DE102017216575B4

DE102017216575B4 - Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in Silizium

Info

Publication number: DE102017216575B4
Application number: DE102017216575.8A
Authority: DE
Inventors: Dieter Rathmann; Ludwig Köster
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: DE102017216575A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts einer Messprobe (1) aus mono- oder polykristallinem Silizium, das 1015bis 1018Kohlenstoffatome pro Kubikzentimeter enthält, wobei die Messprobe (1) in eine Messkammer (2) einer Messvorrichtung (100) eingebracht und in einem Tiegel (3) induktiv erwärmt und aufgeschmolzen wird, so dass in der Messprobe (1) enthaltener Kohlenstoff aus der Messprobe (1) ausdiffundiert, wobei der aus der Messprobe (1) ausdiffundierte Kohlenstoff mit Sauerstoff der Messprobe (1) zu einem Oxidationsprodukt umgesetzt wird, und dessen Menge zur Bestimmung des in der Messprobe (1) enthaltenen Kohlenstoffs verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung zum Oxidationsprodukt im Zuge einer carbothermischen Reaktion des Siliziums zu Siliziumnitrid in einer Gasatmosphäre durchgeführt wird, die aus Stickstoff oder aus einer Mischung von Stickstoff und mindestens einem Inertgas besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in einer Messprobe, die Silizium, wie mono- oder polykristallines Silizium enthält.
Stand der Technik
Die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts von mono- oder polykristallinem Silizium gewinnt in der industriellen Herstellung von Halbleitergrundmaterialien und deren Weiterverarbeitung zu elektronischen Bauteilen, zum Beispiel auf Grund des Einflusses von Kohlenstoff auf die Bildung von Sauerstoffausscheidungen oder auf die Bildung von elektrisch aktiven Komplexen, zunehmend an Bedeutung.
Zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in mono- oder polykristallinem Silizium können im hierbei relevanten Spurenbereich von 10¹⁵ bis 10¹⁸ Atomen pro Kubikzentimeter (entspricht weniger als 0,02 ppma bis 20 ppma) beispielsweise die dynamische Sekundärionen-Massenspektrometrie oder die Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (D-SIMS, ToF-SIMS) im industrietauglichen Maßstab verwendet werden. Die grundsätzlich für monokristalline Siliziumproben bekannte Fourier-Transformations-Infrarotspektrometrie (FTIR, siehe SEMI-Standard MF1391-1107) ist aufgrund der hohen Absorption der Infrarotstrahlung durch freie Ladungsträger in hochdotiertem Silizium nicht mit der erforderlichen Nachweisgrenze einsetzbar.
Die genannten Verfahren sind jedoch ausgesprochen aufwändig und kostenintensiv und eignen sich daher nur bedingt für die analytische Routine in der Produktionskontrolle, insbesondere zur Produktfreigabe oder zur Einteilung von entsprechenden Chargen.
In DE 10 2014 217 514 A1 ist ein Verfahren beschrieben, das die Nachteile der genannten Verfahren nicht hat. Es beruht auf der Technik der Gasfusionsanalyse (GFA), im Zuge derer der Kohlenstoffgehalt einer Messprobe in Form eines Oxidationsprodukts mit Sauerstoff bestimmt wird. Zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts der Messprobe muss die Messprobe jedoch vollständig in einer Sauerstoffatmosphäre verbrannt werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Sauerstoff der Gasatmosphäre eine diffusionshemmende Oxidschicht erzeugt, die der geschmolzenen Messprobe eine perlenartige Form verleiht. Dieser Effekt ist nicht nur dafür verantwortlich, dass vergleichsweise lange Messzeiten erforderlich sind, sondern wirkt sich auch limitierend auf die untere Nachweisgrenze des Kohlenstoffgehalts aus.
In EP 1 091 207 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erfassung des Gehalts mindestens eines Fremdelements in einer Festkörperprobe, wobei die Probe unter Inertgasatmosphäre geschmolzen wird. Durch Reaktion mit dem Tiegelmaterial wird Kohlenmonoxid freigesetzt, welches anschließend mittels Plasmaanregung bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in Silizium, wie mono- oder polykristallinem Silizium weiter zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts einer Messprobe aus mono- oder polykristallinem, die 10¹⁵ bis 10¹⁸ Kohlenstoffatome pro Kubikzentimeter enthält, wobei die Messprobe in eine Messkammer einer Messvorrichtung eingebracht und in einem Tiegel induktiv erwärmt und aufgeschmolzen wird, so dass in der Messprobe enthaltener Kohlenstoff aus der Messprobe ausdiffundiert, wobei der aus der Messprobe ausdiffundierte Kohlenstoff mit Sauerstoff der Messprobe zu einem Oxidationsprodukt umgesetzt wird, und dessen Menge zur Bestimmung des in der Messprobe enthaltenen Kohlenstoffs verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung zum Oxidationsprodukt im Zuge einer carbothermischen Reaktion des Siliziums zu Siliziumnitrid in einer Gasatmosphäre durchgeführt wird, die aus Stickstoff oder aus einer Mischung von Stickstoff und mindestens einem Inertgas besteht.
Vorzugsweise weist das Silizium einen Grad an Reinheit auf, aufgrund dessen das Material zur Herstellung von elektronischen Bauelementen geeignet ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Kohlenstoff der Messprobe nahezu ungehindert an die Oberfläche diffundieren kann. Insbesondere nimmt die geschmolzene Messprobe keine Perlenform ein, weshalb eine vergleichsweise große Oberfläche zur Verfügung steht, zu der Kohlenstoff aus dem Inneren der geschmolzenen Messprobe gelangen kann. Im Vergleich mit dem eingangs erwähnten, auf GFA basierenden Verfahren, profitiert man bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens von einer niedrigeren und stabileren Basislinie. Mit anderen Worten, man kann eine untere Nachweisgrenze bezüglich des Kohlenstoffgehalts erwarten, die niedriger ist.
An der Oberfläche wird Kohlenstoff mit Sauerstoff zu einem Oxidationsprodukt umgesetzt, größtenteils zu Kohlenmonoxid. Der dafür benötigte Sauerstoff stammt von der Messprobe selbst oder teilweise von der Messprobe und teilweise vom Material eines keramischen Tiegels, in dem die Messprobe geschmolzen wird.
Gemäß der folgenden typischen Reaktionsgleichung wird Siliziumdioxid der Messprobe, welches beispielsweise von einer nativen Oxidschicht stammt, mit Stickstoff der Gasatmosphäre und Kohlenstoff der Messprobe zu Siliziumnitrid und Kohlenmonoxid umgesetzt: 3 SiO₂ + 6 C + 2N₂ → Si₃N₄ + 6 CO
Das entstehende Kohlenmonoxid oder nachfolgend daraus durch Oxidation mit Sauerstoff gebildetes Kohlendioxid ist ein Maß für den Kohlenstoffgehalt der Messprobe. Kohlenmonoxid kann beispielsweise durch Reaktion mit lodpentoxid zu Kohlendioxid oxidiert werden. Um den Kohlenstoffgehalt der Messprobe zu ermitteln, kann der gesamte Kohlenstoff der Messprobe verbrannt und gemessen werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der Kohlenstoff zum Oxidationsprodukt umgesetzt wird, und basierend auf dieser Information den gesamten Kohlenstoffgehalt der Messprobe zu berechnen, ohne den gesamten Kohlenstoff, der in der Messprobe vorhanden ist zum Oxidationsprodukt umsetzen zu müssen.
Gebildetes Kohlenmonoxid beziehungsweise davon erzeugtes Kohlendioxid wird mittels Gasanalyse untersucht, vorzugsweise unter Verwendung eines Gasanalysen-Werkzeugs mit einer IR-Messzelle oder einem WLD-Detektor (thermal conductivity detector).
Voraussetzung für die Eignung der Gasfusionsanalyse ist, dass die Messprobe aus hochdotiertem Silizium wie hochdotiertem mono- oder polykristallinem Silizium besteht bzw. entsprechendes hochdotiertes Silizium wie hochdotiertes mono- oder polykristallines Silizium als Bestandteil der Messprobe enthält und damit von sich aus eine ausreichende Eigenleitfähigkeit aufweist, oder dass die Messprobe, falls sie Silizium nur in niedrigdotierter Form aufweist, auf eine ausreichende Temperatur vorgewärmt wird.
Unter „hochdotiertem“ mono- oder polykristallinem Silizium wird im Rahmen dieser Anmeldung mono- oder polykristallines Silizium verstanden, das einen spezifischen Widerstand von weniger als 0,5 Ω cm, bevorzugt weniger als 0,1 Ω cm bzw. einen Dotierstoffgehalt von mehr als 1 × 10¹⁶ Atomen pro Kubikzentimeter, bevorzugt mehr als 8 × 10¹⁶ Atomen pro Kubikzentimeter aufweist. Als Dotierstoffe werden üblicherweise Phosphor, Bor, Antimon oder Arsen verwendet. Mono- oder polykristallines Silizium mit einem höheren spezifischen Widerstand bzw. einem geringeren Gehalt an Dotierstoffatomen wird hingegen im Rahmen dieser Anmeldung als „niedrigdotiert“ bezeichnet. Als hochdotiertes mono- oder polykristallines Silizium wird also im Rahmen der vorliegenden Anmeldung vorteilhafterweise ein Material verwendet, das bei Raumtemperatur einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1 bis 100 mΩ cm aufweist.
Hochdotiertes Silizium weist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Eigenleitfähigkeit auf, die es ohne zusätzliche Maßnahmen an ein zur Erwärmung geeignetes induktives Wechselfeld ankoppeln lässt.
Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte Messprobe kann, wie auch nachfolgend erläutert, vollständig aus hochdotiertem Silizium wie hochdotiertem mono- oder polykristallinem Silizium gebildet sein oder enthält entsprechendes hochdotiertes Silizium wie hochdotiertes mono- oder polykristallines Silizium als Bestandteil. Auch eine Messprobe, die lediglich niedrigdotiertes Silizium enthält, eignet sich zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung, wenn sie bis zum Erreichen einer ausreichenden Eigenleitfähigkeit vorgewärmt wird.
Die Erhitzung der Messproben in der Gasfusionsanalyse erfolgt typischerweise induktiv mittels eines magnetischen Wechselfelds. Die Messprobe muss daher eine ausreichende elektrische Eigenleitfähigkeit aufweisen, um im magnetischen Wechselfeld anzukoppeln. Hochdotiertes Silizium, wie hochdotiertes mono- oder polykristallines Silizium koppelt bereits bei Raumtemperatur induktiv an und ermöglicht durch seine temperaturabhängige Eigenleitfähigkeit eine zunehmende Erwärmung bis zum Schmelzpunkt. Daher lässt sich eine Messprobe, die ein hochdotiertes Silizium, wie hochdotiertes mono- oder polykristallines Silizium enthält, mittels Gasfusionsanalyse auch im sub-ppm Bereich untersuchen. Eine Erwärmung der Messprobe, wie sie unten erläutert ist, ist hierbei nicht erforderlich, so dass eine Messung besonders einfach ist.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einer „Ankopplung“ eine elektromagnetische Wechselwirkung der freien Elektronen in der Probe mit dem induktiven Anregungsfeld verstanden, die zu einem elektrischen Wirbelstrom in der Probe und hierdurch zu einer Erwärmung führt. Unter einem Kohlenstoffgehalt wird insbesondere der Gesamtkohlenstoffgehalt der Messprobe verstanden, weil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen sämtlicher Kohlenstoff der Messprobe zu einem Oxidationsprodukt umgesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts einer Messprobe, die Silizium, insbesondere mono- oder polykristallines Silizium und 10¹⁵ bis 10¹⁸ Kohlenstoffatome pro Kubikzentimeter enthält. Erfindungsgemäß wird diese Messprobe in eine Messkammer einer Messvorrichtung eingebracht und in dieser in einer Gasatmosphäre induktiv erwärmt und aufgeschmolzen, so dass in der Messprobe enthaltener Kohlenstoff aus der Messprobe ausdiffundiert. Der aus der Messprobe ausdiffundierte Kohlenstoff wird mit Sauerstoff, der von der Messprobe oder teilweise von der Messprobe und teilweise vom Material des Tiegels stammt, zu einem Oxidationsprodukt umgesetzt, dessen Menge bestimmt und als Maß für den in der Messprobe enthaltenen Kohlenstoff verwendet.
Die Erfindung schlägt also vor, die bekannte Gasfusionsanalyse auch in dem eingangs erläuterten Spurenbereich zur Messung von Kohlenstoff durchzuführen und zwar nach Umsetzung des Kohlenstoffs mit Sauerstoff, der von der Messprobe selbst und gegebenenfalls vom Material des Tiegels stammt.
Eine Bestimmung des Kohlenstoffgehalts im Bereich von bis zu 10¹⁵ Atomen pro Kubikzentimeter wird mittels handelsüblicher Analyseeinrichtungen zur Gasfusionsanalyse ermöglicht. Als besonders einfach erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die verwendete Messprobe unter Verwendung eines Probenmaterials aus hochdotiertem Silizium, wie hochdotiertem mono- oder polykristallinem Silizium mit zu bestimmendem Kohlenstoffgehalt gebildet wird. In diesem Fall kann ein entsprechendes Material direkt als Messprobe verwendet werden, weil es bereits eine ausreichende Eigenleitfähigkeit aufweist, die eine Ankopplung in der induktiven Erwärmung mittels eines entsprechenden magnetischen Wechselfelds ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich jedoch auch insbesondere für solche Fälle, in denen ein Kohlenstoffgehalt von niedrigdotiertem Silizium, beispielsweise von niedrigdotiertem mono- oder polykristallinem Silizium bestimmt werden soll. In diesem Fall wird die Messprobe unter Verwendung eines entsprechenden Probenmaterials aus niedrigdotiertem Silizium, beispielsweise niedrigdotiertem, mono- oder polykristallinem Silizium mit zu bestimmenden Kohlenstoffgehalt und eines Probenmaterials aus hochdotiertem Silizium wie hochdotiertem mono- oder polykristallinen Silizium mit bekanntem Kohlenstoffgehalt gebildet. Das hochdotierte Silizium mit einem bekannten, insbesondere einem geringen bzw. in dem eingangs erwähnten Spurenbereich liegenden Kohlenstoffgehalt wird auf diese Weise zum Bestandteil der Messprobe, der ein induktives Aufschmelzen auch des niedrigdotierten Siliziums ermöglicht, dessen Kohlenstoffgehalt bestimmt werden soll. Der tatsächliche Kohlenstoffgehalt des verwendeten hochdotierten mono- oder polykristallinem Siliziums kann z.B. mittels der Gasfusionsanalyse als Blindwert oder über Fourier-Transformations-Infrarotspektrometrie bei tiefen Temperaturen, d.h. unterhalb von etwa 20 K, erfolgen, weil dann die Eigenleitfähigkeit des Siliziums so stark reduziert ist, dass keine wesentliche Schwächung des durch die Probe transmittierten Infrarotlichts durch freie Ladungsträger mehr auftritt. Dieses Verfahren kann bei Silizium mit einem spezifischen Widerstand von mehr als ca. 0,02 Ω cm zum Einsatz kommen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann, wie in herkömmlichen Gasfusionsanalyseverfahren auch, umfassen, die Menge des Oxidationsprodukts, im vorliegenden Fall insbesondere von Kohlendioxid, mittels eines spektrometrischen Verfahrens, insbesondere mittels Fourier-Transformations-Infrarotspektrometrie, zu bestimmen, was eine ausgesprochen sensitive Spurenanalyse ermöglicht. Gleichermaßen bevorzugt ist die Verwendung eines Gasanalysen-Werkzeugs mit einem WLD-Detektor (thermal conductivity detector).
Die grundsätzliche Temperaturabhängigkeit der Eigenleitfähigkeit von mono- oder polykristallinem Silizium ist dem Fachmann aus einschlägigen Lehrbüchern, beispielsweise R. Müller, Grundlagen der Halbleiter-Elektronik, Springer-Verlag, 6. Aufl., 1995, grundsätzlich bekannt.
Reicht die Eigenleitfähigkeit des Siliziums der Messprobe bei Raumtemperatur zur Ankopplung an die induktive Erwärmung noch nicht aus, kann die Messprobe vor dem induktiven Erwärmen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch vorgewärmt werden, insbesondere auf eine Temperatur von 300 bis 500 °C. Eine derartige Vorwärmung kann insbesondere auch für Reinigungszwecke eingesetzt werden, um auf der Oberfläche der Messprobe abgelagerten Kohlenstoff zumindest teilweise zu verdampfen und dadurch ein zuverlässigeres Messergebnis zu erhalten, das nicht durch den abgelagerten Kohlenstoff verfälscht wird.
Insbesondere im Rahmen von entsprechenden Reinigungsverfahren kann die Vorwärmung der Messprobe vor dem Einbringen in die Messkammer der Messvorrichtung erfolgen, beispielsweise durch externes Heizen in einem Keramiktiegel, vorteilhafterweise in einem Muffelofen, wobei die Messprobe anschließend unmittelbar in die Messvorrichtung bzw. deren Messkammer eingebracht und dort weiter induktiv erwärmt wird. Eine entsprechende externe Erwärmung kann insbesondere unter Schutzgasatmosphäre wie Argon erfolgen, um Verfälschungen des Messergebnisses durch eine Kontamination der Messprobe zu verhindern.
Besonders vorteilhaft kann es jedoch sein, die Vorwärmung der Messprobe nach dem Einbringen in die Messkammer (also in situ in der Messkammer) und durch Einstrahlen elektromagnetischer Energie in die Messkammer durchzuführen. Eine derartige in-situ-Vorwärmung, beispielsweise mittels gebündelten Lichts aus einer Halogenlampe, ermöglicht eine besonders reproduzierbare Erwärmung, gegebenenfalls auch die Einstellung definierter Temperaturgradienten. Bei ausreichender Vorwärmung der Messprobe bis zum Erreichen einer Eigenleitfähigkeit, die ein anschließendes weiteres induktives Erwärmen ermöglicht, kann die Messprobe niedrigdotiertes Silizium sein, und auf die Gegenwart von hochdotiertem Silizium mit bekanntem Kohlestoffgehalt als Bestandteil der Messprobe kann verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Messung des Kohlenstoffgehalts in sämtlichen Arten von Probenstrukturen, beispielsweise in granuliertem polykristallinem Silizium oder in Proben aus Siliziumscheiben von Silizium-Einkristallen. Wird hochdotiertes, mono- oder polykristallines Silizium mit bekanntem Kohlenstoffgehalt als Bestandteil der Messprobe verwendet, kann es vorteilhaft sein, die Messprobe in Pulverform oder in Form eines Granulat-Gemisches bereitzustellen.
Die Verwendung von Blöcken mit einigen Millimetern Kantenlänge, beispielsweise mit einer Kantenlänge zumindest einer Kante von 1 bis 10 mm, beispielsweise aus sogenannten Dickscheiben mit 2 mm Dicke, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da diese einfach in einen Tiegel einfüllbar sind und aufgrund ihrer Geometrie das Ankoppeln erleichtert wird.
Eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Messvorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie apparativ dazu ausgerüstet ist, eine Vorwärmung der in die Messkammer eingebrachten Messprobe zusätzlich bzw. vor der induktiven Erwärmung vorzunehmen. Eine entsprechende Messkammer kann also beispielsweise eine Halogenlichtquelle aufweisen, die entsprechende Strahlung auf die Messprobe einstrahlen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung

In 1 ist eine Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stark vereinfacht schematisch dargestellt.

Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt eine Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter schematischer Darstellung.
In der Messvorrichtung 100 ist eine Messprobe 1, die Silizium und 10¹⁵ bis 10¹⁸ Kohlenstoffatome pro Kubikzentimeter enthält, in einer Messkammer 2 in einem keramischen Tiegel 3 angeordnet. Die Messkammer 2 ist dazu ausgebildet, die Messprobe 1 in einer definierten Gasatmosphäre, die insbesondere frei von Kohlenstoffverbindungen ist, in der Messkammer 2 aufzunehmen.
Zur Bereitstellung einer entsprechenden Gasatmosphäre ist eine Leitung 4 vorgesehen und an eine Gasversorgung 5 angeschlossen. Durch die Gasversorgung 5 wird über die Leitung 4 ein Gasfluss durch die Messkammer 2 erzeugt. Die Gasatmosphäre besteht aus Sickstoff oder aus einer Mischung von Stickstoff und mindestens einem Inertgas, vorzugsweise Argon.
Die Messvorrichtung 100 umfasst eine stark vereinfacht veranschaulichte induktive Heizeinrichtung 6, die in der Messkammer 2, die nach außen in geeigneter Weise abgeschirmt ist, ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, durch welches die Messprobe 1 im Tiegel 3 aufgeheizt werden kann.
Eine entsprechende Messvorrichtung 100 kann insbesondere auch zur Vorwärmung der Messprobe 1 in der Messkammer 2 eingerichtet sein, beispielsweise mittels einer Halogenlampe 7, mittels derer ein gestrichelt veranschaulichter Lichtstrahl durch ein transparentes Fenster 8 eingestrahlt werden kann.
Durch die Erwärmung und das Aufschmelzen der Messprobe 1 mittels der induktiven Heizeinrichtung 6 gelangt Kohlenstoff aus dem Inneren der Messprobe an Oberfläche der Messprobe 1. Der Kohlenstoff wird mittels Sauerstoff zu einem Oxidationsprodukt umgesetzt, wobei der Sauerstoff entweder von der Messprobe oder teilweise von der Messprobe und teilweise vom keramischen Material des Tiegels 3 stammt.
Das Oxidationsprodukt kann über eine Leitung 9 abgeführt werden und durchströmt eine Detektoreinheit 10 oder wird zuvor in einer nicht gezeigten Oxidationseinheit vollständig zu Kohlendioxid oxidiert. In der Detektoreinheit 10 wird das Gas der Leitung 9 durch eine Messkammer 11 geführt, die von einem Messstrahl einer geeigneten Quelle 12, beispielsweise einer Infrarotlichtquelle, durchstrahlt wird. Der Messstrahl trifft nach der Interaktion mit dem Gas in der Messzelle 11 auf einen Detektor 13 auf, mittels dessen ein Detektorsignal erhalten und in einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung ausgewertet werden kann. Die Auswerteeinrichtung ermittelt einen Gehalt des Oxidationsprodukts in dem Gas der Leitung 9 und erlaubt auf diese Weise Rückschlüsse auf den Kohlenstoffgehalt in der Messprobe 1.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts einer Messprobe (1) aus mono- oder polykristallinem Silizium, das 10¹⁵ bis 10¹⁸ Kohlenstoffatome pro Kubikzentimeter enthält, wobei die Messprobe (1) in eine Messkammer (2) einer Messvorrichtung (100) eingebracht und in einem Tiegel (3) induktiv erwärmt und aufgeschmolzen wird, so dass in der Messprobe (1) enthaltener Kohlenstoff aus der Messprobe (1) ausdiffundiert, wobei der aus der Messprobe (1) ausdiffundierte Kohlenstoff mit Sauerstoff der Messprobe (1) zu einem Oxidationsprodukt umgesetzt wird, und dessen Menge zur Bestimmung des in der Messprobe (1) enthaltenen Kohlenstoffs verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung zum Oxidationsprodukt im Zuge einer carbothermischen Reaktion des Siliziums zu Siliziumnitrid in einer Gasatmosphäre durchgeführt wird, die aus Stickstoff oder aus einer Mischung von Stickstoff und mindestens einem Inertgas besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Messprobe (1) aus hochdotiertem Silizium mit zu bestimmendem Kohlenstoffgehalt gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Messprobe (1) aus niedrigdotiertem Silizium mit zu bestimmendem Kohlenstoffgehalt und aus einem hochdotierten Silizium mit bekanntem Kohlenstoffgehalt gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei dem das hochdotierte Silizium bei Raumtemperatur einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 0,5 Ω cm aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Menge des Oxidationsprodukts mittels Gasanalyse bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Messprobe (1) vor dem induktiven Erwärmen vorgewärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Vorwärmung der Messprobe (1) vor dem Einbringen in die Messkammer (2) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Vorwärmung der Messprobe (1) nach dem Einbringen in die Messkammer (2) und durch Einstrahlen elektromagnetischer Energie in die Messkammer durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Oxidationsprodukt CO ist und als solches oder nach Oxidation zu CO₂ der Gasanalyse zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Messprobe (1) Blöcke aus mono- oder polykristallinem Silizium mit einer Kantenlänge zumindest einer Kante von 1 bis 10 mm enthält.