JP6838713B2

JP6838713B2 - シリコン結晶中の炭素濃度測定方法

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Publication number: JP6838713B2
Application number: JP2018020155A
Authority: JP
Inventors: 戸部　敏視; 敏視戸部
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2038-02-07
Also published as: JP2019137566A

Description

本発明はシリコン結晶中の炭素濃度測定方法に関する。

半導体集積回路等のデバイスの高密度化、高集積化に伴い、デバイス動作の安定化が頓に望まれてきている。特にリーク電流や酸化膜耐圧等の特性値改善は重要な課題である。しかし、不純物が集積回路基板であるシリコンウェーハ中に混入すると、その後作製したデバイスの安定動作は望めないことになる。例えば、半導体集積回路の製造工程において、ウェーハ中の炭素は、１×１０^１５ａｔоｍｓ／ｃｍ^３以下の濃度であっても、デバイス特性に悪影響を及ぼすことが広く知られている。

したがって、ウェーハ中の炭素を低く抑えるために、正確な濃度測定技術が必要とされている。通常、この目的で炭素濃度測定はフーリエ変換赤外分光法（ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍＩｎｆｒａＲｅｄＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＦＴ−ＩＲ法）で測定される。この方法は、シリコンウェーハの赤外線吸収スペクトルから炭素濃度を間接的に求める手法であり、簡便に測定できるため広く用いられている。

しかし、ＦＴ−ＩＲ法による炭素濃度測定において、１０^１４ａｔоｍｓ／ｃｍ^３台の濃度を精度良く測定することは極めて困難であるのが実情である。また、他の測定手法として挙げられるＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、二次イオン質量分析法）も同様である。

その点、ＤＬＴＳ（ＤｅｅｐＬｅｖｅｌＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法は、１０^１３ａｔоｍｓ／ｃｍ^３台の濃度を測定できる可能性を持つ手法である。なお、ＤＬＴＳ法とは、測定対象に形成したショットキー接合部又はｐｎ接合部に逆バイアス電圧を印加した状態で正方向にパルス電圧を加え、このときにその接合部に生じる空乏層の静電容量変化の温度依存性から深い不純物準位に関する情報を得る方法である。このＤＬＴＳ法の測定結果は、例えばＤＬＴＳ信号強度と測定温度のグラフで示される。グラフ上に形成されたピークが、ある深い不純物準位の存在を示す。また、そのピークの温度から大まかに深い不純物準位のエネルギーが判明し、そのピークの高さが理論的に深い不純物準位の密度を示す。

ここで、例えば、非特許文献１に示される方法では、シリコン結晶中に存在する炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３がＨ−Ｃ、Ｈ−Ｃ−Ｏ複合体により形成される深い不純物準位であり、特に、Ｅ３の準位は、Ｈ−Ｃに起因する準位のため、酸素に影響を受けないとされている。

とはいえ、このままでは１０^１３ａｔоｍｓ／ｃｍ^３台の炭素濃度を高感度に測定できるとまでは言えない。そこで、いくつかの工夫が提案されている。例えば、ＤＬＴＳ電極形成の前処理として行う湿式処理として、ＨＦとＨＮＯ_３の混酸を用いることで、炭素関連準位が活性化され、高準位密度測定が可能になるという手法が知られている（非特許文献２参照）。

また特許文献１には、炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のうち少なくとも１つの準位密度からシリコン結晶中の炭素濃度を求める方法を提案している。また、特許文献２では、炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の合算密度に基づいてシリコン結晶中の炭素濃度を求める方法を提案している。さらに特許文献２の方法では、フローティングゾーン法（ＦＺ法）等で作製された低酸素濃度のシリコン結晶に対しては、熱処理により酸素をドープした後に炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を測定している。これによれば、Ｈ−Ｃ−Ｏ複合体である炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２のＤＬＴＳ信号強度を強くすることができるとしている。

ＭｉｎｏｒｕＹｏｎｅｔａ，ＹоｉｃｈｉＫａｍｉｕｒａ，ａｎｄＦｕｍｉｏＨａｓｈｉｍｏｔｏ，「Ｃｈｅｍｉｃａｌｅｔｃｈｉｎｇ‐ｉｎｄｕｃｅｄｄｅｆｅｃｔｓｉｎｐｈоｓｐｈоｒｕｓ‐ｄоｐｅｄｓｉｌｉｃоｎ」，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７０（３），１Ａｕｇｕｓｔ１９９１，ｐ．１２９５−１３０８末澤正志、シリコン中の水素関連欠陥、応用物理、日本、社団法人応用物理学会、１９９６年、第６５巻、第４号、ｐ．３７７−３８１

特開２０１７−１９１８００号公報特開２０１６−１０８１５９号公報

さて、上記炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２の密度は、酸素の存在により影響を受けるため、酸素濃度の異なるシリコン結晶では、準位Ｅ１、Ｅ２の密度と実炭素濃度間の相関線が異なる。そのため、準位Ｅ１、Ｅ２を用いて炭素濃度を求める場合、酸素濃度に応じて複数の検量線を作成する必要があり、手順が煩雑であるという問題がある。この点、酸素の影響を受けない準位Ｅ３と実炭素濃度間の相関を示した平易な検量線により実炭素濃度を求めることが考えられる。

しかし、ＣＺ法で作製されたシリコン結晶等、酸素を含有するシリコン結晶の場合、３つの炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の密度のうち、準位Ｅ３の密度が最低であり、酸素の影響を受ける準位Ｅ２は最高密度として測定されることが多かった。その意味で、炭素関連準位として得られた３つの準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のうち、最高密度を示す準位Ｅ２を無視し、微小な準位密度として得られた準位Ｅ３のみを用いることは、炭素関連準位の密度に基づく炭素濃度測定法として、最高感度の方法とは言い難い。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、シリコン結晶中の複数の炭素関連準位のうち含有酸素の影響を受ける準位に基づく炭素濃度測定を簡便に行うことができる方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のシリコン結晶中の炭素濃度測定方法は、
ｎ型シリコン結晶の伝導帯の底の準位をＥｃ、Ｅｃ−０．１３ｅＶの準位を酸素影響準位として、ｎ型シリコン結晶中の、ＳＩＭＳにより得られる炭素濃度とＦＴ−ＩＲにより得られる酸素濃度とＤＬＴＳにより得られる前記酸素影響準位の密度とに基づいて、ｎ型シリコン結晶中の炭素と酸素の濃度積と前記酸素影響準位の密度との相関関係を求めて、
前記相関関係と、
測定対象ｎ型シリコン結晶中の、ＦＴ−ＩＲにより得られる酸素濃度と、
前記測定対象ｎ型シリコン結晶中の、ＤＬＴＳにより得られる前記酸素影響準位の密度と、に基づいて前記測定対象ｎ型シリコン結晶中の炭素濃度を求めることを特徴とする。

本発明者は、シリコン結晶中の炭素と酸素の濃度積と上記酸素影響準位の密度との間で良い相関があることを見出した。本発明はこの相関関係に基づいて炭素濃度を求める。これによって、この相関関係を得ることができれば、酸素濃度に応じた複数の検量線を作成する必要がなく、簡便にシリコン結晶中の炭素濃度を求めることができる。

本発明において、前記酸素影響準位は、ｎ型シリコン結晶の伝導帯の底の準位をＥｃとして、Ｅｃ−０．１３ｅＶの準位である。

ｎ型シリコン結晶においては、上記３つの炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が存在するが、そのうち準位Ｅ２としてのＥｃ−０．１３ｅＶの準位密度が最高密度となることが多い。そのため、このＥｃ−０．１３ｅＶの準位を用いることで、炭素濃度を安定して高感度に得ることができる。

また、本発明において前記相関関係は、ｎ型シリコン結晶中の炭素濃度を［Ｃｓ］、酸素濃度を［Ｏｉ］、前記酸素影響準位の密度をＮ、定数ａ、ｂとして以下の式で表される。
［Ｃｓ］×［Ｏｉ］＝ｂ×Ｎ^ａ

また前記相関関係を導出するのに用いたｎ型シリコン結晶及び前記測定対象ｎ型シリコン結晶はチョクラルスキー法により作製されたシリコン結晶とすることができる。ＣＺ法（チョクラルスキー法）で作製されたシリコン結晶は、ＦＺ法で作製されたシリコン結晶よりも酸素を多く含有しているので、含有する酸素濃度に応じて酸素影響準位の密度が変わってくる。したがって、ＣＺ法で作製されたシリコン結晶の炭素濃度測定に本発明を適用すると、酸素濃度を考慮した正確な炭素濃度を得ることができる。

シリコン結晶中の炭素濃度と初期酸素濃度の積と、Ｅ２準位密度との相関を示した図である。

以下、実施の形態について述べる。ＤＬＴＳ法は通常、ショットキー接合を形成する金属電極を測定試料表面に形成し、裏面にはオーミック接合を持つ金属電極を形成し、その２つの電極間に逆バイアスを印加した状態で正方向にパルス電圧を加えることで生じた空乏層静電容量の変化（過渡的応答）の温度依存性を取得すると、不純物が形成するエネルギー準位に応じた温度で静電容量変化がピークを形成する。そのピーク位置の静電容量変化から不純物準位密度を算出することができる。具体的に、ｎ型シリコン結晶において、表面に形成するショットキー電極にはＡｕが用いられることが多く、裏面に形成するオーミック電極にはＧａが用いられることが多い。いずれの電極も酸化膜の存在しない清浄なシリコン面に形成することが望ましく、その清浄面を得るためにＨＦによる表面酸化膜除去が行われる。

シリコン結晶中の炭素関連準位をＤＬＴＳ測定する場合、清浄面をＨＦによって得たのち、直ちに電極を蒸着で形成し、測定に及んでも良いが、ＨＦとＨＮＯ_３の混酸による湿式処理や沸騰水による煮沸処理を予め行っておくと、炭素関連準位が活性化され、高準位密度として測定されるため、それらの手法を用いても良い。なお、本発明者は、特願２０１７−１７４５２５号において、シリコン結晶を水で煮沸した後にＤＬＴＳ測定することで炭素関連準位を活性化させる手法を提案している。このような処理を施したシリコン結晶の試料に対し、ＤＬＴＳ測定を実施すると、炭素関連準位として、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の３つの準位の密度が得られる。これら炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、ｎ型シリコン結晶のバンドギャップ中のトラップ準位であって、具体的には、ＤＬＴＳ法でｎ型シリコン結晶を測定することにより検出される約０．１１〜０．１５ｅＶの範囲に形成される炭素関連の不純物準位である。より具体的には、ｎ型シリコン結晶の伝導帯の底の準位をＥｃとして、準位Ｅ１のエネルギーはＥｃ−０．１１ｅＶであり、準位Ｅ２のエネルギーはＥｃ−０．１３ｅＶであり、準位Ｅ３のエネルギーはＥｃ−０．１５ｅＶである。また、準位Ｅ１、Ｅ２は、Ｈ−Ｃ−Ｏ複合体により形成される深い不純物準位であり、すなわちシリコン結晶中に含有する酸素の影響を受ける準位（酸素影響準位）である。他方、準位Ｅ３は、Ｈ−Ｃ複合体により形成される深い不純物準位であり、酸素に影響を受けないとされている。

これら３つの準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の密度を、初期酸素濃度の高低により比較すると、初期酸素濃度が１０ｐｐｍａ（ｐａｒｔｓｐｅｒｍｉｌｌｉｏｎａｔｏｍｉｃ）（ＪＥＩＤＡ）以上の場合、準位Ｅ１、Ｅ２の密度が準位Ｅ３のそれより２〜１０倍高く測定される。これに対し、初期酸素濃度が１０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下の場合、準位Ｅ２の密度と準位Ｅ３の密度はほとんど同じ水準の値が得られるが、準位Ｅ１の密度は準位Ｅ２、Ｅ３の密度の半分程度まで低下することがわかった。

このように、低酸素濃度の試料における炭素濃度測定の場合、準位Ｅ２と準位Ｅ３は同感度であるが、準位Ｅ１はやや感度が落ちることになるのに対し、高酸素濃度の試料においては、準位Ｅ１、Ｅ２の方が、準位Ｅ３より高感度となる。このことから、酸素濃度を問わず、高感度測定を実施するためには、準位Ｅ２を用いることが有利とわかる。このことは、ＤＬＴＳ測定での温度掃引における信号処理を行う際、高密度の準位を解析する方がより安定し、正確な値を得られることからも明らかである。

なお、上記ＪＥＩＤＡは、社団法人日本電子工業振興会の略称であって、ＪＥＩＤＡが定めた換算係数を用いて算出した値を用いていることを示している。現在、ＪＥＩＤＡはＪＥＩＴＡ（社団法人電子情報技術産業協会）に改称されている。

そこで、初期酸素濃度が同一でなく、また、炭素濃度の異なるシリコン結晶の試料に対し、ＤＬＴＳ測定を実施し、準位Ｅ２の密度を求め、この密度と実炭素濃度の相関を求めたところ、酸素濃度の違いによる影響を受け、実用できるほど高精度な検量線は得られなかった。これに対し、同様な操作を準位Ｅ３の密度に対して行うと、実用可能な検量線が得られた。しかし、準位Ｅ３の密度は準位Ｅ２の密度より低いため、その検量線は、低準位密度側に位置している。

この問題を解決するため、準位Ｅ２の密度（以下、Ｅ２準位密度という場合がある）を、実炭素濃度と初期酸素濃度の積に対しプロットしたところ、図１に示すような検量線が得られた。図１の▲の各点は実際の測定点を示している。各測定点での実炭素濃度と初期酸素濃度の積を求める際の実炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）はＳＩＭＳにより求めた。各測定点での実炭素濃度と初期酸素濃度の積を求める際の初期酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）は、ＦＴ−ＩＲ法により得られた濃度値（単位ｐｐｍａ）を単位がａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるよう換算することで得た。

このように、シリコン結晶中の炭素と酸素の濃度積とＥ２準位密度との間に正の相関があることがわかった。図１の検量線を表す式として以下の式１を用いると炭素濃度の取得には便利である。

ここで、［Ｃｓ］はシリコン結晶中の炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、［Ｏｉ］はシリコン結晶中の初期酸素濃度（ｐｐｍａ）、Ｎ_Ｅ２はシリコン結晶中のＥ２準位密度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ａ、ｂは定数である。図１に示す例では、ａ＝０．９３、ｂ＝３．１×１０^５であった。ａ値が１に近いほど比例関係にあることになるが、上例では十分に１に近い。したがって、ａ＝１とした正比例で回帰した検量線も可能である。この場合、ｂ＝５．３×１０^４であった。

なお、上記式１を変形すると、［Ｃｓ］×［Ｏｉ］＝ｂ×Ｎ_Ｅ２ ^ａとなり、シリコン結晶中の炭素と酸素の濃度積とＥ２準位密度との間の相関を示した式となる。なお、初期酸素濃度は、熱処理が施されていないシリコン結晶試料の酸素濃度であり、シリコン単結晶インゴットの酸素濃度とほぼ同じになる。

上記式１を用いることでシリコン結晶中の炭素濃度を求めることができる。具体的には、炭素濃度の測定対象となるシリコン結晶（以下、測定対象シリコン結晶という）の酸素濃度をＦＴ−ＩＲ法などの他の手法（ＤＬＴＳ法以外の手法）で求める。また、測定対象シリコン結晶中のＥ２準位密度をＤＬＴＳ測定により求める。得られた酸素濃度とＥ２準位密度をそれぞれ上記式１に代入することで、測定対象シリコン結晶中の炭素濃度を求めることができる。

以下、本実施形態のシリコン結晶中の炭素濃度測定方法についてより詳しく説明する。先ず、図１、式１に示すような、シリコン結晶中の炭素と酸素の濃度積と、Ｅ２準位密度との相関関係（検量線、関係式）を求める。具体的には、それぞれＣＺ法で作製され、酸素濃度及び／又は炭素濃度が異なる複数のシリコン結晶を準備する。準備するシリコン結晶は、酸素濃度や炭素濃度がＦＴ−ＩＲ法やＳＩＭＳにて測定可能な範囲に調整されているとする。次に、準備した各シリコン結晶の初期酸素濃度をＦＴ−ＩＲ法などの手法で求める。また、各シリコン結晶の炭素濃度をＤＬＴＳ法以外の手法（例えばＳＩＭＳ）で求める。また、各シリコン結晶のＥ２準位密度をＤＬＴＳ測定により求める。

ＤＬＴＳ測定では、シリコン結晶の表面及び裏面に対してＨＦによる表面酸化膜除去処理を実施した後、表面に例えばＡｕを蒸着してショットキー電極とするとともに、その裏面には例えばＧａを塗布してオーミック電極を作製する。そして、２つの電極間に逆バイアス（例えば−５Ｖ）を印加した状態で正方向にパルス電圧を加えることで生じる空乏層静電容量の過渡的変化を、所定温度範囲（例えば３０〜３００Ｋの範囲）で掃引しながら取得し、得られた過渡的変化の温度依存性からＥ２準位密度を測定する。

なお、ＤＬＴＳ測定に先立って、準備した各シリコン結晶に対してＨＦとＨＮＯ_３の混酸による湿式処理や沸騰水による煮沸処理を行っても良い。これによれば、シリコン結晶中に水素が導入されて、導入された水素によりＨ−Ｃ又はＨ−Ｃ−Ｏ複合体により形成される炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を活性化でき、ひいてはＥ２準位密度を高感度に測定できる。

また、ＤＬＴＳ測定は、含有する酸素濃度が初期酸素濃度から変化していない、又はその変化が非常に小さいシリコン結晶に対して行う。つまり、シリコン結晶を準備してからＤＬＴＳ測定を行うまでの間に、熱処理を行っていないシリコン結晶に対してＤＬＴＳ測定を行う。熱処理を行うと、シリコン結晶中に酸素が導入されて、導入された酸素により酸素影響準位Ｅ１、Ｅ２の感度が変わってしまい、シリコン結晶中の炭素濃度と初期酸素濃度の積とＥ２準位密度との正確な相関が得られなくなってしまうためである。

その後、得られた各シリコン結晶の初期酸素濃度、炭素濃度及びＥ２準位密度から、初期酸素濃度と炭素濃度の積と、Ｅ２準位密度との間の相関関係を示した式を導出する。具体的には、上記式１における定数ａ、ｂを導出する。

次に、導出した式１に基づいて、測定対象シリコン結晶の炭素濃度を求める。具体的には、ＣＺ法で作製された測定対象シリコン結晶を準備する。具体的には、例えば、ＣＺ法で引き上げたｎ型シリコン単結晶インゴットを所定の厚さに切り出し、切り出したウェーハに粗研磨、エッチング及び研磨などを施して表面に鏡面加工がされた基板（ポリッシュドウェーハ）を準備する。なお、この基板は、例えばトランジスタ、ダイオード等の電子デバイスの形成用として作製された基板とすることができる。次に、基板からシリコン結晶を切り出して測定対象シリコン結晶とする。

次に、準備した測定対象シリコン結晶中の初期酸素濃度及びＥ２準位密度を測定する。初期酸素濃度及びＥ２準位密度の測定は、式１の導出に用いたシリコン結晶中の初期酸素濃度及びＥ２準位密度の測定と同様である。なお、式１の導出に用いたシリコン結晶中のＥ２準位密度の測定に際し、ＤＬＴＳ測定に先立って、ＨＦとＨＮＯ_３の混酸による湿式処理又は沸騰水による煮沸処理を行った場合には、測定対象シリコン結晶に対しても湿式処理又は煮沸処理を行った後にＤＬＴＳ測定を行う。また、熱処理を行っていない測定対象シリコン結晶に対してＤＬＴＳ測定を行う。

そして、得られた初期酸素濃度及びＥ２準位密度を式１に代入することで、測定対象シリコン結晶中の炭素濃度を求める。

このように、本実施形態では、図１、式１で示す単一の検量線で炭素濃度を求めることができる。つまり、酸素濃度に応じた複数の検量線を作成する必要がなく、簡便にシリコン結晶中の炭素濃度を求めることができる。図１、式１で示す検量線は、シリコン結晶中の酸素濃度を考慮しているので、酸素濃度の影響を考慮した正確な炭素濃度を得ることができる。また、複数の炭素関連準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の中でも最高密度の準位Ｅ２を用いて炭素濃度を求めるので、炭素濃度を安定して（言い換えるとばらつきが少なく）、高感度に得ることができる。また、ＤＬＴＳ測定で炭素濃度を求めることで、ＳＩＭＳ、ＦＴ−ＩＲ法等の手法に比べて、微量炭素の濃度も検出できる。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて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。

（比較例１）
ＣＺ法により、直径８インチ、方位＜１００＞、ｎ型、抵抗率が１０Ωｃｍで炭素と酸素を含むシリコン結晶棒Ａを引き上げ、切断、研磨などの加工を施してシリコンウェーハとした。このシリコンウェーハに含まれる炭素濃度と酸素濃度を、ＳＩＭＳとＦＴ−ＩＲによりそれぞれ測定したところ、炭素濃度は１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度は１７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）であった。このシリコンウェーハにＨＦとＨＮＯ_３の混酸によるミラーエッチングを施し、表層を１０μｍほど除去後、ＨＦによる表面処理を施し、ショットキー電極とオーミック電極をそれぞれ表裏面に形成後、ＤＬＴＳ測定を行った。その結果、準位Ｅ２として５．０×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の密度を得た。

これに対し、ＣＺ法により、直径８インチ、方位＜１００＞、ｎ型、抵抗率が１０Ωｃｍで炭素と酸素を含むシリコン結晶棒Ｂを引き上げ、切断、研磨などの加工を施してシリコンウェーハとした。このシリコンウェーハに含まれる炭素濃度と酸素濃度を、ＳＩＭＳとＦＴ−ＩＲによりそれぞれ測定したところ、炭素濃度は１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度は４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）であった。このシリコンウェーハにＨＦとＨＮＯ_３の混酸によるミラーエッチングを施し、表層を１０μｍほど除去後、ＨＦによる表面処理を施し、ショットキー電極とオーミック電極をそれぞれ表裏面に形成後、ＤＬＴＳ測定を行った。その結果、準位Ｅ２として１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の密度を得た。

上述の結晶棒ＡとＢの２つの実炭素濃度は同一であるのに対し、ＤＬＴＳで測定された結晶棒ＡのＥ２準位密度は、結晶棒Ｂの５倍になっており、単純に、ＤＬＴＳによるＥ２準位密度測定から、実炭素濃度を見積もることはできない。

（実施例１）
予め、上記の手順で図１の式１の検量線を求めておき、比較例１に示した結晶棒Ａから得られたシリコンウェーハ中の酸素濃度（１７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ））及びＥ２準位密度（５．０×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）をそれぞれ上記式１に代入して実炭素濃度を求めたところ、１．３８×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となった。なお、式１において、定数ａ＝０．９３、定数ｂ＝３．１×１０^５とした。

同様に、比較例１の結晶棒Ｂから得られたシリコンウェーハ中の酸素濃度（４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ））及びＥ２準位密度（１×１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）をそれぞれ上記式１に代入して実炭素濃度を求めたところ、１．３２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となった。

この結晶棒ＡとＢから算出された実炭素濃度はほとんど同じであり、また、ＳＩＭＳで測定した１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ともほぼ一致し、実炭素濃度をＤＬＴＳ測定によるＥ２準位密度測定から見積もることができた。

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、かつ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。

例えば、上記実施形態では、含有する酸素濃度が初期酸素濃度から変化していないシリコン結晶に対して検量線の作成及びＤＬＴＳ測定を行った例を示したが、特許文献２の手法のように、熱処理により酸素が導入されたシリコン結晶に対して検量線の作成及びＤＬＴＳ測定を行っても良い。この場合、検量線の作成においては、熱処理を行った後のシリコン結晶に対して酸素濃度、炭素濃度及びＥ２準位密度を測定し、得られた酸素濃度、炭素濃度及びＥ２準位密度から検量線を作成する。また、測定対象シリコン結晶中の炭素濃度測定においては、検量線作成時と同じ熱処理を行った後の測定対象シリコン結晶に対して酸素濃度及びＥ２準位密度を測定し、得られた酸素濃度及びＥ２準位密度と、先に作成した検量線とから、測定対象シリコン結晶中の炭素濃度を求める。このように、熱処理を行ってシリコン結晶中に酸素の導入することで、酸素影響準位Ｅ１、Ｅ２を活性化でき、より安定して検量線の作成及び炭素濃度の測定を実施できる。

また、上記実施形態では、準位Ｅ２の密度に基づいて検量線の作成及び炭素濃度の測定を実施した例を説明したが、Ｈ−Ｃ−Ｏ複合体により形成される他の準位Ｅ１に基づいて検量線の作成及び炭素濃度の測定を実施しても良い。準位Ｅ１においても、シリコン結晶中の炭素と酸素の濃度積と、準位Ｅ１の密度との間に正の相関があると考えられる。

また、上記実施形態では、ＤＬＴＳ測定によりＥ２準位密度を測定した例を示したが、ライフタイム法、ＩＣＴＳ法（ＩｓｏｔｈｅｒｍａｌＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、低温フォトルミネッセンス（ＰＬ）法、カソードルミネッセンス（ＣＬ）法など、他の手法によりＥ２準位密度を測定しても良い。

Claims

ｎ型シリコン結晶の伝導帯の底の準位をＥｃ、Ｅｃ−０．１３ｅＶの準位を酸素影響準位として、ｎ型シリコン結晶中の、ＳＩＭＳにより得られる炭素濃度とＦＴ−ＩＲにより得られる酸素濃度とＤＬＴＳにより得られる前記酸素影響準位の密度とに基づいて、ｎ型シリコン結晶中の炭素と酸素の濃度積と前記酸素影響準位の密度との相関関係を求めて、
前記相関関係と、
測定対象ｎ型シリコン結晶中の、ＦＴ−ＩＲにより得られる酸素濃度と、
前記測定対象ｎ型シリコン結晶中の、ＤＬＴＳにより得られる前記酸素影響準位の密度と、に基づいて前記測定対象ｎ型シリコン結晶中の炭素濃度を求めることを特徴とするシリコン結晶中の炭素濃度測定方法。
前記相関関係は、ｎ型シリコン結晶中の炭素濃度を［Ｃｓ］、酸素濃度を［Ｏｉ］、前記酸素影響準位の密度をＮ、定数ａ、ｂとして以下の式で表されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン結晶中の炭素濃度測定方法。
［Ｃｓ］×［Ｏｉ］＝ｂ×Ｎ^ａ
前記相関関係を導出するのに用いたｎ型シリコン結晶及び前記測定対象ｎ型シリコン結晶はチョクラルスキー法により作製されたシリコン結晶であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン結晶中の炭素濃度測定方法。