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JP7626052B2 - Method for evaluating carbon concentration of silicon sample, method for evaluating silicon wafer manufacturing process, method for manufacturing silicon wafer, and method for manufacturing silicon single crystal ingot - Google Patents
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Description

本発明は、シリコン試料の炭素濃度評価方法、シリコンウェーハ製造工程の評価方法、シリコンウェーハの製造方法およびシリコン単結晶インゴットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the carbon concentration of a silicon sample, a method for evaluating the silicon wafer manufacturing process, a method for manufacturing a silicon wafer, and a method for manufacturing a silicon single crystal ingot.

近年、シリコン試料の炭素濃度を評価することが検討されている(例えば特許文献1および特許文献2参照)。 In recent years, there has been research into evaluating the carbon concentration of silicon samples (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2017-191800号公報JP 2017-191800 A 特開2021-15905号公報JP 2021-15905 A

半導体基板として使用されるシリコンウェーハには、デバイス特性の低下を引き起こす不純物汚染を低減することが望まれる。近年、シリコンウェーハに含まれる不純物として炭素が注目され、シリコンウェーハの炭素汚染を低減することが検討されている。 For silicon wafers used as semiconductor substrates, it is desirable to reduce impurity contamination that causes degradation of device characteristics. In recent years, carbon has attracted attention as an impurity contained in silicon wafers, and methods for reducing carbon contamination of silicon wafers have been studied.

炭素汚染低減のためには、シリコン試料の炭素濃度を評価し、評価結果に基づき、シリコンウェーハの製造工程やシリコンウェーハを切り出すシリコン単結晶インゴットの製造工程を、製造工程で混入する炭素を低減するように管理することが望ましい。シリコン試料の炭素濃度を評価するための新たな方法を見出すことは、そのような工程管理を行ううえで有用である。 To reduce carbon contamination, it is desirable to evaluate the carbon concentration of silicon samples and, based on the evaluation results, manage the silicon wafer manufacturing process and the manufacturing process of silicon single crystal ingots from which silicon wafers are cut so as to reduce carbon contamination during the manufacturing process. Finding a new method for evaluating the carbon concentration of silicon samples is useful for performing such process management.

本発明の一態様は、シリコン試料の炭素濃度を評価するための新たな方法を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide a new method for evaluating the carbon concentration of a silicon sample.

本発明の一態様は、
評価対象シリコン試料に水素原子を導入する水素原子導入処理を行うこと、
上記水素原子導入処理後の評価対象シリコン試料を、シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価する評価法による評価に付すこと、および
上記評価により得られたEc(伝導帯の底のエネルギー)-0.15eVのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づき、上記評価対象シリコン試料の炭素濃度を評価すること、
を含み、
上記水素原子導入処理前に、上記評価対象シリコン試料を800℃以上の加熱温度に加熱する加熱処理を行うことを更に含み、かつ
上記評価対象シリコン試料は、窒素含有シリコン試料である、シリコン試料の炭素濃度評価方法(「炭素濃度評価方法」とも記載する。)、
に関する。
One aspect of the present invention is
performing a hydrogen atom introduction process for introducing hydrogen atoms into the silicon sample to be evaluated;
subjecting the evaluation target silicon sample after the hydrogen atom introduction treatment to an evaluation method for evaluating a trap level in a band gap of silicon; and evaluating a carbon concentration of the evaluation target silicon sample based on an evaluation result regarding a density of a trap level at Ec (bottom energy of the conduction band)-0.15 eV obtained by the evaluation.
Including,
A method for evaluating a carbon concentration in a silicon sample (also referred to as a "carbon concentration evaluation method"), further comprising: performing a heat treatment of heating the silicon sample to a heating temperature of 800° C. or higher before the hydrogen atom introduction treatment; and the silicon sample to be evaluated is a nitrogen-containing silicon sample.
Regarding.

上記「加熱温度」とは、加熱処理によって加熱されたシリコン試料表面の温度をいうものとする。 The above "heating temperature" refers to the temperature of the silicon sample surface heated by the heat treatment.

本発明者は、シリコン試料の炭素濃度を評価するための新たな方法を提供するために鋭意検討を重ねた結果、以下の新たな知見を得るに至った。
上記評価方法において行われる水素原子の導入により、シリコンのバンドギャップ中にEc-0.15eVのトラップ準位を形成することができる。Ec-0.15eVのトラップ準位は、炭素原子と水素原子とによって形成された複合体(以下、「炭素水素複合体」とも記載する。)に起因するトラップ準位である。かかるトラップ準位を形成することによって、上記トラップ準位の密度に関する評価結果を得ることが可能となる。そのような評価結果の一例としては、DLTS法による測定によって得られるピーク強度(DLTS信号強度)を挙げることができる。この点について詳細は後述する。
トラップ準位に関しては、水素原子導入後のシリコンのバンドギャップ中のEc-0.15eVのトラップ準位は炭素水素複合体に関するトラップ準位であり、このトラップ準位の密度はシリコン試料の炭素濃度と相関し得る。したがって、水素原子導入処理後に行われる評価により得られる上記トラップ準位の密度に関する評価結果、即ち、トラップ準位の密度と相関する評価結果は、シリコン試料の炭素濃度と相関し得るため、かかる評価結果に基づき、評価対象シリコン試料の炭素濃度を評価することができる。
ただし、このEc-0.15eVのトラップ準位は、シリコンのバンドギャップ中で、窒素含有シリコン試料に特有の窒素関連欠陥のトラップ準位(キャリアトラップ)と近い位置にある。そのため、このキャリアトラップが活性な状態で窒素含有シリコン試料に水素原子を導入してEc-0.15eVのトラップ準位を評価すると、この評価の評価結果に基づき求められる炭素濃度は、上記キャリアトラップの影響も含むものとなってしまう。したがって、炭素濃度測定の感度を高めるためには、上記キャリアトラップの影響を低減または排除して炭素濃度とより良好に相関する評価結果を得ることが望ましい。
上記の点に関して本発明者は、窒素含有シリコン試料に特有の窒素関連欠陥のトラップ準位を不活性化した後に窒素含有シリコン試料に水素原子を導入すれば、上記キャリアトラップの影響を低減または排除することができ、炭素濃度とより良好に相関する評価結果が得られると考えた。そして本発明者は、窒素含有シリコン試料に特有の窒素関連欠陥のトラップ準位は、800℃以上の熱処理によって不活性化されることに着目し(N. E. Grant et al.“Thermal activation and deactivation of grown-in defects limiting the lifetime of float-zone silicon”, Phys. Status Solidi RRL, 1-5 (2016)参照)、更に鋭意検討を重ねた結果、上記の本発明の一態様にかかる炭素濃度評価方法を完成させた。
なお、上記の特許文献1(特開2017-191800号公報)には、水素原子導入処理前の加熱処理に関する記載はない。また、上記の特許文献2(特開2021-15905号公報)は、上記炭素濃度評価方法において水素原子導入処理前に行われる加熱処理の加熱温度を大きく下回る温度域(600℃以上650℃以下:特開2021-15905号公報の請求項2、段落0023、0024等参照)での加熱処理を開示するものである。したがって、いずれの文献も、上記炭素濃度評価方法に対する示唆を与えるものではない。
The present inventors have conducted extensive research in order to provide a new method for evaluating the carbon concentration of a silicon sample, and as a result have come to the following new findings.
The introduction of hydrogen atoms in the above evaluation method can form a trap level of Ec-0.15 eV in the band gap of silicon. The trap level of Ec-0.15 eV is a trap level caused by a complex formed by carbon atoms and hydrogen atoms (hereinafter, also referred to as a "carbon-hydrogen complex"). By forming such a trap level, it is possible to obtain an evaluation result regarding the density of the trap level. An example of such an evaluation result is the peak intensity (DLTS signal intensity) obtained by measurement using the DLTS method. This point will be described in detail later.
Regarding the trap level, the trap level of Ec-0.15 eV in the band gap of silicon after hydrogen atom introduction is a trap level related to a carbon-hydrogen complex, and the density of this trap level can be correlated with the carbon concentration of the silicon sample. Therefore, the evaluation result related to the density of the trap levels obtained by the evaluation performed after hydrogen atom introduction treatment, that is, the evaluation result correlated with the density of the trap levels, can be correlated with the carbon concentration of the silicon sample, so that the carbon concentration of the silicon sample to be evaluated can be evaluated based on the evaluation result.
However, this trap level of Ec-0.15 eV is located in the band gap of silicon close to the trap level (carrier trap) of nitrogen-related defects specific to nitrogen-containing silicon samples. Therefore, if hydrogen atoms are introduced into a nitrogen-containing silicon sample while the carrier trap is active, and the trap level of Ec-0.15 eV is evaluated, the carbon concentration obtained based on the evaluation result of this evaluation will also include the influence of the carrier trap. Therefore, in order to increase the sensitivity of the carbon concentration measurement, it is desirable to reduce or eliminate the influence of the carrier trap to obtain an evaluation result that is more correlated with the carbon concentration.
Regarding the above, the present inventors considered that if hydrogen atoms are introduced into a nitrogen-containing silicon sample after passivating the trap levels of nitrogen-related defects specific to the nitrogen-containing silicon sample, the influence of the carrier traps can be reduced or eliminated, and evaluation results that are more favorably correlated with the carbon concentration can be obtained. The present inventors then focused on the fact that the trap levels of nitrogen-related defects specific to nitrogen-containing silicon samples are deactivated by heat treatment at 800° C. or higher (see N. E. Grant et al. “Thermal activation and deactivation of grown-in defects limiting the lifetime of float-zone silicon”, Phys. Status Solidi RRL, 1-5 (2016)), and as a result of further intensive investigations, they have completed the carbon concentration evaluation method according to one aspect of the present invention.
In addition, the above Patent Document 1 (JP 2017-191800 A) does not describe the heat treatment before the hydrogen atom introduction treatment. In addition, the above Patent Document 2 (JP 2021-15905 A) discloses a heat treatment in a temperature range (600 ° C. or more and 650 ° C. or less: see claim 2, paragraphs 0023, 0024, etc. of JP 2021-15905 A) that is significantly lower than the heating temperature of the heat treatment performed before the hydrogen atom introduction treatment in the carbon concentration evaluation method. Therefore, none of the documents gives any suggestion for the carbon concentration evaluation method.

一形態では、上記評価法は、DLTS(Deep-Level Transient Spectroscopy)法であることができる。 In one embodiment, the evaluation method can be the DLTS (Deep-Level Transient Spectroscopy) method.

一形態では、上記水素原子導入処理は、上記評価対象シリコン試料をフッ硝酸と接触させることを含むことができる。 In one embodiment, the hydrogen atom introduction process can include contacting the silicon sample to be evaluated with hydrofluoric nitric acid.

一形態では、上記評価対象シリコン試料は、FZシリコン単結晶試料であることができる。本発明および本明細書において、「FZシリコン単結晶」とは、FZ(浮遊帯域溶融(Floating Zone))法によって製造されたシリコン単結晶をいうものとする。 In one embodiment, the silicon sample to be evaluated can be an FZ silicon single crystal sample. In the present invention and this specification, "FZ silicon single crystal" refers to a silicon single crystal produced by the FZ (Floating Zone) method.

一形態では、上記評価対象シリコン試料は、CZシリコン単結晶試料であることができる。本発明および本明細書において、「CZシリコン単結晶」とは、CZ法(チョクラルスキー法)によって製造されたシリコン単結晶をいうものとする。 In one embodiment, the silicon sample to be evaluated can be a CZ silicon single crystal sample. In the present invention and this specification, "CZ silicon single crystal" refers to a silicon single crystal manufactured by the CZ method (Czochralski method).

本発明の一態様は、
評価対象のシリコンウェーハ製造工程において製造されたシリコンウェーハの炭素濃度を上記炭素濃度評価方法により評価すること、および
上記評価の結果に基づき評価対象のシリコンウェーハ製造工程における炭素汚染の程度を評価すること、
を含む、シリコンウェーハ製造工程の評価方法(以下、「製造工程評価方法」とも記載する。)、
に関する。
One aspect of the present invention is
evaluating the carbon concentration of silicon wafers produced in a silicon wafer manufacturing process to be evaluated by the carbon concentration evaluation method; and evaluating the degree of carbon contamination in the silicon wafer manufacturing process to be evaluated based on the results of the evaluation.
A method for evaluating a silicon wafer manufacturing process (hereinafter also referred to as a "manufacturing process evaluation method"),
Regarding.

本発明の一態様は、
上記製造工程評価方法によりシリコンウェーハ製造工程の評価を行うこと、および
上記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルと判定されたシリコンウェーハ製造工程において、または、上記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルを超えると判定されたシリコンウェーハ製造工程に炭素汚染低減処理を施した後に、このシリコンウェーハ製造工程において、シリコンウェーハを製造すること、
を含む、シリコンウェーハの製造方法、
に関する。
One aspect of the present invention is
evaluating a silicon wafer manufacturing process by the manufacturing process evaluation method; and manufacturing silicon wafers in the silicon wafer manufacturing process after performing a carbon contamination reduction treatment in the silicon wafer manufacturing process in which the degree of carbon contamination is determined to be at an acceptable level as a result of the evaluation, or in which the degree of carbon contamination is determined to exceed the acceptable level as a result of the evaluation.
A method for producing a silicon wafer, comprising:
Regarding.

本発明の一態様は、
シリコン単結晶インゴットを育成すること、
上記シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン試料の炭素濃度を、上記炭素濃度評価方法により評価すること、
上記評価の結果に基づき、シリコン単結晶インゴットの製造条件を決定すること、および、
決定された製造条件下でシリコン単結晶インゴットを育成すること、
を含む、シリコン単結晶インゴットの製造方法、
に関する。
One aspect of the present invention is
Growing a silicon single crystal ingot;
Evaluating the carbon concentration of a silicon sample cut out from the silicon single crystal ingot by the carbon concentration evaluation method.
Determining manufacturing conditions for a silicon single crystal ingot based on the results of the above evaluation; and
growing a silicon single crystal ingot under the determined production conditions;
A method for producing a silicon single crystal ingot, comprising:
Regarding.

本発明の一態様によれば、シリコン試料の炭素濃度を評価するための新たな方法を提供することができる。詳しくは、本発明の一態様によれば、窒素含有シリコン試料の炭素濃度を精度良く評価することができる炭素濃度評価方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, a new method for evaluating the carbon concentration of a silicon sample can be provided. More specifically, according to one aspect of the present invention, a carbon concentration evaluation method can be provided that can accurately evaluate the carbon concentration of a nitrogen-containing silicon sample.

シリコン単結晶製造装置(FZ法)の構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a silicon single crystal manufacturing apparatus (FZ method). シリコン単結晶引き上げ装置(CZ法)の構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a silicon single crystal pulling apparatus (CZ method). 実施例1で得られたDLTSスペクトルを示す。1 shows the DLTS spectrum obtained in Example 1. 比較例1で得られたDLTSスペクトルを示す。1 shows the DLTS spectrum obtained in Comparative Example 1. 比較例2で得られたDLTSスペクトルを示す。1 shows the DLTS spectrum obtained in Comparative Example 2. 比較例3で得られたDLTSスペクトルを示す。1 shows the DLTS spectrum obtained in Comparative Example 3. 実施例2、比較例4および比較例5で得られたDLTSスペクトルを示す。1 shows DLTS spectra obtained in Example 2, Comparative Example 4, and Comparative Example 5.

[シリコン試料の炭素濃度評価方法]
本発明の一態様は、評価対象シリコン試料に水素原子を導入する水素原子導入処理を行うこと、上記水素原子導入処理後の評価対象シリコン試料を、シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価する評価法による評価に付すこと、および上記評価により得られたEc-0.15eVのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づき、上記評価対象シリコン試料の炭素濃度を評価することを含み、上記水素原子導入処理前に、上記評価対象シリコン試料を800℃以上の加熱温度に加熱する加熱処理を行うことを更に含み、かつ 上記評価対象シリコン試料は、窒素含有シリコン試料である、シリコン試料の炭素濃度評価方法に関する。
以下、上記炭素濃度評価方法について、更に詳細に説明する。
[Method for evaluating carbon concentration of silicon sample]
One aspect of the present invention relates to a method for evaluating a carbon concentration of a silicon sample, the method including: performing a hydrogen atom introduction process for introducing hydrogen atoms into a silicon sample to be evaluated; subjecting the silicon sample to be evaluated after the hydrogen atom introduction process to an evaluation method for evaluating a trap level in a band gap of silicon; and evaluating a carbon concentration of the silicon sample to be evaluated based on an evaluation result regarding a density of a trap level at Ec-0.15 eV obtained by the evaluation; and further including performing a heat treatment for heating the silicon sample to be evaluated to a heating temperature of 800° C. or higher before the hydrogen atom introduction process; and the silicon sample to be evaluated is a nitrogen-containing silicon sample.
The carbon concentration evaluation method will be described in more detail below.

<評価対象シリコン試料>
上記炭素濃度評価方法の評価対象シリコン試料は、例えば、シリコン単結晶試料であることができ、具体例としては、シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン単結晶試料を挙げることができる。例えば、シリコン単結晶インゴットからウェーハ形状に切り出した試料またはウェーハ形状に切り出した試料から更に一部を切り出して得た試料を、評価に付すことができる。また、評価対象シリコン試料は、半導体基板として用いられる各種シリコンウェーハ(例えば、ポリッシュドウェーハ、エピタキシャルウェーハ等)またはかかるシリコンウェーハから切り出したシリコン試料であることもできる。上記シリコンウェーハは、シリコンウェーハに通常行われる各種加工処理(例えば、研磨、エッチング、洗浄等)が付されたシリコンウェーハであることもできる。シリコン試料は、一形態ではn型シリコンであることができ、他の一形態ではp型シリコンであることができる。また、シリコン試料の抵抗率は、例えば1~1000Ω・cm程度であることができるが、特に限定されない。
<Silicon sample to be evaluated>
The silicon sample to be evaluated in the carbon concentration evaluation method can be, for example, a silicon single crystal sample, and a specific example can be a silicon single crystal sample cut from a silicon single crystal ingot. For example, a sample cut into a wafer shape from a silicon single crystal ingot or a sample obtained by cutting a part from a sample cut into a wafer shape can be subjected to evaluation. The silicon sample to be evaluated can also be various silicon wafers (e.g., polished wafers, epitaxial wafers, etc.) used as semiconductor substrates or silicon samples cut from such silicon wafers. The silicon wafer can also be a silicon wafer that has been subjected to various processing treatments (e.g., polishing, etching, cleaning, etc.) that are usually performed on silicon wafers. The silicon sample can be n-type silicon in one form, and p-type silicon in another form. The resistivity of the silicon sample can be, for example, about 1 to 1000 Ω·cm, but is not particularly limited.

上記炭素濃度評価方法の評価対象シリコン試料は、窒素含有シリコン試料である。
窒素含有シリコン試料の一形態としては、FZシリコン単結晶試料を挙げることができる。FZ法では窒素ガス含有雰囲気中で結晶育成を行うことが多い等の理由から、FZシリコン単結晶は、通常、窒素を含有する。
また、窒素含有シリコン試料の他の一形態としては、CZシリコン単結晶試料を挙げることができる。CZ法では、結晶欠陥制御等のために、原料融解の段階で窒素ドープ処理が行われることがある。したがって、窒素を含有するCZシリコン単結晶試料の一例としては、窒素ドープCZシリコン単結晶試料を挙げることができる。
いずれの形態の窒素含有シリコン試料についても、窒素濃度は、FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)法により求められる窒素濃度として、例えば1E+12atoms/cm以上であることができ、また、例えば1E+16atoms/cm以下であることができる。ただし、上記炭素濃度評価方法の評価対象シリコン試料の窒素濃度は特に限定されるものではない。なお、「E+」は、公知の通り、べき乗を示す。例えば、「E+12」は、「×1012」を示す。
The silicon sample to be evaluated in the carbon concentration evaluation method is a nitrogen-containing silicon sample.
One example of the nitrogen-containing silicon sample is a FZ silicon single crystal sample. Since the FZ method often involves growing a crystal in a nitrogen gas-containing atmosphere, the FZ silicon single crystal usually contains nitrogen.
Another example of the nitrogen-containing silicon sample is a CZ silicon single crystal sample. In the CZ method, nitrogen doping may be performed at the stage of melting the raw material in order to control crystal defects. Therefore, an example of a nitrogen-containing CZ silicon single crystal sample is a nitrogen-doped CZ silicon single crystal sample.
For any form of nitrogen-containing silicon sample, the nitrogen concentration, as determined by FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), can be, for example, 1E+12 atoms/cm 3 or more, and can be, for example, 1E+16 atoms/cm 3 or less. However, the nitrogen concentration of the silicon sample to be evaluated by the carbon concentration evaluation method is not particularly limited. Note that, as is well known, "E+" indicates a power. For example, "E+12" indicates "×10 12 ".

<加熱処理>
上記炭素濃度評価方法において、測定対象シリコン試料には、水素原子の導入が行われる前に加熱処理が施される。この加熱処理は、先に記載した理由から800℃以上の加熱温度で行われる。加熱温度は、窒素含有シリコン試料に特有の窒素関連欠陥のトラップ準位(キャリアトラップ)の影響をより低減する観点からは、850℃以上であることが好ましく、900℃以上であることがより好ましい。また、一般的な加熱処理は通常1200℃以下の温度で行われるため、加熱温度は例えば1200℃以下であることができる。
加熱処理は、加熱炉等の公知の加熱手段を用いて行うことができる。
加熱処理を行う雰囲気(例えば加熱炉の炉内雰囲気)は、大気雰囲気であることができ、または、大気雰囲気以外の雰囲気、例えば酸素、窒素、アルゴン等の単一雰囲気であることもできる。
加熱処理時間は、例えば10分間以上とすることができ、30分間以上とすることが好ましく、60分間以上とすることが更に好ましい。ここで加熱処理時間とは、シリコン試料の表面温度が加熱温度にある時間をいうものとする。加熱処理時間を長くするほど、上記キャリアトラップをより多く不活性化することができると考えられるが、加熱処理時間を長くするほど炭素濃度を求めるまでに要する時間は長くなる。炭素濃度を求めるまでに要する時間の短時間化の観点からは、加熱処理時間は120分間以下であることが好ましく、90分間以下であることがより好ましい。
また、上記加熱処理から水素原子導入処理までの間および水素原子導入処理から上記評価までの間の評価対象シリコン試料は、特記しない限り、例えば、室温の大気雰囲気中に配置することができる。ここで室温とは、例えば15℃~30℃の範囲の温度であることができる。
<Heat Treatment>
In the carbon concentration evaluation method, the silicon sample to be measured is subjected to a heat treatment before hydrogen atoms are introduced. This heat treatment is performed at a heating temperature of 800° C. or more for the reasons described above. From the viewpoint of further reducing the influence of the trap level (carrier trap) of nitrogen-related defects specific to nitrogen-containing silicon samples, the heating temperature is preferably 850° C. or more, and more preferably 900° C. or more. In addition, since general heat treatment is usually performed at a temperature of 1200° C. or less, the heating temperature can be, for example, 1200° C. or less.
The heat treatment can be carried out using a known heating means such as a heating furnace.
The atmosphere in which the heat treatment is carried out (for example, the atmosphere inside a heating furnace) may be an air atmosphere, or may be an atmosphere other than air, for example, a single atmosphere of oxygen, nitrogen, argon, or the like.
The heat treatment time can be, for example, 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, and more preferably 60 minutes or more. Here, the heat treatment time refers to the time during which the surface temperature of the silicon sample is at the heating temperature. It is considered that the longer the heat treatment time, the more carrier traps can be inactivated, but the longer the heat treatment time, the longer the time required to determine the carbon concentration. From the viewpoint of shortening the time required to determine the carbon concentration, the heat treatment time is preferably 120 minutes or less, and more preferably 90 minutes or less.
In addition, the silicon sample to be evaluated during the period from the heat treatment to the hydrogen atom introduction treatment and during the period from the hydrogen atom introduction treatment to the evaluation can be placed in an air atmosphere at room temperature, unless otherwise specified. Here, room temperature can be, for example, a temperature in the range of 15° C. to 30° C.

<水素原子導入処理>
評価対象シリコン試料には、上記加熱処理後に水素原子導入処理が行われる。水素原子を導入することによって、炭素原子と水素原子とによって形成された複合体(炭素水素複合体)に起因するトラップ準位を形成することができる。水素原子の導入は、ドライ処理(乾式)によって行ってもよく、ウェット処理(湿式、即ち溶液の使用)によって行ってもよい。例えば、ドライ処理による水素原子の導入は、イオン注入法、水素プラズマ等によって行うことができる。なお、本発明および本明細書における水素原子の導入には、イオンまたはプラズマの状態で水素原子が導入される形態も包含されるものとする。
<Hydrogen atom introduction treatment>
The silicon sample to be evaluated is subjected to a hydrogen atom introduction process after the above-mentioned heat treatment. By introducing hydrogen atoms, a trap level due to a complex (carbon-hydrogen complex) formed by carbon atoms and hydrogen atoms can be formed. The introduction of hydrogen atoms may be performed by a dry process (dry type) or a wet process (wet type, i.e., using a solution). For example, the introduction of hydrogen atoms by dry processing can be performed by ion implantation, hydrogen plasma, etc. Note that the introduction of hydrogen atoms in the present invention and this specification also includes a form in which hydrogen atoms are introduced in the state of ions or plasma.

ウェット処理による水素原子の導入は、シリコン試料を溶液に接触させる(例えば浸漬する)ことによって行うことができる。ウェット処理による水素原子導入処理の一例としては、評価対象シリコン試料をフッ硝酸に接触させる処理(フッ硝酸処理)を挙げることができる。ただし、シリコン試料と接触させる溶液は、フッ硝酸に限定されず、酸溶液であっても塩基溶液であってもよい。具体例として、酸溶液としては、フッ酸(フッ化水素酸水溶液)、フッ酸と硝酸との混合溶液(フッ硝酸)等のHFを含む溶液、硫酸と過酸化水素との混合溶液、塩酸と過酸化水素との混合溶液等を挙げることができる。また、塩基溶液としては水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、アンモニア水と過酸化水素との混合溶液等を挙げることができる。上記の各種溶液は、好ましくは水系溶液(水を含む溶液)であり、水溶液であることがより好ましい。酸溶液の酸濃度および塩基溶液の塩基濃度は、特に限定されるものではない。一例として、フッ酸としては、例えばHF濃度1~25質量%フッ酸(フッ化水素酸水溶液)を使用することができ、フッ硝酸としては、例えばHNO濃度69質量%の硝酸(硝酸水溶液)とHF濃度50質量%のフッ酸(フッ化水素酸水溶液)との混合溶液を使用することができる。各溶液によるウェット処理は、例えば、評価対象シリコン試料を溶液に1~10分間接触(例えば浸漬)することによって行うことができる。溶液との接触の前および/または後に、水洗、乾燥等の処理の1つ以上を前処理および/または後処理として行うこともできる。 The introduction of hydrogen atoms by wet processing can be performed by contacting (for example, immersing) the silicon sample in a solution. One example of the hydrogen atom introduction process by wet processing is a process in which the evaluation target silicon sample is contacted with hydrofluoric nitric acid (hydrofluoric nitric acid process). However, the solution to be contacted with the silicon sample is not limited to hydrofluoric nitric acid, and may be an acid solution or a base solution. Specific examples of the acid solution include solutions containing HF such as hydrofluoric acid (hydrofluoric acid aqueous solution), a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid (hydrofluoric nitric acid), a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide, a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide, and the like. In addition, examples of the base solution include a sodium hydroxide solution, a potassium hydroxide solution, a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide, and the like. The above various solutions are preferably aqueous solutions (solutions containing water), and more preferably aqueous solutions. The acid concentration of the acid solution and the base concentration of the base solution are not particularly limited. As an example, hydrofluoric acid may be, for example, hydrofluoric acid (hydrofluoric acid aqueous solution) with an HF concentration of 1 to 25 mass %, and hydrofluoric nitric acid may be, for example, a mixed solution of nitric acid (nitric acid aqueous solution) with an HNO3 concentration of 69 mass % and hydrofluoric acid (hydrofluoric acid aqueous solution) with an HF concentration of 50 mass %. Wet processing with each solution may be performed, for example, by contacting (for example, immersing) the evaluation target silicon sample in the solution for 1 to 10 minutes. Before and/or after contact with the solution, one or more processes such as water washing and drying may be performed as pre-processing and/or post-processing.

水素原子導入処理後の評価対象シリコン試料は、シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価する評価法による評価に付される。 After the hydrogen atom introduction process, the silicon sample to be evaluated is subjected to an evaluation method that evaluates the trap levels in the silicon band gap.

<水素原子導入処理後のシリコン試料の評価および炭素濃度の評価>
上記炭素濃度評価方法では、800℃以上の加熱温度での加熱処理およびその後の水素原子導入処理に付された後の評価対象シリコン試料を、シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価する評価法による評価に付し、かかる評価により得られたEc-0.15eVのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づき、評価対象シリコン試料の炭素濃度を評価する。
<Evaluation of silicon sample after hydrogen atom introduction treatment and evaluation of carbon concentration>
In the carbon concentration evaluation method, a silicon sample to be evaluated after being subjected to a heat treatment at a heating temperature of 800° C. or more and a subsequent hydrogen atom introduction treatment is evaluated by an evaluation method for evaluating a trap level in the band gap of silicon, and the carbon concentration of the silicon sample to be evaluated is evaluated based on the evaluation result regarding the density of the trap level at Ec-0.15 eV obtained by such evaluation.

シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価する評価法としては、DLTS法、ライフタイム法、ICTS法(Isothermal Capacitance Transient Spectroscopy)、低温フォトルミネッセンス(PL)法、カソードルミネッセンス(CL)法等を挙げることができる。なお、従来のPL法およびCL法(ルミネッセンス法)による炭素濃度の評価では、電子線照射処理が不可欠であった。これに対し上記炭素濃度評価方法によれば、水素原子導入処理により上記トラップ準位を活性化した状態で形成することができると考えられるため、電子線照射処理を行わなくとも、上記トラップ準位の密度に基づき炭素濃度を評価することができる。各種評価法による測定の手法については、公知技術を適用できる。本発明および本明細書における「電子線照射処理を行わない」とは、シリコン試料に対して積極的に電子線を照射する処理を行わないことをいい、太陽光、照明等の下で不可避的に生じる電子線照射は許容されるものとする。また、電子線とは、電子に加速電圧を加えて得られる電子の流れである。電子線照射処理は、リードタイムが長い、大規模設備を要する、コスト増を招く、電子線照射工程に加えて保護酸化膜の作製等を要し工程数が増える等の点で課題がある。したがって、電子線照射処理を行わなくともシリコン試料の炭素濃度を評価できることは好ましい。ただし、上記炭素濃度評価方法の一形態では、公知の方法により電子線照射を行うこともできる。 Examples of evaluation methods for evaluating the trap levels in the band gap of silicon include the DLTS method, the lifetime method, the ICTS method (Isothermal Capacitance Transient Spectroscopy), the low-temperature photoluminescence (PL) method, and the cathodoluminescence (CL) method. In addition, electron beam irradiation treatment was essential for evaluating the carbon concentration by the conventional PL method and the CL method (luminescence method). In contrast, according to the carbon concentration evaluation method, it is considered that the trap levels can be formed in an activated state by the hydrogen atom introduction treatment, so that the carbon concentration can be evaluated based on the density of the trap levels without performing the electron beam irradiation treatment. As for the measurement method using various evaluation methods, publicly known techniques can be applied. In the present invention and this specification, "no electron beam irradiation treatment" means that a treatment of actively irradiating an electron beam to a silicon sample is not performed, and electron beam irradiation that occurs unavoidably under sunlight, lighting, etc. is allowed. An electron beam is a flow of electrons obtained by applying an accelerating voltage to electrons. Electron beam irradiation processing has problems such as a long lead time, the need for large-scale equipment, increased costs, and an increase in the number of steps due to the need to create a protective oxide film in addition to the electron beam irradiation process. Therefore, it is preferable to be able to evaluate the carbon concentration of a silicon sample without performing electron beam irradiation processing. However, in one embodiment of the carbon concentration evaluation method, electron beam irradiation can also be performed by a known method.

例えばDLTS法は、より高感度な炭素定量を可能にする観点から、好ましい評価法である。評価法としてDLTS法を用いる場合、DLTS法により得られる各ピークの合計として得られるDLTSスペクトルを公知の方法でフィッティング処理することにより、炭素水素複合体に起因するトラップ準位のDLTSスペクトルを分離することができる。例えば、周波数250HzでのDLTS測定では、Ec-0.15eVのトラップ準位密度は、温度90~110Kのピークのピーク強度(DLTS信号強度)に基づき測定することができる。フィッティング処理により分離したEc-0.15eVのトラップ準位のDLTSスペクトルのピーク強度(DLTS信号強度)が大きいほど上記トラップ準位の密度が高く、評価対象シリコン試料の炭素濃度が高いと判定することができる。 For example, the DLTS method is a preferred evaluation method from the viewpoint of enabling more sensitive carbon quantification. When the DLTS method is used as an evaluation method, the DLTS spectrum of the trap level caused by the carbon-hydrogen complex can be separated by fitting the DLTS spectrum obtained as the sum of each peak obtained by the DLTS method using a known method. For example, in a DLTS measurement at a frequency of 250 Hz, the trap level density of Ec-0.15 eV can be measured based on the peak intensity (DLTS signal intensity) of the peak at temperatures of 90 to 110 K. The greater the peak intensity (DLTS signal intensity) of the DLTS spectrum of the trap level of Ec-0.15 eV separated by fitting processing, the higher the density of the trap level, and the higher the carbon concentration of the silicon sample to be evaluated can be determined.

DLTS法では、通常、評価対象シリコン試料の一部を切り出して得た測定用試料に、半導体接合(ショットキー接合またはpn接合)およびオーミック層を形成して作製したダイオード(試料素子)について測定(DLTS測定)が行われる。一般に、DLTS測定に付される試料の表面は平滑性が高いことが好ましい。したがって、測定用試料を切り出す前の評価対象シリコン試料、または評価対象シリコン試料から切り出した測定用試料に、表面平滑性向上のためにエッチング、研磨加工等を任意に行うこともできる。エッチングは、ミラーエッチングが好ましい。また、研磨加工は鏡面研磨加工を含むことが好ましい。例えば、評価対象シリコン試料がシリコン単結晶インゴットまたはインゴットの一部の場合、かかる評価対象シリコン試料から切り出した測定用試料を研磨加工した後に試料素子を作製することが好ましく、鏡面研磨加工した後に試料素子を作製することがより好ましい。研磨加工としては、鏡面研磨加工等のシリコンウェーハに施される公知の研磨加工を行うことができる。一方、通常、シリコンウェーハは鏡面研磨加工等の研磨加工を経て得られる。したがって、評価対象シリコン試料がシリコンウェーハである場合、シリコンウェーハから切り出した測定用試料の表面は、研磨加工なしでも高い平滑性を有することが通常である。 In the DLTS method, a measurement sample is usually obtained by cutting out a part of a silicon sample to be evaluated, and a semiconductor junction (Schottky junction or pn junction) and an ohmic layer are formed on the measurement sample to produce a diode (sample element), and measurement (DLTS measurement) is performed. In general, it is preferable that the surface of the sample to be subjected to DLTS measurement is highly smooth. Therefore, etching, polishing, etc. can be optionally performed on the silicon sample to be evaluated before the measurement sample is cut out, or on the measurement sample cut out from the silicon sample to be evaluated, in order to improve the surface smoothness. Mirror etching is preferable for the etching. In addition, it is preferable for the polishing to include mirror polishing. For example, when the silicon sample to be evaluated is a silicon single crystal ingot or a part of an ingot, it is preferable to polish the measurement sample cut out from the silicon sample to be evaluated and then produce the sample element, and it is more preferable to polish the sample element after mirror polishing. As the polishing, a known polishing process applied to silicon wafers, such as mirror polishing, can be performed. On the other hand, silicon wafers are usually obtained through polishing processes such as mirror polishing. Therefore, when the silicon sample to be evaluated is a silicon wafer, the surface of the measurement sample cut from the silicon wafer usually has a high degree of smoothness even without polishing.

DLTS測定は、通常、以下の方法によって行われる。シリコン試料の一方の表面に半導体接合(ショットキー接合またはpn接合)を形成し、他方の表面にオーミック層を形成してダイオード(試料素子)を作製する。この試料素子の容量(キャパシタンス)の過渡応答を、温度掃引を行いながら周期的に電圧を印加し測定する。電圧の印加は、通常、空乏層を形成する逆方向電圧と空乏層中のトラップ準位にキャリアを充填するための順方向電圧を、交互かつ周期的に印加して行われる。測定領域の深さおよび幅は、逆方向電圧の大きさによって制御することができる。一形態では、測定領域は、例えば、評価対象シリコン試料の表面から深さ1μm~60μm程度の領域に、1~50μm程度の幅で形成することができ、好ましくは1~10μm程度の幅で形成することができる。測定領域の深さおよび幅は、逆方向電圧の大きさ、順方向電圧の大きさおよび評価対象シリコン試料の抵抗率から公知の方法で算出することができる。一方、評価対象シリコン試料の厚さは、例えば20μm以上1000μm以下であることができる。ただし、この範囲に限定されるものではない。温度に対してDLTS信号をプロットすることにより、DLTSスペクトルを得ることができる。DLTS測定により検出された各ピークの合計として得られるDLTSスペクトルを公知の方法でフィッティング処理することにより、各トラップ準位のDLTSスペクトルを分離しピークを検出することができる。 DLTS measurements are usually performed by the following method. A semiconductor junction (Schottky junction or pn junction) is formed on one surface of a silicon sample, and an ohmic layer is formed on the other surface to create a diode (sample element). The transient response of the capacitance of this sample element is measured by periodically applying a voltage while performing a temperature sweep. The voltage is usually applied by alternately and periodically applying a reverse voltage that forms a depletion layer and a forward voltage that fills the trap level in the depletion layer with carriers. The depth and width of the measurement region can be controlled by the magnitude of the reverse voltage. In one embodiment, the measurement region can be formed, for example, in a region about 1 μm to 60 μm deep from the surface of the silicon sample to be evaluated, with a width of about 1 to 50 μm, and preferably with a width of about 1 to 10 μm. The depth and width of the measurement region can be calculated by a known method from the magnitude of the reverse voltage, the magnitude of the forward voltage, and the resistivity of the silicon sample to be evaluated. On the other hand, the thickness of the silicon sample to be evaluated can be, for example, 20 μm or more and 1000 μm or less. However, it is not limited to this range. A DLTS spectrum can be obtained by plotting the DLTS signal against temperature. The DLTS spectrum obtained as the sum of each peak detected by the DLTS measurement can be fitted by a known method to separate the DLTS spectrum of each trap level and detect the peaks.

<炭素濃度の評価>
評価法としていずれの方法を用いる場合にも、Ec-0.15eVのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づく炭素濃度の評価は、検量線を用いて行うことができ、または検量線を用いずに行うことができる。検量線を用いない場合、例えば、評価結果として得られた値が大きいほど、炭素濃度が高いと判定する相対的な判定基準によって、炭素濃度を評価することができる。例えば、DLTSスペクトルのピーク強度(DLTS信号強度)の値が大きいほど炭素濃度が高いと判定することができる。また、検量線を用いる場合には、検量線としては、例えば、評価対象シリコン試料について得られた評価結果(例えばDLTS信号強度)から求められるトラップ準位の密度と既知炭素濃度との相関関係を示す検量線を作成することが好ましい。各種評価結果からトラップ準位の密度を求める関係式は、公知である。また、上記の既知炭素濃度は、評価対象シリコン試料の評価に用いる評価法以外の方法によって測定して求めることができる。例えば、評価対象シリコン試料をDLTS法により評価する場合、上記の既知炭素濃度は、例えばSIMS法(Secondary Ion Mass Spectrometry)やFT-IR法(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)により求めることができる。これらの方法によって求められた評価結果から炭素濃度を求める関係式も公知である。検量線を作成するために評価対象シリコン試料と同じ評価法による評価に付されるシリコン試料(検量線作成用シリコン試料)と既知炭素濃度を求めるためのシリコン試料とは、同じシリコン試料(例えば、同じインゴット、同じウェーハ等)から切り出されたシリコン試料であるか、または同じ製造工程を経たシリコン試料であることが好ましい。検量線作成に関しては、特許文献1(特開2017-191800号公報)の段落0038~0040も参照できる。検量線作成用シリコン試料は、加熱処理、水素原子導入処理等の各種処理を評価対象シリコン試料と同様に施されたシリコン試料であることが好ましい。
<Evaluation of carbon concentration>
In any case where any method is used as the evaluation method, the evaluation of the carbon concentration based on the evaluation result regarding the density of the trap level at Ec-0.15 eV can be performed using a calibration curve, or can be performed without using a calibration curve. When a calibration curve is not used, for example, the carbon concentration can be evaluated by a relative judgment criterion that judges that the carbon concentration is higher as the value obtained as the evaluation result is larger. For example, it can be judged that the carbon concentration is higher as the value of the peak intensity (DLTS signal intensity) of the DLTS spectrum is larger. In addition, when a calibration curve is used, it is preferable to create a calibration curve that shows the correlation between the trap level density and the known carbon concentration obtained from the evaluation result (for example, DLTS signal intensity) obtained for the silicon sample to be evaluated. The relational equation for obtaining the trap level density from various evaluation results is publicly known. In addition, the above-mentioned known carbon concentration can be obtained by measuring by a method other than the evaluation method used for the evaluation of the silicon sample to be evaluated. For example, when the evaluation target silicon sample is evaluated by the DLTS method, the above-mentioned known carbon concentration can be obtained, for example, by the SIMS method (Secondary Ion Mass Spectrometry) or the FT-IR method (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). A relational expression for obtaining a carbon concentration from the evaluation results obtained by these methods is also known. The silicon sample (silicon sample for creating a calibration curve) that is subjected to evaluation by the same evaluation method as the evaluation target silicon sample in order to create a calibration curve and the silicon sample for obtaining a known carbon concentration are preferably silicon samples cut from the same silicon sample (for example, the same ingot, the same wafer, etc.) or silicon samples that have undergone the same manufacturing process. For the creation of the calibration curve, reference can also be made to paragraphs 0038 to 0040 of Patent Document 1 (JP Patent Publication No. 2017-191800). The silicon sample for preparing the calibration curve is preferably a silicon sample that has been subjected to various treatments such as heat treatment and hydrogen atom introduction treatment in the same manner as the silicon sample to be evaluated.

[シリコンウェーハ製造工程の評価方法およびシリコンウェーハの製造方法]
本発明の一態様は、評価対象のシリコンウェーハ製造工程において製造されたシリコンウェーハの炭素濃度を上記炭素濃度評価方法により評価すること、および、上記評価の結果に基づき評価対象のシリコンウェーハ製造工程における炭素汚染の程度を評価すること、を含むシリコンウェーハ製造工程の評価方法に関する。
[Method for evaluating silicon wafer manufacturing process and method for manufacturing silicon wafer]
One aspect of the present invention relates to a method for evaluating a silicon wafer manufacturing process, the method including: evaluating a carbon concentration of a silicon wafer manufactured in a silicon wafer manufacturing process to be evaluated by the carbon concentration evaluation method; and evaluating a degree of carbon contamination in the silicon wafer manufacturing process to be evaluated based on a result of the evaluation.

また、本発明の一態様は、上記シリコンウェーハ製造工程の評価方法によりシリコンウェーハ製造工程の評価を行うこと、および、上記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルと判定されたシリコンウェーハ製造工程において、または、上記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルを超えると判定されたシリコンウェーハ製造工程に炭素汚染低減処理を施した後に、このシリコンウェーハ製造工程において、シリコンウェーハを製造すること、を含むシリコンウェーハの製造方法に関する。 Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing silicon wafers, including evaluating a silicon wafer manufacturing process using the above-mentioned method for evaluating a silicon wafer manufacturing process, and manufacturing silicon wafers in a silicon wafer manufacturing process after performing a carbon contamination reduction process in the silicon wafer manufacturing process in which the degree of carbon contamination is determined to be at an acceptable level as a result of the above evaluation, or in which the degree of carbon contamination is determined to exceed the acceptable level as a result of the above evaluation.

上記製造工程評価方法における評価対象のシリコンウェーハ製造工程は、製品シリコンウェーハを製造する一部の工程または全部の工程であることができる。製品シリコンウェーハの製造工程は、一般に、シリコン単結晶インゴットからのウェーハの切り出し(スライシング)、研磨やエッチング等の表面処理、洗浄工程、更にウェーハの用途に応じて必要により行われる後工程(エピタキシャル層形成等)を含む。これらの各工程および各処理はいずれも公知である。 The silicon wafer manufacturing process to be evaluated in the above manufacturing process evaluation method can be some or all of the processes for manufacturing product silicon wafers. The manufacturing process for product silicon wafers generally includes cutting out wafers from silicon single crystal ingots (slicing), surface treatments such as polishing and etching, cleaning processes, and further post-processes (epitaxial layer formation, etc.) that are performed as necessary depending on the application of the wafer. All of these steps and treatments are publicly known.

シリコンウェーハの製造工程では、製造工程で用いられる部材とシリコンウェーハとの接触等により、シリコンウェーハに炭素汚染が発生し得る。評価対象の製造工程において製造されたシリコンウェーハの炭素濃度を評価して炭素汚染の程度を把握することにより、評価対象のシリコンウェーハ製造工程に起因して製品シリコンウェーハに炭素汚染が発生する傾向を把握することができる。即ち、評価対象の製造工程において製造されたシリコンウェーハの炭素濃度が高いほど、評価対象の製造工程において炭素汚染が発生し易い傾向があると判定することができる。したがって、例えば、あらかじめ炭素濃度の許容レベルを設定しておき、評価対象のシリコンウェーハ製造工程において製造されたシリコンウェーハについて求められた炭素濃度が許容レベルを超えたならば、評価対象の製造工程を、炭素汚染発生傾向が高く製品シリコンウェーハの製造工程としては使用不可と判定することができる。そのように判定された評価対象のシリコンウェーハ製造工程は、炭素汚染低減処理を施した後に製品シリコンウェーハの製造に用いることが好ましい。この点の詳細は、更に後述する。 In the manufacturing process of silicon wafers, carbon contamination may occur in the silicon wafers due to contact between the silicon wafers and the components used in the manufacturing process. By evaluating the carbon concentration of the silicon wafers manufactured in the manufacturing process to be evaluated and grasping the degree of carbon contamination, it is possible to grasp the tendency of carbon contamination to occur in the product silicon wafers due to the manufacturing process to be evaluated. That is, it can be determined that the higher the carbon concentration of the silicon wafers manufactured in the manufacturing process to be evaluated, the more likely carbon contamination is to occur in the manufacturing process to be evaluated. Therefore, for example, if an allowable level of carbon concentration is set in advance and the carbon concentration obtained for the silicon wafers manufactured in the manufacturing process to be evaluated exceeds the allowable level, it can be determined that the manufacturing process to be evaluated has a high tendency of carbon contamination occurrence and cannot be used as a manufacturing process for product silicon wafers. It is preferable that the manufacturing process to be evaluated that is determined in this way is used for manufacturing product silicon wafers after performing a carbon contamination reduction treatment. Details of this point will be described further below.

評価対象のシリコンウェーハ製造工程において製造されたシリコンウェーハの炭素濃度は、上記の本発明の一態様にかかる炭素濃度評価方法によって求められる。評価対象のシリコンウェーハ製造工程において製造されたシリコンウェーハは、任意の段階で窒素が導入されたシリコンウェーハであることができる。先に記載したように、FZシリコン単結晶については、通常、結晶育成時にシリコン単結晶インゴットに窒素が導入される。CZシリコン単結晶については、先に記載したように、原料融解の段階で窒素ドープ処理が行われることによって窒素が導入されることがある。窒素ドープ処理については、公知技術を適用できる。上記炭素濃度評価方法の詳細は、先に詳述した通りである。炭素濃度評価に付すシリコンウェーハは、評価対象のシリコンウェーハ製造工程で製造された少なくとも1枚のシリコンウェーハであり、2枚以上のシリコンウェーハであってもよい。2枚以上のシリコンウェーハの炭素濃度を求めた場合には、例えば、求められた炭素濃度の平均値、最大値等を、評価対象のシリコンウェーハ製造工程の評価のために用いることができる。また、シリコンウェーハは、ウェーハ形状のまま炭素濃度評価に付してもよく、その一部を切り出して炭素濃度評価に付してもよい。1枚のシリコンウェーハから2つ以上の試料を切り出して炭素濃度評価に付す場合、2つ以上の試料について求められた炭素濃度の平均値、最大値等を、そのシリコンウェーハの炭素濃度として決定することができる。 The carbon concentration of the silicon wafer produced in the silicon wafer manufacturing process to be evaluated is determined by the carbon concentration evaluation method according to one aspect of the present invention described above. The silicon wafer produced in the silicon wafer manufacturing process to be evaluated can be a silicon wafer into which nitrogen has been introduced at any stage. As described above, for FZ silicon single crystals, nitrogen is usually introduced into the silicon single crystal ingot during crystal growth. For CZ silicon single crystals, as described above, nitrogen may be introduced by performing a nitrogen doping process at the stage of melting the raw material. For the nitrogen doping process, known techniques can be applied. Details of the carbon concentration evaluation method are as described above. The silicon wafer to be subjected to the carbon concentration evaluation is at least one silicon wafer produced in the silicon wafer manufacturing process to be evaluated, and may be two or more silicon wafers. When the carbon concentrations of two or more silicon wafers are determined, for example, the average value, maximum value, etc. of the determined carbon concentrations can be used to evaluate the silicon wafer manufacturing process to be evaluated. In addition, the silicon wafer may be subjected to carbon concentration evaluation in the wafer form as it is, or a portion of the wafer may be cut out and subjected to carbon concentration evaluation. When two or more samples are cut out from one silicon wafer and subjected to carbon concentration evaluation, the average value, maximum value, etc. of the carbon concentration determined for the two or more samples can be determined as the carbon concentration of the silicon wafer.

上記シリコンウェーハの製造方法の一形態では、上記製造工程評価方法によりシリコンウェーハ製造工程の評価を行い、評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルと判定されたシリコンウェーハ製造工程においてシリコンウェーハを製造する。これにより、炭素汚染レベルが低い高品質なシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷することが可能となる。また、上記シリコンウェーハの製造方法の他の一形態では、上記製造工程評価方法によりシリコンウェーハ製造工程の評価を行い、評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルを超えると判定されたシリコンウェーハ製造工程に炭素汚染低減処理を施した後に、このシリコンウェーハ製造工程においてシリコンウェーハを製造する。これにより、製造工程に起因する炭素汚染を低減することができるため、炭素汚染レベルが低い高品質なシリコンウェーハを製品ウェーハとして出荷することが可能となる。上記の許容レベルは、製品ウェーハに求められる品質に応じて適宜設定することができる。また、炭素汚染低減処理とは、シリコンウェーハ製造工程に含まれる部材の交換、洗浄等を挙げることができる。一例として、シリコンウェーハの製造工程においてシリコンウェーハを載置する部材であるサセプタとしてSiC製サセプタを用いる場合、繰り返し使用されたサセプタの劣化により、サセプタとの接触部分が炭素汚染されることが起こり得る。このような場合には、例えばサセプタを交換することによりサセプタ起因の炭素汚染を低減することができる。 In one embodiment of the silicon wafer manufacturing method, the silicon wafer manufacturing process is evaluated by the manufacturing process evaluation method, and a silicon wafer is manufactured in a silicon wafer manufacturing process in which the degree of carbon contamination is determined to be at an acceptable level as a result of the evaluation. This makes it possible to ship high-quality silicon wafers with a low carbon contamination level as product wafers. In another embodiment of the silicon wafer manufacturing method, the silicon wafer manufacturing process is evaluated by the manufacturing process evaluation method, and a carbon contamination reduction process is performed on a silicon wafer manufacturing process in which the degree of carbon contamination is determined to exceed the acceptable level as a result of the evaluation, and then a silicon wafer is manufactured in this silicon wafer manufacturing process. This makes it possible to reduce carbon contamination caused by the manufacturing process, and therefore makes it possible to ship high-quality silicon wafers with a low carbon contamination level as product wafers. The above-mentioned acceptable level can be set appropriately according to the quality required for the product wafer. In addition, examples of the carbon contamination reduction process include replacement and cleaning of members included in the silicon wafer manufacturing process. As an example, when a SiC susceptor is used as a susceptor, which is a member on which a silicon wafer is placed, during the manufacturing process of silicon wafers, the susceptor may deteriorate after repeated use, causing carbon contamination of the contact area with the susceptor. In such cases, the carbon contamination caused by the susceptor can be reduced by, for example, replacing the susceptor.

[シリコン単結晶インゴットの製造方法]
本発明の一態様は、シリコン単結晶インゴットを育成すること、上記シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン試料の炭素濃度を、上記炭素濃度評価方法により評価すること、上記評価の結果に基づき、シリコン単結晶インゴットの製造条件を決定すること、および、決定された製造条件下でシリコン単結晶インゴットを育成すること、を含むシリコン単結晶インゴットの製造方法に関する。
[Method for manufacturing silicon single crystal ingot]
One aspect of the present invention relates to a method for producing a silicon single crystal ingot, including growing a silicon single crystal ingot, evaluating the carbon concentration of a silicon sample cut from the silicon single crystal ingot by the carbon concentration evaluation method, determining production conditions for the silicon single crystal ingot based on results of the evaluation, and growing the silicon single crystal ingot under the determined production conditions.

シリコン単結晶インゴットの育成は、FZ法、CZ法等の公知の方法により行うことができる。例えば、FZ法により製造されるFZシリコン単結晶インゴットには、シリコン原料の混入炭素、単結晶製造装置を構成する炭素含有材料製の部材の劣化、雰囲気ガスからの取り込み等に起因して、炭素が混入する可能性がある。また、CZ法により育成されるシリコン単結晶インゴットには、原料ポリシリコンの混入炭素、育成中に発生するCOガス等に起因して、炭素が混入する可能性がある。このような混入炭素濃度を評価し、評価結果に基づき製造条件を決定することは、炭素の混入が抑制されたシリコン単結晶インゴットを製造するために好ましい。そのために混入炭素濃度を評価する方法として、上記の本発明の一態様にかかる炭素濃度評価方法は好適である。 The growth of silicon single crystal ingots can be performed by known methods such as the FZ method and the CZ method. For example, FZ silicon single crystal ingots produced by the FZ method may be contaminated with carbon due to carbon contamination in the silicon raw material, deterioration of carbon-containing material components constituting the single crystal production equipment, and carbon intake from the atmospheric gas. In addition, silicon single crystal ingots grown by the CZ method may be contaminated with carbon due to carbon contamination in the raw polysilicon and CO gas generated during growth. It is preferable to evaluate such contaminated carbon concentration and determine the production conditions based on the evaluation results in order to produce silicon single crystal ingots with reduced carbon contamination. For this purpose, the carbon concentration evaluation method according to one aspect of the present invention described above is suitable as a method for evaluating the contaminated carbon concentration.

シリコン単結晶インゴットから切り出されるシリコン試料の形状等の詳細については、上記炭素濃度評価方法の評価対象シリコン試料に関する先の記載を参照できる。炭素濃度評価に付されるシリコン試料の数は、少なくとも1つであり、2つ以上であってもよい。2つ以上のシリコン試料の炭素濃度を求めた場合には、例えば、求められた炭素濃度の平均値、最大値等を、シリコン単結晶インゴットの製造条件決定のために用いることができる。例えば、得られた炭素濃度が、あらかじめ定めた許容レベルであった場合には、炭素濃度を評価したシリコン試料を切り出したシリコン単結晶インゴットを育成した際の製造条件においてシリコン単結晶インゴットを育成することにより、炭素汚染が少ないシリコン単結晶インゴットを製造することができる。他方、例えば、得られた炭素濃度が許容レベルを超えた場合には、炭素濃度を低減するための手段を採用して決定された製造条件の下でシリコン単結晶インゴットを育成することにより、炭素汚染が少ないシリコン単結晶インゴットを製造することが可能となる。炭素汚染を低減するための手段としては、例えば、CZ法については、下記手段(1)~(3)の1つ以上を採用することができる。また、例えば、FZ法については、下記手段(4)~(6)の1つ以上を採用することができる。
(1)原料ポリシリコンとしてより炭素混入の少ない高グレード品を使用すること。
(2)ポリシリコン融液へのCO溶解を抑制するために引き上げ速度および/または結晶引き上げ時のアルゴン(Ar)ガス流量を適切に調整すること。
(3)引き上げ装置に含まれる炭素製部材の設計変更、取り付け位置の変更等を行うこと。
(4)シリコン原料として、より炭素混入の少ない高グレード品を使用すること。
(5)単結晶製造装置内に導入するガス流量を多くすることによって雰囲気ガスからの炭素の取り込みを抑制すること。
(6)単結晶製造装置に含まれる炭素含有材料製の部材の交換、部材の設計変更、取り付け位置の変更等を行うこと。
For details of the shape of the silicon sample cut out from the silicon single crystal ingot, etc., the above description of the silicon sample to be evaluated in the carbon concentration evaluation method can be referred to. The number of silicon samples to be subjected to the carbon concentration evaluation is at least one, and may be two or more. When the carbon concentrations of two or more silicon samples are obtained, for example, the average value, maximum value, etc. of the obtained carbon concentrations can be used to determine the manufacturing conditions of the silicon single crystal ingot. For example, when the obtained carbon concentration is at a predetermined allowable level, a silicon single crystal ingot with less carbon contamination can be manufactured by growing the silicon single crystal ingot under the manufacturing conditions when the silicon single crystal ingot cut out from the silicon sample with the evaluated carbon concentration was grown. On the other hand, for example, when the obtained carbon concentration exceeds the allowable level, a silicon single crystal ingot with less carbon contamination can be manufactured by growing the silicon single crystal ingot under the manufacturing conditions determined by adopting a means for reducing the carbon concentration. As a means for reducing carbon contamination, for example, for the CZ method, one or more of the following means (1) to (3) can be adopted. For example, with respect to the FZ method, one or more of the following means (4) to (6) can be adopted.
(1) Use high-grade polysilicon with less carbon contamination as the raw material polysilicon.
(2) Properly adjusting the pulling speed and/or the argon (Ar) gas flow rate during crystal pulling in order to suppress dissolution of CO into the polysilicon melt.
(3) Making design changes or changing the mounting position of carbon components contained in the lifting device.
(4) Use high-grade silicon raw materials with less carbon contamination.
(5) Increasing the flow rate of gas introduced into the single crystal manufacturing apparatus suppresses the intake of carbon from the atmospheric gas.
(6) Replacing components made of carbon-containing materials contained in the single crystal manufacturing equipment, changing the design of the components, changing the installation position, etc.

こうして本発明の一態様によれば、低炭素濃度のシリコン単結晶インゴットおよびシリコンウェーハを提供することができる。 Thus, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide silicon single crystal ingots and silicon wafers with low carbon concentrations.

以下、図1を参照し、FZ法によるシリコン単結晶インゴットの育成の一例について説明する。ただし、本発明は以下に示す例に限定されるものではない。
図1に示すシリコン単結晶製造装置10は、FZ法によるシリコン単結晶製造装置である。
図1に示すシリコン単結晶製造装置10は、シリコン原料棒11と育成後の棒状のシリコン単結晶12とを収容する炉13を有する。
シリコン原料棒11としては、シリコン多結晶棒、途中まで育成したFZシリコン単結晶棒、CZ法により作製したシリコン単結晶棒等が挙げられる。この炉13内には、シリコン原料棒11とシリコン単結晶12との間に浮遊帯域12aを形成するための熱源となるスリットを有するリング状の誘導加熱コイル14が設けられる。この炉13内には、不活性ガスがガス供給口16から供給される。
また炉13内には、シリコン原料棒11を保持する上部保持治具17、種結晶18を保持する下部保持治具19、シリコン原料棒11を上下移動および回転させるための上軸21、育成した棒状のシリコン単結晶12を上下移動および回転させるための下軸22が設けられる。更に炉13の上部には、炉内のガスを排出するガス排出口24が設けられる。なお、図1に示すシリコン単結晶製造装置10には、シリコン原料棒11の回転中心となる上軸21と、シリコン単結晶12の回転中心となる下軸22とが同一軸線上に設けられているが、上軸21と下軸22をずらして(即ち偏芯させて)単結晶を育成することもできる。上軸21と下軸22をずらすことにより単結晶化の際に溶融部が撹拌されるため、製造される単結晶の品質の均一性を高めることができる。偏芯量は、単結晶の直径に応じて適宜設定することができる。
不活性ガスを供給するためのガス供給口16は、誘導加熱コイル14近傍の炉壁、例えば誘導加熱コイル14とほぼ同一レベルの炉壁に設けられる。このガス供給口16から炉内に導入された不活性ガスは、スリットのみならず、浮遊帯域近傍の赤熱したシリコン原料棒11にも供給される。
図1に示すシリコン単結晶製造装置10を用いてFZ法によりFZシリコン単結晶インゴットを製造する際には、まず、シリコン原料棒11の溶融を開始する部分をコーン形状に加工し、加工歪みを除去するために表面のエッチングを行う。その後、炉13内にシリコン原料棒11を収容し、炉13内に設置された上軸21の上部保持治具17にシリコン原料棒11をネジ等で固定する。一方、下軸22の下部保持治具19には、シリコン単結晶からなる目的結晶方位を有する種結晶18を取り付ける。
次いで、ガス供給口16から不活性ガスを炉13内に導入しながら、高周波発振機25により誘導加熱コイル14に高周波電流を流すことにより、シリコン原料棒11の一端部を溶融させて、その融液に種結晶18を融着させる。その後、種絞りにより絞り部15を形成して無転位化を図り、溶融したシリコンを凝固させつつ単結晶を育成する。上軸21と下軸22を互いに反対方向に回転させながら、シリコン原料棒11を誘導加熱コイル14に対して軸線方向に相対移動させると同時に、溶融部を融着部からシリコン原料棒11の他端部に向けて徐々に移動させて単結晶化する。続いてシリコン原料棒11とこうして作製されたシリコン単結晶12を下降させることにより浮遊帯域12aをシリコン原料棒11と棒状のシリコン単結晶12の間に形成し、この浮遊帯域12aをシリコン原料棒11の他端部まで一定速度で移動させて、シリコン単結晶12を育成する。
An example of growing a silicon single crystal ingot by the FZ method will be described below with reference to Fig. 1. However, the present invention is not limited to the example shown below.
The silicon single crystal manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1 is a silicon single crystal manufacturing apparatus using the FZ method.
The silicon single crystal manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1 has a furnace 13 that accommodates a silicon raw material rod 11 and a rod-shaped silicon single crystal 12 after growth.
Examples of the silicon raw material rod 11 include a silicon polycrystalline rod, a partially grown FZ silicon single crystal rod, a silicon single crystal rod produced by the CZ method, etc. In the furnace 13, a ring-shaped induction heating coil 14 having a slit serving as a heat source for forming a floating zone 12a between the silicon raw material rod 11 and the silicon single crystal 12 is provided. An inert gas is supplied into the furnace 13 from a gas supply port 16.
In addition, in the furnace 13, an upper holding jig 17 for holding the silicon raw material rod 11, a lower holding jig 19 for holding the seed crystal 18, an upper shaft 21 for vertically moving and rotating the silicon raw material rod 11, and a lower shaft 22 for vertically moving and rotating the grown rod-shaped silicon single crystal 12 are provided. Furthermore, a gas exhaust port 24 for discharging gas in the furnace is provided at the top of the furnace 13. In addition, in the silicon single crystal manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1, the upper shaft 21 which is the rotation center of the silicon raw material rod 11 and the lower shaft 22 which is the rotation center of the silicon single crystal 12 are provided on the same axis, but the upper shaft 21 and the lower shaft 22 can be shifted (i.e., eccentric) to grow a single crystal. By shifting the upper shaft 21 and the lower shaft 22, the molten part is stirred during single crystallization, so that the uniformity of the quality of the manufactured single crystal can be improved. The amount of eccentricity can be appropriately set according to the diameter of the single crystal.
A gas supply port 16 for supplying an inert gas is provided on the furnace wall near the induction heating coil 14, for example, on the furnace wall at approximately the same level as the induction heating coil 14. The inert gas introduced into the furnace from this gas supply port 16 is supplied not only to the slits but also to the red-hot silicon raw material rods 11 near the floating zone.
When manufacturing an FZ silicon single crystal ingot by the FZ method using the silicon single crystal manufacturing apparatus 10 shown in Fig. 1, first, the portion of the silicon feed rod 11 where melting starts is machined into a cone shape, and the surface is etched to remove processing distortion. Then, the silicon feed rod 11 is placed in a furnace 13, and the silicon feed rod 11 is fixed to an upper holding jig 17 of an upper shaft 21 installed in the furnace 13 with screws or the like. Meanwhile, a seed crystal 18 made of silicon single crystal and having a target crystal orientation is attached to a lower holding jig 19 of a lower shaft 22.
Next, while introducing an inert gas from the gas supply port 16 into the furnace 13, a high-frequency current is applied to the induction heating coil 14 by the high-frequency oscillator 25 to melt one end of the silicon feed rod 11, and the seed crystal 18 is fused to the melt. After that, the seed is drawn to form a narrowed portion 15 to eliminate dislocations, and the molten silicon is solidified to grow a single crystal. While rotating the upper shaft 21 and the lower shaft 22 in opposite directions, the silicon feed rod 11 is moved relative to the induction heating coil 14 in the axial direction, and the molten portion is gradually moved from the fused portion toward the other end of the silicon feed rod 11 to form a single crystal. Next, the silicon feed rod 11 and the silicon single crystal 12 thus produced are lowered to form a floating zone 12a between the silicon feed rod 11 and the rod-shaped silicon single crystal 12, and the floating zone 12a is moved to the other end of the silicon feed rod 11 at a constant speed to grow the silicon single crystal 12.

次に、図2を参照し、CZ法によるシリコン単結晶インゴットの育成の一例について説明する。ただし、本発明は以下に示す例に限定されるものではない。
図2は、CZ法によるシリコン単結晶引き上げ装置の構成を示す説明図である。
図2に示すシリコン単結晶引き上げ装置30は、チャンバー41と、チャンバー41の底部中央を貫通して鉛直方向に設けられた支持回転軸42と、支持回転軸42の上端部に固定されたグラファイトサセプタ43と、グラファイトサセプタ43内に収容された石英るつぼ44と、グラファイトサセプタ43の周囲に設けられたヒーター45と、支持回転軸42を昇降および回転させるための支持軸駆動機構46と、種結晶を保持するシードチャック47と、シードチャック47を吊設する引き上げワイヤー48と、引き上げワイヤー48を巻き取るためのワイヤー巻き取り機構49と、ヒーター45および石英るつぼ44からの輻射熱によるシリコン単結晶インゴット50の加熱を防止すると共にシリコン融液51の温度変動を抑制するための熱遮蔽部材52と、各部を制御する制御装置53とを備えている。
チャンバー41の上部には、不活性ガスをチャンバー41内に導入するためのガス導入口54が設けられている。不活性ガスはガス管55を介してガス導入口54からチャンバー41内に導入され、その導入量はコンダクタンスバルブ56により制御される。
チャンバー41の底部には、チャンバー41内の不活性ガスを排気するためのガス排出口57が設けられている。密閉したチャンバー41内の不活性ガスはガス排出口57から排ガス管58を経由して外へと排出される。排ガス管58の途中にはコンダクタンスバルブ59および真空ポンプ60が設置されており、真空ポンプ60でチャンバー41内の不活性ガスを吸引しながらコンダクタンスバルブ59でその流量を制御することでチャンバー41内の減圧状態が保たれている。
更に、チャンバー41の外側にはシリコン融液51に磁場を印加するための磁場供給装置61が設けられている。磁場供給装置61から供給される磁場は、水平磁場であっても構わないし、カスプ磁場であっても構わない。
Next, an example of growing a silicon single crystal ingot by the CZ method will be described with reference to Fig. 2. However, the present invention is not limited to the following example.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of a silicon single crystal pulling apparatus using the CZ method.
The silicon single crystal pulling apparatus 30 shown in FIG. 2 includes a chamber 41, a support rotation shaft 42 provided vertically penetrating the center of the bottom of the chamber 41, a graphite susceptor 43 fixed to the upper end of the support rotation shaft 42, a quartz crucible 44 housed in the graphite susceptor 43, a heater 45 provided around the graphite susceptor 43, a support shaft drive mechanism 46 for raising and lowering and rotating the support rotation shaft 42, a seed chuck 47 for holding a seed crystal, a pulling wire 48 for suspending the seed chuck 47, a wire winding mechanism 49 for winding up the pulling wire 48, a heat shielding member 52 for preventing heating of the silicon single crystal ingot 50 due to radiant heat from the heater 45 and the quartz crucible 44 and for suppressing temperature fluctuations in the silicon melt 51, and a control device 53 for controlling each part.
A gas inlet 54 for introducing an inert gas into the chamber 41 is provided at the top of the chamber 41. The inert gas is introduced into the chamber 41 from the gas inlet 54 via a gas pipe 55, and the amount of the inert gas introduced is controlled by a conductance valve 56.
A gas exhaust port 57 is provided at the bottom of the chamber 41 for exhausting the inert gas within the chamber 41. The inert gas within the sealed chamber 41 is exhausted to the outside from the gas exhaust port 57 via an exhaust gas pipe 58. A conductance valve 59 and a vacuum pump 60 are provided midway along the exhaust gas pipe 58, and a reduced pressure state within the chamber 41 is maintained by sucking in the inert gas within the chamber 41 with the vacuum pump 60 while controlling the flow rate with the conductance valve 59.
Furthermore, a magnetic field supplying device 61 for applying a magnetic field to the silicon melt 51 is provided outside the chamber 41. The magnetic field supplied from the magnetic field supplying device 61 may be a horizontal magnetic field or a cusp magnetic field.

以下に、本発明を実施例に基づき更に説明する。ただし本発明は実施例に示す実施形態に限定されるものではない。以下の処理および操作は、特記しない限り、室温の大気雰囲気下で実施した。 The present invention will be further described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the embodiments shown in the examples. The following treatments and operations were carried out in an atmospheric environment at room temperature unless otherwise specified.

[FZシリコン単結晶試料の準備]
FZ法によって窒素ガスを含む雰囲気中で育成されたシリコン単結晶インゴット(n型シリコン)からウェーハ形状サンプルを切り出し、鏡面研磨加工等の加工処理を行いシリコンウェーハ(直径200mm)に加工した。抵抗率は50Ω・cmであった。このシリコンウェーハから複数のシリコン試料を切り出し、1つをFT-IR測定用シリコン試料として使用し、残りの複数のシリコン試料を実施例1、比較例1~比較例3においてそれぞれDLTS測定用シリコン試料として使用した。
[Preparation of FZ silicon single crystal samples]
A wafer-shaped sample was cut out from a silicon single crystal ingot (n-type silicon) grown in an atmosphere containing nitrogen gas by the FZ method, and processed into a silicon wafer (diameter 200 mm) by mirror polishing and other processing. The resistivity was 50 Ω cm. A plurality of silicon samples were cut out from this silicon wafer, one of which was used as a silicon sample for FT-IR measurement, and the remaining plurality of silicon samples were used as silicon samples for DLTS measurement in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, respectively.

[FT-IR法による測定]
上記FT-IR測定用シリコン試料のFT-IR測定を行い、炭素濃度、酸素濃度および窒素濃度を測定した。測定結果は以下の通りであった。
炭素濃度:<2E+15atoms/cm
酸素濃度:<1E+16atoms/cm
窒素濃度:4E+14atoms/cm
[Measurement by FT-IR method]
The silicon sample for FT-IR measurement was subjected to FT-IR measurement to measure the carbon concentration, oxygen concentration and nitrogen concentration. The measurement results were as follows.
Carbon concentration: <2E+15atoms/ cm3
Oxygen concentration: <1E+16 atoms/ cm3
Nitrogen concentration: 4E+14atoms/ cm3

[実施例1]
上記で準備したDLTS測定用シリコン試料(FZシリコン単結晶試料)に対して、下記の(A)、(B)、(C)および(D)の処理を順次実施した。下記(B)において、下記(A)の加熱処理後のシリコン試料に水素原子導入処理が施される。下記(C)において水素原子導入処理後のシリコン試料の一方の面にショットキー接合を形成し、下記(D)において他方の面にオーミック層(Ga/In層)を形成することにより、ダイオードを作製した。
[Example 1]
The DLTS measurement silicon sample (FZ silicon single crystal sample) prepared above was subjected to the following treatments (A), (B), (C) and (D) in order. In the following (B), a hydrogen atom introduction treatment was performed on the silicon sample after the heat treatment in the following (A). In the following (C), a Schottky junction was formed on one surface of the silicon sample after the hydrogen atom introduction treatment, and in the following (D), an ohmic layer (Ga/In layer) was formed on the other surface to fabricate a diode.

(A)加熱炉にて900℃の加熱温度で60分間加熱
(B)フッ硝酸(HNO濃度69質量%の硝酸(硝酸水溶液)とHF濃度50質量%のフッ酸(フッ化水素酸水溶液)との混合溶液)に、試料のシリコン表面を5分間浸漬
(C)試料のシリコン表面に真空蒸着によるショットキー電極(Au電極)形成
(D)ガリウムおよびインジウム擦込みによる裏面オーミック層(Ga/In)形成
(A) Heating in a heating furnace at a heating temperature of 900°C for 60 minutes; (B) Immersing the silicon surface of the sample in hydrofluoric nitric acid (a mixed solution of nitric acid (nitric acid aqueous solution) with a HNO3 concentration of 69% by mass and hydrofluoric acid (hydrofluoric acid aqueous solution) with a HF concentration of 50% by mass) for 5 minutes; (C) Forming a Schottky electrode (Au electrode) on the silicon surface of the sample by vacuum deposition; (D) Forming a backside ohmic layer (Ga/In) by rubbing in gallium and indium.

上記で作製したダイオードのショットキー接合に、空乏層を形成する逆方向電圧と空乏層にキャリアを捕獲するための順方向電圧を交互かつ周期的に印加した。逆方向電圧は-2V、順方向電圧は0Vとした。これにより、シリコン試料の表面から深さ2.6~6.0μmの領域をDLTS測定領域とすることができる。上記電圧に対応して発生するダイオードの容量(キャパシタンス)の過渡応答を測定した。
上記の電圧印加および容量の測定を、試料温度を所定温度範囲で掃引しながら行った。DLTS信号強度ΔCを温度に対してプロットして、DLTSスペクトルを得た。測定周波数は250Hzとした。
得られたDLTSスペクトルに対してSEMILAB社製プログラムを用いてフィッティング処理(True shape fitting処理)を行い、90~110Kにピークを有するDLTSスペクトルを分離した。こうして得られたDLTSスペクトルを図3に示す。
図3に示すDLTSスペクトルでは、101K付近の炭素水素複合体に起因するトラップ準位、即ちEc-0.15eVのトラップ準位のピークを明確に確認することができる。この101KでのDLTS信号強度から公知の関係式によりトラップ準位密度を求めた。更に、別途作成した検量線を利用して上記トラップ準位密度から炭素濃度を求めたところ、2.9E+14atoms/cmであった。
A reverse voltage to form a depletion layer and a forward voltage to capture carriers in the depletion layer were applied alternately and periodically to the Schottky junction of the diode fabricated above. The reverse voltage was -2 V and the forward voltage was 0 V. This allows the DLTS measurement region to be a region 2.6 to 6.0 μm deep from the surface of the silicon sample. The transient response of the diode capacitance generated in response to the above voltage was measured.
The voltage application and capacitance measurement were performed while sweeping the sample temperature in a predetermined temperature range. The DLTS signal intensity ΔC was plotted against the temperature to obtain a DLTS spectrum. The measurement frequency was 250 Hz.
The obtained DLTS spectrum was subjected to fitting processing (True shape fitting processing) using a program manufactured by SEMILAB, and a DLTS spectrum having a peak at 90 to 110 K was separated. The DLTS spectrum thus obtained is shown in FIG.
In the DLTS spectrum shown in Fig. 3, a trap level caused by a carbon-hydrogen complex near 101K, i.e., a trap level peak at Ec-0.15 eV, can be clearly confirmed. The trap level density was calculated from the DLTS signal intensity at 101K using a known relational expression. Furthermore, the carbon concentration was calculated from the trap level density using a separately prepared calibration curve, and was found to be 2.9E+14 atoms/ cm3 .

[比較例1]
上記で準備したDLTS測定用シリコン試料(FZシリコン単結晶試料)に対して、上記(A)の加熱処理を行わなかった点以外は実施例1について記載した処理および操作を行った。図4に、比較例1において得られたDLTSスペクトルを示す。
図4に示すDLTSスペクトルでは、98K付近に窒素関連欠陥の準位密度であるE+11~E+12/cm台の大きなピークが観測された結果、101K付近の炭素水素複合体に起因するトラップ準位のピーク(図3のような1E+10/cm程度のピーク)を同定できない。また、窒素関連欠陥起因のピークを炭素水素複合体に起因するトラップ準位のピークと誤認識してしまう可能性がある。
98K付近のピーク位置でのDLTS信号強度から公知の関係式によりトラップ準位密度を求め、更に、別途作成した検量線を利用して上記トラップ準位密度から炭素濃度を求めたところ、2.0E+16atoms/cmであった。
以上の結果から、比較例1では炭素濃度が過剰に見積もられてしまうことが確認された。
[Comparative Example 1]
The DLTS measurement silicon sample (FZ silicon single crystal sample) prepared above was subjected to the same treatment and operation as described in Example 1, except that the heat treatment (A) above was not performed. FIG. 4 shows the DLTS spectrum obtained in Comparative Example 1.
In the DLTS spectrum shown in Fig. 4, a large peak of E+11 to E+12/ cm3, which is the level density of nitrogen-related defects, is observed near 98 K, and as a result, the peak of the trap level caused by the carbon-hydrogen complex near 101 K (peak of about 1E+10/cm3 as shown in Fig. 3 ) cannot be identified. In addition, there is a possibility that the peak caused by the nitrogen-related defects will be erroneously recognized as the peak of the trap level caused by the carbon-hydrogen complex.
The trap level density was calculated from the DLTS signal intensity at the peak position near 98K using a known relational expression, and the carbon concentration was calculated from the trap level density using a separately prepared calibration curve, and was found to be 2.0E+16 atoms/ cm3 .
From the above results, it was confirmed that the carbon concentration in Comparative Example 1 was overestimated.

[比較例2]
上記で準備したDLTS測定用シリコン試料(FZシリコン単結晶試料)に対して、上記(A)の加熱処理の加熱温度を500℃に変更した点以外は実施例1について記載した処理および操作を行った。図5に、比較例2において得られたDLTSスペクトルを示す。
図5に示すDLTSスペクトルにおいても、図4に示すDLTSスペクトルと同様に98K付近に窒素関連欠陥の準位密度であるE+11~E+12/cm台の大きなピークが観測された結果、101K付近の炭素水素複合体に起因するトラップ準位のピーク(図3のような1E10/cm程度のピーク)を同定できない。また、図5に示すDLTSスペクトルにおいても、図4に示すDLTSスペクトルと同様に、窒素関連欠陥起因のピークを炭素水素複合体に起因するトラップ準位のピークと誤認識してしまう可能性がある。
[Comparative Example 2]
The DLTS measurement silicon sample (FZ silicon single crystal sample) prepared above was subjected to the same treatment and operation as described in Example 1, except that the heating temperature of the heat treatment (A) above was changed to 500° C. Figure 5 shows the DLTS spectrum obtained in Comparative Example 2.
In the DLTS spectrum shown in Fig. 5, a large peak of E+11 to E+12/cm3, which is the level density of nitrogen-related defects, is observed near 98 K, as in the DLTS spectrum shown in Fig. 4 , and as a result, the peak of the trap level caused by the carbon-hydrogen complex near 101 K (the peak of about 1E10/ cm3 as in Fig. 3) cannot be identified. Also in the DLTS spectrum shown in Fig. 5, as in the DLTS spectrum shown in Fig. 4, there is a possibility that the peak caused by the nitrogen-related defects may be erroneously recognized as the peak of the trap level caused by the carbon-hydrogen complex.

[比較例3]
上記で準備したDLTS測定用シリコン試料(FZシリコン単結晶試料)に対して、上記(B)の水素原子導入処理を行わなかった点以外は実施例1について記載した処理および操作を行った。図6に、比較例3において得られたDLTSスペクトルを示す。
比較例3は、加熱処理後に水素原子導入処理を行わなかった比較例である。図6に示すように、DLTSスペクトルにはピークは観測されなかった。比較例3では、水素原子導入処理を行わなかったことにより炭素水素複合体に起因するトラップ準位が形成されなかったため、101K付近のピークが現れなかったと考えられる。
[Comparative Example 3]
The DLTS measurement silicon sample (FZ silicon single crystal sample) prepared above was subjected to the same treatment and operation as described in Example 1, except that the hydrogen atom introduction treatment (B) above was not performed. FIG. 6 shows the DLTS spectrum obtained in Comparative Example 3.
Comparative Example 3 is a comparative example in which hydrogen atom introduction treatment was not performed after the heat treatment. As shown in Fig. 6, no peak was observed in the DLTS spectrum. In Comparative Example 3, since hydrogen atom introduction treatment was not performed, a trap level due to a carbon-hydrogen complex was not formed, and therefore, it is considered that no peak appeared near 101K.

[CZシリコン単結晶試料の準備]
原料融解の段階で窒素ドープ処理が施された、CZ法によって育成された窒素ドープCZシリコン単結晶インゴット(n型シリコン)からウェーハ形状サンプルを切り出し、鏡面研磨加工等の加工処理を行い、窒素含有シリコンウェーハ(直径300mm)に加工した。抵抗率は50Ω・cmであった。このシリコンウェーハから複数のシリコン試料を切り出し、1つをFT-IR測定用シリコン試料として使用し、残りの複数のシリコン試料を実施例2、比較例4および比較例5においてそれぞれDLTS測定用シリコン試料として使用した。
[Preparation of CZ silicon single crystal samples]
A wafer-shaped sample was cut out from a nitrogen-doped CZ silicon single crystal ingot (n-type silicon) grown by the CZ method, which had been subjected to nitrogen doping treatment at the raw material melting stage, and processed into a nitrogen-containing silicon wafer (diameter 300 mm) by mirror polishing and other processing. The resistivity was 50 Ω cm. A plurality of silicon samples were cut out from this silicon wafer, one of which was used as a silicon sample for FT-IR measurement, and the remaining plurality of silicon samples were used as silicon samples for DLTS measurement in Example 2, Comparative Example 4, and Comparative Example 5, respectively.

[FT-IR法による測定]
上記FT-IR測定用シリコン試料のFT-IR測定を行い、炭素濃度、酸素濃度および窒素濃度を測定した。測定結果は以下の通りであった。
炭素濃度:<2E+15atoms/cm
酸素濃度:3.91E+17atoms/cm
窒素濃度:1.19E+14atoms/cm
[Measurement by FT-IR method]
The silicon sample for FT-IR measurement was subjected to FT-IR measurement to measure the carbon concentration, oxygen concentration and nitrogen concentration. The measurement results were as follows.
Carbon concentration: <2E+15atoms/ cm3
Oxygen concentration: 3.91E+17atoms/ cm3
Nitrogen concentration: 1.19E+14 atoms/ cm3

[実施例2]
上記で準備したDLTS測定用シリコン試料(CZシリコン単結晶試料)に対して、上記(A)の加熱処理の加熱温度を1100℃に変更した点以外は実施例1について記載した処理および操作を行った。
[Example 2]
The silicon sample for DLTS measurement (CZ silicon single crystal sample) prepared above was subjected to the same treatment and operation as described in Example 1, except that the heating temperature of the heat treatment (A) above was changed to 1100°C.

[比較例4]
上記で準備したDLTS測定用シリコン試料(CZシリコン単結晶試料)に対して、上記(A)の加熱処理を行わなかった点以外は実施例1について記載した処理および操作を行った。
[Comparative Example 4]
The silicon sample for DLTS measurement (CZ silicon single crystal sample) prepared above was subjected to the same treatments and operations as described in Example 1, except that the heat treatment (A) above was not performed.

[比較例5]
上記で準備したDLTS測定用シリコン試料(CZシリコン単結晶試料)に対して、上記(A)の加熱処理の加熱温度を1100℃に変更した点および上記(B)の水素原子導入処理を行わなかった点以外は実施例1について記載した処理および操作を行った。即ち、比較例5は、加熱処理後に水素原子導入処理を行わなかった比較例である。
[Comparative Example 5]
The DLTS measurement silicon sample (CZ silicon single crystal sample) prepared above was subjected to the same treatment and operation as described in Example 1, except that the heating temperature of the heat treatment (A) above was changed to 1100° C. and the hydrogen atom introduction treatment (B) above was not performed. That is, Comparative Example 5 is a comparative example in which the hydrogen atom introduction treatment was not performed after the heat treatment.

図7に、実施例2、比較例4および比較例5でそれぞれ得られたDLTSスペクトルを示す。図7中、「a.u.」は任意単位を示す。
図7に示す結果から、以下の点を確認することができる。
加熱温度1100℃で加熱処理することでピークはいったん消失し(比較例5)、その後水素原子導入処理を実施することでEc-0.15eVの炭素水素複合体に起因するトラップ準位のみのピーク分離が可能になる(実施例2)。比較例4では、窒素関連欠陥準位の98Kのピークが重なり、炭素水素複合体に起因するトラップ準位(101K付近)のピークのみを正確に検出することはできない。なお、87K付近に見られるピークはCOH複合体起因の準位で、結晶中に酸素が含まれていると出現するピークである(FZシリコン単結晶では、結晶中の酸素濃度は通常極めて低濃度のため出現しない)。
Fig. 7 shows the DLTS spectra obtained in Example 2, Comparative Example 4, and Comparative Example 5. In Fig. 7, "au" indicates an arbitrary unit.
From the results shown in FIG. 7, the following points can be confirmed.
The peak disappears once by heat treatment at a heating temperature of 1100°C (Comparative Example 5), and then hydrogen atom introduction treatment makes it possible to separate only the peak of the trap level caused by the carbon-hydrogen complex at Ec-0.15 eV (Example 2). In Comparative Example 4, the 98 K peak of the nitrogen-related defect level overlaps, and it is not possible to accurately detect only the peak of the trap level (near 101 K) caused by the carbon-hydrogen complex. The peak seen near 87 K is a level caused by the COH complex, and appears when oxygen is contained in the crystal (it does not appear in FZ silicon single crystals because the oxygen concentration in the crystal is usually very low).

本発明は、シリコン単結晶インゴットおよびシリコンウェーハの技術分野において有用である。 The present invention is useful in the technical fields of silicon single crystal ingots and silicon wafers.

Claims (8)

評価対象シリコン試料に水素原子を導入する水素原子導入処理を行うこと、
前記水素原子導入処理後の評価対象シリコン試料を、シリコンのバンドギャップ中のトラップ準位を評価する評価法による評価に付すこと、および
前記評価により得られたEc-0.15eVのトラップ準位の密度に関する評価結果に基づき、前記評価対象シリコン試料の炭素濃度を評価すること、
を含み、
前記水素原子導入処理前に、前記評価対象シリコン試料を800℃以上の加熱温度に加熱する加熱処理を行うことを更に含み、かつ
前記評価対象シリコン試料は、窒素含有シリコン試料である、シリコン試料の炭素濃度評価方法。
performing a hydrogen atom introduction process for introducing hydrogen atoms into the silicon sample to be evaluated;
subjecting the evaluation target silicon sample after the hydrogen atom introduction treatment to an evaluation method for evaluating a trap level in a band gap of silicon, and evaluating a carbon concentration of the evaluation target silicon sample based on an evaluation result regarding a density of the trap level at Ec-0.15 eV obtained by the evaluation;
Including,
The method for evaluating a carbon concentration of a silicon sample further comprises performing a heat treatment of heating the silicon sample to a heating temperature of 800° C. or higher before the hydrogen atom introduction treatment, and the silicon sample to be evaluated is a nitrogen-containing silicon sample.
前記評価法は、DLTS法である、請求項1に記載のシリコン試料の炭素濃度評価方法。 The carbon concentration evaluation method for a silicon sample according to claim 1, wherein the evaluation method is the DLTS method. 前記水素原子導入処理は、前記評価対象シリコン試料をフッ硝酸と接触させることを含む、請求項1または2に記載のシリコン試料の炭素濃度評価方法。 The method for evaluating the carbon concentration of a silicon sample according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen atom introduction process includes contacting the silicon sample to be evaluated with hydrofluoric nitric acid. 前記評価対象シリコン試料は、FZシリコン単結晶試料である、請求項1~3のいずれか1項に記載のシリコン試料の炭素濃度評価方法。 The method for evaluating the carbon concentration of a silicon sample according to any one of claims 1 to 3, wherein the silicon sample to be evaluated is an FZ silicon single crystal sample. 前記評価対象シリコン試料は、CZシリコン単結晶試料である、請求項1~3のいずれか1項に記載のシリコン試料の炭素濃度評価方法。 The method for evaluating the carbon concentration of a silicon sample according to any one of claims 1 to 3, wherein the silicon sample to be evaluated is a CZ silicon single crystal sample. 評価対象のシリコンウェーハ製造工程において製造されたシリコンウェーハの炭素濃度を請求項1~5のいずれか1項に記載の炭素濃度評価方法により評価すること、および
前記評価の結果に基づき評価対象のシリコンウェーハ製造工程における炭素汚染の程度を評価すること、
を含む、シリコンウェーハ製造工程の評価方法。
Evaluating the carbon concentration of a silicon wafer manufactured in a silicon wafer manufacturing process to be evaluated by the carbon concentration evaluation method according to any one of claims 1 to 5, and evaluating the degree of carbon contamination in the silicon wafer manufacturing process to be evaluated based on the results of the evaluation;
A method for evaluating a silicon wafer manufacturing process, comprising:
請求項6に記載の評価方法によりシリコンウェーハ製造工程の評価を行うこと、および
前記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルと判定されたシリコンウェーハ製造工程において、または、前記評価の結果、炭素汚染の程度が許容レベルを超えると判定されたシリコンウェーハ製造工程に炭素汚染低減処理を施した後に該シリコンウェーハ製造工程において、シリコンウェーハを製造すること、
を含む、シリコンウェーハの製造方法。
Evaluating a silicon wafer manufacturing process by the evaluation method according to claim 6, and manufacturing silicon wafers in a silicon wafer manufacturing process in which the degree of carbon contamination is determined to be at an acceptable level as a result of the evaluation, or in a silicon wafer manufacturing process in which the degree of carbon contamination is determined to exceed the acceptable level as a result of the evaluation, after performing a carbon contamination reduction treatment on the silicon wafer manufacturing process;
A method for manufacturing a silicon wafer, comprising:
シリコン単結晶インゴットを育成すること、
前記シリコン単結晶インゴットから切り出されたシリコン試料の炭素濃度を、請求項1~5のいずれか1項に記載の炭素濃度評価方法により評価すること、
前記評価の結果に基づき、シリコン単結晶インゴットの製造条件を決定すること、および、
決定された製造条件下でシリコン単結晶インゴットを育成すること、
を含む、シリコン単結晶インゴットの製造方法。
Growing a silicon single crystal ingot;
Evaluating the carbon concentration of a silicon sample cut out from the silicon single crystal ingot by the carbon concentration evaluation method according to any one of claims 1 to 5;
Determining manufacturing conditions for a silicon single crystal ingot based on the results of the evaluation; and
growing a silicon single crystal ingot under the determined production conditions;
A method for producing a silicon single crystal ingot, comprising:
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