エピタキシャル層の抵抗率測定方法
【課題】シリコンウェーハ上の高濃度にドープされたエピタキシャル層の抵抗率であっても、従来に比べて正確且つ容易に測定することができるエピタキシャル層の抵抗率の測定方法を提供する。
【解決手段】シリコン単結晶ウェーハ上に形成されたエピタキシャル層の抵抗率を測定する方法であって、少なくとも、エピタキシャル成長装置に、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを投入し、該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を成長させ、その後、前記モニターエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値を測定して前記モニターエピタキシャル層の抵抗率を算出し、該算出された抵抗率を、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させる前記エピタキシャル層の抵抗率とすることを特徴とするエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【解決手段】シリコン単結晶ウェーハ上に形成されたエピタキシャル層の抵抗率を測定する方法であって、少なくとも、エピタキシャル成長装置に、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを投入し、該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を成長させ、その後、前記モニターエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値を測定して前記モニターエピタキシャル層の抵抗率を算出し、該算出された抵抗率を、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させる前記エピタキシャル層の抵抗率とすることを特徴とするエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンエピタキシャル層の抵抗率を測定する方法に関するものであり、特には、高濃度にドーパントがドーピングされた低抵抗率シリコンエピタキシャル層の抵抗率を高精度に測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の抵抗率の測定方法は、２種類の方法が一般的に知られている。そのうちの一つはＣ−Ｖ法である。
これは、空乏層容量の電圧依存性（Ｃ−Ｖ特性）からキャリア濃度を求め、抵抗率に換算する方法であり、低抵抗率ウェーハ（ｐ＋ウェーハ又はｎ＋ウェーハ）の上に同じ導電型で通常抵抗率を有するエピタキシャル層を成長したｐ／ｐ＋あるいはｎ／ｎ＋エピウェーハの抵抗率測定が可能である（例えば特許文献１等参照）。
【０００３】
しかしながらこのＣ−Ｖ法では、エピタキシャル層の抵抗率が低くなる（実質的には０．１Ωｃｍ以下）と、空乏層が広がらなくなり、Ｃ−Ｖ特性が測定できないという問題がある。すなわち、０．１Ωｃｍ以下の抵抗率測定は、Ｃ−Ｖ法では困難である。
【０００４】
もう一つの方法が四探針法であるが、これは抵抗率の制限は受けないために０．１Ωｃｍ以下の抵抗率の測定にも適用可能である。
図１に示すように、四探針法は、厚さを半無限とみなせる試料の平面上に探針を４本（１，２，３，４）、間隔を取った状態で一直線上に並べ、測定対象に接触させる。そして、外側の両端を電流電極（１，４）とし、電流Ｉを流し、内側の２本（２，３）を電位差電極として、２，３間の電位差Ｖを測定するものである。
電極間距離を等間隔Ｓとすると、抵抗率ρは、
ρ＝２πＳ・Ｖ／Ｉ （１）
と表すことができる。
【０００５】
しかしながら、図２に示すような、エピタキシャル層１２とシリコン単結晶ウェーハ１１からなるエピタキシャルウェーハのようなウェーハ状試料を測定する場合は、探針間隔に対して試料の大きさが無視できなくなる。
このため、厚み、形状、測定位置による補正が必要となり、厚みを考慮した場合の抵抗率ρ［Ωｃｍ］は、
ρ＝２πＳ・Ｖ／Ｉ・Ｆｔ・Ｆｒ （２）
Ｆｔ：厚みに関する補正係数
Ｆｒ：形状および測定位置に関する補正係数
となり、エピタキシャル層の厚みをｔとすると、抵抗率ρは一般的には、
ρ＝４．５３２・Ｖ／Ｉ・ｔ （３）
となることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１１１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、四探針法で抵抗率を正確に求めるためには、式（３）に示すように抵抗値を測定する箇所のエピタキシャル層の膜厚を正確に求めなければならない。
【０００８】
しかし、実際に一般的な膜厚測定器でエピタキシャル層の膜厚測定を行うためには、モニターウェーハとして高濃度のドーパントを含有する低抵抗率ウェーハ（ｐ＋ウェーハ又はｎ＋ウェーハ）を用い、その表面にノンドープ或いは低濃度ドープのエピタキシャル層を成長させる必要がある。その一方で、四探針法でエピタキシャル層の抵抗値を測定するためには、エピタキシャル層と反対の導電型のモニターウェーハを用いる必要がある。
【０００９】
このように、エピタキシャル層の膜厚と抵抗値の測定上の制約から、同一のモニターウェーハ上に測定対象となるエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハを用いてエピタキシャル層の膜厚と抵抗値を測定することができないため、通常の場合は、別々の仕様のモニターウェーハを用いて別々のエピタキシャルウェーハを作製し、これらを用いてエピタキシャル層の膜厚と抵抗値の測定が別々に行われている。従って、これらの測定値から算出される抵抗率には当然に不確定要素が含まれることになり、真に正確な測定が行われているとは言えなかった。
【００１０】
さらに、モニターウェーハとして仕様の異なる２枚のシリコン単結晶ウェーハを用意し、それぞれに対し別々のドーパント濃度でのエピタキシャル成長を行わなければならず、モニターウェーハ作製及びエピタキシャル成長に時間とコストがかかってしまうという欠点があった。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、シリコンウェーハ上の高濃度にドーパントがドープされたエピタキシャル層の抵抗率を、従来に比べて正確且つ容易に測定することができるエピタキシャル層の抵抗率の測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明では、シリコン単結晶ウェーハ上に形成されたエピタキシャル層の抵抗率を測定する方法であって、少なくとも、エピタキシャル成長装置に、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを投入し、該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を成長させ、その後、前記モニターエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値を測定して前記モニターエピタキシャル層の抵抗率を算出し、該算出された抵抗率を、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させる前記エピタキシャル層の抵抗率とすることを特徴とするエピタキシャル層の抵抗率測定方法を提供する。
【００１３】
このように、モニター用のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に実際のエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を形成する。ＳＯＩ層＋モニターエピタキシャル層のトータル膜厚は、例えば反射分光法、分光エリプソメトリ、ＦＴ−ＩＲのような方法によって容易に評価することができる。またＳＯＩ層の厚さは大抵の場合予め既知であるため、これらの値からモニターエピタキシャル層の厚さも容易且つ高精度に評価できる。従って、モニターエピタキシャル層の抵抗値を測定すれば、既知の膜厚から抵抗率を高精度に算出することができ、よって従来に比べて正確且つ容易にモニターエピタキシャル層、すなわち実際のエピタキシャル層の抵抗率を評価することができる。
また、同一のモニターウェーハで膜厚及び抵抗値を測定できるため、モニターウェーハが１枚で済むため、モニターウェーハの作製にかかる時間とコストは従来に比べて大幅に削減できる。
【００１４】
ここで、前記膜厚は反射分光法で測定し、前記抵抗値は四探針法で測定することが好ましい。
このように、膜厚を反射分光法で測定することによって、容易且つ高い精度でモニターエピタキシャル層の膜厚を評価することができる。そして反射分光法によって膜厚を正確に測定できているので、四探針法で抵抗値を測定することによって、先に求めた正確なモニターエピタキシャル層の膜厚からモニターエピタキシャル層の抵抗率を正確に算出することができる。
また、膜厚と抵抗値を１枚のモニターウェーハで測定することができるため、従来の抵抗率測定における別個のモニターウェーハによる抵抗率評価では不可避な不確定要因を排除することができ、正確な抵抗率測定を行うことができる。同時に、モニターウェーハの作製も１枚で済み、抵抗率測定用のエピタキシャル成長も１回で済むため、時間とコストの削減が可能となる。すなわち、シリコン単結晶ウェーハ上に成長させたエピタキシャル層の抵抗率を従来に比べてより簡易且つ高精度に評価することができる。
【００１５】
また、前記反射分光法では、可視光領域の波長の光を用いることが好ましい。
このように、可視光領域の波長の光は、高濃度にドーパントがドープされた低抵抗率のモニターエピタキシャル層であっても透過するため、可視光領域の波長の光を用いることによって、簡易且つ高精度でモニターエピタキシャル層の膜厚を評価することができ、算出する抵抗率の精度もより向上させることができる。
【００１６】
そして、前記膜厚は、前記モニターエピタキシャル層を成長させた後に前記可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によって測定された前記ＳＯＩ層と前記モニターエピタキシャル層の厚さから、前記モニターエピタキシャル層を成長させる前に前記可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によって測定した前記ＳＯＩ層の厚さを減ずることによって測定することが好ましい。
これによって、より高精度にモニターエピタキシャル層の膜厚を測定することができ、エピタキシャル層の抵抗率をより高精度に測定することができる。
【００１７】
更に、前記モニターエピタキシャル層の面内の同一箇所に対して、前記反射分光法による前記膜厚の測定と前記四探針法による前記抵抗値の測定を行うことが好ましい。
このように、モニターエピタキシャル層の同一箇所の膜厚と抵抗値を測定することによって、正確に膜厚が測定された箇所の抵抗値を測定することになり、更に高精度に抵抗率を測定・評価することができる。
【００１８】
また、前記ＳＯＩウェーハは、ベースウェーハとしてのシリコン単結晶ウェーハ上にシリコン酸化膜、前記ＳＯＩ層が積層された構造であり、該ＳＯＩ層の抵抗率は、前記エピタキシャル層の抵抗率より高抵抗率であることが好ましい。
近年求められているエピタキシャルウェーハには、通常抵抗率若しくは高抵抗率のシリコン単結晶ウェーハの表面上に低抵抗率のエピタキシャル層が形成されたものがある。従って、モニター用のＳＯＩウェーハとして、ベースウェーハとしてのシリコン単結晶ウェーハ上に、シリコン酸化膜、エピタキシャル層（モニターエピタキシャル層）よりも抵抗率の高いＳＯＩ層が積層された構造のＳＯＩウェーハを用いることによって、モニターウェーハがより実際に即した構造となり、より実際に即した高精度なエピタキシャル層の抵抗率の測定を行うことができる。
【００１９】
そして、前記エピタキシャル層の抵抗率を、０．０１Ωｃｍ以下であることとすることが好ましい。
本発明のエピタキシャル層の抵抗率評価方法は、Ｃ−Ｖ法では測定が困難であった０．１Ωｃｍ以下の低抵抗率でも正確に測定できることはもちろん、ドーパントがさらに高濃度にドープされ抵抗率が０．０１Ωｃｍ以下と極めて低抵抗率なエピタキシャル層であっても膜厚及び抵抗値を従来に比べて正確に測定できるものであるから、近年要求されている０．０１Ωｃｍ以下のような低抵抗率のエピタキシャルウェーハであっても、抵抗率を正確に評価することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明のように、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを用い、そのＳＯＩ層上にモニターエピタキシャル層の成長を行い、またモニターエピタキシャル層の膜厚測定を反射分光法で行い、同ウェーハに対して四探針法で抵抗値測定を行うことによって、従来に比べて大幅に高い精度で、かつ容易にエピタキシャル層の抵抗率を算出することができ、また例え０．０１Ωｃｍ以下の低抵抗率なエピタキシャル層であってもその抵抗率を高精度に評価することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】厚さを無視できるバルク試料での四探針法による抵抗率測定方法の概略を示した図である。
【図２】厚さを無視できないエピタキシャルウェーハでの四探針法による抵抗率測定方法の概略を示した図である。
【図３】一般的な反射分光法によるＳＯＩウェーハの膜厚測定方法の測定原理を説明する図である。
【図４】実施例における反射分光法で測定したモニターウェーハ（モニターエピタキシャル層＋ＳＯＩウェーハ）のモニターエピタキシャル層の膜厚面内分布の測定結果の一例を示した図である。
【図５】ＰＨ３ガスの流量を変化させた時のモニターエピタキシャル層の抵抗率と膜厚の関係を示した図である。
【図６】実施例、比較例における反射分光法及び四探針法での膜厚及び抵抗値の測定を行うモニターウェーハの面内の位置関係を示した図である。
【図７】実施例、比較例におけるＰＨ３ガスの流量と、実施例、比較例における抵抗率の算出値から計算したＰ濃度算出値やＳＩＭＳによる実測値との関係を示した図である。
【図８】実施例における抵抗率の算出値から計算したＰ濃度算出値とＳＩＭＳによるＰ濃度実測値との相関関係を示した図である。
【図９】比較例におけるエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値の測定方法の概略を示した図である。（ａ）は膜厚、（ｂ）は抵抗値の測定方法の概略を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、エピタキシャル成長装置に、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを投入する。
このエピタキシャル成長装置は、バッチ式でも枚葉式でもかまわず、その様式は特に限定されない。
【００２３】
モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを用い、この後の工程でＳＯＩ層上に実際のエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を形成する。
ここで、ＳＯＩ層＋モニターエピタキシャル層の膜厚は、例えば反射分光法、分光エリプソメトリ、ＦＴ−ＩＲ等の方法で容易に評価することができる。またＳＯＩ層の厚さは予め既知であることが多いので、モニターエピタキシャル層の厚さを容易に且つ高精度に評価できる。従って、モニターエピタキシャル層の抵抗値を測定することによって、先に測定した膜厚から正確な抵抗率を算出することができ、従来より正確且つ容易なモニターエピタキシャル層、すなわち実際のエピタキシャル層の抵抗率の評価が可能となる。
また、測定方法によっては同一のモニターウェーハで膜厚及び抵抗値を測定できるため、モニターウェーハが１枚で足りる。従って、モニターウェーハの作製に要する時間とコストは従来に比べて大幅に削減され、安価かつ正確にエピタキシャル層の抵抗率を評価できる。
【００２４】
またこのモニター用のＳＯＩウェーハの物性については特に限定されないが、ベースウェーハとしてのシリコン単結晶ウェーハ上にシリコン酸化膜（埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層））、ＳＯＩ層が積層された構造であり、かつＳＯＩ層の抵抗率は、抵抗率を測定したいエピタキシャル層（同一条件で形成するモニターエピタキシャル層）の抵抗率より高抵抗率なものとすることができる。
【００２５】
通常抵抗率若しくは高抵抗率のシリコン単結晶ウェーハの表面上に低抵抗率のエピタキシャル層が形成された構造のエピタキシャルウェーハが求められることがあるが、従来はこのような構造のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の抵抗率を高精度且つ簡易に評価することができなかった。しかし後述するように、本発明によれば通常若しくは高抵抗率のシリコン単結晶ウェーハ上の低抵抗率のエピタキシャル層の抵抗率を従来より高い精度で簡易に評価することができる。このため、ＳＯＩ層の抵抗率が抵抗率を測定したいエピタキシャル層より高抵抗率なＳＯＩウェーハを用いると、通常抵抗率若しくは高抵抗率のシリコン単結晶ウェーハの表面上に低抵抗率のエピタキシャル層が形成された構造のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の抵抗率を間接的ではあるが高精度且つ容易に測定することができ、より実際に即した構造のエピタキシャルウェーハの評価を行うことになる。
【００２６】
そして、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に、シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を成長させる。
このときのエピタキシャル層（モニターエピタキシャル層）の物性は特に限定されないが、抵抗率は０．０１Ωｃｍ以下とすることができる。
後述するように、本発明のエピタキシャル層の抵抗率評価方法は、抵抗率が０．０１Ωｃｍ以下と高濃度ドープエピタキシャル層であっても、膜厚及び抵抗値、特に膜厚を従来に比べて正確に測定することができるものである。従って、近年要求されるような０．０１Ωｃｍ以下と極めて低抵抗率のエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハであっても、そのエピタキシャル層の抵抗率を従来に比べてより正確に評価することができる測定方法となっている。
【００２７】
そして、モニターエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値を測定してモニターエピタキシャル層の抵抗率を算出する。
【００２８】
ここで、膜厚は反射分光法で測定し、抵抗値は四探針法で測定することができる。
反射分光法で膜厚を測定することによって、容易且つ簡易にモニターエピタキシャル層の膜厚を従来に比べてより正確に評価することができる。そして四探針法で抵抗値を正確に測定し、先に反射分光法によって測定した正確なモニターエピタキシャル層の膜厚を利用することによって、モニターエピタキシャル層の抵抗率を従来に比べて簡易且つ正確に算出することができる。すなわち、膜厚と抵抗値が１枚のモニターウェーハで測定できるため、従来のように別々のエピタキシャルウェーハによる抵抗率評価では避けることができなかった不確定要因を排除することができ、正確な抵抗率測定を行うことができる。
そして、モニターウェーハも１枚で間に合うため、抵抗率測定用のエピタキシャル成長が１回で足りるので、ウェーハ作製のための時間とコストを削減することができ、より好都合である。
【００２９】
図３は、一般的な反射分光法を用いたＳＯＩウェーハのＳｉ（ＳＯＩ）層およびＳｉＯ２層の膜厚を測定する原理について説明したものである。
ＳＯＩ層１４の表面側から入射させた入射光の強度Ｉと、ＳＯＩ層１４表面・ＳＯＩ層１４とＳｉＯ２層１３との境界・ＳｉＯ２層１３とベースウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ）１１ａとの境界で反射した反射光の強度Ｒの比（Ｒ／Ｉ）は、式（４）のように、ＳＯＩ層・ＳｉＯ２層の膜厚、ＳＯＩ層・ＳｉＯ２層・シリコン単結晶ウェーハの屈折率、吸収係数および測定波長λの関数として表される。
（Ｒ／Ｉ）＝ｆ（ｔ１，ｔ２，ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｋ１，ｋ２，ｋ３，λ） （４）
ｔ１，ｎ１，ｋ１：ＳＯＩ層の膜厚，屈折率，吸収係数
ｔ２，ｎ２，ｋ２：ＳｉＯ２層の膜厚，屈折率，吸収係数
ｎ３，ｋ３：Ｓｉウェーハの屈折率，吸収係数
【００３０】
この関係を用いて、ＳＯＩ層１４、ＳｉＯ２層１３の膜厚ｔ１およびｔ２は、波長λを変化させながら（Ｒ／Ｉ）を計測し、既知数であるｎ１、ｎ２、ｎ３、ｋ１、ｋ２、ｋ３を用いることで求めることができる。
【００３１】
また、反射分光法では、可視光領域の波長の光を用いることができる。
例えば、モニターエピタキシャル層（エピタキシャル層）を、高濃度にドーパントがドープされた低抵抗率のものとしても、可視光領域の波長の光はこのような低抵抗率モニターエピタキシャル層を透過できる。このため、たとえ低抵抗率のエピタキシャル層の評価であったとしても、可視光領域の波長の光を用いれば、容易にモニターエピタキシャル層の膜厚を高精度に評価することができ、算出する抵抗率の精度もより向上することになる。
【００３２】
そして、モニターエピタキシャル層の面内の同一箇所に対して、反射分光法による膜厚の測定と四探針法による抵抗値の測定を行うことができる。
モニターエピタキシャル層の同一箇所に対して、反射分光法による膜厚の測定と四探針法による抵抗値の測定を行うことによって、正確に膜厚が測定された箇所の抵抗値を正確に測定することができるため、更に高精度に抵抗率の測定を行うことができる。
【００３３】
更に、予めモニターエピタキシャル層を成長させる前に可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によってＳＯＩ層の厚さを測定しておき、更にモニターエピタキシャル層を成長させた後に可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によってＳＯＩ層とモニターエピタキシャル層の厚さを測定する。そしてこのＳＯＩ層とモニターエピタキシャル層の厚さからＳＯＩ層の厚さを減ずることによって、モニターエピタキシャル層の膜厚を測定するものとすることができる。
【００３４】
反射分光法では、本発明のようなベースウェーハ＋ＳｉＯ２層＋ＳＯＩ層＋モニターエピタキシャル層との構造のＳＯＩウェーハのシリコン酸化膜より表面側の厚さを評価しても、モニターエピタキシャル層とＳＯＩ層の厚さを区別して測定することは容易ではない。
そこで、まず予めＳＯＩ層のみの厚さを反射分光法で測定しておく。そしてモニターエピタキシャル層の厚さの測定を行った後に、測定値から先に測定しておいたＳＯＩ層の厚さを減算することによって、従来より更に高精度にモニターエピタキシャル層の膜厚を測定することができる。すなわち、エピタキシャル層の抵抗率をより高精度に測定することができるようになる。
【００３５】
このようにして算出されたモニターエピタキシャル層の抵抗率は、同一条件で成長させるシリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の抵抗率とほとんど同一視できるものであるので、このモニターエピタキシャル層の抵抗率を実際のエピタキシャル層の抵抗率とみなすことができる。
【実施例】
【００３６】
以下、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、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
直径３００ｍｍ、導電型ｐ型、１０Ωｃｍのシリコン単結晶ウェーハをベースウェーハとし、膜厚１４５ｎｍのＢＯＸ層、導電型ｐ型、１０Ωｃｍ、膜厚８８ｎｍのＳＯＩ層からなるＳＯＩウェーハをモニターウェーハとして複数枚準備した。そして、エピタキシャル成長装置に１枚毎に別個に投入した。
【００３７】
そして、ドーパントガスの流量を変化させて、抵抗率が０．１Ωｃｍ以下で膜厚が約３．５μｍのｎ型エピタキシャル層をモニターエピタキシャル層として以下に示す条件で成長させた。
圧力を常圧（７６０ｔｏｒｒ（１×１０５Ｐａ））、温度１０８０℃、Ｈ２ガス流量を５０ｓｌｍ、シリコン原料ガスとしてジクロロシランを４５０ｓｃｃｍ、ドーパントガスとしてホスフィン（ＰＨ３）の流量を１０〜９５０ｓｃｃｍの範囲で変化させた。
【００３８】
このように作製したモニターＳＯＩウェーハのモニターエピタキシャル層とＳＯＩ層のトータル膜厚を、反射分光法を用いたＡＤＥ社製ＡｃｕＭａｐ（波長：０．４５〜０．９μｍ）を用いて評価した。その結果の一例を図４に示す。
図４に示すように、モニターＳＯＩウェーハのモニターエピタキシャル層とＳＯＩ層のトータル膜厚は正確に測定できることが判った。
【００３９】
そしてＰＨ３流量のみを変化させたことによって抵抗率を変えたモニターエピタキシャル層の膜厚とＰＨ３ガス流量との関係を評価した。その結果を図５に示す。
図５に示すように、反射分光法によって測定されるモニターエピタキシャル層の膜厚は、モニターエピタキシャル層の抵抗率が変化しても一定の値を示していることが判った。従って、可視光領域の光を用いた反射分光法であればエピタキシャル層の抵抗率にかかわらず正確に膜厚を評価でき、０．１Ωｃｍ以下の低抵抗率の測定はもちろん、少なくとも０．００３Ωｃｍの極めて低抵抗率のエピタキシャル層までは膜厚測定が可能であることが確認できた。
【００４０】
このように作製した抵抗率の異なるｎ型モニターエピタキシャル層が形成されたモニターウェーハの中から３種類（サンプル１（ＰＨ３ガス流量２００ｓｃｃｍ）、サンプル２（ＰＨ３ガス流量４００ｓｃｃｍ）、サンプル３（ＰＨ３ガス流量９５０ｓｃｃｍ））を選択した。
そして、図６に示したウェーハ面内９点に対して、ＡｃｕＭａｐによる膜厚測定および四探針法による抵抗値測定を行い、抵抗率を算出した。そのモニターウェーハ上に成長させたモニターエピタキシャル層の膜厚・抵抗値・抵抗率の測定結果を表１に示す。
尚、表１中のモニターエピタキシャル層の膜厚は、ＡｃｕＭａｐによって測定したトータル膜厚（モニターエピタキシャル層＋ＳＯＩ層）から、予め測定してあったＳＯＩ層の膜厚を減じた値を示している。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１に示すように、ＰＨ３流量の増加とともにエピタキシャル層の抵抗率が低くなっており、Ｐが高濃度にドーピングされたことが示されている。
【００４３】
そして、この抵抗率の測定方法によって算出した抵抗率の確からしさを確認するために、先に四探針測定を行った箇所のＳＩＭＳ分析（Ｐ濃度のデプスプロファイル測定）を行った。その結果を図７に示す。図７は、ＰＨ３流量に対する実施例における抵抗率から算出したＰ濃度やＳＩＭＳ分析によるＰ濃度実測値をプロットしたグラフである。
実施例の測定方法によるＰ濃度算出値も、ＳＩＭＳによる実測値も、ＰＨ３ドープ流量が増加するに従ってＰ濃度が増加する傾向が見られた。尚、ＳＩＭＳによるＰ濃度よりも実施例の測定方法から算出したＰ濃度の方が若干低い値となっているのは、ドーパントの活性化の影響が含まれているためと考えられる。
【００４４】
また、図８は先に求めたＰ濃度とＳＩＭＳ分析によるＰ濃度実測値との相関を示したものであり、ほぼ同じ値を示すこと、良好な相関関係があることが判った。
以上の結果をまとめると、実施例によるエピタキシャル層の抵抗率測定方法は、低抵抗率のエピタキシャル層の抵抗率であっても正確に測定できる手法であるとことが判った。
【００４５】
（比較例）
実施例と比較するため、図９に示すような直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハからなる２種類のモニターウェーハ（膜厚測定用のｐ＋型シリコン単結晶ウェーハ２１ａと抵抗率測定用のｐ−型シリコン単結晶ウェーハ２１ｂ）を３組用意し、抵抗率測定用モニターウェーハ２３ｂとして実施例と同一条件で３種類のｎ型のモニターエピタキシャル層２２ｂ（ｎ＋エピタキシャル層）を形成（サンプル１’（ＰＨ３ガス流量２００ｓｃｃｍ）、サンプル２’（ＰＨ３ガス流量４００ｓｃｃｍ）、サンプル３’（ＰＨ３ガス流量９５０ｓｃｃｍ））し、膜厚測定用モニターウェーハ２３ａとしてＰＨ３をドープせずにノンドープエピタキシャル層２２ａを形成した以外は実施例と同一条件でエピタキシャル層を形成した。
【００４６】
そして、抵抗率測定用モニターウェーハ２３ｂに対しては四探針法で抵抗値を測定し、膜厚測定用モニターウェーハ２３ａに対してはＦＴＩＲ赤外干渉法で膜厚を測定し、これらの値から抵抗率を求め、表２に記載した。
【００４７】
【表２】
【００４８】
表２に示すように、比較例の３種類のモニターウェーハのモニターエピタキシャル層も、ＰＨ３流量の増加とともにエピタキシャル層の抵抗率が低くなっており、Ｐが高濃度にドーピングされたことが示されている。
【００４９】
そして図７に、比較例の抵抗率測定方法で測定した抵抗率から算出したＰ濃度を示す。
図７に示すように、実施例の測定方法に比べると、比較例の測定方法の方がＳＩＭＳによる測定値から乖離した値となっていることが判った。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１１…シリコン単結晶ウェーハ、
１１ａ…ベースウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ）、
１２…エピタキシャル層、
１３…シリコン酸化膜（ＳｉＯ２層）、
１４…ＳＯＩ層、
２１ａ…ｐ＋型シリコン単結晶ウェーハ、 ２１ｂ…ｐ−型シリコン単結晶ウェーハ、
２２ａ…ノンドープエピタキシャル層、 ２２ｂ…ｎ＋型エピタキシャル層、
２３ａ…膜厚測定用モニターウェーハ、 ２３ｂ…抵抗率測定用モニターウェーハ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンエピタキシャル層の抵抗率を測定する方法に関するものであり、特には、高濃度にドーパントがドーピングされた低抵抗率シリコンエピタキシャル層の抵抗率を高精度に測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の抵抗率の測定方法は、２種類の方法が一般的に知られている。そのうちの一つはＣ−Ｖ法である。
これは、空乏層容量の電圧依存性（Ｃ−Ｖ特性）からキャリア濃度を求め、抵抗率に換算する方法であり、低抵抗率ウェーハ（ｐ＋ウェーハ又はｎ＋ウェーハ）の上に同じ導電型で通常抵抗率を有するエピタキシャル層を成長したｐ／ｐ＋あるいはｎ／ｎ＋エピウェーハの抵抗率測定が可能である（例えば特許文献１等参照）。
【０００３】
しかしながらこのＣ−Ｖ法では、エピタキシャル層の抵抗率が低くなる（実質的には０．１Ωｃｍ以下）と、空乏層が広がらなくなり、Ｃ−Ｖ特性が測定できないという問題がある。すなわち、０．１Ωｃｍ以下の抵抗率測定は、Ｃ−Ｖ法では困難である。
【０００４】
もう一つの方法が四探針法であるが、これは抵抗率の制限は受けないために０．１Ωｃｍ以下の抵抗率の測定にも適用可能である。
図１に示すように、四探針法は、厚さを半無限とみなせる試料の平面上に探針を４本（１，２，３，４）、間隔を取った状態で一直線上に並べ、測定対象に接触させる。そして、外側の両端を電流電極（１，４）とし、電流Ｉを流し、内側の２本（２，３）を電位差電極として、２，３間の電位差Ｖを測定するものである。
電極間距離を等間隔Ｓとすると、抵抗率ρは、
ρ＝２πＳ・Ｖ／Ｉ （１）
と表すことができる。
【０００５】
しかしながら、図２に示すような、エピタキシャル層１２とシリコン単結晶ウェーハ１１からなるエピタキシャルウェーハのようなウェーハ状試料を測定する場合は、探針間隔に対して試料の大きさが無視できなくなる。
このため、厚み、形状、測定位置による補正が必要となり、厚みを考慮した場合の抵抗率ρ［Ωｃｍ］は、
ρ＝２πＳ・Ｖ／Ｉ・Ｆｔ・Ｆｒ （２）
Ｆｔ：厚みに関する補正係数
Ｆｒ：形状および測定位置に関する補正係数
となり、エピタキシャル層の厚みをｔとすると、抵抗率ρは一般的には、
ρ＝４．５３２・Ｖ／Ｉ・ｔ （３）
となることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１１１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、四探針法で抵抗率を正確に求めるためには、式（３）に示すように抵抗値を測定する箇所のエピタキシャル層の膜厚を正確に求めなければならない。
【０００８】
しかし、実際に一般的な膜厚測定器でエピタキシャル層の膜厚測定を行うためには、モニターウェーハとして高濃度のドーパントを含有する低抵抗率ウェーハ（ｐ＋ウェーハ又はｎ＋ウェーハ）を用い、その表面にノンドープ或いは低濃度ドープのエピタキシャル層を成長させる必要がある。その一方で、四探針法でエピタキシャル層の抵抗値を測定するためには、エピタキシャル層と反対の導電型のモニターウェーハを用いる必要がある。
【０００９】
このように、エピタキシャル層の膜厚と抵抗値の測定上の制約から、同一のモニターウェーハ上に測定対象となるエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハを用いてエピタキシャル層の膜厚と抵抗値を測定することができないため、通常の場合は、別々の仕様のモニターウェーハを用いて別々のエピタキシャルウェーハを作製し、これらを用いてエピタキシャル層の膜厚と抵抗値の測定が別々に行われている。従って、これらの測定値から算出される抵抗率には当然に不確定要素が含まれることになり、真に正確な測定が行われているとは言えなかった。
【００１０】
さらに、モニターウェーハとして仕様の異なる２枚のシリコン単結晶ウェーハを用意し、それぞれに対し別々のドーパント濃度でのエピタキシャル成長を行わなければならず、モニターウェーハ作製及びエピタキシャル成長に時間とコストがかかってしまうという欠点があった。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、シリコンウェーハ上の高濃度にドーパントがドープされたエピタキシャル層の抵抗率を、従来に比べて正確且つ容易に測定することができるエピタキシャル層の抵抗率の測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明では、シリコン単結晶ウェーハ上に形成されたエピタキシャル層の抵抗率を測定する方法であって、少なくとも、エピタキシャル成長装置に、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを投入し、該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を成長させ、その後、前記モニターエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値を測定して前記モニターエピタキシャル層の抵抗率を算出し、該算出された抵抗率を、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させる前記エピタキシャル層の抵抗率とすることを特徴とするエピタキシャル層の抵抗率測定方法を提供する。
【００１３】
このように、モニター用のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に実際のエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を形成する。ＳＯＩ層＋モニターエピタキシャル層のトータル膜厚は、例えば反射分光法、分光エリプソメトリ、ＦＴ−ＩＲのような方法によって容易に評価することができる。またＳＯＩ層の厚さは大抵の場合予め既知であるため、これらの値からモニターエピタキシャル層の厚さも容易且つ高精度に評価できる。従って、モニターエピタキシャル層の抵抗値を測定すれば、既知の膜厚から抵抗率を高精度に算出することができ、よって従来に比べて正確且つ容易にモニターエピタキシャル層、すなわち実際のエピタキシャル層の抵抗率を評価することができる。
また、同一のモニターウェーハで膜厚及び抵抗値を測定できるため、モニターウェーハが１枚で済むため、モニターウェーハの作製にかかる時間とコストは従来に比べて大幅に削減できる。
【００１４】
ここで、前記膜厚は反射分光法で測定し、前記抵抗値は四探針法で測定することが好ましい。
このように、膜厚を反射分光法で測定することによって、容易且つ高い精度でモニターエピタキシャル層の膜厚を評価することができる。そして反射分光法によって膜厚を正確に測定できているので、四探針法で抵抗値を測定することによって、先に求めた正確なモニターエピタキシャル層の膜厚からモニターエピタキシャル層の抵抗率を正確に算出することができる。
また、膜厚と抵抗値を１枚のモニターウェーハで測定することができるため、従来の抵抗率測定における別個のモニターウェーハによる抵抗率評価では不可避な不確定要因を排除することができ、正確な抵抗率測定を行うことができる。同時に、モニターウェーハの作製も１枚で済み、抵抗率測定用のエピタキシャル成長も１回で済むため、時間とコストの削減が可能となる。すなわち、シリコン単結晶ウェーハ上に成長させたエピタキシャル層の抵抗率を従来に比べてより簡易且つ高精度に評価することができる。
【００１５】
また、前記反射分光法では、可視光領域の波長の光を用いることが好ましい。
このように、可視光領域の波長の光は、高濃度にドーパントがドープされた低抵抗率のモニターエピタキシャル層であっても透過するため、可視光領域の波長の光を用いることによって、簡易且つ高精度でモニターエピタキシャル層の膜厚を評価することができ、算出する抵抗率の精度もより向上させることができる。
【００１６】
そして、前記膜厚は、前記モニターエピタキシャル層を成長させた後に前記可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によって測定された前記ＳＯＩ層と前記モニターエピタキシャル層の厚さから、前記モニターエピタキシャル層を成長させる前に前記可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によって測定した前記ＳＯＩ層の厚さを減ずることによって測定することが好ましい。
これによって、より高精度にモニターエピタキシャル層の膜厚を測定することができ、エピタキシャル層の抵抗率をより高精度に測定することができる。
【００１７】
更に、前記モニターエピタキシャル層の面内の同一箇所に対して、前記反射分光法による前記膜厚の測定と前記四探針法による前記抵抗値の測定を行うことが好ましい。
このように、モニターエピタキシャル層の同一箇所の膜厚と抵抗値を測定することによって、正確に膜厚が測定された箇所の抵抗値を測定することになり、更に高精度に抵抗率を測定・評価することができる。
【００１８】
また、前記ＳＯＩウェーハは、ベースウェーハとしてのシリコン単結晶ウェーハ上にシリコン酸化膜、前記ＳＯＩ層が積層された構造であり、該ＳＯＩ層の抵抗率は、前記エピタキシャル層の抵抗率より高抵抗率であることが好ましい。
近年求められているエピタキシャルウェーハには、通常抵抗率若しくは高抵抗率のシリコン単結晶ウェーハの表面上に低抵抗率のエピタキシャル層が形成されたものがある。従って、モニター用のＳＯＩウェーハとして、ベースウェーハとしてのシリコン単結晶ウェーハ上に、シリコン酸化膜、エピタキシャル層（モニターエピタキシャル層）よりも抵抗率の高いＳＯＩ層が積層された構造のＳＯＩウェーハを用いることによって、モニターウェーハがより実際に即した構造となり、より実際に即した高精度なエピタキシャル層の抵抗率の測定を行うことができる。
【００１９】
そして、前記エピタキシャル層の抵抗率を、０．０１Ωｃｍ以下であることとすることが好ましい。
本発明のエピタキシャル層の抵抗率評価方法は、Ｃ−Ｖ法では測定が困難であった０．１Ωｃｍ以下の低抵抗率でも正確に測定できることはもちろん、ドーパントがさらに高濃度にドープされ抵抗率が０．０１Ωｃｍ以下と極めて低抵抗率なエピタキシャル層であっても膜厚及び抵抗値を従来に比べて正確に測定できるものであるから、近年要求されている０．０１Ωｃｍ以下のような低抵抗率のエピタキシャルウェーハであっても、抵抗率を正確に評価することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明のように、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを用い、そのＳＯＩ層上にモニターエピタキシャル層の成長を行い、またモニターエピタキシャル層の膜厚測定を反射分光法で行い、同ウェーハに対して四探針法で抵抗値測定を行うことによって、従来に比べて大幅に高い精度で、かつ容易にエピタキシャル層の抵抗率を算出することができ、また例え０．０１Ωｃｍ以下の低抵抗率なエピタキシャル層であってもその抵抗率を高精度に評価することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】厚さを無視できるバルク試料での四探針法による抵抗率測定方法の概略を示した図である。
【図２】厚さを無視できないエピタキシャルウェーハでの四探針法による抵抗率測定方法の概略を示した図である。
【図３】一般的な反射分光法によるＳＯＩウェーハの膜厚測定方法の測定原理を説明する図である。
【図４】実施例における反射分光法で測定したモニターウェーハ（モニターエピタキシャル層＋ＳＯＩウェーハ）のモニターエピタキシャル層の膜厚面内分布の測定結果の一例を示した図である。
【図５】ＰＨ３ガスの流量を変化させた時のモニターエピタキシャル層の抵抗率と膜厚の関係を示した図である。
【図６】実施例、比較例における反射分光法及び四探針法での膜厚及び抵抗値の測定を行うモニターウェーハの面内の位置関係を示した図である。
【図７】実施例、比較例におけるＰＨ３ガスの流量と、実施例、比較例における抵抗率の算出値から計算したＰ濃度算出値やＳＩＭＳによる実測値との関係を示した図である。
【図８】実施例における抵抗率の算出値から計算したＰ濃度算出値とＳＩＭＳによるＰ濃度実測値との相関関係を示した図である。
【図９】比較例におけるエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値の測定方法の概略を示した図である。（ａ）は膜厚、（ｂ）は抵抗値の測定方法の概略を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、エピタキシャル成長装置に、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを投入する。
このエピタキシャル成長装置は、バッチ式でも枚葉式でもかまわず、その様式は特に限定されない。
【００２３】
モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを用い、この後の工程でＳＯＩ層上に実際のエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を形成する。
ここで、ＳＯＩ層＋モニターエピタキシャル層の膜厚は、例えば反射分光法、分光エリプソメトリ、ＦＴ−ＩＲ等の方法で容易に評価することができる。またＳＯＩ層の厚さは予め既知であることが多いので、モニターエピタキシャル層の厚さを容易に且つ高精度に評価できる。従って、モニターエピタキシャル層の抵抗値を測定することによって、先に測定した膜厚から正確な抵抗率を算出することができ、従来より正確且つ容易なモニターエピタキシャル層、すなわち実際のエピタキシャル層の抵抗率の評価が可能となる。
また、測定方法によっては同一のモニターウェーハで膜厚及び抵抗値を測定できるため、モニターウェーハが１枚で足りる。従って、モニターウェーハの作製に要する時間とコストは従来に比べて大幅に削減され、安価かつ正確にエピタキシャル層の抵抗率を評価できる。
【００２４】
またこのモニター用のＳＯＩウェーハの物性については特に限定されないが、ベースウェーハとしてのシリコン単結晶ウェーハ上にシリコン酸化膜（埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層））、ＳＯＩ層が積層された構造であり、かつＳＯＩ層の抵抗率は、抵抗率を測定したいエピタキシャル層（同一条件で形成するモニターエピタキシャル層）の抵抗率より高抵抗率なものとすることができる。
【００２５】
通常抵抗率若しくは高抵抗率のシリコン単結晶ウェーハの表面上に低抵抗率のエピタキシャル層が形成された構造のエピタキシャルウェーハが求められることがあるが、従来はこのような構造のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の抵抗率を高精度且つ簡易に評価することができなかった。しかし後述するように、本発明によれば通常若しくは高抵抗率のシリコン単結晶ウェーハ上の低抵抗率のエピタキシャル層の抵抗率を従来より高い精度で簡易に評価することができる。このため、ＳＯＩ層の抵抗率が抵抗率を測定したいエピタキシャル層より高抵抗率なＳＯＩウェーハを用いると、通常抵抗率若しくは高抵抗率のシリコン単結晶ウェーハの表面上に低抵抗率のエピタキシャル層が形成された構造のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の抵抗率を間接的ではあるが高精度且つ容易に測定することができ、より実際に即した構造のエピタキシャルウェーハの評価を行うことになる。
【００２６】
そして、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に、シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を成長させる。
このときのエピタキシャル層（モニターエピタキシャル層）の物性は特に限定されないが、抵抗率は０．０１Ωｃｍ以下とすることができる。
後述するように、本発明のエピタキシャル層の抵抗率評価方法は、抵抗率が０．０１Ωｃｍ以下と高濃度ドープエピタキシャル層であっても、膜厚及び抵抗値、特に膜厚を従来に比べて正確に測定することができるものである。従って、近年要求されるような０．０１Ωｃｍ以下と極めて低抵抗率のエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハであっても、そのエピタキシャル層の抵抗率を従来に比べてより正確に評価することができる測定方法となっている。
【００２７】
そして、モニターエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値を測定してモニターエピタキシャル層の抵抗率を算出する。
【００２８】
ここで、膜厚は反射分光法で測定し、抵抗値は四探針法で測定することができる。
反射分光法で膜厚を測定することによって、容易且つ簡易にモニターエピタキシャル層の膜厚を従来に比べてより正確に評価することができる。そして四探針法で抵抗値を正確に測定し、先に反射分光法によって測定した正確なモニターエピタキシャル層の膜厚を利用することによって、モニターエピタキシャル層の抵抗率を従来に比べて簡易且つ正確に算出することができる。すなわち、膜厚と抵抗値が１枚のモニターウェーハで測定できるため、従来のように別々のエピタキシャルウェーハによる抵抗率評価では避けることができなかった不確定要因を排除することができ、正確な抵抗率測定を行うことができる。
そして、モニターウェーハも１枚で間に合うため、抵抗率測定用のエピタキシャル成長が１回で足りるので、ウェーハ作製のための時間とコストを削減することができ、より好都合である。
【００２９】
図３は、一般的な反射分光法を用いたＳＯＩウェーハのＳｉ（ＳＯＩ）層およびＳｉＯ２層の膜厚を測定する原理について説明したものである。
ＳＯＩ層１４の表面側から入射させた入射光の強度Ｉと、ＳＯＩ層１４表面・ＳＯＩ層１４とＳｉＯ２層１３との境界・ＳｉＯ２層１３とベースウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ）１１ａとの境界で反射した反射光の強度Ｒの比（Ｒ／Ｉ）は、式（４）のように、ＳＯＩ層・ＳｉＯ２層の膜厚、ＳＯＩ層・ＳｉＯ２層・シリコン単結晶ウェーハの屈折率、吸収係数および測定波長λの関数として表される。
（Ｒ／Ｉ）＝ｆ（ｔ１，ｔ２，ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｋ１，ｋ２，ｋ３，λ） （４）
ｔ１，ｎ１，ｋ１：ＳＯＩ層の膜厚，屈折率，吸収係数
ｔ２，ｎ２，ｋ２：ＳｉＯ２層の膜厚，屈折率，吸収係数
ｎ３，ｋ３：Ｓｉウェーハの屈折率，吸収係数
【００３０】
この関係を用いて、ＳＯＩ層１４、ＳｉＯ２層１３の膜厚ｔ１およびｔ２は、波長λを変化させながら（Ｒ／Ｉ）を計測し、既知数であるｎ１、ｎ２、ｎ３、ｋ１、ｋ２、ｋ３を用いることで求めることができる。
【００３１】
また、反射分光法では、可視光領域の波長の光を用いることができる。
例えば、モニターエピタキシャル層（エピタキシャル層）を、高濃度にドーパントがドープされた低抵抗率のものとしても、可視光領域の波長の光はこのような低抵抗率モニターエピタキシャル層を透過できる。このため、たとえ低抵抗率のエピタキシャル層の評価であったとしても、可視光領域の波長の光を用いれば、容易にモニターエピタキシャル層の膜厚を高精度に評価することができ、算出する抵抗率の精度もより向上することになる。
【００３２】
そして、モニターエピタキシャル層の面内の同一箇所に対して、反射分光法による膜厚の測定と四探針法による抵抗値の測定を行うことができる。
モニターエピタキシャル層の同一箇所に対して、反射分光法による膜厚の測定と四探針法による抵抗値の測定を行うことによって、正確に膜厚が測定された箇所の抵抗値を正確に測定することができるため、更に高精度に抵抗率の測定を行うことができる。
【００３３】
更に、予めモニターエピタキシャル層を成長させる前に可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によってＳＯＩ層の厚さを測定しておき、更にモニターエピタキシャル層を成長させた後に可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によってＳＯＩ層とモニターエピタキシャル層の厚さを測定する。そしてこのＳＯＩ層とモニターエピタキシャル層の厚さからＳＯＩ層の厚さを減ずることによって、モニターエピタキシャル層の膜厚を測定するものとすることができる。
【００３４】
反射分光法では、本発明のようなベースウェーハ＋ＳｉＯ２層＋ＳＯＩ層＋モニターエピタキシャル層との構造のＳＯＩウェーハのシリコン酸化膜より表面側の厚さを評価しても、モニターエピタキシャル層とＳＯＩ層の厚さを区別して測定することは容易ではない。
そこで、まず予めＳＯＩ層のみの厚さを反射分光法で測定しておく。そしてモニターエピタキシャル層の厚さの測定を行った後に、測定値から先に測定しておいたＳＯＩ層の厚さを減算することによって、従来より更に高精度にモニターエピタキシャル層の膜厚を測定することができる。すなわち、エピタキシャル層の抵抗率をより高精度に測定することができるようになる。
【００３５】
このようにして算出されたモニターエピタキシャル層の抵抗率は、同一条件で成長させるシリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の抵抗率とほとんど同一視できるものであるので、このモニターエピタキシャル層の抵抗率を実際のエピタキシャル層の抵抗率とみなすことができる。
【実施例】
【００３６】
以下、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、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
直径３００ｍｍ、導電型ｐ型、１０Ωｃｍのシリコン単結晶ウェーハをベースウェーハとし、膜厚１４５ｎｍのＢＯＸ層、導電型ｐ型、１０Ωｃｍ、膜厚８８ｎｍのＳＯＩ層からなるＳＯＩウェーハをモニターウェーハとして複数枚準備した。そして、エピタキシャル成長装置に１枚毎に別個に投入した。
【００３７】
そして、ドーパントガスの流量を変化させて、抵抗率が０．１Ωｃｍ以下で膜厚が約３．５μｍのｎ型エピタキシャル層をモニターエピタキシャル層として以下に示す条件で成長させた。
圧力を常圧（７６０ｔｏｒｒ（１×１０５Ｐａ））、温度１０８０℃、Ｈ２ガス流量を５０ｓｌｍ、シリコン原料ガスとしてジクロロシランを４５０ｓｃｃｍ、ドーパントガスとしてホスフィン（ＰＨ３）の流量を１０〜９５０ｓｃｃｍの範囲で変化させた。
【００３８】
このように作製したモニターＳＯＩウェーハのモニターエピタキシャル層とＳＯＩ層のトータル膜厚を、反射分光法を用いたＡＤＥ社製ＡｃｕＭａｐ（波長：０．４５〜０．９μｍ）を用いて評価した。その結果の一例を図４に示す。
図４に示すように、モニターＳＯＩウェーハのモニターエピタキシャル層とＳＯＩ層のトータル膜厚は正確に測定できることが判った。
【００３９】
そしてＰＨ３流量のみを変化させたことによって抵抗率を変えたモニターエピタキシャル層の膜厚とＰＨ３ガス流量との関係を評価した。その結果を図５に示す。
図５に示すように、反射分光法によって測定されるモニターエピタキシャル層の膜厚は、モニターエピタキシャル層の抵抗率が変化しても一定の値を示していることが判った。従って、可視光領域の光を用いた反射分光法であればエピタキシャル層の抵抗率にかかわらず正確に膜厚を評価でき、０．１Ωｃｍ以下の低抵抗率の測定はもちろん、少なくとも０．００３Ωｃｍの極めて低抵抗率のエピタキシャル層までは膜厚測定が可能であることが確認できた。
【００４０】
このように作製した抵抗率の異なるｎ型モニターエピタキシャル層が形成されたモニターウェーハの中から３種類（サンプル１（ＰＨ３ガス流量２００ｓｃｃｍ）、サンプル２（ＰＨ３ガス流量４００ｓｃｃｍ）、サンプル３（ＰＨ３ガス流量９５０ｓｃｃｍ））を選択した。
そして、図６に示したウェーハ面内９点に対して、ＡｃｕＭａｐによる膜厚測定および四探針法による抵抗値測定を行い、抵抗率を算出した。そのモニターウェーハ上に成長させたモニターエピタキシャル層の膜厚・抵抗値・抵抗率の測定結果を表１に示す。
尚、表１中のモニターエピタキシャル層の膜厚は、ＡｃｕＭａｐによって測定したトータル膜厚（モニターエピタキシャル層＋ＳＯＩ層）から、予め測定してあったＳＯＩ層の膜厚を減じた値を示している。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１に示すように、ＰＨ３流量の増加とともにエピタキシャル層の抵抗率が低くなっており、Ｐが高濃度にドーピングされたことが示されている。
【００４３】
そして、この抵抗率の測定方法によって算出した抵抗率の確からしさを確認するために、先に四探針測定を行った箇所のＳＩＭＳ分析（Ｐ濃度のデプスプロファイル測定）を行った。その結果を図７に示す。図７は、ＰＨ３流量に対する実施例における抵抗率から算出したＰ濃度やＳＩＭＳ分析によるＰ濃度実測値をプロットしたグラフである。
実施例の測定方法によるＰ濃度算出値も、ＳＩＭＳによる実測値も、ＰＨ３ドープ流量が増加するに従ってＰ濃度が増加する傾向が見られた。尚、ＳＩＭＳによるＰ濃度よりも実施例の測定方法から算出したＰ濃度の方が若干低い値となっているのは、ドーパントの活性化の影響が含まれているためと考えられる。
【００４４】
また、図８は先に求めたＰ濃度とＳＩＭＳ分析によるＰ濃度実測値との相関を示したものであり、ほぼ同じ値を示すこと、良好な相関関係があることが判った。
以上の結果をまとめると、実施例によるエピタキシャル層の抵抗率測定方法は、低抵抗率のエピタキシャル層の抵抗率であっても正確に測定できる手法であるとことが判った。
【００４５】
（比較例）
実施例と比較するため、図９に示すような直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハからなる２種類のモニターウェーハ（膜厚測定用のｐ＋型シリコン単結晶ウェーハ２１ａと抵抗率測定用のｐ−型シリコン単結晶ウェーハ２１ｂ）を３組用意し、抵抗率測定用モニターウェーハ２３ｂとして実施例と同一条件で３種類のｎ型のモニターエピタキシャル層２２ｂ（ｎ＋エピタキシャル層）を形成（サンプル１’（ＰＨ３ガス流量２００ｓｃｃｍ）、サンプル２’（ＰＨ３ガス流量４００ｓｃｃｍ）、サンプル３’（ＰＨ３ガス流量９５０ｓｃｃｍ））し、膜厚測定用モニターウェーハ２３ａとしてＰＨ３をドープせずにノンドープエピタキシャル層２２ａを形成した以外は実施例と同一条件でエピタキシャル層を形成した。
【００４６】
そして、抵抗率測定用モニターウェーハ２３ｂに対しては四探針法で抵抗値を測定し、膜厚測定用モニターウェーハ２３ａに対してはＦＴＩＲ赤外干渉法で膜厚を測定し、これらの値から抵抗率を求め、表２に記載した。
【００４７】
【表２】
【００４８】
表２に示すように、比較例の３種類のモニターウェーハのモニターエピタキシャル層も、ＰＨ３流量の増加とともにエピタキシャル層の抵抗率が低くなっており、Ｐが高濃度にドーピングされたことが示されている。
【００４９】
そして図７に、比較例の抵抗率測定方法で測定した抵抗率から算出したＰ濃度を示す。
図７に示すように、実施例の測定方法に比べると、比較例の測定方法の方がＳＩＭＳによる測定値から乖離した値となっていることが判った。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１１…シリコン単結晶ウェーハ、
１１ａ…ベースウェーハ（シリコン単結晶ウェーハ）、
１２…エピタキシャル層、
１３…シリコン酸化膜（ＳｉＯ２層）、
１４…ＳＯＩ層、
２１ａ…ｐ＋型シリコン単結晶ウェーハ、 ２１ｂ…ｐ−型シリコン単結晶ウェーハ、
２２ａ…ノンドープエピタキシャル層、 ２２ｂ…ｎ＋型エピタキシャル層、
２３ａ…膜厚測定用モニターウェーハ、 ２３ｂ…抵抗率測定用モニターウェーハ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶ウェーハ上に形成されたエピタキシャル層の抵抗率を測定する方法であって、少なくとも、
エピタキシャル成長装置に、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを投入し、
該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を成長させ、
その後、前記モニターエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値を測定して前記モニターエピタキシャル層の抵抗率を算出し、
該算出された抵抗率を、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させる前記エピタキシャル層の抵抗率とすることを特徴とするエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項２】
前記膜厚は反射分光法で測定し、前記抵抗値は四探針法で測定することを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項３】
前記反射分光法では、可視光領域の波長の光を用いることを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項４】
前記膜厚は、前記モニターエピタキシャル層を成長させた後に前記可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によって測定された前記ＳＯＩ層と前記モニターエピタキシャル層の厚さから、前記モニターエピタキシャル層を成長させる前に前記可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によって測定した前記ＳＯＩ層の厚さを減ずることによって測定することを特徴とする請求項３に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項５】
前記モニターエピタキシャル層の面内の同一箇所に対して、前記反射分光法による前記膜厚の測定と前記四探針法による前記抵抗値の測定を行うことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項６】
前記ＳＯＩウェーハは、ベースウェーハとしてのシリコン単結晶ウェーハ上にシリコン酸化膜、前記ＳＯＩ層が積層された構造であり、該ＳＯＩ層の抵抗率は、前記エピタキシャル層の抵抗率より高抵抗率であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項７】
前記エピタキシャル層の抵抗率が、０．０１Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項１】
シリコン単結晶ウェーハ上に形成されたエピタキシャル層の抵抗率を測定する方法であって、少なくとも、
エピタキシャル成長装置に、モニターウェーハとしてＳＯＩウェーハを投入し、
該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層上に、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させるエピタキシャル層の成長条件と同一条件でモニターエピタキシャル層を成長させ、
その後、前記モニターエピタキシャル層の膜厚及び抵抗値を測定して前記モニターエピタキシャル層の抵抗率を算出し、
該算出された抵抗率を、前記シリコン単結晶ウェーハの主表面に成長させる前記エピタキシャル層の抵抗率とすることを特徴とするエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項２】
前記膜厚は反射分光法で測定し、前記抵抗値は四探針法で測定することを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項３】
前記反射分光法では、可視光領域の波長の光を用いることを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項４】
前記膜厚は、前記モニターエピタキシャル層を成長させた後に前記可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によって測定された前記ＳＯＩ層と前記モニターエピタキシャル層の厚さから、前記モニターエピタキシャル層を成長させる前に前記可視光領域の波長の光を用いた反射分光法によって測定した前記ＳＯＩ層の厚さを減ずることによって測定することを特徴とする請求項３に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項５】
前記モニターエピタキシャル層の面内の同一箇所に対して、前記反射分光法による前記膜厚の測定と前記四探針法による前記抵抗値の測定を行うことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項６】
前記ＳＯＩウェーハは、ベースウェーハとしてのシリコン単結晶ウェーハ上にシリコン酸化膜、前記ＳＯＩ層が積層された構造であり、該ＳＯＩ層の抵抗率は、前記エピタキシャル層の抵抗率より高抵抗率であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【請求項７】
前記エピタキシャル層の抵抗率が、０．０１Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエピタキシャル層の抵抗率測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３８８９９（Ｐ２０１１−１３８８９９Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９７５９９（Ｐ２００９−２９７５９９）
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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