KR102513721B1 - 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법, 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

평가 대상 실리콘 시료에 수소 원자를 도입하는 것, 상기 수소 원자가 도입된 평가 대상 실리콘 시료를, 실리콘의 밴드 갭 중의 트랩 준위를 평가하는 평가법에 의한 평가에 부치는 것 및, 상기 평가에 의해 얻어진 평가 결과 중에서, Ec(전도대의 바닥의 에너지)－0.10eV, Ec－0.13eV 및 Ec－0.15eV로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 트랩 준위의 밀도에 관한 평가 결과에 기초하여, 상기 평가 대상 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하는 것을 포함하고, 상기 수소 원자의 도입에서 상기 평가까지의 사이에, 평가 대상 실리콘 시료를 가열 수단을 이용하여 35℃∼80℃의 범위의 가열 온도로 가열하는 가열 처리를 행하는 것을 추가로 포함하는 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법이 제공된다.

Description

실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법, 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법
본 발명은, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법, 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하는 것이 검토되고 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
일본공개특허공보 2017-191800호
반도체 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼에는, 디바이스 특성의 저하를 일으키는 불순물 오염을 저감하는 것이 요망된다. 최근, 실리콘 웨이퍼에 포함되는 불순물로서 탄소가 주목되어, 실리콘 웨이퍼의 탄소 오염을 저감하는 것이 검토되고 있다.
탄소 오염 저감을 위해서는, 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하고, 평가 결과에 기초하여, 실리콘 웨이퍼의 제조 공정이나 실리콘 웨이퍼를 잘라내는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 공정을, 제조 공정에서 혼입되는 탄소를 저감하도록 관리하는 것이 바람직하다. 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하기 위한 새로운 방법을 발견하는 것은, 그러한 공정 관리를 행하는데 있어서 유용하다.
본 발명의 일 양태는, 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하기 위한 새로운 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는,
평가 대상 실리콘 시료에 수소 원자를 도입하는 것,
상기 수소 원자가 도입된 평가 대상 실리콘 시료를, 실리콘의 밴드 갭 중의 트랩 준위를 평가하는 평가법에 의한 평가에 부치는 것, 및
상기 평가에 의해 얻어진 평가 결과 중에서, Ec(전도대의 바닥의 에너지)－0.10eV, Ec－0.13eV 및 Ec－0.15eV로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 트랩 준위의 밀도에 관한 평가 결과에 기초하여, 상기 평가 대상 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하는 것,
을 포함하고,
상기 수소 원자의 도입에서 상기 평가까지의 사이에, 평가 대상 실리콘 시료를 가열 수단을 이용하여 35℃∼80℃의 범위의 가열 온도로 가열하는 가열 처리를 행하는 것을 추가로 포함하는, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법(이하, 「탄소 농도 평가 방법」이라고도 기재함)
에 관한 것이다.
상기 가열 처리 중, 실리콘 시료 표면의 온도는 변화할 수 있다. 상기의 실리콘 시료의 가열 처리에 관한 가열 온도는, 가열 처리에 의해 가열된 실리콘 시료 표면의 최고 온도를 말하는 것으로 한다.
일 양태에서는, 상기 탄소 농도 평가 방법에 있어서, 상기 수소 원자가 도입된 평가 대상 실리콘 시료를, 전자선 조사 처리를 행하는 일 없이, 상기 평가에 부칠 수 있다.
일 양태에서는, 상기 평가 대상 실리콘 시료의 탄소 농도의 평가를, 상기 평가에 의해 얻어진 평가 결과 중에서, Ec－0.15eV의 트랩 준위의 밀도에 관한 평가 결과에 기초하여 행할 수 있다.
일 양태에서는, 상기 수소 원자의 도입은, 평가 대상 실리콘 시료를 용액에 침지함으로써 행할 수 있다.
일 양태에서는, 상기 용액은, HF(불화 수소)를 포함하는 용액일 수 있다.
일 양태에서는, 상기 평가법은, DLTS법(Deep-Level Transient Spectroscopy)일 수 있다.
일 양태에서는, 상기 DLTS법에 의한 평가의 전에, 상기 수소 원자가 도입된 평가 대상 실리콘 시료에 반도체 접합 및 오믹층을 형성함으로써 다이오드를 제작할 수 있고, 제작된 다이오드를 상기 DLTS법에 의한 평가에 부칠 수 있다.
일 양태에서는, 상기 가열 처리를, 상기 다이오드의 제작 전 또는 후에 행할 수 있다.
일 양태에서는, 상기 가열 처리를, 상기 수소 원자의 도입으로부터 18시간 이내에 행할 수 있다.
본 발명의 일 양태는,
평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서 제조된 실리콘 웨이퍼의 탄소 농도를 상기 탄소 농도 평가 방법에 의해 평가하는 것 및,
상기 평가의 결과에 기초하여 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서의 탄소 오염의 정도를 평가하는 것,
을 포함하는, 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법(이하, 「제조 공정 평가 방법」이라고도 기재함),
에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태는,
상기 제조 공정 평가 방법에 의해 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가를 행하는 것 및,
상기 평가의 결과, 탄소 오염의 정도가 허용 레벨로 판정된 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서, 또는, 상기 평가의 결과, 탄소 오염의 정도가 허용 레벨을 초과한다고 판정된 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 탄소 오염 저감 처리를 실시한 후에, 이 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼를 제조하는 것,
을 포함하는 실리콘 웨이퍼의 제조 방법,
에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태는,
실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 것,
상기 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라내어진 실리콘 시료의 탄소 농도를, 상기 탄소 농도 평가 방법에 의해 평가하는 것,
상기 평가의 결과에 기초하여, 실리콘 단결정 잉곳의 제조 조건을 결정하는 것 및,
결정된 제조 조건하에서 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 것,
을 포함하는, 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법,
에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하기 위한 새로운 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에서 사용된 실리콘 단결정 인상 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
[실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법]
본 발명의 일 양태는, 평가 대상 실리콘 시료에 수소 원자를 도입하는 것, 상기 수소 원자가 도입된 평가 대상 실리콘 시료를, 실리콘의 밴드 갭 중의 트랩 준위를 평가하는 평가법에 의한 평가에 부치는 것 및, 상기 평가에 의해 얻어진 평가 결과 중에서, Ec－0.10eV, Ec－0.13eV 및 Ec－0.15eV로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 트랩 준위의 밀도에 관한 평가 결과에 기초하여, 상기 평가 대상 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하는 것을 포함하고, 상기 수소 원자의 도입으로부터 상기 평가까지의 사이에, 평가 대상 실리콘 시료를 가열 수단을 이용하여 35℃∼80℃의 범위의 가열 온도로 가열하는 가열 처리를 행하는 것을 추가로 포함하는 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법에 관한 것이다.
상기 탄소 농도 평가 방법에 있어서 행해지는 수소 원자의 도입에 의해, 실리콘의 밴드 갭 중에 상기 Ec의 트랩 준위를 형성할 수 있다. 이와 같이 하여, 상기 Ec의 트랩 준위의 밀도에 관한 평가 결과를 얻는 것이 가능해진다. 그러한 평가 결과의 일 예로서는, DLTS법에 의한 평가에 의해 얻어지는 피크 강도(DLTS 신호 강도)를 들 수 있다. 이 점에 대해서 상세는 후술한다.
트랩 준위에 관해서는, 수소 원자 도입 후의 실리콘의 밴드 갭 중의 상기 Ec의 트랩 준위는 탄소 관련 준위이고, 이 트랩 준위의 밀도는 실리콘 시료의 탄소 농도와 상관된다. 따라서, 수소 원자 도입 후에 행해지는 평가에 의해 얻어지는 상기 Ec의 트랩 준위의 밀도에 관한 평가 결과, 즉, 트랩 준위의 밀도와 상관되는 평가 결과는, 실리콘 시료의 탄소 농도와 상관된다. 또한, 본 발명자들의 예의 검토의 결과, 수소 원자 도입 후의 평가 대상 실리콘 시료를 상기 가열 처리에 부치는 것은, 상기 평가법에 의해 평가되는 상기 Ec의 트랩 준위의 밀도를 높이는 것에 기여하는 것이 새롭게 발견되었다. 이는, 상기 가열 처리가, 상기 Ec의 트랩 준위를 초래하는 복합체의 형성을 촉진하기 때문이라고 추찰된다. 트랩 준위의 밀도가 높아질수록, 예를 들면 DLTS법에 있어서는, 측정되는 DLTS 신호 강도의 값은 커진다. 예를 들면, 어느 탄소 농도의 실리콘 시료에 대해서, 트랩 준위 밀도의 값을 보다 고밀도의 값으로서 얻을 수 있으면, 미량 탄소라도 고감도로 검출 및 평가하는 것이 가능해진다. 즉, 수소 원자 도입 후의 평가 대상 실리콘 시료를 상기 가열 처리에 부치는 것은, 탄소 농도의 평가의 감도 향상에 기여한다고 생각된다.
이하, 상기 탄소 농도 평가 방법에 대해서, 더욱 상세하게 설명한다.
＜평가 대상 실리콘 시료＞
상기 탄소 농도 평가 방법의 평가 대상이 되는 실리콘 시료는, 예를 들면, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라내어진 실리콘 시료일 수 있다. 예를 들면, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼 형상으로 잘라낸 시료로부터 추가로 일부를 잘라내어 얻은 시료를, 평가에 부칠 수 있다. 또한, 평가 대상 실리콘 시료는, 반도체 기판으로서 이용되는 각종 실리콘 웨이퍼(예를 들면, 폴리시드 웨이퍼, 에피택셜 웨이퍼 등)로부터 잘라낸 실리콘 시료일 수도 있다. 상기 실리콘 웨이퍼는, 실리콘 웨이퍼에 통상적으로 행해지는 각종 가공 처리(예를 들면, 연마, 에칭, 세정 등)가 부가된 실리콘 웨이퍼일 수도 있다. 실리콘 시료는, n형 실리콘이라도 p형 실리콘이라도 좋다. 또한, 실리콘 시료의 저항률은, 예를 들면 1∼1000Ωcm 정도일 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다.
평가 대상 실리콘 시료의 격자간 산소 Oi의 농도(이하, 「산소 농도」라고 기재함)는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 일 양태에서는, 평가 대상 실리콘 시료의 산소 농도는, 예를 들면, 1.0×1017atoms/㎤ 이상(예를 들면 1.0×1017∼27.5×1017atoms/㎤)일 수 있다. 여기에서 말하는 산소 농도는, FT-IR법(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)에 의해 측정되는 값으로 한다. 예를 들면 쵸크랄스키법(CZ법)에 의해 육성된 실리콘 단결정에 유래하는 실리콘 시료는, 통상, 산소를 포함하고 있다. 한편, 특허문헌 1(일본공개특허공보 2017-191800호)에 기재되어 있는 바와 같이, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법으로서 종래 제안되어 있던 루미네슨스법에서는, 정량되는 탄소 농도가 산소 농도에 의존해 버린다. 이는, 종래 제안되어 있던 루미네슨스법에서는, 전자선 조사를 요하기 때문이다. 그 때문에, 루미네슨스법에서는, 산소 농도가 높은 실리콘 시료일수록, 탄소 농도의 평가의 정밀도는 저하하는 경향이 있다. 이에 대하여, 수소 원자의 도입을 행한 후라면, 전자선 조사를 행하지 않아도, 상기의 탄소 관련 준위를, 활성화한 상태로 형성할 수 있다. 그 결과, 산소 농도에 의존하는 일 없이, 탄소 농도를 평가하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 산소 농도가 비교적 높은 실리콘 시료, 예를 들면 산소 농도가 상기 범위인 실리콘 시료의 탄소 농도도, 고정밀도로 평가할 수 있다. 본 발명 및 본 명세서에 있어서의 「전자선 조사 처리를 행하지 않는다」란, 실리콘 시료에 대하여 적극적으로 전자선을 조사하는 처리를 행하지 않는 것을 말하고, 태양광, 조명 등의 하에서 불가피적으로 발생하는 전자선 조사는 허용되는 것으로 한다. 또한, 전자선이란, 전자에 가속 전압을 더하여 얻어지는 전자의 흐름이다. 전자선 조사 처리는, 리드 타임이 길고, 대규모 설비를 요하여, 비용 증가를 초래하고, 전자선 조사 공정에 더하여 보호 산화막의 제작 등을 필요로 하여 공정수가 증가하는 등의 점에서 과제가 있다. 따라서, 전자선 조사 처리를 행하지 않아도 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가할 수 있는 것은 바람직하다. 단, 상기 탄소 농도 평가 방법의 평가 대상 실리콘 시료의 산소 농도는, 먼저 예시한 범위에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 탄소 농도 평가 방법의 일 양태에서는, 공지의 방법에 의해 전자선 조사를 행할 수도 있다.
＜실리콘 시료로의 수소 원자의 도입＞
평가 대상 실리콘 시료에는, 수소 원자가 도입된다. 수소 원자를 도입함으로써, 탄소 관련 준위인 상기 Ec의 트랩 준위를 형성할 수 있다. 수소 원자의 도입은, 드라이 처리(건식)로 행해도 좋고, 웨트 처리(습식, 즉 용액의 사용)로 행해도 좋다. 예를 들면, 드라이 처리에 의한 수소 원자의 도입은, 이온 주입법, 수소 플라즈마 등에 의해 행할 수 있다. 또한 본 발명 및 본 명세서에 있어서의 수소 원자의 도입에는, 이온 또는 플라즈마의 상태에서 수소 원자가 도입되는 양태도 포함되는 것으로 한다.
웨트 처리에 의한 수소 원자의 도입은, 실리콘 시료를 용액에 접촉시킴(예를 들면 침지함)으로써 행할 수 있다. 여기에서 사용되는 용액은, 수소 원자를 전리한 상태(이온) 또는 염의 상태 등의 어느 하나의 상태로 함유하는 용액이라면, 산 용액이라도 염기 용액이라도 좋다. 일 예로서, 산 용액으로서는, 불산(불화 수소산 수용액), 불산과 질산의 혼합 용액(불질산) 등의 HF를 포함하는 용액, 황산과 과산화수소의 혼합 용액, 염산과 과산화수소의 혼합 용액 등을 들 수 있다. 또한, 염기 용액으로는 수산화 나트륨 용액, 수산화 칼륨 용액, 암모니아수와 과산화수소의 혼합 용액 등을 들 수 있다. 상기의 각종 용액은, 바람직하게는 수계 용액(물을 포함하는 용액)이고, 수용액인 것이 보다 바람직하다. 산 용액의 산 농도 및 염기 용액의 염기 농도는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 일 예로서, 불산에 의한 수소 원자 도입은, 측정 대상 실리콘 시료를, 1∼25중량％ 불산에 1∼10분간 침지함으로써 행할 수 있다. 또한, 일 예로서, 불질산에 의한 수소 원자 도입은, 측정 대상 실리콘 시료를, 불질산(예를 들면 HNO3 농도 69질량％의 질산(질산 수용액)과 HF 농도 50질량％의 불산(불화 수소산 수용액)의 혼합 용액)에 1∼10분간 침지함으로써 행할 수 있다. 침지 후, 필요에 따라서 측정 대상 시료를 물 세정, 건조 등의 후처리에 부쳐도 좋다.
수소 원자가 도입된 평가 대상 실리콘 시료는, 상세를 후술하는 가열 처리가 실시된 후, 실리콘의 밴드 갭 중의 트랩 준위를 평가하는 평가법에 의한 평가에 부쳐진다. 가열 처리의 상세는 후술한다.
＜수소 원자를 도입한 실리콘 시료의 평가＞
상기 탄소 농도 평가 방법에서는, 탄소 관련 준위로서, Ec－0.10eV, Ec－0.13eV 또는 Ec－0.15eV의 트랩 준위를 이용한다. Ec－0.10eV, Ec－0.13eV 및 Ec－0.15eV의 트랩 준위는, 수소 원자의 도입에 의해, 각종 평가법에 의해 검출 가능한 활성화한 상태로 형성된다고 생각되고, 추가로, 그의 형성은 상기 가열 처리에 의해 추진되는 것으로 추찰된다. 이와 같이 하여, 상기 트랩 준위(탄소 관련 준위)의 밀도에 기초하여, 탄소 농도를 평가하는 것이 가능해진다. 트랩 준위 밀도에 관한 평가는, 실리콘의 밴드 갭 중의 트랩 준위를 평가할 수 있는 각종 평가법에 의해 행할 수 있다. 그러한 평가법으로서는, DLTS법, 라이프 타임법, ICTS법(Isothermal Capacitance Transient Spectroscopy), 저온 포토 루미네슨스(PL)법, 캐소드 루미네슨스(CL)법 등을 들 수 있다. 또한 종래의 PL법 및 CL법(루미네슨스법)에 의한 탄소 농도의 평가에서는, 전자선 조사 처리가 불가결했다. 이에 대하여 상기 탄소 농도 평가 방법에 의하면, 수소 원자의 도입에 의해 상기 Ec의 트랩 준위가 활성화한 상태로 형성됨으로써, 전자선 조사 처리를 행하지 않아도, 상기 트랩 준위의 밀도에 기초하여 탄소 농도를 평가하는 것이 가능해진다. 각종 평가법에 의한 측정의 수법에 대해서는, 공지 기술을 하등 제한없이 적용할 수 있다.
예를 들면 DLTS법은, 보다 고감도인 탄소 정량을 가능하게 하는 관점에서, 바람직한 평가법이다. 평가법으로서 DLTS법을 이용하는 경우, DLTS법에 의해 얻어지는 각 피크의 합계로서 얻어지는 DLTS 스펙트럼을 공지의 방법으로 피팅(fitting) 처리함으로써, Ec－0.10eV, Ec－0.13eV 또는 Ec－0.15eV의 트랩 준위의 DLTS 스펙트럼을 분리할 수 있다. 예를 들면, 주파수 250Hz에서의 DLTS 측정에서는, Ec－0.10eV의 트랩 준위 밀도는 76K 부근의 피크, Ec－0.13eV의 트랩 준위 밀도는 87K 부근의 피크, Ec－0.15eV의 트랩 준위 밀도는 101K 부근의 피크의 피크 강도(DLTS 신호 강도)에 기초하여 탄소 농도를 구할 수 있다. 탄소 농도를 구하기 위해서 이용하는 피크는, 상기 3개의 피크 중 적어도 1개이고, 2개 또는 3개의 피크를 이용해도 좋다. 통상, 피크 강도의 값이 클수록 탄소 농도가 높다고 판정할 수 있다. 보다 고정밀도의 탄소 농도 평가를 행하는 관점에서는, Ec－0.13eV 및/또는 Ec－0.15eV에 있어서의 평가 결과에 기초하여, 평가 대상 실리콘 시료의 탄소 농도를 구하는 것이 바람직하다.
<가열 처리>
상기 탄소 농도 평가 방법에 있어서, 평가 대상 실리콘 시료에는, 수소 원자의 도입에서 상기 평가까지의 사이에, 평가 대상 실리콘 시료를 가열 수단을 이용하여 35℃∼80℃의 범위의 가열 온도로 가열하는 가열 처리가 실시된다. 상기 Ec의 트랩 준위의 형성 과정과 소멸 과정은 경합하고 있지만, 수소 원자 도입 후의 평가 대상 실리콘 시료를 가열 수단을 이용하여 상기 범위의 가열 온도로 가열함으로써, 상기 Ec의 트랩 준위의 형성 과정을 촉진할 수 있는 것이, 상기 평가법에 의해 평가되는 트랩 준위의 밀도를 높이는 것으로 이어진다고 추찰된다. 가열 수단으로서는 예를 들면 핫 플레이트 등을 이용할 수 있다. 예를 들면, 수소 원자 도입 후의 평가 대상 실리콘 시료를 핫 플레이트상에 배치하여 상기 온도 범위의 가열 온도로 가열할 수 있다. 수소 원자 도입 후의 평가 대상 실리콘 시료를 가열하는 가열 온도는, 상기 트랩 준위의 밀도를 보다 높이는 관점에서 40℃ 이상인 것이 바람직하고, 또한 동일한 관점에서 70℃ 이하인 것이 바람직하다. 가열 처리를 행하는 분위기는 특별히 한정되지 않는다. 상기 가열 처리는, 예를 들면 대기 분위기하에서 행할 수 있다. 또한, 상기 가열 처리는, 예를 들면, 실리콘 시료의 표면 온도를 소망하는 최고 온도에 도달시키기 위해, 예를 들면 소정의 설정 온도로 설정된 핫 플레이트상에, 수소 원자 도입 후의 평가 대상 실리콘 시료를 1∼60분간 정도 배치함으로써 행할 수 있다. 수소 원자 도입에서 상기 가열 처리까지의 사이 및 상기 가열 처리에서 상기 평가까지의 사이의 평가 대상 실리콘 시료는, 예를 들면, 실온의 대기 분위기 중에 배치할 수 있다. 여기에서 실온이란, 예를 들면 15 ℃∼30℃의 범위의 온도일 수 있다. Ec－0.10eV, Ec－0.13eV 및 Ec－0.15eV의 트랩 준위는, 탄소와 수소를 구성 성분으로 하는 복합체에 의해 초래되는 것으로 생각된다. 한편, 수소 원자 도입 중(수소 원자 공급 중)은 수소 원자의 확산이 보 오차 함수에 따르기 때문에, 수소 원자는 실리콘 시료 표면 근방에 고농도로 분포한다고 추찰된다. 이에 대하여, 수소 원자 도입 후는 수소 원자의 공급원이 끊어지기 때문에, 평가 대상 실리콘 시료 중에서는, 도입된 수소 원자가 가우스 함수에 따라서 실리콘 시료 내부에 확산한다고 추찰된다. 다른 한편, 각종 평가법에 의한 평가는, 통상, 평가 대상 실리콘 시료의 표면으로부터 소정 깊이의 영역(측정 영역)에 대해서 행해진다. 이 측정 영역에 보다 많은 수소 원자가 존재하는 동안에 상기 가열 처리를 행하는 것이, 상기 가열 처리에 의해 상기 복합체의 형성(즉 상기 Ec의 트랩 준위의 형성)을 보다 한층 촉진하는 것으로 이어진다고 생각된다. 이상의 점 및 실리콘 중의 수소 원자의 확산 속도를 고려하면, 상기 가열 처리는, 수소 원자 도입으로부터 18시간 이내(즉, 18시간 또는 그보다 단시간)에 행하는 것이 바람직하다.
일 양태에서는, 상기 평가는 DLTS법에 의해 행해진다. DLTS법에서는, 통상, 평가 대상 실리콘 시료의 일부를 잘라내어 얻은 측정용 시료에, 반도체 접합(쇼트키 접합 또는 pn 접합) 및 오믹층을 형성하여 제작한 다이오드(시료 소자)에 대해서 측정(DLTS 측정)이 행해진다. 일반적으로, DLTS 측정에 부쳐지는 시료의 표면은 평활성이 높은 것이 바람직하다. 따라서, 측정용 시료를 잘라내기 전의 평가 대상 실리콘 시료, 또는 평가 대상 실리콘 시료로부터 잘라낸 측정용 시료에, 표면 평활성 향상을 위해 에칭, 연마 가공 등을 임의로 행할 수도 있다. 에칭은, 미러 에칭이 바람직하다. 또한, 연마 가공은 경면 연마 가공을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 평가 대상 실리콘 시료가 실리콘 단결정 잉곳 또는 잉곳의 일부인 경우, 이러한 평가 대상 실리콘 시료로부터 잘라낸 측정용 시료를 연마 가공한 후에 시료 소자를 제작하는 것이 바람직하고, 경면 연마 가공한 후에 시료 소자를 제작하는 것이 보다 바람직하다. 연마 가공으로서는, 경면 연마 가공 등의 실리콘 웨이퍼에 실시되는 공지의 연마 가공을 행할 수 있다. 한편, 통상, 실리콘 웨이퍼는 경면 연마 가공 등의 연마 가공을 거쳐 얻어진다. 따라서, 평가 대상 실리콘 시료가 실리콘 웨이퍼인 경우, 실리콘 웨이퍼로부터 잘라낸 측정용 시료의 표면은, 연마 가공없이도 높은 평활성을 갖는 것이 통상적이다.
상기 가열 처리는, 일 양태에서는 상기 다이오드의 제작 전에 행할 수 있고, 다른 일 양태에서는 상기 다이오드의 제작 후에 행할 수 있다. 또한, 일 양태에서는, 상기 가열 처리는, 상기 다이오드의 제작 전 및 제작 후에 행할 수도 있다. 먼저 기재한 바와 같이, 실리콘 중의 수소 원자의 확산을 고려하면, 표면에 가까운 측정 영역에 보다 많은 수소 원자가 존재하는 동안에 상기 가열 처리를 행하는 것이, 상기 가열 처리에 의해 상기 복합체의 형성(즉 상기 Ec의 트랩 준위의 형성)을 보다 한층 촉진하는 것으로 이어진다고 생각된다. 이 점에서는, 상기 가열 처리를 상기 다이오드의 제작 전에 행하는 것은, 상기 Ec의 트랩 준위의 형성을 보다 한층 촉진하여 트랩 준위 밀도를 높이는 관점에서 바람직하다고 생각된다.
DLTS 측정은, 통상, 이하의 방법에 의해 행해진다. 실리콘 시료의 한쪽의 표면에 반도체 접합(쇼트키 접합 또는 pn 접합)을 형성하고, 다른 한쪽의 표면에 오믹층을 형성하여 다이오드(시료 소자)를 제작한다. 이 시료 소자의 용량(캐패시턴스)의 과도 응답을, 온도 스위프를 행하면서 주기적으로 전압을 인가하여 측정한다. 전압의 인가는, 통상, 공핍층을 형성하는 역방향 전압과 공핍층 중의 트랩 준위에 캐리어를 충전하기 위한 펄스 전압을, 교대로 또한 주기적으로 인가하여 행해진다. 바람직한 공핍층 형성 영역의 위치 및 폭은, 실리콘 시료의 저항률에 의존한다. 공핍층은, 예를 들면, 평가 대상 실리콘 시료의 표면으로부터 깊이 1㎛∼60㎛ 정도의 영역에, 1∼50㎛ 정도의 폭으로 형성할 수 있고, 바람직하게는 1∼10㎛ 정도의 폭으로 형성할 수 있다. 한편, 평가 대상 실리콘 시료의 두께는, 예를 들면 100∼1000㎛ 정도일 수 있다. 단, 이 범위에 한정되는 것은 아니다. 측정 영역의 위치(측정 깊이)는, 공핍층을 형성하기 위해 인가되는 역방향 전압에 의해 제어할 수 있다. 또한, 형성되는 공핍층의 폭도, 역방향 전압에 의해 제어할 수 있다. 온도에 대하여 DLTS 신호를 플롯함으로써, DLTS 스펙트럼을 얻을 수 있다. DLTS 측정에 의해 검출된 각 피크의 합계로서 얻어지는 DLTS 스펙트럼을 공지의 방법으로 피팅 처리함으로써, 각 트랩 준위의 DLTS 스펙트럼을 분리하여 피크를 검출할 수 있다.
＜탄소 농도의 평가＞
평가법으로서 어느 방법을 이용하는 경우에도, Ec－0.10eV, Ec－0.13eV 및 Ec－0.15eV로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 트랩 준위의 밀도에 관한 평가 결과에 기초하는 탄소 농도의 평가는, 검량선을 이용하여 행할 수 있고, 또는 검량선을 이용하지 않고 행할 수 있다. 검량선을 이용하지 않는 경우, 예를 들면, 평가 결과로서 얻어진 값이 클수록, 탄소 농도가 높다고 판정하는 상대적인 판정 기준에 의해, 탄소 농도를 평가할 수 있다. 예를 들면, DLTS 스펙트럼의 피크 강도(DLTS 신호 강도)의 값이 클수록 탄소 농도가 높다고 판정할 수 있다. 또한, 검량선을 이용하는 경우에는, 검량선으로서는, 예를 들면, 평가 대상 실리콘 시료에 대해서 얻어진 평가 결과(예를 들면 DLTS 신호 강도)로부터 구해지는 트랩 준위의 밀도와 기지(旣知) 탄소 농도의 상관 관계를 나타내는 검량선을 작성하는 것이 바람직하다. 각종 평가 결과로부터 트랩 준위의 밀도를 구하는 관계식은, 공지이다. 또한, 상기의 기지 탄소 농도는, 평가 대상 실리콘 시료의 평가에 이용하는 평가법 이외의 방법에 의해 측정하여 구할 수 있다. 예를 들면, 평가 대상 실리콘 시료를 DLTS법에 의해 평가하는 경우, 상기의 기지 탄소 농도는, 예를 들면 SIMS법이나 FT－IR법에 의해 구할 수 있다. 이들 방법에 의해 구해진 평가 결과로부터 탄소 농도를 구하는 관계식도 공지이다. 검량선을 작성하기 위해 평가 대상 실리콘 시료와 동일한 평가법에 의한 평가에 부쳐지는 실리콘 시료(검량선 작성용 실리콘 시료)와 기지 탄소 농도를 구하기 위한 실리콘 시료는, 동일한 실리콘 시료(예를 들면, 동일한 잉곳, 동일한 웨이퍼 등)로부터 잘라내어진 실리콘 시료이거나, 또는 동일한 제조 공정을 거친 실리콘 시료인 것이 바람직하다. 검량선 작성에 관해서는, 특허문헌 1(일본공개특허공보 2017-191800호)의 단락 0038∼0040도 참조할 수 있다. 검량선 작성용 실리콘 시료는, 수소 원자 도입 처리, 가열 처리 등의 각종 처리가 평가 대상 실리콘 시료와 마찬가지로 실시된 실리콘 시료인 것이 바람직하다.
[실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법 및 실리콘 웨이퍼의 제조 방법]
본 발명의 일 양태는, 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서 제조된 실리콘 웨이퍼의 탄소 농도를 상기 탄소 농도 평가 방법에 의해 평가하는 것 및, 상기 평가의 결과에 기초하여 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서의 탄소 오염의 정도를 평가하는 것을 포함하는 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 양태는, 상기 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법에 의해 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가를 행하는 것 및, 상기 평가의 결과, 탄소 오염의 정도가 허용 레벨로 판정된 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서, 또는, 상기 평가의 결과, 탄소 오염의 정도가 허용 레벨을 초과한다고 판정된 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 탄소 오염 저감 처리를 실시한 후에, 이 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼를 제조하는 것을 포함하는 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 제조 공정 평가 방법에 있어서의 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정은, 제품 실리콘 웨이퍼를 제조하는 일부의 공정 또는 전부의 공정일 수 있다. 제품 실리콘 웨이퍼의 제조 공정은, 일반적으로, 실리콘 단결정 잉곳으로부터의 웨이퍼의 잘라냄(슬라이싱), 연마나 에칭 등의 표면 처리, 세정 공정, 추가로 웨이퍼의 용도에 따라서 필요에 따라 행해지는 후 공정(에피택셜층 형성 등)을 포함한다. 이들 각 공정 및 각 처리는 모두 공지이다.
실리콘 웨이퍼의 제조 공정에서는, 제조 공정에서 이용되는 부재와 실리콘 웨이퍼의 접촉 등에 의해, 실리콘 웨이퍼에 탄소 오염이 발생할 수 있다. 평가 대상의 제조 공정에 있어서 제조된 실리콘 웨이퍼의 탄소 농도를 평가하여 탄소 오염의 정도를 파악함으로써, 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 기인하여 제품 실리콘 웨이퍼에 탄소 오염이 발생하는 경향을 파악할 수 있다. 즉, 평가 대상의 제조 공정에 있어서 제조된 실리콘 웨이퍼의 탄소 농도가 높을수록, 평가 대상의 제조 공정에 있어서 탄소 오염이 발생하기 쉬운 경향이 있다고 판정할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 미리 탄소 농도의 허용 레벨을 설정해 두고, 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서 제조된 실리콘 웨이퍼에 대해서 구해진 탄소 농도가 허용 레벨을 초과했다면, 평가 대상의 제조 공정을, 탄소 오염 발생 경향이 높아 제품 실리콘 웨이퍼의 제조 공정으로서는 사용 불가라고 판정할 수 있다. 그와 같이 판정된 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정은, 탄소 오염 저감 처리를 실시한 후에 제품 실리콘 웨이퍼의 제조에 이용하는 것이 바람직하다. 이 점의 상세는, 추가로 후술한다.
평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서 제조된 실리콘 웨이퍼의 탄소 농도는, 상기의 본 발명의 일 양태에 관한 탄소 농도 평가 방법에 의해 구해진다. 상기 탄소 농도 평가 방법의 상세는, 앞서 전술한 바와 같다. 탄소 농도 평가에 부치는 실리콘 웨이퍼는, 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서 제조된 적어도 1매의 실리콘 웨이퍼이고, 2매 이상의 실리콘 웨이퍼라도 좋다. 2매 이상의 실리콘 웨이퍼의 탄소 농도를 구한 경우에는, 예를 들면, 구해진 탄소 농도의 평균값, 최대값 등을, 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가를 위해 이용할 수 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼는, 웨이퍼 형상인 채 탄소 농도 평가에 부쳐도 좋고, 그의 일부를 잘라내어 탄소 농도 평가에 부쳐도 좋다. 1매의 실리콘 웨이퍼로부터 2개 이상의 시료를 잘라내어 탄소 농도 평가에 부치는 경우, 2개 이상의 시료에 대해서 구해진 탄소 농도의 평균값, 최대값 등을, 그의 실리콘 웨이퍼의 탄소 농도로서 결정할 수 있다.
상기 실리콘 웨이퍼의 제조 방법의 일 양태에서는, 상기 제조 공정 평가 방법에 의해 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가를 행하고, 평가의 결과, 탄소 오염의 정도가 허용 레벨로 판정된 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서 실리콘 웨이퍼를 제조한다. 이에 따라, 탄소 오염 레벨이 낮은 고품질의 실리콘 웨이퍼를 제품 웨이퍼로서 출하하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 실리콘 웨이퍼의 제조 방법의 다른 일 양태에에서는, 상기 제조 공정 평가 방법에 의해 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가를 행하고, 평가의 결과, 탄소 오염의 정도가 허용 레벨을 초과한다고 판정된 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 탄소 오염 저감 처리를 실시한 후에, 이 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서 실리콘 웨이퍼를 제조한다. 이에 따라, 제조 공정에 기인하는 탄소 오염을 저감할 수 있기 때문에, 탄소 오염 레벨이 낮은 고품질의 실리콘 웨이퍼를 제품 웨이퍼로서 출하하는 것이 가능해진다. 상기의 허용 레벨은, 제품 웨이퍼에 요구되는 품질에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 또한, 탄소 오염 저감 처리로는, 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 포함되는 부재의 교환, 세정 등을 들 수 있다. 일 예로서, 실리콘 웨이퍼의 제조 공정에 있어서 실리콘 웨이퍼를 올려놓는 부재인 서셉터로서 SiC제 서셉터를 이용하는 경우, 반복 사용된 서셉터의 열화에 의해, 서셉터와의 접촉 부분이 탄소 오염되는 일이 일어날 수 있다. 이러한 경우에는, 예를 들면 서셉터를 교환함으로써 서셉터 기인의 탄소 오염을 저감할 수 있다.
[실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법]
본 발명의 일 양태는, 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 것, 상기 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라내어진 실리콘 시료의 탄소 농도를, 상기 탄소 농도 평가 방법에 의해 평가하는 것, 상기 평가의 결과에 기초하여, 실리콘 단결정 잉곳의 제조 조건을 결정하는 것 및, 결정된 제조 조건하에서 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 것을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법에 관한 것이다.
실리콘 단결정 잉곳의 육성은, CZ법(쵸크랄스키법), FZ법(부유 대역 용융(Floating　Zone)법) 등의 공지의 방법에 의해 행할 수 있다. 예를 들면, CZ법에 의해 육성되는 실리콘 단결정 잉곳에는, 원료 폴리 실리콘의 혼입 탄소, 육성 중에 발생하는 CO 가스 등에 기인하여, 탄소가 혼입될 가능성이 있다. 이러한 혼입 탄소 농도를 평가하고, 평가 결과에 기초하여 제조 조건을 결정하는 것은, 탄소의 혼입이 억제된 실리콘 단결정 잉곳을 제조하기 위해 바람직하다. 그 때문에 혼입 탄소 농도를 평가하는 방법으로서, 상기의 본 발명의 일 양태에 따른 탄소 농도 평가 방법은 적합하다.
실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라내어지는 실리콘 시료의 형상 등의 상세에 대해서는, 상기 탄소 농도 평가 방법의 평가 대상 실리콘 시료에 관한 앞의 기재를 참조할 수 있다. 탄소 농도 평가에 부쳐지는 실리콘 시료의 수는, 적어도 1개이고, 2개 이상이라도 좋다. 2개 이상의 실리콘 시료의 탄소 농도를 구한 경우에는, 예를 들면, 구해진 탄소 농도의 평균값, 최대값 등을, 실리콘 단결정 잉곳의 제조 조건 결정을 위해 이용할 수 있다. 예를 들면, 얻어진 탄소 농도가, 미리 정한 허용 레벨인 경우에는, 탄소 농도를 평가한 실리콘 시료를 잘라낸 실리콘 단결정 잉곳을 육성했을 때의 제조 조건에 있어서 실리콘 단결정 잉곳을 육성함으로써, 탄소 오염이 적은 실리콘 단결정 잉곳을 제조할 수 있다. 다른 한편, 예를 들면, 얻어진 탄소 농도가 허용 레벨을 초과한 경우에는, 탄소 농도를 저감하기 위한 수단을 채용하여 결정된 제조 조건의 하에서 실리콘 단결정 잉곳을 육성함으로써, 탄소 오염이 적은 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 것이 가능해진다. 탄소 오염을 저감하기 위한 수단으로서는, 예를 들면, CZ법에 대해서는, 하기 수단 (1)∼(3) 중 1개 이상을 채용할 수 있다. 또한, 예를 들면, FZ법에 대해서는, 하기 수단 (4)∼(6) 중 1개 이상을 채용할 수 있다.
(1) 원료 폴리 실리콘으로서 보다 탄소 혼입이 적은 고그레이드품을 사용하는 것.
(2) 폴리 실리콘 융액으로의 CO 용해를 억제하기 위해 인상 속도 및/또는 결정 인상 시의 아르곤(Ar) 가스 유량을 적절히 조정하는 것.
(3) 인상 장치에 포함되는 탄소제 부재의 설계 변경, 부착 위치의 변경 등을 행하는 것.
(4) 실리콘 원료로서, 보다 탄소 혼입이 적은 고그레이드품을 사용하는 것.
(5) 단결정 제조 장치 내에 도입되는 가스 유량을 많게 함으로써 분위기 가스로부터의 탄소의 취입을 억제하는 것.
(6) 단결정 제조 장치에 포함되는 탄소 함유 재료제의 부재의 교환, 부재의 설계 변경, 부착 위치의 변경 등을 행하는 것.
이와 같이 하여 본 발명의 일 양태에 의하면, 저탄소 농도의 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼를 제공할 수 있다.
(실시예)
이하에, 본 발명을 실시예에 기초하여 추가로 설명한다. 단 본 발명은 실시예에 나타내는 양태에 한정되는 것은 아니다. 이하의 처리 및 조작은, 특별히 기재하지 않는 한, 실온의 대기 분위기 하에서 실시했다.
1. CZ법에 의한 실리콘 단결정 잉곳의 육성
도 1에 나타내는 구성의 실리콘 단결정 인상 장치를 이용하여, 실리콘 단결정 잉곳(n형 실리콘)을 육성했다.
이하, 도 1에 나타내는 실리콘 단결정 인상 장치의 상세를 설명한다.
도 1에 나타내는 실리콘 단결정 인상 장치(10)는, 챔버(11)와, 챔버(11)의 저부 중앙을 관통하여 연직 방향으로 형성된 지지 회전축(12)과, 지지 회전축(12)의 상단부에 고정된 그래파이트 서셉터(13)와, 그래파이트 서셉터(13) 내에 수용된 석영 도가니(14)와, 그래파이트 서셉터(13)의 주위에 형성된 히터(15)와, 지지 회전축(12)을 승강 및 회전시키기 위한 지지축 구동 기구(16)와, 종 결정을 보존 유지하는 시드 척(17)과, 시드 척(17)을 매달아 설치하는 인상 와이어(18)와, 인상 와이어(18)를 권취하기 위한 와이어 권취 기구(19)와, 히터(15) 및 석영 도가니(14)로부터의 복사열에 의한 실리콘 단결정 잉곳(20)의 가열을 방지함과 함께 실리콘 융액(21)의 온도 변동을 억제하기 위한 열 차폐 부재(22)와, 각 부를 제어하는 제어 장치(23)를 구비하고 있다.
챔버(11)의 상부에는, Ar 가스를 챔버(11) 내에 도입하기 위한 가스 도입구(24)가 형성되어 있다. Ar 가스는 가스관(25)을 통하여 가스 도입구(24)로부터 챔버(11) 내에 도입되고, 그의 도입량은 컨덕턴스 밸브(26)에 의해 제어된다.
챔버(11)의 저부에는, 챔버(11) 내의 Ar 가스를 배기하기 위한 가스 배출구(27)가 형성되어 있다. 밀폐된 챔버(11) 내의 Ar 가스는 가스 배출구(27)로부터 배기 가스관(28)을 경유하여 바깥으로 배출된다. 배기 가스관(28)의 도중에는 컨덕턴스 밸브(29) 및 진공 펌프(30)가 설치되어 있고, 진공 펌프(30)에서 챔버(11) 내의 Ar 가스를 흡인하면서 컨덕턴스 밸브(29)로 그의 유량을 제어함으로써 챔버(11) 내의 감압 상태가 유지되고 있다.
추가로, 챔버(11)의 외측에는 실리콘 융액(21)에 자장을 인가하기 위한 자장 공급 장치(31)가 형성되어 있다. 자장 공급 장치(31)로부터 공급되는 자장은, 수평 자장이라도 상관없고, 커스프 자장이라도 상관없다.
2. 실리콘 시료의 잘라냄
상기 1. 에서 육성한 실리콘 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼 형상 샘플을 잘라내고, 경면 연마 가공 등의 가공 처리를 행하여 실리콘 웨이퍼로 가공했다. 저항률은 10∼13Ω㎝였다. 이 실리콘 웨이퍼로부터, SIMS 측정용 실리콘 시료, 산소 농도 측정용 실리콘 시료 및 복수의 DLTS 측정용 실리콘 시료를 얻었다.
3. SIMS법에 의한 탄소 농도 측정 및 FT-IR법에 의한 산소 농도 측정
상기의 SIMS 측정용 실리콘 시료에 대해서, SIMS법(래스터 변화법)에 의해 탄소 농도를 평가한 결과, 구해진 탄소 농도는 2.40×1014atms/㎤였다.
상기의 산소 농도 측정용 실리콘 시료의 FT-IR법에 의해 구해진 산소 농도는, 2.0×1017∼12.0×1017atoms/㎤의 범위였다.
4. DLTS법에 의한 측정
실시예 1∼3 및 비교예 2∼4에서는, 상기의 DLTS 측정용 실리콘 시료에, 하기의 (A), (B) 및 (C)의 처리를 순차적으로 실시했다. 비교예 1에서는, 상기의 DLTS 측정용 실리콘 시료에 하기의 (A)∼(C)의 처리를 순차적으로 실시하고, 하기의 (D)의 처리는 실시하지 않았다.
하기 (A)의 처리(웨트 처리)에 의해, DLTS 측정용 실리콘 시료에 수소 원자가 도입되었다. 하기 (B)의 처리에 의해 실리콘 시료의 한쪽의 면에 쇼트키 접합을 형성하고, 하기 (C)의 처리에 의해 다른 한쪽의 면에 오믹층(Ga층)을 형성함으로써, 다이오드를 제작했다. 실시예 1∼3 및 비교예 2∼4에서는, 제작된 다이오드를 소정의 설정 온도로 설정된 핫 플레이트 상에 60분간 배치하여 하기 (D)의 가열 처리를 실시했다. 상기의 복수의 DLTS 측정용 실리콘 시료에 대해서, 하기 (D)의 가열 처리로서 상이한 가열 온도에서의 가열 처리를 실시했다. 하기 (D)의 가열 처리는, 하기 (A)의 처리 후 18시간 이내에 실시했다. 비교예 1에서는, 하기의 (D)의 처리는 실시하지 않고, 하기의 (A)∼(C)의 처리를 순차적으로 실시했다.
(A) 불질산(HNO3 농도 69질량％의 질산(질산 수용액)과 HF 농도 50질량％의 불산(불화 수소산 수용액)의 혼합 용액)에 5분간 침지한 후, 10분간 물 세정
(B) 진공 증착에 의한 쇼트키 전극(Au 전극) 형성
(C) 갈륨 마찰에 의한 이면 오믹층 형성
(D) 핫 플레이트 상에 배치(가열 처리)
실시예 1∼3 및 비교예 2∼4에서는 상기 (D)의 처리 후의 다이오드의 쇼트키 접합에, 비교예 1에서는 상기 (C)의 처리 후의 다이오드의 쇼트키 접합에, 실리콘 시료의 표면으로부터 2㎛의 깊이의 영역에 폭 6㎛의 공핍층을 형성하는 역방향 전압과 공핍층에 캐리어를 포획하기 위한 펄스 전압을 교대로 또한 주기적으로 인가했다. 상기 전압에 대응하여 발생하는 다이오드의 용량(캐패시턴스)의 과도 응답을 측정했다.
상기의 전압 인가 및 용량의 측정을, 시료 온도를 소정 온도 범위에서 스위프하면서 행했다. DLTS 신호 강도 ΔC를 온도에 대하여 플롯하여, DLTS 스펙트럼을 얻었다. 측정 주파수는 250Hz로 했다.
얻어진 DLTS 스펙트럼을, SEMILAB사 제조 프로그램을 이용하여 피팅 처리(True shape fitting 처리)하고, Ec－0.15eV의 트랩 준위(피크 위치: 온도 101K)의 DLTS 스펙트럼으로 분리했다. 이 피크 위치에서의 DLTS 신호 강도로부터 공지의 관계식에 의해 트랩 준위 밀도를 구했다. 표 1에, 각 가열 처리에 대해서 구해진 트랩 준위 밀도를 나타낸다.
Figure 112021032567594-pct00001
실시예 1∼3에서 구해진 트랩 준위 밀도는, 가열 수단을 이용하는 가열 처리를 행하지 않은 비교예 1에 있어서의 트랩 준위 밀도 Nt의 값을 상회했다.
한편, 가열 수단을 이용하여 80℃를 초과하는 가열 온도에서의 가열 처리를 행한 비교예 2∼4에서는 피크가 검출되지 않은 점에서, 비교예 2∼4에서 행해진 가열 처리에 의해 트랩 준위가 소멸된 것을 확인할 수 있다.
이상의 결과로부터, 실시예 1∼3에서 행해진 가열 처리에 의해, 트랩 준위 밀도를 높일 수 있는 것을 확인할 수 있다. 트랩 준위 밀도를 높일 수 있으면, 탄소 농도를 보다 고감도로 평가하는 것이 가능해진다.
탄소 농도 평가의 일 예는, 이하와 같다.
예를 들면, CZ법에 있어서, 원료 폴리 실리콘의 그레이드, 인상 장치 및 육성 조건으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 제조 조건을 변경하여 탄소 농도가 상이한 복수의 실리콘 단결정 잉곳을 제작한다. 각 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라내어진 실리콘 시료에 대해서, 상기 실시예와 동일한 상기 (A)∼(D)의 처리 및 DLTS 측정을 실시하고, Ec－0.10eV, Ec－0.13eV 및 Ec－0.15eV로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 트랩 준위에 대해서, 피크 위치에서의 DLTS 신호 강도를 구한다. 이와 같이 하여 구해지는 DLTS 신호 강도의 값이 클수록 탄소 농도가 높다고 판정하는 상대적인 판정 기준에 의해, 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가할 수 있다.
또는, 예를 들면, 상기 실시예와 동일한 상기 (A)∼(D)의 처리 및 DLTS 측정을, 탄소 농도가 상이한 복수의 실리콘 시료에 대해서 실시한다. 이와 같이 하여 구해지는 트랩 준위 밀도를, 상기의 탄소 농도가 상이한 복수의 실리콘 시료의 각각과 동일한 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라내어진 실리콘 시료의 SIMS법에 의해 구해진 탄소 농도에 대하여 플롯함으로써, 검량선을 작성할 수 있다. 이와 같이 하여 작성되는 검량선은, 탄소 농도가 미지의 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하기 위해 이용할 수 있다.
상기 실시예에서는, 탄소 농도의 평가에 있어서, 트랩 준위로서 Ec－0.15eV의 트랩 준위를 이용했지만, 특허문헌 1(일본공개특허공보 2017-191800호)에 기재되어 있는 바와 같이, Ec－0.10eV 및 Ec－0.13eV의 트랩 준위도, 탄소 농도 평가를 위해 이용할 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은, 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼의 기술 분야에 있어서 유용하다.

Claims (12)

  1. 평가 대상 실리콘 시료에 수소 원자를 도입하는 것,
    상기 수소 원자가 도입된 평가 대상 실리콘 시료에 대하여, 실리콘의 밴드 갭 중의 트랩 준위를 평가하는 평가법에 의한 평가를 행하는 것 및,
    상기 평가에 의해 얻어진 평가 결과 중에서, Ec－0.10eV, Ec－0.13eV 및 Ec－0.15eV로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 트랩 준위의 밀도에 관한 평가 결과에 기초하여, 상기 평가 대상 실리콘 시료의 탄소 농도를 평가하는 것,
    을 포함하고,
    상기 수소 원자의 도입에서 상기 평가까지의 사이에, 평가 대상 실리콘 시료를 가열 수단을 이용하여 35℃∼80℃의 범위의 가열 온도로 가열하는 가열 처리를 행하는 것을 추가로 포함하는, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소 원자가 도입된 평가 대상 실리콘 시료에, 전자선 조사 처리를 행하는 일 없이, 상기 평가를 행하는, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 평가 대상 실리콘 시료의 탄소 농도의 평가를, 상기 평가에 의해 얻어진 평가 결과 중에서, Ec－0.15eV의 트랩 준위의 밀도에 관한 평가 결과에 기초하여 행하는, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수소 원자의 도입을, 평가 대상 실리콘 시료를 용액에 침지함으로써 행하는, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용액은 HF를 포함하는 용액인, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 평가법은 DLTS법인, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DLTS법에 의한 평가의 전에, 상기 수소 원자가 도입된 평가 대상 실리콘 시료에 반도체 접합 및 오믹층을 형성함으로써 다이오드를 제작하고, 상기 제작된 다이오드에 대하여 상기 DLTS법에 의한 평가를 행하는, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가열 처리를, 상기 다이오드의 제작 전 또는 후에 행하는, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수소 원자의 도입으로부터 18시간 이내에, 상기 가열 처리를 행하는, 실리콘 시료의 탄소 농도 평가 방법.
  10. 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서 제조된 실리콘 웨이퍼의 탄소 농도를 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 평가하는 것 및,
    상기 평가의 결과에 기초하여 평가 대상의 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서의 탄소 오염의 정도를 평가하는 것,
    을 포함하는, 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가 방법.
  11. 제10항에 기재된 평가 방법에 의해 실리콘 웨이퍼 제조 공정의 평가를 행하는 것 및,
    상기 평가의 결과, 탄소 오염의 정도가 허용 레벨로 판정된 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서, 또는, 상기 평가의 결과, 탄소 오염의 정도가 허용 레벨을 초과한다고 판정된 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 탄소 오염 저감 처리를 실시한 후에 당해 실리콘 웨이퍼 제조 공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼를 제조하는 것,
    을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  12. 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 것,
    상기 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라내어진 실리콘 시료의 탄소 농도를, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 평가하는 것,
    상기 평가의 결과에 기초하여, 실리콘 단결정 잉곳의 제조 조건을 결정하는 것 및,
    결정된 제조 조건하에서 실리콘 단결정 잉곳을 육성하는 것,
    을 포함하는, 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법.
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