KR100745312B1 - 고저항율의 초크랄스키 실리콘 내의 열적 도너 형성의 제어 - Google Patents

고저항율의 초크랄스키 실리콘 내의 열적 도너 형성의 제어 Download PDF

Info

Publication number
KR100745312B1
KR100745312B1 KR1020037013383A KR20037013383A KR100745312B1 KR 100745312 B1 KR100745312 B1 KR 100745312B1 KR 1020037013383 A KR1020037013383 A KR 1020037013383A KR 20037013383 A KR20037013383 A KR 20037013383A KR 100745312 B1 KR100745312 B1 KR 100745312B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
layer
oxygen
silicon
concentration
Prior art date
Application number
KR1020037013383A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030093311A (ko
Inventor
마틴 제이. 빈스
로버트 제이 팔스터
제프리 엘. 리버트
Original Assignee
엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드 filed Critical 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드
Priority claimed from PCT/US2002/011558 external-priority patent/WO2002084728A1/en
Publication of KR20030093311A publication Critical patent/KR20030093311A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100745312B1 publication Critical patent/KR100745312B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/322—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections

Abstract

본 발명은, 고저항율인 하나 이상의 표면층을 가지며 이 층은 종래의 반도체 디바이스 제조 공정시 저항율에 영향을 주기에 충분한 양으로 열적 도너를 형성할 수 없도록 하는 인터스티셜 산소 함유량을 갖는 단결정 초크랄스키형 실리콘 웨이퍼 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 웨이퍼로부터 도출된 실리콘 온 인슐레이터 구조물에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼, 열적 도너, 고저항율, 실리콘 온 인슐레이터

Description

고저항율의 초크랄스키 실리콘 내의 열적 도너 형성의 제어{CONTROL OF THERMAL DONOR FORMATION IN HIGH RESISTIVITY CZ SILICON}
본 발명은 일반적으로 반도체 재료 기판, 특히 전자 부품의 제조에 사용되기에 적합한 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 고저항율의 표면층을 가지며 이 표면층이 종래의 반도체 디바이스 제조 공정시에 저항율에 영향을 주기에 충분한 양의 열적 도너를 형성할 수 없도록 하는 인터스티셜(interstitial) 산소 함유량을 갖는 실리콘 웨이퍼 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 웨이퍼로부터 도출되는 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator) 구조에 관한 것이다.
반도체 전자 부품의 제조를 위한 대부분의 공정의 시발 재료인 단결정 실리콘은 통상 단결정 시드가 용융 실리콘에 침지된 후 저속의 추출에 의해 성장되는 소위 초크랄스키(CZ) 공정으로 제조된다. 용융 실리콘은 석영 도가니에 포함되어 있는 동안 주로 산소인 다양한 불순물로 오염되어 있다. 실리콘 용융체의 온도에서, 용융체 온도에서의 실리콘내의 산소 용해도 및 고체 실리콘내의 산소의 실제 분리 계수에 의해 결정된 농도에 도달할때까지 산소는 결정 격자내로 들어온다. 이러한 농도는 전자 디바이스의 제조를 위한 공정에 있어서 일반적인 온도에서의 고상 실리콘내의 산소의 용해도보다 크다. 따라서, 용융체로부터 결정이 성장하고 냉각됨에 따라, 그 내의 산소 용해도는 급격히 감소하여, 슬라이스 또는 웨이퍼 내의 산소는 과포화 농도로 존재한다.
전자 디바이스 제조 공정에서 일반적으로 채용되는 열처리 사이클은 산소가 과포화된 실리콘 웨이퍼내의 산소를 침전시킬 수 있다. 웨이퍼 내의 그들의 위치와 그들의 상대적 크기에 따라, 침전은 해로울 수도 있고 이로울 수도 있다. 작은 산소 클러스터는 전기적으로 활성인 열적 도너이고 웨이퍼 내의 위치에 관계없이 저항율을 감소시킬 수 있다. 웨이퍼의 활성 디바이스 영역에 위치한 큰 산소 침전물은 디바이스의 동작에 손상을 줄 수 있지만, 웨이퍼의 벌크 내에 위치하면, 예를 들어 디바이스 제조 공정 동안 웨이퍼와 접촉할 수 있는 바람직하지 않은 금속 분술물을 포획할 수 있다. 이것을 통상 내부 또는 고유 게터링("IG")이라 한다.
첨단의 무선 통신 애플리케이션 등의 소정의 애플리케이션은 비교적 높은 저항율의 실리콘 웨이퍼를 요구한다. 예를 들어, 종래의 진보된 무선 통신 애플리케이션은 100 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 실리콘 웨이퍼를 요구하고, 소정의 진보된 애플리케이션은 약 1000 ohm ㎝보다 큰 저항율을 요구한다. 일반적으로 플로팅 존(FZ; floating zone) 방법에 의해 성장한 실리콘이 그 고유의 더 높은 순도때문에 초크랄스키(CZ) 방법에 의해 성장한 실리콘 대신에 고저항율 애플리케이션에 사용되어 왔다. 또한, 일반적으로 10-15 ppma의 범위로 CZ 실리콘에 존재하는 비교적 높은 레벨의 Oi이 문제가 될 수 있다. 인터스티셜 산소의 존재는 고유 게터링 목적에 이로울 수 있지만, 300-500℃의 온도 범위(디바이스 제조 공정에서 통상 사용되는 온도)에서는 인터스티셜 산소들이 작은 클러스터로 응집하는 것 때문에, 디바이스층에서의 전기적으로 활성인 열적 도너의 형성은 고저항율 애플리케이션의 주요 문제점이 될 수 있다. 왜냐하면, 디바이스 처리의 최종 단계가 이 온도 범위에서 금속층과 실리콘의 합체 형성을 수반하기 때문이다. 저항율은 웨이퍼 벌크내 뿐만 아니라 활성 디바이스 영역에 위치하는 작은 산소 클러스터에 의해 부정적으로 영향을 받을 수 있다. 반대로, 약 500℃보다 높은 온도에서 웨이퍼 벌크내의 비교적 큰 산소 클러스터의 형성은, 큰 침전물이 웨이퍼 저항율을 크게 저하시키지 않기 때문에 이로울 수 있으며, 내부 게터링을 위한 위치를 제공할 수 있다.
열적 도너의 형성은 일반적으로 300-500℃의 온도 범위에서의 체류 시간이 비교적 짧기 때문에(약 1시간 내지 2시간) 낮은 저항율 웨이퍼에 문제점을 발생시키지 않으며, n형 또는 p형 도핑으로 도입된 주캐리어가 보통 지배적이다. 그러나, 추가된 도펀트 농도가 낮은 고저항율 애플리케이션에서는, 디바이스 처리 단계의 열적 도너의 형성은 최종 웨이퍼 저항율의 주요 인자이다(예를 들어 W. Kaiser 등의 Phys. Rev., 105, 1751,(1957), W. Kaiser 등의 Phys. Rev., 112, 1546, (1958), Londos 등의 Appl. Phys. Lett., 62, 1525, 1993 참조). 따라서, 고저항율 CZ 애플리케이션에서, 잔류 인터스티셜 산소 농도는 디바이스 공정 동안 열적 도너 형성의 속도에 크게 영향을 줄 것이다. 예를 들어, 최종 저온 합성 소결 단계 직전에서 약 13 ppma의 잔류 인터스티셜 산소 농도와 약 1000 ohm ㎝(p형)의 초기 저항율을 갖는 웨이퍼는 약 1시간동안 약 450℃의 일반적인 합성 소결 조건을 거치면 약 1014 ㎝-3의 열적 도너를 형성할 것이다. 발생된 각각의 열적 도너가 더블 도너(double donor)로서 동작한다고 가정하면, 웨이퍼의 저항율이 먼저 증가하고 그후 열적 도너로서 n형으로의 "플립(flip)"이 발생한다(예를 들어, M. Claybourn 및 R.C. Newman; Appl. Phys. Lett., 52, 2139, 1988 참조). 결과적으로, 웨이퍼의 최종 저항율은 초기 저항율보다 차수가 2 정도 작다. 반대로, 초기 인터스티셜 산소 농도가 약 5 PPMA였으면, 1시간동안 동일한 450℃에서의 어닐링 후의 열적 도너 농도는 약 2×1012 ㎝-3 이고 저항율은 약 1000 ohm ㎝이다.
아베(Abe) 등은 고저항율 CZ 결정의 제조에 관한 방법을 보고하였다(예를 들어, Electrochemical Society Proceedings, vol. 2000-17, 491-500). 보고된 방법에서, 산소 핵생성을 위하여 2시간동안 650℃에서 CZ 결정을 어닐링하고, 그후 핵생성 성장을 위해 4시간동안 800℃에서 어닐링하고, 그후 산소 침전을 위해 16시간 동안 1000℃에서 어닐링하였다. 이러한 장기간 및 연관된 비용은 매우 과중할 수 있다. 또한, 이 방법은 약 16 ppma보다 작은 산소 농도를 갖는 결정에 대해서는 무효한 것으로 보고되었다. 또한, 650℃에서의 핵생성 속도는 초기 산소 농도에 의해 크게 영향을 받고 따라서 침전 밀도가 웨이퍼마다 달라지는 것으로 알려져 있다. 또한, 결정 성장동안 형성된 미리 존재하는 산소 침전물은 4시간동안 800℃ + 16시간 동안 1000℃ 어닐링 중에 성장할 것이다. 이것은, 웨이퍼가 추가의 고온 어닐링에 의해 제거되는 과정을 필요로 하는 소위 "열 이력 효과"이며, 따라서, 복잡성이 증대되고 공정 비용이 늘어난다.
따라서, 내부 게터링이 가능하고, 고저항율의 디누디드 존(denuded zone)을 가짐으로써, 디누디드 존이 반도체 디바이스 제조 공정시에 그 저항율에 상당하게 영향을 주는 양으로 열적 도너를 형성할 수 없는 실리콘 웨이퍼 및 효율적이고도 신뢰성있는 그 제조 방법이 필요하다. 이러한 웨이퍼는 고저항율의 실리콘 온 인슐레이터 디바이스의 제조를 포함하는 많은 다른 애플리케이션에 적합하다.
따라서, 본 발명의 특징들 중에는, 하나 이상의 고저항율 표면층을 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼 및 그 제조 방법의 제공, 산소 침전 열처리시 고저항율의 디누디드 존 및 내부 게터링을 위한 벌크 내의 고밀도의 산소 침전물을 갖는 웨이퍼의 제공, 및 표면층 내에 저농도의 인터스티셜 산소를 갖는 웨이퍼의 제공이 있다. 본 발명의 특징들 중에는 지지층이 이러한 웨이퍼로부터 도출되는 실리콘 온 인슐레이터 디바이스가 있다.
그러므로, 간단히 말해서, 본 발명은 초크랄스키 방법에 따라 성장한 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼에 관한 것이다. 웨이퍼는 전면, 후면, 전면과 후면 사이에서 거의 같은 거리에 있는 가상의 중심 평면, 전면으로부터 중심 평면을 향하여 측정된 거리(D1)와 전면 사이의 웨이퍼의 영역을 포함하는 전면층, 및 가상의 중심 평면을 포함하지만 전면층을 포함하지 않는 벌크층을 포함한다. 웨이퍼는 또한 비균일 농도의 결정 격자 베이컨시를 포함하며, 벌크층 내의 베이컨시의 농도는 전면층의 베이컨시의 농도보다 크고, (i) Di는 약 5 마이크론 이상 약 30 미크론 미만이며, (ii) 표면층은 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 가지며, (iii) 약 700℃를 초과하는 온도에서의 산소 침전 열처리시, 표면층은 약 1×107㎝-3 미만의 산소 침전물들을 가지지만, 벌크층은 1×107㎝-3 보다 많은 산소 침전물들을 가진다.
본 발명은 또한 전면, 후면, 전면과 후면 사이에서 거의 같은 거리에 있는 가상의 중심 평면, 전면으로부터 중심 평면을 향하여 측정하여 약 5 마이크론보다 크고 약 30 마이크론보다 작은 거리(D1)와 전면 사이의 웨이퍼의 영역을 포함하고 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 전면층, 및 가상의 중심 평면을 포함하지만 전면층을 포함하지 않는 벌크층을 포함하고, 초크랄스키 방법에 따라 성장한 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법에 관한 것이다. 방법에 있어서, 단결정 실리콘 웨이퍼는 전면층과 벌크층내의 결정 격자 베이컨시를 형성하기 위하여 급속 열 어닐러에서 열처리된 후, 산소 침전물을 위한 템플릿을 형성하기 위하여 급속 냉각된다.
본 발명은, 또한 약 10 ppma보다 작은 인터스티셜 산소 농도를 가지며, 전면, 후면, 전면과 후면 사이에서 거의 같은 거리에 있는 가상의 중심 평면, 전면으로부터 중심 평면을 향하여 측정하여 약 5 마이크론보다 크고 약 30 마이크론보다 작은 거리(D1)와 전면 사이의 웨이퍼의 영역을 포함하고 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 전면층, 및 가상의 중심 평면을 포함하지만 전면층을 포함하지 않는 벌 크층을 포함하고 초크랄스키 방법에 따라 성장한 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 단결정 실리콘 웨이퍼는 전면층과 벌크층내에 결정 격자 베이컨시를 형성하기 위하여 열처리되고, 열처리된 웨이퍼는 피크 베이컨시 농도가 벌크층내에 있는 비균일한 베이컨시 농도 프로파일을 형성하도록 냉각된다.
본 발명은 또한 본 발명의 실리콘 웨이퍼로부터 제조된 실리콘 온 인슐레이터("SOI") 구조물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디바이스층, 지지층 및 그 사이의 절연층을 포함하는 실리콘 온 인슐레이터 구조물에 관한 것이다. 지지층은 (A) 제 1 층 및 제 2 층 - 상기 제 1 층은 (i) 상기 제 2 층보다 큰 저항율을 가지며, (ii) 상기 절연층으로부터 상기 제 2 층으로 연장하고, (iii) 상기 절연층으로부터 상기 제 2 층으로 측정하여 두께, T1를 가짐-; 및 (B) 비균일한 농도의 결정 격자 베이컨시 -상기 제 2 층내의 베이컨시의 농도는 상기 제 1 층의 베이컨시의 농도보다 큼- 을 포함하며, 여기서 (a) T1은 약 5 마이크론이상이고 약 30 마이크론보다 작고, (b) 상기 제 1 층은 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 가지며, (c) 약 700℃를 초과하는 온도에서 산소 침전 열처리시, 상기 제 1 층은 약 1×107㎝-3 보다 작고 산소 침전물 밀도를 가지며, 상기 제 2 층은 약 1×107㎝-3 보다 큰 산소 침전물 밀도를 갖는다.
본 발명은 또한 초크랄스키 방법에 따라 성장한 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 실리콘 웨이퍼를 포함하는 실리콘 온 인슐레이터 구조물에 관한 것이다. 웨이퍼는, (i) 전면, 후면, 상기 전면과 상기 후면 사이에 거의 동일한 거리에 있는 가상의 중심 평면, (ii) 상기 전면으로부터 상기 중심 평면을 향하여 측정한 거리 D와 상기 전면 사이의 웨이퍼의 영역을 포함하고, 상기 전면으로부터 상기 절연층으로 연장하는 디바이스층과 절연층을 포함하는 표면층, (iii) 상기 가상의 중심 평면을 포함하지만 상기 제 1 층은 포함하지 않는 벌크층, 및 (iv) 비균일한 농도의 결정 격자 베이컨시 -상기 벌크층내의 베이컨시의 농도는 상기 표면층내의 베이컨시의 농도보다 큼- 을 가지며, (i) D는 약 5 마이크론 이상 30 마이크론 미만이고, (ii) 상기 표면층은 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 가지며, (iii) 700℃을 초과하는 온도에서의 산소 침전 열처리시, 표면층은 약 1×107㎝-3 보다 작은 산소 침전물 밀도를 가지며, 벌크층은 약 1×107㎝-3 보다 큰 산소 침전물 밀도를 갖는다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은 부분적으로는 명백하며, 부분적으로는 이하에서 설명될 것이다.
도 1은 비균일한 분포의 결정 격자 베이컨시를 얻기 위하여 실리콘 웨이퍼에 열 어닐링(S1)과 급속 냉각(S2)을 행한 후, 원하는 깊이로 고저항율의 디누디드 존을 갖는 웨이퍼를 얻기 위하여 산소 침전 열처리(S3)를 수행하는 본 방법의 개략도.
도 2는 어닐링 시간의 함수로서 3개의 다른 산소 범위에 대하여 웨이퍼 벌크 침전물 밀도 대 2차 어닐링 온도의 그래프.
본 발명에 따르면, 비교적 높은 저항율과 초크랄스키 성장 방법에 의해 얻어질 수 있는 임의의 산소 함유량을 필수적으로 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼가 제어된 분위기에서 열처리 및 급속 냉각되어 원하지 않는 열적 도너의 형성을 피하기 위하여 인터스티셜 산소 농도를 억제할 목적으로 후속의 산소 침전 열처리에서 산소 침전물을 위한 템플릿을 형성하는 결정 격자 베이컨시의 분포를 갖는 웨이퍼를 얻는다. 일 실시예에서, 템플릿은 웨이퍼의 전체 두께에 걸쳐 산소 침전물이 형성하도록 하기 위한 것이다. 다른 실시예에서, 템플릿은 표면 근처 영역 내에 비교적 얇은 디누디드 존(denuded zone)과 웨이퍼 벌크에 산소 침전물이 형성될 수 있도록 한다. 이 방법은 열적 도너(즉, 산소 클러스터)의 형성을 통상 유도하는 디바이스 제조 공정시, 열적 도너가 그 저항율을 실질적으로 변경시키기에 충분한 밀도 또는 농도로 형성되지 않도록 충분히 낮은 인터스티셜 산소 함유량을 갖는 디누디드 존을 선택적으로 가지면서, 내부 게터링이 가능한 고저항율 실리콘 웨이퍼의 효율적이고도 신뢰성있는 생산을 가능하게 하기 때문에 특히 유리하다. 따라서, 본 방법은 고저항율 기판을 요구하는 애플리케이션에 특히 적합한 실리콘 웨이퍼의 제조를 가능하게 한다.
A. 시발 재료
일 실시예에서, 본 발명의 고저항율 웨이퍼를 위한 시발 재료는, 일반적으로 약 150㎜, 200㎜, 300㎜ 이상의 직경을 갖는 종래의 초크랄스키("CZ") 결정 성장 방법에 따라 성장한 단결정 잉곳으로부터 슬라이스된 실리콘 웨이퍼이다. 웨이퍼는 연마되거나 또는 랩핑(lapping)되고 에칭되지만 연마되지 않을 수 있다. 이러한 기술들 뿐만 아니라 표준 실리콘 슬라이싱, 랩핑, 에칭, 및 연마 기술은 예를 들어 F. Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology, Academic Press, 1989, 및 Silicon Chemical Etching, (J. Grabmaier ed.) Springer-Verlag, New York, 1982(참고 문헌으로서 여기에 포함됨)에 개시되어 있다. 바람직하게, 웨이퍼는 종래에 공지된 표준 방법에 의해 연마되고 세정된다. 예를 들어 W.C. O'Mara 등의 Handbook of Semiconductor Silicon Technology, Noyes Publications를 참조.
일반적으로, 시발 웨이퍼는, 전형적으로 약 5×1017 내지 9×1017 atoms/㎤ 또는 약 10 내지 약 18 PPMA(예를 들어, ASTM 측정기준(calibration)에 따라 결정된 바와 같이, 약 10 내지 약 12 또는 15 ppma, Oi = 4.9α, 여기서, α는 1107㎝-1 흡수 밴드의 흡수계수; 새로운 ASTM 표준 F-121-83)인, 초크랄스키 법에 의해 얻어질 수 있는 범위 내의 임의의 산소 농도를 가질 수 있다. 또한, 시발 웨이퍼는 바람직하게 웨이퍼의 표면 근처 영역 내에 안정화된 산소 침전물(즉, 약 1200℃ 이하의 온도에서 웨이퍼로부터 분해되거나 어닐링될 수 없는 산소 침전물)이 없다.
시발 웨이퍼는 또한 비교적 높은 저항율을 가진다; 즉, 50 ohm ㎝이상의 저항율을 가지며, 바람직하게는 약 100 ohm ㎝ 이상의 저항율을 갖는다. 어떤 실시예에서는, 약 200, 300, 400, 또는 심지어 500 ohm ㎝ 이상의 저항율을 갖는 것이 더 바람직할 것이며, 또다른 실시예에서는, 1000, 1500, 또는 심지어 2000 ohm ㎝의 저항율을 갖는 것이 바람직할 것이다. 일반적으로, 이러한 고저항율의 초크랄스키(CZ) 웨이퍼의 제조는 웨이퍼가 얻어지는 단결정 실리콘 잉곳이 성장할 때, 도가니, 폴리실리콘, 그래파이트(graphite) 등의 고순도 성분의 사용을 수반한다. 특히, 성장하는 결정에 도입될때 전기적으로 활성화될 수 있는 붕소, 인, 알루미늄, 갈륨, 비소, 또는 안티몬 등의 불순물의 농도는 낮은 수준으로 제어되는 것이 바람직하다.
B. 산소 침전물을 위한 템플릿(template)의 생성
일반적으로, 웨이퍼내의 산소 침전물을 위한 템플릿을 형성하는 결정 격자 베이컨시의 분포를 형성하기 위하여 급속 열처리가 수행된다. 일 실시예에서, 템플릿은, 웨이퍼 벌크 내에는 산소 침전물이 있지만, 표면 근처 영역 내에는 저 밀도의 산소 침전물이 있는, 바람직하게는 산소 침전물이 없는 웨이퍼를 위한 것이다; 임의의 원하는 깊이의 디누디드 존이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 깊이가 70 마이크로미터, 50 마이크로미터, 30 마이크로미터, 20 마이크로미터, 또는 심지어 10 마이크로미터인 디누디드 존이 신뢰성있고 재현가능하게 얻어질 수 있다.
산소 침전물을 위한 템플릿을 형성하는 결정 격자 베이컨시의 분포를 형성하기 위한 급속 열처리의 사용은 일반적으로 Falster 등의 미국 특허 제 5,994,761 호, 제 6,191,010 호, 및 제 6,180,220 호에 기재되어 있고, 이들은 참고 문헌으로 여기에 포함된다. 여기에 기재된 "이상적인 침전 처리(ideal precipitating process)"는 표면층내의 농도보다 웨이퍼 벌크내에서의 농도가 높은 비균일한 분포 의 결정 격자 베이컨시를 전형적으로 산출한다. 후속의 산소 침전 열처리시, 웨이퍼 벌크내의 베이컨시의 고농도는 산소 침전물의 형성과 성장을 돕는 산소 침전 핵생성 중심을 형성하고, 표면 근처 영역의 베이컨시의 농도는 그렇게 하기에 불충분하다. 결과적으로, 디누디드 존은 종종 표면 근처 영역내에 형성되고, 벌크 마이크로디펙트(bulk microdefect) 또는 간략히 BMD라 지칭되는 산소 침전물은 웨이퍼 벌크내에 형성된다. 여기에 기재된 바와 같이, 50 내지 70 마이크로미터 범위내의 깊이의 디누디드 존이 신뢰성있게 형성될 수 있다.
그러나, 고저항율 웨이퍼에 있어서, 이러한 깊이의 디누디드 존이 항상 이로운 것은 아니다. 일반적으로, (BMD 에서 침전함으로써 또는 웨이퍼 표면에 확산함으로써) 인터스티셜 산소가 용액으로부터 제거되기 위하여 이동해야 하는 거리가 증가하기 때문에, 제거 효율은 디누디드 존 깊이의 증가와 함께 감소한다. 결과적으로, 일단 디누디드 존이 너무 깊거나 두껍게 되면(예를 들어, 약 30 마이크론보다 크면), 이 존의 중심에서의 상승된 인터스티셜 산소 농도(소비되는 위치로 확산하는데 충분한 시간을 갖는 웨이퍼의 벌크와 표면 부근의 인터스티셜 산소)가 디바이스 제조 공정 동안 열적 도너 형성이 발생할 정도로 충분히 높아져, 결국 웨이퍼의 디바이스층의 저항율을 감소시킬 가능성이 있다. 이것은 약 10 ppma를 초과하는 산소 침전물을 갖는 "이상적인 침전 웨이퍼"에 특히 문제가 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일형태는 후속의 산소 침전 열처리에서 산소 제거 효과에 영향을 주는 디누디드 존의 깊이를 제어하는 것이다.
산소 침전 위치의 농도(개수 밀도)는 또한 산소 침전 열처리동안 산소 제거 의 효율에 영향을 주고, 산소 제거 효율은 사이트(site) 농도가 증가하면 증가한다. 바람직하게, 사이트의 농도는 급속 열 어닐링 온도가 증가하면 증가하고, 모든 실제적인 목적을 위하여 사이트의 농도는 (초크랄스키(CZ) 처리에 의해 얻을 수 있는 산소 침전물의 범위에 있어서) 산소 농도와 시간에 본질적으로 무관하다. 달리 말하면, 사이트의 농도는 급속 열 어닐링 온도가 증가함에 따라 증가할 수 있고, 급속 열 어닐러(rapid heat annealer)가 사용되므로, 더 큰 온도를 성취하는데 필요한 시간의 증가분은 겨우 몇 초(second)에 지나지 않는다.
따라서, 본 발명에 따르면, 후속의 디바이스 제조 공정의 디누디드 존 내의 열적 도너 형성은 부분적으로 (산소 사이트의 농도를 결정하는) 급속 열 어닐링 온도의 선택 및 후속의 산소 침전 열처리에서 형성할 디누디드 존의 두께를 조절함으로써 제어될 수 있다. 이하에서 더 설명하는 바와 같이, 디누디드존의 두께는, 급속 열 어닐링 단계에 있어서 선택된 환경(ambient)의 조성과 급속 열 어닐링의 온도로부터 결정 격자 베이컨시가 현실적으로 유동적이지 않은 온도까지의 냉각 속도에 의해 부분적으로 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 열처리 및 냉각의 조건은 얇거나 얕은 디누디드 존(예를 들어, 약 30 마이크론 미만의 디누디드 존)의 형성을 위한 템플릿을 생성하도록 제어된다. 얇은 디누디드 존이 얻어질 수 있도록 함으로써, 본 방법은 웨이퍼 벌크 및 표면(여기에서 인터스티셜 산소가 궁극적으로 소비됨)에 가깝게 존 내부의 인터스티셜 산소를 위치시키는 장점이 있다. 결과적으로, 열적 도너 형성은 충분히 금지될 수 있고, 따라서, 고저항율 애플리케이션에 적합한 실리콘 웨이퍼(즉, 약 50 ohm ㎝ 이상의 저항율, 바람직하게는 약 100, 200, 300, 400, 또는 500 ohm ㎝ 이상의 저항율, 및 몇몇 경우에는 더 바람직하게 1000, 1500, 또는 심지어 2000 ohm ㎝ 이상의 저항율을 갖는 하나 이상의 표면층을 갖는 웨이퍼)를 재현가능하게 산출한다.
도 1을 참조하면, 본 방법의 시발 재료는 전면(3), 후면(5), 전면과 후면 사이의 가상의 중심 평면(7), 및 전면과 후면 사이의 웨이퍼 몸체를 포함하는 웨이퍼 벌크(9)를 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼(1)이다. 여기에서, 용어 "전"과 "후"는 웨이퍼의 2개의 일반적으로 평평한 주요 면들을 구별하기 위하여 사용되었으며, 웨이퍼의 전면은 반드시 전자 디바이스가 후속으로 제조되는 표면일 필요는 없고 또한 웨이퍼의 후면은 반드시 전자 디바이스가 제조되는 표면의 반대 표면일 필요는 없다. 또한, 실리콘 웨이퍼는 총 두께 변화(total thickness variation; TTV), 휨(warp) 및 구부림(bow)을 가지므로, 전면 상의 모든 점과 후면 상의 모든 점간의 중심점들이 동일 평면에 있을 수는 없지만, 현실적으로 TTV, 휨, 및 구부림은 매우 적어서 근사적으로는 중심점들은 전면과 후면 사이에 거의 등거리로 위치한 가상의 중심 평면에 있다고 할 수 있다.
일반적으로, 공정 단계, S1에서, 실리콘 웨이퍼(1)는 열처리되어, 웨이퍼가 상승된 온도로 가열되고, 따라서 웨이퍼(1)내의 결정 격자 베이컨시(11)의 개수 밀도를 증가시킨다. 바람직하게, 이 열처리 단계는 웨이퍼가 타겟 온도로 급속히 가열되고 비교적 짧은 기간동안 그 온도에서 어닐링되는 급속 열 어닐러에서 수행된 다. 일반적으로, 웨이퍼는 1175℃를 초과하는 온도, 일반적으로 약 1200℃ 이상, 및 일 실시예에서는 1200℃ 및 1300℃ 사이의 온도로 어닐링된다. 웨이퍼는 일반적으로 1초 이상, 일반적으로 수초 이상(예를 들어, 적어도 3, 5 등), 또는 심시어 수십초(예를 들어, 적어도 20, 30, 40 등)동안, 그리고 웨이퍼가 어닐링되는 분위기와 원하는 웨이퍼 특성에 따라, 약 60초(상용가능한 급속 열 어닐러에 대한 한계에 근접) 까지의 기간동안 이 온도에서 유지될 것이다.
급속 열처리 어닐링 단계의 완료시, 단계 S2에서, 웨이퍼는 결정 격자 베이컨시가 단결정 실리콘 내에서 통상적으로 유동적인 온도 범위를 통과해 급속히 냉각되는데, 베이컨시는 일반적으로 약 700℃, 800℃, 900℃, 또는 심지어 1000℃를 초과하는 온도까지 상업적으로 실제적인 기간 내에는 실리콘내에서 유동적이다. 웨이퍼의 온도가 이 범위의 온도를 통과하여 감소됨에 다라, 어떤 베이컨시들은 실리콘 셀프-인터스티셜(self-interstitial) 원자와 재결합하고, 나머지는 전면(3)과 후면(5)으로 확산되어, 이 범위내의 온도에서 웨이퍼가 유지되는 시간 길이에 의존하는 변화의 범위로 베이컨시 농도 프로파일의 변화를 유도한다. 웨이퍼가 천천히 냉각되면, 베이컨시 농도는 웨이퍼 벌크(9) 전체에 있어서 실질적으로 균일해지는데, 이 농도는 평형값으로서 열처리 단계 완료 시의 결정격자 베이컨시 농도보다 상당히 작다. 그러나, 웨이퍼를 급속 냉각함으로써, 결정 격자 베이컨시의 비균일한 분포가 성취될 수 있고, 웨이퍼 벌크 내의 농도는 표면 근처의 영역 내의 농도보다 크다. 냉각 속도는, 예를 들어 최대 베이컨시 농도가 웨이퍼 표면으로부터 약 20 마이크로미터, 30 마이크로미터, 40 마이크로미터, 50 마이크로미터 또는 그 이상 떨어져 형성되도록 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 최대 베이컨시 농도는 중심 평면(7) 또는 그 부근이고, 베이컨시 농도는 일반적으로 웨이퍼의 전면(3)과 후면(5)의 방향으로 감소한다.
일반적으로, 베이컨시가 유동적인 온도 범위내의 평균 냉각 속도는 약 5℃/초 이상이고, 임의의 실시예에서, 속도는 바람직하게 약 20℃/초, 50℃/초, 100℃/초 이상이고, 약 100℃/초 내지 200℃/초의 범위의 냉각 속도는 임의의 예에서 특히 바람직하다. 이와 관련하여, 일단 웨이퍼는 결정 격자 베이컨시가 단결정 실리콘내에서 비교적 유동적인 온도 범위 밖의 온도로 냉각되면, 냉각 속도는 웨이퍼의 침전 특성에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 보이며, 따라서 크게 문제가 되지 않는다는 점에 주목할 필요가 있다.
급속 열 어닐링 및 냉각 단계는 예를 들어 웨이퍼가 고전력 램프의 뱅크에 의해 개별적으로 가열되는 상용가능한 다수의 급속 열 어닐링("RTA") 로(furnace)에서 수행될 수 있다. RTA 로는 예를 들어 실온으로부터 약 1200℃로 수초내에 실리콘 웨이퍼를 급속 가열할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, RTA 로는 산소(예를 들어, 원소 산소 가스, 발열성 증기 등), 질소(예를 들면, 원소 질소 가스 또는 암모니아 등의 질소 함유 화합물 가스), 비산소, 비질소 함유 가스(non-oxygen, non-nitriding containing gas)(예를 들어 헬륨 또는 아르곤 등의 불활성 가스), 또는 그 혼합물 또는 합성물을 포함하는 상이한 다수의 환경 또는 분위기에서 웨이퍼를 어닐링하고 냉각하는데 사용될 수 있다.
웨이퍼가 예를 들어 2시간 이상 동안 약 800℃의 온도에서 어닐링된 후 산소 함유 분위기에서 약 16시간동안 약 1000℃의 온도에서 어닐링되는 산소 침전 열처리 단계, S3 후에, 웨이퍼내의 산소 침전물의 결과적인 깊이 분포는 전면(3)과 후면(5)으로부터 깊이(t, t')로 각각 연장하는 산소 침전물-없는 재료(oxygen precipitate-free material)[침전물-없는 존(precipitate free zone) 또는 "디누디드 존"; 13, 13']의 청정 영역에 의해 특정된다. 이들 산소 침전물-없는 영역들 사이에는 실질적으로 균일한 밀도의 산소 침전물을 포함하는 침전 존(15)이 있다. 일반적으로, 침전물의 밀도는 약 108 보다 크고 약 1011 침전물/㎤보다 작을 것이며, 약 5×109 또는 5×1010의 침전물 밀도는 몇몇 실시예에서 일반적이다.
산소 침전물-없는 재료(디누디드) 존(13, 13')의 각각의 전면 및 후면으로부터의 깊이(t, t')는 부분적으로 결정 격자 베이컨시가 실리콘 내에서 상대적으로 유동적인 온도 범위 내에서의 냉각 속도의 함수이다. 일반적으로 깊이(t, t')는 냉각 속도가 감소함에 따라 감소하며, 약 10, 20, 30, 40, 50 마이크론 또는 그 이상(예를 들어, 70, 80, 90, 100)의 디누디드 존이 얻어진다. 그러나, 실제적인 문제로서, 얕은 디누디드 존 깊이를 얻는데 필요한 냉각 속도는 매우 극단적이며 열 쇼크는 웨이퍼를 파괴시킬 위험이 있다. 따라서, 다른 방법으로, 웨이퍼가 덜 극심한 속도로 냉각되도록 하면서 웨이퍼가 어닐링되는 환경의 선택에 의해 디누디드 존의 두께가 조절될 수 있다. 달리 말하면, 주어진 냉각 속도에 대하여, 깊은 디누디드 존(예를 들어 50+ 마이크론), 중간 디누디드 존(예를 들어 30-50 마이크론), 얕은 디누디드 존(예를 들어, 약 30 마이크론 미만), 또는 심지어 디누디드 존이 없는 것에 대한 템플릿을 생성하는 환경이 선택될 수 있다.
지금까지의 경험을 나타낸다:
1. 비질소, 비산소 함유 가스가 급속 열 어닐링 단계 및 냉각 단계에서 분위기 또는 환경으로서 사용되면, 어닐링 온도를 달성하는 즉시, 만일 즉시가 아니라면 그 근처에서, 웨이퍼 전체에서 베이컨시 농도의 증가가 이루어진다. 결과적인 베이컨시 농도(개수 밀도)의 베이컨시 프로파일은 웨이퍼의 전면으로부터 웨이퍼의 후면까지 비교적 일정하다. 이 온도에서 추가적인 시간 동안 웨이퍼를 유지하는 것은, 지금까지 얻어진 실험적 증거에 기초해 볼 때, 베이컨시 농도의 증가로 이어지지는 것으로 보이지는 않는다. 적합한 가스는 아르곤, 헬륨, 네온, 이산화탄소, 및 다른 불활성 원소 및 화합물 가스 또는 그 가스들의 혼합물을 포함한다.
2. 질소 함유 분위기 또는 환경이 제 1 실시예의 열 어닐링 및 냉각 단계에서 사용되면, 베이컨시 농도는 형성된 어닐링 온도에서 시간의 함수로서 증가하는 것으로 나타난다. 결과적인 웨이퍼는 일반적으로 웨이퍼의 단면에 대하여 "U형"인 베이컨시 농도(개수 밀도) 프로파일을 가지며, 즉, 최대 농도는 전면 및 후면의 수 마이크로미터인 지점 또는 그 내에서 발생할 것이며 웨이퍼 벌크는 비교적 일정하면서 더 적은 농도일 것이다. 그러므로, 산소 침전 열처리에서 형성된 디누디드 존의 깊이는 제로에 근접한다. 질소 가스(N2)에 더하여, 암모니아 등의 질소 함유 가스가 사용될 수 있다.
3. 급속 열 어닐링 및 냉각 단계에서의 분위기 또는 환경이 산소를 포함하면, 또는 특히 질소 함유 가스, 불활성 가스 또는 그 둘다와 함께 산소 가스(O2) 또는 산소 함유 가스(예를 들어, 발열성 증기)를 포함하면, 표면 근처 영역의 베이컨시 농도 프로파일은 영향을 받는다. 지금까지의 실험적 경험은 표면 근처 영역의 베이컨시 농도 프로파일이 분위기의 산소 농도와 반비례 관계에 있음을 나타낸다. 임의의 특정한 이론에 구애됨이 없이, 충분한 농도에서 산소의 어닐링은 실리콘 표면의 산화를 초래하고, 결과적으로 실리콘 셀프-인터스티셜의 내향 플럭스(inward flux)를 생성시킨다. 실리콘 인터스티셜의 플럭스는 분위기 내의 산소의 분압에 의해 제어될 수 있는 산화 속도에 의해 제어된다. 이 셀프-인터스티셜의 내향 플럭스는 산소 분압이 증가하면 증가하는 내향 이동 속도로 재결합을 발생시켜 베이컨시 농도 프로파일을 점진적으로 변경하는 효과가 있는데, 이 재결합은 표면에서 시작하여 점차 내부로 진행된다. 그러므로, 산소 침전 열처리를 거치면, 실리콘 웨이퍼로부터 제조될 디바이스의 특정 사용 목적에 적합한 임의의 깊이의 디누디드 존이 될, 베이컨시 저농도의 영역이 생성될 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 급속 열 어닐링 및 냉각 단계 동안의 분위기는 일반적으로 약 30 마이크론 미만의 디누디드 존 깊이 및 바람직하게는 약 5 마이크론보다 크고 약 30 마이크론보다 작은 범위, 약 10 마이크론으로부터 약 25 마이크론까지의 범위, 또는 약 15 마이크론으로부터 약 20 마이크론까지의 범위의 디누디드 존 깊이를 얻기에 충분한 산소 분압을 포함한다. 특히, 본 방법의 어닐링 및 냉각 단계는 일반적으로 (i) 질소 함유 가스(예를 들어, N2), (ii) 비산소, 비질소 함유 가스(예를 들어, 아르곤, 헬륨 등), 또는 (iii) 그 혼합물, 및 (iv) 산소 함유 가스(예를 들어, O2 또는 발열성 증기), 인터스티셜의 내향 플럭스를 생성하기에 충분한 산소 분압(예를 들어, 약 1ppma, 5ppma, 10ppma, 또는 그 이상)을 가지지만 약 500ppma보다는 작고, 바람직하게는 약 400ppma, 30ppma, 200ppma, 150ppma 또는 심지어 100ppma보다 작고, 임의의 실시예에서는 약 50, 40, 30, 20 또는 심지어 10ppma보다 작은 산소 분압을 갖는 분위기에서 실행된다. 질소 함유 혼합물 및 비질소, 비산소 함유 가스(non-nitrogen, non-oxygen containing gas)가 산화 가스로 이용되면, 그 둘의 각각의 비(즉, 질소 함유 가스 대 불활성 가스)는 약 1:10 내지 약 10:1, 약 1:5 내지 약 5:1, 약 1:4 내지 약 4:1, 약 1:3 내지 약 3:1, 약 1:2 내지 약 2:1의 범위일 수 있으며, 1:5, 1:4, 1:3, 1:2 또는 1:1의 질소 함유 가스 대 불활성 가스의 비가 몇몇 실시예에서는 바람직하다. 달리 말하면, 이러한 가스 혼합물이 어닐링 및 냉각 단계를 위한 분위기로서 이용되면, 질소 함유 가스의 농도는 약 1% 내지 약 100% 미만, 약 10% 내지 약 90%, 약 20% 내지 약 80%, 약 40% 내지 약 60%의 범위일 수 있다.
이와 관련하여, 어닐링 및 냉각 단계를 위한 정밀한 조건은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 여기에 기재된 것과 다를 수 있다는 점에 주의할 필요가 있다. 또한, 이러한 조건은 예를 들어 t 및/또는 t'의 소망의 깊이를 최적화하기 위하여 어닐링의 온도 및 기간, 및 분위기 조건(즉, 산소 분압 뿐만 아니라 분위기의 조성)을 조절함으로써 경험적으로 결정될 수 있다.
정확한 프로파일에 관계없이, 본 발명의 웨이퍼는 고저항율 실리콘의 하나 이상의 표면층을 갖는 실리콘 웨이퍼를 요구하는 애플리케이션에 매우 적합한 산소 침전물에 대한 템플릿을 가질 수 있다. 높은 베이컨시 농도 영역, 즉, 웨이퍼 벌크에서, 웨이퍼가 산소 침전 열처리되면, 산소는 급속히 클러스터링된다. 그러나, 낮은 베이컨시 농도 영역, 즉, 표면 근처 영역에서는, 웨이퍼가 산소 침전 열처리될 때, 미리 존재하는 산소 침전 핵생성 중심이 부족한 정상 웨이퍼처럼 웨이퍼는 행동한다: 즉, 산소 클러스터는 관찰되지 않고 약간의 산소 회부 확산이 발생한다. 온도가 800℃ 이상으로 증가하거나 온도가 일정하게 유지되면, 베이컨시가 풍부한 존 내의 클러스터가 침전물로 성장하여 소비된다. 웨이퍼에 다양한 농도의 베이컨시 존이 있게 함으로써, 템플릿이 효과적으로 생성되어, 이 템플릿을 통해 산소침전물 패턴이 그려지는데, 이 패턴은 웨이퍼가 산소 침전 열처리를 위해 로(furnace)에 로드될 때 고정된다.
이와 관련하여, 급속 열 어닐 방법에 사용되는 열처리는 웨이퍼의 전면과 후면의 표면으로부터 작은 양의 산소의 외부 확산을 초래할 수 있지만, 웨이퍼 벌크는 실리콘 표면으로부터의 깊이의 함수로서 실질적으로 균일한 산소 농도를 가질 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 실리콘의 중심으로부터 표면의 약 15 마이크로미터내인 웨이퍼의 영역까지, 더 바람직하게는 실리콘의 중심으로부터 실리콘 표면의 약 10 마이크로미터내인 웨이퍼의 영역까지, 더욱 더 바람직하게는 실리콘의 중심으로부터 실리콘 표면의 약 5 마이크로미터내인 웨이퍼의 영역까지, 가장 바람직하 게는 실리콘의 중심으로부터 실리콘 표면의 3 마이크로미터내인 웨이퍼의 영역까지 균일한 농도의 산소를 가질 것이다. 여기에서, 실질적으로 균일한 농도란 약 50% 이하, 바람직하게는 20% 이하, 가장 바람직하게는 약 10% 이하의 산소 농도의 변화를 의미한다.
이와 관련하여, 일반적으로 디누디드 존(denuded zone)은 (i) 현재 검출 한계(약 107 산소 침전물/㎤)를 초과하는 산소 침전물이 없고, (ii) 산소 침전 열처리시, 산소 침전물로 변환되는 산소 침전 중심(oxygen precipitation center)을 매우 낮은 농도로 갖는, 더 바람직하게는 실질적으로 갖지 않는, 웨이퍼의 표면 부근의 영역을 차지하는 존이다. 산소 침전 핵생성 중심의 존재(또는 밀도)는 현재 이용가능한 기술을 이용하여 직접 측정될 수 없다. 그러나, 실리콘이 산소 침전 열처리됨으로써 산소 침전 핵생성 중심이 안정화되고 산소 침전물이 이들 위치에서 성장하면 간접적으로 측정될 수 있다. 그러므로, 여기에서 사용된 바와 같이, 저밀도의 산소 침전 핵생성 중심을 갖는 실리콘이란 800℃의 온도에서 4시간동안 어닐링된 후 1000℃에서 16시간동안 어닐링될때 약 108 산소 침전물/㎤ 미만인 실리콘을 의미한다. 마찬가지로, 산소 침전 핵생성 중심을 실질적으로 갖지 않는 실리콘이란 800℃의 온도에서 4시간동안 어닐링된 후 1000℃에서 16시간동안 어닐링될때 107 산소 침전물/㎤ 미만인 실리콘을 의미한다.
C. 인터스티셜 산소 농도
열적 도너 형성의 속도는 인터스티셜 산소 농도 및 온도에 의존하는 것으로 알려져 왔다. 특히, d[TD]/dt로 표현되는 열적 도너 형성의 속도는 인터스티셜 산소 농도의 멱(冪)에 비례하여 [Oi]n로 표현되는데, 여기서, [TD]는 열적 도너 농도이고 [Oi]는 인터스티셜 산소 농도이고, n의 값은 온도에 따라 증가한다. Londos 등의 Appl. Phys. Lett., 62, 1525(1993)을 참조. 예를 들어, 약 450℃의 어닐링 온도(n=3.5)에서, 약 10 ppma의 인터스티셜 산소 농도를 갖는 웨이퍼는 약 5 ppma의 인터스티셜 산소 농도를 갖는 웨이퍼의 열적 도너의 수의 대략 10배를 형성할 것이다. 그러나, 온도에 대한 "n"의 강한 의존성 때문에, 약 500℃의 어닐링 온도(n=9)에서, 약 10 ppma의 인터스티셜 산소 농도를 갖는 웨이퍼는 약 5 ppma의 인터스티셜 산소 농도를 갖는 웨이퍼의 열적 도너의 수의 대략 500배를 형성할 것이다.
따라서, 허용할 수 없는 양의 열적 도너의 형성을 피하기 위하여, 인터스티셜 산소 농도는 웨이퍼가 열적 도너를 산출하는 열처리를 받기 전에 조절되어야 한다. 일 실시예에서, 웨이퍼는 열적 도너의 바람직하지 않은 형성을 피할 정도로 충분히 낮지만 상술한 급속 열 어닐링 공정을 사용하여 (내부 게터링을 제공하기 위하여) 벌크 마이크로 디펙트를 형성하는 데에는 충분하지 않은 농도의 초기 인터스티셜 산소를 갖는다. 이러한 목적으로, 산소의 최대 허용가능 농도는 사용되는 애플리케이션의 세부사양에 따라 달라지지만, 몇몇 경우에는, 11 또는 10 ppma 정도의 초기 인터스티셜 농도는 허용될 수 있다. 다른 애플리케이션에 있어서는, 초기 인터스티셜 산소 농도는 9 ppma 이하일 수 있다. 이 경우, 열적 도너의 바람직 하지 않은 형성을 피하기 위하여 (산소 침전에 의한) 인터스티셜 산소 농도의 추가 억제는 필요로 하지 않는다.
또다른 실시예에서, 인터스티셜 산소 농도를 억제하기 위한 조치가 적극적으로 취해지지 않으면, 웨이퍼는 열적 도너 형성을 유도할 수 있는 양의 초기 인터스티셜 산소 농도를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 초기 산소 농도는, 상술한 바와 같은 급속 열처리를 사용하여 산소 침전물을 위한 템플릿을 설치하고 웨이퍼를 산소 침전 열처리시켜 웨이퍼 벌크 (및 존재한다면, 디누디드 존)내의 인터스티셜 산소 농도를 감소시킴으로써 억제될 수 있다. 일반적으로, 인터스티셜 산소 농도가 증가하고 산소 침전물에 대한 사이트의 수가 감소함에 따라 더 많은 어닐링 시간이 요구된다. 또한, 일 실시예에서, 벌크가 타겟 값을 달성하는 데 필요한 시간 이하의 어닐링 시간 동안에 인터스티셜 산소의 농도가 타겟 값 수준으로 감소될 수 있는 디누디드 존의 깊이가 선택된다. 타겟 값은 웨이퍼가 처해지는 디바이스 제조 공정의 함수, 특히 웨이퍼가 받는 저온 어닐링의 온도 및 기간(즉, 웨이퍼가 예를 들어 약 350℃ 내지 500℃의 범위 내의 온도에 노출되는 시간)의 함수이다.
상술한 바와 같이, 인터스티셜 산소 원자는 확산하여 산소 침전물을 성장시키고, 2차 어닐링동안 용액으로부터 사라진다. 베이컨시에 의해 촉진된 산소 침전물의 밀도가 높고 산소 원자가 이동해야 하는 거리가 비교적 작기 때문에, 이 방법은 베이컨시 농도가 높은 웨이퍼 벌크내의 산소 농도를 효율적으로 감소시킨다. 반대로, 베이컨시 농도가 디누디드 존 영역에서는 낮고, 산소 침전물에 도달해서 용액으로부터 제거되기 위해 산소 원자가 이동해야 하는 거리는 비교적 크다. 그 결과, 산소 제거의 효율성이 감소하고, 디누디드 존 깊이는 커지며, 그렇게 되지 않는다 해도 디바이스 제조 공정에서 열적 도너가 형성되고 산소 농도가 증가될 위험이 있다. 이것은 약 10 ppma을 초과하는 산소 농도를 갖는 웨이퍼에 있어서 문제가 될 수 있다. 그러나, 이 경우, 함유된 산소를 산소 침전물과 아주 가깝게 위치하도록 하기 위하여, 디누디드 존의 깊이는 (질화 가스 및 산화 가스를 포함하는 분위기에서 웨이퍼를 열적으로 어닐링하고 냉각하는 등의 수단에 의해) 선택적으로 감소될 수 있고, 따라서 열적 도너 형성이 충분히 금지되는 레벨로 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 결과적으로 웨이퍼는 약 10 ppma 또는 5×1017 atoms/㎤보다 작은 (예를 들어, 약 9, 8, 7, 6, 심지어는 5 ppma보다 작은) 인터스티셜 산소 농도, 약 1×108 ㎝-3 (예를 들어, 1×109 ㎝-3, 1×1010 ㎝-3 또는 그 이상)의 효율적인 게터링 임계치 이상의 벌크 침전물 밀도, 및 약 50 ohm ㎝보다 큰, 더 바람직하게는 100 ohm ㎝보다 큰(예를 들어 200, 300, 400, 또는 심지어 500 ohm ㎝), 적어도 표면층 또는 디누디드 존의 저항율, 및 몇몇 실시예에서는, 좀더 바람직하게는 약 1000, 1500, 2000 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 일반적으로 잘 정의된 침전물-없는 디두디드 존을 가질 것이다.
상술한 관점에서, 본 발명의 고저항율 웨이퍼는 (비교적 낮은 산소 농도를 갖는 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼를 선택하거나, 산소 침전물을 위한 템플릿이 형성된 후 인터스티셜 산소 농도를 감소시키기 위하여 웨이퍼를 어닐링하거나, 디 누디드 존 깊이를 선택적으로 제어함으로써 달성된) 비교적 낮은 인터스티셜 산소 농도 및 산소 침전물을 위한 템플릿을 갖는 것이 바람직하다. 결과적으로, 웨이퍼는 일반적인 반도체 디바이스 제조 공정 동안 웨이퍼의 저항율에 상당히 영향을 주는 양으로 열적 도너를 형성하지 않을 것이다. 또한, 웨이퍼는 선택적으로 내부 게터링을 위한 웨이퍼 벌크내의 바람직한 수의 마이크로디펙트 (산소 침전물) 및 표면 근처 영역 내의 디누디드 존을 갖는다. 이러한 웨이퍼는 많은 애플리케이션에서 사용되기에 적합하거나 또는 이하 설명하는 바와 같이 몇가지 다른 웨이퍼 또는 디바이스의 부품 또는 기판으로서 사용될 수 있다.
D. 에피택셜층
본 발명의 일 실시예에서, 에피택셜층은 비교적 낮은 인터스티셜 산소 농도를 갖는 이상적인 침전 웨이퍼의 표면에 증착될 수 있다. 에피택셜층은 가스 상의 분해, 실리콘 함유 혼합물 등의 당업자에 의해 사용되고 종래부터 공지된 방법에 의해 형성될 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 웨이퍼의 표면은 실리콘을 포함하는 휘발성가스(예를 들어, SiC4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH 3Cl 또는 SiH4)를 포함하는 분위기에 디누디드된다. 분위기는 또한 바람직하게 캐리어 가스(바람직하게 H2)를 포함한다. 일 실시예에서, 에피택셜 증착동안 실리콘의 소오스는 SiH2Cl2 또는 SiH4이다. SiH2Cl2가 사용되면, 증착동안의 반응기 진공 압력은 바람직하게 약 500 내지 760 Torr이다. 반면에, SiH4가 사용되면, 반응기 압력은 바람직하게 약 100 Torr이다. 가장 바람직하게, 증착 동안의 실리콘의 소오스는 SiHCl3이다. 이것은 다른 소오스보다 매우 싸다. 또한, SiHCl3를 사용하는 에피택셜 증착은 대기압에서 수행될 수 있다. 이것은 진공 펌프가 요구되지 않고 반응기 챔버가 붕괴되는 것을 방지할 정도로 강해야 하지도 않으므로 유리하다. 또한, 안정성 관련 위험이 더 적고 공기 또는 다른 가스가 반응기 챔버로 누설될 가능성도 적다.
에피택셜 증착 동안, 웨이퍼 표면은, 바람직하게는 실리콘을 포함하는 분위기가 표면에 다결정 실리콘을 증착하는 것을 방지하기에 충분한 온도, 즉 약 800℃, 더 바람직하게는 900℃, 가장 바람직하게는 약 1100℃ 이상의 온도에서 유지된다. 에피택셜 증착의 성장 속도는 바람직하게 약 0.5 내지 약 7.0㎛/min이다. 약 3.5 내지 4.0㎛/min의 속도는 예를 들어 약 1150℃의 온도와 약 1 atm의 압력에서 약 2.5 mole% SiHCl3 및 약 97.5 mole% H2로만 거의 구성된 분위기를 사용하여 달성될 수 있다.
원한다면, 에피택셜층은 p형 또는 n형 도펀트를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 에피텍셜층은 붕소를 포함하는 것이 종종 바람직하다. 이러한 층은 예를 들어 증착 동안 분위기내에 B2H6를 포함함으로써 제조될 수 있다. 원하는 특성(예를 들어, 저항율)을 얻기 위하여 사용되는 분위기내의 B2H6의 몰분율은 에피택셜 증착 동안의 특정 기판으로부터의 붕소의 외부 확산량, 오염물로서 반응기 및 기판내에 존재하는 p형 도펀트 및 n형 도펀트의 양, 및 반응기 압력 및 온도 등의 몇가지 인자에 의존할 것이다. 고저항율 애플리케이션을 위해서는, 에피택셜층의 도펀트 농도는 현실적으로 가능한 한 낮아야 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 이상적인 침전 웨이퍼 어닐링은 웨이퍼를 제공하기 위하여 선택된 환경내에서 수행되고, 형성된 디누디드 존 깊이는 제로에 접근하고 침전은 웨이퍼 표면 근처에서 발생한다. 이러한 환경은 예를 들어 질화 가스, 또는 질화 및 비질화 가스들의 혼합일 수 있다. 다음으로, 저 침전 농도를 포함하는 고저항율 에피택셜층은 웨이퍼 상에 증착된다. 그후, 유효한 디누디드 존 깊이는 에피택셜층의 두께가 될 것이다.
E. 실리콘 온 인슐레이터 구조물
실리콘 온 인슐레이터 구조물은 일반적으로 디바이스층, 핸들 웨이퍼(handle wafer) 층 또는 지지층 및 지지층과 디바이스층 사이의 절연막 또는 층(통상 산화물층)을 포함한다. 일반적으로, 디바이스층은 약 0.5 내지 20 마이크로미터의 두께를 갖는다. 실리콘 인슐레이터 구조물은 후술하는 바와 같이 공지된 많은 기술을 사용하여 제조될 수 있다.
SOI 구조물의 지지층이 본 발명의 고저항율 실리콘 웨이퍼를 포함하거나 그로부터 도출된 것이면, 고저항율 실리콘 웨이퍼 공정은 바람직하게 SOI 구조물의 디바이스층이 핸들 웨이퍼에 부착되기 전에(또는 이온 주입 공정인 경우, 주입이 발생하기 전에) 수행될 것이다. 본 공정이 SOI 구조물의 형성 전에 수행되면, 공정이 완료된 후 및 SOI 구조물의 제조가 시작되기 전에 조절 웨이퍼내의 산소 침전 핵생성 중심을 안정화시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 이 방법이 사용되는 경우, SOI 공정에 의해 채용된 처리 시간 및 온도가 산소 침전물 형성에 충분한 것으로 가정하면, 단계 S3의 산소 침전 열처리는 임의의 실시예에서 SOI 구조물의 형성동안 성취될 수 있다.
그러나, 고저항율 실리콘 웨이퍼 제조 공정은 또한 SOI 구조물이 제조된 후에 수행될 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구애됨이 없이, SOI 구조물은 일반적인 단결정 웨이퍼로서 행동할 것이고, 산화물층은 베이컨시 및 셀프-인터스티셜이 주입될 수 있고 확산될 수 있는 자유 표면으로서 동작한다.
SOI 구조물은 고저항율 웨이퍼를 예를 들어 상술한 바와 같이 본 기술에서 표준인 이온 주입 처리함으로써 SIMOX 공정에 의해 제조될 수 있다. (예를 들어, 참고로 여기에 기재된 미국 특허 제 5,436,175 호 및 Plasma Immersion Ion Implantation for Semiconductor Processing, Materials Chemistry and Physics 46(1996) 132-139를 참조) 이러한 공정에서, 이온이 실리콘 웨이퍼 기판에 주입된 후 고온 어닐링 처리되어 매립 산화물 절연층(buried oxide, insulating layer)을 형성한다. 예를 들어, 산소 이온이 주입되면, 실리콘 산화물(SiO2)의 매립 절연층이 형성된다. 질소 원자가 주입되면, 실리콘 질화물(Si3N4)의 매립층이 형성된다. 이 경우, 결과적인 SOI 구조물은 고저항율 디바이스층과 절연층을 포함한다. 일 실시예에서, 이온이 주입된 절연층은 SOI 구조물의 전면(front surface)으로부터 1000 옹스트롬 이내에 피크 농도를 갖는다. 바람직하게는, 이온 주입 절연층은 약 250 옹스트롬보다 크고 약 1000 옹스트롬보다 작은 위치에 피크 농도를 갖는다. 더욱 바람직하게는, 이온 주입 절연층은 약 500 옹스트롬보다 크고 약 750 옹스트롬보다 작은 위치에 피크 농도를 갖는다. 일반적으로 약 1150℃ 내지 약 1400℃의 고온 산화물 형성 어닐링때문에, 산소 용해도는 웨이퍼내의 일반적인 산소 농도를 초과하여 미리 존재하는 침전물이 인터스티셜 산소로 용해될 수 있다. 따라서, 산소 감소 2차 어닐링은 일반적으로 SIMOX 공정후에 수행된다. 그후, 이 실시예는 일반적으로 CZ 결정 인상(pulling) 기술을 사용하여 얻을 수 있는 임의의 산소 농도를 필수적으로 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼에 대한 급속 열 어닐링 및 냉각 공정을 수행하는 단계, 웨이퍼내의 산화물 절연층을 형성하는 단계, 및 약 700℃ 내지 약 1100℃ 범위의 온도에서 2차 어닐링을 수행하는 단계를 포함한다.
SOI 구조물은 또한 2개의 웨이퍼를 본딩하고 본딩된 웨이퍼중의 하나의 일부를 제거함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, SOI 구조물은 BESOI 공정에 의해 제조될 수 있고, 고저항율 웨이퍼는 다른 웨이퍼에 결합된 후, 웨이퍼중의 하나의 실질적인 일부가 공지된 웨이퍼 박형화 기술(wafer thinning techniques)을 사용하여 에칭되어 디바이스층을 얻는다.(예를 들어 참고로 여기에 기재된 미국 특허 제 5,024,723 호 및 제 5,189,500 호 참조) 이 경우, 결과적인 SOI 구조물은 (i) 고저항율 디바이스층, (ii) 핸들 웨이퍼 또는 지지층, 및 (iii) 디바이스층 및 지지층 사이의 절연층을 포함한다.
다른 웨이퍼 본딩 방법에 있어서, 수소 또는 다른 이온이 웨이퍼 중의 하나에 주입되고, 2개의 웨이퍼가 본딩된 후 본딩된 합성물이 주입 위치에서 분열하도록 본딩된 합성물에 힘이 가해진다. 예를 들어, SOI 구조물은 (1) 마이크로버블가스가 확산에 의해 탈출할 수 있는 온도 이하의 온도를 유지하면서, 마이크로버블 가스층을 생성하도록 충격(bombardment)에 의해 고저항율 실리콘 웨이퍼내에 이온(예를 들어, 수소, 질소 등)을 주입하고, (2) 본딩된 합성물을 형성하기 위하여 보강재(stiffener)와 웨이퍼의 평면을 접촉하고, (3) 이온 주입의 영역에서 고저항율 웨이퍼가 얇은 층으로 갈라지도록 하는 열적 또는 기계적 스트레스를 본딩된 합성물에 가함으로써 제조될 수 있다. 열적 스트레스가 사용되면, 합성물은 기판의 주요부와 얇은 고저항율 반도체막 사이에 분리가 발생하는 마이크로 버블의 압력 효과 및 결정 재배열을 생성하기 위하여 이온 주입이 발생된 온도로 가열된다(참고로 여기에 기재된 미국 특허 제 5,374,564 호 참조). SOI 구조물이 고저항율 실리콘 보강재를 포함하면, 일 실시예에서, 웨이퍼에 다른 웨이퍼의 평면에 본딩되기 전에 상술한 이상적인 침전 처리가 수행된다. 또다른 실시예에서, 먼저, 낮은 결함 밀도의 실리콘 웨이퍼가 초크랄스키형 단결정 실리콘 웨이퍼에 결합될 수 있고, 그후, 전체 SOI 구조물에 상술한 이상적인 침전 처리가 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실리콘 온 인슐레이터는 본 발명의 고저항율 실리콘 웨이퍼로부터 도출된다. 특히,
1. 일 실시예에서, SOI 구조물은 디바이스층, 지지층, 및 그 사이의 절연층을 포함한다. 지지층은 (A) 제 1 층 및 제 2 층, 및 (B) 비균일 농도의 결정 격자 베이컨시를 구비하며, 제 1 층은 (i) 제 2 층보다 큰 저항율을 가지며, (ii) 절연층으로부터 제 2 층으로 연장하고, (iii) 절연층으로부터 제 2 층으로 측정된 두께 T1을 가지며, 제 2 층내의 베이컨시의 농도는 제 1 층내의 베이컨시의 농도보다 크고, (i) T1 은 약 5 마이크론 이상이지만 약 30 마이크론 미만이며, (i) 제 1 층은 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 가지며, (iii) 약 700℃를 초과하는 온도에서의 산소 침전 열처리시, 제 1 층은 약 1×107㎝-3 미만의 산소 침전 밀도를 가지며, 제 2 층은 약 1×107㎝-3 보다 큰 산소 침전 밀도를 갖는다.
다른 실시예에서, T1은 약 5 마이크론 이상 약 25, 20, 15, 또는 심지어 10 마이크론 미만의 범위(예를 들어, 약 10 내지 25 마이크론 또는 약 15 내지 20 마이크론)에 있을 수 있다.
2. 제 2 실시예에서, SOI 구조물은 초크랄스키 방법에 따라 성장한 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 실리콘 웨이퍼는 (A) 전면, 후면, 전면과 후면 사이에 거의 동일한 거리에 있는 가상의 중심 평면, (B) 전면으로부터 중심 평면을 향하여 측정된 거리(D)와 전면 사이의 웨이퍼의 영역을 포함하고, 절연층 및 전면으로부터 절연층으로 연장하는 디바이스층을 포함하는 표면층, (C) 가상의 중심 평면을 포함하지만 제 1 층을 포함하지 않는 벌크층, (D) 비균일한 농도의 결정 격자 베이컨시를 가지며, 벌크층의 베이컨시의 농도는 표면층의 베이컨시의 농도보다 크고, (i) D는 약 5 마이크론 이상이지만 약 30 마이크론 미만이며, (ii) 표면층은 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 가지며, (iii) 약 700℃ 를 초과하는 온도에서의 산소 침전 열처리시, 표면층은 약 1×107㎝-3 미만의 산소 침전 밀도를 가지며, 벌크층은 약 1×107㎝-3 보다 큰 산소 침전 밀도를 갖는다.
다른 실시예에서, D는 약 5 마이크론 이상 약 25, 20, 15, 또는 심지어 10 마이크론 미만의 범위(예를 들어, 약 10 내지 25 마이크론, 또는 약 15 내지 20 마이크론)일 수 있다.
F. 추가의 실시예
상술한 실시예에 더하여, 초크랄스키형 단결정 실리콘 웨이퍼의 베이컨시 농도 프로파일을 제어하는, 여기에 일반적으로 기재된 방법은 예를 들어 이하의 방법에 의해 고저항율(예를 들어, 50 ohm ㎝, 100 ohm ㎝ 이상 등)을 갖는 하나 이상의 영역 또는 표면층을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제조하는데 또한 사용될 수 있다.
1. 여기에 기재된 바와 같이, 웨이퍼에 대하여 실질적으로 균일하고 높은 베이컨시 농도를 얻기 위하여, 순수 질소 또는 다른 임의의 순수 질화 가스의 분위기에서 실리콘 웨이퍼를 열 어닐링하는 것, 즉, 이러한 열적 어닐링은 (표면이 임의의 방법으로 차폐된 것으로 가정하면) 웨이퍼의 전면으로부터 후면으로 실질적으로 일정한 높은 베이컨시 농도를 갖는 웨이퍼를 얻는데 이용될 수 있다. 산소 침전 열처리 및 적절한 에피택셜층, 또는 임의의 종류(실리콘 온 인슐레이터 구조물의 경우처럼)의 디바이스층과 결합하면, 산소 침전물이 실질적으로 없고 고저항율을 갖는 웨이퍼가 얻어질 수 있다.
다른 방법으로, 질화 분위기 또는 환경에서 열 어닐링후, 웨이퍼 전체에 대하여 높은 베이컨시 농도를 생성하고, 웨이퍼는 (웨이퍼가 냉각된 후 또는 그 온도에서) 산화 분위기에서 어닐링될 수 있고, 따라서, (여기에 기재된 바와 같이) 인터스티셜의 내향 플럭스를 생성하는 방법에 의해 균일하게 높은 베이컨시 프로파일을 변경시키는데, 여기서 베이컨시는 재결합을 통해 소비된다.
2. 얇은(예를 들어, 약 30 마이크론 미만) 디누디드 존을 달성하기 위하여 웨이퍼를 열 어닐링후에 냉각 속도를 증가시킨다.
3. 두꺼운 디누디드 존(예를 들어 약 30 마이크론 보다 큼)을 얻기 위하여 열 어닐링 및 냉각한 후, 당업계에 공지된 수단(예를 들어, 웨이퍼 연마)에 의해 그 일부를 제거한다. 이 경우, 디누디드 존의 충분한 부분(본 기술에 공지된 수단에 의해 결정될 수 있음)이 제거되면, (웨이퍼를 공통 열처리하여 열적 도너를 발생/소멸시킨 후) 높은 열적 도너 농도를 갖는 영역이 제거될 수 있고, 따라서, 산소 침전물이 존재하고 과도한 자유 또는 인터스티셜 산소를 소비하는 웨이퍼의 벌크에 가장 가까운 디누디드 존의 일부를 남겨두게 된다.
G. 웨이퍼 특성화
이전의 열처리동안 웨이퍼내에 형성된 열적 도너의 수 또는 열적 도너 형성을 위한 웨이퍼의 능력은 임의의 미리 존재하는 열적 도너가 제 1 단계에서 전멸된 후 열적 도너가 제 2 단계에서 성장하는 2단계의 열처리 공정에서 용이하게 결정될 수 있다. 바람직한 2단계의 열처리 공정은 웨이퍼가 650℃에서 1시간동안 어닐링되는 열적 도너 소멸(annihilation) 단계 후에 웨이퍼가 450℃에서 1시간동안 어닐링되는 열적 도너 발생 단계를 포함하고, 이 시퀀스의 어닐링시, 표시된 시간 동안 표시된 온도에서, 본 발명의 웨이퍼는 1013 열적 도너/㎤보다 많이 형성하지 않을 것이다. 열적 도너 소멸은 웨이퍼의 성능을 측정하기 위한 공통의 베이스라인을 제공한다; 제 1 단계에서, 예를 들면 디바이스 제조 공정동안 형성된 임의의 열적 도너는 분해되어 인터스티셜 산소가 된다. 제 2 단계에서, 웨이퍼는 열적 도너 발생 어닐링된다. 이 단계에서, 인터스티셜 산소는 열적 도너를 형성하고, 형성된 도너의 수는 웨이퍼 인터스티셜 산소 농도와 연관이 있다.
예
다음의 예는 본 발명의 다양한 특징들을 보여준다.
예 1
예 1 및 도 2는 산소 농도의 범위에 대한 이상적인 침전 웨이퍼의 게터링 능력을 나타낸다. 제 1 세트의 실험에서, 13 ppma 의 산소 농도를 갖는 이상적인 침전 웨이퍼가 단계 S1에서 생성되는데, 1200℃의 온도에서의 열처리 후에 950℃에서 30분 내지 180분의 범위 동안 산소 벌크 침전 성장(oxygen bulk precipitate growth)이 이루어진다. 처리온도를 1225℃ 및 1250℃로 하여 단계 S1에 대한 평가를 반복하였다. 제 2 및 제 3 세트의 실험에서, 11.5 ppma 및 9.5 ppma를 각각 갖는 이상적인 침전 웨이퍼에 대하여 제 1 세트의 실험이 반복되었다. 게터링 능력은 니켈로 웨이퍼 후면을 오염시킴으로써 측정되었다. 도 2의 화살표는 완전한 게터링의 착수를 가리킨다. 데이터는 산소 농도의 범위에 대하여, 그리고 심지어는 낮은 산소 농도의 경우에 있어서도 효과적인 게터링의 임계치 이상의 벌크 침전 밀도가 이상적인 침전 웨이퍼에서 얻어질 수 있다는 것을 보여준다.
예 2
4개의 웨이퍼가 고저항율 CZ 결정의 2부분으로부터 절단되었다. 3개의 웨이퍼는 1235℃, 1250℃, 1275℃ 각각에서 이상적인 침전 웨이퍼 열처리되었다. 제 4 웨이퍼는 이상적인 침전 웨이퍼 열처리를 받지 않았다. 그후, 각각의 웨이퍼는 4 등분되고 다음의 2차 어닐링이 수행되었다.
웨이퍼 GG, 쿼터 1 (GGQ1) : 800℃에서 4시간동안, 그후 1000℃에서 16시간동안;
웨이퍼 GG, 쿼터 2 (GGQ2) : 800℃에서 8시간동안, 그후 1000℃에서 16시간동안;
웨이퍼 GG, 쿼터 3 (GGQ3) : 800℃에서 1000℃로 1℃/min으로 램핑(ramping)한 후 1000℃에서 1시간동안;
웨이퍼 GG, 쿼터 4 (GGQ4) : 800℃에서 1000℃로 2℃/min으로 램핑한 후 1000℃에서 1시간동안.
2차 어닐링후, BMD 밀도는 OPP(Optical Precipitate Profiler)에 의해 측정되었다. OPP 방법은 노르말스키(Normalski)형 차분 간섭 현미경(differential interference microscope)의 응용 방법이다. 이 방법에서, 광원으로부터의 레이저 빔은 편광 프리즘의 사용에 의해 위상이 서로 90도 다른 2개의 직교 편광 직선 빔으로 분할되고, 그후 미러 연마 표면의 측면으로부터 웨이퍼로 들어간다. 이 때, 빔 중의 하나가 결함을 통과하면, 위상 변화가 발생하여 다른 빔과 대비되는 위상을 형성한다. 결함은 빔이 웨이퍼의 후면으로부터 송신된 후 편광 분석기와 대조 되는 위상을 검출함으로써 검출된다. 그 결과를 이하에 표로 나타냈다.
Figure 112003037938153-pct00001
제어 웨이퍼(control wafer)는 이상적인 침전 웨이퍼 처리를 받지 않고, 따라서 열적 사이클후의 침전 밀도는 다양한 열적 사이클동안 성장한 미리 존재하는 침전물에 의한 것이다. 이상적인 침전 웨이퍼 처리된 웨이퍼에 대하여, Q3 및 Q4의 (램핑된 온도에서) 어닐링된 것들에 비교하여 Q1 및 Q2 (고정 온도 800℃+1000℃)의 어닐링된 것들 사이에 BMD 밀도의 큰 차가 있다. 800℃+1000℃ 어닐링은 OPP에 의해 검출될 수 있는 사이즈로 BMD를 성장시키는데 효율적이었다. 반대로, 800℃로부터 1000℃로의 램핑된 어닐링은 침전물을 성장시키는데 매우 효율적이지는 않았다. 또한, 그 결과는 이상적인 침전 웨이퍼 어닐링 온도가 증가함에 따라 800℃+1000℃ 어닐링 후의 BMD 밀도가 증가하는 것을 나타낸다.
예 3
예 2로부터 어닐링된 GG 웨이퍼, 예 2에서 제조된 제 2 세트의 웨이퍼(GA), 및 대응하는 처리되지 않은 GG 및 GA 웨이퍼의 방사상 초기 및 최종 산소 농도(Oi)가 판정되었다. 어닐링된 웨이퍼에 있어서 웨이퍼로부터의 방사상 거리(mm)에서의 Oi(ppma)로 보고된 결과는 이하의 표에 정리되어 있는데, 여기서 괄호 안의 값은 이상적인 침전 웨이퍼 처리 온도를 의미한다.
Figure 112003037938153-pct00002
800℃에서 1000℃로 램핑 어닐링된 것들(Q3 및 Q4)은 이상적인 침전 웨이퍼 처리동안 형성된 침전물을 성장시키는데 매우 효율적이지는 않고, 결과적으로 용액으로부터 인터스티셜 산소가 거의 제거되지 않는다. 반대로, 2단계로 800℃ 및 1000℃에서 어닐링된 것들(Q1 및 Q2)은 이상적인 침전 웨이퍼 처리동안 형성된 침전물을 성장시키고 용액으로부터 인터스티셜 산소를 제거하는데 휠씬 더 효율적이다. 또한, 8시간/800℃ 어닐링은 4시간/800℃ 어닐링보다 인터스티셜 산소 제거에 더 효율적이다. 또한, 2단계의 어닐링후의 최종 Oi는 이상적인 침전 웨이퍼의 고온 어닐링 온도가 증가하면 감소한다. 최종적으로, 데이터는 최종 Oi가 2차 어닐링동안 용액으로부터 많은 양의 인터스티셜 산소 제거를 유도하는 더 큰 과포화를 제공하는 더 높은 초기 Oi와 함께 초기 Oi의 함수임을 나타낸다.
예 4
예 2에서 제조된 웨이퍼의 최종 저항율은 450℃에서 2시간 어닐링후에 평가되었으며 이하의 표에 나타내었다. 모든 어닐링전의 웨이퍼의 저항율은 4000 ohm-㎝였다. 마지막 열(column)은 2시간 저항율 데이터로부터 산출된 450℃에서 1시간후에 발생된 열적 도너 농도로서 열적 도너/㎤([TD]/㎤) 형식으로 표시되었다. 열적 도너가 더블 도너라고 가정함으로써, 1시간 후의 열적 도너 농도는 저항율 데이터로부터 계산된다(M. Claybourn 및 R.C. Newman, Appl. Phys. Lett., 2139, 1988 참조). 초기에, 열적 도너는 붕소 억셉터를 보상하지만, 장시간 후, 열적 도너의 농도 [TD]는 붕소 농도보다 커질 것이다. 이 지점에서, n형에 대한 저항율은 변경된다. ASTM 표준 F723-88에 주어진 저항율과 도펀트 밀도간의 변환을 위한 표준 변환 차트를 사용하여, 도펀트 농도가 n형 재료로서 인이거나 p형 재료로서 붕소인 것으로 가정하면, 대응하는 도펀트 농도를 산출한 후 이 값을 2등분하여 대응하는 열적 도너 농도를 얻는 것이 가능하다. 따라서, 열적 도너 농도는 (초기 도펀트 농도(p형; 붕소로 가정)+최종도펀트 농도(n형; 인으로 가정))×0.5로부터 얻어진다.
Figure 112003037938153-pct00003
위 데이터는 450℃ 어닐링동안 발생된 열적 도너의 수가 열적 도너 어닐링 직전의 용액에 남아 있는 산소(Oi)의 강력한 함수임을 증명한다. (800℃에서 4시간 또는 8시간 후 16시간/1000℃ 어닐링 등의) 2차 어닐링과 결합한 이상적인 침전 웨이퍼 처리는 용액으로부터 산소를 제거하고 450℃ 어닐링동안 생성된 열적 도너의 수를 제한하는데 매우 효율적이다. 생성된 열적 도너의 수는 비이상적인 침전 웨 이퍼와 거의 동등하였다. 최종 Oi는 이상적인 침전 웨이퍼 처리 어닐링 온도의 함수이다; 더 높은 이상적인 침전 웨이퍼의 고온 어닐링은 더 높은 BMD 밀도를 초래하고, 그 결과, 2차 어닐링동안 인터스티셜 산소를 소비하는 더 많은 BMD가 있다. 초기 Oi는 450℃ 어닐링동안 생성된 열적 도너의 수와 2차 어닐링후의 웨이퍼의 최종 Oi를 결정하는데 거의 기여하지 못한다.
예 5
열적 도너 농도, 따라서, 최종 저항율이 450℃ 어닐링 직전의 Oi의 강력한 함수라는 것을 증명하기 위하여, 450℃ 어닐링동안 생성된 열적 도너의 농도가 예비-어닐링(pre-anneal) (Oi)의 함수로서 측정되었다. 열적 도너/㎤로서 보고된 결 과는 이하의 표에 기재되어 있다.
Figure 112003037938153-pct00004
예 6
이 예는 1250℃의 S1의 온도에서 표준 이상 침전 웨이퍼 열적 사이클(15초 어닐링)에 사용된 분위기의 산소 농도의 증가에 기인한 디누디드 존의 깊이에서 관찰될 수 있는 경향을 보여준다. 세트 A의 웨이퍼는 아르곤/질소/산소 함유 분위기에서 어닐링되었고, 세트 B의 웨이퍼는 질소/산소 함유 분위기(산소의 분압은 변화함)에서 어닐링되었다. 이 공정이 완료된 후, BMD 밀도 및 디누디드 존 깊이는 당업계에 공지된 방법에 의해 결정되었다.
그 결과는 이하의 표에 기재되어 있다.
Figure 112003037938153-pct00005
위 데이터는 질소/산소 또는 아르곤/질소/산소의 혼합이 소정의 DZ 깊이의 웨이퍼를 생성하기 위하여 이상적인 침전 웨이퍼 처리동안 어닐링(및 선택적으로 냉각) 분위기로서 사용될 수 있다는 것을 나타내고, 달리 말하면, 그 결과는 디누디드 존 깊이가 분위기의 산소의 농도를 조절함으로써 "조정"될 수 있음을 나타낸다(디누디드 존 깊이는 산소 함유량이 증가함에 따라 감소한다).
또한, 이들 실험으로부터의 결과(도시하지 않음)는 아르곤 분위기에서 작은 분압의 질소(예를 들어, 약 5%, 3%, 또는 심지어 2% 미만)가 산소가 존재하지 않을때 디누디드 존을 발생시키지 않는다는 것을 나타낸다. 따라서, 아르곤내의 질소의 분압은 약 1% 내지 약 100%의 범위일 수 있다. 그러나, 현재까지의 경험은 약 25% 내지 75% 아르곤내의 질소 농도가 (제어된 산소 농도와 결합하여)디누디드 존 깊이의 가장 정밀한 제어를 가능하게 함을 시사한다.
상술한 점에서, 본 발명의 몇가지 목적이 달성된다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 상술한 조성 및 공정에 다양한 변경이 가능하며, 상술한 설명에 포함된 모든 것은 예시적인 것이며 한정된 의미로 해석되어서는 안된다.

Claims (62)

  1. 초크랄스키 방법에 따라 성장한 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼에 있어서,
    전면, 후면, 상기 전면 및 상기 후면 사이에 거의 동일한 거리에 있는 가상의 중심 평면, 상기 전면과 상기 전면으로부터 상기 중심 평면을 향하여 측정된 거리 D1 사이의 웨이퍼의 영역을 포함하는 전면층, 및 상기 가상의 중심 평면을 포함하지만 상기 전면층을 포함하지 않는 벌크층; 및
    비균일한 농도의 결정 격자 베이컨시 - 상기 벌크층 내의 베이컨시의 농도는 상기 전면층 내의 베이컨시의 농도보다 큼 - 를 포함하며,
    (i) D1는 약 5 마이크론 이상 약 30 마이크론 미만이고, (ii) 표면층은 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 가지며, (iii) 약 700℃을 초과하는 온도에서의 산소 침전 열처리시, 상기 표면층은 약 1×107㎝-3 보다 적은 산소 침전물들을 가지며, 상기 벌크층은 약 1×107㎝-3 보다 많은 산소 침전물들을 갖는 웨이퍼.
  2. 제 1 항에 있어서, D1 은 약 5 마이크론보다 크고 25 마이크론보다 작은 웨이퍼.
  3. 제 1 항에 있어서, D1 은 약 5 마이크론보다 크고 20 마이크론보다 작은 웨이퍼.
  4. 제 1 항에 있어서, D1 은 5 마이크론보다 크고 15 마이크론보다 작은 웨이퍼.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 표면층은 100 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 웨이퍼.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 표면층은 200 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 웨이퍼.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 표면층은 약 10 ppma 보다 작은 인터스티셜(interstitial) 산소 농도를 갖는 웨이퍼.
  8. 제 1 항에 있어서, 웨이퍼가 약 650℃에서 약 1시간동안 어닐링되는 열적 도너 소멸(annihilation) 단계 후에 웨이퍼가 약 450℃에서 약 1시간동안 어닐링되는 열적 도너 발생 단계로 구성된 2단계의 열처리시, 상기 표면층은 약 1013 ㎝-3 보다 작은 열적 도너 밀도를 갖는 웨이퍼.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 전면 상에 에피택셜층을 더 포함하는 웨이퍼.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 벌크층은 약 1×108 ㎝-3 보다 많은 산소 침전물들을 갖는 웨이퍼.
  11. 초크랄스키 방법에 따라 성장한 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스되고, 전면, 후면, 상기 전면 및 상기 후면 사이에 거의 동일한 거리에 있는 가상의 중심 평면, 약 50 ohm ㎝ 보다 큰 저항율을 가지며 상기 전면과 상기 전면으로부터 상기 중심 평면을 향하여 측정하여 약 5 마이크론보다 크고 약 30 마이크론보다 작은 거리 D1 사이의 웨이퍼의 영역을 포함하는 전면층, 및 상기 가상의 중심 평면을 포함하지만 상기 전면층을 포함하지 않는 벌크층을 포함하는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 단결정 실리콘 웨이퍼를 급속 열 어닐러 내에서 열처리하여 상기 전면층과 상기 벌크층 내에 결정 격자 베이컨시를 형성하는 단계; 및
    상기 열처리된 웨이퍼를 급속 냉각하여 산소 침전을 위한 템플릿(template)을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 약 700℃를 초과하는 온도에서의 산소 침전 열처리시, 산소 침전물이 상기 벌크층과 상기 전면층 내에 형성되는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 약 700℃를 초과하는 온도에서의 산소 침전 열처리시, 산소 침전물이 벌크층 내에는 형성되고 상기 전면층 내에는 형성되지 않는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 웨이퍼를 약 700℃를 초과하는 온도에서 산소 침전 열처리하여, 상기 전면층 내에 디누디드 존(denuded zone)을 가지며 상기 벌크층 내에 산소 침전물을 갖는 - 상기 벌크층은 약 1×107 ㎝-3 보다 큰 산소 침전물 밀도를 가짐 - 웨이퍼를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 웨이퍼를 약 700℃를 초과하는 온도에서 산소 침전 열처리하여, 상기 전면층 내에 디누디드 존을 가지며 상기 벌크층내에 산소 침전물을 갖는 - 상기 벌크층은 약 1×108 ㎝-3 보다 큰 산소 침전물 밀도를 가짐 - 웨이퍼를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 산소 침전 열처리 전에, 상기 웨이퍼는 약 10 ppma보다 작은 인터스티셜 산소 농도를 갖는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼는 산소 함유 가스 및 질소 함유 가스의 혼합물을 포함하는 분위기에서, 열처리되고, 상기 열처리된 웨이퍼가 냉각되 는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 분위기는 질소 함유 화합물 가스를 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 질소 함유 화합물 가스는 암모니아인 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 질소 함유 가스는 원소 질소(elemental nitrogen)인 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는 원소 산소(elemental oxygen) 또는 발열성 증기(pyrogenic steam)인 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 가스 혼합물은 불활성 가스를 더 포함하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 네온, 이산화탄소 또는 그 혼합물로부터 선택된 방법.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 분위기는 질소, 아르곤 및 산소를 포함하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 질소 함유 가스 대 불활성 가스의 비는 약 1:5 내지 약 5:1인 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 질소 함유 가스 대 불활성 가스의 비는 약 1:4 내지 약 4:1인 방법.
  27. 제 24 항에 있어서, 질소 함유 가스 대 불활성 가스의 비는 약 1:5인 방법.
  28. 제 24 항에 있어서, 질소 함유 가스 대 불활성 가스의 비는 약 1:3인 방법.
  29. 제 17 항에 있어서, 상기 가스 혼합물 내의 질소 함유 가스의 농도는 약 10% 내지 약 90%의 범위인 방법.
  30. 제 17 항에 있어서, 상기 가스 혼합물 내의 질소 함유 가스의 농도는 약 20% 내지 약 80%인 방법.
  31. 제 17 항에 있어서, 상기 분위기는 약 400 ppma 보다 작은 산소 분압을 갖는 방법.
  32. 제 17 항에 있어서, 상기 분위기는 약 200 ppma 보다 작은 산소 분압을 갖는 방법.
  33. 제 11 항에 있어서, 상기 열처리된 웨이퍼는 결정 격자 베이컨시가 실리콘 내에서 상대적으로 유동적인 온도 범위에서 약 20℃/초 이상의 속도로 냉각되는 방법.
  34. 제 11 항에 있어서, 상기 열처리된 웨이퍼는 결정 격자 베이컨시가 실리콘 내에서 상대적으로 유동적인 온도 범위에서 약 50℃/초 이상의 속도로 냉각되는 방법.
  35. 제 11 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 약 1175℃ 이상의 온도에서 약 60초 미만의 기간동안 결정 격자 베이컨시를 형성하도록 열처리되는 방법.
  36. 제 11 항에 있어서, 상기 웨이퍼를 다른 웨이퍼에 본딩하여 본딩된 합성물을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  37. 제 11 항에 있어서, 상기 웨이퍼에 이온을 주입하는 단계를 더 포함하는 방법.
  38. 제 11 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 표면상에 에피택셜층을 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.
  39. 제 11 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 전면층은 약 100 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 방법.
  40. 초크랄스키 방법에 따라 성장한 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스되고, 약 10 ppma보다 작은 인터스티셜 산소 농도를 가지며, 전면, 후면, 상기 전면 및 상기 후면 사이에 거의 동일한 거리에 있는 가상의 중심 평면, 약 50 ohm ㎝ 보다 큰 저항율을 가지며 상기 전면과 상기 전면으로부터 상기 중심 평면을 향하여 측정하여 약 5 마이크론보다 크고 약 30 마이크론보다 작은 거리 D1 사이의 웨이퍼의 영역을 포함하는 전면층, 및 상기 가상의 중심 평면을 포함하지만 상기 전면층을 포함하지 않는 벌크층을 포함하는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 단결정 실리콘 웨이퍼를 열처리하여 상기 전면층과 상기 벌크층 내에 결정 격자 베이컨시를 형성하는 단계; 및
    상기 열처리된 웨이퍼를 냉각하여 피크 베이컨시 농도가 상기 벌크층 내에 있는 비균일한 분포의 베이컨시 농도 프로파일(profile)을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 산소 농도는 약 9 ppma보다 작은 방법.
  42. 제 40 항에 있어서, D1는 약 5 마이크론보다 크고 약 20 마이크론보다 작은 방법.
  43. 제 40 항에 있어서, 상기 표면층은 약 100 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 방법.
  44. 제 40 항에 있어서, 상기 표면층은 약 200 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 방법.
  45. 제 40 항에 있어서, 상기 열처리된 웨이퍼는 결정 격자 베이컨시가 실리콘 내에서 상대적으로 유동적인 온도 범위에서 약 50℃/초 이상의 속도로 냉각되는 방법.
  46. 제 40 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 약 1150℃ 이상의 온도에서 약 60초 미만의 기간동안 결정 격자 베이컨시를 형성하도록 열처리되는 방법.
  47. 디바이스층, 지지층 및 그들 사이의 절연층을 포함하는 실리콘 온 인슐레이터 구조물에 있어서, 상기 지지층은,
    제 1 층 및 제 2 층 - 상기 제 1 층은 (i) 상기 제 2 층보다 큰 저항율을 가지며, (ii) 상기 절연층으로부터 상기 제 2 층으로 연장하고, (iii) 상기 절연층으로부터 상기 제 2 층으로 측정하여 두께 T1를 가짐 -; 및
    비균일 농도의 결정 격자 베이컨시 - 상기 제 2 층 내의 베이컨시의 농도는 상기 제 1 층 내의 베이컨시의 농도보다 큼 - 를 포함하며,
    (i) T1은 약 5 마이크론 이상이고 약 30 마이크론 미만이며, (ii) 상기 제 1 층은 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 가지며, (iii) 약 700℃를 초과하는 온도에서 산소 침전 열처리시, 상기 제 1 층은 약 1×107㎝-3 보다 작은 산소 침전물 밀도를 가지며, 상기 제 2 층은 약 1×107㎝-3 보다 큰 산소 침전물 밀도를 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  48. 제 47 항에 있어서, T1는 약 5 마이크론보다 크고 약 25 마이크론보다 작은 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  49. 제 47 항에 있어서, 상기 제 1 층은 약 100 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  50. 제 47 항에 있어서, 상기 제 1 층은 약 500 ohm ㎝보다 큰 저항율을 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  51. 제 47 항에 있어서, 상기 제 1 층은 약 10 ppma 보다 작은 인터스티셜 산소 농도를 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  52. 제 47 항에 있어서, 상기 절연층은 본질적으로(essentially) 주입된 이온으로 구성된 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 주입된 이온은 산소 또는 질소인 실리콘 인슐레이터 구조물.
  54. 초크랄스키 방법에 따라 성장한 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 실리콘 웨이퍼를 포함하는 실리콘 온 인슐레이터(Silicon on insulator) 구조물에 있어서,
    (i) 전면, 후면, 상기 전면과 상기 후면 사이에 거의 동일한 거리에 있는 가상의 중심 평면;
    (ii) 상기 전면과 상기 전면으로부터 상기 중심 평면을 향하여 측정한 거리 D 사이의 웨이퍼의 영역을 포함하고, 디바이스층 및 절연층 - 상기 디바이스층은 상기 전면으로부터 상기 절연층으로 연장함 - 을 포함하는 표면층;
    (iii) 상기 가상의 중심 평면을 포함하지만 상기 표면층은 포함하지 않는 벌크층; 및
    (iv) 비균일한 농도의 결정 격자 베이컨시 -상기 벌크층 내의 베이컨시의 농도는 상기 표면층 내의 베이컨시의 농도보다 큼- 를 포함하며,
    (a) D는 약 5 마이크론 이상 약 30 마이크론 미만이고, (b) 상기 표면층은 약 50 ohm ㎝보다 큰 저항율을 가지며, (c) 700℃을 초과하는 온도에서의 산소 침전 열처리시, 상기 표면층은 약 1×107㎝-3 보다 작은 산소 침전물 밀도를 가지며, 상기 벌크층은 약 1×107㎝-3 보다 큰 산소 침전물 밀도를 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  55. 제 54 항에 있어서, 상기 절연층은 주입된 이온을 포함하는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  56. 제 55 항에 있어서, 상기 이온층은 산소 또는 질소를 포함하는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  57. 제 55 항에 있어서, 상기 표면층 내의 이온 주입 절연층은 상기 전면으로부터 1000 옹스트롬 이내에 피크 농도를 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  58. 제 55 항에 있어서, 상기 표면층 내의 이온 주입 절연층은 약 250 옹스트롬보다 크고 약 1000 옹스트롬보다 작은 위치에 피크 농도를 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  59. 제 55 항에 있어서, 상기 표면층 내의 이온 주입 절연층은 약 500 옹스트롬보다 크고 약 750 옹스트롬보다 작은 위치에 피크 농도를 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  60. 제 54 항에 있어서, D는 약 10 마이크론보다 크고 약 25 마이크론보다 작은 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  61. 제 54 항에 있어서, 상기 표면층은 약 10 ppma보다 작은 인터스티셜 산소 농도를 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
  62. 제 54 항에 있어서, 상기 벌크층은 약 1×108 ㎝-3 보다 큰 산소 침전물 밀도를 갖는 실리콘 온 인슐레이터 구조물.
KR1020037013383A 2001-04-10 2002-04-11 고저항율의 초크랄스키 실리콘 내의 열적 도너 형성의 제어 KR100745312B1 (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US37132401P 2001-04-10 2001-04-10
US60/371,324 2001-04-10
US28310301P 2001-04-11 2001-04-11
US60/283,103 2001-04-11
US30036401P 2001-06-22 2001-06-22
US60/300,364 2001-06-22
PCT/US2002/011558 WO2002084728A1 (en) 2001-04-11 2002-04-11 Control of thermal donor formation in high resistivity cz silicon

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030093311A KR20030093311A (ko) 2003-12-06
KR100745312B1 true KR100745312B1 (ko) 2007-08-01

Family

ID=50101097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020037013383A KR100745312B1 (ko) 2001-04-10 2002-04-11 고저항율의 초크랄스키 실리콘 내의 열적 도너 형성의 제어

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100745312B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190084298A (ko) * 2016-12-15 2019-07-16 실트로닉 아게 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 웨이퍼, 및 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 웨이퍼의 제조 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10943813B2 (en) * 2018-07-13 2021-03-09 Globalwafers Co., Ltd. Radio frequency silicon on insulator wafer platform with superior performance, stability, and manufacturability

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998045507A1 (en) * 1997-04-09 1998-10-15 Memc Electronic Materials, Inc. Low defect density, ideal oxygen precipitating silicon
EP1087041A1 (en) * 1999-03-16 2001-03-28 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Production method for silicon wafer and silicon wafer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998045507A1 (en) * 1997-04-09 1998-10-15 Memc Electronic Materials, Inc. Low defect density, ideal oxygen precipitating silicon
EP1087041A1 (en) * 1999-03-16 2001-03-28 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Production method for silicon wafer and silicon wafer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190084298A (ko) * 2016-12-15 2019-07-16 실트로닉 아게 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 웨이퍼, 및 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 웨이퍼의 제조 방법
KR102223709B1 (ko) 2016-12-15 2021-03-05 실트로닉 아게 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 웨이퍼, 및 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 웨이퍼의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030093311A (ko) 2003-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6897084B2 (en) Control of oxygen precipitate formation in high resistivity CZ silicon
KR100745309B1 (ko) 이상적인 산소 침전 실리콘 웨이퍼에서 디누드 구역깊이를 조절하기 위한 방법
US10707093B2 (en) Method of treating silicon wafers to have intrinsic gettering and gate oxide integrity yield
KR20080084941A (ko) 고유 게터링을 갖는 비소와 인으로 도핑된 실리콘 웨이퍼기판
JP2010161393A (ja) 窒素／炭素安定化された酸素析出核形成中心を有する理想的酸素析出を行ったシリコンウエハおよびその製造方法
US7201800B2 (en) Process for making silicon wafers with stabilized oxygen precipitate nucleation centers
US6808781B2 (en) Silicon wafers with stabilized oxygen precipitate nucleation centers and process for making the same
US9129919B2 (en) Production of high precipitate density wafers by activation of inactive oxygen precipitate nuclei
KR100745312B1 (ko) 고저항율의 초크랄스키 실리콘 내의 열적 도너 형성의 제어
EP1879224A2 (en) Process for controlling denuded zone depth in an ideal oxygen precipitating silicon wafer

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120710

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130709

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140721

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150708

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160803

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170802

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180719

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190719

Year of fee payment: 13