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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025008250
(43)【公開日】2025-01-20
(54)【発明の名称】炭素濃度の測定方法
(51)【国際特許分類】
G01N 21/3563 20140101AFI20250109BHJP
【ＦＩ】
G01N21/3563
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023110244
(22)【出願日】2023-07-04
(71)【出願人】
【識別番号】000190149
【氏名又は名称】信越半導体株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100102532
【弁理士】
【氏名又は名称】好宮 幹夫
(74)【代理人】
【識別番号】100194881
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 俊弘
(74)【代理人】
【識別番号】100215142
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 徹
(72)【発明者】
【氏名】生垣 賢
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 温
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA01
2G059CC12
2G059EE01
2G059EE12
2G059HH01
2G059MM01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ＦＴ－ＩＲ法により、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度範囲でエピタキシャル層に炭素を含有するエピタキシャルウェーハを測定する際、ＳＩＭＳ法から求めた炭素濃度から乖離しない炭素濃度評価法を提供することを目的とする。
【解決手段】ＦＴ－ＩＲ法によるシリコン単結晶中の置換型炭素濃度を測定する方法であって、測定対象のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルから炭素が含まれない参照用のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルを差し引いて得られる差吸光度スペクトルにおいて、置換型炭素の局在振動吸収ピークから得られる差吸光度と前記測定対象の厚さから、差吸収係数を算出し、
［炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］=１．２×１０１７×［差吸収係数］
の関係式を用いて、前記測定対象のシリコン単結晶の炭素濃度を求める炭素濃度の測定方法。
【選択図】図１
【解決手段】ＦＴ－ＩＲ法によるシリコン単結晶中の置換型炭素濃度を測定する方法であって、測定対象のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルから炭素が含まれない参照用のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルを差し引いて得られる差吸光度スペクトルにおいて、置換型炭素の局在振動吸収ピークから得られる差吸光度と前記測定対象の厚さから、差吸収係数を算出し、
［炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］=１．２×１０１７×［差吸収係数］
の関係式を用いて、前記測定対象のシリコン単結晶の炭素濃度を求める炭素濃度の測定方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＦＴ－ＩＲ法によるシリコン単結晶中の置換型炭素濃度を測定する方法であって、
前記炭素濃度測定の有効範囲は５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度であり、
測定対象のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルから炭素が含まれない参照用のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルを差し引いて得られる差吸光度スペクトルにおいて、置換型炭素の局在振動吸収ピークから得られる差吸光度と前記測定対象の厚さから、差吸収係数を算出し、
［炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］=１．２×１０１７×［差吸収係数］
の関係式を用いて、前記測定対象のシリコン単結晶の炭素濃度を求めることを特徴とする炭素濃度の測定方法。
前記炭素濃度測定の有効範囲は５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度であり、
測定対象のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルから炭素が含まれない参照用のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルを差し引いて得られる差吸光度スペクトルにおいて、置換型炭素の局在振動吸収ピークから得られる差吸光度と前記測定対象の厚さから、差吸収係数を算出し、
［炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］=１．２×１０１７×［差吸収係数］
の関係式を用いて、前記測定対象のシリコン単結晶の炭素濃度を求めることを特徴とする炭素濃度の測定方法。
【請求項2】
前記測定対象のシリコン単結晶の炭素濃度は、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層中の炭素濃度であることを特徴とする請求項１に記載の炭素濃度の測定方法。
【請求項3】
前記差吸収係数は、
［差吸収係数］＝［差吸光度］×２３．０３÷［測定対象の厚さ（ｍｍ）］
の関係式を用いて算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素濃度の測定方法。
［差吸収係数］＝［差吸光度］×２３．０３÷［測定対象の厚さ（ｍｍ）］
の関係式を用いて算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素濃度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭素濃度の測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
シリコンウェーハに含まれる炭素原子や酸素原子などの不純物は、ウェーハの電気的品質を支配する重要な因子である。近年の半導体デバイスの微細化及び高集積化に伴い、シリコンウェーハ中の炭素がリーク電流を引き起こす原因と考えられているため、一般には極力低減することが望まれている。その一方で、減圧ＣＶＤ炉を用いた成膜技術の進化により、シリコンウェーハを基板として局所的に高濃度炭素を含有したエピタキシャル層を形成することが可能となり、これまでにない新たな用途も検討され始めている。以上の背景から、シリコンウェーハやエピタキシャルウェーハにおける炭素濃度の評価技術は、極低濃度（１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）から固溶度を大きく上回るほどの高濃度（５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上）まで幅広く対応することが求められている。
【0003】
シリコンウェーハやエピタキシャルウェーハ中の炭素濃度評価手法としてＰＬ（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）法やＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法が知られている。これらの手法は大変精度よく確立されているものの、測定前に電子線照射が必要なことや、測定時間が長いために、大規模な製品出荷検査に適さない。そこで、シリコンウェーハやエピタキシャルウェーハ中の炭素濃度を迅速に測定する方法としてＦＴ－ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法による定量が広く採用されている。ＦＴ－ＩＲ法は、非破壊で基板深さ方向の炭素濃度を迅速に測定することができる点で優れており、実際には、評価試料の吸光度スペクトルと、実質的に炭素が含まれない参照試料（リファレンス試料）を測定した吸光度スペクトルとの差吸光度スペクトルから置換型炭素（Ｃｓ）の局在振動吸収ピークを求め、その差吸収係数から炭素濃度に換算する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－０１２７７２号公報
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】ＪＥＩＴＡ ＥＭ－３５０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記のように、様々な濃度範囲の炭素を含有したシリコンウェーハやエピタキシャルウェーハを簡便なＦＴ－ＩＲ法で評価することが求められてきた。例えば、特許文献１では、ＦＴ－ＩＲ法において、極めて低い炭素濃度（５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）を定量する手法が開示されている。非特許文献１では、差吸光度スペクトルから６０５ｃｍ－１における炭素の差吸収係数を決定し、
［シリコンウェーハの炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］＝８．２×１０１６×［差吸収係数］ …（１）
の関係式を用いて炭素濃度を見積もる手法が記載されている。
［シリコンウェーハの炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］＝８．２×１０１６×［差吸収係数］ …（１）
の関係式を用いて炭素濃度を見積もる手法が記載されている。
【0007】
しかしながら、この関係式が適応されるシリコンウェーハの炭素濃度は非特許文献１の本文中に記載がある通り２×１０１５～３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であり、エピタキシャル層において固溶度を大きく上回る濃度で炭素を含有するエピタキシャルウェーハを測定した場合には、ＳＩＭＳ法等から求まる実際の炭素濃度から乖離してしまう。
【0008】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＦＴ－ＩＲ法により、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の高い濃度範囲で炭素を含有するシリコン単結晶を測定する際、ＳＩＭＳ法から求めた炭素濃度から乖離しない炭素濃度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、ＦＴ－ＩＲ法によるシリコン単結晶中の置換型炭素濃度を測定する方法であって、前記炭素濃度測定の有効範囲は５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度であり、測定対象のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルから炭素が含まれない参照用のシリコン単結晶に赤外光を照射し得られる吸光度スペクトルを差し引いて得られる差吸光度スペクトルにおいて、置換型炭素の局在振動吸収ピークから得られる差吸光度と前記測定対象の厚さから、差吸収係数を算出し、
［炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］=１．２×１０１７×［差吸収係数］ …（２）
の関係式を用いて、前記測定対象のシリコン単結晶の炭素濃度を求めることを特徴とする炭素濃度の測定方法を提供する。
［炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］=１．２×１０１７×［差吸収係数］ …（２）
の関係式を用いて、前記測定対象のシリコン単結晶の炭素濃度を求めることを特徴とする炭素濃度の測定方法を提供する。
【0010】
このような炭素濃度の測定方法を用いることで、局所的に高濃度炭素を含有するシリコン単結晶を測定する際、ＦＴ－ＩＲ法から求まる炭素濃度が、高精度なＳＩＭＳ法から求まる炭素濃度と大きく乖離することなくより正確に測定することができる。
【0011】
このとき、前記測定対象のシリコン単結晶の炭素濃度は、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層中の炭素濃度とすることができる。
【0012】
これにより、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層において局所的に高濃度炭素を含有する試料を測定する際、ＦＴ－ＩＲ法から求まる炭素濃度が、高精度なＳＩＭＳ法から求まる炭素濃度と大きく乖離することなくより正確に測定することができる。
【0013】
このとき、前記差吸収係数は、
［差吸収係数］＝［差吸光度］×２３．０３÷［測定対象の厚さ（ｍｍ）］ …（３）
の関係式を用いて算出することができる。
［差吸収係数］＝［差吸光度］×２３．０３÷［測定対象の厚さ（ｍｍ）］ …（３）
の関係式を用いて算出することができる。
【0014】
これにより、前記シリコン単結晶又は前記エピタキシャル層において、ＦＴ－ＩＲ法から求まる炭素濃度が、高精度なＳＩＭＳ法から求まる炭素濃度と大きく乖離することなくより正確に測定することができる。
【発明の効果】
【0015】
以上のように、本発明の炭素濃度の測定方法であれば、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の高い濃度範囲で炭素を含有するシリコン単結晶、特にエピタキシャルウェーハに対しても、ＦＴ－ＩＲ法によってＳＩＭＳ法並みの精度で簡便かつ迅速に非破壊で炭素濃度を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の炭素濃度測定フローを示す。
【図2】ベースラインの引き方を示す差吸光度スペクトルの例を示す。
【図3】実験例における、エピタキシャル層中の炭素濃度を振ったエピタキシャルウェーハの差吸光度スペクトル（ベースライン補正後）を示す。
【図4】実験例における差吸光度スペクトルから読み取った差吸光度とＳＩＭＳ法で測定した炭素濃度との関係を示す。
【図5】実験例における、ＦＴ－ＩＲ法から示されたエピタキシャル層の差吸収係数とＳＩＭＳ法で測定されたエピタキシャル層の炭素濃度との関係を示す。
【図6】実施例１～５で示したエピタキシャルウェーハの炭素濃度を本発明の炭素濃度測定方法で測定した結果を示す。
【図7】比較例１～５で示したエピタキシャルウェーハに対して本発明の炭素濃度測定方法と既存の炭素濃度測定方法とを適用した場合における炭素濃度の差を示す。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0018】
上述のように、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の高い濃度範囲で炭素を含有するシリコン単結晶、特にエピタキシャルウェーハに対しても、ＦＴ－ＩＲ法によってＳＩＭＳ法並みの精度で炭素濃度を測定することが求められていた。
【0019】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、ＦＴ－ＩＲ法によるシリコン単結晶中の置換型炭素濃度を測定する方法であって、前記測定の有効範囲は５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度であり、測定対象のシリコン単結晶の吸光度スペクトルから炭素が含まれない参照用のシリコン単結晶の吸光度スペクトルを差し引いて得られる差吸光度スペクトルから差吸収係数を導出し、関係式（２）を用いて炭素濃度を求めることにより、前記濃度範囲で炭素を含有するシリコン単結晶に対しても、ＦＴ－ＩＲ法によってＳＩＭＳ法並みの精度で炭素濃度を測定することができることを見出し、本発明を完成した。
【0020】
本発明者らはまた、本発明の炭素濃度の測定方法は、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層中の炭素濃度の測定に適用することが好ましいことを見出した。
【0021】
本発明において使用するリファレンス試料やベースライン補正の方法は特に限定されないが、例えばリファレンス試料は、測定精度の観点から評価試料と同じシリコンウェーハを基板として、本質的に炭素を含有しないエピタキシャル層を評価試料と同じ膜厚で形成したエピタキシャルウェーハとすることができる。また、ベースライン補正については、非特許文献１に倣い６４０ｃｍ－１と５６０ｃｍ－１が両端となるように引く事ができる。
このようなものであれば、測定者による誤差を防ぐことができ、より精度の高い炭素濃度評価法となる。
このようなものであれば、測定者による誤差を防ぐことができ、より精度の高い炭素濃度評価法となる。
【0022】
【0023】
（工程１）
まず、評価試料であるエピタキシャルウェーハと、リファレンス試料として用いるエピタキシャルウェーハを準備する。これらのシリコン基板として、同じ厚さ・抵抗率を有し、表面研磨されたものを準備する。例えば、炭素濃度を測定する場合、厚さ２．０ｍｍで、導電型がｐ型であれば抵抗率が３Ω・ｃｍ以上、ｎ型であれば１Ω・ｃｍ以上のシリコン基板を準備してよい。また、シリコン基板上に成膜するエピタキシャル層として、同じ膜厚・抵抗率を有し、炭素濃度のみが異なるように準備すると良い。評価試料のエピタキシャル層には５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度範囲で炭素が含有されており、リファレンス試料のエピタキシャル層には実質的には炭素を含まないものを準備する。
まず、評価試料であるエピタキシャルウェーハと、リファレンス試料として用いるエピタキシャルウェーハを準備する。これらのシリコン基板として、同じ厚さ・抵抗率を有し、表面研磨されたものを準備する。例えば、炭素濃度を測定する場合、厚さ２．０ｍｍで、導電型がｐ型であれば抵抗率が３Ω・ｃｍ以上、ｎ型であれば１Ω・ｃｍ以上のシリコン基板を準備してよい。また、シリコン基板上に成膜するエピタキシャル層として、同じ膜厚・抵抗率を有し、炭素濃度のみが異なるように準備すると良い。評価試料のエピタキシャル層には５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度範囲で炭素が含有されており、リファレンス試料のエピタキシャル層には実質的には炭素を含まないものを準備する。
【0024】
このとき、前記シリコン及び炭素を含有する混合ガス雰囲気のシリコンソースとして、ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３のうち少なくとも一つを用いることができる。また、前記シリコン及び炭素を含有する混合ガス雰囲気のカーボンソースとして、ＳｉＨ３（ＣＨ３）、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８のうち少なくとも一つを用いることができる。
【0025】
（工程２）
評価試料及びリファレンス試料をそれぞれＦＴ－ＩＲ装置の光路に配置し、赤外光を照射することで吸光度スペクトルを得る。このとき、ＦＴ－ＩＲ装置における試料室のガス雰囲気や積算回数は特に制限されないが、真空ポンプの利用によって大気の影響を除去したり、例えば積算回数を４００００回にしたりすることで高精度な吸光度スペクトルが得られる。そして、評価試料の吸光度スペクトルから、リファレンス試料の吸光度スペクトルを減算することで差吸光度スペクトルが得られる。図２に示すように、６４０ｃｍ－１と５６０ｃｍ－１が両端となるように引いた直線をベースラインとすることで、６０５ｃｍ－１付近に確認されるＣｓの局在振動吸収ピークとベースラインとの距離を読み取り、これを差吸光度とする。
評価試料及びリファレンス試料をそれぞれＦＴ－ＩＲ装置の光路に配置し、赤外光を照射することで吸光度スペクトルを得る。このとき、ＦＴ－ＩＲ装置における試料室のガス雰囲気や積算回数は特に制限されないが、真空ポンプの利用によって大気の影響を除去したり、例えば積算回数を４００００回にしたりすることで高精度な吸光度スペクトルが得られる。そして、評価試料の吸光度スペクトルから、リファレンス試料の吸光度スペクトルを減算することで差吸光度スペクトルが得られる。図２に示すように、６４０ｃｍ－１と５６０ｃｍ－１が両端となるように引いた直線をベースラインとすることで、６０５ｃｍ－１付近に確認されるＣｓの局在振動吸収ピークとベースラインとの距離を読み取り、これを差吸光度とする。
【0026】
（工程３）
工程２から得られた差吸光度とエピタキシャル層の膜厚を以下のような非特許文献１の関係式（３）に代入し、差吸収係数を算出する。
［差吸収係数］＝［差吸光度］×２３．０３÷［測定対象の厚さ（ｍｍ）］ …（３）
工程２から得られた差吸光度とエピタキシャル層の膜厚を以下のような非特許文献１の関係式（３）に代入し、差吸収係数を算出する。
［差吸収係数］＝［差吸光度］×２３．０３÷［測定対象の厚さ（ｍｍ）］ …（３）
【0027】
前記差吸収係数を、下記の関係式（２）に適用することで、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層に含まれる炭素濃度を見積もる。
［炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］=１．２×１０１７×［差吸収係数］ …（２）
［炭素濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）］=１．２×１０１７×［差吸収係数］ …（２）
【0028】
このような本発明の炭素濃度測定法によって、固溶度を大きく上回る炭素濃度でエピタキシャル層に炭素を含有するエピタキシャルウェーハの炭素濃度をＦＴ－ＩＲ法で見積もることができる。
【0029】
［炭素濃度算出式の導出］
次に、工程３記載の関係式（２）を導いた過程を実験例に沿って説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
次に、工程３記載の関係式（２）を導いた過程を実験例に沿って説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0030】
実験の一つとして、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度範囲でエピタキシャル層に炭素を含有するエピタキシャルウェーハを準備した。
即ち、シリコン基板上に減圧ＣＶＤ装置を利用してシリコンエピタキシャル膜（炭素濃度：５．０×１０１７、２．０×１０１８、７．０×１０１８、２．０×１０１９、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙い、膜厚：１又は５．５μｍ）を形成し、これを評価試料とした。なお、シリコンエピタキシャル膜の炭素濃度と厚さの調整は、減圧ＣＶＤ炉における原料ガスの供給量や処理時間を変えることにより行った。
即ち、シリコン基板上に減圧ＣＶＤ装置を利用してシリコンエピタキシャル膜（炭素濃度：５．０×１０１７、２．０×１０１８、７．０×１０１８、２．０×１０１９、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙い、膜厚：１又は５．５μｍ）を形成し、これを評価試料とした。なお、シリコンエピタキシャル膜の炭素濃度と厚さの調整は、減圧ＣＶＤ炉における原料ガスの供給量や処理時間を変えることにより行った。
【0031】
リファレンス試料として、上記炭素を含有するエピタキシャルウェーハの成膜に使用したシリコン基板と同じ水準のシリコン基板に対して、炭素を含む原料ガスを供給せずに成膜することでシリコンエピタキシャル膜を形成した。
【0032】
前記評価試料に対して、室温におけるＦＴ－ＩＲ測定を実施することで吸光度スペクトルを取得した。同様の装置で、前記リファレンス試料に対しても吸光度スペクトルを取得し、前記評価試料の吸光度スペクトルから前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを減算することで差吸光度スペクトルを得た。
【0033】
前記評価試料と前記リファレンス試料から計算された前記差吸光度スペクトルにおいて、図２に示すように６４０ｃｍ－１と５６０ｃｍ－１が両端となるように引いた直線をベースラインとし、６０５ｃｍ－１付近に確認されるＣｓの局在振動吸収ピークと前記ベースラインとの距離を読み取って差吸光度を求めた。前記各差吸光度スペクトルを図３に、読み取った前記差吸光度と前記評価試料をＳＩＭＳ法で測定した炭素濃度との関係を図４に示す。図３に示すように、炭素濃度が高くなるほどＣｓの局在振動吸収ピークとベースラインとの距離が大きくなっている。また図４に示すように、評価試料のエピタキシャル層における炭素濃度が高くなるほど差吸光度が大きくなっていることがわかる。なお図４において、炭素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の試料で線形性が崩れているように見える理由は、膜厚の差（該試料の膜厚は１μｍ狙い、他の４評価試料の膜厚は５．５μｍ狙い）によるものである。
【0034】
前記差吸光度を非特許文献１の関係式（３）に代入し、差吸収係数を算出した。この際、エピタキシャル層の膜厚は別で測定したＳＩＭＳ測定のプロファイルから判断した値を利用した。
【0035】
前記各評価試料について、ＳＩＭＳ法で測定した前記炭素濃度と、ＦＴ－ＩＲ法から導出した前記差吸収係数との関係を調査した結果を図５に示す。図５に示すとおり、両者は比例関係にあることが判明し、ｙ＝ａｘをフィッティング関数として、ＳＩＭＳ法による炭素濃度からの誤差が最小になるよう比例定数ａを求めた。その結果、本発明における炭素濃度算出のための関係式（２）を導出した。なお、図５中の関係式の「α」は［差吸収係数］を示す。
【実施例0036】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0037】
（実施例１）
前記工程１において、減圧ＣＶＤ装置により、シリコン単結晶上へ炭素のソースガスとしてモノメチルシランを用いたエピタキシャル膜（炭素原子濃度：５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙い、膜厚：５．５μｍ狙い）を形成し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を５．５μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
前記工程１において、減圧ＣＶＤ装置により、シリコン単結晶上へ炭素のソースガスとしてモノメチルシランを用いたエピタキシャル膜（炭素原子濃度：５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙い、膜厚：５．５μｍ狙い）を形成し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を５．５μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
【0038】
前記工程２では、ＦＴ－ＩＲ装置を用いて前記評価試料と前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを測定し、前記評価試料の吸光度スペクトルから前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを減算することで差吸光度スペクトルを得た。前記差吸光度スペクトルにおいて、６４０ｃｍ－１と５６０ｃｍ－１が両端となるように引いた直線をベースラインとし（以下、「ベースライン補正」と言う。）、６０５ｃｍ－１付近に確認されるＣｓの局在振動吸収ピークと前記ベースラインとの距離を読み取って差吸光度を求めた結果、該差吸光度は約０．０００８１であることが判明した。
【0039】
前記工程３では、前記工程２で得られた差吸光度と前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜の膜厚（５．７μｍ（ＳＩＭＳプロファイルから判断））から差吸収係数を算出した（このときの差吸収係数は約３．３）。前記差吸収係数を本発明の関係式（２）に代入した結果、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約４．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約２０％であった。図６に前記結果を示す。図６は、実施例１～５において導出した差吸収係数を本発明の関係式（２）に代入して求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度と、ＳＩＭＳ法により前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度を測定した測定結果の関係を示したものである。
【0040】
（実施例２）
前記工程１において、エピタキシャル膜中の炭素濃度が２．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙いであること以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを製造し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を５．５μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
前記工程１において、エピタキシャル膜中の炭素濃度が２．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙いであること以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを製造し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を５．５μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
【0041】
前記工程２では、ＦＴ－ＩＲ装置を用いて前記評価試料と前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを測定し、前記評価試料の吸光度スペクトルから前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを減算することで差吸光度スペクトルを得た。前記差吸光度スペクトルにおいて、ベースライン補正後、６０５ｃｍ－１付近に確認されるＣｓの局在振動吸収ピークと前記ベースラインとの距離を読み取って差吸光度を求めた結果、該差吸光度は約０．００３１であることが判明した。
【0042】
前記工程３では、前記工程２で得られた差吸光度と前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜の膜厚（５．１μｍ（ＳＩＭＳプロファイルから判断））から差吸収係数を算出した（このときの差吸収係数は約１３．９）。前記差吸収係数を本発明の関係式（２）に代入した結果、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約２０％であった（図６参照）。
【0043】
（実施例３）
前記工程１において、エピタキシャル膜中の炭素濃度が７．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙いであること以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを製造し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を５．５μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
前記工程１において、エピタキシャル膜中の炭素濃度が７．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙いであること以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを製造し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を５．５μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
【0044】
前記工程２では、ＦＴ－ＩＲ装置を用いて前記評価試料と前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを測定し、前記評価試料の吸光度スペクトルから前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを減算することで差吸光度スペクトルを得た。前記差吸光度スペクトルにおいて、ベースライン補正後、６０５ｃｍ－１付近に確認されるＣｓの局在振動吸収ピークと前記ベースラインとの距離を読み取って差吸光度を求めた結果、該差吸光度は約０．０１１であることが判明した。
【0045】
前記工程３では、前記工程２で得られた差吸光度と前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜の膜厚（５．１μｍ（ＳＩＭＳプロファイルから判断））から差吸収係数を算出した（このときの差吸収係数は約４８．２）。前記差吸収係数を本発明の関係式（２）に代入した結果、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約５．８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約５．１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約１３％であった（図６参照）。
【0046】
（実施例４）
前記工程１において、エピタキシャル膜中の炭素濃度が２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙いであること以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを製造し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を５．５μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
前記工程１において、エピタキシャル膜中の炭素濃度が２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙いであること以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを製造し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を５．５μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
【0047】
前記工程２では、ＦＴ－ＩＲ装置を用いて前記評価試料と前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを測定し、前記評価試料の吸光度スペクトルから前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを減算することで差吸光度スペクトルを得た。前記差吸光度スペクトルにおいて、ベースライン補正後、６０５ｃｍ－１付近に確認されるＣｓの局在振動吸収ピークと前記ベースラインとの距離を読み取って差吸光度を求めた結果、差吸光度は約０．０２８であることが判明した。
【0048】
前記工程３では、前記工程２で得られた差吸光度と前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜の膜厚（５．１μｍ（ＳＩＭＳプロファイルから判断））から差吸収係数を算出した（このときの差吸収係数は約１２５．９）。前記差吸収係数を本発明の関係式（２）に代入した結果、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約０％であった（図６参照）。
【0049】
（実施例５）
前記工程１において、エピタキシャル膜中の炭素濃度が１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙い、膜厚が１μｍ狙いであること以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを製造し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を１μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
前記工程１において、エピタキシャル膜中の炭素濃度が１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３狙い、膜厚が１μｍ狙いであること以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを製造し、これを評価試料とした。リファレンス試料として、前記評価試料と同じ水準のシリコン単結晶の基板上に実質的に炭素を含まないエピタキシャル膜を１μｍ形成し、これをリファレンス試料とした。
【0050】
前記工程２では、ＦＴ－ＩＲ装置を用いて前記評価試料と前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを測定し、前記評価試料の吸光度スペクトルから前記リファレンス試料の吸光度スペクトルを減算することで差吸光度スペクトルを得た。前記差吸光度スペクトルにおいて、ベースライン補正後、６０５ｃｍ－１付近に確認されるＣｓの局在振動吸収ピークと前記ベースラインとの距離を読み取って差吸光度を求めた結果、差吸光度は約０．０２７であることが判明した。
【0051】
前記工程３では、前記工程２で得られた差吸光度と前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜の膜厚（１．１μｍ（ＳＩＭＳプロファイルから判断））から差吸収係数を算出した（このときの差吸収係数は約５５８．２）。前記差吸収係数を本発明の関係式（２）に代入した結果、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約６．７×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約８．７×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約２３％であった（図６参照）。
【0052】
（比較例１）
実施例１と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約２．７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約４６％であった（図７参照）。
実施例１と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約２．７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約４６％であった（図７参照）。
【0053】
（比較例２）
実施例２と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約２１％であった（図７参照）。
実施例２と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約２１％であった（図７参照）。
【0054】
（比較例３）
実施例３と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約４．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約５．１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約２３％であった（図７参照）。
実施例３と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約４．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約５．１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約２３％であった（図７参照）。
【0055】
（比較例４）
実施例４と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約３３％であった（図７参照）。
実施例４と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約１．５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約３３％であった（図７参照）。
【0056】
（比較例５）
実施例５と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約４．６×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約８．７×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約４７％であった（図７参照）。
実施例５と同じ評価試料において、ＦＴ－ＩＲ法から示された差吸収係数を非特許文献１の関係式（１）に代入して炭素濃度を見積もったところ、前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約４．６×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが示された。ＳＩＭＳ法から求めた前記シリコン単結晶に形成したエピタキシャル膜中の炭素濃度は約８．７×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であったため、誤差は約４７％であった（図７参照）。
【0057】
以上のとおり、本発明の実施例１～５によれば、図６に示すとおり、本発明の計算式（２）を用いて算出された炭素濃度とＳＩＭＳ法で測定された炭素濃度との誤差は約２０％以下であることが判明した。また、既存のＦＴ－ＩＲ法として利用される非特許文献１の関係式（１）を適応した場合（比較例１～５）、図７に示すとおり、ＳＩＭＳ法による実際の炭素濃度から大きく乖離することが判明した。
以上のことから、炭素濃度５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲でＦＴ－ＩＲ法によるシリコン単結晶中の置換型炭素濃度を測定する場合、本発明の炭素濃度測定方法を用いることで、高精度なＳＩＭＳ法から求まる炭素濃度と大きく乖離することなくより簡便かつ正確に非破壊で測定することができることが確認された。
以上のことから、炭素濃度５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲でＦＴ－ＩＲ法によるシリコン単結晶中の置換型炭素濃度を測定する場合、本発明の炭素濃度測定方法を用いることで、高精度なＳＩＭＳ法から求まる炭素濃度と大きく乖離することなくより簡便かつ正確に非破壊で測定することができることが確認された。
【0058】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】