JP3876175B2 - Method for measuring nitrogen concentration in silicon crystal, method for creating conversion table for measuring nitrogen concentration, method for manufacturing silicon wafer, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for measuring nitrogen concentration in silicon crystal, method for creating conversion table for measuring nitrogen concentration, method for manufacturing silicon wafer, and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン結晶中の窒素濃度測定方法、及び窒素濃度測定用換算表の作成方法に関する。
【0002】
さらに、本発明は、上述の窒素濃度測定方法を利用したシリコンウエハの製造方法、その製造方法で製造されるシリコンウエハ上に集積回路が作製された半導体装置の製造方法に関する。
【0003】
【従来の技術】
半導体集積回路用基板として、ボロンが高濃度にドープされたp+型シリコン基板(比抵抗0.01Ωcm程度)の表面上に、p型シリコン層をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウエハが多用されている。このシリコン基板は、チョクラルスキ法で引き上げられたシリコンインゴットをスライスして得られたものであり、ボロンは、結晶引き上げ中にドープされる。シリコン基板中にドープされたボロンは、鉄(Fe)等のd電子系重金属汚染原子に対して大きなゲッタリング能力を有する。これにより、エピタキシャル層中に含まれているFe等の不純物原子が、シリコン基板中に吸引され捕獲される。
【0004】
複数のエピタキシャルウエハを加熱炉に装填して熱処理を行うと、高濃度にドープされた基板中のボロンが気化し、基板のエピタキシャル層内にドープされてしまう。この現象は、ボロンのオートドープと呼ばれる。ボロンのオートドープを防止するために、エピタキシャルウエハの裏面(p+型シリコン基板側の面)に、ボロンの気化を防止するためのシールド酸化膜が形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
エピタキシャルウエハの裏面に形成されるシールド酸化膜は、エピタキシャルウエハの製造コストの上昇をもたらす。また、300mmウエハは、平坦度の観点からその両面が鏡面研磨される。このため、裏面にシールド酸化膜を形成することは現実的ではない。
【0006】
シールド酸化膜を形成することなく、オートドープを回避するために、シリコン基板のボロン濃度を低下させる必要がある。例えば、シリコン基板の比抵抗が0.1Ωcm乃至1Ωcm程度まで低下させる必要がある。ところが、この程度までボロン濃度を低下させると、ボロンによるゲッタリング効果が期待できなくなる。このため、エピタキシャル層内に含まれる重金属汚染原子を、他の方法で吸引捕獲しなければならない。
【0007】
シリコン基板の内部に形成される酸化物析出物に、重金属汚染原子を吸引捕獲させる技術(イントリンシックゲッタリング技術)が、有力候補となる。しかし、一般に、エピタキシャルウエハのエピタキシャル層を形成するのための高温処理により、酸素析出潜在核(結晶成長時に形成される微小酸素析出物)の一部が消滅してしまう。
【0008】
ウエハプロセスにおいて十分な量の酸素を析出させるために、シリコン基板に不純物として窒素をドープする方法が考えられる。シリコン基板中の不純物窒素は、酸素の析出を著しく促進する効果を有する。さらに、窒素は、シリコン結晶の成長中に形成されるボイド欠陥(16M−DRAM世代に顕在化した欠陥であり、クリスタルオリジネイテッドパーティクル(COP)と呼ばれる)を減少させる。
【0009】
重金属汚染原子のゲッタリング効果を高め、かつCOPを減少させるために、シリコン基板中の不純物窒素濃度を制御することが重要である。フローティングゾーン法によって作製されたシリコン結晶中の不純物窒素の定量を、赤外線の吸光度の測定によって行うことができる。シリコン結晶中に含まれるNNペアに起因して、波数963cm-1の位置に吸収ピークが現れる。この吸収ピークの強度(吸光度)に、予め知られている比例換算係数を乗ずることにより、不純物窒素濃度を求めることができる。
【0010】
ところが、チョクラルスキ法で引き上げられたシリコン結晶の吸光度は、試料間で大きくばらつく。フローティングゾーン法によって作製されたシリコン結晶とチョクラルスキ法で引き上げられたシリコン結晶との不純物窒素濃度が等しい場合であっても、チョクラルスキ法で引き上げられたシリコン結晶の方が、小さな吸収ピーク強度を示す。なお、これらの結晶中の窒素濃度は、予め2次イオン質量分析(SIMS)法等により測定されている。窒素濃度が等しいにも関わらず、チョクラルスキ法で引き上げられたシリコン結晶の吸光度が小さいのは、NNペア以外に、赤外線を吸収しない欠陥が存在すると推測される。
【0011】
このように、チョクラルスキ法で引き上げられたシリコン結晶中の窒素濃度を高精度に測定する技術が未だ確立されていない。
【0012】
本発明の目的は、シリコン結晶中の不純物窒素濃度を高精度に測定することが可能な窒素濃度測定方法、及び窒素濃度測定用換算表の作成方法を提供することである。
【0013】
本発明の他の目的は、上述の窒素濃度測定方法を利用してシリコンウエハを製造する方法を提供することである。本発明のさらに他の目的は、この方法で製造されたシリコンウエハ上に集積回路を作製する方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、
測定対象のシリコン結晶を準熱平衡状態に到るまで加熱する工程と、
前記測定対象のシリコン結晶の赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と、
予め求められているシリコン結晶中の不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度とシリコン結晶中の窒素濃度との対応関係、及び前記吸収ピークの強度を求める工程で求められた強度に基づいて、前記測定対象のシリコン結晶中の窒素濃度を求める工程と、
を有することを特徴とするシリコン結晶中の窒素濃度測定方法が提供される。
【0015】
本発明の他の観点によると、
測定対象のシリコン結晶を準熱平衡状態に到るまで加熱する工程と、
前記測定対象のシリコン結晶の赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、NNペアに起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と、
予め求められているシリコン結晶中のNNペアに起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度とシリコン結晶中の窒素濃度との対応関係、及び前記吸収ピークの強度を求める工程で求められた強度に基づいて、前記測定対象のシリコン結晶中の窒素濃度を求める工程と
を有することを特徴とするシリコン結晶中の窒素濃度測定方法が提供される。
本発明の他の観点によると、
窒素濃度の異なる複数のシリコン結晶を準備する工程と、
前記複数のシリコン結晶を、それぞれ準熱平衡状態に到るまで加熱する工程と、
前記複数のシリコン結晶のそれぞれについて、赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と、
前記吸収ピークの強度と前記窒素濃度とを対応付けて換算表を作成する工程と、
を有することを特徴とするシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法が提供される。
【0016】
シリコン結晶をある条件で加熱すると、結晶内欠陥反応が準熱平衡状態に到達する。この状態で、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を測定することにより、不純物窒素濃度に関する情報を得ることができる。
【0017】
本発明の他の観点によると、
CZ法を用いて、窒素が添加されたシリコン単結晶を引き上げる工程と、
引き上げられたシリコン単結晶インゴットから複数のシリコンウエハを切り出す工程と、
少なくとも1枚のシリコンウエハを準熱平衡状態に到るまで加熱する工程と、
前記シリコンウエハの赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と、
予め求められているシリコン結晶中の不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度とシリコン結晶中の窒素濃度との対応関係、及び前記吸収ピークの強度を求める工程で求められた強度に基づいて、前記測定対象のシリコンウエハ中の窒素濃度を求める工程と、
前記窒素濃度が予め定められた範囲内かどうか判断する工程と、
を有することを特徴とするシリコンウエハの製造方法が提供される。
【0019】
本発明の他の観点によると、上記シリコンウエハの製造方法によって、合格とされたシリコンウエハ上に半導体集積回路を作製することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施例によるシリコンウエハの評価方法について説明する。チョクラルスキ法を用いて、窒素がドープされたシリコン単結晶を引き上げる。シリコン融液中にSi34を添加する方法や、窒素雰囲気中で引き上げを行う方法等により、窒素のドープが行われる。引き上げられたシリコン単結晶インゴットから、シリコンウエハを切り出す。
【0021】
このシリコンウエハを電気炉内に装填し、熱処理を行う。好適な熱処理温度及び時間については、後に説明する。所定時間、熱処理を行った後、シリコンウエハを電気炉外に取り出すことにより、急冷する。例えば、2〜3秒で、室温雰囲気中に取り出される。室温まで冷却されたシリコンウエハの赤外線吸収スペクトルを測定する。
【0022】
図1に、赤外線吸収スペクトルの一例を示す。横軸は波数を単位「cm-1」で表し、縦軸は吸光度を表す。波数963cm-1、996cm-1、及び1026cm-1の位置に、それぞれ吸収ピークA、B、及びCが現れている。ピークAは、NNペアに起因する吸収であり、ピークB及びCは、NNO複合体に起因する吸収である。ここで、NNペアとは、シリコン結晶中の格子間に存在する1つの不純物窒素原子と、その窒素原子から第4近接以内にあるシリコン原子の格子間に存在する不純物窒素原子とのペアを意味する。NNO複合体とは、NNペアと、そのNNペアから第4近接以内にあるシリコン原子の格子間に存在する不純物酸素原子とからなる欠陥を意味する。
【0023】
図2に、吸光度と、熱処理条件との関係を示す。横軸は熱処理時間を単位「時間」で表し、縦軸は吸光度を表す。なお、熱処理温度は800℃であり、測定対象シリコンウエハの厚さは10mmである。図中の白丸は、波数963cm-1の位置に現れた赤外線収ピークAの強度を示し、黒丸は、波数996cm-1の位置に現れた赤外線収ピークBの強度を示す。ここで、吸収ピークの強度(吸光度)とは、ベースレベルを基準としたときのピークの高さを意味する。
【0024】
熱処理時間が2時間未満の領域では、熱処理時間によって吸光度が変動するが、熱処理時間が2時間以上になると、吸光度は熱処理時間の影響をほとんど受けず、ほぼ一定になる。
【0025】
熱処理時間によって吸光度が変動するのは、熱処理中に結晶内欠陥反応が生じ、NNペアやNNO複合体の密度が変化するためと考えられる。熱処理を2時間以上行い、吸光度がほとんど変化しない状態は、準熱平衡状態と呼ばれる。この状態では、結晶内欠陥反応が、少なくとも数時間の時間スケールで熱平衡状態に留まる。熱処理によって、NNペアやNNO複合体に起因する赤外線吸光度が変動し、熱処理時間を2時間以上にすると準熱平衡状態に到達することは、本願発明者が初めて発見した現象である。従来、チョクラルスキ法で引き上げたシリコン単結晶の赤外線吸光度に、試料間で大きなばらつきがあったのは、準熱平衡状態に到達する前の状態で吸光度を測定していたためと考えられる。
【0026】
シリコン基板を準熱平衡状態に到達するまで加熱した後、急冷することにより、準熱平衡状態におけるNNペア及びNNO複合体による欠陥の状態を固定(維持)することができる。これにより、欠陥反応の熱平衡状態における赤外線の吸光度を測定することが可能になる。第1の実施例では、2乃至3秒で、シリコン結晶を、加熱雰囲気中から室温雰囲気中に取り出したが、10秒以内の短時間で取り出せばよいであろう。
【0027】
上記第1の実施例では、熱処理温度を800℃としたが、熱処理温度を変えると、準熱平衡状態に到達するまでに必要な時間が変動すると考えられる。
【0028】
図3に、準熱平衡状態に到達するまでの時間と、熱処理温度との関係を示す。横軸は熱処理温度を単位「℃」で表し、縦軸は準熱平衡状態に到達するために必要な熱処理時間を単位「時間」で表す。熱処理温度が高くなるに従って、準熱平衡状態に到達するために必要な熱処理時間が短くなっていることが分かる。シリコン結晶中の欠陥反応を、準熱平衡状態に到達させるためには、図3に示した曲線よりも右上の温度及び時間の条件で熱処理を行えばよい。この条件を不等式で表すと、
【0029】
【数1】
t≧10.56×exp(−0.0022T) ・・・(1)
となる。ここで、Tは、単位「℃」で表した熱処理温度であり、tは、単位「時間」で表した熱処理時間である。
【0030】
次に、図1に示した各ピークの物理的意味について説明する。波数963cm-1の位置に現れるピークAは、NNペアに起因するものであり、波数996cm-1と波数1026cm-1の位置に現れるピークB及びCは、NNO複合体に起因するものである。ところが、ピークBとピークCとが、同一のNNO複合体に起因するものなのか、異なる態様のNNO複合体に起因するものなのか、明白ではなかった。
【0031】
図4に、熱処理温度と、各吸収ピークに対応する吸光度との関係を示す。横軸は温度の逆数を単位「1000/K」で表し、縦軸は吸光度を表す。図中の白丸、黒丸、及び白四角は、それぞれ波数963cm-1、996cm-1、及び1026cm-1における吸光度を示す。波数996cm-1及び1026cm-1における吸光度の傾きがほぼ等しくなっている。すなわち、波数996cm-1及び1026cm-1に対応する結晶内欠陥反応の活性化エネルギが等しい。これは、2つの吸収ピークが、同一の欠陥に属する相互に異なる局在モードによる吸収であることを表している。この欠陥の形成エネルギは、グラフの傾きから約0.4eVと見積もられる。
【0032】
上記考察から、NNO複合体の濃度を決定するためには、波数996cm-1及び1026cm-1の位置に現れる吸収ピークのうちいずれか一方の強度を測定すればよいことが分かる。また、NNペアの濃度を決定するためには、波数963cm-1の位置に現れる吸光度を測定すればよい。
【0033】
次に、不純物窒素濃度を決定する方法について説明する。チョクラルスキ法で引き上げたシリコン結晶の不純物窒素濃度を、SIMS等により測定する。同一のシリコン結晶の、準熱平衡状態における赤外吸収スペクトルを測定し、波数963cm-1、996cm-1、及び1026cm-1の少なくとも1つの位置に現れる吸光度を求める。不純物窒素濃度の異なる複数の試料について同様の測定を行うことにより、不純物窒素濃度と吸光度との対応関係を求める。例えば、吸光度から不純物窒素濃度を算出する換算表やグラフ等を作成する。
【0034】
不純物窒素濃度が未知のシリコン結晶の、準熱平衡状態における赤外線吸収スペクトルを測定し、波数963cm-1、996cm-1、及び1026cm-1の少なくとも1つの位置に現れる吸光度を求める。予め作成されている換算表等を用いて、吸光度から不純物窒素濃度を決定することができる。
【0035】
上述の第1の実施例によると、SIMS等の大掛りな測定装置を用いることなく、容易にシリコン結晶中の不純物窒素濃度を求めることができる。これにより、エピタキシャルウエハに用いられるシリコン結晶基板の十分なゲッタリング効果を維持することが可能になる。
【0036】
上記第1の実施例では、波数963cm-1、996cm-1、及び1026cm-1の位置に現れるピークの強度を求めたが、測定時の試料温度によって、このピークの位置がずれる。従って、測定時の試料温度に対応した波数の吸光度を測定する必要がある。
【0037】
また、他の位置に現れる吸収ピークの強度を求めてもよい。例えば、NNペアに起因する吸収ピークが、波数763cm-1の位置にも現れ、NNO複合体に起因する吸収ピークが、波数796cm-1及び801cm-1の位置にも現れる。これらの吸収ピークの強度を求めてもよい。
【0038】
なお、複数の吸収ピークのうち最も大きなものを用いることにより、不純物窒素濃度測定のS/N比を高めることができる。図4に示したように、準熱平衡状態に到達させるための熱処理温度を800℃としたとき、波数963cm-1の位置に現れる吸収ピークの強度が最大になる。従って、準熱平衡状態に到達させるための熱処理温度を700℃乃至900℃とし、波数963cm-1の位置に現れる吸収ピークの強度を求めることが好ましい。
【0039】
上記第1の実施例では、赤外吸収スペクトルを測定する試料の厚さを10mmとしたが、それ以外の厚さとしてもよい。ただし、試料を薄くしすぎると吸収ピークの観測が困難になるため、試料の厚さを0.5mm以上とすることが好ましい。なお、測定分解能を8cm-1以上とすることが好ましい。
【0040】
また、上記第1の実施例では、室温で赤外吸収スペクトルの測定を行ったが、冷却または加熱した状態で測定を行ってもよい。例えば、1.5K乃至473Kの温度範囲内の一定の温度で測定してもよい。
【0041】
次に、本発明の第2の実施例によるシリコン結晶内の窒素濃度評価用係数の決定方法について説明する。
【0042】
図1に示すように、シリコンの赤外吸収スペクトルは、1018cm-1の位置にピークDを示している。ピークDは、NNO2複合体に起因する吸収である。ここで、NNO2複合体とは、NNペアと、そのNNペアから第4近接以内にあるシリコン原子の格子間に存在する2つの不純物酸素原子とからなる欠陥を意味する。
【0043】
図5に、準熱平衡状態に至らしめる温度と吸光度との関係を示す。横軸は、準熱平衡状態に至らしめるためにシリコンウエハを加熱した温度を単位「℃」で表し、縦軸は、吸光度を表す。図中の白丸、白四角、及び白三角は、それぞれNNペア、NNO複合体、及びNNO2複合体に起因する吸収の現れる波長における吸光度を示す。すなわち、それぞれ波数963cm-1、996cm-1、及び1018cm-1における吸光度を示す。
【0044】
加熱温度を600℃から高くするに従って、NNO複合体及びNNO2複合体に起因する吸光度が低下している。これは、各複合体から酸素が解離し、これらの複合体の密度が低下したためである。温度が600℃から720℃までの範囲では、NNO2複合体から酸素が解離してNNペアまたはNNO複合体が発生する現象と、NNO複合体から酸素が解離してNNペアが発生する現象とが起きている。このため、NNペアに起因する吸光度が増加している。
【0045】
加熱温度を720℃以上にすると、NNO2複合体に起因する吸収ピークが消滅する。これは、NNO2複合体の酸素が解離し、すべてのNNO2複合体がNNペア及びNNO複合体に変化したためと考えられる。このため、720℃〜800℃の温度範囲においては、NNO2複合体に関わる反応は生じず、NNO複合体の酸素が解離し、NNペアが発生する現象のみが生じていると考えられる。温度を800℃以上にすると、NNペアに起因する吸光度が減少に転じる。
【0046】
準熱平衡状態の温度が720℃から800℃まで上昇したときに、NNO複合体の減少した数は、NNペアの増加した数と等しいと考えられる。このとき、NNO複合体に起因する吸光度の減少量は約0.72×10-3であり、NNペアに起因する吸光度の増加量は約1×10-3であった。これは、NNペアの振動子強度(1個のNNペアによる吸光度に相当)とNNO複合体の振動子強度(1個のNNO複合体による吸光度に相当)との比が1:0.72であることを表している。
【0047】
波数963cm-1におけるNNペアに起因する吸収係数をI963(cm-1)とすると、NNペアの密度[NN](cm-3)は、
【0048】
【数2】
[NN]=1.83×1017×I963 ・・・(2)
で近似されることが知られている。式(2)の右辺のNNペアに起因する吸収係数I963に乗じられる比例係数は、換算係数と呼ばれる。
【0049】
NNO複合体の振動子強度はNNペアの振動子強度の0.72倍であるため、NNO複合体に起因する吸収係数I996(cm-1)からNNO複合体の密度[NNO](cm-3)を求めるための換算係数は、式(2)の換算係数の1/0.72倍になると考えられる。すなわち、換算係数は2.54×1017になると考えられる。従って、NNO複合体の密度[NNO](cm-3)は、
【0050】
【数3】
[NNO]=2.54×1017×I996 ・・・(3)
と表される。
【0051】
以下、上述の第2の実施例による工程を整理する。まず、シリコン結晶を第1の温度(例えば720℃)まで加熱して、結晶内欠陥反応を準熱平衡状態まで至らしめる。準熱平衡状態における結晶内欠陥濃度を維持した状態で赤外線吸収スペクトルを測定し、NNペアに起因する波数963cm-1の位置に現れる第1の吸収ピーク強度及びNNO複合体に起因する波数996cm-1の位置に現れる第2の吸収ピーク強度を求める。
【0052】
シリコン結晶を、第1の温度よりも高い第2の温度(例えば800℃)まで加熱して、結晶内欠陥反応を準熱平衡状態まで至らしめる。準熱平衡状態における結晶内欠陥濃度を維持した状態で赤外線吸収スペクトルを測定し、NNペアに起因する第3の吸収ピーク強度及びNNO複合体に起因する第4の吸収ピーク強度を求める。
【0053】
第2の吸収ピーク強度から第4の吸収ピーク強度を減じ、その値をAとする。第3の吸収ピーク強度から第1の吸収ピーク強度を減じ、その値をBとする。NNペアに起因する吸収ピーク強度から求められた吸収係数からNNペアの密度を計算するための換算係数に、B/Aを乗ずる。この結果が、NNO複合体に起因する吸収ピーク強度から求められる吸収係数からNNO複合体の密度を計算するための換算係数である。
【0054】
熱処理前のシリコン結晶がNNO2複合体に起因する吸収を示す場合には、上述の第1の温度を、NNO2複合体に起因する吸収ピークが消滅する温度以上にする必要がある。この温度まで加熱すると、NNO2複合体は実質的に存在しないと考えられる。このため、NNペアの密度とNNO複合体の密度とを足し合わせることにより、シリコン結晶内の窒素濃度を定量することができる。
【0055】
また、上述の第2の温度は、NNペアに起因する吸収ピーク強度が低下し始める温度以下にすることが必要である。
【0056】
次に、本発明の第3の実施例について説明する。まず、含有されている窒素の濃度の異なる複数のシリコン結晶を準備する。SIMS等の方法により、これらシリコン結晶内の窒素濃度を測定する。
【0057】
シリコン結晶の各々を、第1の温度(例えば720℃)まで加熱して、結晶内欠陥反応を準熱平衡状態まで至らしめる。シリコン結晶の各々について、準熱平衡状態における結晶内欠陥濃度を維持した状態で赤外線吸収スペクトルを測定する。この測定結果から、NNペアに起因する第1の吸収ピーク強度及びNNO複合体に起因する第2の吸収ピーク強度を求める。
【0058】
シリコン結晶の各々について、第1のピーク強度から求められる吸収係数に換算係数を乗ずることによって、NNペアの密度を求める。SIMS等によって測定された窒素濃度から、NNペアの密度を減ずる。この結果は、NNO複合体の密度に相当する。これにより、NNO複合体に起因する吸収ピーク強度から求められる吸収係数と、NNO複合体の密度との関係が得られる。
【0059】
図6に、NNペア及びNNO複合体の密度と吸収係数との関係を示す。横軸は密度を表し、縦軸は吸収係数を表す。吸収係数は、原点を通過する直線上に位置する。図6に示したグラフの傾きから、吸収係数と密度とを関連付ける換算係数を求めることができる。
【0060】
窒素濃度が未知のシリコン結晶のNNペア及びNNO複合体に起因する吸収ピーク強度を測定し、吸収係数を求める。この測定結果と、図6とから、NNペア及びNNO複合体の密度を求めることができる。この2つの密度を合計することにより、窒素濃度を求めることができる。
【0061】
次に、本発明の第4の実施例について説明する。チョクラルスキ法で引き上げられたシリコンインゴットから複数枚のシリコンウエハを切り出す。この複数のシリコンウエハから、少なくとも1枚の評価用ウエハを抽出する。評価用ウエハの赤外線吸収スペクトルを測定し、この測定結果からNNペア及びNNO複合体の密度を求める。この2つの密度を足し合わせることにより、評価用ウエハに含まれる不純物窒素濃度が求まる。
【0062】
定量された窒素濃度が、予め定められている窒素濃度の基準範囲内であるか否かを判断する。定量結果が範囲内であれば、そのインゴットから切り出されたシリコンウエハを合格とし、範囲外であれば不合格とする。合格と判断されたシリコンウエハ上に半導体集積回路を作製する。
【0063】
第4の実施例では、窒素濃度が基準を満たさないシリコンウエハを、ウエハプロセスに導入される前に排除することができる。
【0064】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0065】
上記実施例から、以下の各付記に示された発明が導出される。
(付記1) シリコン結晶を加熱する工程と、
前記シリコン結晶の赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と
を有するシリコン結晶の評価方法。
(付記2) 前記不純物窒素に起因する欠陥が、NNペアまたはNNO複合体である付記1に記載のシリコン結晶の評価方法。
(付記3) 前記シリコン結晶を加熱する工程において、NNペアまたはNNO複合体に関わる結晶内欠陥反応が準熱平衡状態に到達するまで加熱する付記2に記載のシリコン結晶の評価方法。
(付記4) さらに、測定された赤外線吸収ピークの強度を、窒素濃度に換算する工程を含む付記1乃至3のいずれかに記載のシリコン結晶の評価方法。
(付記5) 前記シリコン結晶を加熱する工程における加熱温度をT[℃]としたとき、10.56×exp(−0.0022T)[時間]以上加熱する付記1乃至4のいずれかに記載のシリコン結晶の評価方法。
(付記6) 前記シリコン結晶を加熱する工程の後、該シリコン結晶の赤外線吸収スペクトルを測定する前に、さらに、加熱されたシリコン結晶を、加熱雰囲気中から10秒以下の時間内に、室温雰囲気中に取り出す工程を含む付記1乃至5のいずれかに記載のシリコン結晶の評価方法。
(付記7) チョクラルスキ法で引き上げられた1本のシリコンインゴットから切り出された複数のシリコンウエハを準備する工程と、
前記複数のシリコンウエハから、1つの評価用ウエハを抽出し、前記請求項1乃至6のいずれかに記載された評価方法を用いて、該評価用ウエハを評価する工程と、
評価結果に基づいて、前記評価用ウエハの合否を判定する工程と、
前記評価用ウエハの判定結果が合格であれば、前記複数のシリコンウエハ上に半導体集積回路を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
(付記8) シリコン結晶を加熱する工程と、
前記シリコン結晶の赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と
を有するシリコン結晶内の不純物窒素の濃度の定量方法。
(付記9) 前記不純物窒素に起因する欠陥が、シリコン原子の格子間にある不純物窒素とその不純物窒素から第4近接以内にあるシリコン原子の格子間にある他の不純物窒素からなる欠陥であるNNペア、または該NNペアから第4近接位階にあるシリコン原子の格子間にある不純物酸素からなる欠陥であるNNO複合体である付記8に記載のシリコン結晶内の不純物窒素の濃度の定量方法。
【0066】
(付記10) シリコン結晶を第1の温度まで加熱して、結晶内欠陥反応を準熱平衡状態まで至らしめ、準熱平衡状態における結晶内欠陥濃度を維持した状態で赤外線吸収スペクトルを測定し、NNペアに起因する第1の吸収ピーク強度及びNNO複合体に起因する第2の吸収ピーク強度を求める工程と、
前記シリコン結晶を、前記第1の温度よりも高い第2の温度まで加熱して、結晶内欠陥反応を準熱平衡状態まで至らしめ、準熱平衡状態における結晶内欠陥濃度を維持した状態で赤外線吸収スペクトルを測定し、NNペアに起因する第3の吸収ピーク強度及びNNO複合体に起因する第4の吸収ピーク強度を求める工程と、
前記第1の吸収ピーク強度と第3の吸収ピーク強度との差、及び前記第2の吸収ピーク強度と第4の吸収ピーク強度との差を求め、両者の比を求める工程と、NNペアに起因する吸収ピーク強度からNNペアの密度を計算するための換算係数、及び前記比を求める工程で得られた比に基づいて、NNO複合体に起因する吸収ピーク強度からNNO複合体の密度を計算するための換算係数を計算する工程と
を有するシリコン結晶内窒素濃度評価用係数の決定方法。
【0067】
(付記11) 前記第1の温度は、NNO2複合体に起因する吸収ピークが消滅する温度以上である付記10に記載のシリコン結晶内窒素濃度評価用係数の決定方法。
【0068】
(付記12) 含有されている窒素の密度の異なる複数のシリコン結晶を準備する工程と、
前記シリコン結晶の各々の窒素濃度を測定する工程と、
前記シリコン結晶の各々を、第1の温度まで加熱して、結晶内欠陥反応を準熱平衡状態まで至らしめ、シリコン結晶の各々について、準熱平衡状態における結晶内欠陥濃度を維持した状態で赤外線吸収スペクトルを測定し、NNペアに起因する第1の吸収ピーク強度及びNNO複合体に起因する第2の吸収ピーク強度を求める工程と、
前記シリコン結晶の各々について、前記第1のピーク強度から求められた吸収係数に第1の換算係数を乗ずることによって、NNペアの密度を求める工程と、
前記シリコン基板の各々について、前記窒素濃度を求める工程で測定された窒素濃度から、前記NNペアの密度を減ずることにより、NNO複合体の密度を求める工程と、
前記複数のシリコン結晶の前記第2の吸収ピーク強度から求められる吸収係数とNNO複合体の密度とから、両者の関係を求める工程と
を有するシリコン結晶内窒素濃度評価用係数の決定方法。
【0069】
(付記13) 前記第1の温度は、NNO2複合体に起因する吸収ピークが消滅する温度以上である付記12に記載のシリコン結晶内窒素濃度評価用係数の決定方法。
【0070】
(付記14) シリコン結晶を第1の温度まで加熱して、結晶内欠陥反応を準熱平衡状態まで至らしめ、準熱平衡状態における結晶内欠陥濃度を維持した状態で赤外線吸収スペクトルを測定し、NNペアに起因する第1の吸収ピーク強度及びNNO複合体に起因する第2の吸収ピーク強度を求める工程と、
前記第1の吸収ピーク強度から、NNペアの密度を計算する工程と、
前記第2の吸収ピーク強度から、NNO複合体の密度を計算する工程と、
NNペアの密度と、NNOペアの密度とから、窒素濃度を計算する工程と
を有するシリコン結晶の評価方法。
【0071】
(付記15) 前記第1の温度は、NNO2複合体に起因する吸収ピークが消滅する温度以上である付記14に記載のシリコン結晶の評価方法。
【0072】
(付記16) 1本のシリコンインゴットから切り出された複数枚のシリコンウエハを準備する工程と、
前記シリコンウエハから、少なくとも1枚の評価用ウエハを抽出する工程と、
前記評価用ウエハを第1の温度まで加熱して、結晶内欠陥反応を準熱平衡状態まで至らしめ、準熱平衡状態における結晶内欠陥濃度を維持した状態で赤外線吸収スペクトルを測定し、NNペアに起因する第1の吸収ピーク強度及びNNO複合体に起因する第2の吸収ピーク強度を求める工程と、
前記第1の吸収ピーク強度から、NNペアの密度を計算する工程と、
前記第2の吸収ピーク強度から、NNO複合体の密度を計算する工程と、
NNペアの密度と、NNOペアの密度とから、窒素濃度を計算する工程と、
計算された窒素濃度が、予め決められている窒素濃度の基準範囲内である場合には、前記シリコンウエハを合格とし、基準範囲外である場合には、前記シリコンウエハを不合格とする工程と、
合格とされたシリコンウエハ上に、半導体集積回路装置を形成する工程と
を有する半導体集積回路装置の製造方法。
【0073】
(付記17) 前記第1の温度は、NNO2複合体に起因する吸収ピークが消滅する温度以上である付記16に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シリコン結晶を、結晶内欠陥反応の準熱平衡状態まで到達させた後、不純物窒素に起因する欠陥による赤外線吸収ピークの強度を求めることにより、不純物窒素濃度を同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 シリコン結晶の赤外線吸収スペクトルの一例を示すグラフである。
【図2】 シリコン結晶を準熱平衡状態に到達させるための熱処理の温度と赤外線吸光度との関係を示すグラフである。
【図3】 シリコン結晶を準熱平衡状態に到達させるための熱処理時間と熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図4】 シリコン結晶を準熱平衡状態に到達させるための熱処理温度と、赤外線吸光度との関係を示すグラフである。
【図5】 準熱平衡状態における吸光度と、準熱平衡状態に至らしめる温度との関係を示すグラフである。
【図6】 吸収係数と、NNペア及びNNO複合体の密度との関係を示すグラフである。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring nitrogen concentration in a silicon crystal and a method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration.
[0002]
Furthermore, the present invention relates to a method for producing a silicon wafer using a nitrogen concentration measuring method described above, a method of manufacturing a semiconductor device in which an integrated circuit is fabricated on silicon wafer wafer produced by the production method.
[0003]
[Prior art]
As a substrate for a semiconductor integrated circuit, an epitaxial wafer obtained by epitaxially growing a p-type silicon layer on the surface of a p + -type silicon substrate (specific resistance of about 0.01 Ωcm) doped with boron at a high concentration is frequently used. This silicon substrate is obtained by slicing a silicon ingot pulled up by the Czochralski method, and boron is doped during crystal pulling. Boron doped in a silicon substrate has a large gettering ability against d-electron heavy metal contaminating atoms such as iron (Fe). Thereby, impurity atoms such as Fe contained in the epitaxial layer are attracted and captured in the silicon substrate.
[0004]
When a plurality of epitaxial wafers are loaded into a heating furnace and heat treatment is performed, boron in the highly doped substrate is vaporized and doped into the epitaxial layer of the substrate. This phenomenon is called boron autodoping. In order to prevent boron auto-doping, a shield oxide film for preventing vaporization of boron is formed on the back surface (surface on the p + -type silicon substrate side) of the epitaxial wafer.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The shield oxide film formed on the back surface of the epitaxial wafer increases the manufacturing cost of the epitaxial wafer. Further, both sides of the 300 mm wafer are mirror-polished from the viewpoint of flatness. For this reason, it is not realistic to form a shield oxide film on the back surface.
[0006]
In order to avoid autodoping without forming a shield oxide film, it is necessary to reduce the boron concentration of the silicon substrate. For example, it is necessary to reduce the specific resistance of the silicon substrate to about 0.1 Ωcm to 1 Ωcm. However, if the boron concentration is reduced to this extent, the gettering effect by boron cannot be expected. For this reason, heavy metal contamination atoms contained in the epitaxial layer must be attracted and captured by other methods.
[0007]
A technique (intrinsic gettering technique) that attracts and captures heavy metal contamination atoms in oxide precipitates formed inside the silicon substrate is a promising candidate. However, generally, a part of oxygen precipitation latent nuclei (micro oxygen precipitates formed at the time of crystal growth) disappears due to the high temperature treatment for forming the epitaxial layer of the epitaxial wafer.
[0008]
In order to deposit a sufficient amount of oxygen in the wafer process, a method of doping nitrogen as an impurity into the silicon substrate can be considered. Impurity nitrogen in the silicon substrate has the effect of significantly promoting the precipitation of oxygen. Furthermore, nitrogen reduces void defects (defects manifested in the 16M-DRAM generation, called crystal-originating particles (COP)) formed during the growth of silicon crystals.
[0009]
In order to increase the gettering effect of heavy metal contamination atoms and reduce COP, it is important to control the impurity nitrogen concentration in the silicon substrate. Quantification of impurity nitrogen in silicon crystals produced by the floating zone method can be performed by measuring infrared absorbance. Due to the NN pair contained in the silicon crystal, an absorption peak appears at a wave number of 963 cm −1 . The impurity nitrogen concentration can be obtained by multiplying the intensity (absorbance) of this absorption peak by a known proportional conversion factor.
[0010]
However, the absorbance of silicon crystals pulled up by the Czochralski method varies greatly between samples. Even when the impurity nitrogen concentrations of the silicon crystal produced by the floating zone method and the silicon crystal pulled by the Czochralski method are equal, the silicon crystal pulled by the Czochralski method shows a smaller absorption peak intensity. Note that the nitrogen concentration in these crystals is measured in advance by a secondary ion mass spectrometry (SIMS) method or the like. Although the nitrogen concentration is equal, it is assumed that the silicon crystal pulled up by the Czochralski method has a low absorbance, in addition to the NN pair, there is a defect that does not absorb infrared rays.
[0011]
Thus, a technique for measuring the nitrogen concentration in the silicon crystal pulled up by the Czochralski method with high accuracy has not yet been established.
[0012]
An object of the present invention is to provide a nitrogen concentration measuring method capable of measuring the impurity nitrogen concentration in a silicon crystal with high accuracy and a method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration.
[0013]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a silicon wafer using the above-described nitrogen concentration measuring method . Still another object of the present invention is to provide a method of fabricating an integrated circuit on a silicon wafer manufactured by this method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the invention,
Heating the silicon crystal to be measured until it reaches a quasi-thermal equilibrium state;
Measuring an infrared absorption spectrum of the silicon crystal to be measured, and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by impurity nitrogen from the absorption spectrum;
Based on the relationship between the intensity of the absorption peak corresponding to the defect caused by the impurity nitrogen in the silicon crystal and the nitrogen concentration in the silicon crystal, and the intensity determined in the step of determining the intensity of the absorption peak. Obtaining a nitrogen concentration in the silicon crystal to be measured ,
A method for measuring the nitrogen concentration in a silicon crystal is provided.
[0015]
According to another aspect of the invention,
Heating the silicon crystal to be measured until it reaches a quasi-thermal equilibrium state;
Measuring an infrared absorption spectrum of the silicon crystal to be measured, and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by the NN pair from the absorption spectrum;
Based on the correspondence between the intensity of the absorption peak corresponding to the defect caused by the NN pair in the silicon crystal and the nitrogen concentration in the silicon crystal, and the intensity obtained in the step of obtaining the intensity of the absorption peak. And a step of determining a nitrogen concentration in the silicon crystal to be measured. A method for measuring a nitrogen concentration in a silicon crystal is provided.
According to another aspect of the invention,
Preparing a plurality of silicon crystals having different nitrogen concentrations;
Heating the plurality of silicon crystals until reaching a quasi-thermal equilibrium state;
For each of the plurality of silicon crystals, measuring an infrared absorption spectrum, and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by impurity nitrogen from the absorption spectrum;
Creating a conversion table by associating the intensity of the absorption peak with the nitrogen concentration;
There is provided a method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration in a silicon crystal.
[0016]
When a silicon crystal is heated under certain conditions, the intracrystalline defect reaction reaches a quasi-thermal equilibrium state. In this state, information on the impurity nitrogen concentration can be obtained by measuring the intensity of the absorption peak corresponding to the defect caused by the impurity nitrogen.
[0017]
According to another aspect of the invention,
Using a CZ method to pull up a silicon single crystal to which nitrogen has been added;
Cutting a plurality of silicon wafers from the pulled silicon single crystal ingot;
Heating at least one silicon wafer to a quasi-thermal equilibrium state;
Measuring an infrared absorption spectrum of the silicon wafer, and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by impurity nitrogen from the absorption spectrum;
Based on the relationship between the intensity of the absorption peak corresponding to the defect caused by the impurity nitrogen in the silicon crystal and the nitrogen concentration in the silicon crystal, and the intensity determined in the step of determining the intensity of the absorption peak. Determining the nitrogen concentration in the silicon wafer to be measured ,
Determining whether the nitrogen concentration is within a predetermined range;
A method for producing a silicon wafer is provided.
[0019]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor integrated circuit is manufactured on a silicon wafer that has been accepted by the method for manufacturing a silicon wafer.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A silicon wafer evaluation method according to the first embodiment of the present invention will be described. A silicon single crystal doped with nitrogen is pulled up using the Czochralski method. Doping of nitrogen is performed by a method of adding Si 3 N 4 into the silicon melt or a method of pulling up in a nitrogen atmosphere. A silicon wafer is cut out from the pulled silicon single crystal ingot.
[0021]
The silicon wafer is loaded into an electric furnace and heat treatment is performed. Suitable heat treatment temperature and time will be described later. After heat treatment for a predetermined time, the silicon wafer is taken out of the electric furnace and rapidly cooled. For example, it is taken out in a room temperature atmosphere in 2 to 3 seconds. An infrared absorption spectrum of a silicon wafer cooled to room temperature is measured.
[0022]
FIG. 1 shows an example of an infrared absorption spectrum. The horizontal axis represents the wave number in the unit “cm −1 ”, and the vertical axis represents the absorbance. Absorption peaks A, B, and C appear at the positions of wave numbers 963 cm −1 , 996 cm −1 , and 1026 cm −1 , respectively. Peak A is absorption due to the NN pair, and peaks B and C are absorption due to the NNO complex. Here, the NN pair means a pair of one impurity nitrogen atom existing between lattices in the silicon crystal and an impurity nitrogen atom existing between lattices of silicon atoms within the fourth proximity from the nitrogen atom. To do. The NNO complex means a defect composed of an NN pair and impurity oxygen atoms existing between lattices of silicon atoms within the fourth proximity from the NN pair.
[0023]
FIG. 2 shows the relationship between absorbance and heat treatment conditions. The horizontal axis represents heat treatment time in the unit “time”, and the vertical axis represents absorbance. The heat treatment temperature is 800 ° C., and the thickness of the measurement target silicon wafer is 10 mm. White circle in the figure represents an intensity of infrared light yield peak A appeared to the position of the wave number 963Cm -1, black circle indicates the intensity of the infrared ray yield peak B appeared to the position of the wave number 996cm -1. Here, the intensity (absorbance) of the absorption peak means the height of the peak when the base level is used as a reference.
[0024]
In the region where the heat treatment time is less than 2 hours, the absorbance varies depending on the heat treatment time, but when the heat treatment time is 2 hours or more, the absorbance is hardly affected by the heat treatment time and becomes almost constant.
[0025]
The reason why the absorbance fluctuates depending on the heat treatment time is considered to be that an intracrystalline defect reaction occurs during the heat treatment and the density of the NN pair or NNO complex changes. A state where the heat treatment is performed for 2 hours or more and the absorbance hardly changes is called a quasi-thermal equilibrium state. In this state, the intracrystalline defect reaction remains in thermal equilibrium on a time scale of at least several hours. The inventor of the present application discovered for the first time that the infrared absorbance due to the NN pair and the NNO complex fluctuates due to the heat treatment, and that the quasi-thermal equilibrium state is reached when the heat treatment time is 2 hours or longer. Conventionally, the reason that the infrared absorbance of the silicon single crystal pulled up by the Czochralski method has a large variation among samples is considered that the absorbance was measured in a state before reaching the quasi-thermal equilibrium state.
[0026]
By heating the silicon substrate until it reaches the quasi-thermal equilibrium state and then rapidly cooling, the defect state due to the NN pair and the NNO complex in the quasi-thermal equilibrium state can be fixed (maintained). This makes it possible to measure the absorbance of infrared rays in the thermal equilibrium state of the defect reaction. In the first embodiment, the silicon crystal is taken out from the heating atmosphere to the room temperature atmosphere in 2 to 3 seconds. However, it may be taken out in a short time within 10 seconds.
[0027]
In the first embodiment, the heat treatment temperature is set to 800 ° C. However, if the heat treatment temperature is changed, it is considered that the time required to reach the quasi-thermal equilibrium state varies.
[0028]
FIG. 3 shows the relationship between the time required to reach the quasi-thermal equilibrium state and the heat treatment temperature. The horizontal axis represents the heat treatment temperature in the unit “° C.”, and the vertical axis represents the heat treatment time required to reach the quasi-thermal equilibrium state in the unit “time”. It can be seen that as the heat treatment temperature increases, the heat treatment time required to reach the quasi-thermal equilibrium state is shortened. In order to cause the defect reaction in the silicon crystal to reach a quasi-thermal equilibrium state, heat treatment may be performed under conditions of temperature and time on the upper right side of the curve shown in FIG. Expressing this condition as an inequality,
[0029]
[Expression 1]
t ≧ 10.56 × exp (−0.0022T) (1)
It becomes. Here, T is the heat treatment temperature expressed in the unit “° C.”, and t is the heat treatment time expressed in the unit “time”.
[0030]
Next, the physical meaning of each peak shown in FIG. 1 will be described. Peak A appearing at the position of the wave number 963cm -1 is due to the NN pair, peak B and C appearing at the position of the wave number 996cm -1 and a wavenumber 1026cm -1 is attributed to NNO complex. However, it is not clear whether peak B and peak C are caused by the same NNO complex or different forms of NNO complexes.
[0031]
FIG. 4 shows the relationship between the heat treatment temperature and the absorbance corresponding to each absorption peak. The horizontal axis represents the reciprocal of temperature in the unit “1000 / K”, and the vertical axis represents absorbance. White circles in the figure, black circles, and white squares, each wavenumber 963cm -1, indicating the absorbance at 996cm -1, and 1026cm -1. The absorbance slopes at wave numbers 996 cm −1 and 1026 cm −1 are almost equal. That is, the activation energies of the intracrystalline defect reactions corresponding to wave numbers 996 cm −1 and 1026 cm −1 are equal. This indicates that the two absorption peaks are absorptions by different localized modes belonging to the same defect. The formation energy of this defect is estimated to be about 0.4 eV from the slope of the graph.
[0032]
From the above considerations, it can be seen that in order to determine the concentration of the NNO complex, it is only necessary to measure the intensity of one of the absorption peaks appearing at wave numbers of 996 cm −1 and 1026 cm −1 . Further, in order to determine the concentration of the NN pair, the absorbance that appears at the position of a wave number of 963 cm −1 may be measured.
[0033]
Next, a method for determining the impurity nitrogen concentration will be described. The impurity nitrogen concentration of the silicon crystal pulled up by the Czochralski method is measured by SIMS or the like. An infrared absorption spectrum in a quasi-thermal equilibrium state of the same silicon crystal is measured, and an absorbance that appears at at least one position of wave numbers 963 cm −1 , 996 cm −1 , and 1026 cm −1 is determined. By performing the same measurement on a plurality of samples having different impurity nitrogen concentrations, the correspondence relationship between the impurity nitrogen concentration and the absorbance is obtained. For example, a conversion table or a graph for calculating the impurity nitrogen concentration from the absorbance is created.
[0034]
An infrared absorption spectrum in a quasi-thermal equilibrium state of a silicon crystal whose impurity nitrogen concentration is unknown is measured, and an absorbance that appears at at least one position of wave numbers 963 cm −1 , 996 cm −1 , and 1026 cm −1 is determined. The impurity nitrogen concentration can be determined from the absorbance using a conversion table or the like prepared in advance.
[0035]
According to the first embodiment described above, the impurity nitrogen concentration in the silicon crystal can be easily obtained without using a large measuring device such as SIMS. This makes it possible to maintain a sufficient gettering effect of the silicon crystal substrate used for the epitaxial wafer.
[0036]
In the first embodiment, the peak intensities appearing at the wave numbers of 963 cm −1 , 996 cm −1 , and 1026 cm −1 were determined. Therefore, it is necessary to measure the absorbance at the wave number corresponding to the sample temperature at the time of measurement.
[0037]
Moreover, you may obtain | require the intensity | strength of the absorption peak which appears in another position. For example, the absorption peak due to the NN pair, also appear in the position of the wave number 763Cm -1, absorption peaks caused by NNO complex, also appears at the position of the wave number 796cm -1 and 801cm -1. You may obtain | require the intensity | strength of these absorption peaks.
[0038]
It should be noted that the S / N ratio in impurity nitrogen concentration measurement can be increased by using the largest one of the plurality of absorption peaks. As shown in FIG. 4, when the heat treatment temperature for reaching the quasi-thermal equilibrium state is 800 ° C., the intensity of the absorption peak appearing at the wave number of 963 cm −1 is maximized. Therefore, it is preferable that the heat treatment temperature for reaching the quasi-thermal equilibrium state is 700 ° C. to 900 ° C., and the intensity of the absorption peak appearing at a wave number of 963 cm −1 is obtained.
[0039]
In the first embodiment, the thickness of the sample for measuring the infrared absorption spectrum is 10 mm, but other thicknesses may be used. However, since it is difficult to observe the absorption peak if the sample is too thin, the thickness of the sample is preferably 0.5 mm or more. The measurement resolution is preferably 8 cm −1 or more.
[0040]
Moreover, in the said 1st Example, although the infrared absorption spectrum was measured at room temperature, you may measure in the state cooled or heated. For example, the measurement may be performed at a constant temperature within a temperature range of 1.5K to 473K.
[0041]
Next, a method for determining the coefficient for evaluating the nitrogen concentration in the silicon crystal according to the second embodiment of the present invention will be described.
[0042]
As shown in FIG. 1, the infrared absorption spectrum of silicon shows a peak D at a position of 1018 cm −1 . Peak D is absorption due to the NNO 2 complex. Here, the NNO 2 complex means a defect composed of an NN pair and two impurity oxygen atoms existing between lattices of silicon atoms within the fourth proximity from the NN pair.
[0043]
FIG. 5 shows the relationship between the temperature and the absorbance that reach the quasi-thermal equilibrium state. The horizontal axis represents the temperature at which the silicon wafer is heated in order to reach a quasi-thermal equilibrium state in the unit “° C.”, and the vertical axis represents the absorbance. White circles, white squares, and white triangles in the figure indicate absorbances at wavelengths where absorption due to the NN pair, the NNO complex, and the NNO 2 complex appears, respectively. That is, each wave number 963cm -1, indicating the absorbance at 996cm -1, and 1018 cm -1.
[0044]
As the heating temperature is increased from 600 ° C., the absorbance due to the NNO complex and the NNO 2 complex decreases. This is because oxygen was dissociated from each complex, and the density of these complexes decreased. In the temperature range from 600 ° C. to 720 ° C., a phenomenon in which oxygen is dissociated from the NNO 2 complex and an NN pair or an NNO complex is generated, and a phenomenon in which oxygen is dissociated from the NNO complex and an NN pair is generated. Is happening. For this reason, the light absorbency resulting from a NN pair is increasing.
[0045]
When the heating temperature is 720 ° C. or higher, the absorption peak due to the NNO 2 complex disappears. This is presumably because oxygen in the NNO 2 complex was dissociated and all NNO 2 complexes were changed to NN pairs and NNO complexes. For this reason, in the temperature range of 720 ° C. to 800 ° C., the reaction related to the NNO 2 complex does not occur, and it is considered that only the phenomenon in which oxygen of the NNO complex is dissociated and NN pairs are generated. When the temperature is 800 ° C. or higher, the absorbance due to the NN pair starts to decrease.
[0046]
When the temperature of the quasi-thermal equilibrium increases from 720 ° C. to 800 ° C., the reduced number of NNO complexes is considered to be equal to the increased number of NN pairs. At this time, the amount of decrease in absorbance due to the NNO complex was about 0.72 × 10 −3 , and the amount of increase in absorbance due to the NN pair was about 1 × 10 −3 . This is because the ratio of the vibrator strength of the NN pair (corresponding to the absorbance of one NN pair) and the vibrator strength of the NNO complex (corresponding to the absorbance of one NNO complex) is 1: 0.72. It represents something.
[0047]
When the absorption coefficient due to the NN pair in wavenumber 963cm -1 and I 963 (cm -1), the density of the NN pair [NN] (cm -3) is,
[0048]
[Expression 2]
[NN] = 1.83 × 10 17 × I 963 (2)
It is known that The proportionality coefficient multiplied by the absorption coefficient I 963 resulting from the NN pair on the right side of Equation (2) is called a conversion coefficient.
[0049]
Since the oscillator strength of the NNO composite is 0.72 times the oscillator strength of the NN pair, the density [NNO] (cm − of the NNO composite is obtained from the absorption coefficient I 996 (cm −1 ) caused by the NNO composite. 3 ) It is considered that the conversion factor for obtaining 1) is 1 / 0.72 times the conversion factor of Equation (2). That is, the conversion factor is considered to be 2.54 × 10 17 . Therefore, the density [NNO] (cm −3 ) of the NNO complex is
[0050]
[Equation 3]
[NNO] = 2.54 × 10 17 × I 996 (3)
It is expressed.
[0051]
Hereinafter, the steps according to the second embodiment will be summarized. First, the silicon crystal is heated to a first temperature (for example, 720 ° C.) to bring the intracrystalline defect reaction to a quasi-thermal equilibrium state. The infrared absorption spectrum was measured while keeping the crystal in the defect concentration in the quasi-thermal equilibrium, wavenumber 996cm -1 due to the first absorption peak intensity and NNO complex appearing at the position of the wave number 963cm -1 due to the NN pair The second absorption peak intensity appearing at the position is obtained.
[0052]
The silicon crystal is heated to a second temperature higher than the first temperature (for example, 800 ° C.) to bring the intracrystalline defect reaction to a quasi-thermal equilibrium state. An infrared absorption spectrum is measured in a state where the defect concentration in the crystal in the quasi-thermal equilibrium state is maintained, and a third absorption peak intensity attributed to the NN pair and a fourth absorption peak intensity attributed to the NNO complex are obtained.
[0053]
The fourth absorption peak intensity is subtracted from the second absorption peak intensity, and the value is taken as A. The first absorption peak intensity is subtracted from the third absorption peak intensity, and the value is defined as B. The conversion coefficient for calculating the density of the NN pair is multiplied by B / A from the absorption coefficient obtained from the absorption peak intensity caused by the NN pair. This result is a conversion coefficient for calculating the density of the NNO complex from the absorption coefficient obtained from the absorption peak intensity caused by the NNO complex.
[0054]
To indicate absorption silicon crystal before the heat treatment is due to NNO 2 complex, the first temperature described above, it is necessary to more than a temperature at which the absorption peak due to NNO 2 complex disappears. When heated to this temperature, the NNO 2 complex is considered substantially absent. For this reason, the nitrogen concentration in the silicon crystal can be quantified by adding the density of the NN pair and the density of the NNO complex.
[0055]
In addition, the second temperature described above needs to be equal to or lower than a temperature at which the absorption peak intensity due to the NN pair starts to decrease.
[0056]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. First, a plurality of silicon crystals having different concentrations of nitrogen are prepared. The nitrogen concentration in these silicon crystals is measured by a method such as SIMS.
[0057]
Each of the silicon crystals is heated to a first temperature (eg, 720 ° C.) to bring the intracrystalline defect reaction to a quasi-thermal equilibrium state. For each silicon crystal, an infrared absorption spectrum is measured in a state where the concentration of defects in the crystal in the quasi-thermal equilibrium state is maintained. From this measurement result, the first absorption peak intensity attributed to the NN pair and the second absorption peak intensity attributed to the NNO complex are determined.
[0058]
For each of the silicon crystals, the density of the NN pair is obtained by multiplying the absorption coefficient obtained from the first peak intensity by the conversion coefficient. The density of the NN pair is reduced from the nitrogen concentration measured by SIMS or the like. This result corresponds to the density of the NNO complex. Thereby, the relationship between the absorption coefficient calculated | required from the absorption peak intensity resulting from an NNO complex, and the density of an NNO complex is obtained.
[0059]
FIG. 6 shows the relationship between the density of the NN pair and NNO complex and the absorption coefficient. The horizontal axis represents the density, and the vertical axis represents the absorption coefficient. The absorption coefficient is located on a straight line passing through the origin. From the slope of the graph shown in FIG. 6, a conversion coefficient that associates the absorption coefficient with the density can be obtained.
[0060]
The absorption peak intensity resulting from the NN pair and NNO complex of silicon crystal whose nitrogen concentration is unknown is measured to determine the absorption coefficient. From this measurement result and FIG. 6, the density of the NN pair and the NNO complex can be obtained. By adding these two densities, the nitrogen concentration can be obtained.
[0061]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. A plurality of silicon wafers are cut out from a silicon ingot pulled up by the Czochralski method. At least one evaluation wafer is extracted from the plurality of silicon wafers. The infrared absorption spectrum of the evaluation wafer is measured, and the density of the NN pair and the NNO complex is obtained from the measurement result. By adding these two densities, the concentration of impurity nitrogen contained in the wafer for evaluation can be obtained.
[0062]
It is determined whether or not the quantified nitrogen concentration is within a predetermined reference range of nitrogen concentration. If the quantitative result is within the range, the silicon wafer cut out from the ingot is accepted, and if it is outside the range, the silicon wafer is rejected. A semiconductor integrated circuit is fabricated on a silicon wafer that is determined to be acceptable.
[0063]
In the fourth embodiment, silicon wafers whose nitrogen concentration does not meet the criteria can be eliminated before being introduced into the wafer process.
[0064]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0065]
The invention shown in the following supplementary notes is derived from the above embodiments.
(Appendix 1) A step of heating a silicon crystal;
A method for evaluating a silicon crystal, comprising: measuring an infrared absorption spectrum of the silicon crystal, and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by impurity nitrogen from the absorption spectrum.
(Additional remark 2) The evaluation method of the silicon crystal of Additional remark 1 whose defect resulting from the said impurity nitrogen is a NN pair or a NNO complex.
(Supplementary note 3) The method for evaluating a silicon crystal according to supplementary note 2, wherein in the step of heating the silicon crystal, heating is performed until a defect reaction in the crystal related to the NN pair or the NNO complex reaches a quasi-thermal equilibrium state.
(Additional remark 4) Furthermore, the evaluation method of the silicon crystal in any one of Additional remark 1 thru | or 3 including the process of converting the intensity | strength of the measured infrared absorption peak into nitrogen concentration.
(Additional remark 5) When heating temperature in the process of heating the said silicon crystal is set to T [degreeC], it is heated 10.56 * exp (-0.0022T) [hour] or more in any one of additional remark 1 thru | or 4. Evaluation method of silicon crystal.
(Supplementary Note 6) After the step of heating the silicon crystal, before measuring the infrared absorption spectrum of the silicon crystal, the heated silicon crystal is further subjected to a room temperature atmosphere within 10 seconds from the heating atmosphere. The method for evaluating a silicon crystal according to any one of appendices 1 to 5, including a step of taking out the inside.
(Appendix 7) A step of preparing a plurality of silicon wafers cut out from one silicon ingot pulled up by the Czochralski method;
Extracting one evaluation wafer from the plurality of silicon wafers, and evaluating the evaluation wafer using the evaluation method according to any one of claims 1 to 6;
A step of determining pass / fail of the evaluation wafer based on the evaluation result;
A step of forming a semiconductor integrated circuit on the plurality of silicon wafers if the determination result of the evaluation wafer is acceptable.
(Appendix 8) Heating the silicon crystal;
A method for determining the concentration of impurity nitrogen in the silicon crystal, comprising measuring an infrared absorption spectrum of the silicon crystal and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by the impurity nitrogen from the absorption spectrum.
(Supplementary Note 9) The defect caused by the impurity nitrogen is a defect consisting of impurity nitrogen between the lattices of silicon atoms and other impurity nitrogens between the lattices of silicon atoms within the fourth proximity from the impurity nitrogen. Item 9. The method for quantifying the concentration of impurity nitrogen in a silicon crystal according to appendix 8, which is an NNO complex which is a defect consisting of a pair or impurity oxygen existing between lattices of silicon atoms in the fourth proximity level from the NN pair.
[0066]
(Supplementary Note 10) The silicon crystal is heated to the first temperature, the intracrystalline defect reaction is brought to the quasi-thermal equilibrium state, the infrared absorption spectrum is measured while maintaining the intracrystalline defect concentration in the quasi-thermal equilibrium state, and the NN pair Obtaining a first absorption peak intensity resulting from the second absorption peak intensity resulting from the NNO complex;
The infrared absorption spectrum in a state where the silicon crystal is heated to a second temperature higher than the first temperature to bring the intracrystalline defect reaction to a quasi-thermal equilibrium state, and the intracrystalline defect concentration in the quasi-thermal equilibrium state is maintained. Measuring the third absorption peak intensity attributed to the NN pair and the fourth absorption peak intensity attributed to the NNO complex,
Obtaining a difference between the first absorption peak intensity and the third absorption peak intensity, and a difference between the second absorption peak intensity and the fourth absorption peak intensity, obtaining a ratio between the two, and an NN pair Based on the conversion coefficient for calculating the density of the NN pair from the resulting absorption peak intensity and the ratio obtained in the step of obtaining the ratio, the density of the NNO complex is calculated from the absorption peak intensity caused by the NNO complex. A method for determining a coefficient for evaluating the nitrogen concentration in a silicon crystal.
[0067]
(Supplementary Note 11) The first temperature, NNO 2 method of determining the silicon crystal in nitrogen concentration for evaluation coefficient according to the temperature above is appended 10 to the absorption peak disappears due to the complex.
[0068]
(Supplementary Note 12) A step of preparing a plurality of silicon crystals having different densities of nitrogen,
Measuring the nitrogen concentration of each of the silicon crystals;
Each of the silicon crystals is heated to a first temperature to bring the intracrystalline defect reaction to a quasi-thermal equilibrium state, and each of the silicon crystals has an infrared absorption spectrum in a state where the intracrystalline defect concentration in the quasi-thermal equilibrium state is maintained. Measuring the first absorption peak intensity attributed to the NN pair and the second absorption peak intensity attributed to the NNO complex;
For each of the silicon crystals, determining the density of NN pairs by multiplying the absorption coefficient determined from the first peak intensity by a first conversion factor;
For each of the silicon substrates, determining the density of the NNO complex by subtracting the density of the NN pair from the nitrogen concentration measured in the step of determining the nitrogen concentration;
A method for determining a coefficient for evaluating a nitrogen concentration in a silicon crystal, comprising: a step of obtaining a relationship between the absorption coefficient obtained from the second absorption peak intensity of the plurality of silicon crystals and the density of the NNO complex.
[0069]
(Supplementary Note 13) The first temperature, NNO 2 method of determining the silicon crystal in nitrogen concentration for evaluation coefficient according to Note 12 is a temperature above which the absorption peak disappears due to the complex.
[0070]
(Supplementary Note 14) The silicon crystal is heated to a first temperature, the intracrystalline defect reaction is brought to a quasi-thermal equilibrium state, an infrared absorption spectrum is measured in a state where the intracrystalline defect concentration in the quasi-thermal equilibrium state is maintained, and an NN pair Obtaining a first absorption peak intensity resulting from the second absorption peak intensity resulting from the NNO complex;
Calculating the density of NN pairs from the first absorption peak intensity;
Calculating the density of the NNO complex from the second absorption peak intensity;
A silicon crystal evaluation method comprising a step of calculating a nitrogen concentration from an NN pair density and an NNO pair density.
[0071]
(Supplementary note 15) The silicon crystal evaluation method according to supplementary note 14, wherein the first temperature is equal to or higher than a temperature at which an absorption peak due to the NNO 2 complex disappears.
[0072]
(Supplementary Note 16) A step of preparing a plurality of silicon wafers cut out from one silicon ingot;
Extracting at least one evaluation wafer from the silicon wafer;
The evaluation wafer is heated to the first temperature, the intracrystalline defect reaction is brought to a quasi-thermal equilibrium state, and the infrared absorption spectrum is measured in a state where the intracrystalline defect concentration in the quasi-thermal equilibrium state is maintained. Determining a first absorption peak intensity and a second absorption peak intensity resulting from the NNO complex;
Calculating the density of NN pairs from the first absorption peak intensity;
Calculating the density of the NNO complex from the second absorption peak intensity;
Calculating the nitrogen concentration from the density of the NN pair and the density of the NNO pair;
When the calculated nitrogen concentration is within a predetermined reference range of the nitrogen concentration, the silicon wafer is accepted, and when it is out of the reference range, the silicon wafer is rejected; and ,
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: forming a semiconductor integrated circuit device on an accepted silicon wafer.
[0073]
(Supplementary note 17) The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to supplementary note 16, wherein the first temperature is equal to or higher than a temperature at which an absorption peak due to the NNO 2 complex disappears.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after the silicon crystal is brought to the quasi-thermal equilibrium state of the intracrystalline defect reaction, the intensity of the infrared absorption peak due to the defect caused by the impurity nitrogen is obtained, thereby obtaining the impurity nitrogen concentration. Can be identified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing an example of an infrared absorption spectrum of a silicon crystal.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the temperature of heat treatment for making a silicon crystal reach a quasi-thermal equilibrium state and the infrared absorbance.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a heat treatment time and a heat treatment temperature for allowing a silicon crystal to reach a quasi-thermal equilibrium state.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature for bringing a silicon crystal into a quasi-thermal equilibrium state and the infrared absorbance.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the absorbance in the quasi-thermal equilibrium state and the temperature to reach the quasi-thermal equilibrium state.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the absorption coefficient and the density of NN pairs and NNO complexes.

Claims (28)

測定対象のシリコン結晶を準熱平衡状態に到るまで加熱する工程と、
前記測定対象のシリコン結晶の赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と、
予め求められているシリコン結晶中の不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度とシリコン結晶中の窒素濃度との対応関係、及び前記吸収ピークの強度を求める工程で求められた強度に基づいて、前記測定対象のシリコン結晶中の窒素濃度を求める工程と、
を有することを特徴とするシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。
Heating the silicon crystal to be measured until it reaches a quasi-thermal equilibrium state;
Measuring an infrared absorption spectrum of the silicon crystal to be measured, and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by impurity nitrogen from the absorption spectrum;
Based on the relationship between the intensity of the absorption peak corresponding to the defect caused by the impurity nitrogen in the silicon crystal and the nitrogen concentration in the silicon crystal, and the intensity determined in the step of determining the intensity of the absorption peak. Obtaining a nitrogen concentration in the silicon crystal to be measured ,
A method for measuring a nitrogen concentration in a silicon crystal, comprising:
前記不純物窒素に起因する欠陥が、NNペア又はNNO複合体である請求項1に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。  The method for measuring a nitrogen concentration in a silicon crystal according to claim 1, wherein the defect caused by the impurity nitrogen is an NN pair or an NNO complex. 前記NNペアの吸収ピークとして、963cm-1又は763cm-1の波数に現れるものを用いることを特徴とする請求項2記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。The method for measuring a nitrogen concentration in a silicon crystal according to claim 2, wherein the absorption peak of the NN pair is a peak appearing at a wave number of 963 cm -1 or 763 cm -1 . 前記NNO複合体の吸収ピークとして、796cm-1、801cm−1、996cm−1、1026cm−1のいずれかの波数に現れるものを用いることを特徴とする請求項2記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。As the absorption peak of the NNO complex, 796cm -1, 801cm -1, 996cm -1, the nitrogen concentration in the silicon crystal according to claim 2, wherein the use of what appears to any one of wave numbers of 1026cm -1 Measuring method. 前記準熱平衡状態における前記吸収ピークの強度は、加熱時間によらずほぼ一定となることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。  The method for measuring a nitrogen concentration in a silicon crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the intensity of the absorption peak in the quasi-thermal equilibrium state is substantially constant regardless of the heating time. 前記加熱する工程の後、前記赤外線吸収スペクトルを測定する工程の前に、前記測定対象のシリコン結晶を冷却する工程を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。6. The silicon according to claim 1 , further comprising a step of cooling the silicon crystal to be measured after the step of heating and before the step of measuring the infrared absorption spectrum. Method for measuring nitrogen concentration in crystals. 前記冷却する工程は、加熱された前記測定対象のシリコン結晶を、加熱雰囲気中から室温雰囲気中に取り出すことを特徴とする請求項6に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。The method for measuring a nitrogen concentration in a silicon crystal according to claim 6, wherein in the cooling step, the heated silicon crystal to be measured is taken out from a heated atmosphere into a room temperature atmosphere. 前記窒素濃度を求める工程は、前記吸収ピークの強度の最も大きなものを用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。  The method for measuring a nitrogen concentration in a silicon crystal according to any one of claims 1 to 7, wherein the step of obtaining the nitrogen concentration uses the one having the highest intensity of the absorption peak. 前記加熱する工程は、700〜900℃で前記測定対象のシリコン結晶の加熱を行い、前記窒素濃度を求める工程は、前記吸収ピークとして、波数963cm-1の位置に現れるものを用いることを特徴とする請求項8に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。The heating step includes heating the silicon crystal to be measured at 700 to 900 ° C., and the step of obtaining the nitrogen concentration uses a peak that appears at a wave number of 963 cm −1 as the absorption peak. The method for measuring a nitrogen concentration in a silicon crystal according to claim 8. 前記測定対象のシリコン結晶を加熱する工程における加熱温度をT[℃]としたとき、10.56×exp(−0.002T)[時間]以上加熱する請求項1乃至9のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。The heating according to any one of claims 1 to 9, wherein when the heating temperature in the step of heating the silicon crystal to be measured is T [° C], the heating is performed for 10.56 × exp (−0.002 T) [hour] or more. The nitrogen concentration measurement method in the silicon crystal of description. 前記測定対象のシリコン結晶は、CZ法で引き上げられたシリコンインゴットから切り出された窒素の添加されたシリコンウエハであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。11. The silicon crystal according to claim 1, wherein the silicon crystal to be measured is a silicon wafer to which nitrogen is cut out from a silicon ingot pulled up by a CZ method. 11. Nitrogen concentration measurement method. 前記対応関係は、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度から、シリコン結晶中の窒素濃度を算出する換算表である請求項1乃至11のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。 The correspondence relation from the intensity of the absorption peak corresponding to the defects due to nitrogen impurities, according to any one of claims 1 to 11 is a conversion table for calculating the nitrogen concentration in the silicon crystal in the silicon crystal Nitrogen concentration measurement method. 測定対象のシリコン結晶を準熱平衡状態に到るまで加熱する工程と、
前記測定対象のシリコン結晶の赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、NNペアに起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と、
予め求められているシリコン結晶中のNNペアに起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度とシリコン結晶中の窒素濃度との対応関係、及び前記吸収ピークの強度を求める工程で求められた強度に基づいて、前記測定対象のシリコン結晶中の窒素濃度を求める工程と
を有することを特徴とするシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。
Heating the silicon crystal to be measured until it reaches a quasi-thermal equilibrium state;
Measuring an infrared absorption spectrum of the silicon crystal to be measured, and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by the NN pair from the absorption spectrum;
Based on the correspondence between the intensity of the absorption peak corresponding to the defect caused by the NN pair in the silicon crystal and the nitrogen concentration in the silicon crystal, and the intensity obtained in the step of obtaining the intensity of the absorption peak. And a step of determining the nitrogen concentration in the silicon crystal to be measured.
前記加熱する工程は、800℃で前記測定対象のシリコン結晶を加熱することを特徴とする請求項13に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定方法。The method for measuring a nitrogen concentration in a silicon crystal according to claim 13 , wherein the heating step comprises heating the silicon crystal to be measured at 800 ° C. 窒素濃度の異なる複数のシリコン結晶を準備する工程と、
前記複数のシリコン結晶を、それぞれ準熱平衡状態に到るまで加熱する工程と、
前記複数のシリコン結晶のそれぞれについて、赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と、
前記吸収ピークの強度と前記窒素濃度とを対応付けて換算表を作成する工程と、
を有することを特徴とするシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。
Preparing a plurality of silicon crystals having different nitrogen concentrations;
Heating the plurality of silicon crystals until reaching a quasi-thermal equilibrium state;
For each of the plurality of silicon crystals, measuring an infrared absorption spectrum, and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by impurity nitrogen from the absorption spectrum;
Creating a conversion table by associating the intensity of the absorption peak with the nitrogen concentration;
A method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration in a silicon crystal.
前記不純物窒素に起因する欠陥が、NNペア又はNNO複合体である請求項15に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。The method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration in a silicon crystal according to claim 15 , wherein the defect caused by the impurity nitrogen is an NN pair or an NNO complex. 前記NNペアの吸収ピークとして、963cm-1又は763cm-1の波数に現れるものを用いることを特徴とする請求項16記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。The method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration in a silicon crystal according to claim 16, wherein the absorption peak of the NN pair is one that appears at a wave number of 963 cm -1 or 763 cm -1 . 前記NNO複合体の吸収ピークとして、796cm−1、801cm−1、996cm−1、1026cm−1のいずれかの波数に現れるものを用いることを特徴とする請求項16記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。As the absorption peak of the NNO complex, 796cm -1, 801cm -1, 996cm -1, the nitrogen concentration in the silicon crystal according to claim 16, wherein the use of what appears to any one of wave numbers of 1026cm -1 How to create a conversion table for measurement. 前記準熱平衡状態における前記吸収ピークの強度は、加熱時間によらずほぼ一定となることを特徴とする請求項15乃至18のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。The conversion table for measuring nitrogen concentration in silicon crystals according to any one of claims 15 to 18 , wherein the intensity of the absorption peak in the quasi-thermal equilibrium state is substantially constant regardless of the heating time. How to make. 前記加熱する工程の後、前記赤外線吸収スペクトルを測定する工程の前に、前記シリコン結晶を冷却する工程を有することを特徴とする請求項15乃至19のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。The silicon crystal according to any one of claims 15 to 19 , further comprising a step of cooling the silicon crystal after the step of heating and before the step of measuring the infrared absorption spectrum . How to create a conversion table for measuring nitrogen concentration. 前記冷却する工程は、加熱されたシリコン結晶を、加熱雰囲気中から室温雰囲気中に取り出すことを特徴とする請求項20に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。21. The method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration in a silicon crystal according to claim 20 , wherein in the cooling step, the heated silicon crystal is taken out from a heated atmosphere into a room temperature atmosphere. 前記窒素濃度を求める工程は、前記吸収ピークの強度の最も大きなものを用いることを特徴とする請求項15乃至21のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。The method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration in a silicon crystal according to any one of claims 15 to 21 , wherein the step of obtaining the nitrogen concentration uses the one having the highest intensity of the absorption peak. . 前記加熱する工程は、700〜900℃で前記シリコン結晶の加熱を行い、前記窒素濃度を求める工程は、前記吸収ピークとして、963cm-1を用いることを特徴とする請求項15乃至21のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。Wherein the step of heating is subjected to heat of the silicon crystal at 700 to 900 ° C., the step of determining the nitrogen concentration, as the absorption peaks, one of claims 15 to 21, characterized by using a 963cm -1 2. A method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration in silicon crystal according to item 1. 前記シリコン結晶を加熱する工程における加熱温度をT[℃]としたとき、10.56×exp(−0.002T)[時間]以上加勢する請求項15乃至22のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。23. The silicon according to any one of claims 15 to 22 , wherein the silicon crystal is energized by 10.56 × exp (−0.002 T) [hour] or more when a heating temperature in the step of heating the silicon crystal is T [° C.]. A method for creating a conversion table for measuring nitrogen concentration in crystals. 前記シリコン結晶は、CZ法で引き上げられたシリコンインゴットから切り出された窒素の添加されたシリコンウエハであることを特徴とする請求項15乃至24のいずれか1項に記載のシリコン結晶中の窒素濃度測定用換算表の作成方法。The nitrogen concentration in the silicon crystal according to any one of claims 15 to 24 , wherein the silicon crystal is a silicon wafer added with nitrogen cut out from a silicon ingot pulled up by a CZ method. How to create a conversion table for measurement. CZ法を用いて、窒素が添加されたシリコン単結晶を引き上げる工程と、
引き上げられたシリコン単結晶インゴットから複数のシリコンウエハを切り出す工程と、
少なくとも1枚のシリコンウエハを準熱平衡状態に到るまで加熱する工程と、
前記シリコンウエハの赤外線吸収スペクトルを測定し、該吸収スペクトルから、不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度を求める工程と、
予め求められているシリコン結晶中の不純物窒素に起因する欠陥に対応する吸収ピークの強度とシリコン結晶中の窒素濃度との対応関係、及び前記吸収ピークの強度を求める工程で求められた強度に基づいて、前記測定対象のシリコンウエハ中の窒素濃度を求める工程と、
前記窒素濃度が予め定められた範囲内かどうか判断する工程と、
を有することを特徴とするシリコンウエハの製造方法。
Using a CZ method to pull up a silicon single crystal to which nitrogen has been added;
Cutting a plurality of silicon wafers from the pulled silicon single crystal ingot;
Heating at least one silicon wafer to a quasi-thermal equilibrium state;
Measuring an infrared absorption spectrum of the silicon wafer, and obtaining an intensity of an absorption peak corresponding to a defect caused by impurity nitrogen from the absorption spectrum;
Based on the relationship between the intensity of the absorption peak corresponding to the defect caused by the impurity nitrogen in the silicon crystal and the nitrogen concentration in the silicon crystal, and the intensity determined in the step of determining the intensity of the absorption peak. Determining the nitrogen concentration in the silicon wafer to be measured ,
Determining whether the nitrogen concentration is within a predetermined range;
A method for producing a silicon wafer, comprising:
前記判断する工程は、前記窒素濃度が予め定められた範囲内であれば、前記複数枚のシリコンウエハについて合格とし、前記窒素濃度が予め定められた範囲外であれば、前記複数枚のシリコンウエハについて不合格とすることを特徴とする請求項26に記載のシリコンウエハの製造方法。If the nitrogen concentration is within a predetermined range, the determining step is acceptable for the plurality of silicon wafers, and if the nitrogen concentration is outside the predetermined range, the plurality of silicon wafers. 27. The method for producing a silicon wafer according to claim 26 , wherein: 請求項27に記載のシリコンウエハの製造方法によって、合格とされたシリコンウエハ上に半導体集積回路を作製することを特徴とする半導体装置の製造方法。28. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: manufacturing a semiconductor integrated circuit on a silicon wafer that has been accepted by the method for manufacturing a silicon wafer according to claim 27 .
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