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CARBON CONCENTRATION MEASUREMENT METHOD AND CARBON CONCENTRATION MEASUREMENT DEVICE

Patent code P200016587
Posted date Feb 14, 2020
Application number P2018-003897
Publication number P2018-125524A
Date of filing Jan 14, 2018
Date of publication of application Aug 9, 2018
Priority data
  • P2017-013609 (Jan 27, 2017) JP
Inventor
  • (In Japanese)田島 道夫
  • (In Japanese)小椋 厚志
Applicant
  • (In Japanese)学校法人明治大学
Title CARBON CONCENTRATION MEASUREMENT METHOD AND CARBON CONCENTRATION MEASUREMENT DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon concentration measurement method and a carbon concentration measurement device in a silicon crystal including a carbon, in which a carbon concentration in the silicon crystal can be measured at high precisely in a short time by measuring the concentration in a region at a temperature higher than that of the conventional technique.
SOLUTION: A carbon concentration measurement device 10 in a silicon crystal including a carbon, includes: a cooling part that cools the silicon crystal that deviates an atom of the carbon at a lattice position to an interstitial positions to a temperature range of 63k to 100k; an excitation part that excites a carrier in the silicon crystal; a spectrum measurement part that measures a light emission intensity of a plurality of wavelength included in a light emission spectrum in the silicon crystal that is excited; and a concentration calculation part that calculates the concentration of the carbon in the silicon crystal on the basis of the light emission intensity of a specific wavelength selected from a plurality of wavelength measured by the spectrum measurement part and an integrated intensity of a light emission peak including the specific wavelength.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018003897thum.jpg
State of application right Published
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