KR101555520B1

KR101555520B1 - 단결정 성장 방법 및 에피텍셜 웨이퍼

Info

Publication number: KR101555520B1
Application number: KR1020140010627A
Authority: KR
Inventors: 정용호; 김상희; 김남석
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-09-24
Also published as: KR20150089705A

Abstract

실시 예에 따른 단결정 성장 방법은 도가니 내의 용융액에 종자 결정을 담그는 단계; 및 상기 종자 결정을 회전시키면서 단결정을 성장시키는 단계를 포함하며, 상기 성장하는 단결정의 체류 시간은 110분 내지 120분이고, 상기 체류 시간은 상기 성장하는 단결정이 400℃ ~ 600℃인 온도 구간에 머무는 시간이다.

Description

단결정 성장 방법 및 에피텍셜 웨이퍼{A METHOD OF GROWING A SINGLE CRYSTAL AND A EPITAXIAL WAFER MADE OF THE SINGLE CRYSTAL USING THE SAME}

실시 예는 단결정 성장 방법 및 이에 의하여 성장된 단결정으로 제작된 에피텍셜 웨이퍼에 관한 것이다.

초크랄스키(Czochralski, 이하 "CZ"라 한다) 방법으로 성장시킨 실리콘 단결정 잉곳은 성장 과정에서 성장 이력에 따른 결정 결함 및 원하지 않는 불순물, 특히 산소가 실리콘 단결정에 포함될 수 있다.

산소는 반도체 소자의 제조 공정에서 가해지는 열에 의해 산소 침전물(oxygen precipitates)로 성장하게 될 수 있다. 이러한 산소 침전물은 실리콘 웨이퍼의 강도를 보강할 수 있고, 금속 오염 원소를 포획하는 등 내부 게터링(Internal Gettering) 사이트로서 작용하는 등 유익한 특성을 보이기도 하지만, 반도체 소자의 누설 전류 및 불량(fail)을 유발할 수 있다.

반도체 소자가 형성될 웨이퍼 표면으로부터 소정 깊이까지의 디누드 존(denuded zone)에는 이러한 산소 침전물이 실질적으로 존재하지 않으면서도, 소정 깊이 이상의 벌크 영역에서는 소정의 밀도 및 분포로 존재하는 웨이퍼가 요구된다.

반도체 소자 제조 공정에서 이렇게 벌크(Bulk) 영역에 생성되는 산소 침전물들과 벌크 적층 결함들을 포함하여 통상 BMD(Bulk Micro Defects)라 하며, 이하에서는 벌크 영역의 산소 침전물과 BMD를 구분하지 않고 사용하기로 한다.

단결정 성장 중에 생성된 엠브리오(Embryo) 및 핵들(Nuclei) 중에서 임계 반지름(critical radius) 이상의 사이즈를 갖는 것들은 고온(예컨대,1000℃ 이상)의 후속 공정을 거침에 따라 BMD로 석출될 수 있는 반면에, 임계 반지름 미만의 사이즈를 갖는 것들은 소멸될 수 있다. 예컨대, 후속 고정은 에피텍셜 공정 또는 디바이스(device) 제조 공정일 수 있다.

특히 두께가 10um 이상인 에피 제품은 1000℃ 이상의 온도에서 장시간 열처리가 진행되고, 임계 반지름보다 사이즈가 작은 핵들은 소멸하기 때문에, BMD 밀도가 열위할 수 있다. 이러한 BMD의 열위로 인하여 불순물의 게더링 효과가 떨어질 수 있고, 제품의 브레이크 전압(Break Voltage)이 낮아질 수 있다.

실시 예는 1.0E4 (ea/㎠) 이상이 되는 BMD 밀도를 안정적으로 확보하고, 직경 방향으로의 BMD 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있는 단결정 성장 방법 및 에피텍셜 웨이퍼를 제공한다.

상기 단결정에는 도펀트(dopant)가 첨가되며, 첨가되는 도펀트의 농도는 1.0E18(atom/㎠) 이상일 수 있다.

상기 단결정을 성장하는 단계에서 멜트 갭(melt gap)은 40mm ~ 45mm이고, 단결정의 인상 속도(pulling speed)는 0.75mm/min ~ 0.8mm/min일 수 있다.

상기 성장하는 단결정의 에지 부분의 G값이 상기 성장하는 단결정 중앙 부분의 G값보다 크고, 상기 G값은 상기 용융액의 표면과 상기 용융액의 표면으로부터 기설정된 높이 위에 위치하는 상기 성장하는 단결정의 부분 간의 온도 구배일 수 있다.

상기 기설정된 높이는 1mm일 수 있다.

상기 성장하는 단결정의 에지 부분의 G값은 60 K/㎝ ~ 70 K/㎝이고, 상기 성장하는 단결정의 중앙 부분의 G값은 40 K/㎝ ~ 50 K/㎝일 수 있다.

상기 성장하는 단결정의 에지 부분의 G값과 중앙 부분의 G값의 차이는 15 K/㎝ ~ 25 K/㎝일 수 있다.

상기 용융액 표면으로부터 상기 성장하는 단결정의 중앙 부분의 계면의 높이는 -1mm ~ 3mm이고, 상기 성장하는 단결정의 중앙 부분의 계면은 상기 용융액과 상기 단결정의 중앙 부분 간의 경계면일 수 있다.

상기 단결정을 성장시키는 방법은 넥(neck)과 숄더(shoulder)를 형성하는 단계; 및 바디(body)를 성장시키는 단계를 포함하며, 상기 성장하는 단결정의 체류 시간은 상기 바디의 체류 시간일 수 있다.

실시 예에 따른 단결정 잉곳은 상기 단결정 성장 방법으로 성장될 수 있다.

실시 예에 따라 성장된 단결정으로 제작된 에피텍셜 웨이퍼(epitaxial wafer)에 있어서, BMD 밀도는 1.0E4 ea/㎠ 내지 8.0E5 ea/㎠이다.

상기 에피텍셜 웨이퍼의 중앙에서 에지(edge) 방향으로의 상기 BMD(Bulk Micro Defects) 밀도의 로그(log) 값의 표준 편차는 0.11 내지 0.35일 수 있다.

상기 에피텍셜 웨이퍼는 보론(boron)이 도핑되고, 상기 보론의 도핑 농도는 1.0E18 atom/㎠ 이상일 수 있다.

실시 예는 1.0E4 (ea/㎠) 이상이 되는 BMD 밀도를 안정적으로 확보할 수 있고, 직경 방향으로의 BMD 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 단결정 성장 장치의 개략적인 구성을 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 실시 예에 따른 단결정 성장 방법을 나타낸다.
도 3은 도 2b에 도시된 바에 따라 성장되는 단결정 잉곳의 온도 구배를 나타낸다.
도 4는 체류 시간에 따른 BMD의 사이즈, 및 BMD 밀도를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 실시 예에 따른 직경 방향으로의 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 균일하게 하는 방법을 나타낸다.
도 6은 실시 예에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c는 일반적인 단결정 성장 방법에 따라 성장된 단결정으로 제조된 에피텍셜 웨이퍼의 직경 방향으로의 BMD 밀도를 나타낸다.
도 8은 도 6에 도시된 BMD 밀도의 표준 편차를 나타낸다.

이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.

도 1은 단결정 성장 장치(100)의 개략적인 구성을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 단결정 성장 장치(100)는 챔버(110), 도가니(120), 도가니 지지부(130), 발열체(140), 열차페제(150), 단열재(160), 인상 수단(170), 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.

챔버(110)는 단결정 성장이 이루어지는 공간일 수 있다. 예컨대, 챔버(110)는 결합하는 위치에 따라 몸체 챔버(body chamber, 111), 돔 챔버(dome chamber, 112), 및 풀 챔버(pull chamber, 113)를 포함할 수 있다.

몸체 챔버(111) 내에는 도가니(120)가 설치될 수 있고, 돔 챔버(112)는 몸체 챔버(111)의 상단에서 덮개부를 형성할 수 있다. 몸체 챔버(111)와 돔 챔버(112)는 다결정 실리콘을 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시키기 위한 환경을 제공하는 곳으로, 내부에 수용 공간을 갖는 원통일 수 있다. 풀 챔버(113)는 돔 챔버(112) 상단에 위치하고, 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위한 공간일 수 있다.

도가니(120)는 몸체 챔버(111) 내부에 배치될 수 있고, 원료 물질, 예컨대, 다결정 실리콘을 수용할 수 있으며, 석영으로 이루어질 수 있다.

도가니 지지부(130)는 도가니(120) 하부에 위치하고, 도가니(120)를 지지할 수 있고, 도가니(120)를 회전시킬 수 있으며, 도가니(120)를 상하 운동시킬 수 있다.

발열체(140)는 도가니(120)의 외주면과 이격되도록 몸체 챔버(111) 내에 배치될 수 있으며, 도가니(120)를 가열할 수 있다.

열차폐제(150)는 도가니(120) 상부에 배치되며, 고액 계면의 온도 구배 제어를 위해 실리콘 단결정(70)으로 방출되는 열의 외부 방출을 차폐할 수 있다.

예컨대, 열차폐제(150)는 실리콘 융액(5)으로부터 실리콘 단결정(70)으로 복사되는 열을 차단할 수 있고, 발열체(140)로부터 발생하는 불순물(예컨대, CO gas)이 실리콘 단결정(70)으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.

열차폐제(150)와 실리콘 용융액(5)의 표면 간의 거리를 멜트 갭(melt gap)이라 하며, 도 1에서는 "d"로 표시한다.

단열재(160)는 발열체(130)와 몸체 챔버(111)의 내벽 사이에 설치될 수 있다. 단열재(160)는 발열체(130)의 열이 몸체 챔버(111) 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다. 예컨대, 단열재(160)는 측부 단열재, 및 하부 단열재를 포함할 수 있다.

인상 수단(170)은 대상물(예컨대, 종단 결정이 장착된 시드 척(seed chuck))을 고정하는 고정부(172) 및 대상물을 상승 또는 하강시키는 인상부(174)를 포함할 수 있다. 고정부(172)는 케이블 타입(cable type) 또는 샤프트(shaft type)일 수 있다. 인상부(174)는 모터 등을 이용하여 고정부(172)를 상승 또는 하강시킬 수 있으며, 일정 방향으로 고정부(172)를 회전시킬 수 있다. 즉 인상 수단(170)은 성장하는 단결정 잉곳(70)을 회전시킬 수 있다.

제어부(190)는 도가니 지지부(130)가 도가니(120)를 회전하거나 도가니(120)를 상승 또는 하강시키는 것을 조절한다. 제어부(190)는 인상 수단(170)이 단결정(70)을 인상하는 것을 조절한다.

즉 제어부(190)는 도가니(120)의 회전, 도가니(120)의 인상, 및 단결정의 인상을 조절할 수 있다. 예컨대, 제어부(190)는 단결정의 인상 속도(Vp), 및 멜트 갭(d)을 제어할 수 있다.

산소와 결합한 실리콘 산화물의 배출을 돕고, 단열재(160)를 보호하기 위하여 불활성 가스, 예컨대, 아르곤(Ar) 가스가 가열 초기부터 실리콘 단결정을 냉각시킬 때까지 챔버(110) 내부로 계속 공급될 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 실시 예에 따른 단결정 성장 방법을 나타낸다. 여기서 단결정은 단결정봉(single crystal boule), 또는 단결정 잉곳(single crystal ingot)과 혼용되어 사용될 수 있다.

도 2a를 참조하면, 도가니(120)에 원료 물질, 예컨대, 다결정 실리콘을 충전한 후 발열체(130)에 의하여 다결정 실리콘의 융점(예컨대, 약 1420℃) 이상으로 도가니(120)를 가열하여 도가니(120) 내에 용융액(5)을 형성한다.

도가니(120)에 용융액(5)을 형성한 후 넥킹(necking) 공정에 의하여 넥(220)을 형성하고, 숄더링(shouldering) 공정에 의하여 숄더(230)를 형성한다.

먼저 실리콘 용융액 표면(6)의 중심부에 종자 결정(210)을 접촉 및 침지시키고, 도가니 지지부(130)를 회전시킴과 동시에 종자 결정(210)을 인상함으로써, 넥(neck, 220)을 형성하는 넥킹(necking) 공정을 수행한다.

예컨대, 실리콘 용융액(M)의 일부가 고화되면서 종자 결정(210)이 인상됨에 따라 종자 결정(210)보다 큰 직경을 갖는 연속적인 굵은 마디들이 형성될 수 있는데, 이를 넥(220)이라 할 수 있다.

넥(220) 형성 이후 목표 직경까지 단결정을 성장시키는 숄더링 공정을 수행하며, 숄더링 공정에 의하여 성장된 단결정 부분을 숄더(230)라 할 수 있다.

예컨대, 숄더(230)의 직경이 도가니(120) 직경의 50% ~ 70%가 될 때까지 숄더(230)를 성장시킬 수 있는데, 이는 숄더(230)가 도가니(120) 내벽에 붙음으로써 유발되는 크랙(crack)을 방지하기 위함이다.

다음으로 도 2b를 참조하면, 원하는 목표 직경을 갖는 숄더(230)의 성장이 완료된 후에 길이 방향(101)으로 단결정을 성장시키는 바디 그로잉(body growing) 공정을 수행하며, 바디 그로잉 공정에 의하여 성장된 단결정 부분을 바디(body, 240)라 할 수 있다.

실시 예에 따라 성장되는 단결정에는 도펀트, 예컨대, 보론(boron)이 첨가될 수 있으며, 첨가되는 도펀트(dopant)의 농도, 예컨대, 보론(boron)의 농도는 1.0E18(atom/㎠) 이상일 수 있다.

예컨대, 실시 예에 따라 제조된 실리콘 웨이퍼의 두께는 10um이상일 수 있고, 보론의 도핑 농도는 1.0E18(atom/㎠) ~ 1.0E19(atom/㎠)일 수 있다.

도펀트의 농도가 1.0E18(atom/㎠) 이상이고, CZ법에 의하여 성장된 단결정에서 BMD(Bulk Micor Defects) 형성을 위한 핵(nuclei, 이하 "BMD용 핵"이라 함)이 형성되는 온도는 400℃ ~ 600℃일 수 있다.

성장된 단결정 내의 산소 석출량은 BMD용 핵이 형성되는 온도 구간에 머무는 시간(이하 " 체류 시간(dwelling time)"이라 함)에 영향을 받을 수 있기 때문에, 체류 시간에 따라 BMD의 밀도가 결정될 수 있다.

이하 "체류 시간"은 도펀트의 농도가 1.0E18(atom/㎠) 이상이고, CZ법에 의하여 성장된 단결정이 BMD용 핵이 형성되는 온도 구간(예컨대, 400℃ ~ 600℃)에 머무는 시간 또는 통과하는 시간을 의미할 수 있다.

예컨대, 체류 시간은 바디(240)가 400℃ ~ 600℃에 머무는 시간 또는 통과하는 시간을 의미할 수 있다.

도 4는 체류 시간(Td)에 따른 BMD의 사이즈(size), 및 BMD 밀도를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 체류 시간(Td)이 70분 ~ 80분일 경우에는 후속 공정에서 생성되는 BMD 사이즈가 작기 때문에, 후속 공정에서 핵이 소멸(dissolution)될 수 있어 BMD 밀도가 낮다. 예컨대, 후속 공정은 Cz법에 의하여 성장된 단결정을 슬라이싱하여 만들어진 웨이퍼 위에 실리콘을 성장시키는 고온의 에피텍셜 공정일 수 있으며, 이렇게 제조된 웨이퍼를 "에피텍셜 웨이퍼"라 할 수 있다.

체류 시간(Td)이 120분을 초과할 때는 에피텍셜 웨이퍼에 생성되는 BMD 사이즈가 점점 커지다가 일정한 값(예컨대, 50)으로 수렴하는 것을 알 수 있다.

그런데 BMD 사이즈가 커지면 고온의 에피텍셜 공정 후에도 소멸하지 않고 살아남는 BMD용 핵은 많을 수 있지만, 체류 시간이 120분을 초과한 후에는 오히려 생성되는 BMD 밀도가 감소하는 것을 알 수 있다.

실시 예는 체류 시간을 110분 ~ 120분으로 설정함으로써, 1.0E4 (ea/㎠) 이상이 되는 BMD 밀도를 안정적으로 확보할 수 있다. 예컨대, 체류 시간을 110분 ~ 120분으로 설정하여 성장시킨 단결정을 이용하여 제작된 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도는 1.0E4 ea/㎠ 내지 8.0E5 ea/㎠일 수 있다.

체류 시간의 하한치를 110분으로 한 이유는 BMD가 형성되기 위한 충분한 핵의 크기를 갖도록 하기 위함이다. 또한 체류 시간이 120분을 초과할 때는 BMD 밀도가 오히려 감소하는 것을 고려하여 체류 시간의 상한치를 120분으로 설정한다.

실시 예는 체류 시간(dwelling time)을 110분 ~ 120분을 갖도록 하기 위하여, 단결정 성장시 멜트 갭(d)은 40mm ~ 45mm로 유지하고, 단결정 인상 속도(pulling speed, Vp)는 0.75mm/min ~ 0.8mm/min로 한다. 여기서 min은 분(minute)을 나타낸다.

예컨대, 바디 그로잉 공정에서의 멜트 갭(d)을 40mm ~ 45mm로 유지하고, 바디 그로잉 공정에서의 단결정 인상 속도(pulling speed, Vp)는 0.75mm/min ~ 0.8mm/min로 한다.

단결정 인상 속도(Vp)가 0.75min/min 미만일 경우에는 디바이스(device) 성능을 악화시키는 산화적층결함(Oxidation induced Stacking Fault, OiSF)이 발생할 수 있다.

바디 그로잉 공정에서 멜트 갭(d)이 45mm를 초과하고, 단결정 인상 속도(Vp)가 0.75min/min 미만일 경우, BMD 형성에 필수적인 요소인 베이컨시(vacancy)의 생성이 감소하여 BMD의 밀도가 감소하는 현상이 발생할 수 있다.

도 3은 도 2b에 도시된 바에 따라 성장되는 단결정의 온도 구배를 나타낸다.

단결정(예컨대, 바디(240))는 성장하면서 인상되는데, 단결정이 상승할수록 용융액(5) 또는 히터(140)로부터 멀어지기 때문에 단결정은 점차 냉각될 수 있다.

제어부(190)에 의하여 멜트 갭(d)을 40mm ~ 45mm로 유지하고, 단결정 인상 속도(Vp)를 0.75mm/min ~ 0.8mm/min로 하여 단결정(예컨대, 바디(240))를 성장할 경우, 성장하는 단결정(예컨대, 바디(240))의 온도 구배는 도 3에 도시된 바와 같다.

도 3을 참조하면, 실리콘 용융액(5)의 표면(6)으로부터 600℃가 되는 바디(240)의 제1 부분(241)까지의 제1 거리(D1)는 359mm일 수 있고, 실리콘 용융액(5)의 표면(6)으로부터 400℃가 되는 바디(240)의 제2 부분(242)까지의 제2 거리(D2)는 381mm일 수 있다.

이때 단결정(예컨대, 바디(240))의 체류 시간(Td)은 110분 ~ 120분일 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 일반적인 단결정 성장 방법에 따라 성장된 단결정을 이용하여 제조된 에피텍셜 웨이퍼의 직경 방향으로의 BMD 밀도를 나타낸다.

이하, 에피텍셜 웨이퍼의 직경 방향은 에피텍셜 웨이퍼의 중앙에서 에지로 향하는 방향일 수 있다. 단결정의 직경 방향은 단결정의 중앙에서 에지로 향하는 방향일 수 있다.

도 7a는 넥 또는 숄더 부분으로 제조된 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 나타내고, 도 7b는 바디 부분으로 제조된 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 나타내고, 도 7c는 테일 부분으로 제조된 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 나타낸다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 단결정의 중앙 부분과 에지 부분 간의 열 이력의 차이가 크기 때문에, 상기 단결정으로 제조된 에피텍셜 웨이퍼의 중앙 부분의 BMD 밀도는 낮을 수 있고, 단결정으로 제조된 에피텍셜 웨이퍼의 에지 부분의 BMD 밀도는 높은 것을 알 수 있다.

성장하는 단결정의 중앙 부분과 에지 부분 간의 열 이력의 차이가 발생할 수 있고, 이로 인하여 상기 성장된 단결정으로 제작된 에피텍셜 웨이퍼의 직경 방향(102, 도 2b 참조)으로의 BMD 밀도의 균일성이 나빠질 수 있다.

실시 예는 직경 방향(102, 도 2b 참조)으로의 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 균일하게 하기 위하여 단결정의 에지 부분(302, 도 3 참조)의 G값(Ge)은 향상시키고, 단결정의 중앙 부분(301, 도 3 참조)의 G값(Gc)을 하강시킨다.

도 5a 및 도 5b는 실시 예에 따른 직경 방향으로의 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 균일하게 하는 방법을 나타낸다.

도 5a에 도시된 바와 같이 단결정의 에지 부분(302)의 G값을 증가시키고, 도 5b에 도시된 바와 같이 단결정의 중앙 부분(301)의 계면(7)의 높이를 낮춘다(H2→H1).

여기서 단결정 중앙 부분(301)의 계면(7)의 높이(H1)는 기준면(8)으로부터 계면(7)까지의 높이일 수 있고, 계면(7)은 용융액(5)과 단결정의 중앙 부분(301) 간의 경계면일 수 있으며, 기준면(8)은 용융액(5)의 표면일 수 있다.

예컨대, 단결정의 중앙 부분(301)의 계면의 높이(H1)는 -1mm ~ 3mm일 수 있다. 여기서 음수(-)는 단결정의 중앙 부분(301)의 계면이 기준면(8)보다 낮은 것을 의미할 수 있다.

도 5a 및 도 5b에 따른 방법에 의하여 단결정의 에지 부분(302)의 G값(Ge)이 단결정 중앙 부분(301)의 G값(Gc)보다 클 수 있다(Ge>Gc).

예컨대, 단결정의 에지 부분(302)의 G값(Ge)은 60 K/㎝ ~ 70 K/㎝일 수 있고, 단결정(예컨대, 바디(240))의 중앙 부분(301)의 G값(Gc)은 40 K/㎝ ~ 50 K/㎝일 수 있고, △G(Ge-Gc)는 15 K/㎝ ~ 25 K/㎝일 수 있다.

바람직하게는 단결정의 에지 부분(302)의 G값(Ge)은 65.777 K/㎝일 수 있고, 단결정(예컨대, 바디(240))의 중앙 부분(301)의 G값(Gc)은 45.436 K/㎝일 수 있고, △G(Ge-Gc)는 20.341 K/㎝일 수 있다.

여기서 G값은 고액계면 근방의 온도 구배를 의미할 수 있다.

예컨대, G값은 용융액(5)의 표면(6)과 용융액(5)의 표면(6)으로부터 기설정된 높이(예컨대, 1mm) 위에 위치하는 단결정 부분 사이의 온도 구배일 수 있다.

G값은 용융액(5)의 표면의 온도가 정해져 있다면, 용융액(5) 표면(6)으로부터 기설정된 높이(예컨대, 1mm) 위에 위치하는 단결정 부분의 온도를 시뮬레이션(simulation)으로 측정하고, 양자 간의 온도 구배로 G값을 산출할 수 있다.

일반적으로 성장하는 단결정(예컨대, 바디)의 △G가 클 경우에는 상기 단결정(예컨대, 바디)으로 제조된 에피텍셜 웨이퍼의 중앙 부분의 BMD의 밀도는 낮을 수 있고, 에피텍셜 웨이퍼의 에지 부분의 BMD의 밀도는 높을 수 있기 때문에, 에피텍셜 웨이퍼의 직경 방향으로의 BMD 밀도가 불균일할 수 있다.

도 6은 실시 예에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 나타낸다.

g1, g2,g3는 실시 예에 따른 G값을 갖도록 성장된 단결정으로 제작된 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 나타내고, g4, g5, g6는 실시 예에 따른 G값의 범위 밖에서 성장된 단결정으로 제작된 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 나타낸다. x축은 에피텍셜 웨이퍼의 중앙으로부터 에지(edge) 방향으로의 거리를 나타낸다.

도 6을 참조하면, g4,g5,g6의 경우, 에피텍셜 웨이퍼의 중앙 부분에서는 BMD가 거의 석출되지 않고, 에피텍셜 웨이퍼의 에지 부분으로 갈수록 석출되는 BMD가 급격히 증가하기 때문에, 직경 방향으로의 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도가 균일하지 않다.

반면에 g1 내지 g3의 경우, 직경 방향으로의 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도의 차이가 g4 내지 g6에 비하여 현저히 감소함을 알 수 있으며, 실시 예는 직경 방향으로의 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도를 균일할 수 있다.

도 8은 도 6에 도시된 BMD 밀도의 표준 편차를 나타낸다.

도 8을 참조하면, BMD 밀도의 표준 편차(STDEV)는 직경 방향으로의 BMD 밀도의 로그(log) 값의 표준 편차일 수 있다.

g4 내지 g6의 표준 편차에 비하여, g1 내지 g3의 표준 편차가 작은 것을 알 수 있다. 즉 실시 예에 따른 단결정을 이용하여 제조된 에피텍셜 웨이퍼의 직경 방향으로의 BMD 밀도의 표준 편차는 0.11 ~ 0.35일 수 있고, 직경 방향으로의 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도의 균일성이 향상됨을 알 수 있다.

다음으로 도 2c를 참조하면, 원하는 길이만큼 바디를 성장한 후에는 도가니(120) 내의 용융액(5)으로부터 단결정을 분리하는 테일링(tailing) 공정을 수행한다. 예컨대, 도가니(120)의 회전을 빠르게 하여 단결정의 직경을 점차 줄여나감으로써, 단결정을 용융액으로부터 분리할 수 있다.

실시 예는 성장하는 단결정의 체류 시간을 110분 ~ 120분으로 설정함으로써, 1.0E4 (ea/㎠) 이상이 되는 BMD 밀도를 안정적으로 확보할 수 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 챔버 120: 도가니
130: 도가니 지지부 140: 발열체
150: 열차페제 160: 단열재
170: 인상 수단 190: 제어부.

Claims

도가니 내의 용융액에 종자 결정을 담그는 단계; 및
상기 종자 결정을 회전시키면서 단결정을 성장시키는 단계를 포함하며,
상기 성장하는 단결정의 체류 시간은 110분 내지 120분이고,
상기 단결정에는 도펀트(dopant)가 첨가되며, 첨가되는 도펀트의 농도는 1.0E18(atom/㎠) 이상이고,
상기 성장하는 단결정의 에지 부분의 G값이 상기 성장하는 단결정 중앙 부분의 G값보다 크고, 상기 G값은 상기 용융액의 표면과 상기 용융액의 표면으로부터 기설정된 높이 위에 위치하는 상기 성장하는 단결정의 부분 간의 온도 구배이고, 상기 체류 시간은 상기 성장하는 단결정이 400℃ ~ 600℃인 온도 구간에 머무는 시간인 단결정 성장 방법.
제1항에 있어서,
상기 단결정은 초크랄스키(Czochralski) 방법에 의하여 성장시키는 단결정 성장 방법.
제1항에 있어서,
상기 단결정을 성장하는 단계에서 멜트 갭(melt gap)은 40mm ~ 45mm이고, 단결정의 인상 속도(pulling speed)는 0.75mm/min ~ 0.8mm/min인 단결정 성장 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 기설정된 높이는 1mm인 단결정 성장 방법.
제1항에 있어서,
상기 성장하는 단결정의 에지 부분의 G값은 60 K/㎝ ~ 70 K/㎝이고, 상기 성장하는 단결정의 중앙 부분의 G값은 40 K/㎝ ~ 50 K/㎝인 단결정 성장 방법.
제6항에 있어서,
상기 성장하는 단결정의 에지 부분의 G값과 중앙 부분의 G값의 차이는 15 K/㎝ ~ 25 K/㎝인 단결정 성장 방법.
제1항에 있어서,
상기 용융액 표면으로부터 상기 성장하는 단결정의 중앙 부분의 계면의 높이는 -1mm ~ 3mm이고, 상기 성장하는 단결정의 중앙 부분의 계면은 상기 용융액과 상기 단결정의 중앙 부분 간의 경계면인 단결정 성장 방법.
제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단결정을 성장시키는 방법은,
넥(neck)과 숄더(shoulder)를 형성하는 단계; 및
바디(body)를 성장시키는 단계를 포함하며,
상기 성장하는 단결정의 체류 시간은 상기 바디의 체류 시간인 단결정 성장 방법.
제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법으로 성장된 단결정으로 제작된 에피텍셜 웨이퍼(epitaxial wafer)에 있어서,
BMD 밀도는 1.0E4 ea/㎠ 내지 8.0E5 ea/㎠인 에피텍셜 웨이퍼.
제10항에 있어서,
중앙에서 에지(edge) 방향으로의 상기 BMD(Bulk Micro Defects) 밀도의 로그(log) 값의 표준 편차는 0.11 내지 0.35인 에피텍셜 웨이퍼.
제10항에 있어서,
상기 첨가되는 도펀트는 보론(boron)인 에피텍셜 웨이퍼.