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炭素濃度測定方法及び炭素濃度測定装置 UPDATE

国内特許コード P200016587
掲載日 2020年2月14日
出願番号 特願2018-003897
公開番号 特開2018-125524
出願日 平成30年1月14日(2018.1.14)
公開日 平成30年8月9日(2018.8.9)
優先権データ
  • 特願2017-013609 (2017.1.27) JP
発明者
  • 田島 道夫
  • 小椋 厚志
出願人
  • 学校法人明治大学
発明の名称 炭素濃度測定方法及び炭素濃度測定装置 UPDATE
発明の概要 【課題】 従来技術よりも高温の領域で測定することにより、短時間かつ高精度にシリコン結晶中の炭素濃度を測定することを可能とする、炭素を含むシリコン結晶中の炭素濃度測定方法及び炭素濃度測定装置を提供する。
【解決手段】 本発明の炭素を含むシリコン結晶中の炭素濃度測定装置10は、格子位置の前記炭素の原子を格子間位置に変位処理されたシリコン結晶を63K~100Kの温度範囲に冷却する冷却部と、前記シリコン結晶にキャリアを励起する励起部と、前記励起した前記シリコン結晶の発光スペクトルに含まれる複数の波長の発光強度を測定するスペクトル測定部と、前記スペクトル測定部で測定した複数の波長の中から選択した特定波長の発光強度又はその特定波長を含む発光ピークの積分強度に基づき、前記シリコン結晶中の炭素濃度を算出する濃度算出部と、を有する。

【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

シリコン結晶は、太陽電池、LSI、パワーデバイス等の半導体素子に広く活用されている材料である。このシリコン結晶中に微量に含まれる炭素不純物が、半導体素子製造時に酸素析出欠陥の形成を誘起し、半導体素子の性能劣化の原因となることがわかっているため、半導体素子の特性を制御するためには、シリコン結晶中に含まれる炭素濃度の定量測定が不可欠である。

シリコン結晶中の炭素濃度の測定方法として、シリコン結晶へ電子線を照射し、半導体中に含まれる炭素原子を格子間位置に変位させて、ヘリウム冷媒で極低温(例えば、4.2ケルビン(K))に冷却し、フォトルミネッセンス法(以下、「PL法」という)でシリコン結晶中の炭素濃度を測定する方法が知られている(非特許文献1)。

また、特許文献1には、非特許文献1と同様の構成で、シリコン結晶中の炭素濃度を測定するための測定装置図の例が開示されている。

非特許文献1と特許文献1では、粒子線をシリコン結晶に照射して、炭素原子を格子間位置に変位させて、シリコン結晶中の炭素濃度を測定している。

これに対して、特許文献2では、粒子線をシリコン結晶に照射して、シリコン原子を格子間位置に変位させて、シリコン結晶中の炭素濃度を測定している。

また、特許文献3、4には、室温PL法が開示されている。

産業上の利用分野

本発明は、炭素を含むシリコン結晶中の炭素濃度を測定する炭素濃度測定方法及び炭素濃度測定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
炭素を含むシリコン結晶中の炭素濃度を測定する炭素濃度測定方法であって、
(A)格子位置の前記炭素の原子を格子間位置に変位処理されたシリコン結晶を63K~100Kの温度範囲に冷却するステップと、
(B)前記ステップ(A)の後に、前記シリコン結晶にキャリアを励起するステップと、
(C)前記ステップ(B)でキャリアを励起した前記シリコン結晶の発光スペクトルに含まれる複数の波長の発光強度を測定するステップと、
(D)前記ステップ(C)で測定した複数の波長から選択した特定波長の発光強度又はその特定波長を含む発光ピークの積分強度に基づき、前記シリコン結晶中の炭素濃度を算出するステップと、
を備えることを特徴とする炭素濃度測定方法。

【請求項2】
請求項1に記載の炭素濃度測定方法において、前記ステップ(C)で、発光強度の測定が、前記複数の波長の発光強度を一括測定することを特徴とする炭素濃度測定方法。

【請求項3】
請求項1又は2に記載の炭素濃度測定方法において、前記複数の波長として少なくとも1120nm~1140nmの範囲内の一波長を含み、さらに、前記複数の波長として1278nm又は1569nmの少なくとも一方を含むことを特徴とする炭素濃度測定方法。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の炭素濃度測定方法において、
前記ステップ(D)で前記特定波長を1127nmと1278nm、又は1127nmと1569nmとして、前記シリコン結晶中の炭素濃度を算出することを特徴とする炭素濃度測定方法。

【請求項5】
炭素を含むシリコン結晶中の炭素濃度を測定する炭素濃度測定方法であって、
(A)格子位置の前記炭素の原子を格子間位置に変位処理されたシリコン結晶に室温、大気中でキャリアを励起するステップと、
(B)前記ステップ(A)でキャリアを励起した前記シリコン結晶の発光スペクトルに含まれる複数の波長の発光強度を測定するステップと、
(C)前記ステップ(B)で測定した複数の波長から選択した特定波長の発光強度又はその特定波長を含む発光ピークの積分強度に基づき、前記シリコン結晶中の炭素濃度を算出するステップと、
を備えることを特徴とする炭素濃度測定方法。

【請求項6】
請求項5に記載の炭素濃度測定方法において、前記ステップ(B)で、発光強度の測定が、前記複数の波長の発光強度を一括測定することを特徴とする炭素濃度測定方法。

【請求項7】
請求項5又は6に記載の炭素濃度測定方法において、前記複数の波長として1130nm~1150nmの範囲内の一波長と、1400nm~1700nmの範囲内の一波長と、を含むことを特徴とする炭素濃度測定方法。

【請求項8】
請求項5~7のいずれか1項に記載の炭素濃度測定方法において、
前記ステップ(C)で前記特定波長を1140nmと1610nmとして、前記シリコン結晶中の炭素濃度を算出することを特徴とする炭素濃度測定方法。

【請求項9】
炭素を含むシリコン結晶中の炭素濃度を測定する炭素濃度測定装置であって、
格子位置の前記炭素の原子を格子間位置に変位処理されたシリコン結晶を63K~100Kの温度範囲に冷却する冷却部と、
前記シリコン結晶にキャリアを励起する励起部と、
前記励起した前記シリコン結晶の発光スペクトルに含まれる複数の波長の発光強度を測定するスペクトル測定部と、
前記スペクトル測定部で測定した複数の波長の中から選択した特定波長の発光強度又はその特定波長を含む発光ピークの積分強度に基づき、前記シリコン結晶中の炭素濃度を算出する濃度算出部と、
を備えることを特徴とする炭素濃度測定装置。

【請求項10】
炭素を含むシリコン結晶中の炭素濃度を測定する炭素濃度測定装置であって、
格子位置の前記炭素の原子を格子間位置に変位処理されたシリコン結晶に室温、大気中でキャリアを励起する励起部と、
前記励起した前記シリコン結晶の発光スペクトルに含まれる複数の波長の発光強度を測定するスペクトル測定部と、
前記スペクトル測定部で測定した複数の波長の中から選択した特定波長の発光強度又はその特定波長を含む発光ピークの積分強度に基づき、前記シリコン結晶中の炭素濃度を算出する濃度算出部と、
を備えることを特徴とする炭素濃度測定装置。

【請求項11】
請求項9又は10に記載の炭素濃度測定装置において、
前記スペクトル測定部が、複数の特定波長の発光強度を一括測定することを特徴とする炭素濃度測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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