KR102337604B1 - 동일한 잉곳에 웨이퍼를 위치시키는 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 재료로 제조된 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치를 결정하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다: 상기 웨이퍼의 일 영역에서의 격자간 산소 농도 ([Oi]) 를 측정하는 단계 (F1); 상기 잉곳의 이전 고형화 동안 상기 웨이퍼의 상기 영역에 형성된 열 공여체들의 농도 ([DTi]) 를 측정하는 단계 (F2); 상기 열 공여체 농도 ([DTi]) 및 상기 격자간 산소 농도 ([Oi]) 로부터, 상기 잉곳의 고형화 동안 상기 웨이퍼에 의해 경험된 열 공여체 형성 어닐링의 실제 지속기간 (teff) 을 결정하는 단계 (F3); 및 상기 실제 지속기간 (teff) 으로부터 상기 잉곳에서의 상기 웨이퍼의 원위치를 결정하는 단계 (F4).
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼의 특성화 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 이들이 비롯되는 잉곳에서의 웨이퍼들의 원위치를 결정하는 방법에 관한 것이다.
반도체 잉곳은 결정화된 이후, 복수의 웨이퍼들 또는 기판들로 다이싱된다. 이들 웨이퍼들은 이후 집적 회로들 또는 태양 전지들의 제조에서 사용되도록 배치식으로 판매된다.
이러한 컴포넌트의 제작자들은 제작 프로세스에 거쳐 웨이퍼들을 모니터링하기 위한 식별 솔루션들을 설정한다. 적합한 관리 소프트웨어 툴에 따른, 이들 솔루션들은 웨이퍼 또는 상응하는 배치에 관한 정보, 예를 들어 제작 단계들의 역사적 계량 (historical account) 을 기록할 수 있게 한다.
일반적으로, 집적 회로 또는 태양 전지 제작자들은 잉곳에서의 웨이퍼들의 원위치 (original position) 의 어떠한 지식도 갖지 않는다. 이 정보는 본질적으로 경제 및 추격 (traceability) 이유로 잉곳 제작자에 의해 알려지지 않는다. 하지만, 결함 및 불순물이 반도체 잉곳에 균일하게 분포되지 않기 때문에 이 정보는 웨이퍼 사용자에게 중요하다. 예를 들어, 잉곳이 인장되는 경우 먼저 고형화되는 잉곳의 상부는 다량의 산소를 포함한다. 마지막에 고형화되는 잉곳의 하부는 금속 불순물이 풍부하다. 그 결과, 전기 및 기계적 특성들이 잉곳의 일 부분과 다른 부분에서 서로 상당히 변하게 된다.
현재, 잉곳에서의 웨이퍼의 초기 위치는 잉곳 제작자로부터의 지시없이 결정될 수 없다. 이러한 정보가 이용가능한 경우라도, 이 정보는 부분적일 수도 있거나 또는 심지어 잘못될 수도 있다.
따라서, 반도체 재료로부터 제조된 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치의 후속 결정을 위한 방법을 제공할 필요가 존재한다.
본 발명에 따르면, 이 요건은 다음 단계들을 제공하는 것에 의해 만족될 경향이 있다:
- 웨이퍼의 일 영역에서의 격자간 산소 농도를 측정하는 단계;
- 잉곳의 이전 고형화 동안 웨이퍼의 상기 영역에 형성된 열 공여체들의 농도를 측정하는 단계;
- 상기 잉곳의 고형화가 상기 열 공여체 농도 및 상기 격자간 산소 농도로부터 발생되는 경우 상기 웨이퍼에 의해 수행된 열 공여체 형성 어닐의 유효 시간을 결정하는 단계; 및
- 상기 유효 시간으로부터 상기 잉곳에서의 상기 웨이퍼의 원위치를 결정하는 단계.
본 발명의 개발에 따르면, 열 공여체 농도는 상기 열 공여체들을 파괴하려는 목적으로 수행된 열 처리 전후에 웨이퍼의 상기 영역에서 측정된 2개의 저항율 값들로부터 결정된다.
이전 개발과 호환가능한 또 다른 개발에 따르면, 격자간 산소 농도는 부가적인 열 공여체 형성 어닐 전후에 웨이퍼의 상기 영역에서 측정된 2개의 저항율 값들로부터 결정된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 열 공여체 파괴 열 처리는 추가적인 열 공여체 형성 어닐 이후에 수행된다.
웨이퍼의 원위치는 하기 단계들에 따라 확립된 수판 (abacus) 에 의해 결정될 수 있다:
- 동일한 잉곳으로부터 비롯되는 복수의 웨이퍼들을 선택하는 단계;
- 각각의 웨이퍼에 대해 유효 시간의 값을 결정하는 단계;
- 이전에 결정된 유효 시간 값들의 세트로부터 유효 시간의 최소 및 최대 값들에 상응하는 2개의 지점들을 수판 상에 배치하는 단계; 및
- 상기 2개의 지점들 사이에 직선을 플로팅하는 단계.
최소 및 최대 유효 시간 값들은 바람직하게 잉곳의 총 높이의 5 % ~ 85 %와 동일한 원위치들과 연관된다.
첨부된 도면들에 의해 나타내지고, 그리고 단지 비한정적인 예시를 위해 제공된 특정 실시형태들의 하기 설명으로부터 다른 이점들 및 특징들이 보다 명확하게 명백해질 것이다.
- 도 1은 잉곳의 고형화가 발생하는 경우 잉곳 헤드에서의 부분과 잉곳의 풋 (foot) 에서의 부분의 온도 변화를 나타낸다;
- 도 2는 부모 (parent) 잉곳에서의 반도체 웨이퍼의 원위치를 결정하기 위한 방법의 단계들을 나타낸다;
- 도 3은 도 2의 단계 F3에서 계산된 등가 어닐링 시간 대 잉곳에서의 웨이퍼의 상대적 위치를 제공하는 수판이다.
- 도 4는 도 2의 단계 F1의 바람직한 실시형태를 나타낸다.
- 도 5는 도 2의 단계 F2의 바람직한 실시형태를 나타낸다.
- 도 1은 잉곳의 고형화가 발생하는 경우 잉곳 헤드에서의 부분과 잉곳의 풋 (foot) 에서의 부분의 온도 변화를 나타낸다;
- 도 2는 부모 (parent) 잉곳에서의 반도체 웨이퍼의 원위치를 결정하기 위한 방법의 단계들을 나타낸다;
- 도 3은 도 2의 단계 F3에서 계산된 등가 어닐링 시간 대 잉곳에서의 웨이퍼의 상대적 위치를 제공하는 수판이다.
- 도 4는 도 2의 단계 F1의 바람직한 실시형태를 나타낸다.
- 도 5는 도 2의 단계 F2의 바람직한 실시형태를 나타낸다.
예를 들어 단결정성 실리콘을 위한 초크랄스키 프로세스 및 다결정 실리콘을 위한 브릿지먼 프로세스에 의한, 종래의 결정화 기술에 의해 획득된 실리콘 잉곳은 산소를 포함한다. 산소 원자들은 특히 결정 격자(들)에서의 격자간 위치들을 점유한다.
실리콘의 결정화 동안, 잉곳의 온도는 천천히 감소하여 1414℃ (실리콘의 용융 온도) 로부터 주위 온도 (약 25℃) 로 떨어진다. 하지만 350℃ ~ 500℃ 사이에서, 격자간 위치에서의 산소는 열 공여체들 (TD) 로 불리는 클러스터들을 형성한다. 열 공여체들은 자유 전자들을 발생시키는 특이성을 갖는다. 따라서 이들은 도핑 성질을 가지며 실리콘의 전자 특성들에 영향을 준다.
따라서 열 공여체들은 잉곳의 고형화 완료시 잉곳에 존재하며, 이들은 결과적으로 이 잉곳으로부터 비롯되는 웨이퍼들에 존재한다. 하지만 열 공여체 농도는 잉곳의 높이에 걸쳐 균일하지 않다. 이것은, 잉곳의 상이한 부분들이 동일한 속도로 냉각되지 않는다는 점과 이들이 동일한 격자간 산소 함량을 포함하지 않는다는 점에 기인한다.
도 1은 인장 (pulling) 이 초크랄스키 방법에 의해 수행되는 경우 실리콘 잉곳의 상단 및 하단의 온도 프로파일을 나타낸다. 잉곳의 헤드라 불리는 상단의 온도 곡선은 점선으로 나타내지는 반면, 잉곳의 풋이라 불리는 하단의 온도 곡선은 직선으로 나타내진다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 잉곳 헤드에서의 온도는 잉곳의 풋에서의 온도보다 시간에 따라 더 천천히 감소한다. 실제로, 잉곳의 상부의 고형화 이후, 잉곳은, 형성중인 잉곳의 바디를 통해 인장의 지속기간에 걸쳐 용융된 실리콘 배쓰와 열 교환 상태에 있다. 다른 편의 인장의 단부에서, 하부 부분은 고형화되고 이후 잉곳은 배쓰로부터 제거되며, 이것은 잉곳의 풋의 온도가 보다 빨리 감소하는 이유를 설명한다.
이들의 상이한 냉각 키네틱 (cooling kinetics) 때문에, 열 공여체들의 형성에 상응하는 온도 범위에서 잉곳의 헤드는 잉곳의 풋보다 많은 시간을 소비한다. 도 1의 잉곳의 예에서, 잉곳의 헤드는 (일점 쇄선으로 나타내지는) 350℃-500℃ 범위에서 600분 초과 소비하는 반면, 잉곳의 풋은 단지 이 범위에서 80분 동안 그대로 있다.
실리콘 잉곳의 중간 부분들, 즉 헤드와 풋 사이에 위치한 중간 부분들은 2개의 곡선들 사이에 포함되는 속도로 그 온도 감소를 보인다. 결과적으로, 이들 부분들이 350℃-500℃ 범위에 포함되는 온도를 갖는 시간은 80 min 과 600 min 사이에 위치한다.
따라서 잉곳의 부분의 고형화 동안 열 공여체들의 유효 형성 시간 (teff) 은 잉곳에서의 이 부분의 위치 (h) 에 의존한다. 또한, 함수 teff(h)는, 잉곳에서의 위치들의 기점인 것으로 고려되는 것이 풋인지 또는 헤드인지에 따라서 급격히 증가 또는 감소하고 있다는 것이 관찰된다. 다른 말로, 시간 (teff) 과 잉곳에서의 위치 (h) 사이에 전단사 (bijection) 관계가 존재하며; 잉곳의 각 부분에 상응하여 하나의 시간 (teff) 이 존재한다.
이 관찰은 잉곳에서의 실리콘 웨이퍼의 원위치를 결정하기 위해 하기에서 적용된다. (350℃ 와 500℃ 사이의) 열 공여체들의 유효 형성 시간 (teff) 은 격자간 산소 농도 및 웨이퍼에 처음 존재하는 열 공여체 농도의 읽기로부터 결정된다.
도 2는 이 실리콘 웨이퍼 위치 결정 방법의 단계들 (F1 ~ F4) 을 나타낸다.
F1에서, [Oi]로 표기되는 격자간 산소 농도는 웨이퍼의 적어도 하나의 영역에서 결정된다. 농도 [Oi] 는 특히 2차 이온 질량 분광분석법 (SIMS; secondary ion mass spectrometry) 또는 푸리에 변환 적외선 분광분석법 (FTIR; Fourier transform infrared spectroscopy) 에 의해 측정될 수 있다. 후자의 기술은 반도체 재료에서의 적외선 방사선의 흡수 대 이 방사선의 파장이 측정될 수 있게 한다. 격자간 산소가 이 흡수에 기여하기 때문에, 흡수 측정으로부터 농도 [Oi] 를 추론하는 것이 가능하다.
단계 F2는 웨이퍼의 동일한 영역 또는 영역들에서 초기 열 공여체 농도 [TD]i 를 결정하는 것에 있다. 상기에 나타낸 바와 같이, 이들 열 공여체들은 잉곳의 냉각동안 350℃ ~ 500℃를 나타냈다.
또한, 열 공여체들이 또한 적외선 방사선의 흡수에 영향을 주기 때문에, FTIR 기술은 농도 [TD]i 의 측정을 위해 사용될 수 있다. 산소와 같이, 열 공여체들은 특성 피크들이 흡수 스펙트럼에서 보이게 한다. 열 공체들의 패밀리는 각각의 피크에 상응한다 (총 16 패밀리들이 식별되며, 모두 동일한 공여체 거동을 갖는다). 열 공여체 농도 [TD]i 는, 흡수 피크의 진폭을 변환하고 얻어진 값들을 가산함으로써 계산된다.
이로써, 단계 F2의 완료시, 값들 [Oi] 및 [TD]i 의 하나 이상의 쌍들이 정의되었다.
단계 F3에서, 농도 [TD]i의 열 공여체들의 형성을 가능하게 한 350℃ ~ 500℃ 의 열 처리의 유효 시간 (teff) 은 산소 함량 [Oi]으로부터 결정된다.
유효 시간 (teff) 은 바람직하게 논문 ["Formation kinetics of oxygen thermal donors in silicon", Wijaranakula C.A. et al., Appl. Phys. Lett. 59 (13), pp. 1608, 1991] 로부터 취해진 관계에 의해 단계 F1 및 F2에서 측정된 [Oi] 및 [TD]i 의 값들로부터 계산된다. 이 논문은 450℃ 에서의 어닐에 의해 실리콘에서의 열 공여체들의 형성 키네틱을 설명한다.
이후 시간 (teff) 은 450℃ 에서의 어닐의 지속기간과 등가인 것으로 간주되며, 이것은 [Oi]와 동일한 산소 농도로부터 [TD]i와 동일한 열 공여체 농도를 획득하기 위해 사용되어야 한다.
상기 언급된 논문에 따르면, 농도 [TD]i, 농도 [Oi] 및 450℃ 에서의 어닐의 시간 t는 하기 관계에 의해 연결된다:
단 Do 는 450℃ 에서 격자간 산소의 확산 계수이다 (Do = 3.5*10-19 ㎠/s).
이로써 계산된 등가 시간 (t) 은 유효 시간 (teff), 즉 잉곳의 고형화가 발생하는 때 350℃-500℃ 온도 범위에서 웨이퍼가 통과되는 시간의 양호한 근사치를 구성한다.
시간 (teff) 을 계산하기 위해서는, 열 공여체 형성 키네틱이 최선으로 기록되는 것이 450℃의 온도이기 때문에 상기 관계식 (1) 은 특혜를 받는다. 450℃에서의 어닐링은, 획득된 최대 농도와 열 공여체 형성 속도 사이의 양호한 트레이드 오프를 구성하기 때문에, 많은 연구의 대상이 되어 왔다.
대안으로, 유효 시간 (teff) 은 산소 농도 [Oi]의 상이한 값들에 대한 450℃ 에서의 어닐링의 시간 (t) 대 열 공여체 농도 [TD]i 를 제공하는 수판에 의해 결정될 수 있다.
유효 시간 (teff) 은 또한 450℃와 상이한 참조 온도를 고려하여 계산될 수 있다. 이후 관계식 (1) 및 수판은 특히 논문 ["Effect of oxygen concentration on the kinetics of thermal donor formation in silicon at temperatures between 350℃ ~ 500℃", Londos C.A. et al., Appl. Phys. Lett. 62 (13), pp. 1525, 1993] 의 교시를 위해 조정될 것이다. 이 논문은 또한 실리콘에서의 열 공여체들의 형성 키네틱을 설명하지만, 350℃ ~ 500℃ 에 포함된 어닐링 온도들에 대한 것이다.
마지막으로, 값들 [Oi] 및 [TD]i 의 여러 쌍들이 동일한 실리콘 웨이퍼에 대해 이용가능한 경우, 450℃ 에서의 평균 어닐링 시간 (tmean) 이 계산될 수 있다. 이것은 이후 유효 시간 (teff) 의 보다 나은 지표를 구성할 것이다.
도 2의 단계 F4는 유효 시간 (teff) 을 알고, 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치 (h) 를 결정하는 것에 있다. 이를 위해, teff 와 h 량 사이의 전단사 관계가 구현된다.
이롭게는, 위치 (h) 는 함수 h(teff) 의 대표적인 수판에 의해 결정된다. 이러한 수판은 단계 F3에서 계산된 유효 시간 (teff) 의 값에 상응하는 잉곳의 위치 (h) 가 용이하고 신속하게 판독될 수 있게 한다. 바람직하게, 이 수판은 함수 h(teff)가 선형 함수라는 것을 가정하여 구성된다. 따라서, 수판의 곡선은 직선이다.
수판을 확립하기 위해서, 동일한 잉곳으로부터 비롯되는 복수의 웨이퍼가 이용가능하다. 웨이퍼는 바람직하게 잉곳에 대응하는 배치로부터 랜덤하게 취해진다. 더욱이, 광기전력 산업용을 위한 기판들의 경우 종종 그러는 바와 같이, 잉곳의 웨이퍼는 열 공여체들을 파괴하려는 목적의 열 처리가 되지 않았다.
농도들 [Oi] 및 [TD]i 는 먼저 각각의 웨이퍼에 대해 측정된 후, 상이한 유효 시간 값들 (teff) 이 계산된다. 도 1 (단계 F1-F3) 과 관련하여, 상기에 기재된 단계들이 수행될 수 있다.
유효 시간 값들 (teff) 의 세트 중에서, teff (max) 로 표기되는 최고값은 처음 고형화된 부분, 즉 잉곳의 상부 (헤드) 에 상응하며, 최저값, teff (min) 은 마지막에 고형화되었던 하부 부분 (풋) 에 상응하는 것으로 상정된다.
인장의 완료시, 잉곳 제조자는, 잉곳의 단부에 위치한 하부 및 상부 부분들이 다량의 불순물을 포함하기 때문에 보통 폐기한다. 이들은 사용할 수 없으므로 폐기된다. 일반적으로, 이들 하부와 상부 부분들은 각각 잉곳 총 높이의 15% 및 5%를 나타낸다.
이로써, 최고 유효 시간 값 (teff (max)) 은 총 높이의 약 5%의 잉곳에서의 위치에 상응하고, 최저 유효 시간값 (teff) 은 약 85%의 잉곳에서의 위치에 상응한다 (이 상대적인 높이의 기점은 잉곳의 헤드에 상응함).
이러한 가정에 기초하여, 라인 h(teff) 는 2개의 지점들을 배치함으로써 수판 상에 플로팅될 수 있으며, 하나는 잉곳의 총 높이의 5%이고 다른 하나는 85%이다. 이로써 획득된 수판은 유사 조건하에서 고형화되었던 모든 잉곳에 대해 사용될 수 있다. 수판은 각각의 잉곳 제조자에 대해 및 각각의 인장 방법에 대해 이롭게 구성된다 (초크랄스키, 브릿지먼...). 동일한 인장 기술 및 동일한 제조자의 경우, 냉각 프로파일을 변경하기에 충분히 동작 조건들이 변하다면 여러 수판이 필요할 수도 있다.
예시 목적으로, 유효 시간 (teff) 은 동일한 잉곳으로부터 비롯되는 6개의 초크랄스키 단결정 실리콘 웨이퍼들에 대해 측정되었다. 결과들은 아래 표 1에 주어진다:
최대 및 최소 유효 시간 값들 (teff) 이 웨이퍼 n°3 및 웨이퍼 n°6에 대해 각각 획득된다. 따라서 웨이퍼들 3 및 6은 잉곳의 높이의 5% 및 85%에 각각 위치한 부분들에 상응한다.
도 3은 잉곳에서의 상대 위치 (h) 대 유효 시간 (teff) 의 그래프이다. 이전에 획득된 teff의 2개의 값들은 좌표 {teff = 18; h = 0.85} 및 {teff = 222; h = 0.05}에서 2개의 지점들이 배치될 수 있게 한다. 방정식 h = -3.92*10-3*teff + 0.921의 라인은 이들 2개의 극점들을 이용하여 그려질 수 있다.
이 라인 또는 그 방정식은, 동일한 잉곳 또는 동등한 잉곳으로부터 비롯되는 임의의 후속 웨이퍼의 원위치 (h) 가 이 웨이퍼에 대해 계산된 유효 시간 값으로부터 계산될 수 있게 할 것이다.
표 1의 teff의 다른 값들을 이용하여, 선형 함수의 가정이 정당화되는지를 입증하는 것이 가능하다. 하지만, 이를 위해, 웨이퍼 1, 2, 4 및 5의 높이가 정확하게 결정될 수 있게 하는 잉곳 제조자에 의해 제공된 정보를 소유하는 것이 필요하다.
제조자 데이터에 따르면, 웨이퍼 1, 2, 4 및 5의 위치 (h) 는 각각 0.253, 0.162, 0.636 및 0.560과 동일하다. 이들 값을 도 3의 수판 상에 트랜스퍼하는 것에 의해, 지점들이 방정식 h = -3.92*10-3*teff + 0.921의 라인과 일치한다는 것을 관찰할 수 있다. 결과적으로, 이에 따라 h(teff)가 선형 함수라는 가정이 입증된다.
이 수판 구성법은 구현하기에 빠르고 용이하다. 보다 정확성을 위해, 잉곳의 단부에 실질적으로 상응하는 최대값과 최소값에 가능한 한 가깝도록 하기 위해서 다수의 웨이퍼를 선택하는 것이 바람직하다. 도 1에서, 잉곳의 풋의 유효 시간과 잉곳의 헤드의 유효 시간 사이에 약 10의 팩터가 존재한다. 실제로, 측정된 웨이퍼의 수는 약 10의 teff (max)/teff (min) 비가 도달되므로 그 때에 충분한 것으로 간주될 것이다.
농도 [Oi] 및 [TD]i 를 측정하기 위한 단계들 F1 및 F2에서 사용되는 FTIR 기술은 300㎛ 초과의 두께, 및 광학 연마면 상태 ("경면" 마무리) 및 완전 평행 표면들을 갖는 웨이퍼를 요구한다. 결과적으로, 이 기술은 다이싱으로부터 바로 비롯되는 두께 200 ㎛ 미만의 기판을 사용하는 광기전력 산업에 부적합하다. 더욱이, [TD]i 를 결정하기 위한 FTIR 측정은, 포논 (phonon) 의 흡수에 의해 야기되는 배경 소음을 줄이기 위해서 일반적으로 매우 낮은 온도 (4K) 에서 이루어진다. 따라서, 이 기술을 큰 스케일로 적용하는 것은 곤란하다.
따라서, FTIR 기술의 단점을 극복하기 위해, 농도 [Oi] 및 [TD]i 를 결정하기 위한 대안의 기술이 구현되었다. 단계 F1 및 F2의 이러한 변형예들은 도 4 및 도 5와 관련하여 아래에 설명된다.
따라서, 도 4는 격자간 산소 농도 [Oi] 를 결정하기 위한 또 다른 기술을 나타낸다. 열 공여체들의 형성에 또한 기초하는 이 기술은, 실리콘 웨이퍼의 산소 맵핑에 대해 프랑스 특허 FR2964459에 상세히 기재되었다.
도 4에서, 농도 [Oi]를 결정하는 단계 F1은 여러 서브 단계들 F10 ~ F14 로 분할된다. F10에서, 실리콘 웨이퍼의 영역에서의 초기 전기 저항율 (ρ1) 이 측정된다. 저항율 (ρ1) 은, 모두 원래 웨이퍼에 (열 공여체들의 경우 농도 [TD]i 로) 존재하는, 열 공여체들 및 다른 도펀트들 (예를 들어, p-도핑된 웨이퍼의 경우 붕소 원자들) 을 고려한다.
상기 식에서, q는 원자 전하이고 (q = 1.6*10-19 C), [B]는 도펀트 농도이다 (예를 들어, 붕소). μ는, 도펀트 농도 [B]에 부가하여, 특허 FR2964459의 교시에 따라 농도 [TD]i 에 의존하는 전하 캐리어들의 이동도를 나타낸다.
웨이퍼는 이후 추가 열 공여체들을 형성하도록 어닐링 처리된다 (서브 단계 F11). 이 어닐링의 온도는 바람직하게 350℃ ~ 500℃에 포함되고, 예를 들어 450℃ 이다. 어닐링 시간은 약 10분에서 수 시간까지 변할 수 있다. 이 어닐링의 목적은, 잉곳의 고형화동안 형성된 것들에 부가하여 새로운 열 공여체들을 형성하는 것이다.
어닐링 F11 이후, 전기 저항율의 새로운 값 (ρ2) 이, 바람직하게는 웨이퍼의 동일한 영역에서 측정된다 (서브 단계 F12). 저항율 (ρ1 및 ρ2) 은 예를 들어 4점 검침법, 반데르 파우법 또는 푸코 전류에 의해 측정된다.
저항율의 변화 (ρ2-ρ1) 는, 어닐이 수행되는 때 (F11), 새로운 열 공여체들의 형성에 기인한다. 저항율 값들 (ρ1 및 ρ2) 은 열 공여체 농도 [TD]450 가 서브 단계 F13에서 계산될 수 있게 한다.
보다 구체적으로, 저항율 (ρ2) 이 기재된다:
이 식에서, 저항율 (ρ1) 과 비교하여, 어닐 (F11) 동안 형성된 열 공여체들의 농도 [TD]450 는 초기 열 공여체 농도 [TD]i 에 부가된다.
특허 FR2964459에서와 같이, 초기 농도 [TD]i 는 어닐 (F11) 동안 형성된 열 공여체들의 농도 [TD]450 보다 훨씬 더 낮은 것으로 ([TD]i << [TD]450, 그리고 도펀트로서의 붕소의 예에서는 [TD]i << [B]와 같이 도펀트 함량들보다 훨씬 더 낮은 것으로) 가정될 수 있다. 도펀트 농도 [B]는 이후 어닐 (F11) 이전에 측정된 저항값 (ρ1) 으로부터 취해지며, 농도 [TD]450 은 도펀트 농도를 알고 저항값 (ρ2) 으로부터 산출된다.
단계 F2에서 측정되었던 열 공여체들의 초기 양 [TD]i 는 또한 [TD]450 의 계산시 고려될 수 있다. 이 계산 모드는 가장 정확하며, 이에 따라 우선적으로 사용될 것이다.
마지막으로, F14에서, 실리콘 웨이퍼에서의 산소 농도 [Oi]는 농도 [TD]450 로부터 및 어닐링 시간으로부터 결정된다 (F11). 수학식, 예를 들어 상기 관계식 (1), 또는 상이한 어닐링 시간 및 온도에 대해 산소 농도를 제공하는 다른 수판이 이 목적을 위해서 사용될 수 있다.
500℃ ~ 350℃ 의 잉곳의 고형화 동안, 및 어닐링 (F11) 동안, 격자간 산소 농도는 유효 시간 (teff) 및 어닐링 시간이 짧아짐에 따라 거의 변하지 않는다. 따라서, F14에서 측정된 값은 사실상 잉곳의 부분에 처음으로 존재하는 (즉, 잉곳의 냉각 이전의) 산소의 양을 나타낸다.
도 5는 열 공여체 농도 [TD]i 를 결정하는 것이 목적인 단계 F2의 구현의 변형예를 나타낸다. 또 이 변형예는, 도 4와 관련하여 기재되었던 열 공여체들에 의해 야기되는 저항율 변화의 원리를 이용한다. 따라서, 그것은 각각 어닐링 단계 (F21) 이전 (저항율 ρ1) 및 이후 (저항율 ρ3) 의 저항율 측정 단계들 (F20 및 F22) 을 포함한다. 하지만, 도 4의 어닐링 (F11) 과 달리, 어닐링 (F21) 의 목적은 추가 열 공여체들을 형성하기 위한 것이 아니며, 반대로 초기에 웨이퍼에 존재하는 것들을 파괴하기 위한 것이다. 어닐링 (F21) 은 600℃ 이상의 온도에서, 예를 들어 30분 동안 수행된다.
어닐 (F21) 이후에 측정된 값 (ρ3) 은 열 공여체들이 없는 웨이퍼의 저항율이다. 결과적으로, 그것은 단지 도펀트 농도에 의존한다. 유일한 도펀트로서의 붕소의 예에서, 그 식은 다음과 같다:
어닐 (F21) 이전에 측정된 값 (ρ1) 은 잉곳 제조자에 의해 공급되는 대로의 웨이퍼의 상태를 나타낸다. 이전에 나타낸 바와 같이, 그것은 농도 [TD]i 로 잉곳의 고형화동안 형성된 열 공여체들 및 도펀트들을 고려한다.
이로써, 단계 F23에서, 도펀트 함량들은 저항율 (ρ3) 로부터 계산되고, 이후 농도 [TD]i 는 저항율 (ρ1) 및 도펀트 농도들로부터 계산된다.
도 4 및 도 5의 측정 기술들은 웨이퍼의 두께 및 표면 상태에 상관없이 적용가능하다. 이들은, 수행하기에 용이하고 비파괴적인 단계들인, 저항율 측정들 및 열 처리들만을 요구한다. 따라서 이들 2가지 기술들은 반도체 산업에 적합하며, 보다 구체적으로 광 품질의 실리콘 기판에 적합하다.
도 4 및 도 5의 단계들 F1 및 F2는 서로 독립적으로 수행될 수 있다. 이들은 또한 함께 사용될 수 있다.
(도 2에 의해 제안된 바와 같이) 도 4 및 도 5의 단계들 F1 및 F2가 이 순서로 연결되어 있는 경우, 기준값, F10에서 처음에 측정된 값 (ρ1) 이 이미 이용가능하므로 도 5의 단계 F20은 제거될 수 있다. 농도 [Oi] 가 F14에서 제거된 이후, 어닐링 (F21) 이 이후 바로 수행될 것이고, 이어서 (F22에서) 제 3 저항율 값 (ρ3) 이 측정될 것이다. 마지막으로, 초기 열 공여체 농도 [TD]i 는 저항율 ρ3 ([TD]=0) 및 ρ1 ([TD]=[TD]i) 로부터 계산될 것이다.
더욱이, 단계 F2가 단계 F1로부터 이어지는 경우, 열 공여체 파괴 어닐링 (F21) 은 열 공여체 형성 어닐링 (F11) 이후 수행된다. 따라서 공정의 완료시 웨이퍼에는 임의의 열 공여체들이 더 이상 존재하지 않을 것이다. 따라서, 후속 전자 또는 광기전력 컴포넌트 제작 단계들에 대해 열 공여체들을 회피하는 것이 바람직한 경우라면 이러한 일련의 단계들이 유리하다.
반대로 열 공여체들에 의해 부여되는 전기 특성들을 이용하기 원하는 경우, 격자간 산소 농도 [Oi] 를 측정하는 단계 (단계 F1-도 4) 이전에 웨이퍼의 초기 열 공여체 농도 [TD]i 가 측정될 수 있다 (단계 F2-도 5). 이 경우, 제 1 단계는 새로운 것들을 만들기 이전에 초기 열 공여체들을 파괴하게 될 것이다. 이전의 경우에서와 같이, 단지 3개의 저항율 측정들이 이루어져야 할 것이다: 어닐 (F20) 이전의 초기 저항율 (ρ1)([TD] = [TD]i), 어닐 (F20) 이후의 초기 저항율 (ρ3)([TD] = 0), 및 어닐 (F10) 이후의 저항율 (ρ2)([TD] = [TD]450).
다른 말로, 웨이퍼 위치 결정 방법은 단계들 F1 및 F2의 임의의 순서에 한정되지 않는다.
상기에 나타낸 바와 같이, 격자간 산소 농도 [Oi] 를 측정하기 이전에 초기 열 공여체 농도 [TD]i 를 아는 것이 바람직하다. [Oi]의 측정은 농도 [TD]450 의 계산에서 초기 열 공여체들을 고려하는 경우 사실상 보다 정확하다 (단계 F13-ρ2의 식으로부터). 450℃에서의 어닐링 (F11) 이후 고온에서의 어닐링 (F21) 수행은 또한 보다 나은 정확성이 [Oi]의 측정시 획득될 수 있게 한다. 역순으로, 어닐 (F21) 은 다음의 어닐이 F11에서 수행되는 경우 열 공여체 형성 키네틱에 영향을 줄 수 있어, 격자간 산소 농도 [Oi] 의 측정을 왜곡시킬 수 있다.
따라서, 바람직한 실시형태에서, 도 4 및 도 5의 단계들은, 어닐 (F21) 이 어닐 (F11) 로부터 이어지도록, 그리고 농도 [TD]i 가 농도 [Oi] 이전에 결정되도록 연동된다. 단계들의 순서는 다음이 이롭다:
- F10 (=F20) : 저항율 (ρ1) 의 측정 ([TD] = [TD]i);
- F11 : 350℃-500℃ 에서의 어닐링;
- F12 : 저항율 (ρ2) 의 측정 ([TD] = [TD]i + [TD]450);
- F21 : 600℃ 이상에서의 어닐링;
- F22 : 저항율 (ρ3) 의 측정 ([TD] = 0);
- F23 : ρ1 및 ρ3으로부터의 [TD]i 의 계산;
- F13 : ρ1, ρ2 및 [TD]i 로부터의 [TD]450 의 계산;
- F14 : [TD]450 으로부터의 [Oi] 의 결정.
방법이 Cz 단결정성 실리콘 웨이퍼와 관련하여 기재되었지만, 다른 형태의 실리콘 (의사-단결정성 또는 다결정성 구조) 및 다른 반도체 재료에 적용될 수 있을 것이다. 게르마늄은, 예를 들면, 산소계 열 공여체가 그 결정화가 발생하는 때에 또한 형성되기 때문에, 잠재적인 후보이다. 마지막으로, 잉곳의 상이한 부분들이 상이한 냉각 키네틱으로 처리된다면, 웨이퍼가 비롯되는 잉곳은 초크랄스키 또는 브릿지먼 프로세스 이외의 인장 기술에 의해 결정화될 수 있다.
Claims (6)
- 반도체 재료로 제조된 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치 (original position) 를 결정하는 방법으로서,
- 상기 웨이퍼의 일 영역에서의 격자간 산소 농도 ([Oi]) 를 측정하는 단계 (F1);
- 상기 잉곳의 이전 고형화 동안 상기 웨이퍼의 상기 영역에 형성된 열 공여체들의 농도 ([TDi]) 를 측정하는 단계 (F2);
- 상기 잉곳의 고형화가 상기 열 공여체 농도 ([TDi]) 및 상기 격자간 산소 농도 ([Oi]) 로부터 발생된 경우 상기 웨이퍼에 의해 수행된 열 공여체 형성 어닐의 유효 시간 (teff) 을 결정하는 단계 (F3); 및
- 상기 유효 시간 (teff) 으로부터 상기 잉곳에서의 상기 웨이퍼의 상기 원위치를 결정하는 단계 (F4) 를 포함하는, 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치를 결정하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 공여체 농도 ([TDi]) 는 상기 열 공여체들을 파괴하려는 목적의 열 처리 (F21) 이전 (F20) 및 이후 (F22) 에 상기 웨이퍼의 상기 영역에서 측정된 2개의 저항율 값들 (ρ1, ρ3) 로부터 결정되는, 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치를 결정하는 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 격자간 산소 농도 ([Oi]) 는 추가 열 공여체 형성 어닐 (F11) 의 이전 (F10) 및 이후 (F12) 에 상기 웨이퍼의 상기 영역에서 측정된 2개의 저항율 값들 (ρ1, ρ2) 로부터 결정되는, 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치를 결정하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 열 공여체들을 파괴하려는 목적의 열 처리 (F21) 는 상기 추가 열 공여체 형성 어닐 (F11) 이후에 수행되는, 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치를 결정하는 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이퍼의 원위치 (h) 는 하기 단계들:
- 동일한 잉곳으로부터 비롯되는 복수의 웨이퍼들을 선택하는 단계;
- 각각의 웨이퍼에 대한 유효 시간 값 (teff) 을 결정하는 단계 (F1, F2, F3);
- 이전에 결정된 유효 시간 값들의 세트로부터의 최소 (teff(min)) 및 최대 (teff(max)) 유효 시간 값들에 상응하는 2개의 지점들을 유효 시간을 가지는 상기 잉곳에서의 웨이퍼의 위치를 연결하는 수판 (abacus) 상에 배치하는 단계; 및
- 상기 2개의 지점들 사이에 직선을 플로팅하는 단계에 따라 확립된, 상기 수판 (h(teff)) 에 의해 결정되는, 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치를 결정하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 최소 및 최대 유효 시간 값들 (teff (min), teff (max)) 은 상기 잉곳의 총 높이의 5 % 및 85 %와 동일한 원위치들 (h) 과 연관되는, 잉곳에서의 웨이퍼의 원위치를 결정하는 방법.
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