JP6419811B2 - インゴットにおけるウェハの位置を決定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハの評価技術に関し、特に、該ウェハの起源となるインゴットにおけるウェハの元の位置を決定する方法に関するものである。

半導体インゴットが結晶化された後、このインゴットは複数のウェハまたは基板に切り出される。これらのウェハは、集積回路または太陽電池の製作において使用されるためにバッチ単位で販売される。

このような構成部品の製造メーカは、製作プロセスを通してウェハをモニタするための識別方法を用意する。これらの方法は、適切な管理ソフトウェアツールと共同して、ウェハまたは対応するバッチ（ｂａｔｃｈ）に関する情報、例えば、製作工程の履歴のアカウントに関する情報を記録することを可能にする。

一般に、集積回路または太陽電池のメーカは、インゴットにおけるウェハの元の位置については全く知らない。この情報は、本質的に経済的理由およびトレーサビリティの理由により、インゴット・メーカによって伝えられない。しかし、欠陥および不純物は半導体インゴット中に一様に分布されないので、この情報はウェハのユーザのために極めて重要である。例えば、インゴットが引き上げられるときに最初に凝固するインゴットの最上部は大量の酸素を含む。最後に凝固するインゴットの最下部は金属不純物が豊富である。その結果、ウェハの電気的および機械的特性は、インゴットの１つの部分から別の部分までの間でかなり変化することになる。

現在のところ、インゴットにおけるウェハの最初の位置は、インゴット・メーカからの教示が無くては決定され得ない。そのような情報が利用できるときでも、そのような情報は部分的であるかも知れず、または、誤っていることさえあるかも知れない。

したがって、半導体材料から作られたインゴットにおけるウェハの元の位置を次々に決定する方法を提供するための要件が存在する。

本発明によれば、この要件は、次のステップを提供することによって満たされることになる。

上記ステップは、
ウェハの１つの領域における格子間酸素濃度を測定するステップ、
インゴットの事前の凝固の間にウェハの前記領域に形成される熱ドナーの濃度を測定するステップ、
インゴットの凝固が起こったときにウェハが受けた熱ドナー形成アニール（ａｎｎｅａｌ）の実効時間を熱ドナー濃度および格子間酸素濃度から決定するステップ、および、
インゴットにおけるウェハの元の位置を実効時間から決定するステップである。

本発明の一発展形態によれば、熱ドナー濃度は、熱ドナーを消滅させるために実行される熱処理の前後にウェハの前記領域で測定される２つの抵抗率の値から決定される。

上記の発展形態と両立できる他の一発展形態によれば、格子間酸素濃度は、付加的な熱ドナー形成アニールの前後にウェハの前記領域で測定される２つの抵抗率の値から決定される。

本発明の好適な一実施形態においては、熱ドナー消滅熱処理は、付加的な熱ドナー形成アニールの後に実行される。

ウェハの元の位置は、以下のステップによって確立されるアバカス（ａｂａｃｕｓ）によって決定され得る。

上記のステップは、
同じインゴットを起源とする複数のウェハを選択するステップ、
各ウェハごとに前記実効時間の値を決定するステップ、
事前に決定された実効時間の値の組から実効時間の最小値と最大値に対応する２つの点をアバカス上に設定するステップ、および、
２つの点の間に直線をプロットするステップである。

最小および最大実効時間値は、好適には、インゴットの全高の５％および８５％に等しい元の位置に関連している。

その他の利点および特徴は、非限定的な例としての目的のためだけに与えられ添付の図面によって図示される特定の実施形態の以下の説明から、より明らかになるであろう。

インゴットの脚部（ｆｏｏｔ）の凝固が起こる時の、該インゴットの頭部（ｈｅａｄ）および脚部の温度の変化を示す図である。 その母体のインゴットにおける半導体ウェハの元の位置を決定する方法のステップを示す図である。 図２のステップＦ３で計算される等価なアニール時間に対して、そのインゴットにおけるウェハの相対位置を与えるアバカスの図である。 図２のステップＦ１の好適な実施形態を示す図である。 図２のステップＦ２の好適な実施形態を示す図である。

従来の結晶化技術によって、例えば、単結晶シリコンのためのチョクラルスキー・プロセスおよび多結晶シリコンのためのブリッジマン・プロセスによって得られるシリコン・インゴットは酸素を含む。酸素原子は、特に、（１または複数の）結晶格子における格子間位置を占める。

シリコンの結晶化の間、インゴットの温度は緩やかに低下して、１４１４°Ｃ（シリコンの融解温度）から周囲温度（約２５°Ｃ）へ下がる。しかし３５０°Ｃと５００°Ｃとの間で、格子間位置の酸素は、熱ドナー（ＴＤ：Ｔｈｅｒｍａｌ ｄｏｎｏｒｓ）と称されるクラスタを形成する。熱ドナーには、自由電子を生成するという特殊性がある。したがって、熱ドナーにはドーピングの性質があり、シリコンの電気的特性に影響する。

したがって、熱ドナーは凝固終了後のインゴット内に存在し、結果として、このインゴットを起源とするウェハ内に存在する。しかし、熱ドナー濃度は、インゴットの高さに亘って均一でない。これは、インゴットの異なる部分が同じ速度で冷やされず、同じ格子間酸素含有量を有しないという事実による。

図１は、引き上げがチョクラルスキー法によって実行されるときのシリコン・インゴットの上端部および下端部の温度プロファイルを示す。インゴットの頭部と称される上端部の温度曲線は破線によって示され、他方、インゴットの脚部と称される下端部の温度曲線は直線によって示される。

図１で例示されるように、インゴットの頭部の温度は、時間と共に、インゴットの脚部の温度より緩やかに低下する。実際、インゴットの最上部の凝固の後、引き上げの間中、インゴットの最上部は、依然として、形成されたインゴットのボディを介して溶融シリコン槽と熱交換している状態のままである。他方、引き上げの最後には最下部は凝固し、それから、インゴットは槽から取り出される。このことは、インゴットの脚部の温度がより速く低下する理由を説明する。

これらの異なる冷却速度（ｋｉｎｅｔｉｃｓ）のために、インゴットの頭部は、インゴットの脚部より多くの時間を、熱ドナーの形成に対応する温度範囲で費やす。図１のインゴットの例においては、インゴットの頭部は（一点鎖線によって示される）３５０°Ｃ〜５００°Ｃの範囲で６００分より長い時間を費やすが、インゴットの脚部はこの範囲内に８０分間とどまるだけである。

シリコン・インゴットの中間部、すなわち、頭部と脚部の間に位置する中間部は、２本の曲線の間に含まれる速度の温度低下が見て取れる。したがって、これらの部分が３５０°Ｃ〜５００°Ｃの範囲に含まれる温度を有する時間は８０分〜６００分の間にある。

したがって、インゴットの一部分の凝固の間の熱ドナーの実効形成時間ｔ_ｅｆｆは、インゴットにおけるこの部分の位置ｈに依存する。脚部または頭部がインゴットにおける位置の原点と考えられるかどうかに従って、関数ｔ_ｅｆｆ（ｈ）が正確に増加または減少していることが更に観察される。言い換えると、時間ｔ_ｅｆｆとインゴットにおける位置ｈとの間に全単射関係が存在し、インゴットの各々の部分に対応する単一の時間ｔ_ｅｆｆが存在する。

この観察は、インゴットにおけるシリコン・ウェハの起源を決定するために、以下において適用される。（３５０°Ｃと５００°Ｃとの間における）熱ドナーの実効形成時間ｔ_ｅｆｆは、最初にウェハに存在する熱ドナー濃度および格子間酸素濃度の読み値から決定される。

図２は、このシリコン・ウェハ位置決定方法のステップＦ１〜Ｆ４を示す。

Ｆ１において、［Ｏ_ｉ］で示す格子間酸素濃度は、ウェハの少なくとも１つの領域において決定される。濃度［Ｏ_ｉ］は、特に、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）またはフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ：Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって測定され得る。後者の技術は、赤外線放射の波長に対する半導体材料の赤外線放射の吸収の測定を可能にする。格子間酸素がこの吸収に寄与するので、この吸収測定から濃度［Ｏ_ｉ］を推定し得る。

ステップＦ２は、ウェハの１または複数の同じ領域において最初の熱ドナー濃度［ＴＤ］_ｉを決定することにある。前述のように、これらの熱ドナーは、インゴットの３５０°Ｃと５００°Ｃとの間の冷却の間に生じた。

熱ドナーもまた赤外線放射の吸収に対して影響を有するので、濃度［ＴＤ］_ｉを測定するために、再び、ＦＴＩＲ技術が使用され得る。酸素と同様に、熱ドナーは吸収スペクトルに特徴的なピークを現れさせる。各ピークに熱ドナーのファミリーが対応する（全体で１６のファミリーが特定されており、全てが同じドナーの振舞いを有する）。熱ドナー濃度［ＴＤ］_ｉは、吸収ピークの振幅を変換することによって、そして、得られた値を加算することによって計算される。

このように、ステップＦ２が完了すると、１対または複数対の［Ｏ_ｉ］および［ＴＤ］_Ｉの値が定められた。

ステップＦ３において、濃度［ＴＤ］_ｉの熱ドナーの形成を可能にした３５０°Ｃと５００°Ｃとの間の熱処理の実効時間ｔ_ｅｆｆは、酸素含有量［Ｏ_ｉ］から決定される。

実効時間ｔ_ｅｆｆは、好適には、文献、「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｏｎｏｒｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ」、Ｗｉｊａｒａｎａｋｕｌａ Ｃ．Ａ．ほか、Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ５９（１３）、１６０８ページ、１９９１から取得される関係によってステップＦ１およびＦ２で測定される［Ｏ_ｉ］および［ＴＤ］_ｉの値から計算される。この文献は、４５０°Ｃにおけるアニールによるシリコン内の熱ドナーの形成速度を記載する。

ここで、時間ｔ_ｅｆｆは、［Ｏ_ｉ］に等しい酸素濃度から、［ＴＤ］_ｉに等しい熱ドナー濃度を得るために用いられねばならなかった４５０°Ｃにおけるアニールの継続時間に等価と考えられる。

前述の文献によれば、濃度［ＴＤ］_ｉ、濃度［Ｏ_ｉ］、および、４５０°Ｃにおけるアニールの時間ｔは、以下の関係によって結びつけられる。
ここで、Ｄｏは、４５０°Ｃにおける格子間酸素の拡散係数（Ｄｏ＝３．５＊１０^−１９ｃｍ^２／ｓ）である。

このように計算される等しい時間ｔは、実効時間ｔ_ｅｆｆ、すなわち、インゴットの凝固が起こった時にウェハが３５０°Ｃ〜５００°Ｃの温度領域において費やした時間の良い近似となる。

４５０°Ｃが熱ドナー形成速度が最も良く記録される温度であるので、時間ｔ_ｅｆｆを計算するために、上記の関係（１）は特に有利である。４５０°Ｃにおけるアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）は、得られる最大濃度と熱ドナー形成速度との間に良好なトレードオフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）状態を生じさせるので、４５０°Ｃのアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）は多くの研究の対象となってきた。

或いは、実効時間ｔ_ｅｆｆは、酸素濃度［Ｏ_ｉ］の異なる値について熱ドナー濃度［ＴＤ］_ｉと４５０°Ｃにおけるアニーリングの時間ｔとの対応を与えるアバカスによって決定され得る。

実効時間ｔ_ｅｆｆは、また、４５０°Ｃとは異なる基準温度に注目して計算され得る。その場合は、関係（１）および複数のアバカスは、特に、文献、「Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｏｎｏｒ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ３５０ ａｎｄ ５００°Ｃ」、Ｌｏｎｄｏｓ Ｃ．Ａ．ほか、Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．６２（１３）、１５２５ページ、１９９３の教示により適応される。この文献もまた、シリコン中の熱ドナーの形成速度を記載するが、３５０°Ｃと５００°Ｃとの間に含まれるアニール温度についての記載である。

最後に、同じシリコン・ウェハについていくつかの対の［Ｏ_ｉ］および［ＴＤ］_ｉの値が利用できるときには、４５０°Ｃにおける平均アニール時間ｔ_ｍｅａｎが計算され得る。その場合、この平均は、実効時間ｔ_ｅｆｆのより良い指標を与える。

図２のステップＦ４は、インゴットにおけるウェハの元の位置ｈを、実効時間ｔ_ｅｆｆを知った上で決定することにある。このために、ｔ_ｅｆｆおよびｈの値の間の全単射関係が実現される。

位置ｈは、関数ｈ（ｔ_ｅｆｆ）を表すアバカスによって決定されることが有利である。そのようなアバカスは、ステップＦ３で計算された実効時間ｔ_ｅｆｆの値に対応するインゴットの位置ｈが容易かつ迅速に読み取られることを可能にする。好適には、このアバカスは、関数ｈ（ｔ_ｅｆｆ）がアフィン関数であるという仮定をして構成される。したがって、アバカスの曲線は、直線である。

アバカスを確立するために、同じインゴットを起源とする複数のウェハが利用可能である。好適には、ウェハは、インゴットに対応するバッチからランダムに取られる。更にまた、しばしば光電池産業のための基板の場合にそうであるように、インゴット由来のウェハは熱ドナーを消滅させる目的の熱処理を受けていなかった。

最初に、濃度［Ｏ_ｉ］および［ＴＤ］_ｉがウェハごとに測定され、次に、異なる実効時間値ｔ_ｅｆｆが計算される。これらのステップは、図１（ステップＦ１〜Ｆ３）に関連して先に記述したように実行され得る。

実効時間値ｔ_ｅｆｆの組のうち、ｔ_{ｅｆｆ（ｍａｘ）}で示される最高値が、最初に凝固する部分、すなわち、インゴットの最上部（頭部）に対応し、ｔ_{ｅｆｆ（ｍｉｎ）}で示される最低値が、最後に凝固する最下部（脚部）に対応すると仮定される。

引き上げ完了後、インゴットの端に位置している最下部および最上部が大量の不純物を含んでいるときは、通常、インゴット・メーカは、インゴットの端に位置している最下部および最上部を取り除く。それらの部分は使用不可であり、したがって、廃棄される。一般に、これらの最下部および最上部は、それぞれ、インゴットの全高の１５％および５％に対応する。

このように、最も高い実効時間値ｔ_{ｅｆｆ（ｍａｘ）}はインゴットにおける全高の約５％の位置に対応し、最も低い実効時間値ｔ_ｅｆｆは、（この比高の原点がインゴットの頭部に対応するとき）インゴットにおける約８５％の位置に対応する。

この仮定から始まって、線ｈ（ｔ_ｅｆｆ）は、２つの点を、１つはインゴットの全高の５％に、他方は８５％に設定することにより、アバカス上にプロットされ得る。このように得られるアバカスは、同様の条件の下で凝固した全てのインゴットについて使用され得る。アバカスは、インゴット・メーカごとに、そして、引上げ法（チョクラルスキー、ブリッジマン…）ごとに有利であるように構成される。操作条件がインゴットの冷却プロファイルを変えるほど十分に異なるならば、同じ引き上げ技術と同じメーカのためにいくつかのアバカスが必要であるかもしれない。

例示目的で、同じインゴットを起源とする６枚のチョクラルスキー単結晶シリコン・ウェハについて実効時間ｔ_ｅｆｆが測定された。結果は、以下の表１で与えられる。

最大および最小の実効時間値ｔ_ｅｆｆは、それぞれ、ウェハ番号３とウェハ番号６について得られる。したがって、ウェハ３と６は、それぞれ、インゴットの高さの５％と８５％に位置している部分に対応する。

図３は、インゴットの相対位置ｈ対実効時間ｔ_ｅｆｆのグラフである。事前に取得されたｔ_ｅｆｆの２つの値は、２つの点が座標｛ｔ_ｅｆｆ＝１８，ｈ＝０．８５｝および｛ｔ_ｅｆｆ＝２２２，ｈ＝０．０５｝に位置されることを可能にする。これらの２つの端点を用いて、式、ｈ＝−３．９２＊１０^−３＊ｔ_ｅｆｆ＋０．９２１の線が描かれ得る。

この線またはその式は、同じインゴット、または、等価なインゴットを起源とし後に続く如何なるウェハの元の位置ｈでも、このウェハのために計算された実効時間値から計算可能にするであろう。

表１のｔ_ｅｆｆの他の値によって、アフィン関数の仮定が正当化されることを確かめることができる。しかし、このためには、インゴット・メーカにより提供されウェハ１、２、４、および、５の高さの正確な決定を可能にする情報を所有していることが必要である。

メーカ・データによれば、ウェハ１、２、４、および、５の位置ｈは、それぞれ、０．２５３、０．１６２、０．６３６、および、０．５６０に等しい。これらの値を図３のアバカスに転写すると、点が式、ｈ＝−３．９２^＊１０^−３＊ｔ_ｅｆｆ＋０．９２１の線と一致することが観測され得る。したがって、ｈ（ｔ_ｅｆｆ）がアフィン関数であるとの仮定が確かめられる。

このアバカス構成方法は、実現することが迅速かつ容易である。より高い精度のためには、インゴットの端に効果的に対応する最大値および最小値に可能な限り近づけるために多数のウェハを選択することが好適である。図１において、約１０に等しい因数が、インゴットの脚部の実効時間とインゴットの頭部の実効時間との間に存在する。実際には、比率、ｔ_{ｅｆｆ（ｍａｘ）}／ｔ_{ｅｆｆ（ｍｉｎ）}が約１０に達するとき、測定されるウェハの数は十分であると考えられるであろう。

濃度［Ｏ_ｉ］および［ＴＤ］_ｉを測定するためにステップＦ１およびＦ２で使用されるＦＴＩＲ技術は３００μｍより大きい厚さのウェハを必要とし、更に、光学的に研磨された表面状態（「鏡面」仕上げ）および完全に平行な表面を必要とする。したがって、ダイシングから直接作られ２００μｍ未満の厚さを有する基板を使用する光電池産業には、この技術は適さない。更にまた、［ＴＤ］_ｉを決定するためのＦＴＩＲ測定は、フォノンの吸収に起因するバックグラウンド・ノイズを減らすために、通常、極低温（４Ｋ）で実行される。したがって、この技術を大規模に適用することは難しい。

こうして、ＦＴＩＲ技術の欠点を取り除くために、濃度［Ｏ_ｉ］および［ＴＤ］_ｉを決定するための代わりの技術が実施された。ステップＦ１およびＦ２のこれらの変形は、図４および図５と関連して以下に記述される。

したがって、図４は、格子間酸素濃度［Ｏ_ｉ］を決定するための別の技術を示す。この技術は、これもまた熱ドナーの形成に基づくが、シリコン・ウェハの酸素マッピングについてフランス特許ＦＲ２９６４４５９に詳述されている。

図４において、濃度［Ｏ_ｉ］を決定するステップＦ１は、いくつかのサブステップＦ１０〜Ｆ１４に分割される。Ｆ１０においては、シリコン・ウェハの領域の初期電気抵抗率ρ_１が測定される。抵抗率ρ_１については、全ては元々ウェハ内に（熱ドナーについては濃度［ＴＤ］_ｉで）存在する、熱ドナー、および、他のドーパント（例えば、ｐ型ドープのウェハの場合のホウ素原子）を考慮に入れる。
上記の式で、ｑは電気素量（ｑ＝１．６^＊１０^−１９Ｃ）、そして、［Ｂ］はドーパント濃度（例えば、ホウ素）である。μは、特許ＦＲ２９６４４５９の教示によって、ドーパント濃度［Ｂ］に加えて濃度［ＴＤ］_ｉに依存する電荷キャリアの移動度を示す。

それから、付加的な熱ドナーを形成するべく、ウェハはアニーリングを受ける（サブステップＦ１１）。このアニーリングの温度は、好適には３５０°Ｃと５００°Ｃとの間に含まれ、例えば、４５０°Ｃである。アニール時間は約１０分から２、３時間まで変えることができる。このアニーリングの目的は、インゴットの凝固の間に形成される熱ドナーに加えて、新しい熱ドナーを作ることである。

アニーリングＦ１１の後に、好適にはウェハの同じ領域において、電気抵抗率の新しい値ρ_２が測定される（サブステップＦ１２）。抵抗率ρ_１およびρ_２は、例えば、四点プローブ法（ｆｏｕｒ−ｐｏｉｎｔ ｐｒｏｂｅｓ ｍｅｔｈｏｄ）、ファンデルパウ法（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ ｍｅｔｈｏｄ）、または、フーコー電流（Ｆｏｕｃａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）によって測定される。

Ｆ１１においてアニールが実行されたとき、抵抗率の変化ρ_２−ρ_１は新しい熱ドナーの形成に起因している。抵抗率の値ρ_１およびρ_２は、熱ドナー濃度［ＴＤ］_４５０がサブステップＦ１３で計算されることを可能にする。

より詳しくは、抵抗率ρ_２は以下のように記述される。
この式において、抵抗率ρ_１の式と比較すると、アニールＦ１１の間に形成される熱ドナーの濃度［ＴＤ］_４５０が初期熱ドナー濃度［ＴＤ］_ｉに加えられている。

特許ＦＲ２９６４４５９におけるように、初期濃度［ＴＤ］_ｉは、アニールＦ１１の間に形成された熱ドナーの濃度［ＴＤ］_４５０より非常に低く（［ＴＤ］_ｉ＜＜［ＴＤ］_４５０）、且つ、ドーパントの含有量より非常に低い（ドーパントがホウ素の例では［ＴＤ］_ｉ＜＜［Ｂ］）と仮定され得る。それから、ドーパント濃度［Ｂ］がアニールＦ１１の前に測定される抵抗率値ρ_１から得られ、このドーパント濃度を知ることにより、濃度［ＴＤ］_４５０が抵抗率値ρ_２から計算される。

ステップＦ２で測定された熱ドナーの最初の量［ＴＤ］_ｉは、また、［ＴＤ］_４５０を計算する際にも考慮され得る。この計算モードは最も正確であり、したがって、優先的に使用される。

最後に、Ｆ１４において、シリコン・ウェハの酸素濃度［Ｏ_ｉ］は、濃度［ＴＤ］_４５０から、そして、アニール時間Ｆ１１から決定される。数学的な式、例えば、上記の関係（１）、または、異なるアニール時間および異なる温度について酸素濃度を与える他のアバカスが、この目的のために使用され得る。

インゴットの凝固の間の５００°Ｃと３５０°Ｃとの間、そして、アニーリングＦ１１の間、実効時間ｔ_ｅｆｆおよびアニール時間が短いので、格子間酸素濃度は殆ど変化しない。したがって、Ｆ１４で測定される値は、最初に（すなわち、インゴットの冷却の前に）インゴットの該当部分に存在する酸素の量を正確に示す。

図５は、熱ドナー濃度［ＴＤ］_ｉを決定することを目的とするステップＦ２の実施の変形を示す。この変形は、図４と関連して記述されたように、熱ドナーに起因する抵抗率変化の原理を再び使用する。したがって、上記変形は、アニーリング・ステップＦ２１の前（抵抗率ρ_１）、および、後（抵抗率ρ_３）に、それぞれ、抵抗率測定ステップＦ２０およびＦ２２を含む。しかし、図４のアニーリングＦ１１とは異なり、アニーリングＦ２１の目的は、付加的な熱ドナーを作ることでなく、逆に、最初にウェハで存在している熱ドナーを消滅することである。アニーリングＦ２１は、６００°Ｃ以上の温度で、例えば、３０分間実行される。

アニールＦ２１の後で測定される値ρ_３は、熱ドナーが無いウェハの抵抗率である。したがって、値ρ_３はドーパント濃度に依存するのみである。ホウ素だけがドーパントである例においては、値ρ_３の式は、以下のようになる。
アニールＦ２１の前に測定される値ρ_１は、インゴット・メーカによって引き渡されたときのウェハの状態を示す。先に示したように、値ρ_１は、ドーパント、および、インゴットの凝固の間に濃度［ＴＤ］_ｉで形成された熱ドナーを考慮したものである。

こうして、ステップＦ２３において、ドーパント含有量は抵抗率ρ_３から計算され、それから、濃度［ＴＤ］_ｉは抵抗率ρ_１から、そして、ドーパント濃度から計算される。

図４および図５の計測技術は、ウェハの厚さおよび表面状態が何であっても適用できる。図４および図５の計測技術は抵抗率測定と熱処理とを必要とするだけであり、抵抗率測定および熱処理は実行が容易で非破壊的なステップである。したがって、これら２つの技術は半導体産業に適しており、特に太陽電池品質のシリコン基板に適している。

図４および図５によるステップＦ１およびＦ２は、互いに独立して実行され得る。また、ステップＦ１およびＦ２は、共存して使用され得る。

図４および図５によるステップＦ１およびＦ２が（図２に示唆されているように）この順序で配置されているとき、基準値、Ｆ１０において最初に測定された値ρ_１、が既に利用可能なので、図５のステップＦ２０は省かれ得る。濃度［Ｏ_ｉ］がＦ１４において決定された後、アニーリングＦ２１が実行され、その直後（Ｆ２２において）第３の抵抗率値ρ_３の測定が続く。最後に、初期熱ドナー濃度［ＴＤ］_ｉが、抵抗率ρ_３（［ＴＤ］＝０）およびρ_１（［ＴＤ］＝［ＴＤ］_ｉ）から計算される。

更にまた、ステップＦ２がステップＦ１から続くとき、熱ドナー消滅アニーリングＦ２１は熱ドナー形成アニーリングＦ１１の後に実行される。よって、プロセス終了後、もはや、ウェハには熱ドナーは全く存在しない。したがって、後に続く電子的または光電的構成部品の製作ステップのために熱ドナーを回避することが求められるならば、このステップのシーケンスは有利である。

逆に、熱ドナーによって与えられる電気的特性を利用することが求められるならば、（ステップＦ１〜図４において）格子間酸素濃度［Ｏ_ｉ］を測定する前に、（ステップＦ２〜図５において）ウェハの初期熱ドナー濃度［ＴＤ］_ｉが測定され得る。この場合、第１ステップは、新しい熱ドナーを作る前に初期熱ドナーを消滅させることであろう。先に述べた場合のように、アニールＦ２０の前の初期抵抗率ρ_１（［ＴＤ］＝［ＴＤ］_ｉ）、アニールＦ２０の後の抵抗率ρ_３（［ＴＤ］＝０）、そして、アニールＦ１０の後の抵抗率ρ_２（［ＴＤ］＝［ＴＤ］_４５０）からなる、３つの抵抗率の測定だけは行わねばならないであろう。

言い換えると、ウェハ位置決定方法は、ステップＦ１およびＦ２の順序には全く限定されない。

上に示されるように、格子間酸素濃度［Ｏ_ｉ］を測定する前に初期熱ドナー濃度［ＴＤ］_ｉを知ることが好適である。実際、濃度［ＴＤ］_４５０の計算（ρ_２の式からのステップＦ１３）において初期熱ドナーを考慮するので、［Ｏ_ｉ］の測定はより正確である。４５０°ＣにおけるアニーリングＦ１１の後に高温でアニーリングＦ２１を実行することは、［Ｏ_ｉ］の測定に関してより良い精度を得ることを可能にする。逆順の場合、アニールＦ２１は、次のアニールがＦ１１において実行されるときに熱ドナー形成速度に影響を与えることがあるので、格子間酸素濃度［Ｏ_ｉ］の測定を歪める可能性がある。

こうして、好適な実施形態においては、アニールＦ２１がアニールＦ１１に続き、濃度［ＴＤ］_ｉが濃度［Ｏ_ｉ］の前に決定されるというように、図４および図５のステップは交錯せられる。以下のようなステップの順序が有利である。
Ｆ１０（＝Ｆ２０）：抵抗率ρ_１の測定（［ＴＤ］＝［ＴＤ］_ｉ）、
Ｆ１１：３５０°Ｃ〜５００°Ｃにおけるアニーリング、
Ｆ１２：抵抗率ρ_２の測定（［ＴＤ］＝［ＴＤ］_ｉ＋［ＴＤ］_４５０）、
Ｆ２１：６００°Ｃ以上におけるアニーリング、
Ｆ２２：抵抗率ρ_３の測定（［ＴＤ］＝０）、
Ｆ２３：ρ_１およびρ_３から［ＴＤ］_ｉの計算、
Ｆ１３：ρ_１、ρ_２、および、［ＴＤ］_ｉから［ＴＤ］_４５０の計算、および、
Ｆ１４：［ＴＤ］_４５０から［Ｏ_ｉ］の決定。

方法はＣｚ単結晶シリコン・ウェハと関連して記述されたが、方法は、他の形態（準単結晶または多結晶構造）のシリコン、および、他の半導体材料に適用され得たであろう。例えば、ゲルマニウムの結晶化が起こるときには酸素系熱ドナーもまた形成されるので、ゲルマニウムは潜在的な候補である。最後に、もし、ウェハの起源となるインゴットの異なる部分が異なる冷却速度に従うならば、インゴットは、チョクラルスキーまたはブリッジマン・プロセス以外の引き上げ技術によって結晶化され得る。

Claims (6)

1. 半導体材料から作られたインゴットにおけるウェハの元の位置を決定する方法であって、
   前記ウェハの１つの領域で格子間酸素濃度（［Ｏ_ｉ］）を測定するステップ（Ｆ１）と、
   前記インゴットの事前の凝固の間に前記ウェハの前記領域において形成された熱ドナーの濃度（［ＴＤ_ｉ］）を測定するステップ（Ｆ２）と、
   前記インゴットの凝固が起こったときに前記ウェハが受けた熱ドナー形成アニールの実効時間（ｔ_ｅｆｆ）を前記熱ドナー濃度（［ＴＤ_ｉ］）および前記格子間酸素濃度（［Ｏ_ｉ］）から決定するステップ（Ｆ３）と、
   前記インゴットにおける前記ウェハの前記元の位置を前記実効時間（ｔ_ｅｆｆ）から決定するステップ（Ｆ４）と
   を具備する方法。
2. 前記熱ドナー濃度（［ＴＤ_ｉ］）は、前記熱ドナーを消滅させるための熱処理（Ｆ２１）の前（Ｆ２０）および後（Ｆ２２）に前記ウェハの前記領域において測定される２つの抵抗率の値（ρ_１、ρ_３）から決定される請求項１に記載の方法。
3. 前記格子間酸素濃度（［Ｏ_ｉ］）は、付加的な熱ドナー形成アニール（Ｆ１１）の前（Ｆ１０）および後（Ｆ１２）に前記ウェハの前記領域において測定される２つの抵抗率の値（ρ_１、ρ_２）から決定される請求項２に記載の方法。
4. 前記熱ドナー消滅熱処理（Ｆ２１）は、前記付加的な熱ドナー形成アニール（Ｆ１１）の後に実行される請求項３に記載の方法。
5. 前記ウェハの前記元の位置（ｈ）は、アバカス（ｈ（ｔ_ｅｆｆ））によって決定され、
   前記アバカスは、
   同じインゴットを起源とする複数のウェハを選択するステップと、
   前記各ウェハごとに実効時間値（ｔ_ｅｆｆ）を決定するステップ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）と、
   事前に決定された複数の実効時間値の組から最小（ｔ_ｅｆｆ（ｍｉｎ））および最大（ｔ_ｅｆｆ（ｍａｘ））の実効時間値に対応する２つの点を前記アバカス上に配置するステップと、
   前記２つの点の間で直線をプロットするステップと
   によって確立される請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記最小および最大の実効時間値（ｔ_{ｅｆｆ（ｍｉｎ）}、ｔ_{ｅｆｆ（ｍａｘ）}）は、前記インゴットの全高の５％および８５％に等しい元の位置（ｈ）と関連している請求項５に記載の方法。