JP2020038873A - シリコン試料の炭素濃度評価方法、シリコンウェーハ製造工程の評価方法、シリコンウェーハの製造方法およびシリコン単結晶インゴットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
評価対象シリコン試料に水素原子を導入すること、
上記水素原子が導入された評価対象シリコン試料を、シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価する評価法による評価に付すこと、および
上記評価により得られた評価結果の中で、Ec(伝導帯の底のエネルギー)−0.10eV、Ec−0.13eVおよびEc−0.15eVからなる群から選ばれる少なくとも1つのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づき、上記評価対象シリコン試料の炭素濃度を評価すること、
を含み、
上記水素原子の導入を、評価対象シリコン試料を溶液と接触させることにより行い、かつ
上記溶液は、モル比(HNO3/(HNO3+HF))が0.72以上0.82以下の範囲または0.87以上0.91以下の範囲のフッ硝酸である、シリコン試料の炭素濃度評価方法(以下、「炭素濃度評価方法」とも記載する。)、
に関する。
評価対象のシリコンウェーハ製造工程において製造されたシリコンウェーハの炭素濃度を上記炭素濃度評価方法により評価すること、および
上記評価の結果に基づき評価対象のシリコンウェーハ製造工程における炭素汚染の程度を評価すること、
を含むシリコンウェーハ製造工程の評価方法(以下、「製造工程評価方法」とも記載する)、
に関する。
上記製造工程評価方法によりシリコンウェーハ製造工程の評価を行うこと、および
上記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルと判定されたシリコンウェーハ製造工程において、または、上記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルを超えると判定されたシリコンウェーハ製造工程に炭素汚染低減処理を施した後に、このシリコンウェーハ製造工程において、シリコンウェーハを製造すること、
を含むシリコンウェーハの製造方法、
に関する。
シリコン単結晶インゴットを育成すること、
上記シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン試料の炭素濃度を、上記炭素濃度評価方法により評価すること、
上記評価の結果に基づき、シリコン単結晶インゴットの製造条件を決定すること、および、
決定された製造条件下でシリコン単結晶インゴットを育成すること、
を含むシリコン単結晶インゴットの製造方法、
に関する。
本発明の一態様は、評価対象シリコン試料に水素原子を導入すること、上記水素原子が導入された評価対象シリコン試料を、シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価する評価法による評価に付すこと、および上記評価により得られた評価結果の中で、Ec−0.10eV、Ec−0.13eVおよびEc−0.15eVからなる群から選ばれる少なくとも1つのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づき、上記評価対象シリコン試料の炭素濃度を評価することを含み、上記水素原子の導入を評価対象シリコン試料を溶液と接触させることにより行い、かつ上記溶液はモル比(HNO3/(HNO3+HF))が0.72以上0.82以下の範囲または0.87以上0.91以下の範囲のフッ硝酸であるシリコン試料の炭素濃度評価方法に関する。
トラップ準位に関しては、水素原子導入後のシリコンのバンドギャップ中の上記Ecのトラップ準位は炭素関連準位であり、このトラップ準位の密度はシリコン試料の炭素濃度と相関する。したがって、水素原子導入後に行われる評価により得られる上記Ecのトラップ準位の密度に関する評価結果、即ち、トラップ準位の密度と相関する評価結果は、シリコン試料の炭素濃度と相関する。更に、本発明者らの鋭意検討の結果、評価対象シリコン試料への水素原子の導入をフッ硝酸との接触により行う場合、フッ硝酸中の酸成分であるHNO3とHFとの混合比により上記評価法によって評価される上記Ecのトラップ準位の密度の値が変化すること、そして先に記載の範囲のモル比でHNO3とHFとを含むフッ硝酸を使用することによってトラップ準位の密度を高めることが可能となることが、新たに見出された。これは、シリコン試料をフッ硝酸と接触させるとシリコン試料中での水素原子の拡散とシリコン試料表面のエッチング反応とが並行して生じることに起因し、シリコン試料への実効的な水素原子導入量がフッ硝酸のHNO3とHFとの混合比によって変化するためと推察される。トラップ準位の密度が高くなるほど、例えばDLTS法においては、測定されるDLTS信号強度の値は大きくなる。例えば、ある炭素濃度のシリコン試料について、トラップ準位密度の値をより高密度の値として得ることができれば、微量炭素であっても高感度に検出および評価することが可能になる。即ち、評価対象シリコン試料への水素原子の導入を上記モル比でHNO3とHFとを含むフッ硝酸を用いて行うことは、炭素濃度の評価の感度向上に寄与すると考えられる。
以下、上記炭素濃度評価方法について、更に詳細に説明する。
上記炭素濃度評価方法の評価対象とされるシリコン試料は、例えば、シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン試料であることができる。例えば、シリコン単結晶インゴットからウェーハ形状に切り出した試料から更に一部を切り出して得た試料を、評価に付すことができる。また、評価対象シリコン試料は、半導体基板として用いられる各種シリコンウェーハ(例えば、ポリッシュドウェーハ、エピタキシャルウェーハ等)から切り出したシリコン試料であることもできる。上記シリコンウェーハは、シリコンウェーハに通常行われる各種加工処理(例えば、研磨、エッチング、洗浄等)が付されたシリコンウェーハであることもできる。シリコン試料は、n型シリコンであってもp型シリコンであってもよい。また、シリコン試料の抵抗率は、例えば1〜1000Ωcm程度であることができるが、特に限定されない。
評価対象シリコン試料には、水素原子が導入される。水素原子を導入することにより、炭素関連準位である上記Ecのトラップ準位を形成することができる。上記炭素濃度評価方法では、水素原子の導入は溶液との接触(ウェット処理)によって行われ、この溶液として上記範囲のモル比でHNO3とHFとを含むフッ硝酸(HNO3とHFとの混酸水溶液)が使用される。例えば、硝酸(硝酸水溶液)とフッ酸(フッ化水素酸の水溶液)とを混合してフッ硝酸を調製する場合、モル比は、以下のように算出されるモル数から求められる。
HNO3のモル数=硝酸の液量×密度×濃度/分子量
HFのモル数=フッ酸の液量×密度×濃度/分子量
液量の単位は例えばmLであり、密度の単位は例えばg/mLである。フッ硝酸は、例えば、HNO3濃度69質量%の硝酸とHF濃度50質量%のフッ酸とを混合することによって調製することができる。上記モル比は、硝酸とフッ酸との混合比によって調整することができる。
上記炭素濃度評価方法では、炭素関連準位として、Ec−0.10eV、Ec−0.13eVまたはEc−0.15eVのトラップ準位を用いる。Ec−0.10eV、Ec−0.13eVおよびEc−0.15eVのトラップ準位は、水素原子の導入によって、各種評価法により検出可能な活性化した状態で形成されると考えられる。こうして、上記トラップ準位(炭素関連準位)の密度に基づいて、炭素濃度を評価することが可能となる。更に、水素原子導入のためのウェット処理に用いる溶液として先に記載した範囲のモル比でHNO3とHFとを含むフッ硝酸を使用することにより、上記トラップ準位の密度を高めることができる。トラップ準位密度に関する評価は、シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価することができる各種評価法によって行うことができる。そのような評価法としては、DLTS法、ライフタイム法、ICTS法(Isothermal Capacitance Transient Spectroscopy)、低温フォトルミネッセンス(PL)法、カソードルミネッセンス(CL)法等を挙げることができる。なお従来のPL法およびCL法(ルミネッセンス法)による炭素濃度の評価では、電子線照射処理が不可欠であった。これに対し上記炭素濃度評価方法によれば、水素原子の導入により上記Ecのトラップ準位が活性化した状態で形成されることによって、電子線照射処理を行わなくとも、上記トラップ準位の密度に基づき炭素濃度を評価することが可能となる。各種評価法による測定の手法については、公知技術を何ら制限なく適用できる。
評価法としていずれの方法を用いる場合にも、Ec−0.10eV、Ec−0.13eVおよびEc−0.15eVからなる群から選ばれる少なくとも1つのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づく炭素濃度の評価は、検量線を用いて行うことができ、または検量線を用いずに行うことができる。検量線を用いない場合、例えば、評価結果として得られた値が大きいほど、炭素濃度が高いと判定する相対的な判定基準によって、炭素濃度を評価することができる。例えば、DLTSスペクトルのピーク強度(DLTS信号強度)の値が大きいほど炭素濃度が高いと判定することができる。また、検量線を用いる場合には、検量線としては、例えば、評価対象シリコン試料について得られた評価結果(例えばDLTS信号強度)から求められるトラップ準位の密度と既知炭素濃度との相関関係を示す検量線を作成することが好ましい。各種評価結果からトラップ準位の密度を求める関係式は、公知である。また、上記の既知炭素濃度は、評価対象シリコン試料の評価に用いる評価法以外の方法によって測定して求めることができる。例えば、評価対象シリコン試料をDLTS法により評価する場合、上記の既知炭素濃度は、例えばSIMS法やFT−IR法により求めることができる。これらの方法によって求められた評価結果から炭素濃度を求める関係式も公知である。検量線を作成するために評価対象シリコン試料と同じ評価法による評価に付されるシリコン試料(検量線作成用シリコン試料)と既知炭素濃度を求めるためのシリコン試料とは、同じシリコン試料(例えば、同じインゴット、同じウェーハ等)から切り出されたシリコン試料であるか、または同じ製造工程を経たシリコン試料であることが好ましい。検量線作成に関しては、特許文献1(特開2017−191800号公報)の段落0038〜0040も参照できる。検量線作成用シリコン試料は、水素原子導入処理等の各種処理を評価対象シリコン試料と同様に施されたシリコン試料であることが好ましい。例えば、検量線作成用シリコン試料への水素原子の導入は、評価対象シリコン試料への水素原子導入に用いられるフッ硝酸と同じモル比のフッ硝酸を用いて行うことが好ましい。
本発明の一態様は、評価対象のシリコンウェーハ製造工程において製造されたシリコンウェーハの炭素濃度を上記炭素濃度評価方法により評価すること、および、上記評価の結果に基づき評価対象のシリコンウェーハ製造工程における炭素汚染の程度を評価すること、を含むシリコンウェーハ製造工程の評価方法に関する。
本発明の一態様は、シリコン単結晶インゴットを育成すること、上記シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン試料の炭素濃度を、上記炭素濃度評価方法により評価すること、上記評価の結果に基づき、シリコン単結晶インゴットの製造条件を決定すること、および、決定された製造条件下でシリコン単結晶インゴットを育成すること、を含むシリコン単結晶インゴットの製造方法に関する。
(1)原料ポリシリコンとしてより炭素混入の少ない高グレード品を使用すること。
(2)ポリシリコン融液へのCO溶解を抑制するために引き上げ速度および/または結晶引き上げ時のアルゴン(Ar)ガス流量を適切に調整すること。
(3)引き上げ装置に含まれる炭素製部材の設計変更、取り付け位置の変更等を行うこと。
(4)シリコン原料として、より炭素混入の少ない高グレード品を使用すること。
(5)単結晶製造装置内に導入するガス流量を多くすることによって雰囲気ガスからの炭素の取り込みを抑制すること。
(6)単結晶製造装置に含まれる炭素含有材料製の部材の交換、部材の設計変更、取り付け位置の変更等を行うこと。
図1に示す構成のシリコン単結晶引き上げ装置を用いて、シリコン単結晶インゴット(n型シリコン)を育成した。
以下、図1に示すシリコン単結晶引き上げ装置の詳細を説明する。
図1に示すシリコン単結晶引き上げ装置10は、チャンバー11と、チャンバー11の底部中央を貫通して鉛直方向に設けられた支持回転軸12と、支持回転軸12の上端部に固定されたグラファイトサセプタ13と、グラファイトサセプタ13内に収容された石英るつぼ14と、グラファイトサセプタ13の周囲に設けられたヒーター15と、支持回転軸12を昇降および回転させるための支持軸駆動機構16と、種結晶を保持するシードチャック17と、シードチャック17を吊設する引き上げワイヤー18と、引き上げワイヤー18を巻き取るためのワイヤー巻き取り機構19と、ヒーター15および石英るつぼ14からの輻射熱によるシリコン単結晶インゴット20の加熱を防止すると共にシリコン融液21の温度変動を抑制するための熱遮蔽部材22と、各部を制御する制御装置23とを備えている。
チャンバー11の上部には、Arガスをチャンバー11内に導入するためのガス導入口24が設けられている。Arガスはガス管25を介してガス導入口24からチャンバー11内に導入され、その導入量はコンダクタンスバルブ26により制御される。
チャンバー11の底部には、チャンバー11内のArガスを排気するためのガス排出口27が設けられている。密閉したチャンバー11内のArガスはガス排出口27から排ガス管28を経由して外へと排出される。排ガス管28の途中にはコンダクタンスバルブ29および真空ポンプ30が設置されており、真空ポンプ30でチャンバー11内のArガスを吸引しながらコンダクタンスバルブ29でその流量を制御することでチャンバー11内の減圧状態が保たれている。
さらに、チャンバー11の外側にはシリコン融液21に磁場を印加するための磁場供給装置31が設けられている。磁場供給装置31から供給される磁場は、水平磁場であっても構わないし、カスプ磁場であっても構わない。
以上の方法において、原料ポリシリコンのグレード、引き上げ装置および育成条件からなる群から選ばれる1つ以上の製造条件を変更することにより、炭素濃度が異なる2つのシリコン単結晶インゴットを育成した。
上記1.で育成したシリコン単結晶インゴットからウェーハ形状サンプルを切り出し、鏡面研磨加工等の加工処理を行いシリコンウェーハに加工した。抵抗率は10〜13Ωcmであった。このシリコンウェーハから、SIMS測定用シリコン試料、酸素濃度測定用シリコン試料および複数のDLTS測定用シリコン試料を得た。以下において、炭素濃度が異なる2つのインゴットの一方のインゴットから得た試料を「水準1」、他方のインゴットから得た試料を「水準2」と記載する。
上記のSIMS測定用シリコン試料について、SIMS法(ラスター変化法)により炭素濃度を評価したところ、水準1の試料について求められた炭素濃度は1.10×1015atms/cm3、水準2の試料について求められた炭素濃度は8.60×1014atms/cm3であった。
酸素濃度測定用シリコン試料のFT−IR法により求められた酸素濃度は、水準1、水準2とも、2.0×1017〜12.0×1017atoms/cm3の範囲であった。
上記のDLTS測定用シリコン試料に、下記の(A)、(B)および(C)の処理を順次実施した。下記(A)の処理(ウェット処理)により、DLTS測定用シリコン試料に水素原子が導入された。上記の複数のDLTS測定用シリコン試料について、下記(A)の処理において、モル比(HNO3/(HNO3+HF))が異なるフッ硝酸を使用した。フッ硝酸は、HNO3濃度69質量%の硝酸とHF濃度50質量%フッ酸を混合して調製し、モル比は硝酸とフッ酸との混合比により調整した。下記(A)の処理後、下記(B)の処理によりシリコン試料の一方の面にショットキー接合を形成し、下記(C)の処理により他方の面にオーミック層(Ga層)を形成することにより、ダイオードを作製した。
(A)全体をフッ硝酸に5分間浸漬した後、10分間水洗
(B)真空蒸着によるショットキー電極(Au電極)形成
(C)ガリウム擦込みによる裏面オーミック層形成
上記の電圧印加および容量の測定を、試料温度を所定温度範囲で掃引しながら行った。DLTS信号強度ΔCを温度に対してプロットして、DLTSスペクトルを得た。測定周波数は250Hzとした。
得られたDLTSスペクトルを、SEMILAB社製プログラムを用いてフィッティング処理(True shape fitting処理)し、Ec−0.15eVのトラップ準位(ピーク位置:温度101K)のDLTSスペクトルに分離した。このピーク位置でのDLTS信号強度から公知の関係式によりトラップ準位密度を求めた。表1ならびに図2(水準1)および図3(水準2)に、各モル比のフッ硝酸を用いてウェット処理された試料について求められたトラップ準位密度を示す。
炭素濃度評価の一例は、以下の通りである。
例えば、CZ法において、原料ポリシリコンのグレード、引き上げ装置および育成条件からなる群から選ばれる1つ以上の製造条件を変更して炭素濃度が異なる複数のシリコン単結晶インゴットを作製する。各シリコン単結晶インゴットからから切り出されたシリコン試料について、上記実施例と同様の上記(A)〜(C)の処理およびDLTS測定を実施し、Ec−0.10eV、Ec−0.13eVおよびEc−0.15eVからなる群から選ばれる1つ以上のトラップ準位について、ピーク位置でのDLTS信号強度を求める。こうして求められるDLTS信号強度の値が大きいほど炭素濃度が高いと判定する相対的な判定基準によって、シリコン試料の炭素濃度を評価することができる。
または、例えば、上記実施例と同様の上記(A)〜(C)の処理およびDLTS測定を、炭素濃度が異なる複数のシリコン試料について実施する。こうして求められるトラップ準位密度を、上記の炭素濃度が異なる複数のシリコン試料のそれぞれと同じシリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン試料のSIMS法により求められた炭素濃度に対してプロットすることにより、検量線を作成することができる。こうして作成される検量線は、炭素濃度が未知のシリコン試料の炭素濃度を評価するために用いることができる。
上記実施例では、炭素濃度の評価において、トラップ準位としてEc−0.15eVのトラップ準位を用いたが、特許文献1(特開2017−191800号公報)に記載されているように、Ec−0.10eVおよびEc−0.13eVのトラップ準位も、炭素濃度評価のために用いることができる。
Claims (7)
- 評価対象シリコン試料に水素原子を導入すること、
前記水素原子が導入された評価対象シリコン試料を、シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価する評価法による評価に付すこと、および
前記評価により得られた評価結果の中で、Ec−0.10eV、Ec−0.13eVおよびEc−0.15eVからなる群から選ばれる少なくとも1つのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づき、前記評価対象シリコン試料の炭素濃度を評価すること、
を含み、
前記水素原子の導入を、評価対象シリコン試料を溶液と接触させることにより行い、かつ
前記溶液は、モル比(HNO3/(HNO3+HF))が0.72以上0.82以下の範囲または0.87以上0.91以下の範囲のフッ硝酸である、シリコン試料の炭素濃度評価方法。 - 前記水素原子が導入された評価対象シリコン試料を、電子線照射処理を行うことなく、前記評価に付す、請求項1に記載のシリコン試料の炭素濃度評価方法。
- 前記評価対象シリコン試料の炭素濃度の評価を、前記評価により得られた評価結果の中で、Ec−0.15eVのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づいて行う、請求項1または2に記載のシリコン試料の炭素濃度評価方法。
- 前記評価法はDLTS法である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコン試料の炭素濃度評価方法。
- 評価対象のシリコンウェーハ製造工程において製造されたシリコンウェーハの炭素濃度を請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法により評価すること、および
前記評価の結果に基づき評価対象のシリコンウェーハ製造工程における炭素汚染の程度を評価すること、
を含む、シリコンウェーハ製造工程の評価方法。 - 請求項5に記載の評価方法によりシリコンウェーハ製造工程の評価を行うこと、および
前記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルと判定されたシリコンウェーハ製造工程において、または、前記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルを超えると判定されたシリコンウェーハ製造工程に炭素汚染低減処理を施した後に該シリコンウェーハ製造工程において、シリコンウェーハを製造すること、
を含む、シリコンウェーハの製造方法。 - シリコン単結晶インゴットを育成すること、
前記シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン試料の炭素濃度を、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法により評価すること、
前記評価の結果に基づき、シリコン単結晶インゴットの製造条件を決定すること、および、
決定された製造条件下でシリコン単結晶インゴットを育成すること、
を含む、シリコン単結晶インゴットの製造方法。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022103860A (ja) * | 2020-12-28 | 2022-07-08 | 株式会社Sumco | シリコン試料の炭素濃度評価方法、シリコンウェーハ製造工程の評価方法、シリコンウェーハの製造方法およびシリコン単結晶インゴットの製造方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017191800A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 株式会社Sumco | シリコン試料の炭素濃度測定方法、シリコン単結晶インゴットの製造方法、シリコン単結晶インゴットおよびシリコンウェーハ |
JP2018014343A (ja) * | 2016-07-19 | 2018-01-25 | 株式会社Sumco | シリコン試料の炭素濃度評価方法、シリコンウェーハ製造工程の評価方法、シリコンウェーハの製造方法、シリコン単結晶インゴットの製造方法、シリコン単結晶インゴット、およびシリコンウェーハ |
JP2018041755A (ja) * | 2016-09-05 | 2018-03-15 | 株式会社Sumco | 劣化評価方法およびシリコン材料の製造方法 |
JP2018107228A (ja) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 株式会社Sumco | シリコン材料製造工程の評価方法およびシリコン材料の製造方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1918985B1 (en) * | 2006-10-31 | 2010-05-26 | S.O.I.TEC. Silicon on Insulator Technologies S.A. | Methods for characterizing defects on silicon surfaces, etching composition for silicon surfaces and process of treating silicon surfaces with the etching composition |
JP5459053B2 (ja) * | 2010-05-11 | 2014-04-02 | 信越半導体株式会社 | シリコン単結晶の不純物評価方法 |
JP2012079932A (ja) * | 2010-10-01 | 2012-04-19 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン単結晶の結晶欠陥の評価方法 |
JP5949303B2 (ja) * | 2012-08-09 | 2016-07-06 | 株式会社Sumco | エピタキシャル成長炉の評価方法およびエピタキシャルウェーハの製造方法 |
JP6224703B2 (ja) * | 2013-05-30 | 2017-11-01 | 京セラ株式会社 | シリコンインゴットの製造方法およびシリコンインゴット |
CN104120491A (zh) * | 2014-08-14 | 2014-10-29 | 无锡尚品太阳能电力科技有限公司 | 多晶硅铸锭的制作工艺 |
JP6484762B2 (ja) * | 2016-07-06 | 2019-03-13 | 株式会社トクヤマ | 単結晶シリコン板状体およびその製造方法 |
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017191800A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 株式会社Sumco | シリコン試料の炭素濃度測定方法、シリコン単結晶インゴットの製造方法、シリコン単結晶インゴットおよびシリコンウェーハ |
JP2018014343A (ja) * | 2016-07-19 | 2018-01-25 | 株式会社Sumco | シリコン試料の炭素濃度評価方法、シリコンウェーハ製造工程の評価方法、シリコンウェーハの製造方法、シリコン単結晶インゴットの製造方法、シリコン単結晶インゴット、およびシリコンウェーハ |
JP2018041755A (ja) * | 2016-09-05 | 2018-03-15 | 株式会社Sumco | 劣化評価方法およびシリコン材料の製造方法 |
JP2018107228A (ja) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 株式会社Sumco | シリコン材料製造工程の評価方法およびシリコン材料の製造方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022103860A (ja) * | 2020-12-28 | 2022-07-08 | 株式会社Sumco | シリコン試料の炭素濃度評価方法、シリコンウェーハ製造工程の評価方法、シリコンウェーハの製造方法およびシリコン単結晶インゴットの製造方法 |
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