JP4416566B2 - 不純物金属濃度測定の方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウエハに含まれる不純物金属濃度の測定方法に関する。

シリコンウエハへの不純物金属の混入は少ないほうがより好ましいと考えられているが、半導体デバイスの集積度の向上に伴い、特に不純物金属の低減の重要性はますます高くなってきている。不純物金属は、熱処理などでウエハバルク中に拡散してドーパントと結びつきやすいため、熱処理により得られるシリコンウエハの性能を左右する。例えば、ボロン（Ｂ）をドープしたＰ型シリコンウエハに鉄（Ｆｅ）が混入すると、鉄は正イオンになるため負にイオン化した格子位置のボロンと結合し、Ｆｅ−Ｂペアを形成する傾向がある。このようなＦｅ−Ｂペアは製品となるシリコンウエハの性能を低下させる恐れがあるため、このような鉄の混入の低減が重要である。そのためには、まず、混入した鉄などの不純物金属の濃度を非破壊でできるだけ正確に測定を行うことが望まれる。このような不純物金属の濃度の測定法が確立すれば、シリコンウエハの製造現場での検査が可能となる。従って、不純物金属の混入が極めて少ないシリコンウエハの製造方法の開発がより容易に行われることになる。

こうした測定技術の一つに、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ法（以下、ＳＰＶ法）がある。

ＳＰＶ法は、シリコンウエハ中でボロンと結びついた鉄（Ｆｅ−Ｂペア）を照射光或いは加熱により励起して両者を乖離させ、乖離した鉄の挙動を利用して鉄濃度の測定を行う方法である。図１にその原理を示す。より具体的には、まず、鉄がＦｅ−Ｂペアの状態におけるシリコンウエハの少数キャリア拡散長（以下、Ｌ_ＢＦ）の測定を行い、次にシリコンウエハにＦｅ−Ｂペアを乖離するのに十分なエネルギー（半導体の禁制帯幅；シリコンの場合は１．１ｅＶ）を持つ光を照射（以下、光アクティベーション）したり、加熱を行ったりする（以下、熱アクティベーション）。すると、アクティベーションによってＦｅ−Ｂペアが乖離してＦｅ_ｉ（以下、格子間鉄）とＢ_ｓ（以下、置換ボロン）となる。この状態で再度少数キャリア拡散長（以下、Ｌ_ＡＦ）の測定を行う。

格子間鉄はＦｅ−Ｂペアの鉄に比べて深いエネルギー準位を持つため、少数キャリアをより捕獲しやすくなり、結果としてＦｅ−Ｂペア乖離後のＬ_ＡＦは乖離前のＬ_ＢＦより短くなる。

Ｌ_ＢＦおよびＬ_ＡＦが測定できれば、鉄濃度は次の算出式（１）によって求められることが知られている（非特許文献１）。

ここで、Ｎ_Ｆｅは鉄濃度である。

図２にＳＰＶの測定装置１の一例を示す。測定装置１は、白色光源であるハロゲン電球１１と、光チョッパ１２と、フィルタ回転装置１３と、光ファイバケーブル１４と、エネルギー変換器１５と、透過ピックアップ電極（表面電極）１６と、ロックイン増幅器１７と試料台（裏面電極）１９を備える。シリコンウエハ１８は本実施例における試料である。ハロゲン電球１１が発した白色光（様々な周波数の光が混じっている）は光チョッパ１２によって所定の周波数でチョッピングされ、さらにフィルタ回転装置１３に取り付けられた複数の異なる周波数フィルタによって所定の周波数を持つ単色光に分光された後、光ファイバケーブル１４を通ってシリコンウエハ１８に照射される。

試料であるシリコンウエハ１８に照射された光の、試料表面から深さ方向への到達距離（光浸透深さ）は光の周波数によって異なるので、フィルタ回転装置１３を回転させて周波数フィルタを交換することにより、複数の周波数の異なる光を次々に照射してそれぞれに対応する様々な深さに光を浸透させることができる。

光が試料であるシリコンウエハ１８に照射されると、光アクティベーションによって電子と正孔が生成され少数キャリアとなる。少数キャリアとなった電子と正孔はウエハ内を拡散し、一部は不純物金属に起因するＦｅ−Ｂペアや欠陥などの再結合中心に捕獲され、一部はウエハ表面に達する。この少数キャリアを透過ピックアップ電極１６で捉えて光表面起電力の測定を行う。ここで、この測定において照射する光は前述のようなＦｅ−Ｂペアを乖離させる様な照射密度［ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ^２］は持っておらず、電子と正孔を生成する程度の照射密度を持つ。多くの場合、両者の照射量は３桁ないし４桁以上の違いを持つ。

このようにして捉えた光表面起電力から少数キャリア拡散長を求める原理を図３に示す。まず、アクティベーション前に複数の異なる深さの光表面起電力の測定を行う。光表面正面起電力ＳＰＶは、光浸透深さＺと少数キャリア拡散長Ｄに依存しており、これらの間には式（２）の関係が成り立つことが知られている。この関係より、測定した光表面起電力ＳＰＶから少数キャリア拡散長Ｄの算出を行う。図３の実施例では試料表面から深さ方向への到達距離（即ち周波数）が異なる４種の照射光を使って４回測定を実施している。より具体的には、最初に選択した周波数の照射光による光表面起電力ＳＰＶの測定を行っておき、以降、選択した周波数の照射光については、その際に測定される光表面起電力ＳＰＶと最初に測定を行った光表面起電力ＳＰＶとが互いに等しくなるように光子束Φを調整することによって測定を行う。

ここで、Φは光子束
ＳＰＶは表面光起電力
Ｄは少数キャリアの拡散係数
Ｌは少数キャリア拡散長
Ｓ_ｆは表面再結合速度
Ｚは光浸透深さである。

図３の実施例では、アクティベーション前の少数キャリア拡散長Ｌ_ＢＦは上記関係を表す近似曲線のＺ（α^−１）軸切片として表すことができる。

次に、アクティベーションを行ってＦｅ−Ｂペアを乖離した後、上記と同様に複数の異なる深さの光表面起電力の測定を行う。図３の実施例では上記と同様に４回測定を実施している。これらの測定値に基づく近似曲線から、同様にＬ_ＡＦを求めることができる。このようにして算出したＬ_ＡＦ及びＬ_ＢＦを算出式（１）へ代入すると鉄濃度を求めることができる。

また、上述のような複数の深さの光表面起電力の測定では、測定点付近の少数キャリア拡散長のみを測定していることになるので、ＳＰＶ法ではこのような少数キャリア拡散長の測定を、例えばシリコンウエハの中心から外周部に向かって順に複数回行い（Ｒ−θステージを持つ測定装置による全面マップ測定）、ウエハ全体の評価を行う。実際の測定では、アクティベーションの前に、シリコンウエハ上の全ての測定点においてＬ_ＢＦの測定を行い、アクティベーション後、同じ測定点においてＬ_ＡＦの測定を行う。ここで、全面マップ測定の方法は、上記の場合に限らず、Ｘ−Ｙステージを持つ測定装置による全面マップ測定を行ってもよい。

ＳＰＶ法による鉄濃度をＤｅｅｐ−ｌｅｖｅｌ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（以下、ＤＬＴＳ法）による鉄濃度と比較したのが図４である。図から読み取れる通り、ＤＬＴＳ法による鉄濃度とよく一致している。
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．６７，６７６４，Ｎｏ．１１１，Ｊｕｎｅ１９９０

しかしながら、近年求められている低抵抗率、大口径のシリコンウエハにおいてはＳＰＶ法による不純物金属濃度測定に影響を及ぼす現象が発生する。アクティベーションによってＦｅ−Ｂペアから一旦乖離した格子間鉄は、時間の経過と共に置換ボロンと再結合し、Ｆｅ−Ｂペアを再度形成する。この再結合はほとんど全ての格子間鉄がＦｅ−Ｂペアの状態に戻るまで（すなわちアクティベーション前の定常状態になるまで）続く。然るに、ＳＰＶ法で多数の測定点で測定を行うときは上述の例のようにシリコンウエハの中心から外周部に向かって順に少数キャリア拡散長の測定を行う設計（構造）の測定器では、外周部の測定点ほどアクティベーションから測定までに長時間が経過することになる。従来の小口径、高抵抗率のシリコンウエハであれば、この様な格子間鉄と置換ボロンの再結合による影響は無視できるほど小さく、算出式（１）において、係数１．１×１０^１６を測定までの経過時間に拠らず同様に適用することができた。ここで、アクティベーションから最後の測定までの経過時間は、２００ｍｍウエハでは１７７ｐｏｉｎｔで３０分程度である。ところが、大口径（例えば、直径３００［ｍｍ］以上）、低抵抗率（例えば、１０［Ω・ｃｍ］以下）のシリコンウエハであれば、さらに高密度な測定を必要とすることが予想され、それ以上の測定時間を必要とすることが予想される。今日のように、そのようなシリコンウエハが求められる時代にあってはアクティベーションから測定までの期間において格子間鉄と置換ボロンの再結合が進むことにより、Ｌ_ＡＦは１００％ＦｅとＢが分離した状態の拡散長である、という仮定から外れてしまうので、算出式（１）において係数１．１×１０^１６を使うと誤差が生じてしまい、実際の（真の）鉄濃度より低い濃度が算出されることになる。

このような算出誤差を解消するためには、算出式（１）の係数に１．１×１０^１６のような定数ではなく、例えば、アクティベーションから測定までの時間が経過するに従いより大きな係数を適用して補正すると良いことが理解できる。

本発明の目的は、上記のような要件を実現するために、シリコンウエハの抵抗率、アクティベーションから少数キャリア拡散長の測定までの時間、シリコンウエハの温度を考慮した不純物金属の濃度測定を行う方法を提供することにある。

以上のような目的を達成するために、本発明は、以下のようなものを提供する。

（１） 表面光起電力を用いてシリコンウエハに含まれる不純物金属の濃度の測定を行う方法において、較正を行うステップと、測定を行うステップと、を含み、前記較正を行うステップは、測定部が較正用シリコンウエハの測定点における較正用アクティベーション前の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＡと、アクティベーション部が前記較正用シリコンウエハの較正用アクティベーションを行うステップＢと、前記測定部が前記較正用シリコンウエハの当該測定点における前記較正用アクティベーション後の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＣと、算出部が前記ステップＡにおける少数キャリア拡散長及び前記ステップＣにおける少数キャリア拡散長を入力として、少なくとも一つの因子と前記ステップＣにおける少数キャリア拡散長との間の依存関係を求めるステップＤと、をさらに含み、前記測定を行うステップは、前記測定部が測定用シリコンウエハの測定点における測定用アクティベーション前の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＥと、前記アクティベーション部が前記測定用シリコンウエハの測定用アクティベーションを行うステップＦと、前記測定部が前記測定用シリコンウエハの当該測定点における前記測定用アクティベーション後の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＧと、前記算出部が、前記ステップＥにおける少数キャリア拡散長、前記ステップＧにおける少数キャリア拡散長及び前記依存関係を入力として、前記不純物金属の濃度の算出を行うステップＨと、をさらに含むことを特徴とする測定の方法。

この発明によれば、ＳＰＶ法によって不純物金属の濃度の測定を行う際に、アクティベーション後、シリコンウエハの少数キャリア拡散長の測定を行うまでの期間において当該少数キャリア拡散長が定常状態ではなく、一以上の因子との間に依存関係を持つ場合、較正段階において当該依存関係を求めておき、測定段階において当該依存関係を考慮した補正を行うことによって不純物金属の濃度の測定を行う。即ち、一度較正段階において当該依存関係を求めておけば、それに続く測定段階においてはＳＰＶ法による少数キャリア拡散長の測定を行うだけで当該因子との間の依存関係を考慮した補正を行うことができるのである。なお、前記較正を行うステップにおいて、前記不純物金属の濃度が未知の場合に、前記ステップＤ以前に、ＳＰＶ法以外の方法で前記不純物金属の濃度の測定を行うステップ、前記算出部が前記依存関係を求めるステップをさらに含むが、当該測定の方法としては、例えば、ＤＬＴＳ法、原子吸光法、ＳＩＭＳ分析法、化学分析を利用した方法（例えば、ウエハからチップを切り出し、又はウエハを丸ごと酸性溶液で溶解してその溶液中の不純物濃度を測定する方法など）などいずれを用いてもよい。また、前記アクティベーションの方法としては、光照射を行う方法（光アクティベーション）、加熱による方法（熱アクティベーション）などいずれを用いてもよい。通常の熱アクティベーションは２００［℃］で３［ｍｉｎ］アニールし、その直後にＡｌプレート上で２［ｍｉｎ］急冷するという方法で行われる。このアニールは、通常、熱伝導方式で行われる。この方法によるアニール温度とＦｅ−Ｂペアの乖離の関係は論文“Ａ ｆａｓｔ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｉｒｏｎ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ”，Ｇ．Ｇｏｔｈ ａｎｄ Ｗ．Ｂｅｒｇｈｏｌｚ Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．６７，Ｎｏ．１１，１ Ｊｕｎｅ １９９０に明記されている。

（２） 表面光起電力を用いてシリコンウエハに含まれる不純物金属の濃度の測定を行う方法において、測定部が測定用シリコンウエハの測定点におけるアクティベーション前の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＩと、アクティベーション部が前記測定用シリコンウエハのアクティベーションを行うステップＪと、前記測定部が前記測定用シリコンウエハの当該測定点における前記アクティベーション後の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＫと、算出部が、前記ステップＩにおける少数キャリア拡散長、前記ステップＫにおける少数キャリア拡散長及び少なくとも一つの因子と前記ステップＫにおける少数キャリア拡散長との間の予め定められた依存関係を入力として、前記不純物金属の濃度の算出を行うステップＬと、を含むことを特徴とする測定の方法。

この発明によれば、当該依存関係が、例えば事前の較正などによって予め定められている場合は、当該予め定められた依存関係を使って不純物金属の濃度の算出を行うことができる。ここで、前記アクティベーションの方法としては、（１）の発明と同様に光照射を行う方法（光アクティベーション）、加熱による方法などいずれを用いてもよい。

（３） 前記少なくとも一つの因子が前記ステップＢにおける較正用アクティベーションから前記ステップＣにおける少数キャリア拡散長の測定までの経過時間を含むことを特徴とする（１）に記載の測定の方法。

この発明によれば、アクティベーションを行ってから少数キャリア拡散長の測定までの経過時間が相違する場合に、対応する補正を行うことによって不純物金属の濃度の測定を行うことができる。ＳＰＶ法で測定までの経過時間が相違する様々な測定点において不純物金属の濃度の測定を行う際に、一の経過時間において一度較正を行っておけば、当該相違を考慮した補正を行うことによって、当該シリコンウエハの不純物金属の濃度の測定を行うことができる。上述のように、ＳＰＶ法で一のシリコンウエハの不純物金属の濃度の測定を互いに場所が異なる複数の測定点に対して行う際に、当該経過時間に応じて少数キャリア拡散長が変化をする場合には、本発明は特に有効である。

（４） 前記少なくとも一つの因子が前記ステップＪにおけるアクティベーションから前記ステップＫにおける少数キャリア拡散長の測定までの経過時間を含むことを特徴とする（２）に記載の測定の方法。

この発明によれば、当該依存関係が、例えば事前の較正などによって予め定められている場合に、（３）と同様の効果を期待できる。

（５） 前記少なくとも一つの因子が前記シリコンウエハのドーパントの濃度を含むことを特徴とする（１）または（２）に記載の測定の方法。

この発明によれば、シリコンウエハのドーパントの濃度が変化した場合（即ち抵抗率が変化した場合）に、対応する補正を行うことによって不純物金属の濃度の測定を行うことができる。ＳＰＶ法でドーパントの濃度が相違する様々なシリコンウエハの不純物金属の濃度の測定を行う際に、一のドーパント濃度を持つシリコンウエハにおいて一度較正を行っておけば、当該相違を考慮した補正を行うことによって、当該シリコンウエハの不純物金属の濃度の測定を行うことができる。

（６） 前記少なくとも一つの因子が前記シリコンウエハの温度を含むことを特徴とする（１）または（２）に記載の測定の方法。

この発明によれば、シリコンウエハの温度が変化した場合にも、対応する補正を行うことによって不純物金属の濃度の測定を行うことができる。ＳＰＶ法で温度が相違する様々なシリコンウエハの不純物金属の濃度の測定を行う際に、一の温度において一度較正を行っておけば、当該相違を考慮した補正を行うことによって、当該シリコンウエハの不純物金属の濃度の測定を行うことができる。

（７） 前記不純物金属が鉄であることを特徴とする（１）から（６）のいずれかに記載の測定の方法。

この発明によれば、不純物が鉄の場合において、上記（１）から（６）のいずれかに記載の方法によってシリコンウエハの鉄濃度の測定を行うことができる。なお、本発明が対象とする金属不純物は、Ｐ型シリコン中のボロンなどのアクセプタとドナー＝アクセプタ対を形成する金属不純物であって、Ｆｅ−Ｂ対はその一例である。

（８） 前記測定部と、前記アクティベーション部と、前記算出部と、前記測定部及び前記アクティベーション部及び前記算出部の制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする（１）から（７）のいずれかに記載の測定の方法を行う装置。

この発明による装置を用いれは、上記（１）から（７）のいずれかに記載の方法によってシリコンウエハの不純物金属の濃度の測定を行うことができる。

（９） 前記ステップＧの後、続いて前記ステップＧにおける当該少数キャリア拡散長の測定と同じ測定をさらに少なくとももう１回行うステップＭと、前記算出部が、前記ステップＧにおける少数キャリア拡散長及び前記ステップＭにおける少数キャリア拡散長を入力として、前記ドーパントの濃度の算出を行うステップＮと、をさらに含むことを特徴とする（５）に記載の測定の方法。

この発明によれば、測定を行うステップにおいてアクティベーションの後の少数キャリア拡散長の測定をさらに少なくとももう１回行うことによって、例えばドーパントの濃度が未知であった場合にその値を求め、不純物金属の濃度の測定を行うことができる。

本発明によれば、一連の少数キャリアの測定点毎に、シリコンウエハの抵抗率、アクティベーションから少数キャリア拡散長の測定までの時間、シリコンウエハの温度の違いを考慮した補正を行い、不純物金属の濃度の算出を行うことができる。

本発明の実施例の一つとして、シリコンウエハ中の鉄濃度評価への適用について述べる。なお、本発明は鉄に限らず、様々な不純物の濃度評価に対しても適用可能であり、本発明の技術的範囲は本実施例の場合に限られない。

具体的には、算出式（１）に代えて、算出式（３）による鉄濃度評価を行う。

ここで、

ｔはアクティベーションから測定までの経過時間である。
Ｃ^ｎはそれぞれの電子捕獲係数を示す。サブスクリプトは、Ｆｅ_ｉ、Ｆｅ_Ｂ（ＦＥ−Ｂペア）の状態に対応する。
Ｅ_ｉ；真性フェルミ準位＝０．５７［ｅＶ］
ｎ_ｉ；真性キャリア濃度＝１．４５Ｅ１０［ｃｍ^−３］
ｋ_Ｂ；ボルツマン乗数＝１．３８Ｅ−２３［Ｊ／Ｋ］
Ｔはシリコンウエハの温度である。
Ｎ_Ｂはドーパントであるボロンの濃度である。
τ_Ｃは捕獲割合である。
Ｄ_ｉｎｔはＦｅの真性拡散定数である。
Ｒ_Ｃはクーロン捕獲半径である。
ε_Siはシリコンの誘電率である（シリコンの比誘電率は１２．０）。
Ｄ_ｎは電子拡散係数である。
ｑ；電子電荷＝１．６Ｅ−１９［Ｃ］
Ｎ_ｒｅｆ＝１．００Ｅ１７［ｃｍ^−３］
α＝０．５

式（４）から式（６）及び式（９）において、ε_Si、ｋ_Ｂは既知であるから、ｆはアクティベーションから測定までの経過時間ｔ、ドーパントであるボロンの濃度Ｎ_Ｂ、シリコンウエハの温度Ｔの関数として表される。また、式（７）及び（８）において、ｋ_Ｂ、ｑ、Ｎ_ｒｅｆ、αは既知であるから、電子拡散係数Ｄ_ｎはドーパントであるボロンの濃度Ｎ_Ｂ、シリコンウエハの温度Ｔの関数として表される。従って、Ｃ^ｎ _ＦｅＢ及びＣ^ｎ _Ｆｅｉを定めれば、算出式（３）全体は、少数キャリア拡散長（Ｌ_ＡＦ及びＬ_ＢＦ）ならびに、上記の因子（即ち、シリコンウエハの温度Ｔ、ドーパントであるボロンの濃度Ｎ_Ｂ及びアクティベーションから測定までの経過時間ｔの関数として表すことができる。ここで、Ｃ^ｎ _ＦｅＢ及びＣ^ｎ _Ｆｅｉは、ＳＰＶ法で少数キャリア拡散長の測定を行った当該シリコンウエハに対してＤＬＴＳ法による鉄濃度の測定を行った後、算出式（３）（即ちＳＰＶ法）による鉄濃度測定の結果と一致させるように、Ｃ^ｎ _ＦｅＢ及びＣ^ｎ _Ｆｅｉの値を決定する。このようにして決定した、算出式（３）を以降のＳＰＶ法による少数キャリア拡散長の測定に対する補正式として適用することによって、鉄濃度の算出を行う。ここで、式（８）はＣ. Ｊａｃｏｂｏｎｉ, Ｓｏｌｉｄ-Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ, ｖｏｌ.２０, ｐｐ.７７-８９, １９７７より抜粋した。また、式（９）はＡｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ａ６９， １３−４４ （１９９９） Ａ． Ａ． Ｉｓｔｒａｔｏｖより抜粋した。

すなわち、算出式（３）を用いれば、シリコンウエハのドーパントであるボロンの濃度Ｎ_Ｂ、アクティベーションから測定までの経過時間ｔ、シリコンウエハの温度Ｔを考慮した補正を行うことができるのである。

さらに、以前に説明した（９）の発明により、式（１０）及び式（１１）を用いれば、ドーパントであるボロンの濃度Ｎ_Ｂを求めることができる。

ここで、

である。

Ｌ_ＡＦ、Ｌ_ＡＦ２はそれぞれアクティベーション後の１回目の測定拡散長、２回目の測定拡散長である。
ｔ_１、ｔ_２はそれぞれアクティベーションから１回目の測定までの経過時間、２回目の測定までの経過時間である。
Ｅ_ＴはＦｅ−Ｂペアのエネルギー準位である。
Ｌ_{ｏｔｈｅｒｓ}はＦｅｉ、Ｆｅ−Ｂペア以外の要因による少数キャリア拡散長である。
その他の変数は、上記で示したとおりである。

予め、ＤＬＴＳなどを用いてＣ_ＦｅＢ、Ｃ_Ｆｅｉを求めておけば、式（１０）、（１１）を見て解るように、ＳＰＶ測定で経過時間とそのときの拡散長、温度は測定することができるので、未知の変数はＮ_ＦｅとＮ_Ｂの２つであり、この連立方程式を解くことによって、Ｎ_Ｆｅ、Ｎ_Ｂを求めることができる。なお、この方法で鉄濃度まで求めることができるが、アクティベーション後の２回目の測定点数を増やすと測定のスループットが低下するため、測定点数は少ないほうが好ましい。従って、式（１０）、（１１）を使って抵抗率（ドーパント濃度；Ｎ_Ｂ）を求めておき、その抵抗率を式（３）へ代入して鉄濃度を求める方法が好ましい。

本発明の適用範囲は、シリコンウエハのドーパントであるボロンの濃度Ｎ_Ｂにより決まる抵抗率に関しては下限値として０．０５[Ω・ｃｍ]、上限値として１００[Ω・ｃｍ]程度であると考えられる。ただし、これは測定原理上の問題で、本発明とは無関係である。測定上問題なければ抵抗率の限定はない。ここで、下限値が上記の様に限定されるのは、オージェ再結合が寄与してくるためであり、上限値は、単純に信号強度が低下してしまったり、ボロンの濃度が１Ｅ１４程度はないと、Ｆｅの濃度が１Ｅ１４程度混入してしまう場合もあるので、全てのＦｅがＦｅ−Ｂペアを形成するとは限らないために大きな問題が生じてしまうからである。アクティベーションから測定までの経過時間ｔに関しては、下限値は、時間を正確に測定できていれば原則的には存在せず、上限値は、アクティベーションにより分離した格子間鉄が完全にＦｅ−Ｂペアの状態に戻ってしまうまでの経過時間で決定される。これは、条件によって異なり、例えば、１［Ω・ｃｍ］程度のウエハでは、３００Ｋで保管された場合８時間程度、１０［Ω・ｃｍ］程度を超えるようなウエハでは数日程度と考えられる。

図５に本発明を実施するための装置の一例を示す。測定装置１００は試料であるシリコンウエハのアクティベーションを行うアクティベーション部１１０、少数キャリア拡散長の測定を行う測定部１１１、測定値に基づいてＣ^ｎ _ＦｅＢ及びＣ^ｎ _Ｆｅｉの算出ならびに鉄濃度の算出を行う算出部１１２、試料台１１４、測定装置全体の制御を行う制御部１１５を備える。１１３は試料であるシリコンウエハである。

上記で説明した光表面起電力の測定は図６に示すとおり、シリコンウエハ２００の中心かららせん状に円周方向に向かって行う。図６の実施例では、直径２００［ｍｍ］のシリコンウエハ２００に対して全部で１７７箇所の測定点において測定を行う。

図７に本発明を適用したＳＰＶ法による鉄濃度測定の手順を示す。制御部１１５の指令に従って測定部１１１は測定装置１００にセットされたシリコンウエハ１１３の一の測定点について少数キャリア拡散長の測定を行う（Ｓ１）。次に、制御部１１５の指令に従ってアクティベーション部１１０はシリコンウエハ１１３のアクティベーションを行う（Ｓ２）。次に、Ｓ１と同様にして制御部１１５の指令に従って測定部１１１はシリコンウエハ１１３の当該一の測定点について再度少数キャリア拡散長の測定を行う（Ｓ３）。次に、同じシリコンウエハ１１３に対してＤＬＴＳ法により鉄濃度の測定を行う（Ｓ４）。次に、制御部１１５の指令に従って算出部１１２はＳ１及びＳ３において得られた少数キャリア拡散長と、Ｓ４で得られた鉄濃度の測定結果を用いて、算出式（３）による鉄濃度とＳ４で得られた鉄濃度の測定結果が合うようにＣ^ｎ _ＦｅＢ及びＣ^ｎ _Ｆｅｉの値を決定する（Ｓ５）。以上説明したＳ１からＳ５までのステップが、較正を行うステップを構成する。

次に、制御部１１５の指令に従って測定部１１１はシリコンウエハ１１３の中心から外周部に向かってらせん状にスキャンを行い、順に少数キャリア拡散長の測定を行う（Ｓ６）。次に、制御部１１５の指令に従ってアクティベーション部１１０はシリコンウエハ１１３のアクティベーションを行う（Ｓ７）。次に、Ｓ６と同様にして制御部１１５の指令に従って測定部１１１は再度少数キャリア拡散長の測定を行う（Ｓ８）。次に、制御部１１５の指令に従って算出部１１２はＳ６及びＳ８で得られた少数キャリア拡散長と、Ｓ５で得られたＣ^ｎ _ＦｅＢ及びＣ^ｎ _Ｆｅｉの値を用いて、算出式（３）による鉄濃度の算出を行う（Ｓ９）。以上説明したＳ６からＳ９までのステップが測定を行うステップを構成する。以降、続いて他のシリコンウエハの鉄濃度測定を行う際は、上記Ｓ６からＳ９までのステップを繰り返し行う。

図８に、（９）の発明を実施した場合の手順の一例を示す。制御部１１５の指令に従って測定部１１１は測定装置１００にセットされたシリコンウエハ１１３の一の測定点について少数キャリア拡散長の測定を行う（Ｓ１１）。次に、制御部１１５の指令に従ってアクティベーション部１１０はシリコンウエハ１１３のアクティベーションを行う（Ｓ１２）。次に、Ｓ１１と同様にして制御部１１５の指令に従って測定部１１１はシリコンウエハ１１３の当該一の測定点について再度少数キャリア拡散長の測定を行う（Ｓ１３）。次に、同じシリコンウエハ１１３に対してＤＬＴＳ法により鉄濃度の測定を行う（Ｓ１４）。次に、制御部１１５の指令に従って算出部１１２はＳ１１及びＳ１３において得られた少数キャリア拡散長及びアクティベーションから測定までの経過時間と、ドーパントの濃度と、Ｓ１４で得られた鉄濃度の測定結果と、温度と、を用いて、算出式（３）による鉄濃度とＳ１４で得られた鉄濃度の測定結果が合うようにＣ^ｎ _ＦｅＢ及びＣ^ｎ _Ｆｅｉの値を決定する（Ｓ１５）。以上説明したＳ１１からＳ１５までのステップが、較正を行うステップを構成する。

次に、制御部１１５の指令に従って測定部１１１はシリコンウエハ１１３の中心から外周部に向かってらせん状にスキャンを行い、順に少数キャリア拡散長の測定を行う（Ｓ１６）。次に、制御部１１５の指令に従ってアクティベーション部１１０はシリコンウエハ１１３のアクティベーションを行う（Ｓ１７）。次に、Ｓ１６と同様にして制御部１１５の指令に従って測定部１１１は再度少数キャリア拡散長の測定を行う（Ｓ１８）。次に、Ｓ１８と同様にして制御部１１５の指令に従って測定部１１１はシリコンウエハ１１３の当該一の測定点について再度少数キャリア拡散長の測定をさらに行う（Ｓ１９）。次に、制御部１１５の指令に従って算出部１１２はＳ１８で得られた少数キャリア拡散長及びアクティベーションから測定までの経過時間と、Ｓ１９で得られた少数キャリア拡散長及びアクティベーションから測定までの経過時間と、温度とを用いてドーパントの濃度を算出する（式（１０）、式（１１）参照）（Ｓ２０）。次に、制御部１１５の指令に従って算出部１１２はＳ１６及びＳ１８で得られた少数キャリア拡散長及びアクティベーションから測定までの経過時間と、Ｓ１５で得られたＣ^ｎ _ＦｅＢ及びＣ^ｎ _Ｆｅｉの値と、Ｓ２０で得られたドーパントの濃度と、温度と、を用いて、算出式（３）による鉄濃度の算出を行う（Ｓ２１）。以上説明したＳ１６からＳ２１までのステップが測定を行うステップを構成する。

［シミュレーション例１］本発明者らは、シミュレーションとして、格子間鉄の再結合が、シリコンウエハの抵抗率が低いほど、またシリコンウエハの温度が高いほど早く進む様子をシミュレーションした。図９に、具体的なシミュレーション結果を示す。例えば、温度が３００［Ｋ］、抵抗率が１１［Ω・ｃｍ］のシリコンウエハの場合では、光アクティベーション直後（ｔ＝０．１［ｍｉｎ］にＬ_ＡＦ／Ｌ_ＢＦ＝０．０４２０であったものが、ｔ＝２００．１［ｍｉｎ］後ではＬ_ＡＦ／Ｌ_ＢＦ＝０．０４８７と変化が小さい（変化率１６．０％）のに対して、抵抗率が１［Ω・ｃｍ］のシリコンウエハの場合では、光アクティベーション直後（ｔ＝０．１［ｍｉｎ］）にＬ_ＡＦ／Ｌ_ＢＦ＝０．１３２８であったものが、ｔ＝２００．１［ｍｉｎ］後ではＬ_ＡＦ／Ｌ_ＢＦ＝０．５１０５と大幅に変化（変化率２８４．４％）している。これは、抵抗率の小さいシリコンウエハでよりＦｅ−Ｂペアの再結合が進む様子を示している。また、ドーパント濃度（Ｂ）＝１Ｅ１６［ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３］のシリコンウエハに関して温度が２９０［Ｋ］の場合、光アクティベーション直後（ｔ＝０．１［ｍｉｎ］）にＬ_ＡＦ／Ｌ_ＢＦ＝０．０９６４であったものが、ｔ＝７６．１［ｍｉｎ］後ではＬ_ＡＦ／Ｌ_ＢＦ＝０．１２２２と変化が小さい（変化率２６．８％）のに対して、温度が３１０［Ｋ］の場合、光アクティベーション直後（ｔ＝０．１［ｍｉｎ］）にＬ_ＡＦ／Ｌ_ＢＦ＝０．１７９４であったものが、ｔ＝７６．１［ｍｉｎ］後ではＬ_ＡＦ／Ｌ_ＢＦ＝０．５４１６と大幅に変化（変化率２０１．９％）している。これは、温度が高いシリコンウエハでよりＦｅ−Ｂペアの再結合が進む様子を示している。

［実験例１］本発明者らは、実験例として、様々な条件でＳＰＶ法において本発明の補正を適用した鉄濃度測定を行い、ＤＬＴＳ法による測定値との比較を行った。図１０及び図１１にその結果を示す。測定試料はドーパントとしてボロンをドープしたＰ型シリコンウエハを用いた。鉄濃度に関しては、１．０Ｅ１１のオーダーから１．０Ｅ１４のオーダーまで様々な条件の試料に対して光照射（光アクティベーション）から６０［分］経過後に測定を行った。このときの試料の温度は２８．４［℃］〜２９．９［℃］である。図１３を見れば理解できる通り、既存の補正（式（１）によるもの）を適用したものはＤＬＴＳ法による測定値より鉄濃度が低い値として計算されるのに対して、本発明の補正を適用すると、ＤＬＴＳ法による測定値とよく一致している。このような差は、シリコンウエハの抵抗率が下がるほど大きくなり、特に、１［Ω・ｃｍ］のシリコンウエハに関して顕著であることが読み取れる。

この実験では、以下の装置を使用した。
（ａ）ＳＰＶ測定装置：ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ ＩＮＣ ＳＴＡＴＩＯＮ ２０３０
（ｂ）ＤＬＴＳ測定装置：ＳＥＭＩＬＡＢ社 ＤＬＳ-８３Ｄ

［実験例２］また、別の実験例として、本発明者らは、実験例１と同様の実験で、光アクティベーションから測定までの経過時間が異なる（３０［分］）場合に同様にＳＰＶ法において本発明の補正を適用した鉄濃度測定を行い、ＤＬＴＳ法による測定値との比較を行った。図１２及び図１３にその結果を示す。図１２及び図１３を見れば理解できる通り、実験例２と同様な差が見られるが、同じ抵抗率のシリコンウエハの結果同士を実験例２と比較すると、その差が小さくなっていることが読み取れる。

この実験では、以下の装置を使用した。
（ａ）ＳＰＶ測定装置：ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ ＩＮＣ ＳＴＡＴＩＯＮ ２０３０
（ｂ）ＤＬＴＳ測定装置：ＳＥＭＩＬＡＢ社 ＤＬＳ-８３Ｄ

［実験例３］また、別の実験例として、本発明者らは、シリコンウエハの温度が３０２［Ｋ］）、抵抗率が１．２８［Ω・ｃｍ］の場合に、本発明による補正を適用しなかった場合に算出される鉄濃度は、光照射からの経過時間に依存して減少してゆくことを確認した。図１４にその結果を示す。太い実線が理論計算値、細い実線が実験値である。理論計算値と実験値がよく一致していることが分かる。なお、理論計算値と実験値が多少ずれているが、これは意図的に見やすいようにずらして表示しているためである。

この実験では、以下の装置を使用した。
（ａ）ＳＰＶ測定装置：ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ ＩＮＣ ＳＴＡＴＩＯＮ ２０３０

［実験例４］また、別の実験例として、本発明者らは、シリコンウエハの抵抗率、鉄濃度を変化させた場合の少数キャリア拡散長及び本発明による補正を適用しなかった場合に算出される鉄濃度の時間依存性を確認した。図１５−１７にその結果を示す。図１５は、シリコンウエハの抵抗率を変化させた場合に少数キャリア拡散長の時間依存性を示している。図１６は、鉄濃度を変化させた場合に本発明による補正を適用しなかった場合に算出される鉄濃度の時間依存性を示している。図１７は、シリコンウエハの抵抗率を変化させた場合に本発明による補正を適用しなかった場合に算出される鉄濃度の時間依存性を示している。図中、抵抗率の後の数値１及び２は実験の回数を示している。

この実験では、以下の装置を使用した。
（ａ）ＳＰＶ測定装置：ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ ＩＮＣ ＳＴＡＴＩＯＮ ２０３０

ＳＰＶ法による鉄濃度測定の原理を示す図である。 ＳＰＶ法の測定装置の一例を示す図である。 光表面起電力の測定から少数キャリア拡散長を求める原理を示す図である。 ＳＰＶ法による鉄濃度測定とＤＬＴＳ法による鉄濃度測定の結果を比較した図である。 本発明を実施するための装置の一例を示す図である。 ＳＰＶ法による光表面起電力の測定の一例を示す図である。 本発明を実施した場合の鉄濃度測定の手順の一例を示す図である。 （９）の発明を実施した場合の鉄濃度測定の手順の一例を示す図である。 シミュレーション例１の結果を表した図である。 実験例１の結果を表した図である。 実験例１の結果を表した図である。 実験例２の結果を表した図である。 実験例２の結果を表した図である。 実験例３の結果を表した図である。 実験例４の結果を表した図である。 実験例４の結果を表した図である。 実験例４の結果を表した図である。

符号の説明

１ 測定装置
１１ ハロゲン電球
１２ 光チョッパ
１３ フィルタ回転装置
１４ 光ファイバケーブル
１５ エネルギー変換器
１６ 透過ピックアップ電極（表面電極）
１７ ロックイン増幅器
１８ シリコンウエハ
１９ 試料台（裏面電極）
１００ 測定装置
１１０ アクティベーション部
１１１ 測定部
１１２ 算出部
１１３ シリコンウエハ
１１４ 試料台
１１５ 制御部
２００ シリコンウエハ

Claims (5)

1. 表面光起電力を用いてボロンドープのシリコンウエハに含まれる鉄の濃度の測定を行う方法において、
   較正を行うステップと、
   測定を行うステップと、を含み、
   前記較正を行うステップは、測定部が較正用シリコンウエハの測定点における較正用アクティベーション前の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＡと、
   アクティベーション部が前記較正用シリコンウエハの較正用アクティベーションを行うステップＢと、
   前記測定部が前記較正用シリコンウエハの当該測定点における前記較正用アクティベーション後の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＣと、
   算出部が前記較正用シリコンウエハの前記測定点における鉄濃度の測定をＤＬＴＳ法、原子吸光法、ＳＩＭＳ分析法、又は化学分析を利用した方法で行い、前記ステップＡ及び前記ステップＣにおいて得られた少数キャリア拡散長と、前記鉄濃度の測定結果を用いて、算出式（３）による鉄濃度と前記鉄濃度の測定結果が合うようにＣ ^ｎ _ＦｅＢ 及びＣ ^ｎ _Ｆｅｉ の値を決定するステップＤと、をさらに含み、
   前記測定を行うステップは、前記測定部が測定用シリコンウエハの測定点における測定用アクティベーション前の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＥと、
   前記アクティベーション部が前記測定用シリコンウエハの測定用アクティベーションを行うステップＦと、
   前記測定部が前記測定用シリコンウエハの当該測定点における前記測定用アクティベーション後の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＧと、
   前記算出部が、前記ステップＥにおける少数キャリア拡散長、前記ステップＧにおける少数キャリア拡散長、前記Ｃ ^ｎ _ＦｅＢ 及びＣ ^ｎ _Ｆｅｉ の値を入力として、算出式（３）を用いて、前記鉄の濃度の算出を行うステップＨと、をさらに含むことを特徴とする測定の方法。
   

   

   （算出式（３）中のｆ＝ｅｘｐ［τ _ｃ ^−１ ・ｔ］であり、τ _ｃ は捕獲割合であり、ｔはアクティベーションから測定までの経過時間であり、Ｔはシリコンウエハの温度であり、Ｎ _Ｂ はドーパントであるボロンの濃度である。）
2. 電子捕獲係数Ｃ ^ｎ _ＦｅＢ 及びＣ ^ｎ _Ｆｅｉ の値が既知の場合に、表面光起電力を用いてシリコンウエハに含まれる鉄の濃度の測定を行う方法において、
   測定部が測定用シリコンウエハの測定点におけるアクティベーション前の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＩと、
   アクティベーション部が前記測定用シリコンウエハのアクティベーションを行うステップＪと、
   前記測定部が前記測定用シリコンウエハの当該測定点における前記アクティベーション後の少数キャリア拡散長の測定を行うステップＫと、
   算出部が、前記ステップＩにおける少数キャリア拡散長、前記ステップＫにおける少数キャリア拡散長、前記電子捕獲係数Ｃ ^ｎ _ＦｅＢ 及びＣ ^ｎ _Ｆｅｉ の値を入力として、算出式（３）を用いて前記鉄の濃度の算出を行うステップＬと、を含むことを特徴とする測定の方法。
   

   

   （算出式（３）中のｆ＝ｅｘｐ［τ _ｃ ^−１ ・ｔ］であり、τ _ｃ は捕獲割合であり、ｔはアクティベーションから測定までの経過時間であり、Ｔはシリコンウエハの温度であり、Ｎ _Ｂ はドーパントであるボロンの濃度である。）
3. 前記測定部と、前記アクティベーション部と、前記算出部と、前記測定部及び前記アクティベーション部及び前記算出部の制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定の方法を行う装置。
4. 前記ステップＧの後、続いて前記ステップＧにおける当該少数キャリア拡散長の測定と同じ測定をさらに少なくとももう１回行うステップＭと、
   前記算出部が、前記ステップＧにおける少数キャリア拡散長及び前記ステップＭにおける少数キャリア拡散長を入力として、前記ドーパントの濃度の算出を行うステップＮと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の測定の方法。
5. 前記ステップＫの後、続いて前記ステップＫにおける当該少数キャリア拡散長の測定と同じ測定をさらに少なくとももう１回行うステップＯと、
   前記算出部が、前記ステップＫにおける少数キャリア拡散長及び前記ステップＯにおける少数キャリア拡散長を入力として、前記ドーパントの濃度の算出を行うステップＰと、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の測定の方法。

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