JP7056609B2 - Semiconductor wafer for resistivity calibration for use in CV measurement and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor wafer for resistivity calibration for use in CV measurement and its manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、半導体ウェーハ主表面に空乏層を形成させて該空乏層の容量(以下、空乏層容量という。)の印加電圧依存性(以下CV特性という。)を測定することにより半導体ウェーハのドーパント濃度を測定し、その値から抵抗率に換算する方法において、得られた抵抗率を校正するための抵抗率校正用半導体ウェーハ及びその作製方法に関する。 In the present invention, a depletion layer is formed on the main surface of a semiconductor wafer, and the applied voltage dependence (hereinafter referred to as CV characteristic) of the capacity of the depletion layer (hereinafter referred to as the depletion layer capacity) is measured to measure the dopant of the semiconductor wafer. In a method of measuring a concentration and converting the value into a resistance, the present invention relates to a semiconductor wafer for resistance calibration for calibrating the obtained resistance and a method for manufacturing the same.

半導体ウェーハの電気特性を評価するため、ウェーハ主表面に空乏層を形成させて、該空乏層の容量を測定する方法が一般的に行われている。例えば、前記電気特性のひとつである抵抗率は、半導体ウェーハのドーパント濃度を測定し換算することによって得られるが、そのドーパント濃度の深さ方向の分布は、CV特性を測定することによって得られる(例えば、非特許文献1。)。 In order to evaluate the electrical characteristics of a semiconductor wafer, a method of forming a depletion layer on the main surface of the wafer and measuring the capacity of the depletion layer is generally performed. For example, resistivity, which is one of the electrical characteristics, is obtained by measuring and converting the dopant concentration of a semiconductor wafer, and the distribution of the dopant concentration in the depth direction is obtained by measuring the CV characteristics ( For example, Non-Patent Document 1).

図4は、従来のCV特性測定装置の概略図である。この図を用いて、CV特性の測定方法を説明する。まず、測定対象のウェーハ101を、裏面電極となる金属製のステージ103に載置する。ステージ103には、真空ポンプ109に接続された真空吸着穴110が形成されており、ウェーハ101は真空吸着穴110に真空吸着されることにより固定される。測定対象のウェーハ101は鏡面ウェーハ、エピタキシャルウェーハなどいずれであってもよく、ここでは通常の鏡面ウェーハを測定対象ウェーハとした場合を示している。 FIG. 4 is a schematic diagram of a conventional CV characteristic measuring device. A method of measuring CV characteristics will be described with reference to this figure. First, the wafer 101 to be measured is placed on a metal stage 103 that serves as a back surface electrode. A vacuum suction hole 110 connected to the vacuum pump 109 is formed in the stage 103, and the wafer 101 is fixed by being vacuum sucked in the vacuum suction hole 110. The wafer 101 to be measured may be a mirror surface wafer, an epitaxial wafer, or the like, and here, a case where a normal mirror surface wafer is used as a measurement target wafer is shown.

ウェーハ101の表面にはショットキー電極102が形成されている。ショットキー電極102は、p型シリコンエピタキシャルウェーハの場合には、一般に市販されている真空蒸着装置を用いて、例えば、サマリウムを真空蒸着することにより形成できる。なお、本測定を行うCV特性測定装置100は、測定中に発生する電気的ノイズを防止するために、被測定物がアース電位になるように設定したシールドボックス108内に設置する。 A shot key electrode 102 is formed on the surface of the wafer 101. In the case of a p-type silicon epitaxial wafer, the Schottky electrode 102 can be formed by vacuum-depositing samarium, for example, using a commercially available vacuum vapor deposition apparatus. The CV characteristic measuring device 100 for performing this measurement is installed in a shield box 108 set so that the object to be measured has an earth potential in order to prevent electrical noise generated during the measurement.

次に、ウェーハ101の主表面に形成されたショットキー電極102に測定用プローブ104を接触させる。プローブ104には、キャパシタンスメーター105とパルス電圧発生器106が接続されており、該キャパシタンスメーター105と該パルス電圧発生器106は制御用コンピュータ107に接続されている。CV特性の測定はパルス電圧発生器106で階段状に変化する電圧を発生させ、該電圧を、ショットキー電極102に接触するプローブ104を通してウェーハ101に印加しながら、キャパシタンスメーター105で、ウェーハ101内部に拡がる空乏層111の空乏層容量を測定することにより行う。 Next, the measuring probe 104 is brought into contact with the shotkey electrode 102 formed on the main surface of the wafer 101. A capacitance meter 105 and a pulse voltage generator 106 are connected to the probe 104, and the capacitance meter 105 and the pulse voltage generator 106 are connected to a control computer 107. In the measurement of CV characteristics, a pulse voltage generator 106 generates a stepwise changing voltage, and the voltage is applied to the wafer 101 through a probe 104 in contact with the Schottky electrode 102, while the capacitance meter 105 inside the wafer 101. This is done by measuring the depletion layer capacity of the depletion layer 111 that spreads to.

一般に、印加電圧と空乏層容量の変化量には以下の関係式が成り立つ(例えば、非特許文献2。)。

Figure 0007056609000001
ここで、N(W)は深さWにおけるシリコンウェーハ中のドーパント濃度、qは電荷素量、εSiはシリコンの誘電率、Vは印加電圧、Cは空乏層容量、Aはショットキー電極面積である。すなわち、印加電圧Vに対してd(C-2)/dVをプロットすることにより、シリコンウェーハ中のドーパント濃度(抵抗率)の深さ方向の分布(プロファイル)を測定する。その際、印加する電圧はショットキー接合に対して逆バイアスになるようにする。すなわち、p型シリコン単結晶ウェーハの場合は、正の電圧を印加することによりシリコン内部に空乏層が拡がる。空乏層の深さ方向の幅は印加する電圧に比例して大きくなるため、印加電圧を変化させることで深さ方向の情報を得ることができる。なお、この測定は、ウェーハ表面に酸化膜を形成し、その上に電極を形成した、いわゆるMOS(Metal Oxide Semiconductor)構造のウェーハに対しても可能である。一般的に、ドーパント濃度から抵抗率、または、抵抗率からドーパント濃度への換算は、公知の換算式(非特許文献4)を用いて換算することができる。 In general, the following relational expression holds for the applied voltage and the amount of change in the depletion layer capacity (for example, Non-Patent Document 2).
Figure 0007056609000001
Here, N (W) is the dopant concentration in the silicon wafer at the depth W, q is the charge element amount, ε Si is the dielectric constant of silicon, V is the applied voltage, C is the depletion layer capacity, and A is the Schottky electrode area. Is. That is, by plotting d (C -2 ) / dV with respect to the applied voltage V, the distribution (profile) of the dopant concentration (resistivity) in the silicon wafer in the depth direction is measured. At that time, the applied voltage is set to have a reverse bias with respect to the Schottky junction. That is, in the case of a p-type silicon single crystal wafer, the depletion layer expands inside the silicon by applying a positive voltage. Since the width of the depletion layer in the depth direction increases in proportion to the applied voltage, information in the depth direction can be obtained by changing the applied voltage. This measurement is also possible for a wafer having a so-called MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure in which an oxide film is formed on the surface of the wafer and electrodes are formed on the oxide film. Generally, the conversion from the dopant concentration to the resistivity or from the resistivity to the dopant concentration can be converted using a known conversion formula (Non-Patent Document 4).

これらの原理に基づいてウェーハの抵抗率を測定する場合に、予め、周知の抵抗率測定方法により求められた抵抗率が既知のウェーハ(以下、抵抗率校正用ウェーハという。)をCV測定することにより得られたドーパント濃度の測定値と既知の抵抗率との関係を把握し、校正曲線を作成しておく必要がある。その後、被測定ウェーハのCV測定から得られたドーパント濃度(抵抗率)を、上記校正曲線を用いて換算することにより正規の抵抗率を得る。
抵抗率校正用ウェーハとしては、例えば、4探針法(非特許文献3に記載の方法)で抵抗率を測定し、抵抗率決めした半導体ウェーハを用いることができる。
When measuring the resistivity of a wafer based on these principles, CV measurement is performed on a wafer having a known resistivity (hereinafter referred to as a resistivity calibration wafer) obtained in advance by a well-known resistivity measuring method. It is necessary to understand the relationship between the measured value of the dopant concentration obtained by the above and the known resistivity, and to prepare a calibration curve. Then, the dopant concentration (resistivity) obtained from the CV measurement of the wafer to be measured is converted using the above calibration curve to obtain a normal resistivity.
As the resistivity calibration wafer, for example, a semiconductor wafer whose resistivity is determined by measuring the resistivity by a four-probe method (method described in Non-Patent Document 3) can be used.

宇佐美晶編集「半導体デバイス工程評価技術」リアライズ社(1990年9月11日発行)、p38-p44Edited by Akira Usami "Semiconductor Device Process Evaluation Technology" Realize Co., Ltd. (issued on September 11, 1990), p38-p44 コロナ社 昭和57年3月15日 初版 結晶の評価 (著者:伊藤 糾次、大塚 直夫)、p243-p246Corona Publishing Co., Ltd. March 15, 1982 First Edition Crystal Evaluation (Authors: Shinji Ito, Nao Otsuka), p243-p246 SEMI MF84-0312(Reapproved 0718): Test Method for Measuring Resistivity of Silicon Wafers with an In-line Four-point ProbeSEMI MF84-0312 (Repproved 0718): Test Method for Measuring Resistivity of Silicon Wafers with an In-line Four-point Probe SEMI MF723-0307(Reapproved 0412): PRACTICE FOR CONVERSION BETWEEN RESISTIVITY AND DOPANT OR CARRIER DENSITY FOR BORON-DOPED, PHOSPHORUS-DOPED, AND ARSENIC-DOPED SILICONSEMI MF723-0307 (Reproaded 0412): PRACTICE FOR CONVERSION BETWEEEN RESISTIVITY AND DOPANT OR CARRIER DENSITY FOR BORON-DOPED, PHOSPHORUS-DOPED

上記のように、従来、被測定ウェーハのCV測定から得られたドーパント濃度(抵抗率)を、抵抗率校正用ウェーハを用いて作成した校正曲線により換算することで、正規の抵抗率を得ていた。しかしながら、4探針法で抵抗率を定めた抵抗率校正用ウェーハであって、かつ、拡がり抵抗法(SR法)で深さ方向の抵抗率が平坦(均一)であることが確認されたウェーハをCV測定した場合であっても、主に、抵抗率校正用ウェーハの抵抗率が高い場合には、CV測定で得られたドーパント濃度の深さ方向の分布は、ウェーハ表面からの深さとともに増加または減少した形状が測定されてしまう(すなわち、深さ方向の抵抗率が均一でないことを示す測定結果が得られてしまう)という問題点があった。この結果、CV測定の測定深さ位置が変わるとドーパント濃度が変わってしまい、ドーパント濃度を一意的に決定することができないという問題があった。 As described above, the normal resistivity is obtained by converting the dopant concentration (resistivity) obtained from the CV measurement of the wafer to be measured by the calibration curve created by using the resistivity calibration wafer. rice field. However, it is a resistivity calibration wafer whose resistivity is determined by the 4-probe method, and it is confirmed that the resistivity in the depth direction is flat (uniform) by the spreading resistance method (SR method). Even when the resistivity is measured by CV, mainly when the resistivity of the resistivity calibration wafer is high, the distribution of the dopant concentration in the depth direction obtained by the CV measurement is along with the depth from the wafer surface. There is a problem that the increased or decreased shape is measured (that is, the measurement result indicating that the resistivity in the depth direction is not uniform is obtained). As a result, there is a problem that the dopant concentration changes when the measurement depth position of the CV measurement changes, and the dopant concentration cannot be uniquely determined.

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、CV測定で得られたドーパント濃度の深さ方向の分布と他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布とが一致する抵抗率校正用半導体ウェーハを提供し、抵抗率の校正を正確に行なうことができる方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and is used for resistivity calibration in which the distribution of the dopant concentration in the depth direction obtained by CV measurement and the distribution of the dopant concentration in the depth direction by another measurement method match. It provides a semiconductor wafer and provides a method capable of accurately calibrating the resistivity.

上記目的を達成するために、本発明は、CV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハであって、
該抵抗率校正用半導体ウェーハをCV測定した際に空乏層が拡がる領域内において、前記CV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するものであることを特徴とするCV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention is a resistivity calibration semiconductor wafer for use in CV measurement.
In the region where the depletion layer expands when the semiconductor wafer for resistance calibration is measured by CV, the slope of the distribution of the dopant concentration measured by the CV measurement in the depth direction and the depth of the dopant concentration by another measuring method. Provided is a semiconductor wafer for resistance calibration for use in CV measurement, which is characterized in that the inclination of the distribution in the direction is consistent with the slope of the distribution.

このようなものであれば、CV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することが可能となり、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。 In such a case, the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction measured by the CV measurement and the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by other measurement methods match, so that the calibration is accurate. It becomes possible to create a curve, and the resistance can be calibrated accurately.

このとき、前記ドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦なものであることが好ましい。 At this time, it is preferable that the distribution of the dopant concentration in the depth direction is flat.

このようなものであれば、CV測定の測定深さ位置にかかわらず、ウェーハを他の測定方法で測定して得られた抵抗率を、CV測定の抵抗率として一意的に決定することができる。 In such a case, the resistivity obtained by measuring the wafer by another measuring method can be uniquely determined as the resistivity of the CV measurement regardless of the measurement depth position of the CV measurement. ..

このとき、前記CV測定における裏面電極と前記抵抗率校正用半導体ウェーハの裏面とがオーミック接触になるように、前記裏面に、前記抵抗率校正用半導体ウェーハのバルクと同一導電型のドーパント元素を、前記バルクよりも高濃度に含有する裏面高濃度不純物層を有するものであることが好ましい。 At this time, a dopant element having the same conductivity as the bulk of the resistivity calibrating semiconductor wafer is placed on the back surface so that the back electrode in the CV measurement and the back surface of the resistivity calibrating semiconductor wafer are in ohmic contact. It is preferable that the back surface has a high-concentration impurity layer contained in a higher concentration than the bulk.

このようなものであれば、CV測定において表面に形成される空乏層容量をより確実に正確に測定することができ、抵抗率の校正をより正確に行なうことができる。 With such a case, the depletion layer capacitance formed on the surface can be measured more reliably and accurately in the CV measurement, and the resistivity can be calibrated more accurately.

また、このとき、前記裏面高濃度不純物層の抵抗率が0.1Ωcm以下のものであることが好ましい。 At this time, it is preferable that the resistivity of the high-concentration impurity layer on the back surface is 0.1 Ωcm or less.

このようなものであれば、CV測定における裏面電極と抵抗率校正用半導体ウェーハの裏面とを、より確実にオーミック接触となるようにすることができる。 With such a case, it is possible to more reliably make ohmic contact between the back surface electrode in the CV measurement and the back surface of the resistivity calibration semiconductor wafer.

また、本発明は、CV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法であって、
半導体ウェーハを準備する工程と、
該準備した半導体ウェーハから異なる面積のサンプルウェーハを切り出す工程と、
該切り出したサンプルウェーハを用いてCV測定を行う工程と、
該CV測定において、前記サンプルウェーハ毎に得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと前記サンプルウェーハの面積との関係に基づいて、前記得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを抵抗率校正用半導体ウェーハとして作製することを特徴とするCV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法を提供する。
Further, the present invention is a method for manufacturing a semiconductor wafer for resistivity calibration for use in CV measurement.
The process of preparing a semiconductor wafer and
The process of cutting out sample wafers of different areas from the prepared semiconductor wafers,
The process of performing CV measurement using the cut out sample wafer and
In the CV measurement, the slope of the distribution of the obtained dopant concentration in the depth direction is based on the relationship between the slope of the distribution of the dopant concentration obtained for each sample wafer in the depth direction and the area of the sample wafer. The minimum area of the sample wafer that matches the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by other measurement methods is obtained, and the semiconductor wafer having an area larger than that area is manufactured as a semiconductor wafer for resistance calibration. Provided is a method for manufacturing a semiconductor wafer for resistance calibration for use in CV measurement.

このような方法であれば、作製されたウェーハのCV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することが可能となり、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。 With such a method, the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction measured by the CV measurement of the manufactured wafer and the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by other measurement methods match. Therefore, it is possible to create an accurate calibration curve, and it is possible to accurately calibrate the resistance.

このとき、前記準備する半導体ウェーハをドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦であるウェーハとすることが好ましい。 At this time, it is preferable that the semiconductor wafer to be prepared is a wafer in which the distribution of the dopant concentration in the depth direction is flat.

このような方法であれば、作製されたウェーハのCV測定の測定深さ位置にかかわらず、ウェーハを他の測定方法で測定して得られた抵抗率を、CV測定の抵抗率として一意的に決定することができる。 With such a method, the resistivity obtained by measuring the wafer by another measurement method is uniquely used as the resistivity of the CV measurement regardless of the measurement depth position of the CV measurement of the manufactured wafer. Can be decided.

本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハであれば、CV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することが可能となり、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。 In the case of the semiconductor wafer for resistance calibration of the present invention, the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction measured by CV measurement coincides with the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by another measurement method. Therefore, it is possible to create an accurate calibration curve, and it is possible to accurately calibrate the resistance.

本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the semiconductor wafer for resistivity calibration of this invention. 本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法の一例の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of an example of the manufacturing method of the semiconductor wafer for resistivity calibration of this invention. 実施例2及び比較例1のドーパント濃度プロファイル測定結果を示す図である。It is a figure which shows the dopant concentration profile measurement result of Example 2 and the comparative example 1. FIG. 従来のCV特性測定装置の概略図である。It is a schematic diagram of the conventional CV characteristic measuring apparatus.

上記のように、深さ方向の抵抗率が均一(平坦)であることが確認されたウェーハをCV測定した場合であっても、主に、抵抗率校正用ウェーハの抵抗率が高い場合(例えば10Ω・cm以上)には、CV測定の測定深さ位置が変わるとドーパント濃度が変わってしまい、ドーパント濃度(抵抗率)を一意的に決定することができないという問題があった。 As described above, even when the resistivity in the depth direction is confirmed to be uniform (flat) by CV measurement, mainly when the resistivity of the resistivity calibration wafer is high (for example). (10 Ω · cm or more) has a problem that the dopant concentration changes when the measurement depth position of the CV measurement changes, and the dopant concentration (resistivity) cannot be uniquely determined.

[抵抗率校正用半導体ウェーハ]
本発明者は、創意工夫を重ねた結果、CV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するものであれば、ドーパント濃度を一意的に決定することができ、抵抗率校正用半導体ウェーハとして好適に利用できるものとなることを見出し、本発明を完成させるに至った。
[Semiconductor wafer for resistivity calibration]
As a result of repeated ingenuity, the present inventor matches the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction measured by CV measurement with the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by another measurement method. If this is the case, it has been found that the dopant concentration can be uniquely determined and can be suitably used as a semiconductor wafer for resistance calibration, and the present invention has been completed.

即ち、本発明は、CV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハであって、
該抵抗率校正用半導体ウェーハをCV測定した際に空乏層が拡がる領域内において、前記CV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するものであることを特徴とするCV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハである。
That is, the present invention is a resistivity calibration semiconductor wafer for use in CV measurement.
In the region where the depletion layer expands when the semiconductor wafer for resistance calibration is measured by CV, the slope of the distribution of the dopant concentration measured by the CV measurement in the depth direction and the depth of the dopant concentration by another measuring method. It is a semiconductor wafer for resistivity calibration for use in CV measurement, which is characterized in that the inclination of the distribution in the direction is the same.

このようなものであれば、CV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することができ、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。 In such a case, the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction measured by the CV measurement and the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by other measurement methods match, so that the calibration is accurate. Curves can be created and the resistance can be calibrated accurately.

このとき、ドーパント濃度の深さ方向の分布は平坦なものであることが好ましい。このようなものであれば、ドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦(傾きがほぼゼロである)、すなわち、深さ方向のドーパント濃度がほぼ一定(好ましくは±3%程度のバラツキ)であることを意味するので、CV測定の測定深さ位置にかかわらず、ウェーハ表面を4探針法で測定して得られた抵抗率を、CV測定の抵抗率として一意的に決定することができる。 At this time, it is preferable that the distribution of the dopant concentration in the depth direction is flat. In such a case, the distribution of the dopant concentration in the depth direction is flat (the slope is almost zero), that is, the dopant concentration in the depth direction is almost constant (preferably a variation of about ± 3%). Therefore, regardless of the measurement depth position of the CV measurement, the resistance obtained by measuring the wafer surface by the four-probe method can be uniquely determined as the resistance of the CV measurement.

このとき、前記CV測定における裏面電極と前記抵抗率校正用半導体ウェーハの裏面とがオーミック接触になるように、前記裏面に、前記抵抗率校正用半導体ウェーハのバルクと同一導電型のドーパント元素を、前記バルクよりも高濃度に含有する裏面高濃度不純物層を有するものであることが好ましい。 At this time, a dopant element having the same conductivity as the bulk of the resistivity calibrating semiconductor wafer is placed on the back surface so that the back electrode in the CV measurement and the back surface of the resistivity calibrating semiconductor wafer are in ohmic contact. It is preferable that the back surface has a high-concentration impurity layer contained in a higher concentration than the bulk.

抵抗率が高いウェーハをCV測定した場合、実際のドーパント濃度の深さ方向の分布が均一であっても、CV測定で得られるドーパント濃度が深さとともに増加または減少した分布が測定されてしまう原因としては、ウェーハの抵抗率が高いために、該ウェーハ表面側に形成したショットキー電極下に形成される空乏層容量Cdと直列に生じる直列抵抗Rsの影響、あるいは、空乏層容量Cdと直列に裏面側に形成された空乏層容量Cbとの合成容量を測定することになり、Cdだけを正しく測定できないことが考えられる。 When CV measurement is performed on a wafer with high resistivity, even if the actual dopant concentration distribution in the depth direction is uniform, the cause is that the dopant concentration obtained by CV measurement increases or decreases with depth. Because the resistivity of the wafer is high, the influence of the series resistance Rs generated in series with the depletion layer capacitance Cd formed under the shotkey electrode formed on the wafer surface side, or in series with the depletion layer capacitance Cd. The combined capacitance with the depletion layer capacitance Cb formed on the back surface side will be measured, and it is conceivable that only Cd cannot be measured correctly.

これについて、本発明者が鋭意検討した結果、被測定ウェーハの面積が大きい程、ドーパント濃度の深さ方向の傾きは小さくなり、最終的にある面積以上になると、完全に平坦なドーパントプロファイルが得られることを見出した。一方、ウェーハの厚さを薄くしてもドーパント濃度の傾きは小さくならないことを見出した。 As a result of diligent studies by the present inventor, the larger the area of the wafer to be measured, the smaller the inclination of the dopant concentration in the depth direction, and finally, when the area exceeds a certain area, a completely flat dopant profile is obtained. I found that it was possible. On the other hand, it has been found that the slope of the dopant concentration does not decrease even if the thickness of the wafer is reduced.

直列抵抗Rsの影響であれば、ウェーハ厚さを薄くすればRsは小さくなるため、ウェーハ厚が薄くなるほどドーパント濃度の傾きは小さくなる筈であることから、ドーパント濃度の深さ方向の分布が傾く原因は、図4に示すCV特性測定装置の裏面電極(ステージ)103と抵抗率校正用半導体ウェーハの接触がオーミック接触とはならないために、該抵抗率校正用半導体ウェーハ裏面に空乏層が形成され、上記抵抗率校正用半導体ウェーハ表面側に形成したショットキー電極下に形成される空乏層容量Cdと直列に裏面側に形成された空乏層容量Cbとの合成容量を測定することになり、Cdだけを正しく測定できないことが原因であることを見出した。 In the case of the influence of the series resistance Rs, since Rs becomes smaller as the wafer thickness becomes thinner, the gradient of the dopant concentration should become smaller as the wafer thickness becomes thinner, so that the distribution of the dopant concentration in the depth direction becomes inclined. The cause is that the contact between the back surface electrode (stage) 103 of the CV characteristic measuring device shown in FIG. 4 and the semiconductor wafer for resistance calibration does not become ohmic contact, so that a depletion layer is formed on the back surface of the semiconductor wafer for resistance calibration. , The combined capacity of the depletion layer capacity Cd formed under the shotkey electrode formed on the front surface side of the semiconductor wafer for resistance calibration and the depletion layer capacity Cb formed on the back surface side in series with each other is measured. It was found that the cause was that only the measurement could not be performed correctly.

前述のように、表面に形成された空乏層容量Cdと裏面に形成される空乏層容量Cbは直列成分であり、測定される容量Cmは、

1/Cm=1/Cd+1/Cb・・・・・(3)

となる。
As described above, the depletion layer capacity Cd formed on the front surface and the depletion layer capacity Cb formed on the back surface are series components, and the measured capacity Cm is

1 / Cm = 1 / Cd + 1 / Cb ... (3)

Will be.

上記(3)式から明確なように、Cdに比べてCbが十分大きくなれば、より具体的には、好ましくは、百倍以上になれば、Cm≒Cdとなるため正確なCdを測定可能となる。すなわち、裏面に形成される空乏層容量の影響が無視できる。 As is clear from the above equation (3), if Cb is sufficiently larger than Cd, more specifically, preferably, if it is 100 times or more, Cm≈Cd, so that accurate Cd can be measured. Become. That is, the influence of the depletion layer capacity formed on the back surface can be ignored.

このように、正確なCdの測定が可能になれば、CV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、SR法やSIMS法などの他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致することになるため、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。
なお、本発明における傾きの一致は、両者の傾きの差異が±5%以内であることが好ましい。
In this way, if accurate Cd measurement becomes possible, the slope of the distribution of the dopant concentration measured by CV measurement in the depth direction and the depth of the dopant concentration by other measurement methods such as the SR method and the SIMS method. Since the slope of the distribution in the direction matches, the resistance can be calibrated accurately.
For the coincidence of inclinations in the present invention, it is preferable that the difference between the inclinations of the two is within ± 5%.

裏面電極と抵抗率校正用半導体ウェーハ裏面とがオーミック接触になるように、半導体ウェーハのバルクと同一導電型になる不純物元素がバルクより高濃度である裏面高濃度不純物層を半導体ウェーハ裏面に形成することで、抵抗率校正用半導体ウェーハ裏面の空乏層容量Cbの逆数がゼロになり、Cm=Cd(測定される容量=表面に形成された空乏層容量)となり、正確なCdを測定できるようになる。 A high-concentration impurity layer on the back surface is formed on the back surface of the semiconductor wafer so that the back surface electrode and the back surface of the semiconductor wafer for resistivity calibration have ohmic contact with each other so that the impurity elements having the same conductive type as the bulk of the semiconductor wafer have a higher concentration than the bulk. As a result, the inverse number of the depletion layer capacity Cb on the back surface of the resistivity calibration semiconductor wafer becomes zero, and Cm = Cd (measured capacity = depletion layer capacity formed on the surface) so that accurate Cd can be measured. Become.

また、このとき、特に、裏面高濃度不純物層の抵抗率を0.1Ωcm以下になるようにすると、より確実にオーミック接触を得ることができる。 Further, at this time, in particular, if the resistivity of the high-concentration impurity layer on the back surface is set to 0.1 Ωcm or less, ohmic contact can be obtained more reliably.

以下に、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの実施形態を図面とともに説明するが、これらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the semiconductor wafer for resistivity calibration of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

図1に、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの一例の断面図を示す。以下、図1を参照して、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハ10を説明する。シリコン単結晶ウェーハ1の裏面には、シリコン単結晶ウェーハ1のバルクと同一導電型になるドーパント元素がバルクより高濃度である裏面高濃度不純物層2が形成されている。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of an example of a semiconductor wafer for resistivity calibration of the present invention. Hereinafter, the resistivity calibration semiconductor wafer 10 of the present invention will be described with reference to FIG. On the back surface of the silicon single crystal wafer 1, a back surface high-concentration impurity layer 2 in which a dopant element having the same conductive type as the bulk of the silicon single crystal wafer 1 has a higher concentration than the bulk is formed.

バルクと同一導電型になるドーパント元素としては、例えば、バルクの導電型がn型の場合、As、P、Sbが代表的な元素であるが、これ以外にも、導電型がn型になる元素であればよい。 As the dopant element that becomes the same conductive type as the bulk, for example, when the conductive type of the bulk is n type, As, P, Sb are typical elements, but in addition to this, the conductive type becomes n type. It may be an element.

他方、バルクの導電型がp型の場合、B、Alが代表的な元素であるが、これ以外にも、導電型がp型になる元素であればよい。裏面にこれらの元素を導入し、導入した領域の抵抗率を小さくする方法としては、一般に広く知られているイオンインプランテーション法や熱拡散法を用いることができる。 On the other hand, when the bulk conductive type is p-type, B and Al are typical elements, but other elements may be used as long as the conductive type is p-type. As a method of introducing these elements on the back surface and reducing the resistivity of the introduced region, a generally widely known ion implantation method or heat diffusion method can be used.

裏面高濃度不純物層2の抵抗率は、CV測定における裏面電極とオーミック接触が得られればよく、具体的には、裏面高濃度不純物層2を形成したウェーハをCV測定し、得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するように決めればよい。具体的には、裏面高濃度不純物層2の抵抗率は、0.1Ωcm以下のものであることが望ましい。 The resistance of the back surface high-concentration impurity layer 2 may be determined by obtaining ohmic contact with the back surface electrode in the CV measurement. Specifically, the wafer on which the back surface high-concentration impurity layer 2 is formed is measured by CV and the obtained dopant concentration is obtained. It suffices to determine so that the inclination of the distribution in the depth direction of is the same as the inclination of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by another measuring method. Specifically, it is desirable that the resistivity of the back surface high-concentration impurity layer 2 is 0.1 Ωcm or less.

裏面高濃度不純物層2形成時に、ウェーハ表面にもドーパント不純物が導入されてしまうことがあるが、その場合は、表面を化学エッチングあるいは研磨することにより、表面に導入された不純物層を除去すればよい。 Dopant impurities may be introduced to the wafer surface when the back surface high-concentration impurity layer 2 is formed. In that case, the impurity layer introduced to the surface can be removed by chemically etching or polishing the surface. good.

[抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法]
また、本発明者らは、半導体ウェーハを用いて、ウェーハ面積を振ってCV測定を行い、各面積毎に得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとウェーハ面積の関係を求め、得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する前記半導体ウェーハをCV測定用の抵抗率校正用半導体ウェーハとして用いれば、ドーパント濃度を一意的に決定することができ、抵抗率校正用半導体ウェーハとして好適に利用できるものを作製することができることを見出した。
[Manufacturing method of semiconductor wafer for resistivity calibration]
Further, the present inventors performed CV measurement by shaking the wafer area using a semiconductor wafer, and obtained the relationship between the gradient of the distribution of the dopant concentration obtained for each area in the depth direction and the wafer area. The minimum area of the wafer in which the inclination of the distribution of the dopant concentration in the depth direction and the inclination of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by another measurement method match is obtained, and the semiconductor wafer having an area equal to or larger than that area is obtained. It has been found that when used as a semiconductor wafer for resistance calibration for CV measurement, the dopant concentration can be uniquely determined, and a wafer which can be suitably used as a semiconductor wafer for resistance calibration can be manufactured.

即ち、本発明は、CV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法であって、
半導体ウェーハを準備する工程と、
該準備した半導体ウェーハから異なる面積のサンプルウェーハを切り出す工程と、
該切り出したサンプルウェーハを用いてCV測定を行う工程と、
該CV測定において、前記サンプルウェーハ毎に得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと前記サンプルウェーハの面積との関係に基づいて、前記得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを抵抗率校正用半導体ウェーハとして作製することを特徴とするCV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法である。
That is, the present invention is a method for manufacturing a semiconductor wafer for resistivity calibration for use in CV measurement.
The process of preparing a semiconductor wafer and
The process of cutting out sample wafers of different areas from the prepared semiconductor wafers,
The process of performing CV measurement using the cut out sample wafer and
In the CV measurement, the slope of the distribution of the obtained dopant concentration in the depth direction is based on the relationship between the slope of the distribution of the dopant concentration obtained for each sample wafer in the depth direction and the area of the sample wafer. The minimum area of the sample wafer that matches the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by other measurement methods is obtained, and the semiconductor wafer having an area larger than that area is manufactured as a semiconductor wafer for resistance calibration. This is a method for manufacturing a semiconductor wafer for resistance calibration for use in CV measurement.

このような方法であれば、作製されたウェーハのCV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するため、正確な校正曲線を作成することが可能となり、抵抗率の校正を正確に行なうことができる。 With such a method, the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction measured by the CV measurement of the manufactured wafer and the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by other measurement methods match. Therefore, it is possible to create an accurate calibration curve, and it is possible to accurately calibrate the resistance.

前述したように、ウェーハ表面側に形成したショットキー電極で形成される空乏層容量Cdと直列に裏面側に形成された空乏層容量Cbが、Cdの測定に影響を及ぼす場合、CV測定で得られたドーパント濃度の深さ方向の分布は、他の方法で測定した被測定ウェーハのドーパント濃度が深さ方向で均一であるにもかかわらず、ドーパント濃度が深さとともに増加または減少するという結果になる。 As described above, when the depletion layer capacitance Cb formed on the back surface side in series with the depletion layer capacitance Cd formed by the Schottky electrode formed on the front surface side of the wafer affects the measurement of Cd, it is obtained by CV measurement. The depth distribution of the dopant concentration obtained results in the dopant concentration increasing or decreasing with depth, even though the dopant concentration of the wafer under test measured by other methods is uniform in the depth direction. Become.

逆にいえば、深さ方向のドーパント濃度分布が平坦なウェーハを測定して、深さ方向のドーパント濃度分布が平坦になる結果(ドーパント濃度の深さ方向の分布があるウェーハの場合は、CV測定によるドーパント濃度の深さ方向の分布と他の方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きが一致する結果)が得られれば、Cdを正しく評価していることを意味している。上記のように、Cdを正しく評価するためには、Cd<<Cbの条件が必要で、より具体的には、CbはCdの概ね百倍以上であることが好ましい。 Conversely, a wafer having a flat dopant concentration distribution in the depth direction is measured, and the result is that the dopant concentration distribution in the depth direction becomes flat (in the case of a wafer having a distribution in the depth direction of the dopant concentration, CV. If the measurement shows that the distribution of the dopant concentration in the depth direction and the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction match by another method), it means that Cd is evaluated correctly. As described above, in order to correctly evaluate Cd, the condition of Cd << Cb is necessary, and more specifically, it is preferable that Cb is approximately 100 times or more of Cd.

裏面の空乏層容量Cbは、

Cb=εSi/W・・・・・(4)

で与えられる。ここで、A、Wはそれぞれウェーハ裏面の面積、ウェーハ裏面とCV特性測定装置の裏面電極との接触により発生する空乏層幅である。
The depletion layer capacity Cb on the back surface is

Cb = ε Si AB / WB ... (4)

Given in. Here, AB and WB are the area of the back surface of the wafer and the width of the depletion layer generated by the contact between the back surface of the wafer and the back surface electrode of the CV characteristic measuring device, respectively.

上記(4)式から明らかなように、裏面の空乏層容量Cbはウェーハ裏面の面積Aに比例することから、裏面の面積Aを十分に大きくすれば、Cbが大きくなる。よって、半導体ウェーハから切り出した、異なる面積のサンプルウェーハを用いて、ウェーハ面積を振ってCV測定を行い、各面積毎に得られたドーパント濃度の深さ方向分布の傾きとサンプルウェーハ面積の関係を求め、得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを用いれば、正確なCdが測定可能となる。 As is clear from the above equation (4), the depletion layer capacity Cb on the back surface is proportional to the area AB on the back surface of the wafer. Therefore, if the area AB on the back surface is sufficiently increased, the Cb becomes large. Therefore, using sample wafers of different areas cut out from semiconductor wafers, the wafer area is shaken to perform CV measurement, and the relationship between the slope of the depth distribution of the dopant concentration obtained for each area and the sample wafer area is determined. The minimum area of the sample wafer in which the slope of the distribution of the obtained dopant concentration in the depth direction and the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by another measurement method match is obtained, and the area is larger than that area. If a semiconductor wafer is used, accurate Cd can be measured.

このとき、準備する半導体ウェーハをドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦であるウェーハとすることが好ましい。このような方法であれば、作製されたウェーハのCV測定の測定深さ位置にかかわらず、ウェーハを他の測定方法で測定して得られた抵抗率を、CV測定の抵抗率として一意的に決定することができる。 At this time, it is preferable that the semiconductor wafer to be prepared is a wafer in which the distribution of the dopant concentration in the depth direction is flat. With such a method, the resistivity obtained by measuring the wafer by another measurement method is uniquely used as the resistivity of the CV measurement regardless of the measurement depth position of the CV measurement of the manufactured wafer. Can be decided.

図2に、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法の一例の手順を示す。 FIG. 2 shows a procedure of an example of a method for manufacturing a semiconductor wafer for resistivity calibration of the present invention.

まず、Step1として、同一の製造条件で製造され、ドーパント濃度が深さ方向でウェーハ全体にわたり均一なウェーハを複数枚準備する(半導体ウェーハを準備する工程)。 First, as Step 1, a plurality of wafers manufactured under the same manufacturing conditions and having a uniform dopant concentration over the entire wafer in the depth direction are prepared (step of preparing a semiconductor wafer).

具体的には、拡がり抵抗法(SR法)、SIMS法、又は、他の手法でドーパント濃度の深さ方向分布を測定しドーパント濃度分布が深さ方向で均一であることを確認したウェーハを用いることができる。 Specifically, a wafer obtained by measuring the depth distribution of the dopant concentration by the spreading resistance method (SR method), the SIMS method, or another method and confirming that the dopant concentration distribution is uniform in the depth direction is used. be able to.

次にStep2で、前記準備した半導体ウェーハから、面積を振ったサンプルウェーハを切り出す(サンプルウェーハを切り出す工程)。 Next, in Step 2, a sample wafer having a different area is cut out from the prepared semiconductor wafer (step of cutting out the sample wafer).

次いで、Step3で、切り出したサンプルウェーハの中心に、ショットキー電極を蒸着法で形成する。ショットキー電極は、例えば、p型シリコンウェーハの場合には、一般に市販されている真空蒸着装置を用いて、例えば、サマリウムを真空蒸着することにより形成できる。サンプルの導電型がn型の場合は、Auを蒸着すれば良い。このようにしてショットキー電極を形成したサンプルウェーハをCV測定用サンプルとして用いる。 Then, in Step 3, a shot key electrode is formed in the center of the cut-out sample wafer by a thin-film deposition method. The Schottky electrode can be formed, for example, in the case of a p-type silicon wafer by vacuum-depositing samarium using a commercially available vacuum vapor deposition apparatus. When the conductive type of the sample is n type, Au may be vapor-deposited. The sample wafer on which the shotkey electrode is formed in this way is used as a sample for CV measurement.

次いで、Step4で、上記CV測定用サンプルのCV測定を行ない(CV測定を行う工程)、ドーパント濃度の深さ方向の分布を測定する。ここで、深さ方向のドーパント濃度の分布の傾きΔNは、例えば、以下の(5)式を用いて算出することができる。

ΔN={N(W1)-N(W2)}/{W2-W1}・・・・・(5)

ここで、N(W1)は、深さW1における不純物濃度、
N(W2)は、深さW2における不純物濃度、
W1>W2である。
Next, in Step 4, the CV measurement of the CV measurement sample is performed (step of performing the CV measurement), and the distribution of the dopant concentration in the depth direction is measured. Here, the slope ΔN of the distribution of the dopant concentration in the depth direction can be calculated, for example, by using the following equation (5).

ΔN = {N (W1) -N (W2)} / {W2-W1} ... (5)

Here, N (W1) is the impurity concentration at the depth W1.
N (W2) is the impurity concentration at the depth W2.
W1> W2.

次に、Step5で、CV測定用サンプルに用いたサンプルウェーハの面積とドーパント濃度の深さ方向の傾きとの関係から、傾きがゼロになるサンプルウェーハの最小面積を求める。このようにして求めた面積以上の面積を有する半導体ウェーハを作製し、抵抗率校正用半導体ウェーハに用いる。 Next, in Step 5, the minimum area of the sample wafer whose inclination becomes zero is obtained from the relationship between the area of the sample wafer used for the CV measurement sample and the inclination of the dopant concentration in the depth direction. A semiconductor wafer having an area larger than the area obtained in this way is manufactured and used as a semiconductor wafer for resistivity calibration.

以下、本発明の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、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施形態1)
あらかじめ4探針法で測定された抵抗率が30Ω・cmである、p型、直径200mmのシリコン単結晶ブロックから作製されたシリコンウェーハを準備し、最初に5mm×5mm角のサンプルを切り出し、拡がり抵抗法で深さ方向のドーパント濃度分布を計測し、ドーパント濃度が深さ方向で平坦(表面から深さ10μmまで±3%以内のバラツキ、傾きゼロ)であることを確認した。その後、30mm×30mm角の大きさのサンプルを4枚切り出した。
(Embodiment 1)
Prepare a silicon wafer made from a p-type, 200 mm diameter silicon single crystal block having a resistivity of 30 Ω · cm measured in advance by the 4-probe method, and first cut out a 5 mm × 5 mm square sample and spread it. The dopant concentration distribution in the depth direction was measured by the resistivity method, and it was confirmed that the dopant concentration was flat in the depth direction (variation within ± 3% from the surface to a depth of 10 μm, zero inclination). Then, four samples having a size of 30 mm × 30 mm square were cut out.

切り出した30mm×30mm角の大きさのサンプルのうち、1枚目はそのままCV測定のサンプルA(比較例1)とした。残りの3枚のサンプルについては、イオンインプランテーション法(以下I/I法という)を用いて、B(ボロン)をサンプル裏面に注入し、抵抗率がそれぞれ1、0.1、0.01ΩcmになるようにBの注入量を振り、その後、1000℃で1分間の活性化熱処理を行ない、それぞれ、サンプルB(比較例2)、サンプルC(実施例1)、サンプルD(実施例2)とした。 Of the cut out samples having a size of 30 mm × 30 mm square, the first sample was used as it was as sample A for CV measurement (Comparative Example 1). For the remaining three samples, B (boron) was implanted into the back surface of the sample using the ion implantation method (hereinafter referred to as the I / I method), and the resistivity was 1, 0.1, 0.01 Ωcm, respectively. The implantation amount of B was shaken so as to be the same, and then the activation heat treatment was performed at 1000 ° C. for 1 minute, and the sample B (Comparative Example 2), the sample C (Example 1), and the sample D (Example 2) were obtained, respectively. bottom.

その後、サンプルAの一方の面(表面)、及び、I/I法でBを注入した反対の面(表面)に(サンプルB~D)、真空蒸着機で半径1mmのサマリウム電極を形成した。これらシリコンウェーハを、CV特性測定装置に載置し、真空吸着により固定した。そして、プローブをサマリウム電極に接触させ、CV測定を行ない、ドーパント濃度の深さ分布を得た。得られた深さ方向のドーパント濃度分布の傾きΔNを、上記(5)式を用いて評価した。 Then, a samarium electrode having a radius of 1 mm was formed on one surface (surface) of sample A and the opposite surface (surface) in which B was injected by the I / I method (samples B to D) with a vacuum vapor deposition machine. These silicon wafers were placed on a CV characteristic measuring device and fixed by vacuum suction. Then, the probe was brought into contact with the samarium electrode and CV measurement was performed to obtain a depth distribution of the dopant concentration. The slope ΔN of the obtained dopant concentration distribution in the depth direction was evaluated using the above equation (5).

図3にサンプルAとサンプルDのドーパント濃度の深さ方向の分布(ドーパント濃度プロファイル)の測定結果を示す。サンプルA(比較例1)のドーパント濃度は、深さが深くなるほど、ドーパント濃度が高くなるように傾いており、正確にドーパント濃度分布が測定できていない(すなわち、拡がり抵抗法で測定したドーパント濃度の深さ方向の分布の傾き(傾きゼロ)と一致していない)ことが分かる。一方、サンプルD(実施例2)はドーパント濃度が深さ方向で平坦になっており、正確にドーパント濃度分布が測定できていることが分かる。サンプルAでドーパント濃度が傾いた原因は、サンプル裏面の抵抗率が30Ωcmと高く(バルクと同じ)、CV特性測定装置の裏面電極との接触がオーミック接触ではないために、裏面に空乏層が形成され、表面のショットキー電極下に形成される空乏層容量Cdの測定に影響したことである。 FIG. 3 shows the measurement results of the distribution (dopant concentration profile) in the depth direction of the dopant concentrations of Sample A and Sample D. The dopant concentration of sample A (Comparative Example 1) is inclined so that the depth increases, and the dopant concentration distribution cannot be accurately measured (that is, the dopant concentration measured by the spreading resistance method). It can be seen that it does not match the slope of the distribution in the depth direction (slope zero). On the other hand, in Sample D (Example 2), the dopant concentration is flat in the depth direction, and it can be seen that the dopant concentration distribution can be measured accurately. The reason why the dopant concentration was tilted in sample A is that the resistivity on the back surface of the sample is as high as 30 Ωcm (same as bulk), and the contact with the back electrode of the CV characteristic measuring device is not ohmic contact, so a depletion layer is formed on the back surface. It affected the measurement of the depletion layer capacitance Cd formed under the Schottky electrode on the surface.

残りのサンプルについて、ドーパント濃度プロファイルの深さ方向の傾きの有無を確認した結果、サンプルB(比較例2)は、深さが深くなるほど、ドーパント濃度が高くなり、傾きが生じていた。他方、本発明のサンプルC(実施例1)の深さ方向のドーパント濃度の分布はほぼ平坦であり、正確にCdが測定できていることが判明した。 As a result of confirming the presence or absence of the inclination of the dopant concentration profile in the depth direction for the remaining samples, in sample B (Comparative Example 2), the deeper the depth, the higher the dopant concentration and the inclination occurred. On the other hand, it was found that the distribution of the dopant concentration in the depth direction of the sample C (Example 1) of the present invention was almost flat, and Cd could be measured accurately.

なお、上記実施形態1では、ドーパント濃度が深さ方向で平坦(傾きゼロ)なシリコンウェーハを用いた例を示しているが、本発明はこれに限定されず、ドーパント濃度が傾きを有するシリコンウェーハを用いる場合であっても本発明は適用でき、その場合には、拡がり抵抗法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、CV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致していることが確認できれば、本発明のCV測定に用いる抵抗率校正用半導体ウェーハに該当すると判断することができる。 In the first embodiment, an example using a silicon wafer having a dopant concentration flat (zero inclination) in the depth direction is shown, but the present invention is not limited to this, and the silicon wafer having a dopant concentration having an inclination is shown. The present invention can be applied even when the above is used. In that case, the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by the spreading resistance method and the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction measured by the CV measurement. If it can be confirmed that the above is the same, it can be determined that the wafer corresponds to the semiconductor wafer for resistivity calibration used for the CV measurement of the present invention.

(実施形態2)
上記実施例1と同じインゴットから作製されたシリコンウェーハから、30mm×30mm角(サンプルE:比較例3)、50mm×50mm角(サンプルF:実施例3)、及び、100mm×100mm角(サンプルG:実施例4)を切り出し、サンプルE~Gの一方の表面の中心部に真空蒸着機で半径1mmのサマリウム電極を形成した。このシリコンウェーハをCV特性測定装置に載置し、真空吸着により固定した。そして、プローブをサマリウム電極に接触させ、CV測定を行ない、ドーパント濃度の深さ方向の分布を得た。
(Embodiment 2)
From a silicon wafer manufactured from the same ingot as in Example 1, 30 mm × 30 mm square (Sample E: Comparative Example 3), 50 mm × 50 mm square (Sample F: Example 3), and 100 mm × 100 mm square (Sample G). : Example 4) was cut out, and a samarium electrode having a radius of 1 mm was formed in the center of one surface of samples E to G by a vacuum vapor deposition machine. This silicon wafer was placed on a CV characteristic measuring device and fixed by vacuum suction. Then, the probe was brought into contact with the samarium electrode, CV measurement was performed, and the distribution of the dopant concentration in the depth direction was obtained.

得られた深さ方向のドーパント濃度分布の傾きを評価した結果、サンプルE(比較例3)のドーパント濃度は比較例1と同様に、深さが深くなるほど、ドーパント濃度が高くなるように傾いており、正確にドーパント濃度分布が測定できていない(すなわち、拡がり抵抗法で測定したドーパント濃度の深さ方向の分布の傾き(傾きゼロ)と一致していない)ことが判明した。 As a result of evaluating the inclination of the obtained dopant concentration distribution in the depth direction, the dopant concentration of Sample E (Comparative Example 3) was inclined so that the deeper the depth, the higher the dopant concentration, as in Comparative Example 1. It was found that the dopant concentration distribution could not be measured accurately (that is, it did not match the slope (zero slope) of the distribution of the dopant concentration in the depth direction measured by the spreading resistance method).

一方、サンプルF(実施例3)及びサンプルG(実施例4)は、いずれも、ドーパント濃度が深さ方向でほぼ平坦になっており、正確にドーパント濃度分布が測定できていることが判明した。このことから、本実施形態の場合、面積が2500mm以上であれば、CV特性測定装置の裏面電極と接触するサンプル裏面の面積が大きくなり、裏面に形成された空乏層容量Cbが、表面に形成したショットキー電極下に形成される空乏層容量Cdより十分に大きくなったため、Cd測定への影響が無視できるようになったと考えられる。 On the other hand, in both Sample F (Example 3) and Sample G (Example 4), the dopant concentration was almost flat in the depth direction, and it was found that the dopant concentration distribution could be measured accurately. .. From this, in the case of the present embodiment, if the area is 2500 mm 2 or more, the area of the back surface of the sample in contact with the back surface electrode of the CV characteristic measuring device becomes large, and the depletion layer capacity Cb formed on the back surface is on the front surface. It is considered that the influence on the Cd measurement can be ignored because the capacity of the depletion layer formed under the formed Schottky electrode is sufficiently larger than the Cd.

上記のように、実施形態1から、本発明によれば、半導体ウェーハ裏面の抵抗率を小さくすることで、CV特性測定装置の裏面電極と半導体ウェーハ裏面との接触により発生する空乏層容量Cbの発生を完全に防止することができることが明らかとなった。 As described above, according to the first embodiment, according to the present invention, by reducing the resistivity of the back surface of the semiconductor wafer, the depletion layer capacity Cb generated by the contact between the back surface electrode of the CV characteristic measuring device and the back surface of the semiconductor wafer It became clear that the outbreak could be completely prevented.

また、実施形態2から、半導体ウェーハ裏面の抵抗率がバルクと同一のままでも、裏面電極との接触面積を大きくすることで、裏面側に形成される空乏層容量Cbを大きくすることでき、その結果、表面に形成される空乏層容量Cd測定への影響が無視できるようになり、正確にCdのみを測定できるようになることが明らかとなった。すなわち、本発明の抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法により、CV測定によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを抵抗率校正用半導体ウェーハとして作製すればよいことが明らかとなった。 Further, from the second embodiment, even if the resistivity of the back surface of the semiconductor wafer remains the same as that of the bulk, the depletion layer capacity Cb formed on the back surface side can be increased by increasing the contact area with the back surface electrode. As a result, it became clear that the influence on the measurement of the depletion layer capacitance Cd formed on the surface can be ignored, and only Cd can be measured accurately. That is, a sample in which the inclination of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by the CV measurement and the inclination of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by another measurement method match by the method for manufacturing the semiconductor wafer for resistance calibration of the present invention. It has been clarified that the minimum area of the wafer should be obtained, and a semiconductor wafer having an area larger than that area should be manufactured as a semiconductor wafer for resistivity calibration.

これらの結果、ドーパント濃度の深さ方向分布を正確に測定できるようになるため、CV測定で得られたドーパント濃度の深さ方向の分布と他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布とが一致する、CV測定に用いる抵抗率校正用半導体ウェーハ、及び、抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法として好適に利用することができることが示された。 As a result, since the distribution of the dopant concentration in the depth direction can be accurately measured, the distribution of the dopant concentration in the depth direction obtained by the CV measurement and the distribution of the dopant concentration in the depth direction by other measurement methods can be obtained. It was shown that they can be suitably used as a method for manufacturing a semiconductor wafer for resistivity calibration used for CV measurement and a semiconductor wafer for resistivity calibration.

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 example, and any one having substantially the same structure as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same effect and effect is the present invention. Is included in the technical scope of.

1…半導体ウェーハ、 2…裏面高濃度不純物層、
10…抵抗率校正用半導体ウェーハ、
100…CV特性測定装置、 101…ウェーハ、
102…ショットキー電極、 103…ステージ、
104…プローブ、 105…キャパシタンスメーター、
106…パルス電圧発生器、 107…制御用コンピュータ、
108…シールドボックス、 109…真空ポンプ、
110…真空吸着穴、 111…空乏層。
1 ... Semiconductor wafer, 2 ... High-concentration impurity layer on the back surface,
10 ... Semiconductor wafer for resistivity calibration,
100 ... CV characteristic measuring device, 101 ... wafer,
102 ... Shot key electrode, 103 ... Stage,
104 ... probe, 105 ... capacitance meter,
106 ... pulse voltage generator, 107 ... control computer,
108 ... Shield box, 109 ... Vacuum pump,
110 ... Vacuum suction hole, 111 ... Depletion layer.

Claims (5)

CV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハであって、
該抵抗率校正用半導体ウェーハをCV測定した際に空乏層が拡がる領域内において、前記CV測定により測定されるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと、他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するものであり、
前記CV測定における裏面電極と前記抵抗率校正用半導体ウェーハの裏面とがオーミック接触になるように、前記裏面に、前記抵抗率校正用半導体ウェーハのバルクと同一導電型のドーパント元素を、前記バルクよりも高濃度に含有する裏面高濃度不純物層を有するものであることを特徴とするCV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハ。
A semiconductor wafer for resistivity calibration for use in CV measurement.
In the region where the depletion layer expands when the semiconductor wafer for resistance calibration is measured by CV, the slope of the distribution of the dopant concentration measured by the CV measurement in the depth direction and the depth of the dopant concentration by another measuring method. It matches the slope of the distribution in the direction .
Dopant elements of the same conductive type as the bulk of the resistivity calibrating semiconductor wafer are placed on the back surface from the bulk so that the back surface electrode in the CV measurement and the back surface of the resistivity calibrating semiconductor wafer are in ohmic contact. A semiconductor wafer for resistivity calibration for use in CV measurement, which is characterized by having a high-concentration impurity layer on the back surface containing a high concentration .
前記ドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦なものであることを特徴とする請求項1に記載のCV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハ。 The semiconductor wafer for resistivity calibration according to claim 1, wherein the distribution of the dopant concentration in the depth direction is flat. 前記裏面高濃度不純物層の抵抗率が0.1Ωcm以下のものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のCV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハ。 The semiconductor wafer for resistivity calibration for use in the CV measurement according to claim 1 or 2 , wherein the resistivity of the back surface high-concentration impurity layer is 0.1 Ωcm or less. CV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法であって、
半導体ウェーハを準備する工程と、
該準備した半導体ウェーハから異なる面積のサンプルウェーハを切り出す工程と、
該切り出したサンプルウェーハを用いてCV測定を行う工程と、
該CV測定において、前記サンプルウェーハ毎に得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと前記サンプルウェーハの面積との関係に基づいて、前記得られたドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きと他の測定方法によるドーパント濃度の深さ方向の分布の傾きとが一致するサンプルウェーハの最小面積を求め、その面積以上の面積を有する半導体ウェーハを抵抗率校正用半導体ウェーハとして作製することを特徴とするCV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法。
A method for manufacturing a semiconductor wafer for resistivity calibration for use in CV measurement.
The process of preparing a semiconductor wafer and
The process of cutting out sample wafers of different areas from the prepared semiconductor wafers,
The process of performing CV measurement using the cut out sample wafer and
In the CV measurement, the slope of the distribution of the obtained dopant concentration in the depth direction is based on the relationship between the slope of the distribution of the dopant concentration obtained for each sample wafer in the depth direction and the area of the sample wafer. The minimum area of the sample wafer that matches the slope of the distribution of the dopant concentration in the depth direction by other measurement methods is obtained, and the semiconductor wafer having an area larger than that area is manufactured as a semiconductor wafer for resistance calibration. A method for manufacturing a semiconductor wafer for resistance calibration for use in CV measurement.
前記準備する半導体ウェーハをドーパント濃度の深さ方向の分布が平坦であるウェーハとすることを特徴とする請求項に記載のCV測定に用いるための抵抗率校正用半導体ウェーハの作製方法。 The method for manufacturing a semiconductor wafer for resistivity calibration according to claim 4 , wherein the semiconductor wafer to be prepared is a wafer having a flat distribution in the depth direction of the dopant concentration.
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