[发明专利]存在于硅晶片中的原子空位的定量评价装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于定量评价存在于硅晶片中的原子空位(atomic vacancy)的装置和方法，该装置和方法能够确定存在于由在半导体工 业中使用的Czochralski法(CZ法)或悬浮区法(FZ法)制造的硅晶片中 的原子空位种类，并且能够直接定量评价原子空位浓度而不需要通过 间接方法(例如测量总空隙容积等)来估算。

相关技术

硅晶体被认为是人类获得的最纯净和理想的晶体。但是，自由能 熵存在于晶体中，使得在1412℃的熔点下由于固有点缺陷(intrinsic point defects)(原子空位和填隙硅(interstitial silicon))引起的晶体无序 (crystal disorder)总是存在于晶体中，使晶体生长。

迄今，还没有用于测量存在于硅晶体中的孤立的(isolated)原子空 位数量的方法。但是，例如，通过在硅晶体的生长阶段或在生产硅装 置(silicon device)的加热阶段进行热处理，以引起(develop)由过量地存 在于CZ晶体中的填隙氧原子和原子空位之间的反应形成的氧沉淀 (oxygen precipitates)，来定性判断原子空位的存在。此外，通过聚集 在晶体生长的冷却阶段在晶体的凝固期间引入的过量的原子空位，以 形成作为二次缺陷(secondary defect)的、尺寸为约100nm的空隙，并 且随后通过红外线断层X射线照相法(infrared tomography)来测定这些 空隙的总容积，来估算在晶体生长期间引入的原子空位的浓度。但是， 后一种方法只是间接地测量原子空位的存在量。

为此目的，本发明的发明人之一提出一种方法，其中硅晶片中的 原子空位浓度可被定量测量而不需要进行专利文献1中的加速处理。 根据专利文献1中描述的方法，可通过向晶体样品施加外部磁场并在 冷却时使超声波通过晶体样品，基于曲线的急剧下降量(steep dropping quantity)来测定固有点缺陷的浓度，所述曲线显示超声速度变化或晶 体样品的超声吸收变化与晶体样品的冷却温度之间的关系。此外，为 了在作为试验材料的硅晶片上进行超声波脉冲的振荡(oscillation)和接 受(receiving)，借助粘结剂在硅晶片的表面上贴附由例如LiNbO₃制成 的换能器(transducer)。

专利文献1：JP-A-H07-174742

但是，发明人进一步详细分析的结果表明，当硅晶片被冷却至不 高于50K的低温温度时，换能器由于所述冷却可从硅晶片的表面部分 剥离，这导致产生这样的问题，即如果换能器被剥离，就不能精确地 检测在硅样品中传播的超声波脉冲速度的变化。

换能器从硅晶片表面剥离的原因被认为是归因于这样的事实，即 当样品被大部分地冷却至不高于50K的低温温度时，换能器收缩，而 硅晶片膨胀，因此导致换能器和硅晶片之间热膨胀的巨大差别，产生 所述剥离。

发明的公开

发明要解决的问题

所以，本发明的目的是提供一种用于定量评价存在于硅晶片中的 原子空位的装置和方法，其中可通过在硅样品的表面上形成合理化的 (rationalized)薄膜换能器来确定存在于由半导体工业中使用的 Czochralski法(CZ法)或悬浮区法(FZ法)生产的硅晶片中的原子空位种 类，并且可以定量评价原子空位的浓度而不需要进行用于提高浓度的 加速处理等步骤。

解决问题的方式

为了实现以上目的，本发明的概述和结构如下所述。

(1)用于定量评价存在于硅晶片中的原子空位的装置，其包括用于 向从硅晶片的特定部位切割出的硅样品施加外部磁场的磁力发生器 件、能够将硅样品冷却至不高于50K的温度区域的温度控制器件、用 于向硅样品表面发出超声波脉冲并使发出的超声波脉冲传播进入所 述硅样品中且检测传播的超声波脉冲中声速的变化的超声波振荡-检 测器件，其中在所述硅样品的表面上直接形成薄膜换能器，所述薄膜 换能器具有以下性质：能够在上述温度区域监测与温度下降有关的硅 样品的膨胀，并且能够以特定的方向基本对准(aligning)C轴。