JP2021118283A - シリコン試料の酸素濃度評価方法 - Google Patents
シリコン試料の酸素濃度評価方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021118283A JP2021118283A JP2020011328A JP2020011328A JP2021118283A JP 2021118283 A JP2021118283 A JP 2021118283A JP 2020011328 A JP2020011328 A JP 2020011328A JP 2020011328 A JP2020011328 A JP 2020011328A JP 2021118283 A JP2021118283 A JP 2021118283A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen concentration
- silicon sample
- level
- silicon
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 213
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 213
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 212
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 115
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 104
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 104
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 102100031920 Dihydrolipoyllysine-residue succinyltransferase component of 2-oxoglutarate dehydrogenase complex, mitochondrial Human genes 0.000 claims abstract description 29
- 101000992065 Homo sapiens Dihydrolipoyllysine-residue succinyltransferase component of 2-oxoglutarate dehydrogenase complex, mitochondrial Proteins 0.000 claims abstract description 29
- 238000001773 deep-level transient spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 39
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 28
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 claims description 25
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 claims description 17
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 36
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 11
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
【課題】シリコンウェーハ中の酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下である場合に酸素濃度を高感度で評価する方法を提供することを目的とする。【解決手段】酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下のシリコン試料中の酸素濃度を評価する方法であって、前記シリコン試料に電子線又は酸素以外のイオンビームを照射して前記シリコン試料中に空孔を含んだ欠陥を形成し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度をＤＬＴＳ法にて測定し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度に基づいて前記シリコン試料中の酸素濃度を評価するシリコン試料の酸素濃度評価方法。【選択図】図１
Description
本発明は、シリコン試料の酸素濃度評価方法に関する。
パワーデバイス、ＣＩＳ（ＣＭＯＳイメージセンサー）用基板として用いられるシリコンウェーハでは、高ライフタイム化の要求があり、ライフタイム低下を避けるために低酸素化が求められている。例えば、パワーデバイスではチョクラルスキー（ＣＺ）法より低酸素化が可能なフローティングゾーン（ＦＺ）法により製造されたＦＺシリコンウェーハがよく用いられている。また、ＣＩＳ用基板ではＣＺ法により育成されたＣＺシリコンウェーハ上に、低酸素であるエピタキシャル層を堆積させたエピタキシャルウェーハがよく用いられている。このような低酸素ウェーハの酸素濃度を正確に測定することは非常に重要である。
従来の酸素濃度測定方法として、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法）とＳＩＭＳ法（二次イオン質量分析法）があるが、これらの方法は酸素濃度が一定の値を下回ると検出感度が悪くなる。その検出下限値は、ＦＴ−ＩＲ法では０．０７（ｐｐｍａ−ＪＥＩＴＡ）、ＳＩＭＳ法では０．０２（ｐｐｍａ）である。
ここで、シリコンウェーハ中の不純物濃度を高感度に測定する方法として、ＤＬＴＳ法（過渡容量分光法）がある。例えば、特許文献１にはシリコンウェーハに電子線照射で形成した伝導帯の下端の準位をＥｃとして、Ｅｃ−０．４２ｅＶの準位密度をＤＬＴＳ法にて検出し、この準位密度を指標とした炭素濃度測定方法が開示されている。
Ｐ．Ｐｅｌｌｅｇｒｉｎｏ ｅｔ ａｌ， Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ， Ｖｏｌ ６４， １９５２１１
前述したように、シリコンウェーハ中の酸素濃度測定方法としてＦＴ−ＩＲ法とＳＩＭＳ法があるが、測定するシリコン試料中の酸素濃度が、ＦＴ−ＩＲ法で０．０７（ｐｐｍａ−ＪＥＩＴＡ）、ＳＩＭＳ法で０．０２（ｐｐｍａ）が限界であり、低酸素濃度で検出感度が悪くなる。そのため、ＦＴ−ＩＲ法、ＳＩＭＳ法における下限値以下の酸素濃度を感度よく評価する方法が検討されてきた。また、特許文献１には電子線照射で形成された不純物準位をＤＬＴＳ法にて検出し、この準位密度を指標とした炭素濃度測定方法は開示されているが、酸素濃度測定方法は開示されていない。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、シリコンウェーハ中の酸素濃度が低酸素濃度である０．５ｐｐｍａ以下、特にはＦＴ−ＩＲ法やＳＩＭＳ法における検出下限値以下である場合に酸素濃度を高感度で評価する方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下のシリコン試料中の酸素濃度を評価する方法であって、前記シリコン試料に電子線又は酸素以外のイオンビームを照射して前記シリコン試料中に空孔を含んだ欠陥を形成し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度をＤＬＴＳ法にて測定し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度に基づいて前記シリコン試料中の酸素濃度を評価するシリコン試料の酸素濃度評価方法を提供する。
このようなシリコン試料の酸素濃度評価方法によれば、シリコンウェーハ中の酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下、特には０．０２ｐｐｍａ以下である場合に酸素濃度を高感度で評価する方法を提供することができる。
このとき、酸素濃度が既知のシリコン試料を予め用意し、前記酸素濃度が既知のシリコン試料に電子線又は酸素以外のイオンビームを照射して前記酸素濃度が既知のシリコン試料中に空孔を含んだ欠陥を形成し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度をＤＬＴＳ法にて測定し、測定した前記準位密度と前記酸素濃度が既知のシリコン試料の前記酸素濃度との検量線を作成し、前記検量線に基づいてシリコン試料中の酸素濃度を評価することが好ましい。
このように検量線を作成することで、シリコン試料中の酸素の絶対濃度を算出することができる。
このとき、前記酸素濃度が既知のシリコン試料の酸素濃度は、ＳＩＭＳ法もしくはＦＴ−ＩＲ法で求めた酸素濃度であることが好ましい。
このように、ＳＩＭＳ法もしくはＦＴ−ＩＲ法は、シリコン試料の酸素濃度が検出下限値以上であれば精度よく酸素濃度を測定することができるため、検量線を作成するのに適している。
このとき、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度は、伝導帯の下端の準位をＥｃとして、Ｅｃ−０．１７ｅＶの密度であることが好ましい。
このような準位を指標とすることで、シリコン試料中の酸素濃度をより精度よく評価することができる。
このとき、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度は、伝導帯の下端の準位をＥｃとして、Ｅｃ−０．４２ｅＶの密度であることが好ましい。
このような準位を指標とすることで、酸素濃度が特に低いシリコン試料中の酸素濃度をより精度よく評価することができる。
このとき、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度は、伝導帯の下端の準位をＥｃとして、ＤＬＴＳ法にてＥｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布を測定し、前記Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布からシリコン試料の酸素濃度の深さ分布を評価することが好ましい。
このようにすれば、シリコン試料の表層数μｍの酸素濃度の深さ分布を取得することができる。
このとき、酸素濃度が既知のシリコン試料の準位密度を測定し、測定した前記準位密度と前記酸素濃度が既知のシリコン試料の前記酸素濃度との検量線を作成し、前記検量線に基づいて前記酸素濃度の深さ分布を評価することが好ましい。
このように検量線を作成することで、シリコン試料の表層数μｍの酸素濃度の深さ分布を算出することができる。
以上のように、本発明のシリコン試料の酸素濃度評価方法によれば、０．５ｐｐｍａ以下、特にはＦＴ−ＩＲ法やＳＩＭＳ法における検出下限値以下の低い酸素濃度を高感度に評価することができる。そのため、シリコン試料のバルクだけでなく、表層の酸素濃度も評価することができる。また、検量線を作成することで、シリコン試料中の酸素の絶対濃度を算出することができる。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上述のように、０．５ｐｐｍａ以下、特にはＦＴ−ＩＲ法やＳＩＭＳ法における検出下限値以下の低い酸素濃度を高感度に評価することができる方法が求められていた。
本発明者は、電子線などの粒子線で形成される不純物準位が、シリコン試料中に存在する不純物（例えば酸素や炭素）に強く依存することに着想を得た。すなわち、シリコン試料中の酸素濃度に依存して密度が変化する不純物準位が存在すると考え、粒子線で形成される不純物準位密度と酸素濃度との関係を鋭意検討した。
その結果、本発明者は、ＤＬＴＳ法を用いて測定されるシリコンのバンドギャップ内の不純物準位の中で、酸素濃度が高いほど準位密度が高くなる空孔を含んだ不純物準位と、酸素濃度が高いほど準位密度が低くなる空孔を含んだ不純物準位が存在することを見出した。
本発明者は、以上を踏まえて上記課題について鋭意検討を重ねた結果、酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下のシリコン試料中の酸素濃度を評価する方法であって、前記シリコン試料に電子線又は酸素以外のイオンビームを照射して前記シリコン試料中に空孔を含んだ欠陥を形成し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度をＤＬＴＳ法にて測定し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度に基づいて前記シリコン試料中の酸素濃度を評価するシリコン試料の酸素濃度評価方法により、シリコンウェーハ中の酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下、特にはＦＴ−ＩＲ法やＳＩＭＳ法における検出下限値以下である場合に酸素濃度を高感度で評価する方法を提供することができることを見出し、本発明を完成した。
以下、図面を参照して説明する。
図１は本発明のシリコン試料の酸素濃度評価方法の一例を示した図である。
図１のＳ１のように、酸素濃度を評価したいシリコン試料を用意する。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れば、形状に制限はなく、大きさが数ｃｍのシリコンチップでも構わない。具体的にはポリッシュドウェーハやエピタキシャルウェーハ、アニールウェーハ等が挙げられる。
次に、Ｓ２のように、酸素濃度を評価したいシリコン試料に電子線又は酸素以外のイオンビームを照射する。これにより、シリコン試料中に酸素と相関がある空孔を含んだ欠陥を形成することができる。電子線照射量は、例えば、５．０×１０１３〜５．０×１０１５（ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｃｍ２）の範囲、イオンビームのドーズ量は、例えば、１．０×１０１１〜１．０×１０１３（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）の範囲とすることができる。電子線照射量、イオンビームドーズ量ともにこの範囲内にすることで、照射量、ドーズ量が少な過ぎて目的の不純物準位が形成されない等の問題をより有効に防ぐことができる。また、照射量、ドーズ量が多過ぎてシリコン格子が乱れ、結晶性が低下し、目的の不純物準位が検出できなくなることをより有効に防ぐことができる。尚、酸素のイオンビームでは、照射される酸素イオンが不純物準位の形成に影響を与えてしまい、評価するシリコン試料中の酸素濃度に影響が生じるため、酸素以外のイオンビームを用いる必要がある。
次にＳ３のように、ＤＬＴＳ法を用いて空孔を含んだ欠陥の準位密度を測定する。ここで、本発明を見出した経緯について説明する。特に、電子線もしくはイオンビームの照射により形成された、空孔を含んだ欠陥の準位密度の測定方法とこれを測定する理由について、以下に詳述する。
まず、本発明で用いたＤＬＴＳ法について説明する。ＤＬＴＳ法は、通常、ショットキー接合を形成する金属電極をウェーハ表面に形成し、裏面にはオーミック接合を持つ金属電極を形成する。２つの電極間に逆バイアスを印加し、生じた空乏層内の静電容量変化の温度依存性を取得すると、不純物が形成するエネルギー準位に応じた温度で静電容量変化がピークを形成する。そのピーク位置の静電容量変化から不純物準位密度を算出できる。
続いて、電子線もしくはイオンビームの照射により形成される、空孔を含んだ不純物準位について説明する。シリコン試料にイオン注入や電子線照射処理を行うと、格子位置のシリコンが弾き出され、空孔と格子間シリコンが生成する。その中でも特に空孔を含んだ不純物準位が形成されることが知られている。例えば、非特許文献１では、Ｅｃ−０．１７ｅＶと空孔酸素複合体の不純物準位、Ｅｃ−０．４２ｅＶと空孔空孔複合体か空孔リン複合体、もしくはこの両者の準位が混在している不純物準位、Ｅｃ−０．３２ｅＶと空孔酸素水素複合体の不純物準位等、特定の準位と不純物や空孔に関する報告例がある。
一例として、図２は、酸素濃度が１３．５ｐｐｍａのシリコン試料と、０．０４２ｐｐｍａのシリコン試料に電子線を照射した後のＤＬＴＳスペクトルを示した図である。酸素濃度はＳＩＭＳ法で測定し、電子線は加速電圧２（ＭＶ）、照射量２．５×１０１４（ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｃｍ２）で照射処理した。
Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位密度は、酸素濃度１３．５ｐｐｍａの試料の方が高く、逆にＥｃ−０．４２ｅＶの準位密度は酸素濃度０．０４２ｐｐｍａの方が高いことが分かる。Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位は空孔酸素複合体に関連する準位であり、酸素が関与した不純物準位である。したがって、酸素濃度が高い１３．５ｐｐｍａの試料の方がＥｃ−０．１７ｅＶの準位は形成されやすく、その結果Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位密度が高くなっている。
Ｅｃ−０．４２ｅＶの準位は、空孔空孔複合体か空孔リン複合体、もしくはこの両者の準位が混在している準位であると言われており、酸素が関与しない不純物準位である。酸素濃度が低いと、Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位が形成されにくくなり、その結果、酸素が関与しないＥｃ−０．４２ｅＶの準位が形成されやすくなる。以上の理由により、酸素濃度が低い０．０４２ｐｐｍａの試料の方が、Ｅｃ−０．４２ｅＶの準位密度が高くなっている。
このように、電子線照射で発生する空孔を含んだ欠陥の不純物準位は、シリコン試料中の酸素濃度を反映する。したがって、Ｓ４のように、測定した不純物準位を指標とすることでシリコン試料中の酸素濃度を評価できる。ただし、照射量が多いほど電子線照射で発生する不純物準位密度は高くなるため、酸素濃度を評価する際には、同一の照射量でこれら不純物準位密度を評価する必要がある。
尚、図２にはその他の不純物準位としてＥｃ−０．３２ｅＶの準位も検出されている。Ｅｃ−０．３２ｅＶは空孔酸素水素複合体に関する不純物準位であり、酸素が関与した不純物準位ではあるため指標とすることはできるが、Ｅｃ−０．１７ｅＶやＥｃ−０．４２ｅＶの準位と比較すると準位密度が低い。さらに、発明者が複数のシリコン試料で調査したところ、どの水準でもＥｃ−０．１７ｅＶの準位の方がＥｃ−０．３２ｅＶの準位よりピークが鋭く、準位密度が高かった。そのため、酸素が関与した不純物準位の指標には、Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位を用いるのが好ましい。
続いて、本発明で評価可能な酸素濃度の範囲を説明する。図３は、ＳＩＭＳ法により測定した酸素濃度と本発明に係るＥｃ−０．１７ｅＶ、Ｅｃ−０．４２ｅＶの準位密度との関係を示した図である。Ｅｃ−０．１７ｅＶ、Ｅｃ−０．４２ｅＶの準位密度について、加速電圧２（ＭＶ）、照射量２．５×１０１４（ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｃｍ２）で電子線照射処理した後の酸素濃度が異なるシリコン試料をＤＬＴＳ法により測定を行った。ＳＩＭＳ法で測定した酸素濃度が０．０２４ｐｐｍａから０．３６ｐｐｍａの範囲では、酸素濃度が高いほど、Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位密度は高くなり、逆にＥｃ−０．４２ｅＶの準位密度は低くなる傾向を示した。対して、ＳＩＭＳ法で測定した酸素濃度が０．６ｐｐｍａ以上の範囲では、Ｅｃ−０．１７ｅＶ、Ｅｃ−０．４２ｅＶのどちらの準位密度も酸素濃度に依存せず、ほぼ一定の準位密度であった。これは、ＳＩＭＳ法で測定した酸素濃度が０．６ｐｐｍａ以上の範囲では、試料中の酸素が過剰過ぎて、電子線により発生した空孔の大半がＥｃ−０．１７ｅＶの準位の形成に消費され、ＤＬＴＳ法による測定ではＥｃ−０．１７ｅＶの準位密度を有意差として検出できないことがその理由であると考えられる。以上より、本発明の酸素濃度の測定範囲は、０．５ｐｐｍａ以下とする必要があることが分かる。一方、ＳＩＭＳ法で限界だった０．０２ｐｐｍａ以下であっても、本発明の検量線を外挿することでより低酸素のものでも測定可能であることが分かる。
次にＳ４工程での不純物準位を指標とした酸素濃度評価方法を説明する。Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位を指標とする場合は、準位密度が低いほど低酸素濃度と判断できる。また、Ｅｃ−０．４２ｅＶの準位を指標とする場合は、準位密度が高いほど、低酸素濃度と判断できる。したがって、後述する検量線を用いなくとも、複数水準のサンプル間の酸素濃度の大小関係は評価することができる。
以上のように本発明によれば、シリコンウェーハ中の酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下の低酸素である場合に酸素濃度を高感度で評価することができる。
ＤＬＴＳ法で検出される不純物準位密度と、従来法のＳＩＭＳ法やＦＴ−ＩＲ法の酸素濃度と比較することはできないが、検量線を作成することで、絶対濃度を算出することができる。検量線を作成するために、酸素濃度が既知のシリコン試料を予め用意する。この酸素濃度が既知のシリコン試料の酸素濃度は、ＳＩＭＳ法やＦＴ−ＩＲ法にて測定されることが好ましい。この酸素濃度が既知のシリコン試料の酸素濃度と、酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下の範囲でＥｃ−０．１７ｅＶやＥｃ−０．４２ｅＶの準位密度から検量線を作成する。この検量線を用いることで、ＤＬＴＳ法にて測定した準位密度をＳＩＭＳ法やＦＴ−ＩＲ法で得られる酸素濃度に換算することができる。
図３には、Ｅｃ−０．１７ｅＶおよびＥｃ−０．４２ｅＶの準位密度とＳＩＭＳ法で得られた０．５ｐｐｍａ以下の酸素濃度との検量線を示している。どちらの準位も相関係数Ｒ２が高いことが分かる。Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位の方がＥｃ−０．４２ｅＶの準位よりＲ２の値が高く、Ｅｃ−０．１７ｅＶは酸素が関与する不純物準位であることから、本発明の酸素濃度評価に用いる空孔を含んだ欠陥の準位密度の第１の指標としては、Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位であることが最も望ましい。Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位が検出されなかった場合などは、第２の指標としてＥｃ−０．４２ｅＶの準位を用いることもできる。
Ｅｃ−０．１７ｅＶは空孔酸素複合体の準位であることから、０．５ｐｐｍａ以下の範囲であれば、酸素濃度が高いほど準位密度が高くなり、酸素濃度と正の相関が認められる。したがって、この準位を指標とすることで酸素濃度を評価できる。尚、伝導帯の下端の準位をＥｃとする。
Ｅｃ−０．４２ｅＶは空孔空孔複合体か空孔リン複合体、もしくはこの両者が混在した準位であると言われており、酸素が関与した不純物準位ではない。しかし、酸素濃度が低いほどこの準位密度が高くなるため、指標として用いることができる。これは、酸素濃度が低いほど、上述した酸素が関与したＥｃ−０．１７ｅＶの準位が形成されにくく、逆に酸素が関与しないＥｃ−０．４２ｅＶの準位が形成されやすいためである。
ところで、ＤＬＴＳ法の測定深さは空乏層幅に依存し、逆方向電圧により制御することができる。上述した通常のＤＬＴＳ法では、逆方向電圧を固定し、温度掃引で静電容量を測定することで様々な不純物準位を測定できる。一方、準位（即ち測定温度）を固定し、逆方向電圧を変えながら測定することで、空乏層内の準位密度の深さ分布を取得することもできる。したがって、前記Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布を取得し、指標とすることでシリコン試料中の酸素濃度の深さ分布を評価することもできる。
さらに、検量線を用いることで、ＤＬＴＳ法にて測定したＥｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布と従来法のＦＴ−ＩＲ法やＳＩＭＳ法の酸素濃度の深さ分布とを比較でき、シリコン試料中の酸素の絶対濃度の深さ分布を算出できる。図４にはエピタキシャルウェーハをＳＩＭＳ法により測定した酸素濃度の深さ分布と、本発明に係るＥｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布を検量線を用いて換算した酸素濃度の深さ分布とを示している。Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布から換算した酸素濃度の深さ分布と、ＳＩＭＳ法で得られた酸素濃度の深さ分布とがほぼ一致していることが分かる。このように、ＤＬＴＳ法では表層数μｍの酸素濃度の深さ分布を取得することもできる。
尚、Ｅｃ−０．４２ｅＶは酸素を含まない不純物に関する準位であるため、深さ分布測定には適用することができない。
以上のように、電子線もしくは酸素以外のイオンビームを照射して発生させた空孔を含んだ欠陥の準位密度をＥｃ−０．１７ｅＶ及びＥｃ−０．４２ｅＶの準位密度として指標とすることで、シリコン試料中の酸素濃度を高感度に測定することができる。
以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
（比較例１）
ＣＺ法もしくはＦＺ法で引き上げた、酸素濃度がそれぞれ異なるｎ型のシリコン試料を４水準用意した。試料１〜３がＦＺ法、試料４がＣＺ法により育成されたシリコンウェーハである。用意したシリコン試料の酸素濃度をＳＩＭＳ法にて測定した。その結果を表１に示す。
ＣＺ法もしくはＦＺ法で引き上げた、酸素濃度がそれぞれ異なるｎ型のシリコン試料を４水準用意した。試料１〜３がＦＺ法、試料４がＣＺ法により育成されたシリコンウェーハである。用意したシリコン試料の酸素濃度をＳＩＭＳ法にて測定した。その結果を表１に示す。
表１に示すように、酸素濃度は（低）試料１＜試料２＜試料３＜試料４（高）となった。比較例１の酸素濃度は、試料１はＳＩＭＳ法の検出下限値０．０２ｐｐｍａ以下であったため検出できず、試料２が０．０２５ｐｐｍａ、試料３が０．２１ｐｐｍａ、試料４が３．２ｐｐｍａであった。次に、上記試料１〜４を用いて本発明の評価方法について検証を行った（実施例１、比較例２）。
（実施例１）
実施例１として比較例１の試料１から３と同水準のシリコン試料を用意した。次に、加速電圧２（ＭＶ）、照射量２．５×１０１４（ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｃｍ２）で電子線照射処理した後、フッ酸にてシリコン試料表面の酸化膜を除去した。試料の表面にはショットキー電極として金を蒸着し、裏面にはオーミック電極としてガリウムを刷り込んだ。そして、ＤＬＴＳ法にて試料のＥｃ−０．１７ｅＶとＥｃ−０．４２ｅＶの準位密度を評価した。また、予め作成しておいた図３の検量線を用いて、準位密度を酸素濃度に換算した。その結果を表２に示す。
実施例１として比較例１の試料１から３と同水準のシリコン試料を用意した。次に、加速電圧２（ＭＶ）、照射量２．５×１０１４（ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｃｍ２）で電子線照射処理した後、フッ酸にてシリコン試料表面の酸化膜を除去した。試料の表面にはショットキー電極として金を蒸着し、裏面にはオーミック電極としてガリウムを刷り込んだ。そして、ＤＬＴＳ法にて試料のＥｃ−０．１７ｅＶとＥｃ−０．４２ｅＶの準位密度を評価した。また、予め作成しておいた図３の検量線を用いて、準位密度を酸素濃度に換算した。その結果を表２に示す。
表２に示すように、酸素濃度は（低）試料１＜試料２＜試料３（高）となった。Ｅｃ−０．１７ｅＶとＥｃ−０．４２ｅＶのどちらの準位密度から換算した酸素濃度も同等の酸素濃度であった。ただ、上述したように第１の指標としてより好ましいのはＥｃ−０．１７ｅＶの準位であることから、実施例１の酸素濃度はＥｃ−０．１７ｅＶの準位密度から算出したものを採用する。この場合、実施例１の酸素濃度は、それぞれの試料の準位密度から、試料１が０．０１１ｐｐｍａ、試料２が０．０２４ｐｐｍａ、試料３が０．２３ｐｐｍａとなる。
試料２、３では、実施例１と比較例１の酸素濃度が同等であることから本発明の妥当性が示された。
実施例１より、本発明では試料１の酸素濃度は０．０１１ｐｐｍａと求まっていることから、従来法のＳＩＭＳ法では検出できない微量の酸素を本発明に係る手法を用いることで評価可能であることが分かる。
（比較例２）
続いて、比較例２として比較例１の試料４と同水準のシリコン試料を用意し、シリコン試料の処理を実施例１と同様に行った。そして、ＤＬＴＳ法にて試料のＥｃ−０．１７ｅＶとＥｃ−０．４２ｅＶの準位密度を評価した。また、予め作成しておいた図３の検量線を用いて、準位密度を酸素濃度に換算した。その結果を表２に示す。
続いて、比較例２として比較例１の試料４と同水準のシリコン試料を用意し、シリコン試料の処理を実施例１と同様に行った。そして、ＤＬＴＳ法にて試料のＥｃ−０．１７ｅＶとＥｃ−０．４２ｅＶの準位密度を評価した。また、予め作成しておいた図３の検量線を用いて、準位密度を酸素濃度に換算した。その結果を表２に示す。
比較例２の試料４の酸素濃度を見ると、比較例１と比較例２で大きな乖離が見られた。
ＳＩＭＳ法にて測定した酸素濃度が３．２ｐｐｍａであることから、試料４の酸素濃度が本発明の適用範囲外であるためこのような結果が得られた。
ＳＩＭＳ法にて測定した酸素濃度が３．２ｐｐｍａであることから、試料４の酸素濃度が本発明の適用範囲外であるためこのような結果が得られた。
（実施例２）
Ｅｃ−０．１７ｅＶの酸素濃度分布を検証するため、試料としてシリコンエピタキシャルウェーハを用意し、実施例１と同様の電子線照射処理を施した。ＤＬＴＳ法にてＥｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布を測定し、実施例１と同じ図３の検量線で酸素濃度の深さ分布へ換算した。その結果を図５に示す。図５によると、試料の表面側で酸素濃度が低くなる分布が得られたことが分かる。これは、試料がエピタキシャル成長する時の酸素の外方拡散挙動を反映しているためと考えられる。
Ｅｃ−０．１７ｅＶの酸素濃度分布を検証するため、試料としてシリコンエピタキシャルウェーハを用意し、実施例１と同様の電子線照射処理を施した。ＤＬＴＳ法にてＥｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布を測定し、実施例１と同じ図３の検量線で酸素濃度の深さ分布へ換算した。その結果を図５に示す。図５によると、試料の表面側で酸素濃度が低くなる分布が得られたことが分かる。これは、試料がエピタキシャル成長する時の酸素の外方拡散挙動を反映しているためと考えられる。
（比較例３）
続いて、実施例２の結果を検証するため、実施例２と同じ水準のエピタキシャルウェーハを試料としてＳＩＭＳ法で評価した。その結果を図５に示す。図５によると、試料のバルク側で酸素濃度が高く、表面側で低い傾向があることが分かる。特に表面から５μｍまでの領域はＳＩＭＳ法の検出下限値以下の酸素濃度であり、酸素濃度を正確に測定することができなかった。
続いて、実施例２の結果を検証するため、実施例２と同じ水準のエピタキシャルウェーハを試料としてＳＩＭＳ法で評価した。その結果を図５に示す。図５によると、試料のバルク側で酸素濃度が高く、表面側で低い傾向があることが分かる。特に表面から５μｍまでの領域はＳＩＭＳ法の検出下限値以下の酸素濃度であり、酸素濃度を正確に測定することができなかった。
ここで、両者を比較すると、酸素濃度に乖離があるようにも見えるが、これはＳＩＭＳ法の装置由来のバックグラウンドが上乗せされているからである。表面から５μｍまでは、このバックグラウンドが支配的で、酸素濃度は０．０２ｐｐｍａでほぼ一定値となっている。そこでこの影響を除外するため、バックグラウンド分の０．０２ｐｐｍａを元のプロファイルから引いたところ、特に表面から４〜５μｍの領域で、実施例２の酸素濃度の深さ分布と類似していた。
ＳＩＭＳ法では、表面から２〜４μｍの領域において酸素濃度は検出下限値以下であるため、酸素濃度の深さ分布を正確に測定できていないが、本発明では、表面から２〜４μｍの領域で酸素濃度が減少する挙動を捉えることができている。このように、ＤＬＴＳ法では表層数μｍの準位密度の深さ分布を測定できるので、検量線を用いることで表層数μｍの酸素濃度の深さ分布を取得することもできることが分かる。
以上より、本発明の酸素濃度評価方法によれば、従来法のＳＩＭＳ法では検出できない微量の酸素濃度を評価できることが示された。
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 (7)
- 酸素濃度が０．５ｐｐｍａ以下のシリコン試料中の酸素濃度を評価する方法であって、
前記シリコン試料に電子線又は酸素以外のイオンビームを照射して前記シリコン試料中に空孔を含んだ欠陥を形成し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度をＤＬＴＳ法にて測定し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度に基づいて前記シリコン試料中の酸素濃度を評価することを特徴とするシリコン試料の酸素濃度評価方法。 - 酸素濃度が既知のシリコン試料を予め用意し、前記酸素濃度が既知のシリコン試料に電子線又は酸素以外のイオンビームを照射して前記酸素濃度が既知のシリコン試料中に空孔を含んだ欠陥を形成し、前記空孔を含んだ欠陥の準位密度をＤＬＴＳ法にて測定し、測定した前記準位密度と前記酸素濃度が既知のシリコン試料の前記酸素濃度との検量線を作成し、前記検量線に基づいてシリコン試料中の酸素濃度を評価することを特徴とする請求項１に記載のシリコン試料の酸素濃度評価方法。
- 前記酸素濃度が既知のシリコン試料の酸素濃度は、ＳＩＭＳ法もしくはＦＴ−ＩＲ法で求めた酸素濃度であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン試料の酸素濃度評価方法。
- 前記空孔を含んだ欠陥の準位密度は、伝導帯の下端の準位をＥｃとして、Ｅｃ−０．１７ｅＶの密度であ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試料の酸素濃度評価方法。
- 前記空孔を含んだ欠陥の準位密度は、伝導帯の下端の準位をＥｃとして、Ｅｃ−０．４２ｅＶの密度であ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試料の酸素濃度評価方法。
- 前記空孔を含んだ欠陥の準位密度は、伝導帯の下端の準位をＥｃとして、ＤＬＴＳ法にてＥｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布を測定し、前記Ｅｃ−０．１７ｅＶの準位密度の深さ分布からシリコン試料の酸素濃度の深さ分布を評価することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリコン試料の酸素濃度評価方法。
- 酸素濃度が既知のシリコン試料の準位密度を測定し、測定した前記準位密度と前記酸素濃度が既知のシリコン試料の前記酸素濃度との検量線を作成し、前記検量線に基づいて前記酸素濃度の深さ分布を評価することを特徴とする請求項６に記載のシリコン試料の酸素濃度評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020011328A JP7218733B2 (ja) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | シリコン試料の酸素濃度評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020011328A JP7218733B2 (ja) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | シリコン試料の酸素濃度評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021118283A true JP2021118283A (ja) | 2021-08-10 |
| JP7218733B2 JP7218733B2 (ja) | 2023-02-07 |
Family
ID=77175212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020011328A Active JP7218733B2 (ja) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | シリコン試料の酸素濃度評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7218733B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04344443A (ja) * | 1991-05-21 | 1992-12-01 | Hitachi Ltd | シリコン中の炭素および酸素濃度測定方法 |
| JP2018139242A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 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 |
| JP2019137566A (ja) * | 2018-02-07 | 2019-08-22 | 信越半導体株式会社 | シリコン結晶中の炭素濃度測定方法 |
-
2020
- 2020-01-28 JP JP2020011328A patent/JP7218733B2/ja active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04344443A (ja) * | 1991-05-21 | 1992-12-01 | Hitachi Ltd | シリコン中の炭素および酸素濃度測定方法 |
| JP2018139242A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 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 |
| JP2019137566A (ja) * | 2018-02-07 | 2019-08-22 | 信越半導体株式会社 | シリコン結晶中の炭素濃度測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7218733B2 (ja) | 2023-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tuomisto et al. | Nitrogen and vacancy clusters in ZnO | |
| KR102029647B1 (ko) | 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법 | |
| Johannessen et al. | Observation of phosphorus pile‐up at the SiO2‐Si interface | |
| US10643908B2 (en) | Manufacturing method and evaluation method of silicon epitaxial wafer | |
| Zubiaga et al. | Positron annihilation lifetime spectroscopy of ZnO bulk samples | |
| JP6048381B2 (ja) | シリコン単結晶中の炭素濃度評価方法、及び、半導体デバイスの製造方法 | |
| JP6838713B2 (ja) | シリコン結晶中の炭素濃度測定方法 | |
| Collins et al. | Proton irradiation effects on minority carrier diffusion length and defect introduction in homoepitaxial and heteroepitaxial n-GaN | |
| JP2018182211A (ja) | エピタキシャルシリコンウェーハのエピタキシャル層厚の測定方法、及びエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法 | |
| Stachowicz et al. | Investigation of interdiffusion in thin films of ZnO/ZnCdO grown by molecular beam epitaxy | |
| Schut et al. | Positron beam defect profiling of silicon epitaxial layers | |
| JP7218733B2 (ja) | シリコン試料の酸素濃度評価方法 | |
| EP3671817B1 (en) | Carbon concentration measurement method | |
| JP6689494B2 (ja) | シリコン中の炭素検出方法 | |
| Agaiby et al. | Stress and doping uniformity of laser crystallized amorphous silicon in thin film silicon solar cells | |
| Matsuura et al. | Acceptor densities and acceptor levels in undoped GaSb determined by free carrier concentration spectroscopy | |
| JP7310727B2 (ja) | シリコン試料中の酸素濃度測定方法 | |
| JP6817545B2 (ja) | シリコン中の炭素測定方法 | |
| US11946869B2 (en) | Method for determining the thermal donor concentration of a semiconductor sample | |
| JP6638888B2 (ja) | シリコン結晶の窒素濃度測定方法 | |
| JP2018095526A (ja) | シリコン結晶の炭素濃度測定方法 | |
| JP3218374B2 (ja) | ＩｎＰ半導体表面および界面の評価方法 | |
| Raulo et al. | Effects of annealing on bulk properties of CdTe detectors | |
| Sarker | Atomic Scale Characterization of Wide Bandgap Semiconductors and Superconductors for High Power Electronics and Quantum Devices | |
| CN109632855B (zh) | 化合物半导体中替代阳离子位置的杂质缺陷浓度的检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220119 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221208 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221227 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230109 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7218733 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |