、硫酸と過酸化水素水の混合液で処理するなどの手法にてあらためて薄い酸化膜を形成しなおし、その後、Ａｌを蒸着する方法を用いざるをえない。特許文献３では、ＤＬＴＳ測定をするために、準位形成のための熱処理後に、その熱処理にて形成された酸化膜を除去するためのＨＦ処理について記述されていないが、良好なショットキー接合の電極形成のためには、この酸化膜除去処理を行っていることはＤＬＴＳ測定を行う者ならば容易に想像できる内容である。

また、仮にＤＬＴＳの電極形成用の薄い酸化膜形成のための熱処理と準位形成のための熱処理とを兼用させるとして、準位形成に必要な３００℃以上の高温で熱処理を施す場合、準位形成のためにはある程度の熱処理時間が必要となるが、電極形成のためには酸化膜を薄く形成する必要性から熱処理時間を長くすることは好ましくなく、両者を兼ねた熱処理時間設定は不可能である。

このようなことから、電極形成のための熱処理（半導体シリコンウェーハとＡｌ電極とのショットキー接合を良好にするために必要な酸化膜を形成するための熱処理）は、準位形成やゲッタリングのための熱処理とは別個に施すべきものである。このように、準位形成と電極形成の異なる目的の２つの熱処理を分離すれば、後半に行う電極形成のための熱処理では、個別に条件設定できる。そのため、ＤＬＴＳ等の電極形成のための薄い酸化膜形成には、本発明の請求項２、５のように２５０℃以下の低温を使用でき、酸化膜厚の制御性も良くなる。またこのような低温であれば、薄い酸化膜を形成するために必要な雰囲気中の酸素は、大気中の含有量で十分であることから、必ずしも電気炉を用いる必要がなく、例えばホットプレートなどを用いた大気中の加熱で十分であり、極めて簡便である。このような簡便な手法で良好なショットキー接合を得る方法及び電極構造を本発明は提供できる。

以上説明したように、本発明によれば、ＤＬＴＳ測定やＣ−Ｖ測定のような良好なショットキー特性を必要とする電気特性評価の精度を格段に向上することができ、かつ長期保管も可能な安定した電極を得ることができる。

本発明における電極形成工程のフローチャートの一例を示した図である。図１の工程で作製された試料の断面図である。本発明の電極を使用した際の逆方向電流のホットプレート上加熱温度依存性を示す図である。本発明の電極を使用した際のＤＬＴＳ温度掃引測定時のノイズ量のホットプレート上加熱温度依存性を示す図である。従来の電極形成工程のフローチャートの一例を示した図である。

以下、本発明についてＤＬＴＳ測定に関する部分を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。ＤＬＴＳの測定原理は、ショットキー接合またはｐ−ｎ接合に逆バイアス電圧を印加し、接合部に生じる空乏層を広げ、周期的なパルスの導入で変化する空乏層の静電容量変化（ΔＣ）を巧妙に測定し、そのΔＣの温度依存性から深い準位に関する情報を得るものである。具体的にはシリコンの場合、３００Ｋ以下の低温領域を掃引し、ピークが形成されれば、そのピークはある深い準位の存在を示す。その際、ピーク温度から大まかに深い準位のエネルギーが判明し、ピーク高さ（ΔＣ）が理論的に深い準位密度を示す。

したがって、電極の特性には、ショットキー接合の整流特性の良否を判断するリーク電流を小さくする必要があることに加え、温度掃引の間に発生し、評価したいピークの評価を妨害するさまざまなノイズも低減する必要がある。過去に報告例のあるいくつかの金属のうち、最も特性が良好と思われたＡｌ（アルミニウム）においても、ＤＬＴＳ信号のピーク値が１０^１０ｃｍ^−３程度の場合には、電極起因のノイズのため、深い準位を正確に測定することは困難であった。Ａｌ電極は、他の報告例にある金属と異なり、半導体シリコンウェーハとのショットキー接合を良好にするためには、極薄酸化膜を何らかの方法で形成後、その極薄酸化膜上に金属アルミニウムを真空蒸着することで、形成される必要がある。この酸化膜の存在や形成法が電極の特性（ショットキー接合の特性）に著しく影響を及ぼすことが知られている。本発明者はこの点を考慮し、良好な電極特性を得るため、または簡便に電極を形成する目的で酸化膜形成法を見出すべく検討を重ねた。その結果、硫酸と過酸化水素水の混合液のような溶液浸漬処理（湿式酸化）よりも簡便に薄い表面酸化膜を形成する方法に想到し、本発明を完成させた。

ここで、図１に本発明における電極形成工程のフローチャートを示す。また、図５に、本発明の比較例として、特許文献１の手法における電極形成工程のフローチャートを示す。図１と図５において、互いに同じ工程には同一の符号を付している。図１と図５を比較すると、Ｓ４、Ｓ４’の工程が異なっており、それ以外は同じである。

以下、図５の工程と対比しつつ、図１の工程を説明すると、先ず、ＤＬＴＳの測定対象となる半導体シリコンウェーハ（試料）を準備する（Ｓ１）。準備する半導体シリコンウェーハの導電型はｐ型とし、導電型以外の特性（結晶方位、抵抗率、直径など）は特に限定はない。次に、既に測定対象元素が導入、または汚染されている半導体シリコンウェーハに対し、測定対象元素の準位を形成しておく必要がある場合には、準位形成のための熱処理を施す（Ｓ２）。この熱処理の温度や時間は、どの元素の準位を形成するかなどを考慮して設定されるが、例えば特許文献３に記載のように３００℃〜１１００℃で数分から数時間の高温熱処理を行う。なお、準位を形成する必要がない場合には、Ｓ２の熱処理を省略しても良い。なお、Ｓ２の工程が本発明における他目的熱処理工程に相当する。

次に、半導体シリコンウェーハの表面に、ＨＦ（フッ化水素酸）処理を施すことで、その表面の洗浄を行う（Ｓ３）。この際、表面の自然酸化膜等の酸化膜が除去できるのであれば、ＨＦの濃度や時間は任意でよい。これにより、Ｓ２で準位形成のための熱処理を行った場合には、ＨＦ処理によりその酸化膜も除去される。なお、Ｓ３の工程が本発明における洗浄工程に相当する。

その後、Ａｌをショットキー接合の電極として使用するために必要な酸化膜、言い換えると、半導体シリコンウェーハとＡｌ電極とのショットキー接合を良好にするために必要な酸化膜をあらためて形成する（Ｓ４）。具体的には、図５の従来法では、ＳＣ１洗浄や硫酸と過酸化水素水の混合液を用いた湿式酸化を行うのに対し（Ｓ４’）、Ｓ４では、ホットプレートを用いて大気中で半導体シリコンウェーハを熱処理（加熱）することで、半導体シリコンウェーハ上に薄い酸化膜（例えば数オングストローム程度の厚さの酸化膜）を形成する。なお、Ｓ４における熱処理温度や熱処理時間の詳細は、図３、図４を参照して後述するが、Ｓ４では、Ｓ２における熱処理温度よりも低温（具体的には２５０℃以下）の熱処理を行う。なお、Ｓ４の工程が本発明における酸化熱処理工程に相当する。

その後、Ｓ４で形成された酸化膜上に、Ａｌ（金属アルミニウム）の粉末を蒸着種とした真空蒸着によりＡｌ電極（ショットキー電極）を形成する（Ｓ５）。この真空蒸着法では、例えば抵抗加熱法を用いることができるが、電子銃を用いた方法であっても同様に良好な電極を形成することができる。なお、Ｓ５の工程が本発明における電極形成工程に相当する。その後、半導体シリコンウェーハの裏面全面に、Ｇａ（ガリウム）などを用いたオーミック電極を形成する（Ｓ６）。以上で、ＤＬＴＳ測定のための試料が完成する。

図２は、図１の電極形成工程により作製された試料の断面図を示している。図２の試料１は、ｐ型の半導体シリコンウェーハ２と、その表面上に形成された薄い酸化膜３と、その酸化膜３上に形成されたＡｌ電極４とを備える形で構成される。試料１は、外観上は、図５の電極形成工程により作製された試料と同様である。しかし、それらの作製法（特に、薄い酸化膜の形成方法）が異なるとともに、後述する図３、図４、実施例で示すように、作製された試料におけるショットキー接合の特性（リーク電流、ノイズ）が、図１の試料１と、図５の電極形成工程により作製された試料とで異なる。なお、図２における酸化膜３及びＡｌ電極４が本発明の電極構造に相当する。

こうして作製したＤＬＴＳ測定用の試料（図２の試料１）を用いて、−５Ｖの印加電圧における逆方向電流（Ａｌ電極、裏面電極間に−５Ｖの逆方向電圧を印加したときに試料に流れる電流）を測定した。その測定においては、図１のＳ４における熱処理温度を１００℃〜２００℃の範囲で変化させるとともに、Ｓ４の熱処理時間として５分と１０分の２つの時間を設定した。その測定結果を図３に示す。図３では、ホットプレート上加熱で形成した酸化膜の特性を判断するために、ホットプレートによる加熱温度（図１のＳ４における熱処理温度）の依存性の形で、熱処理時間が５分におけるリーク電流（□のライン）と、１０分におけるリーク電流（▲のライン）とを示している。図３のリーク電流値は、図５の工程で作製された試料（従来法の試料）におけるリーク電流値を１とした場合の割合で示している。

逆方向電流（リーク電流）は小さいほどショットキー特性が良いと判断できるが、図３に示すように、１５０℃〜２００℃の熱処理を施すと、熱処理時間に関わらずリーク電流は１を下回り、従来法よりもホットプレートを用いた本発明の方が良好であることがわかる。詳細に判断すると、１００℃〜２００℃の範囲では１５０℃が最適とわかる。つまり１５０℃でリーク電流は最も小さくなり、熱処理時間が５分、１０分ともにリーク電流値は０．５程度の値となる。さらに、熱処理時間を５分から１０分に延ばすと、さらに逆方向電流は小さくなる。すなわち、熱処理時間は１０分の場合では、１００℃〜２００℃のいずれの温度においてもリーク電流は１を下回る。また、熱処理時間が５分の場合では、１００℃では従来法のリーク電流と同等レベル、つまりリーク電流≒１となるものの、１００℃以外の温度ではリーク電流は１を下回る。

さらに、図１の工程により作製したＤＬＴＳ測定用の試料を用いて、ＤＬＴＳの温度掃引測定を行い、その最中に検出されたピーク以外の部分のノイズ量を測定した。この測定においては、図３の測定と同様に、熱処理温度を１００℃〜２００℃の範囲で変化させるとともに、５分と１０分の２つの熱処理時間を設定した。その測定結果を図４に示す。図４のノイズ量も従来法（図５の工程）で作製された試料におけるノイズ量を１とした場合の割合で求め、ホットプレート加熱温度の依存性として示している。

ノイズ量が小さいほどＤＬＴＳ測定用のショットキー接合として良好と判断できる。図４に示すように、熱処理時間が５分、１０分ともに、２００℃では従来法よりもノイズ量が若干多くなったものの、１００℃〜１５０℃ではノイズ量は１を下回り、従来法よりも良好であることがわかる。詳細には、熱処理時間が５分の場合では、１００℃では従来法より若干ノイズ量が小さく、１５０℃でノイズ量が最小（ノイズ量が０．５未満）となった。また、熱処理時間が１０分の場合では、２００℃では上述したように従来法よりもノイズ量が若干多くなったものの、１００℃〜１５０℃では従来法よりも少ない値（０．７５程度）となった。このことから、ノイズ量に関しては１５０℃が最適と判断できる。また、熱処理時間の違いで比較すると、熱処理時間を５分から１０分に延長すると、１５０℃〜２００℃ではノイズ量は増加する傾向があることがわかり、長時間熱処理も良くないと判断できる。

図３、図４の結果から、逆方向電流（リーク電流）とノイズ量の両方をほどよく満たす条件として、最終的に１５０℃で５分〜１０分が最適と判断できる。つまり、図１のＳ４の酸化熱処理工程においては、１５０℃で５分〜１０分の熱処理を施すのが最も好ましい。ただし、図３、図４の結果では、１００℃〜１５０℃の範囲では、逆方向電流（リーク電流）及びノイズ量は、従来法と同等レベルかそれよりも良好となるので、酸化熱処理工程では５分〜１０分程度で１００℃〜１５０℃の熱処理を施しても良い。また、図３のリーク電流だけを考慮すると、１００℃〜２００℃の範囲では、逆方向電流は従来法と同等レベルかそれよりも良好となるので、酸化熱処理工程では５分〜１０分程度で１００℃〜２００℃の熱処理を施しても良い。

さらに言うと、図３、図４の温度測定範囲（１００℃〜２００℃）の±５０℃の温度範囲、つまり５０℃〜２５０℃の熱処理を施しても良い。図４の結果から、２００℃〜２５０℃では、従来法に比べて若干ノイズ量が多くなると予想されるが、半導体シリコンウェーハとＡｌ電極の間に薄い酸化膜を介在させない構成に比べると、ショットキー接合の特性（逆方向電流、ノイズ量等）は良好になる。

以上をまとめると、酸化熱処理工程においては、ショットキー接合を良好にするための薄い酸化膜を形成できるのであればどのような熱処理時間、熱処理温度でも良く、好ましくは、５分〜１０分程度で５０℃〜２５０℃、より好ましくは１００℃〜２００℃、より好ましくは１００℃〜１５０℃、最も好ましくは１５０℃の大気中熱処理を施すのが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、ホットプレートを用いた大気中熱処理（酸化熱処理）により形成された薄い酸化膜を介して、半導体シリコンウェーハ上にＡｌ電極を形成しているので、半導体シリコンウェーハ上に直接Ａｌ電極を形成する構成に比べて良好なショットキー接合を簡便に形成できる。また、酸化熱処理の条件を１５０℃、５分〜１０分とすることで、湿式酸化による手法に比べて良好なショットキー接合を簡便に形成できる。

本発明の効果を確認するため、以下の実験を行った。この実験は図３、図４の結果を得るための実験である。

（比較例１）
ＣＺ法により、直径６インチ、初期酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ換算）、方位＜１００＞、ｐ型１０Ωｃｍの結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／分）で引き上げた。この結晶棒を加工して半導体シリコンウェーハとした。この半導体シリコンウェーハを１５×１５ｍｍ^２の大きさに切り出し、ＨＦ処理により表裏面の酸化膜を除去した。その後、半導体シリコンウェーハを硫酸と過酸化水素水の混合液に浸し、表裏面の不純物除去と酸化膜形成とを行い、その試料表面にＡｌを直径１ｍｍφのサイズでショットキー電極として真空蒸着した。この試料裏面にＧａを塗り付け、オーミック電極を形成し、ＤＬＴＳで−５Ｖの逆バイアス条件で逆方向電流測定を行い、３００Ｋから３０Ｋの範囲の温度掃引測定を行った。その測定で得られた逆方向電流とノイズ量（ピーク以外の部分のノイズ量）とを求め、それらを下記実施例１〜４との比較を行う上での基準値とした。

（実施例１）
ＣＺ法により、直径６インチ、初期酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ換算）、方位＜１００＞、ｐ型１０Ωｃｍの結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／分）で引き上げた。この結晶棒を加工して半導体シリコンウェーハとした。この半導体シリコンウェーハを１５×１５ｍｍ^２の大きさに切り出し、ＨＦ処理により表裏面の酸化膜を除去した。その後、ホットプレートを用いて、１００℃、５分の大気中熱処理で酸化膜形成を行い、その試料表面にＡｌを直径１ｍｍφのサイズでショットキー電極として真空蒸着した。この試料裏面にＧａを塗り付け、オーミック電極を形成し、ＤＬＴＳで−５Ｖの逆バイアス条件で逆方向電流測定を行い、３００Ｋから３０Ｋの範囲の温度掃引測定を行った。その測定で得られた逆方向電流値を上記比較例１で求めた値で除したところ、１．０６となり、比較例１とほぼ同等の値となった。同様にノイズ量を求めたところ１となり、比較例１と全く同じになった。この実施利１の結果は、図３、図４の熱処理時間が５分、温度が１００℃における点として示している。

（実施例２）
ＣＺ法により、直径６インチ、初期酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ換算）、方位＜１００＞、ｐ型１０Ωｃｍの結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／分）で引き上げた。この結晶棒を加工して半導体シリコンウェーハとした。この半導体シリコンウェーハを１５×１５ｍｍ^２の大きさに切り出し、ＨＦ処理により表裏面の酸化膜を除去した。その後、ホットプレートを用いて、２００℃、５分の大気中熱処理で酸化膜形成を行い、その試料表面にＡｌを直径１ｍｍφのサイズでショットキー電極として真空蒸着した。この試料裏面にＧａを塗り付け、オーミック電極を形成し、ＤＬＴＳで−５Ｖの逆バイアス条件で逆方向電流測定を行い、３００Ｋから３０Ｋの範囲の温度掃引測定を行った。その測定で得られた逆方向電流値を上記比較例１で求めた値で除したところ、０．９４となり、比較例１とほぼ同等の値となった。同様にノイズ量を求めたところ１．５６となり、比較例１より若干大きな値になった。この実施例２の結果は、図３、図４の熱処理時間が５分、温度が２００℃における点として示している。

（実施例３）
ＣＺ法により、直径６インチ、初期酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ換算）、方位＜１００＞、ｐ型１０Ωｃｍの結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／分）で引き上げた。この結晶棒を加工して半導体シリコンウェーハとした。この半導体シリコンウェーハを１５×１５ｍｍ^２の大きさに切り出し、ＨＦ処理により表裏面の酸化膜を除去した。その後、ホットプレートを用いて、１５０℃、５分の大気中熱処理で酸化膜形成を行い、その試料表面にＡｌを直径１ｍｍφのサイズでショットキー電極として真空蒸着した。この試料裏面にＧａを塗り付け、オーミック電極を形成し、ＤＬＴＳで−５Ｖの逆バイアス条件で逆方向電流測定を行い、３００Ｋから３０Ｋの範囲の温度掃引測定を行った。その測定で得られた逆方向電流値を上記比較例１で求めた値で除したところ、０．５９となり、比較例１よりかなり小さく、良好なショットキー電極とわかった。同様にノイズ量を求めたところ０．５０となり、ノイズ量も比較例１より小さく良好であった。この実施例３の結果は、図３、図４の熱処理時間が５分、温度が１５０℃における点として示している。

（実施例４）
ＣＺ法により、直径６インチ、初期酸素濃度１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ換算）、方位＜１００＞、ｐ型１０Ωｃｍの結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／分）で引き上げた。この結晶棒を加工して半導体シリコンウェーハとした。この半導体シリコンウェーハを１５×１５ｍｍ^２の大きさに切り出し、ＨＦ処理により表裏面の酸化膜を除去した。その後、ホットプレートを用いて、１５０℃、１０分の大気中熱処理で酸化膜形成を行い、その試料表面にＡｌを直径１ｍｍφのサイズでショットキー電極として真空蒸着した。この試料裏面にＧａを塗り付け、オーミック電極を形成し、ＤＬＴＳで−５Ｖの逆バイアス条件で逆方向電流測定を行い、３００Ｋから３０Ｋの範囲の温度掃引測定を行った。その測定で得られた逆方向電流値を上記比較例１で求めた値で除したところ、０．５３となり、比較例１よりかなり小さく、良好なショットキー電極とわかった。同様にノイズ量を求めたところ０．７４となり、ノイズ量も比較例１より小さいものの、実施例３よりはやや悪化した。この実施例４の結果は、図３、図４の熱処理時間が１０分、温度が１５０℃における点として示している。

以上より、酸化熱処理の条件を１５０℃、５分〜１０分とするのが最適であることが分かった。また、実施例の方法で形成した電極は、従来法に対し、半導体シリコンウェーハ中に存在する真の深い準位を高感度に測定できることが判る。上述したように、５０℃〜２５０℃で酸化熱処理を行うことで、湿式酸化の手法に比べて簡便に半導体シリコンウェーハ上に薄い酸化膜を形成できるとともに、その酸化膜上にＡｌ電極を形成することで、酸化膜を介在させない構成に比べて、ショットキー接合を良好にできるという特有の効果があるからである。

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。例えば、上記実施形態では、ＤＬＴＳ測定用のショットキー接合の形成に本発明を適用した例を説明したが、ＤＬＴＳ測定以外の電気特性評価（例えば、Ｃ−Ｖ測定）のためのショットキー接合に本発明を適用しても良い。

１試料
２半導体シリコンウェーハ
３酸化膜
４Ａｌ電極

Claims

ｐ型の半導体シリコンウェーハとＡｌの電極とのショットキー接合を利用して前記半導体シリコンウェーハの電気特性を評価するために用いる試料における前記電極の形成方法であって、
前記半導体シリコンウェーハ上に、前記半導体シリコンウェーハと前記電極とのショットキー接合を良好にするために必要な酸化膜を、前記半導体シリコンウェーハを大気中で５０℃〜２５０℃で熱処理することにより形成する酸化熱処理工程と、
その酸化熱処理工程で形成された前記酸化膜上に、Ａｌを蒸着種とした真空蒸着により前記電極を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする電極の形成方法。
前記半導体シリコンウェーハに対して、前記酸化膜の形成以外の所定目的で熱処理を施す他目的熱処理工程と、
その他目的熱処理工程を実施した後の前記半導体シリコンウェーハ上を洗浄する洗浄工程とをさらに含み、
前記酸化熱処理工程は、前記洗浄工程を実施した後の前記半導体シリコンウェーハに対して大気中で熱処理を施す工程であることを特徴とする請求項１に記載の電極の形成方法。
前記他目的熱処理工程では、前記半導体シリコンウェーハ中の所定元素の準位を形成するための熱処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の電極の形成方法。
前記他目的熱処理工程では、前記半導体シリコンウェーハ中の所定の不純物をゲッタリングするための熱処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の電極の形成方法。
前記酸化熱処理工程では、５分〜１０分の熱処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電極の形成方法。