JPH11135586A - シリコンウエハのドーパント濃度測定方法 - Google Patents

シリコンウエハのドーパント濃度測定方法

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JPH11135586A
JPH11135586A JP31155397A JP31155397A JPH11135586A JP H11135586 A JPH11135586 A JP H11135586A JP 31155397 A JP31155397 A JP 31155397A JP 31155397 A JP31155397 A JP 31155397A JP H11135586 A JPH11135586 A JP H11135586A
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resistivity
dopant
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウエハに非接触でドーパント濃度を
求めることができるシリコンウエハのドーパント濃度測
定方法を提供する。 【解決手段】 ドーパントを含む厚さdのサンプルシリ
コンウエハと、実質的に同じ厚さdでドーパントを含ま
ないリファレンスシリコンウエハとの赤外線差吸光度A
を測定し、式αe =A/loge/d、(loge=
0.4343)によってキャリア吸収係数αe (c
-1)を算出し、キャリア吸収係数αe (cm-1)に関
する分散理論の式 【数1】と、ドーパント濃度Nと抵抗率Rの関係を与え
るアーヴィンカーブ(Irvincurve)に基づい
て、ドーパント濃度N(cm-3)を求めるシリコンウエ
ハのドーパント濃度測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、CZシリコンウ
エハのドーパント濃度を非接触で測定する方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、CZシリコンウエハのドーパント
濃度は、4探針法を用いて測定している。
【0003】4探針法では、4本の針を1直線上に並べ
てウエハに接触させ、外側の2本の針から直流電流を流
し、内側の2本の針の間に生じる電位差を測定する。そ
して、得られた電位差から抵抗率を算出し、アーヴィン
カーブに従ってドーパント濃度を求める。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】4探針法では、4本の
針をウエハ表面に接触させるため、表面に傷が付き易い
難点があった。
【0005】また、針の先端部とウエハの表面との接触
状態によって、測定値にばらつきが出易い欠点もあっ
た。複数回測定して平均をとっても良いが、その場合に
は、それだけ傷が付く可能性が増大する。
【0006】このような4探針法の問題点に鑑み、本発
明は、シリコンウエハに非接触でドーパント濃度を求め
ることができるドーパント濃度測定方法を提供すること
を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願発明は、ドーパント
を含む厚さdのサンプルシリコンウエハと、実質的に同
じ厚さdでドーパントを含まないリファレンスシリコン
ウエハとの赤外線差吸光度Aを測定し、式αe =A/l
oge/d、(loge=0.4343)によってキャ
リア吸収係数αe (cm-1)を算出し、キャリア吸収係
数αe (cm-1)に関する分散理論の式
【0008】
【数1】と、ドーパント濃度Nと抵抗率Rの関係を与え
るアーヴィンカーブ(Irvincurve)に基づい
て、ドーパント濃度N(cm-3)を求めるシリコンウエ
ハのドーパント濃度測定方法を要旨としている。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明のシリコンウエハのドーパ
ント濃度測定方法は、ドーパントを含む厚さdのサンプ
ルシリコンウエハと、実質的に同じ厚さdでドーパント
を含まないリファレンスシリコンウエハとの赤外線差吸
光度Aを測定し、式αe =A/loge/d、(log
e=0.4343)によってキャリア吸収係数αe (c
-1)を算出し、キャリア吸収係数αe (cm-1)に関
する分散理論の式
【0010】
【数1】と、ドーパント濃度Nと抵抗率Rの関係を与え
るアーヴィンカーブ(Irvincurve)に基づい
て、ドーパント濃度N(cm-3)を求めるものである。
【0011】予め、キャリア吸収係数αe (cm-1)に
関する前記分散理論の式とアーヴィンカーブ(Irvi
n curve)に基づいて、吸収係数αe (cm-1
対抵抗率R(Ωcm)の換算表(表1、表4)、また
は、吸収係数αe (cm-1)対ドーパント濃度N(cm
-3)の換算表を作成しておき、この換算表を利用してド
ーパント濃度N(cm-3)を求めることができる。
【0012】前記換算表(表1、表4)をグラフ化して
おき、このグラフを利用してドーパント濃度N(c
-3)を求めることも可能である。
【0013】本発明方法では、例えば、波数が650/
cmにおける赤外線差吸光度Aを測定することができ
る。
【0014】本発明方法では、抵抗率が0.1〜16Ω
cmのボロンドープウエハのドーパント濃度を測定する
ことができる。
【0015】本発明方法では、抵抗率が0.1〜1.6
Ωcmのリンドープウエハのドーパント濃度を測定する
ことができる。これらの範囲をはずれると、赤外線吸光
度の値とドーパント濃度との相関が少なくなり、測定誤
差など種々の要因から1対1対応が正確にできなくな
る。
【0016】
【実施例】アーヴィンカーブ(Irvin curv
e)は、ASTM F723−81にも規定されてお
り、「抵抗率R」と「ドーパント濃度(キャリア濃度)
N」の関係を与えるものである。一般に、アーヴィンカ
ーブは、表及びグラフとして利用されるが、そのグラフ
を図1に示す。
【0017】また、古典的分散理論によれば、「キャリ
ア吸収係数αe 」、「キャリア濃度(ドーパント濃度)
N」、及び、「電気伝導度δ0 (=1/R)」の間に
は、次の数式1の関係がある。
【0018】
【数1】数式1において、κ、m* 、ε0 、cは定数で
あり、移動度μは数式μ=1/(N・e・δ0 )によ
り、「ドーパント濃度N」と「電気伝導度δ0 」から求
められる。
【0019】従って、「赤外線差吸光度A」を測定し、
式αe =A/loge/d、(loge=0.434
3)によって「キャリア吸収係数αe 」を算出すること
によって、非接触で「抵抗率R」、すなわち「ドーパン
ト濃度(キャリア濃度)N」を求めることが可能であ
る。
【0020】その際、予め、「抵抗率R」の値をいろい
ろと振って(アーヴィンカーブに従って「ドーパント濃
度N」も変わる)、「抵抗率R」対「キャリア吸収係数
αe」の対応表を作っておくと良い。
【0021】表1は、ボロンドープの場合の「抵抗率
R」対「キャリア吸収係数αe 」の対応表である。ただ
し、真空誘電率ε0 =8.854×10-12 4 2
3 kg、Siの比誘電率ε=11.68、電子の電荷
e=1.602×10-19 SA、キャリアの有効質量m
* =1.78×10-31 kgとした。
【0022】また、表4は、リンドープの場合の「抵抗
率R」対「キャリア吸収係数αe 」の対応表である。た
だし、真空誘電率ε0 =8.85418×10-12 4
2/m3 kg、Siの比誘電率ε=11.68、電子
の電荷e=1.60219×10-19 SA、キャリアの
有効質量m* =2.642×10-31 kgとした。
【0023】表1及び表4からも分るように、キャリア
による赤外吸収は、ドーパント濃度が高くなるほど強く
なる。また、低波数ほど、強くなる。
【0024】表1及び表4は、グラフ化しておくと便利
である。
【0025】また、表1及び表4の替わりに、「ドーパ
ント濃度N」の値をいろいろと振って(アーヴィンカー
ブに従って「抵抗率R」も変わる)、「ドーパント濃度
N」対「キャリア吸収係数αe 」の対応表又はグラフを
作成しておいても良い。
【0026】測定対象のウエハの厚さは、例えば600
μm〜2mm程度とする。
【0027】波数は、フリーキャリア以外の赤外吸収が
比較的小さい650cm-1を用いることができる。
【0028】図2に示すように、650cm-1近傍で
は、シリコンの格子振動の影響、炭素の影響を少なくで
きる。ただし、その場合には、炭素や他の不純物(存在
する場合)のレベルをレファレンスとサンプルとで同じ
にしなければならない。また、厚さの差による誤差の影
響も大きくでるので、注意を要する。
【0029】もちろん、波数は650cm-1以外でも良
い。
【0030】実施例1 抵抗率の異なる3種類のボロンドープシリコンウエハ
(サンプル1〜3、厚さ2mm)と、ノンドープのレフ
ァレンスシリコンウエハ(厚さ2mm)を用意し、赤外
分光器により垂直入射赤外吸収測定を行い、650cm
-1の吸収係数を求めた。
【0031】サンプル1〜3の差吸光度の実測値、吸収
係数の算出値、及び、その算出値から表1に基づいて求
めたドーパント濃度を表2に示す。また、図2〜図4に
は、サンプル1〜3の赤外吸収スペクトルを示す。
【0032】一方、4探針抵抗率測定法によりサンプル
1〜3の抵抗率を測定し、アーヴィンカーブからドーパ
ント濃度を求めた。その結果を表3に示す。
【0033】そして、吸収係数から調べたドーパント濃
度と、抵抗率の実測値から求めたドーパント濃度の相関
を求めた。図5は、その相関図である。R2 =0.99
で非常に良い相関が得られた。
【0034】実施例2 抵抗率の異なる4種類のリンドープシリコンウエハ(サ
ンプル4〜7、厚さ2mm)と、ノンドープのレファレ
ンスシリコンウエハ(厚さ2mm)を用意し、赤外分光
器により、波数650cm-1の吸収係数を求めた。
【0035】サンプル4〜7の差吸光度の実測値、吸収
係数の算出値、及び、その算出値から表4に基づいて求
めたドーパント濃度を表5に示す。また、図5には、測
定した赤外吸収スペクトルを示す。
【0036】一方、4探針抵抗率測定法によりサンプル
4〜7の抵抗率を測定し、アーヴィンカーブからドーパ
ント濃度を求めた。その結果を表6に示す。
【0037】そして、吸収係数から求めたドーパント濃
度と、抵抗率の実測値から求めたドーパント濃度の相関
を調べた。図5は、その相関図である。R2 =0.99
で非常に良い相関が得られた。
【0038】抵抗率の実測値から求めたドーパント濃度
は、吸収係数から求めたドーパント濃度の約0.063
倍+3×1015倍の値となっている。従って、両者を自
由に換算することが可能である。
【0039】
【表1】
【0040】
【表2】
【0041】
【表3】
【0042】
【表4】
【0043】
【表5】
【0044】
【表6】
【0045】
【発明の効果】本発明のシリコンウエハのドーパント濃
度測定方法によれば、シリコンウエハに非接触でドーパ
ント濃度を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アーヴィンカーブを示すグラフ。
【図2】波数と吸収係数の関係を示すグラフ。
【図3】実施例1におけるサンプル1の赤外吸収スペク
トルを示すグラフ。
【図4】実施例1におけるサンプル2の赤外吸収スペク
トルを示すグラフ。
【図5】実施例1におけるサンプル3の赤外吸収スペク
トルを示すグラフ。
【図6】実施例1における吸収係数より求めたドーパン
ト濃度と抵抗率より求めたドーパント濃度の相関図。
【図7】実施例2におけるサンプル4〜7の赤外吸収ス
ペクトルを示すグラフ。
【図8】実施例2における吸収係数より求めたドーパン
ト濃度と抵抗率より求めたドーパント濃度の相関図。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドーパントを含む厚さdのサンプルシリ
    コンウエハと、実質的に同じ厚さdでドーパントを含ま
    ないリファレンスシリコンウエハとの赤外線差吸光度A
    を測定し、式αe =A/loge/d、(loge=
    0.4343)によってキャリア吸収係数αe (c
    -1)を算出し、キャリア吸収係数αe (cm-1)に関
    する分散理論の式 【数1】 と、ドーパント濃度Nと抵抗率Rの関係を与えるアーヴ
    ィンカーブ(Irvincurve)に基づいて、ドー
    パント濃度N(cm-3)を求めるシリコンウエハのドー
    パント濃度測定方法。
  2. 【請求項2】 予め、キャリア吸収係数αe (cm-1
    に関する前記分散理論の式とアーヴィンカーブ(Irv
    in curve)に基づいて、吸収係数αe (c
    -1)対抵抗率R(Ωcm)の換算表(表1、表4)、
    または、吸収係数αe (cm-1)対ドーパント濃度N
    (cm-3)の換算表を作成しておき、この換算表を利用
    してドーパント濃度N(cm-3)を求めることを特徴と
    する請求項1に記載のシリコンウエハのドーパント濃度
    測定方法。
  3. 【請求項3】 波数が650/cmにおける赤外線差吸
    光度Aを測定することを特徴とする請求項1又は2に記
    載のシリコンウエハのドーパント濃度測定方法。
  4. 【請求項4】 抵抗率が0.1〜16Ωcmのボロンド
    ープウエハのドーパント濃度を測定することを特徴とす
    る請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコンウエハ
    のドーパント濃度測定方法。
  5. 【請求項5】 抵抗率が0.1〜1.6Ωcmのリンド
    ープウエハのドーパント濃度を測定することを特徴とす
    る請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコンウエハ
    のドーパント濃度測定方法。
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