JP2827703B2 - シリコン単結晶の格子間酸素濃度の測定方法及び測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコン単結晶の格子間
酸素濃度を安定的に、かつ、正確に測定することができ
るシリコン単結晶の格子間酸素濃度の測定方法及び測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、シリコン単結晶の引上げには
チョクラルスキー（ＣＺ）法が採用されており、該方法
ではシリコン溶融体を収容するルツボとして石英製のル
ツボが用いられるため、石英製のルツボからシリコン溶
融体中に酸素が溶解し、それがシリコン単結晶中に取り
込まれることが知られている。シリコン単結晶中に取り
込まれた酸素はシリコン単結晶中において格子間酸素と
して存在したり、酸素原子どうしが集まってクラスター
を形成して析出した状態で存在したりする。

【０００３】そして、シリコン単結晶中に存在する酸素
は、ある場合は素子としてのトランジスターの特性不良
を引き起こす欠陥の原因となり、他の場合はゲッター効
果を発現したりウェーハの機械的強度を増大させたりす
るという集積回路製造における重要な効果をもたらすた
め、シリコン単結晶中の格子間酸素濃度（〔Ｏｉ〕）を
正確に測定する技術が求められている。特に最近の高集
積化に対応するためには、用いる単結晶Ｓｉ基板中の
〔Ｏｉ〕は０．１ｐｐｍａのオーダーあるいは０．０１
ｐｐｍａのオーダーで精密にコントロールされている必
要があり、このための評価に対応できる高精度な〔Ｏ
ｉ〕の測定方法及び測定装置が強く求められている。

【０００４】従来は、このようなシリコン単結晶中の格
子間酸素濃度〔Ｏｉ〕を測定するために、格子間酸素の
赤外局在振動モードの吸収を利用した方法、すなわち室
温での１１０６ｃｍ^-1吸収ピークについて格子間酸素
（Ｏｉ）による光吸収係数α_oを求め、これに濃度換算
係数ｋを乗ずることによって格子間酸素濃度を

【０００５】

【数１】〔Ｏｉ〕＝ｋα₀

【０００６】として算出する方法が最も基本的な方法と
して知られている。濃度換算係数ｋは、（社）日本電子
工業振興協会（JEIDA)の報告［T. Iizuka et al., J. E
lectrochem. Soc., 132, 1707 (1985)］によれば、ｋ＝
３．０３×１０¹⁷ｃｍ^-2である。光吸収係数α_o は、T.
Iizuka et al.の報告にも示されているように、１１０
６ｃｍ^-1 Ｏｉ吸収のピーク高さにほぼ比例する量であ
り、より厳密には、試料内多重反射効果によって生ずる
比例関係からのわずかなズレをピーク高さ、試料厚さ等
のパラメータを用いて以下の［数２］，［数３］によっ
て補正して求められる量である。つまり、T. Iizuka et
al.の文献に報告される方法（ＪＥＩＤＡ法）によって
α_o を決定することができる。これによれば、Ｓｉ結晶
の〔Ｏｉ〕測定において、試料内多重反射効果のために
Ｏｉ局在振動による正味の赤外光透過率Ｔは［数２］に
より

【０００７】

【数２】

【０００８】と表わされる。ここで、ｆ（Ｒ，ｄ，
α_l ，α_o ）は下記［数３］で表わされる。

【０００９】

【数３】

【００１０】上記［数３］において、ＲはＳｉ表面での
反射率でＲ＝０．３０、ｄは酸素を含有する試料結晶及
び酸素濃度検出下限以下の参照結晶の結晶厚さ、α_l は
Ｓｉ結晶格子の振動に基づく光吸収係数でα_l ＝０．８
５ｃｍ^-1、α_o は格子間酸素原子の局在振動に基づく光
吸収係数である。

【００１１】正味の透過率Ｔの測定は次のように行われ
る。先ず、酸素を含有する試料結晶の透過率Ｔ
_sampleを、参照結晶の透過率Ｔ_reference で除して得ら
れる値Ｔ_sample／Ｔ_reference のスペクトル、つまり対
比スペクトルを求める。図４にＯｉ吸収波長域での対比
スペクトルが示されているが、図中のＯｉ吸収における
ピーク値Ｔ_peakとベース値Ｔ_baseとの比Ｔ_peak／Ｔ_base
がＯｉ局在振動による正味の透過率Ｔである（すなわ
ち、Ｔ＝Ｔ_peak／Ｔ_base）。

【００１２】上述のＪＥＩＤＡ法以外に産業上ひろく用
いられている〔Ｏｉ〕測定方法として、以下に示す方法
（Ｂ法）がある。つまり、上記［数２］は、仮に試料内
多重反射が起こらないとした場合に成立するLambert-Be
er則

【００１３】

【数４】

【００１４】とは多重反射補正関数ｆ（Ｒ，ｄ，α_l ，
α_o ）のファクター分だけ異なる訳であるが、Lambert-
Beer則に準じた次の［数５］の近似式が成立すると仮定
する方式である。

【００１５】

【数５】

【００１６】ここで、ｄ_eff は試料の実効厚さである。
［数５］の近似において、実際の試料厚さｄの替わりに
実効厚さｄ_eff を用いるのは、図５に模式的に示したよ
うに、赤外光が結晶内を多重反射するために実効的な光
路長が増加し、実際の厚さｄより幾分大きなｄ_eff にな
ると想定するためである。この実効厚さｄ_eff は、例え
ば、図６に示された試料結晶の吸光度スペクトル（Ａ
_sample＝ｌｏｇ［１／Ｔ_sample］）における７３８ｃｍ
^-1でのＬＯ＋ＬＡフォノンのピーク高さ（ｐ）に比例す
る量として経験的に決めることができる。つまり、

【００１７】

【数６】ｄ_eff ≒（定数）×（ＬＯ＋ＬＡフォノンのピ
ーク高さｐ）

【００１８】と想定する。このようにして求められるｄ
_eff とＯｉ振動による正味の透過率Ｔを用いると、Ｏｉ
の実効光吸収係数は［数５］から

【００１９】

【数７】

【００２０】と決められる。格子間酸素濃度〔Ｏｉ〕
は、このα_o,eff 及び濃度検量によって決められる実効
的な濃度換算係数ｋ_eff を使って

【００２１】

【数８】〔Ｏｉ〕≒ｋ_eff α_o,eff

【００２２】と評価される。この測定方式では、［数
６］のように赤外吸収法によって求められる実効厚さｄ
_eff を用いるため、実際の試料厚さｄを実測する必要が
なく、従って厚み測定の不要な自動計測が可能であるた
め産業上ひろく用いられている。しかし、この方式が想
定する［数５］は、多重反射補正式［数２］の近似であ
るため、厳密な〔Ｏｉ〕評価法ではない。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の方法
によりシリコン単結晶中の格子間酸素濃度の測定を行う
場合、測定中に試料結晶の温度が変化してしまうという
現象が起こる。これは、赤外分光光度計の光源、干渉
計、電気回路等の収納部の雰囲気が赤外光源や電気回路
での発熱によって暖められて３０〜４０℃もの温度にな
っており、この収納部の雰囲気ガスが赤外光光路の開口
部を通して試料室内へも流入し、その結果、試料室内も
３０℃程度の温度に暖められるからである。試料結晶が
通常保管されている測定室の温度は２２〜２５℃程度で
あるから、測定のために赤外分光光度計の試料室内に設
置された試料結晶は、より温度の高い試料室内の雰囲気
によって暖められ、時間の経過とともに徐々に昇温する
ことになる。しかし、上述のＪＥＩＤＡ法に従った［数
１］による〔Ｏｉ〕評価においても、また、上述のＢ法
に従った［数８］による〔Ｏｉ〕評価においても、試料
室内で結晶が昇温することによって生ずる影響、すなわ
ち評価結果の試料温度依存性までは考慮していない。実
際に、ＪＥＩＤＡ法及びＢ法による同一試料結晶の〔Ｏ
ｉ〕評価値を、試料温度の関数として調べた結果が図３
の◇印及び□印である。ＪＥＩＤＡ法、Ｂ法ともに、試
料温度が高くなるほど〔Ｏｉ〕評価値が低くなるという
問題があった。特に、Ｂ法における温度依存性は著し
く、高精度な〔Ｏｉ〕測定には適さない。

【００２４】本発明は上記の問題点を解決しようとする
もので、その目的は、上記のようなシリコン単結晶中の
格子間酸素濃度の測定上の撹乱要因を取り除き、安定
的、かつ、正確に格子間酸素濃度測定を行うことができ
るシリコン単結晶の格子間酸素濃度の測定方法及び測定
装置を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の測定方法（請求
項１）は、シリコン単結晶中の格子間酸素の赤外局在振
動モードの吸収を利用した格子間酸素濃度測定におい
て、１１０６ｃｍ^−１の格子間酸素の吸収ピークを求
め、この吸収ピークに関する （光吸収係数）×〔１＋ａ×（ピーク半値幅）〕 の値、あるいは （光吸収係数）×〔１＋ｂ×（ピーク面積）／（ピーク高さ）〕 の値（ここで、ａあるいはｂの値は、測定条件や測定装
置に依存し、あらかじめ特定の測定条件及び装置につい
て経験的に決めておくパラメータ）によりシリコン単結
晶中の格子間酸素濃度を測定することを特徴とする。

【００２６】本発明の測定装置（請求項２）は、赤外光
の光源と、光源からの光を集光するとともに干渉計に入
射する光のうちその入射角が最適入射孔径より決まる角
度より大きなものを遮断するための入射孔と、半透鏡と
固定鏡と移動鏡を有した干渉計と、試料を取り付けるサ
ンプルステージを有し干渉計からの出射光が入射される
試料室と、試料に入射後、試料特有の特性波数の光が吸
収されて透過又は反射された光を検知するための検知器
とを備えた赤外分光光度計において、前記試料室内にお
けるサンプルステージに、試料を一定温度に維持するた
めの温調手段が設けられており、更に上記の測定方法
（請求項１）に従って〔Ｏｉ〕値を算出し表示すること
を特徴とする。

【００２７】また、本発明の測定装置（請求項３）は、
赤外光の光源と、光源からの光を集光するとともに干渉
計に入射する光のうちその入射角が最適入射孔径より決
まる角度より大きなものを遮断するための入射孔と、半
透鏡と固定鏡と移動鏡を有した干渉計と、試料を取り付
けるサンプルステージを有し干渉計からの出射光が入射
される試料室と、試料に入射後、試料特有の特性波数の
光が吸収されて透過又は反射された光を検知するための
検知器とを備えた赤外分光光度計において、光源や干渉
計を収納する空間と試料室の空間とが、試料室の仕切板
等の部材によって仕切られているだけでなく、赤外光の
通過する部分も赤外光の透過する光学窓材によって完全
に仕切られており、更に上記の測定方法（請求項１）に
従って〔Ｏｉ〕値を算出し表示することを特徴とする。
さらに、本発明の測定装置（請求項４）は、上記仕切り
部材を設けた赤外分光光度計（請求項３）において、前
記試料室内におけるサンプルステージに、試料温度を一
定に維持するための温調手段が設けられていることを特
徴とする。

【００２８】また更に、本発明の測定装置（請求項５）
は、請求項２，３または４の装置において試料の収納部
と、接触式又は非接触式の試料厚さ自動測定機と、前記
試料室とが、該試料室に対して試料を出し入れするため
の自動搬送機を介して連結されているとともに、コンピ
ュータを備え、該コンピュータは前記試料厚さ自動測定
機、前記自動搬送機、前記赤外分光光度計の各動作、お
よび請求項１に記載の測定方法による格子間酸素濃度の
計算を総括的に制御するものであることを特徴とする。

【００２９】〔Ｏｉ〕測定を行う際に、先に述べたＪＥ
ＩＤＡ法やＢ法を用いると、図３に示した試料温度依存
性が明瞭である。これは、ＪＥＩＤＡ法においては［数
１］の換算式〔Ｏｉ〕＝ｋα_o （ｋは定数）において、
光吸収係数α_o が試料温度依存性をもつことを意味す
る。図３は同一試料に関するものであるから、この事実
を換言すれば、１１０６ｃｍ^-1 Ｏｉ吸収ピークのピー
ク高さが温度の上昇とともに低くなることを意味する。

【００３０】Ｂ法においては［数８］の換算式〔Ｏｉ〕
≒ｋ_eff α_o,eff （ｋ_eff は定数）において、α_o,eff
≒ｌｎ（１／Ｔ）／ｄ_eff が図３に見られるような強い
温度依存性をもつことを意味する。ｌｎ（１／Ｔ）はピ
ーク高さであり、これはＪＥＩＤＡ法による〔Ｏｉ〕評
価値の温度依存性（α_o の温度依存性）と同等であるか
ら、Ｂ法による〔Ｏｉ〕評価値の強い温度依存性（α
_o,eff の温度依存性）は、ピーク高さ（ln(1/T) ）の温
度依存性に加えてｄ_eff が更なる温度依存性をもってい
ることを意味する。すなわち、［数６］によってｄ_eff
を決めているＬＯ＋ＬＡフォノンのピーク高さｐ（図６
参照）は、実際の試料厚さが同じでも、試料温度の上昇
とともに高くなるのである。

【００３１】このような状況下ではＪＥＩＤＡ法、Ｂ法
いずれを用いたとしても、特にＢ法を用いた場合には、
測定値の安定した高精度な測定が困難である。この測定
法上の問題を解決するためには、α_o やα_o,eff 以外の
量で〔Ｏｉ〕と比例関係にあり、なおかつ試料温度に対
する依存性の小さなものを考案することが重要である。
これを考えるために、先ず、α_o 以外にＯｉ吸収の強度
を表現する量として（光吸収係数）×（ピーク半値幅）
及び同様な量として（ピーク面積）を考え、これらの量
の試料温度に対する依存性を調べた。ピーク高さ、ピー
ク半値幅、ピーク面積の定義は図７の模式図に示される
通りである。α_o は１１０６ｃｍ^-1ピークの高さに相当
する光吸収係数であるから、ピーク半値幅をΔで表わす
と、（光吸収係数）×（ピーク半値幅）による〔Ｏｉ〕
の換算は

【００３２】

【数９】〔Ｏｉ〕＝ｋ₁ α_o Δ

【００３３】で表わされ、ピーク面積Ｓによる〔Ｏｉ〕
の換算は

【００３４】

【数１０】〔Ｏｉ〕＝ｋ₂ Ｓ

【００３５】と表わされる。［数９］，［数１０］にお
けるｋ₁ ，ｋ₂ は、それぞれの場合について酸素濃度標
準Ｓｉ単結晶試料を用いて得られる濃度換算係数であ
る。［数９］及び［数１０］による〔Ｏｉ〕評価値の試
料温度依存性の調査結果が、図３の△印及び＋印で示さ
れている。図７においてもわかる通り、（光吸収係数）
×（ピーク半値幅）と（ピーク面積）とはほぼ同等の量
であるから、図３の△印と＋印もほとんど同様の挙動を
示している。従って、以後の説明においては、（光吸収
係数）×（ピーク半値幅）に関する取り扱い、つまり
［数９］に関する取り扱いのみとする。

【００３６】この段階で、図３において気づくべきこと
は、α_o Δの試料温度依存性が、先のＪＥＩＤＡ法（α
_o による定量）の場合とは逆に、試料温度の上昇ととも
にわずかづつ上昇傾向にあることである。従って、〔Ｏ
ｉ〕と比例関係にあり、しかも試料温度依存性の小さい
量は、α_o とα_o Δの適切な荷重平均によって実現でき
ることが容易に理解できる。すなわち、次式の荷重平均

【００３７】

【数１１】〔Ｏｉ〕＝ｋ₃ （α_o ＋ａα_o Δ）＝ｋ₃ α
_o （１＋ａΔ）

【００３８】において、（ピーク高さ）に相当するα_o
と（光吸収係数）×（ピーク半値幅）に相当するα_o Δ
の荷重平均の重みパラメータａが適切に選ばれていると
き、［数１１］の示す試料温度依存性は極小になるので
ある。濃度換算係数ｋ₃ は、酸素濃度標準Ｓｉ単結晶試
料を測定することによって決定される。実施例で後述す
るように、適切に選ばれた重みパラメータａに対して
［数１１］を適用すると、たとえ試料の温度が測定中に
変動しても、〔Ｏｉ〕評価値がほとんど変動しない安定
した測定ができることが判明した。

【００３９】［数１１］の代わりに、（ピーク高さ）に
相当するα_o と（ピーク面積）Ｓの荷重平均を適切な重
みパラメータｂに対して適用しても全く同様な結果を得
るが、このとき、［数１１］に相当する式は、濃度換算
係数をｋ₄ として

【００４０】

【数１２】〔Ｏｉ〕＝ｋ₄ α_o （１＋ｂＳ／α_o ）

【００４１】である。

【００４２】次に、本発明のシリコン単結晶の格子間酸
素濃度の測定装置について説明する。本発明の測定装置
においては、試料温度を一定に維持した状態で格子間酸
素濃度の測定が行えるように、その構造に配慮がなされ
ている。具体的には、 （１）試料室内のサンプルステージに、試料温度を一定
に維持するための温調手段を設けたもの、 （２）試料室とその外部との境界に、適宜の仕切り部材
を設けることで、試料室内の温度変化を防止するように
したもの、 （３）上記温調手段と、仕切り部材とを併設したもの、
が挙げられる。 以下、本発明の測定装置の構造につい
て、更に具体的に説明する。

【００４３】サンプルステージに上記温調手段を設けな
い場合、図３に示した一般的な濃度換算方法のいずれに
対しても、試料結晶の温度上昇に伴い測定値が低くなっ
たり、あるいは高くなったりするという明確な傾向を示
す。そこで、本発明の測定装置（上記（１）の場合）に
おいてはサンプルステージに温調手段を設け、サンプル
ステージの温度を一定にすることにより、正確な測定値
を得るものである。

【００４４】すなわち、本発明の測定方法では、試料結
晶の温度変化により１１０６ｃｍ^−１ピークに基づく一
般的な〔Ｏｉ〕評価値は図３のように変動するが、［数
１１］または［数１２］による〔Ｏｉ〕評価値は試料温
度にほとんど依存しないことを利用して、正確な格子間
酸素濃度を得ようとするものであるのに対し、本発明に
かかる測定装置の一例では、サンプルステージに温調手
段を設け、サンプルステージひいては試料の温度を一定
にし、試料の温度変化を防止して正確な格子間酸素濃度
を得ようとするものである。

【００４５】また、本発明の測定装置（上記（２）の場
合）では、光源、干渉計、電気回路部の収納される部分
が試料室とは空間的に完全に分離されており、光源等の
収納部の温度の高い雰囲気が試料室に流れ込んで試料結
晶の温度上昇が起こらないように設計される。このため
には、光源等の収納部と試料室とは仕切板等で単に仕切
られるだけでなく、赤外光の通路さえも赤外光を透過す
る光学窓材によって仕切られる。このようにすると、た
とえサンプルステージに温調手段を設けなくとも、試料
室内温度は測定室の温度と大きく変わらないため、試料
が試料室内に導入された際の試料温度の変化がほとんど
なく、従ってＯｉ濃度換算において［数１１］または
［数１２］の試料温度依存性の小さな〔Ｏｉ〕評価手法
を併用することによって、充分に正確な格子間酸素濃度
を測定しようとするものである。さらに、上記仕切り部
材を設けるとともに、サンプルステージに温調手段を設
ける（上記（３）の場合）ことによって、格子間酸素濃
度測定の正確さを最大限に高めることができる。

【００４６】更にまた本発明の測定装置では、［数１
１］または［数１２］における光吸収係数α_o の算出に
必要な試料厚さを自動的に測定する機能を有し、これに
加えて、赤外吸収測定、〔Ｏｉ〕計算、試料の自動搬送
をコンピュータにより統括的にコントロールして、正確
な〔Ｏｉ〕測定を完全自動で行おうとするものである。

【００４７】図２に本発明の測定装置の概略の構成を示
す。図２において、１は赤外光の光源であり、一般に、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）を棒状に焼結したグローバ光源が
使用できる。グローバ光源はほぼ黒体放射に近いスペク
トル分布を有しており、ほぼ９０００〜１００ｃｍ^-1の
波数域で使用可能である。又、棒状のセラミック光源も
ひろく用いられている。

【００４８】２は入射孔、３は干渉計である。入射孔２
は光源１からの光を集光するとともに干渉計３に入射す
る光のうち、その入射角が最適入射孔径より決まる角度
より大きなものを遮断するためのものである。干渉計３
は、入射した光を二分する半透鏡３１と、その二分され
た各々の光を再び半透鏡３１に戻す移動鏡３２と、固定
鏡３３を有している。移動鏡３２は光軸に沿って平行に
移動する鏡で、干渉計３の光路差を変化させる役割を持
っている。３４は移動鏡駆動機構であり、図示しないコ
ンピュータ部により制御され、移動鏡を移動させるもの
である。

【００４９】４は試料室である。試料室４には試料を取
り付けるためのサンプルステージ４１が設けられ、この
サンプルステージ４１には温調手段４２が設けられてい
る。温調手段４２は、例えば所定の温度の媒体が流れる
管をサンプルステージに埋設し、媒体の吸熱あるいは放
熱によりサンプルステージ４１を一定の温度に保持する
ようにしたものが用いられる。他の例としては、ペルチ
エ効果により冷却作用をなす素子をサンプルステージに
埋め込み、該素子への電流の量を調節することでサンプ
ルステージ４１を一定の温度に保持するようにしたもの
が挙げられる。また他の例としては、温調機能付のヒー
ターをサンプルステージ４１に埋め込み、一定の温度に
保持するようにしたものがある。試料室４内のサンプル
ステージ４１に取り付けられた試料には干渉計３からの
出射光が入射される。試料に入射後、試料特有の特性波
数の光が吸収されて透過又は反射された光は検知器５に
より検知される。

【００５０】また、試料室４を光源や干渉計の収納部か
ら完全に仕切るために、試料室４の仕切板の赤外光通過
部を赤外光の透過する光学窓材４３によって完全に仕切
る。これによって、光源や干渉計収納部から暖められた
雰囲気が試料室へ流入することを防止できる。光学窓材
４３としてはヨウ化セシウム（ＣｓＩ）や臭化カリウム
（ＫＢｒ）を用いることができる。

【００５１】また、試料室４は、試料の自動搬送系７に
よって、接触式又は非接触式の自動厚さ測定機６及び試
料結晶収納部８と連結されており、これらの各部分の動
作は分光光度計による赤外吸収測定及び格子間酸素濃度
の計算・データ処理と合わせて、コンピュータによって
統括的に制御され、試料厚さ測定の必要な［数１１］又
は［数１２］による〔Ｏｉ〕計測を完全自動で実行す
る。

【００５２】

【作用】本発明のシリコン単結晶の格子間酸素濃度の測
定方法においては、１１０６ｃｍ^-1の吸収ピークについ
て［数１１］または［数１２］によって格子間酸素濃度
を求めるようにしたので、試料結晶温度が測定中に変化
しても、格子間酸素濃度測定値は変動しないようにする
ことができる。

【００５３】また、本発明の測定装置においては、サン
プルステージに温調手段を設け、サンプルステージひい
ては試料の温度を一定にすることにより〔Ｏｉ〕評価値
の変動をなくすことができる。また、試料室を光源、干
渉計、電気回路を収納する部分から、赤外光光路開孔部
に設置する光学窓材によって完全に仕切ることによって
も、試料結晶の温度変化を抑えることができ、この状態
で［数１１］または［数１２］に基づく〔Ｏｉ〕計算を
行うことによって〔Ｏｉ〕評価値の変動をなくすことが
できる。また、これらの測定装置を試料厚さ自動測定機
能及び試料自動搬送システムと組み合わせることによっ
て、［数１１］または［数１２］による高精度〔Ｏｉ〕
評価を、コンピュータ制御によって完全自動で実行する
ことができる。そして、上記測定方法、測定装置のいず
れもシリコン単結晶中の格子間酸素濃度を高精度に測定
することを可能ならしめる。

【００５４】

【実施例】次に、実施例を挙げてさらに詳細に本発明を
説明する。 実施例１ チョクラルスキー法によりシリコン単結晶棒を引き上
げ、得られた単結晶棒をダイヤモンドソーにより切り出
し、ラッピング、ケミカルエッチング、洗浄、鏡面研磨
等を行い、両面鏡面研磨シリコンスラブを得た。この両
面鏡面スラブについて、フーリエ変換型赤外分光光度計
（ＦＴ−ＩＲ）により、格子間酸素の赤外局在振動モー
ドの吸収が起こる１１０６ｃｍ^-1の吸収ピークを測定
し、試料温度と［数１１］による〔Ｏｉ〕評価値との関
係を調べた。図１に［数１１］による〔Ｏｉ〕評価値と
試料温度との関係を示す。ここでは［数１１］中の荷重
平均の重みパラメータａとして０．０１５が採用されて
いる。図１から明らかなように、本発明の方法によれ
ば、試料温度が変化しても格子間酸素濃度評価値はほと
んど変化せず、安定して正確な測定値が得られることが
わかった。

【００５５】実施例２ 実施例１に用いた試料と同一のものを使って、１１０６
ｃｍ^-1のＯｉ吸収ピークについて、［数１１］及びａ＝
０．０１５の重みパラメータを用いて〔Ｏｉ〕評価の繰
り返し測定を実施した。このとき、サンプルステージの
温調は行わず、また、図２の光学窓材４３の仕切りも設
けなかった。結果を図８の△印で示す。測定次数１回目
のデータは試料が試料室内に挿入された直後の積算時間
１分間のデータである。２回目の測定は、１回目の測定
が終了した後ただちに開始され、積算時間は同じく１分
間である。１回目と２回目の間に試料の出し入れは行わ
れておらず、１回目から２回目にかけて試料温度は徐々
に上昇している。３回目以降も、同様の１分間繰り返し
測定である。［数１１］を用いると、試料温度がコント
ロールされていなくても安定した再現性の良い結果が得
られることがわかった。

【００５６】実施例３ 実施例２と同様に、［数１１］による〔Ｏｉ〕評価の繰
り返し測定を実施した。このとき、同時にサンプルステ
ージの温調を行い、試料温度を２８℃にコントロールし
た。結果を図８の＋印で示す。実施例２と同等またはそ
れ以上の優れた測定値の安定性と再現性が得られること
がわかった。

【００５７】実施例４ 実施例２と同様に、［数１１］による〔Ｏｉ〕評価の繰
り返し測定を実施した。このとき、サンプルステージの
温調は行わず、図２の光学窓材４３の仕切りを設けて、
光源等の収納部からの暖かい雰囲気の流入を防ぎ、試料
室温度を室温と同一の２５℃となるようにして繰り返し
測定を行った。結果を図８の○印で示す。実施例２と同
等またはそれ以上の優れた測定値の安定性と再現性が得
られることがわかった。

【００５８】比較例１ 測定値として１１０６ｃｍ^-1の吸収ピークに関するＪＥ
ＩＤＡ法及びＢ法による〔Ｏｉ〕評価値を採用すること
以外は、実施例１と同様にして、シリコン単結晶中の
〔Ｏｉ〕評価値とシリコン単結晶の試料温度との関係を
求めた。その結果を図３の◇印及び□印で示す。図３か
ら明らかなように、試料温度の上昇とともに〔Ｏｉ〕評
価値はＪＥＩＤＡ法の場合もＢ法の場合も低下してゆ
き、正確な測定値を得ることが困難なことがわかった。
とりわけ、Ｂ法における試料濃度依存性は著しく、高精
度な測定を行うには大きな問題であることが分かった。

【００５９】比較例２ 測定値として１１０６ｃｍ^-1吸収ピークに関するＪＥＩ
ＤＡ法及びＢ法による〔Ｏｉ〕評価値を採用すること以
外は、実施例２と同様にして、〔Ｏｉ〕評価の繰り返し
測定を実施した。結果を図８の◇印（ＪＥＩＤＡ法）及
び□印（Ｂ法）で示す。いずれの場合も、繰り返し測定
の次数が上がり、試料が試料室内雰囲気によって暖めら
れるに従って、〔Ｏｉ〕評価値の低下を示した。特にＢ
法においては、３回目までの評価値が大きく変化してゆ
き、正確な測定を行うことは困難であることがわかっ
た。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るシリコン単結晶の格子間酸素濃度の測定方法（請
求項１）によれば、試料温度にほとんど影響されずに、
安定的、かつ、正確に格子間酸素濃度を測定することが
できる。また、本発明に係るシリコン単結晶の格子間酸
素濃度の測定装置（請求項２）によれば、測定装置内で
サンプルステージひいては試料の温度を一定にした状態
で測定できるため、試料の温度変化の影響がなく、安定
的、かつ、正確にシリコン単結晶の格子間酸素濃度を測
定することができる。また更に、本発明に係るシリコン
単結晶の格子間酸素濃度の測定装置（請求項３）によれ
ば、光学窓材によって試料室の雰囲気が光源等の収納部
のより高温の雰囲気と完全に分離されるため、試料室内
温度を測定室の温度とほぼ同一にすることができ、従っ
て、測定中の試料温度の変化がほとんどなく、安定的、
かつ、正確にシリコン単結晶中の格子間酸素濃度を測定
することができる。また更に、本発明に係るシリコン単
結晶の格子間酸素濃度の測定装置（請求項４）によれ
ば、試料室内温度を測定室の温度とほぼ同一にすること
ができるとともに、測定装置内でサンプルステージひい
ては試料の温度を一定にした状態で測定できるため、き
わめて安定的、かつ、正確にシリコン単結晶の格子間酸
素濃度を測定することができる。また更に、本発明に係
るシリコン単結晶の格子間酸素濃度の測定装置（請求項
５）によれば、本発明の方法を実施する際に必要となる
試料の厚み測定を接触式または非接触式の自動厚み測定
機で行い、更に赤外吸収測定、試料の自動搬送、本発明
方法の〔Ｏｉ〕濃度計算を統括的にコンピュータで制御
し完全自動測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定方法により得られた酸素濃度評価
値と試料温度との関係を示すグラフである。

【図２】本発明の測定装置の概略の構成を示す説明図で
ある。

【図３】比較例１における格子間酸素濃度評価値、及び
［数９］，［数１０］により得られた酸素濃度評価値と
試料温度との関係を示すグラフである。

【図４】格子間酸素による赤外吸収の正味の透過率を定
義するための説明図である。

【図５】試料内多重反射効果を説明するための模式図で
ある。

【図６】従来法であるＢ法に用いられる試料の実効厚さ
ｄ_eff を説明する吸光度スペクトル図である。

【図７】吸収ピークのピーク半値幅、ピーク高さ、ピー
ク面積の定義を説明するための模式図である。

【図８】実施例２，３，４及び比較例２における格子間
酸素濃度評価値の繰り返し測定における変化の様子を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 入射孔 ３ 干渉計 ３１ 半透鏡 ３２ 移動鏡 ３３ 固定鏡 ３４ 移動鏡駆動機構 ４ 試料室 ４１ サンプルステージ ４２ 温調手段 ４３ 光学窓材 ５ 検知器 ６ 自動厚さ測定機 ７ 自動搬送系 ８ 試料結晶収納部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹中 卓夫 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越 半導体株式会社 半導体磯部研究所内 (56)参考文献 特開 平１−195345（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−18650（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168141（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−109648（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−111739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−231438（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン単結晶中の格子間酸素の赤外局
   在振動モードの吸収を利用した格子間酸素濃度測定にお
   いて、１１０６ｃｍ^−１の格子間酸素の吸収ピークを求
   め、この吸収ピークに関する （光吸収係数）×〔１＋ａ×（ピーク半値幅）〕 の値、あるいは （光吸収係数）×〔１＋ｂ×（ピーク面積）／（ピーク高さ）〕 の値（ここで、ａあるいはｂの値は、測定条件や測定装
   置に依存し、あらかじめ特定の測定条件及び装置につい
   て経験的に決めておくパラメータ）によりシリコン単結
   晶中の格子間酸素濃度を測定することを特徴とするシリ
   コン単結晶の格子間酸素濃度の測定方法。
2. 【請求項２】 赤外光の光源と、光源からの光を集光す
   るとともに干渉計に入射する光のうちその入射角が最適
   入射孔径より決まる角度より大きなものを遮断するため
   の入射孔と、半透鏡と固定鏡と移動鏡を有した干渉計
   と、試料を取り付けるサンプルステージを有し干渉計か
   らの出射光が入射される試料室と、試料に入射後、試料
   特有の特性波数の光が吸収されて透過又は反射された光
   を検知するための検知器とを備えた赤外分光光度計にお
   いて、前記試料室内におけるサンプルステージに、試料
   を一定温度に維持するための温調手段が設けられてお
   り、更に請求項１の方法に従って格子間酸素濃度を求め
   ることを特徴とするシリコン単結晶の格子間酸素濃度の
   測定装置。
3. 【請求項３】 赤外光の光源と、光源からの光を集光す
   るとともに干渉計に入射する光のうちその入射角が最適
   入射孔径より決まる角度より大きなものを遮断するため
   の入射孔と、半透鏡と固定鏡と移動鏡を有した干渉計
   と、試料を取り付けるサンプルステージを有し干渉計か
   らの出射光が入射される試料室と、試料に入射後、試料
   特有の特性波数の光が吸収されて透過又は反射された光
   を検知するための検知器とを備えた赤外分光光度計にお
   いて、光源や干渉計を収納する空間と試料室の空間と
   が、試料室の仕切板等の部材によって仕切られているだ
   けでなく、赤外光の通過する部分も光学窓材によって完
   全に仕切られており、更に請求項１の方法に従って格子
   間酸素濃度を求めることを特徴とするシリコン単結晶の
   格子間酸素濃度の測定装置。
4. 【請求項４】 前記赤外分光光度計の試料室内における
   サンプルステージに、試料を一定温度に維持するための
   温調手段が設けられていることを特徴とする請求項３に
   記載のシリコン単結晶の格子間酸素濃度の測定装置。
5. 【請求項５】 試料の収納部と、接触式又は非接触式の
   試料厚さ自動測定機と、前記試料室とが、該試料室に対
   して試料を出し入れするための自動搬送機を介して連結
   されているとともに、コンピュータを備え、該コンピュ
   ータは前記試料厚さ自動測定機、前記自動搬送機、前記
   赤外分光光度計の各動作、および請求項１に記載の測定
   方法による格子間酸素濃度の計算を総括的に制御するも
   のであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一
   つの項に記載のシリコン単結晶の格子間酸素濃度の測定
   装置。