JPH01195345A

JPH01195345A - シリコン結晶評価法

Info

Publication number: JPH01195345A
Application number: JP63020829A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kaneda; 寛金田; Tsutomu Ogawa; 力小川; Matsuo Takaoka; 高岡　松雄
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1989-08-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔ＩＩ＆要］本発明はシリコン結晶評価法、特に不純物として酸素を
含むシリコン結晶の遠赤外吸収係数を測定して、該シリ
コン結晶の結晶欠陥状態を評価する方法に関し、１１０６　（ｃｍ−１〕赤外吸収スペクトルから得られ
ない測定量をスペクトル解析して、半導体デバイスプロ
セス着手前に析出核欠陥状態を把握し、析出制御（予測
）をすることを目的とし、不純物酸素を１　（ｐｐｍ）
以上含むシリコン結晶に対して、４０〔Ｋ〕以下の低温
かっ、波数域１０〜６０（ｃ＋ｒ１〕の遠赤外吸収（以
下透過を含む）スペクトルを測定することを含み構成す
る。゛〔産業上の利用分野〕本発明はシリコン結晶評価法に関するものであり、更に
詳しく言えば不純物として酸素を含むシリコン結晶の遠
赤外吸収係数を測定し、該シリコン結晶の結晶欠陥状態
を評価する方法に関するものである。

（従来の技術）第３，４図は従来例に係る説明図である。

第３図は従来例の赤外吸収測定法に係る説明図であり、
同図（ａ）は引き上げ法によるシリコン結晶（インゴッ
ト）を成長している状態を示している。

図において、■は溶融シリコン、２は不図示の種結晶を
引き上げ成長して形成されるシリコン結晶（インゴット
）である。なお、斜線に示したＡ１はインゴット下部の
サンプルであり、Ｂ１はインゴット上部のサンプルであ
る。また、Ａ、とＢ、とは熱履歴時間に５〜１０時間の
差（Ａ１くＢ、）がある。

−１に引上げ法等により製造されたシリコン結晶は、成
長時に混入した不純物酸素を固溶限界以上に含むことが
ある。これにより、後工程において、該シリコン結晶の
熱負荷印加に伴い酸素の固体内析出を生ずる。

しかし、固体内析出の過程及びその結果によって生じた
析出物は、シリコン結晶中の酸素以外の不純物を寄せ集
めるゲッタリング効果を有し、七導体デバイスプロセス
においで、制？ｆｆ１ｌすべき重要因子となっている。

なお、析出物の一定熱負荷に対する析出の程度は、不純
物酸素濃度に依存している。

同図（ｂ）は従来例に係る赤外吸収測定法によるサンプ
ルＡ＋、１３＋　の１１０６ｃｍ−’不純物吸収スペク
トルを示している。

図において、縦軸は吸収率、横軸は波数［ｃ１１］を示
している。なお、サンプルＡ１と８１とは、同一の不純
物酸素濃度を有することから１１０６ｃａｎ−’不純物
吸収スペクトルの形状は、はぼ同一となる。

第４１２１は従来例に係る問題点を説明する閣であり、
同図（ａ）はシリコン結晶（インボン日を切り出した半
導体ウェハ等のサンプルＡＩ、ＢＩの析出核欠陥を模式
的に示している。

図において、３ａはサンプルＡ、の析出核欠陥であり、
３ｂはサンプルＢ、の析出核欠陥である。

なお、析出核欠陥３ａ、３ｂは、サンプルＡｔ。

Ｂ、の不純物酸素濃度が同一であるにも拘らずシリコン
結晶成長過程における熱履歴時間の差等により潜在的に
シリコン結晶内部に生ずると考えられている結晶欠陥で
ある。また、−１’Ｃにゲッタリング効果はサンプルＢ
１の方が大である。それは、サンプルＢ１の方が後の熱
処理工程で析出物を生ずる核、いわゆる析出核欠陥をよ
り多暖に含むからである。

同図（ｂ）はサンプルＢ、の半導体ウェハを用いて、バ
イポーラやＭＯＳトランジスタ等の不純物拡散層を形成
している状態を示している。図において、４は例えばｎ
°不純物をサンプルＢ＋に注入して、その後加熱ｇ６に
より熱処理をして形成される不純物拡散層である。なお
５は、サンプルＢ、を熱処理したことにより析出核欠陥
３ｂを原因とする転位結晶欠陥部分であり、リーク電流
の原因になったり、電気抵抗の不安定化を招いたりし、
トランジスタ特性に悪’Ｐ５”８を及ぼしたりするもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで従来例によるシリコン結晶評価法によれば、１
１０６ｃｍ−’吸収線に現れる赤外吸収の強度（ピーク
強度）により不純物酸素濃度を測定し、１も導体デバイ
スプロセスに対する結晶欠陥状態を予測している。しか
し、この方法では、ごれにより第３図（ｂ）の示すよう
に、サンプルＡ、、Ｂ。

共に１１０６ｃｍ−’不純物吸収スペクトルの形状は同
様になり、シリコン結晶（インゴット）の熱履歴時間の
差等を原因とする不純物酸素の析出核欠陥状態を把握す
ることができない。

このため、第４図に示すように例えばシリコン結晶（イ
ンゴット）のサンプルＢ１のような熱履歴時間の大きい
゛ト導体ウェハに不純物拡散層４を形成した場合、該゛
１′−導体ウエバに転位結晶欠陥部分５壱生ずることが
ある。また逆に、サンプルＡ。

のような半導体ウェハを用いた場合、所望のゲッタリン
グ効果が得られないという不都合を生ずることもある。

従って、半導体装置を製造した結実現れる転位結晶欠陥
や析出物等の密度を半導体デバイスプロセス着手前に各
半導体ウェハ段階において析出核欠陥状態を把握する技
術の開発が待望されていた。

本発明はかかる従来例の問題点に鑑み創作されたもので
あり、１１０６ｃｍ−’赤外吸収スペクトルから得られ
ない測定量を導入して、半導体デバイスプロセス着手前
に析出核欠陥状態を把握し、析出制御（予測）をするこ
とを可能とするシリコン結晶評価法の提供を目的とする
。

（問題点を解決するための手段〕本発明のシリコン結晶評価法は、その一実施例を第１〜
３図に示すように、不純物酸素を１　（ｐｐｍ１以上含
むシリコン結晶に対して、４０〔Ｋ〕以下の低温かつ、
波数域１０〜６０（ｃｌｍ−１〕の遠赤外吸収（以下透
過を含む）スペクトルを測定することを特徴とし、上記
目的を達成する。

（作用〕本発明のシリコン結晶評価法によれば、波数域１０〜Ｇ
　Ｏ（ｃ＋ｒ’〕の遠赤外吸収スペクトルを測定してス
ペクトル解析をしている。

このため、例えば１１０６　（ｃｍ−’：］赤外吸収ス
ペクトルに比べて一定不純物酸素濃度当たりの吸収強度
が３〜４倍程程度きく、かつ半値幅がｌ／１００程度で
ある２　９．３　（ｃ＋ｎ−１〕遠赤外吸収スペクトル
の吸収ピークの波数位置、高さ、半値幅及び面積強度等
を解析することにより、熱履歴時間等の異なるシリコン
結晶の析出核欠陥等の結晶歪や不純物原子近傍での微視
的変化を把握することができる。

これにより半導体デバイスプロセス着手前に各半導体ウ
ェハ段階において析出制御（予測）することが可能とな
る。

［実施例］次に図を参照しながら本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の実施例に係るシリコン結晶評価法の説
明図である。

同図は、不純物酸素を１　（ｐｐａ＋）　　以上含むシ
リコン結晶の遠赤外吸収スペクトルであり、継軸は透過
率、横軸は波数（Ｃ１１〕を示している。また、同図の
遠赤外吸収スペクトルは、例えば引上げ法等により成長
されたシリコン結晶（インゴット）より切り出される半
導体ウェハ（シリコン結晶）に対して、４０〔Ｋ〕以下
の低温雰囲気内において、測定したものである。

図において、Ｗは遠赤外吸収スペクトルの波数域１０〜
６０　（ｃｍ−１〕に出現する２　９．３　（ｃｍ−１
〕吸収線の吸収ピークの半値幅であり、Ｈは吸収ピーク
の高さ、Ｘは吸収ピークの波数位置である。

なおＳは二辺上のサンプルの遠赤外吸収スペクトルを重
ね合わせたときの両スペクトル形状から得られる面積強
度である。

これらの測定■をＳ￥析することにより、例えば二辺上
のサンプルの比較等を行いシリコン結晶の析出核欠陥状
Ｂ等を把握し、半導体デバイスプロセスにおけるシリコ
ン結晶中での析出の制御をすることができる。

第２図は本発明者らの実験例に基づく、本発明の実施例
に係る遠赤外吸収スペクトルによるシリコン結晶評価法
の説明図であり、サンプルＡ２゜Ｂ２の２９．３１：＋
・＋ｎ−１〕遠赤外吸収線を解析する方法を示している
。

同１１Ｄ（ａ）は、サンプルＡ２の２９．３　（ｃｍ−
’〕の遠赤外吸収スペクトルであり、縦軸に透過率（単
位は任意目盛であり、サンプルＡｚ、Ｂｚ共通単位）、
横軸に波数（、ｍ−１〕を示している。

また、同図はサンプルＢ２の２９．３　（ｃ＋ｎ−’］
遠赤外吸収スペクトルである。なお、サンプルＡ２、Ｂ
２は一つのシリコン結晶（インゴット）の上部と下部よ
り切り出した熱履歴時間５〜１０時間の差を有し、従来
のＩ　１０６　（ｃｍ−１〕赤外吸収スペクトルにおい
て同一の不純物酸素濃度を示すシリコン結晶である。ま
た、本実験例では、温度条件を絶対温度２５〔Ｋ〕とし
て、波数域２０〜６０［ｃｍ−１〕の遠赤外吸収スペク
トルの７Ｉｌｌ＋定を行った。

図において、 ■サンプルＡｔの吸収ピークの高さＨはサンプルＢ２に
比べて大きい。

■サンプルＢ２の半値幅Ｗ１特に裾の部分についてはサ
ンプルＡ２よりもやや大きい。

ここで例えば■、■の事実からサンプルＡ２に比較して
サンプルＢ２は、無秩序歪の発生の程度が大きい事を示
している。なお、この歪場は熱履歴時間等の差から生ず
る析出核欠陥の存在によるものであり、２９．３　〔ｃ
ｍ１−１〕赤外吸収線について、の比を測定することにより歪場を発生する析出核欠陥の
密度を知ることができる。

これにより半導体デバイスプロセス時の高温熱処理によ
って現れる１〜２桁程度の析出物密度差を２９．３（Ω
−１〕赤外吸収スペクトル形状の差として解析すること
により事前に予測することが可能となる。

さらに■の事実より、従来の１１０６　（ｃ＋ｒ１〕赤
外吸収スペクトルでは同一とされた不純物酸素濃度に対
して実際の不純物酸素濃度は、サンプルＢ２の方がサン
プルＡ２よりも大きいことが明確である。

このようにして、波数域１０〜６０（ｃｌ１〕の遠赤外
吸収スペクトルを測定し、スペクトル解析してシリコン
結晶評価を行っている。

このため、例えば１１０６　（Ｃｍ−１〕赤外吸収スペ
クトルに比べて一定不純物酸素濃度当たりの吸収強度が
３〜４倍程度大きく、かつ半値幅Ｗが１／１００程度で
ある２　９．３　（ｃｒ１〕遠赤外吸収スペクトルの吸
収ピークの波数位置Ｘ、高さＨ１半値幅Ｗ及び面積程度
Ｓ等を解析することにより、熱履歴時間等の異なるシリ
コン結晶の析出核欠陥等の結晶歪や不純物原子近傍での
微視的変化を把握することができる。

これにより、半導体デバイスプロセス着手前に各半導体
ウェハ段階において、析出制御（予測）することが可能
となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、波数２９．３（ｃ
ｍ”）を中心とする遠赤外吸収スペクトルを測定するこ
とにより、半導体デバイスプロセス着手前にシリコン結
晶中の析出核欠陥状態を把握することができる。

これにより、後工程における高熱処理時に現れる転位結
晶欠陥等の析出を制御すること、及び半導体デバイスプ
ロセスにおける生産歩留りの向上を図ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るシリ、コン結晶評価法の
説明図、第２図は本発明の実施例に係る遠赤外吸収スペクトルに
よるシリコン結晶評価法の説明図、第３図は従来例の赤
外吸収測定法に係る説明図、第４図は従来例の問題点を
説明する図である。（符号の説明）Ａ＋　、Ａｍ・・・サンプル（インゴット下部のサンプ
ル）、Ｂｌ、Ｂ２・・・サンプル（インゴット下部のサンプル
）、１・・・溶融シリコン、２・・・シリコン結晶（インゴット）、３ａ、３ｂ・・
・析出核欠陥、４・・・不純物拡散層、５・・・転位結晶欠陥部分、６・・・加熱源、Ｘ・・・吸収ピークの波数位置、Ｈ・・・吸収ピークの高さ、Ｗ・・・吸収ピークの半値幅、Ｓ・・・面積強度。第１図ス牧（ｃｍ１〕（Ｃ）第２図（若２） −■＠ト（ｂン上白ト伽１ｆ１Ｍ市、ｊＳ乙朗する回第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）不純物酸素を１〔ｐｐｍ〕以上含むシリコン結晶
に対して、４０〔Ｋ〕以下の低温かつ、波数域１０〜６
０〔ｃｍ＾−＾１〕の遠赤外吸収（以下透過を含む）ス
ペクトルを測定することを特徴とするシリコン結晶評価
法。
（２）二以上のサンプルの前記遠赤外吸収スペクトルの
吸収ピークの波数位置（Ｘ）、高さ（Ｈ）、半値幅（Ｗ
）及び面積強度（Ｓ）の少なくともいずれか一つを比較
してシリコン結晶中の不純物酸素の析出核を評価するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載するシリコ
ン結晶評価法。
（３）前記遠赤外吸収スペクトルの吸収ピークが２５〜
３５〔ｃｍ＾−＾１〕の波数範囲に現れるものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載するシリコ
ン結晶評価法。