JPH0518063B2 - - Google Patents

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JPH0518063B2
JPH0518063B2 JP60013932A JP1393285A JPH0518063B2 JP H0518063 B2 JPH0518063 B2 JP H0518063B2 JP 60013932 A JP60013932 A JP 60013932A JP 1393285 A JP1393285 A JP 1393285A JP H0518063 B2 JPH0518063 B2 JP H0518063B2
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JP
Japan
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resistivity
semiconductor wafer
waveguide
measuring
amount
Prior art date
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JP60013932A
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JPS61173171A (ja
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Koji Murai
Akira Usami
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、LSIの製造工程等において、半導
体ウエハの抵抗率や面内抵抗率分布を測定する際
に用いられる半導体ウエハの抵抗率測定法に関す
る。
〔従来技術とその問題点〕
半導体ウエハの抵抗率や面内抵抗率分布は、半
導体材料としての基本量であり、その良否は素子
収率に重要な影響を与える。このため、上記半導
体ウエハの製造工程や素子工程においては、遂次
上記半導体ウエハの抵抗率や面内抵抗率分布を測
定しておく必要がある。
従来このような半導体ウエハの抵抗率の測定法
としては、四探針法が知られているが、この方法
は測定時に上記半導体ウエハの表面に傷や金属汚
染を与えてしまう所謂破壊検査法であるため、試
料に対する測定には適用することができるもの
の、製品とされるものの測定には使用することが
できない。このため、製品とされる半導体ウエハ
の抵抗率を測定し得る方法として、上記半導体の
表面に対して非接触の状態でその抵抗率を測定す
る渦電流法がある。
しかしながら、上記渦電流法にあつては、電気
的制約からプローブの形状に制約があるため、10
mmφ以下の面積内での狭い範囲の抵抗率を計測す
ることができず、よつて半導体ウエハ表面の局部
的な抵抗率を測定することができないという欠点
があつた。また、上記半導体ウエハの外周部近傍
の測定もできない為、面内抵抗率の分布も充分に
得ることができないという欠点もあつた。
〔発明の目的〕
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
半導体ウエハに接触することなく、しかも微小面
積内の抵抗率を極めて高い精度で測定することが
でき、よつて面内抵抗率分布の面分解能を向上さ
せることができる半導体ウエハの抵抗率測定法を
提供することを目的とするものである。
〔発明の構成〕
この発明の半導体ウエハの抵抗率測定法は、半
導体ウエハに電磁波を照射してその透過量又は反
射量を計測し、上記電磁波の照射量と透過量又は
反射量との差により上記半導体ウエハにおける上
記電磁波の吸収量を得、この吸収量から上記半導
体ウエハの抵抗率を得るものである。
〔発明の原理〕
半導体ウエハ内に照射されたマイクロ波やCO2
レーザ光等の波長λの電磁波が、上記半導体ウエ
ハ内で吸収される量αは、α∝λ2nで表わされ
る。ここで、nはキヤリヤー濃度を示すものであ
る。
一方、上記半導体ウエハの抵抗率ρは、既知の
定数である電荷eと移動量μとを用いて、ρ=
1/n・e・μで表わされる。したがつて以上の
関係式から上記吸収量αは、α∝λ2/ρで表わさ
れ、よつて上記半導体ウエハの抵抗率ρに反比例
することになる。
すなわち、上記半導体ウエハに波長λの電磁波
を照射した場合における吸収量αを知ることによ
り上記半導体ウエハの抵抗率ρを得ることができ
る。
また、上記吸収量αと、上記半導体ウエハの厚
さt及びこの半導体ウエハへの上記電磁波の照射
面積Aとの関係は、α∝Atとして表わされる。
〔実施例〕
第1図は、上記原理に基づくこの発明の測定法
の第1実施例に使用する装置の模式図を示すもの
である。
第1図において、マイクロ波発振器1から発振
したマイクロ波は、半導体ウエハ2の表面と僅か
の間隙をもつて配設された入射側導波管3から上
記半導体2に照射される。そして、上記半導体ウ
エハ2内で吸収されずに透過した上記マイクロ波
は、上記半導体ウエハ2を間に挾んで上記入射側
導波管3と対向配置された検出側導波管4により
検出されて検波器5に送られ増幅器6で増幅され
てその電圧が出力されるようになつている。
そして、上記半導体ウエハ2の抵抗率を測定す
るには、先ず上記半導体ウエハ2を取り除いた状
態で入射側導波管3から照射されるマイクロ波を
直接検出側導波管4により検出し、これにより上
記マイクロ波の照射量V0を得る。次に、抵抗率
を測定すべき半導体ウエハ2を上記導波管3,4
間に挿入し、マイクロ波を照射してその透過量V
を同様にして増幅器6からの出力として得る。そ
して以上の測定値V0、Vにより、上記半導体ウ
エハ2におけるマイクロ波の透過率V/V0ある
いは吸収率(V0−V)/V0を求める。次に、こ
のようにして求めた値と、予め同様の方法により
求めておいた既知の抵抗率の半導体ウエハにおけ
る抵抗率と吸収率又は透過率との関係とを、互い
の半導体ウエハの厚さ補正を行なつたうえで比較
することにより、上記半導体ウエハ2の抵抗率ρ
が得られる。
しかして、このような半導体ウエハの抵抗率測
定法によれば、半導体ウエハ2に対して非接触の
状態でその抵抗率を測定することができるため、
製品とされる半導体ウエハの測定を行なうことが
できる。また、上記電磁波として、レーザ光や高
い周波数のマイクロ波等を用いることにより半導
体ウエハへの照射面積を極めて小さくすることが
できるため、狭い範囲の抵抗率をも測定すること
ができる。さらに、上記半導体ウエハ2の外周部
においても、計測に何等影響を受けないため、面
内抵抗率の分布も確実に測定することができる。
次に、第2図はこの発明の測定法の第2実施例
を示すものである。この例のものにあつては、第
1図に示したマイクロ波の入射側及び検出側導波
管3,4に代えて各々端面7がH字形に形成され
た同型の集束型導波管8ば用いられている。
この例のものによれば、第1図に示したものよ
り一層マイクロ波の照射ビームを収斂させること
ができ、よつて上記通常の導波管3,4を用いた
場合に比べてより挾い範囲の抵抗率を測定するこ
とができる。
また、第3図はこの発明の測定法の第3実施例
を示すもので、この例のものにあつては、上記集
束型導波管8の端面7に、これを覆うとともに小
矩形状のスリツト9が形成されたアルミ箔等から
なる金属箔10が設けられている。
しかして、この例のものによれば、マイクロ波
の照射が上記金属箔10のスリツト9内のみから
行なわれる為、より収斂効果の高い特殊な集束型
導波管を用いたり、あるいはより周波数の高いマ
イクロ波発振器を用いたりして照射ビームを収斂
させる必要がなく、よつて装置の複雑化や高騰化
を招くことなく、極めて容易により一層微小な面
積内での抵抗率を測定することができる。
〔実施例〕
第4図ないし第10図は、この発明の半導体ウ
エハの抵抗率測定法による各種の実験結果を示す
ものである。
このうち、第4図ないし第7図は、いずれも厚
さ400μmのP型およびN型の各種の抵抗率ρを有
するシリコンウエハについて、周波数10GHzのマ
イクロ波を用いて抵抗率測定を行つた場合の透過
率V/V0の変化を示すものである。ここで、第
4図は、その入射側および検出側の導波管として
通常の方形状端面を有する周波数10GHz用の導波
管を用いた場合の実験結果を、第5図は、上記導
波管として第2図に示した端面H字形状の集束型
導波管を用いた場合の実験結果を、第6図および
第7図はそれぞれ第3図に示したような上記集束
型導波管の端面をスリツトを有するアルミ箔で覆
つた場合であつて第6図は上記スリツトによりマ
イクロ波ビームを1mm×5mmの面積内から照射し
た場合の実験結果を、また第7図は上記マイクロ
波ビームを1mm×3mmの面積内から照射した場合
の実験結果をそれぞれ示すものである。
第4図ないし第7図から、周波数10GHzのマイ
クロ波を用いて上記シリコンウエハの抵抗率を測
定する場合には、概ね10-1〜102Ω−cm程度の範
囲の抵抗率を測定することができ、また第5図か
ら第7図までに順次示すように上記マイクロ波の
照射ビームを収斂させることにより分解能が増
し、より詳細に測定することができるとともに、
スリツトを有する金属箔を用いた場合にはさらに
103Ω−cm以上の抵抗率をも測定可能であること
が判かる。
次に、第8図および第9図はそれぞれ周波数
10GHzのマイクロ波を用いて、厚さ400μmで直径
50mmのP型シリコンウエハの半径方向の面内抵抗
率分布を測定した結果を縦軸に示す透過電圧の値
として示したものである。ここで、第8図は、入
射用及び検出用導波管として第2図に示す集束型
導波管を用い、第2図中X,Yの両方向について
測定した結果を示すもので、横軸のO点は上記シ
リコンウエハの外周縁を、また25mmの点はその中
心位置をそれぞれ示すものである。また第9図
は、上記導波管として第3図に示すアルミ箔で覆
つた集束型導波管を用い、スリツトにより1mm×
5mmの面積内からマイクロ波を照射した場合の結
果を示すもので、第3図に示すY方向について測
定した結果を示すものである。そして、第8図に
おいては、中心における抵抗率ρが0.38Ω−cm
(4探針法により計測)のシリコンウエハについ
ての、また第9図においては中心における抵抗率
ρが0.38Ω−cm、0.76Ω−cm、2.7Ω−cm(4探針
法により計測)の3種類のシリコンウエハについ
ての各測定結果をそれぞれ示す。
第8図および第9図により、この方法によれ
ば、シリコンウエハの外周部に至るまでの全域に
亘つて面内抵抗率分布を測定し得ることが判か
る。
また、第10図は、上記電磁波としてビーム径
1mmφのCO2レーザ光を用いた場合における厚さ
400μmのP型及びN型のシリコンウエハの抵抗率
ρ(Ω−cm)と透過率との関係を示す実験結果で
ある。
第10図により、上記CO2レーザ光を用いた場
合には、さらに10-2Ω−cm近傍の抵抗率まで測定
可能であることが判かる。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明の半導体ウエハの
抵抗率測定法は、半導体ウエハに電磁波を照射し
てその透過量又は反射量を計測し、上記電磁波の
照射量と透過量又は反射量との差により上記半導
体ウエハにおける上記電磁波の吸収量を得、この
吸収量から上記半導体ウエハの抵抗率を得るもの
である。よつて、この測定法によれば、半導体ウ
エハに非接触の状態でその微小面積内の抵抗率を
容易かつ高い精度で測定することができる。しか
も、照射ビームを収斂させることが容易であるた
め面内抵抗率分布も詳細に測定することができ、
上記半導体ウエハの製造工程における品質管理能
力を大巾に向上させることができる。
また、入射側の集束型導波管は半導体ウエハと
僅かの間〓をもつて配置するよう設けられ、そし
て、検出側の集束型導波管は入射側の該導波管と
対抗配置される。このとき、該半導体ウエハは、
入射側の該導波管と検出側の該導波管との間に置
かれて抵抗率の測定が行われるため、大きさに制
限されることがない。このため、多様なサイズの
半導体ウエハの抵抗率の測定を行うことができ
る。
また、上記入射側の集束型導波管の端面をH字
形に形成することにより、マイクロ波の照射ビー
ムをより収斂することができる。さらに、小矩形
状のスリツトが形成された金属箔などを、上記集
束型導波管の端面に覆うことによりマイクロ波の
照射ビームをさらに収斂することができる。この
結果、装置の複雑化や高騰化を招くことなく、き
わめて容易により一層微小な面積内での抵抗率を
測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の半導体ウエハの抵抗率測定
法の第1実施例に使用される装置の模式図、第2
図は同じく第2実施例に使用される集束型導波管
を示す模式図、第3図は同じく第3実施例に使用
されるスリツトを有する金属箔を示す模式図、第
4図ないし第10図は、この発明の測定法による
実験例を示すもので、第4図ないし第7図は、そ
れぞれマイクロ波を用い、導波管を各種変化させ
た場合のシリコンウエハの抵抗率と透過率との関
係を示すグラフ、第8図および第9図は、同様に
してシリコンウエハの面内抵抗率分布を測定した
結果を示すグラフ、第10図はCO2レーザ光を用
いた場合のシリコンウエハの抵抗率と透過率との
関係を示すグラフである。 2……半導体ウエハ、3……入射側導波管、4
……検出側導波管、8……集束型導波管、9……
スリツト、10……金属箔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体ウエハにマイクロ波を照射してその透
    過量又は反射量を計測し、上記マイクロ波の照射
    量と透過量又は反射量との差により得られる上記
    マイクロ波の吸収量から上記半導体ウエハの抵抗
    率を得る半導体の抵抗率測定法において、 上記マイクロ波を端面がH字形に形成された集
    束型導波管を介して上記半導体ウエハに入射し、
    その透過量を上記集束型導波管と同型の集束型導
    波管により検出することを特徴とする半導体ウエ
    ハの抵抗率測定法。 2 前記集束型導波管は、端面がスリツトを有す
    る金属箔で覆われていることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の半導体ウエハの抵抗率測定
    法。
JP1393285A 1985-01-28 1985-01-28 半導体ウエハの抵抗率測定法 Granted JPS61173171A (ja)

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