JPH03129748A - シリコン結晶の評価方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 シリコン結晶の評価方法及びこれを用いた半導体装置の
製造方法に関し、 シリコン結晶がデバイス形成熱処理を受けた際にどの程
度の酸素析出を呈するかという予測を可能にするシリコ
ン結晶の評価方法、格子間酸素濃度を正確に求めるシリ
コン結晶の評価方法及びシリコン結晶中の酸素析出物欠
陥を析出物の形態と量に関する一定の標準（スタンダー
ド）のもとに評価するシリコン結晶の評価方法、並びに
これらのシリコン結晶の評価方法を用いて所望の特性の
半導体装置を制御性良く製造する方法を提供することを
９的とし、 全酸素の量を反映する室温での不純物酸素赤外吸収ピー
クの強度と析出核欠陥を反映する低温（ヘリウム温度）
での不純物酸素赤外吸収ピークの強度との比を求め、予
め熱履歴が既知である複数の結晶に対して求められた該
ピーク強度比の違いと熱履歴の間の対応較正データによ
りシリコン結晶の熱履歴を求める工程とを含み、また格
子間不純物酸素に起因した赤外吸収ピークの強度から格
子間不純物酸素濃度を求め、また格子間酸素と析出物欠
陥の両方起因した結晶欠陥赤外吸収スペクトルから前記
格子間不純物酸素濃度を差し引いて、析出物欠陥を評価
する工程を含むように構威し、更に上記方法により得ら
れた結果に基づきシリコン基板の熱処理を制御するよう
に構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、シリコン結晶の評価方法及びこれを用いた半
導体装置の製造方法に係り、様々の不明な熱履歴を有す
るシリコン結晶に対して、デバイスプロセス熱処理時に
何程の酸素析出が生ずるかという予測を可能にし、特に
不純物酸素濃度が同一で、かつ異なる熱履歴を有するシ
リコン結晶を判別することと、格子間不純物酸素濃度を
正確に求めることと、析出物欠陥をその形態と量に関す
る一定の標準のもとに評価するシリコン結晶の評価方法
に関する。更に、本発明はこの評価方法を用いた半導体
装置の製造方法に関する。

シリコン結晶中に、熱的に不安定な状態（例えば過飽和
状態）で含まれる不純物酸素が、半導体デバイス形成プ
ロセス中の熱処理時に含有形態の変化（例えば固体中析
出や析出核懲戒等）を起こすという現象を、プロセス投
入前の結晶評価によって精度良く予測し、制御すること
が要求されている。ここでのシリコン結晶中に含まれる
不純物酸素には、特にデバイス活性域の結晶中に含まれ
てほしくないＦｅ、　Ｎｉ、　Ｃｏ等の不純物原子を吸
収してくれるという（ゲッタリグ効果）機能がある。

しかしながら、特にａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶（成長させた
ままのプロセス熱処理を加えていない状態の結晶）に対
して酸素含有形態の違いを評価することによってプロセ
ス投入前に析出核がどのくらい存在してるかという結晶
欠陥状態を把握するということは行われていない。これ
はそのような評価方法が見つけられていないためである
。そのため、ａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶における酸素含有形
態のわずかな相違がプロセス熱処理を経た後に酸素析出
量の大きなばらつきとなって現れ、しばしば大きな問題
を引き起こす。

例えば、結晶製造直後の時点でシリコン結晶中の不純物
酸素の濃度が同じであっても、不純物酸素は結晶が受け
た結晶製造時の熱履歴によって様々な含有形態で結晶中
に存在している。ただし、このことはこれまで具体的な
測定手段によって定量されたわけではなく、上述の酸素
析出量のばらつきなどから経験的にいわれているにすぎ
ない。

因みに、従来の室温赤外吸収評価法のみではａｓ−ｑｒ
ｏｗｎシリコン結晶中のあらゆる形態で含まれている全
酸素原子濃度を知ることができるが、結晶製造時の熱履
歴による、特に析出核がどのくらい含まれているかとい
う酸素含有形態の違いは全く判定することができない。

即ち、デバイス形成時の熱処理工程で起こる酸素析出現
象の出発点、具体的には酸素含有形態の初期状態の相違
を区別することは困難である。このため、同一酸素濃度
の結晶に対して同一熱処理を施しても酸素析出の程度は
、その結晶の製造時熱履歴に応じて様々にばらつくこと
になる。

また、前述のゲッタリング効果は、トータルとしての酸
素析出物欠陥の量に依存することは良く知られている。

析出物が全く無ければゲッタリング効果はゼロであり、
多量に形成されていれば一般に大きなゲッタリング効果
が期待できる。さらに、−口に酸素析出物欠陥と言って
も様々な形態のものが存在しえるために、ゲッタリング
効果は、析出物の形態（構造や大きさに関する形態）や
、個々の形態に属する析出物の量（密度）にも依存する
ことになる。

本発明は全酸素濃度を測定する従来法に加えて、特に析
出核又は析出物欠陥がどのくらい含まれているかという
酸素含有形態の相違を判別するシリコン結晶の評価法で
あり、デバイス形成のための熱処理における酸素の析出
現象の予測及び析出物欠陥の形態や量の測定を可能にす
る。

〔従来の技術〕

前記のように従来のシリコン結晶の評価法には、以前に
本発明者等が提案した特願昭６３−１６７９０７号を除
いて、ａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶の熱履歴や、それと同等な
比較的軽度の熱処理によって生ずる不純物酸素の含有形
態の変化（不純物酸素析出核形成）を検出する方法は報
告されていない。

ある種の特別な熱履歴や、重度の熱処理によって生ずる
大きな含有形態変化はフォトルミネッセンス法によって
評価可能であるがｌ′ １　）　Ｍ、Ｔａｊｉｍａ　ｅｔ　ａｔ。

Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　４３．２７４（１９
８３）。

比較的軽度の熱処理によって生ずる不純物酸素の含有形
態の変化（不純物酸素析出核形成）は検出できない。室
温の赤外吸収法でも、重度の熱処理によって析出がかな
り進行した時点では含有形態変化を検出できるがり ２　）　Ｆ、Ｓｈｉｍｕｒａ　ｅｔ　ａｌ。

Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　４６．９４１（１９
８５）。

それ以外の場合には検出不可能である２）１ゝ３　）　
Ｍ、Ｔａｊｉｍａ　ｅｔ　ａｌ。

Ａｐｌ）１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　５１．２２４７（
１９８３）それに加えて、フォトルミネッセンス法では
電子の状態をみて評価しているため評価情報の種類と量
が乏しいといわれている。また、以前に本発明者等が提
案した特願昭６３−１６７９０７では、測定対象とする
複数の吸収ピークのうち、Ｌｌ、　Ｌ２．　Ｌ３．及び
Ｍのピークはシリコン結晶では１０Ｋ以下の低温では観
測することができず、また、それ以上の温度領域では、
観測することができるがピーク強度の温度依存性が著し
いために測定温度を０．０５にの誤差範囲内という狭い
温度範囲に固定しなければならず、温度制御が非常に困
難であるといった技術上の問題を残している。

従って従来では、酸素析出予測のための簡便なシリコン
結晶の評価法は存在せず、この目的のためにもっばら行
われている従来法というのは上述の室温赤外吸収法によ
る全不純物酸素濃度測定のみである。これは、酸素含有
のために生ずる不純物酸素赤外吸収ピークのうち、室温
で１１０６ｃｍ−’の波数位置に現れるピークを利用し
て定量されるものである。なお、単に（不純物）酸素濃
度ど言えば、この方法で定量されたものを指すことにす
る。

ところで、前記の酸素析出量の程度がばらつくという問
題は、酸素濃度（あるいは、他の真性点格子欠陥が影響
するとすればそれも含めて）が−定でもそれらの含有形
態（これはデバイス形成のための出発点となる）が様々
であり、その含有形態の違いが従来法、特に室温赤外吸
収法では観測されないり１ゝ　という事情によるもので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、酸素析出は結晶製造条件、特に製造時熱
履歴の違いにより大きく左右され、それは製造時熱履歴
の違いによって酸素含有形態が様々に異なるためである
ことが経験的に知られているが、その酸素含有形態の違
いを物性値として簡便に測定する方法は示されていない
。以前に本発明者等が提案したものを除けばそのような
方法は簡便さのいかんによらず全く存在していなかった
。そのために熱履歴評価を基盤とした析出予測というも
のは一切行われず、予測精度を向上させるという問題は
暗礁にのりあげていた。

以上のとおり、従来では、酸素析出予測のための簡便な
シリコン結晶の評価方法は存在しない。

更に、前述の１１０６±１ｃｍ−’の波数位置に現れる
不純物酸素赤外吸収ピークを利用して析出物を定量する
従来の評価方法にも次のような問題点がある。

ここで、この問題点を明らかにするためにシリコン結晶
における不純物酸素の含有形態について説明する。

シリコン結晶における不純物酸素の含有形態のうち代表
的なものは、互いに孤立した状態で存在する格子間酸素
とよばれるものである。これを０１と表すことにする。

Ｏｌは室温において１１０６±ｔａｎ−’の波数位置に
不純物赤外吸収ピークを生ずる。これをＯｉビークとよ
ぶことにする。通常、析出物を形成する以前の（ａｓ−
ｇｒｏｗｎの）状態では、はとんど全ての不純物酸素は
Ｏｉとして存在している。したがって、第１２図のよう
なＯｆピークの強度を測定することによってａｓ−ｇｒ
ｏｗｎ結晶の酸素濃度［Ｏ１］が定量される。一方、析
出物化した不純物酸素（酸素析出物欠陥）は、もはやＯ
ｉビークを生じない。従って、全不純物酸素［Ｏ１］の
うちの一部が析出物欠陥になると、それに対応した分だ
け、Ｏｉピークの強度が減少する。

このピーク強度の減少分からどの位の酸素が析出物化し
たか、すなわち総量としてどのくらいの析出物欠陥が存
在しているかということがわかる。

これが従来法における、全析出物欠陥量に対する定量方
法である。

しかしながら、このような従来法には次のような大きな
問題がある。すなわち第１３図のように析出物欠陥のう
ちある種の形態（これをＰｉ形態とよぶことにする）の
ものはＯｉビークとほとんど同じ波数位置（約１１０６
ｃｍ−’）に不純物赤外吸収ピーク（これをＰ１ピーク
とよぶことにする）を生じ、このＰＩビークがＯｉビー
クと重なって分離されないために、析出物形成にともな
うＯｉビーク強度の減少分が正しく評価されない、とい
う問題である。もしも（Ｐｉビークに気ずかずに）ＰＩ
ビークとＯｉビークとが重なったもの全体がＯｆピーク
である見ると、Ｐ１形態の析出物欠陥を無視したことに
なり、全析出物欠陥の量（析出物化したＯｆの量）を過
少評価することになる。このような誤りはしばしば見う
けられるが、上述のように現状の室温赤外吸収による方
法ではＰＩビークとＯｉビークとを分離することが困難
であるという事情から、このような方法によって導入さ
れる誤差を容認せざるをえないというのが現状の析出物
量評価である。

更に、従来の析出物欠陥評価法には次のような重大な問
題がある。上述のように、−口に析出物欠陥と言っても
その内訳について見ると、欠陥の構造や大きさに関して
多種多様のものが存在しえる。ゲッタリング効果は、大
まかにはトータルとしての析出物欠陥の量（析出物化し
たＯｆの量）に依存すると考えられているが、その内容
としてどのような形態の析出物がどのくらい含まれてい
るかということにも大きく依存する。この問題に対して
従来法では、析出物欠陥をエツチングして顕微鏡観察す
るという方法によって、どのような形状あるいは大きさ
の析出物がそれぞれどの位の密度で存在しているかを計
数する、という方法をとる。このような方法ではまず、
エツチングの仕方によって析出物欠陥の大きさや形状あ
るいは密度が変わってくるという任意性がともなう。例
えば、エツチング薬品の濃度や組成あるいはエツチング
時間を変えると、それまで観測されなかった（計数から
もれていた）析出物が観測される（計数される）ように
なったり、あるいはその逆のことが起こったりする。ま
た、この析出物計数はふつう肉眼によっておこなわれる
ため、計数者によって計数結果が大幅にちがってくると
いうような任意性もともなう。更に、エツチングでは判
別できないような、析出物欠陥の構造に関する微妙な違
いもあり（後述）、これがゲッタリング効果に対しては
大きく影響するという場合もありえる。

そこで、本発明はシリコン結晶がデバイス形成熱処理を
受けた際にどの程度の酸素析出を呈するかという予測を
可能にするシリコン結晶の評価方法、格子間不純物酸素
濃度を正確に求めるシリコン結晶の評価方法及びシリコ
ン結晶中の酸素析出物欠陥を析出物の形態と量に関する
一定の標準（スタンダード）のもとに評価するシリコン
結晶の評価方法、並びにこれらのシリコン結晶の評価方
法を用いて所望の特性の半導体装置を制御性良く製造す
る方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記課題の解決は、不純物酸素を含むシリコン結晶に対
して、（Ａ）室温（以下ＲＴと略す。

Ｏ℃〜４０℃の範囲であればよい）で１１０７±３ａｎ
−１こ観測される不純物酸素赤外吸収ピークの強度Ｉ　
　（ＲＴ１１０７）、（Ｂ）１０Ｋ以下の温度、例えば
液体Ｈｅ温度（以下ＨｅＴと略す）で１２０６±３Ｃｍ
　−’に観測される不純物酸素赤外吸収ピークの強度Ｉ
　（ＨｅＴ　１２０６）　、並びに（Ｃ）１０Ｋ以下の
温度、例えばＨｅＴで１７４９±３ｃｍ−’に観測され
る不純物酸素赤外吸収ピークの強度Ｉ　（ＨｅＴ　１７
４９）を測定し、それらのピーク強度の比Ｉ　（ＲＴ　
１１０７）：Ｉ　（ＨｅＴ１２０６）　　：　Ｉ　（Ｈ
ｅＴ　１７４９）を求め、そのピーク強度比と不純物酸
素が全て孤立して存在する場合のピーク強度比の“違い
”を求め、予め熱履歴が既知である複数の結晶に対して
求められたピーク強度比の“違い”と熱履歴の間の対応
較正データによりシリコン結晶の熱Ｈｅを求めると言う
手続きによって達成される。

なお、上記のように（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の量を全て
測定する、評価量の点で最も好ましい態様の場合であっ
てもよいが、本発明はこれに限定されるものではなく、
（Ｂ）、（Ｃ）共に敏感に測定できるので（Ａ）と（Ｂ
）あるいは（Ａ）と（Ｃ）の量を測定する場合であって
もよい。

本発明において、（Ｂ）、（Ｃ）においてｌＯＫ以下の
温度であればよいが、好ましくは１．５Ｋ（精密測定回
）〜６Ｋ（簡便さ）の範囲である。

まず、ここで、ａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶のピーク強度比を
＜ａ＞　　：　＜ｂ＞　：　＜ｃ＞で表すことにする。

即ち、一般のａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶に対して、Ｉ　（Ｒ
Ｔ　１１０７）　：　Ｉ　（ＨｅＴ　１２０６）　：　
Ｉ　（ＨｅＴ　１７４９）＝＜ａ＞　　：　　＜ｂ＞　
　：　　＜ｃ＞　　（１）と表すことにする。ただし、
この比率は後述するように、結晶の製造時熱履歴によっ
て若干具なる。

そして、ａｓ−ｇｒｏｗｎの状態を出発点にして析出熱
処理を施すと、一部の不純物酸素は微小な析出核から巨
視的なサイズの析出物へと、その含有形態を変えてゆく
ためそれぞれのピーク強度は、各々、ｘ、ｙ、ｚだけ減
少する。即ち、ピーク強度比は＜ａ＞　−ｘ　：　＜ｂ
＞　−ｙ　：　＜ｃ＞　−ｚ　　（２）に変化する。こ
の際、相対減少量）（／＜ａ＞、ｙ／＜ｂ＞　、ｚ／＜
ｃ＞は、単純な考察とは反して、全て等しくならず一般
に ｘ／＜ａ＞≦ｙ／　＜ｂ＞≦Ｚ／Ｉ＜Ｃ〉　　（３）で
表される関係に従う。この実験事実は本発明者等の低温
高分解能精密測定によって始めて発見され、やはり本発
明者等の理論的解析によってその理由が解明された。な
お、詳細については、作用で説明する。特に、Ｉ　（Ｒ
Ｔ　１１０７）には変化が観測されないような（即ち、
ｘ＝０である）熱処理の場合でもＩ　（ｌ（ｅＴ　１２
０６）やＩ　（ＨｅＴ　１７４９）には変化が観測され
ること（即ち、Ｏ＜ｙ、ｚ、０＜ｙ／　＜ｂ＞　＜ｚ／
　＜ｃ＞であること）が本発明者等の低温高分解能精密
観測によって始めて明らかにされた。即ち、析出核形成
や析出核成長という不純物酸素の含有形態変化の際に、
析出核や析出物に変化した酸素原子の分だけピーク強度
は減少するが、その減少量は一般に、Ｉ　（ＲＴ　１１
０７）よりもＩ　（ＨｅＴ　１２０６）の方に、またＩ
　（ＨｅＴ　１２０６）よりもＩ　（ＨｅＴ　１７４９
）の方に、より顕著に現れる。

このことが本発明の原理として用いる本質的な現象であ
る。

シリコン結晶中に含有されている不純物酸素原子がすべ
て十分に隔たっていて、どれも孤立型（即ち、互いに相
互作用を及はし合わないという含有形態の）点格子欠陥
となっている場合（この状態を孤立欠陥状態と呼ぶこと
にする。酸素濃度が１５ｐｐｍ以下のａｓ−ｇｒｏｗｎ
結晶では酸素は全てこのような含有形態を取っていると
考えてよい）の上記の・ピーク強度比をいまａ：ｂ：ｃ
で表すことにする。即ち、孤立欠陥状態を取った場合、
Ｉ　（ＲＴ　１１０７）：　Ｉ　ＣＨｅＴ　１２０６）
　　：　Ｉ　（ＨｅＴ１７４９）　　　　　　＝ａ　：
　ｂ　：　Ｃ（４）である。この比率は、発明者らの測
定によれば、ａ　：　ｂ　：　ｃ　＝ｌ：０．３０７：
０．０９２である。いま、ピーク強度比が＜ａ＞　：　
＜ｂ＞　：　＜ｃ＞であるａｓ−ｇｒ。

ｗｎ結晶に高温熱処理、例えば、１２５０°Ｃ以上、１
〜２時間の熱処理で代表されるような、いわゆる、熱Ｈ
歴消去熱処理を施して孤立欠陥状態にしたときのピーク
強度比がａ：ｂ：ｃであるとする。すると、一般に ａ＝　＜ａ＞　十Ｘ ｂ＝　＜ｂ＞　＋Ｙ　　　　　　　　　　　　　　　　
（５）ｃ＝　＜ｃ＞　十Ｚ と表される。ただし、一般にｘ、ｙ、ｚ＞ｏである。こ
こで、Ｘ、Ｙ、Ｚはａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶の熱履歴のた
めに析出核欠陥などの形態で含有されていた酸素が、孤
立欠陥状態になったために生じたピーク強度の増加分で
ある。（５）式は ＜ａ＞　＝ａ　（１−Ｘ／ａ） ＜ｂ＞　＝ｂ　（１−Ｙ／ｂ）　　　　　　　　（６）
＜ｃ＞　＝ｃ　（１−Ｚ／ｃ） と書けるから、 ＜ａ＞　　：　　＜ｂ＞　：　＜ｃ＞　＝ａ　（１−Ｘ
／ａ）：ｂ（１−Ｙ／ｂ）：ｃ（１−Ｚ／ｃ））　　　
（７）と表すことができる。この式の右辺に含まれるＸ
／ａ、Ｙ／ｂ、Ｚ／ｃは析出核欠陥などの形態で含有さ
れていた酸素による寄与である。なお、（６）、（７）
式の右辺のＸ／ａ、Ｙ／ｂ、Ｚ／Ｃが本発明に係る前者
の比と後者の比の違いに該当する。上記で述べたように
、析出核形成によるピーク強度の相対的減少量について
は、Ｘ／ａ＜Ｙ／ｂ＜Ｚ／ｃ の関係が一般に成り立つ。このために（７）式の左辺の
比はａ：ｂ：ｃからずれる。

したがって、ａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶に対してピーク強度
比＜ａ＞　：　＜ｂ＞　：　＜ｃ＞を測定して、それが
ａ：ｂ：ｃからどの程度ずれているかということから、
そのａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶に含まれる析出核欠陥の量（
密度）を推定することができる。

次に、前述したＯｉビークとＰＩビークの分離の問題を
解決するために、本発明では従来の室温赤外吸収測定に
加えて以下で説明するような低温赤外吸収測定をおこな
う。格子間酸素による赤外吸収ピークは、室温では５１
５．１１０６．１２２５．１７２０Ｃｍ　−’の波数位
置に現れる。これらのピークの間の強度比は常に一定で
ある。すなわち、比例係数の値は異なるが、これらのピ
ークの強度は全て格子間酸素の濃度と比例する。したが
って、１１０６ａｎ−’ピーク（Ｏｉビーク）がＰｉピ
ークと重なるためにＯｆピークの強度を通して析出物化
した酸素を定量することができないという上述の問題は
、析出物によるピークと重ならない５１５ｃｍ−’や１
７２０ａｎ−１のピークを用いれば原理的には解決され
そうである。しかし、これらのピークは十分な強度を持
たなかったり、母体結晶格子による吸収との分離（差ス
ペクトル測定）が容易ではないといった実際上の理由の
ために格子間酸素濃度定量にはあまり適していない。そ
こで本発明では、格子間酸素による赤外吸収ピークのう
ち液体ヘリウム温度で観測される１２０６ｃｍ”’と１
７４８ｃｍ−’のピークを用いる。

これらのピークと室温１１０６ｃｍ”’ピーク（Ｏｆピ
ーク）との間の強度比も常に一定である。すなわち、や
はり比例係数の値は異なるが、これらのピークの強度は
全て格子間酸素の濃度と比例する。我々の精密測定によ
れば、ピーク強度と格子間酸素濃度との間の比例換算関
係は、室温１１０６ｃｍ−’ピークに関して （格子間酸素濃度）　＝９．６　Ｘ　（室温ＩＬＯ６ｃ
ｍ−’ピークの強度）　　　　　　　　　　　　（８）
で与えられるとしたとき、液体ヘリウム温度での１２０
６ｃｍ−’と１７４８ｃｍ−’のピークに関しては、（
格子間酸素濃度）　＝３１．２７　ｘ　（液体ヘリウム
温度での１２１）６ｃｍ−’ピークの強度）　　　　（
９）（格子間酸素濃度）　＝９６．８０　Ｘ　（液体ヘ
リウム温度での１７４８ａｎ−’ピークの強度）　　　
　（１０）と表されることがわかった。なお上式では、
格子間酸素濃度の単位としてｐｐｍを用い、ピーク強度
の単位としてピーク吸収係数Ｃｍ　−’を用いることに
している。これらの１２０６ｃｍ　−’や１７４８ｃｍ
−’のピークは格子間酸素濃度の定量に対して十分な強
度を有し、ピーク半値幅も非常に小さいために母体結晶
格子による吸収との分離（差スペクトル測定）が容易で
あるという大きなメリットをもつ。

更に、前述した析出物欠陥をその形態ごとに分類して定
量する問題は次の手段で解決される。

本発明者の研究によれば、赤外吸収測定の立場からは析
出物欠陥は大まかに、上述のＰｉビークと、１２２０ａ
ｎ−’近辺に現れるＰ２ビーク、それに中間のＰ３ビー
クとして検知される三種類に分けられる。これらをそれ
ぞれ、Ｐ１欠陥、Ｐ２欠陥。

Ｐ３欠陥とよぶことにする。このうち、Ｐ２欠陥は５ｉ
０２の組成をもつクリストバライトであることが一般に
知られている。これらの析出物欠陥と格子間酸素とを含
む結晶に対して室温赤外吸収測定をおこなうと、一般に
第１３図に示したようにＰｌビークとＰ２ビークおよび
Ｐ３ビーク、それに格子間酸素による１１０６ｃｍ−’
のＯｆピークとが重なり合わさって観測される。このう
ち、上述の低温１２０６ａｎ−’ピークの強度測定から
（９）式を用いて格子間酸素濃度が知れ、その結果を（
８）左辺に適応すると、重なりあったピークからＯｆピ
ークの分（第１３図の斜線部）を差し引くことができる
。さらに、ＰＩビークは左右対称であること（このこと
はＰｉ大欠陥みを含むような欠陥形成を行った場合から
知れる）を用いると、ＰＩピークを残った他のピーク（
Ｐ２ピークとＰ３ビーク）から分離することができる。

全体の析出物欠陥の内訳がどのようになっているかは、
Ｐ１ビークとＰ２ビークの強度比によって知ることがで
きる。我々が多数行った実験によれば、単位酸素濃変型
たりの　Ｐｉビークの面積強度（１ｐｐｍの格子間酸素
がすべてＰ１欠陥に変化した時のＰ１ビークの面積強度
）というのは、いつでもほぼ−定で、１．４２ｃｍ−’
／ｐｐｍであることがわかっている。

また、Ｐ２ビークの波数位置は析出物の形成方法（熱処
理条件）や結晶によって微妙に変化することから、Ｐ２
欠陥の構造上の違いをも検知することが可能である。

〔作用〕

はじめに、シリコン結晶がデバイス形成熱処理を受けた
際にどの程度の酸素析出を呈するかという予測を可能に
する上記構成のシリコン結晶の評価方法の作用について
説明する。

本発明者等の実験により、結晶の熱履歴はＨｅＴにおけ
る１２０６±１ａｏ−’と１７４９±ｆａｎ−’の二つ
の不純物酸素赤外吸収ピークの上に顕著に反映されるこ
とが明らかにされた。

本発明は、この実験結果を用いて、Ｉ　（ＲＴ１１０７
）　：　Ｉ　（ＨｅＴ　１２０６）　：　Ｉ　（ＨｅＴ
　１７４９）なる比率を測定することによって不純物酸
素の含有形態に対する知見を得、これによって酸素析出
予測を可能とするようにしたものである。

次に、この実験について具体的に説明する。

酸素析出を左右する結晶熱履歴の代表的なものとして低
温熱履歴と呼ばれるものがある。これは、しばしば７０
０°Ｃ前後の熱処理で擬似化される。これまで、この熱
処理を施した場合とそうでない場合とでは、その後にお
ける高温熱処理時の酸素析出が大幅に異なることから、
この低温熱履歴（熱処理）によって酸素析出核が形成さ
れると考えられている。しかし、前述のように、この析
出核の存在はこれまで物性値として捉えられていない。

本実験では、１つのａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶インゴットの
同一部位から試料を切り出し、窒素雰囲気中で様々な低
温熱処理を施した後、ＨｅＴでの１２０６±１の−１と
１７４９±ｆａｎ−’の二つの不純物酸素赤外吸収ピー
クとＲＴにおける１１０７ｃｍ−’の不純物酸素赤外吸
収ピークの強度Ｉ　（ＲＴ　１１０７）、Ｉ　（ＨｅＴ
　１２０６）及びＩ　（ＨｅＴ　１７４９）を測定した
。測定は、波数分解能を０．２５ｃｍ−’として行った
。実験に用いた試料と熱処理の関係を次の表１に示す。

また、表１には各試料に対して測定されたＩ　（ＲＴ　
１１０７）：　Ｘ（ＨｅＴ　１２０６）及びＩ　（Ｈｅ
Ｔ　１７４９）の結果を、ａｓ−ｇｒｏｗｎの場合を１
００％とした相対値で示しである。

（本貫、以下余白） 上記の試料Ｓｌと８２に対して得られたＲ７１１０７ｃ
ｍ−’ピークの近傍の吸収スペクトルをそれぞれ第１図
と第２図に示す。具体的には第１図は不純物酸素を含む
ａｓ−ｇｒｏｗｎシリコン結晶のＲＴにおける赤外吸収
スペクトルを示す図であり、１１０７ｃｍ−１に現れて
いるピークが不純物酸素に起因する吸収ピークである。

この不純物酸素赤外吸収ピークの強度Ｉ　（ＲＴ　１１
０７）は、不純物酸素を含まない場合の吸収スペクトル
を不純物酸素赤外吸収ピーク以外の領域で重ね合わせて
得られるベースライン（図中、不純物酸素赤外吸収ピー
クの下部に引かれた曲線）を基準にして測定される。ま
た、第２図は７００℃、１６ｈの熱処理を施した不純物
酸素を含むシリコン結晶のＲＴにおける赤外吸収スペク
トルであり、測定に用いた試料は第１図に示したスペク
トルを得た試料と同一の結晶製造時熱履歴を有するａｓ
−ｇｒｏｗｎ結晶に７００°Ｃ，１６ｈの熱処理を施し
たものである。

これらの図に示された二つのスペクトルは、図示された
波数範囲でほぼ完全に重ね合わせることができる。これ
は、前述した低温熱履歴（７００″Ｃ２１６ｈの熱処理
）による析出核形成は一般にＲ７１１０７ｃｍ−’吸収
ピークでは観測されないということを意味する。これら
の吸収スペクトルでピークの下側に描かれているのはＩ
　（ＲＴ　１１０７）を算出するために用いられるベー
スラインであり、酸素を含まないシリコン結晶に対して
測定されたスペクトルを１１０７ｃｍ’″１吸収ピーク
以外の部分で重ね合わせたものである。Ｉ　（ＲＴ　１
１０７）に相当する部分を第１図に示している。

一方、試料Ｓｌに対して測定されたｆ（ｅＴ　１２０６
ｃｍ−１吸収ピークと）ＩｅＴ　１７４９ｃｍ−’吸収
ピークをそれぞれ第３図と第４図に示す。具体的には第
３図は不純物酸素を含むａｓ−ｇｒｏｗｎシリコン結晶
のＨｅＴにおける赤外吸収スペクトルを示す図であり、
１２０６ｃｍ−１に現れているピークも不純物酸素に起
因する吸収ピークである。他の、１０８５ｃｍ−’、１
１３６ｃｍ−’に現れているピークも不純物酸素による
ものである。

この不純物酸素赤外吸収ピークの強度Ｉ　（ＨｅＴ　１
２０６）は、不純物酸素を含まない場合の吸収スペクト
ルを不純物酸素赤外吸収ピーク以外の領域で重ね合わせ
て得られるベースライン（図中、不純物酸素赤外吸収ピ
ークの下部に引かれた曲線）を基準にして測定される。

また、第４図は不純物酸素を含むａｓ−ｇｒｏｗｎシリ
コン結晶のＨｅＴにおける赤外吸収スペクトルを示す図
であり、１７４９ｃｍ−’に現れているピークが不純物
酸素に起因する吸収ピークである。他の、１７４３ｃｍ
−’、１７３６ｃｍ−’に現れているピークも不純物酸
素によるものである。この不純物酸素赤外吸収ピークの
強度Ｉ　（ＨｅＴ　１７４９）は、不純物酸素を含まな
い場合の吸収スペクトルを不純物酸素赤外吸収ピーク以
外の領域て重ね合わせて得られるベースライン（図中、
不純物酸素赤外吸収ピークの下部に引かれた曲線）を基
準にして測定される。

これらのピークには７００℃、１６ｈ熱処理の効果が反
映され、表１に示したようにＩ　（ＨｅＴ　１２０＆）
とＩ　（ＨｅＴ　１７４９）は７００℃、１６ｈによっ
てそれぞれａｓ−ｇｒｏｗｎの場合の〜９７％と９４％
に減少する。即ち、７００°Ｃ，１６ｈ熱処理の効果は
ＲＴ１１０７ｃｍ−’ピークのうえには全く反映されな
いが、ＨｅＴ　１２０６ｃｍ−’吸収ピークとＨｅＴ　
１７４９ｃｍ−’吸収ピークのうえにはピーク強度の減
少として顕著に観測される。そして、その際、ピーク強
度の減少量はＨｅＴ　１２０６ｃｍ−’ピークよりも）
ｌｅＴ　１７４９ｃｍ−’ピークの方が大きい。このこ
とを−膜化して述べたものが（３）式であるが、これは
表１を、横軸として低温熱処理の程度を取り、縦軸に表
１のＩ　（ＲＴ　１１０７）、　　Ｉ　（）ｌｅＴ　１
２０６）　、’　Ｉ　（ＨｅＴ　１７４９）の値をとっ
てプロットしてみると明らかになる。この結果を示した
ものが第５図と第６図である。具体的には、第５図はＩ
　（ＲＴ　１１０７）、　　Ｉ　（ＨｅＴ　１２０６）
及びＩ　　（ＨｅＴ　１７４９）の熱処理によるピーク
強度（相対値）変化を示す図であり、Ｉ　（ＲＴ　１１
０７）。

Ｉ　（ＨｅＴ　１２０６）及びＩ　（ＨｅＴ　１７４９
）は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶におけるそれぞれのピーク
強度を１００％とした場合の相対値で示しである。これ
らの値は表１にも与えられている。また、第６図はＩ　
（ＲＴ　１１０７）　：　Ｉ　（ＨｅＴ　１２０６）及
びＩ　（ＨｅＴ　１７４９）の熱処理によるピーク強度
（相対値）変化を示す図であり、Ｉ　（ＲＴ　１１０７
）　：　Ｉ　（ＨｅＴ　１２０６）及びＩ　（Ｉ（ｅＴ
　１７４９）は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶におけるそれぞ
れのピーク強度を１００％とした場合の相対値で示しで
ある。これらの値は表１にも与えられている。

これらの図においては常に（３）式が成り立っている。

即ち、低温熱処理（熱履歴）による析出核形成や析出核
成長という不純物酸素の含有形態変化の際に、析出核や
析出物に変化した酸素原子の分だけピーク強度は減少す
るが、その減少量は一般に、Ｉ　（ＲＴ　１１０７）よ
りもＩ　（ＨｅＴ　１２０６）の方に、また、Ｉ　（Ｈ
ｅＴ　１２０６）よりもＩ　（ＨｅＴ　１７４９）の方
に、より顕著に現れ、Ｉ　（ＲＴ　１１０７）に変化が
観測されないような場合でもＩ　（ＨｅＴ　１２０６）
やＩ　（ＨｅＴ　１７４９）の方には変化が観測され得
る。

表１に示したＩ　（ＲＴ　１１０７）、　　Ｉ　（Ｈｅ
Ｔ　１２０６）及びＩ　（ＨｅＴ　１７４９）の値は、
それぞれのピークの強度をａｓ−ｇｒｏｗｎの場合に対
して１００％とした時の相対値である。いま、ピークの
強度に関する共通′の尺度（例えば、吸収係数）を用い
てこれのピーク強度を表し、その間の比をとれば一般に
（１）式のように Ｉ　（ＲＴ　１１０７）：　Ｉ　（ＨｅＴ　１２０６）
　　：　Ｉ　（ＨｅＴ１７４９）　　　　＝　＜ａ＞　
　：　　＜ｂ＞　　：　　＜ｃ＞　、　　（１１）と表
される。表１におけるＳ５の試料は、前述の熱履歴消去
高温熱処理を施したものであるから、この試料において
は不純物酸素原子はすべて孤立欠陥状態になっていると
考えてよい。即ち、この試料においては、（４）式の表
記法を用いればＩ　（ＲＴ　１１０７）＋　Ｉ　（Ｈｅ
Ｔ　１２０６）　　：　Ｉ　（ＨｅＴ１７４９）　　　
＝ａ：ｂ：ｃ　　　　　　　　（１２）とかかれる。一
方１１表１から ａ　：　ｂ　：　ｃ＝１．０１　＜ａ＞　：　１．０３
＜ｂ＞　：　１．０４＜Ｃ＞ であるから　　　　　　　　　　　　　　（１３）＜ａ
＞　：　＜ｂ＞　：　＜ｃ＞　＝ａ／１．０１：ｂ／１
．０３：ｃ／１．０４（１４） ａ　（１−０，０１）：ｂ（１−０，０３）：ｃ（１−
０，０４）　（１５）となる。即ち、（６）式と比較す
ると Ｘ／ａ＝０．ｏＩ Ｙ／ｂ　＝０．０３　　　　　　　　　　　　　　　（
１６）Ｚ／ｃ＝０．０４ であることになる。（１５）式はａｓ−ｇｒｏｔｖｎ結
晶におけるピーク強度比＜ａ＞　：　＜ｂ＞　：　＜ｃ
＞が孤立欠陥状態をとった場合の比ａ：ｂ：ｃからそれ
ぞれ約Ｘ／ａ、Ｙ／ｂ、Ｚ／ｃだけずれることを意味す
る。表１に示したものは本発明者等の実験結果のごく一
部であり、池の酸素濃度が３０ｐｐｍ（ｏｌｄ　ＳＡＴ
Ｍ換算）以上である多数のａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶につい
ても、それらに熱Ｂ歴消去高温熱処理を施して測定して
みると、やはりａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶におけるピーク強
度比＜ａ＞　：　＜ｂ＞　：　＜ｃ＞は孤立欠陥状態を
とった場合の比ａ二ｂ：ｃに比べて一般に Ｘ　／　ａ　＝　０．００〜０．０２ Ｙ／ｂ＝０．０２〜０．０９　　　　　　　　　（１７
）Ｚ／ｃ＝０．０４〜０．０９ の分だけズレを生ずることが明らかになった。このズレ
は孤立欠陥状態を基準にして見れば、酸素が熱履歴のた
めに複合欠陥として存在するようになったことから生ず
るものである。そしてこのようなズレというのは、前述
したように酸素析出核を形成するような低温熱処理（熱
履歴）によってもたらされる。したがって、ａｓ−ｇｒ
ｏｗｎ結晶におけるピーク強度比＜ａ＞　：　＜ｂ＞　
：　＜ｃ＞が孤立欠陥状態をとった場合の比ａ：ｂ：ｃ
からずれる大きな要因はａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶中に存在
する酸素析出核である。したがって、ａｓ−ｇｒｏｗｎ
結晶に対してピーク強度比＜ａ＞　：　＜ｂ＞　＋　＜
ｃ＞を測定して、それがａ：ｂ：ｃからどの程度ずれて
いるかということから、そのａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶に含
まれる析出核欠陥の量（密度）を推定することができる
。

孤立欠陥状態から酸素が析出核形成あるいは析出核成長
する際に、Ｉ　（ＲＴ　１１０７）、　　Ｉ　（ＨｅＴ
１２０６）及びＩ　（ＨｅＴ　１７４９）が全て減少し
てゆくということは、これらの吸収ピークがすべて孤立
欠陥状態にある酸素に起因したものであることから単純
に理解される。しかし、Ｉ　（ＲＴ　１１０７）、　　
Ｉ（ＨｅＴ　１２０６）　　：　Ｉ　（ＨｅＴ　１７４
９）の比率がａ：ｂ：Ｃからずれるという実験事実は直
観的な理解の範囲をこえる。このことは、孤立欠陥状態
にある酸素による不純物酸素赤外吸収に対する本発明者
等の理論的研究４）１ゝをもとにして以下のように説明
する。

４　）　Ｈ，Ｙａｍａｄａ−Ｋａｎｅｔａ　ｅｔ　ａｌ
、。

１５　ｈｔ　Ｉｎｔ、　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　
Ｄｅｆｅｃｔｓ　ｉｎＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（
Ｂｕｄａｐｅｓｔ、１９８８）、　ＭａｅｅｒｉａｌＳ
ｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｒｕｍ、　Ｖｏｌ、　３８−４１．
６３７（１９８９）。

５　）　Ｃ，Ｋａｎｅｔａ　ｅｔ　ａＬ、。

１５　ｈｔ　Ｉｎｔ、　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　
Ｄｅｆｅｃｔｓ　ｉｎＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（
Ｂｕｄａｐｅｓｔ、　１９８８）、　Ｍａｔｅｒｉａｌ
Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｒｕｍ、　Ｖｏｌ、　３８−４１
．３２３（１９８９）。

すなわち、孤立欠陥状態にある酸素（Ｏｆと記す）は第
７図及び第８図に示されるように、もとのシリコン結晶
格子の＜１１１＞方向に沿った５ｔ−３ｔ結合軸のほぼ
中間に浸入したかたちで存在する。なお、第７図は、シ
リコン結晶格子中における孤立不純物酸素（Ｏｉ）の配
位状態を示す図であり、Ｏｌは母体シリコン結晶格子の
〈ｌｌｌ〉結合軸のほぼ中間に浸入したかたちで位置し
ており、Ｏｉの存在のために生ずる不純物格子振動を記
述するために図示したような直交座標軸を導入している
。また、第８図は第７図に示す直交座標軸に従って記述
された不純物振動モードを示す図であり、Ａ５型振動モ
ードとＡ＋を型振動モードを示しており、この他にＯｉ
の、（ｘ、ｙ）平面に平行な変位による非調和振動モー
ド（第７図参照）が存在する。

そして、その場合、Ｏｆに起因した不純物局在格子振動
として ■○ｉの（ｘ、ｙ）運動自由度による非調和振動■Ｏｉ
のＺ変位とその近傍のＳｉ原子の変位を含むＡ２．型振
動 ■Ｏｉの近傍のＳｉ原子の変位から成るＡＩ９型振動 といった不純物振動モードが現れる。

この他の不純物振動モードも現れるが今の場合には説明
に不要であるので省略する。これらの不純物振動モード
は互いに非調和結合をしており、赤外光を照射すると、
■及び■のモードのみによる不純物赤外吸収の他に、■
、■及び■のモードの複数を同時に励起するために生ず
る、いわゆる多量子励起赤外吸収を呈する。ＲＴ　１１
０７　ｃｍ”’吸収は■のモードのみに起因したもので
あり、ＨｅＴ１２０６ｃｍ−’吸収は■と■のモードを
同時に励起するために生ずる多量子励起赤外吸収である
。モしてＨｅＴ　１７４９ｃｍ”’吸収は■と■のモー
ドを同時に励起するために生ずる多量子励起赤外吸収で
ある。このように、３つの吸収ピークは同一の孤立欠陥
状態にある酸素（Ｏｆ）に起因するものであるが、それ
ぞれ吸収ピークに寄与する（結合）モードは異なってい
る。したがって、析出核形成などの際に、複数の酸素原
子が互いに接近すると各モードは接近した別の酸素の影
響を受けることになり、その影響に対して敏感なモード
から消滅してゆく（振動数の全く異なるモードに変遷し
てゆく）。

そして、接近した別の酸素に対する各モードの敏感性が
モードによって異なるために、酸素が析出核形成あるい
は析出核成長する際に、Ｉ　（ＲＴ１１０７）、　　Ｉ
　（ＨｅＴ　１２０６）及びＩ　（ＨｅＴ　１７４９）
が全て減少してゆくばかりでなく、Ｉ　（ＲＴ　１１０
７）：Ｉ　（ＨｅＴ　　１２０６）　　：　Ｉ　（Ｈｅ
Ｔ　１７４９）の比率がａ：ｂ二〇からずれることにな
る。

次に、液体ヘリウム温度での１２０６ｃｍ−’と１７４
８ｃｍ−１のピークは格子間酸素濃度の定量に対して十
分な強度を有するので析出物欠陥の総量が、従来法より
もずっと高い精度で測定される。更に、どのような形態
の析出物欠陥がそれぞれどのくらいの量だけ含まれてい
るかという、析出物欠陥の内容を知ることができる。こ
の内容は、大まかには二つの形態の析出物Ｐ１とＰ２に
分類され、Ｐ２欠陥は更に、それによる吸収ピークの形
状によって細かく分類される。このような、析出物欠陥
の内容評価に関して従来法では任意性を伴い、情報量も
乏しかったが、欠陥による赤外吸収スペクトルという物
性量を一定の物理的指針にのっとってデータ処理すると
いう本方法によればこのような任意性は排除され、より
詳細な情報をえることが可能となる。

このようなメリットのために、本結晶欠陥評価法は、析
出物形成を制御するうえで従来法よりも正確かつ詳細な
制御パラメターを提供しえる。そのことによって、ゲッ
タリング効果に関して、より高い制御性や安定性を得る
ことが可能となる。

〔実施例〕

まず、全ての不純物酸素が孤立欠陥状態をとっていると
考えられる多数の結晶に対してａ：ｂ：Ｃの比率を正確
に測定し、この比率に関する多数のデータから更に最小
自乗法によって最も真実に、近いａ：ｂ：ｃの比率を求
めた。ここで、全ての不純物酸素が孤立欠陥状態をとっ
ていると考えられる結晶としては、酸素濃度が２５　ｐ
ｐｍ　　（ｏｌｄＡＳＴＭ換算）以下であるａｓ−ｇｒ
ｏｗｎ結晶と、酸素濃度が２５　ｐｐｍ　　（ｏｌｄ　
ＡＳＴＭ換算）以上であるａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶に熱履
歴消去高温熱処理を施した結晶を用いた。この比をａで
規格化して１　：／ｂ／：／ｃ／で表した。即ち、／　
ｂ　／　＝　ｂ　／　ａ　、　／　ｃ　／　＝　ｃ　／
ａであり、 １　　：／ｂ／　：／ｃ／＝ａ／ａ　　：　ｂ／ａ　　
：　　ｃ／ａ（１７） である。次に、酸素濃度が３１ｐｐｍ以上であるイくツ
かのａｓ−ｇｒｏｗｎ試料に対して＜ａ＞　：　＜ｂ＞
　：　＜Ｃ＞の比を測定した。この比率を、　　〈ａ〉
で規格化して １　：／　＜ｂ＞　／：／　＜ｃ＞　／＝　＜ａ＞　／
　＜ａ＞　：　＜ｂ＞　／　＜ａ＞　：　＜ｃ＞／＜ａ
＞　　（１８） のように表した。そして、 ／　＜ｂ＞　／＝／ｂ／　（１−／ｙ／）／＜ｃ＞／＝
／ｃ／（１−／ｚ／）　　　（１９）なる関係式にあて
はめて、各ａｓ−ｇｒｏｗｎ試料毎に／ｙ／と／２／の
値を求めた。その結果、試料によってｙ／と／ｚ／は ／　ｙ／　＝　０．００〜０．０４ ／Ｚ／＝０．００〜０．０５ の範囲の値をとった。更に、これらのａｓ−ｇｒｏｗｎ
試料に７００℃、４ｈ＋１１００″Ｃ，５ｈの酸素析出
熱処理を施して、初期酸素濃度が同程度であるａＳ−ｇ
ｒｏｗｎ試料の間で（／ｙ／、／ｚ／）と析出量の相関
を調べた。その結果、／　ｙ　／及び／　２　／の値が
大きい試料では一般に析出量が大きいという相関が得ら
れた。このことは、酸素濃度が一定であるａｓ−ｇｒｏ
ｗｎ試料でも／ｙ／及び／　ｚ　／の値が大きい試料で
は析出核の状態で存在する酸素の割合が高く、したがっ
て析出熱処理の際に多量の酸素析出を呈するというよう
に解釈される。

したがって、上記の方法で／ｙ／と／２／を求めれば、
同一初期酸素濃度を有する他の結晶に比べて析出しやす
い結晶であるか否が、即ち、析出核の密度が高いか否か
を判定することができる。

尚、前述した１０Ｋ以下の温度で１２０６±３ｃｍ−’
及び１７４９±３ｃｍ−’に現れる不純物酸素赤外吸収
ピークの測定に際しては、１１２８ｃｍ−’に赤外吸収
ピークが現れるか否かを判断して温度制御を行うことが
好ましい。この１１２８ｃｍ−’のピークは６〜７Ｋに
なると出現し、３５に程度で最大となる。１１２８ｃｍ
−’のピークが現れないように温度制御をすれば必ず１
０Ｋ以下の温度にシリコン結晶を保持することができる
。約７に以下の温度ではピーク強度はほとんど変わらな
い。

次に格子間不純物酸素濃度の測定及び析出物欠陥の評価
にかかる本発明の詳細な説明する。前述した第１２図は
室温で測定されたａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶の不純物赤外吸
収スペクトルであり、格子間不純物酸素による１１０６
ｃｍ−’ピーク（Ｏｆピーク）のみが現れている。この
結晶に対して、７００℃、８時間＋１０００°Ｃ，２時
間の析出物欠陥形成熱処理を施したのちにえられた不純
物赤外吸収スペクトルが第１３図に示されている。また
、この熱処理を施した結晶に対して液体ヘリウム温度で
測定された１２０６ｃｍ−’の格子間不純物酸素による
吸収ピークを第９図に示す。

第１２図のピークの強度を測定し、（８）式を用いると
、このａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶の全不純物酸素濃度は３２
．６ｐｐｍであることがわかる。第９図のピークの強度
を測定し、（９）式に用いると、この熱処理を施した結
晶における格子間酸素の濃度は１１．３ｐｐｍであるこ
とがわかる。このことから、差引として２１．３ｐｐｍ
の分の酸素が熱処理によって析出物欠陥になったことが
わかる。残存する１１．３ｐｐｍの格子間酸素は、（８
）式を用いると、第１３図の斜線で示したピークの分だ
け寄与していることがわかる。第１３図の重なったピー
クからこの分を差引き、残りのスペクトルの低波数側の
裾を高低波数側に折り返すとｐｔピークが得られる。更
にこのＰ１ビークの分を差し引くとＰ２ビークとＰ３ビ
ークが得られる。この結果から、Ｐｉピークの面積強度
は１７．３ｃｍ−”であることがわかる。

我々が多数行った実験によれば、単位酸素濃反核たりの
ＰＩビークの面積強度（１ｐｐｍの格子間酸素がすべて
Ｐ１ピークを生ずる欠陥に変化した時のＰ１ピークの面
積強度）というのは、いつでもほぼ一定で、１．４２ｃ
ｍ−２／ｐｐｍであることがわかっている。このことか
ら、今の場合には１２．２ｐｐｍの格子間酸素がＰ１欠
陥に変化したということかわかる。したがって、残りの
９．ｌｐｐｍの格子間酸素かＰ２欠陥とＰ３欠陥に変化
したということが結論される。すなわちまとめると、い
まの場合、もともと３２．６ｐｐｍだけ含まれていた格
子間酸素のうちトータルとして２１．３ｐｐｍ分が熱処
理によって析出物欠陥となり、そのうちｐｐｍ分がＰ１
欠陥に、１１．３ｐｐｍ分がＰ２欠陥とＰ３欠陥になっ
ていることがわかる。

次に、前述したシリコン結晶の評価方法を用いた本発明
による半導体装置の製造方法について説明する。通常用
いられているシリコン基板はシリコン結晶のインゴット
をスライスして提供される。

シリコン結晶のインゴットはシリコン融液からの凝固を
制御して作るので、初期に生成されたインゴット部分と
後期に生成されたインゴット部分とは異なる熱履歴を持
つ。

したがって、第１Ｏ図のステップ１０１に示すように、
シリコン結晶（基板）の熱履歴を前述した本発明の評価
方法に従って測定する。次にステップ１０２において、
得られた熱履歴に応じた熱処理を行う。ここでの熱処理
は、１つのインゴットからスライスされたシリコン基板
がすべて同一の熱履歴を持つように行う。これにより、
１つのインゴットから得られるシリコン基板は同一の特
性を持つことになり、その後の製造工程は同一条件で行
える。そして、ステップ１０３でシリコン基板とは異な
る導電型の不純物をシリコン基板中に導入することでｐ
ｎ接合（ダイオード）を形成することができる。

一口に半導体の製造工程と言っても多数のものが存在す
るが、重要な点は本発明のシリコン結晶の評価方法を用
いて各シリコン基板の熱履歴を揃えておくことで、その
後の不純物導入等の工程を同一の条件で行えることであ
る。この結果、各半導体装置の種々の特性はほぼ同一と
なる。

また、第１１図に示すように、第１０図に示す工程に、
ステップ１０４を加えることで、各シリコン基板の特性
が等しい状態にあるかどうかを確認することができる。

すなわち、ステップ１０４で本発明の評価方法により析
出物欠陥を評価する。この評価により、ステップ１０１
に基ついた熱処理が適切かどうかを判断することができ
る。実際には、ステップ１０４はすべてのシリコン基板
を評価することなく、サンプルを取り出して評価すれば
良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ａＳ−ｇｒｏｗ
ｎ結晶における酸素の含有形態（析出核欠陥状態）をデ
バイス形成プロセス投入前に把握することができ、これ
によって熱履歴の不明な結晶に対してデバイス形成熱処
理時に生ずる酸素析出量の予測を簡便に行うことができ
る。このため、デバイス製造歩留りを向上させることが
でき、プロセスの複雑化、高度化に対応することができ
る。

また、本発明によればトータルとしての酸素析出物の量
や、その内訳、すなわちどの様な形態の酸素析出物がそ
れぞれどの程度の量（密度）形成されているかを正確に
知ることができる。

更に本発明によれば、各シリコン基板の熱履歴を同一に
し同一の条件で不純物導入などその後の工程を行うこと
ができ、特性の揃った半導体装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は不純物酸素を含むａｓ−ｇｒｏｗｎシリコン結
晶（Ｓりの室温（ＲＴ）における赤外吸収スペクトルを
示す図、 第２図は７００″Ｃ，１６ｈの熱処理を施した不純物酸
素を含むシリコン結晶（Ｓ２）の室温（ＲＴ）における
赤外吸収スペクトルを示す図、第３図及び第４図は不純
物酸素を含むａｓ−ｇｒｏｗｎシリコン結晶（Ｓ　１）
の液体ヘリウム温度（ＨｅＴ）における赤外吸収スペク
トルを示す図、第５図及び第６図はＩ　（ＲＴ　１１．
０７）、　　Ｉ　（ＨｅＴ１２０６）及びＩ　（ＨｅＴ
１７４９）の熱処理によるピーク強度（相対値）の変化
を示す図、 第７図はシリコン結晶格子中における孤立不純物酸素（
Ｏｆ）の配位状態を示す図、 第８図は第７図に示す直交座標軸にしたがって記述され
た不純物振動モードを示す図、第９図は熱処理を施した
結晶に対して液体ヘリウム温度で測定された１２０６ｃ
ｍ−’の格子間不純物酸素による吸収ピークを示す図、 第１０図及び第１１図は本発明によるシリコン結晶の評
価方法を用いた半導体装置の製造方法を示す図、 第１２図は析出物を形成する以前の不純物酸素のピーク
を示す図、及び 第１３図は析出物欠陥に起因した赤外吸収スペクトルを
示す図である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）不純物酸素を含むシリコン結晶に対して、（Ａ）
   室温で１１０７±３ｃｍ＾−＾１に観測される不純物酸
   素赤外吸収ピークの強度、 （Ｂ）１０Ｋ以下の温度で１２０６±３ｃｍ＾−＾１に
   観測される不純物酸素赤外吸収ピークの強度、及び（Ｃ
   ）１０Ｋ以下の温度で１７４９±３ｃｍ＾−＾１に観測
   される不純物酸素赤外吸収ピークの強度のうち、（Ａ）
   、（Ｂ）、（Ｃ）の全て、あるいは（Ａ）と（Ｂ）、あ
   るいは（Ａ）と（Ｃ）の量を測定する工程と、 それらのピーク強度の間の比を求める工程と、該ピーク
   強度比と、不純物酸素が全て孤立点格子欠陥として存在
   している場合の対応するピーク強度比とを比較し、前者
   の比と後者の比の違いを求める工程と、 予め熱履歴が既知である複数の結晶に対して求められた
   該ピーク強度比の違いと熱履歴の間の対応較正データに
   より該シリコン結晶の熱履歴を求める工程とを含むこと
   を特徴とするシリコン結晶の評価方法。
2. （２）前記工程（Ｂ）及び（Ｃ）はほぼ１１２８ｃｍ＾
   −＾１に現れる赤外吸収ピークの強度を測定する工程を
   含むことを特徴とする請求項（１）記載のシリコン結晶
   の評価方法。
3. （３）不純物酸素とそれによる析出物欠陥とを含むシリ
   コン結晶に対して、 （Ａ）析出物欠陥によって９００〜１３００ｃｍ＾−＾
   １の波数域に現れる結晶欠陥赤外吸収スペクトルを測定
   する工程と、 （Ｂ）不純物酸素が孤立点格子欠陥として存在する場合
   に１２０６±２ｃｍ＾−＾１及び１７４９±２ｃｍ＾−
   ＾１の波数位置に現れる赤外吸収ピークの少なくとも１
   つの強度を測定する工程と、 （Ｃ）前記工程（Ｂ）で得られた赤外吸収ピークの強度
   から孤立格子間不純物酸素濃度を算出する工程とを有す
   ることを特徴とするシリコン結晶の評価方法。
4. （４）前記シリコン結晶の評価方法は前記結晶欠陥赤外
   吸収スペクトルから前記孤立格子間不純物酸素によるス
   ペクトルを差し引いた結果を用いて析出物欠陥を評価す
   る工程とを含むことを特徴とする請求項（３）記載のシ
   リコン結晶の評価方法。
5. （５）前記工程（Ｃ）は前記工程（Ｂ）で得られた赤外
   吸収ピークの強度に所定の定数を乗算する工程を含むこ
   とを特徴とする請求項（３）記載のシリコン結晶の評価
   方法。
6. （６）前記工程（Ｂ）を１０Ｋ以下の温度で行い、前記
   （Ａ）の工程を室温で行うことを特徴とする請求項（３
   ）記載のシリコン結晶の評価方法。
7. （７）（イ）シリコンウェハの熱履歴を求める工程と、 （ロ）該工程（イ）で求めたシリコンウェハの熱履歴に
   応してシリコンウェハを熱処理する工程と、（ハ）シリ
   コンウェハとは反対の導電型の不純物をシリコンウェハ
   内に導入する工程とを有し、前記工程（イ）は、不純物
   酸素を含むシリコン結晶に対して、 （Ａ）室温で１１０７±３ｃｍ＾−＾１に観測される不
   純物酸素赤外吸収ピークの強度、 （Ｂ）１０Ｋ以下の温度で１２０６±３ｃｍ＾−＾１に
   観測される不純物酸素赤外吸収ピークの強度、及び （Ｃ）１０Ｋ以下の温度で１７４９±３ｃｍ＾−＾１に
   観測される不純物酸素赤外吸収ピークの強度のうち、（
   Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の全て、あるいは（Ａ）と（Ｂ）
   、あるいは（Ａ）と（Ｃ）の量を測定する工程と、 それらのピーク強度の間の比を求める工程と、該ピーク
   強度比と、不純物酸素が全て孤立点格子欠陥として存在
   している場合の対応するピーク強度比とを比較し、前者
   の比と後者の比の違いを求める工程と、 予め熱履歴が既知である複数の結晶に対して求められた
   該ピーク強度比の違いと熱履歴の間の対応較正データに
   より該シリコン結晶の熱履歴を求める工程とを含むこと
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
8. （８）前記半導体装置の製造方法は更に、前記シリコン
   結晶中の析出物欠陥を評価する工程を含み、該工程は、 析出物欠陥によって９００〜１３００ｃｍ＾−＾１の波
   数域に現れる結晶欠陥赤外吸収スペクトルを測定する工
   程と、 不純物酸素が孤立点格子欠陥として存在する場合に１２
   ０６±２ｃｍ＾−＾１及び１７４９±２ｃｍ＾−＾１の
   波数位置に現れる赤外吸収ピークの少なくとも１つの強
   度を測定する工程と、 該工程で得られた赤外吸収ピークの強度から格子間不純
   物酸素濃度を算出する工程と、 前記結晶欠陥赤外吸収スペクトルから前記格子間不純物
   酸素濃度を差し引いた結果を用いて析出物欠陥を評価す
   る工程とを含むことを特徴とする請求項（７）記載の半
   導体装置の製造方法。
9. （９）前記析出物欠陥の評価に応じて前記（ロ）の熱処
   理を制御することを特徴とする請求項（８）記載の半導
   体装置の製造方法。
10. （１０）前記シリコン結晶中の析出物欠陥を評価する工
    程を前記（ロ）と（ハ）の工程の間で行うことを特徴と
    する請求項（７）記載の半導体装置の製造方法。