JP2689565B2 - シリコン結晶の評価方法 - Google Patents
シリコン結晶の評価方法Info
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- JP2689565B2 JP2689565B2 JP1016687A JP1668789A JP2689565B2 JP 2689565 B2 JP2689565 B2 JP 2689565B2 JP 1016687 A JP1016687 A JP 1016687A JP 1668789 A JP1668789 A JP 1668789A JP 2689565 B2 JP2689565 B2 JP 2689565B2
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- Japan
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- oxygen
- silicon crystal
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- silicon
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体基板として広く使用されているシリコン結晶の
不純物酸素の評価方法に関し、 波数1106cm-1に吸収が現われる従来の孤立格子間型酸
素濃度の情報に加えて、集合状態にある酸素の濃度に関
する情報を得ることを目的とし、 シリコン結晶に赤外光を透過させて透過光の波数740
〜810cm-1の波数領域に現れる赤外吸収ピーク強度を測
定して、集合状態にある酸素原子の相対濃度を求めるよ
うに構成する。
不純物酸素の評価方法に関し、 波数1106cm-1に吸収が現われる従来の孤立格子間型酸
素濃度の情報に加えて、集合状態にある酸素の濃度に関
する情報を得ることを目的とし、 シリコン結晶に赤外光を透過させて透過光の波数740
〜810cm-1の波数領域に現れる赤外吸収ピーク強度を測
定して、集合状態にある酸素原子の相対濃度を求めるよ
うに構成する。
本発明はシリコン結晶の評価方法、特にシリコン結晶
中の不純物酸素の評価方法に関する。
中の不純物酸素の評価方法に関する。
半導体基板として広く用いられているシリコン（Si）
結晶はチョクラルスキー法（czochralski法（CZ法）；
引上げ法）により高純度な結晶として作成されている
が、実際には1018/cm3程度の酸素を含んでおり、この酸
素はイントリンシックゲッタリング（intrinsic getter
ing）作用をおこなう等の重要な役割を果たしている。
従って、シリコン結晶中の不純物酸素量を正確に把握す
ることは極めて大切である。
結晶はチョクラルスキー法（czochralski法（CZ法）；
引上げ法）により高純度な結晶として作成されている
が、実際には1018/cm3程度の酸素を含んでおり、この酸
素はイントリンシックゲッタリング（intrinsic getter
ing）作用をおこなう等の重要な役割を果たしている。
従って、シリコン結晶中の不純物酸素量を正確に把握す
ることは極めて大切である。
シリコン結晶中の不純物酸素は結晶製造時での熱履歴
などの違いによつて様々な形態で結晶中に存在してい
る。これらの酸素はデバイス製造工程時の熱処理により
析出物などを形成し、デバス特性に顕著な影響を及ぼし
ているが、熱処理時の酸素の挙動はデバイス工程投入前
の酸素の存在形態に依存しており、このため、半導体基
板として用いるシリコン結晶に対して酸素の挙動を制御
したり、適切な酸素量の結晶を選別したりすることが大
切で、そのためには結晶中の酸素の存在形態を明らかに
する必要がある。特に、いくつかが集合した状態にある
酸素は、その後の熱処理で析出物を形成しやすいため
に、そのような集合状態にある酸素の量を見積もること
が重要である。
などの違いによつて様々な形態で結晶中に存在してい
る。これらの酸素はデバイス製造工程時の熱処理により
析出物などを形成し、デバス特性に顕著な影響を及ぼし
ているが、熱処理時の酸素の挙動はデバイス工程投入前
の酸素の存在形態に依存しており、このため、半導体基
板として用いるシリコン結晶に対して酸素の挙動を制御
したり、適切な酸素量の結晶を選別したりすることが大
切で、そのためには結晶中の酸素の存在形態を明らかに
する必要がある。特に、いくつかが集合した状態にある
酸素は、その後の熱処理で析出物を形成しやすいため
に、そのような集合状態にある酸素の量を見積もること
が重要である。
さて、従来よりシリコン結晶中の酸素測定法として、
酸素の結晶中での不純物格子振動を利用した赤外吸収法
（IR法）が知られている。それは赤外光を被測定シリコ
ン結晶に透過させる方式で、第４図に示すように、厚さ
ｔ＝１〜2mm程度のシリコン結晶Ｗに強度I0の赤外光
（波数180〜300cm-1）を照射させると、 I0（１−Ｒ）2e-t 但し,Rは反射係数，αは吸収係数 の強度の透過光が得られ、その差が吸収になつて、特定
不純物のもつ特定波長の吸収強度から不純物濃度が特定
できるというもので、この特定不純物のもつ特定波長と
はシリコン結晶中の酸素の場合は1106cm-1（波長９μｍ
程度）で吸収が現れ、その吸収強度から含有濃度が決定
できるというものである（ASTM F121−80,ASTM F123
−81参照）。
酸素の結晶中での不純物格子振動を利用した赤外吸収法
（IR法）が知られている。それは赤外光を被測定シリコ
ン結晶に透過させる方式で、第４図に示すように、厚さ
ｔ＝１〜2mm程度のシリコン結晶Ｗに強度I0の赤外光
（波数180〜300cm-1）を照射させると、 I0（１−Ｒ）2e-t 但し,Rは反射係数，αは吸収係数 の強度の透過光が得られ、その差が吸収になつて、特定
不純物のもつ特定波長の吸収強度から不純物濃度が特定
できるというもので、この特定不純物のもつ特定波長と
はシリコン結晶中の酸素の場合は1106cm-1（波長９μｍ
程度）で吸収が現れ、その吸収強度から含有濃度が決定
できるというものである（ASTM F121−80,ASTM F123
−81参照）。
ところが、波数1106cm-1に吸収ピーク強度が現れるの
は、孤立した格子間型酸素原子の振動によるもので、前
記した析出や集合状態にある酸素原子では波数1106cm-1
に吸収は現われない。
は、孤立した格子間型酸素原子の振動によるもので、前
記した析出や集合状態にある酸素原子では波数1106cm-1
に吸収は現われない。
このため、現在、析出した酸素量を求めるには、析出
前に結晶中に含まれている孤立格子間型酸素の濃度を測
定し、次に、これを熱処理した後、再び孤立格子間型酸
素の濃度を測定して、その差から析出酸素量を求める方
法が採られている。即ち、析出前後の孤立格子間型酸素
の濃度差を赤外吸収法を用いて定量する方法である。し
かし、この方法では孤立格子間型酸素以外の全酸素濃度
が間接的に判るだけで、析出あるいは集合形態にあるも
のの直接的な測定ではない。また、この方法は析出前の
格子間型酸素濃度が未知の場合には定量できない。
前に結晶中に含まれている孤立格子間型酸素の濃度を測
定し、次に、これを熱処理した後、再び孤立格子間型酸
素の濃度を測定して、その差から析出酸素量を求める方
法が採られている。即ち、析出前後の孤立格子間型酸素
の濃度差を赤外吸収法を用いて定量する方法である。し
かし、この方法では孤立格子間型酸素以外の全酸素濃度
が間接的に判るだけで、析出あるいは集合形態にあるも
のの直接的な測定ではない。また、この方法は析出前の
格子間型酸素濃度が未知の場合には定量できない。
従って、現在、集合状態にある酸素に関する情報を直
接得る方法はこれまでに未だ知られておらず、そのた
め、熱処理時における酸素の挙動を制御することは極め
て不十分である。
接得る方法はこれまでに未だ知られておらず、そのた
め、熱処理時における酸素の挙動を制御することは極め
て不十分である。
本発明はこのような問題点を解明して、従来の波数11
06cm-1に吸収が現われる孤立格子間型酸素濃度の情報に
加えて、酸素の存在形態を知るための新たな因子とし
て、集合状態にある酸素の濃度に関する情報を得ること
を目的としたシリコン結晶の評価方法を提案するもので
ある。
06cm-1に吸収が現われる孤立格子間型酸素濃度の情報に
加えて、酸素の存在形態を知るための新たな因子とし
て、集合状態にある酸素の濃度に関する情報を得ること
を目的としたシリコン結晶の評価方法を提案するもので
ある。
その課題は、シリコン結晶に赤外光を透過させて透過
光の波数740〜810cm-1の波数領域に現れる赤外吸収ピー
ク強度を測定して、集合状態にある酸素原子の相対濃度
を求めるようにしたシリコン結晶の評価方法によつて解
決される。
光の波数740〜810cm-1の波数領域に現れる赤外吸収ピー
ク強度を測定して、集合状態にある酸素原子の相対濃度
を求めるようにしたシリコン結晶の評価方法によつて解
決される。
即ち、本発明は、孤立格子間型酸素原子の格子振動
（主として酸素原子自身の振動）による赤外吸収が波数
1106cm-1における吸収ピーク強度となつて現われるが、
集合状態にある酸素の回りで起こる振動（主として酸素
原子と繋がるシリコン原子による振動）は740〜810cm-1
の波数領域に現れるために、その波数領域におけるピー
ク強度を相対的に調べて、シリコン結晶中の酸素の集合
状態を評価するものである。
（主として酸素原子自身の振動）による赤外吸収が波数
1106cm-1における吸収ピーク強度となつて現われるが、
集合状態にある酸素の回りで起こる振動（主として酸素
原子と繋がるシリコン原子による振動）は740〜810cm-1
の波数領域に現れるために、その波数領域におけるピー
ク強度を相対的に調べて、シリコン結晶中の酸素の集合
状態を評価するものである。
この740〜810cm-1の波数領域には孤立格子間型酸素原
子に起因する吸収ピークは現われず、酸素が２原子以上
集合したものに起因する吸収が現われる。クラスターモ
デルを用いて分子軌道法による量子力学的計算をおこな
うと、孤立格子間型酸素には局在格子励起が存在し、そ
のエネルギーは波数610cm-1程度にあり、これは実験的
にも確かめられている。
子に起因する吸収ピークは現われず、酸素が２原子以上
集合したものに起因する吸収が現われる。クラスターモ
デルを用いて分子軌道法による量子力学的計算をおこな
うと、孤立格子間型酸素には局在格子励起が存在し、そ
のエネルギーは波数610cm-1程度にあり、これは実験的
にも確かめられている。
［参考文献］ （１）C.Kaneda et al,International Conference on D
efects in Semiconductors,Budapest（1988） （２）金田他，第49回応用物理学会学術講演会 （３）B.Pajot et al,Material Research Society Symp
osia Proceedings Vol.49（1985） このエネルギーのモード自体はラマン活性（ラマン散
乱を生じること）であつて赤外活性（赤外吸収が起きる
こと）ではないが、格子間型酸素が２ケ以上寄り集まる
と酸素の回りの原子配置の対称性が変化して赤外活性に
なる。また、このとき、酸素の回りには酸素が集合した
ことにより圧縮性の力が働くために振動数は高振動数側
へシフトして、740〜810cm-1の波数領域に赤外吸収ピー
クを生じるようになる。しかし、他方、析出が進行した
状態では酸素およびシリコンからなる原子配列は大きく
変化してしまうので、このような吸収ピークは生じない
ので、この波数領域に現われるのは重合状態にある酸素
のみに関している。
efects in Semiconductors,Budapest（1988） （２）金田他，第49回応用物理学会学術講演会 （３）B.Pajot et al,Material Research Society Symp
osia Proceedings Vol.49（1985） このエネルギーのモード自体はラマン活性（ラマン散
乱を生じること）であつて赤外活性（赤外吸収が起きる
こと）ではないが、格子間型酸素が２ケ以上寄り集まる
と酸素の回りの原子配置の対称性が変化して赤外活性に
なる。また、このとき、酸素の回りには酸素が集合した
ことにより圧縮性の力が働くために振動数は高振動数側
へシフトして、740〜810cm-1の波数領域に赤外吸収ピー
クを生じるようになる。しかし、他方、析出が進行した
状態では酸素およびシリコンからなる原子配列は大きく
変化してしまうので、このような吸収ピークは生じない
ので、この波数領域に現われるのは重合状態にある酸素
のみに関している。
従って、この領域の吸収ピーク強度を測定すれば集合
状態にある酸素濃度の違いによつてシリコン中の酸素に
関する評価をおこなうことができるというものである。
状態にある酸素濃度の違いによつてシリコン中の酸素に
関する評価をおこなうことができるというものである。
以下に図面を参照して詳細に説明すると、第１図は孤
立格子間型酸素に起因する局在格子励起を示す図で、●
が酸素原子，○がシリコン原子である。この酸素原子●
に結合したシリコン原子○の振動が励起（矢印で示して
いる））され、ラマン活性となる。これは量子力学計算
では波数610cm-1程度に吸収エネルギーが現れるが、こ
のような酸素が２個以上集合すると、近傍にある集合状
態の酸素による圧縮力の影響を受けて振動数が高振動数
側にシフトし、また、酸素の回りの原子配置の対称性が
変化するために赤外活性になり、740〜810cm-1の波数領
域に赤外級終ピークが生じる。一方、析出物になつた酸
素にはこのような波数領域に吸収ピークが現われない。
また、酸素が集合状態ではなく、１原子のみ孤立して存
在する孤立格子間型酸素では第１図に示すような局在格
子励起は赤外活性にはならず、主としてその孤立格子間
型酸素自体が振動する振動タイプが強い赤外活性をも
ち、1106cm-1の吸収ピークを生じる。
立格子間型酸素に起因する局在格子励起を示す図で、●
が酸素原子，○がシリコン原子である。この酸素原子●
に結合したシリコン原子○の振動が励起（矢印で示して
いる））され、ラマン活性となる。これは量子力学計算
では波数610cm-1程度に吸収エネルギーが現れるが、こ
のような酸素が２個以上集合すると、近傍にある集合状
態の酸素による圧縮力の影響を受けて振動数が高振動数
側にシフトし、また、酸素の回りの原子配置の対称性が
変化するために赤外活性になり、740〜810cm-1の波数領
域に赤外級終ピークが生じる。一方、析出物になつた酸
素にはこのような波数領域に吸収ピークが現われない。
また、酸素が集合状態ではなく、１原子のみ孤立して存
在する孤立格子間型酸素では第１図に示すような局在格
子励起は赤外活性にはならず、主としてその孤立格子間
型酸素自体が振動する振動タイプが強い赤外活性をも
ち、1106cm-1の吸収ピークを生じる。
次いで、測定した実施例結果を説明すると、第２図は
酸素濃度33.5ppmを含む酸素量既知のシリコン結晶を温
度10Kで測定した赤外吸収スペクトル（Ｉ）図を示して
いる。縦軸は吸収係数，横軸は波数で、矢印で示す波数
位置、770cm-1と786cm-1との位置に鮮明な吸収ピークが
現われており、これが集合状態にある酸素によつて生じ
た赤外吸収の結果である。
酸素濃度33.5ppmを含む酸素量既知のシリコン結晶を温
度10Kで測定した赤外吸収スペクトル（Ｉ）図を示して
いる。縦軸は吸収係数，横軸は波数で、矢印で示す波数
位置、770cm-1と786cm-1との位置に鮮明な吸収ピークが
現われており、これが集合状態にある酸素によつて生じ
た赤外吸収の結果である。
第３図は酸素濃度29ppmを含む酸素量既知のシリコン
結晶を温度10Kで測定した赤外吸収スペクトル（II）図
を示している。第３図と同様に、縦軸は吸収係数，横軸
は波数であるが、740〜810cm-1の波数領域には吸収ピー
クが現われず、これは集合状態の酸素が殆ど存在してい
ないためである。
結晶を温度10Kで測定した赤外吸収スペクトル（II）図
を示している。第３図と同様に、縦軸は吸収係数，横軸
は波数であるが、740〜810cm-1の波数領域には吸収ピー
クが現われず、これは集合状態の酸素が殆ど存在してい
ないためである。
このようなデータと同様にして、多くの酸素濃度既知
のシリコン結晶による赤外吸収スペクトルのデータを作
成して分類すれば、集合状態にある酸素量を比較して評
価することができ、従来は不明確であつた結晶中の集合
状態の酸素濃度を明らかにすることができる。
のシリコン結晶による赤外吸収スペクトルのデータを作
成して分類すれば、集合状態にある酸素量を比較して評
価することができ、従来は不明確であつた結晶中の集合
状態の酸素濃度を明らかにすることができる。
以上の説明から判るように、本発明にかかる酸素濃度
の評価方法によれば集合状態にある酸素量が解明され
て、その結果、シリコン結晶中の酸素挙動の制御や適量
の酸素濃度を有するシリコン結晶の選別に大きく役立
ち、IC,LSIなどの半導体装置の性能・品質の向上に貢献
するものである。
の評価方法によれば集合状態にある酸素量が解明され
て、その結果、シリコン結晶中の酸素挙動の制御や適量
の酸素濃度を有するシリコン結晶の選別に大きく役立
ち、IC,LSIなどの半導体装置の性能・品質の向上に貢献
するものである。
第１図は孤立格子間型酸素に起因する局在格子励起を示
す図、 第２図は赤外吸収スペクトル（Ｉ）図、 第３図は赤外吸収スペクトル（II）図、 第４図は赤外吸収法を説明する図である。 図において、 Ｗはシリコン結晶、 ○はシリコン原子、 ●は酸素原子 を示している。
す図、 第２図は赤外吸収スペクトル（Ｉ）図、 第３図は赤外吸収スペクトル（II）図、 第４図は赤外吸収法を説明する図である。 図において、 Ｗはシリコン結晶、 ○はシリコン原子、 ●は酸素原子 を示している。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン結晶に赤外光を透過させて透過光
の波数740〜810cm-1の波数領域に現れる赤外吸収ピーク
強度を測定して、集合状態にある酸素原子の相対濃度を
求めるようにしたことを特徴とするシリコン結晶の評価
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1016687A JP2689565B2 (ja) | 1989-01-25 | 1989-01-25 | シリコン結晶の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1016687A JP2689565B2 (ja) | 1989-01-25 | 1989-01-25 | シリコン結晶の評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02196945A JPH02196945A (ja) | 1990-08-03 |
| JP2689565B2 true JP2689565B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=11923229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1016687A Expired - Lifetime JP2689565B2 (ja) | 1989-01-25 | 1989-01-25 | シリコン結晶の評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2689565B2 (ja) |
-
1989
- 1989-01-25 JP JP1016687A patent/JP2689565B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02196945A (ja) | 1990-08-03 |
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