KR100798585B1 - 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된실리콘 웨이퍼 - Google Patents

실리콘 웨이퍼의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된실리콘 웨이퍼 Download PDF

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Abstract

실리콘 웨이퍼의 직경이 크고, SLA나 FLA 등의 열 처리를 실시해도, 넓은 산소 석출물의 밀도의 범위에 걸쳐, 슬립이 발생하지 않고 강도가 높은 실리콘 웨이퍼를 얻는다. 우선 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위해 설정한 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력의 각각의 조합을 입력 파라미터로 하여, 포커 플랑크 방정식을 푸는 것에 의해, 산소 석출물(11)을 형성하기 위한 열 처리 공정의 후이고 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정의 직전의 웨이퍼 내부의 산소 석출물의 대각선 길이 L 및 밀도 D를 각각 산출한다. 다음에 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에 이용되는 열 처리로 구조 및 그 열 처리 온도에 의거하여, 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에서 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S를 산출한 후에, 다음의 식 (1)의 관계를 만족하는 산소 농도 등을 결정한다.
12000×D-0.26≤L≤51000×S-1.55……(1)

Description

실리콘 웨이퍼의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 실리콘 웨이퍼{PROCESS FOR PRODUCING SILICON WAFER AND SILICON WAFER PRODUCED BY THE PROCESS}
본 발명은, 내부에 산소 석출물이 형성되고 또한 슬립(Slip)이 발생하지 않는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법과, 이 방법으로 제조된 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.
종래, 반도체 디바이스를 제조하기 위해 초크랄스키법(이하, CZ법이라고 한다)에 의한 실리콘 단결정에서 잘라내어진 웨이퍼가 이용되어 왔다. 디바이스 제조 프로세스에서는, 웨이퍼가 다양한 열 처리를 받아, 웨이퍼 내부에 슬립이 발생하는 일이 있지만, 지금까지의 프로세스에서는 통상의 배치식의 열 처리로(處理爐)가 이용되고, 또 웨이퍼의 직경도 200mm로 소경의 것이 주류였기 때문에, 슬립의 발생은 그다지 심각한 문제로는 되지 않았다.
그러나, 최근의 최첨단 프로세스에서는, 이온 주입한 불순물을 활성화하기 위한 열 처리로서 SLA(Spike Lamp Anneal) 혹은 FLA(Flash Lamp Annea1)와 같은 매엽식의 열 처리 방법이 이용되게 되고, 불순물의 깊이 방향의 분포를 좁은 범위에서 제어하기 때문에, 대단히 고속으로 소정의 온도까지 상승시키고, 또한 그 온도 에서 급속히 냉각시킨다는 열 처리 방법이 행해진다. 이 때문에 웨이퍼에 작용하는 열 응력이 지금까지의 프로세스보다 커진다. 한편, 웨이퍼의 직경의 주류는 대경의 300mm로 이동되고 있고, 웨이퍼의 직경이 커지면, 자중에 의한 응력이나 열 처리시의 열 응력도 커진다. 따라서, 직경 300mm의 웨이퍼를 이용한 최첨단 프로세스에서는, 지금까지 이상으로 슬립이 발생하기 쉬워지고, 이것에 의한 웨이퍼의 변형도 커져, 디바이스의 수율의 저하로 이어진다.
한편, 5×1017∼10×1017개/㎤의 범위의 산소를 함유하고, 기판 외주에서 10mm 이하의 범위로 다면체(8∼14면체)의 산소 석출물을 108∼1010개/㎤의 범위의 밀도로 함유하는 반도체 기판이 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이 반도체 기판에서는, 108∼1010개/㎤의 밀도로 함유되는 다면체의 산소 석출물이 슬립이 되는 전위(轉位)의 이동을 억제하기 때문에, LSI 제조에 있어서의 열 처리시에, 기판의 외주부로부터의 슬립의 발생을 억제할 수 있도록 되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개평 9-190954호 공보(청구항 1, 단락 [0015])
상기 종래의 특허 문헌 1에 나타난 반도체 기판에서는, 슬립이 발생하지 않는 산소 석출물의 밀도를 규정하고 있지만, 산소 석출물의 사이즈에 대해서는 아무런 규정도 하고 있지 않다.
한편, 상기 특허 문헌 1에 나타난 반도체 기판에서는, 산소 석출물의 밀도가 108개/㎤ 미만이면 전위의 운동의 억제 효과를 충분히 발휘할 수 없고, 산소 농도의 가포화분밖에 산소 석출물을 석출할 수 없기 때문에 산소 석출물의 밀도를 1010개/㎤ 이상으로 할 수 없다는 이유로부터, 슬립이 발생하지 않는 산소 석출물의 밀도의 범위를 108∼1010개/㎤로 한정하고 있고, 이 범위 외의 밀도의 산소 석출물을 갖는 실리콘 웨이퍼에 대해서 슬립의 발생을 억제할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 직경이 커져도, 또 SLA나 FLA 등의 급속 가열 및 급속 냉각의 열 처리를 실시해도, 넓은 산소 석출물의 밀도의 범위에 걸쳐, 슬립이 발생하지 않고 강도가 높은, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 실리콘 웨이퍼를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 디바이스 제조 프로세스로 실험을 행하여 슬립의 발생 상황을 일부러 조사하지 않아도, 디바이스 제조 프로세스로 슬립이 발생하지 않는 웨이퍼를 설계할 수 있는, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 실리콘 웨이퍼를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 산소 석출물의 대각선 길이(사이즈) 및 밀도가 각각 다른 복수장의 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 이러한 웨이퍼의 고온 열 처리에 있어서의 슬립의 발생 거동을 조사한 바, 산소 석출물의 대각선 길이(사이즈)와 밀도가 소정의 관계를 만족하면 슬립이 발생하기 어려운 것을 발견한 동시에, 디바이스 프로세스 열 처리시에 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력과 산소 석출물의 대각선 길이(사이즈)가 소정의 관계를 만족하면, 산소 석출물 자체를 기점으로 하는 슬립이 발생하지 않는 것을 발견함으로써, 본원 청구항 1에 따른 발명을 이루는 데에 이르렀다.
청구항 1에 따른 발명은, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 실리콘 단결정봉을 슬라이스하여 제작된 실리콘 웨이퍼(10)를 열 처리하여 웨이퍼(10) 내부에 산소 석출물(11)을 형성하는 실리콘 웨이퍼의 제조 방법의 개량이다.
그 특징 있는 구성은, 상기 산소 석출물(11)이 형성된 웨이퍼(10)가 그 후 반도체 디바이스 제조 프로세스로 열 처리되는 실리콘 웨이퍼로서, 웨이퍼(10)를 제조하기 위한 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력을 설정하는 공정과, 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력의 각각의 조합을 입력 파라미터로 하여, 포커 플랑크(Fokker-Planck) 방정식을 푸는 것에 의해, 산소 석출물(11)을 형성시키기 위한 열 처리 공정의 후이고 또한 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정의 직전의 웨이퍼(10) 내부의 산소 석출물(11)의 대각선 길이 L(nm) 및 밀도 D(개/㎤)를 각각 산출하는 공정과, 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에 이용되는 열 처리로의 구조 및 그 열 처리 온도에 의거하여, 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에서 웨이퍼(10)의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S(MPa)를 산출하는 공정과, 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력 중 다음의 식 (1)의 관계를 만족하는 산소 농도 및 열 이력을 결정하는 공정을 포함하는 것에 있다.
12000×D-0.26≤L≤51000×S-1.55 ……(1)
이 청구항 1에 기재된 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에서는, 상기 식 (1) 중 L≥1200O×D-0.26을 만족하는 대각선 길이(사이즈) 및 밀도의 산소 석출물(11)은, 웨이퍼(10)의 고온 열 처리시에 있어서의 슬립의 신장을 억제할 수 있다. 또 상기 식 (1)로 둘러싸인 범위 내의 대각선 길이 L(사이즈) 및 밀도 D를 갖는 산소 석출물(11)을 웨이퍼(10)에 설치함으로써, 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에 있어서의 열 응력에 의거하여 웨이퍼(10) 외주부에서 발생하는 슬립을 억제할 수 있는 동시에, 산소 석출물(11) 자신에서 발생하는 전위도 방지할 수 있다. 또한 디바이스 제조 프로세스로 실험을 행하여 슬립의 발생 상황을 일부러 조사하지 않아도, 디바이스 제조 프로세스로 슬립이 발생하지 않는 웨이퍼(10)를 설계할 수 있기 때문에, 단시간 및 저비용으로 디바이스 제조 프로세스로 슬립이 발생하지 않는 웨이퍼(10)의 제조 조건을 결정할 수 있다. 여기에서, 「슬립」이란, 실리콘 웨이퍼를 열 처리하여, 열 응력 등의 응력이, 어느 결정면을 따라 가해졌을 때에, 결정 중에서 미끄러짐에 의해 생긴 결정 결함을 말한다.
웨이퍼 내부의 B, P, As 및 Sb로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 도펀트 농도를 복수 종류 더 설정하고, 이러한 도펀트 농도를 각각 입력 파라미터에 더 더해도 된다.
또 웨이퍼 내부의 탄소 농도를 복수 종류 더 설정하고, 이러한 탄소 농도를 각각 입력 파라미터에 더 더할 수 있다.
또한 웨이퍼 내부의 질소 농도를 복수 종류 더 설정하고, 이러한 질소 농도를 각각 입력 파라미터에 더 더해도 된다.
청구항 5에 따른 발명은, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 실리콘 웨이퍼이다.
이 청구항 5에 기재된 실리콘 웨이퍼에서는, 산소 석출물(11)의 밀도의 범위를 넓게 해도, 웨이퍼(10) 내에 슬립이 발생하지 않고, 실리콘 웨이퍼(10)의 강도는 높다.
(발명의 효과)
이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 우선 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위해 설정한 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력의 각각의 조합을 입력 파라미터로 하여, 포커 플랑크 방정식을 푸는 것에 의해, 산소 석출물 형성용의 열 처리 공정의 후이고 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정의 직전의 웨이퍼 내부의 산소 석출물의 대각선 길이 L 및 밀도 D를 각각 산출하고, 다음에 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에 이용되는 열 처리로 구조 및 그 열 처리 온도에 의거하여, 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에서 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S를 산출한 후에, 상기 식 (1)의 관계를 만족하는 산소 농도 등을 결정하였기 때문에, 웨이퍼의 직경이 커져도, 또 SLA나 FLA 등의 급속 가열 및 급속 냉각의 열 처리를 실시해도, 넓은 산소 석출물의 밀도의 범위에 걸쳐, 슬립이 발생하지 않고 또한 강도가 높은 웨이퍼를 얻을 수 있는 동시에, 디바이스 프로세스 열 처리에서의 슬립의 발생을 방지할 수 있어, 이 웨이퍼에서 제조되는 반도체 소자의 수율을 향상할 수 있다.
또 디바이스 제조 프로세스로 실험을 행하여 슬립의 발생 상황을 일부러 조사하지 않아도, 디바이스 제조 프로세스로 슬립이 발생하지 않는 웨이퍼를 설계할 수 있다. 이 결과, 단시간 및 저비용으로 디바이스 제조 프로세스로 슬립이 발생하지 않는 웨이퍼의 제조 조건을 결정할 수 있다.
또한 상기 방법으로 제조된 웨이퍼에서는, 산소 석출물의 밀도의 범위를 넓게 해도, 웨이퍼 내에 슬립이 발생하지 않고, 웨이퍼의 강도는 높다.
도 1은 본 발명 제1 실시 형태의 실리콘 웨이퍼에 형성된 정팔면체 형상의 산소 석출물의 모식도이다.
도 2는 그 산소 석출물을 갖는 실리콘 웨이퍼의 사시도이다.
도 3은 그 산소 석출물의 밀도와 대각선 길이(사이즈)의 관계의 개념을 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 발명 제2 실시 형태의 실리콘 웨이퍼에 형성된 14면체 형상의 산소 석출물의 모식도이다.
도 5는 본 발명 제3 실시 형태의 실리콘 웨이퍼에 형성된 정사각형 판형의 산소 석출물의 모식도이다.
도 6은 질소를 도핑한 경우와 도핑하지 않는 경우의, 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물 및 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D의 변화에 대한 정팔면체 형상의 산소 석출물 및 정사각형 판형의 산소 석출물의 대각선 길이 L의 변화를 각각 도시하는 도면이다.
도 7은 그 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S의 변화 에 대한 정팔면체 형상의 산소 석출물 및 판형 정사각형의 산소 석출물의 대각선 길이 L의 변화를 도시하는 도면이다.
도 8은 탄소를 도핑한 실리콘 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D의 변화에 대한 정사각형 판형의 산소 석출물의 대각선 길이 L의 변화를 각각 도시하는 도면이다.
도 9는 그 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S의 변화에 대한 판형 정사각형의 산소 석출물의 대각선 길이 L의 변화를 도시하는 도면이다.
<부호의 설명>
10…실리콘 웨이퍼 11, 21, 31…산소 석출물
다음에 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 도면에 의거하여 설명한다.
<제1 실시 형태>
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(10)는, CZ법에 의해 육성된 실리콘 단결정봉을 슬라이스한 후에, 내부에 산소 석출물(11)을 형성하기 위한 열 처리를 실시하고, 또한 적어도 주표면을 경면 연마 가공한 실리콘 웨이퍼이다. 이 웨이퍼(10)는, 그 후, 반도체 디바이스의 제조 메뉴팩처에 출하되어, 디바이스 제조 프로세스로 열 처리된다.
한편, 도 3은, 산소 석출물을 형성하기 위한 열 처리 공정의 후이고 또한 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정의 직전의 웨이퍼 내부에 형성된 산소 석출물 의 밀도 및 대각선 길이(사이즈)의 관계의 개념을 도시하는 모식도로, 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에 있어서 열 응력이 작용해도 웨이퍼 내의 전위를 고착할 수 있는 산소 석출물의 대각선 길이(사이즈) 및 밀도의 하한치가 존재하고, 상기 산소 석출물에서 슬립을 발생시키지 않는 산소 석출물의 대각선 길이(사이즈) 및 밀도의 상한치가 존재한다. 이 때문에, 상기 하한치 및 상한치로 규정되는 영역(하한치와 상한치의 사이의 영역)의 산소 석출물의 대각선 길이(사이즈) 및 밀도이면, 슬립의 발생을 억제할 수 있다.
다음에 상기 전위를 고정하고 또한 슬립을 억제하기 위한 실리콘 웨이퍼(10)(도 2)의 제조 조건을 결정하는 방법을 설명한다.
우선 웨이퍼(10)를 제조하기 위한 복수 종류의 제조 조건을 설정한다. 여기에서, 제조 조건이란, 산소 농도, 열 이력, 도펀트 농도, 탄소 농도 및 질소 농도로 이루어지는 군으로부터 선택되고 또한 적어도 산소 농도 및 열 이력을 포함하는 2종 이상의 조건이다. 일반적인 열 이력에는, 웨이퍼 제조 메뉴팩처에 있어서의 열 이력과, 디바이스 제조 메뉴팩처에 있어서의 열 이력이 있다. 웨이퍼 제조 메뉴팩처에 있어서의 열 이력에는, 실리콘 단결정봉의 인상(引上) 중의 열 이력과, 상기 산소 석출물을 형성하기 위한 열 처리에서 받는 열 이력이 있다. 또 디바이스 제조 메뉴팩처에 있어서의 열 이력에는, 산소 석출물을 형성하고 있지 않으면 슬립이 발생해 버리는 고온의 메인 디바이스 제조 프로세스에서 받는 열 이력과, 상기 메인 디바이스 제조 프로세스의 전에 행해지는 비교적 저온의 예비 디바이스 제조 프로세스에서 받는 열 이력이 있다. 이 실시 형태의 제조 조건의 열 이력은, 실리콘 단결정봉의 인상 중의 열 이력과, 산소 석출물을 형성하기 위한 열 처리에서 받는 열 이력과, 비교적 저온의 예비 디바이스 제조 프로세스에서 받는 열 이력으로 이루어진다. 산소 석출물을 형성하기 위한 열 처리로서는, 고저항의 웨이퍼(10)에 있어서, 600∼1000℃의 온도 범위에서, 저온에서부터 행하는 램핑 열 처리(저온에서부터 일정한 승온 속도로 온도를 상승시키는 열 처리)나, 고저항의 SIMOX 웨이퍼(10)에 있어서, 매몰 산화층(Buried Oxide Layer)을 형성하기 위한 고온 열 처리를 행한 후에, 500∼1000℃의 온도 범위에서, 저온에서부터 행하는 램핑 열 처리 등을 들 수 있다. 또 도펀트 농도는 B, P, As 및 Sb로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 도펀트의 농도이다.
다음에 상기 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력 등의 제조 조건의 각각의 조합을 입력 파라미터로 하여, 포커 플랑크 방정식을 푸는 것에 의해, 산소 석출물(11)을 형성하기 위한 열 처리 공정의 후이고 또한 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정의 직전의 웨이퍼(10) 내부의 산소 석출물(11)의 대각선 길이 L(nm) 및 밀도 D(개/㎤)를 각각 산출한다. 여기에서, 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정의 직전이란, 상기 예비 디바이스 제조 프로세스의 후이고 상기 메인 디바이스 제조 프로세스의 전을 말한다. 웨이퍼(10) 내부에 있어서의 산소 석출(11)의 거동을, 산소 석출물(11)의 반경 r 및 열 처리 시간 t를 함수로 하는 사이즈 분포 함수 f(r, t)를 이용하여 나타내고, f(r, t)의 시간 변화를 다음의 포커 플랑크 방정식 (2)를 푸는 것에 의해, 상기 산소 석출물(11)의 대각선 길이 L(nm) 및 밀도 D(개/㎤)를 구한다. 식 (2)에 있어서, J(r, t)는 다음의 식 (3)으로 표시된다.
[수 1]
Figure 112007004785825-pct00001
상기 식 (3)에 있어서, A(r, t)와 B(r, t)는 다음의 식 (4)의 관계를 만족한다.
[수 2]
Figure 112007004785825-pct00002
상기 식(4)에 있어서, k는 볼츠만 상수이고, T는 절대온도이며, ΔG(r, t)는 반경 r의 산소 석출물(11)의 형성에 따른 Gibbs의 자유 에너지 변화량이다. 그리고 임의의 열 처리 후의 사이즈 분포 함수 f(r, t)를 다음의 식 (5) 및 식 (6)에 대입함으로써, 산소 석출물(11)(정팔면체 형상의 산소 석출물)의 대각선 길이 L(nm) 및 밀도 D(개/㎤)를 산출할 수 있다.
[수 3]
Figure 112007004785825-pct00003
다음에 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에 이용되는 열 처리로의 구조 및 그 열 처리 온도에 의거하여, 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에서 웨이퍼(10)의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S(MPa)를, 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션에 의해 산출한다.
또한 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력 등의 제조 조건 중 다음의 식 (1)의 관계를 만족하는 산소 농도 및 열 이력 등의 제조 조건을 결정한다.
12000×D-0.26≤L≤51000×S-1.55 ……(1)
또한, 이 제1 실시 형태에 있어서, 상기 산소 석출물(11)의 대각선 길이(사이즈)란, 실리콘 웨이퍼(10)의 결정 방위 [100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물(11)을 보았을 때에, 그 산소 석출물(11)의 결정 방위 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이를 말한다(도 1). 또 상기 식 (1)은, 후술의 실시예에 기재한 바와 같이, 실험을 행하여 구해진다. 이 경우, 상기 산소 석출물의 대각선 길이(사이즈) 및 밀도는, 웨이퍼 표면을 라이트(Wright) 에칭액으로 선택 에칭을 행하여, 광학 현미경의 관찰로 계측하고, 사이즈에 대해서는 투과형 전자 현미경의 관찰에 의 해 조사하는 것이 바람직하다.
상술한 것으로부터, 디바이스 제조 프로세스로 실험을 행하여 슬립의 발생 상황을 일부러 조사하지 않아도, 디바이스 제조 프로세스로 슬립이 발생하지 않는 웨이퍼(10)를 설계할 수 있다. 이 결과, 단시간 및 저비용으로 디바이스 제조 프로세스로 슬립이 발생하지 않는 웨이퍼(10)의 제조 조건을 결정할 수 있다.
구체적으로는, 상기 식 (1)로 둘러싸인 범위 내의 대각선 길이 L(사이즈) 및 밀도 D의 산소 석출물(11)을 웨이퍼(10) 내부에 설치하도록, 웨이퍼(10)의 산소 농도 및 열 이력 등의 제조 조건을 결정하는, 즉, 상기 식 (1)로 둘러싸인 범위 내의 대각선 길이 L(사이즈) 및 밀도 D의 산소 석출물(11)을 웨이퍼(10) 내부에 설치하도록, 웨이퍼(10)의 산소 농도 및 열 이력 등의 제조 조건을 결정하면, 웨이퍼(10) 내부의 산소 석출물(11)로 전위를 고정할 수 있어, 슬립을 억제할 수 있는 동시에, 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에 있어서의 열 응력에 의거하여 웨이퍼(10) 외주부에서 발생하는 슬립을 억제할 수 있고, 산소 석출물(11) 자신에서 발생하는 전위도 방지할 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼(10) 내부의 산소 농도는 10×1017∼18×1017atoms/㎤(구 ASTM, 이하, 동일), 바람직하게는 11×1017∼15×1017atoms/㎤의 범위로 설정된다. 여기에서, 웨이퍼(10) 내부의 산소 농도를 10×1017∼18×1017atoms/㎤의 범위로 한정한 것은, 10×1017atoms/㎤ 미만에서는 웨이퍼 강도가 열화(저하)하고, 18× 1017atoms/㎤를 넘으면 웨이퍼 표면의 완전성이 열화(저하)하기 때문이다.
또 상기 고저항의 실리콘 웨이퍼(10)에 실시되는 램핑 열 처리에 있어서, 700℃에서 1000℃까지 승온할 때의 램핑 레이트는 0.5∼2.0℃/분인 것이 바람직하다. 이 램핑 열 처리 후, 1000℃로 0∼4시간 유지하는 전(前)열처리를 행한다. 이 전 열처리에 의해, 많은 산소 석출물(11)이 더 석출되어, 실리콘 웨이퍼(10)의 저항값을 안정화할 수 있다.
또 상기 고저항의 SIMOX 웨이퍼(10)에 실시되는 램핑 열 처리에 있어서, 550℃에서 700℃까지 승온할 때의 램핑 레이트는 0.3∼2.0℃/분인 것이 바람직하다. 이 램핑 열 처리 후, 700℃로 1∼4시간 유지하는 제1 열 처리를 행하고, 또한 1000∼1100℃, 바람직하게는 1000∼1050℃의 온도로 4∼16시간, 바람직하게는 8∼16시간 유지하는 제2 열 처리를 행한다. 상기 제1 열 처리에 의해 산소 석출핵이 형성되고, 상기 제2 열 처리에 의해 산소 석출물이 성장한다.
또, 아르곤 분위기, 수소 분위기 등의 비산화성 분위기 중에서 1100∼1250℃의 범위에서 고온 열 처리를 행하는 경우에는, 산소 석출핵도 많고, 산소 석출물(11)도 성장하기 쉬운 실리콘 웨이퍼(10)를 이용한다. 이러한 실리콘 웨이퍼(10)에서는, 웨이퍼(10) 표층부에 COP(Crystal Originated Particle)나 산소 석출물(11)이 존재하지 않고, 벌크(Bulk) 중에 슬립을 고착할 수 있으며, 또 산소 석출물(11) 자체로부터의 슬립의 발생도 없고, 충분한 IG(Intrinsic Gettering) 효과도 기대할 수 있다.
또 실리콘 웨이퍼(10) 중의 도펀트 농도는 1×1012∼1×1021atoms/㎤, 바람직하게는 1×1013∼1×1020atoms/㎤의 범위로 설정된다. 실리콘 웨이퍼(10) 중의 B, P 등의 도펀트 농도를 1×1012∼1×1021atoms/㎤의 범위 내로 한정한 것은, 1×1012atoms/㎤ 미만에서는 도펀트 농도를 제어할 수 없고, 1×1021atoms/㎤를 넘으면 실리콘 웨이퍼(10)가 에피택셜 웨이퍼인 경우 미스핏 전위가 생겨 버리기 때문이다.
또 실리콘 웨이퍼(10) 중의 탄소 농도는 1×1015∼1×1018atoms/㎤, 바람직하게는 5×1015∼5×1017atoms/㎤의 범위로 설정된다. 실리콘 웨이퍼(10) 중의 탄소 농도를 1×1015∼1×1018atoms/㎤의 범위 내로 한정한 것은, 1×1015atoms/㎤ 미만에서는 인트린식 게터링 효과가 부족하고, 1×1018atoms/㎤를 넘으면 소정의 열 처리시에 산소 석출핵의 석출 과다가 일어나 과잉인 산소 석출물을 발생해 버리기 때문이다.
또한, 실리콘 웨이퍼(10) 중의 질소 농도는 1×1012∼1×1017atoms/㎤, 바람직하게는 5×1012∼5×1016atoms/㎤의 범위로 설정된다. 여기에서, 실리콘 웨이퍼(10) 중의 질소 농도를 1×1012∼1×1017/㎤의 범위로 한정한 것은, 1×1012atoms/㎤ 미만에서는 실리콘 웨이퍼(10) 중의 원자공공이 소실되기 쉬워지고, 1× 1017atoms/㎤를 넘으면 질소에 관계하는 도너의 발생량이 증가하여 실리콘 웨이퍼(10)의 저항율을 크게 변화시켜 버리기 때문이다.
또한, 실리콘 웨이퍼가 P-형의 지지 웨이퍼 상에 P형의 에피택셜막을 성장시킨 P/P-형의 에피택셜 웨이퍼인 경우, 지지 웨이퍼의 산소 농도를 10×1017∼15×1017atoms/㎤, 바람직하게는 12×1017atoms/㎤로 하고, 질소 농도를 5×1012∼5×1014atoms/㎤, 바람직하게는 2×1013atoms/㎤로 하고, B의 도펀트 농도를 2×1014∼2×1016atoms/㎤, 바람직하게는 1×1015atoms/㎤로 하는 조합이 최적이다.
또, 실리콘 웨이퍼가 아르곤 분위기 중에서 어닐링 처리를 실시한 웨이퍼인 경우, 산소 농도를 10×1017∼15×1017atoms/㎤, 바람직하게는 12×1017atoms/㎤로 하고, 질소 농도를 5×1013∼5×1016atoms/㎤, 바람직하게는 2×1014atoms/㎤로 하고, B의 도펀트 농도를 2×1014∼2×1016atoms/㎤, 바람직하게는 1×1015atoms/㎤로 하고, 또한 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 0.5∼5℃/분, 바람직하게는 1℃/분으로 하고, 1150∼1250℃, 바람직하게는 1200℃의 온도로 0.5∼2시간, 바람직하게는 1시간 유지하는 열 처리를 행하는 조합이 최적이다.
<제2 실시 형태>
도 4는 본 발명의 제2 실시의 형태를 나타낸다.
이 실시 형태에서는, 실리콘 웨이퍼 내에 형성되는 산소 석출물(21)의 형상이 14면체 형상이다. 이 14면체 형상의 산소 석출물(21)은, 제1 실시 형태의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 6개의 각을 모때기한 형상이다. 제1 실시 형태의 정팔면체 형상의 산소 석출물과 이 실시 형태의 14면체 형상의 산소 석출물(21)을 총칭하여, 다면체 형상의 산소 석출물이라고 부른다. 상기 이외는 제1 실시의 형태와 동일하게 구성된다. 또, 이 실시 형태에 있어서, 산소 석출물(21)의 대각선 길이(사이즈)란, 실리콘 웨이퍼의 결정 방위 [100] 방향에서 14면체 형상의 산소 석출물(21)을 보았을 때에, 그 산소 석출물(21)의 결정 방위 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이를 말한다.
<제3 실시 형태>
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태를 나타낸다.
이 실시 형태에서는, 실리콘 웨이퍼 내에 형성되는 산소 석출물(31)의 형상이 정사각형 판형이다. 그리고 임의의 열 처리 후의 사이즈 분포 함수 f(r, t)를 상기 식 (5) 및 다음의 식 (7)에 대입함으로써, 산소 석출물(11)(정사각형 판형의 산소 석출물)의 대각선 길이 L(nm) 및 밀도(개/㎤)를 산출할 수 있다.
[수 4]
Figure 112007004785825-pct00004
상기 식 (7)에 있어서, β는 산소 석출물(정사각형 판형의 산소 석출물)의 애스펙트비(정사각형 판형의 산소 석출물의 두께/대각선 길이)이고, 0.01 정도의 값이 된다. 상기 이외는 제1 실시 형태와 동일하게 구성된다. 또, 이 실시 형태에 있어서, 산소 석출물(31)의 대각선 길이(사이즈)란, 실리콘 웨이퍼의 결정 방위 [100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물(31)을 보았을 때에, 그 산소 석출물(31)의 결정 방위 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이를 말한다.
실시예
다음에 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 12×1017atoms/㎤이며, 질소를 3×1014/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 아르곤 분위기 중에서 1200℃로 1시간 유지하는 아르곤 어닐링을 행하였다. 여기에서, 1200℃까지의 승온 공정 중, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도는 1℃/분으로 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 1×1010개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 100nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 1로 하였다.
<실시예 2>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 12×1017atoms/㎤이며, 질소를 3×1014/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 아르곤 분위기 중에서 1200℃로 1시간 유지하는 아르곤 어닐링을 행하였다. 여기에서, 1200℃까지의 승온 공정 중, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도는 1℃/분으로 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 1×1010개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 50nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 2로 하였다. 또한, 산소 석출물의 사이즈가 50nm로 실시예 1보다 작아진 것은, 실시예 1의 단결정 인상로와는 구조가 다른 단결정 인상로를 이용하여 인상하였기 때문에, 결정 육성시의 열 이력이 다른 것이라고 생각된다.
<실시예 3>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 12×1017atoms/㎤이며, 질소를 도핑하지 않은 실리콘 단결정을 준비하였다. 여기에서 질소를 도핑하지 않은 것은, 아르곤 어닐링 후의 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 사이즈를 실시예 2보다 작게 하기 위해서이다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 아르곤 분위기 중에서 1200℃로 1시간 유지하는 아 르곤 어닐링을 행하였다. 여기에서, 1200℃까지의 승온 공정 중, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도는 1℃/분으로 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 1×1010개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 30nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 3으로 하였다. 또한, 단결정 인상로는 실시예 2와 동일한 것을 이용하였다.
<실시예 4>
아르곤 어닐링의 승온 공정 중, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 2℃/분으로 행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼를 제작하였다. 여기에서, 상기 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 2℃/분으로 행한 것은, 아르곤 어닐링 후의 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도를 실시예 1과 다르게 하기 위해서이다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 1×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 100nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 4로 하였다.
<실시예 5>
아르곤 어닐링의 승온 공정 중, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 2℃/분으로 행한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼를 제작하였다. 여기에서, 상기 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 2℃/분으로 행한 것은, 아르곤 어닐링 후의 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도를 실시예 2보다 작게 하기 위해서이다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 1×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 50nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 5로 하였다.
<실시예 6>
아르곤 어닐링의 승온 공정 중, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 3℃/분으로 행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼를 제작하였다. 여기에서, 상기 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 3℃/분으로 행한 것은, 아르곤 어닐링 후의 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도를 실시예 4보다 작게 하기 위해서이다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 1×108개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 100nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 6으로 하였다.
<실시예 7>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼에 산소 석출핵을 형성 하여 산소 석출물을 성장시키기 위해, 우선 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵 형성용 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 1℃/분으로 행하였다. 다음에 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 0.5시간 유지하여 산소 석출핵 성장용 열 처리를 행하였다. 이에 따라 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 1×1010개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 35nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 7로 하였다.
<실시예 8>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼에 산소 석출핵을 형성하여 산소 석출물을 성장시키기 위해, 우선 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵 형성용 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 2℃/분으로 행하였다. 다음에 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵 성장용 열 처리를 행하였다. 이에 따라 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 1×109개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 60nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 8로 하였다.
<실시예 9>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼에 산소 석출핵을 형성하여 산소 석출물을 성장시키기 위해, 우선 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵 형성용 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 4℃/분으로 행하였다. 다음에 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 2.5시간 유지하여 산소 석출핵 성장용 열 처리를 행하였다. 이에 따라 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 1×108개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 110nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 9로 하였다.
<비교예 1>
아르곤 어닐링의 승온 공정 중, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 2℃/분으로 행한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼를 제작하였다. 여기에서, 상기 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 2℃/분으로 행한 것은, 아르곤 어닐링 후의 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도를 실시예 3보다 작게 하기 위해서이다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 1×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 30nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 1로 하였다.
<비교예 2>
아르곤 어닐링의 승온 공정 중, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 3℃/분으로 행한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼를 제작하였다. 여기에서, 상기 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 3℃/분으로 행한 것은, 아르곤 어닐링 후의 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도를 실시예 5보다 작게 하기 위해서이다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 1×108개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 50nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 2로 하였다.
<비교예 3>
아르곤 어닐링의 승온 공정 중, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 3℃/분으로 행한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼를 제작하였다. 여기에서, 상기 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 3℃/분으로 행한 것은, 아르곤 어닐링 후의 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도를 비교예 1보다 작게 하기 위해서이다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 1×108개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 30nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 3으로 하였다.
<비교예 4>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼에 산소 석출핵을 형성하여 산소 석출물을 성장시키기 위해, 우선 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵 형성용 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 2℃/분으로 행하였다. 다음에 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 0.6시간 유지하여 산소 석출핵 성장용 열 처리를 행하였다. 이에 따라 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 1×109개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 40nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 4로 하였다.
<비교예 5>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼에 산소 석출핵을 형성하여 산소 석출물을 성장시키기 위해, 우선 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵 형성용 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 4℃/분으로 행하였다. 다음에 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 2시간 유지하여 산소 석출핵 성장용 열 처리를 행하였다. 이에 따라, 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 1×108개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보 았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 90nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 5로 하였다.
<비교 시험 1 및 평가>
실시예 1∼ 9 및 비교예 1∼5의 실리콘 웨이퍼를, 질소 분위기 중에서 100℃/초의 승온 속도로 1250℃까지 승온한 후, 이 온도로 30초간 유지하는 RTA 처리를 행하고, 각 실리콘 웨이퍼의 에지로부터의 슬립의 발생 거동을 XRT(X-Ray Topograph)를 이용하여 평가하였다. 그 결과를 표 1 및 도 6에 나타낸다. 또한, 표 1에는, 산소 농도와, 질소 농도와, 550℃에서 700℃까지의 승온 속도와, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도와, 추가한 1000℃ 열 처리의 시간도 기재하였다. 또, 도 6에 있어서, 흰색 동그라미 및 검은색 동그라미는 정팔면체 형상의 산소 석출물의 예를 나타내고, 흰색 삼각형 및 검은색 삼각형은 정사각형 판형의 산소 석출물의 예를 나타낸다. 흰색 동그라미 및 흰색 삼각형은 슬립이 발생하지 않은 것을 나타내고, 검은색 동그라미 및 검은색 삼각형은 슬립이 발생한 것을 나타낸다. 또한, 표 1에서는, 550℃에서 700℃까지의 승온 속도를 제1 승온 속도로 하고, 1000℃에서 1200℃까지의 승온 속도를 제2 승온 속도로 하며, 추가한 1000℃ 열 처리의 시간을 추가 열 처리 시간으로 하였다.
[표 1]
Figure 112007004785825-pct00005
표 1 및 도 6으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도 D가 1×1010개/㎤일 때, 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사이즈 L이 100nm 및 50nm일뿐만 아니라 30nm인 경우에도 슬립이 발생하지 않고(실시예 1∼3), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 35nm인 경우에도 슬립이 발생하지 않았다(실시예 7). 또 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도 D가 1×109개/㎤일 때, 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사이즈 L이 100nm 및 50nm인 경우에 슬립이 발생하지 않고(실시예 4 및 5), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 60nm인 경우에도 슬립이 발생하지 않았지만(실시예 8), 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사 이즈 L이 30nm인 경우에 슬립이 발생하고(비교예 1), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 40nm인 경우에도 슬립이 발생하였다(비교예 4). 또한 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도 D가 1×108개/㎤일 때, 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사이즈 L이 100nm인 경우에 슬립이 발생하지 않고(실시예 6), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 110nm이어도 슬립이 발생하지 않았지만(실시예 9), 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사이즈 L이 50nm 및 30nm인 경우에 슬립이 발생하고(비교예 2 및 3), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 90nm인 경우에도 슬립이 발생하였다(비교예 5). 이 결과에 의거하여, 산소 석출물의 밀도 D(개/㎤)에 대한 슬립의 발생을 저지하는 데에 필요한 산소 석출물의 사이즈 L(nm)을 구하는 다음의 관계식 (A)를 도출할 수 있었다.
L≥12000×D-0.26 ……(A)
또 상술한 것으로부터, 슬립의 발생의 억제 효과는 산소 석출물의 형태에 의하지 않고, 산소 석출물의 밀도 D와 사이즈(대각선 길이) L로 정해지는 것을 알 수 있었다.
<실시예 10>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 14×1017atoms/㎤인 p형의 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소 분위기 중에서 800℃로 8시간 유지하는 전 열처리를 행한 후, 질소 분위기 중에서 1100℃로 0.12시간 유지하는 열 처리를 행하 였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 70nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노(爐)에, 투입 속도 3cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 3cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구하였다. 구체적으로는, 웨이퍼면 내의 온도차는, 웨이퍼면 내의 9점(웨이퍼 중심부에 1점, 웨이퍼 외주부에 5점, 웨이퍼 중심부와 웨이퍼 외주부의 중간에 3점)에, 백금-백금 로듐으로 이루어지는 열전쌍을 매몰한 웨이퍼를 샘플로 하여 상기와 같은 조건으로 노 내에 투입하여 취출함으로써 측정하였다. 또 웨이퍼 외주부의 접선 방향의 응력 σθ는 σθ=(-1/2)×α×E×ΔT라는 식으로부터 구하였다. 여기에서, α는 실리콘의 선팽창 계수이고, E는 실리콘의 영률이며, ΔT는 웨이퍼 외주부의 온도에서 웨이퍼 중심부의 온도를 뺀 값이다. 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 20MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 10으로 하였다.
<실시예 11>
질소 분위기 중에서 1100℃로 0.23시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 10과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리 콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 200nm이며, 또한 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 20MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 11로 하였다.
<실시예 12>
질소 분위기 중에서 1100℃로 4시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 10과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 330nm이며, 또한 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 20MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 12로 하였다.
<실시예 13>
질소 분위기 중에서 1100℃로 8시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 10과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 400nm이며, 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 20MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 13으로 하였다.
<실시예 14>
질소 분위기 중에서 1100℃로 16시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 10과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 490nm이며, 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 20MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 14로 하였다.
<실시예 15>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 14×1017atoms/㎤인 p형의 실리콘 웨이퍼를 준비하였다. 다음에 이 실리콘 웨이퍼를 질소 분위기 중에서 800℃로 8시간 유지하는 전 열처리를 행한 후, 질소 분위기 중에서 1100℃로 0.12시간 유지하는 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 70nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 7cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 7cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S를, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 35MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 15로 하였다.
<실시예 16>
질소 분위기 중에서 1100℃로 0.23시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 15와 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 200nm이며, 또한 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 35MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 16으로 하였다.
<실시예 17>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 14×1017atoms/㎤인 p형의 실리콘 웨이퍼를 준비하였다. 다음에 이 실리콘 웨이퍼를 질소 분위기 중에서 800℃로 8시간 유지하는 전 열처리를 행한 후, 질소 분위기 중에서 1100℃로 0.12시간 유지하는 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 70nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 15cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 15cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S를, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 70MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 17로 하였다.
<실시예 18>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 p형의 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼를 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵을 형성하기 위한 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 1.2℃/분으로 행하였다. 또한 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵을 성장시키기 위한 열 처리를 행하였다. 이에 따라 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방 향으로 신장되는 대각선 길이)은 60nm였다. 이 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 15cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 15cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S를, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 70MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 18로 하였다.
<실시예 19>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 p형의 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼를 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵을 형성하기 위한 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 1.2로/분으로 행하였다. 또한 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 4시간 유지하여 산소 석출핵을 성장시키기 위한 열 처리를 행하였다. 이에 따라 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방 향으로 신장되는 대각선 길이)은 150nm였다. 이 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 7cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 7cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S를, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 35MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 19로 하였다.
<실시예 20>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 p형의 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼를 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵을 형성하기 위한 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 1.2℃/분으로 행하였다. 또한 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 20시간 유지하여 산소 석출핵을 성장시키기 위한 열 처리를 행하였다. 이에 따라 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방 향으로 신장되는 대각선 길이)은 450nm였다. 이 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 3cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 3cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S를, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 20MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 20으로 하였다.
<비교예 6>
질소 분위기 중에서 1100℃로 4시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 15와 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 330nm이며, 또한 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 35MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 6으로 하였다.
<비교예 7>
질소 분위기 중에서 1100℃로 8시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 15와 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산 소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 400nm이며, 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 35MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 7로 하였다.
<비교예 8>
질소 분위기 중에서 1100℃로 16시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 15와 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 490nm이며, 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 35MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 8로 하였다.
<비교예 9>
질소 분위기 중에서 1100℃로 0.23시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 17과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 200nm이며, 또한 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 70MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 9로 하였다.
<비교예 10>
질소 분위기 중에서 1100℃로 4시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 17과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 330nm이며, 또한 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 70MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 10으로 하였다.
<비교예 11>
질소 분위기 중에서 1100℃로 8시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 17과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 400nm이며, 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 70MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 11로 하였다.
<비교예 12>
질소 분위기 중에서 1100℃로 16시간 유지하는 열 처리를 행한 것을 제외하고, 실시예 17과 동일하게 해서 실리콘 웨이퍼에 열 처리를 행하였다. 이 실리콘 웨이퍼 중의 정팔면체 형상의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤이고, 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 490nm이며, 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S는 70MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 12로 하였다.
<비교예 13>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 p형의 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼를 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵을 형성하기 위한 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 1.2℃/분으로 행하였다. 또한 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 4시간 유지하여 산소 석출핵을 성장시키기 위한 열 처리를 행하였다. 이에 따라 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 150nm였다. 이 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위 기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 15cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 15cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S를, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 70MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 13으로 하였다.
<비교예 14>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15.5×1017atoms/㎤인 p형의 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 실리콘 웨이퍼에 산소 이온을 주입한 후에, 고온 열 처리를 행하여 매몰 산화층을 형성하여, SIMOX 웨이퍼를 제작하였다. 이 웨이퍼를 질소 분위기 중에서 700℃로 1시간 유지하여 산소 석출핵을 형성하기 위한 열 처리를 행하였다. 여기에서, 700℃까지의 승온 공정 중, 550∼700℃까지의 승온 속도는 1.2℃/분으로 행하였다. 또한 상기 웨이퍼를 희석 산소 분위기 중(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기 중)에서, 1000℃로 8시간 유지하여 산소 석출핵을 성장시키기 위한 열 처리를 행하였다. 이에 따라 상기 산소 석출핵은 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 250nm였다. 이 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위 기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 7cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 7cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S를, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 35MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 14로 하였다.
<비교 시험 2 및 평가>
실시예 10∼20 및 비교예 6∼14의 실리콘 웨이퍼를, 질소 분위기 중에서 1000℃로 가열된 가로형 노에, 웨이퍼 보드에 세운 웨이퍼를, 노로의 투입 속도를 3cm/분, 7cm/분 또는 15cm/분으로 각각 변화시켜 투입하였다. 그리고 상기 노 내에 30분 유지하여 열 처리를 행한 후, 웨이퍼를 상기 투입 속도와 같은 속도로 노에서 취출하였다. 투입 속도 및 취출 속도를 변화시킴으로써, 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을 20MPa, 35MPa 또는 70MPa로 각각 변화시켰다. 이 열 처리 후, 각 실리콘 웨이퍼의 에지로부터의 슬립의 발생 거동을 XRT(X-Ray Topograph)를 이용하여 평가하였다. 그 결과를 표 2 및 도 7에 나타낸다. 또한, 표 2에는, 산소 농도와 웨이퍼의 1000℃ 열 처리 시간과, 웨이퍼의 1100℃ 열 처리 시간과, 웨이퍼의 가로형 노로의 투입 속도 및 취출 속도와, 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력도 기재하였다. 또, 도 7에 있어서, 흰색 동그라미 및 검은색 동그라미는 정팔면체 형상의 산소 석출물의 예를 나타내고, 흰색 삼각형 및 검은색 삼각형은 정사각형 판형의 산소 석출물의 예를 나타낸다. 또 흰색 동그라미 및 흰색 삼각형은 슬립이 발생하지 않은 것을 나타내고, 검은색 동그 라미 및 검은색 삼각형은 슬립이 발생한 것을 나타낸다. 또한, 표 2에서는, 웨이퍼의 1000℃ 열 처리 시간을 제1 열 처리 시간으로 하고, 웨이퍼의 1100℃ 열 처리 시간을 제2 열 처리 시간으로 하며, 웨이퍼의 가로형 노로의 투입 속도 및 취출 속도를 간단히 투입 및 취출 속도라고 하고, 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을 간단히 최대 열 응력 S라고 하였다.
[표 2]
Figure 112007004785825-pct00006
표 2 및 도 7로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 외주부 의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S가 20MPa일 때, 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사이즈 L이 70nm인 경우뿐만 아니라 200nm, 330nm, 400nm 및 490nm인 경우에도 슬립이 발생하지 않고(실시예 10∼14), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 450nm인 경우에도 슬립이 발생하지 않았다(실시예 20). 또 실리콘 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S가 35MPa일 때, 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사이즈 L이 70nm 및 200nm인 경우에 슬립이 발생하지 않고(실시예 15 및 16), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 150nm인 경우에도 슬립이 발생하지 않았지만(실시예 19), 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사이즈 L이 330nm, 400nm 및 490nm인 경우에 슬립이 발생하고(비교예 6∼8), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 250nm인 경우에도 슬립이 발생하였다(비교예 14). 또한 실리콘 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S가 70MPa일 때, 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사이즈 L이 70nm인 경우에 슬립이 발생하지 않고(실시예 17), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 60nm인 경우에도 슬립이 발생하지 않았지만(실시예 18), 정팔면체 형상의 산소 석출물의 사이즈 L이 200nm, 330nm, 400nm 및 490nm인 경우에 슬립이 발생하고(비교예 9∼12), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 150nm인 경우에도 슬립이 발생하였다(비교예 13). 이 결과에 의거하여, 실리콘 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S(MPa)에 대한 슬립의 발생을 저지하는 데에 필요한 산소 석출물의 사이즈 L(nm)을 구하는 다음의 관계식 (B)를 도출할 수 있었다.
L≤51000×S-1.55 ……(B)
또 상술한 것으로부터, 슬립의 발생의 억제 효과는 산소 석출물의 형태에 의하지 않고, 산소 석출물의 밀도 D와 최대 열 응력 S로 정해지는 것을 알 수 있었다.
<실시예 21>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소가스 분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 2℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에서, 1000℃로 0.5시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 산소 석출물의 밀도 D는 1×1010개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 30nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 21로 하였다.
<실시예 22>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소가스 분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 4℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에서, 1000℃로 1시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 산소 석출물의 밀도 D는 1×109개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 50nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 22로 하였다.
<실시예 23>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소가스 분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 8℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에서, 1000℃로 2시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 산소 석출물의 밀도 D는 1×108개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 100nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 23으로 하였다.
<비교예 15>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소가스 분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 4℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에서, 1000℃로 0.5시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 산소 석출물의 밀도 D는 1×109개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 30nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 15로 하였다.
<비교예 16>
우선 직경이 200mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소가스 분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 8℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에서, 1000℃로 1.5시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 산소 석출물의 밀도 D는 1×108개/㎤였다. 또 이 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정사각형 판형의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 75nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 16으로 하였다.
<비교 시험 3 및 평가>
실시예 21∼23과 비교예 15 및 16의 실리콘 웨이퍼를, 질소 분위기 중에서 100℃/초의 승온 속도로 1250℃까지 승온한 후, 이 온도로 30초간 유지하는 RTA 처리를 행하고, 각 실리콘 웨이퍼의 에지로부터의 슬립의 발생 거동을 XRT(X-Ray Topograph)를 이용하여 평가하였다. 그 결과를 표 3 및 도 6에 나타낸다. 또한, 표 3에는, 산소 농도와, 탄소 농도와, 700℃에서 900℃까지의 승온 속도와, 1000℃에 있어서의 추가 열 처리의 시간도 기재하였다. 또, 도 8에 있어서, 흰색 사각형 및 검은색 사각형은 정사각형 판형의 산소 석출물의 예를 나타낸다. 흰색 사각형은 슬립이 발생하지 않은 것을 나타내고, 검은색 사각형은 슬립이 발생한 것을 나타낸다. 또한, 표 3에서는, 700℃에서 900℃까지의 승온 속도를 간단히 승온 속도라고 하고, 웨이퍼의 1000℃에 있어서의 추가 열 처리의 시간을 간단히 추가 열 처리 시간이라고 하였다.
[표 3]
Figure 112007004785825-pct00007
표 3 및 도 8로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도 D가 1×1010개/㎤일 때, 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 30nm인 경우에 슬립이 발생하지 않았다(실시예 21). 또 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도 D가 1×109개/㎤일 때, 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L 이 50nm인 경우에 슬립이 발생하지 않았지만(실시예 22), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 30nm인 경우에 슬립이 발생하였다(비교예 15). 또한 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출물의 밀도 D가 1×108개/㎤일 때, 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 100nm인 경우에 슬립이 발생하지 않았지만(실시예 23), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 75nm인 경우에 슬립이 발생하였다(비교예 16). 이 결과에 의거하여, 산소 석출물의 밀도 D(개/㎤)에 대한 슬립의 발생을 저지하는 데에 필요한 산소 석출물의 사이즈 L(nm)을 구하는 다음의 관계식 (A)를 도출할 수 있었다.
L≥12000×D-0.26 ……(A)
또 상술한 것으로부터, 슬립의 발생의 억제 효과는 산소 석출물의 형태에 의하지 않고, 산소 석출물의 밀도 D와 사이즈(대각선 길이) L로 정해지는 것을 알 수 있었다.
<실시예 24>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 3.6℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희 석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에서, 1000℃로 1시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 실리콘 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 50nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 15cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 15cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 최대 열 응력 S는 70MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 24로 하였다.
<실시예 25>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 3.6℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에 서, 1000℃로 3시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 실리콘 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 150nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 7cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 7cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 최대 열 응력 S는 35MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 25로 하였다.
<실시예 26>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 3.6℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에서, 1000℃로 12시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이 퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 실리콘 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 480nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 3cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 3cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 최대 열 응력 S는 20MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 실시예 26으로 하였다.
<비교예 17>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 3.6℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에서, 1000℃로 3시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 실리콘 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 150nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 15cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 15cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 최대 열 응력 S는 70MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 17로 하였다.
<비교예 18>
우선 직경이 150mm이고 또한 산소 농도가 15×1017atoms/㎤이며, 탄소를 1×1016atoms/㎤의 농도가 되도록 도핑한 실리콘 단결정을 준비하였다. 다음에 이 실리콘 단결정을 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 이 실리콘 웨이퍼를 질소분위기 중에서 700℃에서 900℃까지 3.6℃/분의 승온 속도로 승온하는 열 처리를 행하였다. 그 후, 상기 실리콘 웨이퍼에 두께 4μm의 에피택셜막을 성장시켜, 희석 산소 분위기(질소 100%에 대해서 3%의 산소를 혼합한 혼합 가스 분위기) 중에서, 1000℃로 6시간 유지하는 추가 열 처리를 행하였다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼 중의 산소 석출핵이 정사각형 판형의 산소 석출물로 성장하였다. 이 때의 실리콘 웨이퍼 중의 정사각형 판형의 산소 석출물의 밀도 D는 2×109개/㎤였다. 또 이 산소 석출물의 사이즈 L([100] 방향에서 정팔면체 형상의 산소 석출물을 보았을 때에 그 산소 석출물의 [010] 방향으로 신장되는 대각선 길이)은 250nm였다. 이 실리콘 웨이퍼를 세운 상태로, 질소 분위기 중에서 1000℃의 가로형 노에, 투입 속도 7cm/분으로 투입하고, 이 노 내에 30분간 유지한 후, 취출 속도 7cm/분으로 노에서 취출하였다. 이 때에 실리콘 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을, 실제의 열 처리시의 웨이퍼면 내의 온도를 실측하여, 이 실측치로부터 계산하여 구한 바, 최대 열 응력 S는 35MPa였다. 이 실리콘 웨이퍼를 비교예 18로 하였다.
<비교 시험 4 및 평가>
실시예 24∼26과 비교예 17 및 18의 실리콘 웨이퍼를, 질소 분위기 중에서 1000℃로 가열된 가로형 노에, 웨이퍼 보드에 세운 웨이퍼를, 노로의 투입 속도를 15cm/분, 7cm/분 또는 3cm/분으로 각각 변화시켜 투입하였다. 그리고 상기 노 내에 30분 유지하여 열 처리를 행한 후, 웨이퍼를 상기 투입 속도와 같은 속도로 노에서 취출하였다. 투입 속도 및 취출 속도를 변화시킴으로써, 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을 70MPa, 35MPa 또는 20MPa로 변화시켰다. 이 열 처리 후, 각 실리콘 웨이퍼의 에지로부터의 슬립의 발생 거동을 XRT(X-Ray Topograph)를 이용하여 평가하였다. 그 결과를 표 4 및 도 9에 나타낸다. 또한, 표 4에는, 산소 농도와, 웨이퍼의 1000℃에 있어서의 추가 열 처리 시간과, 웨이퍼 의 가로형 노로의 투입 속도 및 취출 속도와, 웨이퍼의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력도 기재하였다. 또, 도 9에 있어서, 흰색 사각형 및 검은색 사각형은 정사각형 판형의 산소 석출물의 예를 나타낸다. 또 흰색 사각형은 슬립이 발생하지 않은 것을 나타내고, 검은색 사각형은 슬립이 발생한 것을 나타낸다. 또한, 표 4에서는, 웨이퍼의 1000℃에 있어서의 추가 열 처리의 시간을 간단히 추가 열 처리 시간이라고 하고, 웨이퍼의 가로형 노로의 투입 속도 및 취출 속도를 간단히 투입 및 취출 속도라고 하고, 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력을 간단히 최대 열 응력 S라고 하였다.
[표 4]
Figure 112007004785825-pct00008
표 4 및 도 9로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S가 70MPa일 때, 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 50nm인 경우에 슬립이 발생하지 않았지만(실시예 24), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 150nm인 경우에 슬립이 발생하였다(비교예 17). 또 실리콘 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S가 35MPa 일 때, 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 150nm인 경우에 슬립이 발생하지 않았지만(실시예 25), 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 250nm인 경우에 슬립이 발생하였다(비교예 18). 또한 실리콘 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S가 20MPa일 때, 정사각형 판형의 산소 석출물의 사이즈 L이 480nm인 경우에 슬립이 발생하지 않았다(실시예 26). 이 결과에 의거하여, 실리콘 웨이퍼 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S(MPa)에 대한 슬립의 발생을 저지하는 데에 필요한 산소 석출물의 사이즈 L(nm)을 구하는 다음의 관계식 (B)를 도출할 수 있었다.
L≤51000×S-1.55 ……(B)
또 상술한 것으로부터, 슬립의 발생의 억제 효과는 산소 석출물의 형태에 의하지 않고, 산소 석출물의 밀도 D와 최대 열 응력 S로 정해지는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 방법으로 실리콘 웨이퍼를 제조함으로써, 즉 실리콘 웨이퍼의 내부에, 소정의 밀도 및 사이즈의 산소 석출물을 형성함으로써, 넓은 산소 석출물의 밀도의 범위에 걸쳐, 슬립이 발생하지 않고 또한 강도가 높은 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있으며, 또한 직경이 큰 실리콘 웨이퍼에도 적용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 실리콘 단결정봉을 슬라이스하여 제작된 실리콘 웨이퍼(10)를 열 처리하여 웨이퍼(10) 내부에 산소 석출물(11, 21, 31)을 형성하는 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 있어서,
    상기 산소 석출물(11, 21, 31)이 형성된 웨이퍼(10)가 그 후 반도체 디바이스 제조 프로세스로 열 처리되는 실리콘 웨이퍼로서,
    상기 웨이퍼(10)를 제조하기 위한 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력을 설정하는 공정과,
    상기 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력의 각각의 조합을 입력 파라미터로 하여, 포커 플랑크 방정식을 푸는 것에 의해, 상기 산소 석출물(11, 21, 31)을 형성시키기 위한 열 처리 공정의 후이고 또한 상기 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정의 직전의 상기 웨이퍼(10) 내부의 산소 석출물(11, 21, 31)의 대각선 길이 L(nm) 및 밀도 D(개/㎤)를 각각 산출하는 공정과,
    상기 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에 이용되는 열 처리로의 구조 및 그 열 처리 온도에 의거하여, 상기 디바이스 제조 프로세스의 열 처리 공정에서 상기 웨이퍼(10)의 외주부의 접선 방향으로 작용하는 최대 열 응력 S(MPa)를 산출하는 공정과,
    상기 복수 종류의 산소 농도 및 열 이력 중 다음의 식 (1)의 관계를 만족하는 산소 농도 및 열 이력을 결정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
    12000×D-0.26≤L≤51000×S-1.55 ……(1)
  2. 청구항 1에 있어서, 실리콘 웨이퍼(10) 내부의 B, P, As 및 Sb로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 도펀트 농도를 복수 종류 더 설정하고, 이러한 도펀트 농도를 각각 입력 파라미터에 더 더하는, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 실리콘 웨이퍼(10) 내부의 탄소 농도를 복수 종류 더 설정하고, 이러한 탄소 농도를 각각 입력 파라미터에 더 더하는, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 실리콘 웨이퍼(10) 내부의 질소 농도를 복수 종류 더 설정하고, 이러한 질소 농도를 각각 입력 파라미터에 더 더하는, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  5. 청구항 1 또는 2에 기재된 방법으로 제조된, 실리콘 웨이퍼.
  6. 청구항 3에 있어서, 실리콘 웨이퍼(10) 내부의 질소 농도를 복수 종류 더 설정하고, 이러한 질소 농도를 각각 입력 파라미터에 더 더하는, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  7. 청구항 3에 기재된 방법으로 제조된, 실리콘 웨이퍼.
  8. 청구항 4에 기재된 방법으로 제조된, 실리콘 웨이퍼.
  9. 청구항 6에 기재된 방법으로 제조된, 실리콘 웨이퍼.
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