JPS61173171A - 半導体ウエハの抵抗率測定法 - Google Patents

半導体ウエハの抵抗率測定法

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JPS61173171A
JPS61173171A JP1393285A JP1393285A JPS61173171A JP S61173171 A JPS61173171 A JP S61173171A JP 1393285 A JP1393285 A JP 1393285A JP 1393285 A JP1393285 A JP 1393285A JP S61173171 A JPS61173171 A JP S61173171A
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Koji Murai
村井 耕治
Akira Usami
宇佐美 晶
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、半導体ウェ
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
半導体クエへの抵抗率測定法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
半導体ウェ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、上記半導体クエへの製造工程や
素子工程においては、遂次上記半導体ウェハの抵抗率や
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ニへ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
半導体ウェ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、製品とされろ半導体ウ
エノ1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、上記渦電流法にあっては、電気的制約か
らプローブの形状に制約があるため、10mm75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
、よって半導体ウニフル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った。また、上記半導
体ウェ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った
〔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
ェハに接触することなく、しかも微小面積内の抵抗室を
極めて高い精度で測定することができ、よって面内抵抗
率分布の面分解能を向上させることができる半導体クエ
へ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ェハの抵抗率測定法は、半導体ウェ
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
記半導体ウェ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ニへの抵抗率を得るものである
〔発明の原理〕
半導体ウェ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、上記半導体ウェハ内で吸収さ
れる量αは、α■λ2nで表わされる。
ここで、nはキャリヤー濃度を示すものである。
一方、上記半導体ウェハの抵抗率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/nll 
ypで表わされる。したがって以上の関係式から上記吸
収量αは、α■λ2/ρで表わされ、よって上記半導体
ウェハの抵抗率ρに反比例することになる。
すなわち、上記半導体ウェハに波長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
ニへの抵抗率ρを得ることができる。
また、上記吸収量αと、上記半導体ウニへの厚さt及び
この半導体ウェハへの上記電磁波の照射面積Aとの関係
は、aocAt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@において、マイクロ波発振器lから発振したマイ
クロ波は、半導体ウェハ2の表面と僅かの間隙をもって
配設された入射側導波管3から上記半導体2忙側射され
る。そして、上記半導体ウェハ2内で吸収されずに透過
した上記マイクロ波は、上記半導体ウェハ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っている。
そして、上記半導体ウェハ2の抵抗率を測定するには、
先ず上記半導体ウェハ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V。を
得る。次に、抵抗率を測定すべき半導体ウェハ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■を同様にしχ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、上記半導体ウェハ2
におけるマイクロ波の透過率V/Voあるいは吸収率(
Vtr−V ) / Voを求める。次に、とのよ5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ェハにおける抵抗率と吸収率又は
透過率との関係とを、互いの半導体ウニへの厚さ補正を
行なったうえで比較することにより、上記半導体ウェハ
2の抵抗率ρが得られる。
しかして、このような半導体ウニへの抵抗率測定法によ
れば、半導体ウェハ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
ニへ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Kより半導体ウェ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、上記半導体ウェハ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。この例のものにあっては、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(〜・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
イク四波の照射ビームを収斂させることができ、よって
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、この例のものにあっては、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ット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のスリット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、よって装置の複
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。
〔実験例〕
第4図ないし第10図は、この発明の半導体ウェハの抵
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400
μmのP型およびN型の各種の抵抗率Pを有するシリコ
ンウェハ圧ついて、周波数10 Glzのマイクロ波を
用いて抵抗率測定を行った場合の透過−4V/V、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ットを有するアルミ箔で覆った場合
であって第6図は上記スリットによりマイクロ波ビーム
をlmmX5m1<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1mmX5
mm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10GH2のマイクロ
波を用いて上記シリコンウェハの抵抗率を測定する場合
には、概ね101〜102Ω−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、スリッ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haGHzの
マイクロ波を用いて、厚さ400μmで直径50朋のP
型シリコンウェ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XSYの両
方向くついて測定した結果を示すもので、横軸の0点は
上記シリコンウェハの外周縁を、また25羽の点はその
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った集束型導
波管を用い、スリットにより1罷X51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α5
8Q−cm(4探針法により計測)のシリコンウェハに
ついての、また第9図においては中心における抵抗率P
が[L38Ω−Cm、Q、76Ω−cm、2.7Ω−c
m(4探針法により計測)の3種類のシリコンウェハに
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
ンウェハの外周部に至るまでの全域に亘って面内抵抗率
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1朋グの
CO,レーザ光を用いた場合における厚さ400μmの
P型及びN型のシリコンウェハの抵抗率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−α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ニへの抵抗率測
定法は、半導体ウェ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ェ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ニへの抵抗
率を得るものである。よって、この測定法によれば、半
導体ウェ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、上記半導体ウェハの
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。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の半導体ウニへ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
実施例忙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ットを有する金属
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ェ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
ウェ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CO,レーザ光を用いた場合のシリコンウェ
ハの抵抗率と透過率との関係を示すグラフである。 2・・・・・・半導体ウェハ、3・・・・・・入射側導
波管、4・・・・・・検出側導波管、8・・・・・・集
束型導波管、9・・・・・・スリット、10・・・・・
・金属箔。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体ウェ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
    量との差により得られる上記電磁波の吸収量から上記半
    導体ウェハの抵抗率を得ることを特徴とする半導体ウェ
    ハの抵抗率測定法。
  2. (2)上記電磁波はマイクロ波であり、かつ上記マイク
    ロ波を集束型導波管を介して上記半導体ウェハに入射し
    、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特許請求の範囲第1項
    記載の半導体ウェハの抵抗率測定法。
  3. (3)上記電磁波はマイクロ波であり、かつ上記マイク
    ロ波を、端面がスリットを有する金属箔で覆われた導波
    管を介して上記半導体ウエハへ入射することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の半導体ウェハの抵抗率測
    定法。
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