DE112017003644T9

DE112017003644T9 - Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe, Verfahren zur Bewertung eines Herstellungsprozesses für Siliciumwafer, Verfahren zur Herstellung von Siliciumwafern, Verfahren zur Herstellung elnes Silicium-Einkristall-Ingots, Silicium-Einkristall-Ingot und Siliciumwafer

Info

Publication number: DE112017003644T9
Application number: DE112017003644.5T
Authority: DE
Inventors: Kazutaka ERIGUCHI; Shuichi Samata; Syun Sasaki
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2037-06-15
Also published as: KR102239634B1; KR20190015478A; CN109314068B; DE112017003644T5; US20190162668A1; JP2018014343A; JP6531729B2; DE112017003644B4; TWI668776B; US11047800B2; CN109314068A; TW201812941A; WO2018016237A1

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe, welches einschließt: Bildung einer Oxidschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe; Bestrahlung der Oxidschicht mit einem Teilchenstrahl; Bestrahlung der Oberfläche der Oxidschicht, welche mit einem Teilchenstrahl bestrahlt wurde, mit Anregungslicht, dessen Energie größer ist als eine Bandlücke von Silicium; Messung der Intensität der Photolumineszenz, welche emittiert wird von der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, die bestrahlt wurde mit dem Anregungslicht; sowie Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe auf Basis der gemessenen Intensität der Photolumineszenz, wobei die Photolumineszenz eine Bandkanten-Lumineszenz von Silicium ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität vor der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-141088 , angemeldet am 19. Juli 2016, welche hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit ausdrücklich aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe; ein Verfahren zur Bewertung eines Herstellungsprozesses für Siliciumwafer; ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers; ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristall-Ingots; einen Silicium-Einkristall-Ingot; sowie einen Siliciumwafer.
Stand der Technik
Die Verringerung einer Kontamination durch Verunreinigungen, die eine Verschlechterung von Geräte-Eigenschaften verursachen, ist für einen Siliciumwafer, der als Halbleitersubstrat verwendet werden soll, erforderlich. In den letzten Jahren hat Kohlenstoff, der als Verunreinigung in Siliciumwafern enthalten ist, die Aufmerksamkeit auf sich gezogen, und die Verringerung der Kohlenstoff-Kontamination in einem Siliciumwafer ist untersucht worden. Um die Kohlenstoff-Kontamination zu verringern, ist es wünschenswert, die Kohlenstoff-Kontamination einer Siliciumprobe zu bewerten und, auf Basis der Bewertungsergebnisse, einen Herstellungsprozess für einen Siliciumwafer und einen Herstellungsprozess für einen Silicium-Einkristall-Ingot zu steuern, aus welchem ein Siliciumwafer geschnitten wird, um so den Kohlenstoff zu verringern, welcher möglicherweise im Herstellungsprozess zugemischt wird.
Als Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe wird herkömmlich ein Verfahren unter Anwendung der FTIR (Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie) (FTIR-Verfahren) allgemein verwendet. Ferner wurde außerdem ein Verfahren der Anwendung von SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometrie) (SIMS-Verfahren) vorgeschlagen, ebenso wie ein Verfahren unter Verwendung von Photolumineszenz (im Folgenden auch bezeichnet als „PL“) (Photolumineszenz-Verfahren; beispielsweise in Bezug auf ein Photolumineszenz-Verfahren, im Allgemeinen bezeichnet als „Niedrigtemperatur-PL-Verfahren“, siehe die ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen (KOKAI) Nr. 2013-152977 (Patentschrift 1), 2015-101529 (Patentschrift 2) und 2015-222801 (Patentschrift 3), welche hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit ausdrücklich aufgenommen sind).
Zusammenfassung der Erfindung
Eine untere Nachweisgrenze des oben beschriebenen FTIR-Verfahrens liegt im Allgemeinen in der Größenordnung von 10¹⁵ Atomen/cm³. Demgegenüber ermöglicht das SIMS-Verfahren eine Analyse mit einer höheren Empfindlichkeit als das FTIR-Verfahren. Andererseits ermöglicht ein Photolumineszenz-Verfahren, beschrieben in den obigen Veröffentlichungen, eine Analyse mit gleicher oder höherer Empfindlichkeit als das SIMS-Verfahren.
Wie oben beschrieben, kann das Ergebnis einer Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe dazu genutzt werden, einen Prozess zur Herstellung eines Siliciumwafers und eines Silicium-Einkristall-Ingots zu steuern. Andererseits werden als Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe üblicherweise verschiedene Verfahren vorgeschlagen und angewandt wie oben beschrieben. Falls ein neues Verfahren bereitgestellt wird, welches in der Lage ist, die Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe mit einer Empfindlichkeit zu bewerten, die gleich oder höher ist als die Empfindlichkeit, die mittels dieser herkömmlichen Verfahren erzielt werden kann, dann wird von diesem Verfahren erwartet, dass es zur Bereitstellung eines Siliciumwafers mit verringerter Kohlenstoff-Kontamination beiträgt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein neues Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe bereit.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe (im Folgenden auch bezeichnet als ein „Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration“), wobei das Verfahren einschließt:

Bildung einer Oxidschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe;
Bestrahlung einer Oberfläche der Oxidschicht mit einem Teilchenstrahl;
Bestrahlung der Oberfläche der Oxidschicht, welche mit dem Teilchenstrahl bestrahlt wurde, mit Anregungslicht, aufweisend eine Energie, welche größer ist als eine Bandlücke von Silicium;
Messung der Intensität der Photolumineszenz, emittiert von der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, die bestrahlt wurde mit Anregungslicht; und Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe auf Basis der gemessenen Intensität der Photolumineszenz; wobei die Photolumineszenz eine Bandkanten-Lumineszenz von Silicium ist.

Im obigen Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration wird die Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe bewertet durch ein Photolumineszenz-Verfahren. Durch Anwendung des Photolumineszenz-Verfahrens ist es möglich, die Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe mit einer Empfindlichkeit zu bewerten, welche größer ist als jene des FTIR-Verfahrens, sowie mit einer Empfindlichkeit, welche gleich oder größer ist als jene des SIMS-Verfahrens, wobei beide Verfahren oben beschrieben worden sind.
Im Übrigen wird in Bezug auf Photolumineszenz-Verfahren von den Patentschriften 1 bis 3 vorgeschlagen, die Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe durch Nutzung von Photolumineszenz zu bewerten. Allerdings schlägt jede der Patentschriften 1 bis 3 vor, die Lumineszenz-Intensität eines Peaks, welcher herrührt von Verunreinigungen oder Defekten, als Indikator für die Kohlenstoffkonzentration zu verwenden (siehe beispielsweise Patentschrift 1, Anspruch 1; Patentschrift 2, Anspruch 2 und Patentschrift 3, Anspruch 1), und empfiehlt in keiner Weise, dass die Kohlenstoffkonzentration auf Basis der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium zu bewerten ist, anders als im Falle der Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe bei der vorliegenden Erfindung.
In einer Ausführungsform ist der Teilchenstrahl ein Elektronenstrahl.
In einer Ausführungsform ist der spezifische Widerstand der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe gleich oder größer als 1 Ω cm.
In einer Ausführungsform wird die Intensität der Photolumineszenz bestimmt als Intensität der Bandkanten-Lumineszenz bei Raumtemperatur, emittiert von der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, bestrahlt mit Anregungslicht. Hier, bei der vorliegenden Erfindung und in der Beschreibung, bezeichnet „Intensität der Bandkanten-Lumineszenz bei Raumtemperatur“ die Intensität einer Bandkanten-Lumineszenz, welche bei Raumtemperatur zu messen ist (beispielsweise 20 °C bis 30 °C), und bezeichnet vorzugsweise eine Bandkanten-Lumineszenz, welche zu messen ist durch ein Raumtemperatur-PL-Verfahren, welches später im Detail beschrieben wird.
In einer Ausführungsform ist die Intensität der Bandkanten-Lumineszenz bei Raumtemperatur eine Lumineszenz-Intensität mit einem Peak bei einer Wellenlänge von 1150 nm.
In einer Ausführungsform wird die Kohlenstoffkonzentration der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe bestimmt unter Verwendung einer Kalibrierkurve auf Basis der Intensität der Photolumineszenz.
In einer Ausführungsform wird die Kalibrierkurve erzeugt unter Verwendung von: Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, erhalten mittels Anwendung von (1) bis (4) unten auf jede aus einer Vielzahl von Siliciumproben zwecks Erzeugung einer Kalibrierkurve, jeweils aufweisend eine bekannte Kohlenstoffkonzentration; sowie der bekannten Kohlenstoffkonzentration.

(1) Bildung einer Oxidschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer Siliciumprobe zur Erzeugung einer Kalibrierkurve, wobei die Probe eine bekannte Kohlenstoffkonzentration aufweist;
(2) Bestrahlung einer Oberfläche der Oxidschicht mit einem Teilchenstrahl;
(3) Bestrahlung der Oberfläche der Oxidschicht, welche bestrahlt wurde mit dem Teilchenstrahl, mit Anregungslicht, das eine Energie aufweist, die größer ist als eine Bandlücke von Silicium; und
(4) Messung der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, emittiert von der Siliciumprobe zur Erzeugung einer Kalibrierkurve und bestrahlt mit dem Anregungslicht.

In einer Ausführungsform wird die bekannte Kohlenstoffkonzentration bestimmt durch ein SIMS-Verfahren.
In einer Ausführungsform ist die atmosphärische Temperatur in einer Umgebung, in welche die als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe platziert wurde für den Zeitraum von der Teilchenstrahl-Bestrahlung bis zur Messung der Photolumineszenz-Intensität, gleich oder kleiner als 100 °C.
In einer Ausführungsform ist die als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe ein Siliciumwafer.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung eines Herstellungsprozesses für Siliciumwafer, wobei das Verfahren umfasst:

Bewertung der Kohlenstoffkonzentration eines Siliciumwafers, hergestellt in einem Herstellungsprozess für einen als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafer, mittels des obigen Verfahrens zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration; und
Bewertung eines Ausmaßes an Kohlenstoff-Kontamination in dem Herstellungsprozess für den als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafer auf Basis des Bewertungsergebnisses.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers, wobei das Verfahren einschließt:

Bewertung eines Siliciumwafer-Herstellungsprozesses durch das obige Bewertungsverfahren; und
Herstellung eines Siliciumwafers, entweder in einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess, bei welchem als Ergebnis der Bewertung festgestellt wurde, dass das Ausmaß der Kohlenstoff-Kontamination ein zulässiges Ausmaß aufweist, oder in einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess, nach Unterwerfen des Siliciumwafer-Herstellungsprozesses, bei welchem als Ergebnis der Bewertung festgestellt wurde, dass das Ausmaß an Kohlenstoff-Kontamination ein zulässiges Ausmaß überschreitet, einer Behandlung zur Verringerung der Kohlenstoff-Kontamination.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Siliciumwafer, hergestellt durch das obige Herstellungsverfahren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristall-Ingots, wobei das Verfahren umfasst:

Züchtung eines Silicium-Einkristall-Ingots nach dem Czochralski-Verfahren;
Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe, geschnitten aus dem Silicium-Einkristall-Ingot, mittels des obigen Verfahrens zur Bewertung der Kohtenstoffkonzentration;
Festlegen einer Herstellungsbedingung für einen Silicium-Einkristall-Ingot auf Basis des Bewertungsergebnisses; und
Züchtung eines Silicium-Einkristall-Ingots mittels des Czochralski-Verfahrens unter der festgelegten Herstellungsbedingung.

„Herstellungsbedingungen“ in der vorliegenden Erfindung und der Beschreibung schließen eine zu verwendende Ziehvorrichtung ein, eine Qualität von Polysilicium als Rohmaterial, Züchtungsbedingungen (wie beispielsweise die Zieh-Geschwindigkeit und den Gasdurchsatz) und dergleichen. Ferner, sogar, wenn die Ziehvorrichtung dieselbe ist, zählen zu einer Veränderung einer Ziehvorrichtung auch Fälle, in welchen eine Gestaltungsänderung eines Bauteils, eine Veränderung der Position eines Bauteils oder dergleichen in der Vorrichtung erfolgt ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Silicium-Einkristall-Ingot, hergestellt nach dem obigen Herstellungsverfahren.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Siliciumwafer, geschnitten aus dem obigen Silicium-Einkristall-Ingot.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein neues Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe bereitzustellen durch Nutzung der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, erhalten durch ein Photolumineszenz-Verfahren, von welchem herkömmlich nicht bekannt gewesen ist, dass es als Indikator der Kohlenstoffkonzentration eines Siliciumprobe dienen kann.
Figurenliste

1 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Aufbau einer Ziehvorrichtung für einen Silicium-Einkristall-Ingot zeigt, wie er in den Beispielen verwendet wird.
2 zeigt einen Graphen und eine Kalibrierkurve, erzeugt in Beispiel 1.
3 zeigt einen Graphen und eine Kalibrierkurve, erzeugt in Beispiel 2.
4 zeigt Bewertungsergebnisse, erhalten in Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 1.

Beschreibung der Ausführungsformen
Verfahren der Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe Das Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe der vorliegenden Erfindung schließt ein: Bildung einer Oxidschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe; Bestrahlung einer Oberfläche der Oxidschicht mit einem Teilchenstrahl; Bestrahlung der Oberfläche, welche mit dem Teilchenstrahl bestrahlt wurde, mit Anregungslicht, welches eine Energie aufweist, die größer ist als eine Bandlücke von Silicium; Messung der Intensität der Photolumineszenz, emittiert von der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, die mit dem Anregungslicht bestrahlt wurde; und Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe auf Basis der gemessenen Intensität der Photolumineszenz. Ferner ist die Photolumineszenz eine Bandkanten-Lumineszenz von Silicium.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration detaillierter erläutert. Diese Beschreibung schließt Spekulationen der vorlegenden Erfinder ein. Allerdings handelt es sich lediglich um Spekulationen und beschränkt die vorliegende Erfindung in keiner Weise.
Als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe
Eine Siliciumprobe, welche ein Bewertungsziel des obigen Bewertungsverfahrens darstellt, ist beispielsweise eine Siliciumprobe, die aus einem Silicium-Einkristall-Ingot geschnitten wurde. Zum Beispiel kann eine Probe, in waferähnlicher Form aus einem Silicium-Einkristall-Ingot geschnitten, oder ein Teilstück, welches ferner aus der Probe geschnitten wurde, einer Bewertung unterzogen werden. Zusätzlich können als Bewertungsziel dienende Siliciumproben verschiedene Siliciumwafer sein (beispielsweise ein polierter Wafer und ein epitaktischer Wafer), jeweils verwendet als Halbleitersubstrat. Zusätzlich kann der Siliciumwafer außerdem ein Siliciumwafer sein, der verschiedenen Bearbeitungsbehandlungen unterworfen wird (beispielsweise Polieren, Ätzen, Reinigen und dergleichen), die gewöhnlich an einem Siliciumwafer vorgenommen werden. Eine Siliciumprobe kann ein Silicium vom n-Typ sein oder ein Silicium vom p-Typ. Ein Photolumineszenz-Verfahren ist eine Technik mit einem Bewertungsergebnis, das eine geringe Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand aufweist, womit das Verfahren anwendbar ist auf Siliciumproben, welche verschiedene Arten von spezifischem Widerstand aufweisen. Bei einem Photolumineszenz-Verfahren ist dieser Punkt vorteilhaft für eine Ladungsträger-Lebensdauer-Messung (die Messergebnisse neigen dazu, vom spezifischen Widerstand abzuhängen), bekannt als ein Bewertungsverfahren für eine Siliciumprobe. Der spezifische Widerstand einer Siliciumprobe ist vorzugsweise gleich oder größer als 1 Ω·cm (zum Beispiel 1 Ω·cm bis 10.000 Ω·cm) aus dem Blickwinkel der Durchführung einer Bewertung mit höherer Empfindlichkeit. Der spezifische Widerstand einer hier beschriebenen Siliciumprobe, in Bezug auf eine Siliciumprobe, welche Bauteile einschließt, die jeweils einen unterschiedlichen spezifischen Widerstand aufweisen wie beispielsweise einen epitaktischen Wafer mit einer epitaktischen Schicht auf einem Siliciumsubstrat, meint den spezifischen Widerstand eines Bauteils, das direkt unter einer Oxidschicht angeordnet ist, welche mit einem Teilchenstrahl bestrahlt werden soll. Beispielsweise, in einem Fall, in welchem die Kohlenstoffkonzentration eines Siliciumsubstrats eines epitaktischen Wafers bewertet werden soll, kann der spezifische Widerstand der spezifische Widerstand des Siliciumsubstrats sein, und in einem Fall, in welchem die Kohlenstoffkonzentration einer epitaktischen Schicht bewertet werden soll, kann der spezifische Widerstand der spezifische Widerstand der epitaktischen Schicht sein.
Bildung der Oxidschicht
Eine Oxidschicht wird auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe gebildet, vor der Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl. Anschließend, nach der Bildung einer Oxidschicht, wird die Oberfläche der Oxidschicht, gebildet auf der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, bestrahlt mit einem Teilchenstrahl. Die vorlegenden Erfinder denken, dass eine Oxidschicht, gebildet auf einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, als Schutzschicht fungieren kann, welche eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe vor der Energie eines Teilchenstrahls schützt, und fungieren kann als Passivierungsschicht (Oberflächendeaktivierung), die eine Oberflächenrekombination nach Bestrahlung mit Anregungslicht unterdrücken kann. Die vorlegenden Erfinder spekulieren, dass die Bildung der Oxidschicht beiträgt zur Detektion der Photolumineszenz (Bandkanten-Lumineszenz von Silicium) mit hoher Intensität und Stabilität.
Eine Oxidschicht kann gebildet werden auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe. Auf einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe ist es ausreichend, eine Oxidschicht auf zumindest einem Teilbereich zu bilden, welcher mit einem Teilchenstrahl bestrahlt werden soll, und eine Oxidschicht kann außerdem gebildet werden auf einem Teilbereich, welcher nicht mit einem Teilchenstrahl bestrahlt werden soll. Beispielsweise, im Falle einer waferähnlich geformten Siliciumprobe, kann eine Oxidschicht gebildet werden auf einem Teil oder auf der gesamten Oberfläche jeder der beiden Hauptoberflächen.
Ein Bildungsverfahren für eine Oxidschicht ist nicht speziell beschränkt, und bekannte Bildungsverfahren für Oxidschichten, wie beispielsweise Trockenoxidation oder Nassoxidation, können zur Anwendung kommen. Die Trockenoxidation ist bevorzugt aus dem Blickwinkel einer einheitlichen Dicke einer zu bildenden Oxidschicht. Allerdings ist, wie oben beschrieben, das Verfahren zur Bildung einer Oxidschicht nicht speziell beschränkt. Eine Trockenoxidation kann erfolgen mittels diverser Verfahren, welche in der Lage sind, eine Oxidschicht zu bilden ohne Verwendung einer Behandlungsflüssigkeit, wie beispielsweise bei der thermischen Oxidation und der Plasma-Behandlung, und die thermische Oxidation ist bevorzugt. Eine thermische Oxidation kann durchgeführt werden mittels Einbringen einer Siliciumprobe in eine beheizte, oxidierende Atmosphäre. Hier bezeichnet oxidierende Atmosphäre eine Atmosphäre, welche zumindest Sauerstoff enthält, beispielsweise eine Atmosphäre, die Sauerstoff enthält im Bereich von 10 Vol.-% bis 100 Vol.-%. Die atmosphärische Temperatur (Heiztemperatur) einer oxidierenden Atmosphäre kann eingestellt werden auf 700 °C bis 1300 °C, und die Heizzeit wird eingestellt auf 1 Minute bis 1000 Minuten. Allerdings reicht es aus, eine Oxidschicht auf zumindest einem Teil einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe zu bilden, und die Heiztemperatur und Heizzeit sind nicht beschränkt auf die oben genannten Bereiche.
Die Dicke einer Oxidschicht, gebildet auf einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, kann beispielsweise eingestellt werden auf etwa 2 nm bis 1 µm, ist jedoch nicht speziell beschränkt. Eine natürliche Oxidschicht kann auf der Oberfläche einer Siliciumprobe bereits vor der Bildung einer Oxidschicht vorhanden sein. Eine Oxidschicht kann gebildet werden nach Entfernen der natürlichen Oxidschicht, oder eine Oxidschicht kann gebildet werden ohne dieses Entfernen. Eine natürliche Oxidschicht kann entfernt werden durch eine Behandlung mit Flusssäure (HF), wie beispielsweise beschrieben in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 2011-54691.
Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl
Eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe wird nach der Bildung einer Oxidschicht bestrahlt mit einem Teilchenstrahl. Eine Oberfläche, die mit einem Teilchenstrahl bestrahlt werden soll, ist eine Oberfläche einer Oxidschicht, gebildet auf einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe. Die Teilchen, die als Teilchenstrahl eingestrahlt werden sollen, können verschiedene, einen Teilchenstrahl bildende Teilchen sein, wie beispielsweise Elektronen und ionisierte Atome (wie beispielsweise He und diverse Dotanden). Die vorlegenden Erfinder spekulieren, dass, infolge der Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl, Kohlenstoff, der enthalten ist in der Siliciumprobe, elektrisch aktiv wird und anfängt, als Ladungsträgerfalle zu wirken. Die vorlegenden Erfinder denken, dass dies eine hervorragende Korrelation bewirkt zwischen der Intensität der gemessenen Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, gemessen in Bezug auf eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe, und der Kohlenstoffkonzentration. Ein Teilchenstrahl, mit dem eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe nach der Bildung einer Oxidschicht bestrahlt wird, ist vorzugsweise ein Elektronenstrahl. Ein Elektronenstrahl ist ein Strom von Elektronen, welche erhalten werden durch Anlegen einer Beschleunigungsspannung an Elektronen. Bevorzugte Bedingungen für die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl sind eine Beschleunigungsspannung im Bereich von 400 kV bis 3000 kV sowie eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsmenge im Bereich von 1E14 Elektronen/cm² bis 1E17 Elektronen/cm², unter dem Blickwinkel, dass die Bandkanten-Lumineszenz von Silicium mit hoher Intensität erhalten werden kann durch Bestrahlung mit Elektronen, die eine hohe Energie erhalten haben aufgrund der Beschleunigung durch Spannung.
Die Umstände, unter welchen eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe während des Zeitraums von der Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl bis zur Messung der Photolumineszenz platziert wird, sind nicht beschränkt. In einigen Fällen wird eine Siliciumprobe einer Wärmebehandlung unterworfen, welche bezeichnet wird als Wiederherstellungswärmebehandlung zur Wiederherstellung der Kristallinität von Silicium, nachdem dieses einer bestimmten Behandlung, wie beispielsweise einer Bestrahlung mit Licht oder einer Ionenimplantation, unterworfen wurde, jedoch kann die Photolumineszenz in Bezug auf eine Siliciumprobe gemessen werden nach Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl, ohne Durchführung einer solchen Wärmebehandlung. Und zwar kann eine Siliciumprobe nach Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl einer Photolumineszenz-Messung unterzogen werden, ohne Wärmebehandlung zur Wiederherstellung der Kristallinität. Mit Hinblick auf das Obige kann die atmosphärische Temperatur der Umgebung, in welcher eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe während des Zeitraums von der Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl bis zur Photolumineszenz-Messung platziert wird, eingestellt werden auf beispielsweise gleich oder kleiner als 100 °C sowie außerdem auf Raumtemperatur (beispielsweise ungefähr 20 ° bis 30 °C).
Bestrahlung mit Anregungslicht
Das Anregungslicht, welches für die Photolumineszenz-Messung auf eine Oberfläche einer Oxidschicht auf einer Siliciumprobe nach der Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl eingestrahlt wird, besitzt eine Energie, welche größer ist als eine Bandlücke von Silicium. Infolge der Bestrahlung mit Anregungslicht, welches eine derartige Energie aufweist, kann die Bandkanten-Lumineszenz von Silicium erhalten werden als Photolumineszenz von der Siliciumprobe. Zum Beispiel hat Silicium eine Bandlücke von ungefähr 1,1 eV bei Raumtemperatur (beispielsweise ungefähr 20 °C bis 30 °C). Eine Wellenlänge von Anregungslicht ist nicht speziell beschränkt. Im Allgemeinen wird sichtbares Licht als Anregungslicht verwendet. Die Bestrahlung mit Anregungslicht reicht aus, eine Bandkanten-Lumineszenz von Silicium zu erzeugen, und bekannte Bedingungen können angewandt werden als Bedingungen für die Bestrahlung mit Anregungslicht.
Messung der Photolumineszenz-Intensität (Bandkanten-Lumineszenz von Silicium)
Von einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, bestrahlt mit Anregungslicht, aufweisend eine Energie, welche größer ist als eine Bandlücke von Silicium, kann die Bandkanten-Lumineszenz von Silicium als Photolumineszenz erhalten werden. Beim Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der vorliegenden Erfindung wird die Kohlenstoffkonzentration einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe bestimmt auf Basis der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium. Im Gegensatz dazu, wie zuvor beschrieben, verwenden Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe, wie vorgeschlagen in den Patentschriften 1 bis 3 und anwendend ein Photolumineszenz-Verfahren, die Bandkanten-Lumineszenz von Silicium nicht als Indikator. Die Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium kann vorzugsweise bestimmt werden als Intensität der Bandkanten-Lumineszenz bei Raumtemperatur. Die Intensität der Bandkanten-Lumineszenz bei Raumtemperatur kann üblicherweise bestimmt werden als Lumineszenz-Intensität, welche einen Peak bei einer Wellenlänge von 1150 nm aufweist. Als Technik, die in der Lage ist, eine solche Lumineszenz-Intensität zu erfassen, ist ein Raumtemperatur-PL-Verfahren bevorzugt, welches später im Detail beschrieben wird. Die Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium kann beispielsweise bestimmt werden auf Basis der flächenintegrierten Intensität eines Lumineszenz-Spektrums. Zusätzlich kann die Bandkanten-Lumineszenz von Silicium beispielsweise detektiert werden an einem Teil einer Oberfläche (bestrahlte Oberfläche) einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, welche mit Anregungslicht bestrahlt wurde, oder von der gesamten Oberfläche der bestrahlten Oberfläche. Die Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, welche verwendet werden soll zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration, kann beispielsweise bestimmt werden als Mittelwert von Werten, die jeweils erhalten wurden an einer Vielzahl von in-plane-Positionen der bestrahlten Oberfläche.
Übrigens ist ein Messverfahren, das als Niedrigtemperatur-PL-Verfahren bezeichnet wird, bekannt als Messverfahren für Photolumineszenz (PL). Das Niedrigtemperatur-PL-Verfahren ist ein Photolumineszenz-Messverfahren, welches das Kühlen (im Allgemeinen ein Kühlen auf gleich oder kleiner 100 K) einer Siliciumprobe einschließt, deren Photolumineszenz detektiert werden soll, unter Verwendung einer Messvorrichtung, die ausgestattet ist mit einer Kühlvorrichtung oder mittels Durchführung eines Schrittes des Kühlens einer Siliciumprobe, deren Photolumineszenz detektiert werden soll. Ein Beispiel für eine Kühlvorrichtung ist eine Vorrichtung mit einem zirkulierenden Kühlmittel (wie beispielsweise flüssiges Helium), wie beschrieben in der Patentschrift 1, Absatz 0029, und ein Beispiel für einen Schritt des Kühlens einer Siliciumprobe ist ein Schritt des Eintauchens einer Siliciumprobe in eine Ultraniedrigtemperatur-Flüssigkeit wie beispielsweise flüssiges Helium, wie beschrieben in der Patentschrift 3, Absatz 0053. Im Gegensatz dazu wird ein Photolumineszenz-Messverfahren zur Detektion von Photolumineszenz ohne eine solche Kühlung bezeichnet als Raumtemperatur-PL-Verfahren. Hier bedeutet „Raumtemperatur-PL-Verfahren“ in der vorliegenden Erfindung und der Beschreibung ein Photolumineszenz-Messverfahren, welches durchgeführt wird, ohne eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe einer Kühlung mit einer Kühlvorrichtung zu unterziehen, die ausgestattet ist mit einer Messvorrichtung, oder ohne eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe einer Kühlung durch ein Kühlverfahren zu unterziehen, zumindest während des Zeitraums von der Bestrahlung mit Anregungslicht bis zur Detektion der Photolumineszenz, und meint vorzugsweise ein Photolumineszenz-Messverfahren, das bei Raumtemperatur (beispielsweise 20 °C bis 30 °C) durchgeführt wird. Bei einer Photolumineszenz-Messung mittels eines Niedrigtemperatur-PL-Verfahrens gibt es einen Fall, in welchem eine Siliciumprobe in waferähnlicher Form zu einem kleinen Stück geschnitten werden muss (zum Beispiel ein kleines Stück von mehreren Quadratzentimetern) aufgrund einer Beschränkung der Probengröße für die Einführung in eine Vorrichtung oder einen Prozess zur Kühlung einer Siliciumprobe. Im Gegensatz dazu, da das Raumtemperatur-PL-Verfahren ohne die obige Kühlung durchgeführt wird, kann das Verfahren durchgeführt werden ohne eine derartige Beschränkung der Probengröße. Daher kann eine Siliciumprobe in waferähnlicher Form unter Beibehaltung ihrer Form einer Photolumineszenz-Messung unterzogen werden. Ferner weist ein Raumtemperatur-PL-Verfahren im Allgemeinen eine höhere Messgeschwindigkeit als ein Niedrigtemperatur-PL-Verfahren und ist somit auch hinsichtlich einer Verkürzung der Messzeit bevorzugt. Die Intensität der Photolumineszenz (Bandkanten-Lumineszenz von Silicium) kann beispielsweise bestimmt werden als Mittelwert einer Vielzahl von Intensitätswerten, welche erhalten wurden an einer als Messziel dienenden Oberfläche einer Siliciumprobe. Andererseits kann bei einem Photolumineszenz-Verfahren die Intensität außerdem bestimmt werden an jedem Teilbereich in einer Ebene an einer Messziel-Oberfläche (Abbildungsmessung). Bei einer Abbildungsmessung können Informationen über die Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in einer Ebene erhalten werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Ursache für die Kohlenstoff-Kontamination in einer Siliciumprobe zu abzuschätzen auf Basis von Positionsinformationen eines Bereichs mit lokal hoher Kohlenstoffkonzentration. Als Beispiel ist es möglich, beispielsweise in einem Fall zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration eines Siliciumwafers, falls ein Bereich mit lokal hoher Kohlenstoffkonzentration auf einem Teil einer Siliciumwafer-Oberfläche detektiert worden ist, abzuschätzen, dass ein Bauteil, welches mit dem Bereich in Kontakt gewesen ist während des Herstellungsprozesses des Siliciumwafers, eine Ursache der Kohlenstoff-Kontamination des Siliciumwafers ist. Dann wird es möglich, mittels Durchführen eines Austausches, einer Reinigung oder dergleichen des Bauteils, die Konzentration der Kohlenstoff-Kontamination eines Siliciumwafers, der anschließend hergestellt werden soll, zu verringern. Ein Raumtemperatur-PL-Verfahren ist außerdem bevorzugt aus dem Blickwinkel heraus, dass dieses im Allgemeinen eine höhere räumliche Auflösung besitzt als ein Niedrigtemperatur-PL-Verfahren und detaillierte Abbildungsmessungen vornehmen kann.
Die vorlegenden Erfinder spekulieren, dass die Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl, durchgeführt als Vorbehandlung einer Photolumineszenz-Messung, den Kohlenstoff, der in einer Siliciumprobe enthalten ist, elektrisch aktiviert und damit bewirkt, dass der Kohlenstoff als Ladungsträgerfalle wirkt. Basierend auf dieser Spekulation wird angenommen, dass eine Korrelation zwischen der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz und der Kohlenstoffkonzentration von zu messendem Silicium zu einer negativen Korrelation wird. Der Grund ist, dass man davon ausgeht, dass Kohlenstoff-Ladungsträgerfallen die Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium verringern. Dementsprechend kann in einer Ausführungsform die Kohlenstoffkonzentration einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe bewertet werden auf Basis eines Bewertungsstandards, bei welchem eine höhere Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von zu messendem Silicium zu kleineren Kohlenstoffkonzentrationen führt. Eine Ausführungsform der Bewertung der Kohlenstoffkonzentration in der vorliegenden Erfindung schließt die Bestimmung der Kohlenstoffkonzentration als spezifischen numerischen Wert ein. Ferner schließt eine weitere Ausführungsform der Bewertung der Kohlenstoffkonzentration in der vorliegenden Erfindung die relative Bewertung der Kohlenstoffkonzentration auf Basis eines Intensitätswerts der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium ein, ohne abhängig zu sein von einem spezifischen numerischen Wert der Kohlenstoffkonzentration. Spezielle Bewertungsbeispiele der letztgenannten Ausführungsform schließen beispielsweise ein: Bewertung eines relativen Ausmaßes der jeweiligen Kohlenstoffkonzentration einer Vielzahl von als Bewertungsziel dienenden Siliciumproben auf Basis des Ausmaßes der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, erhalten in Bezug auf die jeweilige Siliciumprobe; Bewertung einer in-plane-Kohlenstoffkonzentrationsverteilung auf Basis des Ausmaßes der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, gemessen an entsprechenden in-plane-Bereichen derselben Siliciumprobe und so weiter. Bezüglich der Bewertung gemäß der vorherigen Ausführungsform ist andererseits die Verwendung einer Kalibrierkurve bevorzugt, um in hochgenauer Weise eine Korrelation zwischen der gemessenen Intensität und der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium und der Kohlenstoffkonzentration abzuleiten. Im Folgenden werden spezielle Ausführungsformen, welche eine Kalibrierkurve verwenden, erklärt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf spezielle Ausführungsformen, die unten beschrieben werden, beschränkt.
Erzeugung der Kalibrierkurve
Eine Kalibrierkurve zeigt eine Korrelation an zwischen der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, gemessen mit Bezug auf eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe, und der Kohlenstoffkonzentration. Die zur Erzeugung der Kalibrierkurve zu verwendende Kohlenstoffkonzentration kann gemessen werden durch ein bekanntes Analyseverfahren, wie beispielsweise ein SIMS-Verfahren oder ein FTIR-Verfahren. Eine relationale Formel zur Bestimmung der Kohlenstoffkonzentration aus Messergebnissen, ermittelt durch SIMS und/oder FTIR, ist bekannt. Die zur Erzeugung einer Kalibrierkurve zu verwendende Kohlenstoffkonzentration wird vorzugsweise gemessen durch ein SIMS-Verfahren, welches in der Lage ist, die Kohlenstoffkonzentration mit höherer Empfindlichkeit zu messen.
Als eine zur Erzeugung einer Kalibrierkurve zu verwendende Siliciumprobe können verschiedene Siliciumproben verwendet werden, welche oben in Bezug auf als Bewertungsziel dienende Siliciumproben beispielhaft dargestellt wurden. Hinsichtlich einer weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Bewertung der Kohlenstoffkonzentration ist eine Siliciumprobe zur Erzeugung einer Kalibrierkurve vorzugsweise eine solche Siliciumprobe, welche aus derselben Siliciumprobe geschnitten wird wie die als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe, oder ist eine Siliciumprobe, welche demselben Herstellungsprozess unterworfen wird wie die als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe.
Eine Vielzahl von Siliciumproben zur Erzeugung einer Kalibrierkurve mit jeweils bekannter Kohlenstoffkonzentration wird hergestellt, wobei die Kohlenstoffkonzentration bestimmt wurde mittels oben beispielhaft dargestellter Verfahren, und diese Siliciumproben zur Erzeugung einer Kalibrierkurve werden den Verfahren (1) bis (4) unten auf dieselbe Weise unterworfen wie bei der Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, um es dadurch zu ermöglichen, eine Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium der jeweiligen Siliciumprobe zur Erzeugung einer Kalibrierkurve zu ergeben. Die Details zu den Verfahren (1) bis (4) sind, in Bezug auf die Intensitätsmessung der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, wie zuvor beschrieben.

(1) Bildung einer Oxidschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche der jeweiligen Siliciumprobe zur Erzeugung einer Kalibrierkurve;
(2) Bestrahlung einer Oberfläche der Oxidschicht mit einem Teilchenstrahl;
(3) Bestrahlung der Oberfläche der Oxidschicht, welche mit dem Teilchenstrahl bestrahlt wurde, mit Anregungslicht, das eine Energie aufweist, die größer ist als eine Bandlücke von Silicium; und
(4) Messung der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, emittiert von der Siliciumprobe zur Erzeugung einer Kalibrierkurve und bestrahlt mit dem Anregungslicht.

Eine Kalibrierkurve kann erhalten werden durch Bestimmung der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium der jeweiligen Siliciumprobe zur Erzeugung einer Kalibrierkurve, und anschließend durch Anwenden eines bekannten Fitting-Verfahrens auf einen Graphen, der erhalten wurde durch Plotten der bekannten Kohlenstoffkonzentration in der jeweiligen Siliciumprobe zur Zeichnung einer Kalibrierkurve, sowie der ermittelten Intensität der Bandkanten-Lumineszenz zur Erzeugung einer Kalibrierkurve. Durch die Verwendung der somit erhaltenen Kalibrierkurve und der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, erhalten in Bezug auf eine als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe, kann die Kohlenstoffkonzentration der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe ermittelt werden. Im Speziellen kann die Kohlenstoffkonzentration beispielsweise bestimmt werden durch Ausdrücken der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, erhalten in Bezug auf die als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe, als lineare oder nichtlineare Funktion, die eine Kalibrierkurve darstellt.
Verfahren zur Bewertung eines Herstellungsprozesses für Siliciumwafer, Verfahren zur Herstellung von Siliciumwafern, sowie ein Siliciumwafer
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung eines Herstellungsprozesses für Siliciumwafer (im Folgenden auch beschrieben als ein „Herstellungsprozess-Bewertungsverfahren“), wobei das Verfahren einschließt:

Bewertung der Kohlenstoffkonzentration eines Siliciumwafers, hergestellt in einem Herstellungsprozess für einen als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafer, mittels des obigen Verfahrens zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration; und
Bewertung eines Ausmaßes an Kohlenstoff-Kontamination im Herstellungsprozess für den als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafer auf Basis des Bewertungsergebnisses.

Ferner stellt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers bereit, wobei das Verfahren einschließt: Bewertung eines Siliciumwafer-Herstellungsprozesses mittels des obigen Verfahrens zur Bewertung eines Herstellungsprozesses; und
Herstellung eines Siliciumwafers, entweder in einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess, bei welchem als Ergebnis der Bewertung ein Ausmaß an Kohlenstoff-Kontamination ermittelt wurde, das einem erlaubten Niveau entspricht, oder in einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess nach Unterwerfen des Siliciumwafer-Herstellungsprozesses, bei welchem als Ergebnis der Bewertung ein Ausmaß an Kohlenstoff-Kontamination ermittelt wurde, das ein erlaubtes Niveau überschreitet, einer Behandlung zur Verringerung der Kohlenstoff-Kontamination; und außerdem einen Siliciumwafer bereitstellt, hergestellt nach dem obigen Herstellungsverfahren.
Der Prozess zur Herstellung eines als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafers im Verfahren zur Bewertung eines Herstellungsprozesses der vorliegenden Erfindung ist ein Teil des Prozesses oder der gesamte Prozess zur Herstellung eines Produkt-Siliciumwafers. Ein Herstellungsprozess für einen Produkt-Siliciumwafer schließt im Allgemeinen ein: Prozesse für das Herausschneiden (Abschneiden) eines Wafers von einem Silicium-Einkristall-Ingot; Oberflächenbehandlungen wie Polieren und Ätzen; Reinigen und Nachbearbeitungen (wie beispielsweise die Bildung einer epitaktischen Schicht), auszuführen sofern erforderlich zwecks Übereinstimmung mit einer beabsichtigten Nutzung des Wafers. Die jeweiligen Prozesse und Behandlungen sind bekannt.
Bei einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess kann in einem Siliciumwafer eine Kohlenstoff-Kontamination erzeugt werden aufgrund eines Kontakts eines im Herstellungsprozess zu verwendenden Bauteils mit dem Siliciumwafer und dergleichen. Durch die Bewertung der Kohlenstoffkonzentration eines Siliciumwafers, hergestellt in einem Herstellungsprozess für einen als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafer, und durch Erfassen eines Ausmaßes an Kohlenstoff-Kontamination ist es möglich, eine Tendenz zur Erzeugung einer Kohlenstoff-Kontamination in einem Produkt-Siliciumwafer nachzuvollziehen, verursacht durch einen Herstellungsprozess für einen als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafer. Und zwar ist es möglich, festzustellen, dass eine höhere Kohlenstoffkonzentration eines Siliciumwafers, hergestellt in einem Prozess zur Herstellung eines Bewertungsziels, zu der Tendenz führt, leichter eine Kohlenstoff-Kontamination in dem Prozess zur Herstellung des Bewertungsziels zu erzeugen. Daher, beispielsweise in einem Fall, in welchem ein erlaubtes Ausmaß an Kohlenstoffkonzentration im Voraus festgelegt wurde und die in Bezug auf einen Siliciumwafer, hergestellt in einem Herstellungsprozess für einen als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafer, ermittelte Kohlenstoffkonzentration das erlaubte Niveau überschreitet, ist es möglich, festzustellen, dass der Bewertungsziel-Herstellungsprozess eine hohe Tendenz zur Erzeugung einer Kohlenstoff-Kontamination aufweist und nicht als Herstellungsprozess für einen Produkt-Siliciumwafer verwendet werden kann. Der auf diese Weise festgestellte Prozess zur Herstellung des als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafers wird nach Unterwerfen einer Behandlung zur Verringerung der Kohlenstoff-Kontamination vorzugsweise zur Herstellung eines Produkt-Siliciumwafers verwendet. Details dieses Punkts werden später beschrieben.
Die Kohlenstoffkonzentration eines Siliciumwafers, hergestellt einem Prozess zur Herstellung eines als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafers, wird bestimmt durch das Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der vorliegenden Erfindung. Die Details des Verfahrens zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration sind so wie oben im Detail beschrieben. Ein Siliciumwafer, der einer Bewertung der Kohlenstoffkonzentration unterzogen werden soll, ist zumindest ein Siliciumwafer, welcher hergestellt wurde in einem Prozess zur Herstellung eines als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafers, und es können zwei oder mehr Siliciumwafer sein. In einem Fall, in welchem die Kohlenstoffkonzentration jeder der zwei oder mehr Siliciumwafer bestimmt wurde, kann beispielsweise ein Mittelwert, der Maximalwert oder dergleichen der ermittelten Kohlenstoffkonzentration verwendet werden zur Bewertung eines Herstellungsprozesses für einen Bewertungsziel-Siliciumwafer.
Bei einem Aspekt des Verfahrens zur Herstellung eines Siliciumwafers der vorliegenden Erfindung wird ein Siliciumwafer-Herstellungsprozess bewertet durch das obige Verfahren zur Bewertung eines Herstellungsprozesses, und ein Siliciumwafer wird hergestellt in einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess, von welchem als Ergebnis der Bewertung festgestellt wurde, dass ein Ausmaß an Kohlenstoff-Kontamination ein erlaubtes Niveau aufweist. Dementsprechend wird es möglich, hochqualitative Siliciumwafer, jeweils aufweisend ein niedriges Niveau an Kohlenstoff-Kontamination, als Produktwafer auszuliefern. Ferner, bei einem anderen Aspekt des Verfahrens zur Herstellung eines Siliciumwafers der vorliegenden Erfindung, wird ein Siliciumwafer-Herstellungsprozess bewertet durch das obige Verfahren zur Bewertung eines Herstellungsprozesses, und ein Siliciumwafer-Herstellungsprozess, bei welchem als Ergebnis der Bewertung ein Ausmaß der Kohlenstoff-Kontamination ermittelt wurde, welches ein erlaubtes Niveau überschreitet, wird einer Behandlung zur Verringerung der Kohlenstoff-Kontamination unterzogen, und anschließend werden Siliciumwafer in dem Siliciumwafer-Herstellungsprozess hergestellt. Folglich, da eine durch einen Herstellungsprozess verursachte Kohlenstoff-Kontamination verringert werden kann, wird es möglich, hochqualitative Siliciumwafer mit jeweils geringer Kohlenstoff-Kontamination als Produktwafer auszuliefern. Das erlaubte Niveau kann in geeigneter Weise festgelegt werden in Übereinstimmung mit der für einen Produktwafer erforderlichen Qualität. Zusätzlich können Beispiele für die Behandlung zur Verringerung der Kohlenstoff-Kontamination einschließen: Austausch, Reinigung und dergleichen eines Bauteils, welches zu einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess gehört. In einem Fall beispielsweise, in welchem ein aus SiC gefertigter Suszeptor verwendet wird als ein Suszeptor, der in einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess ein Element zum Platzieren eines Siliciumwafers ist, kann bei einem Suszeptor ein Kontaktbereich mit Kohlenstoff kontaminiert sein aufgrund einer Verschlechterung des wiederholt verwendeten Suszeptors. In einem solchen Fall macht es zum Beispiel der Austausch des Suszeptors möglich, die durch den Suszeptor bewirkte Kohlenstoff-Kontamination zu verringern.
Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristall-Ingots, Silicium-Einkristall-Ingot und Siliciumwafer
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristall-Ingots, wobei das Verfahren umfasst:

Züchten eines Silicium-Einkristall-Ingots mittels des Czochralski-Verfahrens;
Messung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe, ausgeschnitten von dem Silicium-Einkristall-Ingot, durch das obige Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration;
Festlegen einer Herstellungsbedingung für den Silicium-Einkristall-Ingot auf Basis des Messergebnisses; und
Züchten eines Silicium-Einkristall-Ingots mittels des Czochralski-Verfahrens unter der festgelegten Herstellungsbedingung.

Ferner werden, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung,

ein Silicium-Einkristall-Ingot, hergestellt durch das obige Herstellungsverfahren, sowie
ein Siliciumwafer, ausgeschnitten von dem obigen Silicium-Einkristall-Ingot, ebenfalls bereitgestellt.

Im Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristall-Ingots der vorliegenden Erfindung kann eine bekannte Technik, die verwandt ist mit dem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren), angewandt werden auf die Züchtung des Silicium-Einkristall-Ingots mittels des CZ-Verfahrens. Kohlenstoff kann dem Silicium-Einkristall-Ingot, welcher nach dem CZ-Verfahren gezüchtet wird, beigemischt werden infolge von Kohlenstoff, der einem Rohmaterial wie Polysilicium zugemischt ist, oder infolge von CO-Gas, das während der Züchtung erzeugt wird und so weiter. Um einen Silicium-Einkristall-Ingot herzustellen, bei welchem das Beimischen von Kohlenstoff unterdrückt wird, ist es bevorzugt, eine zugemischte Kohlenstoffkonzentration mit hoher Genauigkeit zu bewerten, um dadurch die Herstellungsbedingung auf Basis des Bewertungsergebnisses festzulegen. Aus diesem Grund ist das Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der vorliegenden Erfindung geeignet als Verfahren zur Bewertung der zugemischten Kohlenstoffkonzentration.
Im Vergleich zu einem Silicium-Einkristall-Ingot, wenn ein Teilstück mit Spitze in Zugrichtung während des Züchtens als Oberteil bezeichnet wird und das andere Ende als Unterteil, dann tendiert die Kohlenstoffkonzentration normalerweise dazu, größer zu werden, je näher man dem Unterteil kommt (Segregation). Folglich, sogar, wenn die vom Unterteil ausgeschnittene Siliciumprobe Kohlenstoff in einer Konzentration enthält, die eine hochgenaue Bewertung durch das FTIR-Verfahren erlaubt, ist die Kohlenstoffkonzentration der Siliciumprobe, die vom Oberteil ausgeschnitten wurde, kleiner als die Kohlenstoffkonzentration des Unterteils, und somit kann eine hochgenaue Bewertung schwierig sein oder die Bewertung an sich kann beim FTIR-Verfahren schwierig sein. Jedoch, um einen Silicium-Einkristall-Ingot herzustellen, bei welchem die Kohlenstoffkonzentration eingestellt wird auf ein niedriges Niveau über den gesamten Bereich vom Oberteil bis zum Unterteil, wird vorzugsweise die Kohlenstoffkonzentration am Oberteil, welches eine geringere Kohlenstoff-Kontamination aufweist, mit hoher Genauigkeit bewertet, und auf Basis der Bewertungsergebnisse werden die Bedingungen für die Herstellung des Silicium-Einkristall-Ingots festgelegt, um so die Kohlenstoffkonzent-ration zu senken. „Oberteil“ bezieht sich auf einen Bereich von einem Keim-Bereich des Einkristalls zum geraden Teil des Stabes, und „Unterteil“ bezieht sich auf einen Bereich vom geraden Teil des Stabes des Silicium-Einkristall-Ingots zu einem Teil, bei welchem der Kristall-Durchmesser sich konisch verjüngt. In Bezug auf die obigen Punkte ist das Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der vorliegenden Erfindung geeignet als Verfahren für die quantitative Bestimmung einer Spurenmenge an Kohlenstoff in der Siliciumprobe, die vom Oberteil ausgeschnitten wurde, da dieses Verfahren eine hochgenaue Bewertung der Kohlenstoffkonzentration innerhalb eines Konzentrationsbereichs erlaubt, in welchem eine hochgenaue Bewertung beim FTIR-Verfahren schwierig ist. Eine Kohlenstoffkonzentration der Siliciumprobe, ausgeschnitten vom Oberteil, kann kleiner sein als 1,0E+16 Atome/cm³, und ist vorzugsweise gleich oder kleiner als 1,0E+15 Atome/cm³, als Kohlenstoffkonzentration, die ermittelt wurde nach dem obigen Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration. Zusätzlich kann eine Kohlenstoffkonzentration der Siliciumprobe, abgeschnitten vom Oberteil, beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 1,0E+14 Atome/cm³ bis 1,0E+15 Atome/cm³ liegen, oder 1,0E+13 Atome/cm³ bis 1,0E+15 Atome/cm³, als Kohlenstoffkonzentration, die ermittelt wurde nach dem Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der vorliegenden Erfindung. „E+“ repräsentiert einen Exponenten, wie wohlbekannt. Beispielsweise steht „1,0E+14“ für „1,0 × 10¹⁴“, wie wohlbekannt. Dasselbe gilt für andere Ausdrücke, die E+ verwenden.
Die vom Silicium-Einkristall-Ingot ausgeschnittene Siliciumprobe, gezüchtet nach dem Czochralski-Verfahren, kann eine Probe sein, die ausgeschnitten wurde von einem beliebigen Teil (Unterteil, Oberteil oder dem mittleren Bereich dazwischen) des Silicium-Einkristall-Ingots. Vorzugsweise ist die Probe eine Siliciumprobe, die ausgeschnitten wurde vom Oberteil, welches dazu tendiert, Kohlenstoff in geringerer Konzentration zu enthalten. Der Silicium-Einkristall-Ingot wird gemäß den Anforderungen gezüchtet, unter Herstellungsbedingungen, welche festgelegt wurden durch Anwenden eines Mittels zur Verringerung der Kohlenstoffkonzentration auf Basis der Kohlenstoffkonzentration der Siliciumprobe, welche vom Oberteil ausgeschnitten wurde, wodurch die Herstellung eines Silicium-Einkristall-Ingots, in welchem die Kohlenstoff-Kontamination über den gesamten Bereich vom Oberteil zum Unterteil verringert ist, möglich wird. Als Mittel zur Verringerung der Kohlenstoff-Kontamination können zum Beispiel eines oder mehrere der folgenden Mittel verwendet werden:

(1) Verwendung eines hochqualitativen Produkts eines Rohmaterial-Polysiliciums, welchem eine kleinere Menge an Kohlenstoff beigemischt ist,
(2) Geeignetes Einstellen einer Zieh-Geschwindigkeit und/oder Argon-Gasdurchflussmenge (Ar-Gasdurchflussmenge) während des Zeitraums des Ziehens des Kristalls, um das Lösen von CO in der Polysilicium-Schmelze zu unterdrücken, und
(3) Durchführen von Veränderungen bei der Gestaltung oder einer Montage-Position eines in der Ziehvorrichtung eingeschlossenen, aus Kohlenstoff gefertigten Bauteils und dergleichen.

Der Silicium-Einkristall-Ingot, hergestellt unter den so bestimmten Herstellungsbedingungen, kann eine Kohlenstoffkonzentration aufweisen, welche gleich oder kleiner ist als 1,0E+15 Atome/cm³, und kann außerdem eine Kohlenstoffkonzentration aufweisen im Bereich von 1,0E+14 Atomen/cm³ bis 1,0E+15 Atomen/cm³, oder kann außerdem eine Kohlenstoffkonzentration aufweisen im Bereich von 1,0E+13 Atomen/cm³ bis 1,0E+15 Atomen/cm³, wie bestimmt durch das Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der vorliegenden Erfindung über den gesamten Bereich vom Oberteil zum Unterteil.
Der Silicium-Einkristall-Ingot, hergestellt gemäß dem obigen Herstellungsverfahren, kann zum Beispiel eine Kohlenstoffkonzentration aufweisen, welche gleich oder kleiner ist als 1,0E+15 Atome/cm³, kann außerdem eine Kohlenstoffkonzentration aufweisen im Bereich von 1,0E+14 Atomen/cm³ bis 1,0E+15 Atomen/cm³, oder kann außerdem eine Kohlenstoffkonzentration aufweisen im Bereich von 1,0E+13 Atomen/cm³ bis 1,0E+15 Atomen/cm³, wie bestimmt durch das Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Siliciumprobe, welche von diesem Silicium-Einkristall-Ingot ausgeschnitten wurde über den gesamten Bereich vom Oberteil bis zum Unterteil.
Ein Siliciumwafer, ausgeschnitten vom obigen Silicium-Einkristall-Ingot, kann beispielsweise eine Kohlenstoffkonzentration aufweisen von gleich oder größer als 1,0E+15 Atomen/cm³, und kann außerdem eine Kohlenstoffkonzentration aufweisen im Bereich von 1,0E+14 Atomen/cm³ bis 1,0E+15 Atomen/cm³, oder kann außerdem eine Kohlenstoffkonzentration aufweisen im Bereich von 1,0E+13 Atomen/cm³ bis 1,0E+15 Atomen/cm³, wie bestimmt durch das obige Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der vorliegenden Erfindung.
Infolgedessen können gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung der Silicium-Einkristall-Ingot und der Siliciumwafer mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration bereitgestellt werden.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung weiter erläutert auf Basis von Beispielen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die in den Beispielen gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Unterstehende Prozesse und Behandlungen wurden durchgeführt bei Raumtemperatur (20 °C bis 30 °C), sofern nicht anderweitig besonders gekennzeichnet.
Beispiel 1
Züchten von Silicium-Einkristall-Ingots nach dem Czochralski-Verfahren
Eine Vielzahl von Silicium-Einkristall-Ingots mit verschiedenen Kohlenstoffkonzentrationen wurde gezüchtet unter Modifizieren einer oder mehrerer Herstellungsbedingungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Qualität eines Rohmaterial-Polysiliciums, einer Ziehvorrichtung, Züchtungsbedingungen und einer Qualität eines Rohmaterial-Polysiliciums, mittels Verwendung der Silicium-Einkristall-Ziehvorrichtung mit dem in 1 abgebildeten Aufbau.
Im Folgenden werden die Details der in 1 abgebildeten Silicium-Einkristall-Ziehvorrichtung beschrieben.
Eine Silicium-Einkristall-Ziehvorrichtung 10, abgebildet in 1, schließt eine Kammer 11 ein, eine tragende Drehwelle 12, bereitgestellt in vertikaler Weise und hindurchgehend durch einen unteren Mittelpunkt der Kammer 11, einen Graphit-Suszeptor 13, befestigt an einem unteren Endstück der tragenden Drehwelle 12, einen Quarztiegel 14, passend eingefügt in den Graphit-Suszeptor 13, eine Heizung 15, um den Graphit-Suszeptor 13 herum bereitgestellt, einen tragenden, von einer Welle angetriebenen Mechanismus 16 zum Anheben/Absenken und Drehen der tragenden Drehwelle 12, ein Keim-Spannfutter 17 zum Halten von Impfkristallen, einen Zugdraht 18 für das Aufhängen des Keim-Spannfutters 17, einen Drahtwickel-Mechanismus 19 für das Wickeln des Drahtes 18, ein Hitzeschild-Bauteil 22 zur Verhinderung des Aufheizens des Silicium-Einkristall-Ingots 20 durch Strahlungswärme von der Heizung 15 und dem Quarztiegel 14 sowie zur Unterdrückung von Temperaturschwankungen einer Siliciumschmelze 21, sowie eine Steuerung 23 zur Steuerung der jeweiligen Einheit.
Ein Gas-Einlass 24 zur Einleitung von Ar-Gas in die Kammer 11 ist oberhalb der Kammer 11 bereitgestellt. Das Ar-Gas wird vom Gas-Einlass 24 in die Kammer 11 eingeleitet durch eine Gasleitung 25, und die eingeleitete Gasmenge wird gesteuert durch ein Leitfähigkeitsventil 26.
Ein Gas-Auslass 27 zur Abfuhr von Ar-Gas in der Kammer 11 ist bereitgestellt im unteren Teil der Kammer 11. Das Ar-Gas in der abgedichteten Kammer 11 wird nach außen abgelassen vom Gas-Auslass 27 über eine Abgasleitung 28. Ein Leitfähigkeitsventil 29 und eine Vakuumpumpe 30 sind in der Mitte der Abgasleitung 28 installiert, und eine Durchflussmenge des Ar-Gases wird gesteuert durch das Leitfähigkeitsventil 29, während das Ar-Gas in die Kammer 11 gesaugt wird durch Verwendung der Vakuumpumpe 30, wodurch der drucklose Zustand in der Kammer 11 beibehalten wird.
Ferner ist außerhalb der Kammer 11 ein Magnetfeld-Versorger 31 bereitgestellt, um an die Siliciumschmelze 21 ein Magnetfeld anzulegen. Das vom Magnetfeld-Versorger 31 gelieferte Magnetfeld kann ein horizontales Magnetfeld oder ein Cusp-Magnetfeld sein.
Ausschneiden der Siliciumprobe
Jeder der unter dem obigen Punkt 1 gezüchteten Silicium-Einkristall-Ingots wurde abgeschnitten und zwei Proben in Wafer-Form (Siliciumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm) wurden von einem oberen Teil eines Ingots herausgeschnitten. Die zwei Proben wurden zu einer später zu beschreibenden Messung verwendet, die eine als Siliciumprobe für eine Photolumineszenz-Messung und die andere als Siliciumprobe für eine SIMS-Messung. Der Silicium-Einkristall-Ingot wurde hergestellt aus Silicium vom n-Typ (spezifischer Widerstand: 10 Ω·cm bis 100 Ω·cm).
Bildung der Oxidschicht
Siliciumproben (Siliciumwafer) für die Photolumineszenz-Messung, ausgeschnitten von jedem der obigen Silicium-Einkristall-Ingots, wurden für 10 Minuten in einen thermischen Oxidationsofen eingebracht (Atmosphäre: 100 Vol.-% Sauerstoff, atmosphärische Temperatur im Ofen: 1000 °C), um dadurch eine Oxidschicht auf der gesamten Oberfläche des Siliciumwafers zu bilden. Eine Dicke einer Oxidschicht, gebildet auf einer Hauptoberfläche, auf welche ein Elektronenstrahl mittels der folgenden Behandlung gestrahlt werden soll, betrug etwa 40 nm.
Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl
Die gesamte Oberfläche der Oxidschicht-Oberfläche, gebildet oben unter Punkt 3 auf einer der Hauptoberflächen der jeweiligen Siliciumprobe (Siliciumwafer), wurde für die Photolumineszenz-Messung mit einem Elektronenstrahl als Teilchenstrahl bestrahlt. Die Bedingungen für die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl wurden eingestellt auf eine Beschleunigungsspannung von 800 kV und eine Strahlungsmenge von 4,2E+15 Elektronen/cm². Die Siliciumwafer wurden nach der Elektronenstrahl-Bestrahlung unter Raumtemperatur-Bedingungen verwahrt, bis die Photolumineszenz-Messung erfolgte.
Photolumineszenz-Messung
Die Photolumineszenz-Messung erfolgte an jeder der Siliciumproben zur Messung der Photolumineszenz nach der Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl im obigen Punkt 4. Die Behandlungen von der Bestrahlung mit Anregungslicht bis zur Intensitätsmessung der Photolumineszenz erfolgten durch ein Raumtemperatur-PL-Verfahren mittels Verwendung von SiPHER, hergestellt von der Nanometrics Inc., als PL-Messvorrichtung. Die hier verwendete PL-Messvorrichtung schließt eine Lichtquelle ein, die eine Bestrahlung mit sichtbarem Laserlicht als Anregungslicht durchführt, welches eine Energie besitzt, die größer ist als eine Bandlücke von Silicium. Im Speziellen wurde das Anregungslicht auf die Oberfläche der Oxidschicht gestrahlt, welche mit einem Teilchenstrahl unter dem obigen Punkt 4 bestrahlt worden war, und an der Hauptoberfläche des Siliciumwafers (genauer gesagt: an der Oberfläche der Oxidschicht), welche bestrahlt worden war mit dem Anregungslicht, wurde in Abständen von 500 µm eine Lumineszenz-Intensität-Abbildungsmessung durchgeführt. Die Lumineszenz-Intensität wurde ermittelt als ein in-plane-Mittelwert der Lumineszenz-Intensität, aufweisend einen Peak bei einer Wellenlänge von 1150 nm (flächen integrierte Intensität des Lumineszenz-Spektrums). Die oben beobachtete Lumineszenz (Photolumineszenz) ist eine Bandkanten-Lumineszenz von Silicium.
Messung mittels SIMS
Eine Kohlenstoffkonzentration jeder Siliciumprobe für die SIMS-Messung, ausgeschnitten von jedem der Silicium-Einkristall-Ingots, wurde bestimmt mittels Durchführung einer SIMS-Messung (Kohlenstoffkonzentrationsmessung durch ein Rastervariationsverfahren).
Erzeugung der Kalibrierkurve
Mit der Kohlenstoffkonzentration auf der horizontalen Achse und der Photolumineszenz-Intensität auf der vertikalen Achse wurde ein Graph erzeugt unter Verwendung der Kohlenstoffkonzentration, ermittelt bei der SIMS-Messung im obigen Punkt 6, und der Photolumineszenz-Intensität (Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium), ermittelt im obigen Punkt 5 mit Bezug auf eine Siliciumprobe für die Photolumineszenz-Messung, erhalten von derselben Probe wie die Siliciumprobe für die SIMS-Messung, und anschließend wurde der Plot auf dem erzeugten Graphen verwendet, um eine Kalibrierkurve mittels einer Fitting-Behandlung (Methode der kleinsten Quadrate) zu erzeugen. Der erzeugte Graph und die Kalibrierkurve sind abgebildet in 2. In 2 und den später zu beschreibenden 3 und 4 steht „a.u.“ für arbitrary units (willkürliche Einheiten).
Beispiel 2
Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass ein p-Typ-Silicium (spezifischer Widerstand: 10 Ω·cm) als Silicium-Einkristall-Ingot verwendet wurde, wurden eine Photolumineszenz-Intensität (Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium) einer Siliciumprobe (Siliciumwafer) für die Photolumineszenz-Messung sowie eine Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe für die SIMS-Messung bestimmt. Durch Verwendung der ermittelten Werte wurden ein Graph und eine Kalibrierkurve durch dasselbe Verfahren erzeugt wie in Beispiel 1. Der erzeugte Graph und die erzeugte Kalibrierkurve sind abgebildet in 3.
Mit Bezug auf Beispiel 1, ausgehend von der Tatsache, dass R² als Quadrat eines Korrelationskoeffizienten einer linearen Funktion einer in 2 abgebildeten Kalibrierkurve den Wert 0,9 überschreitet (siehe 2), kann bestätigt werden, dass die Photolumineszenz-Intensität (Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium), ermittelt im obigen Punkt 5, eine gute Korrelation (negative Korrelation) mit der Kohlenstoffkonzentration zeigt.
Ebenso mit Bezug auf Beispiel 2, da R², ein Quadrat eines Korrelationskoeffizienten einer linearen Funktion einer in 3 abgebildeten Kalibrierkurve, den Wert 0,9 überschreitet (siehe 3), kann bestätigt werden, dass die Photolumineszenz-Intensität (Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium) eine gute Korrelation mit der Kohlenstoffkonzentration zeigt.
Durch die Verwendung der so erzeugten Kalibrierkurve kann die Kohlenstoffkonzentration der Siliciumprobe mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Zusätzlich kann aus den Ergebnissen, welche in den Beispielen 1 und 2 erhalten wurden, außerdem bestätigt werden, dass, gemäß dem obigen Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration, eine Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe mit einer Empfindlichkeit bewertet werden kann, die gleich oder größer ist als die Empfindlichkeit, welche mit einem SIMS-Verfahren erreichbar ist.
Beispiel 3
Eine Vielzahl von epitaktischen Wafern wurde angefertigt (spezifischer Widerstand des Substrats: 0,01 Ω·cm, spezifischer Widerstand der epitaktischen Schicht: 25 Ω·cm, Dicke der epitaktischen Schicht: 60 µm), hergestellt durch Gasphasenabscheidung einer epitaktischen Schicht in einem Epitaxie-Ofen unter Verwendung eines Silicium-Substrats vom n-Typ mit einem Durchmesser von 200 mm. Obwohl jeder der epitaktischen Wafer hergestellt worden war unter Verwendung desselben Epitaxie-Ofens, wurden Suszeptoren, jeweils aufweisend eine unterschiedliche Häufigkeit der Verwendung (Anzahl der Male wiederholter Benutzung), als Suszeptoren für das Anordnen eines Silicium-Substrats in dem Ofen verwendet. Als Silicium-Substrat zur Herstellung jeder der epitaktischen Wafer wurde ein Siliciumwafer verwendet, der ausgeschnitten wurde an einer Stelle, die benachbart war zum selben Silicium-Einkristall-Ingot.
Die unter den Punkten 3 bis 5 in Beispiel 1 beschriebenen Behandlungen wurden an jedem der epitaktischen Wafer durchgeführt, und die Lumineszenz-Intensität (Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium) wurde als in-plane-Mittelwert bestimmt. Die Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl und die Photolumineszenz-Messung erfolgten bei jedem der epitaktischen Wafer auf der Hauptoberfläche auf der Seite mit der epitaktischen Schicht.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Vielzahl von epitaktischen Wafern wurde angefertigt (spezifischer Widerstand des Substrats: 0,01 Ω·cm, spezifischer Widerstand der epitaktischen Schicht: 25 Ω·cm, Dicke der epitaktischen Schicht: 60 µm), hergestellt durch Gasphasenabscheidung einer epitaktischen Schicht in einem Epitaxie-Ofen durch Verwendung eines Siliciumsubstrats vom n-Typ mit einer Dicke von 200 nm. Obwohl jeder der epitaktischen Wafer in demselben Epitaxie-Ofen hergestellt worden war, der auch als Epitaxie-Ofen zur Herstellung der in Beispiel 3 bewerteten epitaktischen Wafer gedient hatte, wurden Suszeptoren, die jeweils eine unterschiedliche Häufigkeit der Benutzung aufwiesen, als Suszeptoren für das Anordnen eines Siliciumsubstrats im Ofen verwendet.
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3, mit der Ausnahme, dass die jeweiligen epitaktischen Wafer nicht mit dem Teilchenstrahl bestrahlt worden waren, wurde die Lumineszenz-Intensität als in-plane-Mittelwert bestimmt.
4 illustriert einen Graphen, erzeugt mit der Häufigkeit der Benutzung eines Suszeptors auf der horizontalen Achse und der Photolumineszenz-Intensität (Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium) auf der vertikalen Achse mittels Verwendung von Ergebnissen, welche wie oben beschrieben in Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden.
Wie durch den in 4 abgebildeten Graphen bestätigt werden kann, kann aus den Bewertungsergebnissen von Beispiel 3 die Tendenz bestätigt werden, dass eine größere Häufigkeit der Benutzung eines Suszeptors eine schwächere Photolumineszenz-Intensität (Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium) bewirkt. Andererseits, wie in Beispiel 1 und 2 bestätigt, wird eine negative Korrelation beobachtet, bei welcher eine stärkere Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium eine geringere Kohlenstoffkonzentration ergibt.
Die obigen Ergebnisse lassen die Bewertung zu, dass ein epitaktischer Wafer, hergestellt unter Verwendung eines Suszeptors, der eine größere Häufigkeit der Benutzung aufweist, eine höhere Kohlenstoffkonzentration ergibt. Ferner kann aus diesem Resultat abgeschätzt werden, dass sich ein aus SiC gefertigter und wiederholt benutzter Suszeptor verschlechtert und dadurch eine Kohlenstoff-Kontamination verursacht. In einem Herstellungsprozess für einen Siliciumwafer wird es möglich, die Kohlenstoff-Kontamination eines anschließend im Herstellungsprozess herzustellenden Siliciumwafers zu verringern durch Austausch eines solcherart verschlechterten Suszeptors.
Im Gegensatz dazu wurde bei dem Bewertungsergebnis in Vergleichsbeispiel 1, bei welchem die Photolumineszenz-Messung ohne Teilchenstrahl-Bestrahlung erfolgte, keinerlei Korrelation beobachtet zwischen der Häufigkeit der Benutzung eines Suszeptors und der Photolumineszenz-Intensität. In einem Bereich, in welchem die Häufigkeit der Benutzung eines Suszeptors gleich oder größer als 2000 war, ergaben zum Beispiel unterschiedliche Häufigkeiten der Benutzung eines Suszeptors einen ähnlichen Wert für die Photolumineszenz-Intensität.
Aus dem obigen Vergleich zwischen Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 1 kann bestätigt werden, dass eine als Vorbehandlung zur Photolumineszenz-Messung durchgeführte Bestrahlung mit einem Teilchenstrahl eine hervorragende Korrelation bewirkt zwischen der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium und der Kohlenstoffkonzentration, welche anschließend gemessen werden sollen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nutzbar im Bereich der Herstellung von Siliciumwafern und Silicium-Einkristall-Ingots.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016141088 [0001]

Claims

Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe, welches umfasst: Bildung einer Oxidschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe; Bestrahlung einer Oberfläche der Oxidschicht mit einem Teilchenstrahl; Bestrahlung der Oberfläche der Oxidschicht, welche mit dem Teilchenstrahl bestrahlt wurde, mit Anregungslicht, das eine Energie aufweist, die größer ist als eine Bandlücke von Silicium; Messung der Intensität einer Photolumineszenz, emittiert von der mit dem Anregungslicht bestrahlten, als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe; und Bewertung der Kohlenstoffkonzentration der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe auf Basis der gemessenen Intensität der Photolumineszenz, wobei die Photolumineszenz eine Bandkanten-Lumineszenz von Silicium ist.
Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe nach Anspruch 1, wobei der Teilchenstrahl ein Elektronenstrahl ist.
Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der spezifische Widerstand der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe gleich oder größer ist als 1 Ω·cm.
Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Intensität der Photolumineszenz bestimmt wird als Intensität der Bandkanten-Lumineszenz bei Raumtemperatur, emittiert von der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe, welche bestrahlt wurde mit dem Anregungslicht.
Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe nach Anspruch 4, wobei die Intensität der Bandkanten-Lumineszenz bei Raumtemperatur die Intensität einer Lumineszenz ist, welche einen Peak bei einer Wellenlänge von 1150 nm aufweist.
Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welches die Bestimmung der Kohlenstoffkonzentration der als Bewertungsziel dienenden Siliciumprobe umfasst unter Verwendung einer Kalibrierkurve auf Basis der Intensität der Photolumineszenz.
Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe nach Anspruch 6, welches das Erzeugen einer Kalibrierkurve umfasst unter Verwendung von: Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, erhalten mittels Anwenden von (1) bis (4) unten auf eine Vielzahl von Siliciumproben zur Erzeugung einer Kalibrierkurve, jeweils aufweisend eine bekannte Kohlenstoffkonzentration; und der bekannten Kohlenstoffkonzentration: (1) Bildung einer Oxidschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche einer Siliciumprobe zur Erzeugung einer Kalibrierkurve, wobei die Probe eine bekannte Kohlenstoffkonzentration aufweist; (2) Bestrahlung einer Oberfläche der Oxidschicht mit einem Teilchenstrahl; (3) Bestrahlung der Oberfläche der Oxidschicht, welche mit dem Teilchenstrahl bestrahlt wurde, mit Anregungslicht, das eine Energie aufweist, welche größer ist als eine Bandlücke von Silicium; und (4) Messen der Intensität der Bandkanten-Lumineszenz von Silicium, emittiert von der Siliciumprobe zur Erzeugung einer Kalibrierkurve und bestrahlt mit dem Anregungslicht.
Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe nach Anspruch 7, welches die Bestimmung der bekannten Kohlenstoffkonzentration mittels eines SIMS-Verfahrens umfasst.
Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die atmosphärische Temperatur einer Umgebung, in welche die als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe platziert wird während des Zeitraums von der Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl bis zur Messung der Photolumineszenz-Intensität, gleich oder größer ist als 100 °C.
Verfahren zur Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die als Bewertungsziel dienende Siliciumprobe ein Siliciumwafer ist.
Verfahren zur Bewertung eines Herstellungsprozesses für Siliciumwafer, welches umfasst: Bewertung der Kohlenstoffkonzentration eines Siliciumwafers, hergestellt in einem Prozess zur Herstellung eines als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafers, mittels des Verfahrens nach Anspruch 10; und Bewertung eines Ausmaßes an Kohlenstoff-Kontamination in dem Prozess zur Herstellung des als Bewertungsziel dienenden Siliciumwafers auf Basis der Bewertungsergebnisse.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers, welches umfasst: Bewertung eines Siliciumwafer-Herstellungsprozesses mittels des Bewertungsverfahrens nach Anspruch 11; und Herstellung eines Siliciumwafers, entweder in einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess, bei welchem als Ergebnis der Bewertung ein Ausmaß an Kohlenstoff-Kontamination als auf einem erlaubten Niveau liegend bestimmt wurde, oder in einem Siliciumwafer-Herstellungsprozess nach Unterwerfen des Siliciumwafer-Herstellungsprozesses, bei welchem als Ergebnis der Bewertung ein Ausmaß an Kohlenstoff-Kontamination als oberhalb eines erlaubten Niveaus liegend bestimmt wurde, einer Behandlung zur Verringerung der Kohlenstoff-Kontamination.
Siliciumwafer, welcher hergestellt wurde durch das Herstellungsverfahren nach Anspruch 12.
Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Einkristall-Ingots, welches umfasst: Züchtung eines Silicium-Einkristall-Ingots nach dem Czochralski-Verfahren; Bewertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliciumprobe, welche aus dem Silicium-Einkristall-Ingot geschnitten wurde, durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10; Festlegen einer Herstellungsbedingung für einen Silicium-Einkristall-Ingot auf Basis des Bewertungsergebnisses; und Züchten eines Silicium-Einkristall-Ingots nach dem Czochralski-Verfahren unter der festgelegten Herstellungsbedingung.
Silicium-Einkristall-Ingot, welcher hergestellt wird mittels des Herstellungsverfahrens nach Anspruch 14.
Siliciumwafer, welcher aus dem Silicium-Einkristall-Ingot nach Anspruch 15 geschnitten wird.