シリコン結晶研究のルネサンス
炭素

初めに
バルクのシリコン結晶は、高純度のシリコン多結晶を、融点の1420℃以上の高温で融かして再結晶化して作られる。
過熱用のヒーターはカーボン製のため、雰囲気から融液に炭素が溶け込んで不純物として含まれる。
IT時代ではデバイスグレードの結晶には1015/p3前後の炭素が含まれるがデバイス特性への影響はなかった。
パワーデバイス時代になって、粒子線照射による炭素酸素ペアがライフタイム制御に用いられて、炭素濃度の制御が重要となった。
さらにアボガドロ結晶がキログラム原器を置き換えて、格子定数に影響する炭素が才だ愛の誤差要因となっている。
これまでに応用物理学会で講演してきたことを中心にまとめる
Japan. J. Appl. Phys.にopen accessで掲載予定


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1982年


1981
NTTの干川らは、当時のデバイスグレードとされる1016/p3以下では、微小欠陥の密度は炭素濃度に依存しないことを明らかにした。
Improvement in CZ Silicon Wafer by Reducing Oxygen Impurity
Keigo Hoshikawa, Hiroki Kohda and Kenji Ikuta
Japanese Journal of Applied Physics, Volume 20, Number S1
DOI 10.7567/JJAPS.20S1.241
Abstract
Effects of oxygen and carbon impurities and various annealings on thermally induced defects and on MOS device performance were investigated by using selected silicon wafers with various oxygen and/or carbon concentrations and with distinct thermal history in growth process. It was found that the thermally induced defects were strongly dependent on oxygen concentration, while carbon concentration hardly affected on them. No thermally induced defects were detected after being annealed at 1000°C for 12 hours in wafers with less than 4×1017 atoms・cm-3 oxgen concentration. Degradation in device characteristics was caused by thermally induced defects due to oxygen impurity. Oxygen reduction in CZ silicon wafer was a promising method to improve MOS device performances.

1982
CARBON IN SILICON: PROPERTIES AND IMPACT ON DEVICES
B. O. Kolbesen and A. MOHLBAUERt (Siemens) .
Solid-State Electronics Vol. 25, No. 8, pp. 759-775, 1982
FZ結晶で炭素濃度が5x1016/p3を超えると整流器やサイリスタの特性が劣化する。原因となって酸素が析出するため。5x1016/p3以下とすればよい


1973
コマツの秋山らは、デバイス特性への炭素の影響を確かめるために、熱処理して炭素を析出させた基板を用いてダイオードを作り、ソフト化することを確かめた。
Lowering of breakdown voltage of　　semiconductor silicon due to the　precipitation of impurity carbon
Akiyama et a1 (Komatsu) (1973)
Appl. Phys. Lett. 22, 630 (1973); https://doi.org/10.1063/1.1654534
1017/p3台の高濃度Cを含むウエハを1300℃で119時間高温処理して析出させてからダイオードを作るとbreakdown voltageの低下が見られた。