JP4973133B2 - エピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法並びにエピタキシャル層の評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、エピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法並びにエピタキシャル層の評価装置に関し、特に抵抗率の測定を安定して行うことを可能にするエピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法並びにエピタキシャル層の評価装置に関する。

近年、シリコン半導体デバイスの高集積化が著しく進んでおり、デバイスを形成する基板のシリコンウェーハ自体の高品質化が一層厳しく要求されている。すなわち、高集積化とともに回路パターンがますます微細化されるため、ウェーハ上のデバイスが形成されるデバイス活性領域では、リーク電流の増大やキャリアのライフタイムの低下原因となる転位等の結晶欠陥および金属系不純物の低減、除去が従来に増して厳しく求められている。
かかる要請から結晶欠陥をほぼ完全に含まないエピタキシャル層をウェーハ上に成長させたエピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイスの製造に多く使用されている。

エピタキシャル層を成長させるウェーハには、ボロンまたはリンを高濃度にドープさせたｐ^＋型またはｎ^＋型のシリコンウェーハが用いられる。そして、これらｐ^＋型またはｎ^＋型のシリコンウェーハ上に、ボロンまたはリンを低濃度にドープさせたｐ⁻型もしくはｎ⁻型のエピタキシャル層を形成させることによって、Ｎ型もしくはＰ型のエピタキシャルウェーハが製造される。

また、エピタキシャルウェーハの品質管理項目には、エピタキシャル層の抵抗率、エピタキシャル層の平坦度、エピタキシャルウェーハの反り、エピタキシャル層表面のヘイズといった項目が知られている。中でも抵抗率については、ウェーハにおいて最も基本的な特性であるため、正確な測定が要求されている。従来から、上記のＮ型もしくはＰ型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の測定方法として、容量−電圧法の一種であるＨｇ−ＣＶ法が広く用いられている。このＨｇ−ＣＶ法は、まず、エピタキシャル層の表面に酸化膜を形成させ、この酸化膜上に水銀電極を接合させることによって所謂ショットキー接合を形成させる。次に、このショットキー接合を挟んで容量（Ｃ）−逆方向電圧（Ｖ）特性を測定し、このＣ−Ｖ特性結果とドナー濃度などから抵抗率を計測する。このようなＨｇ−ＣＶ法を原理としたエピタキシャル層の抵抗率測定装置として、下記特許文献１に記載された装置が知られている。

ところで、ｎ型エピタキシャル層の表面に酸化膜を形成する方法としては、ＡＳＴＭ
Ｆ１３９２に規定される方法が知られている。この方法は、過酸化水素などの酸化剤を含有する溶液にウェーハを数分間浸漬させた後、ウェーハを洗浄、乾燥する手順で行われ、これによりウェーハ表面に薄い酸化膜を形成できるようになっている。
しかし、この方法では、酸化剤を含有する溶液が多量に必要になると共に、処理時間が２０〜３０分程度と比較的長くなる等の問題がある。また、処理時間が長時間になると、エピタキシャル層の形成工程に対する抵抗率の測定結果のフィードバックが遅れてしまうおそれがある。
一方、ｐ型エピタキシャル層の前処理方法は、ＨＦ溶液中にウェーハを浸漬した後、純水リンスを行いスピン乾燥してからＨｇＣＶ測定することが規定されている。該方法でもｐ型エピタキシャル層の抵抗率の測定は可能であるが、測定値のばらつきを更に低減したいという要請がある。

そこで最近では、ｎ型の場合は酸素含有雰囲気中でウェーハに紫外光を照射することによって原子状の酸素またはオゾンを発生させ、この原子状の酸素やオゾンによってウェーハを酸化させる方法が提案されている（下記特許文献２）。
また、ｐ型の場合はフッ化水素酸水溶液を含有する酸トラップに不活性キャリアガスを吹き込み、このガスにより表面酸化膜を除去方法が提案されている。
しかし、特許文献２に記載された方法であっても、紫外光の照射時間等の前処理条件によっては、抵抗率のばらつきが生じてしまう場合があった。
特開平６−１４０４７８号公報 特表２００２−５１６４８６号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ｎ型エピタキシャル層に関しては前処理用の薬液の消費量が少なく、処理時間も短時間であり、更に測定値のばらつきを少なくすることが可能なエピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法並びにエピタキシャル層の評価装置を提供することを目的とする。
また、ｐ型エピタキシャル層に関しては従来法よりは時間がかかるものの，より測定値のばらつきを少なくすることが可能なエピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法並びにエピタキシャル層の評価装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のエピタキシャル層の前処理方法は、半導体ウェーハ上に形成されたエピタキシャル層に金属電極を接触させて、容量−電圧法により前記エピタキシャル層を評価する際の前記エピタキシャル層の前処理方法であり、前記エピタキシャル層の表面に炭素含有化合物を付着させてから酸素含有雰囲気中で前記表面に紫外光を照射することにより、前記エピタキシャル層に酸化膜を形成するとともに、前記炭素含有化合物が界面活性剤であることを特徴とする。
また上記の前処理方法においては、炭素含有化合物としてエピタキシャル層に対して親和性を有する有機化合物であればどのようなものを用いても良く、より好ましくは界面活性剤、特に好ましくは非イオン性界面活性剤を用いると良い。
また本発明のエピタキシャル層の前処理方法においては、前記酸化膜の厚みを５オングストローム以上３０オングストローム以下の範囲に設定することが好ましい。
また本発明のエピタキシャル層の前処理方法においては、前記エピタキシャル層がｎ型またはｐ型エピタキシャルシリコン層であり、前記酸化膜がシリコン酸化膜であることが好ましい。

上記のエピタキシャル層の前処理方法によれば、エピタキシャル層に炭素含有化合物を付着させてから酸素含有雰囲気中で紫外光を照射することにより、酸素分子を紫外光で分解させて原子状の酸素を発生させ、この原子状の酸素をエピタキシャル層に接触させることで、炭素を含有する酸化膜が形成される。酸化膜に含有される炭素は、紫外光の照射前にエピタキシャル層に付着された炭素含有化合物に由来するものである。このような酸化膜の表面に金属電極を接触または蒸着させてエピタキシャル層を評価することにより、ばらつきのない安定した評価結果を得ることができる。特に、金属電極として水銀電極を用いたＨｇ−ＣＶ法の場合には、水銀電極とエピタキシャル層との間でショットキー接合が形成されるが、前記の酸化膜がこのショットキー接合に何らかの影響を及ぼすことになって、評価値のばらつきを小さくすることが可能になる。
また上記の前処理方法においては、炭素含有化合物としてエピタキシャル層との親和性に特に優れた界面活性剤を用いることにより、炭素含有化合物がエピタキシャル層の全面に満遍なく付着され、これにより酸化膜における炭素の含有率が均一になり、これにより評価値のばらつきをより小さくすることができる。

また上記の前処理方法は、エピタキシャル層に炭素含有化合物を付着させて酸素含有雰囲気中で紫外光を照射するだけの工程なので、ｎ型エピタキシャル層については前処理時間を著しく短縮させることができる。ｐ型エピタキシャル層については前処理時間は多少長くなるが，測定値のばらつきは小さくなり信頼性の高い測定が可能である。また、酸化膜に炭素を含有させるためには、エピタキシャル層の表面が濡れる程度に炭素含有化合物が付着していれば良いので、エピタキシャル層に対する炭素含有化合物の付着量も少量で済み、前処理に用いる薬液量を少なくすることができる。

次に本発明の評価用のエピタキシャルウェーハは、先のいずれかに記載の前処理方法によって前処理されたエピタキシャル層が備えられていることを特徴とする。
このエピタキシャルウェーハによれば、エピタキシャル層の酸化膜に炭素が含まれていることから、このようなエピタキシャル層に対して金属電極を接触または蒸着させてエピタキシャル層を評価することにより、評価値のばらつきを小さくすることができる。金属電極を用いたｍｅｔａｌＣＶ法の場合には，金属電極と、金属電極として水銀電極を用いたＨｇ−ＣＶ法の場合には、水銀電極とエピタキシャル層との間でショットキー接合が形成されるが、前記の酸化膜がこのショットキー接合に何らかの影響を及ぼすことになって、評価値のばらつきを小さくすることが可能になる。

次に本発明のエピタキシャル層の評価方法は、エピタキシャル層の表面に炭素含有化合物を付着させてから酸素含有雰囲気中で前記表面に紫外光を照射することにより、エピタキシャル層に酸化膜を形成し、この酸化膜に金属電極を接触させるとともに半導体ウェーハに測定電極を接触させて、エピタキシャル層を容量−電圧法によって評価するとともに、前記炭素含有化合物が界面活性剤であることを特徴とする。
また、本発明のエピタキシャル層の評価方法においては、前記炭素含有化合物が界面活性剤であることが好ましく、非イオン性界面活性剤であることがより好ましい。
また、本発明のエピタキシャル層の評価方法においては、前記酸化膜の厚みを５オングストローム以上３０オングストローム以下の範囲に設定することが好ましい。
また、本発明のエピタキシャル層の評価方法においては、前記エピタキシャル層がｎ型またはｐ型エピタキシャルシリコン層であり、前記酸化膜がシリコン酸化膜であることが好ましい。

上記の評価方法によれば、炭素を含有する酸化膜を形成し、この酸化膜に金属電極を接触または蒸着させて容量−電圧法によってエピタキシャル層を評価することにより、評価値のばらつきが小さくなり、エピタキシャル層を精度良く評価することができる。金属電極を用いたｍｅｔａｌＣＶ法の場合には，金属電極、金属電極として水銀電極を用いたＨｇ−ＣＶ法の場合には、水銀電極とエピタキシャル層との間でショットキー接合が形成されるが、前記の酸化膜がこのショットキー接合に何らかの影響を及ぼすことになって、評価値のばらつきを小さくすることが可能になる。

次に本発明のエピタキシャル層の評価装置は、エピタキシャルウェーハを前処理する前処理部と、前処理部によって処理されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に接触または蒸着可能な金属電極と、半導体ウェーハに接触または蒸着可能な測定電極と、各電極に接続されてエピタキシャル層の物性を測定する測定部とを具備してなり、前処理部には、エピタキシャル層の表面に炭素含有化合物を付着させる付着手段と、酸素含有雰囲気中でエピタキシャル層に紫外光を照射させる照射手段とが備えられ、
前記炭素含有化合物が界面活性剤であることを特徴とする。
また、本発明のエピタキシャル層の評価装置においては、前記炭素含有化合物が界面活性剤であることが好ましく、非イオン性界面活性剤であることがより好ましい。
また、本発明のエピタキシャル層の評価装置においては、前記金属電極が、ｎ型またはｐ型エピタキシャルシリコン層に対しショットキー接合となる仕事関数を有する金属電極であることが好ましい。
また、本発明のエピタキシャル層の評価装置においては、前記金属電極が水銀電極であることが好ましい。

上記の評価装置によれば、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層を前処理する前処理部が備えられているので、ウェーハの前処理と評価を続けて行うことができ、効率よく評価を行うことができる。また、前処理部によってエピタキシャル層の酸化膜に炭素を含ませることができ、このようなエピタキシャル層に対して測定を行うことによって、評価値のばらつきを小さくすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ｎ型エピタキシャル層については前処理時間が短く、薬液の消費量が少なく、更に評価値のばらつきが小さなエピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法並びにウェーハの評価装置を提供することができる。
また、ｐ型エピタキシャル層については前処理時間は多少長くかかるが，測定値のばらつきが小さい信頼性の高い測定が可能なエピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法並びにウェーハの評価装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本実施形態の電極を接触させる場合の抵抗率測定装置（エピタキシャル層の評価装置）の構成を示す模式図であり、図２は図１に示す抵抗率測定装置の電極プローブを示す模式図である。尚、これらの図は抵抗率測定装置の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の装置の寸法関係とは異なる場合がある。
図１に示すように、本実施形態の抵抗率測定装置１は、エピタキシャルウェーハ１０（以下、ウェーハと表記する場合がある）を前処理する前処理部１１と、金属電極３を備えた測定プローブ４と、エピタキシャルウェーハ１０に接触する測定電極５と、各電極３、５に接続されてエピタキシャルウェーハ１０の抵抗率を測定する測定部６とを具備して概略構成されている。

また、抵抗率測定装置１にはエピタキシャルウェーハ１０を載置するためのＸＹステージ３０と、前処理済みのウェーハ１０を前処理部２からＸＹステージ３０に搬送するための図示略の搬送手段が備えられている。そして、ＸＹステージ３０に載置されたウェーハ１０に対して、測定プローブ４の金属電極３がウェーハ１０の上面に接するように構成されている。また、本実施形態ではＸＹステージに替えてＲ−θステージを用いても良い。

また、抵抗率測定装置１には支持アーム７が備えられており、この支持アーム７の先端７ａ側に測定プローブ４が取り付けられ、他端側７ｂにはアーム駆動機構８が備えられている。アーム駆動機構８は、支持アーム７を左右方向および上下方向に駆動自在に構成され、これにより測定プローブ４をエピタキシャルウェーハ１０の任意の測定位置に移動できるようになっている。

また、金属電極３は配線６ａにより測定部６に接続され、測定電極５は配線６ｂによって測定部６に接続されており、ウェーハ１０と電極３、５と測定部６とによって測定回路が構成されている。尚、測定部６は容量（Ｃ）−電圧（Ｖ）特性を測定可能（容量−電圧法により測定可能）なものであればどのようなものでもよい。

本実施形態の抵抗率測定装置１においては、前処理部１１によって前処理されたウェーハ１０が図示略の搬送手段によってＸＹステージ３０に搬送され、次に金属電極３および測定電極５がウェーハ１０に接続され、次に金属電極３および測定電極５並びに測定部６によってウェーハ１０のエピタキシャル層の抵抗率を測定できるようになっている。

本装置１の測定対象であるエピタキシャルウェーハ１０は、図示略の半導体ウェーハ上に図示略のエピタキシャルシリコン層（以下、エピタキシャル層と表記する場合がある）が形成されて構成されている。半導体ウェーハはｎ型シリコンウェーハまたはｐ型シリコンウェーハのいずれでもよい。また、エピタキシャルシリコン層はｎ型またはｐ型エピタキシャルシリコン層のいずれでも良い。

前処理部１１には、ウェーハ１０のエピタキシャル層の表面に炭素含有化合物を付着させる付着手段としての貯留槽１２が備えられている。貯留槽１２には炭素含有化合物１３が貯留されており、この炭素含有化合物１３にエピタキシャルウェーハ１０を浸漬できるようになっている。また貯留槽１２の近傍には、ウェーハ１０を貯留槽１２に浸漬させるとともに浸漬後のウェーハ１０を引き上げるための図示略のチャッキング装置が備えられている。

貯留槽１２に貯留される炭素含有化合物１３は、エピタキシャル層に対して親和性を有する有機化合物であればどのようなものでも良いが、界面活性剤であることが好ましい。界面活性剤は、公知のカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性活性剤のいずれでも良い。なかでも非イオン性界面活性剤が好ましい。
非イオン性界面活性剤として具体的には、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（ＡＰＥ）、ポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＡＥ）、脂肪酸アルカノールアミド等が例示できる。
さらに具体的には、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルとしては、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等が例示できる。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、炭素数が１２〜２２のアルキル基を構成アルキル基とするものが例示できる。ここでアルキル基とは、飽和および不飽和のいずれでも良く、直鎖状、分岐鎖状および環状のいずれでも良い。
脂肪酸アルカノールアミドとしては、脂肪酸モノエタノールアミド、脂肪酸ジエタノールアミド、脂肪酸モノイソプロパノールアミド、脂肪酸ジイソプロパノールアミド等が例示できる。前記脂肪酸としては、高級脂肪酸であれば飽和および不飽和のいずれでも良く、具体的には、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等が例示できる。
これらのなかでも、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルが好ましく、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルがより好ましく、ポリオキシエチレン−ｐ−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェニルエーテルが特に好ましい。
本発明において、前記炭素含有化合物は、単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。

前記炭素含有化合物は、市販品を用いても良いし、公知の製造方法で製造して用いても良い。例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルは、アルカリ触媒存在下でアルキルフェノールに酸化エチレンを付加重合させ、適宜後処理および取り出しを行うことで製造できる。ポリオキシエチレンアルキルエーテルは、アルカリ触媒存在下でアルコールに酸化エチレンを付加重合させ、適宜後処理および取り出しを行うことで製造できる。脂肪酸アルカノールアミドは、アルカノールアミンと脂肪酸を縮合させ、適宜後処理および取り出しを行うことで製造できる。

炭素含有化合物１３は溶媒に分散溶解された状態で貯留槽１２に貯留されていることがより好ましい。また貯留槽１２には炭素含有化合物１３を保温するための保温装置が取り付けられていても良い。特に高融点の炭素含有化合物１３を使用する場合には保温装置で加熱して液状にすることで、炭素含有化合物１３を溶媒に分散させることなくウェーハの浸漬を行うことができる。

また、前処理部１１には、浸漬後のウェーハ１０に対して酸素含有雰囲気中で紫外光を照射するための照射手段としての紫外線照射装置１４が備えられている。貯留槽１２と紫外線照射装置１４との間のウェーハ１０の搬送は、前述のチャッキング装置等を利用しても良いし、別途搬送手段を設けても良い。紫外線照射装置１４は、ウェーハ１０を載せるステージ１５と、ステージ１５上に配置された紫外光光源１６と、ステージ１５と紫外光光源１６とによって区画形成された照射室１７と、照射室１７内部に酸素含有雰囲気（例えば大気）を供給する図示略の供給機構とが備えられており、照射室１７内に搬送されたウェーハ１０に対して、紫外光光源１６から紫外光を照射できるように構成されている。

紫外光光源１６は、１８５ｎｍ〜２５４ｎｍ程度の波長の紫外光を照射できるものが好ましい。１８５ｎｍ程度の紫外光を照射することにより、酸素含有雰囲気中、例えば大気中の酸素分子を原子状の酸素若しくはオゾンに変化させることができる。また、２５４ｎｍ程度の紫外光を照射することにより、一旦発生したオゾンを分解して原子状の酸素を更に発生させることができる。こうして発生させた原子状の酸素は、エピタキシャル層表面に接触してエピタキシャル層の表面を酸化させ、これにより安定したショットキー接合を形成させ得る良質な酸化膜を形成させることが可能になる。

なお、貯留槽１２において炭素含有化合物１３が溶媒に分散溶解されている場合には、貯留槽１２に対するウェーハ１０の浸漬によって、ウェーハ１０に炭素含有化合物１３とともに溶媒が付着されるが、この溶媒が紫外光照射による酸化膜形成に悪影響を及ぼす可能性がある。従ってこの場合には、貯留槽１２と紫外光照射装置１４の間にウェーハ１０を乾燥させる加熱装置を配置させ、貯留槽１２から引き上げたウェーハ１０を紫外光照射装置１４に送る前にこの加熱装置で加熱させて溶媒を除去させればよい。

次に図１および図２に示すように、測定プローブ４は、毛細管（以下、キャピラリーと表記する）４１が内部に設けられてなるプローブ本体４２に、圧縮ガス供給管４３と電極端子４４とが接続されて概略構成されている。キャピラリー４１は、プローブ本体４２の長手方向に沿ってプローブ本体４２の先端部４２ａから基端部４２ｂの間を貫通するように設けられている。キャピラリー４１の先端部４２ａ側には水銀柱（水銀電極）４６が充填されており、この水銀柱４６によってキャピラリー４１の先端部４２ａ側が閉塞されている。また、プローブ本体４２の基端部４２ｂ側には電極端子４４が取り付けられており、この電極端子４４によってキャピラリー４１の基端部４２ｂ側が閉塞されている。またプローブ本体４２の基端部寄りにはキャピラリー４１の分岐路４５が設けられ、この分岐路４５の先には圧縮ガス供給管４３が接続されている。更に圧縮ガス供給管４３の先には、図示略の気圧調整手段が接続されている。

図示略の気圧調整手段を作動させることによって、圧縮ガス供給管４３を介してキャピラリー４１の内圧を調整できるように構成されている。キャピラリー４１は、その基端部４２ｂ側が電極端子４４によって閉塞され、先端部４２ａ側が水銀柱４６によって閉塞されているので、キャピラリー４１の内圧が変動されることによって、先端部４２ａ側の水銀柱４６がその内圧に応じてキャピラリー４１の長手方向に沿って移動させられる。キャピラリー４１の内圧は、水銀柱４６の先端４６ａがプローブ本体４２の先端部４２ａよりも突出するように設定することが望ましい。水銀柱４６の先端部４６ａは水銀の表面張力によって液滴状となり、この液滴状の先端部４６ａのみがエピタキシャルウェーハ１０のエピタキシャル層に接触される。

また、電極端子４４には、キャピラリー４１内部に挿入された金属ワイヤ４７が取り付けられ、金属ワイヤ４７の先端が水銀柱４６に接している。この水銀柱４６と金属ワイヤ４７とによって金属電極３が構成されている。また、電極端子４４には配線６ａが接続されており、この配線６ａによって金属ワイヤ４７および水銀柱４６が測定部６に接続されている。
更に支持アーム７にはガス供給管４８が備えられており、このガス供給管４８によって水銀柱４６の先端部４６ａ近傍に例えば窒素ガス等の不活性ガスを供給できるように構成されている。

次に、本実施形態のエピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法について説明する。
まず、評価対象となるエピタキシャルウェーハ１０を、貯留槽１２に付属する図示略のチャッキング装置によって貯留槽１２に浸漬させる。貯留槽１２には先に列挙した炭素含有化合物１３が貯留されており、ウェーハ１０を浸漬することによって表面に炭素含有化合物１３が付着される。このときの浸漬時間は１秒以上であれば良い。次に、チャッキング装置によってウェーハ１０を引き上げ、紫外線照射装置１４に搬送する。なお、炭素含有化合物１３が溶媒に分散された状態で貯留槽１２に満たされている場合には、ウェーハ１０を貯留槽１２から引き上げた後にウェーハ１０を前述の加熱装置で加熱して、溶媒を取りのぞくことが好ましい。また、エピタキシャル層に対する炭素含有化合物の付着量は、エピタキシャル層が炭素含有化合物で濡れる程度であればよい。この点からも、上述の浸漬法はエピタキシャル層の前処理工程として好適である。

次に、紫外線照射装置１４において、炭素含有化合物１３が付着したエピタキシャル層に紫外光を照射して酸化膜を形成する。
まず、紫外線照射装置１４のステージ１５上に、エピタキシャル層を上にしてウェーハ１０を載置し、次に図示略の供給機構を作動させて照射室１７内を酸素含有雰囲気にする。

次に、紫外光光源１６を点灯して波長１８５ｎｍ〜２５４ｎｍ程度の紫外光をエピタキシャル層に照射する。
紫外光の照射によって、酸素含有雰囲気中の酸素分子が原子状の酸素若しくはオゾンに変化する。オゾンは、波長２５４ｎｍ程度の紫外光を受けて更に分解し、原子状の酸素を更に発生させる。こうして発生した原子状の酸素が、エピタキシャル層表面に接触することでエピタキシャル層の表面を酸化させ、これにより安定したショットキー接合を形成させ得る良質な酸化膜を形成される。酸化膜形成後のエピタキシャル層の断面模式図を図３に示す。図３に示しように、シリコンウェーハ１０ａ上に積層されたエピタキシャル層１０ｂに、紫外光照射によって酸化膜１０ｃが形成される。
また、紫外光の照射時間は１５秒〜７５秒程度が好ましく、３０秒〜４５秒程度がより好ましい。

また、形成された酸化膜１０ｃには、炭素が含有される。この炭素は、炭素含有化合物１３に由来するものであって、炭素単独の形態または炭素と水素が結合した炭化水素の形態のいずれか一方または両方の形態で存在するものと考えられる。これらの形態は、紫外光の照射により炭素含有化合物１３の一部が分解することによって生じるものと考えられる。このようにして酸化膜１０ｃに炭素が含有されることによって、酸化膜１０ｃの表面に負の電荷が帯電しにくくなり、これにより金属電極を接触させた際に安定したショットキー接合が形成されて、抵抗率のばらつきが小さくなる。

また、このときの酸化膜１０ｃの厚みは、５Å（０．５ｎｍ）以上３０Å（３ｎｍ）以下の範囲であることが好ましい。厚みが５Å以上であれば、抵抗率の測定を安定して行うことができる。また、厚みが３０Å以下であれば、抵抗率測定後のウェーハ１０から酸化膜１０ｃを容易に除去することができ、エピタキシャル層の再評価を容易に行うことができる。更に、酸化膜１０ｃ中に含まれる炭素の含有率は１０％以上であることが望ましい。含有率が１０％以上であれば、抵抗率の測定を安定して行うことができる。なお、酸化膜中の炭素の含有率は例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ法）によって検出された結合エネルギーの強度比から求めることができる。また測定法はＸＰＳに限らず、ＳＩＭＳ、オージェ分光法等の高感度分析法を用いても良い。

以上のようにして前処理された評価用のエピタキシャルウェーハ１０を、図示略の搬送手段によってＸＹステージ３０に移動させる。このとき、前処理済みのエピタキシャル層が測定プローブ４側に向くようにウェーハ１０をステージ３０上に載置させる。
続いて、測定電極５をシリコンウェーハ１０に接触させるとともに、水銀電極３をエピタキシャル層の表面に接触させる。これにより水銀電極と酸化膜との間でショットキー接合が形成される。この状態で、測定部６から電気的刺激をウェーハ１０に与え、この電気的刺激に対するウェーハ１０の反応を測定部６により検出してこの検出結果をＣ−Ｖ特性（容量−電圧特性）に変換する。このＣ−Ｖ特性から、エピタキシャル層にドープさせたドーパント濃度や、エピタキシャル層の抵抗率等が評価される。

以上説明したように、本実施形態のエピタキシャル層の前処理方法及び評価方法によれば、エピタキシャル層に炭素含有化合物を付着させてから酸素含有雰囲気中で紫外光を照射することにより、酸素分子が紫外光で分解されて原子状の酸素が発生し、この原子状の酸素をエピタキシャル層に接触させることで、炭素が含有された酸化膜を形成することができる。このようにして形成された酸化膜は、エピタキシャル層の表面における負電荷の帯電を防止するので、エピタキシャル層の抵抗率を安定して測定することができる。
また、炭素含有化合物として界面活性剤を用いることにより、評価値のばらつきをより小さくすることができる。

また上記の前処理方法においては、エピタキシャル層に対する炭素含有化合物の浸漬時間が１秒以上であれば良く、紫外光の照射時間も３０秒〜４５秒程度で良く、よって前処理工程全体の所要時間が最短で１分程度で済み、これにより前処理時間を従来の方法から著しく短縮させることができる。また、酸化膜に炭素を含有させるためには、エピタキシャル層の表面が濡れる程度に炭素含有化合物が付着していれば良いので、エピタキシャル層に対する炭素含有化合物の付着量も少量で済み、前処理に用いる薬液量を少なくすることができる。

更に、本実施形態の評価装置１によれば、エピタキシャル層の前処理と抵抗率測定を一つの装置で行うことができ、抵抗率の測定を迅速に精度良く行うことができる。

なお、本発明ではエピタキシャル層に金属電極を単に接触するのみならず、エピタキシャル層に金属電極を蒸着しても良い。蒸着法の場合には，本発明による前処理を行った後に、蒸着装置により所望の面積を有する金属電極を形成する。該電極形成後に市販のＣＶ測定装置により測定を行う。蒸着法によれば、電極面積を正確に把握することができ、抵抗率の測定をより正確に行うことができる。

「実験例１（本発明の前処理方法と従来方法との比較）」
実験例１として、本発明の前処理方法（本発明方法）と従来方法との比較を行った。
本発明方法は、以下の手順で行った。
まず、評価対象として、ｎ型シリコンウェーハに設計抵抗率が７．２Ω・ｃｍのｎ型エピタキシャルシリコン層が積層されてなるＮ型エピタキシャルウェーハ（以下、試料ウェーハ１という）を用意した。また、図１に示す抵抗率測定装置を用意し、この装置の貯留槽に、ポリオキシエチレン−ｐ−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェニルエーテル（炭素含有化合物）が溶解されてなる希釈液を満たした。希釈液は、原液を水で１０００倍に希釈したものである。この原液は、ポリオキシエチレン−ｐ−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェニルエーテルを２５〜３０質量％、水を３０〜４０質量％、エチレングリコールを３７質量％含む混合液である。

次に上記の試料ウェーハ１を、図１に示す抵抗率測定装置の貯留槽に浸漬させることにより、エピタキシャル層の表面にポリオキシエチレン−ｐ−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェニルエーテルを付着させた。このときの浸漬時間は５秒とした。次に、チャッキング装置によって試料ウェーハ１を引き上げ、紫外線照射装置に搬送した。

次に、紫外線照射装置のステージ上に、エピタキシャル層を上にして試料ウェーハ１を載置し、次に図示略の供給機構を作動させて照射室内を大気雰囲気とした。 次に、紫外光光源を点灯して波長１８５ｎｍ〜２５４ｎｍ程度の紫外光をエピタキシャル層に照射した、照射時間は４５秒とした。このようにして試料ウェーハ１のエピタキシャル層の表面に酸化膜を形成させた。

次に、炭素含有化合物を付着させずに紫外光を照射したこと以外は上記の本発明方法と同様にして試料ウェーハ１の前処理を行い、試料ウェーハ１のエピタキシャル層の表面に酸化膜を形成させた。この方法を従来方法とした。

本発明方法と従来方法によってそれぞれ前処理した試料ウェーハ１について、Ｈｇ−ＣＶ法によりエピタキシャル層の抵抗率をそれぞれ測定した。抵抗率は、各ウェーハの同一箇所において繰り返し１０回測定した。測定回数毎のエピタキシャル層の抵抗率を図４に示す。また、１０回の測定値から平均値（ｘ）と標準偏差（σ）を算出し、変動係数（σ／ｘ×１００（％））を求めた。結果を表１に示す。

図４及び表１に示すように、本発明方法によれば、変動係数が従来方法よりも小さく、抵抗率のばらつきが少なく、測定精度に優れていることが分かる。また、図４に示すように、本発明方法による各測定値は、エピタキシャル層の設計抵抗率である７．２０Ω・ｃｍに近い値を示しており、測定値自体の精度にも優れていることが分かる。

「実験例２（本発明の前処理方法の再現性評価」
評価対象として、ｐ型シリコンウェーハに設計抵抗率が３０．９１Ω・ｃｍのｎ型エピタキシャルシリコン層が積層されてなるエピタキシャルウェーハ（以下、試料ウェーハ２という）と、ｎ型シリコンウェーハに設計抵抗率が７．２０５Ω・ｃｍのｎ型エピタキシャルシリコン層が積層されてなるエピタキシャルウェーハ（以下、試料ウェーハ３という）と、ｎ型シリコンウェーハに設計抵抗率が０．３５４Ω・ｃｍのｎ型エピタキシャルシリコン層が積層されてなるエピタキシャルウェーハ（以下、試料ウェーハ４という）とを用意し、上記の実験例１と同様にして本発明方法と従来方法で前処理を行い、エピタキシャル層に酸化膜を形成させた。そして、本発明方法と従来方法によってそれぞれ前処理した試料ウェーハ２〜４について、実験例１と同様にしてエピタキシャル層の抵抗率を繰り返し１０回測定し、変動係数（σ／ｘ×１００（％））を求めた。

次に、抵抗率測定後の試料ウェーハ２〜４のエピタキシャル層をフッ化水素酸で処理することにより、酸化膜を除去した。この酸化膜除去後の試料ウェーハ２〜４について、再度、実験例１と同様にして本発明方法と従来方法で前処理を行い、エピタキシャル層に酸化膜を形成させた。そして、本発明方法と従来方法によってそれぞれ前処理した試料ウェーハ２〜４について、実験例１と同様にしてエピタキシャル層の抵抗率を測定し、変動係数（σ／ｘ×１００（％））を求めた。
そして、以上の操作を更に３回繰り返して行い、全部で５回の前処理を行い、各前処理毎に抵抗率を測定して変動係数を求めた。結果を図５、図６、図７及び表２に示す。

図５〜図７及び表２に示すように、本発明方法によれば、前処理を繰り返し行った場合であっても、抵抗率の大小にかかわらず、変動係数が実験例１における従来方法よりも小さくなっており、測定精度に優れていることが分かる。また、図５〜図７に示すように、各測定値は、エピタキシャル層の設計抵抗率である３０．９１Ω・ｃｍ（図５）、７．２０５Ω・ｃｍ（図６）及び０．３５４Ω・ｃｍ（図７）に近い値をそれぞれ示しており、測定値自体の精度にも優れていることが分かる。更に、図５〜図７に示すように、前処理回数毎の抵抗率のばらつきが小さくなっており、前処理の再現性にも優れていることが分かる。

「実験例３（本発明の前処理方法の安定性評価）」
評価対象として、ｐ型シリコンウェーハに設計抵抗率が２９．８６Ω・ｃｍのｎ型エピタキシャルシリコン層が積層されてなるエピタキシャルウェーハ（以下、試料ウェーハ５という）と、ｎ型シリコンウェーハに設計抵抗率が７．２０Ω・ｃｍのｎ型エピタキシャルシリコン層が積層されてなるエピタキシャルウェーハ（以下、試料ウェーハ６という）と、ｎ型シリコンウェーハに設計抵抗率が０．２５９１Ω・ｃｍのｎ型エピタキシャルシリコン層が積層されてなるエピタキシャルウェーハ（以下、試料ウェーハ７という）とを用意し、上記の実験例１と同様にして本発明方法と従来方法で前処理を行い、エピタキシャル層に酸化膜を形成させた。そして、本発明方法と従来方法によってそれぞれ前処理した試料ウェーハ５〜７について、実験例１と同様にしてエピタキシャル層の抵抗率を繰り返し１０回測定し、変動係数（σ／ｘ×１００（％））を求めた。

次に、抵抗率測定後の試料ウェーハ５〜７を、大気雰囲気中、温度２３℃、相対湿度４５％の条件で２４時間（１日間）放置してから、再度、実験例１と同様にしてエピタキシャル層の抵抗率を測定し、変動係数（σ／ｘ×１００（％））を求めた。
そして、以上の操作を更に３回繰り返して行い、全部で５日間に渡って５回の測定を行い、抵抗率及び変動係数を求めた。結果を図８〜図１０及び表３に示す。

図８〜図１０及び表３に示すように、本発明方法によれば、前処理から５日間経過した場合であっても、抵抗率の大小にかかわらず、変動係数が実験例１における従来方法よりも小さくなっており、測定精度に優れていることが分かる。また、図８〜図１０に示すように、各測定値は、エピタキシャル層の設計抵抗率である２９．８６Ω・ｃｍ（図８）、７．２０Ω・ｃｍ（図９）及び０．２５９１Ω・ｃｍ（図１０）に近い値をそれぞれ示しており、測定値自体の精度にも優れていることが分かる。更に、図８〜図１０に示すように、各測定回数毎の抵抗率のばらつきが小さくなっており、酸化膜の安定性に優れていることが分かる。

「実験例４（本発明の前処理方法の最適条件（１）」
評価対象として、ｐ型シリコンウェーハに設計抵抗率が７．２０Ω・ｃｍのｎ型エピタキシャルシリコン層が積層されてなるエピタキシャルウェーハ（以下、試料ウェーハ８という）を用意し、貯留槽に対する浸漬時間を０秒、１秒、５秒、３０秒、６０秒としたこと以外は上記の実験例１における本発明方法と同様にして前処理を行い、エピタキシャル層に酸化膜を形成させた。そして、前処理した試料ウェーハ８について、浸漬時間毎に、実験例１と同様にしてエピタキシャル層の抵抗率を繰り返し１０回測定し、変動係数（σ／ｘ×１００（％））を求めた。結果を図１１及び表４に示す。

図１１及び表４に示すように、浸漬時間を１〜６０秒とした本発明方法によれば、浸漬時間の長短に関わらず、変動係数が浸漬時間を０秒とした場合（従来方法）よりも小さくなっており、測定精度に優れていることが分かる。また、図１１に示すように、浸漬時間を１〜６０秒とした本発明方法による各測定値は、エピタキシャル層の設計抵抗率である７．２０Ω・ｃｍに近い値を示しており、測定値自体の精度にも優れていることが分かる。更に、図１１に示すように、浸漬時間毎の抵抗率のばらつきが小さくなっており、浸漬時間の差による測定値への影響が小さいことが分かる。
以上の結果から、貯留槽に対する試料ウェーハの浸漬時間は、１秒以上であれば良いことが分かる。

「実験例５（本発明の前処理方法の最適条件（２）」
評価対象として、上記の試料ウェーハ８を用意し、紫外光の照射時間を０秒〜１８０秒としたこと以外は上記の実験例１における本発明方法と同様にして前処理を行い、エピタキシャル層に酸化膜を形成させた。そして、前処理した試料ウェーハ８について、照射時間毎に、実験例１と同様にしてエピタキシャル層の抵抗率を繰り返し１０回測定した。結果を図１２に示す。

また、前処理後のエピタキシャル層に対してＸＰＳ分析を行った。ＸＰＳ分析は、ウェーハの表層から表面吸着物をアルゴンイオンでエッチングしたあとに測定した。結果を表５に示す。表５中、炭素層の厚み並びに酸化膜の厚みは、ＸＰＳ分析の結果に基づいて算出した計算値である。尚、炭素が酸化膜中において層状になっているのか、または酸化膜全体に炭素が均一に分散しているかが定かでないので、ＸＰＳ分析によってＳｉのスペクトルとＣのスペクトルを検出し、これらのスペクトル比から近似的に炭素層の厚み並びに酸化膜の厚みを算出している。

図１２に示すように、照射時間が１５秒〜７５秒の間では、変動係数が０．０６％以下となって良好な値を示している一方、照射時間が９０秒になると変動係数が０．１２％を超えており、測定精度が低下することが分かる。照射時間のより好ましい範囲は、図１２の結果から３０秒〜４５秒であることが分かる。
また、表５に示すように、照射時間が６０秒以上になると、炭素層の厚みが大幅に減少していることが分かる。この炭素層の厚みの減少が変動係数の増加に影響しているものと考えられる。

以上、実験例１〜５で説明したように、本発明方法によれば、抵抗率の変動係数を０．１％以下にすることができる。また、前処理を繰り返した場合の抵抗率の再現性に優れており、安定した前処理方法であることが分かる。更に、紫外光照射時間等の前処理条件に対する抵抗率変動の相関が小さく、この点からも本発明の方法が安定した方法であることが分かる。更にまた、前処理時間が最短で１分程度、最長でも数分程度となり、従来の過酸化水素による前処理方法の処理時間よりも大幅に短縮できることが分かる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、エピタキシャル層の前処理を図１に示した抵抗率測定装置の前処理部により行ったが、本発明はこれに限定されず、別途前処理装置を構成してエピタキシャル層をこの前処理装置で前処理してもよい。また、エピタキシャル層に対して炭素含有化合物を付着させる手段としては、実施形態で説明した浸漬法に限定されず、炭素含有化合物をエピタキシャル層に塗布しても良く、スプレーしても良い。また本実施形態では、評価値の一つとして抵抗率を例にして説明したが、ショットキー接合を利用した容量−電圧特性で評価できる物性であれば、どのような物性を評価しても良い。
また、実施形態では、付着手段として貯留槽を例示したが、本発明はこれに限らず、エピタキシャル層の表面に炭素含有化合物をスピンコートする手段でも良く、その他適当な付着手段を用いても良い。

図１は本発明の実施形態である抵抗率測定装置の構成を示す模式図。 図２は図１の抵抗率測定装置の測定プローブの構成を示す分解模式図。 図３は前処理後のエピタキシャル層を示す断面模式図。 図４は、実験例１において本発明方法及び従来方法で測定した試料ウェーハ１の抵抗率の測定結果を示すグラフである。 図５は、実験例２において本発明方法で測定した試料ウェーハ２の抵抗率の測定結果を示すグラフである。 図６は、実験例２において本発明方法で測定した試料ウェーハ３の抵抗率の測定結果を示すグラフである。 図７は、実験例２において本発明方法で測定した試料ウェーハ４の抵抗率の測定結果を示すグラフである。 図８は、実験例３において本発明方法で測定した試料ウェーハ５の抵抗率の測定結果を示すグラフである。 図９は、実験例３において本発明方法で測定した試料ウェーハ６の抵抗率の測定結果を示すグラフである。 図１０は、実験例３において本発明方法で測定した試料ウェーハ７の抵抗率の測定結果を示すグラフである。 図１１は、実験例４において本発明方法で測定した試料ウェーハ８の抵抗率の測定結果を示すグラフである。 図１２は、実験例５において本発明方法で測定した試料ウェーハ８の抵抗率及び変動係数の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１…抵抗率測定装置（エピタキシャル層の評価装置）、３…水銀電極（金属電極）、５…測定電極、６…測定部、１０…エピタキシャルウェーハ、１０ａ…シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、１０ｂ…エピタキシャル層、１０ｃ…酸化膜、１１…前処理部、１２…貯留槽（付着手段）、１３…炭素含有化合物、１４…紫外光照射装置（照射手段）、４６…水銀柱（水銀電極）

Claims (11)

1. 半導体ウェーハ上に形成されたエピタキシャル層に金属電極を接触させて、容量−電圧により前記エピタキシャル層を評価する際の前記エピタキシャル層の前処理方法であり、
   前記エピタキシャル層の表面に炭素含有化合物を付着させてから酸素含有雰囲気中で前記表面に紫外光を照射することにより、前記エピタキシャル層に酸化膜を形成するとともに、
   前記炭素含有化合物が界面活性剤であることを特徴とするエピタキシャル層の前処理方法。
2. 前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤であ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前処理方法。
3. 前記エピタキシャル層がｎ型またはｐ型エピタキシャルシリコン層であり、前記酸化膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１または２に記載のエピタキシャル層の前処理方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の前処理方法によって前処理されたエピタキシャル層が備えられていることを特徴とする評価用のエピタキシャルウェーハ。
5. 半導体ウェーハ上に形成されたエピタキシャル層の評価方法であり、
   前記エピタキシャル層の表面に炭素含有化合物を付着させてから酸素含有雰囲気中で前記表面に紫外光を照射することにより、前記エピタキシャル層に酸化膜を形成し、
   前記酸化膜に金属電極を接触させるとともに前記半導体ウェーハに測定電極を接触させて、前記エピタキシャル層を容量−電圧法によって評価するとともに、
   前記炭素含有化合物が界面活性剤であることを特徴とするエピタキシャル層の評価方法。
6. 前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項５に記載のエピタキシャル層の評価方法。
7. 前記エピタキシャル層がｎ型またはｐ型エピタキシャルシリコン層であり、前記酸化膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項５または６に記載のエピタキシャル層の評価方法。
8. エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価装置であり、
   エピタキシャルウェーハを前処理する前処理部と、前記前処理部によって処理された前記エピタキシャルウェーハの前記エピタキシャル層表面に接触または蒸着可能な金属電極と、前記半導体ウェーハに接触または蒸着可能な測定電極と、前記の各電極に接続されて前記エピタキシャル層の物性を測定する測定部とを具備してなり、
   前記前処理部には、前記エピタキシャル層の表面に炭素含有化合物を付着させる付着手段と、酸素含有雰囲気中で前記エピタキシャル層に紫外光を照射させる照射手段とが備えられ、
   前記炭素含有化合物が界面活性剤であることを特徴とするエピタキシャル層の評価装置。
9. 前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項８に記載のエピタキシャル層の評価装置。
10. 前記金属電極が、ｎ型またはｐ型エピタキシャルシリコン層に対しショットキー接合となる仕事関数を有する金属電極であることを特徴とする請求項８または９に記載のエピタキシャル層の評価装置。
11. 前記金属電極が水銀電極であることを特徴とする請求項８または９に記載のエピタキシャル層の評価装置。

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