特許 7552942 シリコン単結晶の抵抗率測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】シリコン単結晶の抵抗率測定方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240910BHJP

   C30B 33/02 20060101ALI20240910BHJP

   C30B 15/00 20060101ALI20240910BHJP

   C30B 29/06 20060101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 L

C30B33/02

C30B15/00 Z

C30B29/06 502H

C30B29/06 502G

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2024010783

(22)【出願日】2024-01-29

【審査請求日】2024-05-08

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】三原 佳祐

(72)【発明者】

【氏名】矢沢 茂

(72)【発明者】

【氏名】大関 正彬

(72)【発明者】

【氏名】田中 佑宜

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－６２４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４５３０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６４ －Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｃ３０Ｂ １／００ －Ｃ３０Ｂ ３５／００

Ｇ０１Ｎ ２７／００ －Ｇ０１Ｎ ２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶の抵抗率を測定する方法であって、
前記シリコン単結晶より切り出された基板に対して、１１００～１２５０℃の温度で９０～２４０分の酸化熱処理を行うことで前記基板表面に熱酸化膜を形成し、
前記基板表面から前記熱酸化膜を除去した後に、前記基板の抵抗率を測定することを特徴とするシリコン単結晶の抵抗率測定方法。

【請求項2】

前記基板表面の前記熱酸化膜をフッ化水素酸によるエッチングで除去した後に、前記基板表面を研削することを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の抵抗率測定方法。

【請求項3】

前記シリコン単結晶の窒素濃度を３．０×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、酸素濃度を８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン単結晶の抵抗率測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶の抵抗率測定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

スマートフォンなどの通信用途としてＲＦ（高周波）デバイスが用いられている。このＲＦデバイスには専ら化合物半導体が用いられてきたが、ＣＭＯＳプロセスの微細化が進んだことや、デバイス作製時に低コスト化したいといった理由から、近年、シリコン単結晶をベースとしたＲＦデバイスが広く用いられている。

【0003】

シリコン単結晶ウェーハを用いたＲＦデバイスでは基板の抵抗率が低い、すなわちドーパント濃度が高くなると、高導電性となることで損失が大きくなるため、高抵抗率の基板、具体的には１００Ωｃｍ以上の要求がある。ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）と呼ばれるシリコン基板の表層部に薄い酸化膜と薄いシリコン層が形成されたウェーハを用いることもあるが、この場合も高抵抗率が望まれている。また、パワーデバイス向けにおいても高耐圧用途として高抵抗率の基板の要求がある。

【0004】

ＲＦ（高周波）デバイスやパワーデバイスでは、シリコン基板中に酸素ドナーが存在すると特性が悪化するため、酸素ドナー抑制のために酸素濃度が低いシリコン単結晶の要求がある。

【0005】

ＣＺ法ではシリコンの原料融液は石英ルツボ中に収容されており、結晶引き上げ中に石英ルツボから酸素が原料融液中に溶出し、単結晶中に酸素が取り込まれる。

【0006】

低酸素結晶を得る方法としては、例えば、特許文献１には水平磁場下で結晶回転数とルツボ回転数を規定して低酸素結晶を得る方法が開示されている。また特許文献２には水平磁場の磁場強度を２０００Ｇ以上とし、石英ルツボ回転数を０．２ｒｐｍ以下、結晶回転数を５ｒｐｍ以下とする方法が開示されている。特許文献３ではカスプ磁場下で、磁場極小面位置と湯面の位置と上下コイル間の中間面と石英ルツボ内壁の交点における磁場強度を規定することで、低酸素結晶を得る方法が開示されている。

【0007】

このように、近年のＣＺ法によるシリコン単結晶の製造では、水平磁場やカスプ磁場といった磁場を用い、かつ、結晶回転数やルツボ回転数、磁場強度や励磁形態といった操業パラメータを適宜最適化することで、低酸素結晶を安定して製造することが可能となっている。

【0008】

ただし、低酸素のシリコン単結晶では、酸素による転位固着効果が弱くなることで高温長時間のプロセス（熱処理）中にスリップの発生が顕著となり、これによってＲＦデバイスやパワーデバイス作製時には歩留まりが低下することが問題となる。このスリップ耐性を向上させる方法として、シリコン単結晶中に窒素を添加する方法がある。シリコン単結晶中の窒素は酸素に比べて転位固着能力が高いため、シリコン単結晶中の窒素を高濃度とすることで、高温かつ長時間のデバイスプロセス中におけるスリップの発生を抑制できる。

【0009】

しかし、シリコン単結晶中に窒素を添加すると、窒素ドナー（ＮＯドナー）が形成される。この窒素ドナーは、高温かつ長時間のプロセス（熱処理）によって消滅するため、プロセス後であれば抵抗率の変化は生じないが、ａｓ－ｇｒｏｗｎの時点では窒素ドナーは残存しており、特に、抵抗率１００Ωｃｍ以上の高抵抗結晶では窒素ドナーの残存により抵抗率の変化が顕著となり、ドーパントに由来した真の抵抗率からの乖離が大きくなってしまうという問題があった。

【0010】

この問題に対する解決策として、例えば、特許文献４では、ＦＺ法によって抵抗率１０００Ωｃｍ以上の窒素添加シリコン単結晶を作製し、結晶から抵抗率測定用のサンプル（シリコン単結晶基板）を採取した後に、９００～１２５０℃の温度で１０～１２０分で熱処理を行い、その後に抵抗率測定を行う方法が開示されている。また特許文献４では、抵抗率測定用のサンプルに対してウェット酸素雰囲気、ドライ酸素雰囲気、窒素雰囲気のいずれか１つで熱処理を行い、熱処理後は無処理のまま抵抗率測定を行うこととしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開２００９－１８９８４号公報

【文献】ＷＯ２００９／０２５３４０

【文献】特許７１２４９３８号公報

【文献】ＷＯ２００５／０１０２４３

【文献】特開２００７－１７６７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら酸素雰囲気での熱処理を行うと、サンプル表面に熱酸化膜が形成され、熱酸化膜がサンプル表面に残存したまま抵抗率の測定を行うと、ドーパントに由来した正確な抵抗率が得られないという問題があった。また、窒素雰囲気で熱処理を行うと、シリコン単結晶内の窒素の外方拡散と窒素雰囲気からの内方拡散が同時に起こり、熱処理条件によっては窒素ドナー（ＮＯドナー）が残存してしまう問題があった。

【0013】

特許文献５では、ＦＺ法によって抵抗率１０００Ωｃｍ以上の窒素添加シリコン単結晶を作製し、結晶から抵抗率測定用のサンプルを採取した後に熱処理と中性子線照射を行い、その後に抵抗率測定を行うという方法が開示されている。特許文献５の技術においても、抵抗率測定用のサンプルに対してウェット酸素もしくはドライ酸素雰囲気で熱処理を行った後に中性子線照射を行い、中性子線照射後に抵抗率測定を行うとしているが、これも熱酸化膜がサンプル表面に残存したままで抵抗率の測定を行っているため、ドーパントに由来した正確な抵抗率が得られないことが問題であった。

【0014】

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、ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶に対して、ドーパント由来の正確な抵抗率を測定できるシリコン単結晶の抵抗率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】

【0015】

上記の課題を解決するために、本発明のシリコン単結晶の抵抗率測定方法は、ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶の抵抗率を測定する方法であって、前記シリコン単結晶より切り出された基板に対して、１１００～１２５０℃の温度で９０～２４０分の酸化熱処理を行うことで前記基板表面に熱酸化膜を形成し、前記基板表面から前記熱酸化膜を除去した後に、前記基板の抵抗率を測定する方法である。

【0016】

このような、シリコン単結晶の抵抗率測定方法とすれば、まず窒素を添加して育成したシリコン単結晶に形成される窒素ドナーに対して、１１００～１２５０℃の温度で９０～２４０分の酸化熱処理を行うことで窒素ドナーを消滅させ、窒素ドナーの残存による抵抗率の変化を抑制することができる。次に、酸化熱処理によって基板表面に形成された熱酸化膜を除去することで、熱酸化膜の残存による抵抗率への影響を排除することができる。その結果、抵抗率１００Ωｃｍ以上の高抵抗率の窒素添加シリコン単結晶であっても、ドーパントに由来した正確な抵抗率を測定することができる。

【0017】

また、本発明のシリコン単結晶の抵抗率測定方法は、前記基板表面の前記熱酸化膜をフッ化水素酸（フッ酸ともいう）によるエッチングで除去した後に、前記基板表面を研削することが好ましい。

【0018】

フッ酸によるエッチングは容易でコスト面でも有利であり、その後基板表面を研削することで確実に熱酸化膜を除去することができる。

【0019】

また、本発明のシリコン単結晶の抵抗率測定方法は、前記シリコン単結晶の窒素濃度を３．０×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、酸素濃度を８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以下とすることが好ましい。

【0020】

このような、シリコン単結晶の抵抗率測定方法とすれば、まずシリコン単結晶の酸素濃度を８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以下とすることにより、酸素ドナー濃度のみならず窒素ドナー（ＮＯドナー）濃度を抑制することが可能となり、より精度の高い抵抗率測定が可能となる。しかし低酸素のシリコン単結晶では、酸素による転位固着効果が弱くなることで高温長時間のプロセス（熱処理）中にスリップの発生が顕著となり、これによってデバイス作製時に歩留まりが低下することが問題となる。そこで、シリコン単結晶の窒素濃度を３．０×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とすることにより、高温・長時間のプロセスに耐えるための十分なスリップ耐性を付与することができる。その結果、デバイス作製時の歩留まり低下を防ぎながらも、精度の高い抵抗率測定が実現できる。

【発明の効果】

【0021】

本発明のシリコン単結晶の抵抗率測定方法とすれば、ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶の抵抗率を正確に測定することができる。まず窒素を添加して育成したシリコン単結晶に形成される窒素ドナーに対して、１１００～１２５０℃の温度で９０～２４０分の酸化熱処理を行うことで窒素ドナーを消滅させ、窒素ドナーの残存による抵抗率の変化を抑制することができる。次に、酸化熱処理によって基板表面に形成された熱酸化膜を除去することで、熱酸化膜の残存による抵抗率への影響を排除することができる。その結果、抵抗率１００Ωｃｍ以上の高抵抗率の窒素添加シリコン単結晶であっても、ドーパントに由来した正確な抵抗率を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明のシリコン単結晶の抵抗率測定方法の一例を示すフロー図である。

【図2】本発明で用いる水平磁場によるＭＣＺ法の引上げ装置を説明する図である。

【図3】本発明で用いるカスプ磁場によるＭＣＺ法の引上げ装置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

前述した通り、窒素添加シリコン単結晶ではａｓ－ｇｒｏｗｎ時点で窒素ドナーが残存しており、特に、抵抗率１００Ωｃｍ以上の高抵抗結晶では、窒素ドナーの残存によって抵抗率の変化が顕著となり、ドーパントに由来した真の抵抗率からの乖離が大きくなってしまうことが問題となっていた。この問題に対する解決策として、特許文献４や特許文献５では、酸素雰囲気での熱処理、もしくは、酸素雰囲気での熱処理と中性子線照射を行った後に抵抗率測定を行う手法が開示されているが、酸素雰囲気で高温の熱処理を行うとシリコン単結晶基板表面に熱酸化膜が形成され、熱酸化膜が残存した状態ではドーパントに由来した正確な抵抗率が得られないことが問題となっていた。

【0025】

そして、ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶に対して、ドーパント由来の正確な抵抗率を測定できるシリコン単結晶の抵抗率測定方法が求められていた。

【0026】

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ね、まず窒素を添加して育成したシリコン単結晶に形成される窒素ドナーに対して、１１００～１２５０℃の温度で９０～２４０分の酸化熱処理を行うことで基板表面に熱酸化膜を形成し、窒素ドナーを消滅させ、窒素ドナーの残存による抵抗率の変化を抑制することができることを見出した。次に、酸化熱処理によって基板表面に形成された熱酸化膜を除去することで、熱酸化膜の残存による抵抗率への影響を排除することができることを確認した。その結果、抵抗率１００Ωｃｍ以上の高抵抗率の窒素添加シリコン単結晶であっても、ドーパントに由来した正確な抵抗率を測定することができる方法を見出し、本発明を完成させた。

【0027】

即ち、本発明のシリコン単結晶の抵抗率測定方法は、ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶の抵抗率を測定する方法であって、シリコン単結晶より切り出された基板に対して、１１００～１２５０℃の温度で９０～２４０分の酸化熱処理を行うことで基板表面に熱酸化膜を形成し、基板表面から熱酸化膜を除去した後に、基板の抵抗率を測定する方法である。

【0028】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0029】

まず、図１、図２、図３を参照しながら本発明の実施形態に係るシリコン単結晶の抵抗率測定方法の一例について説明する。

【0030】

本発明では、磁場印加ＣＺ法（ＭＣＺ法）によって抵抗率１００Ωｃｍ以上の窒素添加シリコン単結晶を育成するが、この時の磁場の形態については、特に限定するものではないが、水平磁場もしくはカスプ磁場とすることができる。

【0031】

水平磁場を備えた単結晶製造装置は、図２に示す通り、加熱ヒーター８と、石英ルツボ７に収容された原料融液（シリコン融液）５と対向するように熱遮蔽部材１２が配置され、中心軸１０を有するシリコン単結晶引上げ装置（引上げ炉）１と、引き上げ炉１の周囲に設けられた水平磁場発生装置２０とを備え、水平磁場発生装置２０内の超電導コイルに通電することによりシリコン融液５に水平磁場を印加してシリコン単結晶４を中心軸１０方向に引き上げる構成となっている。さらにシリコン単結晶引上げ装置１は、種結晶２、種ホルダ３、黒鉛ルツボ６、断熱部材９、筒部１１を備える。

【0032】

カスプ磁場を備えた単結晶製造装置は、図３に示す通り、加熱ヒーター３８と石英ルツボ３６に収容された原料融液（シリコン融液）３５と対向するように熱遮蔽部材４３が配置され、中心軸４０を有するシリコン単結晶引上げ装置（引上げ炉）３１と、引上げ炉３１の周囲に設けられ上コイル（超電導コイル）５０ａ、下コイル（超電導コイル）５０ｂを有するカスプ磁場発生装置５０とを備え、超電導コイル５０ａ、５０ｂに通電することによりシリコン融液３５にカスプ磁場を印加してシリコン単結晶３４を中心軸４０方向に引上げる構成となっている。さらにシリコン単結晶引上げ装置３１は、種結晶３２、種ホルダ３３、黒鉛ルツボ３７、断熱部材３９、筒部４２を備える。

【0033】

カスプ磁場発生装置５０は鉛直方向に上下移動可能な昇降装置５０ｃの上に設置されており、シリコン単結晶引上げ装置３１の側面を取り囲むように上コイル５０ａと下コイル５０ｂが配置されている。カスプ磁場では、上下２本のコイルに対し、互いに反対方向の電流を流すことにより、上下で反発する磁力線を発生させる。上コイル５０ａと下コイル５０ｂの電流値を同じ値に設定し、上下２本のコイルに対し互いに反対方向の電流を流すことで、上下対称かつ前後左右対称な磁場分布となるが、この時、中心軸４０と２つのコイル間の中間面４１の交点にある磁場極小点５１の磁場強度が０Ｇ（Ｇａｕｓｓ）となる。例えば、カスプ磁場の磁場極小点位置を原料融液表面から下方１０ｍｍ、上下コイル間の中間面４１と坩堝壁の交点における磁場強度を１０００Ｇとすることで、酸素濃度８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以下のシリコン単結晶を容易に製造することができる。なお、シリコン単結晶の窒素濃度は３．０×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とすることが好ましい。

【0034】

このような、シリコン単結晶とすれば、まずシリコン単結晶の酸素濃度を８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以下とすることにより、酸素ドナー濃度のみならず窒素ドナー（ＮＯドナー）濃度を抑制することが可能となり、より精度の高い抵抗率測定が可能となる。しかし低酸素のシリコン単結晶では、酸素による転位固着効果が弱くなることで高温長時間のプロセス（熱処理）中にスリップの発生が顕著となり、これによってデバイス作製時に歩留まりが低下することが問題となる。そこで、シリコン単結晶の窒素濃度を３．０×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とすることにより、高温・長時間のプロセスに耐えるための十分なスリップ耐性を付与することができる。その結果、デバイス作製時の歩留まり低下を防ぎながらも、精度の高い抵抗率測定が実現できる。

【0035】

以上説明したように、例えば水平磁場もしくはカスプ磁場を備えたシリコン単結晶引上げ装置を用いたＭＣＺ法によって、抵抗率１００Ωｃｍ以上の窒素添加シリコン単結晶を育成できる。

【0036】

次に、図１はシリコン単結晶の抵抗率測定方法の一例を示すフロー図である。具体的なステップをＡ～Ｈで示す。前述の抵抗率１００Ωｃｍ以上の窒素添加シリコン単結晶の育成（ステップＡ）が完了した後は、シリコン単結晶にインゴット加工（外径研削）（ステップＢ）を行い、その後、シリコン単結晶を内周刃スライサーやワイヤソー等を用いてスライス切断（ステップＣ）し、所定の厚さのシリコン単結晶基板を切り出す。基板表面の研削と酸エッチング（ステップＤ）が完了した後に、窒素ドナー除去のための酸化熱処理（ステップＥ）を行うが、この酸化熱処理時の雰囲気としては、ウェット酸素雰囲気もしくはドライ酸素雰囲気とすることができる。そして、ドライ酸素雰囲気もしくはウェット酸素雰囲気とした上で熱処理時の温度を１１００～１２５０℃とし、上記温度を維持したまま９０～２４０分間の熱処理を行う。このような酸化熱処理を行うことで窒素ドナーを消滅させ、窒素ドナーの残存による抵抗率の変化を抑制することができる。

【0037】

なお、上記熱処理の処理時間を９０分未満とすると窒素ドナーが残存することが問題となるし、上記熱処理の処理時間を２４０分よりも長時間とした場合、例えば２５０分以上とすると窒素ドナーは完全に消去されるものの、処理時間が長くなることで熱処理炉のヒーターライフが著しく低下することや抵抗率測定のスループットが悪化することが問題となる。以上の理由から、上記熱処理の処理時間は９０～２４０分間とする。なお、窒素ドナー除去のための熱処理に用いる熱処理炉については、横型炉を用いても良いし、縦型炉を用いても良い。

【0038】

窒素ドナー除去のための熱処理（ステップＥ）が完了した後に、基板表面から熱酸化膜を除去する。熱酸化膜を除去することで、熱酸化膜の残存による抵抗率への影響を排除することができる。その結果、抵抗率１００Ωｃｍ以上の高抵抗率の窒素添加シリコン単結晶であっても、ドーパントに由来した正確な抵抗率を測定することができる。

【0039】

このとき、例えばフッ酸（フッ化水素酸）によるエッチングを行うことができる（ステップＦ）。フッ酸によるエッチングは容易でコスト面でも有利である。この時のフッ化水素酸の濃度は０．１ｗｔ％以上であれば、問題なく熱処理起因で生じた熱酸化膜の除去を行うことが可能である。

【0040】

酸化膜除去（ステップＦ）完了後は、さらに基板表面について研削加工を行うことが好ましい（ステップＧ）。基板表面を研削することで確実に熱酸化膜を除去することができる。この時の研削加工は砥石もしくは研削パッドを用いて行い、加工時の取り代は５μｍ以上とすることが好ましい。また、この時の研削加工で用いる砥粒の番手については、＃３００程度の粗研としても良いし、＃２０００程度の精研としても良い。

【0041】

このように熱酸化膜を除去する方法として、フッ酸によるエッチングと研削加工を行うと、フッ酸によるエッチングは容易でコスト面でも有利であり、その後基板表面を研削することで確実に熱酸化膜を除去することができる。

【0042】

その後、抵抗率測定を行う（ステップＨ）が、測定については４探針法、拡がり抵抗法、ホール効果法等の手法を用いることができる。

【0043】

以上の条件を用いることで、ＭＣＺ法によって育成された抵抗率１００Ωｃｍ以上の高抵抗率の窒素添加シリコン単結晶の抵抗率測定を正確に行うことが可能となる。

【実施例】

【0044】

口径８００ｍｍの石英ルツボに３６０ｋｇのシリコン原料を入れて溶融し、カスプ磁場を印加し、狙い抵抗率Ｐ型２０００Ωｃｍ（ドーパントはボロン）の直径３００ｍｍの窒素添加シリコン単結晶の引上げを異なる４台の引上げ装置でそれぞれ１本ずつ行い、計４本のシリコン単結晶の製造を行った。引き上げ後のシリコン単結晶については、インゴット加工をしてシリコン単結晶基板を作製し、作製したシリコン単結晶基板に対して酸素雰囲気で熱処理を行い、上記の熱処理後に基板表面の熱酸化膜をフッ酸エッチングにて除去した。熱酸化膜除去後に＃２０００の番手の砥石で研削を行い、４探針法にてシリコン基板に対する抵抗率測定を行った。なお、本実施例と比較例では、抵抗率の測定値とドーパントの投入量（偏析曲線）から試算した抵抗率の比を「（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）」と定義し、上記の比が１．０５未満（５％未満）となった場合を、ドーパント（ボロン）由来の抵抗率が得られているものとして抵抗率測定可能（評価○）としている。

【0045】

［実施例１］
実施例１では、シリコン単結晶中の窒素濃度が３．０×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度が１．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）の箇所からシリコン単結晶基板を作製し、単結晶基板に対してウェット酸素雰囲気で熱処理を実施した。熱処理時の温度と時間の組み合わせは、温度１１００℃×時間９０分、温度１１００℃×時間２４０分、温度１２５０℃×時間９０分、温度１２５０℃×時間２４０分の計４通りとしている。上記の熱処理後に、基板表面の熱酸化膜をフッ酸エッチングにて除去し、その後に＃２０００の番手の砥石で研削を行い、４探針法にて抵抗率測定を行った。その結果、全ての場合で（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．００となっており、窒素ドナーが消去されることでドーパント（ボロン）由来の抵抗率が極めて正確に得られていることを確認できた。表１には、実施例１の条件で抵抗率測定を行った時の（抵抗率_測定値）と（抵抗率_試算値）の比、抵抗率測定の可否を示した。

【0046】

【表1】

【0047】

なお、実施例１とは別に、窒素ドナー消去のための熱処理をドライ酸素雰囲気とし、その他の条件は実施例１と同一条件で抵抗率測定を行ったところ、全ての場合で（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．００となり、ドーパント（ボロン）由来の抵抗率が極めて正確に得られていることも確認できた。また、実施例１とは別に、単結晶中の抵抗率を１００Ωｃｍとし、その他の条件は実施例１と同一条件で抵抗率測定を行い、全ての場合でドーパント（ボロン）由来の抵抗率が得られていることも確認できた。

【0048】

［実施例２］
実施例２では、シリコン単結晶中の酸素濃度を８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）とし、その他の条件は実施例１と同一条件として抵抗率測定を行った。その結果、全ての場合で（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．０１以下となり、窒素ドナーが消去されることでドーパント（ボロン）由来の抵抗率が正確に得られていることを確認できた。表２には、実施例２の条件で抵抗率測定を行った時の（抵抗率_測定値）と（抵抗率_試算値）の比、抵抗率測定の可否を示した。

【0049】

【表2】

【0050】

なお、実施例２とは別に、窒素ドナー消去のための熱処理をドライ酸素雰囲気とし、その他の条件は実施例２と同一条件で抵抗率測定を行い、その結果、全ての場合で（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．０１以下となり、ドーパント（ボロン）由来の抵抗率が正確に得られていることも確認できた。また、実施例２とは別に、単結晶中の抵抗率を１００Ωｃｍとし、その他の条件は実施例２と同一条件で抵抗率測定を行い、全ての場合でドーパント（ボロン）由来の抵抗率が得られていることも確認できた。

【0051】

［実施例３］
実施例３では、シリコン単結晶中の窒素濃度を３．０×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とし、その他の条件は実施例１と同一条件として抵抗率測定を行った。その結果、全ての場合で（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．００となり、窒素ドナーが消去されることでドーパント（ボロン）由来の抵抗率が極めて正確に得られていることを確認できた。表３には、実施例３の条件で抵抗率測定を行った時の（抵抗率_測定値）と（抵抗率_試算値）の比、抵抗率測定の可否を示した。

【0052】

【表3】

【0053】

なお、実施例３とは別に、窒素ドナー消去のための熱処理をドライ酸素雰囲気とし、その他の条件は実施例３と同一条件で抵抗率測定を行い、その結果、全ての場合で（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．００となり、ドーパント（ボロン）由来の抵抗率が極めて正確に得られていることも確認できた。また、実施例３とは別に、単結晶中の抵抗率を１００Ωｃｍとし、その他の条件は実施例３と同一条件で抵抗率測定を行い、全ての場合でドーパント（ボロン）由来の抵抗率が得られていることも確認できた。

【0054】

［実施例４］
実施例４では、シリコン単結晶中の酸素濃度９．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）とし、その他の条件は実施例１と同一条件として抵抗率測定を行った。その結果、（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．０３～１．０４となり、ドーパント（ボロン）由来の抵抗率が得られた。この結果と実施例１、２の結果とを比べると、
実施例１、２の方がより正確な測定ができることがわかる。従って、酸素濃度は実施例２の８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３（ＡＳＴＭ’７９）以下とする方が、比を１．０１以下にできるので、より好ましいと言える。表４には、実施例４の条件で抵抗率測定を行った時の（抵抗率_測定値）と（抵抗率_試算値）の比、抵抗率測定の可否を示した。

【0055】

【表4】

【0056】

［比較例１］
比較例１では、熱処理時の温度と時間の組み合わせを温度９００℃×時間９０分、温度９００℃×時間２４０分、温度１０００℃×時間９０分、温度１０００℃×時間２４０分の計４通りとし、その他の条件は実施例１と同一条件として抵抗率測定を行った。その結果、（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．８２～３．４０となり、熱処理後も窒素ドナーが残存することで抵抗率が変化し、ドーパント（ボロン）由来の正確な抵抗率が得られないという結果であった。表５には、比較例１の条件で抵抗率測定を行った時の（抵抗率_測定値）と（抵抗率_試算値）の比、抵抗率測定の可否を示した。

【0057】

【表5】

【0058】

なお、比較例１とは別に、熱処理時の温度と時間を温度１０００℃×時間４８０分に変更し、その他の条件は比較例１と同一条件で抵抗率測定を行ったところ、（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．５０となり、ドーパント（ボロン）由来の正確な抵抗率が得られなかった。

【0059】

［比較例２］
比較例２では、熱処理時の温度と時間の組み合わせを温度１１００℃×時間３０分、温度１１００℃×時間６０分、温度１２５０℃×時間３０分、温度１２５０℃×時間６０分の計４通りとし、その他の条件は実施例１と同一条件として抵抗率測定を行った。その結果、（抵抗率_測定値）／（抵抗率_試算値）が１．０５～１．４５となり、熱処理後も窒素ドナーが残存することで抵抗率が変化し、ドーパント（ボロン）由来の正確な抵抗率が得られないという結果であった。表６には、比較例２の条件で抵抗率測定を行った時の（抵抗率_測定値）と（抵抗率_試算値）の比、抵抗率測定の可否を示した。

【0060】

【表6】

【0061】

以上のように、本発明に係る実施例によれば、ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶に対し、１１００～１２５０℃の温度で９０～２４０分の酸化熱処理を行うことで窒素ドナーを消滅させて窒素ドナーの残存による抵抗率の変化を抑制でき、酸化熱処理によって基板表面に形成された熱酸化膜を除去することで熱酸化膜の残存による抵抗率への影響を排除することができ、その結果、抵抗率１００Ωｃｍ以上の高抵抗率の窒素添加シリコン単結晶であっても、ドーパントに由来した正確な抵抗率を測定することができた。

【0062】

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。

【符号の説明】

【0063】

１、３１…シリコン単結晶引上げ装置（引上げ炉）、 ２、３２…種結晶、
３、３３…種ホルダ、 ４、３４…シリコン単結晶、
５、３５…原料融液（シリコン融液）、 ７、３６…石英ルツボ、
６、３７…黒鉛ルツボ、 ８、３８…加熱ヒーター、 ９、３９…断熱部材、
１０、４０…中心軸、 １１、４２…筒部、 １２、４３…熱遮蔽部材、
２０…水平磁場発生装置、 ４１…中間面、 ５０…カスプ磁場発生装置、
５０ａ…上コイル（超電導コイル）、 ５０ｂ…下コイル（超電導コイル）、
５０ｃ…昇降装置、 ５１…磁場極小点。

【要約】

【課題】ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶に対して、ドーパント由来の正確な抵抗率を測定できるシリコン単結晶の抵抗率測定方法を提供する。
【解決手段】ＭＣＺ法によって窒素を添加して育成した抵抗率１００Ωｃｍ以上のシリコン単結晶の抵抗率を測定する方法であって、前記シリコン単結晶より切り出された基板に対して、１１００～１２５０℃の温度で９０～２４０分の酸化熱処理を行うことで前記基板表面に熱酸化膜を形成し、前記基板表面から前記熱酸化膜を除去した後に、前記基板の抵抗率を測定することを特徴とするシリコン単結晶の抵抗率測定方法。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】