JPH11312719A - Method for detecting iron contamination in cz silicon wafer - Google Patents

Method for detecting iron contamination in cz silicon wafer

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JPH11312719A
JPH11312719A JP28811998A JP28811998A JPH11312719A JP H11312719 A JPH11312719 A JP H11312719A JP 28811998 A JP28811998 A JP 28811998A JP 28811998 A JP28811998 A JP 28811998A JP H11312719 A JPH11312719 A JP H11312719A
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JP
Japan
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sample
magnetic field
wafer
resonance
iron
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JP28811998A
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Japanese (ja)
Inventor
Muchedourize Taimuraazu
ムチェドゥリゼ タイムラーズ
Kei Matsumoto
圭 松本
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Sumco Techxiv Corp
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Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for detecting iron contamination in a CZ-Si wafer, in a stat in which iron is captured by oxide deposit which can be applied to any conductive wafer. SOLUTION: This method includes a process for impressing an outside magnetic field to an Si sample 5, and polarizing an electronic spin system, a light irradiating process for irradiating the Si sample 5 with a light, and generating excitation excess carriers, a magnetic field sweeping process for changing the strength of an outside magnetic field to be impressed in a prescribed range, and a resonance detecting process for measuring the resonance change of the resistibility of the Si sample 5 during the magnetic field sweeping process accompanied with the resonance change at the re-combining speed of the excess carriers. Thus, the iron(Fe) contamination in a silicon can be detected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法で成長させたシリコン(CZ−Si)中の鉄(Fe)
汚染の検出方法、これを用いたシリコンウェハの製造方
法、およびこれを用いた製造ラインでのCZ−Si半導
体デバイスの製造法に関する。具体的には、本発明は、
キャリアスピン共鳴の電気的検出を利用した鉄検出方法
に関する。
The present invention relates to iron (Fe) in silicon (CZ-Si) grown by the Czochralski method.
The present invention relates to a method for detecting contamination, a method for manufacturing a silicon wafer using the same, and a method for manufacturing a CZ-Si semiconductor device in a manufacturing line using the same. Specifically, the present invention provides:
The present invention relates to a method for detecting iron using electrical detection of carrier spin resonance.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの性能は、極めて低濃度
の欠陥や知らないうちに混入した不純物によってさえ大
きく影響される。したがって、こうした欠陥や不純物の
検出と濃度の測定は非常に重要な課題である。今日のC
Z−Siインゴットとウェハの純度レベルは極めて高
く、不純物や欠陥の有害な濃度は1010cm-3レベル以
下であり、超高感度の測定方法を必要とする。
2. Description of the Related Art The performance of a semiconductor device is greatly affected even by extremely low concentrations of defects and unknowingly introduced impurities. Therefore, detection of such defects and impurities and measurement of the concentration are very important issues. Today's C
The purity levels of the Z-Si ingot and the wafer are extremely high, and the harmful concentrations of impurities and defects are below the level of 10 10 cm -3 , requiring an ultra-sensitive measurement method.

【0003】Siを主成分とする電子デバイスにとって
特に有害なのは、製造過程でSi材料に混入しやすい鉄
である。最近、いくつかの方法を用いてシリコンウェハ
中の鉄汚染が検出されている。
[0003] Particularly harmful to electronic devices containing Si as a main component is iron that easily mixes into the Si material during the manufacturing process. Recently, several methods have been used to detect iron contamination in silicon wafers.

【0004】電子スピン共鳴法(Electron S
pin Resonance、ESR)や深準位過渡分
光法(Deep Level Transient S
pectroscopy、DLTS)などの方法はn型
とp型のSiウェハ中の鉄を検出できるが、ESRおよ
びDLTS法の感度は、現在の汚染濃度レベルに対して
充分に高いとは言えない。表面光電圧(Surface
Photo Voltage、SPV)測定法やマイ
クロ波光導電減衰(Microwave Photo
Conductive Decay:μPCD)法は、
ESRやDLTS法に比べFe不純物に対して遙かに感
度が良いが、p型Si材料にしか適用できない。
Electron spin resonance (Electron S)
pin Resonance (ESR) and deep level transient spectroscopy (Deep Level Transient S)
Although methods such as spectroscopy (DLTS) can detect iron in n-type and p-type Si wafers, the sensitivity of the ESR and DLTS methods is not sufficiently high for current contamination levels. Surface light voltage (Surface
Photo Voltage (SPV) measurement method and microwave photoconductive decay (Microwave Photo
Conductive Decay (μPCD) method
It is much more sensitive to Fe impurities than the ESR and DLTS methods, but can only be applied to p-type Si materials.

【0005】現在のデバイス製造過程における鉄汚染に
対処する可能性の1つは、いわゆるインターナルゲッタ
リング(IG)法の採用である。インターナルゲッタリング
では、CZ−Siウェハに3工程アニーリングを行う。
すなわち、高温アニーリング、低温アニーリング、そし
て高温アニーリングという工程である。最初の高温アニ
ーリングで、ウェハの表面領域付近から酸素が拡散す
る。この工程によって表面領域付近での酸化物析出物の
生成が防がれ、ウェハの表面付近にいわゆる無欠陥領域
(DZ)が生じる。2回目のアニーリングはCZ−Si
ウェハの酸素の豊富な領域に酸化物析出物を生じさせる
ことを目的としている。そして3回目のアニーリング
は、2回目のアニーリング中に生じた析出物を大きくす
る。IGプロセスを終えたCZ−Siウェハは、清浄で無
欠陥な表面領域と、析出プロセスで生じた析出物および
その他の欠陥を有するバルク領域からなる。IGプロセス
中に生じた析出物は、周囲のSiから鉄原子を除き(捕
獲し)、ウェハの内部を清浄化する能力を有する。鉄で
修飾されたかかる酸素析出物は、デバイスの活性領域外
にあるため、デバイスの性能には影響を及ぼさないと考
えられる。
[0005] One of the possibilities for dealing with iron contamination in the current device manufacturing process is the use of the so-called internal gettering (IG) method. In the internal gettering, three-step annealing is performed on a CZ-Si wafer.
That is, high-temperature annealing, low-temperature annealing, and high-temperature annealing. During the first high temperature anneal, oxygen diffuses from near the surface area of the wafer. This step prevents the formation of oxide precipitates in the vicinity of the surface region, and produces a so-called defect-free region (DZ) near the surface of the wafer. The second annealing is CZ-Si
It is intended to produce oxide precipitates in oxygen-rich areas of the wafer. The third annealing increases the size of the precipitate generated during the second annealing. After the IG process, the CZ-Si wafer is composed of a clean, defect-free surface region and a bulk region having precipitates and other defects generated by the deposition process. The precipitates generated during the IG process have the ability to remove (capture) iron atoms from the surrounding Si and clean the interior of the wafer. Such iron precipitates modified with iron are outside the active region of the device and are not expected to affect device performance.

【0006】一旦酸素析出物によって捕らえられた鉄原
子はホウ素原子と相互作用しないため、従来のSPV法
あるいはμPCD法では検出できない。
[0006] Iron atoms once captured by oxygen precipitates do not interact with boron atoms and cannot be detected by conventional SPV or μPCD methods.

【0007】前述のとおり、従来の鉄汚染測定法には様
々な種類の問題がある。たとえばESR法とDLTS法は感度
が十分でない。SPV法とμPCD法はp型のシリコンウ
ェハにしか適用できず、酸化物析出物が捕らえた鉄原子
を検出できない。
As described above, the conventional iron contamination measurement method has various kinds of problems. For example, the ESR method and the DLTS method have insufficient sensitivity. The SPV method and the μPCD method can be applied only to p-type silicon wafers, and cannot detect iron atoms captured by oxide precipitates.

【0008】一方、IG法を用いたデバイス製造過程で
はシリコンの鉄汚染が発生したことを検出できない。し
たがって、析出物のあるバルクの形成がデバイスの良好
な性能にとって必要な工程であるか否か判断することさ
えできない。
On the other hand, in the device manufacturing process using the IG method, the occurrence of iron contamination of silicon cannot be detected. Thus, it cannot even be determined whether the formation of a bulk with precipitates is a necessary step for good device performance.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の状況を
考慮してなされたものであり、本発明の目的は、酸化物
析出物が鉄原子を捕らえた状態での鉄検出法を提供する
ことである。この検出方法は両方の導電型に対しても適
用でき、かつ高感度である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for detecting iron in a state in which oxide precipitates capture iron atoms. That is. This detection method can be applied to both conductivity types and has high sensitivity.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の側面によ
れば、Siサンプルに外部磁界を印加して電子スピンシ
ステムを分極させる分極工程;Siサンプルにエネルギ
ーを付与して過剰キャリアを生成するキャリア励起工
程;マイクロ波が照射されているマイクロ波キャビティ
にSiサンプルを配置するサンプルのマイクロ波照射工
程;印加する外部磁界の強度を変更して行う磁界掃引工
程;磁界掃引工程中に励起キャリアの再結合速度におけ
る共鳴変化を検出する共鳴検出工程;シリコンウェハ中
の鉄汚染の検出工程;を含む鉄汚染検出方法が提供され
る。
According to a first aspect of the present invention, a polarization step of applying an external magnetic field to a Si sample to polarize an electron spin system; applying energy to the Si sample to generate excess carriers A microwave excitation step of arranging a Si sample in a microwave cavity irradiated with microwaves; a magnetic field sweeping step in which the intensity of an external magnetic field to be applied is changed; and an excitation carrier during the magnetic field sweeping step. And a method for detecting iron contamination in a silicon wafer.

【0011】本発明の第2の側面によれば、Siサンプ
ルに外部磁界を印加して電子スピンシステムを分極させ
る分極工程;Siサンプルに光を照射して過剰キャリア
を生成する光照射工程;印加する外部磁界の強度を所定
の範囲で変えて行う磁界掃引工程;励起キャリアの再結
合速度における共鳴変化を伴う磁界掃引工程中、Siサ
ンプルの抵抗率の共鳴変化を測定する共鳴検出工程;シ
リコンウェハ中の鉄汚染の検出工程;を含むシリコンウ
ェハ中の鉄汚染の検出方法が提供される。
According to a second aspect of the present invention, a polarization step of applying an external magnetic field to the Si sample to polarize the electron spin system; a light irradiation step of irradiating the Si sample with light to generate excess carriers; A magnetic field sweeping step in which the intensity of an external magnetic field to be changed is changed within a predetermined range; a resonance detecting step of measuring a resonance change in resistivity of a Si sample during a magnetic field sweeping step accompanied by a resonance change in a recombination speed of excited carriers; A step of detecting iron contamination in the silicon wafer.

【0012】本発明の第3の側面によれば、Siウェハ
を測定に必要な大きさに切り出し(スライス、割る)、
サンプルの相対する両端に抵抗接触子を設け、その接触
子にリード線を取り付けるサンプル準備工程;Siサン
プルに外部磁界を印加して行う電子スピンシステム分極
工程;Siサンプルに光を照射して励起過剰キャリアを
発生させる光照射工程;印加する外部磁界の強度を所定
の範囲で変えて行う磁場掃引工程;磁場掃引工程中に、
Siサンプルの抵抗率の共鳴変化を、過剰キャリアの再
結合速度における共鳴変化と結びつけて測定して行う共
鳴検出工程;測定された共鳴強度からシリコンウェハ中
の鉄汚染レベル測定する測定工程;とを含むシリコン中
の鉄汚染レベルを測定する方法が提供される。
According to a third aspect of the present invention, a Si wafer is cut (sliced, divided) into a size required for measurement,
A sample preparation step in which resistive contacts are provided at opposite ends of a sample and a lead wire is attached to the contact; an electron spin system polarization step in which an external magnetic field is applied to the Si sample; A light irradiation step of generating carriers; a magnetic field sweeping step performed by changing the intensity of an external magnetic field to be applied within a predetermined range;
A resonance detection step of measuring the resonance change in the resistivity of the Si sample in association with the resonance change in the recombination rate of the excess carrier; and a measurement step of measuring the level of iron contamination in the silicon wafer from the measured resonance intensity. A method is provided for measuring the level of iron contamination in silicon containing silicon.

【0013】本発明の第4の側面によれば、マイクロ波
キャビティ内に置かれたサンプルにマイクロ波を照射し
てシリコン中の鉄汚染を測定する方法が提供される。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for irradiating a sample placed in a microwave cavity with microwaves to measure iron contamination in silicon.

【0014】本発明の第5の側面によれば、測定は、サ
ンプルの温度が15K未満の状態でなされる。
According to a fifth aspect of the invention, the measurement is made with the sample temperature below 15K.

【0015】本発明の第6の側面によれば、スライスす
る前の全ての工程を終えたCZ−Siインゴットのいろ
いろな部分からモニターサンプルをスライスするモニタ
ーウェハ採取工程;モニターウェハをアニーリングして
ウェハ内部に酸化物析出物を生成させるウェハ準備工
程;Siウェハを測定に必要な大きさに切り出し、その
相対する両端に抵抗接触子を設け、接触子にリードを取
り付けるサンプル準備工程;Siサンプルに外部磁界を
印加して行う電子スピンシステムの分極工程;Siサン
プルに光を照射して励起過剰キャリアを生成させる光照
射工程;印加する外部磁界の強度を所定の範囲で変えて
行う磁場掃引工程;過剰キャリアの再結合における共鳴
変化を伴う磁場掃引工程中に、Siサンプルの抵抗率の
共鳴変化を測定し、モニターウェハが鉄で汚染されてい
るか否かを検出する共鳴検出工程;前記共鳴検出工程に
基づき、CZ−Siインゴットが鉄で汚染されているか
否かを判断する工程;を含むCZ−Siインゴット製造
ライン中の鉄汚染を検出する方法が提供される。
According to a sixth aspect of the present invention, a monitor wafer sampling step of slicing monitor samples from various portions of a CZ-Si ingot that has completed all the steps before slicing; A wafer preparation step for generating oxide precipitates inside; a sample preparation step for cutting out a Si wafer to a size required for measurement, providing resistive contacts at opposite ends thereof, and attaching leads to the contacts; A polarization step of an electron spin system performed by applying a magnetic field; a light irradiation step of irradiating a Si sample with light to generate excited excess carriers; a magnetic field sweeping step performed by changing the intensity of an applied external magnetic field within a predetermined range; During a magnetic field sweep step involving a resonance change in carrier recombination, the resonance change in the resistivity of the Si sample was measured, and the A CZ-Si ingot production line, comprising: a resonance detection step of detecting whether or not the nitrer wafer is contaminated with iron; and a step of determining whether the CZ-Si ingot is contaminated with iron based on the resonance detection step. A method is provided for detecting iron contamination in.

【0016】本発明の第7の側面によれば、1つの加工
ラインあるいは異なる加工ラインの通常工程を1つまた
はいくつか終えたウェハをモニターウェハとして採用す
る工程;モニターウェハの加工工程中に酸化物析出物が
生成されていない場合、モニターウェハをアニーリング
して内部に酸化物析出物を生成させるウェハ準備工程;
Siウェハを測定に必要な大きさに切り出し、その相対
向する両端に抵抗接触子を設け、その接触子にリードを
取り付けるサンプル準備工程;Siサンプルに外部磁界
を印加して行う電子スピンシステムの分極工程;Siサ
ンプルに光を照射して励起過剰キャリアを生成させる光
照射工程;印加する外部磁界の強度を所定の範囲で変え
て行う磁場掃引工程;過剰キャリアの再結合における共
鳴変化を伴う磁場掃引工程中に、Siサンプルの抵抗率
の共鳴変化を測定し、モニターウェハが鉄で汚染されて
いるか否かを検出する共鳴検出工程;前記共鳴検出工程
に基づき、加工、加工ラインがウェハに鉄汚染を持ち込
んでいるか否かを判断する工程;を含む半導体デバイス
製造ライン中の鉄汚染をテストする方法が提供される。
According to a seventh aspect of the present invention, a wafer which has been subjected to one or several ordinary steps of one processing line or different processing lines is used as a monitor wafer; A wafer preparation step of annealing a monitor wafer to form an oxide precipitate therein when no precipitate is generated;
A sample preparation step in which a Si wafer is cut out to a size required for measurement, resistive contacts are provided at opposite ends thereof, and leads are attached to the contacts; polarization of an electron spin system performed by applying an external magnetic field to the Si sample A light irradiation step of irradiating the Si sample with light to generate excited excess carriers; a magnetic field sweeping step performed by changing the intensity of an applied external magnetic field within a predetermined range; a magnetic field sweep accompanied by a resonance change in the recombination of excess carriers. During the process, a resonance change in resistivity of the Si sample is measured to detect whether or not the monitor wafer is contaminated with iron; Determining whether or not the semiconductor device is brought in. A method for testing for iron contamination in a semiconductor device manufacturing line is provided.

【0017】本発明の第8の側面によれば、モニターウ
ェハ中の鉄汚染レベル測定の結果に基づいて、一般に使
用されているいくつかの加工工程を改善、変更、廃止す
ることのできる、CZ−Siインゴット、CZ−Siウ
ェハおよびデバイスの製造方法が提供される。
[0017] According to an eighth aspect of the present invention, a number of commonly used processing steps can be improved, changed, or eliminated based on the results of iron contamination level measurements in monitor wafers. -Si ingots, CZ-Si wafers and methods for manufacturing devices are provided.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明では、スピン依存再結合
(Spin Dependent Recombina
tion、SDR)測定法を用いて鉄汚染の測定を行って
いる。具体的には、電子常磁性共鳴電気検出法(Ele
ctrically DetectedElectro
n Paramagnetic Resonance、
EDEPR、あるいはElectrically De
tected Magnetic Resonanc
e、EDMR)を用いて鉄汚染を検出する。この方法自
体は公知であり、シリコン中の様々な欠陥および汚染物
質に対して高い感度を示す。この方法の原理は角運動量
保存則にある。角運動量保存則により、過剰キャリアの
再結合はたまたまスピン依存的である。つまり、再結合
前後において、再結合粒子ペアは同じ総スピン量Sを持
たねばならない。再結合後におけるシステムの総スピン
量はゼロである(S=0)。再結合以前においては、シ
ステムは単一項状態(Ss=0)と三重項状態(Str
1)の混在した状態となっている。スピンの保存によ
り、Ss状態からの再結合は高速で進行し(認可され
る)、Str状態からの再結合は遅い(妨害される)。仮
に、スピンシステムが外部磁界により分極化されている
と、再結合粒子の一方(電子またはホール)にスピン共
鳴条件を適用することにより、再結合ペアの三重項状態
を一重項状態に変化させることができる。三重項構成か
ら一重項構成への変換はそれ以前には再結合ペアではな
かったペアに高速で再結合を生じさせ、したがってシス
テム全体の再結合速度を増加させる。本発明では、この
原理を利用して、鉄を含む欠陥の再結合していない三重
項状態を高速結合の一重項状態に変換させる。かかる変
換により、システム全体の総再結合速度は増す。このよ
うに、本発明はスピン依存再結合の基本概念を用いて鉄
汚染を検出する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the present invention, spin-dependent recombination (Spin Dependent Recombina) is described.
Tion, SDR) measurement method is used to measure iron contamination. Specifically, an electron paramagnetic resonance electric detection method (Ele
critically DetectedElectro
n Paramagnetic Resonance,
EDEPR or Electrically De
protected Magnetic Resonance
e, EDMR) to detect iron contamination. This method is known per se and exhibits high sensitivity to various defects and contaminants in silicon. The principle of this method lies in the law of conservation of angular momentum. Due to the conservation of angular momentum, the recombination of excess carriers happens to be spin-dependent. That is, before and after recombination, the recombination particle pairs must have the same total spin amount S. The total spin rate of the system after recombination is zero (S = 0). Prior to recombination, the system consists of a singlet state (S s = 0) and a triplet state (S tr =
1) is in a mixed state. Due to the conservation of spins, recombination from the S s state proceeds at a high rate ( accepted ) and recombination from the S tr state is slow (disturbed). If the spin system is polarized by an external magnetic field, changing the triplet state of a recombination pair to a singlet state by applying a spin resonance condition to one of the recombination particles (electrons or holes). Can be. The conversion from the triplet configuration to the singlet configuration causes fast recombination of pairs that were not previously recombination pairs, thus increasing the overall recombination rate of the system. In the present invention, utilizing this principle, a non-recombined triplet state of a defect including iron is converted into a fast-coupled singlet state. Such a conversion increases the overall recombination rate of the entire system. Thus, the present invention detects iron contamination using the basic concept of spin-dependent recombination.

【0019】SDRの詳細な機構はまだ解明されておら
ず、バルクSiサンプルにおけるSDR効果に関する一
応の系統的検討について報告されたのはほんの最近のこ
とである。高濃度ドープされたシリコン量子井戸におけ
る中性の格子間鉄原子のSDR測定による検出について
も、最近報告されたばかりである。
The detailed mechanism of SDR has not yet been elucidated, and it is only recently that a prima facie systematic study of the SDR effect in bulk Si samples has been reported. The detection of neutral interstitial iron atoms in heavily doped silicon quantum wells by SDR measurement has also recently been reported.

【0020】本発明では、SDR測定法、具体的にはE
DMR(EDEPR)を用いて、鉄で汚染されたサンプ
ルから信号を検出する。この方法で得られる信号、すな
わち、SDR信号は、シリコンからこれまで得られたE
PR信号とは異なる特性を持っている。この信号は、浮
遊帯域溶融法で成長し同様に汚染されたシリコン(FZ
−Si、酸素含有量が少ない)からは検出されなかっ
た。この事実からも、この信号は鉄および酸素を含んだ
欠陥に起因するものであることがわかる。
In the present invention, the SDR measurement method, specifically, E
The signal is detected from a sample contaminated with iron using DMR (EDEPR). The signal obtained in this way, the SDR signal, is the EDR obtained so far from silicon.
It has different characteristics from the PR signal. This signal is generated by the floating zone melting method and similarly contaminated silicon (FZ).
-Si, low oxygen content). This fact also indicates that this signal is due to defects including iron and oxygen.

【0021】得られた全ての結果は、上記の信号が鉄修
飾酸化物析出物に起因するという仮定において矛盾なく
説明できる。
All the results obtained can be explained consistently on the assumption that the above signal is due to iron-modified oxide precipitates.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明を用いて実施した測定例につい
て説明する。
Hereinafter, measurement examples performed using the present invention will be described.

【0023】図1に測定装置の例を示してある。装置は
TM011モード共振器キャビティ1を備えた標準のES
R測定装置1(JEOLXバンドESR分光計を使用)
に基づいている。測定時、サンプルは連続ヘリウムガス
フロークライオスタット2(Oxford Instr
uments Inc.製)によって冷却される。マイ
クロ波パワー供給手段3は共振器キャビティに、共鳴周
波数fRESが約9300MHz、最大出力約200mW
の電磁波を発生する。サンプルホルダー4は高純度の石
英管からできている。サンプル5(サイズは約3×8×
0.5mm3)と石英のホルダーが共振器1の中に配置
される。石英管とサンプルは磁場の方向に回転すること
ができる。サンプルの初期位置は、マイクロ波キャビテ
ィ内部に置かれたサンプルの前表面から反射されたレー
ザー光を用いて調整される。
FIG. 1 shows an example of the measuring apparatus. The device is a standard ES with a TM 011 mode resonator cavity 1
R measuring device 1 (using JEOLX band ESR spectrometer)
Based on At the time of measurement, the sample was a continuous helium gas flow cryostat 2 (Oxford Instrument)
uments Inc. ). The microwave power supply means 3 has a resonance frequency f RES of about 9300 MHz and a maximum output of about 200 mW in the resonator cavity.
Generates electromagnetic waves. The sample holder 4 is made of a high-purity quartz tube. Sample 5 (size is about 3 × 8 ×
0.5 mm 3 ) and a quartz holder are placed in the resonator 1. The quartz tube and the sample can rotate in the direction of the magnetic field. The initial position of the sample is adjusted using laser light reflected from the front surface of the sample placed inside the microwave cavity.

【0024】共振器にはサンプル照射のための窓部Wが
ある。照射は、Siエネルギー帯ギャップより大きい光
量子エネルギーを有する白色光ランプまたはレーザー6
を用いて行う。配線系統で吸収されるマイクロ波パワー
を最少にするために、サンプルの接触子から出ているリ
ードはサンプルホルダー管に通される。サンプルに印加
される固定磁界は、共振器の中に配置された変調コイル
で、周波数fMODが100KMz、振幅が0.1Gで変
調され、また、この周波数はロックインアンプ7の参照
信号として用いられる。
The resonator has a window W for sample irradiation. Irradiation is performed by a white light lamp or laser 6 having a photon energy larger than the Si energy band gap.
This is performed using To minimize the microwave power absorbed in the wiring system, the leads coming out of the sample contacts are passed through a sample holder tube. The fixed magnetic field applied to the sample is modulated by a modulating coil disposed in a resonator at a frequency f MOD of 100 KMz and an amplitude of 0.1 G. This frequency is used as a reference signal of the lock-in amplifier 7. Can be

【0025】EDMRの信号検出回路は、電流源8(バッテ
リー)、サンプル、直列に接続された抵抗器9とで構成
されている。コンデンサ10を介して抵抗器から信号が
取り出され、ロックインアンプ7(EG&Gモデル511
0)の入力に渡される。磁場掃引中に抵抗に生じる、SD
R共鳴条件に近い電圧変化(±50G)は、EDMR信号、
すなわちサンプル内部のSDRプロセスに関係する信号で
ある。ロックインアンプの出力はADコンバータを介して
PC11に接続され、信号の振幅、すなわちY軸データを
表す。信号のX軸データを与える磁場制御システム12
の出力は別のADコンバータを介してPCに接続される。こ
のようにして、EDMRのスペクトル、すなわち抵抗器の電
圧の磁場に対する依存性が記録され、その後の計算に用
いられる。
The EDMR signal detection circuit includes a current source 8 (battery), a sample, and a resistor 9 connected in series. A signal is taken out of the resistor via the capacitor 10 and the lock-in amplifier 7 (EG & G model 511)
0) is passed to the input. SD generated in resistance during magnetic field sweep
The voltage change (± 50G) close to the R resonance condition is due to the EDMR signal,
That is, a signal related to the SDR process inside the sample. The output of the lock-in amplifier passes through the AD converter
It is connected to the PC 11 and represents the amplitude of the signal, that is, the Y-axis data. Magnetic field control system 12 for providing X-axis data of signals
Is connected to the PC via another AD converter. In this way, the spectrum of the EDMR, ie the dependence of the resistor voltage on the magnetic field, is recorded and used for subsequent calculations.

【0026】次に測定実施例に用いたサンプルについて
説明する。
Next, the samples used in the measurement examples will be described.

【0027】(100)面を有する鏡面研磨p型CZ−
Siウェハを用いた。初期抵抗率が3Ωcmと10Ωc
mの2種類のウェハを用いた。ウェハ中の酸素濃度は、
O≒1.5×1018cm-3であった(ASTM F―121
−76標準を用いたFTIR法により測定)。汚染状態
を形成するために、ウェハを異なった濃度のFeCl3
を含むSC−1溶液に浸漬した。その後、ウェハはスピ
ン乾燥され、N2:O2=10(リットル):0.5(リッ
トル)のガスフロー中において1000℃で1時間アニ
ーリングされた。汚染されていないこと以外は上記と全
く同様の初期状態を有し同じ条件でアニーリングされた
ウェハが、比較用として準備された。全てのウェハの鉄
濃度は、すでに確立されている測定手順によりSPV法
で測定された。初期抵抗率10Ωcmの幾つかのサンプ
ルは、熱ドナーを生成し導電型をn型に変更するため
に、450℃で60時間アニーリングされた。
Mirror-polished p-type CZ- having (100) plane
An Si wafer was used. Initial resistivity 3Ωcm and 10Ωc
m were used. The oxygen concentration in the wafer is
CO O1.5 × 10 18 cm -3 (ASTM F-121
Measured by FTIR method using -76 standard). To form a contaminated state, the wafers were exposed to different concentrations of FeCl 3.
Immersed in an SC-1 solution containing Thereafter, the wafer was spin-dried and annealed at 1000 ° C. for 1 hour in a gas flow of N 2 : O 2 = 10 (liter): 0.5 (liter). A wafer that had exactly the same initial state as described above, but was not contaminated, and was annealed under the same conditions, was prepared for comparison. The iron concentration of all wafers was measured by the SPV method according to the established measurement procedure. Some samples with an initial resistivity of 10 Ωcm were annealed at 450 ° C. for 60 hours to generate thermal donors and change conductivity type to n-type.

【0028】ウェハから3×8×0.5mm3の大きさ
のサンプルを切り出した。サンプルの長手軸に沿った相
対する両端に、超音波はんだごてを用いて抵抗接触子を
結合した。
A sample having a size of 3 × 8 × 0.5 mm 3 was cut out from the wafer. Resistive contacts were bonded to opposite ends along the longitudinal axis of the sample using an ultrasonic soldering iron.

【0029】サンプルの初期抵抗率の高低はEPR測定法
あるいはEDMR測定法に対して有意な差異を示さなかった
ので、これらのグループのサンプルの結果をこれ以上区
別しない。450℃でアニーリングしたサンプルを“変
換された"サンプルと称する。
The results of the samples in these groups are not further differentiated, as the initial resistivity of the samples did not differ significantly from the EPR or EDMR assays. Samples annealed at 450 ° C. are referred to as “converted” samples.

【0030】p型Siサンプルと変換されたサンプルか
ら、図2Aおよび2Bに示すEDMRスペクトルが得られた。
提示したEDMRスペクトルは、鉄原子濃度がCFe=1.5×
10 15原子/cm3のサンプルから記録されたものであ
る。サンプルは<110>結晶方向に回転され、測定温
度は8Kに設定された。これらのスペクトルを図2Aお
よび2Bで、それぞれKEM−1、KEM−2と称し区
別した。
Whether the sample is a p-type Si sample and a converted sample
Thus, the EDMR spectra shown in FIGS. 2A and 2B were obtained.
The presented EDMR spectrum shows that the iron atom concentration is CFe= 1.5 ×
10 FifteenAtom / cmThreeRecorded from a sample of
You. The sample is rotated in the <110> crystal direction,
The degree was set to 8K. These spectra are shown in FIG.
And 2B, referred to as KEM-1 and KEM-2, respectively.
Different.

【0031】両方のKEMスペクトルともX線帯EPR
分光器では個々の共振線を分離できなかった。少し幅の
狭い線が1本KEM−1スペクトルから確実に分離でき
る。この線は図2Aで最も大きな振幅を有し、これをK
EM−1Tと呼ぶ。この線の幅は3.8Gにフィットさ
れた。<110>回転軸に対するKEM−1T線のgフ
ァクターの異方性は図3Aに■印で示されている。S=
1/2に対する主たるg値は、<011>タイプ結晶軸
に関してはg=1.9956±0.0001として、
<100>タイプ結晶軸に関してはg=1.9962
±0.0001としてフィットできる(フィット曲線は
実線で示され、誤差は3度以内であり、この値はキャビ
ティ内のサンプル設置精度と合致している)。この様
に、KEM−1T線は三方晶対称性を示す。同様に、同
じ幅を有する2本の線がKEM−2スペクトルから分離
できる。
Both KEM spectra are in the X-ray band EPR
The spectrometer could not separate the individual resonance lines. One narrow line can be reliably separated from one KEM-1 spectrum. This line has the largest amplitude in FIG.
Called EM-1T. The width of this line was fitted to 3.8G. The anisotropy of the g factor of the KEM-1T line with respect to the <110> axis of rotation is indicated by a mark in FIG. 3A. S =
The main g value for 1 / is gg = 1.9956 ± 0.0001 for the <011> type crystal axis,
<100> with respect to the type crystal axis g || = 1.9962
It can be fitted as ± 0.0001 (the fit curve is shown as a solid line, the error is within 3 degrees, which is consistent with the sample placement accuracy in the cavity). Thus, the KEM-1T line exhibits trigonal symmetry. Similarly, two lines having the same width can be separated from the KEM-2 spectrum.

【0032】これらの線は、図3Bの30°から50°
の回転についてはっきりと認められる(KEM−20
線)。これらの線の幅は、2.9Gとフィットされた。
この2本の線の<110>回転軸に関するgファクター
の異方性が図3Aに▲印および▽印で示されている。
(図3Aに実線曲線で示されている)フィッティング
は、信号が斜方晶−I対称性を有する同様の欠陥に起因
することを示している。主たる値は、<011>タイプ
結晶軸に関してはg11=1.9926±0.0001お
よびg22=1.9962±0.0001であり、<10
0>タイプ結晶軸に関してはg33=1.9928±0.
0001である(この場合のフィッティング誤差は約5
度であった)。
These lines are from 30 ° to 50 ° in FIG. 3B.
(KEM-20)
line). The width of these lines was fitted to 2.9G.
The anisotropy of the g-factor of the two lines with respect to the <110> axis of rotation is indicated by the triangles and triangles in FIG. 3A.
The fitting (indicated by the solid curve in FIG. 3A) shows that the signal is due to a similar defect with orthorhombic-I symmetry. The main values are g 11 = 1.9926 ± 0.0001 and g 22 = 1.9962 ± 0.0001 for the <011> type crystal axis, and <10
For the 0> type crystal axis, g 33 = 1.99928 ± 0.
0001 (the fitting error in this case is about 5
Degrees).

【0033】得られた欠陥の対称性は、シリコン中の遷
移金属含有複合体において通常みられるものである。こ
の対称性は、シリコン中の酸化物析出物にも特徴的なも
のである。
The symmetry of the defect obtained is that which is normally found in composites containing transition metals in silicon. This symmetry is also characteristic of oxide precipitates in silicon.

【0034】EDMR信号の次の興味ある特性は、振幅
が強い異方性を持っていることであった(図3Aおよび
3Bから明らかなように、回転角度に対する信号振幅の
強い依存性が見られる)。KEM−1T線の振幅異方性
は、図3Bに■印で示されている。グラフ中の実線曲線
は、実験データにcos2φ依存性をフィットさせたも
のである。KEM−1およびKEM−2スペクトルの積
分強度の異方性は、同様の依存性によってフィットでき
るが、信号対雑音比が低い場合、おそらく積分手順の不
確実性により精度は悪い。観察された現象は、おそら
く、サンプルの回転中の照射条件の変化に起因するもの
ではない(マイクロ波共振器の壁は鏡面仕上げされてお
り、したがって、回転中にサンプルはほとんど同じ強度
の照射を受ける)。再結合センターの三重項の性質によ
り、EDMR信号の振幅の異方性が生じうる。
The next interesting characteristic of the EDMR signal was that the amplitude had a strong anisotropy (as can be seen from FIGS. 3A and 3B, there is a strong dependence of the signal amplitude on the rotation angle. ). The amplitude anisotropy of the KEM-1T line is indicated by a triangle in FIG. 3B. The solid curve in the graph is obtained by fitting the cos 2 φ dependence to the experimental data. The anisotropy of the integrated intensity of the KEM-1 and KEM-2 spectra can be fitted by a similar dependency, but at low signal-to-noise ratios the accuracy is poor, probably due to the uncertainty of the integration procedure. The observed phenomena is probably not due to changes in the illumination conditions during rotation of the sample (the walls of the microwave resonator are mirror-polished, so that during rotation the sample receives almost the same intensity of illumination. receive). Due to the triplet nature of the recombination center, amplitude anisotropy of the EDMR signal can occur.

【0035】KEM−1T線およびKEM−1とKEM
−2スペクトル全体の振幅異方性における類似点は、K
EMスペクトル中の全てのEDMR線が同じ様な欠陥に
起因することを示唆している。この仮定の更なる確認を
行うために、異なる実験条件(マイクロ波パワー、照射
強度、および温度)においてサンプルのEDMR測定を
行った。異なる実験条件(幾つかの回転角に関して測定
を繰り返した)において、KEM−1とKEM−2スペ
クトル形状は同じであった。これらの観察は、KEMス
ペクトル中の全ての信号が同じ欠陥に起因するものであ
るという我々の仮定を裏付ける。
KEM-1T line and KEM-1 and KEM
-2 The similarity in the amplitude anisotropy of the entire spectrum is
This suggests that all EDMR lines in the EM spectrum are due to similar defects. To further confirm this assumption, EDMR measurements of the samples were performed at different experimental conditions (microwave power, irradiation intensity, and temperature). Under different experimental conditions (measurements were repeated for several angles of rotation), the KEM-1 and KEM-2 spectral shapes were the same. These observations support our assumption that all signals in the KEM spectrum are due to the same defect.

【0036】KEM−1とKEM−2スペクトル双方の
EDMRスペクトル強度、AEDMRのマイクロ波パワー依
存性はパワー則AEDMR∝PMW 0.8でフィットできる。ス
ペクトルは、得られた最大のパワー(200mW)にお
いても飽和していない。
The microwave power dependence of the EDMR spectrum intensity and A EDMR of both the KEM-1 and KEM-2 spectra can be fitted by the power law A EDMR ∝P MW 0.8 . The spectrum is not saturated even at the maximum power obtained (200 mW).

【0037】照射強度は、マイクロ波共振器の窓の前に
種々のニュートラルフィルタを挿入することによって制
御した。EDMR線の強度は最初、照射強度Iに対して
0. 5の形で増加する。高照射強度領域では依存性は飽
和し、ついには減少し始める。高照射強度領域における
このEDMR信号の減少は、高密度の照射がサンプルの
表面領域においてキャリアを生成したと考えると恐らく
説明可能である。その様な場合、サンプルのボリューム
は、マイクロ波および光自体の侵入からも部分的に遮蔽
される。
The irradiation intensity was controlled by inserting various neutral filters in front of the window of the microwave resonator. Strength EDMR line initially increases in the form of I 0. 5 to the irradiation intensity I. In the high irradiation intensity region, the dependence saturates and finally begins to decrease. This decrease in the EDMR signal in the high illumination intensity region can probably be explained by considering that the high intensity illumination generated carriers in the surface region of the sample. In such a case, the sample volume is also partially shielded from the penetration of microwaves and the light itself.

【0038】KEM−1スペクトルの振幅と中性子照射
CZ−Siサンプル中の燐からの信号の振幅の温度依存
性が、図4に■とで示されている。依存性A∝T-5(図
4に実線でプロット)は温度T>13Kに対してKEM
−1スペクトルの実験データをフィットさせて得た。
The temperature dependence of the amplitude of the KEM-1 spectrum and the amplitude of the signal from phosphorus in the neutron-irradiated CZ-Si sample is indicated by ■ in FIG. The dependence A∝T -5 (plotted with a solid line in FIG. 4) shows KEM for temperature T> 13K.
-1 spectra were obtained by fitting experimental data.

【0039】磁場共振時の抵抗率変化はEDMR信号振
幅に比例する(A∝Δρ)。低温の非共鳴光導電性は励
起キャリアの濃度に依存し、σ=1/ρ∝T3則に従っ
て温度と共に変化する。したがって、図4にある、ED
MR信号振幅のフィットされた温度依存性から、KEM
スペクトルに対する測定の場合(T>14K)、Δρ/
ρ∝T-2が得られる。
The change in resistivity at the time of magnetic field resonance is proportional to the EDMR signal amplitude (A (Δρ). Low-temperature nonresonant photoconductivity depends on the concentration of excited carriers and varies with temperature according to the σ = 1 / ρ∝T 3 rule. Therefore, the ED shown in FIG.
From the fitted temperature dependence of the MR signal amplitude, the KEM
For measurements on spectra (T> 14K), Δρ /
ρ∝T -2 is obtained.

【0040】温度依存性に関する別の興味ある特徴は、
全ての測定における雑音レベル(図4のKEMおよび燐
信号に対する誤差幅参照)は12K付近で最低であった
ことである。雑音は、低めの温度に対しては緩やかに増
加し、高めの温度に対しては急激に増加した。
Another interesting feature regarding temperature dependence is:
The noise level in all measurements (see error width for KEM and phosphorus signal in FIG. 4) was lowest around 12K. The noise increased slowly at lower temperatures and sharply at higher temperatures.

【0041】KEM信号は鉄で汚染されたCZ−Siウ
ェハから用意されたサンプルにおいてのみ観測された。
初期ウェハおよび汚染されていないがアニーリングされ
た比較用ウェハからはEDMR信号は観測されなかっ
た。異なった汚染レベルのサンプルからのスペクトル例
が図5Aに示されている。KEM−1のEDMR信号強
度のサンプル中の鉄濃度に対する依存性AEDMR(CFe
は図5Bに●印で示されている。サンプル準備過程にお
ける違いはウェハを浸す際のSC−1溶液中のFeCl
3の濃度のみであった。したがって、KEM信号がCZ
−Siウェハの鉄汚染と関連していると結論することが
できる。
The KEM signal was observed only in samples prepared from iron contaminated CZ-Si wafers.
No EDMR signal was observed from the initial wafer and the uncontaminated but annealed comparative wafer. Example spectra from samples of different contamination levels are shown in FIG. 5A. Dependence of EDMR signal intensity of KEM-1 on iron concentration in sample A EDMR (C Fe )
Is indicated by a circle in FIG. 5B. The difference in the sample preparation process is that the FeCl
There was only a concentration of 3 . Therefore, the KEM signal is CZ
-It can be concluded that it is associated with iron contamination of the Si wafer.

【0042】KEMスペクトルはEPR測定モードでは
観測されなかった。このことはKEMのEDMRスペク
トルを支配する欠陥の濃度の上限が≦10 13cm-3(E
PRモードの装置の感度限界)との推定を可能とする。
これは、鉄原子の汚染レベルよりもかなり低い。更に、
図5Bから分かる様に、KEMのEDMR信号の鉄濃度
に対する増加は線形ではなく、濃度CFe≧1014cm-3
では飽和する。このような挙動は、全てのサンプルにお
いて同じ濃度で存在し、かつ鉄原子との相互作用により
“EDMR活性化"される欠陥から予測できる。
The KEM spectrum is in the EPR measurement mode.
Not observed. This is the KEM EDMR spec.
The upper limit of the concentration of defects that govern the torque is ≦ 10 13cm-3(E
(The sensitivity limit of the device in the PR mode).
This is well below the level of contamination of iron atoms. Furthermore,
As can be seen from FIG. 5B, the iron concentration of the EDMR signal of KEM
Is not linear and the concentration CFe≧ 1014cm-3
Then saturates. This behavior is observed in all samples.
Exist at the same concentration and interact with iron atoms
This can be predicted from the defect that is "EDMR activated".

【0043】説明の更なる手がかりを得るため、CZ−
Siサンプルと同様の方法で、鉄で汚染されたFZ−S
iサンプルの分析をおこなった。FZ−Siの鉄汚染さ
れたサンプルからはEDMR信号は得られなかった。
To gain further clues to the description, CZ-
FZ-S contaminated with iron in the same manner as the Si sample
The i-sample was analyzed. No EDMR signal was obtained from iron contaminated samples of FZ-Si.

【0044】これらの事実から、 KEMスペクトルは
鉄および酸化物を含む欠陥に起因するものであるという
仮定が可能になる。酸化物析出物(OP)がSiバルク
の鉄原子を引きつけること(いわゆる鉄の内部ゲッタリ
ング)は良く知られている。したがって、KEM信号は
こうした鉄修飾されたOPに起因すると仮定することが
できる。この仮定の可能性を証明するために、サンプル
をWright溶液でエッチングする標準的手順によ
り、サンプル中のOPの濃度を測定した。観察に基づき
計算されたOP平均密度はCOP=(1.1±0.8)×
108cm-3であった。サンプルではCOPの鉄濃度に対
する依存性は検出されなかった(Feに汚染されていな
いが同じ条件でアニーリングされたサンプルにおいてさ
えCOPは同じであった)。
These facts allow the assumption that the KEM spectrum is due to defects including iron and oxides. It is well known that oxide precipitates (OP) attract iron atoms in Si bulk (so-called internal gettering of iron). Therefore, it can be assumed that the KEM signal is due to such iron-modified OP. To prove this possibility, the concentration of OP in the sample was measured by a standard procedure of etching the sample with a Wright solution. The average OP density calculated based on the observation is C OP = (1.1 ± 0.8) ×
It was 10 8 cm -3 . Dependence on iron concentration C OP in samples was detected (free of Fe is C OP was the same even in samples annealed at the same conditions).

【0045】サンプル中の鉄濃度の増加に対するEDM
R信号の飽和(図5B参照)は、前述の仮定の範囲内で
あるが、KEM信号が鉄修飾OP界面層に起因するもの
であることを示唆している。この仮定を考慮しながら、
実験結果よりOPのサイズ(半径)を計算した。1個の
OPの表面における鉄密度は(001)結晶面上のSi
原子密度から、σFe~1×1015cm-2と考えられる。
OP表面の鉄原子の飽和に関する閾値AEDMR(CFe)を
得るため、図4BのデータをHill型の関数でフィッ
トした。 AEDMR=AEDMR max(CFe n)/(CFe n+CT n) (1) ここで、AEDMR maxはEDMR信号の最大レベル、CT
飽和閾値、nは飽和過程の速度を特徴づけるパラメータ
である。フィット依存性(1)は、図5Bに実線で示さ
れ、飽和閾値CT=6.4×1013cm-3および飽和速
度n=5.1を与える。この様な大きなnの値は修飾過
程が非常に速いことを示している。OPの平均面積値は
下記の式から推定することができる。 SOP=(CT)/(CEMD×σFe)=6×10-10cm2
EDM for increasing iron concentration in sample
The saturation of the R signal (see FIG. 5B) is within the range of the above assumptions, but suggests that the KEM signal is due to the iron-modified OP interface layer. With this assumption in mind,
The size (radius) of the OP was calculated from the experimental results. The iron density on the surface of one OP is Si on the (001) crystal plane.
From the atomic density, it is considered that σ Fe ~ 1 × 10 15 cm −2 .
The data in FIG. 4B was fitted with a Hill-type function to obtain a threshold value A EDMR (C Fe ) for saturation of iron atoms on the OP surface. Wherein A EDMR = A EDMR max (C Fe n) / (C Fe n + C T n) (1) where the maximum level of A EDMR max is EDMR signal, C T is the saturation threshold, n represents the speed of the saturation process Parameter. The fit dependence (1) is shown by the solid line in FIG. 5B and gives a saturation threshold C T = 6.4 × 10 13 cm −3 and a saturation velocity n = 5.1. Such a large value of n indicates that the modification process is very fast. The average area value of OP can be estimated from the following equation. S OP = (C T) / (C EMD × σ Fe) = 6 × 10 -10 cm 2

【0046】アニーリング条件を考慮すると、我々のサ
ンプルにおいては酸化物は板状析出物(PLP)の形で
析出すると予測できよう。PLPは、半径RPLP、高さ
PLPの板状体として概略表すことができる。PLPの
厚さは半径の広い変化領域において一定と考えられ、5
nmに達する。したがって、簡単な計算により、平均半
径は<RPLP>~10nmが得られ、この値は、アニーリ
ング後のCZ−SiにおけるPLPの平均値としてはか
なり適切なものである。したがって、EDMRのKEM
信号が鉄修飾されたOPに起因するという我々の仮定は
合理的であると思われる。
Considering the annealing conditions, it would be expected that in our sample the oxide would precipitate in the form of platelet precipitates (PLP). The PLP can be schematically represented as a plate with a radius R PLP and a height D PLP . The thickness of the PLP is considered to be constant in the region where the radius is large, and 5
nm. Therefore, a simple calculation yields an average radius of <R PLP > ~ 10 nm, which is quite appropriate as the average value of PLP in CZ-Si after annealing. Therefore, EDMR KEM
Our assumption that the signal is due to the iron-modified OP seems reasonable.

【0047】450℃での長時間のアニーリングの間に
KEM−1スペクトルからKEM−2スペクトルへと変
化するのは、PLP表面の構造変化と関連しているかも
しれない。KEM−1スペクトルの対称性はPLP(<
001>タイプ結晶方向の軸を持つディスク)に特有の
ものであり、KEM−2スペクトルの対称性は<110
>タイプ方向における更なる配列を示唆している。更
に、450℃でのアニーリング(これはOPの成長を引
き起こさない)はOPの表面構造の緩和および配列を可
能にすると仮定することができる。
The change from a KEM-1 spectrum to a KEM-2 spectrum during prolonged annealing at 450 ° C. may be related to a structural change in the PLP surface. The symmetry of the KEM-1 spectrum is PLP (<
001> type crystal axis), and the symmetry of the KEM-2 spectrum is <110.
> Suggests further arrangement in the type direction. Furthermore, it can be assumed that annealing at 450 ° C., which does not cause growth of the OP, allows for the relaxation and alignment of the OP's surface structure.

【0048】上記で提案したKEMのEDMR信号の起
源が正しいとすると、鉄原子による修飾がOPを“SD
R活性"欠陥に変える訳である。したがって、OPは、
金属(鉄)原子で修飾される前には、修飾された後より
も、励起キャリアの再結合過程において遙かに活性度は
低いと仮定できる。しかしながら、OPのSDR活性化
をKEM信号の原因である欠陥の三重項の特性に基づい
て説明する仮定も提案できる。つまり、鉄修飾が三重項
状態の欠陥を生み出し、これによりOPはSDR活性に
なるとも考えられる。
Assuming that the origin of the EDMR signal of KEM proposed above is correct, modification by iron atom changes OP to "SD
R activity "defect. Therefore, OP
Before modification with a metal (iron) atom, it can be assumed that the activity is much lower in the process of recombination of excited carriers than after modification. However, it is also possible to propose an assumption that explains the SDR activation of the OP based on the triplet properties of the defect that causes the KEM signal. In other words, it is also believed that iron modification creates a triplet state defect, which causes OP to become SDR active.

【0049】図5Bの○印は、鉄濃度の異なるCZ−S
i汚染サンプルをEDMR測定した際の雑音レベルを示
す。共振線から離れた位置において10Gの磁界範囲で
ゼロレベルからのEDMR信号の標準偏差として抽出さ
れた実験EDMRスペクトルから雑音レベルが計算され
た(40点からの信号が分析された)。グラフから明ら
かな様に、実験中の雑音レベルとサンプル中の鉄濃度と
の間に強い相関が存在する(図5B中の破線はフィット
された依存性であるσ40∝CFe 0.7を示す)。おそら
く、高欠陥濃度のサンプルにおける信号対雑音比のレベ
ルは低すぎてEDMR信号を検出できないのである。
The circles in FIG. 5B indicate CZ-S having different iron concentrations.
This shows the noise level when EDMR measurement was performed on the i-contaminated sample. The noise level was calculated from the experimental EDMR spectrum extracted as the standard deviation of the EDMR signal from zero level at a field range of 10 G away from the resonance line (signal from 40 points was analyzed). As is evident from the graph, there is a strong correlation between the noise level during the experiment and the iron concentration in the sample (the dashed line in FIG. 5B indicates the fitted dependence, σ 40 ∝C Fe 0.7 ). . Presumably, the level of the signal to noise ratio in the high defect concentration sample is too low to detect the EDMR signal.

【0050】KEMのEDMRスペクトルに対応するE
PR信号が検出されなかったことから、EDMR測定は
EPRよりも高感度であると思われる。KEM信号が鉄
修飾されたOPに起因すると仮定すると、感度限界は1
立法センチメートル当たり約2×106のレベルであろ
う(EDMR信号対雑音比およびサンプル中のOP濃度
からの推定)。我々のサンプルの大きさを考慮に入れる
と、ほんの25000の析出物からもEDMR信号を検
出することが可能である。
E corresponding to the EDMR spectrum of KEM
EDMR measurements appear to be more sensitive than EPR, since no PR signal was detected. Assuming that the KEM signal is due to iron-modified OP, the sensitivity limit is 1
It will be at a level of about 2 × 10 6 per cubic centimeter (estimated from EDMR signal to noise ratio and OP concentration in the sample). Taking into account the size of our sample, it is possible to detect EDMR signals from only 25000 precipitates.

【0051】要約すると、KEM−1と呼ばれるEDM
R信号が鉄汚染CZ−Siウェハから切り出されたサン
プルから検出された。450℃、60時間のアニーリン
グをサンプルに施すことにより、初期EDMRスペクト
ルに変化が生じた(KEM−1スペクトルがKEM−2
スペクトルに変化した)が、異なった実験条件に対する
EDMR信号の依存性は変わらなかった。KEM−1信
号が三方晶対称性を示すのに対し、KEM−2信号は斜
方晶−I対称性を示す。異なった実験条件(温度、マイ
クロ波パワー、照射強度)においてもスペクトルの形状
は変化しない。このことからも、スペクトル中の全ての
EDMR線が同じ欠陥に起因するものであることがわか
る。KEM−1、KEM−2信号の双方が振幅の強い異
方性を示すことから、再結合がセンターの励起三重項状
態を介して発生するものであることが示唆される。
In summary, an EDM called KEM-1
The R signal was detected from a sample cut from an iron-contaminated CZ-Si wafer. Annealing the sample at 450 ° C. for 60 hours caused a change in the initial EDMR spectrum (the KEM-1 spectrum was changed to KEM-2).
Spectra), but the dependence of the EDMR signal on the different experimental conditions did not change. The KEM-1 signal shows trigonal symmetry, while the KEM-2 signal shows orthorhombic-I symmetry. The spectrum shape does not change even under different experimental conditions (temperature, microwave power, irradiation intensity). This also indicates that all EDMR lines in the spectrum are due to the same defect. Both the KEM-1 and KEM-2 signals show strong anisotropy in amplitude, suggesting that recombination occurs through the center excited triplet state.

【0052】ウェハ中の鉄濃度に対するEDMR信号強
度の依存性AEDMR(CFe)は線形ではなく、鉄濃度の増
加に対するEDMR信号強度の速い飽和を示している。
この種の依存性は鉄原子とサンプル中に既に存在する何
らかの欠陥との相互作用によって説明できる。同様の条
件で鉄汚染されたFZ−SiサンプルからはEDMR信
号が検出されなかったので、KEM信号は鉄原子で修飾
された酸素関連欠陥、すなわち酸化物板状析出物に起因
すると仮定することができた。得られた実験結果から、
上記仮定の範囲内で、我々のサンプル中の酸化物析出物
の平均半径は<RPLP>~10nmと推定された。この値
はアニーリング後のCZ−Siウェハ中の板状析出物の
半径としてかなり合理的なものである。
Dependence of EDMR Signal Strength on Iron Concentration in Wafer A EDMR (C Fe ) is not linear, indicating a rapid saturation of EDMR signal strength with increasing iron concentration.
This type of dependence can be explained by the interaction of the iron atom with any defects already present in the sample. Since no EDMR signal was detected from FZ-Si samples contaminated with iron under similar conditions, it can be assumed that the KEM signal is due to oxygen-related defects modified with iron atoms, i.e., oxide plate-like precipitates. did it. From the obtained experimental results,
Within the above assumptions, the average radius of oxide precipitates in our samples was estimated to be <R PLP > ~ 10 nm. This value is quite reasonable as the radius of the plate-like precipitate in the CZ-Si wafer after annealing.

【0053】EDMR測定時の雑音数値はサンプル中の
再結合センターの濃度と共に増加する。観察された効果
から、高濃度の再結合センターを有するサンプルに対す
るEDMR測定の難しさについて以前報告された内容を
説明することができる。観察されたEDMR信号の温度
依存性、および熱ドナーを有するp型サンプル中のFe
0再結合センターからの信号不存在は、SDR手順の既
存モデルの観点からは説明できない。
The noise figure during EDMR measurement increases with the concentration of recombination centers in the sample. The observed effects may explain what was previously reported about the difficulty of EDMR measurements on samples with high concentrations of recombination centers. Temperature dependence of the observed EDMR signal, and Fe in p-type samples with thermal donors
0 The absence of a signal from the recombination center cannot be explained in terms of the existing model of the SDR procedure.

【0054】これはSiサンプル中の鉄汚染を測定する
例であった。
This is an example of measuring iron contamination in a Si sample.

【0055】更に、加工ライン中の鉄汚染レベルも以下
のようにして測定することができる。加工ラインの全て
の工程を終えたモニターCZ−SiウェハをEDMR測
定に望ましい大きさに切り出し、以下に述べる鉄汚染測
定を行う。モニターウェハ内部の鉄濃度について得られ
た結果に応じて、加工を改善することができる。たとえ
ば、Fe汚染のレベルが許容値未満であれば、クリーニ
ング工程およびIG工程の後半さえも省くことができ
る。これによって製造コストを低減できる。
Further, the iron contamination level in the processing line can be measured as follows. The monitor CZ-Si wafer after completing all the steps of the processing line is cut into a size desired for EDMR measurement, and iron contamination measurement described below is performed. Processing can be improved depending on the results obtained for the iron concentration inside the monitor wafer. For example, if the level of Fe contamination is below an acceptable value, the cleaning process and even the second half of the IG process can be omitted. As a result, manufacturing costs can be reduced.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、SDR法あるいはEDMR法を利用して、CZ−S
iウェハの鉄汚染を高精度に検出することが可能とな
る。
As described above, according to the present invention, the CZ-S is obtained by utilizing the SDR method or the EDMR method.
Iron contamination of the i-wafer can be detected with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の測定方法に用いる測定装置を具体化し
たものを示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a measuring apparatus used in the measuring method of the present invention.

【図2】2Aおよび2Bは、本発明の実施例において得
られたSi結晶のEDMR信号、固定磁界の相互配列、
および結晶方位との関係を測定した結果を示す図。
2A and 2B are EDMR signals of a Si crystal obtained in an embodiment of the present invention, mutual arrangement of fixed magnetic fields,
FIG. 9 is a view showing a result of measurement of a relationship with a crystal orientation.

【図3】3Aおよび3Bは、本発明の実施例で得られ
た、固定磁界に向かう結晶方位とEDMRのgファクタ
ーおよび強度との関係を示す図。
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the relationship between the crystal orientation toward a fixed magnetic field and the g-factor and intensity of EDMR, obtained in an example of the present invention.

【図4】本発明の実施例で得られたEDMR信号の温度
依存性を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the temperature dependence of an EDMR signal obtained in an example of the present invention.

【図5】5Aおよび5Bは、異なる鉄汚染度のサンプル
から得られたEDMR信号を示す図。
FIGS. 5A and 5B show EDMR signals obtained from samples with different degrees of iron contamination.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 共振器 2 クライオスタット 3 マイクロ波パワー供給手段 4 サンプルホルダー 5 サンプル 6 レーザー 7 ロックインアンプ 8 電流源 9 抵抗器 10 コンデンサ 11 PC 12 磁場制御システム REFERENCE SIGNS LIST 1 resonator 2 cryostat 3 microwave power supply means 4 sample holder 5 sample 6 laser 7 lock-in amplifier 8 current source 9 resistor 10 capacitor 11 PC 12 magnetic field control system

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン中の鉄汚染の検出方法であっ
て、 Siサンプルに外部磁界を印加し、Siサンプルの電子
スピンシステムを分極させる工程と、 Siサンプルにエネルギーを付与して過剰キャリアを生
成する工程と、 Siサンプルにマイクロ波を照射する工程と、 印加する外部磁界の強度を所定の範囲で変えることによ
って磁場掃引する工程と、 磁場掃引中に、励起されたキャリアの結合速度で共鳴変
化を検出する工程と、 シリコンウェハ中の鉄汚染を検出する工程と、を含むこ
とを特徴とする方法。
1. A method for detecting iron contamination in silicon, comprising: applying an external magnetic field to a Si sample to polarize an electron spin system of the Si sample; and applying energy to the Si sample to generate excess carriers. Performing a magnetic field sweep by changing the intensity of an applied external magnetic field within a predetermined range; and performing a resonance change at a coupling speed of excited carriers during the magnetic field sweep. Detecting iron contamination in the silicon wafer.
【請求項2】 シリコン中の鉄汚染を検出する方法であ
って、 Siサンプルに外部磁場を印加し、Siサンプルの電子
スピンシステムを分極させる工程と、 Siサンプルに光を照射して励起された過剰キャリアを
生成する工程と、 印加する外部磁界の強度を所定の範囲で変えることによ
って磁場掃引する工程と、 過剰キャリアの再結合速度における共鳴変化を伴う磁場
掃引中、Siサンプルの抵抗率の共鳴変化を測定するこ
とによって共鳴を検出する工程と、 シリコンウェハ中の鉄汚染を検出する工程と、を含むこ
とを特徴とする方法。
2. A method for detecting iron contamination in silicon, comprising: applying an external magnetic field to a Si sample to polarize an electron spin system of the Si sample; and irradiating the Si sample with light to be excited. Generating an excess carrier; sweeping the magnetic field by varying the strength of the applied external magnetic field within a predetermined range; and resonating the resistivity of the Si sample during the magnetic field sweep with a resonant change in the recombination rate of the excess carrier. A method comprising: detecting resonance by measuring a change; and detecting iron contamination in a silicon wafer.
【請求項3】 シリコン中の鉄汚染レベルを測定する方
法であって、 Siウェハを測定に必要な大きさに切り出し、その相対
する両端に抵抗接触子を設け、接触子にリードを接続し
てサンプルを形成する工程と、 Siサンプルに外部磁界を印加し、Siサンプルの電子
スピンシステムを分極させる工程とSiサンプルに光を
照射して励起された過剰キャリアを生じる工程と、 印加する外部磁場の強度を所定の範囲で変えることによ
って磁場掃引する工程と、 過剰キャリアの再結合速度における共鳴変化を伴う磁場
掃引中、Siサンプルの抵抗率の共鳴変化を測定するこ
とによって共鳴を検出する工程と、 共鳴検出工程で測定された共鳴強度からシリコンウェハ
中の鉄汚染レベルを計算する工程と、を有することを特
徴とする方法。
3. A method for measuring the level of iron contamination in silicon, comprising cutting a Si wafer into a size required for measurement, providing resistive contacts at opposite ends thereof, and connecting leads to the contacts. Forming a sample; applying an external magnetic field to the Si sample to polarize the electron spin system of the Si sample; irradiating the Si sample with light to generate excited excess carriers; and Sweeping the magnetic field by varying the intensity in a predetermined range; and detecting the resonance by measuring the resonant change in the resistivity of the Si sample during the magnetic field sweep with a resonant change in the recombination rate of excess carriers; Calculating the iron contamination level in the silicon wafer from the resonance intensity measured in the resonance detection step.
【請求項4】 マイクロ波キャビティ内に置かれたサン
プルにマイクロ波が照射されることを特徴とする、請求
項3記載のシリコン中の鉄汚染の検出方法。
4. The method for detecting iron contamination in silicon according to claim 3, wherein the sample placed in the microwave cavity is irradiated with microwaves.
【請求項5】 測定が15Kより低い温度でなされるこ
とを特徴とする、請求項4記載のシリコン中の鉄汚染の
検出方法。
5. The method for detecting iron contamination in silicon according to claim 4, wherein the measurement is performed at a temperature lower than 15K.
【請求項6】 Siインゴット製造ライン中の鉄汚染の
検出方法であって、 スライス前の全ての工程を終えたCZ−Siインゴット
の様々な部分からモニターウェハを採る工程と、 モニターウェハをアニーリングしてウェハ中に酸化物析
出物を生じさせてウェハを用意する工程と、 準備したSiウェハを測定に必要な大きさに切り出し、
その相対する両端に抵抗接触子を形成し、接触子にリー
ドを取り付けてサンプルを形成する工程と、 Siサンプルに外部磁界を印加してSiサンプルの電子
スピンシステムを分極させる工程と、 Siサンプルに光を照射して励起過剰キャリアを生ずる
工程と、 印加する外部磁界強度を所定の範囲で変えることによっ
て磁場掃引する工程と、 過剰キャリアの再結合速度における共鳴変化を伴う磁場
掃引工程中、Siサンプルの抵抗性の共鳴変化を測定す
ることによって共鳴を検出する工程と、 その検出に基づいて、CZ−Siインゴットが鉄に汚染
されているか否かを決定する工程と、を含むことを特徴
とする方法。
6. A method for detecting iron contamination in a Si ingot production line, comprising: collecting monitor wafers from various portions of a CZ-Si ingot having completed all processes before slicing; and annealing the monitor wafer. Preparing oxide wafers in the wafer by preparing oxide wafers, and cutting out the prepared Si wafer to a size required for measurement,
Forming resistive contacts at opposite ends thereof and attaching leads to the contacts to form a sample; applying an external magnetic field to the Si sample to polarize the electron spin system of the Si sample; A step of irradiating light to generate excited excess carriers, a step of sweeping a magnetic field by changing an applied external magnetic field intensity within a predetermined range, and a step of sweeping a magnetic field accompanied by a resonance change in a recombination rate of excess carriers. Detecting the resonance by measuring the change in the resonance of the resistance of the CZ-Si ingot, and determining whether the CZ-Si ingot is contaminated with iron based on the detection. Method.
【請求項7】 半導体デバイス製造ラインにおける鉄汚
染の検査法法であって、 1つの加工ラインあるいは異なる加工ラインで通常の加
工工程を少なくとも1つ終えているウェハをモニターウ
ェハとして採用する工程と、 少なくとも1つの加工工程において酸化物析出物が未だ
生じていない場合には、モニターウェハをアニーリング
してウェハ中にかかる析出物を生じさせる工程と、 Siウェハを測定に必要な大きさに切り出し、その相対
する両端に抵抗接触子を設け、接触子にリードを取り付
けてサンプルを形成する工程と、 Siサンプルに外部磁界を印加してサンプルの電子スピ
ンシステムを分極させる工程と、 Siサンプルに光を照射して励起過剰キャリアを生成す
る工程と、 印加する外部磁界の強度を所定の範囲で変えることによ
って行う磁場掃引工程と、 過剰キャリアの再結合速度における共鳴変化を伴う磁場
掃引工程中、Siサンプルの抵抗率の共鳴変化を測定す
ることによって、モニターウェハが鉄に汚染されている
か否かを検出する共鳴検出工程と、 共鳴検出工程から、加工、加工ラインがウェハに鉄汚染
をもたらしたか否かを決定する工程と、を有することを
特徴とする方法。
7. A method for inspecting iron contamination in a semiconductor device manufacturing line, wherein a wafer which has completed at least one normal processing step in one processing line or a different processing line is used as a monitor wafer; If oxide precipitates have not yet formed in at least one processing step, a step of annealing the monitor wafer to generate such precipitates in the wafer; and cutting out a Si wafer to a size required for measurement. Providing resistive contacts at opposite ends and attaching leads to the contacts to form a sample; applying an external magnetic field to the Si sample to polarize the electron spin system of the sample; irradiating the Si sample with light To generate excited excess carriers by changing the strength of the applied external magnetic field within a predetermined range. During the magnetic field sweeping step, which involves the resonance change in the recombination rate of the excess carriers, by measuring the resonance change in the resistivity of the Si sample to determine whether the monitor wafer is contaminated with iron. A method comprising the steps of: detecting a resonance to detect; and, from the resonance detection step, determining whether or not the processing and the processing line have caused iron contamination on the wafer.
【請求項8】 モニターウェハ中の鉄汚染レベル測定の
結果に基づき、通常行われている少なくとも1つの加工
工程が改善、変更、あるいは廃止されることを特徴とす
る、CZ−Siインゴット、CZ−Siウェハおよびデ
バイスの製造方法。
8. A CZ-Si ingot, CZ-C, characterized in that at least one processing step which is normally performed is improved, changed or eliminated based on the result of the iron contamination level measurement in the monitor wafer. Manufacturing method of Si wafer and device.
JP28811998A 1997-10-10 1998-10-09 Method for detecting iron contamination in cz silicon wafer Pending JPH11312719A (en)

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US94829597A 1997-10-10 1997-10-10
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010508526A (en) * 2006-11-03 2010-03-18 ドイチェ ソーラー アクチェンゲゼルシャフト Apparatus and method for detecting electrical properties of excitable material samples
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