JP3407345B2 - シリコン基板の酸素濃度測定方法 - Google Patents
シリコン基板の酸素濃度測定方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン基板（以下Siウ
エハ）の酸素濃度測定方法に関する。
エハ）の酸素濃度測定方法に関する。
【０００２】シリコン（以下Si) は代表的な単体半導体
であって、これを用いてＩＣ，ＬＳＩなどの集積回路が
作られている。すなわち、引上げ法（チョクラルスキー
法）によりSi単結晶よりなるインゴットを作り、これを
500 μm 前後の厚さにスライスした後、研磨してウエハ
を作り、このウエハに薄膜形成技術，写真蝕刻技術（フ
ォトリソグラフィ），不純物元素注入技術などを使用し
て各種のデバイスが形成されている。こゝで、引上げ法
により作られるSi単結晶は極めて純度が高く、高純度な
Siウエハに選択的に不純物元素の導入を行なってｎ型あ
るいはｐ型の半導体領域を作り、この半導体領域を利用
してデバイス形成が行なわれているが、Si中に導入され
ている不純物元素としては活性なものと不活性なものと
がある。
であって、これを用いてＩＣ，ＬＳＩなどの集積回路が
作られている。すなわち、引上げ法（チョクラルスキー
法）によりSi単結晶よりなるインゴットを作り、これを
500 μm 前後の厚さにスライスした後、研磨してウエハ
を作り、このウエハに薄膜形成技術，写真蝕刻技術（フ
ォトリソグラフィ），不純物元素注入技術などを使用し
て各種のデバイスが形成されている。こゝで、引上げ法
により作られるSi単結晶は極めて純度が高く、高純度な
Siウエハに選択的に不純物元素の導入を行なってｎ型あ
るいはｐ型の半導体領域を作り、この半導体領域を利用
してデバイス形成が行なわれているが、Si中に導入され
ている不純物元素としては活性なものと不活性なものと
がある。
【０００３】こゝで、活性な元素はSi結晶中に存在して
ドナー準位あるいはアクセプター準位を形成する元素で
あり、また、不活性な元素は酸素（Ｏ）や窒素（Ｎ）の
ようにイオン化しにくい元素である。なお、Ｏ元素はSi
単結晶の引上げに使用される坩堝に石英（SiO2）製が使
用され、また、大気中にあるＯ2 ガスの分圧が高いこと
から、結晶中に1018原子／cm3 程度は含まれており、こ
の含有量が多い場合はウエハを加熱処理する場合に析出
物が生じ、更にその周りに二次的に積層欠陥や転移など
が生じて品質が低下するため、デバイス形成に先立って
ウエハ中に含まれるＯ量の測定が行なわれている。
ドナー準位あるいはアクセプター準位を形成する元素で
あり、また、不活性な元素は酸素（Ｏ）や窒素（Ｎ）の
ようにイオン化しにくい元素である。なお、Ｏ元素はSi
単結晶の引上げに使用される坩堝に石英（SiO2）製が使
用され、また、大気中にあるＯ2 ガスの分圧が高いこと
から、結晶中に1018原子／cm3 程度は含まれており、こ
の含有量が多い場合はウエハを加熱処理する場合に析出
物が生じ、更にその周りに二次的に積層欠陥や転移など
が生じて品質が低下するため、デバイス形成に先立って
ウエハ中に含まれるＯ量の測定が行なわれている。
【０００４】次に、水素（Ｈ）原子はSi単結晶中を拡散
し易く、また、単結晶中に含まれる不純物原子と相互作
用をして複合体を形成したり、結晶欠陥と反応し易いと
云う特徴をもっている。すなわち、不純物元素は半導体
領域を形成するために意図的に高純度のSi結晶中に導入
されている場合が多いが、Ｈ原子はこれらの不純物原子
と複合体を形成して電気的性質を変化させると云う性質
があり、また、Ｈ原子を導入するとSi結晶中に存在する
Ｏ原子の拡散を速めたり、Si単結晶の機械的性質を低下
させる性質があることが知られている。そこで、Si単結
晶中にＨ原子を制御性よく導入することができれば、電
気的性質を初めとする色々な性質の制御が可能となる。
し易く、また、単結晶中に含まれる不純物原子と相互作
用をして複合体を形成したり、結晶欠陥と反応し易いと
云う特徴をもっている。すなわち、不純物元素は半導体
領域を形成するために意図的に高純度のSi結晶中に導入
されている場合が多いが、Ｈ原子はこれらの不純物原子
と複合体を形成して電気的性質を変化させると云う性質
があり、また、Ｈ原子を導入するとSi結晶中に存在する
Ｏ原子の拡散を速めたり、Si単結晶の機械的性質を低下
させる性質があることが知られている。そこで、Si単結
晶中にＨ原子を制御性よく導入することができれば、電
気的性質を初めとする色々な性質の制御が可能となる。
【０００５】
【従来の技術】Siウエハ中に含まれるＯ原子は格子間原
子の形で存在しているが、このＯ原子の存在は酸素析出
物や二次的な積層欠陥、転位形成の原因となることか
ら、Ｏ濃度の測定は結晶評価の重要項目の一つである。
子の形で存在しているが、このＯ原子の存在は酸素析出
物や二次的な積層欠陥、転位形成の原因となることか
ら、Ｏ濃度の測定は結晶評価の重要項目の一つである。
【０００６】こゝで、ドナー準位やアクセプター準位を
形成する活性な不純物原子の含有量が少ない場合は問題
はないが、活性な不純物原子を1017個／cm3 以上含んだ
低抵抗のSiウエハについて、Ｏ原子濃度の測定を赤外分
光光度計を用いて行なう場合には活性な不純物原子によ
ってフリーキャリアが多数発生しており、これによる強
い赤外吸収がＯ原子の赤外吸収のピーク（1136cm-1）
に重なるために正確な測定ができず、特に活性不純物の
濃度が高い場合は不純物原子による赤外吸収が格子間Ｏ
原子の振動による吸収ピークを完全に隠すために測定が
できない。
形成する活性な不純物原子の含有量が少ない場合は問題
はないが、活性な不純物原子を1017個／cm3 以上含んだ
低抵抗のSiウエハについて、Ｏ原子濃度の測定を赤外分
光光度計を用いて行なう場合には活性な不純物原子によ
ってフリーキャリアが多数発生しており、これによる強
い赤外吸収がＯ原子の赤外吸収のピーク（1136cm-1）
に重なるために正確な測定ができず、特に活性不純物の
濃度が高い場合は不純物原子による赤外吸収が格子間Ｏ
原子の振動による吸収ピークを完全に隠すために測定が
できない。
【０００７】そこで、Ｈ原子をSiウエハ中に導入して活
性な不純物原子を不活性にしてしまえばＯ原子の赤外吸
収のピーク強度の測定が可能となる。
性な不純物原子を不活性にしてしまえばＯ原子の赤外吸
収のピーク強度の測定が可能となる。
【０００８】こゝで、今まで、SiウエハへのＨ原子の導
入は主としてプラズマ発生装置かイオン注入装置を用い
て行なってきた。図４はプラズマによるＨ原子の導入法
を示す構成図であって、Siウエハ１をグラファイト製の
サセプタ２の上に載置して第２の誘導コイル３を備えた
石英管４の中に置き、プラズマ発生装置の排気系を動作
させて石英管４の中を高真空排気する。次に、図示を省
略したニードルバルブより水素ガス（Ｈ2 ) を103 cm／
min 程度の流速で供給しながら真空排気し、石英管４の
中の真空度を0.1 〜0.3 torrに保ちながら、第１の誘導
コイル５に周波数が13.65 ＭHzの高周波電力を加えるこ
とによりＨ2 ガスをプラズマ化させる。
入は主としてプラズマ発生装置かイオン注入装置を用い
て行なってきた。図４はプラズマによるＨ原子の導入法
を示す構成図であって、Siウエハ１をグラファイト製の
サセプタ２の上に載置して第２の誘導コイル３を備えた
石英管４の中に置き、プラズマ発生装置の排気系を動作
させて石英管４の中を高真空排気する。次に、図示を省
略したニードルバルブより水素ガス（Ｈ2 ) を103 cm／
min 程度の流速で供給しながら真空排気し、石英管４の
中の真空度を0.1 〜0.3 torrに保ちながら、第１の誘導
コイル５に周波数が13.65 ＭHzの高周波電力を加えるこ
とによりＨ2 ガスをプラズマ化させる。
【０００９】一方、第２の誘導コイル３には例えば440
ＫHzの電力を加えてサセプタ２を通じてSiウエハ１を10
0 〜400 ℃に加熱しておくと、プラズマ化により生じた
Ｈイオンが付着することによってＨ原子の導入が行なわ
れている。また、イオン注入法は目的とする元素( この
場合はＨ2 ）を真空中でイオン化した後、50〜500 ＫeV
のエネルギを与えて基板（Siウエハ) に衝突させること
により導入するものである。
ＫHzの電力を加えてサセプタ２を通じてSiウエハ１を10
0 〜400 ℃に加熱しておくと、プラズマ化により生じた
Ｈイオンが付着することによってＨ原子の導入が行なわ
れている。また、イオン注入法は目的とする元素( この
場合はＨ2 ）を真空中でイオン化した後、50〜500 ＫeV
のエネルギを与えて基板（Siウエハ) に衝突させること
により導入するものである。
【００１０】然し、これらの方法による場合はSi結晶の
表面に積層欠陥や転位などのダメージを生じ易い。ま
た、Ｈ原子を導入する深さが１〜２μm と浅い場合、或
いはＨ濃度が低い場合は問題はないが、Ｈ原子を導入す
る領域の深さが数百μm に及ぶ場合や高濃度に導入する
場合は導入に長時間を要し、また結晶表面のダメージも
増すと云う問題があった。
表面に積層欠陥や転位などのダメージを生じ易い。ま
た、Ｈ原子を導入する深さが１〜２μm と浅い場合、或
いはＨ濃度が低い場合は問題はないが、Ｈ原子を導入す
る領域の深さが数百μm に及ぶ場合や高濃度に導入する
場合は導入に長時間を要し、また結晶表面のダメージも
増すと云う問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】Siウエハ中に含まれる
不純物原子の電気的挙動を調節するためにＨ原子を導入
することは、プラズマ発生装置やイオン注入装置を用い
て一般的に行なわれている方法である。然し、これらの
方法はSi結晶にダメージを生じ易く、また、導入する深
さが大である場合は長時間の処理を必要とし、また、高
濃度に導入する必要がある場合はプラズマ発生装置では
Ｈ2 の分圧を高くすることが難しいために、Ｈ原子の最
大濃度を上げることが難しい。そこで、これらの問題を
解決することが課題である。
不純物原子の電気的挙動を調節するためにＨ原子を導入
することは、プラズマ発生装置やイオン注入装置を用い
て一般的に行なわれている方法である。然し、これらの
方法はSi結晶にダメージを生じ易く、また、導入する深
さが大である場合は長時間の処理を必要とし、また、高
濃度に導入する必要がある場合はプラズマ発生装置では
Ｈ2 の分圧を高くすることが難しいために、Ｈ原子の最
大濃度を上げることが難しい。そこで、これらの問題を
解決することが課題である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の課題は赤外吸収に
よるシリコン基板の酸素濃度測定方法において、被測定
対象のシリコン基板に対し、水素を含むシリコン層を形
成した後加熱処理を行い、しかる後該シリコン層を除去
する前処理を行うことにより解決することができる。
よるシリコン基板の酸素濃度測定方法において、被測定
対象のシリコン基板に対し、水素を含むシリコン層を形
成した後加熱処理を行い、しかる後該シリコン層を除去
する前処理を行うことにより解決することができる。
【００１３】
【作用】本発明はＨ原子を含む固体をSiウエハに接合し
てＨ原子の拡散源とするもので、適当な温度で必要な時
間だけアニール（焼鈍）することによりＨ原子をSiウエ
ハ中に拡散させるものである。
てＨ原子の拡散源とするもので、適当な温度で必要な時
間だけアニール（焼鈍）することによりＨ原子をSiウエ
ハ中に拡散させるものである。
【００１４】こゝで、SiウエハへのＨ原子の導入深さと
濃度はアニール温度，Ｈ原子を含む固体の厚さ、その固
体中のＨ原子濃度などにより調節することができる。そ
して必要により最後に拡散源として用いた固体をエッチ
ングなどの手段により取り去るものである。
濃度はアニール温度，Ｈ原子を含む固体の厚さ、その固
体中のＨ原子濃度などにより調節することができる。そ
して必要により最後に拡散源として用いた固体をエッチ
ングなどの手段により取り去るものである。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１：（水素化アモルファスSiを使用，図１参照）
測定に使用したSiウエハ７は厚さが500 μm であり、硼
素（Ｂ）原子を1019個／cm3 の濃度で含有している。
（以上同図Ａ）このSiウエハ７に含まれる格子間Ｏの濃
度を測定する方法として、Ｈ2 をキャリアとし反応ガス
としてモノシラン(SiH4 ）を用い、0.1 〜１ torr の真
空度で4 00℃以下のプラズマＣＶＤ法により表裏面に水
素化アモルファスSi層８を５μm の厚さに成長させた。
このようにして生じた水素化アモルファスSi層８の中に
はＨ原子が全原子数の10％程度含まれており、これはＢ
原子を不活性化するには充分な量である。次に、この試
料をAr雰囲気中で400 ℃で40時間アニーリングしてＨ原
子をSiウエハの全域にまで拡散させた後、100 ℃まで徐
冷してアクセプターの不活性化を行い、次に、この状態
を保持するため室温まで１〜２分で急冷した。（以上同
図Ｂ）次に、弗酸（HF) と硝酸(HNO3 ）の混液に浸漬し
てアモルファスSi層８を溶解除去した。（以上同図Ｃ）
このようにして処理したSiウエハ７について赤外分光光
度計を使用し赤外吸収を調べた結果、不純物原子の影響
がなくＯ原子の赤外吸収の強度を正確に測定することが
できた。次に、SiウエハにＨ原子を導入する他の実施例
について説明する。 実施例２：（ポリSiを使用，図２参照） 測定に使用したSiウエハ７は厚さが500 μm である。
（以上同図Ａ）このSiウエハ７に含まれる格子間Ｏの濃
度を測定する方法として、Ｈ2 をキャリアとし反応ガス
としてモノシラン(SiH4 ）を用い、0.1 〜数torrの真空
度でSiウエハ７を550 〜650 ℃に加熱する低圧ＣＶＤ法
により表面にポリSi９を0.５μm の厚さに成長させた。
このようにして生じたポリSi９の中にはＨ原子が全原子
数の数％含まれている。次に、この試料をAr雰囲気中で
900 ℃で90分間アニーニングしてＨ原子をSiウエハの全
域にまで拡散させた後に450 ℃まで徐冷し、その後室温
にまで冷却した。その結果、半導体製造プロセス中に汚
染としてSiウエハ中に侵入した遷移金属不純物に起因す
る深い不純物準位の不活性化が行なわれた。( 以上同図
Ｂ）次に、HFと HNO3 の混液に浸漬してアモルファスSi
層８を溶解除去した。（以上同図Ｃ） その結果、結晶
の電気的特性への遷移金属不純物に起因する悪影響を除
去することができた。 実施例３：（Ｈ2 雰囲気中で成長させたSi使用，図３参
照） 測定に使用したSiウエハ10は厚さが300 μm である。
（以上同図Ａ）このSiウエハ10にＨ2 雰囲気中で成長さ
せた別のSiウエハ11を貼り合わせた。こゝで、Siウエハ
11の厚さは500 μm であり、二枚のSiウエハ10,11 の表
面は鏡面状態となっているが、これを重ね合わせてAr雰
囲気中で850 ℃に加熱してあるヒータの上に置き、１分
間加熱して仮接着させた後、1100℃で30分加熱すると二
枚のSiウエハ10,11 は完全に接着したが、この貼り合わ
せ処理中にＨ原子の拡散が生じ、Siウエハ11の中にあっ
たＨ原子はSiウエハ10の裏面まで拡散した。
素（Ｂ）原子を1019個／cm3 の濃度で含有している。
（以上同図Ａ）このSiウエハ７に含まれる格子間Ｏの濃
度を測定する方法として、Ｈ2 をキャリアとし反応ガス
としてモノシラン(SiH4 ）を用い、0.1 〜１ torr の真
空度で4 00℃以下のプラズマＣＶＤ法により表裏面に水
素化アモルファスSi層８を５μm の厚さに成長させた。
このようにして生じた水素化アモルファスSi層８の中に
はＨ原子が全原子数の10％程度含まれており、これはＢ
原子を不活性化するには充分な量である。次に、この試
料をAr雰囲気中で400 ℃で40時間アニーリングしてＨ原
子をSiウエハの全域にまで拡散させた後、100 ℃まで徐
冷してアクセプターの不活性化を行い、次に、この状態
を保持するため室温まで１〜２分で急冷した。（以上同
図Ｂ）次に、弗酸（HF) と硝酸(HNO3 ）の混液に浸漬し
てアモルファスSi層８を溶解除去した。（以上同図Ｃ）
このようにして処理したSiウエハ７について赤外分光光
度計を使用し赤外吸収を調べた結果、不純物原子の影響
がなくＯ原子の赤外吸収の強度を正確に測定することが
できた。次に、SiウエハにＨ原子を導入する他の実施例
について説明する。 実施例２：（ポリSiを使用，図２参照） 測定に使用したSiウエハ７は厚さが500 μm である。
（以上同図Ａ）このSiウエハ７に含まれる格子間Ｏの濃
度を測定する方法として、Ｈ2 をキャリアとし反応ガス
としてモノシラン(SiH4 ）を用い、0.1 〜数torrの真空
度でSiウエハ７を550 〜650 ℃に加熱する低圧ＣＶＤ法
により表面にポリSi９を0.５μm の厚さに成長させた。
このようにして生じたポリSi９の中にはＨ原子が全原子
数の数％含まれている。次に、この試料をAr雰囲気中で
900 ℃で90分間アニーニングしてＨ原子をSiウエハの全
域にまで拡散させた後に450 ℃まで徐冷し、その後室温
にまで冷却した。その結果、半導体製造プロセス中に汚
染としてSiウエハ中に侵入した遷移金属不純物に起因す
る深い不純物準位の不活性化が行なわれた。( 以上同図
Ｂ）次に、HFと HNO3 の混液に浸漬してアモルファスSi
層８を溶解除去した。（以上同図Ｃ） その結果、結晶
の電気的特性への遷移金属不純物に起因する悪影響を除
去することができた。 実施例３：（Ｈ2 雰囲気中で成長させたSi使用，図３参
照） 測定に使用したSiウエハ10は厚さが300 μm である。
（以上同図Ａ）このSiウエハ10にＨ2 雰囲気中で成長さ
せた別のSiウエハ11を貼り合わせた。こゝで、Siウエハ
11の厚さは500 μm であり、二枚のSiウエハ10,11 の表
面は鏡面状態となっているが、これを重ね合わせてAr雰
囲気中で850 ℃に加熱してあるヒータの上に置き、１分
間加熱して仮接着させた後、1100℃で30分加熱すると二
枚のSiウエハ10,11 は完全に接着したが、この貼り合わ
せ処理中にＨ原子の拡散が生じ、Siウエハ11の中にあっ
たＨ原子はSiウエハ10の裏面まで拡散した。
【００１６】次に、この試料を室温にまで冷却すること
により、半導体製造プロセス中に汚染としてSiウエハ中
に侵入した遷移金属不純物に起因する深い不純物準位の
不活性化が行なわれた。( 以上同図Ｂ）
により、半導体製造プロセス中に汚染としてSiウエハ中
に侵入した遷移金属不純物に起因する深い不純物準位の
不活性化が行なわれた。( 以上同図Ｂ）
【００１７】
【発明の効果】本発明の実施によりSiウエハにダメージ
を与えることなくＨ原子の導入を行なうことができる。
を与えることなくＨ原子の導入を行なうことができる。
【図１】 本発明の実施法を示す断面図である。
【図２】 本発明の実施法を示す別の断面図である。
【図３】 本発明の実施法を示す更に別の断面図であ
る。
る。
【図４】 プラズマによるＨ原子の導入を示す構成図で
ある。
ある。
１，７，10, 11 Siウエハ
８ 水素化アモルファスSi層
９ ポリSi
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−42540（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−55965（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−61234（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−24939（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−168141（ＪＰ，Ａ)
ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ
Ｂ，1982年，ＶＯＬＵＭＥ 26，ＮＵＭ
ＢＥＲ 12，ｐｐ．7105−7108
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/66
H01L 21/225
Claims (2)
- 【請求項１】 赤外吸収によるシリコン基板の酸素濃度
測定方法において、 被測定対象のシリコン基板に対し、水素を含むシリコン
層を形成した後加熱処理を行い、しかる後該シリコン層
を除去する前処理を行うことを特徴とするシリコン基板
の酸素濃度測定方法 。 - 【請求項２】 前記水素を含むシリコンが、水素化アモ
ルファスシリコン，水素化ポリシリコンまたは水素雰囲
気中で成長させたシリコンの何れかであることを特徴と
する請求項１記載のシリコン基板の酸素濃度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19983593A JP3407345B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | シリコン基板の酸素濃度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19983593A JP3407345B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | シリコン基板の酸素濃度測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0758049A JPH0758049A (ja) | 1995-03-03 |
| JP3407345B2 true JP3407345B2 (ja) | 2003-05-19 |
Family
ID=16414438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19983593A Expired - Fee Related JP3407345B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | シリコン基板の酸素濃度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3407345B2 (ja) |
-
1993
- 1993-08-12 JP JP19983593A patent/JP3407345B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ Ｂ，１９８２年，ＶＯＬＵＭＥ ２６，ＮＵＭＢＥＲ １２，ｐｐ．７１０５−７１０８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0758049A (ja) | 1995-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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