(57)【要約】【課題】  浮遊帯溶融法を経て製造されたシリコン単結晶基板中に含まれる窒素の濃度を、簡便に速く評価する方法を提供することを目的とする。【解決手段】  窒素濃度の異なる複数の試験用シリコン単結晶基板に所定の熱処理を施す工程と、前記試験用シリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定する工程と、前記測定されたＬＴに基づいて、ＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度の相関関係を求める工程と、評価対象のシリコン単結晶基板に対し、上記と同等の熱処理を施す工程と、前記評価対象のシリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定して、該評価対象のシリコン単結晶基板のＬＴ又は１／ＬＴの値を得る工程と、前記得たＬＴ又は１／ＬＴの値と、前記相関関係に基づいて、前記評価対象のシリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価する工程とを含む、浮遊帯溶融法を経て製造されたシリコン単結晶基板中の窒素濃度評価方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊帯溶融法により育成されたシリコン単結晶から作製されたシリコン単結晶基板に含まれる窒素濃度を評価する方法であって、
予め、窒素濃度の異なる複数の試験用シリコン単結晶基板を準備して、該複数の試験用シリコン単結晶基板に所定の熱処理を施す第１の工程と、
前記熱処理を施した前記複数の試験用シリコン単結晶基板において、それぞれキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定する第２の工程と、
前記測定された前記複数の試験用シリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴに基づいて、前記シリコン単結晶基板におけるキャリアの再結合ライフタイムＬＴ又は該再結合ライフタイムの逆数である１／ＬＴと窒素濃度の相関関係を求める第３の工程と、
前記窒素濃度を評価する評価対象のシリコン単結晶基板に対し、前記第１の工程で施した前記複数の試験用シリコン単結晶基板に対する熱処理と同等の熱処理を施す第４の工程と、
前記評価対象のシリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定して、該評価対象のシリコン単結晶基板のＬＴ又は１／ＬＴの値を得る第５の工程と、
前記得たＬＴ又は１／ＬＴの値と、前記相関関係に基づいて、前記評価対象のシリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価する第６の工程と
を含むことを特徴とするシリコン単結晶基板中の窒素濃度評価方法。
【請求項２】
前記第１の工程において、前記準備する複数の試験用シリコン単結晶基板として、該複数の試験用シリコン単結晶基板を作製するためのシリコン単結晶の育成時にガスドープ法によりドーパントがドープされたシリコン単結晶基板を準備し、前記複数の試験用シリコン単結晶基板に対して行う熱処理として、熱処理温度が７００℃以上９００℃以下で、熱処理時間が５分以上２４０分以下の熱処理を施すことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶基板中の窒素濃度評価方法。
【請求項３】
前記第１の工程において、前記準備する複数の試験用シリコン単結晶基板として、該複数の試験用シリコン単結晶基板を作製するためのシリコン単結晶の育成後に中性子照射ドープ法によりドーパントがドープされたシリコン単結晶基板を準備し、前記複数の試験用シリコン単結晶基板に対して行う熱処理として、熱処理温度が７００℃以上８００℃以下で、熱処理時間が５分以上６０分以下の熱処理を施すことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶基板中の窒素濃度評価方法。
【請求項４】
前記第２の工程及び第５の工程において、前記キャリアの再結合ライフタイムを測定する方法としてマイクロ波光導電減衰法を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶基板中の窒素濃度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶基板中の窒素濃度評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体デバイス用の基板として、浮遊帯溶融法（ＦＺ法）により育成されたシリコン単結晶から作製されたシリコン単結晶基板が広く用いられている。ＦＺ法により育成されたシリコン単結晶は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により育成されたシリコン単結晶に比べて、結晶育成軸方向における抵抗率の均一性が優れており、また、酸素をほとんど含んでいないために、デバイスプロセスにおいて抵抗率変化の要因となる酸素関連ドナーが発生しないという利点がある。
【０００３】
ＦＺ法により育成されたシリコン単結晶（以下、「ＦＺシリコン単結晶」とも称する）の抵抗率を制御するためにドーパントをドープする方法として、結晶育成時の雰囲気ガスからドーパントをドープするガスドープ法（ＧＤ法）と、シリコン単結晶育成後に中性子を照射して、核変換反応（３０Ｓｉ（ｎ，γ）→３１Ｓｉ→３１Ｐ＋β）によりリンをドープする中性子照射ドープ法（ＮＴＤ法）がある（非特許文献１）。ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板は、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に比べて抵抗率の面内均一性が優れていることから、抵抗率の要求規格が厳しいパワーデバイス用の基板として用いられている。
【０００４】
また、ＦＺシリコン単結晶では、結晶育成時の炉内での放電防止、結晶育成時に導入される結晶欠陥の低減、ウェーハ強度の向上のために、結晶育成時に窒素が添加される場合が多い（特許文献１）。育成された単結晶に導入される窒素の濃度は、結晶育成時の雰囲気ガスの調整により制御される。
【０００５】
シリコン結晶中の窒素濃度測定法として、赤外吸収法、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、及び荷電粒子放射化分析法が挙げられる（非特許文献２）。
【０００６】
赤外吸収法では、シリコン結晶に赤外線を透過させて、格子間窒素対（ＮＮ）や、格子間窒素対と格子間酸素の複合体（ＮＮＯ、ＮＮＯＯ）による局在振動吸収ピークの強度から窒素濃度を測定する。酸素をほとんど含まないＦＺシリコン単結晶の場合は、窒素はほとんどすべてＮＮになっているため、ＮＮによる吸収ピーク（７６６ｃｍ−１又は９６３ｃｍ−１）の強度を用いる。
【０００７】
ＳＩＭＳでは、真空中で試料表面に一次イオンを照射し、試料から放出された二次イオンを質量分析することにより、試料中に含まれる元素の種類と濃度を測定する。シリコン結晶中の窒素濃度測定の場合には、一次イオンにＣｓ＋、二次イオンにＳｉＮ−が用いられる。
【０００８】
荷電粒子放射化分析法では、試料に荷電粒子を照射し、核反応によって生成される放射性核種の種類と生成量を測定することで、試料中に含まれる元素の種類と濃度を測定する。シリコン結晶中の窒素濃度を測定する場合は、例えば、１４Ｎ（ｐ，α）１１Ｃの反応が利用される。
【０００９】
一方、シリコン単結晶基板中の金属汚染や結晶欠陥の評価方法の一つとして、キャリアの再結合ライフタイムを測定する方法が用いられることがある。非特許文献３では、ＦＺシリコンウェーハに４５０〜７００℃の熱処理を施すと、キャリアの再結合ライフタイムが低下することが報告されている。キャリアの再結合ライフタイムが低下する原因は、空孔が関連した欠陥であろうと推測されている。また、窒素がほとんど含まれていない場合と窒素が含まれている場合とでは、キャリアの再結合ライフタイムの熱処理温度依存性が異なることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１７−１２２０３３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】伊藤辰夫、戸田真人：シリコンの中性子照射ドーピング、放射線と産業、Ｎｏ．６４．ｐ．１９（１９９４）
【非特許文献２】ＪＥＩＴＡ  ＥＭ−３５１２「シリコン結晶中の窒素濃度測定法」
【非特許文献３】Ｎ．Ｅ．Ｇｒａｎｔ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ．  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  Ａ．  ｄｏｉ：１０．１００２／ｐｓｓａ．２０１６００３６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した従来技術の赤外吸収法では、窒素を含まない参照試料を必要とし、また、窒素濃度を高感度で測定するには、厚く且つ厚み均一性の高い試料を準備する必要があるという問題があった。また、吸収スペクトルを測定する際の積算時間を長くする必要があり、測定時間が長くなるという問題があった。
【００１３】
また、ＳＩＭＳの場合は、近年の技術進展により測定感度が高くなってきているが、高価な分析装置と高度な専門的分析技術を必要とするという問題があった。さらに、窒素濃度を高感度で測定するには、環境からの外乱因子を低減するために真空引きに長時間を要するなど、測定時間が長くなるという問題があった。
【００１４】
また、荷電粒子放射化分析法の場合は、窒素の存在状態によらず全ての窒素を測定できるという利点があるが、特殊な装置が必要となることや感度が低いことなどから、評価手法として一般的に用いることは難しいという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ＦＺ法により育成されたシリコン単結晶から作製されたシリコン単結晶基板に含まれる窒素の濃度を、簡便に速く評価する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、浮遊帯溶融法により育成されたシリコン単結晶から作製されたシリコン単結晶基板に含まれる窒素濃度を評価する方法であって、予め、窒素濃度の異なる複数の試験用シリコン単結晶基板を準備して、該複数の試験用シリコン単結晶基板に所定の熱処理を施す第１の工程と、前記熱処理を施した前記複数の試験用シリコン単結晶基板において、それぞれキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定する第２の工程と、前記測定された前記複数の試験用シリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴに基づいて、前記シリコン単結晶基板におけるキャリアの再結合ライフタイムＬＴ又は該再結合ライフタイムの逆数である１／ＬＴと窒素濃度の相関関係を求める第３の工程と、前記窒素濃度を評価する評価対象のシリコン単結晶基板に対し、前記第１の工程で施した前記複数の試験用シリコン単結晶基板に対する熱処理と同等の熱処理を施す第４の工程と、前記評価対象のシリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定して、該評価対象のシリコン単結晶基板のＬＴ又は１／ＬＴの値を得る第５の工程と、前記得たＬＴ又は１／ＬＴの値と、前記相関関係に基づいて、前記評価対象のシリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価する第６の工程とを含むことを特徴とするシリコン単結晶基板中の窒素濃度評価方法を提供する。
【００１７】
シリコン単結晶基板に熱処理を施すと、シリコン単結晶基板に含まれる窒素が、電気的に活性な複合体（以下、窒素関連複合体と呼ぶことがある）を形成し、キャリアの再結合に影響を及ぼすようにすることができる。このことから、熱処理後にキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定し、ＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度との相関関係を求めることにより、シリコン単結晶基板中の窒素濃度を簡便に評価することができる。
【００１８】
このとき、前記第１の工程において、前記準備する複数の試験用シリコン単結晶基板として、該複数の試験用シリコン単結晶基板を作製するためのシリコン単結晶の育成時にガスドープ法によりドーパントがドープされたシリコン単結晶基板を準備し、前記複数の試験用シリコン単結晶基板に対して行う熱処理として、熱処理温度が７００℃以上９００℃以下で、熱処理時間が５分以上２４０分以下の熱処理を施すことが好ましい。
【００１９】
このように、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板（ＦＺシリコン単結晶の育成時にガスドープ法によりドーパントがドープされたシリコン単結晶基板）の場合は、熱処理温度が７００℃以上９００℃以下で、熱処理時間が５分以上２４０分以下の熱処理を施すことで、シリコン単結晶基板に含まれる窒素が、窒素関連複合体を形成し、キャリアの再結合に影響を及ぼすようにすることができるので、窒素濃度を簡便に速く評価することができる。熱処理温度を７００℃以上にすることで、窒素関連複合体を短時間で形成することができ、９００℃以下とすることで、窒素関連複合体が短時間で消滅することを防止できる。また、熱処理時間を５分以上にすることで、窒素関連複合体の密度が少なくなることを防止でき、２４０分以下にすることで、窒素関連複合体の密度が熱処理により減少することを防止できる。
【００２０】
また、前記第１の工程において、前記準備する複数の試験用シリコン単結晶基板として、該複数の試験用シリコン単結晶基板を作製するためのシリコン単結晶の育成後に中性子照射ドープ法によりドーパントがドープされたシリコン単結晶基板を準備し、前記複数の試験用シリコン単結晶基板に対して行う熱処理として、熱処理温度が７００℃以上８００℃以下で、熱処理時間が５分以上６０分以下の熱処理を施すことが好ましい。
【００２１】
このように、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板（ＦＺシリコン単結晶の育成後に中性子照射ドープ法によりドーパントがドープされたシリコン単結晶基板）の場合は、熱処理温度が７００℃以上８００℃以下で、熱処理時間が５分以上６０分以下の熱処理を施すことで、シリコン単結晶基板に含まれる窒素が、窒素関連複合体を形成し、キャリアの再結合に影響を及ぼすようにすることができるので、窒素濃度を簡便に速く評価することができる。熱処理温度を７００℃以上にすることで、窒素関連複合体を短時間で形成することができ、８００℃以下とすることで、窒素関連複合体が短時間で消滅することを防止できる。また、熱処理時間を５分以上にすることで、窒素関連複合体の密度が少なくなることを防止でき、６０分以下にすることで、窒素関連複合体の密度が熱処理により減少することを防止できる。
【００２２】
また、前記第２の工程及び第５の工程において、前記キャリアの再結合ライフタイムを測定する方法としてマイクロ波光導電減衰法（μ−ＰＣＤ法）を用いることが好ましい。
【００２３】
このように、μ−ＰＣＤ法を用いることにより、キャリアの再結合ライフタイムを簡便に速く測定することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法によれば、シリコン単結晶基板に熱処理を施した後、キャリアの再結合ライフタイムを測定することにより窒素濃度を評価するので、高価な分析装置や専門的分析技術を必要としたり、測定に時間をかける必要がある従来技術に比べて、簡便に速く窒素濃度を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法のフローを示す図である。
【図２】実験例１において測定したキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）と窒素濃度との関係を示す図である。熱処理時間は２０分で、熱処理温度は、（ａ）が７００℃、（ｂ）が７５０℃、（ｃ）が８００℃、（ｄ）が８５０℃、（ｅ）が９００℃である。
【図３】実験例１において測定したキャリアの再結合ライフタイムの逆数（１／ＬＴ）と窒素濃度との関係を示す図である。熱処理時間は２０分で、熱処理温度は、（ａ）が７００℃、（ｂ）が７５０℃、（ｃ）が８００℃、（ｄ）が８５０℃、（ｅ）が９００℃である。
【図４】実験例１において測定したキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）と窒素濃度との関係を示す図である。熱処理温度は８００℃で、熱処理時間は（ａ）が５分、（ｂ）が２０分、（ｃ）が６０分、（ｄ）が１２０分、（ｅ）が２４０分である。
【図５】実験例１において測定したキャリアの再結合ライフタイムの逆数（１／ＬＴ）と窒素濃度との関係を示す図である。熱処理温度は８００℃で、熱処理時間は、（ａ）が５分、（ｂ）が２０分、（ｃ）が６０分、（ｄ）が１２０分、（ｅ）が２４０分である。
【図６】実験例２において測定したキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）と窒素濃度との関係を示す図である。熱処理時間は２０分で、熱処理温度は、（ａ）が７００℃、（ｂ）が７５０℃、（ｃ）が８００℃、（ｄ）が８５０℃、（ｅ）が９００℃である。
【図７】実験例２において測定したキャリアの再結合ライフタイムの逆数（１／ＬＴ）と窒素濃度との関係を示す図である。熱処理時間は２０分で、熱処理温度は、（ａ）が７００℃、（ｂ）が７５０℃、（ｃ）が８００℃、（ｄ）が８５０℃、（ｅ）が９００℃である。
【図８】実験例２において測定したキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）と窒素濃度との関係を示す図である。熱処理温度は８００℃で、熱処理時間は（ａ）が５分、（ｂ）が２０分、（ｃ）が６０分、（ｄ）が１２０分、（ｅ）が２４０分である。
【図９】実験例２において測定したキャリアの再結合ライフタイムの逆数（１／ＬＴ）と窒素濃度との関係を示す図である。熱処理温度は８００℃で、熱処理時間は、（ａ）が５分、（ｂ）が２０分、（ｃ）が６０分、（ｄ）が１２０分、（ｅ）が２４０分である。
【図１０】比較例１における、ＳＩＭＳにより測定した窒素濃度と赤外吸収法により測定した窒素濃度との関係を示す図である。
【図１１】比較例２における、ＳＩＭＳにより測定した窒素濃度と赤外吸収法により測定した窒素濃度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
前述したように、従来技術では、高価な分析装置や専門的分析技術を必要としたり、測定に時間をかける必要があるという問題があった。
【００２８】
そこで、本発明者は、ＦＺシリコン単結晶基板において、より簡便に速く窒素濃度を評価できる方法に関して、鋭意検討を重ねたところ、シリコン単結晶基板に熱処理を施した後、キャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定した場合、ＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度との間には強い相関関係があることを見出し、本発明のシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法を完成させた。
【００２９】
すなわち、本発明は、浮遊帯溶融法（ＦＺ法）により育成されたシリコン単結晶から作製されたシリコン単結晶基板（ＦＺシリコン単結晶基板）に含まれる窒素濃度を評価する方法であって、予め、窒素濃度の異なる複数の試験用シリコン単結晶基板を準備して、該複数の試験用シリコン単結晶基板に所定の熱処理を施す第１の工程と、前記熱処理を施した前記複数の試験用シリコン単結晶基板において、それぞれキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定する第２の工程と、前記測定された前記複数の試験用シリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴに基づいて、前記シリコン単結晶基板におけるキャリアの再結合ライフタイムＬＴ又は該再結合ライフタイムの逆数である１／ＬＴと窒素濃度の相関関係を求める第３の工程と、前記窒素濃度を評価する評価対象のシリコン単結晶基板に対し、前記第１の工程で施した前記複数の試験用シリコン単結晶基板に対する熱処理と同等の熱処理を施す第４の工程と、前記評価対象のシリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定して、該評価対象のシリコン単結晶基板のＬＴ又は１／ＬＴの値を得る第５の工程と、前記得たＬＴ又は１／ＬＴの値と、前記相関関係に基づいて、前記評価対象のシリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価する第６の工程とを含むことを特徴とするシリコン単結晶基板中の窒素濃度評価方法である。
【００３０】
以下、図１を参照しながら、本発明のシリコン単結晶中の窒素濃度評価方法をより具体的に説明する。
【００３１】
まず、図１の予め、窒素濃度の異なる複数の試験用シリコン単結晶基板を準備して、該複数の試験用シリコン単結晶基板に所定の熱処理を施す（図１のＳ１、第１の工程）。複数の窒素濃度の異なる試験用シリコン単結晶基板は、予め複数の窒素濃度の異なる試験用のＦＺ法により育成されたシリコン単結晶からシリコン単結晶基板を作製して準備することができる。また、このとき、評価対象となる、ＦＺ法により育成されたシリコン単結晶から作製されたシリコン単結晶基板を準備することができる。これらのシリコン基板を準備する方法は、本発明において特に限定されない。例えば、該当のシリコン単結晶からウェーハを切断し、切断ダメージを取り除くために化学的エッチング処理を行うことにより準備できる。次に、準備した複数の試験用シリコン単結晶基板に所定の熱処理を施す。
【００３２】
このとき、準備されたシリコン単結晶基板がＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板（シリコン単結晶の育成時にガスドープ法によりドーパントがドープされたシリコン単結晶基板）の場合は、熱処理温度は７００℃以上９００℃以下とし、熱処理時間は５分以上２４０分以下とすることが望ましい。熱処理の雰囲気は特に限定されない。例えば、酸素、窒素、アルゴン、又はそれらの混合ガスなどとすることができる。
【００３３】
このように、シリコン単結晶基板に熱処理を施すことにより、シリコン単結晶基板に含まれる窒素が、電気的に活性な複合体を形成し、キャリアの再結合に影響を及ぼすようにすることができる。そのため、後述のように、熱処理後にキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定し、ＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度との相関関係を求めることにより、シリコン単結晶中の窒素濃度を簡便に評価することができる。
【００３４】
またこのとき、準備されたシリコン単結晶基板がＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板（シリコン単結晶の育成後に中性子照射ドープ法によりドーパントがドープされたシリコン単結晶基板）の場合は、熱処理温度は７００℃以上８００℃以下とし、熱処理時間は５分以上６０分以下とすることが望ましい。熱処理の雰囲気は特に限定されない。例えば、酸素、窒素、アルゴン、又はそれらの混合ガスなどとすることができる。
【００３５】
このように、シリコン単結晶基板に熱処理を施すことにより、シリコン単結晶基板に含まれる窒素が、電気的に活性な複合体を形成し、キャリアの再結合に影響を及ぼすようにすることができる。そのため、後述のように、熱処理後にキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定し、ＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度との相関関係を求めることにより、シリコン単結晶中の窒素濃度を簡便に評価することができる。
【００３６】
次に、熱処理を施した複数の試験用シリコン単結晶基板において、それぞれキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定する（第２の工程、図１のＳ２）。
【００３７】
キャリアの再結合ライフタイムは、シリコン単結晶基板に生成された再結合中心の他に、シリコン単結晶基板の表面における表面再結合の影響も受ける。キャリアの再結合ライフタイムの測定において、シリコン単結晶基板の表面再結合が問題になる場合は、表面再結合を抑制する処理を行う。この表面再結合を抑制する処理として、熱酸化処理（酸化膜パシベーション）や電解溶液処理（ケミカルパシベーション）が一般的に用いられている。
【００３８】
本発明では、第１の工程における熱処理の他に熱処理を施すことは避けることが好ましい。従って、酸化膜パシベーションを用いる場合は、第１の工程における熱処理の雰囲気を酸素、又は酸素を含む混合ガスとすることができる。ケミカルパシベーションを用いる場合は、パシベーション効果の経時変化の影響を避けるため、キャリアの再結合ライフタイムを測定する直前に、第１の工程において形成された表面酸化膜などを除去した後、ケミカルパシベーションを行うことが好ましい。
【００３９】
キャリアの再結合ライフタイムの測定には、マイクロ波光導電減衰法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｄｅｃａｙ  ｍｅｔｈｏｄ：μ−ＰＣＤ法）を用いることができる。μ−ＰＣＤ法における測定条件は、一般的に用いられている条件で良く、例えば、文献「ＪＥＩＤＡ−５３−１９９７“シリコンウェーハの反射マイクロ波光導電減衰法による再結合ライフタイム測定方法”」に記載された条件等により測定することができる。測定装置は市販されているものを用いることができる。このように、μ−ＰＣＤ法を用いることにより、キャリアの再結合ライフタイムを極めて簡便に速く測定することができる。
【００４０】
次に、上記第２の工程で測定された複数の試験用シリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴに基づいて、シリコン単結晶基板におけるキャリアの再結合ライフタイムＬＴ又は該再結合ライフタイムの逆数である１／ＬＴと窒素濃度の相関関係を求める（第３の工程、図１のＳ３）。熱処理後のＬＴはシリコン単結晶基板の窒素濃度に依存し、窒素濃度が高いほど、ＬＴは低くなり、１／ＬＴは高くなることから、熱処理後のＬＴ又は１／ＬＴを求めることで窒素濃度を評価することができる。
【００４１】
次に、上記の予め求めた相関関係を用いて評価用シリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価する。具体的には、以下の第４〜第６の工程により窒素濃度の評価を行う。
【００４２】
窒素濃度を評価する評価対象のシリコン単結晶基板に対し、第１の工程で施した複数の試験用シリコン単結晶基板に対する熱処理と同等の熱処理を施す（第４の工程、図１のＳ４）。この熱処理は、試験用シリコン単結晶基板に対する熱処理と別途行うこともできるが、同時に行うこともできる。
【００４３】
次に、評価対象のシリコン単結晶基板のキャリアの再結合ライフタイムＬＴを測定して、該評価対象のシリコン単結晶基板のＬＴ又は１／ＬＴの値を得る（第５の工程、図１のＳ５）。さらに、このようにして得たＬＴ又は１／ＬＴの値と、上記第３の工程で求めた相関関係に基づいて、評価対象のシリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価する（第６の工程、図１のＳ６）。
【００４４】
このように、評価したいシリコン単結晶基板に熱処理を施した後、キャリアの再結合ライフタイムを測定し、上記で予め求めたＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度との相関関係を用いることにより、シリコン単結晶基板に含まれる窒素濃度を簡便に速く評価することができる。
【００４５】
本発明の方法のように、シリコン単結晶基板に熱処理を施すと、シリコン単結晶基板に含まれる窒素が、電気的に活性な複合体を形成し、キャリアの再結合に影響を及ぼすようにすることができる。このことから、熱処理後にキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定し、ＬＴあるいは１／ＬＴと窒素濃度との相関関係を求めることにより、シリコン単結晶中の窒素濃度を簡便に評価することができる。
【００４６】
キャリアの再結合中心として働く欠陥が１種類と仮定した場合、ＬＴは再結合中心密度の逆数に比例することから、１／ＬＴは再結合中心の相対密度となる。このことから、キャリアの再結合中心に窒素が関与している場合は、ＬＴ、１／ＬＴともに窒素濃度と相関が得られることになる。従って、窒素濃度との相関関係を得る際は、ＬＴと１／ＬＴのどちらを用いても良い。窒素濃度の変化に対するＬＴおよび１／ＬＴの絶対値の変化は、窒素濃度が低い場合にはＬＴの方が大きくなり、窒素濃度が高い場合には１／ＬＴの方が大きくなる。
【００４７】
上記のように、ＦＺシリコン単結晶基板に熱処理を施した場合、ＬＴがシリコン単結晶基板の窒素濃度に依存し、窒素濃度が高いほど、ＬＴが低くなり、１／ＬＴが高くなる理由は、以下のように考えられる。
【００４８】
シリコン単結晶育成工程において、シリコン単結晶中に真性点欠陥（空孔と格子間シリコン）が生成されるが、標準的なＦＺシリコン単結晶の育成条件において窒素を添加すると、空孔が優勢になる。結晶育成中の冷却過程において、窒素と空孔が反応して窒素と空孔の複合体が形成され、冷却後は、窒素関連複合体の形成に寄与できなかった窒素と空孔が残留する。シリコン単結晶育成後に熱処理を施すと、結晶育成中の冷却過程で形成された窒素関連複合体に加えて、残留していた窒素と空孔が反応して窒素関連複合体が形成される。この窒素関連複合体はキャリアの再結合中心として働き、窒素濃度が高いほど窒素関連複合体の密度が高くなるため、窒素濃度が高いほど、１／ＬＴ（再結合中心の相対密度）が高くなり、ＬＴが低くなる。
【００４９】
シリコン単結晶基板に施す熱処理の温度が低いと、窒素関連複合体の形成に時間を要するようになる。一方、シリコン単結晶基板に施す熱処理の温度が高いと、窒素関連複合体は短時間で形成されるが、それと同時に窒素と空孔がシリコン単結晶基板から外方拡散するため、ある熱処理時間を境に、窒素関連複合体の密度が増加から減少に転じるようになる。このことから、最適な熱処理温度と熱処理時間が存在することになる。
【００５０】
ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板とＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板とで、窒素関連複合体の形成に有効な熱処理温度と熱処理時間の範囲が異なる理由は明らかではないが、中性子照射により導入されるダメージの影響や、後述する比較例で示すように、同じ窒素濃度の場合でも格子間窒素対の密度が異なることが原因の可能性がある。
【００５１】
本発明において、上述のようなシリコン単結晶基板中の窒素濃度評価方法を用いる理由は、以下のような実験により得られた知見による。
【００５２】
［実験例］
（実験例１）
ガスドープ法によりリンをドープしたＦＺシリコン単結晶基板で、異なる窒素濃度を有する複数のＦＺシリコン単結晶基板を用意した。複数のＦＺシリコン単結晶基板のドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度、窒素濃度、直径、結晶面方位は、以下の通りである。
【００５３】
ドーパント濃度：６．３×１０１３〜７．８×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、
酸素濃度：＜０．１ｐｐｍａ（シリコン原料が多結晶シリコン）、０．１〜０．４ｐｐｍａ（シリコン原料がチョクラルスキー法（ＣＺ法）で育成した単結晶シリコン）、
炭素濃度：０．０１〜０．０３ｐｐｍａ、
窒素濃度：４×１０１４〜３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、
直径：２００ｍｍ、
結晶面方位：（１００）。
【００５４】
酸素濃度は赤外吸収法により測定し（ＪＥＩＤＡにより規定された換算係数を用いた）、炭素濃度及び窒素濃度は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した。リン濃度は、四探針法により測定した抵抗率から、アービンカーブを用いて求めた。
【００５５】
酸素濃度が０．１ｐｐｍａ未満のシリコン単結晶基板は、通常の多結晶シリコンインゴットを原料として、ＦＺ法により育成されたシリコン単結晶から製造されたものである（純Ｐｏｌｙ−ＦＺと呼ぶ）。また、酸素濃度が０．１〜０．４ｐｐｍａのシリコン単結晶基板は、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットを原料として、ＦＺ法により育成されたシリコン単結晶から製造されたものである（ＣＺ−ＦＺと呼ぶ）。このとき、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットを原料とすると、原料に含まれる酸素濃度の違いにより、酸素濃度が０．１〜０．４ｐｐｍａの範囲でばらつきが生じる。
【００５６】
次に、用意したシリコン単結晶基板に熱処理を施した。このとき、熱処理時間を２０分とし、熱処理温度を７００〜９００℃の範囲で振った。またこのとき、熱処理温度を８００℃とし、熱処理時間を５〜２４０分の範囲で振った。すべての熱処理条件において、熱処理雰囲気は酸素とした。
【００５７】
次に、熱処理を施したシリコン単結晶基板の表面酸化膜をフッ酸水溶液により除去した後、ヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した。その後、μ−ＰＣＤ法によりキャリアの再結合ライフタイムを測定した。このとき、直径２００ｍｍのウェーハの面内において、外周から約１０ｍｍまでの領域を除き、約４ｍｍ間隔で約１６００点測定して、その平均値をＬＴの値とした。また、測定したＬＴから１／ＬＴを求めた。
【００５８】
次に、ＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度との相関を調べた。ＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度との関係を図２〜図５に示す。各図中の印の違いはシリコン原料の違いを示しており、○が純Ｐｏｌｙ−ＦＺの場合、△がＣＺ−ＦＺの場合である。
【００５９】
図２は、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に異なる温度の熱処理を施した場合のＬＴと窒素濃度との関係を示している。熱処理時間は２０分で、熱処理温度は、（ａ）が７００℃、（ｂ）が７５０℃、（ｃ）が８００℃、（ｄ）が８５０℃、（ｅ）が９００℃である。
いずれの熱処理温度の場合も、窒素濃度が低いほどＬＴが高くなっている。図２（ｄ）および図２（ｅ）において、窒素濃度が１．５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の場合にＬＴの変化が小さく見えるのは、縦軸スケールの取り方によるものである。また、純Ｐｏｌｙ−ＦＺ（○）とＣＺ−ＦＺ（△）に差がほとんどないことから、ＬＴと窒素濃度との相関は酸素濃度に依存しないことがわかる。このことから、熱処理後のＬＴを測定することにより、窒素濃度を評価できることがわかる。
【００６０】
図３は、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に異なる温度の熱処理を施した場合の１／ＬＴと窒素濃度との関係を示している。熱処理時間は２０分で、熱処理温度は、（ａ）が７００℃、（ｂ）が７５０℃、（ｃ）が８００℃、（ｄ）が８５０℃、（ｅ）が９００℃である。
【００６１】
いずれの熱処理温度の場合も、窒素濃度が低いほど１／ＬＴが低くなっている。図３（ｄ）および図３（ｅ）において、窒素濃度が１．２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の場合に１／ＬＴの変化が小さく見えるのは、縦軸スケールの取り方によるものである。また、純Ｐｏｌｙ−ＦＺ（○）とＣＺ−ＦＺ（△）に差がほとんどないことから、１／ＬＴと窒素濃度との相関は酸素濃度に依存しないことがわかる。このことから、熱処理後のキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定し、１／ＬＴを求めることにより、窒素濃度を評価できることがわかる。
【００６２】
図４は、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に異なる時間の熱処理を施した場合のＬＴと窒素濃度との関係を示している。熱処理温度は８００℃で、熱処理時間は、（ａ）が５分、（ｂ）が２０分、（ｃ）が６０分、（ｄ）が１２０分、（ｅ）が２４０分である。
【００６３】
いずれの熱処理時間の場合も、窒素濃度が低いほどＬＴが高くなっている。図４（ｃ）、図４（ｄ）および図４（ｅ）において、窒素濃度が１．２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の場合にＬＴの変化が小さく見えるのは、縦軸スケールの取り方によるものである。また、純Ｐｏｌｙ−ＦＺ（○）とＣＺ−ＦＺ（△）に差がほとんどないことから、ＬＴと窒素濃度との相関は酸素濃度に依存しないことがわかる。このことから、熱処理後のキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定することにより、窒素濃度を評価できることがわかる。
【００６４】
図５は、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に異なる時間の熱処理を施した場合の１／ＬＴと窒素濃度との関係を示している。熱処理温度は８００℃で、熱処理時間は、（ａ）が５分、（ｂ）が２０分、（ｃ）が６０分、（ｄ）が１２０分、（ｅ）が２４０分である。
【００６５】
いずれの熱処理時間の場合も、窒素濃度が低いほど１／ＬＴが低くなっている。図５（ｃ）、図５（ｄ）および図５（ｅ）において、窒素濃度が７×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の場合に１／ＬＴの変化が小さく見えるのは、縦軸スケールの取り方によるものである。また、純Ｐｏｌｙ−ＦＺ（○）とＣＺ−ＦＺ（△）との差はほとんどないことから、１／ＬＴと窒素濃度との相関は酸素濃度に依存しないことがわかる。このことから、熱処理後のキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定し、１／ＬＴを求めることにより、窒素濃度を評価できることがわかる。
【００６６】
このように、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に、熱処理温度が７００℃以上９００℃以下で、熱処理時間が５分以上２４０分以下の熱処理を施した後、キャリアの再結合ライフタイムを測定することにより、シリコン単結晶基板中の窒素濃度を簡便に速く評価できることがわかる。
【００６７】
（実験例２）
中性子照射ドープ法によりリンをドープしたＦＺシリコン単結晶基板で、異なる窒素濃度を有する複数のＦＺシリコン単結晶基板を用意した。複数のＦＺシリコン単結晶基板のドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度、窒素濃度、直径、結晶面方位は、以下の通りである。
【００６８】
ドーパント濃度：６．０×１０１３〜８．７×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、
酸素濃度：＜０．１ｐｐｍａ（シリコン原料が多結晶シリコン）、０．１〜０．４ｐｐｍａ（シリコン原料がチョクラルスキー法（ＣＺ法）で育成した単結晶シリコン）、
炭素濃度：０．０１〜０．１０ｐｐｍａ、
窒素濃度：４×１０１４〜３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、
直径：２００ｍｍ、
結晶面方位：（１００）。
【００６９】
酸素濃度は赤外吸収法により測定し（ＪＥＩＤＡにより規定された換算係数を用いた）、炭素濃度及び窒素濃度は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した。リン濃度は、四探針法により測定した抵抗率から、アービンカーブを用いて求めた。
【００７０】
酸素濃度が０．１ｐｐｍａ未満のシリコン単結晶基板は、通常の多結晶シリコンインゴットを原料として、ＦＺ法により育成されたシリコン単結晶から製造されたものである。また、酸素濃度が０．１〜０．４ｐｐｍａのシリコン単結晶基板は、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットを原料として、ＦＺ法により育成されたシリコン単結晶から製造されたものである。このとき、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットを原料とすると、原料に含まれる酸素濃度の違いにより、酸素濃度が０．１〜０．４ｐｐｍａの範囲でばらつきが生じる。
【００７１】
次に、用意したシリコン単結晶基板に熱処理を施した。このとき、熱処理時間を２０分とし、熱処理温度を７００〜９００℃の範囲で振った。またこのとき、熱処理温度を８００℃とし、熱処理時間を５〜２４０分の範囲で振った。すべての熱処理条件において、熱処理雰囲気は酸素とした。
【００７２】
次に、熱処理を施したシリコン単結晶基板の表面酸化膜をフッ酸水溶液により除去した後、ヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した。その後、μ−ＰＣＤ法によりキャリアの再結合ライフタイムを測定した。このとき、直径２００ｍｍのウェーハの面内において、外周から約１０ｍｍまでの領域を除き、約４ｍｍ間隔で約１６００点測定して、その平均値をＬＴの値とした。また、測定したＬＴから１／ＬＴを求めた。
【００７３】
次に、ＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度との相関を調べた。ＬＴ又は１／ＬＴと窒素濃度との関係を図６〜図９に示す。各図中の印の違いはシリコン原料の違いを示しており、○が純Ｐｏｌｙ−ＦＺの場合、△がＣＺ−ＦＺの場合である。
【００７４】
図６は、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に異なる温度の熱処理を施した場合のＬＴと窒素濃度との関係を示している。熱処理時間は２０分で、熱処理温度は、（ａ）が７００℃、（ｂ）が７５０℃、（ｃ）が８００℃、（ｄ）が８５０℃、（ｅ）が９００℃である。
【００７５】
熱処理温度が８５０℃及び９００℃の場合には、ＬＴと窒素濃度との間に相関が見られないが、熱処理温度が７００〜８００℃の場合には、窒素濃度が低いほどＬＴが高くなっている。また、純Ｐｏｌｙ−ＦＺ（○）とＣＺ−ＦＺ（△）に差がほとんどないことから、ＬＴと窒素濃度との相関は酸素濃度に依存しないことがわかる。このことから、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板の場合は、７００〜８００℃の熱処理後のキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定することにより、窒素濃度を評価できることがわかる。
【００７６】
図７は、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に異なる温度の熱処理を施した場合の１／ＬＴと窒素濃度との関係を示している。熱処理時間は２０分で、熱処理温度は、（ａ）が７００℃、（ｂ）が７５０℃、（ｃ）が８００℃、（ｄ）が８５０℃、（ｅ）が９００℃である。
【００７７】
熱処理温度が８５０℃及び９００℃の場合には、１／ＬＴと窒素濃度との間に相関が見られないが、熱処理温度が７００〜８００℃の場合には、窒素濃度が低いほど１／ＬＴが低くなっている。また、純Ｐｏｌｙ−ＦＺ（○）とＣＺ−ＦＺ（△）に差がほとんどないことから、１／ＬＴと窒素濃度との相関は酸素濃度に依存しないことがわかる。このことから、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板の場合は、７００〜８００℃の熱処理後のキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定し、１／ＬＴを求めることにより、窒素濃度を評価できることがわかる。
【００７８】
図８は、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に異なる時間の熱処理を施した場合のＬＴと窒素濃度との関係を示している。熱処理温度は８００℃で、熱処理時間は、（ａ）が５分、（ｂ）が２０分、（ｃ）が６０分、（ｄ）が１２０分、（ｅ）が２４０分である。
【００７９】
熱処理時間が１２０分及び２４０分の場合には、ＬＴと窒素濃度との間に相関が見られないが、熱処理時間が５分以上６０分以下の場合には、窒素濃度が低いほどＬＴが高くなっている。また、純Ｐｏｌｙ−ＦＺ（○）とＣＺ−ＦＺ（△）に差がほとんどないことから、ＬＴと窒素濃度との相関は酸素濃度に依存しないことがわかる。このことから、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板の場合は、５分以上６０分以下の熱処理後のキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定することにより、窒素濃度を評価できることがわかる。
【００８０】
図９は、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に異なる時間の熱処理を施した場合の１／ＬＴと窒素濃度との関係を示している。熱処理温度は８００℃で、熱処理時間は、（ａ）が５分、（ｂ）が２０分、（ｃ）が６０分、（ｄ）が１２０分、（ｅ）が２４０分である。
【００８１】
熱処理時間が１２０分及び２４０分の場合には、１／ＬＴと窒素濃度との間に相関が見られないが、熱処理時間が５分以上６０分以下の場合に、窒素濃度が低いほど１／ＬＴが低くなっている。また、純Ｐｏｌｙ−ＦＺ（○）とＣＺ−ＦＺ（△）との差はほとんどないことから、１／ＬＴと窒素濃度との相関は酸素濃度に依存しないことがわかる。このことから、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板の場合は、５分以上６０分以下の熱処理後のキャリアの再結合ライフタイム（ＬＴ）を測定し、１／ＬＴを求めることにより、窒素濃度を評価できることがわかる。
【００８２】
このように、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に、熱処理温度が７００℃以上８００℃以下で、熱処理時間が５分以上６０分以下の熱処理を施した後、キャリアの再結合ライフタイムを測定することにより、シリコン単結晶基板中の窒素濃度を簡便に速く評価できることがわかる。
【００８３】
以上のように、シリコン単結晶基板に熱処理を施した後、キャリアの再結合ライフタイムを測定することにより、シリコン単結晶基板に含まれる窒素濃度を簡便に速く評価できることがわかる。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００８５】
（実施例１）
図１に示すような、本発明の窒素濃度評価方法でシリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価した。
【００８６】
まず、窒素濃度が異なる複数の試験用シリコン単結晶基板に熱処理を施した（図１のＳ１）。複数の試験用シリコン単結晶基板は、ガスドープ法によりリンをドープしたＦＺシリコン単結晶基板であり、ドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度、窒素濃度、直径、結晶面方位は、実験例１と同様である。このとき、熱処理の温度は８００℃、時間は２０分、雰囲気は酸素とした。
【００８７】
次に、熱処理を施した試験用シリコン単結晶基板の表面酸化膜をフッ酸水溶液により除去した後、ヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した。その後、μ−ＰＣＤ法によりキャリアの再結合ライフタイムを測定した（図１のＳ２）。このとき、直径２００ｍｍのウェーハの面内において、外周から約１０ｍｍまでの領域を除き、約４ｍｍ間隔で約１６００点測定して、その平均値をＬＴの値とした。また、測定したＬＴから１／ＬＴを求めた。
【００８８】
次に、ＬＴ及び１／ＬＴと窒素濃度との相関関係を取得した（図１のＳ３）。その結果、図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示した相関関係を得た。
【００８９】
次に、ガスドープ法によりリンをドープしたＦＺシリコン単結晶基板で、窒素濃度が未知の評価用シリコン単結晶基板に熱処理を施した（図１のＳ４）。評価用シリコン単結晶基板のドーパント濃度は６．３×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素濃度は０．２ｐｐｍａ、炭素濃度は０．０１ｐｐｍａ、直径は２００ｍｍ、結晶面方位は（１００）である。このとき、熱処理の温度は８００℃、時間は２０分、雰囲気は酸素とした。
【００９０】
次に、熱処理を施した評価用シリコン単結晶基板の表面酸化膜をフッ酸水溶液により除去した後、ヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した。その後、μ−ＰＣＤ法によりキャリアの再結合ライフタイムを測定した。このとき、直径２００ｍｍのウェーハの面内において、外周から約１０ｍｍまでの領域を除き、約４ｍｍ間隔で約１６００点測定して、その平均値をＬＴの値とした。また、測定したＬＴから１／ＬＴを求めた（図１のＳ５）。その結果、ＬＴは６６．７μｓｅｃとなり、１／ＬＴは０．０１５μｓｅｃ−１となった。
【００９１】
次に、図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示した相関関係に基づいて、評価用シリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価した（図１のＳ６）。その結果、評価用シリコン単結晶基板中の窒素濃度は約１．６×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と求まった。
【００９２】
次に、前述の評価用シリコン単結晶基板を作製したシリコン単結晶インゴットの隣接する位置から、別のシリコン単結晶基板を作製し、そのシリコン単結晶基板の窒素濃度をＳＩＭＳにより測定した。その結果、窒素濃度は１．５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となり、本発明により評価した窒素濃度とほぼ同じであった。
【００９３】
このように、実施例１では、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に熱処理を施した後、キャリアの再結合ライフタイムを測定することにより、シリコン単結晶基板中の窒素濃度を簡便に速く評価できることが確認できた。
【００９４】
（実施例２）
図１に示すような、本発明の窒素濃度評価方法でシリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価した。
【００９５】
まず、窒素濃度が異なる複数の試験用シリコン単結晶基板に熱処理を施した（図１のＳ１）。複数の試験用シリコン単結晶基板は、中性子照射ドープ法によりリンをドープしたＦＺシリコン単結晶基板であり、ドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度、窒素濃度、直径、結晶面方位は、実験例２と同様である。このとき、熱処理の温度は８００℃、時間は２０分、雰囲気は酸素とした。
【００９６】
次に、熱処理を施した試験用シリコン単結晶基板の表面酸化膜をフッ酸水溶液により除去した後、ヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した。その後、μ−ＰＣＤ法によりキャリアの再結合ライフタイムを測定した（図１のＳ２）。このとき、直径２００ｍｍのウェーハの面内において、外周から約１０ｍｍまでの領域を除き、約４ｍｍ間隔で約１６００点測定して、その平均値をＬＴの値とした。また、測定したＬＴから１／ＬＴを求めた。
【００９７】
次に、ＬＴ及び１／ＬＴと窒素濃度との相関関係を取得した（図１のＳ３）。その結果、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示した相関関係を得た。
【００９８】
次に、中性子照射ドープ法によりリンをドープしたＦＺシリコン単結晶基板で、窒素濃度が未知の評価用シリコン単結晶基板に熱処理を施した（図１のＳ４）。評価用シリコン単結晶基板のドーパント濃度は６．５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素濃度は０．１ｐｐｍａ未満、炭素濃度は０．０３ｐｐｍａ、直径は２００ｍｍ、結晶面方位は（１００）である。このとき、熱処理の温度は８００℃、時間は２０分、雰囲気は酸素とした。
【００９９】
次に、熱処理を施した評価用シリコン単結晶基板の表面酸化膜をフッ酸水溶液により除去した後、ヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した。その後、μ−ＰＣＤ法によりキャリアの再結合ライフタイムを測定した。このとき、直径２００ｍｍウェーハの面内において、外周から約１０ｍｍまでの領域を除き、約４ｍｍ間隔で約１６００点測定して、その平均値をＬＴの値とした。また、測定したＬＴから１／ＬＴを求めた（図１のＳ５）。その結果、ＬＴは３３３．３μｓｅｃとなり、１／ＬＴは０．００３μｓｅｃ−１となった。
【０１００】
次に、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示した相関関係に基づいて、評価用シリコン単結晶基板中の窒素濃度を評価した（図１のＳ６）。その結果、評価用シリコン単結晶基板中の窒素濃度は約１．４×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と求まった。
【０１０１】
次に、前述の評価用シリコン単結晶基板を作製したシリコン単結晶インゴットの隣接する位置から、別のシリコン単結晶基板を作製し、そのシリコン単結晶基板の窒素濃度をＳＩＭＳにより測定した。その結果、窒素濃度は１．３×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となり、本発明により評価した窒素濃度とほぼ同じであった。
【０１０２】
このように、実施例２では、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶基板に熱処理を施した後、キャリアの再結合ライフタイムを測定することにより、シリコン単結晶基板中の窒素濃度を簡便に速く評価できることが確認できた。
【０１０３】
（比較例１）
実施例１と同じ水準のＧＤ−ＦＺシリコン単結晶インゴットから、２ｍｍ厚の両面鏡面試料を用意した（評価試料）。また、窒素を添加していないＣＺシリコン単結晶インゴットから、２ｍｍ厚の両面鏡面試料を用意した（参照試料）。次に、用意した参照試料と評価試料を用いて、評価試料の窒素濃度を赤外吸収法により測定した。赤外吸収法による窒素濃度の測定方法は、ＪＥＩＴＡ  ＥＭ−３５１２に記載されている方法に従った。
【０１０４】
図１０は、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶における、ＳＩＭＳにより測定した窒素濃度と赤外吸収法により測定した窒素濃度との関係を示している。図中の印の違いはシリコン原料の違いを示しており、○が純Ｐｏｌｙ−ＦＺの場合、△がＣＺ−ＦＺの場合である。
【０１０５】
ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶の場合、赤外吸収法により測定した窒素濃度は、ＳＩＭＳにより測定した窒素濃度とほぼ一致していることがわかる。しかしながら、評価試料とは別に参照試料を準備する必要があり、また、２ｍｍ厚の両面鏡面試料の準備のために手間とコストがかかり、さらに、測定に長時間を要した。
【０１０６】
（比較例２）
実施例２と同じ水準のＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶インゴットから、２ｍｍ厚の両面鏡面試料を用意した（評価試料）。また、窒素を添加していないＣＺシリコン単結晶インゴットから、２ｍｍ厚の両面鏡面試料を用意した（参照試料）。次に、用意した参照試料と評価試料を用いて、評価試料の窒素濃度を赤外吸収法により測定した。赤外吸収法による窒素濃度の測定方法は、ＪＥＩＴＡ  ＥＭ−３５１２に記載されている方法に従った。
【０１０７】
図１１は、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶における、ＳＩＭＳにより測定した窒素濃度と赤外吸収法により測定した窒素濃度との関係を示している。図中の印の違いはシリコン原料の違いを示しており、○が純Ｐｏｌｙ−ＦＺの場合、△がＣＺ−ＦＺの場合である。
【０１０８】
赤外吸収法により測定した窒素濃度とＳＩＭＳにより測定した窒素濃度との間には正の相関が見られたが、赤外吸収法により測定した窒素濃度の方が低くなった。
【０１０９】
赤外吸収法では、ＦＺシリコン単結晶中の格子間窒素対（ＮＮ）による吸収ピーク強度から窒素濃度を求めているので、ＮＴＤ−ＦＺシリコン結晶の場合に窒素濃度が低く見積もられたのは、同じ窒素濃度のＧＤ−ＦＺシリコン単結晶の場合と比べて、格子間窒素対の密度が低くなっているためである。ＮＴＤ−ＦＺシリコン結晶の場合に格子間窒素対の密度が低くなるのは、結晶育成中に形成された格子間窒素対が中性子照射により分解したためと考えられる。
【０１１０】
このことから、ＮＴＤ−ＦＺシリコン単結晶の場合は、ＧＤ−ＦＺシリコン単結晶の場合と同様な試料準備や測定時間の問題の他に、赤外吸収法による標準的な条件では窒素濃度を正確に測定できないという問題があった。
【０１１１】
このように、従来技術では試料の準備に手間とコストがかかったり、測定に長時間を要するのに対して、本発明では、簡便な方法により熱処理後のキャリアの再結合ライフタイムを測定できるので、簡便に速く窒素濃度を評価できる。
【０１１２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図１】
2020092169.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020092169.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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