JP2001139395A - シリコン単結晶、エピタキシャルウェ−ハ、シリコン単結晶中の窒素量の測定方法、ｅｓｒ法に使用される試料管ユニット及びｅｓｒスペクトルの測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン単結晶とエピタキシャルウェ−ハの
品質を保証するために行われる高感度の電子スピン共鳴
スペクトルの測定に使用される試料管ユニットを提供す
ること。 【解決手段】 ＥＳＲ測定装置を構成する空洞共振器内
に固定するのに適した形状を有する固定部、先端部に試
料を取り付けた状態で固定部内に挿入され、かつ固定部
内の試料を固定部外から移動操作するための操作部２
ａ、及び操作部２ａの固定部内における移動中も固定部
内を常に密閉した状態に維持するための密閉部３ａを含
んで試料管ユニットを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の集積回路
素子の形成に使用されるウェ−ハの作製に用いられ、エ
ピタキシャルウェ−ハの形成に適したシリコン単結晶、
そのシリコン単結晶から作製されるエピタキシャルウェ
−ハ、シリコン単結晶中の窒素量の測定方法、シリコン
単結晶とエピタキシャルウェ−ハの品質を保証するため
に行われる高感度の電子スピン共鳴スペクトルの測定に
使用される試料管ユニット及びその試料管ユニットを使
用した電子スピン共鳴スペクトルの測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの高集積化に伴い、ＬＳＩにとっ
ての不良要因となるウェ−ハ表面近傍に存在する結晶欠
陥、及び金属不純物は限りなくゼロに近いことがＬＳＩ
形成用基板としてのウェ−ハに要求されている。従来よ
り使用されているＣＺ（チョクラルスキ−）法で育成さ
れたシリコン単結晶から切り出されたウェ−ハは、デバ
イス製造工程における１１００〜１２００℃程度の熱処
理により、不純物酸素がウェーハ表面から外方へ拡散
し、ウェーハ表面近傍には結晶欠陥の少ないＤＺ（Denu
ded Zone）層が形成される。

【０００３】しかし、デバイス製造工程の低温化に伴
い、１０００℃以下の低温でウェーハが処理されると、
ウェーハ表面から外方への酸素の拡散が十分でなくな
り、ウェーハ表面に十分なＤＺ層が形成されないことと
なる。また、引き上げられるシリコン単結晶の低酸素化
によっては、ウェーハ表面近傍に存在する結晶欠陥の数
を十分に減少させることができず、ウェ−ハの性能をあ
まり向上させることはできない。そのため、ウェ−ハ上
に結晶欠陥をほとんど含まないシリコンのエピタキシャ
ル層を成長させた、エピタキシャルウェ−ハが開発さ
れ、ＬＳＩ形成用基板として使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】また、ＬＳＩの高集積
化に伴い、より複雑化するデバイス製造プロセスにおい
て混入してくる金属不純物の汚染の影響が大きくなって
きており、金属不純物を素子形成領域となるウェーハの
表面近傍から除外し、金属不純物を無害化する能力を有
することが現在のウェ−ハには求められている。金属不
純物は結晶格子中に存在するよりも結晶欠陥に集まる傾
向があり、この傾向を利用して素子形成領域となるウェ
ーハ表面近傍から離れたところに意図的に結晶欠陥（ゲ
ッタリングシンク）を導入し、この結晶欠陥に金属不純
物を取り込ませることにより、素子形成領域となるウェ
ーハ表面近傍から金属不純物を排除して金属不純物を無
害化することが行われている。

【０００５】ゲッタリングシンクを形成する手段には、
エクストリンシックゲッタリングとイントリンシックゲ
ッタリングの２種類があり、エクストリンシックゲッタ
リングでは、外的要因（サンドブラスト加工、研削加
工、レ−ザ−照射処理、イオン注入処理、窒化シリコン
膜、酸化シリコン膜、多結晶シリコン膜の形成など）に
より、デバイスを形成する面の裏面側にゲッタリングシ
ンクを導入し、イントリンシックゲッタリングでは、酸
素を含むウェ−ハに低温と高温の熱処理を繰り返し施
し、ウェ−ハ内部に酸素起因のゲッタリングシンクを導
入している。

【０００６】エクストリンシックゲッタリングでは、工
程の増加によるコストアップ、パ−ティクルの発生、ウ
ェ−ハの反りの発生などの問題があり、一方、イントリ
ンシックゲッタリングでは、ある程度の酸素の存在と熱
処理とが必要であり、デバイス形成にとって有害な酸素
起因の結晶欠陥が、素子形成領域となるウェーハ表面近
傍から離れたところのみならず、素子形成領域となるウ
ェーハ表面近傍にも同時に生じてしまうという問題があ
った。また、熱処理によるゲッタリングシンクの形成
は、工程増加によるコストアップをも招く。

【０００７】他方、エピタキシャルウェ−ハの場合、１
０５０〜１２００℃程度でのエピタキシャル層形成工程
の実施に伴い、エピタキシャル成長をさせる元のウェー
ハの酸素析出物が縮小、消滅してしまい、効果的なゲッ
タリングシンクの形成が困難になるといった課題があっ
た。

【０００８】また、従来、ＣＺ法において単結晶に窒素
をド−プする効果としては、結晶を強化すること（特公
平７−７６１５１号公報）、熱応力に伴う転位の発生や
転位の運動を抑制すること（特開昭６０−２５１１９０
号公報）、ウェ−ハに発生するエッチピットの発生を抑
制し、デバイスの酸化膜耐圧の低下を防止すること（特
開平５−２９４７８０号公報）などが知られていた。し
かし、ゲッタリングに対する効果や酸化誘起積層欠陥
（ＯＳＦ）リングの形状に及ぼす効果については、これ
までよくわかっていなかった。

【０００９】また、ＣＺ法による単結晶育成時に窒素を
ド−プしたシリコン単結晶や、その単結晶から切り出さ
れたウェ−ハ中の安定的な窒素起因欠陥の数は、酸素や
その他の不純物量、あるいは単結晶の育成条件による影
響を受け、しかも従来技術では直接的に定量することは
できなかった。そのため、熱酸化処理でウェ−ハ表面に
発生するＯＳＦや１１００℃以上の熱処理で観察される
欠陥の数が、窒素ド−プの効果を間接的に定量する唯一
の指標となっていた。

【００１０】シリコン単結晶中の窒素量は、二次イオン
質量分析（ＳＩＭＳ）法では３×１０¹⁴［atoms/cm
³ ］、中性子放射化分析（ＣＰＡＡ）法では１×１０¹⁴
［atoms/cm³ ］までしか直接的には定量することができ
ない。また、赤外吸収法によれば、Ｎ−Ｎ結合に起因す
る９６３ｃｍ^-1ピ−クによって、窒素を３×１０¹⁴［at
oms/cm³ ］までは定量することができるが、ＣＺシリコ
ン単結晶中ではド−プされた窒素の大部分は酸素と結合
して赤外不活性な窒素−酸素結合欠陥（ＮＯ欠陥）を形
成しており、Ｎ−Ｎ結合に起因する９６３ｃｍ^-1ピ−ク
によってはＣＺシリコン単結晶にド−プされた窒素を有
効に定量することはできなかった。

【００１１】他方、ＣＺシリコン単結晶中のＮＯ欠陥は
不対電子を１個持つため、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法
で検出できる不対電子数によって、ＮＯ欠陥濃度を定量
することができる。不対電子とは、通常、電子が２個入
っている原子または分子軌道に１個だけ入っている電子
のことであり、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）とは、不対電
子のエネルギ−準位が磁場中でゼ−マン効果によって分
裂し、この不対電子がエネルギ−準位の分裂幅と同じエ
ネルギ−の電磁波を吸収する現象のことをいう。ＥＳＲ
法では、磁場に対するＥＳＲ信号の変化をＥＳＲスペク
トルとして測定することにより、信号強度からは不対電
子の数、信号位置を表すｇ値からは不対電子の存在する
状態（種類、構造など）についての情報が得られる。不
対電子数を定量する標準試料としては、Ｐをド−パント
とし、濃度がわかっているｎ型シリコンを使用する。シ
リコン中Ｐ原子は不対電子を１個持つので、Ｐ原子数が
そのまま不対電子数に相当する。試料中の不対電子数
は、試料と標準試料を同じ条件下で測定し、試料中のＥ
ＳＲスペクトル強度と標準試料中のＰ原子によるＥＳＲ
スペクトル強度とを比較することにより定量する。

【００１２】また、ＥＳＲスペクトルの測定では、通
常、試料を入れた試料管を空洞共振器に挿入、固定して
測定するため、試料のＥＳＲスペクトルは装置と試料管
とのバックグランド信号と重なって測定される。試料の
ＥＳＲスペクトルに比して、バックグランド信号が無視
できるほど小さければ問題はないが、試料中の不対電子
数が少なくなるほど、バックグランド信号の影響を無視
できなくなる。

【００１３】また、ＣＺシリコン単結晶中のＮＯ欠陥
は、シリコン単結晶の［１１０］方位と平行に磁場をか
けて測定したＥＳＲスペクトルにおいて、ｇ値が１．９
９９±０．００１のＥＳＲスペクトルを示す不対電子を
持つと考えられており、装置構成部材である石英中の酸
素空乏欠陥（ｇ＝２．０００６、１０¹³）や、シリコン
単結晶の表面ダングリングボンド（ｇ＝２．００４、１
０¹⁴）のＥＳＲスペクトルと非常に近接している。

【００１４】これらの事情を考慮し、従来は、試料管自
体のバックグランド信号が小さい石英試料管だけのＥＳ
Ｒスペクトルをまず測定し、バックグランド信号の有無
を確認後、装置から試料管を取り出し、この試料管に試
料を入れて、再度装置に入れて、試料のＥＳＲスペクト
ルを測定していた（例えば、大矢博昭、山内淳著「電子
スピン共鳴」ｐ．３７，１９９３ 講談社サイエンティ
フィク）。

【００１５】しかしながら、特に液体Ｈｅ温度付近で行
うシリコン単結晶のＥＳＲスペクトルの測定において
は、試料管出し入れ時における空洞共振器内部及び試料
管自体の温度変化に伴うバックグランド信号の変動に起
因して空洞共振器内部と試料管のバックグランド信号を
精度良く排除することが困難であったため、従来のＥＳ
Ｒスペクトルの測定法においては、１０¹⁴［atoms/cm
³ ］以下のＮＯ欠陥を定量することができなかった。

【００１６】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、十分なゲッタリング能力を有するエピタキシャル
ウェ−ハの作製に適したシリコン単結晶、高集積化ＬＳ
Ｉの形成に適した十分なゲッタリング能力を有するエピ
タキシャルウェ−ハ、シリコン単結晶中の窒素量の測定
方法、シリコン単結晶とエピタキシャルウェ−ハの品質
を保証するために行われる高感度の電子スピン共鳴スペ
クトルの測定に使用される試料管ユニット及びその試料
管ユニットを使用した電子スピン共鳴スペクトルの測定
方法を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記した目
的を達成するために、本発明に係るシリコン単結晶
（１）は、ｇ＝１．９９９±０．００１の電子スピン共
鳴（ＥＳＲ）スペクトルを示す不対電子を１０¹²〜１０
¹⁴［個／ｃｍ³ ］の範囲で含んでいることを特徴として
いる。

【００１８】酸素に起因したゲッタリングシンクに、酸
化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）がある。これはデバイス製造
プロセスにおける高温酸化処理の際、酸化膜の下地結晶
に発生する積層欠陥であり、その発生量はシリコン結晶
中に存在する酸素量と正の相関関係が成立している。ま
た、ＣＺ法によって製造されたシリコン単結晶から切り
出されたウェ−ハに１０００〜１２００℃で熱酸化処理
を施すと、単結晶の引き上げ軸を中心とするリング状の
ＯＳＦ（ＯＳＦリング）が発生することがある。

【００１９】本発明者らは、このＯＳＦリングを含むウ
ェーハの上にシリコンのエピタキシャル層を形成する
と、リング領域の酸素析出物は消失せずに、エピタキシ
ャル層形成工程後のデバイス製造工程においても、効果
的なゲッタリングサイトとなることを突き止めた。ま
た、本発明者らは、このＯＳＦリングの幅が、ＣＺ法に
おける単結晶育成時の窒素ド−プにより、拡大すること
を確認した。すなわち、ｇ＝１．９９９±０．００１の
ＥＳＲスペクトルを示す不対電子はＮＯ欠陥に起因した
酸素析出物を示しており、本発明者らは、ＣＺ法におけ
る単結晶育成時に窒素を１０¹³［atoms/cm³ ］以上ド−
プすると、ゲッタリングに有効なＯＳＦの核となるＮＯ
欠陥に起因した酸素析出物（ゲッタリングシンク）を単
結晶全体に均一的に分散させることができ、その単結晶
から切り出されたウェ−ハ表面にシリコンエピタキシャ
ル層を形成したエピタキシャルウェ−ハは、ウェーハ表
面における欠陥数が極めて少なく、かつデバイス製造工
程における効果的なゲッタリング作用を備えていること
を突き止め、本発明を完成させた。

【００２０】上記シリコン単結晶（１）によれば、窒素
をド−プした効果により、ｇ＝１．９９９±０．００１
のＥＳＲスペクトルを示す不対電子を１０¹²〜１０
¹⁴［個／ｃｍ³ ］の範囲で含んでおり、金属不純物のゲ
ッタリングに有効なＯＳＦの核となる酸素析出物が単結
晶全体に均一的に分散しており、その単結晶から切り出
されたウェ−ハ表面にシリコンエピタキシャル層が形成
されたエピタキシャルウェ−ハは、ウェーハ表面におけ
る欠陥数が極めて少なく、しかもデバイス製造工程時に
おいては大きなゲッタリング作用を発揮するものとな
る。

【００２１】また、本発明に係るエピタキシャルウェ−
ハ（１）は、ｇ＝１．９９９±０．００１のＥＳＲスペ
クトルを示す不対電子を１０¹²〜１０¹⁴［個／ｃｍ³ ］
の範囲で含んでいるシリコン単結晶から切り出されたウ
ェ−ハ表面に、エピタキシャル層が形成されてなること
を特徴としている。

【００２２】上記エピタキシャルウェ−ハ（１）によれ
ば、ウェーハ表面における欠陥数が極めて少なく、しか
もデバイス製造工程時において種々の熱処理が施されて
も大きなゲッタリング作用を維持しているＬＳＩ形成用
基板として優れたエピタキシャルウェ−ハを得ることが
できる。

【００２３】また上記エピタキシャルウェ−ハ（１）を
用いて半導体装置を製造すれば、半導体装置の製造プロ
セスにおいて混入してくる金属不純物等が、大きなゲッ
タリング作用を維持している前記エピタキシャルウェ−
ハのゲッタリングシンクに捕獲吸収され、素子形成領域
から排除される。従って、酸化膜耐圧特性等に優れた信
頼性の高い半導体装置を提供することができる。

【００２４】また、本発明に係るシリコン単結晶中の窒
素量の測定方法（１）は、シリコン単結晶中のＮＯ欠陥
濃度をＥＳＲ法により測定し、酸素濃度を赤外吸収法に
より測定し、作成しておいた検量線をもとにシリコン単
結晶中に含まれる窒素量を求めることを特徴としてい
る。

【００２５】シリコン単結晶中のＮＯ欠陥濃度はＥＳＲ
法におけるＥＳＲ信号強度から本発明に係る方法によれ
ば正確に求めることができる。また、シリコン単結晶中
の酸素濃度は上記赤外吸収法により正確に測定すること
ができる。従って、あらかじめ、シリコン単結晶中に含
まれる窒素量と、酸素量と、ＮＯ欠陥濃度との関係を求
めておき、シリコン単結晶中に含まれる窒素量に関する
検量線を作成しておけば、この後は、シリコン単結晶中
のＮＯ欠陥濃度をＥＳＲ法により測定し、酸素濃度を赤
外吸収法により測定することにより、各シリコン単結晶
中に含まれる窒素量を正確に求めることができる。

【００２６】また、本発明に係るＥＳＲスペクトルの測
定に使用される試料管ユニット（１）は、ＥＳＲ測定装
置を構成する空洞共振器内に固定するのに適した形状を
有する固定部、先端部に試料を取り付けた状態で前記固
定部内に挿入され、かつ前記固定部内の前記試料を前記
固定部外から移動操作するための操作部、及び該操作部
の前記固定部内における移動中も前記固定部内を常に密
閉した状態に維持するための密閉部を含んで構成されて
いることを特徴としている。

【００２７】上記試料管ユニット（１）を使用してＥＳ
Ｒスペクトルを測定すれば、ＥＳＲ測定装置の空洞共振
器内に前記固定部を挿入し固定したまま、試料のみを空
洞共振器から取り出してＥＳＲスペクトルを測定するこ
とができ、空洞共振器内部や試料管としての前記固定部
の温度変動を伴わずに、バックグランド信号を精度良く
排除して高感度のＥＳＲスペクトルを測定することが可
能となる。

【００２８】また、本発明に係るＥＳＲスペクトルの測
定に使用される試料管ユニット（２）は、上記試料管ユ
ニット（１）において、前記固定部及び／又は操作部が
弗素樹脂製であることを特徴としている。上記試料管ユ
ニット（２）を使用してＥＳＲスペクトルを測定すれ
ば、バックグランド信号を精度良く排除して高感度のＥ
ＳＲスペクトルを測定することが可能となる。

【００２９】また、本発明に係るＥＳＲスペクトルの測
定に使用される試料管ユニット（３）は、上記試料管ユ
ニット（１）において、前記密閉部がパラフィン箔から
なることを特徴としている。上記試料管ユニット（３）
によれば、前記操作部を前記固定部に挿入した状態で、
該固定部内の密閉状態を維持して前記操作部を移動させ
ることができる。

【００３０】また、本発明に係るＥＳＲスペクトルの測
定に使用される試料管ユニット（４）は、上記試料管ユ
ニット（１）において、前記密閉部がテ−パ−状の密栓
から構成されていることを特徴としている。上記試料管
ユニット（４）によれば、前記テ−パ−状の密栓によ
り、前記固定部内の密閉状態を容易に維持することがで
きる。

【００３１】また、本発明に係るＥＳＲスペクトルの測
定に使用される試料管ユニット（５）は、上記試料管ユ
ニット（１）において、前記密閉部がキャップ状の密栓
から構成されていることを特徴としている。上記試料管
ユニット（５）によれば、前記キャップ状の密栓によ
り、前記固定部内の密閉状態を容易に維持することがで
きる。

【００３２】また、本発明に係るＥＳＲスペクトルの測
定に使用される試料管ユニット（６）は、上記試料管ユ
ニット（１）において、前記密閉部にＯリングが使用さ
れていることを特徴としている。上記試料管ユニット
（６）によれば、前記密閉部を構成する前記Ｏリングに
より、前記固定部内の密閉状態をより確実に維持するこ
とができる。

【００３３】また、本発明に係るＥＳＲスペクトルの測
定に使用される試料管ユニット（７）は、上記試料管ユ
ニット（１）において、前記操作部と前記密閉部とが螺
合により密閉状態に維持されるようになっていることを
特徴としている。上記試料管ユニット（７）によれば、
前記操作部と前記密閉部との螺合により、前記固定部内
の密閉状態をより確実に維持することができる。

【００３４】また、本発明に係る電子スピン共鳴スペク
トルの測定方法（１）は、上記試料管ユニット（１）〜
（７）のいずれかを使用し、前記固定部が挿入される空
洞共振器を備えたＥＳＲ測定装置を使用したＥＳＲスペ
クトルの測定方法において、前記操作部の先端部に試料
を固定し、該試料が固定された前記操作部を前記固定部
に挿入し、前記空洞共振器内に前記固定部を固定した後
ＥＳＲスペクトルを測定する工程、前記固定部内の密閉
状態を維持したまま、また前記固定部を前記空洞共振器
内に挿入・固定したままで、前記操作部を前記固定部に
沿って引き上げることにより、前記試料を前記空洞共振
器外へ取り出した後、バックグランドのＥＳＲスペクト
ルを測定する工程、上記両工程において求めたスペクト
ルの差から、前記試料のみのＥＳＲスペクトルを得る工
程、を含むことを特徴としている。

【００３５】上記電子スピン共鳴スペクトルの測定方法
（１）によれば、ＥＳＲ測定装置の空洞共振器内に前記
固定部を挿入し固定したまま、試料のみを空洞共振器か
ら取り出してＥＳＲスペクトルを測定するので、空洞共
振器内部や試料管としての前記固定部の温度変動を伴わ
ずに、バックグランド信号を精度良く排除して高感度の
ＥＳＲスペクトルを測定することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
半導体の集積回路素子の形成に使用されるウェ−ハの作
製に用いられ、エピタキシャルウェ−ハの形成に適した
十分なゲッタリング能力を有するシリコン単結晶、その
シリコン単結晶から作製されるエピタキシャルウェ−
ハ、これらエピタキシャルウェ−ハを使用して作製され
た信頼性の高い半導体装置、シリコン単結晶中の窒素量
の測定方法、シリコン単結晶中のゲッタリングシンクの
定量方法、シリコン単結晶とエピタキシャルウェ−ハの
品質を保証するために行われる高感度の電子スピン共鳴
スペクトルの測定に使用される試料管ユニット及びその
試料管ユニットを使用した高感度のＥＳＲスペクトルの
測定方法を図面に基づいて説明する。

【００３７】酸素に起因したゲッタリングシンクに、酸
化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）がある。これはデバイス製造
プロセスにおける高温酸化処理の際、酸化膜の下地結晶
に発生する積層欠陥であり、その発生量はシリコン結晶
中に存在する酸素量と正の相関関係が成立している。

【００３８】また、ＣＺ法によって製造されたシリコン
単結晶から切り出されたウェ−ハに１０００〜１２００
℃で熱酸化処理を施すと、単結晶の引き上げ軸を中心と
するリング状のＯＳＦ（ＯＳＦリング）が発生すること
がある。

【００３９】本発明者らは、このＯＳＦリングを含むウ
ェーハの上にシリコンのエピタキシャル層を形成する
と、リング領域の酸素析出物は消失せずに、エピタキシ
ャル層形成工程後のデバイス製造工程においても、効果
的なゲッタリングサイトとなることを突き止めた。ま
た、本発明者らは、このＯＳＦリングの幅が、ＣＺ法に
おける単結晶育成時の窒素ド−プにより、拡大すること
を確認した。

【００４０】すなわち、上記したように、従来、ＣＺ法
において単結晶に窒素をド−プする効果としては、結晶
を強化すること、熱応力に伴う転位の発生や転位の運動
を抑制すること、ウェ−ハに発生するエッチピットの発
生を抑制し、デバイスの酸化膜耐圧の低下を防止するこ
となどが知られていたが、ゲッタリングに対する効果や
ＯＳＦリングの形状に及ぼす効果については、よくわか
っていなかった。

【００４１】本発明者らは、ＣＺ法における単結晶育成
時に窒素を１０¹³［atoms/cm³ ］以上ド−プすると、ゲ
ッタリングに有効なＯＳＦの核となる酸素析出物を単結
晶全体に均一的に分散させることができ、その単結晶か
ら切り出されたウェ−ハ表面にシリコンエピタキシャル
層を形成したエピタキシャルウェ−ハは、ウェーハ表面
における欠陥数が極めて少なく、かつデバイス製造工程
においてもなお効果的なゲッタリング作用を維持してい
ることを突き止めた。

【００４２】シリコン単結晶にド−プする窒素の量は、
ゲッタリングに有効なＯＳＦの核を単結晶全体に均一的
に形成するためには、１０¹³［atoms/cm³ ］以上必要で
あることを、装置及び試料管のバックグランド信号を高
精度に排除して、試料のみの高感度のＥＳＲスペクトル
の測定方法を開発することにより突き止めたが、シリコ
ン単結晶を多結晶化させないためには、４．５×１０¹⁵
［atoms/cm³ ］程度までとするのが望ましい。

【００４３】窒素のド−プ方法としては、所定の濃度に
精度良くド−プできるのであれば、どのような方法でも
差し支えないが、単結晶原料中あるいは融液中への窒化
物の混合、窒素を添加したＦＺシリコン結晶や表面に窒
化珪素膜を形成したウェ−ハの単結晶原料への混合、炉
内へ窒素ガスあるいは窒素化合物ガスを流しながらの単
結晶育成、溶融前の高温にて多結晶シリコン原料への窒
素ガスあるいは窒素化合物ガスの吹き付け、窒化物製坩
堝の使用等を挙げることができる。

【００４４】エピタキシャルウェ−ハの作製では、所定
量の窒素をド−プした単結晶からスライスを切り出し、
表面を研磨清浄後、エピタキシャル層の形成を行うが、
気相成長法による熱分解法など結晶欠陥を生じさせない
方法であれば、どのような方法でエピタキシャル層を形
成しても差し支えない。

【００４５】ＣＺ法での単結晶育成時に窒素をド−プし
たシリコン単結晶やその単結晶から切り出されたウェ−
ハ中の安定な窒素起因欠陥の数は、酸素やその他の不純
物量、あるいは単結晶育成条件による影響を受け、従来
技術では直接的に定量することは困難であったが、ＣＺ
シリコン単結晶中のＮＯ欠陥は不対電子を１個持つた
め、原理的には電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法で検出でき
る不対電子数によって、ＮＯ欠陥濃度を定量することが
できる。

【００４６】不対電子数を定量する標準試料としては、
Ｐをド−パントとし、Ｐ濃度がわかっているｎ型シリコ
ンを使用する。シリコン中Ｐ原子は不対電子を１個持つ
ので、Ｐ原子数がそのまま不対電子数に相当する。試料
中の不対電子数は、試料と標準試料を同じ条件下で測定
し、試料中のＥＳＲスペクトル強度と標準試料中のＰ原
子によるＥＳＲスペクトル強度を比較することにより定
量する。

【００４７】しかしながら、従来は、液体Ｈｅ温度付近
で行うシリコン単結晶のＥＳＲスペクトルの測定におい
ては、空洞共振器内部と試料管のバックグランド信号を
精度良く排除することができず、そのためシリコン単結
晶のみのＥＳＲスペクトルを正確に測定することができ
なかった。そこで、本発明者らは、液体Ｈｅ温度付近の
測定において、装置及び試料管のバックグランド信号を
高精度に排除して、試料のみの高感度ＥＳＲスペクトル
を測定する方法を種々検討した。

【００４８】その結果、簡便にはバックグランド信号が
温度変動に関係なく安定している試料管を使用するこ
と、さらに最も望ましいのは、ＥＳＲ測定装置の空洞共
振器内に試料管を挿入し固定したまま、かつ空洞共振器
内部や試料管の温度変動を伴わずに、試料のみを空洞共
振器から取り出すことにより、バックグランド信号を精
度良く排除して高感度ＥＳＲスペクトルを測定すること
ができることを突き止めた。

【００４９】高感度ＥＳＲスペクトルの測定に使用する
実施の形態に係る試料管ユニットは、空洞共振器に挿入
・固定するのに適した形状を有する固定部、先端に試料
が取り付けられた状態で固定部に挿入され、固定部内の
試料を固定部外から操作することができる操作部、操作
部が可動中でも先端の試料を常に固定部内に密閉した状
態で保つことができる密閉部の３つの部材を備えてい
る。

【００５０】前記固定部は、ＥＳＲ測定装置の空洞共振
器に挿入・固定するのに適合した長さと外径、さらに前
記操作部を挿入可能な内径を有し、固定部内に挿入され
た試料を密閉できるものであればよく、さらに、室温か
ら２Ｋまでの温度変化に耐え得るものであること、さら
に試料体積が多くとれるためには、強度的要件を満たす
範囲内で肉厚はできるだけ薄いものが望ましい。前記固
定部としてはより具体的には、例えば、ＥＳＲ測定用と
して市販されている外径５ｍｍ程度の石英製試料管１
（図１）を挙げることができる。

【００５１】操作部としては、先端に試料を固定し、密
閉部により試料を固定部内に密閉した状態で、試料の動
きを１００％固定部外から操作できるものであればよ
く、例えば、図１（ａ）に示した穴のあいた構造の操作
部２ａ、図１（ｂ）（ｃ）に示した鍵型の構造の操作部
２ｂ、２ｃ、図１（ｄ）に示した固定部の内径より小さ
い外径のチュ−ブを用いた構造の操作部２ｄ、図１
（ｅ）に示した試料を固定する部分とねじを切った操作
する部分とが別々になった構造の操作部２ｅ等を挙げる
ことができる。

【００５２】前記固定部及び前記操作部の材質は、高感
度ＥＳＲスペクトル測定の妨げとなるバックグランド信
号を発しないものであれば特に限定されるものではな
く、例えば弗素樹脂、石英などを挙げることができ、強
度、純度、加工性、温度変化に対するＥＳＲスペクトル
の安定性という点からすれば、弗素樹脂が望ましい。

【００５３】密閉部の構造は、試料を固定部内に密閉し
たまま、固定部外から操作できるものであれば特に限定
されるものではなく、例えば、図１（ａ）（ｄ）に示し
たようなパラフィン箔で簡便に密封した構造の密閉部３
ａ、図１（ｂ）に示したようなテ−パ−上の密栓を備え
た構造の密閉部３ｂ、図１（ｃ）に示したようなキャッ
プ上の密栓を備えた構造の密閉部３ｃ、図１（ｃ）に示
したようなＯリングを使った構造の密閉部３ｄ、図１
（ｅ）に示したようなキャップにねじが切ってある構造
の密閉部３ｅ等を挙げることができる。

【００５４】これら固定部、操作部及び密閉部を含んで
構成された試料管ユニットを用い、試料管としての固定
部を空洞共振器内に固定したまま、固定部内の試料のみ
を空洞共振器内から取り出す、高感度ＥＳＲスペクトル
の測定方法を実施することにより、窒素を１０¹³［atom
s/cm³ ］以上ド−プして育成されたシリコン単結晶中に
はＮＯ欠陥によるｇ＝１．９９９±０．００１のＥＳＲ
スペクトルを示す不対電子が１０¹²〜１０¹⁴［個／ｃｍ
³ ］含まれていることを初めて確認することができた。

【００５５】このシリコン単結晶は、熱酸化処理を施す
とその表面近傍には１０² ［個／ｃｍ² ］以上のＯＳＦ
が発生し、また、１１００［℃］以上の熱処理を施す
と、断面にも５×１０³ ［個／ｃｍ² ］以上のＯＳＦの
核となる酸素析出物欠陥が発生することも確認すること
ができた。従って、窒素を１０¹³[atoms/cm³］以上ド−
プすることにより、ｇ＝１．９９９±０．００１のＥＳ
Ｒスペクトルを示す不対電子を１０¹²〜１０¹⁴［個／ｃ
ｍ³ ］含んでいるシリコン単結晶は、優れたゲッタリン
グ効果をもたらす欠陥核を保有していることを確認する
ことができた。

【００５６】また、このシリコン単結晶は、６００℃〜
１１００℃の熱処理を施した後でも、ｇ＝１．９９９±
０．００１のＥＳＲスペクトルを示す不対電子を１０¹²
［個／ｃｍ³ ］以上含んでいることも確認することがで
きた。

【００５７】従って、窒素を１０¹³［atoms/cm³ ］以上
ド−プしてｇ＝１．９９９±０．００１のＥＳＲスペク
トルを示す不対電子を１０¹²〜１０¹⁴［個／ｃｍ³ ］形
成したシリコン単結晶から切り出されたウェ−ハ表面
に、エピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェ
−ハは、優れたゲッタリング効果を発揮する欠陥核を、
すでに十分な量保有していることとなる。

【００５８】また、本発明に係る上記エピタキシャルウ
ェ−ハを用いて作製された半導体装置によれば、半導体
装置の製造プロセスにおいて混入してくる金属不純物等
が、大きなゲッタリング作用を維持している前記エピタ
キシャルウェ−ハのゲッタリングシンクに捕獲吸収さ
れ、素子形成領域から排除される。従って、酸化膜耐圧
特性等に優れた信頼性の高い半導体装置を提供すること
ができる。

【００５９】また、シリコン単結晶中のＮＯ欠陥濃度は
ＥＳＲ法におけるＥＳＲ信号強度から本発明に係る方法
によれば正確に求めることができる。また、シリコン単
結晶中の酸素濃度は上記赤外吸収法により正確に測定す
ることができる。従って、あらかじめ、シリコン単結晶
中に含まれる窒素量と、酸素量と、ＮＯ欠陥濃度との関
係を求めておき、シリコン単結晶中に含まれる窒素量に
関する検量線を作成しておけば、この後は、シリコン単
結晶中のＮＯ欠陥濃度をＥＳＲ法により測定し、酸素濃
度を赤外吸収法により測定することにより、各シリコン
単結晶中に含まれる窒素量を正確に定量することができ
る。

【００６０】また、シリコン単結晶中のＮＯ欠陥濃度が
すなわちＮＯ欠陥に起因したシリコン単結晶中のゲッタ
リングシンクの量に対応しており、本発明に係るＥＳＲ
法によればシリコン単結晶中のＮＯ欠陥濃度をｇ＝１．
９９９±０．００１のＥＳＲスペクトル強度から正確に
求めることができるところ、ＮＯ欠陥に起因したシリコ
ン単結晶中のゲッタリングシンク量も正確に定量するこ
とができることとなる。

【００６１】

【実施例及び比較例】以下、本発明の実施例および比較
例に係るシリコン単結晶、エピタキシャルウェ−ハ、シ
リコン単結晶中の窒素量の測定方法、電子スピン共鳴ス
ペクトルの測定に使用される試料管ユニット及び電子ス
ピン共鳴スペクトルの測定方法を説明する。実施例及び
比較例における高感度ＥＳＲスペクトルの測定には、Ｘ
バンドＥＳＲ測定装置（日本電子（株）製 JES RE2X 電
子スピン共鳴装置）を用いた。

【００６２】［比較例１］比較例として図２に示した従
来の方法を採用してＥＳＲスペクトルの測定を行った。 ・試料管：外径５ｍｍ×内径３．５ｍｍのＥＳＲ測定用
石英試料管１ ・試料 ：弗素樹脂製操作部２ａ（図１ａ） ・測定条件 温度 ：４．５Ｋ マイクロ波パワ−：０．０１ｍＷ 共鳴周波数：約９ＧＨｚ（試料の体積、誘電率等によっ
て変化） 磁場変調幅：０．２ｍＴ 信号増幅率：２００ 信号応答時間：０．１秒 積算回数：１分×３０回

【００６３】測定手順 １）パラフィン箔で密閉した石英試料管１のみを空洞共
振器４に入れて固定し、石英試料管１のみのＥＳＲスペ
クトル（）（図３）を測定する（図２（ａ））。 ２）石英試料管１を空洞共振器４から取り出し、石英試
料管１の中に試料としての弗素樹脂製操作部２ａを入れ
る（図２（ｂ））。 ３）パラフィン箔で密閉後、再び空洞共振器４に石英試
料管１を入れて固定し、ＥＳＲスペクトル（）（図
３）を測定する（図２（ｃ））。 ４）Ｍｎ²⁺／ＭｇＯマ−カ−信号を基準にして、信号強
度と磁場位置を規格化し、ととの差スペクトルか
ら、試料としての弗素樹脂製操作部２ａのみのＥＳＲス
ペクトル（−）（図３）を得る。 測定結果（図３） 弗素樹脂はシャ−プなＥＳＲ信号を持たないことから、
空洞共振器４から石英試料管１を出し入れしたことによ
るバックグランド信号変化が、差スペクトルに残ること
が判明した。

【００６４】［実施例１］実施例として図４に示した本
発明に係る方法を採用してＥＳＲスペクトルの測定を行
った。 ・試料管 ：本発明に係る試料管ユニット 固定部：外径５ｍｍ×内径３．５ｍｍのＥＳＲ測定用石
英試料管１ 操作部：弗素樹脂製操作部２ａ（図１（ａ）） 密閉部：パラフィン箔による密閉部３ａ（図１（ａ）） ・試料 ：弗素樹脂製操作部２ａ（図１（ａ）） ・測定条件：上記した比較例の場合と同じ

【００６５】測定手順 １）試料としての弗素樹脂製操作部２ａを石英試料管１
の奥まで挿入し、パラフィン箔による密閉部３ａで石英
試料管１内部を密閉後、この試料管ユニットを空洞共振
器４に入れて固定し、ＥＳＲスペクトル（）（図５）
を測定する。 ２）石英試料管１内の密閉を保ったまま、また石英試料
管１は空洞共振器４に挿入・固定したままで、弗素樹脂
製操作部２ａを石英試料管１に沿って引き上げることに
より、試料としての弗素樹脂製操作部２ａを空洞共振器
４外へ取り出して、ＥＳＲスペクトル（）（図５）を
測定する。 ３）Ｍｎ²⁺／ＭｇＯマ−カ−信号を基準にして、信号強
度と磁場位置を規格化し、ととの差スペクトルか
ら、試料としての弗素樹脂製操作部２ａのみのＥＳＲス
ペクトル（−）（図５）を得る。

【００６６】測定結果（図５） 比較例の場合には残ったバックグランド信号変化は見ら
れず、バックグランド信号を完全に排除することができ
た。従って、比較例に係る方法ではバックグランド信号
を無視できない試料管を使用することはできなかった
が、実施例に係る方法では、試料管に多少のバックグラ
ンド信号があっても、精度よくその影響を排除した試料
のみのＥＳＲスペクトルを得ることができる。

【００６７】［実施例２］実施例として図４に示した本
発明に係る方法を採用してＥＳＲスペクトルの測定を行
った。 ・試料管 ：本発明に係る試料管ユニット 固定部：外径５ｍｍ×内径４ｍｍの弗素樹脂製操作部片
封じ管 操作部：弗素樹脂製操作部２ａ（図１（ａ）） 密閉部：パラフィン箔による密閉部３ａ（図１（ａ）） ・試料 ：窒素を１０¹³［atoms/cm³ ］ド−プしたＣ
Ｚシリコンウェ−ハ ・測定条件：上記した比較例の場合と同じ 測定手順 １）試料としてのＣＺシリコンウェ−ハを弗酸と硝酸の
混合液で、３０秒間エッチングした。 ２）弗素樹脂製操作部２ａの先端部に前記試料を固定
し、固定部（封じ管）の奥まで挿入し、試料としてのＣ
Ｚシリコンウェ−ハの［１１０］方位と外部磁場方位が
平行となるように空洞共振器４に固定部を固定し、ＥＳ
Ｒスペクトル（）（図６）を測定した。 ３）固定部内の密閉を保ったまま、また固定部は空洞共
振器４に挿入・固定したままで、操作部２ａを固定部に
沿って引き上げることにより、試料としてのＣＺシリコ
ンウェ−ハを空洞共振器４外へ取り出し、バックグラン
ドのＥＳＲスペクトル（）（図６）を測定した。 ４）Ｍｎ²⁺／ＭｇＯマ−カ−信号を基準にして、信号強
度と磁場位置を規格化し、ととの差スペクトルか
ら、試料としてのＣＺシリコンウェ−ハのみのＥＳＲス
ペクトル（−）（図６）を得た。

【００６８】測定結果（図６） 実施例に係る測定方法では、バックグランド信号の影響
を精度良く排除できるので、従来法では分離が困難だっ
たｇ＝１．９９９±０．００１のＥＳＲ信号を示す不対
電子を高感度に検出することができた。

【００６９】［実施例３］窒素ド−プ量が１０¹³〜１０
¹⁵［atoms/cm³ ] の範囲で異なるシリコン単結晶を複数
本育成した。窒素をド−プしたシリコン単結晶の育成条
件は、石英るつぼで高純度多結晶シリコン１５０ｋｇと
共に、窒化膜を形成した窒素量の明らかなシリコンウェ
−ハを種々異なる量溶融させることにより窒素ド−プ量
を制御し、またボロンをド−パントとして添加し、引き
上げ速度を０．６ｍｍ／ｍｉｎ、直径を１５０ｍｍに制
御し、結晶方位を＜１００＞とした。

【００７０】育成後の単結晶から、結晶軸に対して垂直
な面と平行にウェ−ハ状の試験片を切り出し、さらにこ
れらウェ−ハ面内の数点から３ｍｍ×３０ｍｍの短冊状
の試験片を切り出し、上記実施例２に係るＥＳＲスペク
トルの測定により、ＮＯ欠陥によるｇ＝１．９９９±
０．００１のＥＳＲ信号を示す不対電子密度を定量し
た。図７にシリコン単結晶中のＮＯ欠陥による不対電子
密度と窒素ド−プ量との相関を示す。窒素ド−プ量が１
０¹³〜９×１０¹⁴［atoms/cm³ ] の範囲の窒素ド−プシ
リコン単結晶では、１０¹²〜１０¹⁴［個／ｃｍ³ ］の範
囲のＮＯ欠陥が形成され、窒素ノンド−プシリコンで
は、１０¹²［個／ｃｍ³ ］未満のＮＯ欠陥しか形成され
ていなかった。

【００７１】図８には窒素ド−プ量が同じで、酸素濃度
の異なる窒素ド−プシリコン単結晶中のＮＯ欠陥による
不対電子密度の結晶軸方向に関する依存性を示した。図
８から酸素濃度に関係なく、窒素ド−プシリコン単結晶
のトップからテイルに行くほど、不対電子密度が上がる
ことが判明した。

【００７２】また、図９には窒素ド−プ量が異なる窒素
ド−プシリコン単結晶中のＮＯ欠陥による不対電子密度
のウェ−ハ面内の径方向に関する分布を示した。図９か
ら窒素ド−プ量に関係なく、ウェ−ハの中心部よりも周
辺部のほうが不対電子密度が高くなっていることが判明
した。また、図８と図９とから、ｇ＝１．９９９±０．
００１のＥＳＲ信号を示す不対電子密度分布が、窒素の
偏析から推測されるシリコン単結晶中の窒素分布とほぼ
一致していることが判明し、これらの不対電子は、シリ
コン単結晶中にド−プされた窒素に関連した結晶欠陥に
存在していることが明白となった。

【００７３】次に、窒素ド−プシリコン単結晶から切り
出したウェ−ハに、酸素雰囲気中で、１１００℃、１６
時間の熱酸化処理を施した後、ライトエッチング液で５
分間の選択的エッチング処理を施してＯＳＦを顕在化さ
せ、その後、光学顕微鏡で観察することによりＯＳＦ密
度を測定した。図１０に窒素ド−プシリコン単結晶中の
ＮＯ欠陥による不対電子密度とＯＳＦ密度との相関関係
を示す。図１０から明らかなように、不対電子密度が１
０¹¹［個／ｃｍ³ ］以下では、ＯＳＦ密度は１０［個／
ｃｍ² ］程度であったが、不対電子密度が１０¹²〜１０
¹⁴［個／ｃｍ³ ］になるとＯＳＦ密度は１０² ［個／ｃ
ｍ² ］以上発生しており、かつ不対電子密度の増加と共
に増大する傾向にあることが判明した。これよりＮＯ欠
陥による不対電子を１０¹²〜１０¹⁴［個／ｃｍ³ ］の範
囲で含んでいるシリコン単結晶は、ゲッタリングシンク
に有効なＯＳＦの核となる欠陥核を十分保有しているこ
とが明らかとなった。従って、ＮＯ欠陥による不対電子
密度は、窒素ド−プシリコン単結晶においてゲッタリン
グシンクを直接的に定量する指標とすることができるこ
とが明らかとなった。

【００７４】次に、窒素ド−プシリコン単結晶から切り
出したウェーハに、６００〜１１００℃の熱処理を施し
て、窒素ド−プシリコンウェーハ中のＮＯ欠陥による不
対電子密度を測定した。図１１に窒素ド−プ量の異なる
窒素ド−プシリコンウェーハ中のＮＯ欠陥による不対電
子密度の熱処理温度依存性を示す。図１１から明らかな
ように、窒素ド−プシリコンウェーハは、ＮＯ欠陥によ
る不対電子が６００〜１１００℃の熱処理後でも消失せ
ず、不対電子密度が１０¹²〜１０¹³［個／ｃｍ³ ］の範
囲で維持されており、効果的なゲッタリングシンクを保
有していることが判明した。

【００７５】また、図１２に窒素ド−プ量の異なる窒素
ド−プシリコン単結晶から切り出された窒素ド−プシリ
コンウェ−ハ表面に、エピタキシャル層を成長させたエ
ピタキシャルウェ−ハ中のＮＯ欠陥による不対電子密度
と窒素ド−プ量との相関を示した。不対電子密度が１０
¹²〜１０¹⁴［個／ｃｍ³ ］の範囲にある窒素ド−プシリ
コンウェ−ハは、その表面にエピタキシャル層を成長さ
せたエピタキシャルウェ−ハ中にも、１０¹²〜１０
¹⁴［個／ｃｍ³ ］の範囲でＮＯ欠陥による不対電子を保
有していることが判明した。従って、このエピタキシャ
ルウェ−ハも効果的なゲッタリングシンクを保有してい
ると言える。

【００７６】従来は、ＥＳＲ法による不対電子の検出感
度の下限が１×１０¹⁴［個／ｃｍ³］であったため、窒
素ド−プによって発生する不対電子を検出することがで
きず、熱酸化処理や熱処理を施して、ゲッタリングシン
クを顕在化させることにより、窒素ド−プシリコン単結
晶のゲッタリング効果を定量的に評価し、保証していた
が、本発明に係るＥＳＲ法による不対電子密度の測定に
よれば、不対電子の検出感度の下限を１×１０¹²［個／
ｃｍ³ ］まで改善することができ、１×１０¹²〜１×１
０¹⁴［個／ｃｍ³ ］の範囲における不対電子を検出する
ことができるようになった。このため、窒素ド−プによ
ってシリコン単結晶中に生成するＮＯ欠陥に起因する不
対電子を検出することにより、窒素ド−プによって生成
するゲッタリングシンクの一つと推測されるＮＯ欠陥を
１×１０¹²［個／ｃｍ³ ］まで検出することができる。
すなわち、窒素ド−プシリコン単結晶のＮＯ欠陥に起因
したゲッタリングシンク能力を、熱処理等を施さなくと
も、定量的に評価し、保証することができるようになっ
た。

【００７７】また、従来では、シリコン単結晶中の窒素
量（窒素含有量）は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）
法では３×１０¹⁴［atoms/cm³ ］、中性子放射化分析
（ＣＰＡＡ）法では１×１０¹⁴［atoms/cm³ ］、赤外吸
収法では酸素量（酸素含有量）が１×１０¹⁶［atoms/cm
³ ］以下であるＦＺシリコン単結晶に対してのみ３×１
０¹⁴［atoms/cm³ ］まで定量することができた。

【００７８】酸素量（酸素含有量）が１×１０¹⁸［atom
s/cm³ ］以上であるシリコン単結晶中に存在する窒素の
大部分は酸素と結合して赤外不活性な窒素−酸素結合欠
陥（ＮＯ欠陥）を形成している。このＮＯ欠陥は本発明
に係るＥＳＲ法によれば、１×１０¹²［個／ｃｍ³ ］ま
で検出することができる。ＮＯ欠陥濃度はシリコン単結
晶中に存在する酸素量と窒素量とに依存するため、ま
ず、異なる量の窒素を意図的にド−プした窒素量が既知
のシリコン単結晶について、赤外吸収法で酸素量を測定
し、本発明に係るＥＳＲ法によりＮＯ欠陥濃度を測定す
ることにより、酸素量の異なるシリコン単結晶について
の窒素量と、酸素量と、ＮＯ欠陥濃度との関係を求めた
窒素量に関する検量線を作成しておく（図１３）。この
ように、あらかじめ、シリコン単結晶中に含まれる窒素
量と、酸素量と、ＮＯ欠陥濃度との関係を求めた窒素量
に関する検量線を作成しておけば、この後は、窒素量が
未知のシリコン単結晶中について、シリコン単結晶中の
ＮＯ欠陥濃度を本発明に係るＥＳＲ法により測定し、酸
素濃度を赤外吸収法で測定することにより、各シリコン
単結晶中に含まれる窒素量を１×１０¹²［個／ｃｍ³ ］
まで正確に定量することができることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態に係る試
料管ユニットを示す概略正面断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は比較例に係るＥＳＲスペクト
ルの測定方法を示す概略正面断面図である。

【図３】比較例に係るＥＳＲスペクトルの測定結果を示
すグラフである。

【図４】（ａ）〜（ｂ）は本発明の実施例に係るＥＳＲ
スペクトルの測定方法を示す概略正面断面図である。

【図５】実施例に係るＥＳＲスペクトルの測定結果を示
すグラフである。

【図６】実施例に係るＥＳＲスペクトルの測定結果を示
すグラフである。

【図７】シリコン単結晶中のＮＯ欠陥による不対電子密
度と窒素ド−プ量との相関を示すグラフである。

【図８】窒素ド−プ量が同じで、酸素濃度の異なる窒素
ド−プシリコン単結晶中のＮＯ欠陥による不対電子密度
の結晶軸方向に関する依存性を示すグラフである。

【図９】窒素ド−プ量が異なる窒素ド−プシリコン単結
晶中のＮＯ欠陥による不対電子密度のウェ−ハ面内の径
方向に関する分布を示すグラフである。

【図１０】窒素ド−プシリコン単結晶中のＮＯ欠陥によ
る不対電子密度とＯＳＦ密度との相関関係を示すグラフ
である。

【図１１】窒素ド−プ量の異なる窒素ド−プシリコンウ
ェーハ中のＮＯ欠陥による不対電子密度の熱処理温度依
存性を示すグラフである。

【図１２】窒素ド−プ量の異なる窒素ド−プシリコン単
結晶から切り出された窒素ド−プシリコンウェ−ハ表面
に、エピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェ
−ハ中のＮＯ欠陥による不対電子密度と窒素ド−プ量と
の相関を示すグラフである。

【図１３】シリコン単結晶中に含まれる窒素量と、酸素
量と、ＮＯ欠陥濃度との関係を求めた窒素量に関する検
量線を示すグラフである。

【符合の説明】

１ 石英製試料管 ２ａ〜２ｅ 操作部 ３ａ〜３ｅ 密閉部 ４ 空洞共振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅野 繁 佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地 住友金属工業株式会社シチックス事業本部 内 (72)発明者 末岡 浩治 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社エレクトロニクス技術研究所内 (72)発明者 片浜 久 佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地 住友金属工業株式会社シチックス事業本部 内 (72)発明者 宝来 正隆 佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地 住友金属工業株式会社シチックス事業本部 内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA03 BA04 GA01 GA07 GA08 HA06 5F053 AA12 DD01 FF04 GG01 HH01 HH04 PP03 PP12 RR03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｇ＝１．９９９±０．００１の電子スピ
   ン共鳴（ＥＳＲ）スペクトルを示す不対電子を１０¹²〜
   １０¹⁴［個／ｃｍ³ ］の範囲で含んでいることを特徴と
   するシリコン単結晶。
2. 【請求項２】 ｇ＝１．９９９±０．００１のＥＳＲス
   ペクトルを示す不対電子を１０¹²〜１０¹⁴［個／ｃｍ
   ³ ］の範囲で含んでいるシリコン単結晶から切り出され
   たウェ−ハ表面に、エピタキシャル層が形成されてなる
   ことを特徴とするエピタキシャルウェ−ハ。
3. 【請求項３】 シリコン単結晶中のＮＯ欠陥濃度をＥＳ
   Ｒ法により測定し、酸素濃度を赤外吸収法により測定
   し、作成しておいた検量線をもとにシリコン単結晶中に
   含まれる窒素量を求めることを特徴とするシリコン単結
   晶中の窒素量の測定方法。
4. 【請求項４】 ＥＳＲ測定装置を構成する空洞共振器内
   に固定するのに適した形状を有する固定部、 先端部に試料を取り付けた状態で前記固定部内に挿入さ
   れ、かつ前記固定部内の前記試料を前記固定部外から移
   動操作するための操作部、 及び該操作部の前記固定部内における移動中も前記固定
   部内を常に密閉した状態に維持するための密閉部を含ん
   で構成されていることを特徴とするＥＳＲスペクトルの
   測定に使用される試料管ユニット。
5. 【請求項５】 前記固定部及び／又は操作部が弗素樹脂
   製であることを特徴とする請求項４記載のＥＳＲスペク
   トルの測定に使用される試料管ユニット。
6. 【請求項６】 前記密閉部がパラフィン箔からなること
   を特徴とする請求項４記載のＥＳＲスペクトルの測定に
   使用される試料管ユニット。
7. 【請求項７】 前記密閉部がテ−パ−状の密栓から構成
   されていることを特徴とする請求項４記載のＥＳＲスペ
   クトルの測定に使用される試料管ユニット。
8. 【請求項８】 前記密閉部がキャップ状の密栓から構成
   されていることを特徴とする請求項４記載のＥＳＲスペ
   クトルの測定に使用される試料管ユニット。
9. 【請求項９】 前記密閉部にＯリングが使用されている
   ことを特徴とする請求項４記載のＥＳＲスペクトルの測
   定に使用される試料管ユニット。
10. 【請求項１０】 前記操作部と前記密閉部とが螺合によ
    り密閉状態に維持されるようになっていることを特徴と
    する請求項４記載のＥＳＲスペクトルの測定に使用され
    る試料管ユニット。
11. 【請求項１１】 前記固定部が挿入される空洞共振器を
    備えたＥＳＲ測定装置を使用したＥＳＲスペクトルの測
    定方法において、 前記操作部の先端部に試料を固定し、該試料が固定され
    た前記操作部を前記固定部に挿入し、前記空洞共振器内
    に前記固定部を固定した後ＥＳＲスペクトルを測定する
    工程、 前記固定部内の密閉状態を維持したまま、また前記固定
    部を前記空洞共振器内に挿入・固定したままで、前記操
    作部を前記固定部に沿って引き上げることにより、前記
    試料を前記空洞共振器外へ取り出した後、バックグラン
    ドのＥＳＲスペクトルを測定する工程、 上記両工程において求めたスペクトルの差から、前記試
    料のみのＥＳＲスペクトルを得る工程、 を含むことを特徴とする請求項４〜１０のいずれかの項
    に記載の試料管ユニットを使用したＥＳＲスペクトルの
    測定方法。