DE69524318T2

DE69524318T2 - Verfahren zur Untersuchung von Einkristall-Silizium

Info

Publication number: DE69524318T2
Application number: DE69524318T
Authority: DE
Inventors: Ryoji Hoshi; Takao Takenaka; Hiroshi Takeno; Satoshi Ushio
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2015-09-02
Also published as: DE69524318D1; EP0701119B1; JPH0875680A; US5598452A; EP0701119A1; JP2681613B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung der Menge an eingebundem Sauerstoff in einem Siliciumwafer.

Beschreibung des Stands der Technik

Eine integrierte Schaltung (IC) aus einem Halbleiter wird durch den folgenden Prozess hergestellt; auf einem spiegelglatt polierten Siliciumwafer (nachfolgend als Siliciumwafer bezeichnet) aus durch das Czochralski-Verfahren, das Zonenschmelzverfahren usw. gezüchtetem einkristallinem Silicium mit einer Dicke von ungefähr 0,5 mm werden Muster einer integrierten Schaltung wie Dioden, Transistoren, MOSFETs, Widerstände, Kondensatoren usw. hergestellt, und dann wird die Oberfläche des Siliciumwafers mit einem dünnen Isolierfilm bedeckt, gefolgt vom Herstellen von Metallkontakten und Verbindungen.
Zur IC-Herstellung wird z. B. polykristallines Silicium in einem Quarztiegel aufgeschmolzen und von oben her wird ein einkristalliner Stab, der als Keimkristall dient, in den Tiegel in Kontakt mit der Siliciumschmelze gebracht, während der Stab langsam gedreht wird. So wird einkristallines Silicium durch das Czochralski-Verfahren gezüchtet. Jedoch enthält ein so gezüchteter Einkristall in unvermeiderlicher Weise ungefähr 1018/cm³ an übersättigtem Zwischengitter-Sauerstoff. Wenn ein Zwischengitter-Sauerstoff enthaltender Siliciumwafer anschließend bei einer niedrigen Temperatur von z. B. 800ºC oder darunter oder einer hohen Temperatur von z. B. 1000ºC oder darüber getempert wird, fällt der Zwischengitter-Sauerstoff leicht in Form von Siliciumoxiden aus, wodurch im Einkristall zahlreiche Mikrodefekte gebildet werden.
Die Mikrodefekte bilden geeignete Getterstellen für Schwermetall-Verunreinigungen usw., solange sich solche im Wafervolumen befinden. Wenn sie jedoch in der Nähe der Waferoberflächen existieren, haben sie direkte nachteilige Einflüsse auf die Ausbeute des Bauteils usw.
Daher wird die Untersuchung der Menge an eingebundenem Sauerstoff in einem Siliciumeinkristall zunehmend wichtig.
Bisher erfolgt im Fall eines durch das Czochralski-Verfahren gezüchteten Siliciumeinkristalls die Untersuchung der Menge an eingebundem Sauerstoff nach der Wärmebehandlung des Einkristalls unter Verwendung eines Infrarotabsorptionsvetfahrens mit Fouriertransformation (FT-IR).
Dieses Verfahren nutzt auch die Absorption von Licht einer speziellen Wellenlänge im Infrarot-Wellenlängenbereich auf Grund von im Siliciumeinkristall vorhandenen Zwischengitter- Sauerstoffatomen. Bei diesem Verfahren wird als Erstes das Absorptionsspektrum im Infrarot-Wellenlängenbereich bestimmt, dann wird die Konzentration von Zwischengitter-Sauerstoff aus der Peakhöhe im Spektrum bestimmt, und dann wird die Menge ΔOi des eingebundenen Sauerstoffs aus der Differenz zwischen den Konzentrationen Oi(b) und Oi(a) von Zwischengitter-Sauerstoff im Siliciumwafer vor und nach einer Wärmebehandlung desselben bestimmt.
Gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik wird die Menge an eingebundenem Sauerstoff ΔOi aus der Differenz zwischen den Konzentrationen Oi(b) und Oi(a) an Zwischengitter- Sauerstoff vor und nach der Wärmebehandlung bestimmt. Daher ist es bei einer Probe, die wärmebehandelt wurde und bei der die anfängliche Konzentration an Zwischengitter-Sauerstoff nicht bekannt ist, unmöglich, die Menge an eingebundenem Sauerstoff zu bestimmen.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform des obigen Stands der Technik wird ein Transmissionsprozess verwendet, bei dem durch den Siliciumeinkristall hindurchgestrahltes Infrarotlicht erfasst wird. Daher kann zwar die Menge an eingebundenem Sauerstoff für die gesamte Probendicke untersucht werden, jedoch kann in einem Oberflächenbereich derselben bis in eine bestimmte Tiefe keine zerstörungsfreie Untersuchung ausgeführt werden, wenn nicht die Probe dünner gemacht wird.
Ferner wird im Fall von einkristallinem Silicium mit niedrigem Widerstand, das mit einer hohen Konzentration an Dotierstoffen zur Einstellung des spezifischen Widerstands dotiert ist, Infrarotlicht durch freie Ladungsträger ausgeprägt absorbiert, so dass es nur schwer hindurchgestrahlt wird. Daher ist es erforderlich; die Probe extrem dünn zu machen, was jedoch nicht ausführbar ist.
Im Dokument US-5,136,624, von dem der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht, ist ein anderes Verfahren auf Grundlage von Bragg-Reflexion von Röntgenstrahlung offenbart. Bai diesem Stand der Technik wird die Intensität von Bragg-reflektierter Röntgenstrahlung abhängig von der Kristalldicke gemessen. Aus der gemessenen Abhängigkeit wird, nach Anpassung an eine theoretische Funktion, der statische Debye-Waller- Faktor berechnet, aus dem die Dichte der Abscheidungen bestimmt wird. Das Berechnen des Debye-Waller-Faktors erfordert eine Messung eines integrierten Reflexionsfaktors für verschiedene Kristalldicken.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und wirkungsvolles Verfahren zum Untersuchen der Menge an eingebundenem Sauerstoff in einem Einkristall zu schaffen.
Diese Aufgabe ist durch das Verfahren des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Eine Ausführungsform der Erfindung erlaubt die Bestimmung der Menge an eingebundenem Sauerstoff- selbst bei einer Probe, die wärmebehandelt wurde und eine unbekannte Anfangskonzentration an Zwischengitter-Sauerstoff aufwies.
Auch erlaubt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung die zerstörungsfreie Untersuchung der Menge an eingebundenem Sauerstoff in einem Siliciumeinkristall in einem Oberflächenbereich einer Probe bis in eine bestimmte Tiefe derselben.
Außerdem erlaubt eine Ausführungsform der Erfindung die zerstörungsfreie Bestimmung der Menge an eingebundenem Sauerstoff auf dieselbe Weise wie oben selbst bei einem Siliciumeinkristall mit niedrigem spezifischem Widerstand.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Untersuchen eines Siliciumeinkristalls mit den folgenden Schritten: Bestrahlen einer Vorderseite einer zuvor wärmebehandelten Probe eines Siliciumwafers mit Röntgenstrahlung, Entnehmen von durch-Bragg-Beugung an einer speziellen Gitterebene im Siliciumwafer erzeugter gebeugter Röntgenstrahlung an der Rückseite, Messen der Intensität der gebeugten Röntgenstrahlung, um dadurch eine Korrelation zwischen der Intensität der gebeugten Röntgenstrahlung und der Menge an eingebundenem Sauerstoff von Siliciumwafern zu erstellen, und Messen der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung der wärmebehandelten Probe eines Siliciumwafers und Berechnen der Menge an eingebundenem Sauerstoff derselben aus der erstellten Korrelation.
Geeigneterweise wird die spezielle Beugungsebene durch Indizes hkl spezifiziert, wobei h eine gerade Zahl ausschließlich null ist, k eine gerade Zahl einschließlich null ist und 1 null ist.
Geeigneterweise sind die Indizes der speziellen Beugungsebene 220, 440, 660, 880, 400, 800 oder 1200.
Geeigneterweise ist die erstellte Beziehung eine solche zwischen dem Verhältnis oder der Differenz zwischen der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung vor eine Wärmebehandlung und derjenigen nach der Wärmebehandlung und der Menge an eingebundenem Sauerstoff, unter der Annahme, dass die Dicke des Siliciumwafers vor und nach der Wärmebehandlung gleich ist.
Ferner ist eine Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Untersuchen eines Siliciumeinkristalls mit den folgenden Schritten: Bestrahlen der Vorderseite einer vorab wärmebehandelten Probe eines Siliciumwafers mit Röntgenstrahlung, Entnehmen von durch Bragg-Beugung an einer speziellen Gitterebene im Siliciumwafer erzeugter gebeugter Röntgenstrahlung von derselben Fläche wie der Eintrittsfläche, Messen der Intensität der gebeugten. Röntgenstrahlung, um dadurch eine Beziehung zwischen der Intensität der gebeugten Röntgenstrahlung und der Menge an eingebundenem Sauerstoff von Siliciumwafern bereitzustellen, und Messen der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung der wärmebehandelten Probe des Siliciumwafers und Berechnen der Menge an eingebundenem Sauerstoff für dieselbe aus der erstellten Beziehung.
Nun werden Funktionen gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Beim erstgenannten bekannten Beispiel wird die Konzentration an Zwischengitter-Sauerstoff für denselben Siliciumwafer vor und nach einer Wärmebehandlung gemessen, und die Menge an eingebundenem (gebundenem) Sauerstoff wird aus der Differenz zwischen den beiden Messwerten bestimmt. Ein Merkmal der Erfindung liegt darin, dass selbst bei einem wärmebehandelten Siliciumwafer die Mengen an eingebundenem -(gebundenem) Sauerstoff nur durch Messen der Intensität gebeugter Röntgenstrahltung berechnet werden kann.
So wird gemäß einer Ausführungsform die Vorderseite eines Siliciumwafers mit Röntgenstrahlung bestrahlt und gebeugte Röntgenstrahlung, die durch Bragg-Beugung an einer speziellen Gitterebene erzeugt wird, wird von einer Fläche, die nicht die Eintrittsfläche ist, entnommen, um die Intensität der gebeugten Röntgenstrahlung zu messen. So wird die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung für die Gesamtdicke der Probe gemessen.
Ferner wird die Menge an eingebundenem Sauerstoff aus der Korrelation zwischen der vorab erhaltenen Intensität gebeugter Röntgenstrahlung und der Menge an eingebundenem Sauerstoff nach der Wärmebehandlung berechnet. So kann die Menge an eingebundenem Sauerstoff einfach dadurch berechnet werden, dass nur die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung nach der Wärmebehandlung gemessen wird.
Ferner wird die Vorderseite eines Siliciumwafers mit Röntgenstrahlung bestrahlt, und durch Bragg-Beugung an einer speziellen Gitterebene erzeugte gebeugte Röntgenstrahlung wird von derselben Fläche wie der Eintrittsfläche entnommen, um die Intensität der gebeugten Röntgenstrahlung zu messen. So es es möglich, einen Messwert für die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung für einen Oberflächebereich einer Probe bis in eine bestimmte Tiefe derselben ausgehend von der Eintrittsfläche zu erhalten. Dies bedeutet, dass es nicht erforderlich ist, die Probe dünner zu machen.
Ferner wird die Menge an eingebundenem Sauerstoff aus der Korrelation zwischen der vorab erhaltenen Intensität gebeugter Röntgenstrahlung und der Menge an eingebundenem Sauerstoff nach der Wärmebehandlung berechnet. Bo kann die Menge an eingebundenem Sauerstoff einfach dadurch berechnet werden, dass nur die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung nach der Wärmebehandlung gemessen wird.
Ferner ist es durch vorab erfolgendes Messen und Abspeichern der Intensität Xb gebeugter Röntgenstrahlung für eine Probe, nicht nicht wärmebehandelt wurde, unter Verwendung der Intensität Xa gebeugter Röntgenstrahlung nach der Wärmebehandlung sowie des oben genannten Werts Xb möglich, das Intensitätsverhältnis gebeugter Röntgenstrahlung (z. B. Xa/Xb) oder die Intensitätsdifferenz gebeugter Röntgenstrahlung (z. B. Xa-Xb) zu berechnen. Da die Korrelation zwischen dem Intensitätsverhältnis oder der Intensitätsdifferenz gebeugter Röntgenstrahlung und der Menge an eingebundenem Sauerstoff abgespeichert wurde, kann die Menge an eingebundenem Sauerstoff aus der abgespeicherten Korrelation berechnet werden.
Es ist eine Grundlage der Erfindung, dass die Menge an eingebundenem Sauerstoff und das Intensitätsverhältnis oder die Intensitätsdifferenz gebeugter Röntgenstrahlung einer guten Bedingung genügen. Außerdem sei speziell darauf hingewiesen, dass es vom Erfinder dargestellt wurde, dass die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung betreffend einen nicht wärmebehandelten Siliciumwafer kaum durch die anfängliche Sauerstoffkonzentration, den spezifischen Widerstand usw. beeinflusst wird, und sie für Siliciumeinkristalle mit derselben oder im Wesentlichen derselben Dicke im Wesentlichen gleich ist, d. h., dass unterschiedliche Röntgenintensitäten nicht wärmebehandelter Siliciumwafer näherungsweise von der bloßen Waferdicke abhängt.
Die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung betreffend einen nicht wärmebehandelten Siliciumwafer wurde bereits bestimmt, und dieser Wert und die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung eines Siliciumwafers nach der Wärmebehandlung werden dazu verwendet, das Intensitätsverhäitnls oder die Intensitätsdifferenz zu erhalten, um die Menge an eingebundenem Sauerstoff zu berechnen. So kann die Menge an eingebundenem Sauerstoff zerstörungsfrei und quantitativ durch Messung der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung an einer bestimmten Gitterebene von einkristallinem Silicium dadurch bestimmt werden, dass der Kristall mit Röntgenstrahlung bestrahlt wird. Insbesondere kann bei einer Probe nach einer Wärmebehandlung die Menge an eingebundenem Sauerstoff dadurch berechnet werden, dass lediglich die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung gemessen wird.
Ferner ist es möglich, die Menge an eingebundenem Sauerstoff zerstörungsfrei nicht nur über die gesamte Probendicke sondern auch in einem Probenbereich nahe der Probenoberfläche zu bestimmen. Ferner ist es möglich, eine Untersuchung der Menge an eingebundenem Sauerstoff in einem Siliciumeinkristall mit niedrigem spezifischem Widerstand von 0,1 Ωcm oder darunter auf einfache Weise zu untersuchen, was beim Stand der Technik sehr schwierig war.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen eines Laue-Röntgenbeugungsprozesses, wie beim erfindungsgemäßen Untersuchungsverfahren für Siliciumeinkristalle verwendet;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen eines Bragg-Röntgenbeugungsprozesses, wie beim erfindungsgemäßen Untersuchungsverfahren für Siliciumeinkristalle verwendet; und
Fig. 3 ist ein Kurvenbild, das das Intensitätsverhältnis gebeugter Röntgenstrahlung für Laue-Beugung an 440 und das Intensitätsverhältnis gebeugter Röntgenstrahlung für Bragg- Beugung 400 zeigt, wobei diese Intensitätsverhältnisse über der Menge an eingebundenem Sauerstoff (auf Grundlage eines FT-IR-Prozesses) in einem wärmebehandelten Siliciumeinkristall aufgetragen sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nun wird die Erfindung in Zusammenhang mit in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen derselben im Einzelnen beschrieben. Solange nichts anderes speziell angegeben ist, werden die Größen, Materialien, Formen, Retativpositionen usw. der Grundelemente der Ausführungsformen als bloße Beispiele angegeben, ohne dass darauf die Erfindung irgendwie beschränkt sein soll.
Fig. 1 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Laue- Röntgenbeugungsprozesses, wie er beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Untersuchen eines Halbleiter-Einkristalls verwendet wird. Fig. 2 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines für das Untersuchungsverfahren verwendeten Bragg-Röntgenbeugungsprozesses. Die Tabelle 1 fasst die Beziehung der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung sowohl für Laue-Beugung an 440 als auch für Bragg-Beugung an 400 und die Dicke nicht wärmebehandelter Siliciumwafer zusammen. Fig. 3 ist ein Kurvenbild, das die Intensitätverhältnisse gebeugter Röntgenstrahlung für 440- und 400-Beugung für Laue- bzw. Bragg-Beugung für einen wärmebehandelten Siliciumeinkristall abhängig von der Menge an eingebundenem Sauerstoff auf Grundlage des FT-IR-Verfahrens zeigt.
Gemäß Fig. 1 wird die durch eine aus einem Röntgengenerator bestehende Röntgenquelle 7 abgestrahlte Röntgenstrahlung durch einen Eintrittsschlitz 6 in einen dünnen, parallelen Eintrittsröntgenstrahl 3 gewandelt, der auf einen Probeneinkristall 1 fällt.
Der Probeneinkristall 1 verfügt über eine Beugungsgitterebene 2, und er kann verdreht werden, um seinen Winkel Θ1 in Bezug auf den Einfallsröntgenstrahl 3 einzustellen.
Um gebeugte Röntgenstrahlung, die durch den Probeneinkristall 1 gebeugt wurde, von dessen Rückseite zu empfangen, ist ein Röntgenempfangsschlitz 8 vorhanden. Hinter dem Lichtempfangsschlitz 8 ist ein Szintillationszähler 5 vorhanden, um die Intensität der gebeugten Röntgenstrahlung 4 zu messen.
Fig. 2 veranschaulicht den Röntgenbeugungsprozess im Bragg- Fall. In der Figur sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszahlen und Symbolen bezeichnet. Von der Röntgenquelle 7 abgestrahlte Röntgenstrahlung wird durch den Eintrittsschlitz 6 in einen dünnen, parallelen Eintrittsröntgenstrahl 3 gewandelt, der auf den Probeneinkristall 1 fällt.
Dieser Probeneinkristall 1 verfügt über eine Beugungsgitterebene 2, und er kann zum Einstellen seines Winkels Θ2 in Bezug auf den Eintrittsröntgenstrahl 3 verdreht werden.
Der Röntgenempfangsschlitz 8 ist an der Vorderseite des Probeneinkristalls 1 vorhanden, um gebeugte Röntgenstrahlung 4 von der Vorderseite des Einkristalls 1 zu empfangen. Hinter dem Lichtempfangsschlitz 8 ist ein Szintillationszähler 5 vorhanden, um die Intensität der gebeugten Röntgenstrahlung 4 zu messen.
Nun werden Versuchsbeispiele und Ausführungsformen der Erfindung unter Verwendung der Röntgenbeugungssysteme mit den obigen Konstruktionen im Einzelnen beschrieben.

(Versuchsbeispiel 1)

(1-1) Als Erstes wurden unter Verwendung von p-Siliciumeinkristallen, die durch den Czochralski-Prozess gezüchtet wurden und spezifische Widerstände und Konzentrationen Oi(b) an Zwischengitter-Sauerstoff aufwiesen, wie sie in der Tabelle 1 angegeben sind, insgesamt 36 Probenwafer mit vier verschiedenen Dicken hergestellt.
(1-2) Vor einer Wärmebehandlung wurden der spezifische Widerstand und die Konzentration Oi(b) von Zwischengitter-Sauerstoff jeder Probe unter Verwendung eines Vierpunkte-Abtastverfahrens bzw. FT-IR gemessen.
(1-3) Ferner wurde, vor der Wärmebehandlung, die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung für jede Probe sowohl für den Laue- als auch den Bragg-Fall gemessen. Für die Messungen wurde der Röntgenstrahlungsquelle 7 ein Strom von 1 A bei einer Beschleunigungsspannung von 55 kV zugeführt. Der Winkel jeder Probe in Bezug auf den einfallenden Röntgenstrahl wurde so eingestellt, dass für die charakteristische X- Strahlung Kal (Wellenlänge von 0,0709 nm) eines Molybdän- (Mo)-Target die Bragg-Beugungsbedingungen für 440- und 400- Beugung für den Laue- bzw. Bragg-Fall erfüllt waren. Dann wurde die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung mit dem Szintillationszähler 5 gemessen.
(1-4) Die Intensitäten Xb gebeugter Röntgenstrahlung (in 103 cps), wie sie beiden obigen Messungen gemäß (1-3) erhalten wurden, sind in der Tabelle 1 angegeben.
(1-5) Wie es in der Tabelle 1 dargestellt ist, ist im Laue- Fall die Intensität der gebeugten Röntgenstrahlung bei 7000, 6800, 6000 und 5500 cps bei Probendicken von 440, 510, 630 bzw. 690 um konzentriert. Im Bragg-Fall ist sie im Dickenbereich von 440 bis 690 um bei 12000 cps konzentriert.
Es ist erkennbar, dass die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung eines Wafers, der nicht wärmebehandelt wurde, von der Konzentration an Zwischengitter-Sauerstoff und vom spezifischen Widerstand nicht wesentliche beeinflusst wird. Im Laue-Fall besteht ungefähre Abhängigkeit von der bloßen Probendicke, während im Bragg-Fall keine Abhängigkeit von der Probendicke T existiert, sondern der Wert fest ist.
So kann der Messwert Xb als fester Wert verwendet werden, wenn einmal die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung (für jede Probendicke T im Laue-Fall) gemessen wurde. (Tabelle 1)

(Versuchsbeispiel 2)

(2-1) Die beim Versuchsbeispiel 1 verwendeten 36 verschiedenen Probenwafer wurden in Stickstoffumgebung für vier Stunden bei 800ºC und auch in trockener Sauerstoffumgebung für sechzehn Stunden bei 1000ºC wärmebehandelt.
(2-2) Für die 36 Probenwafer wurden nach der Wärmebehandlung die Intensitäten Xa gebeugter Röntgenstrahlung für den Laue- und den Bragg-Fall durch das Verfahren gemäß (1-3) beim Versuchsbeispiel 1 gemessen.
(2-3) Die Konzentration Oi(a) an Zwischengitter-Sauerstoff wurde für jede der 36 Proben nach der Wärmebehandlung durch den FT-IR-Prozess gemessen, und für jeden Probenwafer wurde die Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff aus der Differenz zwischen Oi(a) und der Konzentration Oi(b) an Zwischengitter-Sauerstoff vor der Wärmebehandlung, wie durch die Messung gemäß (1-2) beim Versuchsbeispiel 1 erhalten, berechnet.
(2-4) Ferner wurde für jeden der obigen 36 verschiedenen Probenwafer das Intensitätsverhältnis gebeugter Röntgenstrahlung berechnet, wobei es sich um den Quotienten aus der Intensität Xa gebeugter Röntgenstrahlung nach der Wärmebehandlung, wie durch die Messung beim obigen Punkt (2-2) erhalten, und der Intensität Xb gebeugter Röntgenstrahlung vor der Wärmebehandlung, wie in (1-3) beim Versuchsbeispiel 1 bestimmt, handelte.
(2-5) Wie beim Kurvenbild der Fig. 3 wurde eine Kurve dadurch aufgetragen, dass die Ordinate für das Intensitätsverhältnis Xa/Xb gebeugter Röntgenstrahlung im Laue-Fall verwendet wurde und die Abszisse für die gemäß dem obigen Punkt (2-3) erhaltene Menge AOi an eingebundenem Sauerstoff verwendet wurde.
Aus dem Kurvenbild ist es erkennbar, dass das Intensitätsverhältnis Xa/Xb gebeugter Röntgenstrahlung im Laue-Fall in guter Korrelation mit der Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff steht, und es wurde klargestellt, dass das Verhältnis unter Verwendung eines Koeffizienten A ungefähr durch die folgende Gleichung (1) wiedergebbar ist:
Xa/Xb = AΔOi + 1 (1)
Wenn die Waferdicke konstant ist, ist auch Xb konstant. In diesem Fall kann die Gleichung (1) als folgende Gleichung (2) umgeschrieben werden:
Xa - Xb = AXB·AOi (2)
(2-6) Wie beim Kurvenbild der Fig. 3 wurde eine Kurve dadurch aufgetragen, dass die Ordinate für das Intensitätsverhältnis Xa/Xb gebeugter Röntgenstrahlung im Bragg-Fall verwendet wurde und die Abszisse für die gemäß dem obigen Punkt (2-3) erhaltene Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff verwendet wurde.
Aus dem Kurvenbild ist es erkennbar, dass das Intensitätsverhältnis Xa/Xb gebeugter Röntgenstrahlung im Bragg-Fall in guter Korrelation mit der Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff steht, und es wurde klargestellt, dass das Verhältnis unter Verwendung eines Koeffizienten B ungefähr durch die folgende Gleichung (3) wiedergebbar ist:
Xa/Xb = BΔOi + 1 (3)
Ferner kann, da Xb konstant ist, wie es durch das Ergebnis beim Versuchsbeispiel 1 gezeigt wurde, die Gleichung (3) im Bragg-Fall als folgende Gleichung (4) umgeschrieben werden:
Xa - Xb = BXb·ΔOi (4)

(Ausführungsform 1)

(3-1) Ein p-Siliciumeinkristall mit Bor-Dotierung mit einem spezifischen Widerstand von 10 bis 12 Ωcm wurde durch den Czochralski-Prozess: erhalten, und aus demselben Bereich des Einkristalls wurden fünf Wafer mit einer Dicke von 510 um hergestellt.
(3-2) Für diese fünf Wafer wurde die Konzentration Oi(b) an Zwischengitter-Sauerstoff vor einer Wärmebehandlung durch den FT-IR-Prozess gemessen.
(3-3) Anschließend wurden die fünf Wafer auf die Weise gemäß (2-1) beim Versuchsbeispiel 2 wärmebehandelt.
(3-4) Dann wurden von den fünf wärmebehandelten Wafers die Intensitäten gebeugter Röntgenstrahlung für den Laue- und den Bragg-Fall auf die Weise gemäß (1-3) beim Versuchsbeispiel 1 gemessen.
(3-5) Auch wurde für die fünf wärmebehandelten Wafer die Konzentration Oi(a) an Zwischengitter-Sauerstoff durch den FT-IR-Prozess gemessen. Dann wurde die Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff aus der Messwertditfferenz und der Konzentration an Zwischengitter-Sauerstoff vor und nach der Wärmebehandlung berechnet. Der durch die fünf Wafer erhaltene Mittelwert betrug 8,4 ppma-JEIDA.
(3-6) Vom Wafer mit einer Dicke von 510 um, wie er beim Versuchsbeispiel 1 erhalten wurde, wurde das. Intensitätsverhältnis Xa/Xb gebeugter Röntgenstrahlung für den Laue-Fall aus der Intensität Xb gebeugter Röntgenstrahlung (von 6800 eps) vor der Wärmebehandlung und der Intensität Xa nach der Wärmebehandlung, wie im obigen Punkt (3-4) gemessen, berechnet. Der für fünf Wafer erhaltene Mittelwert betrug 7, 7. Die Mange AOi an eingebundenem Sauerstoff wurde aus diesem Intensitätsverhältnis gebeugter Röntgenstrahlung von 7, 7 und der in Fig. 3 dargestellten Korrelation für den Laue-Fall bestimmt, und sie betrug 8,6 ppma-JEIDA, was in guter Übereinstimmung mit dem im obigen Punkt (3-5) durch den FT-IR- Prozess erhaltenen Wert stand.
(3-7) Für den Bragg-Fall wurde das Intensitätsverhältnis Xa/- Xb gebeugter Röntgenstrahlung aus der Intensität Xb gebeugter Röntgenstrahlung (1200 cps) vor der Wärmebehandlung, wie bereits beim Versuchsbeispiel 1 erhalten, und der Intensität Xa gebeugter Röntgenstrahlung nach der Wärmebehandlung, wie bei der Messung im obigen Punkt (3-4) erhalten, berechnet. Der mit fünf Wafern erhaltene Mittelwert betrug 3,1.
Die Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff wurde aus diesem Intensitätsverhältnis gebeugter Röntgenstrahlung von 3,1 und der in Fig. 3 dargestellten Korrelation für den Bragg-Fall erhalten, und sie betrug 8,3 ppma-JEIDA, was in guter Übereinstimmung mit dem durch den FT-IR-Prozess im obigen Punkt (3-5) erhaltenen Wert stand.

(Ausführungsform 2)

(4-1) Ein p-Siliciumeinkristall mit Bor-Dotierung mit einem spezifischen Widerstand von 0,04 bis 0,05 12 cm wurden durch den Czochralski-Prozess erhalten, und aus demselben Bereich des Einkristalls wurden fünf Wafer mit einer Dicke von 510 gm sowie zwei Wafer mit einer Dicke von 100 im hergestellt.
(4-2) Im Fall eines Siliciumeinkristalls mit einem spezifischen Widerstand von 0,04 bis 0,05 Ωcm kann wegen der Absorption von Infrarotlicht durch übermäßig viele freie Ladungsträger im Kristall keine genaue FT-IR-Messung an dicken Wafern ausgeführt werden. Demgemäß wurden die Wafer mit einer Dicke von 100 um zur Messung der Konzentration Oi(b) an Zwischengitter-Sauerstoff vor der Wärmebehandlung unter Verwendung des FT-IR-Prozesses verwendet, und dieser Wert (d. h. der Mittelwert der zwei Wafer) wurde als Konzentration Oi(b) an Zwischengitter-Sauerstoff für die anderen fünf Wafer mit einer Dicke von 510-um verwendet.
(4-3) Anschließend wurden die fünf Wafer auf die Weise wie im Punkt (2-1) beim Versuchsbeispiel 2 erwärmt.
(4-4) Von diesen fünf Wafern wurden dann die Intensitäten Xa gebeugter Röntgenstrahlung nach der Wärmebehandlung für den Laue- und den Bragg-Fall auf die Weise gemäß dem Punkt (1-3) beim Versuchsbeispiel 1 gemessen.
(4-5) Nach der Messung im obigen Punkt (4-4) wurden die fünf Wafer chemisch geätzt, um ihre Dicke von 510 auf 100 um zu verringern. Dann wurde ihre Konzentration Oi(a) an Zwischengitter-Sauerstoff nach der Wärmebehandlung durch den FT-IR- Prozess gemessen. Danach wurde die Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff aus der Messwertdifferenz und der Konzentration Oi(b) an Zwischengitter-Sauerstoff vor und nach der Wärmebehandlung berechnet. Der Mittelwert für die fünf Wafer betrug 12,7 ppma-JEIDA.
(4-6) Dann wurde das Intensitätsverhältnis Xa/Xb gebeugter Röntgenstrahlung für den Laue-Fall für die Wafer mit einer Dicke von 510 um, wie beim Versuchsbeispiel 1 erhalten, aus der Intensität Xb gebeugter Röntgenstrahlung (6800 cps) vor der Wärmebehandlung und den Intensität Xa gebeugter Röntgenstrahlung nach der Wärmebehandlung, wie durch die Messung im obigen Punkt (4-4) bestimmt, berechnet. Der mit den fünf Wafern erhaltene Mittelwert betrug 11,0.
Die Menge ΔOi an eigebundenem Sauerstoff wurde aus diesem Intensitätsverhältnis gebeugter Röntgenstrahlung von 11,0 und der in Fig. 3 dargestellten Korrelation für den Laue- Fall erhalten, und sie ergab sich zu 12,8 ppma-JEIDA, was in guter Entsprechung zum im obigen Punkt (4-5) erhaltenen Wert stand.
(4-7) Das Intensitätsverhältnis Xa/Xb gebeugter Röntgenstrahlung für den Bragg-Fall wurde aus der Intensität Xb gebeugter Röntgenstrahlung (12000 cps) vor der Wärmebehandlung, wie beim Versuchsbeispiel 1 bestimmt, und für die Röntgenstrahlung nach der Wärmebehandlung, wie bei der Messung im obigen Punkt (4-4) bestimmt, erhalten. Der mit fünf Wafern erhaltene Mittelwert betrug 4,3.
Die Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff wurde aus diesem Verhältnis gebeugter Röntgenstrahlung von 4,3 und der in Fig. 3 dargestellten Korrelation für den Bragg-Fall erhalten, und sie ergab sich in guter Übereinstimmung mit dem im obigen Punkt (4-5) erhaltenen Wert zu 12,8 ppma-JEIDA.
Wie gezeigt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Untersuchen eines Siliciumeinkristalls die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung betreffend einen nicht wärmebehandelten Siliciumwafer durch die Anfangskonzentration an Zwischengitter-Sauerstoff und auch den spezifischen Widerstand kaum beeinflusst. Statt dessen hängt sie im Laue-Fall ungefähr von der bloßen Dicke T ab, und im Bragg-Fall ist sie unabhängig von der Probendicke T fixiert. So ist erkennbar, dass die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung, wenn sie einmal: gemessen ist, als fester Wert verwendet werden kann.
So ist es möglich, die Daten zur Intensität Xb gebeugter Röntgenstrahlung vor der Wärmebehandlung dadurch beizubehalten, dass die Daten vorab sowohl für den Laue- als auch für den Bragg-Fall gesammelt werden.
Ferner stehen das Intensitätsverhältnis Xa/Xb gebeugter Röntgenstrahlung, das durch Teilen der Intensitäten Xa gebeugter Röntgenstrahlung nach einer Wärmebehandlung durch die Intensität Xb vor der Wärmebehandlung erhalten wird, oder die Intensitätsdifferenz (Xa - Xb) gebeugter Röntgenstrahlung, die durch Subtrahieren von Xb von Xa erhalten wurde, und die Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff in guter Korrelation, wodurch es möglich ist, die Korrelation vorab zu erstellen. So wird zum Erhalten der Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff für einen Probensiliciumwafer das Verhältnis Xa/Xb oder die Differenz (Xa - Xb) zwischen Intensitäten gebeugter Röntgenstrahlung unter Verwendung des vorab erhaltenen Werts Xb und des neu gemessenen Werts Xa berechnet, nachdem die Intensität Xa gebeugter Röntgenstrahlung am wärmebehandelten Probenwafer gemessen wurde. Dann kann die Menge AOi an eingebundenem Sauerstoff aus der vorab erhaltenen Korrelation zwischen dem Verhältnis Xa/Xb oder der Differenz (Xa-Xb) und der Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff bestimmt werden.
Im Laue-Fall kann die gebeugte Röntgenstrahlung in der Richtung der gesamten Probendicke bestimmt werden, und so ist es möglich, die Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff in der Richtung der Gesamtdicke zu bestimmen.
Im Bragg-Fall ist die Eindringtiefe der Röntgenstrahlung von der Eintrittsfläche derselben aus der Röntgenstrahlungs- Löschweg (d. h. der Weg, über den die Intensität der Röntgenstrahlung auf 1/e fällt). So ist es möglich, die Menge ΔOi an eingebundenem Sauerstoff in einem Oberflächenbereich bis zu dieser Tiefe zu bestimmen.
Die obigen Ausführungsformen betrafen 440- und, 400-Beugungen. Jedoch wurde es vom Erfinder klargestellt, dass dieselben Effekte im Laue-Fall auch für 220, 660, 880, 400, 800 und 1200 sowie im Bragg-Fall für 800 und 1200 erhalten werden können.
Das heißt, dass die verwendete Beugung in keiner Weise auf die Beugungen 440 und 400 beschränkt ist, sondern dass innerhalb der oben genannten Grenzen verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können im Laue-Fall die Indizes h, k und l eine speziellen, durch hkl spezifizierten Gitterebene durch eine gerade Zahl ausschließlich null, eine gerade Zahl einschließlich null bzw. null repräsentiert sein. Im Bragg-Fall kann h eine ganze Zahl ausschließlich null sein, und k und 1 können Beugungen an denjenigen Gitterebenen sein, die durch null spezifiziert sind.
Wie es im Einzelnen dargelegt wurde, ist es im Gegensatz zum bekannten Beispiel, bei dem die Konzentration an Zwischengitter-Sauerstoff für einen Siliciumwafer vor und nach einer Wärmebehandlung gemessen wird, um die Konzentrationsdifferenz zur Bestimmung der Menge an eingebundenem Sauerstoff verwenden, selbst bei einem wärmebehandelten Wafer möglich, die Menge an eingebundenem Sauerstoff dadurch zu berechnen, dass lediglich die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung gemessen wird.
Es sei speziell darauf hingawiesen, dass es vom Erfinder klargestellt wurde, dass zwischen der Menge an eingebundenem Sauerstoff und dem Intensitätsverhältnis oder der Intensitätsdifferenz gebeugter Röntgenstrahlung eine gute Korrelation besteht und dass die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung eines nicht wärmebehandelten Siliciumwafers durch die anfängliche Sauerstoffkonzentration und auch den spezifischen Widerstand kaum beeinflusst wird, wobei der Wert für Siliciumeinkristalle mit derselben oder im Wesentlichen derselben Dicke im Wesentlichen derselbe ist, d.h., dass die Intensität gebeugter Röntgenstrahlung für einen nicht wärmebehandelten Siliciumwafer unabhängig von der Waferdicke einen festen Wert aufweist.
So ist es möglich, vorab Daten für gebeugte Röntgenstrahlung entsprechend einer bekannten Dicke eines nicht wärmebehandelten Siliciumwafers zu erstellen. Ferner ist es möglich, eine Korrelation zwischen dem Intensitätsverhältnis oder der Intensitätsdifferenz zwischen der erstellten Intensität gebeugter Röntgenstrahlung und der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung nach der Wärmebehandlung und der entsprechenden Menge an eingebundenem Sauerstoff zu erstellen.
Nach der Wärmebehandlung wird die Intensität von durch Bragg-Beugung an einer speziellen Gitterebene eines Siliciumwafers erzeugten gebeugten Röntgenstrahlung gemessen. Dann wird das Intensitätsverhältnis oder die Intensitätsdifferenz der gebeugten Röntgenstrahlung aus dem Messwert und der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung vor der Wärmebehandlung des Siliciumwafers berechnet. Dann wird die Menge an eingebundenem Sauerstoff aus der Korrelation zwischen dem bereits erhaltenen Intensitätsverhältnis oder der Intensitätsdifferenz der gebeugten Röntgenstrahlung und der Menge an eingebundenem Sauerstoff berechnet.
Ferner ist es durch Bestrahlen der Vorderseite eines Siliciumwafers mit Röntgenstrahlung, durch Entnehmen von gebeugter Röntgenstrahlung, die durch Bragg-Beugung an einer speziellen Gitterebene erzeugt wird, von einer anderen Fläche als der Eintrittsfläche zur Messung der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung und durch anschließendes Berechnen der Menge an eingebundenem Sauerstoff möglich, die Menge an eingebundenem Sauerstoff aus der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung in der Richtung der gesamten Probendicke zu messen.
Ferner ist es durch Bestrahlen der Vorderseite eines Siliciumwafers mit Röntgenstrahlung, durch Entnehmen gebeugter Röntgenstrahlung, die durch Bragg-Beugung an einer speziellen Gitterebene erzeugt wird, von derselben Fläche wie der Eintrittsfläche zur Intensitätsmessung gebeugter Röntgenstrahlung und durch anschließendes Berechnen der Menge an eingebundenem Sauerstoff möglich, die Menge an eingebundenem Sauerstoff aus der Intensität gebeugter Röntgenstrahlung für einen Oberflächenbereich einer Probe bis zu einer bestimmten Tiefe ab der Eintrittsfläche zu messen, ohne die Probe dünner zu machen.

Claims

1. Verfahren zur Untersuchung der Menge an eingebundenem Sauerstoff in einem Einkristall, mit folgenden Schritten:

Bestrahlen einer Fläche des Einkristalls (1) mit Röntgenstrahlen (3),

Empfangen gebeugter Röntgenstrahlen (4), die in dem Einkristall durch Bragg-Beugung erzeugt werden,

Messen der Intensität der gebeugten Röntgenstrahlen, und Berechnen der Menge an eingebundenem Sauerstoff in dem Einkristall aus der gemessenen Intensität,

dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an eingebundenem Sauerstoff in dem Einkristall aus der gemessenen Intensität unter Verwendung einer vorab aufgezeichneten Beziehung zwischen der Intensität von durch den Einkristall gebeugten Röntgenstrahlen und der zugehörigen Menge an eingebundenem Sauerstoff berechnet wird, wobei die Beziehung vorab durch Messen der Intensitäten von durch Probenkristalle gebeugten Röntgenstrahlen und durch Bestimmen der zugehörigen Mengen an eingebundenem Sauerstoff mittels eines unabhängigen Verfahrens aufgestellt wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einkristall ein Siliziumwafer ist und das Verfahren folgende weitere Schritte aufweist:

Bestrahlen einer Vorderfläche eines vorab wärmebehandelten Proben-Siliziumwafers (1) mit Röntgenstrahlen (3), Abnehmen eines gebeugten Röntgenstrahls (4) von einer rückwärtigen Fläche, der durch Bragg-Beugung an einer bestimmten Gitterebene (2) in dem Siliziumwafer erzeugt wird, Messen der Intensität des gebeugten Röntgenstrahls und damit Aufstellen der Beziehung zwischen der gebeugten Röntgenstrahl-Intensität und einer Menge an eingebundenem Sauerstoff von Siliziumwafern.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die bestimmte Gitterebene durch die Indises hkl bezeichnet wird und h eine ganze Zahl außer Null, k eine ganze Zahl einschließlich Null und 1 Null ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Indizes der bestimmten Gitterebene 220, 440, 660, 880, 400, 800 oder 1200 sind.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die aufgestellte Beziehung eine Beziehung zwischen dem Verhältnis oder der Differenz der gebeugten Röntgenstrahlintensität vor und nach der Wärmebehandlung und der Menge an eingebundenem Sauesrstoff unter der Annahme, daß die Dicke des Siliziumwafers (1) vor und nach der Wärmebehandlung etwa die gleiche ist, darstellt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einkristall ein Siliziumwafer ist und das Verfahren außerdem folgende Schritte aufweist:

Bestrahlen einer Vorderfläche eines vorab wärmebehandelten Proben-Siliziumwafers (1) mit Röntgenstrahlen, Abnehmen eines gebeugten Röntgenstrahls von der gleichen Fläche wie die Einfallsfläche, der durch Bragg-Beugung an einer bestimmten Gitterebene (2) 1± dem Siliziumwafer erzeugt wird, Messen der Intensität des gebeugten Röntgenstrahls und dadurch Aufstellen der Beziehung zwischen der gebeugten Röntgenstrahlintensität und einer Menge an eingebundenem Sauerstoff von Siliziumwafern.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die bestimmte Gitterebene durch die Indizes hkl bezeichnet wird und h eine ganze Zahl außer Null, k eine ganze Zahl einschließlich Null und 1 Null ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Indizes der bestimmten Gitterebene 400, 800 oder 1200 darstellen.

3. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die aufgestellte Beziehung eine Beziehung zwischen dem Verhältnis oder der Differenz der gebeugten Röntgenstrahlintensität vor und nach der Wärmebehandlung und der Menge an eingebundenem Sauerstoff darstellt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einkristall ein Siliziumwafer ist und die vorab aufgezeigte Beziehung durch Aufzeichnen der Intensität gebeugter Röntgenstrahlen (4) als Funktion der zugehörigen Menge an eingebundenem Sauerstoff gewonnen wird, wobei letztere durch ein FT-IR-Verfahren erhalten wird.