用于确定硅中的碳含量的方法和组件技术

本发明专利技术涉及一种用于确定硅样品中的碳含量的方法，该方法可以包括：在硅样品内部产生电活性的多原子络合物。每个多原子络合物可以包括至少一个碳原子。该方法还可以包括：确定表明在硅样品中产生的多原子络合物的含量的量值并由所确定的量值来确定硅样品中的碳含量。

Methods and components for determining carbon content in silicon

The invention relates to a method for determining the carbon content in silicon samples, which can include: producing electroactive polyatomic complexes inside the silicon sample. Each polyatomic complex can include at least one carbon atom. The method can also include: determining the amount of the content of the polyatomic complex produced in the silicon sample, and determining the carbon content in the silicon sample by the determined value.

【技术实现步骤摘要】
用于确定硅中的碳含量的方法和组件
多种不同实施方式一般性地涉及用于确定硅样品中的碳含量的方法和测量组件。
技术介绍
为了得到由质子照射诱导的稳定的掺杂分布，必须采用极贫氧的区熔(FZ)硅材料，但这以晶片直径受限为代价，因为区熔硅的生产对于300mm和更大直径的晶片来说是不能实施的，而多种不同应用需要该直径。因此，对于直径为300mm和以上的硅晶片特别感兴趣。具有这种大直径的晶片可以由通过切克劳斯基法、特别是通过磁性切克劳斯基(MCz)方法生长的硅坯制造。在MCz硅中，碳和氧是最常见的杂质。在质子掺杂的情况下，最终掺杂浓度严重受到主要排列在取代晶格位点上的碳原子的存在的影响。在下面的说明书中，取代杂质，即位于取代晶格位点上的杂质，用下标“S”标记。间隙晶格杂质用下标“I”标记。硅中的碳含量典型地在5×1014至1×1016cm-3的范围内，这足以严重影响质子诱导的掺杂分布。因此，为了控制最终的质子诱导掺杂浓度，该范围内的碳含量的精确测量是必要的。通常，硅中的碳含量可通过SIMS(二次离子质谱)或FTIR(傅里叶变换红外光谱)确定。然而，这些方法的使用由于其约3×1015cm-3的相当高的碳含量检测极限而受到限制。FTIR的灵敏度强烈受到具有几乎相同谐振频率的碳(CS)和硅(SiS)的信号的干扰的影响，或者受到必须使用具有已知的低碳含量的参考样品的影响，这些参考用品不能作为工业标准来提供。此外，传统的FTIR方法只能检测位于规则的晶格位置上的取代碳原子CS。然而，源自其他高温方法步骤或照射方法步骤并且可能使硅样品中存在的碳具有显著含量的间隙晶格碳原子CI不能用这种方法检测。这也限制了传统FTIR方法的灵敏度。
技术实现思路
按照本专利技术的观点，提供一种用于确定硅样品中的碳含量的方法。该方法可以包括在硅衬底内部产生电活性多原子络合物。每个多原子络合物可以包括至少一个碳原子。该方法还可以包括确定表明在硅样品中产生的多原子络合物的含量的量值并且由所确定的该量值来确定硅样品中的碳含量。按照本专利技术的第二观点，提供一种用于确定硅样品中的碳含量的测量组件。该组件可以包括用于多原子络合物的产生单元，该产生单元被配置为，在硅样品内部产生电活性的多原子络合物。每个多原子络合物可以包括至少一个碳原子。该测量组件还可以包括第一确定单元和第二确定单元，该第一确定单元被配置为，确定表明在硅样品中产生的多原子络合物的含量的量值，该第二确定单元被配置为，由所确定的量值来确定硅样品中的碳含量。附图说明在附图中，相同的附图标记通常在不同的视图中标记相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是通常重点说明本专利技术的原理。在下面的说明书中，参考以下附图描述本专利技术的不同实施例，其中：图1示出了多个硅样品的低温FTIR光谱；图2示出了图1中所示的两个FTIR光谱在241cm-1和247cm-1处的特征峰的放大图；图3示出了硅样品中在241cm-1和247cm-1处的多原子络合物特征峰的强度之和与硅样品中的碳含量的相关性；图4示出了用于确定硅样品中的碳含量的示例性方法的流程图；和图5示出了用于确定硅样品中的碳含量的测量组件的示意图。具体实施方式下面的说明书参考附图，这些附图通过示例性方式示出可以实践本专利技术的具体细节和实施例。词语“示例性”在这里意味着“用为样式、示例或表示”。本文中描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定必须被认为相对于其它实施例或设计是优选的或有利的。用于确定硅样品中的碳含量的上述常规方法的缺点可以通过一种用于确定硅样品中的碳含量的方法来克服，该方法包括：在硅样品内部产生电活性的多原子络合物，确定表明在硅样品中产生的多原子络合物的含量的量值并且由所确定的该量值来确定硅样品中的碳含量。每个多原子络合物可以包括至少一个碳原子。通过该方法，代替测定直接源自取代碳原子CS的信号，间接地通过确定一个表明包括至少一个碳原子的多原子络合物的含量的量值来确定碳含量。因此，上述由SiS和CS发出的信号的叠加对于本专利技术方法无关紧要，并且不限制可达到的灵敏度。以此方式，与上述常规方法相比，灵敏度可以提高几乎一个数量级，达到约5×1014cm-3。在形成多原子络合物之前，存在于硅样品中的大部分碳原子位于取代晶格位点上。如在下面等式(1)中所示，多原子络合物的产生可以包括碳原子从取代晶格位点到间隙晶格位点的移位。这可以通过特别是用质子和/或电子和/或中子和/或阿尔法粒子对硅样品进行粒子照射来实施。SiI+CS→CI+SiS(1)在室温(RT)下，间隙晶格碳由于扩散而不稳定，导致迁移的间隙晶格碳原子被间隙晶格氧原子OI捕获，从而形成CIOI间隙晶格络合物，如在等式(2)中所示。CI+OI→CIOI(2)间隙晶格络合物CIOI直至350℃是稳定的。根据本专利技术的一个观点，可以通过多原子间隙晶格络合物实现更高的热稳定性，该络合物除了碳之外还包含至少一个氢原子Hm和/或多个间隙晶格氧原子OnI。这里，n，m分别是整数，它们表示存在于单个多原子间隙晶格络合物中的间隙晶格氧原子OI或氢原子H的数量。因此，这种多原子间隙晶格络合物包括至少一个通过粒子照射引入的氢原子H和多个多个间隙晶格氧原子OnI。下面将多原子间隙晶格络合物用CIOnI-Hm标记。这些络合物直至450℃以上的温度是热稳定的。在示例性实施方式中，所述多原子间隙晶格络合物中的至少一个或者甚至大多数包括多个间隙晶格氧原子OI和/或至少一个氢原子H。间隙晶格络合物CIOnI-Hm的产生效果可以通过硅样品在用粒子照射后退火来提高。退火可以在约450℃至约520℃范围内的温度实施。在示例性实施方式中，退火可以在约490℃的温度施。退火可以在约30分钟至约7小时范围内的时间段上实施。在示例性实施方式中，退火可以在1小时至约5小时范围内时间段的上实施。上述多原子间隙晶格络合物可以起到氢诱导的浅热施主(STD-H)的作用。这意味着，这些多原子络合物可以在导带附近在硅的带隙中产生能量状态。这些能量状态和导带之间的间隙小于室温下的热能。在远红外(FIR)范围中，包含CIOnI-Hm络合物的硅样品在241cm-1和247cm-1处显示出配属给这些络合物的明显吸收峰。表明硅样品中的多原子络合物含量的量值的确定可以通过光谱方法、尤其通过傅里叶变换红外光谱法(FTIR)实施。FTIR是用于确定样品吸收红外区域中给定波长的电磁辐射的能力的光谱方法，其表明要分析的样品的各个组成。FTIR涉及用预定波长范围的红外光束照射样品。在照射样品期间测量样品的吸收。这产生了第一数据点。随后，多次修改光束的波长范围并针对每个光束测量样品的吸收特性，这给出了多个相应的数据点。此后通过傅里叶变换针对每个波长计算光吸收。以此方式获得的光谱根据分析样本的各个组分包括多个特征峰。以这种方式，可以在241cm-1和247cm-1处检测到上述峰。可以确定这些峰的相应高度和/或积分面积作为表明多原子间隙晶格络合物的含量的量值。由于在这种情况下存在多个特征峰，因此也可以确定这些峰的积分面积的总和作为表明多原子间隙晶格络合物的含量的量值。可以通过降低要分析的样品的温度来改变峰的分辨率。在低温下进行的FTIR称为低温FTIR(LT-FTIR)。光谱的检测可以在约4至20K范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于确定硅样品中的碳含量的方法，该方法包括如下步骤：在硅样品内部产生电活性的多原子络合物，其中，每个多原子络合物包括至少一个碳原子；确定表明在硅样品中产生的多原子络合物的含量的量值；和由所确定的量值来确定硅样品中的碳含量。

【技术特征摘要】
2016.09.27 DE 102016118204.41.用于确定硅样品中的碳含量的方法，该方法包括如下步骤：在硅样品内部产生电活性的多原子络合物，其中，每个多原子络合物包括至少一个碳原子；确定表明在硅样品中产生的多原子络合物的含量的量值；和由所确定的量值来确定硅样品中的碳含量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个多原子络合物、多个多原子络合物或大多数多原子络合物包括至少一个氧原子或多个氧原子。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述多原子络合物的产生包括使碳原子从取代晶格位点移位到间隙晶格位点，其中，必要时所述移位通过对硅样品的粒子照射来实施，其中，所述粒子必要时还包括质子和/或电子和/或中子和/或阿尔法粒子。4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述多原子络合物的产生包括使硅样品退火，其中，必要时所述退火在约450℃至约520℃范围内的温度进行，此外必要时在约490℃的温度进行。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述退火在约30分钟至约7小时范围内的时间段上进行，必要时在约1小时至约5小时范围内的时间段上进行。6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中，所述多原子络合物中的至少一些多原子络合物包括至少一个氢原子。7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中，所述多原子络合物中的至少一些多原子络合物被配置为浅施主。8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其中，表明硅样品中的多原子络合物含量的所述量值的确定通过光谱方法实施，其中，必要时所述光谱方法包括傅里叶变换红外光谱法(FTIR)，其中，此外必要时所述傅里叶变换红外光谱法(FTIR)在约4K至约20K的范围内的温度实施，此外必要时在约10K的温度实施。9.根据权利要求8所述的方法，其中，在确定表明多原子络合物含量的所述量值期间，用可见光照射所述硅样品。10.根据权利要求8或9所述的方法，还包括：识别通过光谱方法得到的光谱中的至少一个特征峰。11.根据权利要求10所述的方法，其中，将表明硅样品中的多原子络合物含量的量值作为识别到的所述至少一个特征峰的高度和/或作为识别到的所述至少一个特征峰的积分面积来确定。12.根据权利要求10和11所述的方法，其中，所述光谱方法包括识别多个特征峰并且将表明硅样品中的多原子络合物含量的量值作为所述多个特征峰的积分面积之和来确定。13.根据权利要求1至12之一所述的方法，其中，使用校准曲线来确定硅样品中的碳含量，该校准曲线将特定的碳含量配属给所确定的表明硅样品中的多原子络合物含量的量值。14.根据权利要求13所述的方法，其中，根据要分析的硅样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·G·加纳戈纳，M·耶利内克，H·厄夫内尔，HJ·舒尔策，W·舒斯特雷德尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE