JP2003075340A - シリコン結晶中の炭素濃度の測定方法およびシリコンウエハ - Google Patents
シリコン結晶中の炭素濃度の測定方法およびシリコンウエハInfo
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 測定精度が高いシリコン結晶中の炭素不純物
の測定方法を提供する。 【解決手段】 シリコン結晶中の炭素濃度の測定方法
は、（ａ）シリコン結晶中の炭素と酸素の複合体による
赤外吸収の強度を測定する工程と、（ｂ）前記炭素と酸
素の複合体による赤外吸収の強度からシリコン結晶中の
炭素濃度を求める工程とを含む。このとき、従来用いら
れていなかった赤外吸収ピークを利用することで、測定
精度を高くする。また、これにより、精度の高い不純物
炭素濃度を付したシリコンウェハを提供することができ
る。
の測定方法を提供する。 【解決手段】 シリコン結晶中の炭素濃度の測定方法
は、（ａ）シリコン結晶中の炭素と酸素の複合体による
赤外吸収の強度を測定する工程と、（ｂ）前記炭素と酸
素の複合体による赤外吸収の強度からシリコン結晶中の
炭素濃度を求める工程とを含む。このとき、従来用いら
れていなかった赤外吸収ピークを利用することで、測定
精度を高くする。また、これにより、精度の高い不純物
炭素濃度を付したシリコンウェハを提供することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン結晶中の
不純物濃度の測定に関し、特にシリコン結晶中の炭素濃
度の測定方法と炭素濃度を付したシリコンウエハとに関
する。
不純物濃度の測定に関し、特にシリコン結晶中の炭素濃
度の測定方法と炭素濃度を付したシリコンウエハとに関
する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン集積回路装置は、ますます微細
化されて行く。デバイス動作領域に存在する汚染重金属
元素の許容度もますます厳しくなる。そのため、デバイ
ス動作領域に存在する汚染重金属原子をウエハの内部に
形成した酸素析出物に吸引捕獲する、いわゆるイントリ
ンジックゲッタリング（ＩＧ）が、ますます重要になり
つつある。
化されて行く。デバイス動作領域に存在する汚染重金属
元素の許容度もますます厳しくなる。そのため、デバイ
ス動作領域に存在する汚染重金属原子をウエハの内部に
形成した酸素析出物に吸引捕獲する、いわゆるイントリ
ンジックゲッタリング（ＩＧ）が、ますます重要になり
つつある。
【０００３】デバイス製造プロセスにおける熱工程は、
複雑化している。複雑化された熱処理シークェンスにお
いて、一定の酸素析出量を得ることは、十分なゲッタリ
ング能力を確保する上で必須である。
複雑化している。複雑化された熱処理シークェンスにお
いて、一定の酸素析出量を得ることは、十分なゲッタリ
ング能力を確保する上で必須である。
【０００４】従来、ハイエンド品用ウエハの主流として
用いられているｐ+型下地基板上にｐ型エピタキシャル
層を成長したｐ／ｐ+エピウエハのヘビードープ基板
（比抵抗０．０１Ωｃｍ程度）は、さまざまな理由のた
めにｐ-型下地基板上にｐ型エピタキシャル層を成長し
たｐ／ｐ-エピウエハ（比抵抗１〜１０Ωｃｍ程度）に
置き換えられて行くことが必須と考えられる。
用いられているｐ+型下地基板上にｐ型エピタキシャル
層を成長したｐ／ｐ+エピウエハのヘビードープ基板
（比抵抗０．０１Ωｃｍ程度）は、さまざまな理由のた
めにｐ-型下地基板上にｐ型エピタキシャル層を成長し
たｐ／ｐ-エピウエハ（比抵抗１〜１０Ωｃｍ程度）に
置き換えられて行くことが必須と考えられる。
【０００５】ヘビードープ基板の場合には、ボロンが強
力なゲッタリング能力を発揮していた。ｐ／ｐ-エピウ
エハにおいては、ヘビードープボロンによるゲッタリン
グ能力はもはや存在しない。酸素析出物によるゲッタリ
ングがますます必要となる。
力なゲッタリング能力を発揮していた。ｐ／ｐ-エピウ
エハにおいては、ヘビードープボロンによるゲッタリン
グ能力はもはや存在しない。酸素析出物によるゲッタリ
ングがますます必要となる。
【０００６】エピウエハにおいては、エピタキシャル層
形成時の高温処理のために、析出潜在核（結晶成長時に
形成される微小酸素析出物）が消滅してしまう。十分な
酸素析出量を得るには、基板に対して何らかの工夫をす
る必要がある。このような方法として、窒素や炭素をド
ープする方法が提案されている。シリコン中の不純物炭
素は酸素析出を著しく促進する効果がある。このような
エピウエハにおいては、不純物酸素のみならず、不純物
炭素の濃度も制御することが望まれる。
形成時の高温処理のために、析出潜在核（結晶成長時に
形成される微小酸素析出物）が消滅してしまう。十分な
酸素析出量を得るには、基板に対して何らかの工夫をす
る必要がある。このような方法として、窒素や炭素をド
ープする方法が提案されている。シリコン中の不純物炭
素は酸素析出を著しく促進する効果がある。このような
エピウエハにおいては、不純物酸素のみならず、不純物
炭素の濃度も制御することが望まれる。
【０００７】不純物炭素濃度の測定は、従来孤立した置
換型炭素によって生じる６０７ｃｍ -1の赤外吸収ピーク
の高さを測定し、これに一定の比例換算係数を掛けるこ
とによって行なわれていた。しかし、この６０７ｃｍ-1
の赤外吸収ピークは、不純物を含まない場合にも存在す
るシリコン結晶格子による２フォノン赤外吸収スペクト
ルの内、吸収係数が非常に大きくなる部分に重なった形
で現れる。
換型炭素によって生じる６０７ｃｍ -1の赤外吸収ピーク
の高さを測定し、これに一定の比例換算係数を掛けるこ
とによって行なわれていた。しかし、この６０７ｃｍ-1
の赤外吸収ピークは、不純物を含まない場合にも存在す
るシリコン結晶格子による２フォノン赤外吸収スペクト
ルの内、吸収係数が非常に大きくなる部分に重なった形
で現れる。
【０００８】実際の測定においては、不純物炭素を含む
試料の赤外吸収スペクトルから、不純物炭素を含まない
（又は不純物炭素濃度が十分に低い）同じ厚さの試料の
赤外吸収スペクトルを差し引くことによって、不純物炭
素による６０７ｃｍ-1の赤外吸収ピークを求めていた。
試料の赤外吸収スペクトルから、不純物炭素を含まない
（又は不純物炭素濃度が十分に低い）同じ厚さの試料の
赤外吸収スペクトルを差し引くことによって、不純物炭
素による６０７ｃｍ-1の赤外吸収ピークを求めていた。
【０００９】不純物炭素濃度が低くなるに従って、６０
７ｃｍ-1の赤外吸収ピークを精度良く測定することは困
難になってくる。６０７ｃｍ-1の赤外吸収ピークが大き
くなるように厚い試料を用いて測定すると、試料全体と
しての吸収も強くなり、透過光が非常に弱くなり、Ｓ／
Ｎが悪くなる。試料を薄くすれば、６０７ｃｍ-1の赤外
吸収ピークの強度も弱くなり、Ｓ／Ｎが悪くなる。
７ｃｍ-1の赤外吸収ピークを精度良く測定することは困
難になってくる。６０７ｃｍ-1の赤外吸収ピークが大き
くなるように厚い試料を用いて測定すると、試料全体と
しての吸収も強くなり、透過光が非常に弱くなり、Ｓ／
Ｎが悪くなる。試料を薄くすれば、６０７ｃｍ-1の赤外
吸収ピークの強度も弱くなり、Ｓ／Ｎが悪くなる。
【００１０】従って、通常、試料厚を１〜３ｍｍ程度に
して測定していた。得られる不純物炭素の検出限界は
０．０５ｐｐｍ（２．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）
程度である。炭素濃度が０．１ｐｐｍ程度の場合の測定
誤差は３０〜４０％にも及ぶ。現在求められている炭素
濃度測定精度は、検出下限が０．０１ｐｐｍ程度であ
り、炭素濃度が０．１ｐｐｍ程度の場合の測定誤差は１
０％以下となると考えられる。
して測定していた。得られる不純物炭素の検出限界は
０．０５ｐｐｍ（２．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）
程度である。炭素濃度が０．１ｐｐｍ程度の場合の測定
誤差は３０〜４０％にも及ぶ。現在求められている炭素
濃度測定精度は、検出下限が０．０１ｐｐｍ程度であ
り、炭素濃度が０．１ｐｐｍ程度の場合の測定誤差は１
０％以下となると考えられる。
【００１１】このように、炭素濃度測定の精度を落とし
ている最大の要因は、不純物炭素による赤外吸収線の
内、２フォノンスペクトルによる強い吸収ピークと重な
るような６０７ｃｍ-1の吸収を用いていることである。
しかし、純然たる孤立状態の不純物炭素による赤外吸収
は、この６０７ｃｍ-1のピークの他には知られていな
い。
ている最大の要因は、不純物炭素による赤外吸収線の
内、２フォノンスペクトルによる強い吸収ピークと重な
るような６０７ｃｍ-1の吸収を用いていることである。
しかし、純然たる孤立状態の不純物炭素による赤外吸収
は、この６０７ｃｍ-1のピークの他には知られていな
い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
用いられていなかった赤外吸収ピークを利用したシリコ
ン結晶中の炭素不純物の測定方法を提供することであ
る。
用いられていなかった赤外吸収ピークを利用したシリコ
ン結晶中の炭素不純物の測定方法を提供することであ
る。
【００１３】本発明の他の目的は、測定精度が高いシリ
コン結晶中の炭素不純物の測定方法を提供することであ
る。
コン結晶中の炭素不純物の測定方法を提供することであ
る。
【００１４】本発明のさらに他の目的は、このようにし
て求めた精度の高い不純物炭素濃度を付したシリコンウ
エハを提供することである。
て求めた精度の高い不純物炭素濃度を付したシリコンウ
エハを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の1観点によれ
ば、ａ）シリコン結晶中の炭素と酸素の複合体による赤
外吸収の強度を測定する工程と、（ｂ）前記炭素と酸素
の複合体による赤外吸収の強度からシリコン結晶中の炭
素濃度を求める工程とを含むシリコン結晶中の炭素濃度
の測定方法が提供される。
ば、ａ）シリコン結晶中の炭素と酸素の複合体による赤
外吸収の強度を測定する工程と、（ｂ）前記炭素と酸素
の複合体による赤外吸収の強度からシリコン結晶中の炭
素濃度を求める工程とを含むシリコン結晶中の炭素濃度
の測定方法が提供される。
【００１６】本発明の他の観点によれば、炭素と酸素の
複合体による赤外吸収の強度に基づいて得た炭素濃度を
付したシリコンウエハが提供される。
複合体による赤外吸収の強度に基づいて得た炭素濃度を
付したシリコンウエハが提供される。
【００１７】孤立炭素濃度に比例した濃度で発生する格
子欠陥による赤外吸収を利用する。より具体的には、シ
リコン結晶中の炭素Ｃと酸素Ｏとの複合体（Ｃ−Ｏ複合
体と呼ぶ）による赤外吸収ピークを利用する。
子欠陥による赤外吸収を利用する。より具体的には、シ
リコン結晶中の炭素Ｃと酸素Ｏとの複合体（Ｃ−Ｏ複合
体と呼ぶ）による赤外吸収ピークを利用する。
【００１８】例えば、低温での１１０４ｃｍ-1付近の赤
外吸収ピークを利用する。このピークは、酸素Ｏの吸収
ピークとほぼ同一素性の吸収ピークであり、近くに存在
する炭素Ｃの影響によるケミカルシフトを受けた吸収ピ
ークである。従って、酸素Ｏの吸収とほぼ同一の強い振
動子強度を有する。この赤外線吸収は、酸素Ｏの近傍に
炭素Ｃが存在して始めて生じるピークであり、炭素の濃
度に比例する。
外吸収ピークを利用する。このピークは、酸素Ｏの吸収
ピークとほぼ同一素性の吸収ピークであり、近くに存在
する炭素Ｃの影響によるケミカルシフトを受けた吸収ピ
ークである。従って、酸素Ｏの吸収とほぼ同一の強い振
動子強度を有する。この赤外線吸収は、酸素Ｏの近傍に
炭素Ｃが存在して始めて生じるピークであり、炭素の濃
度に比例する。
【００１９】
【発明の実施の形態】炭素ＣはシリコンＳｉと同じＩＶ
族元素である。シリコン中にドープした炭素原子は、Ｓ
ｉサイトを置換して入る置換型Ｃになることができる。
酸素Ｏは、一般的に格子間（インタースティシャル）不
純物となる。シリコン中の不純物ＣとＯとが、特定の位
置関係にある時、Ｃ−Ｏ複合体を形成する。
族元素である。シリコン中にドープした炭素原子は、Ｓ
ｉサイトを置換して入る置換型Ｃになることができる。
酸素Ｏは、一般的に格子間（インタースティシャル）不
純物となる。シリコン中の不純物ＣとＯとが、特定の位
置関係にある時、Ｃ−Ｏ複合体を形成する。
【００２０】図４は、シリコン結晶中におけるＣ−Ｏ複
合体を示す外略図である。図中ＣｓがＳｉ原子を置換し
たＣ原子を示し、球で示した原子間を結ぶ結合手が、格
子間サイトを占めるＯ原子のサイトを示す。Ｃ不純物と
Ｏ不純物との距離により、4種類の複合体が示されてい
る。
合体を示す外略図である。図中ＣｓがＳｉ原子を置換し
たＣ原子を示し、球で示した原子間を結ぶ結合手が、格
子間サイトを占めるＯ原子のサイトを示す。Ｃ不純物と
Ｏ不純物との距離により、4種類の複合体が示されてい
る。
【００２１】本発明者及びその共同研究者は、このよう
なＣ−Ｏ複合体について研究してきた。一定温度のアニ
ールを行なうと、ＣとＯとの複合ー解離反応は準熱平衡
状態に達する。現実的には、３００℃以上、好ましくは
４５０℃以上の熱処理を行う。時間は温度に依存する
が、少なくとも１分以上行なうことが好ましい。
なＣ−Ｏ複合体について研究してきた。一定温度のアニ
ールを行なうと、ＣとＯとの複合ー解離反応は準熱平衡
状態に達する。現実的には、３００℃以上、好ましくは
４５０℃以上の熱処理を行う。時間は温度に依存する
が、少なくとも１分以上行なうことが好ましい。
【００２２】平衡反応式は、質量作用の法則により
［Ｃ−Ｏ］＝Ａ（Ｔ）［Ｃ］［Ｏ］ （1）
と表わされる。ここで、［ ］は濃度を示し、Ａ（Ｔ）
はアニール温度Ｔに依存する比例係数（平衡反応定数）
である。
はアニール温度Ｔに依存する比例係数（平衡反応定数）
である。
【００２３】式（1）を変形すると、
［Ｃ］＝［Ｃ−Ｏ］／Ａ（Ｔ）［Ｏ］ （２）
が得られる。右辺に含まれる3つの物理量を知ることが
できれば、不純物炭素濃度［Ｃ］が求められる。
できれば、不純物炭素濃度［Ｃ］が求められる。
【００２４】［Ｏ］は、シリコン結晶中の酸素濃度を測
定することによって得られる。例えば、ＡＳＴＭ（Amer
ican Standard Testing and Materials)やＪＥＩＤＡ
（日本電子工業技術振興会）で定められた、不純物酸素
による常温で１１０６ｃｍ-1の赤外吸収線を用いる方法
によって［Ｏ］が求められる。
定することによって得られる。例えば、ＡＳＴＭ（Amer
ican Standard Testing and Materials)やＪＥＩＤＡ
（日本電子工業技術振興会）で定められた、不純物酸素
による常温で１１０６ｃｍ-1の赤外吸収線を用いる方法
によって［Ｏ］が求められる。
【００２５】［Ｃ−Ｏ］は、低温に冷却したサンプルの
Ｃ‐Ｏ複合体による赤外線吸収ピークの面積強度から求
めることができる。
Ｃ‐Ｏ複合体による赤外線吸収ピークの面積強度から求
めることができる。
【００２６】図１は、炭素Ｃと酸素Ｏをドープしたシリ
コンを５Ｋ程度に冷却した時の赤外線吸収スペクトルの
例を示す。横軸は波数を単位ｃｍ-1で示し、縦軸は吸収
率（absorbance）を単位ｃｍ-1で示す。サンプルは、炭
素Ｃと酸素Ｏをドープしたシリコン結晶を５００℃で１
２時間アニールした後、急冷したものである。
コンを５Ｋ程度に冷却した時の赤外線吸収スペクトルの
例を示す。横軸は波数を単位ｃｍ-1で示し、縦軸は吸収
率（absorbance）を単位ｃｍ-1で示す。サンプルは、炭
素Ｃと酸素Ｏをドープしたシリコン結晶を５００℃で１
２時間アニールした後、急冷したものである。
【００２７】図中、１１３６ｃｍ-1の強い吸収ピーク
は、常温で１１０６ｃｍ-1の波数にある酸素16Ｏの吸収
ピークが温度変化により波数シフトしたものである。１
１８５ｃｍ-1の吸収ピークは酸素同位体18Ｏの吸収ピー
クである。酸素16Ｏのピークと酸素同位体18Ｏのピーク
の間にＡ、Ｂ'、Ｃ、Ｄで示す４つのピークが観測され
ている。発明者の過去の研究によれば、１１０４ｃｍ-1
の赤外吸収ピークＡは、Ｃ‐Ｏ複合体によるものであ
り、置換型である不純物炭素と、第２近接共有結合軸に
侵入した不純物酸素との複合体欠陥に起因する。
は、常温で１１０６ｃｍ-1の波数にある酸素16Ｏの吸収
ピークが温度変化により波数シフトしたものである。１
１８５ｃｍ-1の吸収ピークは酸素同位体18Ｏの吸収ピー
クである。酸素16Ｏのピークと酸素同位体18Ｏのピーク
の間にＡ、Ｂ'、Ｃ、Ｄで示す４つのピークが観測され
ている。発明者の過去の研究によれば、１１０４ｃｍ-1
の赤外吸収ピークＡは、Ｃ‐Ｏ複合体によるものであ
り、置換型である不純物炭素と、第２近接共有結合軸に
侵入した不純物酸素との複合体欠陥に起因する。
【００２８】Ｃ−Ｏ複合体による吸収ピークは、温度を
上げていくと７Ｋ程度から減少を始める。常温ではほと
んど認められない。好ましくは７０Ｋ以下、より好まし
くは１０Ｋ以下、さらに好ましくは９Ｋ以下で測定する
ことが望ましい。このため、サンプルはクライオスタッ
ト等で冷却する必要がある。液体ヘリウム、液体水素
（好ましくは減圧）等の冷媒を用いてサンプルを冷却す
る。液体窒素を減圧して用いることも可能であろう。
上げていくと７Ｋ程度から減少を始める。常温ではほと
んど認められない。好ましくは７０Ｋ以下、より好まし
くは１０Ｋ以下、さらに好ましくは９Ｋ以下で測定する
ことが望ましい。このため、サンプルはクライオスタッ
ト等で冷却する必要がある。液体ヘリウム、液体水素
（好ましくは減圧）等の冷媒を用いてサンプルを冷却す
る。液体窒素を減圧して用いることも可能であろう。
【００２９】赤外吸収は、例えばフーリエ変換分光器を
用い、雰囲気を真空、または窒素として測定することが
好ましい。９５０ｃｍ-1から１１５０ｃｍ-1の波数領域
を含む測定を行なう。
用い、雰囲気を真空、または窒素として測定することが
好ましい。９５０ｃｍ-1から１１５０ｃｍ-1の波数領域
を含む測定を行なう。
【００３０】Ｃ‐Ｏ複合体とは言え、酸素は炭素から比
較的離れた所にあるため、その局在振動の素性は孤立し
た不純物酸素と較べほとんど変わっていない。すなわ
ち、孤立した不純物酸素による１１３６．４ｃｍ-1の吸
収ピークと、１１０４ｃｍ-1のＣ−Ｏ複合体による吸収
ピークＡとは、比較的近い波数関係にあり、酸素原子１
個当りの振動子強度（面積強度）もほとんど同等である
と考えられる。
較的離れた所にあるため、その局在振動の素性は孤立し
た不純物酸素と較べほとんど変わっていない。すなわ
ち、孤立した不純物酸素による１１３６．４ｃｍ-1の吸
収ピークと、１１０４ｃｍ-1のＣ−Ｏ複合体による吸収
ピークＡとは、比較的近い波数関係にあり、酸素原子１
個当りの振動子強度（面積強度）もほとんど同等である
と考えられる。
【００３１】なお、図には常温での６０７ｃｍ-1の吸収
ピークの面積から算出した不純物炭素Ｃの濃度Ｃsと常
温での１１０６ｃｍ-1の赤外吸収ピークから求めた不純
物酸素Ｏの濃度ＯIが記されている。
ピークの面積から算出した不純物炭素Ｃの濃度Ｃsと常
温での１１０６ｃｍ-1の赤外吸収ピークから求めた不純
物酸素Ｏの濃度ＯIが記されている。
【００３２】１１３６．４ｃｍ-1の赤外吸収ピークの面
積強度Ｉ（Ｏ：１１３６）と不純物酸素濃度[Ｏ]とは、 ［Ｏ]＝ｋ×Ｉ（Ｏ：１１３６） （３） で表わされる。
積強度Ｉ（Ｏ：１１３６）と不純物酸素濃度[Ｏ]とは、 ［Ｏ]＝ｋ×Ｉ（Ｏ：１１３６） （３） で表わされる。
【００３３】１１０４ｃｍ-1の赤外吸収ピークと、［Ｃ
−Ｏ］の濃度との関係は、［Ｃ−Ｏ］＝ｋ'×Ｉ（Ｃ−
Ｏ：１１０４）で表わされる。ここで、１１３６ｃｍ-1
の赤外吸収ピークと１１０４ｃｍ-1の赤外吸収ピークと
がほぼ同一の素性を有することを考慮すると、ｋ'＝ｋ
と置くことができ、 ［Ｃ−Ｏ］＝ｋ×Ｉ（Ｃ−Ｏ：１１０４） （４） の関係が成り立つ。
−Ｏ］の濃度との関係は、［Ｃ−Ｏ］＝ｋ'×Ｉ（Ｃ−
Ｏ：１１０４）で表わされる。ここで、１１３６ｃｍ-1
の赤外吸収ピークと１１０４ｃｍ-1の赤外吸収ピークと
がほぼ同一の素性を有することを考慮すると、ｋ'＝ｋ
と置くことができ、 ［Ｃ−Ｏ］＝ｋ×Ｉ（Ｃ−Ｏ：１１０４） （４） の関係が成り立つ。
【００３４】換算係数ｋは、発明者等の研究により求め
られており、 ｋ＝１．５８±０．０３ｃｍ-2 ｐｐｍ-1 （５） である。
られており、 ｋ＝１．５８±０．０３ｃｍ-2 ｐｐｍ-1 （５） である。
【００３５】１１０４ｃｍ-1の赤外吸収ピークの面積強
度を測定すれば、（４）式からＣ−Ｏ複合体の濃度［Ｃ
−Ｏ］が求められる。
度を測定すれば、（４）式からＣ−Ｏ複合体の濃度［Ｃ
−Ｏ］が求められる。
【００３６】Ａ（Ｔ）は、アニール温度Ｔに依存する比
例係数である。酸素濃度［Ｏ］、炭素濃度［Ｃ］が既知
である様々な結晶を準備し、種々の温度のアニールを施
し、急冷後のサンプルで低温で１１０４ｃｍ-1の赤外吸
収ピークの面積強度を測定し、［Ｃ−Ｏ］を求める。
例係数である。酸素濃度［Ｏ］、炭素濃度［Ｃ］が既知
である様々な結晶を準備し、種々の温度のアニールを施
し、急冷後のサンプルで低温で１１０４ｃｍ-1の赤外吸
収ピークの面積強度を測定し、［Ｃ−Ｏ］を求める。
【００３７】
Ａ（Ｔ）＝［（Ｃ−Ｏ）］／［Ｏ］［Ｃ］ （６）
に、測定値を代入することにより、比例定数Ａ（Ｔ）を
求めることができる。
求めることができる。
【００３８】図２は、このようにして求めた平衡反応定
数Ａ（Ｔ）×１０23ｃｍ3を示すグラフである。横軸は
アニール温度Ｔを１０００／Ｔの形で、単位１／Ｋで示
し、縦軸は平衡反応定数Ａ（Ｔ）ｘ１０23を示す。プロ
ットを結ぶ曲線は、実験プロットから最小自乗法で求め
たフィット曲線である。このようにして、平衡反応定数
Ａ（Ｔ）を求めておき、炭素濃度不明のサンプルを所定
温度でアニールし、急冷後酸素濃度［Ｏ］及び低温測定
によるＣ−Ｏ複合体の濃度[Ｃ‐Ｏ]を測定すれば、
（２）式から炭素濃度［Ｃ］を知ることができる。
数Ａ（Ｔ）×１０23ｃｍ3を示すグラフである。横軸は
アニール温度Ｔを１０００／Ｔの形で、単位１／Ｋで示
し、縦軸は平衡反応定数Ａ（Ｔ）ｘ１０23を示す。プロ
ットを結ぶ曲線は、実験プロットから最小自乗法で求め
たフィット曲線である。このようにして、平衡反応定数
Ａ（Ｔ）を求めておき、炭素濃度不明のサンプルを所定
温度でアニールし、急冷後酸素濃度［Ｏ］及び低温測定
によるＣ−Ｏ複合体の濃度[Ｃ‐Ｏ]を測定すれば、
（２）式から炭素濃度［Ｃ］を知ることができる。
【００３９】上述の方法において、１１０４ｃｍ-1赤外
吸収ピークを測定することにより、［Ｃ−Ｏ］を求める
ことは、非常に有効である。１１０４ｃｍ-1の赤外吸収
ピークの素性は、孤立酸素により１１３６．４ｃｍ-1の
赤外吸収ピークの素性とほとんど同じであるため、酸素
原子１個当り、すなわちＣ‐Ｏ複合体１個当りの吸収強
度は非常に大きい。例えば、試料厚１０ｍｍの場合に
は、１１３６．４ｃｍ-1の赤外吸収ピークを用いると、
０．００５ｐｐｍ程度の酸素を検出することが容易であ
り、０．１ｐｐｍ程度の酸素を定量する場合の誤差は
０．００５ｐｐｍ以下に抑えることができる。相対誤差
として５％以下となる。１１０４ｃｍ-1の赤外吸収ピー
クもこれもほとんど同じ精度（すなわち５％以下の誤
差）をもって［Ｃ‐Ｏ］を定めることができる。
吸収ピークを測定することにより、［Ｃ−Ｏ］を求める
ことは、非常に有効である。１１０４ｃｍ-1の赤外吸収
ピークの素性は、孤立酸素により１１３６．４ｃｍ-1の
赤外吸収ピークの素性とほとんど同じであるため、酸素
原子１個当り、すなわちＣ‐Ｏ複合体１個当りの吸収強
度は非常に大きい。例えば、試料厚１０ｍｍの場合に
は、１１３６．４ｃｍ-1の赤外吸収ピークを用いると、
０．００５ｐｐｍ程度の酸素を検出することが容易であ
り、０．１ｐｐｍ程度の酸素を定量する場合の誤差は
０．００５ｐｐｍ以下に抑えることができる。相対誤差
として５％以下となる。１１０４ｃｍ-1の赤外吸収ピー
クもこれもほとんど同じ精度（すなわち５％以下の誤
差）をもって［Ｃ‐Ｏ］を定めることができる。
【００４０】他の２つの量を定める手続は、さらに高い
精度で行なえるため、総合的に測定誤差は［Ｃ］が０．
１ｐｐｍ程度である時、５％程度にすることが可能であ
る。
精度で行なえるため、総合的に測定誤差は［Ｃ］が０．
１ｐｐｍ程度である時、５％程度にすることが可能であ
る。
【００４１】図３（Ａ），（Ｂ）を参照して、不純物炭
素濃度が未知のシリコン結晶から不純物炭素濃度を測定
する実施例を説明する。
素濃度が未知のシリコン結晶から不純物炭素濃度を測定
する実施例を説明する。
【００４２】図３（Ａ）は、本実施例の工程を示すフロ
ーチャートである。ステップＳ１で常温（例えば２５℃
±１５℃）で１１０６ｃｍ-1の吸収ピークを測定し、酸
素濃度［Ｏ］を求める。ステップＳ２で。常温で６０７
ｃｍ-1の吸収ピークを測定する。ステップＳ３で測定が
できたか否かを判断する。測定できた時はステップＳ５
に進み、炭素濃度［Ｃ］を求める。測定できない時は、
ステップＳ４に進み、サンプルを低温（たとえば５Ｋ）
に冷却して、１１０４ｃｍ-1の吸収ピークを測定する。
その後、ステップＳ５に進み、炭素濃度［Ｃ］を求め
る。なお、ステップＳ１は、必ずしもはじめに行なう必
要はなく、後で行なってもよい。以下、より具体的に説
明する。
ーチャートである。ステップＳ１で常温（例えば２５℃
±１５℃）で１１０６ｃｍ-1の吸収ピークを測定し、酸
素濃度［Ｏ］を求める。ステップＳ２で。常温で６０７
ｃｍ-1の吸収ピークを測定する。ステップＳ３で測定が
できたか否かを判断する。測定できた時はステップＳ５
に進み、炭素濃度［Ｃ］を求める。測定できない時は、
ステップＳ４に進み、サンプルを低温（たとえば５Ｋ）
に冷却して、１１０４ｃｍ-1の吸収ピークを測定する。
その後、ステップＳ５に進み、炭素濃度［Ｃ］を求め
る。なお、ステップＳ１は、必ずしもはじめに行なう必
要はなく、後で行なってもよい。以下、より具体的に説
明する。
【００４３】不純物炭素濃度が未知であるシリコン結晶
インゴットから、２０ｍｍ厚の試料と２ｍｍ厚の試料を
切り出し、赤外吸収測定が可能なように試料表面を化学
エッチングによって鏡面に仕上げた。１１０６ｃｍ-1の
吸収ピークを用いて、不純物酸素濃度［Ｏ］を求めた。
その結果、［Ｏ］＝５０．２ｐｐｍが得られた。同じ試
料に対して、不純物炭素により６０７ｃｍ-1の赤外吸収
ピークを測定し、不純物炭素濃度［Ｃ］を求めようとし
たが、検出限界（０．１ｐｐｍ）以下であり、定量不能
であった。
インゴットから、２０ｍｍ厚の試料と２ｍｍ厚の試料を
切り出し、赤外吸収測定が可能なように試料表面を化学
エッチングによって鏡面に仕上げた。１１０６ｃｍ-1の
吸収ピークを用いて、不純物酸素濃度［Ｏ］を求めた。
その結果、［Ｏ］＝５０．２ｐｐｍが得られた。同じ試
料に対して、不純物炭素により６０７ｃｍ-1の赤外吸収
ピークを測定し、不純物炭素濃度［Ｃ］を求めようとし
たが、検出限界（０．１ｐｐｍ）以下であり、定量不能
であった。
【００４４】そこで、２０ｍｍ厚の試料を用いて、１１
０４ｃｍ-1の赤外吸収ピークを用いて［Ｃ］の定量を行
なった。２０ｍｍ厚の試料に対して６００℃、２時間の
アニール処理を行ない、急冷した後１０Ｋにおいて赤外
吸収測定を行なった。
０４ｃｍ-1の赤外吸収ピークを用いて［Ｃ］の定量を行
なった。２０ｍｍ厚の試料に対して６００℃、２時間の
アニール処理を行ない、急冷した後１０Ｋにおいて赤外
吸収測定を行なった。
【００４５】図３（Ｂ）が得られた吸収スペクトルであ
る。Ｃ−Ｏ複合体による１１０４ｃｍ-1の赤外吸収ピー
クは非常に強く現れている。Ｏ18の存在比率は16Ｏの約
０．３％である。すなわち、１０８５ｃｍ-1の位置に、
５０．２×０．００３ｐｐｍ＝０．１５ｐｐｍの酸素濃
度が大きなピークとして観測されている。これとほぼ同
程度の感度でＣ‐Ｏ複合体による１１０４ｃｍ-1の吸収
ピークも検出されている。このピークの面積強度を求
め、上述の方法によって不純物炭素濃度［Ｃ］を求める
と、０．０３２±０．００４ｐｐｍであった。従来法で
は検出不可能な低濃度領域の不純物炭素濃度が、高精度
で測定できた。
る。Ｃ−Ｏ複合体による１１０４ｃｍ-1の赤外吸収ピー
クは非常に強く現れている。Ｏ18の存在比率は16Ｏの約
０．３％である。すなわち、１０８５ｃｍ-1の位置に、
５０．２×０．００３ｐｐｍ＝０．１５ｐｐｍの酸素濃
度が大きなピークとして観測されている。これとほぼ同
程度の感度でＣ‐Ｏ複合体による１１０４ｃｍ-1の吸収
ピークも検出されている。このピークの面積強度を求
め、上述の方法によって不純物炭素濃度［Ｃ］を求める
と、０．０３２±０．００４ｐｐｍであった。従来法で
は検出不可能な低濃度領域の不純物炭素濃度が、高精度
で測定できた。
【００４６】このように、シリコン結晶中の炭素濃度を
精度良く測定することにより、シリコン結晶に一定のゲ
ッタリング能力を持たせることが容易になる。特にｐ‐
型下地基板上にｐ型エピタキシャル層を成長したｐ／ｐ
-エピウエハ中の炭素濃度の確保に有効であろう。上述
のように、従来と同様の常温での不純物炭素濃度の測定
と、低温での不純物炭素濃度の測定とを併せて用いる
と、広範囲で効率的な炭素濃度の測定が可能となる。し
たがって、所望の酸素析出量すなわちゲッタリング能力
を得ることが容易になる。
精度良く測定することにより、シリコン結晶に一定のゲ
ッタリング能力を持たせることが容易になる。特にｐ‐
型下地基板上にｐ型エピタキシャル層を成長したｐ／ｐ
-エピウエハ中の炭素濃度の確保に有効であろう。上述
のように、従来と同様の常温での不純物炭素濃度の測定
と、低温での不純物炭素濃度の測定とを併せて用いる
と、広範囲で効率的な炭素濃度の測定が可能となる。し
たがって、所望の酸素析出量すなわちゲッタリング能力
を得ることが容易になる。
【００４７】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば種々
の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明
であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば種々
の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明
であろう。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリコン結晶中の炭素濃度を低濃度まで高精度に測定す
ることができる。
シリコン結晶中の炭素濃度を低濃度まで高精度に測定す
ることができる。
【００４９】エピウエハのゲッタリング能力を保証する
ことが容易になる。
ことが容易になる。
【図１】 本発明の実施例を説明するための赤外吸収ス
ペクトルを示すグラフである。
ペクトルを示すグラフである。
【図２】 本発明の実施例を説明するための平衡反応定
数の温度依存性を示すグラフである。
数の温度依存性を示すグラフである。
【図３】 炭素濃度が未知のシリコン結晶の赤外吸収ス
ペクトルを示すグラフである。
ペクトルを示すグラフである。
【図４】 シリコン結晶中で格子位置に置換して入った
炭素原子と、共有結合の格子間位置に入った酸素原子と
の関係を示す概略斜視図である。
炭素原子と、共有結合の格子間位置に入った酸素原子と
の関係を示す概略斜視図である。
Ａ １１０４ｃｍ−１のＣ−Ｏ複合体による赤
外吸収ピーク Ｓ１〜Ｓ４ 実施例のステップ
外吸収ピーク Ｓ１〜Ｓ４ 実施例のステップ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB16 CC02 CC07 DD16
DD18 EE01 EE12 HH01 HH06
NN02
4M106 AA10 BA08 CB01 DH13 DH44
DH45
Claims (10)
- 【請求項１】 （ａ）シリコン結晶中の炭素と酸素の複
合体による赤外吸収の強度を測定する工程と、 （ｂ）前記炭素と酸素の複合体による赤外吸収の強度か
らシリコン結晶中の炭素濃度を求める工程とを含むシリ
コン結晶中の炭素濃度の測定方法。 - 【請求項２】 前記工程（ａ）が、９５０ｃｍ-1から１
１５０ｃｍ-1の波数領域内で行なわれる請求項１記載の
シリコン結晶中の酸素濃度の測定方法。 - 【請求項３】 前記工程（ａ）が、１０Ｋ以下の温度
で、１１０４±０．５ｃｍ-1の吸収ピークに対して行な
われる請求項１または２記載の炭素濃度の測定方法。 - 【請求項４】 前記工程（ａ）が、冷媒で冷却したサン
プルに対して行なわれる請求項１〜３のいずれか１項記
載の炭素濃度の測定方法。 - 【請求項５】 さらに、（ｃ）前記工程（ａ）の前に３
００℃以上の温度でアニールした後、冷却する工程を含
む請求項１〜４のいずれか１項記載の炭素濃度の測定方
法。 - 【請求項６】 前記工程（ｃ）のアニールが１分以上の
時間行なわれる請求項５記載の炭素濃度の測定方法。 - 【請求項７】 炭素と酸素の複合体による赤外吸収の強
度に基づいて得た炭素濃度を付したシリコンウエハ。 - 【請求項８】 前記ウエハが下地基板上にエピタキシャ
ル層を成長させたエピウエハである請求項７記載のシリ
コンウエハ。 - 【請求項９】 前記ウエハが、ｐ-型下地基板上にｐ型
エピタキシャル層を成長させたエピウエハである請求項
８記載のシリコンウエハ。 - 【請求項１０】 （ａ）常温で、シリコン結晶中の炭素
と酸素による赤外吸収の強度を測定し、炭素と酸素の濃
度を得る工程と、 （ｂ）前記工程（ａ）で炭素濃度の測定が困難な場合、
低温で炭素と酸素との複合体による赤外吸収の強度から
シリコン結晶中の炭素濃度を求める工程とを含むシリコ
ン結晶中の不純物濃度の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001271727A JP2003075340A (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | シリコン結晶中の炭素濃度の測定方法およびシリコンウエハ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001271727A JP2003075340A (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | シリコン結晶中の炭素濃度の測定方法およびシリコンウエハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003075340A true JP2003075340A (ja) | 2003-03-12 |
Family
ID=19097196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001271727A Withdrawn JP2003075340A (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | シリコン結晶中の炭素濃度の測定方法およびシリコンウエハ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003075340A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007279042A (ja) * | 2006-04-05 | 2007-10-25 | Dow Corning Corp | 結晶シリコン中の炭素濃度の分析方法 |
| JP2015101529A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶の炭素濃度測定方法 |
| JP2019124483A (ja) * | 2018-01-12 | 2019-07-25 | 信越半導体株式会社 | 炭素濃度評価方法 |
-
2001
- 2001-09-07 JP JP2001271727A patent/JP2003075340A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007279042A (ja) * | 2006-04-05 | 2007-10-25 | Dow Corning Corp | 結晶シリコン中の炭素濃度の分析方法 |
| JP2015101529A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶の炭素濃度測定方法 |
| JP2019124483A (ja) * | 2018-01-12 | 2019-07-25 | 信越半導体株式会社 | 炭素濃度評価方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081202 |