JP2015115404A - シリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法 - Google Patents

シリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法 Download PDF

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Abstract

【課題】粒子線の照射によってシリコン単結晶基板中に生成したＶＶ欠陥の濃度を簡易的に評価することができる方法を提供する。【解決手段】粒子線の照射によりシリコン単結晶基板中に生成した欠陥濃度を評価する方法であって、前記シリコン単結晶基板の抵抗率を測定した後、該シリコン単結晶基板に前記粒子線を照射し、該照射後、前記シリコン単結晶基板の抵抗率を再度測定し、前記粒子線の照射前後の抵抗率の測定結果から、照射前後におけるシリコン単結晶基板中のキャリア濃度を各々求めてキャリア濃度の変化率を算出し、該キャリア濃度の変化率から、前記粒子線の照射により前記シリコン単結晶基板中に生成し、シリコン原子空孔より成るＶＶ欠陥の濃度を評価するシリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法。【選択図】図１

Description

本発明は、電子やイオン等からなる粒子線の照射によってシリコン単結晶基板中に導入された結晶欠陥の濃度の評価方法に関する。
ＰＮダイオードやＩＧＢＴ等の半導体デバイスの製造過程で、キャリアライフタイムを制御するために電子線やプロトンあるいはヘリウムイオンといった種々の粒子線の照射が行われることがある。例えば、特許文献１には、プロトンを打ち込むことでＰＮ接合界面の付近に結晶欠陥を形成したＰＮダイオードが開示されている。粒子線を照射することでシリコン結晶中に結晶欠陥が導入され、それに応じてキャリアライフタイムが低下する。照射量を制御することで所望のライフタイムを得ることができる。
粒子線の照射でシリコン単結晶中に欠陥ができる過程は以下の通りである。まず、粒子線が打ち込まれると、結晶を構成するシリコン原子が格子位置からはじき出され、格子間シリコン（Ｉ）と単原子空孔（Ｖ）が生成する。この格子間シリコン−単原子空孔の対をフレンケルペアという。
格子間シリコンの一部は格子位置に存在する炭素原子Ｃｓと入れ替わり、格子間炭素Ｃｉが生成する。この格子間炭素は不安定なため、格子間酸素あるいは別の置換型炭素と結合し、それぞれＣｉＯｉ、ＣｉＣｓといった複合型欠陥を形成する。残りの格子間シリコンは、他の格子間シリコンと凝集してクラスターを作るか、そのままの形で結晶中に残るか、単原子空孔と再結合して消滅するかのいずれかになると考えられる。
格子間炭素に起因するＣｉＯｉ、ＣｉＣｓといった欠陥はフォトルミネッセンス（ＰＬ）やカソードルミネッセンス（ＣＬ）によって検出され、結晶中の酸素濃度や炭素濃度に影響されることが知られている（非特許文献１）。
一方、フレンケルペアのうちの単原子空孔は、多くがＶＶ欠陥を形成すると考えられる。この欠陥は電子スピン共鳴（ＥＳＲ）分析によって評価されている例がある（非特許文献２）。
特開平８−１０２５４５号公報
Ｍ． Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｅｌｅｎｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．， Ｖｏｌ．１４１， Ｎｏ．１２， ３５７６ （１９９４） 照射損傷 石野栞、東京大学出版会（１９７９） ｐ１７８−１８３
前述の通り、照射による結晶欠陥はキャリアトラップとなり、ライフタイムを下げる役割がある。パワーデバイス等ではライフタイムを適切な値にするためにこれらの量を制御する必要があるが、ＣＬ等の評価手法である程度の定量が可能な炭素関連の欠陥に比べ、ＶＶ欠陥は生成量を定量評価することが難しいという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、粒子線の照射によってシリコン単結晶基板中に生成したＶＶ欠陥の濃度を簡易的に評価することができる方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、粒子線の照射によりシリコン単結晶基板中に生成した欠陥濃度を評価する方法であって、前記シリコン単結晶基板の抵抗率を測定した後、該シリコン単結晶基板に前記粒子線を照射し、該照射後、前記シリコン単結晶基板の抵抗率を再度測定し、前記粒子線の照射前後の抵抗率の測定結果から、照射前後におけるシリコン単結晶基板中のキャリア濃度を各々求めてキャリア濃度の変化率を算出し、該キャリア濃度の変化率から、前記粒子線の照射により前記シリコン単結晶基板中に生成し、シリコン原子空孔より成るＶＶ欠陥の濃度を評価することを特徴とするシリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法を提供する。
このように本発明は、粒子線の照射前後の抵抗率の測定、そしてその測定値から得たキャリア濃度の変化率からＶＶ欠陥の濃度を評価することができるので、実に簡易的な評価方法である。また、評価結果から、ＶＶ欠陥の濃度に関して、粒子線の照射量や結晶品質（例えば酸素濃度等）との関連性も得ることができる。
また、前記照射する粒子線を電子またはイオンからなるものとすることができる。
このような粒子線の照射によってシリコン単結晶基板中にフレンケルペアおよびその単原子空孔Ｖ起因のＶＶ欠陥等を生成することができる。
また、前記シリコン単結晶基板に含まれるドーパント不純物を、リン、ヒ素、アンチモンのうちのいずれかとすることができる。
このようなドーパント不純物を用いれば、原子径がシリコンと同程度かそれ以上であり、単原子空孔と複合体を作り安定化させることができ、より確実に、ＶＶ欠陥の濃度を上記のキャリア濃度の変化率を用いて評価することができる。
また、前記評価対象のシリコン単結晶基板とは別に、ＶＶ欠陥の濃度が既に評価されている予備試験用のシリコン単結晶基板を予め用意し、該予備試験用のシリコン単結晶基板に関して、前記粒子線の照射前後におけるキャリア濃度の変化率と、前記既に評価されているＶＶ欠陥の濃度とから相関関係を求めておき、該相関関係を用いて、前記評価対象のシリコン単結晶基板に粒子線を照射してＶＶ欠陥の濃度を評価することができる。
このような予備試験の結果を利用することで、評価対象のシリコン単結晶基板におけるＶＶ欠陥の濃度をより簡便に相対評価することができる。
以上のように、本発明によれば、粒子線の照射によるＶＶ欠陥の濃度を簡易的に評価することができるし、粒子線の照射量や結晶品質に対するＶＶ欠陥濃度の関係を得ることができる。これにより、シリコン単結晶基板のライフタイムを所望の値に制御するために必要な照射量もしくは結晶品質をより簡便に把握することができる。
本発明のシリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法の工程の一例を示すフロー図である。 キャリア濃度の変化率と酸素濃度との関係を示すグラフである。 キャリア濃度の変化率と電子線照射量との関係を示すグラフである。 本発明のシリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法の工程の一例を示すフロー図である。
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明者らが本発明を完成させるに至った経緯について述べる。
前述したように、従来では、粒子線の照射によって形成されたフレンケルペアのうちのＶ（単原子空孔）の多くがＶＶ欠陥を形成すると考えられていたが、本発明者らが鋭意研究を行ったところ、そのＶは（１）Ｖ＋Ｏ→ＶＯ、（２）Ｖ＋Ｘ→ＶＸ、（３）Ｖ＋Ｖ→ＶＶの３つの反応が主に起こることが分かった。なお、上記の式において、Ｏは酸素原子、Ｘはドーパント原子を表す。
ここで、ＩＧＢＴ向けにライフタイムを制御したＮ型シリコン基板について、各不純物元素および欠陥の存在量を求めてみる。酸素濃度は、ＣＺ法で製造された場合１ｃｍ３あたり例えば１７乗台から１８乗台であり、ＦＺ法の場合は原料の酸素濃度にもよるが、およそ１５乗台後半から１６乗台である。また、ドーパント濃度は、例えばＩＧＢＴとして一般的に使用される抵抗率範囲を１０Ωｃｍ以上とすると、例えばリンの濃度で５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となる。単原子空孔の生成量は粒子線の照射量によっても大きく違いが出る上に見積もりが難しいが、ここでは、一例として、結晶中に１×１０１３〜１×１０１５／ｃｍ３のフレンケルペアができる程度の照射を行ったとする。
以上の条件では酸素濃度はリンの濃度［Ｐ］やＶの濃度［Ｖ］に比べ十分に多いことから、（１）の反応が優先的に起こる。そして残存したＶで（２）および（３）の反応が起こる。つまり、高酸素濃度の結晶では（１）の反応が起きやすい反面、（２）、（３）の反応が起こりにくくなり、低酸素濃度の結晶では（１）の反応が抑制される代わりに（２）（３）の反応が起こりやすくなる。（２）（３）の反応の生成物であるＶＰ、ＶＶは残存Ｖ濃度［残存Ｖ］に依存してそれらの濃度［ＶＰ］および［ＶＶ］が決まると考えられるため（［残存Ｖ］∝［ＶＰ］、［残存Ｖ］∝［ＶＶ］）、簡単に［残存Ｖ］∝［ＶＰ］∝［ＶＶ］と表せる。
一方、ＤＬＴＳ（Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）の解析によりＶＰはシリコンの伝導帯の下約０．４５ｅＶの位置に準位を形成すると報告されており、Ｎ型のドーパントとしては働いていない。つまりＶＰの形成量に従ってシリコン基板の抵抗率が増加するので、［ＶＰ］は照射前後のキャリア濃度変化率を測定することで推定できる。従って［ＶＶ］∝［ＶＰ］∝キャリア濃度変化率として、簡易的に［ＶＶ］を推定評価することができる。
本発明者らはこれらのことを見出し、本発明を完成させた。
以下、本発明について、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
＜第一の実施態様＞
本発明のシリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法の工程の一例を図１に示す。
（工程１：評価対象のシリコン単結晶基板の用意）
まず、評価対象となるシリコン単結晶基板（以下、単にウエーハと呼ぶことがある）を用意する。ウェーハの原料となるシリコン単結晶インゴットは浮遊帯溶融法（ＦＺ法）とチョクラルスキー法（ＣＺ法）のいずれにより作られたものでもよい。またウェーハの厚みや表面の加工方法も特に限定されない。
また、ウェーハの酸素濃度は特に限定されないが、例えば、ＦＺ法やＣＺ法で通常製造される５×１０１５〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とすることができる。このような範囲内のものであれば、ドーパント濃度などとの関係もあるが、より一層、前述したような本発明者らが見出した欠陥形成のメカニズムが成り立ちやすく、本発明の評価方法を有効に利用することができる。
また、シリコンの伝導型は特に限定されないが、例えばリン、ヒ素、アンチモンのいずれかがドープされたＮ型とすることができる。また結晶中のドーパント濃度は５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。これはリンドープの場合で、およそ抵抗率が１０Ωｃｍ以上のものに相当する。
単原子空孔とドーパント原子の反応については、原子径がシリコンと同程度かそれ以上の場合は単原子空孔と複合体を作り安定化する。一方、原子径がシリコンよりも小さい場合は格子間シリコンと複合体を作り安定化する。従って、ホウ素などの比較的原子径の小さい元素よりも上記のリン、ヒ素、アンチモン等の元素であれば、より確実に単原子空孔とドーパント原子とで複合欠陥を作ることができ、上記メカニズムが発生しやすい。
このようにドーパント種やその濃度の範囲として上記例を挙げた理由は、上記の酸素濃度に関する説明と同様、欠陥形成メカニズムがより一層成り立ちやすくなるためである。
なお、以下ではリンドープの場合を例に挙げて説明する。
また、ウェーハへの窒素ドープの有無は特に限定されない。また、炭素濃度も特に限定されない。窒素や炭素はＳｉの単原子空孔Ｖに関する反応に特に寄与しないと考えられるためである。ただし炭素原子の多寡で、格子間シリコンＩ起因の炭素関連欠陥量は変化する。従って、本発明による欠陥評価をデバイス特性と関連させる際は、その影響を考慮するとより高精度の評価を得ることが可能になる。
（工程２：抵抗率測定）
上記のウェーハについて、抵抗率を測定する。
ただし、ウェーハ中に酸素や窒素が含まれると、サーマルドナーやＮＯドナーが発生している場合がある。それらによって抵抗率が本来の値からずれることを防ぐために、あらかじめドナー消去熱処理を加えておくことが好ましい。例えば窒素をドープしないＣＺウェーハの場合は、例えば６５０℃で２０分の熱処理を加えれば十分にサーマルドナーを消去することができる。
また、抵抗率の測定手法については、後に行う粒子線の照射で電子線を用いる場合は四探針法を用いるのが簡便で好ましいが、測定手法はこれに限定されるものではない。特に粒子線として電子線以外のイオン線を用いる場合は、電子線に比べてウェーハ内の照射による欠陥が特定の深さに局在化しやすいという性質がある。その場合、例えばアングルポリッシュ後の拡がり抵抗（ＳＲ）測定など、深さ方向に分布を求められるような測定手法が好ましい。このように照射条件等に応じて、測定手法は適宜決定することができる。
（工程３：粒子線照射）
次に、ウェーハに粒子線を照射する。
粒子線は電子またはイオンからなるものとすることができる。これらの照射により、シリコン単結晶内に結晶欠陥（フレンケルペアおよびその単原子空孔Ｖを起因とするＶＶ欠陥等）が生成される。粒子線の照射条件に特別な限定はないが、適当な量のフレンケルペアが生成され、前述のメカニズムが成り立つ程度に照射量を適宜調整することができる。照射量から空孔濃度を算出することは困難ではあるが、電子線照射の場合、例えば加速電圧２ＭＶで照射量１×１０１６／ｃｍ２以下にすることが好ましい。
（工程４：抵抗率測定）
そして、粒子線を照射した後のウェーハについて、再び抵抗率を測定する。
実際にデバイスとして用いる際には照射後にアニールを行って不要なダメージを除去することが通常行われるが、この場合はダメージ評価を行うため加熱処理は不要である。ただし、当然、必要に応じて加熱処理を行うこともできる。
（工程５：キャリア濃度変化率の算出）
そして、アービン曲線などを用いて照射前後の抵抗率から、それぞれ、照射前後のキャリア濃度を算出し、さらにキャリア濃度変化率を算出する。なお、キャリア濃度変化率としては、例えば以下の式によって求めることができる。
キャリア濃度変化率＝（［ｎ］ｆ−［ｎ］ｉ）／［ｎ］ｉ×１００
ただし、［ｎ］ｉ：照射前のキャリア濃度、［ｎ］ｆ：照射後のキャリア濃度である。
（工程６：ＶＶ欠陥濃度の評価）
上記のようにして算出したキャリア濃度変化率を用いてＶＶ欠陥濃度を評価する。
ここで、まず、酸素濃度や粒子線の照射量と、キャリア濃度変化率との関係について説明する。
酸素濃度とキャリア濃度変化率の相関を図２に示す。ＦＺ法とＣＺ法で各種酸素濃度のリンドープＮ型ウェーハ（抵抗率約６０Ωｃｍ）を作製し、それぞれに６×１０１４／ｃｍ２の電子線照射を行った結果である。
この図２から明らかなように、酸素濃度が高くなるほどキャリア濃度変化率が小さくなる。これは前述の本発明者らによる考察の通り、酸素濃度が高くなるほど単原子空孔ＶがＯに消費され、その分リンと空孔の複合体ＰＶが形成されにくくなることを示している。
また、電子線照射量とキャリア濃度変化率の相関を図３に示す。ウエーハの酸素濃度は全て６×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
この図３から、電子線照射量が増えるほど照射による欠陥数が増加し、キャリア濃度が大きく変化していると言える。
図２や図３に示すように、キャリア濃度変化率は酸素濃度や粒子線の照射量に依存して変化する。ここで、前述したように［ＶＰ］∝［ＶＶ］と考えられるため、例えばキャリア濃度変化率が高いウェーハほどＶＶ欠陥が多く形成していることが間接的に分かる。このようにキャリア濃度変化率を用いてＶＶ欠陥の濃度の大小を簡易的に評価することができる。具体的なＶＶ欠陥濃度の値が求められるわけではないものの、各種サンプル間の相対的なＶＶ欠陥濃度を評価することができる。
なお、これら図２、図３などの酸素濃度や粒子線の照射量と、ＶＶ欠陥濃度と関連するキャリア濃度変化率との関係性を示すデータを予め取得しておくことで、ＶＶ欠陥の濃度とそれらの関係を把握することができる。それによって、例えばウェーハの酸素濃度を変えたときに照射ダメージを同等にするにはどの程度の照射量が必要か見積もることができる。
また、前述した炭素の例に限らず、ウェーハ中に何らかの不純物が含まれていた場合、照射欠陥の形成に影響を与える可能性が考えられる。従って、上記実施形態では考慮していない不純物が高濃度に入ったウェーハや、サンプル間で不純物濃度に大きな差があるウェーハを評価する場合においては、それらの不純物が与える影響を考慮する工程を必要に応じて加えることで、より一層正確な評価を行うことが可能である。これらの考慮は、求める評価精度、コストや手間等によって適宜行うことができる。
＜第二の実施態様＞
また、本発明の他の実施態様としては、実際の評価対象のシリコン単結晶基板を評価する前に予備試験を行うことができる。第二の実施態様の工程の一例を図４に示す。
［予備試験］
（工程１：予備試験用のシリコン単結晶基板の用意）
まず、予備試験用のシリコン単結晶基板（以下、単に予備試験用ウエーハと呼ぶことがある）を用意する。この予備試験用ウエーハとしては、ＶＶ欠陥の濃度が既に評価されているということ以外は、例えば後に用意する評価対象のウエーハと同様のものとすることができる。具体的な酸素濃度等は、例えば第一の実施態様のときと同様にして決定することができる。
ここでは、一例として酸素濃度、ドーパント種、抵抗率等が評価対象のウエーハと同じ予備試験用ウエーハを複数用意する例を挙げて説明するが、その数は特に限定されない。
（工程１’：予備試験用と同様のシリコン単結晶基板を用いたＶＶ欠陥濃度の評価）
なお、ＶＶ欠陥の濃度を直接定量することは難しい。そこで、例えば、該予備試験用ウエーハと同様のウエーハを用い、製造工程において、後述する予備試験での工程３の粒子線照射工程と同様の条件で粒子線を照射して作製したダイオードのリカバリー特性から、間接的に予備試験用ウエーハにおけるＶＶ欠陥の濃度を評価しておくことができる。ウェーハ内のＶＶ欠陥はキャリアの再結合中心として働くため、ＶＶ欠陥が多いほどキャリアが消滅するまでの時間が短くなり、リカバリー特性は向上する。従って、リカバリー特性の良否がＶＶ欠陥生成量の大小を表すと考えられる。
ここでは、予備試験用ウエーハの数だけ照射量を変えてダイオードを製造し、それぞれの予備試験用ウエーハにおけるＶＶ欠陥濃度の指標として、各ダイオードにおけるリカバリー特性の良否を求めておく。
当然、このリカバリー特性に限定されず、ＶＶ欠陥の濃度と相関する他のパラメータを利用することができる。
（工程２〜工程５：抵抗率測定〜キャリア濃度変化率の算出）
各々の予備試験用ウエーハに対して、抵抗率の測定、粒子線の照射、再度の抵抗率の測定を行い、照射前後における予備試験用ウエーハ中のキャリア濃度を各々求め、キャリア濃度変化率を算出する。
なお、工程３（粒子線照射）では、前述した工程１’のダイオードでの製造工程と同様の条件で粒子線の照射を行う。ここでは、予備試験用ウエーハごとに照射量が異なっている。
その他、これらの工程における具体的な手順等は、例えば第一の実施態様と同様にして行うことができる。
（工程６：相関関係の把握）
上記のようにして算出した各々の予備試験用ウエーハにおけるキャリア濃度変化率と、ＶＶ欠陥の濃度（ここではダイオードにおけるリカバリー特性の良否）との相関関係を求める。これにより、酸素濃度等が同条件の場合での、各キャリア濃度変化率に対応するＶＶ欠陥の濃度（リカバリー特性の良否）を得ることができる。
［本試験］
（工程７〜工程１１：評価対象のシリコン単結晶基板の用意〜キャリア濃度変化率の算出）
次に本試験を行う。すなわち、実際の評価対象のウエーハの評価を行う。評価対象のウエーハを用意し、抵抗率の測定、所定の照射量での粒子線の照射、再度の抵抗率の測定を行い、照射前後における評価対象のウエーハ中のキャリア濃度を各々求め、キャリア濃度変化率を算出する。
（工程１２：相関関係を用いたＶＶ欠陥濃度の評価）
上記のようにして算出したキャリア濃度変化率と、予備試験で求めた相関関係を用い、評価対象のウエーハのＶＶ欠陥濃度（ここではダイオードにおけるリカバリー特性の良否）を評価する。すなわち、算出したキャリア濃度変化率を上記相関関係に当てはめ、対応するＶＶ欠陥濃度（リカバリー特性の良否）を求める。このようにして、予備試験を利用して簡便にＶＶ欠陥濃度を相対評価することができる。
なお、毎回予備試験を行う必要はなく、キャリア濃度変化率とＶＶ欠陥濃度との相関関係を示す過去の蓄積されたデータ等を用いることも可能である。この場合、予備試験に要する工程を省略することができ、より簡便に評価を行うことができる。
以下、実施例および比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
ＣＺ法とＦＺ法をそれぞれ用い、リンをドープした直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットを製造した。ＦＴＩＲ法により結晶中の酸素濃度を測定すると、ＣＺ結晶では３．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、ＦＺ結晶では０．３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。抵抗率はどちらも約６０Ωｃｍだった。なお、炭素関連欠陥ができてデバイス特性に影響を与えてしまうことを避けるため、炭素濃度は５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度まで低減した。
まずＦＺ結晶からポリッシュドウェーハ（ＰＷ）を作製し、続いてそれらのＦＺウェーハからＰＮダイオードを作製した。これらのダイオードには製造工程中に加速電圧２ＭＶで５水準の電子線照射が行われている。
ここで、前述したようにＶＶ欠陥の生成量を直接定量することは難しいので、作製したダイオードのリカバリー特性から間接的にＶＶ欠陥の生成量を評価した。リカバリー特性の良否がＶＶ欠陥濃度の大小を表すと考えられる。この評価結果を表１に示す。
一方、前記ＰＷと同種のＰＷに、ダイオード製造時と同じ条件で５水準の電子線照射を行い、照射前後の抵抗率を四探針法により測定した。該測定により照射前後のキャリア濃度を求め、それらから算出したキャリア濃度の変化率を同じく表１に示す。
Figure 2015115404
表１により、上記のようにして求めたキャリア濃度変化率とＶＶ欠陥の濃度（リカバリー特性の良否）の相関関係が分かる。そして、リカバリー特性が合格になるのはキャリア濃度の変化率が約２９％以上のときであることが分かる。
上記と同じＶＶ欠陥濃度評価（リカバリー特性評価）およびキャリア濃度変化率の算出をＣＺ結晶からポリッシュドウェーハ（ＰＷ）を作製したＣＺウェーハに対しても行った。その結果を表２に示す。
Figure 2015115404
表２からわかるように、リカバリー特性が合格になるのは、ＦＺウエーハの場合と同じでキャリア濃度の変化率が約２９％以上のときだった。
なお、これらの表１、表２から、キャリア濃度変化から見積もったダメージ量が有効な指標となっているといえる。すなわち、本発明のようにキャリア濃度変化率からＶＶ欠陥濃度を評価するのは有効な手法であることが分かる。また、表１、表２のように、用意したＣＺウエーハとＦＺウエーハのそれぞれにおいて、その酸素濃度等における、照射量とＶＶ欠陥濃度との関連性を把握することもできる。
（実施例２）
さらに、これらの表１、表２を予備試験の結果として、別に用意したＦＺウエーハおよびＣＺウエーハ（酸素濃度等は表１、表２の作成のために用意したものと同様）に対し、表１、表２に記載の照射水準とは異なる照射量で電子線を照射してキャリア濃度変化率を算出したところ、どちらも２９％以上であった。したがって、このキャリア濃度の算出結果および予備試験の表１、表２を考慮し、これらのウエーハと同様のウエーハにＰＮダイオードを同様の照射量で電子線を照射して作製した場合、リカバリー特性は合格になると評価した。
そして実際にＰＮダイオードを作製してリカバリー特性を評価したところ予想通り合格となった。
（比較例）
実施例１と同様のＦＺウエーハおよびＣＺウエーハを用意した。
まず、ＦＺウエーハに対し、実施例１とは異なって抵抗率測定やキャリア濃度変化率の算出等は行わず、単純に表１のような照射量（照射水準１〜５）で電子線を照射してＰＮダイオードを作製し、照射量とリカバリー特性の良否結果の関係を得た。これらの関係は表１に示すものと同様であった。
そこで、ＣＺウエーハに対し、ＦＺウエーハのときと同様にしてＰＮダイオードを作製した場合、同様の照射量では同様のリカバリー特性が得られ、良否結果はＦＺウエーハのときと同様になると評価した。
しかしながら、実際には照射量とリカバリー特性の良否結果の関係は表２に示すものとなった。すなわち、予想とは異なり、例えば照射水準３、４のときの良否結果から分かるように、ＦＺウエーハのときはリカバリー特性が合格しているにもかかわらず、ＣＺウエーハでは不合格となった。このように、酸素濃度が異なるウェーハでは同一の照射条件であっても照射ダメージの差によってデバイス特性に差が出てくる場合がある。
このような照射条件のみで判断した比較例と、本発明を実施した実施例１、２との評価結果を比較しても分かるように、前述の通り、ＶＶ欠陥濃度を評価する際に、キャリア濃度変化率を考慮する本発明が有効であることが分かる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (4)

  1. 粒子線の照射によりシリコン単結晶基板中に生成した欠陥濃度を評価する方法であって、
    前記シリコン単結晶基板の抵抗率を測定した後、該シリコン単結晶基板に前記粒子線を照射し、該照射後、前記シリコン単結晶基板の抵抗率を再度測定し、
    前記粒子線の照射前後の抵抗率の測定結果から、照射前後におけるシリコン単結晶基板中のキャリア濃度を各々求めてキャリア濃度の変化率を算出し、
    該キャリア濃度の変化率から、前記粒子線の照射により前記シリコン単結晶基板中に生成し、シリコン原子空孔より成るＶＶ欠陥の濃度を評価することを特徴とするシリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法。
  2. 前記照射する粒子線を電子またはイオンからなるものとすることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法。
  3. 前記シリコン単結晶基板に含まれるドーパント不純物を、リン、ヒ素、アンチモンのうちのいずれかとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法。
  4. 前記評価対象のシリコン単結晶基板とは別に、ＶＶ欠陥の濃度が既に評価されている予備試験用のシリコン単結晶基板を予め用意し、
    該予備試験用のシリコン単結晶基板に関して、前記粒子線の照射前後におけるキャリア濃度の変化率と、前記既に評価されているＶＶ欠陥の濃度とから相関関係を求めておき、
    該相関関係を用いて、前記評価対象のシリコン単結晶基板に粒子線を照射してＶＶ欠陥の濃度を評価することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶基板の欠陥濃度評価方法。
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