DE112019004412T5

DE112019004412T5 - Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe, Verfahren zur Auswertung des Siliziumwaferherstellungsprozesses, Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers und Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristallingots

Info

Publication number: DE112019004412T5
Application number: DE112019004412.5T
Authority: DE
Inventors: Takafumi NEGI; Kazutaka ERIGUCHI; Noritomo Mitsugi; Shuichi Samata
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-07-15
Also published as: JP6645546B1; CN112640070B; KR20210043683A; JP2020038874A; KR102513721B1; WO2020050146A1; TW202016370A; CN112640070A; TWI716091B

Abstract

Bereitgestellt ist ein Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe, umfassend: Einbringen von Wasserstoffatomen in eine auszuwertende Siliziumprobe; Auswerten der auszuwertenden Siliziumprobe, in die die Wasserstoffatome eingebracht worden sind, durch ein Auswertungsverfahren, das ein Traplevel in einer Bandlücke von Silizium auswertet; und Auswerten einer Kohlenstoffkonzentration der auszuwertenden Siliziumprobe auf der Basis eines Auswertungsergebnisses, das sich auf eine Dichte mindestens eines Traplevels bezieht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ec (Energie an einem Boden eines Leitungsbandes)-0,10 eV, Ec-0,13 eV und Ec-0,15 eV besteht, aus den Auswertungsergebnissen, die bei der obigen Auswertung erhalten werden, und ferner umfassend: Durchführen einer Wärmebehandlung des Erwärmens der auszuwertenden Siliziumprobe auf eine Wärmetemperatur innerhalb eines Bereichs von 35°C bis 80°C unter Verwendung eines Wärmemittels zwischen der Einbringung der Wasserstoffatome und der Auswertung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe, ein Verfahren zur Auswertung eines Siliziumwaferherstellungsprozesses, ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers und ein Verfahren zur Herstellung eines Silizi umeinkri stallingots .
HINTERGRUND
In den letzten Jahren wurde die Auswertung der Kohlenstoffkonzentration von Siliziumproben untersucht (siehe z. B. PTL 1).
[Zitatliste]
[Patentli teratur]
[PTL 1] Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2017-191800
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
In Siliziumwafern, die als Halbleitersubstrate verwendet werden, ist eine Reduzierung der Verunreinigungskontamination erwünscht, die eine Verschlechterung der Bauelementeigenschaften verursacht. In den letzten Jahren hat Kohlenstoff als eine in Siliziumwafern enthaltene Verunreinigung Aufmerksamkeit erregt, und die Reduzierung der Kohlenstoffkontamination in Siliziumwafern wurde untersucht.
Um die Kohlenstoffkontamination zu reduzieren, ist es wünschenswert, die Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe auszuwerten und auf der Basis der Auswertungsergebnisse einen Herstellungsprozess eines Siliziumwafers und/oder einen Herstellungsprozess eines Siliziumeinkristallingots, aus dem Siliziumwafer herausgeschnitten werden, so zu steuern, dass die Menge des in den Herstellungsprozess eingemischten Kohlenstoffs reduziert wird. Das Auffinden neuer Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe ist nützlich, um eine solche Prozesssteuerung durchzuführen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe bereitzustellen.
[Lösung des Problems]
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe (im Folgenden auch als „Kohlenstoffkonzentrationsauswertungsverfahren“ bezeichnet), wobei das Verfahren umfasst:

Einbringen von Wasserstoffatomen in eine auszuwertende Siliziumprobe;
Auswerten der auszuwertenden Siliziumprobe, in die die Wasserstoffatome eingebracht wurden, durch ein Auswertungsverfahren, das ein Traplevel in einer Bandlücke von Silizium auswertet; und
Auswerten einer Kohlenstoffkonzentration der auszuwertenden Siliziumprobe auf der Basis eines Auswertungsergebnisses, das sich auf eine Dichte mindestens eines Traplevels bezieht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ec (Energie an einem Boden eines Leitungsbandes)-0,10 eV, Ec-0,13 eV und Ec-0,15 eV besteht, aus den Auswertungsergebnissen, die bei der obigen Auswertung erhalten wurden,
wobei das Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration ferner die Durchführung einer Wärmebehandlung des Erwärmens der auszuwertenden Siliziumprobe auf eine Wärmetemperatur innerhalb eines Bereichs von 35°C bis 80°C unter Verwendung einer Wärmeeinrichtung zwischen der Einbringung der Wasserstoffatome und der obigen Auswertung umfasst.

Während der oben genannten Wärmebehandlung kann sich die Temperatur der Oberfläche einer Siliziumprobe ändern. Die Wärmetemperatur für die Wärmebehandlung der Siliziumprobe ist eine maximale Temperatur der durch die Wärmebehandlung erwärmten Oberfläche der Siliziumprobe.
In einer Ausführungsform kann bei dem obigen Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration die Auswertung der auszuwertenden Siliziumprobe, in die die Wasserstoffatome eingebracht wurden, ohne Durchführung einer Elektronenstrahlbestrahlungsbehandlung durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform kann die Auswertung der Kohlenstoffkonzentration der auszuwertenden Siliziumprobe auf der Basis des Auswertungsergebnisses, das sich auf eine Dichte eines Traplevels von Ec-0,15 eV bezieht, aus den bei der obigen Auswertung erhaltenen Auswertungsergebnissen durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform kann die Einbringung von Wasserstoffatomen durch Eintauchen der auszuwertenden Siliziumprobe in eine Lösung erfolgen.
In einer Ausführungsform kann die obige Lösung eine Lösung sein, die HF (Fluorwasserstoff) umfasst.
In einer Ausführungsform kann das obige Auswertungsverfahren ein DLTS-Verfahren (Deep-Level Transient Spectroscopy) sein.
In einer Ausführungsform kann eine Diode durch Bilden eines Halbleiterübergangs und einer ohmschen Schicht auf der auszuwertenden Siliziumprobe, in die die Wasserstoffatome eingebracht wurden, vor der obigen Auswertung durch das DLTS-Verfahren hergestellt werden, und die hergestellte Diode kann der obigen Auswertung durch das DLTS-Verfahren unterzogen werden.
In einer Ausführungsform kann die obige Wärmebehandlung vor oder nach der Herstellung der Diode durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform kann die obige Wärmebehandlung innerhalb von 18 Stunden nach der Einbringung der Wasserstoffatome durchgeführt werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auswertung eines Siliziumwaferherstellungsprozesses (im Folgenden auch als „Herstellungsprozessauswertungsverfahren“ bezeichnet), wobei das Verfahren umfasst:

Auswerten einer Kohlenstoffkonzentration eines Siliziumwafers, der in einem auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozess hergestellt wurde, durch das obige Kohlenstoffkonzentrationsauswertungsverfahren; und
Auswerten eines Grades der Kohlenstoffkontamination im auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozess auf der Basis eines Ergebnisses der obigen Auswertung.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf:

ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, wobei das Verfahren umfasst:
- Auswerten eines Siliziumwaferherstellungsprozesses durch das obige Verfahren zur Auswertung des Herstellungsprozesses; und
- Herstellen eines Siliziumwafers in dem Siliziumwaferherstellungsprozess, für den als Ergebnis der obigen Auswertung ein Grad an Kohlenstoffkontamination bestimmt wurde, der auf einem akzeptablen Level liegt, oder Herstellen eines Siliziumwafers nach dem Durchführen einer Behandlung zur Reduzierung der Kohlenstoffkontamination in dem Siliziumwaferherstellungsprozess, für den als Ergebnis der obigen Auswertung ein Grad an Kohlenstoffkontamination bestimmt wurde, der höher als das akzeptable Level ist.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf:

ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristallingots, wobei das Verfahren umfasst:
- Wachsen eines Siliziumeinkristallingots;
- Auswerten der Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe, die aus dem obigen Siliziumeinkristallingot herausgeschnitten wurde, durch das obige Kohlenstoffkonzentrationsauswertungsverfahren;
- Bestimmen einer Herstellungsbedingung für einen Siliziumeinkristallingot auf der Basis eines Ergebnisses der obigen Auswertung; und
- Wachsen des Siliziumeinkristallingots unter den bestimmten Herstellungsbedingungen.

[Effekte der Erfindung]
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein neues Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe bereitzustellen.
Figurenliste

[1] 1 ist eine erklärende Zeichnung, die eine Konfiguration einer Siliziumeinkristallziehvorrichtung zeigt, die in den Beispielen verwendet wird.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Auswertungsverfahren der Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe]
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe, wobei das Verfahren umfasst: Einbringen von Wasserstoffatomen in eine auszuwertende Siliziumprobe; Auswerten der auszuwertenden Siliziumprobe, in die die Wasserstoffatome eingebracht wurden, durch ein Auswertungsverfahren, das ein Traplevel in einer Bandlücke von Silizium auswertet; und Auswerten einer Kohlenstoffkonzentration der auszuwertenden Siliziumprobe auf der Basis eines Auswertungsergebnisses, das sich auf eine Dichte mindestens eines Traplevels bezieht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ec-0,10 eV, Ec-0,13 eV und Ec-0,15 eV besteht, aus den Auswertungsergebnissen, die bei der obigen Auswertung erhalten werden, wobei das Verfahren zum Auswerten der Kohlenstoffkonzentration ferner das Durchführen einer Wärmebehandlung des Erwärmens der auszuwertenden Siliziumprobe auf eine Wärmetemperatur innerhalb eines Bereichs von 35°C bis 80°C unter Verwendung einer Wärmeeinrichtung zwischen der Einbringung der Wasserstoffatome und der obigen Auswertung umfasst.
Die Einbringung von Wasserstoffatomen, die in dem obigen Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration durchgeführt wird, ermöglicht es, das Traplevel des obigen Ec in der Bandlücke von Silizium zu bilden. Auf diese Weise ist es möglich, ein Auswertungsergebnis zu erhalten, das sich auf die Dichte des Traplevels des Ec bezieht. Ein solches Auswertungsergebnis kann z. B. durch eine Peakintensität (DLTS-Signalintensität) dargestellt werden, die durch Auswertung mit dem DLTS-Verfahren erhalten wird. Details zu diesem Punkt werden im Folgenden beschrieben.
Bezüglich des Traplevels ist das Traplevel des Ec in der Bandlücke von Silizium nach Einbringung von Wasserstoffatomen ein kohlenstoffbezogenes Level, und die Dichte dieses Traplevels korreliert mit der Kohlenstoffkonzentration der Siliziumprobe. Daher korreliert das Auswertungsergebnis, das sich auf die Dichte des Traplevels des Ec bezieht, das durch die nach der Einbringung von Wasserstoffatomen durchgeführte Auswertung erhalten wird, d. h. das Auswertungsergebnis, das mit der Dichte des Traplevels korreliert, mit der Kohlenstoffkonzentration der Siliziumprobe. Darüber hinaus wurde als Ergebnis umfangreicher Recherchen der vorliegenden Erfinder neu festgestellt, dass das Unterziehen der auszuwertenden Siliziumprobe nach der Einbringung von Wasserstoffatomen der Wärmebehandlung dazu beiträgt, die Dichte des Traplevels des oben genannten, durch das Auswertungsverfahren ausgewerteten Ec zu erhöhen. Es wird vermutet, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Wärmebehandlung die Bildung eines Komplexes fördert, der das Traplevel des oben genannten Ec erzeugt. Bei dem DLTS-Verfahren z. B. ist der Wert der gemessenen DLTS-Signalintensität umso größer, je höher die Dichte des Traplevels ist. Wenn z. B. für eine Siliziumprobe mit einer bestimmten Kohlenstoffkonzentration ein höherer Dichtewert des Traplevels erhalten werden kann, kann sogar eine Spurenmenge an Kohlenstoff mit hoher Empfindlichkeit detektiert und ausgewertet werden. Das heißt, es wird davon ausgegangen, dass das Unterziehen der auszuwertenden Siliziumprobe nach der Einbringung des Wasserstoffatoms der oben genannten Wärmebehandlung zur Verbesserung der Empfindlichkeit der Auswertung der Kohlenstoffkonzentration beiträgt.
Nachfolgend wird das obige Kohlenstoffkonzentrationsauswertungsverfahren ausführlicher beschrieben.
<Auszuwertende Siliziumprobe>
Die Siliziumprobe, die mit dem obigen Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration ausgewertet werden soll, kann z. B. eine aus einem Siliziumeinkristallingot ausgeschnittene Siliziumprobe sein. Zum Beispiel kann eine Probe, die durch weiteres Ausschneiden eines Teils einer aus einem Siliziumeinkristallingot ausgeschnittenen Probe in eine Waferform erhalten wird, zur Auswertung verwendet werden. Bei der auszuwertenden Siliziumprobe kann es sich auch um eine Siliziumprobe handeln, die aus verschiedenen Siliziumwafern (z. B. polierte Wafer, epitaktische Wafer usw.) ausgeschnitten wurde, die als Halbleitersubstrate verwendet werden. Der Siliziumwafer kann auch ein Siliziumwafer sein, der einer Bearbeitung verschiedener Arten (z. B. Polieren, Ätzen, Reinigen usw.) unterzogen wurde, die üblicherweise an Siliziumwafern durchgeführt werden. Die Siliziumprobe kann n-Typ-Silizium oder p-Typ-Silizium sein. Der spezifische Widerstand der Siliziumprobe kann z. B. etwa 1 Ω cm bis 1000 Ω cm betragen, ist aber nicht besonders begrenzt.
Die Konzentration des interstitiellen Sauerstoffs Oi (im Folgenden als „Sauerstoffkonzentration“ bezeichnet) in der auszuwertenden Siliziumprobe ist nicht besonders begrenzt. In einer Ausführungsform kann die Sauerstoffkonzentration der auszuwertenden Siliziumprobe z.B. 1,0×10¹⁷ Atome/ cm³ oder mehr betragen (z.B. 1,0×10¹⁷ Atome/ cm³ bis 27,5×10 Atome/ cm³). Die Sauerstoffkonzentration, auf die hier Bezug genommen wird, ist ein Wert, der mit einem FT-IR-Verfahren (Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie) gemessen wird. Zum Beispiel enthält eine Siliziumprobe, die aus einem Siliziumeinkristall stammt, der nach dem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) gewachsen ist, normalerweise Sauerstoff. Wie in PTL 1 (japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2017-191800 ) beschrieben, hängt bei dem Lumineszenzverfahren, das üblicherweise als Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe vorgeschlagen wird, die quantifizierte Kohlenstoffkonzentration von der Sauerstoffkonzentration ab. Dies liegt daran, dass das zuvor vorgeschlagene Lumineszenzverfahren eine Elektronenstrahlbestrahlung erfordert. Daher ist bei dem Lumineszenzverfahren die Genauigkeit der Auswertung der Kohlenstoffkonzentration tendenziell umso geringer, je höher die Sauerstoffkonzentration der Siliziumprobe ist. Im Gegensatz dazu kann durch das Einbringen von Wasserstoffatomen das oben beschriebene kohlenstoffbezogene Level in einem aktivierten Zustand gebildet werden, ohne eine Elektronenstrahlbestrahlung durchzuführen. Dadurch wird es möglich, die Kohlenstoffkonzentration unabhängig von der Sauerstoffkonzentration auszuwerten. Somit kann die Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe mit einer relativ hohen Sauerstoffkonzentration, z. B. einer Siliziumprobe mit einer Sauerstoffkonzentration im obigen Bereich, mit hoher Genauigkeit ausgewertet werden. „Ohne Durchführung einer Elektronenstrahlbestrahlungsbehandlung“ in der vorliegenden Erfindung und der vorliegenden Beschreibung bedeutet, dass die Siliziumprobe nicht absichtlich mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, aber eine Elektronenstrahlbestrahlung, die unvermeidlich unter Sonnenlicht, Beleuchtung oder dergleichen auftritt, ist akzeptabel. Ferner ist der Elektronenstrahl ein Strom von Elektronen, der durch Anlegen einer Beschleunigungsspannung an die Elektronen erhalten wird. Die Elektronenstrahlbestrahlungsbehandlung ist insofern problematisch, als sie eine lange Vorlaufzeit hat, eine große Ausrüstung erfordert, einen Kostenanstieg verursacht, die Vorbereitung usw. einer schützenden Oxidschicht zusätzlich zum Elektronenstrahlbestrahlungsprozess erfordert, die Anzahl der Prozesse erhöht und dergleichen. Daher ist es vorzuziehen, dass die Kohlenstoffkonzentration der Siliziumprobe ohne die Durchführung der Elektronenstrahlbestrahlungsbehandlung ausgewertet werden kann. Die Sauerstoffkonzentration der Siliziumprobe, die durch das obige Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration ausgewertet werden soll, ist jedoch nicht auf den oben beispielhaft dargestellten Bereich beschränkt. Ferner kann in einer Ausführungsform des obigen Kohlenstoffkonzentrationsauswertungsverfahrens die Elektronenstrahlbestrahlung auch nach einem bekannten Verfahren durchgeführt werden.
<Einbringung von Wasserstoffatomen in die Siliziumprobe>
In die auszuwertende Siliziumprobe werden Wasserstoffatome eingebracht. Durch das Einbringen eines Wasserstoffatoms kann das Traplevel des obigen Ec, das ein kohlenstoffbezogenes Level ist, gebildet werden. Die Einbringung von Wasserstoffatomen kann durch eine trockene Behandlung (Trockensystem) oder durch eine nasse Behandlung (Nasssystem, d. h. Verwendung einer Lösung) erfolgen. Die Einbringung von Wasserstoffatomen durch eine trockene Behandlung kann z. B. durch ein Ionenimplantationsverfahren, Wasserstoffplasma o. ä. durchgeführt werden. Die Einbringung von Wasserstoffatomen im Rahmen der vorliegenden Erfindung und der vorliegenden Beschreibung schließt auch einen Modus ein, wobei Wasserstoffatome im Zustand von Ionen oder Plasma eingebracht werden.
Die Einbringung von Wasserstoffatomen durch Nassbehandlung kann durch Inkontaktbringen (z. B. durch Eintauchen) einer Siliziumprobe mit einer Lösung durchgeführt werden. Die hier zu verwendende Lösung kann eine saure Lösung oder eine basische Lösung sein, solange die Lösung Wasserstoffatome in einem beliebigen Zustand wie einem ionisierten Zustand (Ion), einem Salzzustand oder dergleichen enthält. Als Beispiel kann die saure Lösung eine Lösung sein, die HF enthält, wie Flusssäure (Flusssäure wässrige Lösung), eine gemischte Lösung aus Flusssäure und Salpetersäure (Fluorsalpetersäure) und dergleichen, eine gemischte Lösung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid, eine gemischte Lösung aus Chlorwasserstoffsäure und Wasserstoffperoxid und dergleichen. Beispiele für die basische Lösung sind eine Natriumhydroxidlösung, eine Kaliumhydroxidlösung, eine gemischte Lösung aus wässrigem Ammoniak und Wasserstoffperoxid und ähnliches. Diese verschiedenen Lösungen sind vorzugsweise wasserhaltige Lösungen (Lösungen, die Wasser enthalten), und noch bevorzugter wässrige Lösungen. Die Säurekonzentration der sauren Lösung und die basische Konzentration der basischen Lösung sind nicht besonders begrenzt. Als Beispiel kann die Einbringung von Wasserstoffatomen durch Flusssäure durch Eintauchen der zu messenden Siliziumprobe in 1 Massenprozent bis 25 Massenprozent Flusssäure für 1 min bis 10 min erfolgen. Weiterhin kann die Einbringung von Wasserstoffatomen durch Fluorsalpetersäure beispielsweise durch Eintauchen der zu messenden Siliziumprobe in Fluorsalpetersäure (z.B. eine gemischte Lösung aus Salpetersäure (Salpetersäure wässrige Lösung) mit einer HNO₃ -Konzentration von 69 Massenprozent und Flusssäure (Flusssäure wässrige Lösung) mit einer HF-Konzentration von 50 Massenprozent) für 1 min bis 10 min erfolgen. Nach dem Eintauchen kann die zu messende Probe, wenn nötig, einer Nachbehandlung wie Waschen mit Wasser, Trocknen und dergleichen unterzogen werden.
Die auszuwertende Siliziumprobe, in die Wasserstoffatome eingebracht wurden, wird einer Wärmebehandlung unterzogen, die im Folgenden detailliert beschrieben wird, und anschließend mit einem Auswertungsverfahren ausgewertet, das die Traplevels in der Siliziumbandlücke auswertet. Details der Wärmebehandlung werden später beschrieben.
<Auswertung einer Siliziumprobe, in die Wasserstoffatome eingebracht wurden>
In dem obigen Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration wird ein Traplevel von Ec-0,10 eV, Ec-0,13 eV oder Ec-0,15 eV als kohlenstoffbezogenes Level verwendet. Es wird davon ausgegangen, dass die Traplevels von Ec-0,10 eV, Ec-0,13 eV und Ec-0,15 eV durch die Einbringung von Wasserstoffatomen in einen aktivierten Zustand gebildet werden, der durch verschiedene Auswertungsverfahren detektiert werden kann, und diese Bildung kann durch die obige Wärmebehandlung verstärkt werden. Auf diese Weise kann die Kohlenstoffkonzentration anhand der Dichte des Traplevels (kohlenstoffbezogenes Level) ausgewertet werden. Die Auswertung der Trapleveldichte kann durch verschiedene Auswertungsverfahren erfolgen, die in der Lage sind, das Traplevel in der Bandlücke von Silizium auszuwerten. Beispiele für ein solches Auswertungsverfahren sind ein DLTS-Verfahren, ein Lebensdauerverfahren, ein ICTS-Verfahren (Isothermal Capacitance Transient Spectroscopy), ein Niedertemperatur-Photolumineszenz (PL)-Verfahren, ein Kathodenlumineszenz (CL)-Verfahren und dergleichen. Bei der Auswertung der Kohlenstoffkonzentration durch das konventionelle PL-Verfahren und das CL-Verfahren (Lumineszenzverfahren) war eine Elektronenstrahlbestrahlungsbehandlung unerlässlich. Im Gegensatz dazu werden bei dem obigen Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration die Traplevels des obigen Ec in einem Zustand gebildet, in dem sie durch die Einbringung von Wasserstoffatomen aktiviert werden, wodurch es möglich ist, die Kohlenstoffkonzentration basierend auf der Dichte der Traplevels auch ohne die Durchführung der Elektronenstrahlbestrahlungsbehandlung auszuwerten. Bei den Messverfahren können ohne jegliche Einschränkung bekannte Techniken auf der Basis verschiedener Auswertungsverfahren übernommen werden.
Das DLTS-Verfahren ist z. B. ein bevorzugtes Auswertungsverfahren unter dem Gesichtspunkt, eine empfindlichere Kohlenstoffquantifizierung zu ermöglichen. Wenn das DLTS-Verfahren als Auswertungsverfahren verwendet wird, kann das DLTS-Spektrum des Traplevels von Ec-0,10 eV, Ec-0,13 eV oder Ec-0,15 eV getrennt werden, indem eine Anpassungsverarbeitung durch ein bekanntes Verfahren des DLTS-Spektrums durchgeführt wird, das als Summe der mit dem DLTS-Verfahren erhaltenen Peaks erhalten wird. Zum Beispiel kann bei der DLTS-Messung mit einer Frequenz von 250 Hz die Kohlenstoffkonzentration auf der Basis der Peak-Intensität (DLTS-Signalintensität) des Peaks der Trapleveldichte von Ec-0,10 eV bei oder um 76 K, des Peaks der Trapleveldichte von Ec-0,13 eV bei oder um 87 K und des Peaks der Trapleveldichte von Ec-0,15 eV bei oder um 101 K bestimmt werden. Der Peak, der zur Bestimmung der Kohlenstoffkonzentration verwendet werden soll, ist mindestens einer der oben genannten drei Peaks, und es können zwei oder drei Peaks verwendet werden. In der Regel kann festgestellt werden, dass die Kohlenstoffkonzentration umso höher ist, je größer der Peakintensitätswert ist. Unter dem Gesichtspunkt einer genaueren Auswertung der Kohlenstoffkonzentration ist es vorzuziehen, die Kohlenstoffkonzentration der auszuwertenden Siliziumprobe auf der Grundlage der Auswertungsergebnisse bei Ec-0,13 eV und/oder Ec-0,15 eV zu bestimmen.
<Wärmebehandlung>
Bei dem obigen Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration wird die auszuwertende Siliziumprobe einer Wärmebehandlung unterzogen, indem die auszuwertende Siliziumprobe zwischen der Einbringung von Wasserstoffatomen und der obigen Auswertung mit Hilfe eines Wärmemittels auf eine Wärmetemperatur im Bereich von 35°C bis 80°C erwärmt wird. Obwohl der Bildungsprozess und der Auslöschungsprozess des Traplevels des obigen Ec miteinander konkurrieren, wird angenommen, dass die Fähigkeit, den Bildungsprozess des Traplevels des obigen Ec durch Erwärmen der auszuwertenden Siliziumprobe nach der Einbringung von Wasserstoffatomen auf eine Wärmetemperatur innerhalb des obigen Bereichs unter Verwendung eines Wärmemittels zu fördern, zu einer Erhöhung der Dichte der durch das obige Auswertungsverfahren ausgewerteten Traplevels führt. Als Wärmemittel kann z. B. eine Heizplatte o. ä. verwendet werden. Beispielsweise kann die auszuwertende Siliziumprobe nach der Einbringung von Wasserstoffatomen auf eine Heizplatte gelegt und auf eine Wärmetemperatur innerhalb des obigen Temperaturbereichs erwärmt werden. Die Wärmetemperatur zum Erwärmen der auszuwertenden Siliziumprobe nach der Einbringung von Wasserstoffatomen liegt unter dem Gesichtspunkt der weiteren Erhöhung der Dichte des Traplevels vorzugsweise bei 40°C oder höher und unter demselben Gesichtspunkt vorzugsweise bei 70°C oder niedriger. Die Atmosphäre, in der die Wärmebehandlung durchgeführt werden soll, ist nicht besonders eingeschränkt. Die Wärmebehandlung kann z. B. in einer Luftatmosphäre durchgeführt werden. Weiterhin kann die Wärmebehandlung z.B. dadurch erfolgen, dass die auszuwertende Siliziumprobe nach der Einbringung des Wasserstoffatoms auf einer auf eine vorgegebene Solltemperatur eingestellten Heizplatte für etwa 1 min bis 60 min angeordnet wird, um die Oberflächentemperatur der Siliziumprobe auf eine gewünschte Maximaltemperatur zu bringen. Die auszuwertende Siliziumprobe kann während des Zeitraums von der Einbringung der Wasserstoffatome bis zur Wärmebehandlung und von der Wärmebehandlung bis zur obigen Auswertung z.B. in einer Luftatmosphäre bei Raumtemperatur platziert werden. Dabei kann die Raumtemperatur z.B. eine Temperatur im Bereich von 15°C bis 30°C sein. Die Traplevels von Ec-0,10 eV, Ec-0,13 eV und Ec-0,15 eV werden vermutlich durch einen Komplex mit Kohlenstoff und Wasserstoff als Komponenten bereitgestellt. Einerseits folgt die Diffusion von Wasserstoffatomen während der Einbringung von Wasserstoffatomen (während der Zufuhr von Wasserstoffatomen) einer komplementären Fehlerfunktion, so dass angenommen wird, dass Wasserstoffatome in hoher Konzentration nahe der Oberfläche der Siliziumprobe verteilt sind. Da andererseits die Zufuhrquelle der Wasserstoffatome nach der Einbringung der Wasserstoffatome abgeschaltet wird, wird angenommen, dass in der auszuwertenden Siliziumprobe die eingebrachten Wasserstoffatome entsprechend der Gaußfunktion in das Innere der Siliziumprobe diffundieren. Die Auswertung durch die verschiedenen Auswertungsverfahren erfolgt indes meist für einen Bereich (Messbereich) in einer vorgegebenen Tiefe von der Oberfläche der auszuwertenden Siliziumprobe. Es ist denkbar, dass die Durchführung der Wärmebehandlung, während mehr Wasserstoffatome in diesem Messbereich vorhanden sind, die Bildung des obigen Komplexes (d.h. die Bildung des Traplevels des obigen Ec) durch die Wärmebehandlung weiter fördert. Unter Berücksichtigung der obigen Punkte und der Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserstoffatomen in Silizium wird die Wärmebehandlung vorzugsweise innerhalb von 18 Stunden (d.h. 18 Stunden oder einem kürzeren Zeitraum als 18 Stunden) nach der Einbringung der Wasserstoffatome durchgeführt.
In einer Ausführungsform wird die obige Auswertung mit dem DLTS-Verfahren durchgeführt. Bei dem DLTS-Verfahren wird die Messung (DLTS-Messung) normalerweise in Bezug auf eine Diode (Probenelement) durchgeführt, die durch Bilden eines Halbleiterübergangs (Schottky-Übergang oder pn-Übergang) und einer ohmschen Schicht auf einer Messprobe hergestellt wird, die durch Ausschneiden eines Teils der auszuwertenden Siliziumprobe erhalten wird. Im Allgemeinen ist es vorzuziehen, dass die Oberfläche der Probe, die der DLTS-Messung unterzogen werden soll, eine hohe Glätte aufweist. Daher kann die auszuwertende Siliziumprobe vor dem Ausschneiden der Messprobe oder die aus der auszuwertenden Siliziumprobe ausgeschnittene Messprobe optional geätzt, poliert o. ä. werden, um die Oberflächenglätte zu verbessern. Die Ätzung ist vorzugsweise eine Spiegelätzung. Ferner ist das Polieren vorzugsweise ein Spiegelflächenpolierverfahren. Wenn es sich bei der auszuwertenden Siliziumprobe beispielsweise um einen Siliziumeinkristallingot oder einen Teil des Blocks handelt, ist es bevorzugt, ein Probenelement nach dem Polieren der aus der auszuwertenden Siliziumprobe herausgeschnittenen Messprobe herzustellen, und es ist noch bevorzugter, ein Probenelement nach dem Spiegelpolieren herzustellen. Als Polierprozess kann ein bekannter, für einen Siliziumwafer anwendbarer Polierprozess, wie z. B. ein Spiegelflächenpolierprozess, durchgeführt werden. In der Zwischenzeit wird ein Siliziumwafer normalerweise durch Polieren, wie z. B. Spiegelpolieren, erhalten. Wenn es sich bei der auszuwertenden Siliziumprobe um einen Siliziumwafer handelt, hat die Oberfläche der aus dem Siliziumwafer herausgeschnittenen Messprobe daher in der Regel auch ohne Polieren eine hohe Glätte.
In einer Ausführungsform kann die obige Wärmebehandlung vor der Herstellung der Diode durchgeführt werden, und in einer anderen Ausführungsform kann die Wärmebehandlung nach der Herstellung der Diode durchgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Wärmebehandlung vor und nach der Herstellung der Diode durchgeführt werden. Wie oben beschrieben, ist es in Anbetracht der Diffusion von Wasserstoffatomen in Silizium denkbar, dass die Durchführung der Wärmebehandlung, während mehr Wasserstoffatome im oberflächennahen Messbereich vorhanden sind, die Bildung des Komplexes (d.h. die Bildung des Traplevels des obigen Ec) durch die obige Wärmebehandlung weiter fördert. Unter diesem Gesichtspunkt wird davon ausgegangen, dass die Durchführung der Wärmebehandlung vor der Herstellung der Diode unter dem Gesichtspunkt der weiteren Förderung der Bildung des Traplevels des obigen Ec zur Erhöhung der Trapleveldichte vorzuziehen ist.
Die DLTS-Messung wird üblicherweise nach dem folgenden Verfahren durchgeführt. Eine Diode (Probenelement) wird hergestellt, indem ein Halbleiterübergang (Schottky-Übergang oder pn-Übergang) auf einer Oberfläche einer Siliziumprobe und eine ohmsche Schicht auf der anderen Oberfläche gebildet wird. Das Einschwingverhalten der Kapazität des Probenelements wird gemessen, indem periodisch eine Spannung angelegt wird, während der Temperatursweep durchgeführt wird. Das Anlegen der Spannung erfolgt üblicherweise durch abwechselndes und periodisches Anlegen einer Sperrspannung, die eine Verarmungsschicht bildet, und einer Impulsspannung zum Füllen des Traplevels in der Verarmungsschicht mit Ladungsträgern. Die Lage und Breite des bevorzugten Verarmungsschichtbildungsbereichs hängt vom spezifischen Widerstand der Siliziumprobe ab. Die Verarmungsschicht kann z. B. mit einer Breite von etwa 1 µm bis 50 µm, vorzugsweise etwa 1 µm bis 10 µm in einem Bereich mit einer Tiefe von etwa 1 µm bis 60 µm von der Oberfläche der auszuwertenden Siliziumprobe gebildet werden. Währenddessen kann die Dicke der auszuwertenden Siliziumprobe z.B. etwa 100 µm bis 1000 µm betragen. Dieser Bereich ist jedoch nicht einschränkend. Die Lage des Messbereichs (Messtiefe) kann über die angelegte Sperrspannung zur Bildung der Verarmungsschicht gesteuert werden. Ferner kann die Breite der zu bildenden Verarmungsschicht ebenfalls über die Sperrspannung gesteuert werden. Das DLTS-Spektrum kann durch Auftragen des DLTS-Signals gegen die Temperatur erhalten werden. Durch Fitten des erhaltenen DLTS-Spektrums als Summe der durch die DLTS-Messung detektierten Peaks mit einem bekannten Verfahren kann das DLTS-Spektrum auf jedem Traplevel getrennt und die Peaks können detektiert werden.
<Auswertung der Kohlenstoffkonzentration>
Unabhängig davon, welches Verfahren als Auswertungsverfahren verwendet wird, kann die Auswertung der Kohlenstoffkonzentration auf der Basis des Auswertungsergebnisses in Bezug auf die Dichte mindestens eines Traplevels, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ec-0,10 eV, Ec-0,13 eV und Ec-0,15 eV, unter Verwendung einer Kalibrierkurve oder ohne Verwendung einer Kalibrierkurve durchgeführt werden. Wenn keine Kalibrierkurve verwendet wird, kann die Kohlenstoffkonzentration z. B. durch ein relatives Bestimmungskriterium ausgewertet werden, um festzustellen, dass die Kohlenstoffkonzentration umso höher ist, je größer der als Auswertungsergebnis erhaltene Wert ist. Zum Beispiel kann bestimmt werden, dass die Kohlenstoffkonzentration umso höher ist, je größer der Wert der Peakintensität (DLTS-Signalintensität) des DLTS-Spektrums ist. Ferner ist es bei Verwendung einer Kalibrierkurve vorteilhaft, z. B. eine Kalibrierkurve zu erstellen, die den Zusammenhang zwischen der aus den Auswertungsergebnissen (z. B. DLTS-Signalintensität) erhaltenen Trapleveldichte für die auszuwertende Siliziumprobe und der bekannten Kohlenstoffkonzentration zeigt. Der relationale Ausdruck zur Gewinnung der Trapleveldichte aus verschiedenen Auswertungsergebnissen ist bekannt. Ferner kann die bekannte Kohlenstoffkonzentration durch Messung mit einem anderen Verfahren als dem für die Auswertung der auszuwertenden Siliziumprobe verwendeten Auswertungsverfahren ermittelt werden. Wenn beispielsweise eine auszuwertende Siliziumprobe mit dem DLTS-Verfahren ausgewertet wird, kann die bekannte Kohlenstoffkonzentration z. B. durch ein SIMS-Verfahren oder ein FT-IR-Verfahren ermittelt werden. Ein relationaler Ausdruck zur Gewinnung der Kohlenstoffkonzentration aus den mit diesen Verfahren erhaltenen Auswertungsergebnissen ist ebenfalls bekannt. Die Siliziumprobe (Siliziumprobe zur Erstellung einer Kalibrierkurve), die für die Auswertung verwendet werden soll, mit dem gleichen Auswertungsverfahren wie die auszuwertende Siliziumprobe, um eine Kalibrierkurve zu erstellen, und die Siliziumprobe, um die bekannte Kohlenstoffkonzentration zu erhalten, sind vorzugsweise Siliziumproben, die aus der gleichen Siliziumprobe (z. B. dem gleichen Block, dem gleichen Wafer und dergleichen) ausgeschnitten wurden, oder Siliziumproben, die durch den gleichen Herstellungsprozess erhalten wurden. Bezüglich der Erstellung der Kalibrierkurve kann auf die Absätze [0038] bis [0040] von PTL 1 (Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2017-191800 ) verwiesen werden. Die Siliziumprobe zur Erstellung der Kalibrierkurve ist vorzugsweise eine Siliziumprobe, die verschiedenen Behandlungen, wie z. B. der Behandlung zur Einbringung von Wasserstoffatomen, auf die gleiche Weise wie die auszuwertende Siliziumprobe unterzogen wurde. Zum Beispiel ist es bevorzugt, Wasserstoffatome in eine Siliziumprobe zur Erstellung einer Kalibrierkurve einzuführen, indem Fluorsalpetersäure verwendet wird, die das gleiche molare Verhältnis hat wie die Fluorsalpetersäure, die zum Einbringen von Wasserstoffatomen in die auszuwertende Siliziumprobe verwendet wird.
[Auswertungsverfahren für den Herstellungsprozess von Siliziumwafern und Herstellungsverfahren von Siliziumwafern]
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Auswertungsverfahren eines Siliziumwaferherstellungsprozesses, umfassend: Auswerten einer Kohlenstoffkonzentration eines in dem auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozess hergestellten Siliziumwafers mit dem obigen Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration; und Auswerten eines Grades der Kohlenstoffverunreinigung in dem auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozess auf der Basis des Ergebnisses der Auswertung.
Ferner betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren eines Siliziumwafers, umfassend: Auswerten eines Siliziumwaferherstellungsprozesses durch das obige Auswertungsverfahren eines Siliziumwaferherstellungsprozesses; und Herstellen eines Siliziumwafers in dem Siliziumwaferherstellungsprozess, für den als Ergebnis der Auswertung festgestellt wurde, dass der Grad der Kohlenstoffkontamination auf einem akzeptablen Level ist, oder Durchführen einer Kohlenstoffkontaminationsreduktionsbehandlung in dem Siliziumwaferherstellungsprozess, für den als Ergebnis der Auswertung festgestellt wurde, dass der Grad der Kohlenstoffkontamination höher als das akzeptable Level ist, und dann Herstellen eines Siliziumwafers in diesem Herstellungsprozess.
Der Siliziumwaferherstellungsprozess, der in dem obigen Herstellungsprozessauswertungsverfahren bewertet werden soll, kann ein Teil des Prozesses oder der gesamte Prozess der Herstellung eines Produktsiliziumwafers sein. Der Herstellungsprozess eines Produktsiliziumwafers umfasst im Allgemeinen das Schneiden (Slicen) eines Wafers aus einem Siliziumeinkristallingot, eine Oberflächenbehandlung wie Polieren, Ätzen und dergleichen, einen Reinigungsprozess und einen Nachprozess (Epitaxieschichtbildung und dergleichen), der gemäß der Anwendung des Wafers nach Bedarf durchgeführt wird. Jeder dieser Prozesse und jede Behandlung sind bekannt.
In einem Siliziumwaferherstellungsprozess kann es zu einer Kohlenstoffkontamination in einem Siliziumwafer kommen, z. B. durch den Kontakt zwischen dem im Herstellungsprozess verwendeten Element und dem Siliziumwafer. Durch die Auswertung der Kohlenstoffkonzentration des im auszuwertenden Herstellungsprozess hergestellten Siliziumwafers und die Ermittlung des Grades der Kohlenstoffkontamination kann die Tendenz des Auftretens von Kohlenstoffkontamination im Produkt Siliziumwafer aufgrund des auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozesses ermittelt werden.
Das heißt, es kann festgestellt werden, dass je höher die Kohlenstoffkonzentration des im auszuwertenden Herstellungsprozess hergestellten Siliziumwafers ist, desto wahrscheinlicher ist das Auftreten von Kohlenstoffkontamination im auszuwertenden Herstellungsprozess. Wenn also z. B. das akzeptable Level der Kohlenstoffkonzentration im Voraus festgelegt wurde und die Kohlenstoffkonzentration, die für den im auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozess hergestellten Siliziumwafer erhalten wurde, das akzeptable Level überschreitet, kann bestimmt werden, dass eine Kohlenstoffkontamination mit hoher Wahrscheinlichkeit auftritt und dass der auszuwertende Herstellungsprozess nicht als Herstellungsprozess für das Produkt Siliziumwafer verwendet werden kann. Der Siliziumwaferherstellungsprozess, für den eine solche Bestimmung getroffen wird, wird vorzugsweise für die Herstellung des Produkts Siliziumwafer verwendet, nachdem eine Behandlung zur Reduzierung der Kohlenstoffkontamination durchgeführt wurde. Details zu diesem Punkt werden später beschrieben.
Die auszuwertende Kohlenstoffkonzentration des in dem Siliziumwaferherstellungsprozess hergestellten Siliziumwafers wird durch das oben beschriebene Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt. Die Details des oben beschriebenen Verfahrens zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration sind wie oben beschrieben. Der hinsichtlich der Kohlenstoffkonzentration auszuwertende Siliziumwafer ist mindestens ein Siliziumwafer, der in dem auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozess hergestellt wurde, und kann zwei oder mehr Siliziumwafer umfassen. Wenn die Kohlenstoffkonzentration von zwei oder mehr Siliziumwafern bestimmt wird, kann z. B. der Durchschnittswert, der Maximalwert usw. der erhaltenen Kohlenstoffkonzentration für die Auswertung des auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozesses verwendet werden. Ferner kann der Siliziumwafer der Kohlenstoffkonzentrationsauswertung unterzogen werden, wie er in der Waferform vorliegt, oder ein Teil davon kann herausgeschnitten und der Kohlenstoffkonzentrationsauswertung unterzogen werden. Wenn zwei oder mehr Proben aus einem Siliziumwafer herausgeschnitten und der Kohlenstoffkonzentrationsauswertung unterzogen werden, kann der Durchschnittswert, Maximalwert usw. der Kohlenstoffkonzentration, die für die zwei oder mehr Proben erhalten wurde, als die Kohlenstoffkonzentration des Siliziumwafers bestimmt werden.
In einer Ausführungsform des obigen Siliziumwaferherstellungsverfahrens wird der Siliziumwaferherstellungsprozess durch das obige Verfahren zur Auswertung des Herstellungsprozesses ausgewertet, und ein Siliziumwafer wird in dem Siliziumwaferherstellungsprozess hergestellt, für den als Ergebnis der Auswertung festgestellt wurde, dass der Grad der Kohlenstoffkontamination auf einem akzeptablen Level liegt. Dadurch ist es möglich, qualitativ hochwertige Siliziumwafer mit einem niedrigen Kohlenstoffkontaminationsgrad als Produktwafer zu liefern. In einer anderen Ausführungsform des obigen Siliziumwaferherstellungsverfahrens wird der Siliziumwaferherstellungsprozess durch das obige Verfahren zur Auswertung des Herstellungsprozesses ausgewertet, der Siliziumwaferherstellungsprozess, für den als Ergebnis der Auswertung festgestellt wurde, dass der Grad der Kohlenstoffkontamination höher als der akzeptable Wert ist, wird einer Behandlung zur Reduzierung der Kohlenstoffkontamination unterzogen, und dann wird ein Siliziumwafer in dem Siliziumwaferherstellungsprozess hergestellt. Da die im Herstellungsprozess auftretende Kohlenstoffkontamination somit reduziert wird, ist es möglich, hochwertige Siliziumwafer mit einem niedrigen Kohlenstoffkontaminationsgrad als Produktwafer zu liefern. Das akzeptable Level kann gegebenenfalls entsprechend der geforderten Qualität des Produktwafers eingestellt werden. Des Weiteren umfasst die Behandlung zur Reduzierung der Kohlenstoffkontamination den Austausch, die Reinigung und ähnliches von Elementen, die im Siliziumwaferherstellungsprozess enthalten sind. Wenn beispielsweise ein SiC-Suszeptor als Suszeptor verwendet wird, auf dem ein Siliziumwafer in einem Siliziumwaferherstellungsprozess platziert werden soll, kann eine Verschlechterung des Suszeptors, der wiederholt verwendet wurde, eine Kohlenstoffkontamination des Kontaktteils mit dem Suszeptor verursachen. In einem solchen Fall kann die durch den Suszeptor verursachte Kohlenstoffkontamination z. B. durch Auswechseln des Suszeptors reduziert werden.
[Herstellungsverfahren eines Siliziumeinkristallingots]
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren eines Siliziumeinkristallingots, umfassend: Wachsen eines Siliziumeinkristallingots; Auswerten einer Kohlenstoffkonzentration einer aus dem Siliziumeinkristallingot herausgeschnittenen Siliziumprobe durch das obige Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration; Bestimmen einer Herstellungsbedingung für den Siliziumeinkristallingot auf der Basis des Ergebnisses der Auswertung; und Wachsen eines Siliziumeinkristallingots unter der bestimmten Herstellungsbedingung.
Der Siliziumeinkristallingot kann durch ein bekanntes Verfahren wie das CZ-Verfahren (Czochralski-Verfahren) und das FZ-Verfahren (Floating-Zone-Schmelzverfahren) gewachsen werden. Zum Beispiel kann einem Siliziumeinkristallingot, der mit dem CZ-Verfahren gewachsen ist, Kohlenstoff beigemischt werden, und zwar aufgrund von Kohlenstoff, der dem Rohmaterial Polysilizium beigemischt ist, CO-Gas, das während des Wachstums erzeugt wird, und dergleichen. Es ist vorteilhaft, eine solche beigemischte Kohlenstoffkonzentration auszuwerten und die Herstellungsbedingungen auf der Basis des Auswertungsergebnisses zu bestimmen, um einen Siliziumeinkristallingot herzustellen, in dem die Kohlenstoffbeimischung unterdrückt wird. Für einen solchen Zweck ist das obige Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung als Verfahren zur Auswertung der beigemischten Kohlenstoffkonzentration geeignet.
Die obige Beschreibung in Bezug auf die Siliziumprobe, die in dem obigen Verfahren zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration ausgewertet werden soll, kann für Details wie die Form der Siliziumprobe, die aus dem Siliziumeinkristallingot ausgeschnitten werden soll, herangezogen werden. Die Anzahl der Siliziumproben, die der Auswertung der Kohlenstoffkonzentration unterzogen werden, beträgt mindestens eine und kann zwei oder mehr betragen. Wenn die Kohlenstoffkonzentration von zwei oder mehr Siliziumproben bestimmt wird, kann z. B. der Durchschnittswert, der Maximalwert usw. der ermittelten Kohlenstoffkonzentration zur Bestimmung der Produktionsbedingungen des Siliziumeinkristallingots verwendet werden. Wenn beispielsweise die erhaltene Kohlenstoffkonzentration auf einem vorbestimmten akzeptablen Level liegt, kann ein Siliziumeinkristallingot mit geringer Kohlenstoffkontamination hergestellt werden, indem ein Siliziumeinkristallingot unter den Herstellungsbedingungen gewachsen wird, die beim Wachsen des Siliziumeinkristallingots verwendet werden, der durch Ausschneiden der Siliziumprobe erhalten wird, für die die Kohlenstoffkonzentration ausgewertet wurde. Wenn die erhaltene Kohlenstoffkonzentration das akzeptable Level übersteigt, kann ein Siliziumeinkristallingot mit geringer Kohlenstoffkontamination hergestellt werden, indem ein Siliziumeinkristallingot unter den Herstellungsbedingungen gewachsen wird, die durch die Annahme eines Mittels zur Reduzierung der Kohlenstoffkonzentration bestimmt wurden. Als Mittel zur Reduzierung der Kohlenstoffkontamination können zum Beispiel eines oder mehrere der folgenden Mittel (1) bis (3) in dem CZ-Verfahren eingesetzt werden. Des Weiteren können zum Beispiel eines oder mehrere der folgenden Mittel (4) bis (6) im FZ-Verfahren eingesetzt werden.

(1) Verwenden Sie ein hochwertiges Produkt mit weniger Kohlenstoffbeimischung als Rohmaterial Polysilizium.
(2) Einstellen, falls erforderlich, der Ziehgeschwindigkeit und/oder der Argon (Ar)-Gasdurchflussrate während des Kristallziehens, um die CO-Auflösung in einer Polysiliziumschmelze zu unterdrücken.
(3) Ändern der Konstruktion eines in einer Zugvorrichtung enthaltenen Kohlenstoffelements, Ändern einer Montageposition usw.
(4) Verwenden eines hochwertigen Produkts mit weniger Kohlenstoffbeimischung als ein Silizium-Rohmaterial.
(5) Unterdrücken der Aufnahme von Kohlenstoff aus dem atmosphärischen Gas durch Erhöhen der Durchflussrate des in eine Einkristallherstellungsvorrichtung eingeführten Gases.
(6) Ersetzen von Elementen aus kohlenstoffhaltigen Materialien, die in einer Einkristallherstellungsvorrichtung enthalten sind, Ändern der Konstruktion von Elementen, Ändern der Montageposition usw.

Somit ist es gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung möglich, einen Siliziumeinkristallingot und einen Siliziumwafer mit einer niedrigen Kohlenstoffkonzentration bereitzustellen.
BEISPIELE
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in den Beispielen gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Die folgenden Behandlungen und Operationen wurden in einer Luftatmosphäre bei Raumtemperatur durchgeführt, sofern nicht anders angegeben.
Wachstum eines Siliziumeinkristallingots durch CZ-Verfahren
Ein Siliziumeinkristallingot (n-Typ Silizium) wurde unter Verwendung einer Siliziumeinkristallziehvorrichtung mit der in 1 gezeigten Konfiguration gewachsen.
Die Details der in 1 gezeigten Siliziumeinkristallziehvorrichtung werden im Folgenden beschrieben.
Eine in 1 gezeigte Siliziumeinkristallziehvorrichtung 10 umfasst eine Kammer 11, eine rotierende Stützwelle 12, die vertikal durch die Mitte des Bodens der Kammer 11 bereitgestellt wird, einen Graphit-Suszeptor 13, der am oberen Ende der rotierenden Stützwelle 12 befestigt ist, einen Quarz-Tiegel 14, der in dem Graphit-Suszeptor 13 untergebracht ist, einen Heizer 15, der um den Graphit-Suszeptor 13 herum bereitgestellt ist, einen Stützwellenantriebsmechanismus 16 zum Anheben, Absenken und Rotieren der rotierenden Stützwelle 12, ein Keimfutter 17, das einen Keimkristall hält, einen Ziehdraht 18, an dem das Keimfutter 17 aufgehängt ist, einen Drahtwickelmechanismus 19 zum Aufwickeln des Ziehdrahtes 18, ein Hitzeschildelement 22, um zu verhindern, dass ein Siliziumeinkristallingot 20 durch Strahlungswärme von dem Heizer 15 und dem Quarztiegel 14 erwärmt wird, und um Temperaturschwankungen einer Siliziumschmelze 21 zu unterdrücken, und eine Steuereinrichtung 23 zum Steuern jeder Komponente.
Im oberen Teil der Kammer 11 ist eine Gaseinleitungsöffnung 24 zum Einleiten von Ar-Gas in die Kammer 11 bereitgestellt. Ar-Gas wird von der Gaseinleitungsöffnung 24 durch eine Gasleitung 25 in die Kammer 11 eingeleitet, und die Menge des eingeleiteten Gases wird durch ein Leitfähigkeitsventil 26 gesteuert.
Am Boden der Kammer 11 ist eine Gasauslassöffnung 27 zum Ablassen des Ar-Gases in der Kammer 11 bereitgestellt. Das Ar-Gas in der geschlossenen Kammer 11 wird von der Gasauslassöffnung 27 über die Abgasleitung 28 nach außen abgeleitet. In der Mitte der Abgasleitung 28 sind ein Leitungsventil 29 und eine Vakuumpumpe 30 installiert. Die Vakuumpumpe 30 saugt das Ar-Gas in der Kammer 11 an und das Leitungsventil 29 steuert die Durchflussmenge des Gases, wodurch ein druckloser Zustand in der Kammer 11 aufrechterhalten wird.
Ferner ist an der Außenseite der Kammer 11 eine Magnetfeldversorgungsvorrichtung 31 zum Anlegen eines Magnetfeldes an die Siliziumschmelze 21 bereitgestellt. Das von der Magnetfeldversorgungseinrichtung 31 gelieferte Magnetfeld kann ein horizontales Magnetfeld oder ein Höckermagnetfeld sein.
Ausschneiden einer Siliziumprobe
Eine waferförmige Probe wurde aus dem in der oben genannten 1 gewachsenen Siliziumeinkristallingot herausgeschnitten, und die herausgeschnittene Probe wurde durch Bearbeitung wie Spiegelpolieren zu einem Siliziumwafer bearbeitet. Der spezifische Widerstand betrug 10 Ω cm bis 13 Ω cm. Aus diesem Siliziumwafer wurden eine Siliziumprobe für die SIMS-Messung, eine Siliziumprobe für die Messung der Sauerstoffkonzentration und eine Vielzahl von Siliziumproben für die DLTS-Messung gewonnen.
Kohlenstoffkonzentrationsmessung mittels SIMS-Verfahren und Sauerstoffkonzentrationsmessung mittels FT-IR-Verfahren
Wenn die Kohlenstoffkonzentration der Siliziumprobe für die SIMS-Messung mit dem SIMS-Verfahren (Rasterwechselverfahren) ausgewertet wurde, betrug die erhaltene Kohlenstoffkonzentration 2,40×10¹⁴ Atme/cm³.
Die mit dem FT-IR-Verfahren ermittelte Sauerstoffkonzentration der Siliziumprobe zur Messung der Sauerstoffkonzentration lag im Bereich von 2,0×10¹⁷ bis 12,0×10¹⁷ Atome/cm³.
Messung mittels DLTS-Verfahren
In den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 4 wurden die folgenden Behandlungen (A), (B), (C) und (D) nacheinander an der Siliziumprobe für die DLTS-Messung durchgeführt. In Vergleichsbeispiel 1 wurden die folgenden Behandlungen (A) bis (C) nacheinander an der Siliziumprobe für die DLTS-Messung durchgeführt, und die Behandlung (D) wurde nicht durchgeführt.
Durch die folgende Behandlung (A) wurden Wasserstoffatome in die Siliziumprobe für die DLTS-Messung eingebracht (Nassbehandlung). Eine Diode wurde hergestellt, indem auf einer Oberfläche der Siliziumprobe durch die Behandlung (B) ein Schottky-Übergang und auf der anderen Oberfläche durch die Behandlung (C) eine ohmsche Schicht (Ga-Schicht) gebildet wurde. In den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 4 wurden die hergestellten Dioden für 60 min auf eine auf eine vorgegebene Solltemperatur eingestellte Heizplatte gelegt und der Wärmebehandlung (D) unterzogen. Die Siliziumproben für die DLTS-Messung wurden bei unterschiedlichen Wärmetemperaturen der Wärmebehandlung (D) unterzogen. Die Wärmebehandlung (D) wurde innerhalb von 18 Stunden nach der Behandlung (A) durchgeführt. In Vergleichsbeispiel 1 wurden die Behandlungen (A) bis (C) nacheinander durchgeführt, ohne die Behandlung (D) durchzuführen.

(A) Eintauchen in Fluorsalpetersäure (eine gemischte Lösung aus Salpetersäure mit einer HNO₃ -Konzentration von 69 Massenprozent (Salpetersäure wässrige Lösung) und Flusssäure mit einer HF-Konzentration von 50 Massenprozent (Flusssäure wässrige Lösung)) für 5 min, und dann Waschen mit Wasser für 10 min.
(B) Herstellung einer Schottky-Elektrode (Au-Elektrode) durch Vakuumabscheidung.
(C) Bildung einer rückseitigen ohmschen Schicht durch Gallium-Reiben.
(D) Platzierung auf einer Heizplatte (Wärmebehandlung).

Eine Sperrspannung, die eine Verarmungsschicht mit einer Breite von 6 µm in einem Bereich mit einer Tiefe von 2 µm von der Oberfläche der Siliziumprobe bildet, und eine Impulsspannung zum Einfangen von Ladungsträgern in der Verarmungsschicht wurden abwechselnd und periodisch an den Schottky-Übergang der Diode nach der Behandlung (D) in den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 4 und an den Schottky-Übergang der Diode nach der Behandlung (C) in Vergleichsbeispiel 1 angelegt. Das Einschwingverhalten der als Reaktion auf die Spannungen erzeugten Diodenkapazität wurde gemessen.
Das Spannungsanlegen und die Kapazitätsmessung wurden durchgeführt, während die Probentemperatur innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs gesweept wurde. Die DLTS-Signalintensität Δ C wurde gegen die Temperatur aufgetragen, um das DLTS-Spektrum zu erhalten. Die Messfrequenz betrug 250 Hz.

Das erhaltene DLTS-Spektrum wurde einer Fitting-Verarbeitung (True shape fitting processing) mit einem Programm der Firma SEMILAB INC. unterzogen und in DLTS-Spektren am Traplevel (Peakposition: Temperatur 101 K) von Ec-0,15 eV zerlegt. Die Trapleveldichte wurde aus der DLTS-Signalintensität an dieser Peakposition durch einen bekannten relationalen Ausdruck bestimmt. Tabelle 1 zeigt die erhaltenen Trapleveldichten für jede Wärmebehandlung. [Tabelle 1]

	Wärmetemperatur	Trapleveldichte (/cm³)
Vergleichsbeispiel 1	Keine Wärmebehandlung	1.10 × 10⁹
Beispiel 1	35°C	1.78 × 10⁹
Beispiel 2	50°C	2.51 × 10⁹
Beispiel 3	80°C	1.19 × 10⁹
Vergleichsbeispiel 2	100°C	(Kein Peak detektiert)
Vergleichsbeispiel 3	150°C	(Kein Peak detektiert)
Vergleichsbeispiel 4	200°C	(Kein Peak detektiert)

Die in den Beispielen 1 bis 3 erhaltene Trapleveldichte überstieg den Wert der Trapleveldichte Nt im Vergleichsbeispiel 1, in dem die Wärmebehandlung mit dem Wärmemittel nicht durchgeführt wurde.
Unterdessen kann, da kein Peak in den Vergleichsbeispielen 2 bis 4 detektiert wurde, in denen die Wärmebehandlung bei einer Wärmetemperatur von mehr als 80°C unter Verwendung der Wärmemittel durchgeführt wurde, bestätigt werden, dass das Traplevel aufgrund der in den Vergleichsbeispielen 2 bis 4 durchgeführten Wärmebehandlung verschwunden ist.
Aus den obigen Ergebnissen kann bestätigt werden, dass die Trapleveldichte durch die in den Beispielen 1 bis 3 durchgeführte Wärmebehandlung erhöht werden konnte. Wenn die Trapleveldichte erhöht werden kann, kann die Kohlenstoffkonzentration mit höherer Empfindlichkeit ausgewertet werden.
Ein Beispiel für die Auswertung der Kohlenstoffkonzentration wird nachfolgend beschrieben.
Bei dem CZ-Verfahren wird beispielsweise eine Vielzahl von Siliziumeinkristallingots mit unterschiedlichen Kohlenstoffkonzentrationen hergestellt, indem eine oder mehrere Herstellungsbedingungen geändert werden, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus der Qualität des Rohmaterials Polysilizium, der Ziehvorrichtung und den Wachstumsbedingungen besteht. Die aus jedem Siliziumeinkristallingot herausgeschnittenen Siliziumproben werden den gleichen Behandlungen (A) bis (D) und DLTS-Messungen wie in den obigen Beispielen unterzogen, und die DLTS-Signalintensität an der Peakposition wird für ein oder mehrere Traplevels, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ec-0,10 eV, Ec-0,13 eV und Ec-0,15 eV, bestimmt. Die Kohlenstoffkonzentration der Siliziumprobe kann durch das relative Auswertungskriterium ausgewertet werden, das bestimmt, dass die Kohlenstoffkonzentration umso höher ist, je größer der so erhaltene DLTS-Signalintensitätswert ist.
Alternativ werden z. B. die gleichen Behandlungen (A) bis (D) und die DLTS-Messung wie in den obigen Beispielen an einer Vielzahl von Siliziumproben mit unterschiedlichen Kohlenstoffkonzentrationen durchgeführt. Eine Kalibrierkurve kann erstellt werden, indem die so erhaltene Trapleveldichte gegen die Kohlenstoffkonzentration aufgetragen wird, die durch das SIMS-Verfahren für die Siliziumproben erhalten wurde, die aus demselben Siliziumeinkristallingot wie jede der Vielzahl von Siliziumproben mit unterschiedlichen Kohlenstoffkonzentrationen herausgeschnitten wurden. Die so erzeugte Kalibrierkurve kann zur Auswertung der Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe mit unbekannter Kohlenstoffkonzentration verwendet werden.
In den obigen Beispielen wurde das Traplevel von Ec-0,15 eV als Traplevel bei der Auswertung der Kohlenstoffkonzentration verwendet, aber wie in PTL 1 (Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2017-191800 ) beschrieben, können auch die Traplevel von Ec-0,10 eV und Ec-0,13 eV für die Kohlenstoffkonzentrationsauswertung verwendet werden.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Die vorliegende Erfindung ist nützlich auf dem technischen Gebiet der Siliziumeinkristallingots und Siliziumwafer.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017191800 [0003, 0026, 0036, 0069]

Claims

Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe, umfassend: Einbringen von Wasserstoffatomen in eine auszuwertende Siliziumprobe; Auswerten der auszuwertenden Siliziumprobe, in die die Wasserstoffatome eingebracht wurden, durch ein Auswertungsverfahren, das ein Traplevel in einer Bandlücke von Silizium auswertet; und Auswerten einer Kohlenstoffkonzentration der auszuwertenden Siliziumprobe auf der Basis eines Auswertungsergebnisses, das sich auf eine Dichte mindestens eines Traplevels bezieht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ec-0,10 eV, Ec-0,13 eV und Ec-0,15 eV besteht, aus den bei der Auswertung erhaltenen Auswertungsergebnissen, und ferner umfassend: Durchführen einer Wärmebehandlung des Erwärmens der auszuwertenden Siliziumprobe auf eine Wärmetemperatur innerhalb eines Bereichs von 35°C bis 80°C unter Verwendung eines Wärmemittels zwischen der Einbringung der Wasserstoffatome und der Auswertung.
Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe nach Anspruch 1, wobei die Auswertung der auszuwertenden Siliziumprobe, in die die Wasserstoffatome eingebracht wurden, ohne Durchführung einer Elektronenstrahlbestrahlungsbehandlung durchgeführt wird.
Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswertung der Kohlenstoffkonzentration der auszuwertenden Siliziumprobe auf der Basis des Auswertungsergebnisses, das sich auf eine Dichte eines Traplevels von Ec-0,15 eV bezieht, aus den bei der Auswertung erhaltenen Auswertungsergebnissen durchgeführt wird.
Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einbringung von Wasserstoffatomen durch Eintauchen der auszuwertenden Siliziumprobe in eine Lösung durchgeführt wird.
Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Lösung eine Lösung ist, die HF umfasst.
Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Auswertungsverfahren ein DLTS-Verfahren ist.
Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe nach Anspruch 6, wobei eine Diode durch Bilden eines Halbleiterübergangs und einer ohmschen Schicht auf der auszuwertenden Siliziumprobe, in die die Wasserstoffatome eingebracht wurden, vor der Auswertung durch das DLTS-Verfahren hergestellt wird, und die hergestellte Diode der Auswertung nach dem DLTS-Verfahren unterzogen wird.
Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe nach Anspruch 7, wobei die Wärmebehandlung vor oder nach der Herstellung der Diode durchgeführt wird.
Verfahren zur Auswertung einer Kohlenstoffkonzentration einer Siliziumprobe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wärmebehandlung innerhalb von 18 Stunden nach der Einbringung der Wasserstoffatome durchgeführt wird.
Verfahren zur Auswertung eines Siliziumwaferherstellungsprozesses, umfassend: Auswerten einer Kohlenstoffkonzentration eines Siliziumwafers, der in einem auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozess hergestellt wurde, durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und Auswerten eines Grades der Kohlenstoffkontamination im auszuwertenden Siliziumwaferherstellungsprozess, auf der Basis eines Ergebnisses der Auswertung.
Verfahren zur Herstellung eines Siliziumwafers, umfassend: Auswerten eines Siliziumwaferherstellungsprozesses durch das Auswertungsverfahren nach Anspruch 10; und Herstellen eines Siliziumwafers in dem Siliziumwaferherstellungsprozess, für den als Ergebnis der Auswertung ein Grad an Kohlenstoffkontamination auf einem akzeptablen Level bestimmt wurde, oder Herstellen eines Siliziumwafers nach dem Durchführen einer Behandlung zur Reduzierung der Kohlenstoffkontamination in dem Siliziumwaferherstellungsprozess, für den als Ergebnis der Auswertung ein Grad an Kohlenstoffkontamination bestimmt wurde, der höher als das akzeptable Level ist.
Verfahren zur Herstellung eines Siliziumeinkristallingots, umfassend: Wachsen eines Siliziumeinkristallingots; Auswerten einer Kohlenstoffkonzentration einer aus dem Siliziumeinkristallingot herausgeschnittenen Siliziumprobe nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9; Bestimmen einer Herstellungsbedingung für einen Siliziumeinkristallingot auf der Basis eines Ergebnisses der Auswertung; und Wachsen des Siliziumeinkristallingots unter den bestimmten Herstellungsbedingungen.