KR102124720B1 - 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 제조 방법, 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 제조 장치 및 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 - Google Patents

단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 제조 방법, 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 제조 장치 및 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산소 및 적어도 하나의 n형 도펀트를 포함한 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법, 상기 방법을 수행하는 장치 및 상기 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼에 관한 것이다. 상기 방법은 석영 도가니 내에 n형 도펀트를 포함한 실리콘의 용융물- 이 용융물은 hM의 초기 높이를 갖는 것임 -을 제공하는 단계와; 상기 높이 hM보다 작은 hm의 초기 높이를 가진 용융물의 상부 체적에 열을 선택적으로 공급함으로써 상기 용융물을 측면으로부터 가열하는 단계와; V의 당김 속도로 CZ법에 의해 상기 용융물로부터 실리콘의 단결정을 당기는 단계와; 성장하는 단결정과 상기 용융물 사이의 페이즈 경계 영역에서 상기 용융물을 위로부터 가열하는 단계와; 상기 용융물의 표면 영역에서 상기 용융물을 위로부터 가열하는 단계와; 상기 용융물에 자계를 인가하는 단계와; 상기 용융물을 p형 도펀트로 카운터도핑하는 단계와; 상기 단결정으로부터 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 분리하는 단계를 포함한다.

Description

단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 제조 방법, 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 제조 장치 및 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼
본 발명은 산소와 적어도 하나의 n형 도펀트를 포함하고 산소 농도 및 산소 농도의 방사상 변화가 비교적 작은 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전술한 특성을 가지면서 직경이 적어도 300mm인 반도체 웨이퍼를 제조하기에 적합한 장치 및 그러한 반도체 웨이퍼에 관한 것이다.
전술한 특성을 가진 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼는 특히 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)에 기초하여 전자 컴포넌트를 제조하기 위해 사용되는 기판이다. 기판의 산소 농도는 전자 컴포넌트의 제조 과정에서 산소가 컴포넌트의 유용성을 희생시키는 전기 저항을 변화시킬 수 있는 열 도너(thermal donor)의 형성에 기여하기 때문에 가능한 한 낮아야 한다. 기판의 산소 농도가 비교적 낮아야 하는 필요조건은 특히 반도체 웨이퍼가 적어도 300mm의 직경을 갖는 것으로 동시에 기대될 때 난제이다.
그러한 상황에서, 반도체 웨이퍼가 분리되는 단결정은 CZ법에 의해 성장되어야 한다. CZ법에 의한 실리콘의 단결정 성장은 다결정 실리콘을 석영 도가니에서 용융시키는 단계와, 결과적인 용융물에 모결정(seed crystal)을 담그는 단계와, 석영 도가니와 모결정이 회전하는 동안 모결정의 하측에서 물질의 결정화를 개시하기 위해 모결정을 위쪽으로 당기는 단계를 포함한다. 이 물질의 일부는 실리콘의 단결정 반도체 웨이퍼가 일반적으로 분리되는 실리콘의 단결정을 형성한다.
실리콘 용융물은 도가니 물질로부터 산소를 용해시키고, 이 산소는 성장하는 단결정에 일부가 통합되고 일부는 상기 용융물로부터 기상 SiO의 형태로 빠져나간다. 단결정 물질이 IGBT를 제조하는데 적합하게 되도록 단결정 내의 산소 농도가 충분히 낮게 유지되는 것을 보장하기 위해 특수한 조치가 취해져야 한다.
반면에, 결정 격자 내에 산소가 존재하면 열적으로 또는 기계적으로 도입되는 응력에 의한 슬립(slip)에 대한 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼의 저항을 강화시킨다. 단결정 내의 산소 농도가 비교적 낮을 때는 그러한 단결정으로부터 분리된 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼가 가장자리 영역에서 산소 농도의 강하를 나타내고 상기 가장자리 영역은 특히 슬립을 받기 쉽다는 문제점에 봉착한다.
n형 도펀트, 예를 들면 인으로 용융물을 도핑할 때, 도펀트는 단결정의 증가하는 결정화로 상기 용융물에 누적된다. 이러한 분리 효과 때문에, 단결정의 특정 저항은 단결정의 하단부를 향하는 방향으로 떨어진다. 단결정으로부터 분리되고 IGBT를 제조하기 위한 기판으로서 적합한 반도체 웨이퍼는 그 전기적 특성이 매우 약간만 다를 수 있다. 단결정의 전체 길이에서 특정 저항의 감소를 막기 위해, 용융물에 p형 도펀트, 예를 들면 붕소를 첨가하여 전하 캐리어에서 분리 유도형 증가를 보상할 수 있다. 이러한 방책은 카운터도핑(counterdoping)이라고 부르고 예를 들면 US2015/0 349 066 A1에 자세히 설명되어 있다.
US2007/0 193 501 A1에는 산소 농도가 4.33×1017 원자/㎤ 이하인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼의 제조에 대하여 설명되어 있고, 보고된 값은 새로운 ASTM으로 변환된다. 상기 문서에 내포된 예들은 변환된 농도가 2.6×1017 원자/㎤인 반도체 웨이퍼가 정말로 제조되었다는 것을 보여준다. 상기 문서에서 설명된 제조 방법은 수율을 높이기 위해 카운터도핑을 이용하여 CZ법에 의해 실리콘의 단결정을 성장시키는 단계를 포함한다.
EP 0 926 270 A1에는 링형 가열 장치가 설명되어 있고, 그 장치를 사용함으로써 용융물의 표면을 통한 SiO의 방출을 촉진한다.
본 발명은 특히 산소 농도의 방사상 변화가 감소된 웨이퍼에서 한층 더 낮은 산소 농도를 가진 단결정 실리콘의 n형 도핑된 반도체 웨이퍼를 제공하는 법 및 그러한 반도체 웨이퍼의 수율을 최적화하는 법을 설명하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 산소 및 적어도 하나의 n형 도펀트를 포함한 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,
석영 도가니 내에 n형 도펀트를 포함한 실리콘의 용융물- 이 용융물은 hM의 초기 높이를 갖는 것임 -을 제공하는 단계와;
상기 높이 hM보다 작은 hm의 초기 높이를 가진 용융물의 상부 체적에 열을 선택적으로 공급함으로써 상기 용융물을 측면으로부터 가열하는 단계와;
V의 당김 속도로 CZ법에 의해 상기 용융물로부터 실리콘의 단결정을 당기는 단계와;
성장하는 단결정과 상기 용융물 사이의 페이즈 경계(phase boundary)의 영역에서 상기 용융물을 위로부터 가열하는 단계와;
상기 용융물의 표면 영역에서 상기 용융물을 위로부터 가열하는 단계와;
상기 용융물에 자계를 인가하는 단계와;
상기 용융물을 p형 도펀트로 카운터도핑하는 단계와;
상기 단결정으로부터 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 분리하는 단계를 포함한 반도체 웨이퍼 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 산소, 열 도너 및 적어도 하나의 n형 도펀트를 포함하고 직경이 300mm 이상인 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 또한 제공한다. 반도체 웨이퍼의 산소 농도는 2.2×1017 원자/㎤ 미만, 바람직하게는 2.0×1017 원자/㎤ 미만이고, 방사상 방향으로 평균치로부터 5% 이하만큼 편향한다. 반도체 웨이퍼에서 열 도너의 밀도는 3×1013/㎤ 이하이다.
130mm 내지 150mm의 방사상 위치를 포함한 가장자리 영역에서 평균치로부터 산소 농도의 편향이 10% 이하일 때가 바람직하다.
발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 일련의 조치가 취해져야 한다는 것을 발견하였다. 용융물에서의 유동 조건 및 온도 필드가 발생되고, 이것은 도가니 물질로부터 산소의 용해를 방해하고 용융물 표면을 통해 용융물로부터 SiO의 방출을 촉진하며, 단결정의 중심으로부터 가장자리까지 균질 분포를 가진 성장하는 단결정에 산소가 흡수되는 것을 쉽게 한다. 또한, 단결정의 당김 중에, 단결정의 당김 속도 및 냉각률은 단결정에서 열 도너의 농도를 낮게 유지하도록 제어된다.
n형 도펀트를 포함한 실리콘 용융물은 석영 도가니에서 다결정 실리콘과 n형 도펀트, 예를 들면 인을 용융시킴으로써 바람직하게 제공된다.
단결정을 당기는 동안, 상기 용융물에는 적어도 3개의 위치로부터, 즉 성장하는 단결정과 상기 용융물 사이의 페이즈 경계의 영역에서 위로부터, 상기 용융물의 표면 영역에서 위로부터, 및 상기 용융물의 상부 절반에 선택적으로 측면으로부터 열이 공급된다. 또한, 용융물은 총 열 출력이 유지되게 하면서 예를 들면 상기 적어도 3개의 위치 중 적어도 하나에서 열 출력을 완화시키기 위해 아래로부터 추가로 가열될 수 있다. 예를 들면 석영 도가니를 보호하고 도가니의 상부가 그 형상을 잃고 용융물로 넘어지는 것을 방지하기 위하여 상기 측면으로부터의 열 공급을 줄이는 것이 유리할 수 있다.
용융물에의 열 공급은 총 열 출력의 비율로서의 열 출력이 페이즈 경계의 영역에서 위로부터 용융물을 가열하는 경우 5% 이상 15% 이하로 되고, 표면 영역에서 위로부터 용융물을 가열하는 경우 5% 이상 15% 이하로 되도록 실행되는 것이 바람직하다. 만일 용융물이 아래로부터 추가로 가열되면, 측면으로부터 용융물을 가열하기 위해 소비된 열 출력의 비율로서 상기 추가 가열을 위해 소비된 열 출력은 5% 이하인 것이 바람직하다.
측면으로부터의 열 공급은 용융물 체적의 상위 비율 쪽으로 선택적으로 지향되어야 한다. 다시 말해서, 용융물 체적의 하위 비율의 측면으로부터의 의도적 가열은 결정 성장 절차의 초기에 발생하지 않고, 용융물 체적의 70%가 단결정의 구성물이 될 때까지 발생하지 않는 것이 바람직하다. 용융물에서의 바람직한 유동 조건 및 바람직한 온도 필드는 다른 방식으로 발생될 수 없다. 따라서 상기 방법은 hm의 초기 높이를 가진 용융물의 상부 체적에 열을 선택적으로 공급하는 단계를 포함하고, 상기 높이 hm은 용융물의 초기 높이 hM보다 작다. hm:hM의 비율은 0.75 이하인 것이 바람직하다. 단결정의 결정화에 의해 야기되는 용융물의 하강은 석영 도가니의 상승에 의해 보상된다.
또한, 위로부터, 구체적으로는 성장하는 단결정과 상기 용융물 사이의 페이즈 경계 영역에서 및 상기 용융물의 표면 영역에서, 더 구체적으로는 상기 성장하는 단결정을 둘러싸는 열 차폐물과 석영 도가니의 벽 사이의 용융물의 표면 영역에서 위로부터 상기 용융물의 가열이 발생한다. 양측 영역의 가열은 상기 열 차폐물이 2개의 가열 수단 중의 하나에 의해 각각의 다른 영역의 추가적인 가열을 차단하기 때문에 서로에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 2개의 가열 수단을 이용하여 실행된다.
성장하는 단결정과 상기 용융물 사이의 페이즈 경계 영역에서 위로부터 상기 용융물의 가열은 성장하는 단결정과 상기 용융물 사이의 페이즈 경계에서 축방향 온도 구배(G)를 제어하는데 특히 소용된다. 당김 속도(V)와 축방향 온도 구배(G)의 몫(V/G)은 내부 점 결함(실리콘 침입형(interstitial) 원자 및 간극(vacancies)) 및 그 응집체의 형성에 결정적인 영향을 미친다는 것이 알려져 있다. 축방향 온도 구배(G)는 시뮬레이션에 의해 대략적으로 산출될 수 있고, 성장하는 단결정, 즉 핫 존의 당면한 환경의 구성을 통해 실질적으로 영향을 받는다. 실리콘의 단결정은 당김 속도(V)로, 바람직하게는 성장하는 단결정 실리콘에서 침입형 원자가 응집체를 형성하지 않고 그 존재가 열 도너의 형성을 쉽게 하는 자유 간극의 농도가 가능한 한 낮게, 바람직하게는 3×1014/㎤ 이하로 되도록 V/G를 수반하는 당김 속도(V)로 CZ법에 의해 당겨진다. 따라서 이것은 단결정 빈 격자점의 중심으로부터 가장자리까지 COP(crystal originated particles, 결정에 기인한 입자) 결함으로서 검출 가능한 응집체를 형성하지 않고 우세하게 되도록 및/또는 단결정 실리콘 침입형 원자의 중심으로부터 가장자리까지 Lpit(large etch pits, 큰 에칭 피트) 결함으로서 검출 가능한 응집체를 형성하지 않고 우세하도록 몫(V/G)을 제어하기 위해 특히 바람직하다.
용융물의 표면 영역에서 위로부터 상기 용융물의 가열은 실리콘의 단결정에서의 산소 농도를 2.2×1017 원자/㎤ 미만으로 제한할 필요가 있는 용융물의 유동 조건 및 온도 필드의 발생에 기여한다.
또한, 자계, 바람직하게는 CUSP 자계, 즉 석영 도가니의 회전축에 대하여 축대칭인 자계 선 구조를 가진 자계가 용융물에 인가된다. 자계는 바람직하게 700-1300 가우스의 최대 자속 밀도를 갖는다. 최저 자속 밀도를 가진 자계의 평면은 바람직하게 용융물 표면 위로 80mm 내지 160mm의 거리에 있거나 용융물 표면 아래로 120mm 내지 220mm의 거리에 있다.
열 도너의 형성을 더욱 줄이기 위해, 상기 방법은 실리콘의 성장하는 단결정을 0.15℃/분 이상 0.6℃/분 이하, 바람직하게는 0.25℃/분 이하의 냉각률로 500℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 냉각시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 열 도너의 농도는 냉각률의 증가에 따라 감소하는 것으로 밝혀졌다. 그러나 0.6℃/분 이상의 냉각률은 이것이 방사상 방향으로 빈 격자점의 농도의 균일성에 결정적이기 때문에 추구되지 않아야 한다. 그러므로 냉각률은 전형적으로 당김 속도의 증가에 따라 증가한다는 사실을 고려해야 한다.
단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼로 추가로 처리되는 단결정의 섹션(section)에서 특정 전기 저항의 변화를 줄이기 위해, 용융물은 p형 도펀트를 포함한 가스, 예를 들면 디보란과 아르곤의 혼합물을 용융물의 표면에 통과시킴으로써 p형 도펀트로 카운터도핑된다. 이 가스는 그 다음에 용융물의 표면으로부터 바람직하게 5mm 내지 50mm의 거리에서 용융물 위의 대기에 도입된다.
단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼의 수율을 향상시키기 위해, 그 균일한 직경 때문에 반도체 웨이퍼를 제조하는데 적합한 단결정의 섹션의 적어도 20%, 특히 바람직하게는 적어도 30%가 결정화된 경우에만 카운터도핑을 개시하는 것이 유리하고 바람직하다. 카운터도핑이 아직 개시되지 않았으면, 결과적인 용융물이 결정 성장 절차의 시작시에 본래 사용하였던 용융물과 동일한 조성을 갖기 때문에, 단결정에서 전위(dislocation)의 형성이 있는 경우에, 이 접합점까지 결정화된 물질이 재용융되는 것 및 재용융된 물질이 새로운 결정 성장 시도에서 공동 사용되는 것이 가능하다. 만일 재용융된 물질이 두가지 유형의 도펀트를 이미 함유하고 있으면, 이것은 더 이상 그 경우가 아니다. 전위 형성의 상대적 빈도는 결정 성장 절차의 초기에 최대이고, 따라서 카운터도핑 전에 가능한 한 오래 기다리는 것이 유리하다.
본 발명은 CZ법에 의해 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 제조하는 장치에 있어서,
용융물이 hM의 초기 높이를 가진 실리콘 용융물을 수용하는 석영 도가니와;
상기 용융물에 자계를 인가하는 디바이스와;
실리콘의 성장하는 단결정을 차폐하는 열 차폐물과;
상기 용융물의 초기 높이(hM)보다 작은 상기 용융물의 표면으로부터의 거리(hs)에 있는 더 낮은 경계를 가진, 상기 용융물을 측면으로부터 가열하는 제1 가열 수단과;
성장하는 단결정과 상기 용융물 사이의 페이즈 경계 영역에서 상기 용융물을 위로부터 가열하는 제2 가열 수단과;
상기 도가니의 벽과 상기 열 차폐물 사이에서 상기 열 차폐물 주위에 배열된, 상기 용융물을 위로부터 가열하는 제3 가열 수단을 포함한 장치를 또한 제공한다.
상기 용융물에 자계를 인가하는 디바이스는 바람직하게 상기 용융물에 CUSP형 자계를 인가하는 디바이스이다.
상기 용융물의 높이 hM은 용융물의 최대 초기 높이라고 부른다. 만일 석영 도가니가 하향으로 볼록하게 만곡된 바닥을 가지면, 용융물의 초기 높이(hM)는 석영 도가니의 중간에서 상기 용융물의 초기 높이라고 부른다.
용융물을 측면으로부터 가열하는 상기 제1 가열 수단은 바람직하게 저항 가열 수단이고 더 낮은 경계를 갖는다. 상기 제1 가열 수단의 낮은 경계와 용융물의 표면 사이의 초기 거리(hs)는 근사적으로 상기 용융물의 상부 체적의 초기 높이(hm)와 동일한 길이이고 상기 용융물의 초기 높이(hM)보다 작다. hs:hM의 비율은 0.75이하인 것이 바람직하다.
용융물을 위로부터 가열하는 제2 및 제3 가열 수단은 바람직하게 링형 가열 요소를 가진 저항 가열 수단을 포함한다. 제3 가열 수단의 경우에, 링은 용융물의 표면에 가능한 최대 비율의 열을 방출할 수 있도록 바람직하게 0.35 이하의 단면 종횡비(높이 대 폭)를 갖는다. 제3 가열 수단의 링과 석영 도가니의 벽 사이의 거리 및 열 차폐물로부터 상기 링의 거리는 각각 10mm 이상인 것이 바람직하다. 상기 제3 가열 수단은 바람직하게 위에 배열된 단열 커버에 의해 위로부터 열적으로 단열될 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 장치의 구성물은 용융물의 표면 쪽으로 지향되고 그 하단부가 용융물의 표면으로부터 5mm 내지 50mm의 거리에 있는 유리관이다. 카운터도핑 중에, p형 도펀트를 포함한 가스가 상기 유리관을 통과한다.
본 발명에 따른 장치는 성장하는 단결정을 둘러싸는 냉각 장치를 또한 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 전술한 실시형태와 관련하여 인용된 특징들은 본 발명에 따른 장치에 대응하게 적용될 수 있다. 반대로, 본 발명에 따른 장치의 전술한 실시형태와 관련하여 인용된 특징들은 본 발명에 따른 방법에 대응하게 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 실시형태의 이러한 특징 및 다른 특징들은 도면의 설명 및 특허 청구범위에서 명료하게 된다. 개별적인 특징들은 발명의 실시형태에서 별도로 또는 조합으로 실현될 수 있다. 상기 특징들은 권리로서 보호하기에 적당한 유리한 구현예를 또한 설명할 수 있다.
본 발명은 이하에서 도면을 참조하면서 더 구체적으로 설명된다.
도 1은 단결정의 당김 전에 발명의 특징들을 가진 CZ법에 의해 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 제조하는 장치의 개략도이다.
도 2는 단결정의 당김 중에 도 1에 따른 장치를 보인 도이다.
도 3은 용융물의 표면 영역에서 용융물을 위로부터 가열하는 가열 수단의 가능한 구성을 보인 도이다.
도 1에 따른 장치는 석영 도가니(2)를 수용하는 하우징(1)을 포함한다. 석영 도가니(2)는 회전, 상승 및 하강될 수 있다. 석영 도가니(2) 안에는 위로부터, 옆으로부터, 및 도시된 작업 예에서 아래로부터 가열되는 실리콘 용융물(3)이 담겨진다. 하우징(1)의 외측에는 용융물(3)에 자계를 인가하는 디바이스(9)가 제공된다. 석영 도가니(2) 주위에 배열된 제1 가열 수단(4)은 측면으로부터 용융물(3)을 가열할 수 있다. 성장하는 단결정(6)과 용융물(3) 사이의 페이즈 경계 영역에서 용융물(3)을 위로부터 가열하는 제2 가열 수단(5)은, 용융물(3)의 표면(7) 영역에서 용융물을 위로부터 가열하도록 제공된 제3 가열 수단(8)과 같이, 용융물(3)의 표면(7)으로부터 짧은 거리에 배열된다. 제2 가열 수단과 제3 가열 수단 사이에는 용융물(3)의 표면(7)으로부터 상향으로 당겨지는 성장하는 단결정(6)을 둘러싸는 열 차폐물(10)이 위치된다. 열 차폐물(10)의 하단부(11)와 용융물(3)의 표면(7) 간의 거리는 단결정(6)의 성장에도 불구하고 용융물(3)의 표면(7)이 하강하거나 상승하지 않도록 석영 도가니(2)가 상승되기 때문에 단결정(6)의 성장 중에 본질적으로 불변으로 유지된다. 냉각 장치(15)가 열 차폐물(10)에 동심으로 배열되고 열 차폐물(10)에 의해 둘러싸인다. 석영 도가니(2)의 아래에는 용융물을 아래에서 가열하는 제4 가열 수단(12)이 위치된다.
도 2에 도시된 것처럼, 열 차폐물의 하단부(11) 사이의 거리는 단결정(6)을 당기는 동안 본질적으로 변하지 않는다. 이것은 단결정(6)의 성장 과정에서 석영 도가니(2)의 상승 때문에 하강하는 용융물의 표면(7)과 제1 가열 수단(4)의 하부 경계 간의 거리(hs)에 적용되지 않는다.
제3 가열 수단(8)은 도 3에 도시된 것처럼 구성될 수 있다. 제3 가열 수단은 본질적으로 가열 요소로서 기능하는 링(13)과, 상기 링에 전력을 공급하고 용융물의 표면(7) 위에서 상기 링을 홀딩하는 전원 장치(14)를 포함한다.
사용하는 참조 번호의 목록
1 하우징
2 석영 도가니
3 용융물
4 제1 가열 수단
5 제2 가열 수단
6 단결정
7 용융물의 표면
8 제3 가열 수단
9 용융물에 자계를 인가하는 디바이스
10 열 차폐물
11 열 차폐물의 하단부
12 제4 가열 수단
13 링
14 전원 장치
15 냉각 장치
발명적 작업 예의 상세한 설명
실리콘의 단결정이 발명에 따른 특징들을 가진 장치에서 CZ법에 의해 당겨지고 직경이 300mm인 n형 도핑된 반도체 웨이퍼로 처리되었다.
반도체 웨이퍼의 대부분의 산소 농도는 2.2×1017 원자/㎤ 미만(새로운 ASTM)이었고, 산소 농도의 방사상 윤곽은 가장자리 영역까지 매우 균질이었다.
도 4는 방사상 위치(r)의 함수로서 그러한 반도체 웨이퍼의 침입형 산소[Oi]의 농도의 전형적인 윤곽을 보인 것이고, 도 5는 130mm 내지 150mm의 방사상 위치를 포함한 가장자리 영역에서 대응하는 농도 윤곽을 고해상도로 보인 것이다.
이러한 반도체 웨이퍼에서 열 도너의 밀도는 3×1013/㎤ 미만이었고 저항 측정에 의해 결정되었다. 저항 측정은 10초의 기간 동안 743℃로 RTA 열처리하기 전 및 후에 실행되었다. 도펀트 농도는 열 도너의 밀도에 대응하는 저항의 차로부터 산출되었다.
일부 경우에, 균일한 직경을 가진 단결정의 섹션의 당김 및 카운터도핑이 동시에 개시되었고, 일부 경우에, 상기 카운터도핑은 섹션 길이의 40%가 결정화된 후에만 도입되었다. 반도체 웨이퍼의 중심으로부터 가장자리까지 산소 농도가 2.2×1017 원자/㎤ 미만이고 특정 저항이 평균치로부터 13% 이하만큼 편향하는 처방에 반도체 웨이퍼가 일치할 필요가 있을 때 나중의 카운터도핑은 10%의 수율 증가를 달성하는 것을 발견하였다.
예시적 실시형태의 상기 설명은 예로서 이해하여야 한다. 상기 설명은 당업자가 본 발명 및 본 발명과 연관된 장점들을 이해할 수 있게 하고, 또한 당업자에게 명백한 전술한 구조 및 방법에 대한 변형예 및 수정예를 내포한다. 그러므로 이러한 모든 변형예 및 수정예와 균등물들은 특허 청구범위의 보호 범위에 의해 보호된다.

Claims (16)

  1. 산소 및 적어도 하나의 n형 도펀트를 포함한 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,
    석영 도가니 내에 n형 도펀트를 포함한 실리콘의 용융물 - 상기 용융물은 초기 높이 hM을 가짐 - 을 제공하는 단계;
    상기 초기 높이 hM보다 작은 초기 높이 hm을 가진 상기 용융물의 상부 체적에 열을 선택적으로 공급함으로써 상기 용융물을 측면으로부터 가열하는 단계;
    당김 속도 V로 CZ법에 의해 상기 용융물로부터 실리콘의 단결정을 당기는 단계;
    성장하는 단결정과 상기 용융물 사이의 페이즈 경계(phase boundary)의 영역에서 상기 용융물을 위로부터 가열하는 단계;
    상기 용융물의 표면 영역에서 상기 용융물을 위로부터 가열하는 단계;
    상기 용융물에 자계를 인가하는 단계;
    상기 용융물을 p형 도펀트로 카운터도핑(counterdoping)하는 단계; 및
    상기 단결정으로부터 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 분리하는 단계
    를 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융물을 측면으로부터 가열하는 제2 가열 출력의 비율로서 5% 이하인 제1 가열 출력으로 상기 용융물을 아래로부터 가열하는 단계를 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 총 가열 출력의 비율로서 5% 이상 15% 이하인 제3 가열 출력으로 상기 용융물을 상기 페이즈 경계의 영역에서 위로부터 가열하는 단계를 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 총 가열 출력의 비율로서 5% 이상 15% 이하인 제4 가열 출력으로 상기 용융물을 상기 용융물의 표면 영역에서 위로부터 가열하는 단계를 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 카운터도핑하는 단계 동안, p형 도펀트를 포함한 가스가 상기 용융물의 표면으로부터 5mm 내지 50mm의 거리에서 상기 용융물 위의 대기에 도입되는 것인, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 카운터도핑을 개시하기 전에 균일한 직경을 가진 상기 단결정의 섹션(section)의 적어도 20%를 당기는 단계를 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성장하는 단결정의 실리콘 침입형(interstitial) 원자가 응집체를 형성하지 않고 자유 간극(free vacancies)의 농도가 3×1014/㎤ 이하로 되도록, 상기 당김 속도 V를 제어하는 단계를 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 500℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 0.15℃/분 이상 0.6℃/분 이하의 냉각률로 실리콘의 상기 성장하는 단결정을 냉각시키는 단계를 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용융물에 CUSP형 자계를 인가하는 단계를 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
  10. CZ법에 의해 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 제조하는 장치에 있어서,
    실리콘 용융물이 초기 높이 hM을 가진 상기 용융물을 수용하는 석영 도가니;
    상기 용융물에 자계를 인가하는 디바이스;
    실리콘의 성장하는 단결정을 차폐하는 열 차폐물;
    상기 용융물의 상기 초기 높이 hM보다 작은, 상기 용융물의 표면으로부터의 거리 hs에 있는 더 낮은 경계를 가진, 상기 용융물을 측면으로부터 가열하는 제1 가열 수단;
    상기 성장하는 단결정과 상기 용융물 사이의 페이즈 경계 영역에서 상기 용융물을 위로부터 가열하는 제2 가열 수단;
    상기 석영 도가니의 벽과 상기 열 차폐물 사이에서 상기 열 차폐물 주위에 배열된, 상기 용융물을 위로부터 가열하는 제3 가열 수단
    을 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제3 가열 수단은 높이 대 폭의 단면 종횡비가 0.35 이하인 링을 포함한 것인, 반도체 웨이퍼 제조 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 용융물에 자계를 인가하는 디바이스는 CUSP형 자계를 생성하는 것인, 반도체 웨이퍼 제조 장치.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제3 가열 수단 위에 배치되고 상기 제3 가열 수단을 위로부터 열적으로 단열시키는 커버를 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 장치.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 석영 도가니를 아래로부터 가열하는 제4 가열 수단을 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 장치.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 성장하는 단결정을 둘러싸는 냉각 수단을 더 포함한, 반도체 웨이퍼 제조 장치.
  16. 삭제
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