JP2008288378A

JP2008288378A - モニタウエハの製造方法及びモニタウエハ

Info

Publication number: JP2008288378A
Application number: JP2007131812A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sugano; 淳菅野
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】短時間で安定したシート抵抗値の測定結果を得ることができるモニタウエハ、及びモニタウエハを提供する。
【解決手段】モニタウエハに酸化膜（ＳｉＯ_２）を形成する。酸化膜が形成されたモニタウエハに対してｐ型不純物のイオン注入を行うことで、酸化膜の内側にｐウェルを形成する。次に、熱処理をすることでｐ型不純物を内部に拡散させ、ｐウェルを活性化する。酸化膜の除去後すぐに、アンモニア（ＮＨ_３）水と、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）水と、水とが混合された薬液を用いたウエット処理を施して、酸化膜を強制的に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート抵抗値を測定するためのモニタウエハの製造方法、及びモニタウエハに関する。

半導体デバイスは、シリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」という）にイオン注入によって不純物を添加する工程を経て製造される。半導体デバイスの製造過程では、添加された不純物の濃度を調べるなどの品質の管理を目的として、不純物添加後のウエハ表面のシート抵抗値の測定が行われている。

シート抵抗値の測定には、一般的に四探針法が用いられている。また、測定の際に探針の当接によりウエハ表面にキズが付くため、製品となるウエハとは別に同じスペックのモニタウエハを用意し、このモニタウエハのシート抵抗値を測定している。

従来、シート抵抗値の測定に際しては、測定値が経時変化して安定した測定結果を得ることができないという問題があった。測定値の経時変化は、イオン注入後のウエハ表面に形成される自然酸化膜に起因する。すなわち、自然酸化膜が時間の経過とともに成長するにつれ、探針とウエハ表面との接触抵抗が増大し、このため測定値も上昇してしまう。

上記の問題を解決するために、様々な提案がなされている（特許文献１，２参照）。特許文献１記載の方法では、シート抵抗値の測定開始直前にウエハ表面の自然酸化膜を除去し、不活性ガスが流入される測定室内で測定を行っている。特許文献２記載の方法では、イオン注入してから４０時間以上経過後に、ウエハ表面にドライブイン酸化を施し、測定を行っている。
特開平０７−１０６３８８号公報特開２００３−０１７４２４号公報

特許文献１記載の方法では、酸素が侵入しないように測定室を厳密に管理する必要があり、製造コストが嵩むという問題があった。また、たとえ厳密な管理を行ったとしても、実質的には酸素の侵入は避けられず、根本的な課題解決の方法であるとは言い難い。特許文献２記載の方法では、４０時間以上も待たなければならず、製造時間の短縮化を妨げるという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、短時間で安定したシート抵抗値の測定結果を得ることができるモニタウエハの製造方法、及びモニタウエハを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のモニタウエハの製造方法は、シート抵抗値を測定するためのモニタウエハの製造方法であって、イオン注入用の酸化膜を除去した直後に、又はイオン注入用の酸化膜を除去した後、自然酸化膜の成長期間中に、所定の薬液によってモニタウエハの表面に酸化膜を形成する工程を有することを特徴とする。

なお、薬液は、アンモニアと、過酸化水素と、水との混合液であること、又はコリンと、過酸化水素と、水との混合液であることが好ましい。

また、酸化膜の厚さが０．５ｎｍ以上１ｎｍ以下となるようにすることが好ましい。

本発明のモニタウエハは、シート抵抗値を測定するためのモニタウエハであって、シート抵抗値の測定前に、所定の薬液によってモニタウエハの表面に酸化膜が形成されることを特徴とする。

本発明のモニタウエハの製造方法、及びモニタウエハによれば、シート抵抗値の測定前に、所定の薬液によってモニタウエハの表面に酸化膜を形成するので、短時間で安定したシート抵抗値の測定結果を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図１のフローチャート、及び図２を参照しながら説明する。図２（Ａ）に示すように、モニタウエハ（例えば、ｎ型ベアシリコン単結晶ウエハ）１１の表面に酸化膜（ＳｉＯ_２）１２を形成する（Ｓ１）。そして、酸化膜１２が形成されたモニタウエハ１１に対してｐ型不純物のイオン注入を行うことで、図２（Ｂ）に示すように酸化膜１２の内側にｐウェル１３を形成する（Ｓ２）。次に、熱処理をすることでｐ型不純物を内部に拡散させ、ｐウェル１３を活性化する（Ｓ３）。

そして、モニタウエハ１１のシート抵抗値Ｒ_ｓ［Ω／□］を測定するため、図２（Ｃ）に示すように酸化膜１２を除去する（Ｓ４）。酸化膜１２の除去は、例えば希フッ酸を用いて行う。そして、酸化膜１２の除去後すぐにウエット処理を施して、図２（Ｄ）に示すように酸化膜１４を強制的に形成する（Ｓ５）。なお、シート抵抗値Ｒ_ｓとは、略一様な厚さを持つ薄膜の抵抗を表す値であり、薄膜の抵抗値Ｒ［Ω］は、Ｒ＝Ｒ_ｓ×Ｌ×Ｗで表すことができる。但し、Ｌは薄膜の長さを示し、Ｗは薄膜の幅を示す。

ウエット処理とは、アンモニア（ＮＨ_３）水と、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）水と、水（Ｈ_２Ｏ）とが混合された薬液に酸化膜１２の除去後のモニタウエハ１１を浸すことで、モニタウエハ１１の表面に酸化膜１４を形成することをいう。酸化膜１４の厚さは、ウエット処理が施されなかった場合に形成される自然酸化膜の厚さと同程度の０．５ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。

その後、四探針法により、酸化膜１４が形成されたモニタウエハ１１のシート抵抗値を測定する（Ｓ６）。シート抵抗値の測定結果からｐ型不純物の注入量を換算し、イオン注入が正しく行われているか否かを評価する。酸化膜１４を強制的に形成してから測定することで、安定したシート抵抗値を得ることができる。

なお、この場合、ベアシリコン単結晶ウエハの表面抵抗を測定した場合よりも、酸化膜１４が介在している分、シート抵抗値の測定結果は若干高くなるが、図３の実施例と比較例を見ても分かる通り、評価に影響を及ぼさないほどの僅かな差であるため、無視することができる。また、シート抵抗値の測定結果からｐ型不純物の注入量を換算する方法としては、ｐ型不純物の注入量とシート抵抗値との関係を予め実験により求めておき、このデータを元に注入量を導き出せば良い。

なお、上記実施形態において、ｐ型不純物をイオン注入する場合を例に説明したが、これに限定されるのではなく、ｐ型に代え、又はｐ型とともにｎ型不純物を添加しても良い。

また、上記実施形態において、アンモニア水と、過酸化水素水と、水とが混合された薬液を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるのではなく、例えばコリン（（ＣＨ_３）_３Ｎ^＋ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨＸ⁻）と、過酸化水素水と、水とが混合された薬液であっても良い。なお、コリンは、第四級飽和アミンであり、トリメチルアミノエタノールのことである。

［実施例］
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。先ず、モニタウエハ１１に熱処理を施して厚さ１０ｎｍの酸化膜を形成した（Ｓ１）。そして、酸化膜１２が形成されたモニタウエハ１１に対し、ツイスト角度９０°、ティルト角度７°の方向から、４０ｋｅＶ（６．４０８×１０^−１８Ｊ）のエネルギでｐ型不純物を添加した（Ｓ２）。なお、ツイスト角度とは、モニタウエハ１１の周縁に形成されたノッチ（図示せず）からの周方向で且つ反時計回りの角度のことである。また、ティルト角度とは、モニタウエハ１１の表面に対して垂直方向を基準とした傾斜角度のことである。

次に、９５０℃で６０分間熱処理をした（Ｓ３）。そして、酸化膜１２を除去してから（Ｓ４）、質量濃度が２８〜３０％のアンモニア水と、質量濃度が３４．５〜３６．０％の過酸化水素水と、水とが質量比１：４：２０で混合された薬液を用いてウエット処理を施した（Ｓ５）。なお、薬液の温度は５５℃で、処理時間は５．５分とした。

［比較例］
実施例と同条件で、酸化膜１２の形成（Ｓ１）、イオン注入（Ｓ２）、熱処理（Ｓ３）、及び酸化膜１２の除去（Ｓ４）を行った。但し、ウエット処理（Ｓ５）は行わず、モニタウエハ１１に自然酸化膜を形成させた。

実施例及び比較例において、モニタウエハ１１のシート抵抗値を測定した。図３に示すように、ウエット処理（Ｓ５）を行わなかった比較例では、酸化膜１２を除去してから時間の経過とともに自然酸化膜が成長し、シート抵抗値Ｒ_ｓは酸化膜１２除去直後の約９５７Ω／□から、約３００分後に約１．７８％増の約９７４Ω／□と変化し、その後は略一定となった。これに対してウエット処理（Ｓ５）を行った実施例では、時間の経過と関係なくシート抵抗値Ｒ_ｓは約９７６Ω／□と略一定となった。実施例の値は、比較例における変化後の値と比較して僅か０．２％程度の誤差となった。なお、酸化膜１２を除去してからシート抵抗値Ｒ_ｓが略一定となるまでの期間を、自然酸化膜の成長期間とする。

以上の実施例及び比較例の結果より、ウエット処理（Ｓ５）を行うことで、時間の経過と関係なく安定したシート抵抗値の測定ができることが確認された。

なお、コリンと、過酸化水素水と、水とが混合された薬液を用いてウエット処理を施す場合には、薬液の温度は７０℃で、処理時間を約９〜１０分とすることが好ましい。このときの薬液は、コリンと、質量濃度が３４．５〜３６．０％の過酸化水素水と、水とが質量比１：２４：３６．６で混合されていることが好ましい。

モニタウエハの製造工程の流れを示すフローチャートである。製造工程を説明するモニタウエハの断面図である。酸化膜を除去してからの経過時間と測定結果との関係を示すグラフである。

符号の説明

１１モニタウエハ
１２酸化膜
１３ｐウェル
１４酸化膜

Claims

シート抵抗値を測定するためのモニタウエハの製造方法において、
イオン注入用の酸化膜を除去した直後に、所定の薬液によって前記モニタウエハの表面に酸化膜を形成する工程を有することを特徴とするモニタウエハの製造方法。
前記薬液は、アンモニアと、過酸化水素と、水との混合液であることを特徴とする請求項１記載のモニタウエハの製造方法。
前記薬液は、コリンと、過酸化水素と、水との混合液であることを特徴とする請求項１記載のモニタウエハの製造方法。
前記酸化膜の厚さが０．５ｎｍ以上１ｎｍ以下となるようにすることを特徴とする請求項１乃至３何れか記載のモニタウエハの製造方法。
シート抵抗値を測定するためのモニタウエハの製造方法において、
イオン注入用の酸化膜を除去した後、自然酸化膜の成長期間中に、所定の薬液によって前記モニタウエハの表面に酸化膜を形成する工程を有することを特徴とするモニタウエハの製造方法。
シート抵抗値を測定するためのモニタウエハにおいて、
前記シート抵抗値の測定前に、所定の薬液によって前記モニタウエハの表面に酸化膜が形成されることを特徴とするモニタウエハ。