KR102175689B1 - 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼 - Google Patents

질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼 Download PDF

Info

Publication number
KR102175689B1
KR102175689B1 KR1020177005228A KR20177005228A KR102175689B1 KR 102175689 B1 KR102175689 B1 KR 102175689B1 KR 1020177005228 A KR1020177005228 A KR 1020177005228A KR 20177005228 A KR20177005228 A KR 20177005228A KR 102175689 B1 KR102175689 B1 KR 102175689B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nitrogen
wafer
doped
silicon crystal
crystal ingot
Prior art date
Application number
KR1020177005228A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170038017A (ko
Inventor
가우라브 사만타
체-웨이 루
펑-치엔 차이
정 루
Original Assignee
글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디.
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 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디. filed Critical 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디.
Priority to KR1020207031461A priority Critical patent/KR102384041B1/ko
Publication of KR20170038017A publication Critical patent/KR20170038017A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102175689B1 publication Critical patent/KR102175689B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/203—Controlling or regulating the relationship of pull rate (v) to axial thermal gradient (G)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/206—Controlling or regulating the thermal history of growing the ingot
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/02—Heat treatment
    • 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
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02694—Controlling the interface between substrate and epitaxial layer, e.g. by ion implantation followed by annealing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L29/167—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System further characterised by the doping material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/30—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface
    • H01L29/32—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface the imperfections being within the semiconductor body

Abstract

반경방향으로 실질적으로 균일하게 분포된 산소 석출물 밀도 및 크기를 가지며 유의한 에지 효과의 결여를 나타내는 후속 에피택셜 열 처리 웨이퍼를 제공하는, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 및 그로부터 슬라이싱된 웨이퍼가 개시되어 있다. 용융된 실리콘으로부터의 인상 속도, 온도 구배 및 질소 농도를 제어함으로써 이러한 CZ 실리콘 결정 잉곳을 제조하는 방법이 또한 제공된다. 질소-도핑 CZ 실리콘 결정으로부터 슬라이싱된 후속 에피택셜 열 처리 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포, 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포 및 산소 석출 밀도 분포를 시뮬레이션하는 방법이 또한 제공된다.

Description

질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼 {NITROGEN DOPED AND VACANCY DOMINATED SILICON INGOT AND THERMALLY TREATED WAFER FORMED THEREFROM HAVING RADIALLY UNIFORMLY DISTRIBUTED OXYGEN PRECIPITATION DENSITY AND SIZE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2014년 7월 31일에 출원된 미국 가출원 62/031,203을 우선권 주장한다.
배경기술
본 개시내용의 분야는 일반적으로 전자 부품의 제조에 사용되는 반도체 공정용 단결정 실리콘 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 질소로 도핑되고, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출물 밀도 및 크기를 가지며 유의한 에지 효과의 결여를 나타내는 열 처리 실리콘 웨이퍼를 제공하는, 공공(vacancy) 지배 단결정 실리콘 잉곳 및 그로부터 슬라이싱된 웨이퍼에 관한 것이다.
그로부터 단결정 실리콘 웨이퍼가 수득될 수 있는, 단결정 실리콘은 보통 소위 초크랄스키 (Czochralski; "CZ") 방법에 의해 제조된다. 이 방법에서는, 다결정 실리콘 ("폴리실리콘")이 도가니에 충전되어 용융되고, 씨결정이 용융된 실리콘과 접촉하게 된 다음, 느린 추출에 의해 단결정이 성장한다. 네크(neck)의 형성이 완료된 후에, 결정의 직경은 인상 속도(pull rate) 및/또는 용융물 온도의 감소에 의해, 목적하는 또는 표적 직경에 도달할 때까지 커진다. 그 후에, 감소하는 용융물 수준에 대하여 보상하면서 인상 속도 및 용융물 온도를 제어함으로써 대략적으로 변함없는 직경을 갖는 결정의 원통형 본체가 성장한다. 성장 공정이 거의 끝나가지만, 도가니의 용융된 실리콘이 없어지기 전까지, 결정의 직경은 전형적으로 서서히 감소하여 엔드콘(end-cone)을 형성한다. 전형적으로, 엔드콘은 결정 인상 속도 및 도가니에 공급되는 열을 증가시킴으로써 형성된다. 직경이 충분히 작아지게 되면, 결정이 용용물로부터 분리된다.
결정 성장 챔버에서 고체화 후에 결정이 냉각될수록 단결정 실리콘에 다수의 결함이 형성된다는 것이 알려져 있다. 이러한 결함은 부분적으로, 결정 격자 공공 ("V") 및 실리콘 자기-침입형 ("I")으로서 공지된 과량의 (즉, 용해도 한계 초과의 농도) 고유 점 결함의 존재 때문에 발생한다. 고유 점 결함의 유형 및 초기 농도는 고체화시에 결정되고, 이들 농도가 시스템에서의 임계 과포화 수준에 도달하고 점 결함의 이동성이 충분히 높다면, 반응 또는 응집 사건이 발생할 가능성이 높을 것이다. 산소 석출물과 같은 벌크 미세 결함 ("BMD")을 포함하는, 실리콘에서의 응집된 고유 점 결함은 복잡한 고 집적 회로의 제조에서 재료의 항복 전위에 영향을 줄 수 있다.
응집된 공공형 결함은 D-결함, 플로우 패턴 결함 (Flow Pattern Defect; FPD), 결정 유래 입자 (Crystal Originated Particle; COP) 결함, 결정 유래 광점 결함 (Light Point Defect; LPD)과 같은 관찰가능한 결정 결함 뿐만 아니라, 적외선 산란 기술, 예컨대 적외선 주사 현미경법 및 레이저 주사 단층촬영법에 의해 관찰되는 특정 부류의 벌크 결함을 포함한다. 산소 석출물은 잉곳의 성장 중에 형성된 산소 석출 핵으로부터 생성된다. 보다 구체적으로, 산소 석출 핵은 전자 장치 제작과 연관된 후속 열 가공 동안의 산소 석출물의 형성을 위해 필요하다. 산소 석출물은 웨이퍼의 벌크에서 표면으로부터 떨어진 곳에서 금속성 불순물을 포확하는 게터링(gettering) 자리로서 작용한다. 금속성 불순물의 게터링 능력이 없으면, 웨이퍼의 전자 특성이 불리하게 영향을 받을 수 있는데; 예를 들면, 웨이퍼가 단축된 소수 반송자 수명, p-n 접합부에서의 전류 누설, 유전 상수 불연속성 및 감소한 절연파괴 강도를 가질 수 있다. 반도체 장치의 제작에서, 산소 석출과 관련된 항복 특성의 열화를 피함과 동시에, 실리콘 웨이퍼의 벌크에서의 산소 석출로부터의 적절하고 강력한 게터링 능력에 대한 요구가 점점 증가하고 있다.
질소-도핑 실리콘 결정이 제조되고 있으며, 대체로 공극 크기 분포에 있어서의 질소-유래 감소로 인해 다양한 적용분야에서 사용되고 있다. 공공 채움을 통해 작용하는, 질소는 결정의 공공 영역에서의 점 결함 형성에 영향을 주고, 본질적으로 공극 형성을 보다 낮은 온도로 변동시키고, 공극 밀도를 증가시키고, 공극 크기를 감소시키는 것으로 생각된다. 질소 도핑 결정에서의 공공 채움 효과 때문에, 산소 석출이 비-질소 도핑 결정에서보다 높은 밀도 및 거대한 크기로 발생한다. 연마, 에피(Epi), 및 어닐링 웨이퍼에서 뿐만 아니라, 소비자의 적용시에 결함을 생성하지 않으면서 만족스러운 BMD 능력을 달성하기 위해, 열 처리 후에 웨이퍼는 바람직하게는 산소 석출의 실질적으로 균일한 반경방향 밀도 및 크기 분포를 나타낸다. 일부 진보된 반도체 장치 제작에서, 이러한 높은 밀도로의 거대한 석출이 실질적으로 균일하게 분포되지 않아 다양한 이유로 문제가 될 수 있다. 특히, 질소 도핑 실리콘 결정으로부터 슬라이싱된 웨이퍼는 전형적으로 열 처리 후에 웨이퍼의 에지 부분에서 BMD 크기 및 밀도 프로파일의 증가를 나타낸다. 임의의 특정 이론에 구애됨이 없이, 질소는 공공과 강력하게 결합하고, 질소 농도가 낮을수록 자유 공공이 보다 많아질 것이고, 결국에는 공극의 형성에 유리한 것으로 생각된다. 그 결과, 산소 석출물은 결정의 에지와 비교하여 결정의 내부 영역에서 보다 작아지고 밀도가 감소하는데, 여기서 표면-유래 효과의 존재로 인해, 산소 석출물 크기 및 밀도가 증가하는 경향이 있고, 이를 "에지 효과"라 한다.
에지 효과로, BMD 크기 및 밀도 프로파일은 질소-도핑 CZ 실리콘 결정으로부터 슬라이싱된 선행기술의 웨이퍼의 에지 부분에서 특징적으로 증가하는 경향이 있다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 약 50℃/cm의 온도 차이에서 약 0.78 mm/분의 인상 속도로 성장된 질소-도핑 CZ 실리콘 결정으로부터 슬라이싱된 2종의 선행기술의 300 mm 직경 웨이퍼의 분석이 나타나 있다. 결정은 에피의 경우에 1130℃에서 어닐링되고, 석출의 특징화를 위해 3시간 동안의 780℃에서의 제1 단계 및 16시간 동안의 1000℃에서의 제2 단계의 2-단계 열 사이클을 갖는다. 산소 농도는 10 내지 11 ppma의 범위이고, 질소 농도는 3*1013 내지 2*1014개 원자/cm3이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 2종의 웨이퍼의 분석은 BMD 크기 및 밀도가 웨이퍼의 에지에서 반경방향으로 5 밀리미터 내에서 약 300% 증가하였음을 보여준다.
응집된 고유 점 결함의 문제를 처리하는 하나의 접근법은 잉곳이 "공공 지배"이도록 하기 위해 (즉, 공공이 우세한 고유 점 결함인 실리콘) 실리콘 결정 잉곳을 고속으로 성장시킨 다음, 공공 지배 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 실리콘의 얇은 결정 층을 에피택셜(epitaxial) 방식으로 증착시킴으로써, 응집된 공공 결함을 효과적으로 채우거나 또는 피복시키는 것을 포함한다. 에피택셜 증착 공정은 전형적으로 화학적 증기 증착 공정을 포함하는데, 여기서 단결정 실리콘 웨이퍼는 약 1150℃의 온도로 급속 가열되고, 그 동안에 기체성 실리콘 화합물이 웨이퍼 표면 위를 통과하여, 응집된 공공 결함이 실질적으로 존재하지 않는 실리콘 층이 증착된다. 에피택셜 증착 공정은 전형적으로 잉곳의 성장 중에 형성된 산소 석출 핵을 소멸시킨다. 에피택셜 증착 중에 산소 석출 핵이 소멸되는 문제를 처리하는 하나의 방법은 산소 석출 핵을 급속 열 에피택셜 증착 공정에 대하여 안정화하기 위한 연장된 열 어닐링 공정 (예를 들어, 약 800℃에서의 약 4시간에 이어서, 약 1000℃에서의 10시간)이다. 이 방법은 처리율을 감소시키고 실리콘 웨이퍼의 제조 비용을 상당히 증가시키는 문제가 있다.
쿨카르니(Kulkarni) (US 8,216,362)는 CZ 실리콘 결정에서의 공공의 측방 표면 유래 응집 및 산소 클러스터링 문제를 다루었다. 그러나, 개시된 방법은 침입형 지배 체제에서 공공 지배 체제로의 전이를 위해 보론코브(Voronkov) 이론에 따른 임계 인상 속도에 가까운 인상 속도로의 공공의 측방 혼입 제어에 초점을 맞추었다. 따라서, 쿨카르니에 의해 개시된 인상 속도는 비교적 느리다. 보론코브 모델 또는 이론에 따르면, 용용물/결정 계면 근처에서의 온도장은 점 결함의 재결합을 추진하여, 각각의 평형 농도로 존재하는 용용물/결정 계면으로부터 결정 벌크로의 확산을 위한 추진력을 제공한다. 확산과 대류 둘 모두에 의한 점 결함의 이동과, 그의 재결합 사이의 상호작용이 재결합 길이라 명명되는, 계면으로부터의 짧은 거리 이상에서 점 결함 농도를 확립한다. 전형적으로, 과량의 점 결함 농도라 명명되는, 재결합 길이 이상에서의 공공 농도와 침입형 농도 사이의 차이는 결정의 측방 표면으로부터 떨어진 곳에서 본질적으로 고정되어 유지된다. 급속 인상된 결정에서, 재결합 길이 이상으로의 확산에 의한 점 결함의 공간적 재분포는 일반적으로 중요하지 않으나, 점 결함의 싱크(sink) 또는 기원으로서 작용하는 결정의 측방 표면에 가까운 영역은 예외로 한다. 따라서, 재결합 길이 이상에서의 과량의 점 결함 농도가 양수라면, 공공은 과량으로 유지되고, 보다 낮은 온도에서 응집되어 D-결함 (8면체 공극으로서 동정되는 공공 응집체)을 형성한다. 과량의 점 결함 농도가 음수라면, 침입형이 우세한 점 결함으로 남아있고, 응집되어 A-결함 (A 스월(swirl) 결함이라 명명되는 전위 루프) 및 B-결함 (B 스월 결함이라 명명되는 구형 침입형 클러스터)을 형성한다. 과량의 점 결함 농도가 어떤 검출 임계값 미만이라면, 검출가능한 미세결함이 형성되지 않는다. 따라서, 전형적으로, 결정 미세결함(grown-in microdefect)의 유형이 결정된다. 그러므로, 전형적으로, 결정 미세결함의 유형은 단순히 재결합 길이 이상에서 확립된 과량의 점 결함 농도에 의해 결정된다. 과량의 점 결함 농도를 확립하는 과정을 초기 혼입이라 하고, 우세한 점 결함의 종류를 혼입된 우세한 점 결함이라 한다. 혼입된 점 결함의 유형은 결정 인상 속도 (v) 대 계면 근처에서의 축방향 온도 구배 크기 (G)의 비율에 의해 결정된다. v/G가 클수록, 점 결함의 대류가 확산보다 지배적이고, 공공이 혼입된 우세한 점 결함으로서 남아있는데, 그 이유는 계면에서의 공공 농도가 침입형 농도보다 높기 때문이다. 보다 작은 v/G에서는, 확산이 대류보다 지배적이어서, 우세한 점 결함으로서 신속히 확산되는 침입형의 확산을 허용한다. v/G가 그의 임계값에 가까우면, 두 종류의 점 결함이 모두 매우 낮은 유사한 농도로 혼입되어, 서로를 상호 소멸시키고 그에 따라 보다 낮은 온도에서의 임의의 미세결함의 잠재적인 형성을 억제한다. 관찰되는 공간적 미세결함 분포는 전형적으로 G의 반경방향 불균일성 및 v의 축방향 변화에 의해 야기되는 v/G의 변화에 의해 셜명될 수 있다. 반경방향 미세결함 분포의 하나의 특징은 산화물 입자가 임계 v/G보다 약간 높은 좁은 범위의 v/G에서, 비교적 낮은 혼입 공공 농도의 영역에서 산소와 공공의 상호작용을 통해 형성된다는 것이다. 이들 입자는 OSF (산화-유래 적층 결함) 고리로서 열적 산화에 의해 나타날 수 있는 좁은 공간적 밴드를 형성한다.
쿨카르니는 추가로 측방 혼입 효과가 계면 형상 조작 및 냉각 속도의 변화에 의해 제어될 수 있음을 시사하였다. 특히, 편평한 표면으로부터의 계면 형상의 편차를 고려하여 수정된 G 값을 나타내는 G보정 값이 계산된다. 추가로, 주어진 잉곳 세그먼트의 냉각 속도가 증가할수록, 응집된 결함의 개수 밀도가 증가하고, 반면에 응집된 결함의 크기가 감소한다. 잉곳 세그먼트의 냉각 속도가 충분히 빠르다면, 응집된 결함의 형성을 본질적으로 피할 수 있다. 계면 형상 조작 또는 냉각 속도 변화가 목적하는 (i) 공공 반경 및 밀도의 반경방향 균일성, (ii) 결정 반경방향 위치의 함수로서 BMD 직경 및 밀도의 반경방향 균일성, 및 (iii) 에지 효과의 실질적인 부재를 달성하는데 있어서 충분하지 않다는데 문제가 있다.
장치 제작의 신규 기술이 출현하고 장치의 크기 및 구조가 계속해서 작아지고 더욱 복잡해질수록, 에피택셜 웨이퍼에서의 BMD의 제어되는 크기 및 밀도의 반경방향 균일성을 달성하는 것이 바람직하다. 따라서, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출물 밀도 및 크기를 나타내고 산소 석출물의 에지 밴드가 제어되는 질소 도핑 실리콘 웨이퍼가 요구된다.
간략하게 설명하면, 본 개시내용은 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 실리콘 결정 잉곳을 용융된 실리콘으로부터 약 0.85 mm/분 내지 약 1.5 mm/분의 인상 속도로 인상시킴으로써 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳을 형성하는 것을 포함하고, 여기서 실리콘 결정 잉곳은 약 10°K/cm 내지 약 35°K/cm의 표면 온도 구배를 가지며, 또한 실리콘 결정 잉곳은 약 1*1013개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3의 질소 농도를 갖는다.
본 개시내용은 추가로 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳에 관한 것이다. 잉곳은 약 150 mm 내지 약 450 mm의 직경을 가지며 약 1*1013개 질소 원자/cm3 내지 약 1*1015개 질소 원자/cm3의 질소 농도를 갖는다. 실리콘 결정 잉곳으로부터 슬라이싱되고 780℃에서 3시간 동안, 이어서 1000℃에서 16시간 동안 열 처리된 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 반경방향 벌크 미세 결함 크기의 20% 미만의 증가를 특징으로 한다.
본 개시내용은 또한 추가로 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳에 관한 것이다. 잉곳은 약 150 mm 내지 약 450 mm의 직경을 가지며 약 1*1013개 질소 원자/cm3 내지 약 1*1015개 질소 원자/cm3를 포함한다. 실리콘 결정 잉곳으로부터 슬라이싱되고 780℃에서 3시간 동안, 이어서 1000℃에서 16시간 동안 열 처리된 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 반경방향 벌크 미세 결함 밀도의 200% 미만의 증가를 특징으로 한다.
본 개시내용은 또한 추가로 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳에 관한 것이다. 잉곳은 약 150 mm 내지 약 450 mm의 직경을 가지며 약 1*1013개 질소 원자/cm3 내지 약 1*1015개 질소 원자/cm3를 포함한다. 실리콘 결정 잉곳으로부터 슬라이싱되고 780℃에서 3시간 동안, 이어서 1000℃에서 16시간 동안 열 처리된 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 에지까지의 약 1000 ㎛ 지점으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 에지 밴드를 가지며, 에지 밴드는 약 30 nm 내지 약 100 nm의 평균 직경 및 약 1*108개 원자/cm3 내지 약 1*1010개 원자/cm3의 산소 석출 밀도를 갖는 산소 석출물을 포함한다.
본 개시내용의 일부 특정 실시양태에서, 연마 및 에피택셜 웨이퍼가 상기에 언급된 임의의 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳으로부터 제조된다. 웨이퍼는 CZ 실리콘 단결정 잉곳으로부터 슬라이싱된 단결정 CZ 실리콘 웨이퍼로서, 전방 표면, 후방 표면, 전방 표면과 후방 표면 사이의 중심 평면, 전방 표면과 후방 표면을 연결하는 원주방향 에지, 중심 평면에 대하여 수직인 중심 축, 및 중심 평면과 전방 표면 사이에 웨이퍼 영역을 포함하는 벌크 층을 포함한다.
본 개시내용의 다른 측면에서, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정으로부터 슬라이싱되고 780℃에서 3시간 동안, 이어서 1000℃에서 16시간 동안 열 처리된 웨이퍼에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포, 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포 및 산소 석출 밀도 분포를 시뮬레이션하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 메모리에 커플링된 프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 실행되며, (1) 연산 장치에 의해, 적어도 (i) CZ 실리콘 결정 직경, (ii) CZ 실리콘 결정 인상 속도 또는 CZ 실리콘 결정 인상 속도 범위, (iii) CZ 실리콘 결정 질소 농도 또는 CZ 실리콘 결정 질소 농도 범위 및 (iv) CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 또는 CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 범위에 대한 값을 입력하고, 연산 장치에 의해, 입력 값에 기반하여 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 열 처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포를 시뮬레이션하고; (2) 연산 장치에 의해, 적어도 (i) CZ 실리콘 결정 직경, (ii) CZ 실리콘 결정 인상 속도 또는 CZ 실리콘 결정 인상 속도 범위 및 (iii) CZ 실리콘 결정 질소 농도 또는 CZ 실리콘 결정 질소 농도 범위에 대한 값을 입력하고, 연산 장치에 의해, 입력 값에 기반하여 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 열 처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포를 시뮬레이션하고; (3) 연산 장치에 의해, 적어도 (i) CZ 실리콘 결정 직경, (ii) CZ 실리콘 결정 인상 속도 또는 CZ 실리콘 결정 인상 속도 범위, (iii) CZ 실리콘 결정 질소 농도 또는 CZ 실리콘 결정 질소 농도 범위 및 (iv) CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 또는 CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 범위에 대한 값을 입력하고, 연산 장치에 의해, 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 열 처리된 웨이퍼의 산소 석출 밀도 분포를 시뮬레이션하는 것을 포함하는, 시뮬레이션 계획의 적어도 한번의 반복을 완료하는 것을 포함한다. CZ 실리콘 결정은 약 150 mm 내지 약 450 mm의 직경을 가지며, 약 1*1013개 질소 원자/cm3 내지 약 1*1015개 질소 원자/cm3를 포함하고, 열 처리된 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 에지까지의 약 1000 ㎛ 지점으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 에지 밴드 영역을 갖는다. (i) 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포의 20% 미만의 증가 및/또는 (ii) 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포의 200% 미만의 증가를 갖는 열 처리된 웨이퍼를 제조하기 위한 조건을 제공하는, CZ 실리콘 결정 인상 속도 또는 CZ 실리콘 결정 인상 속도 범위, CZ 실리콘 결정 질소 농도 또는 CZ 실리콘 결정 질소 농도 범위, 및 CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 또는 CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 범위의 조합이 시뮬레이션으로부터 유도된다.
본 개시내용의 또 다른 추가 측면에서, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정으로부터 슬라이싱되고 780℃에서 3시간 동안, 이어서 1000℃에서 16시간 동안 열 처리된 웨이퍼에서의 산소 석출물의 에지 밴드를 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 메모리에 커플링된 프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 실행된다. 상기 방법은 연산 장치에 의한 시뮬레이션에 의해, 용융된 실리콘으로부터 CZ 공정에 의해 CZ 실리콘 결정 잉곳의 제조를 가능하게 하는 (i) CZ 실리콘 결정 직경, (ii) CZ 실리콘 결정 인상 속도 또는 CZ 실리콘 결정 인상 속도 범위, (iii) CZ 실리콘 결정 질소 농도 또는 CZ 실리콘 결정 질소 농도 범위, 및 (iv) CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 또는 CZ 실리콘 결정 표면 온도 범위의 조합을 결정하는 것을 포함하고, 여기서 상기 웨이퍼의 웨지까지의 약 1000 ㎛ 지점으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 에지 밴드 영역을 갖는 슬라이싱된 열 처리 웨이퍼는 약 30 nm 내지 약 100 nm의 평균 직경을 갖는 산소 석출물을 특징으로 한다. CZ 실리콘 결정은 약 150 mm 내지 약 450 mm의 직경을 가지며, CZ 실리콘 결정에서의 질소 농도는 약 1*1013개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3이다. 시뮬레이션은 (1) 연산 장치에 의해, 적어도 (i) CZ 실리콘 결정 직경, (ii) CZ 실리콘 결정 인상 속도 또는 CZ 실리콘 결정 인상 속도 범위, (iii) CZ 실리콘 결정 질소 농도 또는 CZ 실리콘 결정 질소 농도 범위 및 (iv) CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 또는 CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 범위에 대한 값을 입력하고, 연산 장치에 의해, 입력 값에 기반하여 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 열 처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포를 시뮬레이션하고; (2) 연산 장치에 의해, 적어도 (i) CZ 실리콘 결정 직경, (ii) CZ 실리콘 결정 인상 속도 또는 CZ 실리콘 결정 인상 속도 범위 및 (iii) CZ 실리콘 결정 질소 농도 또는 CZ 실리콘 결정 질소 농도 범위에 대한 값을 입력하고, 연산 장치에 의해, 입력 값에 기반하여 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 열 처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포를 시뮬레이션하고; (3) 연산 장치에 의해, 적어도 (i) CZ 실리콘 결정 직경, (ii) CZ 실리콘 결정 인상 속도 또는 CZ 실리콘 결정 인상 속도 범위, (iii) CZ 실리콘 결정 질소 농도 또는 CZ 실리콘 결정 질소 농도 범위 및 (iv) CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 또는 CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 범위에 대한 값을 입력하고, 연산 장치에 의해, 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 열 처리된 웨이퍼의 산소 석출 밀도 분포를 시뮬레이션하고; (4) 연산 장치에 의해, (i) 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지에서의 열 처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포, (ii) 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지에서의 열 처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포, 및 (iii) 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 열 처리된 웨이퍼의 밀도 분포에 대한 시뮬레이션 값에 기반하여 열 처리된 웨이퍼의 에지 밴드 산소 석출물의 평균 크기를 시뮬레이션하는 것을 포함하는, 시뮬레이션 계획의 적어도 한번의 반복을 포함하고, 여기서 연산 장치는 시뮬레이션에 의해 약 30 nm 내지 약 100 nm의 평균 직경을 갖는 산소 석출물을 포함하는 열 처리된 웨이퍼의 에지 밴드를 예측한다. CZ 실리콘 결정은 그로부터 처리 웨이퍼가 제조되는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정을 제조하는, CZ 실리콘 결정 인상 속도 또는 CZ 실리콘 결정 인상 속도 범위, CZ 실리콘 결정 질소 농도 또는 CZ 실리콘 결정 질소 농도 범위, 및 CZ 실리콘 결정 표면 온도 구배 또는 CZ 실리콘 결정 표면 온도 범위의 시뮬레이션 값으로 용융된 실리콘으로부터 인상된다.
도 1은 결정 에지에서 증가한 BMD 크기를 나타내는, CZ 결정으로부터 슬라이싱된 선행기술의 질소 도핑 300 mm 직경 열 처리 웨이퍼의 반경방향 BMD 크기 (직경) 분포를 보여주는 그래프이다.
도 2는 결정 에지에서 증가한 BMD 밀도를 나타내는, CZ 결정으로부터 슬라이싱된 선행기술의 질소 도핑 300 mm 직경 열 처리 웨이퍼의 반경방향 BMD 밀도 프로파일 분포를 보여주는 그래프이다.
도 3은 30 cm 직경의 CZ 실리콘 결정의 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 성장(as-grown) 결정 클러스터의 반경에 대한 인상 속도의 예측 효과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 30 cm 직경의 CZ 실리콘 결정의 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 성장 공극 (공공 클러스터)의 반경에 대한 인상 속도의 예측 효과를 보여주는 그래프이다.
도 5는 1100℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 인상 속도의 함수로서 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이다.
도 6은 1000℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 인상 속도의 함수로서 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이다.
도 7은 30 cm 직경의 CZ 실리콘 결정의 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 성장 산소 석출물의 반경에 대한 질소 농도의 예측 효과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 30 cm 직경의 CZ 실리콘 결정의 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 성장 공극의 반경에 대한 질소 농도의 예측 효과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 1100℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 질소 농도의 함수로서 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이다.
도 10은 1100℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 질소 농도의 함수로서 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이다.
도 11은 30 cm 직경의 CZ 실리콘 결정의 결정 단면에 걸쳐서 반경방향 위치의 함수로서 플롯팅된 성장 산소 석출물의 반경에 대한 결정 표면 온도 구배의 예측 효과를 보여주는 그래프이다.
도 12는 30 cm 직경의 CZ 실리콘 결정의 결정 단면에 걸쳐서 반경방향 위치의 함수로서 플롯팅된 성장 공극의 반경에 대한 결정 표면 온도 구배의 예측 효과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 1100℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 결정 표면 온도 구배의 함수로서 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이다.
도 14는 1000℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 결정 표면 온도 구배의 함수로서 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이다.
도 15는 본 개시내용의 질소 도핑 300 mm 직경 CZ 결정 (조합 1-4) 및 선행기술의 질소 도핑 300 mm 직경 CZ 결정 (종래 (#0))의 결정 단면에 걸쳐서 반경방향 위치의 함수로서 성장 산소 석출물의 예측 반경을 보여주는 그래프이다.
도 16은 본 개시내용의 질소 도핑 300 mm 직경 CZ 결정 (조합 1-4) 및 선행기술의 질소 도핑 300 mm 직경 CZ 결정 (종래 (#0))의 결정 단면에 걸쳐서 반경방향 위치의 함수로서 성장 공극의 예측 반경을 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 개시내용의 질소 도핑 300 mm 직경 CZ 결정 및 선행기술의 질소 도핑 300 mm 직경 CZ 결정의 1100℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 결정 표면 온도 구배의 함수로서 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이다.
도 18은 본 개시내용의 질소 도핑 300 mm 직경 CZ 결정 및 선행기술의 질소 도핑 300 mm 직경 CZ 결정의 1000℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 결정 표면 온도 구배의 함수로서 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이다.
도 19는 800℃에서의 어닐링 동안 0.024시간, 0.23시간, 0.51시간 및 1시간의 시점에서의, 6*1012개/cm3의 초기 총 공공 농도 (C vt ) 및 8*1017개 원자/cm3의 산소 농도 (CO)를 갖는 질소 도핑되지 않은 웨이퍼의 깊이에 따른 예측 산화 석출물 밀도를 보여주는 그래프이다.
도 20은 800℃에서의 어닐링 동안 0.024시간, 0.23시간, 0.51시간 및 1시간의 시점에서의, 6*1012개/cm3의 초기 총 공공 농도 (C vt ) 및 8*1017개 원자/cm3의 산소 농도 (CO)를 갖는 질소 도핑되지 않은 웨이퍼의 깊이에 따른 예측 총 공공 농도 (개수/cm3)를 보여주는 그래프이다.
도 21은 본 개시내용의 CZ 결정으로부터 슬라이싱된 질소 도핑 300 mm 직경 열 처리 웨이퍼의 결정 단면에 걸쳐서 반경방향 위치의 함수로서 평균 BMD 크기 (직경)를 보여주는 그래프이다.
도 22는 본 개시내용의 CZ 결정으로부터 슬라이싱된 질소 도핑 300 mm 직경 열 처리 웨이퍼의 결정 단면에 걸쳐서 반경방향 위치의 함수로서 BMD 밀도 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 23은 에지 밴드 벌크 미세 결함 크기 및 밀도를 시뮬레이션하고 평가하는 본 개시내용의 하나의 방법의 흐름도이다.
본 개시내용에 따라서, 질소-도핑 CZ 단결정 실리콘 잉곳 및 그로부터 제조된 웨이퍼가 제공되는데, 잉곳은 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 공공 반경 및 밀도의 실질적인 반경방향 균일성을 특징으로 하고, 그로부터 슬라이싱된 열 처리 웨이퍼는 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 BMD 직경 및 밀도의 실질적인 반경방향 균일성을 특징으로 하며, 여기서 잉곳 및 웨이퍼는 에지 효과의 실질적인 부재를 나타낸다.
추가로 본 개시내용에 따라서, 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 공공 반경 및 밀도의 실질적인 반경방향 균일성을 특징으로 하는 질소-도핑 CZ 단결정 실리콘 잉곳을 제조하고, 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 BMD 직경 및 밀도의 실질적인 반경방향 균일성을 특징으로 하는 그로부터 슬라이싱된 열 처리 웨이퍼를 제공하는 방법이 제공되고, 여기서 웨이퍼는 에지 효과의 실질적인 부재를 나타내고, 상기 방법은 용융된 실리콘으로부터 CZ 공정으로 단결정 잉곳을 제조할 때 인상 속도, 표면 온도 구배 및 질소 농도를 제어하는 것을 포함한다.
또한 추가로 본 개시내용에 따라서, 성장 질소-도핑 CZ 단결정 실리콘 잉곳에서의 공공의 응집 및 그로부터 슬라이싱된 웨이퍼에서의 다양한 열 처리 후의 산소 클러스터링을 시뮬레이션하는 방법이 제공되는데, 상기 시뮬레이션은 인상 속도, 질소 도핑 농도, 및 결정 표면 온도 구배를 포함하는 조합 변수에 기반하여 주어진 직경에 대한 BMD 크기 및 밀도 분포 및 에지 밴드 특징을 예측하는 알고리즘을 이용한다.
본 개시내용의 다양한 측면 중 어느 하나에서, (i) 약 150 mm 내지 약 450 mm로부터 선택된 CZ 실리콘 결정 잉곳 또는 웨이퍼 직경, (ii) 약 1*1013 내지 약 1*1015 범위의 질소 농도, (iii) 약 0.4 mm/분 내지 약 1.5 mm/분 범위의 인상 속도 범위 서브세트, 및 (iv) 약 1300℃ 내지 약 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 약 10°K/cm 내지 약 50°K/cm 범위의 표면 온도 구배 서브세트 범위의 조합을 선택함으로써, 임의의 주어진 직경에 대하여, (i) 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기의 20% 미만의 증가, (ii) 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도의 200% 미만의 증가, 및 (iii) 에지 밴드 효과의 본질적인 부재 중 하나 이상을 특징으로 하는 도핑 질소 웨이퍼가 제공된다.
본 개시내용의 실리콘 결정 잉곳 및 웨이퍼는 적어도 약 150 mm, 적어도 약 200 mm, 적어도 약 250 mm, 또는 적어도 약 300 mm, 예컨대 약 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, 350 mm, 400 mm 또는 450 mm의 직경을 갖는다. 일부 측면에서, 직경은 약 300 mm이다. 실리콘 잉곳이 일반적으로 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm 또는 300 mm 초과, 예컨대 350 mm, 400 mm 또는 450 mm의 직경을 갖는 것으로 언급될 때, 정확한 직경은 공정에서의 미소한 변화로 인해 축방향 길이를 따라 어느 정도 달라질 수 있거나 또는 유사한 크기의 웨이퍼를 제조할 수 있는 잉곳을 성장시키기 위해 의도적으로 달라질 수 있다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 300 mm 직경의 잉곳 또는 웨이퍼는 임의로 300 mm를 초과하는 직경, 예컨대 310 mm 또는 320 mm 또는 그 초과의 직경의 잉곳 또는 웨이퍼로부터 제조될 수 있고 잉곳 또는 웨이퍼의 직경을 감소시키기 위해 관련 기술분야에 공지된 임의의 공정, 예컨대 연삭에 의해 잉곳 또는 웨이퍼의 주변부로부터 후속 제거되는 부분을 가질 수 있다.
본 개시내용의 잉곳으로부터 슬라이싱된 열 처리 웨이퍼는 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 BMD 크기의 20% 미만의 증가 또는 웨이퍼의 에지까지의 약 10 mm 지점으로부터 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 벌크 미세 결함 크기의 15% 미만의 증가를 특징으로 한다. 웨이퍼는 추가로 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 벌크 미세 결함 밀도의 200% 미만의 증가, 또는 웨이퍼의 에지까지의 약 10 mm 지점으로부터 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 벌크 미세 결함 밀도의 100% 미만의 증가를 특징으로 한다.
본 개시내용의 일부 측면에서, 본 개시내용의 잉곳으로부터 슬라이싱된 열 처리 웨이퍼는 결정의 에지 (측방 표면)까지의 약 5000 ㎛, 4000 ㎛, 3000 ㎛, 2000 ㎛ 또는 1000 ㎛ 지점으로부터 결정의 에지로 연장되는 영역에서 연장되는 에지 밴드를 특징으로 한다. 에지 밴드는 약 30 nm 내지 약 100 nm의 평균 직경 및 약 1*108개 원자/cm3 내지 약 1*1010개 원자/cm3의 산소 석출 밀도를 갖는 산소 석출물 및 약 1 nm 내지 약 50 nm의 평균 반경을 갖는 공극을 특징으로 한다. 에지 밴드에서의 BDM 크기 및 밀도 분포는 중심 축으로부터 에지 밴드로 연장되는 영역에서의 분포와 실질적으로 유사하다. 본 개시내용의 일부 측면에서, 에지 밴드 반경방향 BMD 크기는 나머지 웨이퍼에서의 BMD 크기와 20% 이하로 상이하다. 본 개시내용의 일부 다른 측면에서, 에지 밴드 BMD 밀도는 나머지 웨이퍼에서의 BMD 밀도와 200% 이하로 상이하다.
단결정 실리콘 잉곳은 표준 CZ 방법에 따라 성장시킬 수 있다. 단결정 실리콘 잉곳은 결정 성장로(puller)에서 성장된다. 예를 들어, U.S. 6,554,898 및 WO 99/27165 (두 건 모두 선에디슨 세미컨덕터 테크놀로지 프라이빗 리미티드(SunEdison Semiconductor Technology PTE. Ltd.)에 양도되었음)를 참조하며, 이들의 개시내용은 그 전문이 서술된 것처럼 본원에 포함된다. 전형적인 CZ 성장로는 하우징; 용융된 실리콘을 함유하는 하우징 내의 도가니; 성장하는 잉곳을 용융된 실리콘으로부터 상향 인상시키는 인상 메카니즘; 및 고체 실리콘 출발 재료 (즉, 다결정 과립 및/또는 청크 다결정을 포함하는 다결정 충전물)를 용융된 실리콘 조로 용융시키기에 충분한 도가니 근처의 가열 메카니즘을 포함한다. 다결정 재료는 관련 기술분야에 공지된 기술에 따라, 예를 들어 WO 99/55940 (선에디슨 세미컨덕터 테크놀로지 프라이빗 리미티드에 양도되었음)에 기재된 바와 같이 도가니에 충전될 수 있다.
CZ 방법에 따른 잉곳 성장은 가열 메카니즘에 전력을 인가하여 고체 실리콘 출발 재료의 충전물을 용융시킴으로써 개시된다. 예를 들어, WO 99/20815 (선에디슨 세미컨덕터 테크놀로지 프라이빗 리미티드에 양도되었음)를 참조한다. 용용물 유동은 씨결정을 용용물에 담그기 전에 도가니 회전 속도, 비활성 기체 유량 등에 의해 안정화될 수 있다. 씨의 상향 인상이 고체-액체 계면에서 용용물을 결정화하고 결정이 성장하도록 한다. 씨결정으로부터 증가하는 직경의 원추형 네크가 용용물로부터의 씨결정의 인상 속도를 감소시킴으로써 성장한다. 목적하는 직경에 도달하면, 결정이 실질적으로 일정한 직경 영역을 성장시킬 때까지 인상 속도를 서서히 증가시킨다. 성장하는 실리콘 잉곳의 고체화 및 냉각 속도를 제어하기 위해 결정 인상 기구의 가열 메카니즘이 제어된다. 도가니는 전형적으로 용용물 유동을 안정화하고 결정에서의 산소 농도를 제어하기 위해 결정과 반대 양식으로 회전한다. 결정 성장의 최종 단계는 직경이 서서히 감소하여 원추형 형상이 달성되는 테일(tail) 성장이고, 여기서 엔드콘의 직경은 축방향으로 일정한 직경 영역으로부터 결정의 단부로 갈수록 감소한다. 결정이 용용물로부터 분리되었으면, 성장로의 전력을 감소시키고, 결정이 냉각됨과 동시에 상위 챔버로 리프팅된다. 공정이 끝나면, 결정을 추가 가공을 위해 성장로로부터 제거한다.
본 개시내용의 결정 잉곳은 중심 축, 씨 단부, 반대 단부, 및 측방 표면 및 중심 축으로부터 측방 표면으로 연장되는 반경 (r)을 갖는, 씨 단부와 반대 단부 사이의 일정한 직경 부분을 포함하고, 상기 단결정 실리콘 잉곳은 CZ 방법에 따라 실리콘 용용물로부터 성장하고, 이어서 고체화로 냉각된다. 단결정 실리콘 잉곳은 공공이 우세한 고유 점 결함인 반경방향 대칭성 영역을 포함하는 일정한 직경 부분을 특징으로 하고, 상기 반경방향 대칭성 영역은 중심 축으로부터 측방 표면으로 연장되는 반경을 갖는다.
본 개시내용의 일부 측면은 본원에서 상기에 상세히 설명된 잉곳으로부터 수득된 (슬라이싱된) 단결정 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 약 150 mm 내지 약 450 mm의 직경을 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다. 웨이퍼는 바람직하게는 전방 표면, 후방 표면, 전방 표면 및 후방 표면에 실질적으로 평행한, 전방 표면과 후방 표면 사이의 가상의 중심 평면, 및 전방 표면과 후방 표면을 연결하는 원주방향 에지를 갖는다. 웨이퍼는 중심 평면에 대하여 수직인 가상의 중심 축 및 중심 축으로부터 원주방향 에지로 연장되는 반경방향 길이를 추가로 포함한다. 이러한 문맥에서 용어 "전방" 및 "후방"은 웨이퍼의 2개의 주요한, 일반적으로 평면인 표면을 구분하기 위해 사용된다. 웨이퍼의 전방 표면 (이 어구는 본원에 사용된 바와 같음)이 반드시 그 위에서 전자 장치가 후속적으로 제작될 표면인 것은 아니고, 또한 웨이퍼의 후방 표면 (이 어구는 본원에 사용된 바와 같음)이 반드시 그 위에서 전자 장치가 제작되는 표면 반대편에 있는 웨이퍼의 주요 표면인 것은 아니다. 또한, 실리콘 웨이퍼는 전형적으로 약간의 총 두께 변화 (TTV), 워프(warp), 및 보우(bow)를 갖기 때문에, 전방 표면 상의 모든 지점과 후방 표면 상의 모든 지점 사이의 중간점이 정확하게 평면 내에 포함되지 않을 수 있다. 그러나, 실제로, TTV, 워프, 및 보우는 전형적으로, 거의 정확하게, 중간점이 전방 표면과 후방 표면 사이에서 대략 등거리에 있는 가상의 중심 평면 내에 포함된다고 할 수 있을 정도로 미약하다. 웨이퍼는 연마될 수 있거나, 또는 별법으로 연마 없이 래핑(lapped) 및 에칭될 수 있다. 이러한 방법 뿐만 아니라, 표준 실리콘 슬라이싱, 래핑, 에칭, 및 연마 기술이 예를 들어, 문헌 [F. Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology, Academic Press, 1989], 및 [Silicon Chemical Etching, (J. Grabmaier ed.) Springer-Verlag, New York, 1982]에 개시되어 있다 (본원에 참조로 포함됨). 바람직하게는, 웨이퍼는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 표준 방법에 의해 연마되고 세정된다. 예를 들어, 문헌 [W.C. O'Mara et al., Handbook of Semiconductor Silicon Technology, Noyes Publications]을 참조한다.
선행 공보 (예를 들어, 모두 선에디슨 세미컨덕터 테크놀로지 프라이빗 리미티드에 양도된 WO 98/45507, WO 98/45508, WO 98/45509, 및 WO 98/45510 참조)에 따르면, 고유 점 결함의 유형 및 초기 농도는 잉곳이 고체화 온도 (즉, 약 1410℃)에서 1300℃ 초과의 온도로 냉각될 때 초기에 결정된다. 즉, 이들 결함의 유형 및 초기 농도는 v/G 비율에 의해 제어되고, 여기서 v는 성장 속도이고 G는 상기 온도 범위에 걸쳐 있는 평균 축방향 온도 구배이다. v/G 값이 증가할수록, 점점 줄어드는 자기-침입형 지배 성장으로부터 점점 더 공공 지배 성장으로의 전이가 현재 이용가능한 정보에 기반하면 약 2.1*10-5 cm2/sK인 것으로 보이는 v/Go의 임계값 근처에서 발생하고, 여기서 Go은 축방향 온도 구배가 상기에 한정된 온도 범위 내에서 일정한 조건 하에 결정된다. 상기 임계값에서, 이들 고유 점 결함의 농도는 평형 상태에 있다. v/Go 값이 임계값을 초과할 때, 공공의 농도가 증가한다. 마찬가지로, v/Go 값이 임계값 미만일 때, 자기-침입형의 농도가 증가한다.
전자 장치의 제작에서 전형적으로 이용되는 열 처리 사이클은 산소가 과포화된 실리콘 웨이퍼에서 산소의 석출을 초래할 수 있다. 웨이퍼에서의 그의 위치에 따라, 석출물은 유해할 수 있거나 또는 유익할 수 있다. 웨이퍼의 활성 장치 영역에 위치하는 산소 석출물은 장치의 작동을 손상시킬 수 있다. 그러나, 웨이퍼의 벌크에 위치하는 산소 석출물은 웨이퍼와 접촉하게 될 수 있는 바람직하지 않은 금속 불순물을 포획할 수 있다. 금속을 포획하기 위해 웨이퍼의 벌크에 위치하는 산소 석출물을 사용하는 것을 일반적으로 내재적 또는 고유 게터링 ("IG")이라 한다.
CZ 실리콘 재료에서의 산소 석출 거동은 고유 점 결함 농도의 영향을 크게 받는다. 예를 들어 저농도 도핑된 재료의 경우에, 일반적으로 공공형 재료에서는 강력한 석출이 관찰되고, 반면에 침입형 재료에서는 석출이 발생하지 않는다. 산소 석출물의 핵형성 및 성장을 위한 충분한 임의의 열처리가 웨이퍼 전체에 걸쳐서, 즉 중심 축으로부터 원주방향 에지로 연장되는 영역 및 또한 웨이퍼의 전방 표면으로부터 웨이퍼의 후방 표면으로 연장되는 영역에서 균일한 고농도의 산소 석출물을 갖는 본 개시내용의 웨이퍼를 제조하는데 적합하다. 일부 실시양태에서, BMD는 약 700℃ 초과의 온도에서 산소 석출물의 핵형성 및 성장에 충분한 기간 동안 산소 석출 열처리에 웨이퍼를 적용함으로써 특징화될 수 있다. 일부 다른 특징적인 실시양태에서, 웨이퍼는 NEC1 시험 절차를 포함하는 산소 석출 열처리, 예를 들어 800℃에서 4-8시간 동안, 이어서 1000℃에서 16시간 동안의 웨이퍼의 어닐링에 적용될 수 있다. 일부 다른 특징적인 실시양태에서, 웨이퍼는 780℃에서 3시간 동안, 이어서 1000℃에서 16시간 동안의 웨이퍼의 어닐링을 포함하는 산소 석출 열처리에 적용될 수 있다. 일부 다른 실시양태에서, 웨이퍼는 산소 석출 열처리에 적용된 후속 에피택셜 웨이퍼이고, 여기서 후속 에피택셜 처리는 약 900℃, 약 950℃, 약 1000℃, 약 1050℃, 약 1100℃, 약 1150℃, 또는 약 1200℃, 및 이들의 일정 범위, 예컨대 약 900℃ 내지 약 1200℃, 약 1000℃ 내지 약 1200℃, 또는 약 1050℃ 내지 약 1150℃의 온도에서 수행된다.
질소 도판트 농도, CZ 실리콘 결정 인상 속도, 및 인상 동안의 CZ 결정 온도 구배가 CZ 실리콘 결정 잉곳으로부터 슬라이싱된 열 처리 웨이퍼에서의 BMD 크기 및 분포에 영향을 준다. 본 개시내용의 다양한 측면 중 어느 하나에서, 본 발명의 CZ 실리콘 결정 잉곳 및 웨이퍼의 BMD 크기 분포, BMD 밀도 분포 및 에지 밴드 특징은 하기에 기재된 모델링 및 시뮬레이션 기술에 의해 결정된, 이 또한 하기에 기재된 범위 내의 변수를 선택함으로써 제어될 수 있다. 바람직한 범위는 잉곳 직경에 따라 적합하게 달라질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 질소 도판트 농도 범위는 약 1*1013개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3이고, 인상 속도 범위는 약 0.4 mm/분 내지 약 1.5 mm/분이며, 잉곳 표면 온도 구배는 약 1300℃ 내지 약 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 약 10°K/분 내지 약 50°K/분이다. 하나의 실시양태에서, 300 mm 직경 잉곳의 경우에, 질소 도판트 농도 범위는 약 1*1013개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3이며, 인상 속도 범위는 약 0.85 mm/분 내지 약 1.5 mm/분이며, 잉곳 표면 온도 구배는 약 1300℃ 내지 약 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 약 10°K/cm 내지 약 35°K/cm이다.
질소 도판트 농도
본 개시내용의 실리콘 결정은 CZ 실리콘에서의 공극 크기 분포의 감소를 유도하는 질소 도판트 원자를 포함한다. 질소 농도는 결정 반경방향 위치의 함수로서 성장 산소 클러스터의 반경에 영향을 준다. 실리콘 결정에서의 질소 농도는 약 1*1013개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3 또는 약 1*1014개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3이다. 잉곳은, 예를 들어 질소 기체의 성장 챔버에의 도입 및/또는 질소의 폴리실리콘 용용물에의 첨가를 포함하는, 관련 기술분야에 공지된 다양한 방법 중 어느 하나에 의해 질소로 도핑될 수 있다. 성장하는 결정에 첨가되는 질소의 양은 질소를 폴리실리콘 용용물에 첨가함으로써 보다 정확하게 제어되므로, 이것이 바람직한 방법이다. 전형적인 폴리실리콘 용용물 질소 농도는 약 1*1016개 원자/cm3 내지 약 1*1018개 원자/cm3, 또는 약 1*1017개 원자/cm3 내지 약 1*1018개 원자/cm3, 또는 약 1*1017개 원자/cm3 내지 약 5*1017개 원자/cm3이다. 결정에 첨가된 질소의 양은 예를 들어, 직경을 알고 있는 실리콘 웨이퍼 상에 알고 있는 두께의 질화규소 (Si3N4) 층을 증착시킴으로써 용이하게 결정될 수 있고, 이는 실리콘 용용물이 형성되기 전에 폴리실리콘과 함께 도가니에 도입된다 (Si3N4의 밀도는 약 3.18 g/cm3임).
질소가 공공과 강력하게 결합하기 때문에 (문헌 [M. Kulkarni, Defect 역학 in the presence of nitrogen in growing Czochralski silicon crystals, Journal of Crystal Growth, 체적 310, pages 324-335 (2008)] 참조), 질소 농도가 낮을수록 자유 공공이 보다 많아질 것이고, 이는 공극의 형성에 유리하므로, 산소 석출물이 결정의 내부 영역에서 보다 작아지는 것으로 생각된다. 상기에 개시된 바와 같이, 질소-도핑은 CZ 실리콘 결정에서 공극 크기 분포 감소를 유도한다. 공공 채움을 통해 작용하는, 질소는 결정의 공공 영역에서의 점 결함 형성에 영향을 주고, 본질적으로 공극 형성을 보다 낮은 온도로 변동시키고, 공극 밀도를 증가시키고, 공극 크기를 감소시키는 것으로 생각된다. 질소 도핑 결정에서의 공공 채움 효과 때문에, 산소 석출은 비-질소 도핑 결정에서보다 높은 밀도 및 거대한 크기로 발생한다. 특정 이론에 구애됨이 없이, 질소 도판트 원자는 실리콘 결정에서의 공공의 확산을 지연시킴으로써 산소 석출 핵을 열적으로 안정화하는 것으로 생각된다. 구체적으로, 성장하는 결정이 냉각될수록 공공의 농도가 임계 과포화 수준에 도달하고 (즉, 이때 응집 사건이 발생함), 이는 응집된 공공 결함 또는 미세-공극의 형성을 초래한다는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, 과포화는 약 1150-1050℃의 온도에서 발생할 수 있다. 결정이 냉각될수록, 미세-공극의 크기가 성장하는데, 그 이유는 공공이 계속해서 그러한 자리로 확산되기 때문이다. 미세-공극의 응집 사건 및 계속되는 성장이 결정에서의 비-응집 또는 "자유" 공공의 농도를 유의하게 감소시키지만, 계속해서 냉각시키면 제2 임계 과포화 수준에 도달하여, 이때 결정에서 자유 공공과 산소가 상호작용하여 산소 석출 핵을 형성한다. 비-질소 도핑 결정의 경우에, 제2 임계 과포화 수준은 결정이 약 700℃ 미만으로 냉각될 때 발생한다. 그러나, 질소 도핑 실리콘에서는, 응집 사건 동안에 미세-공극의 형성이 공공의 느려진 확산 속도로 인해 약간 억제된다. 이는 제1 응집 사건 후에 보다 높은 농도의 자유 공공이 결정에 남아있도록 한다. 질소 도핑 실리콘에서의 증가한 농도의 자유 공공은 제2 임계 과포화 수준이 발생하는 온도를, 예를 들어 약 800℃ 내지 약 1050℃로 상승시킨다. 상승한 온도에서, 결정에서의 산소 원자는 이동성이 더욱 커져 보다 많은 산소 원자가 자유 공공과 상호작용하고, 이는 보다 안정한 산소 석출 핵을 초래한다. 안정화된 산소 석출 핵은 후속 열 가공, 예컨대 에피택셜 실리콘 층의 성장 동안에 용해에 대하여 더욱 저항성을 갖는다.
도 7 및 8에 나타나 있는 바와 같이, 표면-유래 효과의 존재 때문에, 에지 가까이에서의 예측 산소 석출물 크기는 유사하게 보상되지 않는다. 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 질소 농도는 결정 반경방향 위치의 함수로서 성장 산소 클러스터의 반경에 영향을 주어 반경 크기의 불균등 분포를 초래하고, 여기서 300 mm 직경 잉곳의 경우에, 산소 클러스터 반경은 에지 영역에서 현저히 증가한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 질소 농도는 결정 반경방향 위치의 함수로서 성장 공극의 반경에 영향을 주어 반경 크기의 불균등 분포를 초래하고, 여기서 300 mm 직경 잉곳의 경우에, 공극 크기 반경은 에지 영역에서 현저히 감소한다.
질소 농도의 효과로부터 초래되는 평균 BMD 밀도의 의존성은 어닐링 온도와 무관한 것으로 생각된다. 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 1100℃의 어닐링 온도에서 예측 평균 BMD 밀도는 약 7.5*1013개 원자/cm3의 잉곳 질소 농도에서의 약 9.1*107/cm3에서 약 2.5*1014개 원자/cm3의 잉곳 질소 농도에서의 약 4.1*108/cm3로 달라진다. 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 1000℃의 어닐링 온도에서 예측 평균 BMD 밀도는 약 7.5*1013개 원자/cm3의 잉곳 질소 농도에서의 약 2.15*1010/cm3에서 약 2.5*1014개 원자/cm3의 잉곳 질소 농도에서의 약 3.75*1010/cm3로 달라진다. 평균 BMD 밀도가 1100℃에서보다 1000℃에서 높지만, 질소 농도에 대한 평균 BMD 밀도의 의존성은 두 온도 모두에서 유사하였다.
인상 속도
도 3에 도시된 바와 같이, 인상 속도는 결정 반경방향 위치의 함수로서 성장 산소 클러스터의 예측 반경에 영향을 주어 반경 크기의 불균등 분포를 초래한다. 300 mm 직경 잉곳의 약 0.78 mm/min 정도의 인상 속도의 경우에, 산소 클러스터 반경은 에지 영역에서 현저히 증가한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 인상 속도는 결정 반경방향 위치의 함수로서 성장 공극의 예측 반경에 영향을 주어 반경 크기의 불균등 분포를 초래하고, 여기서 300 mm 직경 잉곳의 경우에, 0.7 mm/min 이상의 인상 속도에서 공극 크기 반경은 에지 영역에서 현저히 감소한다. 도 3 및 4의 기반 데이터는 단면에 걸쳐서 5.5*1010개 원자/cm3의 일정한 산소 농도 및 1.26*1014개 원자/cm3의 질소 농도에서 수집된다. 각각의 인상 속도에서, 용용물/결정 계면 가까이에서의 결정 표면 온도 구배는 51.14°K/cm였다. 결정 온도가 강하할수록, 결정에서의 성장 공공은 공극으로 응집될 뿐만 아니라, 산소 클러스터의 형성을 촉진할 수 있다. 각각의 경우에 관찰되는, 공공 클러스터 및 산소 클러스터 둘 모두의 크기 프로파일에서 결정 표면 가까이에 피크가 존재한다. 높은 인상 속도 값에서는, 공극 크기의 에지 피크가 산소 클러스터에 대하여 관찰되는 것보다 훨씬 덜 급격하다. 이러한 관찰은 측방 혼입 효과에 대한 확립 이론과 일치한다. 보다 느린 인상 속도에서는, 어디에서나 보다 적은 공공이 혼입되어 공극 형성이 지연되지만, 공공 지배 결정의 이러한 빠른 결정 인상 속도에서는, 산소 클러스터의 형성이 보다 빨리 촉진될 수 있다. 따라서, 축방향 혼입, 산소 및 질소와의 결합 강도, 및 측방 혼입에 기반하여 결정되는 자유 공공 농도에 따라 공극 형성과 산소 클러스터 형성 사이에 경쟁이 존재하고, 이는 산소 클러스터의 크기 분포의 균일성을 증가시키도록 조종될 필요가 있다. 인상 속도의 증가는 어디에서나 충분한 공공을 도입하여, 공극 크기를 증가시키고 산소 클러스터 크기를 감소시킨다. 인상 속도가 약 0.95 mm/min 또는 심지어 1 mm/min으로 증가할 때 산소 석출의 에지 밴드는 그의 강도가 현저히 감소한다는 것이 밝혀졌다.
본 개시내용의 범주 내에서 인상 속도 범위는 잉곳 직경에 따라 달라지고, 일반적으로 약 0.4 내지 약 1.5 mm/min, 약 0.5 내지 약 1.5 mm/min, 약 0.6 내지 약 1.5 mm/min, 약 0.7 내지 약 1.5 mm/min이다. 본 개시내용의 범주 내에서 속도는 약 0.4 mm/min, 약 0.5 mm/min, 약 0.6 mm/min, 약 0.7 mm/min, 약 0.78 mm/min, 약 0.8 mm/min, 약 0.85 mm/min, 약 0.9 mm/min, 약 1.0 mm/min, 약 1.1 mm/min, 약 1.2 mm/min, 약 1.3 mm/min, 약 1.4 mm/min, 약 1.5 mm/min, 및 이들의 범위를 포함한다. 예를 들어, 300 mm 잉곳의 경우에 약 0.85 mm/min 내지 약 1.5 mm/min, 약 0.85 mm/min 내지 약 1.0 mm/min, 또는 약 0.9 mm/min 내지 약 1.0 mm/min의 인상 속도가 일반적으로 바람직하다. 300 mm 초과, 예컨대 약 400 mm 또는 약 450 mm의 직경을 갖는 잉곳의 경우에 인상 속도 범위는 바람직하게는 약 0.8 mm/min 미만, 예컨대 약 0.4 내지 약 0.7 mm/min, 약 0.5 내지 약 0.7 mm/min, 또는 약 0.5 내지 약 0.6 mm/min이다. 보론코브 이론에 따른 임계값을 초과하는 v/G를 제공하는 인상 속도가 바람직하다.
평균 BMD 밀도가 인상 속도의 함수로서 확인되었는데, 여기서 이러한 함수성의 특징은 어닐링 온도에 따라 변화한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 1100℃의 어닐링 온도에서의 300 mm 잉곳의 예측 평균 BMD 밀도는 1000℃의 어닐링 온도에서보다 약 두 자릿수가 낮고, 인상 속도가 증가할수록 감소한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 300 mm 잉곳의 예측 평균 BMD 밀도는 1100℃ 어닐링 온도에서보다 약 두 자릿수가 높고, 0.95 mm/min까지 인상 속도가 증가할수록 증가하고 1 mm/min에서 약간 떨어진다.
온도 구배
성장하는 CZ 결정이 노출되는 평균 축방향 온도 구배는 중심 축으로부터 에지까지 결정 단면에 걸쳐서 공극 크기 분포에 영향을 준다. 일반적으로, 공극 크기 증가는 온도 구배에 반비례하므로, 특히 결정 에지 가까이에서의 공극 크기는 용용물/결정 계면에 가까운 결정 에지에서의 온도 구배의 감소에 반응하여 증가한다. 이러한 예측 효과가 도 11 및 12에 나타나 있다. 실제로 이는 결정 에지 가까이에서의 산소 석출물 크기의 축소를 용이하게 하고, 반면에 결정 내부에서의 산소 석출물 크기는 온도 구배의 영향을 실질적으로 받지 않는다.
용용물/결정 계면에 가까운 결정 표면 상의 온도 구배의 감소는 그 부분을 고온 대역의 보다 고온의 구역에 더 노출시킴으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 이를 달성하는 하나의 방법은 용용물 표면과 반사체용 흑연 ("Hr"이라고도 함)의 바닥 사이의 간격을 증가시키는 것에 의한 것이다. 또 다른 방법은 보다 높은 바닥 히터 출력의 운전에 의한 사이드 히터 출력의 증가이다.
본 개시내용의 범주 내에서 온도 구배 범위는 약 1300℃ 내지 약 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 약 10°K 내지 약 50°K/cm, 약 10°K 내지 약 35°K/cm, 약 25°K 내지 약 50°K/cm, 약 25°K 내지 약 45°K/cm, 약 30°K 내지 약 45°K/cm, 또는 약 35°K 내지 약 45°K/cm이다. 온도 구배는 약 10°K/cm, 약 20°K/cm, 약 25°K/cm, 약 30°K/cm, 약 35°K/cm, 약 40°K/cm, 약 45°K/cm, 약 50°K/cm, 및 이들의 다양한 범위를 포함한다.
온도 구배의 효과로부터 초래되는 평균 BMD 밀도의 의존성은 어닐링 온도와 최소한으로 관련있는 것으로 생각된다. 도 13에 나타나 있는 바와 같이, 1100℃의 어닐링 온도에서 300 mm 잉곳의 예측 평균 BMD 밀도는 약 31 K/cm의 결정 표면 온도 구배에서의 약 2*108/cm3에서 약 51 K/cm의 결정 표면 온도 구배에서의 약 2.25*108/cm3로 달라진다. 도 14에 나타나 있는 바와 같이, 1000℃의 어닐링 온도에서 300 mm 잉곳의 예측 평균 BMD 밀도는 약 31 K/cm의 결정 표면 온도 구배에서의 약 2.8*1010/cm3에서 약 51 K/cm의 결정 표면 온도 구배에서의 약 2.8*1010/cm3보다 약간 작은 값으로 달라진다. 평균 BMD 밀도가 1100℃에서보다 1000℃에서 높지만, 잉곳 질소 농도에 대한 평균 BMD 밀도의 의존성은 두 온도 모두에서 실질적으로 유사하였다.
인상 속도, 표면 온도 구배 및 질소 농도의 조합
본 개시내용에 따라서, 인상 속도, 표면 온도 구배 및 질소 농도의 조합이 (i) 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 공공 반경 및 밀도의 반경방향 균일성, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정으로부터 슬라이싱된 열 처리 웨이퍼의 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 BMD 직경 및 밀도의 반경방향 균일성, 및 (iii) 상기 웨이퍼의 에지 밴드 특징에 영향을 준다는 것이 밝혀졌다. 추가로, 인상 속도, 표면 온도 구배 및 질소 농도의 조합이 결정 웨이퍼 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 BMD 직경 및 밀도의 실질적인 반경방향 균일성 및 에지 효과의 실질적인 부재를 달성하도록 선택될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 본원에 기재된 다양한 알고리즘 및 이들의 조합이 (i) BMD 크기 및 밀도 분포에 대한 인상 속도 및 온도 구배의 효과, (ii) BMD 크기 및 밀도 분포에 대한 인상 속도 및 온도 구배와 함께 산소 농도 및 질소 농도의 효과, (iii) 집중 모델에 기반한 BMD 크기 분포, 및 (iv) 에지 밴드 특징을 모델링하는데 이용된다.
추가로 본 개시내용에 따라서, 인상 속도, 질소 농도 및 결정 표면 온도 구배의 조합이 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 공공 반경 및 밀도의 실질적인 반경방향 균일성을 특징으로 하는 질소 도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 및 그로부터 슬라이싱된, 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 BMD 직경 및 밀도의 실질적인 반경방향 균일성을 특징으로 하는 열 처리 웨이퍼를 제조하는데 적합한 조건의 세트를 유도하기 위해 시뮬레이션 및 실험에 의해 평가되고, 여기서 웨이퍼는 에지 효과의 본질적인 부재를 나타낸다. 보다 구체적으로, 본원에 개시된 결함 시뮬레이션 모델을 이용하여, 주어진 직경에 대한 실리콘 결정 및 웨이퍼에서의 공공의 응집 및 산소 클러스터링에 대한 일부 핵심 파리미터의 기여도를 예측하는 것이 가능하다. 시뮬레이션 모델에서, 300 mm 직경 웨이퍼에 대한 하나의 실시양태에서, 0.78 내지 1.0 mm/min의 고속 인상 속도에서 실리콘 웨이퍼 근처에서의 산소 석출 밴드의 존재가 고려된다. 이러한 발견은 쿨카르니 (US 8,216,362)에 의해 개시된 공공의 측방 혼입 효과를 확증한다. 성장 결정으로부터 슬라이싱되고 에피 및 어닐링으로서 시뮬레이션할 수 있는 다양한 열 처리 후의 웨이퍼의 측방 단면에 걸쳐서 평균을 낸 평균 BMD 밀도에 대한 이들 변화의 효과가 또한 시뮬레이션에 의해 고려된다. 시뮬레이션 결과에 기반하여, 이들 핵심 파라미터의 다양한 조합이 설계되고 평가된다. 시뮬레이션 모델이 파라미터의 조합 효과를 평가하고, 또한 시뮬레이션 모델을 보정하고 최종 결과를 확인하기 위해 결정 성장을 시험하고 웨이퍼를 평가하기 위한 기준을 확립하는데 사용된다. 결정 잉곳, 연마 및 에피 웨이퍼에서의 BMD의 제어되는 크기 및 밀도의 반경방향 균일성을 달성하기 위해 시뮬레이션, 보정 및 시험의 여러 번의 반복이 수행된다. 시뮬레이션 결과는 실험적으로 검증된다. 시뮬레이션의 목적상 BMD 크기가 반경 기준으로 추정되고, 반면에 열 처리 또는 후속 에피 열 처리 웨이퍼에서의 BMD 크기는 직경 기준으로 추정된다는 것을 주목해야 한다.
시뮬레이션 및 실험에 기반하여, 웨이퍼 BMD와 질소 농도, 결정 인상 속도 및 온도 구배를 포함하는 CZ 실리콘 잉곳의 개별 파라미터 각각의 상관관계가 확립된다. 연마, 에피, 및 어닐링 웨이퍼에서의 만족스러운 BMD 능력을 달성하기 위해, 본원에 개시된 다양한 파라미터 사이의 연관성이 시뮬레이션 모델에 의해 확립되어, 실질적인 에지 효과 없이 웨이퍼에서의 BMD의 제어되는 크기 및 밀도의 균일한 반경방향 분포를 갖는 목적하는 최적화된 석출 거동을 달성하기 위해 파라미터의 다양한 조합의 결과 예측을 가능하게 한다.
시뮬레이션 및 실험적 평가에 기반하여, 본 개시내용의 목적을 달성하는 충분한 변수의 조합이 확립된다. 범위는 잉곳 직경에 따라 적합하게 달라질 수 있다. CZ 실리콘 결정 잉곳의 제조에 대한 본 개시내용의 다양한 측면 중 어느 하나에서: (1) 질소 농도는 약 1*1013개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3이고; (2) 온도 구배는 약 10°K/cm 내지 약 50°K/분, 약 10°K/분 내지 약 35°K/cm, 약 25°K/cm 내지 약 50°K/cm, 약 30°K/cm 내지 약 50°K/cm, 또는 약 35°K/cm 내지 약 50°K/cm이며; (3) 인상 속도는 약 0.4 mm/분 내지 약 1.5 mm/분, 약 0.5 mm/분 내지 약 1.5 mm/분, 약 0.85 mm/분 내지 약 1.5 mm/분, 약 0.7 mm/분 내지 약 1.0 mm/분, 약 0.78 mm/분 내지 약 1.0 mm/분, 약 0.8 mm/분 내지 약 1.0 mm/분, 약 0.85 mm/분 내지 약 1.0 mm/분, 약 0.75 mm/분 내지 약 1.0 mm/분, 또는 약 0.9 mm/분 내지 약 1.0 mm/분이다. 일부 300 mm 직경 CZ 실리콘 결정 잉곳 측면에서, 약 0.85 mm/분 내지 약 1.5 mm/분의 인상 속도, 약 1300℃ 내지 약 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 약 10°K/cm 내지 약 35°K/cm의 온도 구배, 및 약 1*1013개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3의 질소 농도로부터 선택된 변수의 조합이 본원에 기재된 BMD 크기 및 밀도 분포 및 에지 밴드 특징을 갖는 이곳을 제공한다. 일부 다른 이러한 측면에서, 인상 속도는 약 0.85 mm/분 내지 약 1.0 mm/분 또는 약 0.9 mm/분 내지 약 1.0 mm/분이다. 300 mm 이외의 직경을 갖는 CZ 실리콘 결정의 경우에는, 본 개시내용의 목적인 BMD 분포 및 에지 밴드를 달성하는데 요구되는 인상 속도 범위, 질소 농도 범위, 및 온도 구배 범위의 조합이 본원에 개시된 시뮬레이션에 의해 결정될 수 있고, 여기서 예측 범위는 300 mm 직경 잉곳에 대하여 요구되는 범위 밖에 있거나, 그 범위가 중복되거나 또는 그 범위에 포함될 수 있다.
시뮬레이션
주어진 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경에 대하여 인상 속도, 질소 농도 및 온도 구배 변수 세트의 예측을 허용하여, 본원에 개시된 반경방향으로 균일하게 분포된 BMD 직경 및 밀도, 및 에지 밴드 특징을 갖는 질소 도핑 CZ 실리콘 웨이퍼의 제조를 가능하게 하는 알고리즘 및 시뮬레이션 방법이 본원에 개시되어 있다.
BMD 크기 및 분포에 대한 인상 속도 및 온도 구배의 효과를 모델링하고 예측하는데 사용되는 알고리즘이 문헌 [M. S. Kulkarni and V. V. Voronkov, Simplified Two-Dimensional Quantification of the Grown-in Microdefect Distributions in Czochralski Grown Silicon Crystals, Journal of the Electrochemical Society, 152 (10) pages G781 to G786 (2005)]에 의해 개시되었고, 이것을 본원에서는 "쿨카르니 2005 알고리즘"이라 명명한다. 개시된 집중 모델은 열 처리 웨이퍼에서의 BMD 분포의 연산 예측을 허용한다. 요약하면, 미세결함이 구체 클러스터로서 근사화될 수 있다. CZ 결정의 원소에서, 실제 클러스터 집합군의 평균 반경과 동일한, 동일한 반경의 동일한 클러스터의 등가의 집합군이 실제 클러스터 집합군을 나타낸다. 평균 클러스터 반경을, 클러스터의 반경을 제곱해서 평균낸 것의 제곱근으로 대체함으로써, 결함 역학을 기술하는 방정식이 연산에 의해 단순화될 수 있다. 미세결함 분포는 점 결함 농도 (C), 클러스터 밀도 (N), 및 전체 클러스터 집합군의 표면적에 비례하는 보조 변수 (U)를 기술하는 일련의 개시된 방정식에 의해 정량화된다. 클러스터 밀도 (N)는 고전적 핵형성 이론에 의해 예측되고, U는 개시된 클러스터 성장 방정식을 사용하여 기술되며, C는 점 결함의 성장하는 클러스터에 의한 이동, 재결합 및 소모를 포함하는 개시된 방정식에 의해 기술된다. 모델은 미세결함 밀도 및 크기의 최종 (결정) 공간적 분포를 획득할 정도로 충분히 정확하고, 모델의 예측을 엄격한 모델 및 실험적 관찰의 예측과 비교함으로써 검증된다.
BMD 크기 및 분포에 대한 질소 농도, 인상 속도 및 온도 구배의 효과를 모델링하고 예측하는데 사용되는 알고리즘이 문헌 [M. S. Kulkarni, Defect dynamics in the presence of nitrogen in growing Czochralski silicon crystals, Journal of Crystal Growth 310, pages 324 to 335 (2008)]에 의해 개시되었고, 이것을 본원에서는 "쿨카르니 2008 알고리즘"이라 명명한다. 개시된 모델은 모든 응집체를 구체 클러스터로서 근사화한다. 쿨카르니에 의해 개시된 바와 같이, 고전적 핵형성 이론은 상당한 정확도로 모든 클러스터의 형성을 포착한다. 형성된 클러스터는 확산-제한 속도론에 의해 성장한다. 공공 클러스터 및 자기-침입형 클러스터는 각각 공공 및 자기-침입형의 균질한 핵형성에 의해 형성된다. 보다 큰 비체적 때문에, 산소 클러스터가 공공에 의한 촉진에 의해 형성된다. 산소 클러스터의 성장은, 공공이 풍부할 때는 산소의 확산에 의해 제한되고 공공이 희박할 때는 공공의 확산에 의해 제한된다. 성장하는 결정에서의 주어진 위치에서의 클러스터의 집합군은 동일한 클러스터의 등가의 집합군에 의해 근사화된다. 모델은 CZ 결정 성장에서 상이한 미세결함의 형성을 유도하는 조건을 정량화한다. 달라지는 인상 속도 및 질소 농도의 효과가 또한 포착된다. 모델은 정상 상태와 비정상 상태 모두에서 성장하는 CZ 결정에서의 미세결함 분포를 정량화한다. 개시된 모델의 예측은 저농도 내지 적당한 고농도의 질소 존재 하의 보고된 미세결함 분포와 잘 일치한다. 그러나, 초고농도 (대략 1018 cm-3 이상)의 질소 존재 하에서는, 모델의 예측이 덜 정확하다.
BMD 크기 및 분포에 대한 산소 농도, 인상 속도 및 온도 구배의 효과를 모델링하고 예측하는데 사용되는 알고리즘이 문헌 [M. S. Kulkarni, Defect dynamics in the presence of oxygen in growing Czochralski silicon crystals, Journal of Crystal Growth 303, pages 438 to 448 (2007)]에 의해 개시되었고, 이것을 본원에서는 "쿨카르니 2007 알고리즘"이라 명명한다. 개시된 모델은 미세결함의 형성 및 성장과 함께, 실리콘의 고유 점 결함 및 산소를 포함하는 처리 반응에 의해 달성될 수 있는 성장하는 CZ 결정에서의 미세결함의 분포를 정량화한다. 산소의 존재는 주로 2종의 결합된 공공 종류, 즉 vO 및 vO2와 산소의 응집체를 생성시킨다. 공공의 응집체는 구체 v-클러스터로서 모델링되고; 자기-침입형의 응집체는 구체 i-클러스터로서 모델링되며; 산소의 응집체, 주로는 이산화규소는 구체 O-클러스터로서 모델링된다. 이러한 처리의 복잡성이 CZ 결정에서의 임의의 주어진 위치에서의 상이한 크기의 클러스터의 집합군을 동일한 클러스터의 등가의 집합군으로서 근사화하는, 쿨카르니 및 보론코브에 의해 개발된 집중 모델 (Simplified Two-Dimensional Quantification of the Grown-in Microdefect Distributions in Czochralski Grown Silicon Crystals, Journal of the Electrochemical Society, 152 (10) pages G781 to G786 (2005))의 적용에 의해 줄어든다. 개시된 모델의 핵심 요소는 O-클러스터의 공공 보조 형성이다. O-클러스터의 비체적이 실리콘보다 크기 때문에, 효과적으로 CZ 성장시의 모든 거대한 O 클러스터는 공공의 흡수에 의해 형성된다. 성장하는 O-클러스터는 자유 공공 (v)만을 직접적으로 소모하지만; 자유 공공 농도가 감소할수록 보다 많은 자유 공공이 vO 및 vO2 종류의 해리에 의해 생성된다. 따라서, 자유 공공과 vO 및 vO2 종류로 결합된 공공이 둘다 소모된다.
개시된 모델은 정상 상태 및 비정상 상태 하에 성장하는 CZ 결정에서의 미세결함 분포를 정량화한다. 결정에서 주어진 영역에서 형성되는 미세결함의 유형은 계면으로부터 떨어진 짧은 거리에서 확립된 고유 점 결함 및 vO 및 vO2 종류의 농도에 좌우되는 것으로 생각된다. 고농도의 자유 공공이 뚜렷한 영역에서는, 공극 또는 v-클러스터가 공공의 핵형성에 의해 보다 높은 온도에서 형성된다. v-클러스터 성장은 자유 공공과 결합된 공공을 둘다 소모한다. 보통의 자유 공공 농도가 뚜렷한 영역에서는, v-클러스터 형성이 보다 높은 온도에서 억제되고; 자유 공공 및 결합된 공공이 O-클러스터의 형성 및 성장에 의해 소모된다. 공공과 산소 사이의 결합은 보다 낮은 온도에서 v-클러스터 및 O-클러스터의 존재 하에서도 초저농도로 결합된 형태의 공공이 생존하도록 한다. 자기-침입형의 우세함이 뚜렷한 영역에서는, i-클러스터가 형성된다.
계면 근처에서의 고유 점 결함의 농도장은 주로 프렌켈(Frenkel) 반응과 고유 점 결함 이동 사이의 상호작용에 의해 확립되는 것으로 생각된다. 산소는 vO 및 vO2 종류의 농도 증가에 의해 자기-침입형과의 재결합을 위해 이용가능한 유효 공공 농도를 증가시키고, 고정된 결정 성장 조건 동안 우세한 고유 점 결함 종류로서 공공의 생존을 유도하는 조건을 약간 용이하게 한다. 증가하는 산소 농도에서, 거대한 v-클러스터 및 i-클러스터가 존재하지 않는 결정이 성장할 수 있는 인상 속도 범위의 증가가 또한 모델에 의해 예측되고 설명된다. 이러한 거동은 고정된 결정 성장 조건 동안 증가하는 산소 농도에서 결합된 공공의 농도가 증가하기 때문이다. 문헌에 보고된 CZ 결정에서의 정성적 미세결함 분포가 개발된 모델에 의해 정량화될 수 있다.
집중 모델에 기반하여 BMD 크기 분포를 모델링하고 예측하는데 사용되는 알고리즘이 문헌 [G. Samanta and M. S. Kulkarni, Efficient computation of population distribution of microdefects at any location in growing Czochralski silicon single crystals, Journal of Crystal Growth, 393, pages 49 to 53 (2014)]에 의해 개시되었고, 이것을 본원에서는 "사만타(Samanta) 알고리즘"이라 명명한다. 개시된 모델은 M. S. 쿨카르니 및 V. V. 보론코브에 의해 개시된 모델 (Simplified Two-Dimensional Quantification of the Grown-in Microdefect Distributions in Czochralski Grown Silicon Crystals, Journal of the Electrochemical Society, 152 (10) pages G781 to G786 (2005))에 기반하는 것으로서, 클러스터 형성 및 경로 (이동) 에너지를 고려하지 않으면서 결정에서의 임의의 위치에서의 미세결함 집합군의 크기 분포 계산을 허용한다. 열 응력 및 도판트 농도의 의존성 역시 고려되지 않는다. 고유 점 결함 평형 농도에 대한 도판트-유래 변형 효과는 종래의 도핑 수준에서 무시할 정도로 작다. 페르미(Fermi) 준위에서 도판트-유래 변동으로 인한 점 결함 농도의 평형 값의 변화는 또한 초고농도의 도핑 수준 (대략 1018 cm-3 이상)에서는 유의하다. 평형 농도 값에 대한 열 응력의 영향 역시 미약하다. 집중 모델의 연산 장점은 그것을 통해 발달된 점 결함 농도장이 또한 결정에서의 선택된 위치에서의 미세결함 집합군의 크기 분포를 푸는데 사용될 때도 방해받지 않는다. 집중 모델로부터 예측된 크기 분포는 정상 조건 및 비정상 조건 하의 엄격한 모델로부터 예측된 것과 상당히 잘 일치한다.
본 개시내용에 따라서, 상기에 기재된 알고리즘에 기반하여, 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 공공 반경 및 밀도의 실질적인 반경방향 균일성, 결정 단면에 걸쳐서 결정 반경방향 위치의 함수로서 BMD 직경 및 밀도의 실질적인 반경방향 균일성, 및 에지 효과의 실질적인 부재를 특징으로 하는 단결정 CZ 실리콘의 제조를 가능하게 하는 인상 속도, 온도 구배 및 질소 농도 값을 유도하는 방법이 개발되었다. 하나의 이러한 실시양태가 도 23의 흐름도에 나타나 있다. 요약하면, 쿨카르니 2005, 쿨카르니 2007, 및 쿨카르니 2008 알고리즘을 사만타 알고리즘과 함께 사용하여, 산화 석출물 밀도 및 크기의 반경방향 프로파일을 시뮬레이션하고 단결정 CZ 실리콘 잉곳 및 웨이퍼의 에지 밴드 특징을 평가한다. 인상 속도, 온도 구배 및 질소 농도 변수의 임의의 주어진 세트에 대하여, 실리콘 결정 잉곳 또는 웨이퍼가 시뮬레이션에 의해 (i) 잉곳 또는 웨이퍼의 중심으로부터 잉곳 또는 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기의 20% 초과의 증가, (ii) 잉곳 또는 웨이퍼의 중심으로부터 잉곳 또는 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도의 200% 초과의 증가, (iii) 잉곳 또는 웨이퍼의 에지까지의 약 10 mm 지점으로부터 잉곳 또는 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기의 15% 초과의 증가, (iv) 잉곳 또는 웨이퍼의 에지까지의 약 10 mm 지점으로부터 잉곳 또는 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도의 100% 초과의 중가, 및 (v) 잉곳 또는 웨이퍼의 에지까지의 약 1000 ㎛ 지점으로부터 잉곳 또는 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서의, 약 30 nm 미만 또는 약 100 nm 초과의 평균 반경 및 약 1*108개 원자/cm3 미만 또는 약 1*1010개 원자/cm3 초과의 산소 석출 밀도를 갖는 산소 석출물을 포함하는 에지 밴드 때문에 실패인 것으로 예측된다면, 이러한 잉곳 또는 웨이퍼는 허용되지 않는 것으로 간주된다. 변수의 세트가 허용되지 않는 잉곳 또는 웨이퍼를 초래하는 것으로 예측된다면, 후속 시뮬레이션 반복은 새로운 변수 세트에 기반하여 수행된다. 목적하는 BMD 크기 및 분포를 제공하는 것으로 예측되는 변수 세트가 유도될 때까지 시뮬레이션 반복이 계속된다.
본 개시내용의 일부 추가 측면에서, BMD 크기가 시뮬레이션으로부터 예측될 수 있다. 먼저, 산소 석출물의 클러스터 크기 분포를 축방향 위치에서의 결정 단면에 걸쳐서 여러 반경방향 위치에서 계산한다. 그 후에, 고전적 핵형성 이론 (CNT)에 기반하여 하기와 같이 임계 크기 (R cr )를 결정한다:
R cr = (2215)/(T ln(C O /C oe )) (1)
방정식 (1)에서, R cr 은 나노미터 (nm) 단위이고; T는 켈빈도 단위의 어닐링 온도를 나타내며; C O 는 결정에서의 산소 수준을 나타내며; C Oe 는 온도 T에서 실리콘 결정에서의 산소 농도 평형 값을 나타낸다. 모든 위치에서 R cr 을 초과하는 크기를 갖는 산소 석출물의 밀도를 적분한 다음, 그러한 모든 위치에서의 그 수치를 평균내어 BMD 밀도를 추정한다.
본 개시내용은 추가로 어닐링 동안의 웨이퍼 깊이에 따른 산화물 석출 밀도를 시뮬레이션하는 방법에 관한 것이다. 시뮬레이션을 위한 수학 모델은 보론코브 및 폴스터(Falster)의 핵형성 모델 (Nucleation of oxide precipitates in vacancy-containing silicon, Journal of Applied Physics, Volume 51, pages 5802-5810 (2002))에 기반하고, 여기서 하기 방정식이 점 결함 균형, 공공과 산소 사이의 상호작용, 및 석출물의 성장을 좌우하는 것으로 생각된다. 방정식은 하기와 같다:
Figure 112017018933792-pct00001
(2)
방정식 (2)는 공공의 결합 및 자유 상태를 설명해주는 점 결함의 균형, 점 결함의 확산 플럭스, 및 성장하는 산화 석출물로 인한 자기-침입형의 배출 플럭스를 기술한다. 자유 공공의 소모 플럭스는 확산-제한 값 미만인 것으로 추정되기 때문에 무시할 수 있다.
J i = ε4πDC ∫ I s (t')R(t',t)dt' (3)
방정식 (3)은 자기-침입형의 배출 플럭스의 정량적 평가를 제공한다.
R(t',t) = [ 2DC (t-t')/q] 1/2 (4)
방정식 (4)는 핵형성된 산화 석출물의 확산 제한 성장을 기술한다.
C i C vt = C ie C vte (5)
방정식 (5)는 결합 및 자유 공공과 자기-침입형 사이의 신속한 반응의 타당한 가정 결과이다.
C v / C vt = C ve / C vte (6)
방정식 (6)은 자유 공공이 산소 클러스터에 의해 급속히 포획된다는 가정에 기인한다.
8*1017개 산소 원자/cm3 및 6*1012개/cm3의 초기 총 공공 농도 (C vt )를 함유하는 600 마이크로미터 두께의 웨이퍼를 800℃에서 1시간 동안 어닐링하는 것의 시뮬레이션이 수행된다. 선택된 C vt 값은 Pt 확산 기술을 사용하여 측정된, 공공 지배 웨이퍼에 대하여 전형적인 값으로 간주된다. 도 19는 어닐링 동안의 다양한 시점에서의 웨이퍼 깊이에 따른 예측 산화 석출물 밀도의 그래프이다. 도 20은 어닐링 동안의 다양한 시점에서의 웨이퍼 깊이에 따른 예측 C vt 의 그래프이다. 도 19 및 20은 표면 상의 평형 조건의 존재로 인해 웨이퍼 표면 가까이에서 발생하는 변화를 보여준다. 총 공공 농도는 벌크로부터 웨이퍼 표면을 향해 확산되어 나가서, 석출물 밀도 역시 벌크로부터 떨어진 곳에서 감퇴하게 된다. 웨이퍼 표면으로부터 약 30 내지 40 마이크로미터의 깊이에서, 석출물 밀도는 벌크 값과 비교하여 낮게 유지된다.
본 개시내용의 실리콘 웨이퍼는 다양한 적용분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 활택 마무리로 연마된 베어(bare) 실리콘 표면을 갖는 이러한 웨이퍼 (즉, 연마 웨이퍼)는 집적 회로 제조 공정에 그대로 사용될 수 있다. 별법으로, 웨이퍼는 에피택셜 증착을 위한 기판으로서 또는 실리콘 절연체 (silicon on insulator; "SOI")로서 사용될 수 있다 (층 전이 또는 산소 주입에 의해). 필요에 따라, 웨이퍼의 표면 영역 근처, 예를 들어 일반적으로 약 2 마이크로미터까지는 에칭제 및 관련 기술분야에서 통상적인 기술을 사용하여 화학적 에칭에 의해 실질적으로, 또는 심지어 전체적으로 제거될 수 있다. 필요에 따라, 웨이퍼는 산소 석출 전에 또는 그 후에 화학적으로 또는 화학기계적으로 활택 마무리로 연마될 수 있다. 에피택셜 층은 전체 웨이퍼 상에, 또는 별법으로 웨이퍼의 부분에만 증착될 수 있다. 에피택셜 층은 바람직하게는 웨이퍼의 전방 표면 상에 증착된다. 보다 바람직하게는, 웨이퍼의 전체 전방 표면 상에 증착된다. 웨이퍼의 임의의 다른 부분에 증착된 에피택셜 층을 갖는 것이 바람직한지의 여부는 웨이퍼의 의도된 용도에 좌우될 것이다. 대부분의 적용분야에서, 웨이퍼의 임의의 다른 부분에 에피택셜 층이 존재하는지 또는 존재하지 않는지는 중요하지 않다.
실리콘 절연체 구조물은 일반적으로 장치 층, 핸들 웨이퍼 또는 지지 층, 및 지지 층과 장치 층 사이의 절연 필름 또는 층 (전형적으로, 산화물 층)을 포함한다. 일반적으로, 장치 층은 약 0.5 내지 20 마이크로미터의 두께이다. 실리콘 절연체 구조물은 관련 기술분야에 공지된 다양한 기술, 예컨대 SIMOX 또는 BESOI에 의해 제조될 수 있다. SOI 구조물은 예를 들어, SIMOX 공정에 의해 웨이퍼를 관련 기술분야에서 표준법인 이온 주입 공정에 적용함으로써 제조될 수 있다 (예를 들어, 둘다 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 5,436,175 및 문헌 [Plasma Immersion Ion Implantation for Semiconductor Processing, Materials Chemistry and Physics 46 (1996) 132-139] 참조). SOI 구조물은 또한 2개의 웨이퍼를 접합시키고 접합된 웨이퍼 중 어느 하나의 부분을 제거함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, SOI 구조물은 BESOI 공정에 의해 제조될 수 있는데, 여기서 웨이퍼는 또 다른 웨이퍼에 접합된 다음, 장치 층을 수득하기 위해 웨이퍼 중 어느 하나의 상당 부분이 공지된 웨이퍼 박화 기술을 사용하여 에칭된다 (예를 들어, 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 5,024,723 및 5,189,500 참조).
에피택셜 증착은 바람직하게는 화학적 증기 증착에 의해 수행된다. 일반적으로 설명하면, 화학적 증기 증착은 에피택셜 증착 반응기, 예를 들어 어플라이드 머티리얼스(Applied Materials)로부터 입수가능한 센추라 반응기(Centura reactor)에서 웨이퍼의 표면을 실리콘을 포함하는 분위기에 노출시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 웨이퍼의 표면이 실리콘을 포함하는 휘발성 기체 (예를 들어, SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl, 또는 SiH4)를 포함하는 분위기에 노출된다. 상기 분위기는 또한 바람직하게는 반송자 기체 (바람직하게는, H2)를 함유한다. 예를 들어, 에피택셜 증착 동안에 실리콘의 공급원은 SiH2Cl2 또는 SiH4일 수 있다. SiH2Cl2가 사용된다면, 증착 동안에 반응기의 진공압은 바람직하게는 약 500 내지 약 760 Torr이다. 다른 한편, SiH4가 사용된다면, 반응기의 압력은 바람직하게는 약 100 Torr이다. 가장 바람직하게는, 증착 동안에 실리콘의 공급원은 SiHCl3이다. 이것이 다른 공급원보다 훨씬 저렴한 경향이 있다. 또한, SiHCl3를 사용하는 에피택셜 증착은 대기압에서 수행될 수 있다. 이는 진공 펌프가 필요하지 않고 반응기 챔버가 붕괴를 방지하기 위해 튼튼할 필요가 없기 때문에 유리하다. 게다가, 안전 위험이 줄어들고 공기 또는 다른 기체가 반응기 챔버로 누설될 가능성이 감소한다.
에피택셜 증착 동안에, 웨이퍼 표면의 온도는 바람직하게는 실리콘을 포함하는 분위기가 표면 상에 다결정 실리콘을 증착시키는 것을 방지하는 충분한 온도로 램핑되어 그 온도에서 유지된다. 일반적으로, 이러한 기간 동안의 표면 온도는 바람직하게는 적어도 약 900℃이다. 보다 바람직하게는, 표면 온도는 약 1050 내지 약 1150℃의 범위에서 유지된다. 가장 바람직하게는, 표면 온도는 산화규소 제거 온도에서 유지된다. 에피택셜 증착의 성장 속도는 바람직하게는 약 0.5 내지 약 7.0 ㎛/min이다. 약 3.5 내지 약 4.0 ㎛/min의 속도가 예를 들어, 약 1150℃의 온도 및 약 1 atm 이하의 절대 압력에서 약 2.5 몰%의 SiHCl3 및 약 97.5 몰%의 H2로 본질적으로 이루어진 분위기를 사용함으로써 달성될 수 있다.
일부 적용분야에서, 웨이퍼는 전기 특성을 부여하는 에피택셜 층을 포함한다. 일부 실시양태에서, 에피택셜 층은 인으로 저농도 도핑된다. 따라서, 에피택셜 증착을 위한 환경은 휘발성 화합물, 예컨대 포스핀 (PH3)으로서 존재하는 인을 포함한다. 일부 실시양태에서, 에피택셜 층은 붕소를 함유할 수 있다. 이러한 층은 예를 들어, 증착 동안에 분위기 중에 B2H6를 포함시킴으로써 제조될 수 있다. 에피택셜 증착은 전형적으로 에피택셜 증착 동안에 형성된 부산물을 제거하기 위해, 에피택셜 증착에 이어서 후속 에피 세정 단계가 요구된다. 이 단계는 상기 부산물이 공기와 반응하는 경우에 발생하는, 시간 의존성 헤이즈를 방지하기 위해 사용된다. 또한, 다수의 후속 에피 세정 기술은 에피택셜 표면 상에 산화규소 층을 형성하는 경향이 있고, 이 층은 표면을 부동태화 (즉, 보호)하는 경향이 있다. 본 개시내용의 에피택셜 웨이퍼는 관련 기술분야에 공지된 방법에 의해 세정될 수 있다.
웨이퍼 표면은 산화물 또는 질화물 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 표면이 실온에서 공기에 노출될 때 산화규소 층이 실리콘 표면 상에 형성되고, 이것은 일반적으로 약 10 내지 약 15 Å의 두께를 갖는다. 바람직하게는, 질화물, 산화물, 또는 질화물/산화물 층은 에피택셜 층이 표면 상에 증착되기 전에 웨이퍼 표면으로부터 제거된다. 산화규소 또는 질화물/산화물 층의 제거는 산화물 또는 질화물/산화물 층이 표면으로부터 제거될 때까지 산화제 무함유 분위기에서 웨이퍼 표면을 가열함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 표면이 바람직하게는 적어도 약 1100℃의 온도, 보다 바람직하게는 적어도 약 1150℃의 온도로 가열된다. 이러한 가열은 바람직하게는 웨이퍼의 표면을 H2 또는 영족 기체 (예를 들어, He, Ne, 또는 Ar)를 포함하는 분위기에 노출시키면서 수행된다. 보다 바람직하게는, 상기 분위기는 H2를 포함한다. 가장 바람직하게는, 상기 분위기는 H2로 본질적으로 이루어지는데, 그 이유는 다른 분위기의 사용이 웨이퍼의 표면에서 에치 피트(etch pit)의 형성을 초래하는 경향이 있기 때문이다. 일반적으로, 웨이퍼 표면을 가열하여 산화규소 또는 질화물/산화물 층을 제거하고, 이어서 산화물 또는 질화물/산화물이 제거된 후 30초 이내에 (보다 바람직하게는, 약 10초 이내에) 실리콘 증착을 개시하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 이는 웨이퍼 표면을 적어도 약 1100℃ (보다 바람직하게는, 적어도 약 1150℃)의 온도로 가열하고, 웨이퍼 표면이 상기 온도에 도달한 후 30초 이내에 (보다 바람직하게는, 약 10초 이내에) 실리콘 증착을 개시함으로써 달성될 수 있다. 산화규소 또는 질화물/산화물 층의 제거 후 최대 약 10초 동안 실리콘 증착 개시를 대기함으로써는 웨이퍼의 온도 안정화 및 균일화를 허용한다.
별법으로, 산화물 또는 질화물/산화물 층은 화학적으로 스트립핑(stripped)될 수 있다. 실리콘 표면이 질화물/산화물 층을 갖는 실시양태에서, 화학적 스트립핑은 질화물/산화물 층을 제거하기 위한 바람직한 수단이다. 화학적 스트립핑은 인산, 플루오린화수소산, 또는 공지된 다른 산을 사용하여 관련 기술분야에서 공지된 수단에 의해 수행될 수 있다. 또 다른 별법으로, 산화물 또는 질화물/산화물 층은, 예를 들어 어플라이드 머티리얼스의 eMAX를 사용하는 플라즈마 에칭, 또는 관련 기술분야에 공지된 다른 방법에 의해 에칭될 수 있다. 표면 층이 우세하게 질화규소 층인 실시양태에서, 질화물 층은 연마, 화학적 에칭, 또는 플라즈마 에칭 (예컨대, 어플라이드 머티리얼스의 eMAX, 또는 관련 기술분야에 공지된 다른 에칭 방법)에 의해 제거될 수 있다.
실시예
실시예 1
질소-도핑 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이싱된, BMD 크기 및 분포의 실질적인 반경방향 균일성을 특징으로 하는 300 mm 직경 웨이퍼의 제조를 가능하게 하는 변수 세트를 유도하기 위해 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션은 표 1에 개시된 변수의 조합에 대하여 도 23에 나타나 있는 방법에 기반하고, 여기서 "Comb"는 조합을 나타내고, "선행기술"은 비교용 선행기술 잉곳이다. 표 1에서 질소 농도는 실리콘 용용물 중의 농도를 나타내고, 여기서 형성된 실리콘 결정 중의 질소 농도는 약 1*1013개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3의 범위에 있을 것이라 예상된다.
<표 1>
Figure 112017018933792-pct00002
중심 축으로부터 에지까지 웨이퍼 단면에 걸쳐서 다양한 위치에서의 성장 산소 석출물의 반경 및 성장 공극의 반경을 본원에 개시된 시뮬레이션 방법을 사용하여 예측하였다. 도 15는 웨이퍼 단면에 걸쳐서 반경방향 위치의 함수로서 성장 산소 석출물의 예측 반경을 보여주는 그래프이고, 도 16은 웨이퍼 단면에 걸쳐서 반경방향 위치의 함수로서 성장 공극의 예측 반경을 보여주는 그래프이다. 하기 표 2는 도 15의 시뮬레이션 결과를 (i) 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지까지의, 또한 (ii) 10 mm 지점으로부터 웨이퍼의 에지까지의 예측 BMD 크기 증가 %에 대하여 표 형태로 제시한다.
<표 2>
Figure 112017018933792-pct00003
1100℃ 및 1000℃에서의 고온 어닐링으로부터 초래되는 웨이퍼에서의 BMD 밀도를 시뮬레이션에 기반하여 예측하였다. 시뮬레이션 결과가 도 17 및 18에 나타나 있으며, 여기서 조합 0은 선행기술의 조합을 나타낸다. 도 17은 1100℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 결정 표면 온도 구배의 함수로서 웨이퍼의 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이고, 도 18은 1000℃에서 수행된 일정한 고온 어닐링에 있어서 결정 표면 온도 구배의 함수로서 웨이퍼의 예측 평균 BMD 밀도를 보여주는 그래프이다.
실시예 2
3종의 300 mm 직경 단결정 CZ 실리콘 잉곳 (균일 샘플 1, 2 및 3으로 지정됨)을 각각 0.9 mm/분의 인상 속도, 약 35°K/cm 내지 약 46°K/cm의 온도 구배, 및 약 1*1014개 원자/cm3 내지 약 1*1015개 원자/cm3의 잉곳 질소 농도에서 제조하였다. 비교용 300 mm 직경 단결정 CZ 실리콘 잉곳 (불균일 샘플 1 및 2로 지정됨)을 각각 0.78 mm/분의 인상 속도, 약 51°K/cm의 온도 구배, 및 약 3*1013개 원자/cm3 내지 약 2*1014개 원자/cm3의 잉곳 질소 농도에서 제조하였다. 웨이퍼를 잉곳으로부터 슬라이싱하고, 780℃에서 3시간 동안, 이서 1000℃에서 16시간 동안 웨이퍼를 어닐링함으로써 산소 석출 열처리에 적용하였다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지까지의 평균 BMD 크기 (직경) 증가는 불균일한 선행기술의 샘플 1 및 2에 대하여 각각 약 47% 및 약 37%였다. 에지까지의 10 mm 지점으로부터 웨이퍼의 에지까지의 평균 BMD 크기 증가는 10 mm 반경 내에서 불균일한 선행기술의 샘플 1 및 2에 대하여 각각 약 28% 및 약 29%였다. 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지까지의 평균 BMD 밀도 증가는 불균일한 선행기술의 샘플 1 및 2에 대하여 각각 약 660% 및 약 285%였다. 웨이퍼의 에지까지의 10 mm 지점으로부터 웨이퍼의 에지까지의 평균 BMD 밀도 증가는 10 mm 반경 내에서 불균일한 선행기술의 샘플 1 및 2에 대하여 각각 약 357% 및 약 308%였다. 에지 밴드는 비교적 높은 밀도 및 비교적 거대한 크기를 갖는 석출 밴드를 특징으로 한다.
도 21에 나타나 있는 바와 같이, 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지까지의 평균 BMD 크기 감소는 본 개시내용의 균일 샘플 1, 2 및 3에 대하여 각각 약 6%, 7% 및 4%였다. 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지까지의 평균 BMD 크기 감소는 본 개시내용의 균일 샘플 1, 2 및 3에 대하여 각각 약 6%, 3% 및 1%였다. 도 22에 나타나 있는 바와 같이, 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지까지의 평균 BMD 밀도 감소는 본 개시내용의 균일 샘플 1, 2 및 3에 대하여 각각 약 23%, 37% 및 4%였다. 도 22에 나타나 있는 바와 같이, 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 에지까지의 평균 BMD 밀도 감소는 본 개시내용의 균일 샘플 1, 2 및 3에 대하여 각각 약 6%, 12% 및 16%였다. 밀도와 크기 둘 모두의 감소 때문에 이들 균일 샘플에서는 검출가능한 에지 밴드가 존재하지 않았다.
실험 결과는 여러 조합의 시뮬레이션을 통해, 공극 크기의 유의한 변화 없이 종래 공정의 에지 영역에서의 산소 석출물의 반경이 유의하게 감소할 수 있다는 것을 입증한다. 어닐링이 1100℃에서 수행된다면, 선행기술에서 게터링을 위해 충분한 것으로 확인되었던 1*108/cm3보다 높은 밀도를 여전히 유지하면서, 평균 BMD 밀도가 또한 감소할 수 있었다.
상기의 상세한 설명 명세서는 최상의 모드를 포함하는 본 발명을 개시하고, 또한 관련 기술분야의 통상의 기술자가 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 포함하여, 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 실시예를 사용한다. 본 발명의 특허가능한 범주는 청구범위에 의해 한정되고 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이루어지는 다른 실시예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예는 청구범위의 직역된 언어와 상이하지 않은 구조적 요소를 갖거나 또는 청구범위의 직영된 언어와 실질적이지 않은 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 포함한다면 청구범위의 범주 내에 포함되키고자 한다.
본 발명의 요소 또는 그의 실시양태(들)를 도입할 때, 관사 "하나의", "한", "그" 및 "상기"는 하나 이상의 요소가 존재한다는 것을 의미하기 위한 것이다. "포함하는", "비롯한" 및 "갖는"과 같은 용어들은 포괄적이고 나열된 요소 이외의 추가 요소가 존재할 수도 있다는 것을 의미하기 위한 것이다.

Claims (58)

150㎜ 내지 450㎜의 직경을 가지며, 1㎤당 1*1014개 내지 1*1015개의 질소 원자를 포함하는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳으로서,
상기 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳으로부터 슬라이싱되고, 780℃에서 3시간 동안, 그 후 1000℃에서 16시간 동안 열처리된 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 에지에서 4000㎛의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역 내에 에지 밴드를 가지며,
에지 밴드 영역의 BMD 밀도는 상기 웨이퍼의 나머지 영역과 최대 200％까지 차이가 나고, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 반경방향 벌크 미세 결함 크기의 증가는 20％ 미만인, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳.
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 에지까지 10㎜의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지로 연장되는 영역에서 반경방향 벌크 미세 결함 크기의 100％ 미만의 증가를 갖는, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳.
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 에지까지 10㎜의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서 반경방향 벌크 미세 결함 크기의 15％ 미만의 증가를 갖는, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳.
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 에지까지 1000㎛의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역 내의 에지 밴드로서, 30nm 내지 100nm의 평균 직경 및 1*108개 원자/㎤ 내지 1*1010개 원자/㎤의 산소 석출 밀도를 갖는 산소 석출물을 포함하는 에지 밴드를 더 포함하는, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳.
제1항에 있어서,
상기 결정의 에지까지 1000㎛의 지점에서 상기 결정의 에지까지 연장되는 영역 내의 에지 밴드로서, 1nm 내지 50nm의 평균 반경을 갖는 보이드를 포함하는 에지 밴드를 더 포함하는, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳.
제1항에 있어서,
상기 직경은 300㎜인, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳.
제1항에 있어서,
상기 열처리된 웨이퍼는 후속 에피택셜 열처리된 웨이퍼인, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳.
제1항의 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳으로 제조된 연마 및 에피택셜 웨이퍼로서,
상기 웨이퍼는 상기 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳으로부터 슬라이싱된 단결정 실리콘 웨이퍼이고, 전방 표면, 후방 표면, 상기 전방 표면 및 상기 후방 표면 사이의 중심 평면, 상기 전방 표면 및 상기 후방 표면을 연결하는 원주방향 에지, 상기 중심 평면에 수직인 중심축, 상기 웨이퍼의 중심 평면과 전방 표면 사이의 영역을 포함하는 벌크층을 포함하는, 연마 및 에피택셜 웨이퍼.
질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳으로부터 슬라이싱되고, 780℃에서 3시간 동안, 그 후 1000℃에서 16시간 동안 열처리된 웨이퍼에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포, 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포 및 산소 석출 밀도 분포를 시뮬레이션하는 방법으로서,
상기 방법은 메모리에 커플링된 프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 실행되고,
(1) 상기 연산 장치에 의해, 적어도 (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 (iv) 용융물/결정 계면 부근의 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 표면 상의 온도 구배 또는 상기 온도 구배의 범위에 대한 값을 수신하고, 상기 연산 장치에 의해, 수신된 값에 기초하여 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포를 시뮬레이션하고,
(2) 상기 연산 장치에 의해, 적어도 (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, 및 (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위에 대한 값을 수신하고, 상기 연산 장치에 의해, 수신된 값에 기초하여, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포를 시뮬레이션하고,
(3) 상기 연산 장치에 의해, 적어도 (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 (iv) 온도 구배 또는 상기 온도 구배의 범위에 대한 값을 수신하고, 상기 연산 장치에 의해, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 산소 석출 밀도 분포를 시뮬레이션하는 것
을 포함하는 시뮬레이션 계획의 적어도 한 번의 반복을 완료하는 단계를 포함하고,
상기 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳은 150㎜ 내지 450㎜의 직경을 가지며, 1㎤당 1*1013개 내지 1㎤당 1*1015개의 질소 원자를 포함하고, 상기 열처리된 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 에지까지 1000㎛의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역 내의 에지 밴드를 갖고,
질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 온도 구배 또는 상기 온도 구배의 범위의 조합은, (i) 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포의 20％ 미만의 증가를 갖고/갖거나, (ii) 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포의 200％ 미만의 증가를 갖는 열처리된 웨이퍼를 제조하기 위한 조건을 제공하기 위한 시뮬레이션으로부터 유도되는 방법.
제9항에 있어서,
유도된 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위는 0.4㎜/분 내지 1.5㎜/분이며, 유도된 온도 구배 또는 온도 구배의 범위는 1300℃내지 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 10K/㎝ 내지 50K/㎝인 방법.
제9항에 있어서,
(i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 (iv) 온도 구배 또는 상기 온도 구배의 범위의 조합에 기초하여, 상기 열처리된 웨이퍼의 에지 영역 부근에서의 산소 석출물 반경을 시뮬레이션하는 것을 더 포함하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 열처리된 웨이퍼의 에지 밴드는 30nm 내지 100nm의 평균 직경을 갖는 산소 석출물을 포함하는 방법.
제9항에 있어서,
질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 어닐링 온도를 수신하고 - 상기 어닐링 온도는 1000℃내지 1100℃임 -,
(1) (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위의 조합, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, (iv) 온도 구배 또는 상기 온도 구배의 범위, 및 (v) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 어닐링 온도의 조합에 기초하여, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포를 시뮬레이션하는 것, 및
(2) (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 (iv) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 어닐링 온도의 조합에 기초하여, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포를 시뮬레이션하는 것
을 더 포함하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 시뮬레이션은 상기 웨이퍼의 에지까지 10㎜의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포의 15％ 미만의 증가를 갖고/갖거나, 상기 웨이퍼의 에지까지 10㎜의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도의 100％ 미만의 증가를 갖는 열처리된 웨이퍼를 제공하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 시뮬레이션은 1*108 원자/㎤ 내지 1*1010 원자/㎤의 산소 석출 밀도를 갖는 열처리된 웨이퍼를 제공하는 방법.
제9항에 있어서,
질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 또는 웨이퍼는 300㎜의 직경을 갖고, 인상 속도는 0.85㎜/분 내지 1.5㎜/분이며, 온도 구배는 1300℃내지 1415℃의 평균 표면 온도에서 10K/㎝ 내지 35K/㎝인 방법.
질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳으로부터 슬라이싱되고, 780℃에서 3시간동안, 그 후 1000℃에서 16시간 동안 열처리된 웨이퍼에서의 산소 석출물의 에지 밴드를 제어하는 방법으로서,
상기 방법은 메모리에 커플링된 프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 실행되고,
상기 연산 장치에 의해, 그리고 시뮬레이션에 의해, CZ 공정에 의한 용융된 실리콘으로부터의 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳의 제조를 가능하게 하는, (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 (iv) 용융물/결정 계면 부근의 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 표면 상의 온도 구배 또는 상기 온도 구배의 범위의 조합을 결정하는 단계 - 상기 잉곳으로부터 슬라이싱된 열처리된 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 에지까지 1000㎛의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역 내의 에지 밴드를 갖고, 30nm 내지 100nm의 평균 직경을 갖는 산소 석출물에 의해 특징지어지고, (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳은 150㎜ 내지 450㎜의 직경을 가지며, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도는 1*1013 원자/㎤ 내지 1*1015 원자/㎤이며,
상기 시뮬레이션은,
(1) 상기 연산 장치에 의해, 적어도 (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 (iv) 온도 구배 또는 상기 온도 구배의 범위에 대한 값을 수신하고, 상기 연산 장치에 의해, 수신된 값에 기초하여, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포를 시뮬레이션하고,
(2) 상기 연산 장치에 의해, 적어도 (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, 및 (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위에 대한 값을 수신하고, 상기 연산 장치에 의해, 수신된 값에 기초하여, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에 있어서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포를 시뮬레이션하고,
(3) 상기 연산 장치에 의해, 적어도 (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 (iv) 온도 구배 또는 상기 온도 구배의 범위에 대한 값을 수신하고, 상기 연산 장치에 의해, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 산소 석출 밀도 분포를 시뮬레이션하고,
(4) 상기 연산 장치에 의해, (i) 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포, (ii) 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포, 및 (iii) 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 산소 석출 밀도 분포에 대하여 시뮬레이션된 값에 기초하여 열처리된 웨이퍼의 에지 밴드 산소 석출물의 평균 크기를 시뮬레이션하고, 상기 연산 장치는 시뮬레이션에 의해 30nm 내지 100nm의 평균 직경을 갖는 산소 석출물을 포함하는 열처리된 웨이퍼의 에지 밴드를 예측하는 것
을 포함하는 시뮬레이션 계획의 적어도 한 번의 반복을 포함함 -; 및
질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 온도 구배 또는 상기 온도 구배 범위의 시뮬레이션된 값으로 상기 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳을 용융 실리콘으로부터 인상하여, 처리된 웨이퍼가 제조되는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳을 제조하는 단계
를 포함하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 인상 속도는 0.4㎜/분 내지 1.5㎜/분이며, 상기 온도 구배는 1300℃내지 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 10K/㎝ 내지 50K/㎝인 방법.
제17항에 있어서,
상기 열처리된 웨이퍼는 1*108 원자/㎤ 내지 1*1010 원자/㎤의 산소 석출 밀도를 갖고/갖거나, 상기 처리된 웨이퍼는 (i) 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 벌크 미세 결함 크기의 20％ 미만의 증가에 의해 특징지어지는 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포를 가지며, (ii) 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도의 200％ 미만의 증가를 갖는 방법.
제17항에 있어서,
상기 열처리된 웨이퍼는, 상기 웨이퍼의 에지까지 10㎜의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기의 15％ 미만의 증가를 갖고/갖거나, 상기 웨이퍼의 에지까지 10㎜의 지점에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 반경방향 벌크 미세 결함 크기의 100％ 미만의 증가를 갖는 방법.
제17항에 있어서,
질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 어닐링 온도를 수신하는 것 - 상기 어닐링온도는 1000℃내지 1100℃임 -,
(1) (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, (iv) 온도 구배 또는 상기 온도 구배의 범위, 및 (v) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 어닐링 온도의 조합에 기초하여, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 크기 분포를 시뮬레이션하고,
(2) (i) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 직경, (ii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 인상 속도 범위, (iii) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 또는 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 질소 농도 범위, 및 (iv) 질소-도핑 CZ 실리콘 결정 잉곳 어닐링 온도의 조합에 기초하여, 상기 웨이퍼의 중심에서 상기 웨이퍼의 에지까지 연장되는 영역에서의 열처리된 웨이퍼의 반경방향 벌크 미세 결함 밀도 분포를 시뮬레이션하는 것
을 더 포함하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 인상 속도는 0.7㎜/분 내지 1.0㎜/분이고, 상기 온도 구배는 1300℃내지 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 30K/㎝ 내지 50K/㎝이거나, 또는
상기 인상 속도는 0.8㎜/분 내지 1.0㎜/분이고, 상기 온도 구배는 1300℃내지 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 25K/㎝ 내지 50K/㎝이거나, 또는
상기 인상 속도는 0.85㎜/분 내지 1.5㎜/분이고, 상기 온도 구배는 1300℃내지 1415℃의 평균 결정 표면 온도에서 10K/㎝ 내지 35K/㎝인 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
KR1020177005228A 2014-07-31 2015-07-29 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼 KR102175689B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020207031461A KR102384041B1 (ko) 2014-07-31 2015-07-29 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462031203P 2014-07-31 2014-07-31
US62/031,203 2014-07-31
PCT/US2015/042714 WO2016019051A1 (en) 2014-07-31 2015-07-29 Nitrogen doped and vacancy dominated silicon ingot and thermally treated wafer formed therefrom having radially uniformly distributed oxygen precipitation density and size

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207031461A Division KR102384041B1 (ko) 2014-07-31 2015-07-29 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170038017A KR20170038017A (ko) 2017-04-05
KR102175689B1 true KR102175689B1 (ko) 2020-11-09

Family

ID=55179433

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207031461A KR102384041B1 (ko) 2014-07-31 2015-07-29 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼
KR1020177005228A KR102175689B1 (ko) 2014-07-31 2015-07-29 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207031461A KR102384041B1 (ko) 2014-07-31 2015-07-29 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼

Country Status (5)

Country Link
US (5) US11111602B2 (ko)
EP (1) EP3175021A1 (ko)
JP (2) JP6652959B2 (ko)
KR (2) KR102384041B1 (ko)
WO (1) WO2016019051A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102384041B1 (ko) * 2014-07-31 2022-04-08 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디. 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼
KR101680213B1 (ko) * 2015-04-06 2016-11-28 주식회사 엘지실트론 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법
DE102015224983B4 (de) * 2015-12-11 2019-01-24 Siltronic Ag Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren zu deren Herstellung
DE102016225138A1 (de) * 2016-12-15 2018-06-21 Siltronic Ag Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium
US10020203B1 (en) * 2017-01-06 2018-07-10 Sumco Corporation Epitaxial silicon wafer
JP6711320B2 (ja) * 2017-06-26 2020-06-17 株式会社Sumco シリコンウェーハ
EP3428325B1 (en) * 2017-07-10 2019-09-11 Siltronic AG Semiconductor wafer made of single-crystal silicon and process for the production thereof
DE102018203945B4 (de) 2018-03-15 2023-08-10 Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben
EP3846596A4 (en) * 2018-08-29 2022-05-11 Kabushiki Kaisha Toshiba SILICON NITRIDE SUBSTRATE AND SILICON NITRIDE PCB
US11111597B2 (en) 2019-09-13 2021-09-07 Globalwafers Co., Ltd. Methods for growing a nitrogen doped single crystal silicon ingot using continuous Czochralski method
KR102647797B1 (ko) * 2019-09-13 2024-03-15 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디. 연속 쵸크랄스키 방법을 사용하여 질소 도핑된 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 방법들 및 이 방법에 의해 성장되는 단결정 실리콘 잉곳
US11111596B2 (en) 2019-09-13 2021-09-07 Globalwafers Co., Ltd. Single crystal silicon ingot having axial uniformity
JP7282019B2 (ja) * 2019-12-05 2023-05-26 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 シリコンウェーハ及びその熱処理方法
CN115404539A (zh) * 2022-08-30 2022-11-29 西安奕斯伟材料科技有限公司 直拉法拉制单晶硅棒的方法、单晶硅棒、硅片及外延硅片

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002000969A1 (fr) 2000-06-26 2002-01-03 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Procede de fabrication d'une tranche de silicium et d'une tranche epitaxiale ;tranche epitaxiale
JP2013147407A (ja) 2012-01-23 2013-08-01 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン単結晶ウエーハ、その酸素析出量の面内均一性評価方法、シリコン単結晶の製造方法
WO2013136666A1 (ja) 2012-03-16 2013-09-19 信越半導体株式会社 シリコン単結晶ウェーハの製造方法

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3085146B2 (ja) 1995-05-31 2000-09-04 住友金属工業株式会社 シリコン単結晶ウェーハおよびその製造方法
US5779791A (en) 1996-08-08 1998-07-14 Memc Electronic Materials, Inc. Process for controlling thermal history of Czochralski-grown silicon
SG165151A1 (en) 1997-04-09 2010-10-28 Memc Electronic Materials Low defect density silicon
EP1146150B1 (en) 1997-04-09 2010-06-09 MEMC Electronic Materials, Inc. Low defect density, ideal oxygen precipitating silicon
DE19808834C1 (de) 1998-03-03 1999-07-29 Karlsruhe Forschzent Mehrkern-BSCCO-Hochtemperatur-Supraleiter
JP3255114B2 (ja) * 1998-06-18 2002-02-12 信越半導体株式会社 窒素ドープした低欠陥シリコン単結晶の製造方法
EP1035235A4 (en) * 1998-08-31 2002-05-15 Shinetsu Handotai Kk METHOD FOR PRODUCING SILICON SINGLE CRYSTAL WAFERS AND SILICON SINGLE CRYSTAL WAFERS
JP4233651B2 (ja) * 1998-10-29 2009-03-04 信越半導体株式会社 シリコン単結晶ウエーハ
JP2001068477A (ja) * 1999-08-27 2001-03-16 Komatsu Electronic Metals Co Ltd エピタキシャルシリコンウエハ
KR100816207B1 (ko) 2000-09-19 2008-03-21 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드 산화 유발 적층 흠이 거의 없는 질소 도핑 실리콘
JP4463957B2 (ja) 2000-09-20 2010-05-19 信越半導体株式会社 シリコンウエーハの製造方法およびシリコンウエーハ
JP4567251B2 (ja) 2001-09-14 2010-10-20 シルトロニック・ジャパン株式会社 シリコン半導体基板およびその製造方法
US6808781B2 (en) 2001-12-21 2004-10-26 Memc Electronic Materials, Inc. Silicon wafers with stabilized oxygen precipitate nucleation centers and process for making the same
US7201800B2 (en) 2001-12-21 2007-04-10 Memc Electronic Materials, Inc. Process for making silicon wafers with stabilized oxygen precipitate nucleation centers
JP2003204048A (ja) * 2002-01-09 2003-07-18 Shin Etsu Handotai Co Ltd Ｓｏｉウエーハの製造方法及びｓｏｉウエーハ
TW200413485A (en) 2002-07-26 2004-08-01 Orient Chemical Ind Solid pigment composition for pigment ink, pigment ink containing the same, and process for preparing these
JP4552856B2 (ja) * 2003-09-05 2010-09-29 株式会社Ｓｕｍｃｏ Ｓｏｉウェーハの作製方法
JP2006054350A (ja) 2004-08-12 2006-02-23 Komatsu Electronic Metals Co Ltd 窒素ドープシリコンウェーハとその製造方法
JP2006261632A (ja) 2005-02-18 2006-09-28 Sumco Corp シリコンウェーハの熱処理方法
US7384480B2 (en) 2005-06-20 2008-06-10 Sumco Corporation Apparatus for manufacturing semiconductor single crystal
JP4209423B2 (ja) * 2005-12-16 2009-01-14 パナソニックＥｖエナジー株式会社 二次電池用の制御装置及び二次電池の出力制御方法
KR101385810B1 (ko) 2006-05-19 2014-04-16 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈, 인크. Ｃｚ 성장 동안에 실리콘 단결정의 측면에 의해 유도되는 응집된 점 결함 및 산소 클러스터 형성을 제어하는 방법
SG142208A1 (en) * 2006-10-18 2008-05-28 Siltronic Ag Process for producing p»-doped and epitaxially coated semiconductor wafers from silicon
US20090004426A1 (en) 2007-06-29 2009-01-01 Memc Electronic Materials, Inc. Suppression of Oxygen Precipitation in Heavily Doped Single Crystal Silicon Substrates
US20090004458A1 (en) 2007-06-29 2009-01-01 Memc Electronic Materials, Inc. Diffusion Control in Heavily Doped Substrates
JP5343371B2 (ja) * 2008-03-05 2013-11-13 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン基板とその製造方法
JP4862857B2 (ja) * 2008-05-02 2012-01-25 信越半導体株式会社 シリコン単結晶ウェーハ評価用の標準サンプル、その製造方法及び標準サンプルを用いた評価方法
DE102008046617B4 (de) 2008-09-10 2016-02-04 Siltronic Ag Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium und Verfahren für deren Herstellung
JP5346744B2 (ja) 2008-12-26 2013-11-20 ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト シリコンウエハ及びその製造方法
JP5649463B2 (ja) * 2011-01-14 2015-01-07 日立建機株式会社 建設機械
JP5779973B2 (ja) * 2011-05-16 2015-09-16 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド作業機械
JP5885305B2 (ja) * 2013-08-07 2016-03-15 グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 シリコンウェーハ及びその製造方法
KR102384041B1 (ko) * 2014-07-31 2022-04-08 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디. 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002000969A1 (fr) 2000-06-26 2002-01-03 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd Procede de fabrication d'une tranche de silicium et d'une tranche epitaxiale ;tranche epitaxiale
JP2013147407A (ja) 2012-01-23 2013-08-01 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン単結晶ウエーハ、その酸素析出量の面内均一性評価方法、シリコン単結晶の製造方法
WO2013136666A1 (ja) 2012-03-16 2013-09-19 信越半導体株式会社 シリコン単結晶ウェーハの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6652959B2 (ja) 2020-02-26
US11111602B2 (en) 2021-09-07
US20180266016A1 (en) 2018-09-20
EP3175021A1 (en) 2017-06-07
KR20170038017A (ko) 2017-04-05
JP2017528404A (ja) 2017-09-28
US11753741B2 (en) 2023-09-12
KR20200127271A (ko) 2020-11-10
US20180266015A1 (en) 2018-09-20
WO2016019051A1 (en) 2016-02-04
US20210198805A1 (en) 2021-07-01
US20160032491A1 (en) 2016-02-04
US20230323564A1 (en) 2023-10-12
JP2020079195A (ja) 2020-05-28
KR102384041B1 (ko) 2022-04-08
US10988859B2 (en) 2021-04-27
JP6842575B2 (ja) 2021-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102175689B1 (ko) 질소 도핑 및 공공 지배 실리콘 잉곳 및 그로부터 형성된, 반경방향으로 균일하게 분포된 산소 석출 밀도 및 크기를 갖는 열 처리 웨이퍼
JP5995888B2 (ja) 欠陥密度が低い単結晶シリコンから得られるシリコン・オン・インシュレーター構造体
TWI539041B (zh) 單晶矽半導體晶圓及其製造方法
JP4322859B2 (ja) 低欠陥密度の理想的酸素析出シリコン
KR102453743B1 (ko) 고유 게터링 및 게이트 산화물 무결성 수율을 갖도록 규소 웨이퍼들을 처리하는 방법
US9634098B2 (en) Oxygen precipitation in heavily doped silicon wafers sliced from ingots grown by the Czochralski method
JP2004533125A (ja) イオン注入によるイントリンシックゲッタリングを有するシリコン・オン・インシュレータ構造体を製造する方法
JP2005522879A (ja) 理想的酸素析出シリコンウエハにおいてデヌーデッドゾーン深さを制御する方法
WO2004035879A1 (ja) シリコン単結晶インゴットの点欠陥分布を測定する方法
JP7331203B2 (ja) 単結晶シリコンで構成された半導体ウェハ
JP3933010B2 (ja) シリコン単結晶インゴットの点欠陥分布を測定する方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant