JPH09283584A - シリコン結晶炭素濃度測定方法 - Google Patents

シリコン結晶炭素濃度測定方法

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JPH09283584A
JPH09283584A JP11200196A JP11200196A JPH09283584A JP H09283584 A JPH09283584 A JP H09283584A JP 11200196 A JP11200196 A JP 11200196A JP 11200196 A JP11200196 A JP 11200196A JP H09283584 A JPH09283584 A JP H09283584A
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JP
Japan
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carbon
concentration
measured
measuring
silicon
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JP11200196A
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Hiroyuki Saito
広幸 斉藤
Hiroshi Shirai
宏 白井
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Coorstek KK
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Toshiba Ceramics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フーリエ変換赤外分光法を用い、シリコン単
結晶中の置換型炭素濃度を簡便に、且つ、低濃度でもよ
り正確に精度よく測定する。 【解決手段】 フーリエ変換赤外分光法によるシリコン
結晶中の炭素濃度の測定において、被測定シリコン結晶
より含有酸素が低濃度のカーボンフリー標準試料を用い
て測定することを特徴とするシリコン結晶低炭素濃度測
定方法。被測定シリコン結晶の含有炭素濃度が、約5×
1015atoms/cm3 以下の低濃度ものも好適に適
用できる。カーボンフリー標準試料として、CZ法で得
られるシリコン単結晶の酸素濃度1×1018atoms
/cm3 より低い含有酸素濃度のものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン結晶炭素
濃度測定方法及びカーボンフリー標準試料に関し、更に
詳しくはフーリエ変換赤外分光(FT−IR)法を用
い、従来の測定よりシリコン結晶中の炭素濃度をより低
濃度まで測定可能とするシリコン結晶炭素濃度測定方法
及びカーボンフリー標準試料に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の基板を構成するシリコン単
結晶は、高純度が要求されできる限り不純物の含有が排
除されている。半導体においては、不純物含量が極微量
でも最終的な性能に多大な影響を及ぼすことがあり、特
に、近年の超高集積化に伴い、基板となるシリコン単結
晶の高純度化の要求も著しく厳格なものとなっている。
しかし、製造工程の各種操作や装置等からの極微量の不
純物の混入は避けることができないのが現状である。そ
のため、半導体基板用のシリコン結晶中に含まれる不純
物の種類及びその含有量を予め測定し、その測定結果に
基づき各種の処理を適宜選択することや、得られる半導
体素子の性能を予測することも行われている。このため
シリコン結晶中の不純物測定のために各種の測定機器の
改良や測定精度の向上等が提案され、また、常に、要望
もされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記したような状況の
下において、発明者らは、シリコン結晶中の置換型炭素
が、特に半導体素子性能の電気的特性の良否に関連する
ことから、その含有量を正確に測定することを目的に検
討した。発明者らは、先ず従来のFT−IR法によるシ
リコン結晶中の置換型炭素濃度の測定方法を基本的に見
直すことにした。従来から行われているFT−IR法に
よる置換型炭素濃度測定は、他の化合物中の成分と同様
に、不純物フリーとしての標準試料との相対的比較で概
ね次のように行われる。即ち、炭素濃度を測定する被
測定シリコン結晶を厚さ約2mmのディスク状の測定試
料に形成する。測定試料を厚さ方向に対して垂直入射
測定で赤外線の透過光量を測定する。次に、同様に厚
さ2mmのディスク状のカーボンフリー(カーボン含有
量約1×1015atoms/cm3 未満)の標準試料に
ついて、同様に厚さ方向に対し垂直入射測定で赤外線の
透過光量を測定する。両者の透過光量の差から差吸光
度スペクトルを求める。差吸光度スペクトルの604
cm-1の置換型炭素による赤外吸収のピークから被測定
シリコン結晶の炭素濃度を求める。
【0004】上記したようなFT−IR法において、カ
ーボン吸収ピークが一般に604cm-1に現れることは
よく知られている。しかしながら、発明者らによれば、
従来のFT−IR法と同様に所定のシリコン単結晶から
製造されたシリコンウエハを測定した場合、図2に示す
ような赤外吸収スペクトルが得られ、カーボン赤外吸収
ピーク604cm-1近傍で低波数側に下向きの凸部が発
生し、赤外吸収スペクトルのベースラインを的確に定め
ることが難しいことが知見された。このように、得られ
る赤外差吸光度スペクトルのベースラインを特定するこ
とが困難な場合は、その吸収ピークからシリコン中の置
換型炭素濃度を測定しても精度が低く正確さに欠けると
同時に、特に、炭素濃度が約5×1015atoms/c
3 以下のような炭素濃度の低い結晶シリコンについて
は、赤外差吸光度スペクトルで、置換型炭素濃度を精度
よく正確に測定することが極めて難しいことが確認され
た。このため、発明者らは、上記のような赤外差吸光度
スペクトルの現象について検討すると共に、FT−IR
法を用いてシリコン結晶中の置換炭素濃度を簡便且つ低
濃度でもより正確に測定できる方法を見出すべく検討し
た。その結果、カーボン赤外吸収ピークの604cm-1
近傍の低波数側の下向き凸部がシリコン格子間に存在す
る酸素の吸収ピーク(560cm-1及び510cm-1
近)によるためであることを知見した。発明者らは、更
に、この知見を基に、これら酸素吸収ピークを消失させ
て赤外差吸収スペクトルのベースラインを特定するべく
検討し、FT−IR法のシリコン単結晶の炭素濃度測定
にレファレンスとして用いるカーボンフリー標準試料シ
リコン結晶中の酸素濃度を所定以下とすることによりベ
ースラインの特定が容易となることを見出し本発明に到
った。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、フーリ
エ変換赤外分光法によるシリコン結晶中の炭素濃度の測
定において、被測定シリコン結晶より含有酸素が低濃度
のカーボンフリー標準試料を用いて測定することを特徴
とするシリコン結晶低炭素濃度測定方法が提供される。
本発明のシリコン結晶低炭素濃度測定方法において、前
記被測定シリコン結晶の含有炭素濃度が、約5×1015
atoms/cm3 以下であっても好適に適用できる。
なお、本発明において、炭素濃度及び酸素濃度は、いず
れもOld ASTM(ASTM F 121−79)(A
STM:The American society for Testing and Mater
ials) による換算値で示すものである。
【0006】本発明は上記のように構成され、リファレ
ンスとして用いるカーボンフリーの標準試料が、被測定
シリコン結晶の含有酸素濃度より低い酸素濃度に低減さ
れていることから、被測定シリコン結晶中の格子間酸素
の吸収がレファレンスによる吸収より強くなるため、赤
外差吸光度スペクトルにおいて格子間酸素による吸収ピ
ークが上向きに凸状となる。それにより、ベースライン
の特定が容易となり、被測定シリコン結晶中の炭素濃度
を赤外吸収ピークから精度よく低濃度まで測定すること
ができる。また、上記のように、FT−IR法によりシ
リコン結晶中の置換型炭素濃度を精度よく低濃度まで測
定するためには、レファレンスに用いるFZ(フローテ
ィングゾーン)法またはMCZ(磁界下CZ(チョクラ
ルスキー)法)で製造されるカーボンフリー標準試料の
含有酸素濃度は、被測定シリコン結晶に含有されるシリ
コン格子間酸素濃度より低く、即ち、通常のCZ法で製
造されるシリコン単結晶の酸素濃度1.0×1018at
oms/cm3 未満となるように予め用意できることか
ら、各種のシリコン結晶中の炭素濃度をFT−IR法で
簡便に測定することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明は、FT−IR法の原理を
再検討することによりなされたもので、発明者らにより
初めて提案されたものである。即ち、赤外吸光度スペク
トルは、前記した通り、被測定試料と同一構成成分から
なるレファレンスとして用いる標準試料中で測定対象成
分をほぼゼロにすることにより、赤外吸収の差によって
表わされる。例えば、被測定試料であるCZ法製造のシ
リコン単結晶と、レファレンスとして用いる標準試料で
あるFZ法またはMCZ法で製造のカーボンフリーシリ
コン単結晶との両者における含有成分の赤外吸収の差で
表示される。この場合、被測定試料の赤外吸収が標準試
料の吸収より強いときは、吸光度スペクトルは上向きに
凸となり、一方、被測定試料の赤外吸収が標準試料の吸
収より弱いときは下向きに凸となるという現象を再確認
し、シリコン単結晶中の置換型炭素濃度の測定に適用で
きることを立証し、工業的適用を確立したものである。
上記確認によれば、前記図2においては、波数約604
cm-1には上向きの鋭いピークが現れ、被測定シリコン
単結晶中にはレファレンスより置換型炭素が多く含有さ
れることを認めることができる。一方、波数約604c
-1より低波数側の約560cm-1から515cm-1
かけて下向きにブロードな凸状、また、515cm-1
は比較的シャープな吸収ピークが下向き凸に現れている
ことから、レファレンスの標準試料シリコン単結晶中に
格子間酸素が、被測定シリコン単結晶より多く含有され
ているということを認めることができる。
【0008】本発明は、上記したようにFT−IR法測
定にレファレンスとして用いる標準試料のカーボンフリ
ーシリコン単結晶中の格子間酸素を低減させて、格子間
酸素の赤外吸収ピークを上向きにして赤外吸光度スペク
トルの置換型炭素の吸収ピークに対するベースラインの
特定を容易にするものである。本発明で用いるレファレ
ンスの標準試料は、上記のように被測定シリコン結晶よ
り格子間酸素を低減するものであり、被測定シリコン結
晶の酸素濃度に対応して、カーボンフリー標準試料中の
格子間酸素濃度を低くすればよく、例えばFZ法で得ら
れたカーボンフリー(1×1015atoms/cm3
満)のシリコン単結晶を用いることができる。FZ法で
得られるシリコン単結晶は、一般に半導体シリコンウエ
ハに用いられるCZ法で製造されるシリコン単結晶が有
する酸素濃度(約1×1018atoms/cm3 以上)
より低く、また、MCZ法によって、製造されたシリコ
ン単結晶は、その格子間酸素濃度を極めて低く、例えば
約1×1017atoms/cm3 程度にすることがで
き、このMCZ法による単結晶の炭素濃度の低い部分、
即ち、単結晶インゴットのヘッド部分を実質的なカーボ
ンフリー標準試料として用いることができる。
【0009】
【実施例】本発明について実施例に基づき、更に詳細に
説明する。但し、本発明は、下記の実施例に制限される
ものでない。 実施例1 FZ法シリコン単結晶から製造したカーボンフリー(カ
ーボン濃度1×1015atoms/cm3 未満)、酸素
濃度0.9×1018atoms/cm3 のシリコンウエ
ハをFT−IR法測定用標準試料とした。一方、CZ法
でリン(P)をドーパントとして添加されたシリコン単
結晶から製造した置換型カーボン濃度約3×1016at
oms/cm3 、酸素濃度約1×1018atoms/c
3 のn型シリコンウエハを被測定試料として、上記で
得られた標準試料を用いFT−IR法で赤外吸収を測定
した。得られた差吸光度スペクトルを図1に示した。
【0010】図1より明らかなように、前記従来法で得
られた図2の赤外吸光度スペクトルに比し、約560c
-1及び515cm-1に上向きのピークが現れ、また、
620cm-1から580cm-1にベースラインBを引く
ことができ、これにより604cm-1の置換型炭素赤外
吸収ピークから置換型炭素濃度を求めることができるこ
とが分かる。
【0011】
【発明の効果】本発明のシリコン結晶炭素濃度測定方法
は、FT−IR法による赤外吸収カーボンピークから濃
度を定量的に測定する際、被測定シリコン結晶より低減
された格子間酸素濃度を有する標準試料を用いることに
より、従来法に比し極めて容易にベースラインを特定で
きることから、特に低濃度の置換型炭素濃度を的確に精
度よく測定でき、どのような炭素濃度も正確に測定する
ことができる。また、一般的なCZ法で得られるシリコ
ン結晶の格子間酸素濃度より、所定の酸素濃度に低減さ
れたカーボンフリーの標準試料を予め用意できることか
ら、簡便に、且つ、容易にFT−IR法でシリコン結晶
の炭素濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカーボンフリー標準試料をレファレン
スに用いてFT−IR法で測定したシリコンウエハの赤
外吸光度スペクトル
【図2】従来のFT−IR法で測定したシリコンウエハ
の赤外吸光度スペクトル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フーリエ変換赤外分光法によるシリコン
    結晶中の炭素濃度の測定において、被測定シリコン結晶
    より含有酸素が低濃度のカーボンフリー標準試料を用い
    て測定することを特徴とするシリコン結晶低炭素濃度測
    定方法。
  2. 【請求項2】 前記被測定シリコン結晶の含有炭素濃度
    が、約5×1015atoms/cm3 以下である請求項
    1記載のシリコン結晶低炭素濃度測定方法。
JP11200196A 1996-04-09 1996-04-09 シリコン結晶炭素濃度測定方法 Pending JPH09283584A (ja)

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