(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象シリコン試料に水素原子を導入すること、
前記水素原子を導入した測定対象シリコン試料を、電子線照射処理を行うことなく、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、
前記評価により得られた評価結果の中で、Ｅｃ−０．１０ｅＶ、Ｅｃ−０．１３ｅＶおよびＥｃ−０．１５ｅＶからなる群から選ばれる少なくとも１つのトラップ準位における評価結果に基づき、検量線を用いて前記測定対象シリコン試料の炭素濃度を求めること、
を含み、
前記求められる炭素濃度は１．０Ｅ＋１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である、シリコン試料の炭素濃度測定方法。
【請求項２】
前記求められる炭素濃度は、１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である請求項１に記載のシリコン試料の炭素濃度測定方法。
【請求項３】
前記測定対象シリコン試料のＦＴ−ＩＲ法により求められる酸素濃度は、１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である請求項１または２に記載のシリコン試料の炭素濃度測定方法。
【請求項４】
前記測定対象シリコン試料の炭素濃度を、Ｅｃ−０．１５ｅＶにおける評価結果に基づき求める、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測定方法。
【請求項５】
前記測定対象シリコン試料への水素原子の導入を、前記測定対象シリコン試料を溶液に浸漬することにより行う請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリコン試料の炭素濃度測定方法。
【請求項６】
前記溶液は、フッ酸である請求項５に記載のシリコン試料の炭素濃度測定方法。
【請求項７】
前記評価法以外の評価法により測定された炭素濃度が既知の複数の検量線作成用シリコン試料に水素原子を導入すること、
前記水素原子を導入した複数の検量線作成用シリコン試料を、前記測定対象シリコン試料と同じ評価法による評価に付し、前記測定対象シリコン試料の炭素濃度を求めるために用いるトラップ準位と同じトラップ準位における評価結果と、前記既知の炭素濃度と、を用いて前記検量線を作成すること、
を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載のシリコン試料の炭素濃度測定方法。
【請求項８】
前記評価法は、ＤＬＴＳ法である請求項７に記載のシリコン試料の炭素濃度測定方法。
【請求項９】
前記検量線作成用シリコン試料のＤＬＴＳ法による評価において該検量線作成用シリコン試料に形成する空乏層の幅Ｗａと、前記測定対象シリコン試料のＤＬＴＳ法による評価において該測定対象シリコン試料に形成する空乏層の幅Ｗｂとが、
下記式２：
（式２）
｜Ｗａ−Ｗｂ｜≦２．０μｍ
を満たす請求項８に記載のシリコン試料の炭素濃度測定方法。
【請求項１０】
チョクラルスキー法により、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１〜９のいずれか１項に記載の方法により測定すること、
測定されたシリコン試料の炭素濃度に基づき、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、チョクラルスキー法により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。
【請求項１１】
前記決定された製造条件下で育成されたシリコン単結晶インゴットの頂部から切り出されるシリコン試料は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法により測定される炭素濃度が１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１２】
前記頂部から切り出されるシリコン試料は、ＦＴ−ＩＲ法により求められる酸素濃度が１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、請求項１０または１１に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１３】
前記決定された製造条件下で育成されたシリコン単結晶インゴットは、頂部から底部の全体にわたって、該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請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法により測定される炭素濃度が１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１４】
前記決定された製造条件下で育成されたシリコン単結晶インゴットは、頂部から底部の全体にわたって、該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ＦＴ−ＩＲにより求められる酸素濃度が１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン試料の炭素濃度測定方法、シリコン単結晶インゴットの製造方法、シリコン単結晶インゴット、およびシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
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常に求められている。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。炭素汚染低減のためには、シリコン試料の炭素濃度を測定し、測定結果に基づき、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条件を、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。
【０００３】
従来、シリコン試料中の炭素濃度の測定方法としては、ＦＴ−ＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）を利用する方法が一般的であった。更に、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）、またはフォトルミネッセンスもしくはカソードルミネッセンスを利用する方法も提案されていた（例えば特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５２９７７号公報
【特許文献２】特開２０１５−１０１５２９号公報
【特許文献３】特開２０１５−２２２８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＴ−ＩＲの検出下限は、一般に１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ台である。ＦＴ−ＩＲを利用する方法（ＦＴ−ＩＲ法）は、シリコン試料中の炭素濃度が比較的高い場合には有効な方法であるものの、炭素汚染レベルが低いシリコン試料の炭素濃度、具体的には１Ｅ＋１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、即ち１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３台またはより低濃度の炭素濃度を高精度に測定するには、感度が不十分である。また、１Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の炭素濃度は、ＦＴ−ＩＲ法では測定自体が困難である。しかし近年、より一層炭素濃度が低減された炭素汚染の少ないシリコンウェーハが求められているため、ＦＴ−ＩＲ法を超える感度でシリコン試料中の微量炭素を定量できることが望ましい。
【０００６】
これに対し、ＳＩＭＳによれば、ＦＴ−ＩＲと比べ、より高感度な分析が可能である。したがって、ＳＩＭＳを利用する方法（ＳＩＭＳ法）によれば、ＦＴ−ＩＲ法と比べて、より低濃度の炭素濃度も測定することができる。少なくとも、ＳＩＭＳ法と同等またはＳＩＭＳ法を超える高感度で、シリコン試料中の炭素を定量できることが、微量炭素定量のために望ましい。
【０００７】
一方、特許文献１〜３に記載されているフォトルミネッセンスまたはカソードルミネッセンスを利用する方法（ルミネッセンス法）は、ＳＩＭＳ法と比べて更に高感度な分析が可能である。しかし、特許文献１〜３に記載のルミネッセンス法では、炭素濃度の測定のためには電子線照射処理が不可欠である。電子線照射処理により置換型炭素（Ｃｓ）を格子間炭素（Ｃｉ）に活性化することによって発生したＣｉ−Ｃｓの濃度を測定することにより、炭素濃度が求められるからである。しかるに、シリコン試料中に酸素が存在すると、発生した格子間炭素（Ｃｉ）の一部は格子間酸素（Ｏｉ）とペアリング（Ｃｉ−Ｏｉ）するため、最終的に発生するＣｉ−Ｃｓの濃度は、酸素濃度に依存する。したがって、定量される炭素濃度が、シリコン試料の酸素濃度の影響を受けてしまう。また、電子線照射は、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や回復処理のための熱処理を要し工程数が増えることにより外乱が生じやすくなる、等の点でも課題がある。したがって、電子線照射処理を要することなく、シリコン試料の微量炭素を定量できることが望ましい。
【０００８】
そこで本発明の目的は、電子線照射処理を要することなく、ＳＩＭＳ法と同等またはＳＩＭＳ法を超える感度でシリコン試料の炭素を定量するための新たな手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために検討を重ねる中で、シリコン試料に水素原子を導入することによって活性化するシリコンのバンドギャップ中の炭素関連準位の密度が、シリコン試料中の炭素濃度と相関性があることを新たに見出した。そして更に鋭意検討を重ねた結果、以下の本発明の一態様にかかるシリコン試料の炭素濃度測定方法により、ＳＩＭＳ法と同等またはＳＩＭＳ法を超える感度で、電子線照射処理を要することなく微量炭素の定量が可能になることを新たに見出した。
本発明は、以上の知見に基づき完成された
【００１０】
本発明の一態様は、
測定対象シリコン試料に水素原子を導入すること、
上記水素原子を導入した測定対象シリコン試料を、電子線照射処理を行うことなく、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、
上記評価により得られた評価結果の中で、Ｅｃ（伝導帯の底のエネルギー）−０．１０ｅＶ、Ｅｃ−０．１３ｅＶおよびＥｃ−０．１５ｅＶからなる群から選ばれる少なくとも１つのトラップ準位における評価結果に基づき、上記測定対象シリコン試料の炭素濃度を求めること、
を含み、上記求められる炭素濃度は１．０Ｅ＋１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である、シリコン試料の炭素濃度測定方法（以下、単に「測定方法」とも記載する。）、
に関する。
【００１１】
一態様では、上記求められる炭素濃度は、１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００１２】
一態様では、上記測定対象シリコン試料のＦＴ−ＩＲ法により求められる酸素濃度は、１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。以下に記載の酸素濃度は、特記しない限りＦＴ−ＩＲ法により求められる値である。
【００１３】
一態様では、上記測定対象シリコン試料の炭素濃度は、Ｅｃ−０．１５ｅＶにおける評価結果に基づき求められる。
【００１４】
一態様では、上記測定対象シリコン試料への水素原子の導入は、上記測定対象シリコン試料を溶液に浸漬することにより行われる。
【００１５】
一態様では、上記溶液は、フッ酸である。
【００１６】
一態様では、上記評価結果に基づき、検量線を用いて上記測定対象シリコン試料の炭素濃度が求められる。
【００１７】
一態様では、上記測定方法は、
上記評価法以外の評価法により測定された炭素濃度が既知の複数の検量線作成用シリコン試料に水素原子を導入すること、
上記水素原子を導入した複数の検量線作成用シリコン試料を、上記測定対象シリコン試料と同じ評価法による評価に付し、上記測定対象シリコン試料の炭素濃度を求めるために用いるトラップ準位と同じトラップ準位における評価結果と、上記既知の炭素濃度と、を用いて上記検量線を作成すること、
を含む。
【００１８】
一態様では、上記評価法は、ＤＬＴＳ法（Deep-Level Transient Spectroscopy）である。
【００１９】
一態様では、上記検量線作成用シリコン試料のＤＬＴＳ法による評価において検量線作成用シリコン試料に形成する空乏層の幅Ｗａと、上記測定対象シリコン試料のＤＬＴＳ法による評価において測定対象シリコン試料に形成する空乏層の幅Ｗｂとが、
下記式２：
（式２）
｜Ｗａ−Ｗｂ｜≦２．０μｍ
を満たす。
【００２０】
本発明の更なる態様は、
チョクラルスキー法により、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、上記測定方法により測定すること、
測定されたシリコン試料の炭素濃度に基づき、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、チョクラルスキー法により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。
【００２１】
本発明および本明細書における「製造条件」には、使用する引き上げ装置、原料ポリシリコンのグレード、育成条件（引き上げ速度、ガス流量等）等が包含される。また、引き上げ装置の変更には、引き上げ装置そのものは同じであっても装置内で部材の設計変更、部材の設置位置の変更等が行われた場合も包含される。一態様では、上記決定された製造条件下で育成されたシリコン単結晶インゴットの頂部から切り出されるシリコン試料は、上記測定方法により測定される炭素濃度が１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００２２】
一態様では、上記頂部から切り出されるシリコン試料は、ＦＴ−ＩＲ法により求められる酸素濃度が１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００２３】
一態様では、上記決定された製造条件下で育成されたシリコン単結晶インゴットは、頂部から底部の全体にわたって、この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上記測定方法により測定される炭素濃度が１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００２４】
一態様では、上記決定された製造条件下で育成されたシリコン単結晶インゴットは、頂部から底部の全体にわたって、この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ＦＴ−ＩＲにより求められる酸素濃度が１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００２５】
本発明の更なる態様は、上記製造方法により得られたシリコン単結晶インゴットに関する。
【００２６】
本発明の更なる態様は、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ウェーハに関する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、電子線照射処理を要することなく、シリコン試料に微量含まれる炭素を、ＳＩＭＳ法と同等またはＳＩＭＳ法を超える高感度で定量することができる。更に、電子線照射処理を要することなく定量可能であるため、シリコン試料の微量炭素を、酸素濃度に依存することなく定量することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例で使用した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】実施例で得られたＤＬＴＳスペクトルの一例（フィッティング処理前およびフィッティング処理後の３つのスペクトル）を示す。
【図３】実施例１においてＥｃ−０．１０ｅＶにおける評価結果（ＤＬＴＳ信号強度から求められたトラップ準位密度）に基づき作成された検量線を示す。
【図４】実施例１においてＥｃ−０．１３ｅＶにおける評価結果（ＤＬＴＳ信号強度から求められたトラップ準位密度）に基づき作成された検量線を示す。
【図５】実施例１においてＥｃ−０．１５ｅＶにおける評価結果（ＤＬＴＳ信号強度から求められたトラップ準位密度）に基づき作成された検量線を示す。
【図６】実施例２において逆方向電圧を固定して求められたＤＬＴＳ信号強度に基づき作成された検量線を示す。
【図７】実施例２において空乏層の幅を同程度とするために逆方向電圧を変化させて求められたＤＬＴＳ信号強度に基づき作成された検量線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［シリコン試料の炭素濃度測定方法］
本発明のシリコン試料の炭素濃度測定方法は、測定対象シリコン試料に水素原子を導入すること、上記水素原子を導入した測定対象シリコン試料を、電子線照射処理を行うことなく、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、上記評価により得られた評価結果の中で、Ｅｃ−０．１０ｅＶ、Ｅｃ−０．１３ｅＶおよびＥｃ−０．１５ｅＶからなる群から選ばれる少なくとも１つのトラップ準位における評価結果に基づき、上記測定対象シリコン試料の炭素濃度を求めること、を含む。上記求められる炭素濃度は１．０Ｅ＋１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である。
以下、上記測定方法について、更に詳細に説明する。
【００３０】
＜測定対象シリコン試料＞
上記測定方法の測定対象となるシリコン試料は、例えば、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である。例えば、シリコン単結晶インゴットからウェーハ状に切り出した試料から一部を更に切り出し、測定に付すことができる。また、測定対象試料は、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）から切り出したシリコン試料であることもできる。また、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ってもよい。シリコン試料は、ｎ型シリコンであってもｐ型シリコンであってもよい。
【００３１】
測定対象シリコン試料の酸素濃度は、例えば、１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上（例えば１．０Ｅ＋１７〜２７．５Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であることができる。ここでいう酸素濃度は、ＦＴ−ＩＲ法により測定される値とする。
例えば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由来するシリコン試料は、通常、酸素を含んでいる。一方、先に記載したように、電子線照射処理を要するルミネッセンス法では、定量される炭素濃度が酸素濃度に依存してしまう。そのため、酸素濃度が高いシリコン試料ほど、炭素濃度の測定精度が低下する傾向がある。
これに対し、上記測定方法では、評価にあたり、電子線照射処理を行わない。したがって、酸素濃度に依存することなく、炭素濃度を測定することができる。そのため、上記測定方法によれば、酸素濃度が比較的高いシリコン試料、例えば酸素濃度が上記範囲であるシリコン試料の炭素濃度も、高精度に測定することができる。
【００３２】
＜シリコン試料への水素原子の導入＞
先に記載したように、本発明者らにより、シリコン試料に水素原子を導入することによって活性化するシリコンのバンドギャップ中の炭素関連準位の密度と、シリコン試料中の炭素濃度との相関性が新たに見出された。水素原子の導入は、ドライ処理（乾式）で行ってもよく、ウェット処理（湿式、即ち溶液の使用）で行ってもよい。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態様も包含されるものとする。
【００３３】
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。ここで使用される溶液は、水素原子を電離した状態（イオン）または塩の状態等のいずれかの状態で含む溶液であれば、酸溶液であっても塩基溶液であってもよい。一例として、酸溶液としては、フッ酸、フッ酸と硝酸との混合溶液（フッ硝酸）、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出来る。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、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、フッ酸による水素原子導入は、測定対象シリコン試料を、１〜２５質量％フッ酸に１〜１０分間浸漬することにより行うことができる。浸漬後、必要に応じて測定対象試料を水洗、乾燥等の後処理に付してもよい。
【００３４】
＜水素原子を導入したシリコン試料の評価＞
シリコン試料に水素原子を導入することにより活性化するシリコンのバンドギャップ中の炭素関連準位はシリコン中の炭素濃度と相関性がある。この点は、本発明者らの鋭意検討の結果、新たに見出された。したがって、水素原子を導入したシリコン試料では、シリコンのバンドギャップ中の炭素関連準位密度を、電子線照射処理を行うことなく、測定することができる。なお本発明および本明細書における「電子線照射処理を行うことなく」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。
【００３５】
上記測定方法では、炭素関連準位として、Ｅｃ−０．１０ｅＶ、Ｅｃ−０．１３ｅＶまたはＥｃ−０．１５ｅＶのトラップ準位を用いる。これらの１つ以上のトラップ準位（炭素関連準位）が水素原子の導入により活性化されることによって、電子線照射処理を行うことなく、上記トラップ準位の密度に基づき炭素濃度を測定することが可能となる。トラップ準位密度の測定は、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ことができる各種評価法によって行うことができる。そのような評価法としては、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法による炭素濃度測定では、電子線照射処理が不可欠であった。これに対し上記測定方法によれば、水素原子の導入により上記１つ以上のトラップ準位が活性化されることによって、電子線照射処理を行うことなく、上記トラップ準位の密度に基づき炭素濃度を測定することが可能となる。各種評価法による測定の手法については、公知技術を何ら制限なく適用できる。
【００３６】
例えばＤＬＴＳ法については、ＤＬＴＳ法のトラップ密度検出下限は一般にキャリア濃度の１０−４〜１０−５程度であることから、１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３台以下の炭素の定量を実現することも可能である。このように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、Ｅｃ−０．１０ｅＶ、Ｅｃ−０．１３ｅＶまたはＥｃ−０．１５ｅＶのトラップ準位の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−０．１０ｅＶのトラップ準位密度は７６Ｋ付近のピーク、Ｅｃ−０．１３ｅＶのトラップ準位密度は８７Ｋ付近のピーク、Ｅｃ−０．１５ｅＶのトラップ準位密度は１０１Ｋ付近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。炭素濃度測定に用いるピークは、上記３つのピークの少なくとも１つであり、２つまたは３つのピークを用いてもよい。通常、ピーク強度が大きいほど炭素濃度が高いと判定することができる。より高精度な炭素濃度測定を行う観点からは、Ｅｃ−０．１３ｅＶおよび／またはＥｃ−０．１５ｅＶにおける評価結果に基づき、測定対象シリコン試料の炭素濃度を求めることが好ましい。例えば、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）が大きいほど炭素濃度が高いと判定することができる。
【００３７】
評価法としていずれの方法を用いる場合にも、検量線を用いて測定対象シリコン試料の炭素濃度を求めることが好ましい。検量線は、評価法により得られる評価結果（例えばＤＬＴＳ法により求められる上記のピーク強度（ＤＬＴＳ信号強度）から求められたトラップ準位密度）と炭素濃度との相関を示すものである。ＤＬＴＳ信号強度からトラップ準位密度を求める関係式は、公知である。より好ましくは、炭素濃度が既知の複数の検量線作成用シリコン試料に水素原子を導入し、上記水素原子を導入した複数の検量線作成用シリコン試料を、測定対象シリコン試料と同じ評価法による評価に付し、測定対象シリコン試料の炭素濃度を求めるために用いるトラップ準位と同じトラップ準位における評価結果と、検量線作成用シリコン試料の既知の炭素濃度とを用いて、検量線を作成することができる。検量線作成用シリコン試料の既知炭素濃度は、測定対象シリコン試料の評価に用いる評価法以外の評価法により測定される。評価法としては、ＳＩＭＳ法、ＦＴ−ＩＲ法、ルミネッセンス法等の公知の評価法を例示でき、ＳＩＭＳ法が好ましい。
【００３８】
検量線作成用シリコン試料は、先に測定対象シリコン試料について例示したような各種シリコン試料を用いることができる。炭素濃度測定の測定精度を更に向上する観点からは、検量線作成用シリコン試料は、測定対象シリコン試料と同じシリコン試料から切り出されたシリコン試料であるか、または測定対象シリコン試料と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。
【００３９】
ところで、ＤＬＴＳ法では、評価対象のシリコン試料上に形成した半導体接合（ショットキー接合またはｐｎ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０Ｖ近辺の弱電圧を交互、周期的に印加する。ここで印加する逆方向電圧の大きさにより、形成される空乏層の幅（測定深さ）は変化する。空乏層の幅をＷとすると、Ｗは、下記式により算出することができる。式中、ＮＤは、ドーパント濃度を示すため、Ｗはドーパント濃度に反比例する。したがって、検量線作成用シリコン試料と測定対象試料のドーパント濃度（即ち抵抗値）が異なる場合、ＤＬＴＳ法による測定において同じ値の逆方向電圧Ｖを印加すると、検量線作成用シリコン試料と測定対象試料とにおいて、形成される空乏層の幅Ｗは変わることになる。より高精度な炭素濃度測定を行う観点からは、検量線作成用シリコン試料に形成する空乏層の幅Ｗａと測定対象試料に形成する空乏層の幅Ｗｂとが同程度であることが好ましい。例えば、ＷａとＷｂとの差分の絶対値は、２．０μｍ以下であることが好ましい。即ち、ＷａとＷｂとが、下記式２を満たすことが好ましい。
（式２）
｜Ｗａ−Ｗｂ｜≦２．０μｍ
両試料に形成される空乏層の幅を同程度とするためには、各試料のドーパント濃度および下記式により算出されるＷに基づき、印加する逆方向電圧を設定すればよい。
【００４０】
【数１】
0006528710.tif 000002
【００４１】
こうして作成した検量線を用いて、測定対象シリコン試料について上記評価法により求められた評価結果から、測定対象シリコン試料の炭素濃度を求めることができる。測定対象シリコン試料について、上記測定方法によって測定される炭素濃度は、１．０Ｅ＋１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である。上記測定方法によれば、このようなＦＴ−ＩＲ法では高精度測定が困難な濃度範囲の量で炭素を含むシリコン試料の炭素濃度を測定することができる。更には、上記測定方法によれば、ＦＴ−ＩＲ法では測定困難な範囲の炭素濃度の測定も可能である。この点から、測定対象試料の上記測定方法によって測定される炭素濃度は、１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。更には、上記測定方法によれば、シリコン試料の１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３台の炭素濃度の測定も可能であり、更に低濃度、例えば１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３台以下の炭素の定量を実現することも可能である。したがって、測定対象シリコン試料の炭素濃度は、上記測定方法により測定される値として、例えば１．０Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることができ、または１．０Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることもできる。
【００４２】
［シリコン単結晶インゴットの製造方法、シリコン単結晶インゴット、シリコンウェーハ］
本発明の一態様は、
チョクラルスキー法により、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、上記の本発明の一態様にかかる測定方法により測定すること、
測定されたシリコン試料の炭素濃度に基づき、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、チョクラルスキー法により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。
【００４３】
本発明の一態様にかかるシリコン単結晶インゴットの製造方法において、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によるシリコン単結晶インゴットの育成については、ＣＺ法に関する公知技術を適用できる。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高精度に測定し、測定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測定する方法として、上記の本発明の一態様にかかる測定方法は好適である。
【００４４】
シリコン単結晶インゴットにおいては、育成時の引き上げ方向側の先端部を頂部、他方の先端部を底部と呼ぶと、通常、底部に向かうほど炭素濃度が高くなる傾向（偏析性）がある。したがって、底部から切り出されたシリコン試料がＦＴ−ＩＲ法により高精度測定が可能な濃度で炭素を含んでいたとしても、頂部から切り出されたシリコン試料は炭素濃度が底部より低いため、ＦＴ−ＩＲ法では高精度測定が困難であるか、または測定そのものが困難な場合がある。しかるに、頂部から底部の全体にわたって炭素濃度が低く制御されたシリコン単結晶インゴットを製造するためには、より炭素濃度の低い頂部の炭素濃度を高精度測定し、測定された炭素濃度に基づき、シリコン単結晶インゴットの製造条件を、炭素濃度を低減するように決定することが好ましい。なお頂部とは、単結晶のシード部分から直胴部に入るまでの領域、また底部とは、シリコン単結晶インゴットの直胴部から結晶径を円錐形に絞り込むまでの領域をいうものとする。以上の点に関し、上記の本発明の一態様にかかる測定方法は、ＦＴ−ＩＲ法では高精度測定が困難な濃度範囲の炭素濃度を高精度に測定することができるため、頂部から切り出されたシリコン試料の微量炭素を定量する方法として好適である。頂部から切り出されたシリコン試料の炭素濃度は、上記測定方法により測定される炭素濃度として、１．０Ｅ＋１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることができ、１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。また、頂部から切り出されたシリコン試料の炭素濃度は、上記測定方法により測定される炭素濃度として、例えば１．０Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることができ、１．０Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることもできる。
【００４５】
また、先に記載したように、ＣＺ法により育成されるシリコン単結晶インゴットには、通常、酸素が含まれる。先に記載したように、ルミネッセンス法では、電子線照射処理を要するため、測定される炭素濃度がシリコン試料の酸素濃度の影響を受けてしまう。これに対し、上記の本発明の一態様にかかる測定方法は、電子線照射処理を行うことなく炭素濃度を測定することができるため、酸素濃度に依存することなく炭素濃度を測定することができる。そのため、上記測定方法によれば、酸素濃度が比較的高いシリコン試料、例えば酸素濃度が１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上（例えば１．０Ｅ＋１７〜２７．５Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）のシリコン試料の炭素濃度も、高精度に測定することができる。したがって、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出されて測定に付されるシリコン試料、例えば底部から切り出されたシリコン試料の酸素濃度が上記範囲であったとしても、上記測定方法によれば、炭素濃度を高精度に測定することができる。
【００４６】
ＣＺ法により育成された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は、シリコン単結晶インゴットのいずれの部分（底部、頂部、または底部と頂部との間の中間領域）から切り出されたものでもよい。好ましくは、より炭素濃度が低い傾向がある頂部から切り出されたシリコン試料であることが好ましい。頂部から切り出されたシリコン試料の炭素濃度に基づき、必要に応じて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、頂部から底部の全体にわたって炭素汚染が低減された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、例えば下記手段の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。
【００４７】
こうして決定された製造条件の下で製造されるシリコン単結晶インゴットは、頂部から底部の全体にわたって、上記の本発明の一態様にかかる測定方法により測定される炭素濃度が１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることができ、１．０Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることもでき、または１．０Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることもできる。また、こうして製造されるシリコン単結晶インゴットは、頂部から底部の全体にわたって、酸素濃度が１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上（例えば１．０Ｅ＋１７〜２７．５Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であることもできる。
【００４８】
本発明の更なる態様によれば、上記製造方法により得られたシリコン単結晶インゴットも提供される。上記シリコン単結晶インゴットは、頂部から底部の全体にわたって、この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上記の本発明の一態様にかかる測定方法により測定される炭素濃度が１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることができ、１．０Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることもでき、または１．０Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることもできる。また、その酸素濃度は、頂部から底部の全体にわたって、例えば、１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上（例えば１．０Ｅ＋１７〜２７．５Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であることもできる。
【００４９】
本発明の更なる態様によれば、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ウェーハも提供される。かかるシリコンウェーハは、上記の本発明の一態様にかかる測定方法により測定される炭素濃度が１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることができ、１．０Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることもでき、または１．０Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることもできる。また、その酸素濃度は、例えば１．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上（例えば１．０Ｅ＋１７〜２７．５Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であることができる。
【００５０】
こうして本発明の一態様によれば、ＦＴ−ＩＲ法では測定困難な濃度の炭素を含むシリコン単結晶インゴットおよびシリコンウェーハの提供が可能になる。
【実施例】
【００５１】
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態様に限定されるものではない。
【００５２】
［実施例１］
１．ＣＺ法によるシリコン単結晶インゴットの育成
図１に示す構成のシリコン単結晶引き上げ装置を用いて、原料ポリシリコンのグレード、引き上げ装置および育成条件からなる群から選ばれる１つ以上の製造条件を変更することにより、炭素濃度の異なるシリコン単結晶インゴットを複数育成した。
以下、図１に示すシリコン単結晶引き上げ装置の詳細を説明する。
図１に示すシリコン単結晶引き上げ装置１０は、チャンバー１１と、チャンバー１１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１２と、支持回転軸１２の上端部に固定されたグラファイトサセプタ１３と、グラファイトサセプタ１３内に収容された石英るつぼ１４と、グラファイトサセプタ１３の周囲に設けられたヒーター１５と、支持回転軸１２を昇降および回転させるための支持軸駆動機構１６と、種結晶を保持するシードチャック１７と、シードチャック１７を吊設する引き上げワイヤー１８と、引き上げワイヤー１８を巻き取るためのワイヤー巻き取り機構１９と、ヒーター１５および石英るつぼ１４からの輻射熱によるシリコン単結晶インゴット２０の加熱を防止すると共にシリコン融液２１の温度変動を抑制するための熱遮蔽部材２２と、各部を制御する制御装置２３とを備えている。
チャンバー１１の上部には、Ａｒガスをチャンバー１１内に導入するためのガス導入口２４が設けられている。Ａｒガスはガス管２５を介してガス導入口２４からチャンバー１１内に導入され、その導入量はコンダクタンスバルブ２６により制御される。
チャンバー１１の底部には、チャンバー１１内のＡｒガスを排気するためのガス排出口２７が設けられている。密閉したチャンバー１１内のＡｒガスはガス排出口２７から排ガス管２８を経由して外へと排出される。排ガス管２８の途中にはコンダクタンスバルブ２９および真空ポンプ３０が設置されており、真空ポンプ３０でチャンバー１１内のＡｒガスを吸引しながらコンダクタンスバルブ２９でその流量を制御することでチャンバー１１内の減圧状態が保たれている。
さらに、チャンバー１１の外側にはシリコン融液２１に磁場を印加するための磁場供給装置３１が設けられている。磁場供給装置３１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。
【００５３】
２．シリコン試料の切り出し
上記１．で育成した各シリコン単結晶インゴットを切断して、インゴットの頂部からウェーハ形状サンプルを切り出した。同じサンプルから、ＤＬＴＳ測定用シリコン試料とＳＩＭＳ測定用シリコン試料を得た。各シリコン試料のＦＴ−ＩＲ法により求められた酸素濃度は、２．０Ｅ＋１７〜１２．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲であった。シリコン単結晶インゴットは、ｎ型シリコン（抵抗値：１０〜１００Ω・ｃｍ）であった。
【００５４】
３．ＤＬＴＳ法による測定
上記の各シリコン単結晶インゴットから切り出したＤＬＴＳ測定用シリコン試料に、以下の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を順次実施することにより、各シリコン試料の一方の面にショットキー接合を形成し、他方の面にオーミック層（Ｇａ層）を形成した。下記（Ａ）の処理（ウェット処理）により、ＤＬＴＳ測定用シリコン試料に水素原子が導入される。
（Ａ）５質量％フッ酸に５分間浸漬した後、１０分間水洗
（Ｂ）真空蒸着によるショットキー電極（Ａｕ電極）形成
（Ｃ）ガリウム擦込みによる裏面オーミック層形成
【００５５】
上記（Ａ）〜（Ｃ）の処理を施したシリコン試料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パルス電圧を交互、周期的に印加した。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。測定にあたりＤＬＴＳ測定用シリコン試料への電子線照射処理は行われていない。
得られたＤＬＴＳスペクトルを、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）し、Ｅｃ−０．１０ｅＶのトラップ準位（ピーク位置：温度７６Ｋ）、Ｅｃ−０．１３ｅＶのトラップ準位（ピーク位置：温度８７Ｋ）、およびＥｃ−０．１５ｅＶのトラップ準位（ピーク位置：温度１０１Ｋ）のＤＬＴＳスペクトルに分離した。以下において、Ｅｃ−０．１０ｅＶのトラップ準位のＤＬＴＳスペクトルをＥ１  Ｆｉｔ．、Ｅｃ−０．１３ｅＶのトラップ準位のＤＬＴＳスペクトルをＥ２  Ｆｉｔ．、Ｅｃ−０．１５ｅＶのトラップ準位のＤＬＴＳスペクトルをＥ３  Ｆｉｔ．と呼ぶ。
一例として、得られたＤＬＴＳスペクトルの１つを、図２に示す。図２には、フィッティング処理前のＤＬＴＳスペクトル、フィッティング処理により得られたＥ１  Ｆｉｔ．、Ｅ２  Ｆｉｔ．、およびＥ３  Ｆｉｔ．の各ＤＬＴＳスペクトルが示されている。図中、縦軸の単位は任意単位（ａ．ｕ．）である。
【００５６】
３．ＳＩＭＳによる測定
上記の各シリコン単結晶インゴットから切り出したＳＩＭＳ測定用シリコン試料の炭素濃度を、ＳＩＭＳ測定（ラスター変化法による炭素濃度測定）を行い求めた。
【００５７】
４．検量線の作成
上記３．のＳＩＭＳ測定により求めた炭素濃度と、ＳＩＭＳ測定用シリコン試料と同じサンプルから得たＤＬＴＳ測定用シリコン試料について求められた各ＤＬＴＳスペクトル（フィッティング処理後）のピーク位置でのＤＬＴＳ信号強度から求めたトラップ準位密度とを用いて、検量線を作成した。具体的には、Ｅ１  Ｆｉｔ．のＤＬＴＳスペクトルにおけるピーク位置（温度７６Ｋ）でのＤＬＴＳ信号強度から求めたトラップ準位密度を縦軸に取り、ＳＩＭＳ測定により求められた炭素濃度を横軸に取り、図３に示す検量線を作成した。図４に示す検量線は、Ｅ２  Ｆｉｔ．のＤＬＴＳスペクトルにおけるピーク位置（温度８７Ｋ）でのＤＬＴＳ信号強度から求めたトラップ準位密度を縦軸に取り、ＳＩＭＳ測定により求められた炭素濃度を横軸に取り、作成した。図５に示す検量線は、Ｅ３  Ｆｉｔ． のＤＬＴＳスペクトルにおけるピーク位置（温度１０１Ｋ）におけるＤＬＴＳ信号強度から求めたトラップ準位密度を縦軸に取り、ＳＩＭＳ測定により求められた炭素濃度を横軸に取り、作成した。
【００５８】
Ｅ１  Ｆｉｔ．のＤＬＴＳスペクトルにおけるピーク位置（温度７６Ｋ）でのＤＬＴＳ信号強度から、Ｅｃ−０．１０ｅＶのトラップ準位密度Ｎｔが求められる。
Ｅ２  Ｆｉｔ．のＤＬＴＳスペクトルにおけるピーク位置（温度８７Ｋ）でのＤＬＴＳ信号強度から、Ｅｃ−０．１３ｅＶのトラップ準位密度Ｎｔが求められる。
Ｅ３  Ｆｉｔ． のＤＬＴＳスペクトルにおけるピーク位置（温度１０１Ｋ）におけるＤＬＴＳ信号強度から、Ｅｃ−０．１５ｅＶのトラップ準位密度Ｎｔが求められる。
図３〜５に示すように、３つの検量線がすべて正の傾きを示したことから、ＤＬＴＳ信号強度から求められた各トラップ準位のトラップ準位密度と炭素濃度との間には正の相関があることが確認できる。したがって、図３〜図５に示されている検量線を用いることにより、１．０Ｅ＋１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の炭素濃度を測定可能であり、ＦＴ−ＩＲ法では測定困難な１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の炭素濃度測定も可能である。更には、図３〜図５に示されている相関式を用いることにより、より低濃度の炭素濃度も測定することができる。
中でも、図５に示すＥｃ−０．１５ｅＶのトラップ準位について求められた検量線は、相関係数の二乗Ｒ２が０．８以上の強い相関を示したことから、かかる検量線を用いることにより、炭素濃度をより高精度に測定可能となることも確認された。
また、各トラップ準位の中で、Ｅｃ−０．１３ｅＶのＤＬＴＳスペクトルはピーク形状がよりシャープであるため、より微量の炭素の定量に適する。
【００５９】
［実施例２］
実施例１と同様に、炭素濃度の異なるシリコン単結晶インゴットから切り出したシリコン試料を用いて、ＤＬＴＳ測定およびＳＩＭＳ測定を行った。ＤＬＴＳ測定にあたり、逆方向電圧を−２Ｖで固定して得られたＤＬＴＳスペクトルを用いて、Ｅ３Ｆｉｔ．のＤＬＴＳスペクトルにおけるピーク位置（温度１０１Ｋ）におけるＤＬＴＳ信号強度から求めたトラップ準位密度Ｎｔを縦軸に取り、ＳＩＭＳ測定により求められた炭素濃度を横軸に取り作成された検量線を、図６に示す。
一方、図７に示す検量線は、シリコン試料毎に、空乏層の幅（表面からの深さ）が３．０〜４．５μｍの範囲（即ち｜Ｗａ−Ｗｂ｜≦１．５μｍ）となるように、式１を用いてシリコン試料のドーパント濃度に応じて逆方向電圧を変化させて得られたＤＬＴＳスペクトルを用いて、Ｅ３Ｆｉｔ．のＤＬＴＳスペクトルにおけるピーク位置（温度１０１Ｋ）におけるＤＬＴＳ信号強度から求めたトラップ準位密度Ｎｔを縦軸に取り、ＳＩＭＳ測定により求められた炭素濃度を横軸に取り作成された検量線である。各シリコン試料に印加する逆方向電圧は、各シリコン試料のドーパント濃度に応じて、空乏層の幅Ｗが３．０〜４．５μｍの範囲となるように先に示した式１を用いて算出された逆方向電圧とした。
図６に示す検量線と図７に示す検量線とを対比すると、図７に示す検量線の相関係数の二乗が、より１に近い値であったことから、空乏層の幅を同程度とするように印加する逆方向電圧を決定することによって、より高精度の炭素濃度測定を可能とする検量線を作成できることが確認できる。更に高精度測定を行うためには、測定対象シリコン試料のＤＬＴＳ測定においても、空乏層の幅が、検量線作成のためのＤＬＴＳ測定における空乏層の幅と同程度となるように逆方向電圧を決定することが好ましい。
【００６０】
実施例１、実施例２のように作成された検量線を用いることにより、測定対象シリコン試料に水素原子を導入した後に電子線照射処理なしで測定されるＤＬＴＳスペクトルを用いて、微量炭素濃度を高精度に測定することができる。
【００６１】
［実施例３］
実施例２で評価したシリコン単結晶インゴットの中で、図７に示す検量線から求められた炭素濃度が１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３超であったシリコン単結晶インゴットの製造条件を、炭素混入量が低減するように原料ポリシリコンのグレードを変える等して変更し、変更後の製造条件下でシリコン単結晶インゴットを育成した。育成されたインゴットの頂部、底部、および頂部と底部との中間領域から、それぞれシリコン試料を切り出し、実施例１と同様にＤＬＴＳ測定を行った。測定にあたっては、空乏層の幅が３．０〜４．５μｍの範囲となるように、式１を用いてシリコン試料のドーパント濃度に応じて逆方向電圧を変化させた。Ｅ３Ｆｉｔ．のＤＬＴＳスペクトルにおけるピーク位置（温度１０１Ｋ）におけるＤＬＴＳ信号強度に基づき、図７に示す検量線を用いて、育成されたインゴットの頂部、底部、および頂部と底部との中間領域から切り出したシリコン試料の炭素濃度を求めたところ、いずれも１．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、製造条件を変更したことにより、炭素混入が抑制され、より低炭素濃度のシリコン単結晶インゴットが得られたことが確認された。これらシリコン試料のＦＴ−ＩＲ法により測定された酸素濃度は、２．０Ｅ＋１７〜１２．０Ｅ＋１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であった。
【００６２】
以上の実施例では、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としてＤＬＴＳ法を用いたが、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各種評価法を用いることにより、水素原子を導入した後のシリコン試料について得られるＥｃ−０．１０ｅＶ、Ｅｃ−０．１３ｅＶおよびＥｃ−０．１５ｅＶからなる群から選ばれる少なくとも１つのトラップ準位における評価結果に基づき、電子線照射処理を行うことなく、炭素濃度測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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