JP6316798B2 - 半導体試料での格子間酸素濃度の決定 - Google Patents

Description

本発明は、ｐ型半導体試料の格子間酸素濃度がそれによって決定されることが可能である方法に関する。

マイクロエレクトロニクス業界または光起電応用に向けられるシリコン基板は、酸素を含む。酸素原子は一般に、析出物の形でないときは、結晶格子での格子間位置を占める。チョクラルスキー・プロセスによって得られる単結晶シリコンの場合、または「ソーラー品質」と呼ばれる品質の多結晶シリコンの場合、格子間酸素濃度Ｃ_Ｏは、１０^１７と２×１０^１８原子／ｃｍ^３との間で変化する。

格子間位置での酸素（Ｏ_ｉ）は、シリコンの機械的および電気的性質について重要な役割を果たす。特に、２００℃と５００℃との間に含まれる温度では、酸素は、材料の電気的性質を変更する熱二重ドナー（ＴＤＤ）と呼ばれる凝集体を形成する。より高い温度では、酸素は、シリコンに存在する金属不純物が捕捉されることを可能にする析出物を形成する。ゲッター効果がそれ故に、得られることもある。さらに、酸素は、製作方法によって導入される転位を阻止することによって基板の機械的性質を改善する。

光起電応用については、高い酸素濃度は、照明下で性能の低下をもたらし、特にｐドープのシリコン光起電セル（その多数キャリアは正孔である）の変換効率の低下をもたらす。特に、これは、ホウ素（Ｂ）をドープされたシリコンから作られるセルの事例である。

従って、シリコンの電気的および機械的性質への酸素の影響を局所的に決定するために、ｐ型基板での格子間酸素の濃度および分布を知ることは、重要であるように見える。この情報は次いで、デバイスの結晶化または製作方法が最適化されることを可能にする。

半導体試料の酸素濃度は従来、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光法によって決定される。しかしながら、この技法は、遅くかつ不正確である。それはさらに、少なくとも２００μｍの厚さを有する試料および試料表面の準備を必要とする。

さらに、ＦＴＩＲ分光法は、１０^１６ｃｍ^−３未満の濃度Ｃ_Ｏが正確に測定されることを可能にしない。この限界濃度はその上、正味のドーピングＮ_Ａ−Ｎ_Ｄが典型的には５×１０^１６ｃｍ^−３よりも大きい高濃度ドープのシリコンではさらに高い。多数の電荷キャリアによる吸収は実際、測定を妨げる。

論文「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｘｙｇｅｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ ｓｉｌｉｃｏｎ ｕｓｉｎｇ ｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｅｎｈａｎｎｃｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｏｎｏｒ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ」（Ａ．Ｇ．Ｕｌｙａｓｈｉｎ他、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂ７３、１２４〜１２９頁、２０００年）は、酸素濃度を決定するための別の技法を述べる。

この技法は、熱二重ドナーＴＤＤの形成に基礎を置かれている。水素プラズマ強化熱処理は、ｐ−ｎ接合を形成するためにｐ型シリコンの試料に適用される。試料でのｐ−ｎ接合の深さが次いで、広がり抵抗プローブ（ＳＲＰ）または静電容量−電圧（Ｃ−Ｖ）の測定結果を用いて決定される。熱ドナー濃度が次いで、ｐ−ｎ接合の深さから計算される。数学モデルは、酸素濃度が熱ドナー濃度から決定されることを可能にする。

使用される特性評価方法は、ＦＴＩＲと同じように、試料の準備を必要とする。ＳＲＰ特性評価は、試料の深さについての抵抗プロファイルを確立するために試料が勾配を付けられる必要がある。Ｃ−Ｖ特性評価は、試料の表面で金属接点を使用する。これらの接点は、試料の材料を損なうまたは汚染することなく除去するのが困難である。

これらの特性評価方法の複雑さに起因して、上述の論文の技法は、遅く、マイクロエレクトロニクスおよび光起電業界の基板への適用が困難である。加えて、基板の準備および水素化（ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ）は、基板を測定の完了時に使用できなくする。

さらに、この技法は、高濃度ドープの基板に当てはまらない。これらの基板については、形成される熱ドナーの量が、測定に必要なｐ−ｎ接合を出現させるのに十分でない。

論文「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ａｎｄ ｏｘｙｇｅｎ−ｒｅｌａｔｅｄ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ｈｉｇｈｌｙ− ａｎｄ ｌｏｗｌｙ−ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ」（Ｅ．Ｓｉｍｏｅｎ他、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂ１０２、２０７〜２１２頁、２００３年）は、低濃度ドープから高濃度ドープのシリコンで酸素および酸素析出物を調べるための同じ技法を述べる。特に、低温でのＦＴＩＲ分光法は、高濃度ドープのｐ型シリコンで格子間酸素濃度が測定されることを可能にする。ＳＲＰおよびＣ−Ｖ特性評価は、４５０℃で熱アニーリングにさらされた酸素ドープの高抵抗率シリコンでの熱ドナーの存在を強調する。

特許出願ＦＲ２９６４４５９は、シリコン基板の酸素濃度をマッピングするための技法を述べる。この技法もまた、シリコンでの熱二重ドナーの形成に基礎を置かれている。抵抗率測定は、熱ドナーの活性化アニーリングの前後に行われる。熱ドナー濃度は次いで、抵抗率値およびシリコンでの電荷キャリア移動度を示す数学モデルから計算される。格子間酸素濃度は次いで、熱ドナー濃度から得られてもよい。

この技法は、特にｎ型の、低濃度ドープの結晶シリコン試料（正味のドーピング＜５×１０^１６ｃｍ^−３）について良好な結果を示す。ｐ型シリコン試料が、もう一方で高濃度にドープされる（正味のドーピング≧５×１０^１６ｃｍ^−３）ときは、熱ドナーの生成は、格子間酸素濃度を決定するのに十分な抵抗率変化につながらない。

格子間酸素濃度がどんな種類のｐ型半導体試料においても決定されることを可能にする方法を提供する必要は存在することが、観察される。

この必要は、次のステップ、
− 熱ドナーを形成するために試料を熱処理にさらすステップと、
− 試料を０Ｋと１００Ｋとの間に含まれる温度の状態にするステップおよび試料の電荷キャリア濃度を測定するステップと、
− 試料の熱ドナー濃度を試料の電荷キャリア濃度および温度から決定するステップと、
− 格子間酸素濃度を熱ドナー濃度から決定するステップとによって満たされる傾向がある。

他の利点および特徴は、非制限的な例のためだけに与えられ、添付の図面を用いて例示される本発明の特定の実施形態の次の説明からよりはっきりと明らかになるであろう。

本発明による格子間酸素濃度Ｃ_Ｏを決定するための方法のステップを示す図である。 異なる値の熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤについて高濃度ドープのシリコン試料での電荷キャリア濃度ｐ対アニーリング温度Ｔのグラフを示す図である。 異なる値の酸素濃度Ｃ_Ｏについて熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤ対熱処理時間ｔのグラフを示す図である。 図１の格子間酸素濃度Ｃ_Ｏを決定するための方法の追加ステップを示す図である。

ｐドープのシリコン基板では、多数電荷キャリアは正孔である。周囲温度では、それらの濃度は、シリコンに存在するドーパント不純物、一般にホウ素原子（Ｂ）の濃度Ｎ_Ａによって規定される。これらの原子は、電子アクセプタと呼ばれる。

対照的に、ｎ型シリコンでは、多数電荷キャリアは、電子である。ドーパント不純物は、電子ドナー原子、例えばリン原子（Ｐ）である。周囲温度では、電子濃度は、ドナー原子濃度Ｎ_Ｄによって与えられる。

加えて、両方の種類のドーパント不純物、アクセプタおよびドナー（それぞれ濃度Ｎ_ＡおよびＮ_Ｄで）を提示する、「補償型基板」と呼ばれる基板が、存在する。もしＮ_ＡがＮ_Ｄよりも大きいならば、シリコンはその時、ｐ型であり、正孔濃度は、Ｎ_Ａ−Ｎ_Ｄに等しい（周囲温度で）。対照的に、もしＮ_Ｄ＞Ｎ_Ａならば、シリコンは、ｎ型であり、電子濃度は、Ｎ_Ｄ−Ｎ_Ａに等しい（周囲温度で）。

シリコン基板を２００℃と５００℃との間に含まれる温度にさらすことによって、熱ドナーが、基板に形成される。熱ドナーＴＤＤは、各ＴＤＤが２つの電子を生成するので、「二重」ドナー型のドーパント不純物と考えられる。

熱ドナーＴＤＤの活性化はその時、基板での自由電荷キャリア濃度の変化を引き起こす。もし基板がｎ型であるならば、電子濃度は、熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤの２倍だけ増やされる。もう一方のｐ型基板では、正孔濃度は、電荷のリバランス（ｒｅｂａｌａｎｃｉｎｇ）に続いて、濃度Ｎ_ＴＤＤの２倍だけ減らされる。

ｐ型半導体だけ、および例のためにシリコンが、下記で考えられる。

高濃度ドープのシリコンでは、この後ｐと記載される自由電荷キャリア濃度は、周囲温度では高い（ｐ＝Ｎ_Ａ−Ｎ_Ｄ≧５×１０^１６ｃｍ^−３）。それ故に、熱ドナーＴＤＤの活性化によって引き起こされる濃度ｐの変化が、測定されることになるとき、この変化は、初期電荷キャリア濃度と比較して約４から５桁小さいことが、観察される。その結果、この変化を測定することは、非常に困難である。同様に、シリコンが、低い格子間酸素含有量を含有するときは、活性化される熱ドナーＴＤＤは、数が少ない。電荷キャリア濃度ｐはその結果、アニーリングが行われても事実上変更されない。

もう一方で、この変化が、０Ｋと１００Ｋとの間の低温で観察されるときは、電荷キャリア濃度ｐへの熱ドナーの寄与は、著しいことが、観察される。これは、低温では、自由電荷キャリアの数が、かなり低減され、熱ドナーＴＤＤの数と同じ程度の大きさになるという事実から来る。

任意の種類のｐ型半導体材料での、特に高濃度ドープのかつ／または少ししか酸素を含有しない材料での格子間酸素濃度を正確に決定するためにこの観察を適用することが、ここで提案される（原則として）。

図１は、格子間酸素濃度Ｃ_Ｏを決定するための方法のステップＦ１からＦ４を示す。

第１のステップＦ１では、酸素を含有する試料、例えばシリコン基板が、熱ドナーＴＤＤを形成するために熱処理、またはアニーリングにさらされる。アニーリング温度は、好ましくは２００℃と５００℃との間に、有利には４００℃と５００℃との間に含まれる。実際、これより先で述べられることになるように、熱ドナーの形成速度論は、この温度範囲では、特に４５０℃ではよく知られている。アニーリング時間ｔは、好ましくは１分間と１０時間との間に含まれる。この時間は、材料のドーピング・レベルおよび酸素含有量の関数であり、酸素含有量が高いほど、アニーリング時間は、より短いことになり、電荷キャリア密度が高いほど、その時間は、より長いことになる。

試料は次いで、Ｆ２で、０Ｋと１００Ｋとの間に、好ましくは４Ｋと２０Ｋとの間に含まれる温度Ｔの状態にされる。試料の電荷キャリア濃度ｐが次いで、この温度で測定される（ステップＦ２’）。

測定温度Ｔが低いほど、酸素濃度Ｃ_Ｏについての精度は、より高いことになる。４〜２０Ｋの範囲は、精度と実施の容易さとの間の良好なトレードオフを示すので好ましい。この範囲の温度は実際、より複雑でかつ高価な機器を必要とするより低い温度とは異なり、容易に到達可能である。

電荷キャリア濃度ｐは好ましくは、ホール効果によって測定される。この技法は、上述の温度範囲で正確であり、一方でそれと同時に実施するのが簡単である。しかしながら、他の技法、特に静電容量対電圧（Ｃ−Ｖ）の測定に基礎を置かれる技法が、想定されることもあり得る。

図１の方法のステップＦ３は、シリコン試料の熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤを試料の電荷キャリア濃度ｐおよび温度Ｔから決定することにある。

このために、シリコン試料での電荷キャリア濃度ｐを熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤに結び付ける、温度Ｔに対する関係式ｐ（Ｔ）が、確立された。

関係式ｐ（Ｔ）は、補償型シリコン、すなわち濃度Ｎ_Ａのアクセプタ型の不純物および濃度Ｎ_Ｄのドナー型の不純物（ＴＤＤドナー以外の）を含むシリコンの一般的場合に以下で与えられる。当然のことながら、ステップＦ１のアニーリングの後、シリコンはまた、濃度Ｎ_ＴＤＤの熱二重ドナーも含む。

このシリコンでの電気的中性方程式は、

と書かれる。因子２は、ＴＤＤの「二重」ドナー性から生じる。

Ｎ_Ａ ^ｉは、イオン化アクセプタ型不純物の濃度である。それは、次のように濃度Ｎ_Ａに依存する（アクセプタ型のすべての不純物が低温でイオン化されるとは限らないので）。

関係式（１）においてＮ_Ａ ^ｉをその表式（２）に置き換え、次いで簡略化することによって、次式が、得られる。

この二次方程式の解は、

と書かれ、ただしＮ_Ａは、アクセプタ型のドーパント不純物の濃度であり、Ｎ_Ｄは、ドナー型のドーパント不純物の濃度であり、Ｎ_Ｖは、価電子帯での等価状態密度であり、Ｅ_Ａは、アクセプタ状態のエネルギー準位であり（価電子帯の最上部に関して計算される）、ｋは、ボルツマン定数であり、Ｔは、温度である。

パラメータＮ_Ｖ、Ｅ_Ａおよびｋの値、ならびに温度Ｔに関するそれらの可能な変化は、著作物「Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ」（Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ、Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８１年）から知られている。

それ故に、ｐ型シリコンが、アクセプタ型だけのドーパント不純物を含むときは（Ｎ_Ｄ＝０）、関係式ｐ（Ｔ）は、

と書かれる。

上記の関係式（３）および（４）を用いて、熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤは、所与の温度Ｔで測定される電荷キャリア濃度ｐから容易に計算されてもよい。

濃度Ｎ_ＴＤＤの決定はまた、較正曲線を用いて行われてもよい。

図２は、例のためにこれらの較正曲線の１つを示す。この１つは、異なる値のＮ_ＴＤＤについて、電荷キャリア濃度ｐ対温度Ｔを与える。それは、ホウ素ドープのｐ型シリコン基板（Ｎ_Ａ＝１０^１７ｃｍ^−３）について関係式（４）から確立された。

比較のために、同じ基板だが、しかし熱ドナーを欠く基板についての正孔濃度ｐ（Ｔ）（太線プロット）もまた、図２の較正曲線に示されている。

熱ドナーＴＤＤの形成は、正孔濃度ｐの著しい減少をもたらすことが、観察されてもよい。例えば２０Ｋでは、濃度ｐは、熱ドナーがない場合は４．３×１０^１１ｃｍ^−３に等しい。それは、１０^１２ｃｍ^−３に等しい濃度Ｎ_ＴＤＤについては８．９×１０^１０ｃｍ^−３まで、１０^１４ｃｍ^−３の濃度Ｎ_ＴＤＤについては９．３×１０^８ｃｍ^−３まで、１０^１６ｃｍ^−３の濃度Ｎ_ＴＤＤについては７．４３×１０^６ｃｍ^−３まで低下する。従って、濃度ｐは、０Ｋ〜１００Ｋの温度範囲で濃度Ｎ_ＴＤＤに大きく依存する。

所与の濃度ｐおよび温度Ｔについての較正曲線の読み取りは、熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤが得られることを可能にする。

ステップＦ４（図１）では、試料の格子間酸素濃度Ｃ_Ｏが、アニーリング時間ｔおよびステップＦ３で計算される熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤから決定される。

格子間酸素濃度Ｃ_Ｏは好ましくは、論文「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｏｎｏｒｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ」（Ｃ．Ａ．Ｗｉｊａｒａｎａｋｕｌａ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５９（１３）、１６０８頁、１９９１年）から取り込まれる関係式を用いて計算される。この論文は、４５０℃でのアニーリングによるシリコンでの熱ドナーの形成速度論を述べる。

この温度はさらに、熱ドナーの形成速度と得られる最大濃度との間の良好なトレードオフを構成する。４５０℃よりも高い温度は、最大濃度を損ねるほどＴＤＤの形成速度を高くする。従って、酸素濃度が高い、例えば５×１０^１７ｃｍ^−３よりも大きいと仮定されるときに、高温は、特別に許可されるべきである。対照的に、４５０℃よりも低い温度は、ＴＤＤの最大濃度が増やされることを可能にすることになり、近似的酸素濃度が低い、例えば５×１０^１７ｃｍ^−３未満の基板について使用されるのが可能であることになる。

酸素濃度についての事前情報がない場合は、４００℃と５００℃との間に含まれる、例えば４５０℃に等しいアニーリング温度が好ましくは、選択されることになる。

熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤ対酸素濃度Ｃ_Ｏおよびアニーリング時間ｔを示す関係式は、以下で与えられ、

ただしＤ_Ｏは、格子間酸素拡散係数

である。

ｔおよびＮ_ＴＤＤを知ることで、基板の格子間酸素濃度Ｃ_Ｏが、容易に計算されてもよい。

別法として、格子間酸素濃度Ｃ_Ｏは、異なる値の酸素濃度Ｃ_Ｏについて、熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤ対アニーリング時間ｔの較正曲線を用いて決定されてもよい。

図３は、約４５０℃のアニーリング温度について関係式（５）から構築されるこれらの較正曲線の１つを示す。酸素濃度Ｃ_Ｏの小さな変化は、熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤの大きな変化をもたらすことが、観察されてもよい。

この較正曲線の読み取りは、濃度Ｃ_Ｏの値が所与の濃度Ｎ_ＴＤＤおよびアニーリング時間ｔについて決定されることを可能にする。

４５０℃と異なるアニーリング温度については、特に論文「Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｏｎｏｒ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ３５０ ａｎｄ ５００℃」（Ｃ．Ａ．Ｌｏｎｄｏｓ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２（１３）、１５２５頁、１９９３年）の教示の観点から、関係式（５）および較正曲線が、適合されてもよい。この論文はまた、シリコンでの熱ドナーの形成速度論も述べるが、しかし３５０℃と５００℃との間に含まれる温度についてである。

それ故に、低温でのｐの測定結果および熱ドナーを考慮する数学モデルｐ（Ｔ）を組み合わせることによって、濃度Ｎ_ＴＤＤを正確に決定し、それから格子間酸素濃度を推定することが、可能である。

例のために、もし濃度ｐが、１０Ｋで測定されるならば、Ｃ_Ｏの検出限界は、１０^１５ｃｍ^−３まで下げられる。言い換えれば、従来技術の技法が許さない、１０^１５ｃｍ^−３と同じ程度に低い酸素濃度を測定することが、可能である。

ステップＦ３で行われるＮ_ＴＤＤの計算は、アクセプタ型のドーパント不純物の濃度Ｎ_Ａ、およびおそらくはドナー型のドーパント不純物の濃度Ｎ_Ｄ（ｐ型補償型またはそうでない）の値が知られていることを必要とする。これらの値は、基板製造業者によって与えられてもよい。もしそうでない場合は、それらの値は、図１の方法の追加ステップで決定されてもよい。

図４は、決定するための本方法の追加ステップを示し、そのうちの１つは、ドーパント不純物濃度Ｎ_ＡまたはＮ_Ｄが決定されることを可能にする。

好ましくは、濃度Ｎ_ＡまたはＮ_Ｄは、アニーリング・ステップＦ１より前のステップＦ０’で決定される。

非補償型ｐ型シリコン（関係式４）については、濃度Ｎ_Ａは、基板の初期抵抗率ρ_０が測定された後、次の関係式を用いて計算されてもよく、

ただしｑは、素電荷（ｑ＝１．６×１０^−１９Ｃ）であり、μ_ｐは、シリコンでの正孔の移動度である。

抵抗率測定は、４点プローブ法によってまたは非接触法によって、例えば誘導結合によって簡単に行われてもよい。

基板がその初期状態で、Ｎ_Ａの偽値をもたらすこともあり得るどんな熱ドナーも含まないことを確実にするために、アニーリングが好ましくは、ステップＦ０において、６５０℃以上の温度で行われる。これは、酸素析出物（または熱ドナーＴＤＤ）を不安定にして、それらを取り除く。酸素原子はその結果、それらの格子間位置を取り戻す。従って、ρ_０の測定は有利には、そのようなアニーリングの後に行われる。

アニーリングＦ０はその上、熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤが最初はゼロであることを確実にするために、濃度Ｎ_Ａが知られているときでさえ行われてもよい。言い換えれば、ステップＦ０は、ステップＦ０’がない場合に行われてもよい。

そのようなアニーリングは好ましくはまた、格子間酸素濃度が決定された（Ｆ４）後に、Ｆ５において本方法の終わりに使用されもする。このアニーリング・ステップＦ５を用いて、基板は、その初期状態に戻り、再使用されてもよい。

補償型シリコン（関係式３）の場合は、Ｎ_Ａの値およびＮ_Ｄの値を両方とも知る必要がある。前のように、これらの２つの値のうちの１つが知られているならば、基板の初期抵抗率が、測定されてもよい。

もしそれらのどちらも知られていないならば、追加の測定、特にＧＤＭＳ（グロー放電質量分析法）型の測定が、行われてもよい。

好ましい実施形態（図示されない）では、電荷キャリア濃度ｐは、０Ｋと１００Ｋとの間に含まれる異なる温度Ｔについて測定される。濃度Ｎ_ＴＤＤを決定するために関係式（３）または（４）と関連付けられてもよい、いくつかの組の値｛ｐ、Ｔ｝が、次いで得られる。その時、関係式（４）の場合にはドーパント不純物濃度Ｎ_Ａを知ることは、もはや必要でない。もう一方のＮ_Ｄを知ることは、補償型シリコン（関係式３）の場合には必要なままである。

ここで述べられる決定するための方法の多数の変形および変更は、当業者には明らかであろう。本方法は、シリコン基板との関連で述べられている。しかしながら、本方法はまた、ＩＶ族の他のｐドープの半導体、特にゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウム基板に適用されてもよい。ゲルマニウムは実際また、熱ドナーが酸素の存在下で形成されてもよい半導体でもある。

Ｃ_Ｏ 格子間酸素濃度
Ｆ０ ６５０℃以上の温度でアニーリングを行うステップ
Ｆ０’ ドーパント不純物濃度Ｎ_Ａ、Ｎ_Ｄを決定するステップ
Ｆ１ 熱ドナーを形成するために試料を熱処理にさらすステップ
Ｆ２ 試料を０Ｋと１００Ｋとの間に含まれる温度Ｔの状態にするステップ
Ｆ２’ 試料の電荷キャリア濃度ｐを温度Ｔで測定するステップ
Ｆ３ 試料の熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤを試料の電荷キャリア濃度ｐおよび温度Ｔから決定するステップ
Ｆ４ 試料の酸素濃度Ｃ_Ｏを熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤおよび熱処理時間ｔから決定するステップ
Ｆ５ ６５０℃以上の温度でアニーリングを行うステップ
Ｎ_Ａ アクセプタ型のドーパント不純物の濃度
Ｎ_Ｄ ドナー型のドーパント不純物の濃度
Ｎ_ＴＤＤ 熱ドナーの濃度
Ｔ 温度
ＴＤＤ 熱ドナー
ｐ 電荷キャリア濃度
ｔ アニーリング時間

Claims (9)

1. ｐ型半導体材料から作られる試料の格子間酸素濃度（Ｃ_Ｏ）を熱ドナー濃度（Ｎ_ＴＤＤ）から決定するための方法であって、次のステップ、
   ａ）熱ドナーを形成するために所定時間の間、前記試料を熱処理にさらすステップ（Ｆ１）を含み、
   前記方法が、次のステップ、
   ｂ）前記試料を０Ｋと１００Ｋとの間に含まれる温度（Ｔ）の状態にするステップ（Ｆ２）および前記試料の電荷キャリア濃度（ｐ）を測定するステップ（Ｆ２’）と、
   ｃ）前記試料の前記熱ドナー濃度（Ｎ_ＴＤＤ）を前記試料の前記電荷キャリア濃度（ｐ）および前記温度（Ｔ）から決定するステップ（Ｆ３）と、
   ｄ）前記熱ドナー濃度（Ｎ _ＴＤＤ ）、前記所定時間および前記格子間酸素濃度（Ｃ _Ｏ ）間の関係から、前記格子間酸素濃度（Ｃ _Ｏ ）を決定するステップ（Ｆ４）と、を含むことを特徴とする、方法。
2. ０Ｋと１００Ｋとの間に含まれる異なる温度での前記電荷キャリア濃度（ｐ）の複数の測定結果を含み、前記熱ドナー濃度（Ｎ_ＴＤＤ）は、前記電荷キャリア濃度対温度の変化を記述する関係式（ｐ（Ｔ））との前記測定結果の相関関係によって決定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記試料は、アクセプタ型およびドナー型のドーパント不純物を含み、前記熱ドナー濃度Ｎ_ＴＤＤは、次の関係式を用いて決定され、
   

   

   ただしＮ_Ａは、アクセプタ型のドーパント不純物の濃度であり、Ｎ_Ｄは、ドナー型のドーパント不純物の濃度であり、Ｅ_Ａは、アクセプタ状態のエネルギー準位であり、Ｎ_Ｖは、価電子帯での等価状態密度であり、ｋは、ボルツマン定数であり、Ｔは、温度である、請求項１または２の一項に記載の方法。
4. 前記熱処理ステップ（Ｆ１）の前に、前記ドーパント不純物の濃度（Ｎ_Ａ、Ｎ_Ｄ）を前記試料の抵抗率測定結果から決定するステップ（Ｆ０’）を含む、請求項３に記載の方法。
5. ６５０℃以上の温度でのアニーリング・ステップ（Ｆ０）を最初に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記電荷キャリア濃度（ｐ）は、ホール効果によって測定される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記熱処理は、２００℃と５００℃との間に含まれる温度で行われる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記熱処理の前記温度は、４００℃と５００℃との間に含まれる、請求項７に記載の方法。
9. 前記試料は、前記電荷キャリア濃度（ｐ）を測定する（Ｆ２’）ために４Ｋと２０Ｋとの間に含まれる温度の状態にされる（Ｆ２）、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

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