JP5842765B2 - Method for evaluating nitrogen concentration in silicon single crystals - Google Patents

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Description

本発明は、チョクラルスキー(CZ)法によって育成される、窒素ドープシリコン単結晶中の窒素濃度の評価方法に関する。   The present invention relates to a method for evaluating a nitrogen concentration in a nitrogen-doped silicon single crystal grown by the Czochralski (CZ) method.

シリコン単結晶製造では、結晶欠陥の制御のためや、BMDと呼ばれる酸素析出物の制御のためなどの理由で単結晶中に窒素をドープする場合がある。FZ(フローティングゾーン)結晶などでは窒素濃度が10の14乗台や15乗台のドープ量となる場合があるが、CZ結晶においては窒素濃度が1×1014/cm以下であっても十分にその効果があることが種々報告されている。 In silicon single crystal production, nitrogen may be doped into a single crystal for reasons such as controlling crystal defects or controlling oxygen precipitates called BMD. In FZ (floating zone) crystal and the like, the nitrogen concentration may be 10 to the 14th or 15th power, but in the CZ crystal, even if the nitrogen concentration is 1 × 10 14 / cm 3 or less, it is sufficient. It has been reported variously that there is the effect.

これらの窒素濃度を測定する方法としては、局所的な分析としては二次イオン質量分析(SIMS)が有効であるが、これの検出感度は10の14乗台中盤であり、1×1014/cm以下の窒素濃度を測定することはできない。 As a method for measuring these nitrogen concentrations, secondary ion mass spectrometry (SIMS) is effective as a local analysis, but its detection sensitivity is 10 14 14 in the middle and 1 × 10 14 / Nitrogen concentrations below cm 3 cannot be measured.

より簡便で感度の高い方法としてフーリエ変換赤外分光(FT−IR)などが用いられている。この窒素濃度測定方法は非特許文献1に良くまとめられている。
シリコン中の窒素はNNペア又はNNO、NNOOなど様々な形態をとるとされている。これら様々な形態の振動モードによる赤外領域の吸収をFT−IR法により測定するのが一般的である。これらの形態は温度によって変わることが報告されている。これらの様々な吸収ピークを全て観察して感度を上げたり、特許文献1のように、650℃程度の熱処理によって、酸素起因のドナー(以下、酸素ドナーという)によるバックグラウンドのノイズを除去したりすることで、検出感度の向上を図っている。
As a simpler and more sensitive method, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) or the like is used. This nitrogen concentration measurement method is well summarized in Non-Patent Document 1.
Nitrogen in silicon is supposed to take various forms such as NN pairs, NNO, and NNOO. In general, the absorption in the infrared region due to these various modes of vibration is measured by the FT-IR method. These forms have been reported to vary with temperature. Observe all these various absorption peaks to increase sensitivity, or remove background noise due to oxygen-derived donors (hereinafter referred to as oxygen donors) by heat treatment at about 650 ° C. as in Patent Document 1. By doing so, the detection sensitivity is improved.

また、特許文献2では、窒素が窒素酸素ドナー(ONOという形態をとっており、以下NOドナーと表記することがある)を形成することに注目して、先ず1000℃以上の熱処理でNOドナーを熱処理で消去した後、500−800℃の熱処理でNOドナーを形成し、その際に生ずる抵抗率変化から窒素濃度を求めている。   Further, in Patent Document 2, it is noted that nitrogen forms a nitrogen-oxygen donor (which is in the form of ONO and may be hereinafter referred to as “NO donor”). After erasing by heat treatment, NO donors are formed by heat treatment at 500 to 800 ° C., and the nitrogen concentration is obtained from the change in resistivity generated at that time.

しかし、この手法は2度の熱処理をする手間がかかる。また、この手法は抵抗率の変化を観測しているに過ぎず、窒素を直接検出しているわけではない。特に酸素濃度・窒素濃度がともに低い結晶でこの手法を適用した場合、生成するNOドナー量が少なくなるので抵抗率の変化は非常に小さいものとなる。すなわち、十分な抵抗率の変化が得られず、結晶中に窒素が入っていることを証明する確実な方法とはならない。したがって、酸素濃度が低い場合は高感度の窒素濃度の定量ができなくなる。   However, this method requires time and effort for heat treatment twice. Also, this technique only observes changes in resistivity and does not detect nitrogen directly. In particular, when this technique is applied to a crystal having both low oxygen concentration and nitrogen concentration, the amount of NO donor to be generated is reduced, so the change in resistivity is very small. That is, a sufficient change in resistivity cannot be obtained, and this is not a reliable method for proving that nitrogen is contained in the crystal. Therefore, when the oxygen concentration is low, the highly sensitive nitrogen concentration cannot be determined.

非特許文献2及び特許文献3では低窒素濃度領域におけるNOドナーに関して詳しく開示されている。窒素濃度が1×1014/cm以下では前述のNNペア、NNO、NNOOといった形態ではなく、ほとんどの窒素がNOドナーとして存在することが報告されている。
この中で、簡便な方法ではないが、極低温の遠赤外吸収によりNOドナー量を直接測定している。窒素濃度が1×1014/cm以下では窒素濃度とNOドナーが1:1となっているので、この技術を応用すれば窒素濃度を定量測定できる可能性が考えられる。
ただし、この手法は250cm−1付近のNOドナー由来のピークを定量する方法であり、この波数領域には広い範囲で水蒸気のピークが重なっており、その影響を除去するために減圧下での測定を行う必要がある。またNOドナーの準位は室温ではイオン化されており、この準位を中性化するために液体He温度近くの極低温下での測定が必須である。このように、検出は可能と考えられるが決して簡便な方法ではなく、実用的な方法とは言い難い。
Non-Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose the NO donor in the low nitrogen concentration region in detail. It has been reported that when the nitrogen concentration is 1 × 10 14 / cm 3 or less, most of the nitrogen exists as a NO donor instead of the above-described NN pair, NNO, and NNOO.
Of these, although it is not a simple method, the amount of NO donor is directly measured by far-infrared absorption at a very low temperature. When the nitrogen concentration is 1 × 10 14 / cm 3 or less, the nitrogen concentration and the NO donor are 1: 1. Therefore, there is a possibility that the nitrogen concentration can be quantitatively measured by applying this technique.
However, this method is a method for quantifying a peak derived from an NO donor in the vicinity of 250 cm −1 , and a water vapor peak overlaps in a wide range in this wave number region. In order to remove the influence, measurement under reduced pressure is performed. Need to do. Further, the level of the NO donor is ionized at room temperature, and measurement at an extremely low temperature near the liquid He temperature is essential to neutralize this level. In this way, detection is considered possible, but it is by no means a simple method and a practical method.

特開2003−240711号公報JP 2003-240711 A 特開2000−332074号公報JP 2000-332074 A 特開2004−111752号公報JP 2004-111752 A

JEITA EM−3512JEITA EM-3512 H.Ono and M.Horikawa Jpn.J.Appl. Phys. 42(2003) L261H. Ono and M.M. Horikawa Jpn. J. et al. Appl. Phys. 42 (2003) L261

前述したように、従来ではNOドナーを指標として窒素濃度を求める手法等が提案されてきた。
しかしながら、低酸素濃度の場合には窒素濃度を適切に求めることができなかったり、窒素濃度を評価するにあたって手間がかかり、簡便に求める方法は存在していなかった。
As described above, a method for obtaining a nitrogen concentration using an NO donor as an index has been proposed.
However, in the case of a low oxygen concentration, the nitrogen concentration cannot be obtained appropriately, or it takes time to evaluate the nitrogen concentration, and there has been no method for simply obtaining it.

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、低酸素濃度の際に、CZシリコン単結晶中の窒素濃度(特には、1×1014/cm以下のような低濃度であっても)を簡便に求めることが可能な方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and in the case of a low oxygen concentration, the nitrogen concentration in the CZ silicon single crystal (particularly, a low concentration such as 1 × 10 14 / cm 3 or less). It is an object of the present invention to provide a method capable of easily obtaining a).

上記目的を達成するために、本発明は、チョクラルスキー法により作製した窒素ドープシリコン単結晶中の窒素濃度を評価する方法であって、前記シリコン単結晶を作製するとき、酸素濃度が6.0×1017/cm以下の低酸素濃度領域を有するシリコン単結晶を作製し、該低酸素濃度領域のシリコン単結晶に対し、赤外吸収分光法によりNNペア由来のピークを検出し、該検出結果から窒素濃度を評価することを特徴とするシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for evaluating the nitrogen concentration in a nitrogen-doped silicon single crystal produced by the Czochralski method, and when the silicon single crystal is produced, the oxygen concentration is 6. A silicon single crystal having a low oxygen concentration region of 0 × 10 17 / cm 3 or less is produced, and a peak derived from an NN pair is detected by infrared absorption spectroscopy for the silicon single crystal in the low oxygen concentration region, Provided is a method for evaluating nitrogen concentration in a silicon single crystal, characterized by evaluating nitrogen concentration from a detection result.

本発明者らは、CZシリコン単結晶中の窒素濃度の評価方法に関して鋭意研究を行った結果、酸素濃度が低い場合にはシリコン単結晶中の窒素がNNペアの形態をとっていると考えた。そして、上記本発明であればCZシリコン単結晶中の酸素濃度が低い場合であっても、簡便かつ直接的に窒素濃度を評価することができる。しかも窒素濃度が低い場合であっても有効である。さらにはNNOやNNOO由来のピークを検出する必要性をなくすことができるため一層簡便である。
なお、本願において、酸素濃度の値はASTM’79基準である。
As a result of intensive studies on the method for evaluating the nitrogen concentration in a CZ silicon single crystal, the present inventors thought that the nitrogen in the silicon single crystal is in the form of an NN pair when the oxygen concentration is low. . According to the present invention, the nitrogen concentration can be easily and directly evaluated even when the oxygen concentration in the CZ silicon single crystal is low. Moreover, it is effective even when the nitrogen concentration is low. Furthermore, since it is possible to eliminate the need to detect peaks derived from NNO or NNOO, it is simpler.
In the present application, the oxygen concentration value is based on ASTM'79.

特には、前記低酸素濃度領域における窒素濃度の評価により、1×1014/cm以下の窒素濃度を評価することができる。
このように、従来では検出できないとされていた1×1014/cm以下のような低窒素濃度であっても、本発明であれば直接的に評価を行うことができる。
In particular, a nitrogen concentration of 1 × 10 14 / cm 3 or less can be evaluated by evaluating the nitrogen concentration in the low oxygen concentration region.
As described above, even if the nitrogen concentration is as low as 1 × 10 14 / cm 3 or less, which is conventionally impossible to detect, the present invention can be directly evaluated.

また、前記低酸素濃度領域において評価した窒素濃度から、窒素の偏析の計算により前記シリコン単結晶全体の窒素濃度を評価することができる。
このように、低酸素濃度領域のみならず、シリコン単結晶の他の部位を含めた全体の窒素濃度の評価を簡便に行うことが可能である。
Further, the nitrogen concentration of the entire silicon single crystal can be evaluated by calculating the segregation of nitrogen from the nitrogen concentration evaluated in the low oxygen concentration region.
Thus, it is possible to simply evaluate the entire nitrogen concentration including not only the low oxygen concentration region but also other parts of the silicon single crystal.

また、前記シリコン単結晶をマルチプリング法により作製し、前記低酸素濃度領域のシリコン単結晶に対して評価した窒素濃度から、マルチプリング法により作製した他のシリコン単結晶中の窒素濃度を評価することができる。
このようにすれば、マルチプリング法によりシリコン単結晶を1バッチで複数作製する場合に、実際に評価したシリコン単結晶中の窒素濃度から、他のシリコン単結晶中の窒素濃度について効率良く評価することができる。
Further, the silicon single crystal is produced by a multiple pulling method, and the nitrogen concentration in another silicon single crystal produced by the multiple pulling method is evaluated from the nitrogen concentration evaluated for the silicon single crystal in the low oxygen concentration region. be able to.
In this way, when a plurality of silicon single crystals are produced in one batch by the multiple pulling method, the nitrogen concentration in other silicon single crystals is efficiently evaluated from the nitrogen concentration in the silicon single crystal actually evaluated. be able to.

また、前記NNペア由来のピークの検出を、酸素ドナーを消去するための熱処理を予め施さずに行うことができる。
このように、本発明の評価方法では酸素ドナーを消去するための熱処理を施さなくとも良いので、一層簡便である。
In addition, the peak derived from the NN pair can be detected without performing a heat treatment for eliminating the oxygen donor in advance.
Thus, the evaluation method of the present invention is simpler because it is not necessary to perform heat treatment for erasing the oxygen donor.

また、前記低酸素濃度領域を、前記シリコン単結晶のコーン部、直胴部、テール部のいずれか1以上に形成することができる。
このように、例えば作製する所望のシリコン単結晶の品質に対応して、コーン部、直胴部、テール部のいずれか1以上に低酸素濃度領域を形成することができる。
Further, the low oxygen concentration region can be formed in one or more of a cone portion, a straight body portion, and a tail portion of the silicon single crystal.
Thus, for example, a low oxygen concentration region can be formed in any one or more of the cone part, the straight body part, and the tail part in accordance with the quality of a desired silicon single crystal to be produced.

以上のように、本発明によれば、CZシリコン単結晶中の酸素濃度が低い場合であっても、また、窒素濃度がたとえ低くとも簡便かつ直接的に窒素濃度を評価することができる。   As described above, according to the present invention, even when the oxygen concentration in the CZ silicon single crystal is low, and even if the nitrogen concentration is low, the nitrogen concentration can be evaluated easily and directly.

本発明の評価方法の工程の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the process of the evaluation method of this invention. CZシリコン単結晶の作製装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the preparation apparatus of a CZ silicon single crystal. 低酸素濃度領域を有するシリコン単結晶の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the silicon single crystal which has a low oxygen concentration area | region. 実施例1での赤外吸収測定で求めた窒素濃度と、ドープ剤原料から計算で求めた窒素濃度との関係を表したグラフである。It is the graph showing the relationship between the nitrogen concentration calculated | required by the infrared absorption measurement in Example 1, and the nitrogen concentration calculated | required from the dopant raw material. 比較例1での赤外吸収測定で求めた窒素濃度と、ドープ剤原料から計算で求めた窒素濃度との関係を表したグラフである。It is the graph showing the relationship between the nitrogen concentration calculated | required by the infrared absorption measurement in the comparative example 1, and the nitrogen concentration calculated | required from the dopant raw material. 実施例2における、赤外吸収測定で求めた窒素濃度と、直胴長さとの関係を表したグラフである。It is the graph showing the relationship between the nitrogen concentration calculated | required by the infrared absorption measurement in Example 2, and a straight body length. 遠赤外FT−IR法で求めたNOドナー由来のピークの積分強度と、窒素濃度との関係を表したグラフである。It is the graph showing the relationship between the integrated intensity | strength of the peak derived from NO donor calculated | required by the far-infrared FT-IR method, and nitrogen concentration.

以下では、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
ここで、本発明者らが本発明を完成させた経緯について詳述する。
窒素ドープCZシリコン単結晶中の窒素濃度の評価方法に関し、本発明者らは、まずNOドナーの特性把握を行った。前述の非特許文献2に示された通り、窒素濃度が10の14乗以下ではNN、NNO、NNOOといった形態ではなく主にNOドナーの形態をとる。本発明者らは種々の結晶について調査を行い、NOドナー量、酸素濃度、窒素濃度の相関関係を求めた。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
Here, the background of the completion of the present invention by the present inventors will be described in detail.
Regarding the method for evaluating the nitrogen concentration in a nitrogen-doped CZ silicon single crystal, the present inventors first characterized the NO donor. As shown in Non-Patent Document 2 described above, when the nitrogen concentration is 10 14 or less, it is not in the form of NN, NNO, or NNOO but mainly in the form of an NO donor. The present inventors investigated various crystals and determined the correlation between the amount of NO donor, oxygen concentration, and nitrogen concentration.

(NOドナー量(キャリア濃度差分)について)
NOドナー量に対応する値としてキャリア濃度差分が挙げられる。このキャリア濃度差分Δ[n]とは、酸素ドナーを消去する熱処理後の抵抗率とNOドナーを消去する熱処理後の抵抗率との差から求めたキャリア濃度の差分である。
(NO donor amount (difference in carrier concentration))
An example of a value corresponding to the amount of NO donor is a carrier concentration difference. This carrier concentration difference Δ [n] is a difference in carrier concentration obtained from the difference between the resistivity after heat treatment for erasing the oxygen donor and the resistivity after heat treatment for erasing the NO donor.

ここで、キャリア濃度差分の求め方について説明する。
キャリア濃度差分を求める工程は、主に、酸素ドナーを消去する熱処理、その後の抵抗率の測定、さらに窒素酸素ドナーを消去する熱処理、その後の抵抗率の測定からなる。すなわち、CZ法により育成した窒素ドープシリコン単結晶の結晶中には酸素ドナーと窒素酸素ドナーとが存在しているが、酸素ドナーを消去する熱処理は後述するように比較的低温であり、該熱処理によって、結晶中から酸素ドナーを消去し、抵抗率を測定する。このとき、窒素酸素ドナーはまだ結晶中に残存しているので、ここでの抵抗率は、酸素ドナーは存在せず、窒素酸素ドナーが存在する状態における抵抗率となる。
Here, how to obtain the carrier concentration difference will be described.
The step of obtaining the carrier concentration difference mainly includes a heat treatment for erasing the oxygen donor, a subsequent measurement of resistivity, a heat treatment for erasing the nitrogen-oxygen donor, and a subsequent resistivity measurement. That is, oxygen donors and nitrogen oxygen donors are present in the crystal of the nitrogen-doped silicon single crystal grown by the CZ method, but the heat treatment for erasing the oxygen donor is relatively low temperature as will be described later. To erase the oxygen donor from the crystal and measure the resistivity. At this time, since the nitrogen-oxygen donor still remains in the crystal, the resistivity here is the resistivity in the state where there is no oxygen donor and there is a nitrogen-oxygen donor.

次に、窒素酸素ドナーを消去する熱処理は比較的高温であり、該熱処理によって、結晶中の窒素酸素ドナーを消去する。したがって、酸素ドナーおよび窒素酸素ドナーが存在しない状態における抵抗率を測定できる。
そして、これらの抵抗率の差から窒素酸素ドナー起因のキャリア濃度差分を求めることができる。
Next, the heat treatment for erasing the nitrogen-oxygen donor is at a relatively high temperature, and the nitrogen-oxygen donor in the crystal is erased by the heat treatment. Therefore, it is possible to measure the resistivity in the absence of oxygen donor and nitrogen oxygen donor.
Then, the carrier concentration difference caused by the nitrogen-oxygen donor can be obtained from the difference in resistivity.

ここで、酸素ドナー消去の熱処理、窒素酸素ドナー消去の熱処理についてさらに詳述する。
酸素ドナーは450℃前後の比較的低温領域で生成されるため、CZ結晶のボトム側ではこのような低温熱履歴を受けず、ほとんど酸素ドナーが発生しない。逆に結晶のトップ側では充分にこの熱履歴領域を通過するため多くの酸素ドナーが生成される。近年の結晶長尺化に伴い、この傾向は一層顕著となり、トップ側では大量の酸素ドナーが存在し、ボトム側には酸素ドナーがほとんど存在しない、と言うような状況となっている。
Here, the heat treatment for oxygen donor erasure and the heat treatment for nitrogen oxygen donor erasure will be described in more detail.
Since the oxygen donor is generated in a relatively low temperature region around 450 ° C., such a low temperature thermal history is not received on the bottom side of the CZ crystal, and almost no oxygen donor is generated. On the other hand, a large amount of oxygen donors are generated on the top side of the crystal because it passes sufficiently through this thermal history region. With the recent increase in crystal length, this tendency becomes more prominent, and a large amount of oxygen donors are present on the top side and almost no oxygen donors are present on the bottom side.

この酸素ドナーは例えば650℃で20分程度の軽微な熱処理をすれば消去されることが知られている。酸素ドナーを消去する熱処理はこのほかにも各種提案されており、例えばRTA(Rapid Thermal Anneal)を用いた高温短時間処理のものもあり、ここでは特にその温度と時間を規定するものではなく、酸素起因で生成する酸素ドナーを消去できる熱処理であれば良い。   It is known that this oxygen donor is erased by a slight heat treatment at 650 ° C. for about 20 minutes, for example. Various heat treatments for erasing the oxygen donor have been proposed in addition to this, for example, there are those for high-temperature and short-time treatment using RTA (Rapid Thermal Anneal), and the temperature and time are not particularly specified here. Any heat treatment capable of erasing oxygen donors generated due to oxygen may be used.

また、窒素酸素ドナーは特許文献3では900℃、特許文献2では1000℃、国際公開公報第2009/025337号では1050℃などと比較的高温の熱処理によって消滅することが記載されている。またこの窒素酸素ドナーの生成温度は特許文献2では500−800℃、特許文献3では600−700℃などと記載されており、酸素ドナーに比較して高温で生成する。また特許文献2にある様に比較的短時間の熱処理で生成量が飽和してしまう。このため酸素ドナーが結晶のトップ側で高密度に生成するのに比べて、窒素酸素ドナーは比較的均一に発生する。また育成された結晶の熱履歴に影響を与える炉内構造物や成長速度に影響されないことは無いが、比較的影響は小さく、これら成長条件によって大きく窒素酸素ドナー量が異なるということも少ない。   Further, it is described that the nitrogen-oxygen donor is extinguished by heat treatment at a relatively high temperature such as 900 ° C. in Patent Document 3, 1000 ° C. in Patent Document 2, and 1050 ° C. in International Publication No. 2009/025337. Further, the generation temperature of this nitrogen-oxygen donor is described as 500-800 ° C. in Patent Document 2 and 600-700 ° C. in Patent Document 3, and is generated at a higher temperature than that of the oxygen donor. Further, as disclosed in Patent Document 2, the amount of generation is saturated by a relatively short heat treatment. For this reason, compared with the case where oxygen donors are formed at a high density on the top side of the crystal, nitrogen oxygen donors are generated relatively uniformly. In addition, although it is not affected by the in-furnace structure or the growth rate that affects the thermal history of the grown crystal, the influence is relatively small, and the amount of nitrogen-oxygen donor greatly differs depending on the growth conditions.

以上のようなことから、酸素ドナー消去の熱処理として、例えば650℃程度の軽微な熱処理を行った後に抵抗率を測定し、それから計算されるキャリア量を求め、次に、窒素酸素ドナー消去の熱処理として例えば900℃以上の高温熱処理をした後に抵抗率を測定し、それから計算されるキャリア量を求めれば、その差分から窒素酸素ドナーに起因するキャリア濃度差分Δ[n]を求めることができる。ここで抵抗率からキャリア濃度を求めるにはアービンカーブを用いればよい。
なお、抵抗率の測定方法は特に限定されず、例えば四探針法等により行うことができる。
From the above, as the heat treatment for oxygen donor erasure, the resistivity is measured after performing a slight heat treatment at, for example, about 650 ° C., and the calculated carrier amount is obtained. For example, if the resistivity is measured after high-temperature heat treatment at 900 ° C. or higher and the carrier amount calculated therefrom is obtained, the carrier concentration difference Δ [n] resulting from the nitrogen-oxygen donor can be obtained from the difference. Here, in order to obtain the carrier concentration from the resistivity, an Irvin curve may be used.
In addition, the measuring method of a resistivity is not specifically limited, For example, it can carry out by the four probe method etc.

(酸素濃度について)
次に、酸素濃度[Oi]について説明する。
酸素濃度[Oi]の求め方は、例えば、室温のFT−IR法によって求めることが可能である。[Oi]でOiと記載しているのは酸素原子がシリコン結晶中ではインタースティシャルの位置に存在しているためであり、その位置での赤外吸収を測定して酸素濃度と表記しているためである。酸素析出熱処理を行い、酸素原子が酸素析出物(BMD)を形成した酸素は、[Oi]としての吸収を起こさないが、ここで言及している酸素濃度は当然析出熱処理をしていない状態のものである。
(About oxygen concentration)
Next, the oxygen concentration [Oi] will be described.
The method for obtaining the oxygen concentration [Oi] can be obtained, for example, by the FT-IR method at room temperature. In [Oi], Oi is described because oxygen atoms are present at interstitial positions in the silicon crystal, and the infrared absorption at these positions is measured and expressed as oxygen concentration. Because it is. Oxygen in which oxygen precipitation heat treatment is performed and oxygen atoms form oxygen precipitates (BMD) does not cause absorption as [Oi], but the oxygen concentration referred to here is naturally not in the state of precipitation heat treatment. Is.

サンプルが通常抵抗率の場合にはFT−IR法が用いられるが、低抵抗率結晶の場合には赤外光が吸収されてしまいFT−IR法を用いることができない。そこで、酸素濃度をガスフュージョン法によって測定することもある。   When the sample has normal resistivity, the FT-IR method is used. However, when the sample is a low resistivity crystal, infrared light is absorbed and the FT-IR method cannot be used. Therefore, the oxygen concentration may be measured by a gas fusion method.

なお、酸素は石英ルツボから溶け出したものが、シリコンメルト中を伝ってきて、メルトの表面近傍でほとんど蒸発してしまい、極一部が結晶中に取り込まれるだけである。従って様々な操業条件によってシリコン結晶中の酸素濃度は変化してしまうので、上記のFT−IR法等によって測定して保証することが一般的である。   Note that oxygen dissolved from the quartz crucible passes through the silicon melt and is almost evaporated near the surface of the melt, and only a very small part is taken into the crystal. Therefore, since the oxygen concentration in the silicon crystal changes depending on various operating conditions, it is generally measured and guaranteed by the above FT-IR method or the like.

(窒素濃度について)
次に、窒素濃度[N]について説明する。
このときの窒素濃度は赤外吸収分光法と偏析による計算から求めた、または予測したものである。CZシリコン単結晶作製における窒素ドープは、窒素ドープ剤をルツボに投入し、シリコン原料とともに溶解する方法が一般的である。このとき窒素は偏析現象に従って結晶中に取り込まれていくため、ある結晶位置の窒素濃度が求められれば計算で結晶長さごとの窒素濃度を求めることができる。よって、結晶のテール側で赤外吸収分光法の検出下限(従来では1×1014/cmと報告されている)よりも高い窒素濃度になるようにドープ剤を投入し、その位置の窒素濃度を求めることで、10の13乗から14乗台の窒素濃度のサンプルを得た。
(About nitrogen concentration)
Next, the nitrogen concentration [N] will be described.
The nitrogen concentration at this time is obtained or predicted from calculation by infrared absorption spectroscopy and segregation. Nitrogen doping in CZ silicon single crystal production is generally performed by introducing a nitrogen dopant into a crucible and dissolving it together with the silicon raw material. At this time, since nitrogen is taken into the crystal according to the segregation phenomenon, if the nitrogen concentration at a certain crystal position is obtained, the nitrogen concentration for each crystal length can be obtained by calculation. Therefore, a doping agent is introduced on the tail side of the crystal so that the nitrogen concentration is higher than the detection limit of infrared absorption spectroscopy (previously reported as 1 × 10 14 / cm 3 ), and nitrogen at that position is added. By obtaining the concentration, a sample having a nitrogen concentration of 10 13 to 14 was obtained.

以上のようにして実際に求めたキャリア濃度差分Δ[n]、窒素濃度[N]、酸素濃度[Oi]の相関関係を調査・解析した結果、Δ[n]が、[N]の1乗と[Oi]のおよそ2.5〜3.5乗の一次関数になっていることを見出した。すなわち、
Δ[n]=α[N]×[Oi]2.5〜3.5+β(ここでα、βは定数)
である。
ここから、NOドナーの生成量(つまりはキャリア濃度差分)は酸素濃度に大きく依存することが分かる。
As a result of investigating and analyzing the correlation among the carrier concentration difference Δ [n], nitrogen concentration [N], and oxygen concentration [Oi] actually obtained as described above, Δ [n] is the first power of [N]. And [Oi] was found to be a linear function of approximately 2.5 to 3.5. That is,
Δ [n] = α [N] × [Oi] 2.5 to 3.5 + β (where α and β are constants)
It is.
From this, it can be seen that the amount of NO donor generation (that is, the difference in carrier concentration) greatly depends on the oxygen concentration.

ところで、非特許文献2によれば、窒素濃度が1×1014/cm未満の場合では窒素濃度とNOドナー濃度に1:1の相関があるが、1×1014/cm以上では1:1の相関からずれている。上記の知見と組み合わせて考えると、これは以下のように説明できる。すなわち、窒素濃度が1×1014/cm未満では窒素に比べて酸素が十分豊富に存在するため大部分の窒素がNOドナーを形成するが、窒素濃度が1×1014/cm以上では窒素に対して酸素が欠乏し始め、NNペアなど他の形態の窒素が増加してくるためと考えられる。 By the way, according to Non-Patent Document 2, there is a 1: 1 correlation between the nitrogen concentration and the NO donor concentration when the nitrogen concentration is less than 1 × 10 14 / cm 3, but 1 when the nitrogen concentration is 1 × 10 14 / cm 3 or more. : 1 deviates from the correlation. In combination with the above findings, this can be explained as follows. That is, when the nitrogen concentration is less than 1 × 10 14 / cm 3 , oxygen is sufficiently abundant compared to nitrogen and most nitrogen forms NO donors. However, when the nitrogen concentration is 1 × 10 14 / cm 3 or more, It is thought that oxygen begins to be deficient with respect to nitrogen, and other forms of nitrogen such as NN pairs increase.

ここからさらに考察を進めると、もともとの酸素濃度が十分低いシリコン単結晶では、窒素ドープを行ってもNOドナーの生成量が少ないと予想される。そこで、実際に酸素濃度を2水準に振ったサンプルを用意し、NOドナー量を測定した。   Further discussion will be made from here, and it is expected that the amount of NO donor produced is small even if nitrogen doping is performed in the original silicon single crystal having a sufficiently low oxygen concentration. Therefore, a sample in which the oxygen concentration was actually shifted to two levels was prepared, and the amount of NO donor was measured.

この測定結果として、NOドナー積分強度と窒素濃度の関係を図7に示す。
なお、NOドナー量の定量方法として、非特許文献2に記載の遠赤外吸収分光法を用いた。遠赤外吸収分光では230−255cm−1にNOドナー由来のピークが出るので、その積算強度を縦軸にプロットした。
また、図7中の「通常酸素濃度」とは酸素濃度が8.5×1017〜12×1017atoms/cmのサンプルを指す。また、「低酸素濃度」とは酸素濃度が6.0×1017atoms/cm以下(ここでは2.6×1017〜3.8×1017atoms/cmとした)のサンプルを指す。
As a result of this measurement, the relationship between the NO donor integrated intensity and the nitrogen concentration is shown in FIG.
In addition, the far-infrared absorption spectroscopy described in the nonpatent literature 2 was used as a quantitative determination method of NO donor amount. In far-infrared absorption spectroscopy, a peak derived from a NO donor appears at 230-255 cm −1 , and the integrated intensity is plotted on the vertical axis.
In addition, “normal oxygen concentration” in FIG. 7 refers to a sample having an oxygen concentration of 8.5 × 10 17 to 12 × 10 17 atoms / cm 3 . The “low oxygen concentration” refers to a sample having an oxygen concentration of 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less (here, 2.6 × 10 17 to 3.8 × 10 17 atoms / cm 3 ). .

図7から明らかなように、通常酸素濃度のサンプルでは窒素濃度に対して線形に積分強度が増加するが、低酸素濃度のサンプルでは積分強度が弱く、また窒素濃度が増加してもほとんど増加しない。したがって、予想通り、低酸素濃度の結晶ではNOドナーの生成量が少ないと言える。   As is apparent from FIG. 7, the integrated intensity increases linearly with respect to the nitrogen concentration in the normal oxygen concentration sample, but the integrated intensity is weak in the low oxygen concentration sample, and hardly increases as the nitrogen concentration increases. . Therefore, as expected, it can be said that the amount of NO donor produced is small in the crystal having a low oxygen concentration.

上記の通り、低酸素濃度の結晶では通常酸素濃度の結晶に比べてNOドナー生成量が少ないが、このときNOドナーを形成しなかった窒素は大部分がNNペアを形成すると考えられる。NNO、NNOOは酸素原子を含むため、酸素濃度が低い結晶ではNNペアを主に形成すると考えられるからである。
したがって、低酸素濃度の場合はNOドナー等ではなくNNペアを指標として窒素濃度を評価することが有効であると考えられる。そして、特には10の13乗台程度の低窒素濃度であっても赤外吸収分光法で十分検出できるほどのNNペアが形成していることがわかった。
本発明者らは以上のことを見出して本発明を完成させた。
As described above, a low oxygen concentration crystal produces a smaller amount of NO donor than a normal oxygen concentration crystal. At this time, most of the nitrogen that has not formed a NO donor forms an NN pair. This is because NNO and NNOO contain oxygen atoms, so it is considered that NN pairs are mainly formed in a crystal having a low oxygen concentration.
Therefore, in the case of a low oxygen concentration, it is considered effective to evaluate the nitrogen concentration using an NN pair as an index instead of an NO donor or the like. In particular, it was found that NN pairs that can be sufficiently detected by infrared absorption spectroscopy were formed even at a low nitrogen concentration of about 10 13.
The present inventors have found the above and completed the present invention.

以下、本発明のシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法について詳述する。
図1は、本発明の評価方法の工程の一例を示すフロー図である。図1に示すように、CZ法によって低酸素濃度領域を有する窒素ドープシリコン単結晶を作製し(工程1)、次に赤外吸収分光法によってNNペア由来のピークを検出し(工程2)、該検出結果から窒素濃度を評価する(工程3)。
以下、各工程について詳述する。
Hereinafter, the nitrogen concentration evaluation method in the silicon single crystal of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a flowchart showing an example of steps of the evaluation method of the present invention. As shown in FIG. 1, a nitrogen-doped silicon single crystal having a low oxygen concentration region is produced by the CZ method (step 1), and then a peak derived from the NN pair is detected by infrared absorption spectroscopy (step 2). The nitrogen concentration is evaluated from the detection result (step 3).
Hereinafter, each process is explained in full detail.

(工程1について)
CZ法(MCZ法を含む)により窒素ドープシリコン単結晶を作製する。
ここで、まずCZ法によりシリコン単結晶を作製するための装置について図2を参照して説明する。図2に示すように、シリコン単結晶引上げ装置1は、引上げ室2と、引上げ室2中に設けられたルツボ3(内側に石英ルツボ、外側に黒鉛ルツボ)と、ルツボ3の周囲に配置されたヒータ4と、ルツボ3を回転させるルツボ保持軸5及びその回転機構(図示せず)と、シリコンの種結晶6を保持するシードチャック7と、シードチャック7を引上げるワイヤ8と、ワイヤ8を回転又は巻き取る巻取機構(図示せず)を備えて構成されている。また、ヒータ4の外側周囲には断熱材9が配置されている。
シリコン単結晶10は、ルツボ3内に収容された原料のシリコン融液11からワイヤ8によって引上げられる。なお、このシリコン融液11は、窒素ドープ剤としての窒化膜付きシリコンウエーハ等が原料の多結晶シリコンとともに加熱溶融されたものである。
(About step 1)
A nitrogen-doped silicon single crystal is produced by the CZ method (including the MCZ method).
Here, an apparatus for producing a silicon single crystal by the CZ method will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the silicon single crystal pulling apparatus 1 is disposed around a pulling chamber 2, a crucible 3 (quartz crucible on the inside, a graphite crucible on the outside) provided in the pulling chamber 2, and the crucible 3. Heater 4, crucible holding shaft 5 for rotating crucible 3 and its rotating mechanism (not shown), seed chuck 7 for holding silicon seed crystal 6, wire 8 for pulling up seed chuck 7, wire 8 Is provided with a winding mechanism (not shown). A heat insulating material 9 is disposed around the outside of the heater 4.
The silicon single crystal 10 is pulled up by the wire 8 from the raw silicon melt 11 accommodated in the crucible 3. The silicon melt 11 is obtained by heating and melting a silicon wafer with a nitride film as a nitrogen dopant together with polycrystalline silicon as a raw material.

また図3に作製したシリコン単結晶の一例を示す。
図3に示すように、シリコン単結晶10はコーン部10a、直胴部10b、テール部10cからなっており、ここではテール部10cに酸素濃度が6.0×1017atoms/cm以下の低酸素濃度領域12が形成されているが、後述するように低酸素濃度領域12の形成位置は特に限定されない。他の条件も考慮して、コーン部10a、直胴部10b、テール部10cのいずれか1つ以上に形成されていれば良い。
FIG. 3 shows an example of the silicon single crystal produced.
As shown in FIG. 3, the silicon single crystal 10 includes a cone portion 10a, a straight barrel portion 10b, and a tail portion 10c. Here, the oxygen concentration in the tail portion 10c is 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less. Although the low oxygen concentration region 12 is formed, the formation position of the low oxygen concentration region 12 is not particularly limited as will be described later. In consideration of other conditions, it may be formed in any one or more of the cone part 10a, the straight body part 10b, and the tail part 10c.

そして図2のシリコン単結晶引上げ装置1を用いて、シリコン単結晶10を作製するときは、まず、ヒータ4により、ルツボ3内に収容した多結晶シリコンを上述したような窒素ドープ剤とともに加熱溶融する。そしてルツボ3を回転させながら、ルツボ3中のシリコン融液11に、シードチャック7に保持された種結晶6を浸漬する。次に、ワイヤ8を回転・巻き取りしながら、シリコン融液11から、窒素ドープした棒状のシリコン単結晶10を引き上げる。   When producing the silicon single crystal 10 using the silicon single crystal pulling apparatus 1 shown in FIG. 2, first, the polycrystalline silicon contained in the crucible 3 is heated and melted together with the nitrogen dopant as described above by the heater 4. To do. Then, the seed crystal 6 held by the seed chuck 7 is immersed in the silicon melt 11 in the crucible 3 while rotating the crucible 3. Next, the rod-shaped silicon single crystal 10 doped with nitrogen is pulled up from the silicon melt 11 while rotating and winding the wire 8.

このとき、シリコン単結晶10内に低酸素濃度領域12を有するように引き上げる。
シリコン融液11が入ったルツボ3(ここでは内側の石英ルツボ)はシリコンと酸素から成っているので、酸素原子がシリコン融液11内へと溶出する。この酸素原子はシリコン融液内を対流等に乗って移動し、最終的にはシリコン融液11の表面から蒸発していく。この時ほとんどの酸素は蒸発するが、一部の酸素はシリコン単結晶10に取り込まれ、格子間酸素(Oi)となる。
At this time, the silicon single crystal 10 is pulled up so as to have the low oxygen concentration region 12.
Since the crucible 3 containing the silicon melt 11 (here, the inner quartz crucible) is composed of silicon and oxygen, oxygen atoms are eluted into the silicon melt 11. The oxygen atoms move by convection in the silicon melt and finally evaporate from the surface of the silicon melt 11. At this time, most of the oxygen evaporates, but part of the oxygen is taken into the silicon single crystal 10 and becomes interstitial oxygen (Oi).

そこで、ルツボ3の回転数を変えることで酸素の溶出量を制御し、シリコン単結晶10中の軸方向(長さ方向)の酸素濃度を調整する。また、この他にも、引き上げ時にシリコン単結晶10の回転数を変更したり、また、MCZ法であるならば磁場印加条件を変更したりすることでシリコン融液11内の対流の流れを制御したり、また引き上げ室2内に流す不活性ガスの流量調整や引き上げ室2内の圧力制御により表面からの酸素蒸発量を制御したりすることによっても、酸素濃度を調整することが可能である。
このような調整を適宜行うことによって低酸素濃度領域12をシリコン単結晶10中に形成する。
Therefore, the oxygen elution amount is controlled by changing the rotational speed of the crucible 3, and the oxygen concentration in the axial direction (length direction) in the silicon single crystal 10 is adjusted. In addition, the flow of convection in the silicon melt 11 can be controlled by changing the number of rotations of the silicon single crystal 10 at the time of pulling, or by changing the magnetic field application conditions in the case of the MCZ method. It is also possible to adjust the oxygen concentration by adjusting the flow rate of the inert gas flowing into the pulling chamber 2 or controlling the amount of oxygen evaporated from the surface by controlling the pressure in the pulling chamber 2. .
The low oxygen concentration region 12 is formed in the silicon single crystal 10 by appropriately performing such adjustment.

なお、前述したように低酸素濃度領域12の形成位置は特に限定されず、コーン部10a、直胴部10b、テール部10cのいずれか1以上に形成することができる。その形成位置は、所望とする品質等によって決定することができる。
すなわち、例えば、酸素濃度が6.0×1017atoms/cmを超えるシリコン単結晶を作製する場合、窒素濃度を測定するために直胴部で低酸素領域を作ると、その部分が製品にならず、歩留まりを下げる要因となる。そのようなときは例えばテール部で酸素濃度が6.0×1017atoms/cm以下になるように操業条件を制御し、図3のようにテール部10cに低酸素濃度領域12を形成することができる。コーン部10aやテール部10cは直胴部10bよりシリコン融液11の表面積が大きくなるので、より酸素が蒸発しやすくなり、容易に低酸素領域12が形成される。そして後工程において、該箇所を用いて窒素濃度の評価を行うことができる。
もちろん、直胴部の狙い酸素濃度が6.0×1017atoms/cm以下であるならば、シリコン単結晶の直胴部からブロックを作製した際の端面から赤外吸収測定用のサンプルを切り出し、それを用いて後工程で窒素濃度を直接測定することもできる。
As described above, the formation position of the low oxygen concentration region 12 is not particularly limited, and can be formed in any one or more of the cone portion 10a, the straight body portion 10b, and the tail portion 10c. The formation position can be determined by desired quality or the like.
That is, for example, when a silicon single crystal having an oxygen concentration of more than 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 is manufactured, if a low oxygen region is formed in the straight body portion in order to measure the nitrogen concentration, that portion becomes a product. In other words, it becomes a factor to lower the yield. In such a case, for example, the operation conditions are controlled so that the oxygen concentration at the tail portion is 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less, and the low oxygen concentration region 12 is formed in the tail portion 10c as shown in FIG. be able to. Since the cone portion 10a and the tail portion 10c have a larger surface area of the silicon melt 11 than the straight barrel portion 10b, oxygen is more easily evaporated and the low oxygen region 12 is easily formed. In the subsequent step, the nitrogen concentration can be evaluated using the location.
Of course, if the target oxygen concentration of the straight body portion is 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less, a sample for infrared absorption measurement is prepared from the end face when the block is produced from the straight body portion of the silicon single crystal. It can be cut out and used to directly measure the nitrogen concentration in a later step.

また、シリコン単結晶12をマルチプリング法により作製することも可能である。
ここで、マルチプリング法とは、ルツボ3に収容されたシリコン融液11からシリコン単結晶10を引上げた後、ルツボ3内に残留するシリコン融液に、原料の多結晶シリコンを追加投入して溶融し、次のシリコン単結晶を引上げるという工程を繰り返し、1つのルツボで複数のシリコン単結晶を引き上げる方法である。
本発明においては、上記のようなマルチプリング法を行い、それによって引き上げる複数のシリコン単結晶のうちの少なくとも1本について窒素濃度を直接測定することで、当該測定した単結晶のみならず、マルチプリング法で引上げた他のシリコン単結晶中の窒素濃度を評価することもできる。
It is also possible to produce the silicon single crystal 12 by a multiple pulling method.
Here, the multiple pulling method means that after pulling up the silicon single crystal 10 from the silicon melt 11 accommodated in the crucible 3, the raw material polycrystalline silicon is added to the silicon melt remaining in the crucible 3. This is a method of repeatedly pulling a plurality of silicon single crystals with one crucible by repeating the steps of melting and pulling up the next silicon single crystal.
In the present invention, the multiple concentration method as described above is performed, and the nitrogen concentration is directly measured for at least one of the plurality of silicon single crystals to be pulled up. It is also possible to evaluate the nitrogen concentration in other silicon single crystals pulled by the method.

(工程2について)
工程1で作製したシリコン単結晶10の低酸素濃度領域12からサンプルを切り出す。
シリコン単結晶から切り出すサンプル形状は特に限定されないが、信号強度を稼ぐためにサンプル厚さは1.5mm以上が好ましい。
(About step 2)
A sample is cut out from the low oxygen concentration region 12 of the silicon single crystal 10 produced in step 1.
The sample shape cut out from the silicon single crystal is not particularly limited, but the sample thickness is preferably 1.5 mm or more in order to increase the signal intensity.

サンプルのNNペア由来のピークの検出にあたって、予め酸素ドナー消去の熱処理を行っても良いが、本発明においてはこの熱処理を行わずに検出を行うこともでき、その場合は一層簡便である。
特許文献1に記載の通り、950−1050cm−1の領域には、酸素ドナーに関連する非常に弱い一連の振動遷移吸収(1012、1006、1000、988、975cm−1)が現れる。この領域がNNペアの吸収が現れる波数域と一致しているため、通常であれば測定するサンプルごとにスペクトルのベースラインが変動しやすい。NNペアのピーク強度を求める際は窒素が含まれないリファレンスのスペクトルとの差分をとって吸光度スペクトルを求めるのが通常であるが、測定試料とリファレンスで酸素ドナーの強度はふつう一致しないため、測定結果に誤差が生じる可能性は高い。
In detecting the peak derived from the NN pair of the sample, heat treatment for eliminating the oxygen donor may be performed in advance. However, in the present invention, detection can be performed without performing this heat treatment, and in this case, it is simpler.
As described in Patent Document 1, in the area of 950-1050Cm -1, very weak series of vibrational transitions absorption associated with oxygen donors (1012,1006,1000,988,975cm -1) appears. Since this region coincides with the wave number region where NN pair absorption occurs, the spectrum baseline tends to fluctuate for each sample to be measured. When obtaining the peak intensity of an NN pair, it is normal to obtain the absorbance spectrum by taking the difference from the spectrum of the reference that does not contain nitrogen. There is a high probability that an error will occur in the result.

そこで特許文献1では酸素ドナー消去のための熱処理を加えることでこの問題を回避しているが、本発明では、6.0×1017atoms/cm以下という低酸素条件で赤外吸収分光測定を行うため、熱処理を行わずとも上記の酸素ドナーの問題を回避できる。 Therefore, in Patent Document 1, this problem is avoided by adding a heat treatment for erasing the oxygen donor, but in the present invention, infrared absorption spectroscopy measurement is performed under a low oxygen condition of 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less. Therefore, the above oxygen donor problem can be avoided without heat treatment.

そして、切り出したサンプルから、赤外吸収分光法によりNNペア由来のピークを検出するが、この検出方法自体は特に限定されず、例えば従来と同様の装置を用い、同様の方法により検出することができる。FT−IR法など従来からよく知られた方法により行うことができる。   Then, the peak derived from the NN pair is detected from the cut sample by infrared absorption spectroscopy, but this detection method itself is not particularly limited, and for example, it can be detected by the same method using the same apparatus as the conventional one. it can. It can be performed by a conventionally well-known method such as the FT-IR method.

NNペアのピークは963、766cm−1に現れるので、この領域が測定できるように測定条件を設定する。ベースラインに比較してNNペアの強度は非常に弱いため、リファレンスサンプルを用意し、スペクトルの差分を取ることでピークを分析しやすくする。リファレンスは、測定サンプルと近い酸素濃度、抵抗率、サンプル厚を持ち、かつ窒素がドープされていないものを使用できる。 Since the peak of the NN pair appears at 963 and 766 cm −1 , the measurement conditions are set so that this region can be measured. Since the intensity of the NN pair is very weak compared to the baseline, a reference sample is prepared, and the peak is easily analyzed by taking the spectral difference. A reference having an oxygen concentration, a resistivity, a sample thickness close to that of the measurement sample, and not doped with nitrogen can be used.

(工程3について)
そして、得られたピーク強度から窒素濃度に換算して評価する。ピーク強度(吸光度)を、Lambert−Beer則により吸収係数αに変換する。窒素濃度への換算は、例えばJEITAの換算係数1.83×1017を用いることができる。
ただし前述の考察の通り、酸素濃度6.0×1017atoms/cm以下の低酸素濃度結晶でも、その酸素濃度が大きく違えばNOドナーの発生量は異なるはずであり、それに従いNNペアの量も変化すると考えられる。従って、酸素濃度の水準ごとに換算係数を求めておくことが望ましい。
以上により、低酸素濃度領域のシリコン単結晶中の窒素濃度を評価することができる。
(About step 3)
And it evaluates by converting into the nitrogen concentration from the obtained peak intensity. The peak intensity (absorbance) is converted into an absorption coefficient α according to the Lambert-Beer rule. For conversion to the nitrogen concentration, for example, a JEITA conversion coefficient of 1.83 × 10 17 can be used.
However, as described above, even with low oxygen concentration crystals with an oxygen concentration of 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less, the generation amount of NO donors should be different if the oxygen concentration is greatly different. The amount will also change. Therefore, it is desirable to obtain a conversion factor for each oxygen concentration level.
As described above, the nitrogen concentration in the silicon single crystal in the low oxygen concentration region can be evaluated.

ここで、CZ法では偏析に従い不純物が結晶中に取り込まれるため、CZシリコン単結晶の一部の領域で窒素濃度を求めた後、偏析の計算から該シリコン単結晶の他の部位の窒素濃度を求めることができる。特には単結晶全体の窒素濃度を求めることができる。
すなわち、シリコン単結晶引上げ前の原料溶融時に窒素ドープ剤を投入するようなドープ方法の場合、該シリコン単結晶中の窒素濃度は窒素の偏析係数と固化率に従い決定される。したがって前述したような方法で、引き上げたシリコン単結晶のある部位(低酸素濃度領域)の窒素濃度を求めた場合、窒素の偏析の計算によってシリコン単結晶のそれ以外の部位の窒素濃度も簡便に求めることができる。
Here, in the CZ method, impurities are incorporated into the crystal according to segregation. Therefore, after obtaining the nitrogen concentration in a partial region of the CZ silicon single crystal, the nitrogen concentration in other parts of the silicon single crystal is calculated from the segregation calculation. Can be sought. In particular, the nitrogen concentration of the entire single crystal can be obtained.
That is, in the case of a doping method in which a nitrogen dopant is introduced when the raw material is melted before pulling the silicon single crystal, the nitrogen concentration in the silicon single crystal is determined according to the segregation coefficient and solidification rate of nitrogen. Therefore, when the nitrogen concentration in a part of the pulled silicon single crystal (low oxygen concentration region) is obtained by the method described above, the nitrogen concentration in other parts of the silicon single crystal can be easily calculated by calculating the segregation of nitrogen. Can be sought.

さらにこの窒素の偏析の計算を利用した評価方法を発展させれば、前述したマルチプリング法により引上げた複数のシリコン単結晶に対しても適用できる。
すなわち、シリコン単結晶の1本目の引上げ前の原料溶融時に窒素ドープ剤を投入し、1本目のシリコン単結晶を引上げた後の残融液にシリコン原料を投入して再び融液を形成し、該融液から2本目を引き上げ、これらを繰り返すマルチプリング法の場合は、引上げた複数本の結晶のうち1本について、前述したような方法で低酸素濃度領域における窒素濃度を求めれば、該シリコン単結晶全体の窒素濃度を求めることができ、さらには同バッチ中の他のシリコン単結晶中の窒素濃度も求めることができる。
Further, if an evaluation method using the calculation of the segregation of nitrogen is developed, it can be applied to a plurality of silicon single crystals pulled by the above-described multiple pulling method.
That is, a nitrogen dopant is introduced at the time of melting the raw material before the first pulling of the silicon single crystal, a silicon raw material is poured into the residual melt after the pulling of the first silicon single crystal, and a melt is formed again. In the case of the multiple pulling method in which the second one is pulled up from the melt and the steps are repeated, if the nitrogen concentration in the low oxygen concentration region is determined for one of the plurality of pulled up crystals by the method described above, the silicon The nitrogen concentration of the entire single crystal can be determined, and further the nitrogen concentration in other silicon single crystals in the same batch can be determined.

例えば、窒素濃度既知のシリコン単結晶が1本あれば、該シリコン単結晶の引上げ後の残融液中の窒素濃度を求めることができ、そこから次に引き上げるシリコン単結晶に含まれる窒素濃度を求めることができる。窒素濃度既知のシリコン単結晶がバッチの途中で作製されたものであれば、同様にしてそれ以前に引上げたシリコン単結晶の窒素濃度も求めることができる。
このように、低酸素濃度領域のシリコン単結晶中の窒素濃度を評価し、それからさらに他のシリコン単結晶中の窒素濃度の評価を効率良く行うことができる。
For example, if there is one silicon single crystal with a known nitrogen concentration, the nitrogen concentration in the residual melt after pulling up the silicon single crystal can be determined, and the nitrogen concentration contained in the silicon single crystal to be pulled up next is determined from there. Can be sought. If a silicon single crystal with a known nitrogen concentration is produced in the middle of a batch, the nitrogen concentration of the silicon single crystal pulled before that can be similarly determined.
Thus, the nitrogen concentration in the silicon single crystal in the low oxygen concentration region can be evaluated, and then the nitrogen concentration in another silicon single crystal can be evaluated efficiently.

なお、1本のシリコン単結晶の結果から複数のシリコン単結晶の窒素濃度を求めると誤差が生じやすいとも考えられるが、窒素は偏析係数がおよそ0.0007と小さく、シリコン融液中の窒素がほとんど蒸発しないため、メルトに残留する窒素量は計算と実測で差が生じにくいと言える。   In addition, it is considered that an error is likely to occur when the nitrogen concentration of a plurality of silicon single crystals is obtained from the result of one silicon single crystal, but nitrogen has a segregation coefficient as small as about 0.0007, Since it hardly evaporates, it can be said that there is little difference between the amount of nitrogen remaining in the melt between the calculation and the actual measurement.

以上のように、従来では低酸素濃度結晶において簡便な窒素濃度の評価方法が存在していなかったが、本発明の評価方法であれば、NNペア由来のピークの検出によって、NNOやNNOO由来のピークの検出の必要もなく、簡便かつ直接的に低酸素濃度領域の窒素濃度を評価することができる。しかも従来では検出下限とされていた1×1014/cm以下の低窒素濃度でも評価可能である。
また窒素の偏析の計算を利用して、シリコン単結晶全体、さらにはマルチプリング法における他のシリコン単結晶中の窒素濃度をも簡便に評価することが可能である。
As described above, there has conventionally not been a simple nitrogen concentration evaluation method for low oxygen concentration crystals. However, if the evaluation method of the present invention is used, the detection of peaks derived from NN pairs can detect NNO or NNOO-derived peaks. There is no need to detect a peak, and the nitrogen concentration in the low oxygen concentration region can be evaluated easily and directly. Moreover, evaluation is possible even at a low nitrogen concentration of 1 × 10 14 / cm 3 or less, which was conventionally set as the lower limit of detection.
In addition, by utilizing the calculation of nitrogen segregation, it is possible to easily evaluate the nitrogen concentration in the entire silicon single crystal and also in other silicon single crystals in the multiple pulling method.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
本発明のシリコン単結晶中の窒素濃度の評価方法を実施した。なお、シリコン単結晶の作製には図2のシリコン単結晶引上げ装置を用いた。
窒化膜付きシリコンウェーハをドープ剤として原料中に投入し、CZ法で低酸素濃度領域を有する窒素ドープシリコン単結晶を引き上げた。そのシリコン単結晶の低酸素濃度領域からサンプルa、bを切り出した。また別の窒素ノンドープシリコン単結晶からリファレンスR1を用意した。
サンプルa、b、リファレンスR1において、それぞれの酸素濃度は3.0×1017、2.6×1017、3.8×1017atoms/cmであり、導電型はすべてN型、抵抗率はそれぞれ56、43、39Ωcm、厚さはすべて1.9mmである。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Example 1)
The evaluation method of the nitrogen concentration in the silicon single crystal of the present invention was carried out. The silicon single crystal pulling apparatus shown in FIG. 2 was used for the production of the silicon single crystal.
A silicon wafer with a nitride film was introduced as a dopant into the raw material, and a nitrogen-doped silicon single crystal having a low oxygen concentration region was pulled up by the CZ method. Samples a and b were cut out from the low oxygen concentration region of the silicon single crystal. Reference R1 was prepared from another nitrogen non-doped silicon single crystal.
In samples a and b and reference R1, the respective oxygen concentrations were 3.0 × 10 17 , 2.6 × 10 17 , 3.8 × 10 17 atoms / cm 3 , and the conductivity type was all N-type and resistivity Are 56, 43, and 39 Ωcm, respectively, and the thicknesses are all 1.9 mm.

そして赤外吸収測定を用いて各サンプルを測定し、リファレンスとの差スペクトルを取得した。
963cm−1に現れるNNペア由来のピーク強度(吸光度)は、サンプルa、bについてそれぞれ3.4×10−5、7.3×10−5となり、Lambert−Beer則に従って求めた吸収係数αはそれぞれ4.1×10−4、8.7×10−4cm−1となった。そして換算係数1.83×1017を用いると、それぞれの窒素濃度を7.6×1013、1.6×1014/cmと求めることができた。
And each sample was measured using the infrared absorption measurement, and the difference spectrum with a reference was acquired.
The peak intensity (absorbance) derived from the NN pair appearing at 963 cm −1 is 3.4 × 10 −5 and 7.3 × 10 −5 for samples a and b, respectively, and the absorption coefficient α determined according to the Lambert-Beer rule is The results were 4.1 × 10 −4 and 8.7 × 10 −4 cm −1 , respectively. When the conversion factor of 1.83 × 10 17 was used, the respective nitrogen concentrations could be obtained as 7.6 × 10 13 and 1.6 × 10 14 / cm 3 .

このようにサンプルaにおいては、検出ができないと考えられていた10の13乗台の低濃度の窒素が検出できたことになる。
また、原料の窒化膜に含まれる窒素原子数からa、bの窒素濃度を計算で求めたところ、それぞれ3.6×1013、7.2×1013/cmとなった。
Thus, in sample a, 10 to the 13th power level of low-concentration nitrogen, which was thought to be undetectable, could be detected.
Further, the nitrogen concentrations of a and b were calculated from the number of nitrogen atoms contained in the starting nitride film, and were found to be 3.6 × 10 13 and 7.2 × 10 13 / cm 3 , respectively.

これらの結果をプロットしたものを図4に示す。横軸にドープ剤原料から計算で求めた窒素濃度をとり、縦軸に本発明の方法による赤外吸収測定での窒素濃度をとっている。
計算値と赤外吸収測定値では絶対値の差異はあるものの、計算値と測定値の傾向は同様であった。2点はほぼ比例関係を示しており、本発明の評価方法による定量性は十分あると言える。
なお絶対値の差異に関しては、必要に応じてさらに種々のサンプルについて本発明による測定値と計算値との関連を調査し、キャリブレーションを適宜行ったり、換算するなどして調整することができる。
A plot of these results is shown in FIG. The horizontal axis represents the nitrogen concentration calculated from the dopant material, and the vertical axis represents the nitrogen concentration in the infrared absorption measurement by the method of the present invention.
Although there was a difference in absolute value between the calculated value and the infrared absorption measurement value, the tendency of the calculated value and the measurement value was the same. The two points show a substantially proportional relationship, and it can be said that the quantitativeness by the evaluation method of the present invention is sufficient.
Note that the difference in absolute value can be adjusted by examining the relationship between the measured value and the calculated value according to the present invention for various samples as necessary, and performing appropriate calibration or conversion.

(比較例1)
実施例1と同様に窒化膜付きシリコンウェーハをドープ剤として原料中に投入し、CZ法で窒素ドープシリコン単結晶を引き上げた。そのシリコン単結晶からサンプルc、dを切り出し、また別の窒素ノンドープシリコン単結晶からリファレンスR2を用意した。
サンプルc、d、リファレンスR2において、それぞれの酸素濃度は11.7×1017、11.5×1017、12.1×1017atoms/cmであり、導電型はすべてP型、抵抗率はそれぞれ24、20、24Ωcmであり、厚さはすべて1.9mmである。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1, a silicon wafer with a nitride film was introduced into the raw material as a dopant, and the nitrogen-doped silicon single crystal was pulled up by the CZ method. Samples c and d were cut out from the silicon single crystal, and a reference R2 was prepared from another nitrogen non-doped silicon single crystal.
In the samples c and d and the reference R2, the respective oxygen concentrations are 11.7 × 10 17 , 11.5 × 10 17 , 12.1 × 10 17 atoms / cm 3 , the conductivity type is all P-type, and the resistivity Are 24, 20 and 24 Ωcm, respectively, and the thicknesses are all 1.9 mm.

そして、赤外吸収測定を用いて各サンプルを測定し、リファレンスとの差スペクトルを取得した。
963cm−1に現れるNNペア由来のピーク強度(吸光度)を求めると、サンプルcではピークを検出することができず、サンプルdでは4.9×10−5となった。換算係数1.83×1017を用いて求めたサンプルdの窒素濃度は1.1×1014/cmだった。
また、ドープ剤原料から計算で求めたサンプルc、dの窒素濃度はそれぞれ3.0×1013、6.3×1013/cmであった。
And each sample was measured using the infrared absorption measurement, and the difference spectrum with a reference was acquired.
When the peak intensity (absorbance) derived from the NN pair appearing at 963 cm −1 was obtained, the peak could not be detected in sample c, and it was 4.9 × 10 −5 in sample d. The nitrogen concentration of sample d obtained using a conversion factor of 1.83 × 10 17 was 1.1 × 10 14 / cm 3 .
Moreover, the nitrogen concentration of the samples c and d obtained by calculation from the dopant material was 3.0 × 10 13 and 6.3 × 10 13 / cm 3 , respectively.

このように、原料から計算した窒素濃度は実施例1のサンプルa、比較例1のサンプルcにおいて同程度だが(3.6×1013、3.0×1013/cm)、サンプルcでは酸素濃度が6.0×1017atoms/cmを超えているために、その10の13乗台の低濃度の窒素を検出することができなかった。 Thus, the nitrogen concentration calculated from the raw material is similar in the sample a of Example 1 and the sample c of Comparative Example 1 (3.6 × 10 13 , 3.0 × 10 13 / cm 3 ), but in the sample c, Since the oxygen concentration exceeded 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 , it was not possible to detect the low concentration of nitrogen in the 10 13th range.

また、図5にサンプルc、dの結果を示す。なお、比較のために図5には実施例1のサンプルa、bの結果も併せて示した。
サンプルcはピークを検出できなかったので測定値は0/cmとなっている。
また、実施例1のサンプルa、bの2点に比べ、サンプルdは赤外吸収から求めた窒素濃度が計算値よりも低くなっている。これも、図7と同様、サンプルdのような通常酸素濃度ではNOドナーが多量に発生し、低酸素濃度結晶に比べるとNNペアの量が少ないことを裏付けるデータとなっている。
FIG. 5 shows the results of samples c and d. For comparison, FIG. 5 also shows the results of samples a and b of Example 1.
Since the peak of sample c could not be detected, the measured value was 0 / cm 3 .
Compared to the two points of samples a and b of Example 1, sample d has a nitrogen concentration obtained from infrared absorption lower than the calculated value. Similarly to FIG. 7, this is data supporting that a large amount of NO donor is generated at the normal oxygen concentration as in the sample d and the amount of NN pairs is smaller than that of the low oxygen concentration crystal.

(比較例2)
酸素濃度が7×1017atoms/cmである以外は比較例1と同様にして、サンプルeを用意して窒素濃度について調査を行ったところ、サンプルdと同様に、実施例1のサンプルa、bの2点に比べ、赤外吸収から求めた窒素濃度が計算値から低くなっていた。これもNNペアの量が少ないためと考えられる。
(Comparative Example 2)
Sample e was prepared and the nitrogen concentration was investigated in the same manner as in Comparative Example 1 except that the oxygen concentration was 7 × 10 17 atoms / cm 3. Sample A in Example 1 was examined in the same manner as Sample d. The nitrogen concentration obtained from the infrared absorption was lower than the calculated value, compared with the two points b and b. This is also because the amount of NN pairs is small.

なお、前述した特許文献2に示される方法では、低窒素濃度を精度よく定量するには酸素濃度を高くする必要があると考えられる。それに対して、上記比較例では高酸素濃度の場合は低窒素濃度の定量ができなくなっており、一見矛盾している。
これは、各方法が検出する窒素の形態が異なることによる。特許文献2では熱処理前後の抵抗率の変化からNOドナーを間接的に定量しており、シリコン単結晶中の酸素濃度が高いほどNOドナー生成量も多くなるので、感度が高くなると考えられる。
In the method disclosed in Patent Document 2 described above, it is considered necessary to increase the oxygen concentration in order to accurately quantify the low nitrogen concentration. On the other hand, in the above comparative example, when the oxygen concentration is high, the low nitrogen concentration cannot be quantified, which is seemingly contradictory.
This is because the form of nitrogen detected by each method is different. In Patent Document 2, NO donors are indirectly quantified from the change in resistivity before and after the heat treatment, and the higher the oxygen concentration in the silicon single crystal, the greater the amount of NO donors generated, which is considered to increase the sensitivity.

それに対して、本発明の方法ではNNペアを検出することで定量を行う。前述の通り窒素はシリコン単結晶中でいくつかの種類の形態をとるが、その形態には酸素を含まないNNペアと酸素を含む他の形態があり、シリコン単結晶中の酸素濃度によりその存在比率が変化すると考えられる。よって、NNペアによる定量方法では、高酸素濃度の場合は窒素濃度の検出感度は低いが、低酸素濃度の条件下では窒素濃度の検出感度が高まり、酸素濃度を6.0×1017atoms/cm以下にすると高感度の窒素濃度の定量が可能になる。 On the other hand, in the method of the present invention, quantification is performed by detecting NN pairs. As mentioned above, nitrogen takes several types of forms in a silicon single crystal, but there are NN pairs that do not contain oxygen and other forms that contain oxygen, and the presence of nitrogen depends on the oxygen concentration in the silicon single crystal. The ratio will change. Therefore, in the quantification method using the NN pair, the detection sensitivity of the nitrogen concentration is low when the oxygen concentration is high, but the detection sensitivity of the nitrogen concentration is increased under the low oxygen concentration condition, and the oxygen concentration is reduced to 6.0 × 10 17 atoms / If it is less than cm 3 , highly sensitive determination of nitrogen concentration becomes possible.

(実施例2)
本発明の評価方法を実施した。低酸素濃度領域の窒素濃度からシリコン単結晶全体の窒素濃度を求めた。なお、ここでは以下のように代表して6つの箇所について求めた。
まず、窒化膜付きシリコンウェーハをドープ剤として原料中に投入し、CZ法で窒素ドープシリコン単結晶を引き上げた。その際、シリコン単結晶の直胴部の全域で酸素濃度が6.0×1017atoms/cm以下になるように作製した。そして、作製したインゴットのコーン側からの直胴位置20、45、70、95、120、150cmの6箇所でサンプルを切り出し、各位置の酸素濃度を測定したところ、すべて3.0×1017〜3.8×1017atoms/cmの範囲内であった。
(Example 2)
The evaluation method of the present invention was carried out. The nitrogen concentration of the entire silicon single crystal was determined from the nitrogen concentration in the low oxygen concentration region. In addition, here, it calculated | required about six places on behalf of the following.
First, a silicon wafer with a nitride film was introduced into the raw material as a dopant, and the nitrogen-doped silicon single crystal was pulled up by the CZ method. At that time, the silicon single crystal was fabricated so that the oxygen concentration was 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less in the entire region of the straight body of the silicon single crystal. And when the sample was cut out at six locations of the straight cylinder positions 20, 45, 70, 95, 120, and 150 cm from the cone side of the produced ingot and the oxygen concentration at each position was measured, all were 3.0 × 10 17 to It was within the range of 3.8 × 10 17 atoms / cm 3 .

次に直胴20cmの部位の窒素濃度を赤外吸収測定(NNペアについて)で求めたところ、6.2×1013/cmと求められた。この値から、窒素の偏析係数を0.0007として計算した偏析の理論曲線を求めた。
図6に、直胴長さの位置に対する、直胴20cmの部位の窒素濃度と理論曲線を示すとともに、他の部位(45、70、95、120、150cm)の窒素濃度についても測定値を併せて示した。
Next, when the nitrogen concentration in the portion of the straight cylinder of 20 cm was determined by infrared absorption measurement (about NN pair), it was determined to be 6.2 × 10 13 / cm 3 . From this value, a theoretical curve of segregation calculated with a segregation coefficient of nitrogen of 0.0007 was obtained.
FIG. 6 shows the nitrogen concentration and theoretical curve of the part of the straight cylinder 20 cm with respect to the position of the straight cylinder length, and also the measured values for the nitrogen concentration of other parts (45, 70, 95, 120, 150 cm). Showed.

図6に示すように、他の部位における窒素濃度は偏析の理論値と近い値を示していることが分かる。したがって、偏析の計算からシリコン単結晶全体の窒素濃度を十分に推定することが可能であることが確認できた。   As shown in FIG. 6, it can be seen that the nitrogen concentration at other sites is close to the theoretical value of segregation. Therefore, it was confirmed that the nitrogen concentration of the entire silicon single crystal can be sufficiently estimated from the segregation calculation.

(実施例3)
本発明の評価方法を実施した。
初期メルト重量200kg、引上げ結晶重量150kg、リチャージ原料重量150kgという条件で、マルチプリング法により直径200mmシリコン単結晶を3本引上げた。
このとき、窒素ドープ剤を投入したのは1本目の引上げ前の原料溶融時のみであり、リチャージ時に追加の窒素ドープ剤投入は行っていない。シリコン単結晶引上げ中の操業条件は実施例2と同じである。各インゴットの直胴100、150cmの部位からサンプルを切り出し、インゴット各点の酸素濃度を測定したところ、すべて2.9〜3.6×1017atoms/cmの範囲内であった。
(Example 3)
The evaluation method of the present invention was carried out.
Three silicon single crystals having a diameter of 200 mm were pulled by a multiple pulling method under the conditions of an initial melt weight of 200 kg, a pulling crystal weight of 150 kg, and a recharge raw material weight of 150 kg.
At this time, the nitrogen dopant was introduced only when the raw material was melted before the first pulling, and no additional nitrogen dopant was introduced during recharging. The operating conditions during pulling of the silicon single crystal are the same as in Example 2. When a sample was cut out from a portion of the straight body 100, 150 cm of each ingot and the oxygen concentration at each point of the ingot was measured, all were in the range of 2.9 to 3.6 × 10 17 atoms / cm 3 .

まず、1本目の直胴150cmの部位の赤外吸収測定(NNペアについて)を行ったところ、窒素濃度が1.5×1014/cmと求められた。
この定量値から、同じ1本目のシリコン単結晶の100cmの部位や、他の2本目、3本目のシリコン単結晶のサンプル切り出し位置(100、150cm)の窒素濃度を計算により求めた。続いて実際に各位置の窒素濃度について、赤外吸収測定(NNペアについて)を行って求めた。この結果を表1に示す。
First, when the infrared absorption measurement (about NN pair) of the first straight body of 150 cm was performed, the nitrogen concentration was determined to be 1.5 × 10 14 / cm 3 .
From this quantitative value, the nitrogen concentration at the 100 cm portion of the same first silicon single crystal and the sample cutting positions (100, 150 cm) of the other second and third silicon single crystals was obtained by calculation. Subsequently, the nitrogen concentration at each position was actually determined by performing infrared absorption measurement (for NN pairs). The results are shown in Table 1.

Figure 0005842765
Figure 0005842765

表1に示すように、測定値と計算値はほぼ同じ値になることが確認された。したがって、マルチプリング法においては、1本のシリコン単結晶の低酸素濃度領域の窒素濃度から、他のシリコン単結晶中の窒素濃度を十分に推定することが可能であることが確認できた。   As shown in Table 1, it was confirmed that the measured value and the calculated value were almost the same value. Therefore, in the multiple pulling method, it was confirmed that the nitrogen concentration in another silicon single crystal can be sufficiently estimated from the nitrogen concentration in the low oxygen concentration region of one silicon single crystal.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

1…シリコン単結晶引上げ装置、 2…引上げ室、 3…ルツボ、
4…ヒータ、 5…ルツボ保持軸、 6…種結晶、 7…シードチャック、
8…ワイヤ、 9…断熱材、 10…シリコン単結晶、
10a…コーン部、 10b…直胴部、 10c…テール部、
11…シリコン融液、 12…低酸素濃度領域。
1 ... silicon single crystal pulling device, 2 ... pulling chamber, 3 ... crucible,
4 ... heater, 5 ... crucible holding shaft, 6 ... seed crystal, 7 ... seed chuck,
8 ... wire, 9 ... insulating material, 10 ... silicon single crystal,
10a ... cone portion, 10b ... straight barrel portion, 10c ... tail portion,
11 ... silicon melt, 12 ... low oxygen concentration region.

Claims (5)

チョクラルスキー法により作製した窒素ドープシリコン単結晶中の窒素濃度を評価する方法であって、
前記シリコン単結晶を作製するとき、酸素濃度が6.0×1017atoms/cm以下の低酸素濃度領域を有するシリコン単結晶を作製し、
該低酸素濃度領域のシリコン単結晶に対し、酸素ドナーを消去するための熱処理を予め施さずに、赤外吸収分光法により、NNペア、NNO、NNOO由来のピークのうち、NNペア由来のピークのみを検出し、該検出結果から窒素濃度を評価することを特徴とするシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法。
A method for evaluating the nitrogen concentration in a nitrogen-doped silicon single crystal produced by the Czochralski method,
When producing the silicon single crystal, a silicon single crystal having a low oxygen concentration region having an oxygen concentration of 6.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less is produced.
The silicon single crystal in the low oxygen concentration region is not subjected to a heat treatment for eliminating the oxygen donor in advance, and the peak derived from the NN pair among the peaks derived from the NN pair, NNO, and NNOO by infrared absorption spectroscopy. A method for evaluating a nitrogen concentration in a silicon single crystal, wherein only the nitrogen is detected and the nitrogen concentration is evaluated from the detection result.
前記低酸素濃度領域における窒素濃度の評価により、1×1014/cm以下の窒素濃度を評価することを特徴とする請求項1に記載のシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法。 2. The method for evaluating a nitrogen concentration in a silicon single crystal according to claim 1, wherein a nitrogen concentration of 1 × 10 14 / cm 3 or less is evaluated by evaluating a nitrogen concentration in the low oxygen concentration region. 前記低酸素濃度領域において評価した窒素濃度から、窒素の偏析の計算により前記シリコン単結晶全体の窒素濃度を評価することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法。   3. The nitrogen in the silicon single crystal according to claim 1, wherein the nitrogen concentration of the entire silicon single crystal is evaluated by calculation of nitrogen segregation from the nitrogen concentration evaluated in the low oxygen concentration region. 4. Concentration evaluation method. 前記シリコン単結晶をマルチプリング法により作製し、
前記低酸素濃度領域のシリコン単結晶に対して評価した窒素濃度から、マルチプリング法により作製した他のシリコン単結晶中の窒素濃度を評価することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法。
The silicon single crystal is produced by a multiple pulling method,
4. The nitrogen concentration in another silicon single crystal produced by a multiple pulling method is evaluated from the nitrogen concentration evaluated for the silicon single crystal in the low oxygen concentration region. The method for evaluating a nitrogen concentration in a silicon single crystal according to claim 1.
前記低酸素濃度領域を、前記シリコン単結晶のコーン部、直胴部、テール部のいずれか1以上に形成することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法。 The low oxygen concentration region, the cone portion of the silicon single crystal, the straight body portion, the silicon according to any one of claims 4 to claims 1, characterized in that formed on any one or more of the tail portion Method for evaluating nitrogen concentration in a single crystal.
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