KR102463966B1 - 금속 오염 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

고속 열처리 장치에 있어서의 실리콘 웨이퍼에의 금속 오염량을 고정밀도로 측정하여 평가한다. 초크랄스키법에 따라 1.0 ㎜/min 이하의 인상 속도로 육성하여, 산소 농도가 1.3×1018 atoms/㎤ 이하인 실리콘 단결정(10)을 얻는 단계와, 상기 실리콘 단결정의 헤드로부터 중앙측으로 40 ㎜와 테일로부터 중앙측으로 40 ㎜를 제외한 영역으로부터 실리콘 웨이퍼를 절취하는 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼를 고속 열처리 장치에 의해 열처리하여, 노내 부재로부터의 오염 물질을 상기 실리콘 웨이퍼에 열전사시키는 단계와, 오염 물질이 전사된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 라이프타임을 측정하는 단계를 포함한다.

Description

금속 오염 평가 방법
본 발명은 금속 오염 평가 방법에 관한 것으로, 특히, 실리콘 웨이퍼를 고속 가열 처리하는 고속 열처리 장치(RTP 장치)에 있어서, 노 내의 금속 오염을 정밀도 좋게 평가할 수 있는 금속 오염 평가 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 제조 과정, 또는 디바이스의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼가 금속 불순물 등으로 오염되면, 제품 성능에 악영향이 생긴다. 그 때문에, 금속 오염을 저감하는 것은, 매우 중요한 과제이다.
이 과제에 대하여, 예컨대 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2013-84840호 공보), 특허문헌 2(일본 특허 공개 제2009-302337호 공보)에는, 고저항의 실리콘 웨이퍼를 열처리로에서 처리함으로써 금속 오염을 상기 실리콘 웨이퍼에 전사하고, 그 후 SPV법(표면 광기전력법)에 따른 Fe-B 농도 검출이나, μPCD법(마이크로파 광도전 감쇠법)에 따른 라이프타프타임정에 의해 금속 불순물의 검출을 행하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2013-84840호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2009-302337호 공보
그런데, 노 내에서의 금속 불순물의 영향을 확인하기 위해서는, 특허문헌 1, 2에 개시되는 바와 같이, 열처리에 있어서 실리콘 웨이퍼 중에 충분히 금속 불순물이 확산하도록 미리 정해진 온도로 시간을 들일 필요가 있다.
그러나, 특히 열처리로가 고속 열처리 장치(RTP 장치)인 경우에는, 금속 오염이 아니라, 공공(空孔) 기인에 의한 라이프타임의 저하가 생기기 때문에, 금속 불순물의 오염을 정확하게 평가하는 것이 곤란하였다.
또한, 라이프타임의 측정에서는 표면 재결합에 의한 라이프타임의 저하가 발생한다. 그 저하를 억제하기 위해서는 표면에 보호막으로서의 패시베이션막을 형성하는 것이 필요하다. 구체적인 패시베이션 방법으로서는, 주로 열산화나 HF(불산) 패시베이션 방법이 알려져 있다. 열산화는, 가열에 의해 실리콘 산화막(열산화막)을 실리콘 표면에 형성하고, 양호한 Si-SiO2 계면을 도입함으로써 표면 패시베이션 효과를 얻는 것이다. 또한, HF 패시베이션 방법은, HF(불산) 수용액을 이용한 케미컬 패시베이션이다.
그러나, 상기 열산화에 의한 방법에서는, 열산화막을 형성하는 열처리로로부터의 오염이 생각되기 때문에, 목적으로 하는 RTP 장치의 오염 관리에는 사용할 수 없다고 하는 과제가 있었다.
또한, HF 패시베이션에 있어서는, 열이력을 부여하는 일은 없지만, 표면 재결합 속도가 20∼40 ㎝/s이기 때문에, 긴 라이프타임을 얻는 것이 어렵고, 오염 관리로서는 감도의 점에서 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 사정 하에 이루어진 것으로, 고속 열처리 장치에 있어서의 실리콘 웨이퍼에의 금속 오염량을 고정밀도로 측정하여 평가할 수 있는 금속 오염 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 이루어진, 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법은, 고속 열처리 장치에 있어서의 실리콘 웨이퍼에의 금속 오염량을 측정하는 금속 오염 평가 방법으로서, 초크랄스키법에 따라 1.0 ㎜/min 이하의 인상 속도로 육성하여, 산소 농도가 1.3×1018 atoms/㎤ 이하인 실리콘 단결정을 얻는 단계와, 상기 실리콘 단결정의 헤드로부터 중앙측으로 40 ㎜와 테일로부터 중앙측으로 40 ㎜를 제외한 영역으로부터 실리콘 웨이퍼를 절취하는 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼를 고속 열처리 장치에 의해 열처리하여, 노내 부재로부터의 오염 물질을 상기 실리콘 웨이퍼에 열전사시키는 단계와, 오염 물질이 전사된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 라이프타임을 측정하는 단계를 포함하는 것에 특징을 갖는다.
또한, 상기 실리콘 웨이퍼를 고속 열처리 장치에 의해 열처리하여, 노내 부재로부터의 오염 물질을 상기 실리콘 웨이퍼에 열전사시키는 단계에 있어서, 산화성 가스 하에서 1100℃ 이상 실리콘 융점 이하의 온도로 1 내지 60 sec 유지한 후, 5 내지 150℃/sec의 속도로 강온 처리하여, 상기 실리콘 웨이퍼 상에 막 두께 2 ㎚ 이상의 산화막을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오염 물질이 전사된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 라이프타임을 측정하는 단계에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 코로나 차지를 이용하여 패시베이션 층을 형성한 후, 라이프타임을 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오염 물질이 전사된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 라이프타임을 측정하는 단계에 있어서, μPCD 장치를 이용하여 라이프타임을 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 초크랄스키법에 따라 1.0 ㎜/min 이하의 인상 속도로 육성하여, 산소 농도가 1.3×1018 atoms/㎤ 이하인 실리콘 단결정을 얻는 단계에 있어서, 도펀트 농도를 5×1014 atoms/㎤ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오염 물질이 전사된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 라이프타임을 측정하는 단계 후, 금속 불순물의 농도를 y로 하고, 라이프타임값을 x로 할 때, 하기 식의 x에 상기 측정한 라이프타임값을 대입하여, 금속 불순물의 농도(y)를 구하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
[수학식 2]
y=(-3.74E+07)·x+(2.42E+11)
이러한 방법에 따르면, 웨이퍼 내부의 산소나 격자 결함에 의한 공공에 기인하는 라이프타임 저하를 줄여, 금속 불순물에 의한 라이프타임 저하의 영향을 정밀도 좋게 평가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고속 열처리 장치에 있어서의 실리콘 웨이퍼에의 금속 오염량을 고정밀도로 측정하여 평가할 수 있는 금속 오염 평가 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법의 공정을 나타내는 흐름이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법에 있어서 이용하는 실리콘 웨이퍼를 추출하는 단결정 부위의 영역을 나타내는 단결정의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법의 실시예 1의 결과를 나타내는 분포도이다.
도 4는 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법의 실시예 2의 결과를 나타내는 분포도이다.
도 5는 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법의 실시예 3의 결과를 나타내는 분포도이다.
도 6은 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법의 실시예 4및 비교예 1, 2의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법의 실시예 5 및 비교예 3의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법의 실시예 6의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법의 실시예 7∼11의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 연산식에 의해 얻어진 라이프타임값과 Fe 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 금속 오염 평가 방법에 있어서는, 고속 열처리 장치(이하, RTP 장치라고도 부름)에 있어서의 금속 오염을 평가하기 위한 방법이다. 구체적으로는, 미리 정해진 육성 조건에 따라 인상된 실리콘 단결정으로부터 실리콘 웨이퍼를 절취하여, RTP 장치에 있어서 미리 정해진 온도의 산화성 분위기 하에서 열처리함으로써 웨이퍼 상에 RTO(급속 열산화)막을 형성한다.
그리고, RTP 장치를 구성하는 부재로부터의 오염 물질을 웨이퍼에 열전사시키고, 이 웨이퍼에 대하여 코로나 차지를 이용한 패시베이션 처리를 행한다. 이와 같이 하여 얻어진 웨이퍼의 라이프타임을 측정함으로써, 노 내의 금속 오염 검출을 행한다.
보다 구체적으로는, 도 1에 나타내는 흐름과 같이 된다.
먼저는 금속 오염 평가용의 실리콘 웨이퍼를 절취하기 위한 실리콘 단결정을 육성한다(도 1의 단계 S1).
즉, 상기 단결정은, 초크랄스키법에 따라, 산소 농도 1.3×1018 atoms/㎤(oldASTM) 이하, 도펀트 농도 5×1014 atoms/㎤ 이하, 인상 속도 1 ㎜/min 이하의 조건으로 인상된다.
또한, 도펀트 농도가 5×1014 atoms/㎤ 이하인 경우, 즉 기판 저항이 높으면, 라이프타임 평가에 있어서, 다수 캐리어의 웨이퍼 표면에서의 재결합 영향이 나타나기 쉬워지기 때문에, 라이프타임의 참값을 얻기 어려워진다. 그러나, 본 발명의 금속 오염 평가 방법에 있어서는, 표면 재결합의 영향이 작기 때문에, 도펀트 농도가 5×1014 atoms/㎤ 이하여도, 정밀도 좋게 금속 오염을 평가할 수 있다.
그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 인상된 단결정 잉곳(10)에 있어서, 저온에서의 열이력을 길게 받는 직동부(直胴部)(10b)의 헤드 숄더(10a)측으로부터 중앙측으로 40 ㎜의 위치(10b1)까지와, 테일 콘(10c)측으로부터 중앙측으로 40 ㎜의 위치(10b2)까지를 제외한 영역(사용하는 영역)으로부터 실리콘 웨이퍼를 절취한다(도 1의 단계 S2).
이 영역 외를 적용할 수 없는 이유는, 상기 영역 외에서는 결정 중의 열이 잉곳의 상하로부터 방열되어(결정이 식기 쉬움), V 농도[베이컨시(공공) 농도]가 높은 채로 공공의 형성 온도대에 들어가기 때문에, 결과로서 공공의 농도가 높아져 라이프타임이 저하하기 때문이다.
또한, 상기 결정 부위의 제한 이외에도, 상기와 같은 산소 농도, 인상 속도 등의 제한은, 라이프타임 저하를 야기하는 공공의 형성 영향에 의한 것이다. 공공의 실체는 밝혀져 있지 않지만, 형태로서는, VO, VO2[V: 베이컨시(공공), O: 산소] 등의 복합체라고 생각된다. 또한, 이러한 공공의 형성 온도대는, 결정의 냉각 과정에 있어서 1000℃∼800℃ 부근이라고 생각된다.
또한, 초크랄스키 결정의 고액 계면에 있어서 열평형 농도로 결정 중에 들어간 V(공공)와 I(격자간 Si)는, 결정의 냉각 과정에 있어서, 쌍소멸하여 농도 저하해 간다. 공공에 기인하는 라이프타임 저하를 회피하기 위해서는, V 농도를 낮출 필요가 있지만, 인상 속도가 1 ㎜/min을 넘는 경우, V 농도가 높은 채로 공공의 형성 온도대에 들어가기 때문에, 결과로서 공공의 농도가 높아져 라이프타임이 저하한다.
또한, 산소 농도가 높으면 공공의 형성을 조장하기 때문에, 산소 농도는 1.3×1018 atoms/㎤(oldASTM) 이하가 바람직하다.
계속해서, RTP 장치에 의해 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여, 산화성 분위기 하, 1100℃ 이상 실리콘 융점 이하로, 1∼60 s 유지한다. 그 후, 5∼150℃/s로 강온 처리를 행하여, 실리콘 웨이퍼 상에 막 두께 2 ㎚ 이상의 산화막(RTO막)을 형성한다(도 1의 단계 S3).
이 RTP 처리 장치에 있어서는, 더욱 높은 온도에서 사용함으로써 장치를 구성하는 부재에 존재하는 금속 불순물의 외방 확산을 촉진한다. 그에 의해 노내 금속 불순물을 웨이퍼에 충분히 전사할 수 있다.
또한, 일반적으로 웨이퍼 내의 산소 원자나 공공이 RTP 처리에 의해 전기적으로 활성 상태가 되기 때문에, 그것이 라이프타임을 저하시키는 요인이 된다. 그러나, 상기 단계 S1의 조건에 따라 얻어진 실리콘 웨이퍼에 의하면, 산소 원자나 공공이 거의 없기 때문에 공공에 기인하는 라이프타임의 저하를 억제하여, 금속 불순물에 따른 라이프타임 저하만을 측정할 수 있다.
그리고, 상기 실리콘 웨이퍼를 코로나 차지 패시베이션 처리하여, μPCD법에 따라 라이프타임을 측정한다(도 1의 단계 S4).
상기 코로나 차지 처리에 있어서는, 대기 중에서 전하를 발생, 제어한다. 이 코로나 차지 처리에 의해, 실리콘 웨이퍼 표면의 전하 상태를 제어하여 균일하게 할 수 있다.
μPCD 측정 장치로서는, 예컨대 코벨코가가쿠켄큐쇼사 제조 LTA-2200EP를 이용하여, 레이저 파장 904 ㎚, 캐리어 주입량 5×1013/㎤, 4 ㎜ 피치로 라이프타임을 측정한다. 이 μPCD법에 있어서는, 실리콘 웨이퍼에 대하여 레이저광을 펄스 조사함으로써 과잉 캐리어가 생성되고, 그것이 재결합에 의해 소멸하여 원래의 평형상태로 되돌아간다. 이때의 과잉 캐리어 밀도의 변화는, 광조사 영역의 저항률의 지수 함수적인 변화가 되고, 반사 마이크로파의 파워도 그에 따라 변화한다. 광펄스의 조사 전과 조사 직후의 반사 마이크로파 파워의 차가 저항률의 차, 즉 캐리어 밀도의 차에 대응하고, 그 시간 변화로부터 라이프타임이 구해진다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시형태에 의하면, 산소 농도가 1.3×1018 atoms/㎤(oldASTM) 이하, 인상 속도가 1 ㎜/min 이하인 조건에 따라 육성된 실리콘 단결정으로부터 절취된 웨이퍼를 이용하여, 1100℃ 이상 융점 이하의 고온 하에 있어서의 RTP 처리를 산화성 분위기에서 실시함으로써 RTO막을 형성하고, RTP 장치 부재로부터의 오염 물질을 웨이퍼에 열전사시키고, 이 웨이퍼를 코로나 차지 패시베이션 처리하여 μPCD법에 따라 라이프타임을 측정하는 것이다.
이에 의해, 웨이퍼 내부의 산소나 격자 결함에 의한 공공에 기인하는 라이프타임 저하를 줄여, 금속 불순물에 의한 라이프타임 저하의 영향을 평가할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에 따르면, 도펀트 농도에 상관없이 정밀도 좋은 측정이 가능하기 때문에, 다수 캐리어의 웨이퍼 표면에서의 재결합의 영향이 나타나는 도펀트 농도 5×1014 atoms/㎤ 이하의 경우에도 유효하다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 패시베이션에 코로나 차지를 이용하였지만, 본 발명의 금속 오염 평가 방법에 있어서는, 그에 한정되는 것이 아니며, 다른 패시베이션 방법을 행하는 실리콘 웨이퍼에 대해서도 적용할 수 있다.
또한, 라이프타임 측정에 있어서는, μPCD 장치를 이용하였지만, 본 발명에 있어서는, 그에 한정되는 것이 아니며, 다른 방법에 따라 라이프타임을 측정하여도 좋다.
실시예
본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법에 대해서, 실시예에 기초하여 더욱 설명한다. 본 실시예에서는, 상기 실시형태에 기초하여 이하의 실험을 행하였다.
(실험 1)
실험 1에서는, 육성 조건이 다른 웨이퍼를 이용하여, 본 실시형태에 나타낸 라이프타임 측정을 행하였다.
실시예 1에서는, 산소 농도 0.8×1018 atoms/㎤, 도펀트(붕소) 농도 7.8×1014 atoms/㎤, 인상 속도 0.6 ㎜/min의 조건으로 육성한 P 타입, 저항 0.17 Ω·m 웨이퍼를 이용하였다.
실시예 2에서는, 산소 농도 0.8×1018 atoms/㎤, 도펀트(붕소) 농도 3.7×1014 atoms/㎤, 인상 속도 1.5 ㎜/min의 조건으로 육성한 P 타입, 저항 0.36 Ω·m 웨이퍼를 이용하였다.
실시예 3에서는, 산소 농도 0.9×1018 atoms/㎤, 도펀트(인) 농도 3.0×1013 atoms/㎤, 인상 속도 1.5 ㎜/min의 조건으로 육성한 N 타입, 저항 1.42 Ω·m의 웨이퍼를 이용하였다.
실시예 1∼3에 있어서, RTP 처리 조건은 같고, 1350℃×30 sec 처리 후, 600℃까지 강온 레이트 120℃/s로 처리하여, RTO막을 형성하였다.
또한, 모두 μPCD 측정 장치(코벨코가가쿠켄큐쇼사 제조 LTA-2200EP)를 이용하여, 레이저 파장 904 ㎚, 캐리어 주입량 5×1013/㎤, 4 ㎜ 피치로 라이프타임을 측정하였다.
실시예 1∼3의 라이프타임 측정 결과를 도 3, 4, 5에 각각 나타낸다. 도 3, 4, 5는 웨이퍼 면내에 있어서의 라이프타임값을 색으로 구분한 분포도이다.
실시예 1의 결과, 라이프타임 평균값은 1280 μs가 되고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 국소 오염이나 외주의 오염이 인정되었다. 이것은, RTP 처리 시에, 웨이퍼 이면의 외주부를 SiC 링으로 유지하기 때문에, 그곳으로부터의 오염이라고 생각되었다. 즉, 실시예 1의 조건의 웨이퍼를 이용한 경우, 금속 오염 분포를 정밀도 좋게 파악할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 2, 3의 결과, 라이프타임 평균값은, 함께 1080 μsec가 되고, 도 4, 5에 각각 나타내는 바와 같이, 공공에 기인하는 라이프타임 저하가 인정되었다. 이 공공에 기인하는 라이프타임 저하는, 웨이퍼 전체면에서 영향이 있지만, 중심부일수록 영향이 크다. 이것은, 실시예 2, 3 모두 인상 속도가 1.5 ㎜/min이며 지나치게 빠른 것이 원인이라고 생각되었다.
(실험 2)
실험 2에서는, 패시베이션 방법의 다른 실시예 4(RTO막+코로나 차지), 비교예 1(열산화막), 비교예 2(HF 패시베이션)에 대해서, 저항률에 대한 라이프타임 측정값과, 표면 재결합 속도의 관계에 대해서 검증하였다.
도 6의 그래프에, 실시예 4, 비교예 1, 2의 결과를 나타낸다. 도 6의 그래프에 있어서, 종축은 라이프타임값, 횡축은 P 타입 웨이퍼의 저항값이다. 또한, 도면 중에 표면 재결합 속도(S)=5 ㎝/s, 10 ㎝/s, 20 ㎝/s, 40 ㎝/s의 곡선을 나타낸다.
또한, 표면 재결합 속도는, 열산화에서는 S=20 ㎝/s, HF 패시베이션에서는 S=20∼40 ㎝/s 정도가 되었다. 그에 대하여 실시예 4에서는, 표면 재결합 속도(S)=0 ㎝/s에 가까운 실제의 벌크값에 가까운 긴 라이프타임값을 얻을 수 있었다.
(실험 3)
실험 3에서는, 라이프타임값과 Fe-B 농도의 상관에 대해서 검증하였다.
실시예 5에서는, p형 웨이퍼(산소 농도 0.8×1018 atoms/㎤, 도펀트 농도 7.8×1014 atoms/㎤, 인상 속도 0.6 ㎜/min)를 이용하여, 본 실시형태에 따라 RTO막 형성, 코로나 차지 패시베이션을 행하여 라이프타임을 측정하고, SPV법에 따라 Fe-B 농도를 구하였다.
비교예 3으로서, 동조건으로 절취한 p형 웨이퍼를, HF 패시베이션을 행하여 라이프타임을 측정하고, SPV법에 따라 Fe-B 농도를 구하였다.
실시예 5 및 비교예 3의 결과를 도 7의 그래프에 나타낸다. 도 7의 그래프에 있어서, 종축은 라이프타임값, 횡축은 Fe-B 농도이다.
도 7의 그래프에 나타내는 바와 같이, 실시예 5에서는, 라이프타임값과 Fe-B 농도 사이에 강한 상관이 보였다. 한편, 비교예 3에서는, 긴 라이프타임값이 얻어지지 않기 때문에, 약한 상관이 되었다.
(실험 4)
실험 4에서는, 실험 3과는 사용하는 웨이퍼 조건을 바꾸어, 라이프타임값과 Fe-B 농도의 상관에 대해서 검증하였다.
실시예 6에서는, p형 웨이퍼[산소 농도 0.8×1018 atoms/㎤, 도펀트(붕소) 농도 3.7×1014 atoms/㎤, 인상 속도 1.5 ㎜/min]를 이용하여, 본 실시형태에 따라 RTO막 형성, 코로나 차지 패시베이션을 행하여 라이프타임을 측정하고, SPV법에 따라 Fe-B 농도를 구하였다.
실시예 6의 결과를 도 8의 그래프에 나타낸다. 도 8의 그래프에 있어서, 종축은 라이프타임값, 횡축은 Fe-B 농도이다.
도 8의 그래프에 나타내는 바와 같이, 실시예 6에서는, 라이프타임값과 Fe-B 농도 사이에 상관은 보이지 않았다. 또한, 산소, 공공 기인의 라이프타임 저하가 되고, 이것은, 단결정 인상 속도가 1.5 ㎜/min으로 지나치게 빠르기 때문이라고 생각되었다.
(실험 5)
실험 5에서는, 열처리 온도의 차이에 의해 웨이퍼에 전사되는 금속 오염량의 차를 본 발명에 따른 라이프타임 측정에 의해 검출 가능한지 검증하였다.
본 실험에서는, n형 웨이퍼[산소 농도 1.2×1018 atoms/㎤, 도펀트(인) 농도 1.0×1014 atoms/㎤, 인상 속도 0.5 ㎜/min]를 이용하였다. RTP 장치에 있어서, 실시예 7에서는 1100℃×30 s, 실시예 8에서는 1150℃×30 s, 실시예 9에서는 1200℃×30 s, 실시예 10에서는 1250℃×30 s, 실시예 11에서는 1275℃×30 s로 열처리를 행하여, RTO막을 형성하였다. 그 후, 코로나 차지 패시베이션을 행하여, μPCD 장치에 의해 라이프타임 측정을 하였다.
실시예 7∼11의 결과를 도 9의 막대 그래프로 나타낸다. 이 그래프로부터 분명한 바와 같이, 열처리 온도의 차이에 의해, 웨이퍼에 전사되는 금속 오염량의 차를 라이프타임 측정에 의해 검출할 수 있는 것을 확인하였다.
또한, 실시예 7∼11의 결과에 기초하여, 라이프타임값과 Fe-B 농도의 상관을 하기의 식 (1)∼식 (3)을 이용하여 구하였다.
[수학식 1]
Figure 112020075407098-pct00013
또한, 식 (1)에 있어서, 계산되는 라이프타임값을 τ로 하면, τb는 벌크 라이프타임, τs는 표면 재결합 라이프타임이다.
또한, 벌크 라이프타임(τb)을 구하는 식 (2)는, 쇼클리 리드홀의 연산식을 이용하였다. 여기서, n0과 p0은 평형 시의 전자와 홀의 캐리어 농도, Δn과 Δp는 주입된 캐리어 농도, νth는 캐리어의 열속도, ni는 진성 캐리어 농도, Ei는 진성 에너지 준위, σn과 σp는 불순물의 전자와 홀에 대한 포획 단면적, Nt는 불순물 캐리어 농도, Et는 불순물 에너지 준위, k는 볼츠만 상수, T는 온도이다.
불순물은 Fe로 가정하고, 준위(Et)를 0.4 eV, 포획 단면적(σn)을 3.6×10-15 ㎠로 가정하였다. 또한, 웨이퍼의 도펀트(인) 농도(n0)는 1×1014 atoms/㎤, 온도(T)는 300 K로 가정하였다. 평형 상태에 있어서의 캐리어 농도는, 다음식 p0·n0=ni 2로 표시되기 때문에, p0가 결정한다. 주입 캐리어(Δn과 Δp)는, μPCD 장치에 의한 라이프타임 측정을 스탠더드 모드로 행한 경우, 904 ㎚의 레이저를 사용하여 5×1013/㎠가 주입되기 때문에, 이것을 웨이퍼 두께(t=775 ㎛)로 나눈 값이 된다.
S는 표면 재결합 속도이다. 표면 재결합 라이프타임(τs)을 구하는 식 (3)에 있어서, 표면 재결합 라이프타임의 표리면에의 확산항(τdif)과 표리면에서의 재결합의 항(τsr)으로 나타난다. D는 소수 캐리어의 확산 계수, t는 웨이퍼 두께, 표면 재결합 속도(S)를 6 ㎝/s로 가정하였다.
상기 식 (1)∼(3)을 이용하여 얻어진 결과(계산값)를 도 10의 그래프에 나타낸다. 도 10에 있어서, 종축(y축)은 Fe 농도(atoms/㎤), 횡축(x축)은 라이프타임(μs)이다.
이 그래프로부터, 금속 불순물인 Fe의 농도(y축)와 라이프타임값(x축) 사이에는, 하기 상관식 (4)가 얻어졌다.
[수학식 2]
y=(-3.74E+07)·x+(2.42E+11)····(4)
즉, 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법에 따라 라이프타임의 실측값을 얻음으로써, Fe 오염 농도를 고정밀도로 얻을 수 있는 것을 확인하였다.
(실험 6)
실험 6에서는, 본 발명에 따른 금속 오염 평가 방법에 이용하는 실리콘 웨이퍼를 절취하는 단결정의 육성 조건에 대해서, 더욱 검증하였다. 구체적으로는, 적합한 인상 속도의 범위와 산소 농도의 범위에 대해서 검증하였다.
본 실험에서는, 실시예 12∼26에 대해서, 단결정 인상 속도와 산소 농도의 조건을 표 1에 나타내는 바와 같이 설정하고, RTO막 형성, 코로나 차지 패시베이션을 행하여, μPCD 장치에 의한 라이프타임 측정을 행하였다.
실시예 12∼26에 있어서, 0.36 Ω·m의 저항값을 갖는 P 타입 실리콘 웨이퍼를 이용하였다, 도펀트 농도는 붕소 3.7×1014 atoms/㎤, 웨이퍼를 절취하는 결정 부위는 전체 길이 1000 ㎜ 이상의 결정의 중앙부, RTP 장치의 조건은 산소 분위기 하에서 1350℃×30 s, 600℃까지의 강온 속도는 120℃/s로 하였다.
또한, 도펀트 농도로부터 추정되는 라이프타임 이론값(τSRH라고 부름)을 3800 μs로 하고, 각 조건에서의 실시예로부터 얻어진 웨이퍼 면내의 라이프타임 평균값(라이프타임 면내 평균값)이, τSRH의 50％(1900 μsec) 미만인 경우에 불합격(표 1 중의 판정 ×)으로 하고, 50％ 이상인 경우에 합격(표 1 중의 판정 ○)으로 하였다.
Figure 112020075209100-pct00002
표 1에 나타내는 바와 같이, 인상 속도는 1.0 ㎜/min 이하, 산소 농도는 1.3×1018 atoms/㎤ 이하인 경우에 좋은 결과가 얻어졌다.
(실험 7)
실험 7에서는, 단결정으로부터 웨이퍼를 절취하는 위치를 특정하기 위해 실시예 27∼35에 있어서 절취 위치의 조건을 설정하고, 실험 6과 동일하게 라이프타임 면내 평균값에 대해서 평가를 행하였다. 표 2에 실시예 27∼35의 조건 및 실험 결과를 나타낸다. 인상 속도는 0.6 ㎜/min, 산소 농도는 1.2×1018 atoms/㎤로 하고, 그 외의 조건은 실험 6과 동일하다.
Figure 112020075209100-pct00003
표 2에 나타내는 바와 같이, 결정 부위는, 단결정 잉곳의의 헤드로부터 40 ㎜와 테일로부터 40 ㎜를 제외한 영역으로부터 절취한 웨이퍼에 있어서 양호한 결과가 얻어졌다.
이상의 실시예의 결과로부터, 실리콘 단결정의 인상 속도가 1.0 ㎜/min 이하, 산소 농도가 1.3×1018 atoms/㎤ 이하, 웨이퍼를 절취하는 결정 부위가 헤드로부터 40 ㎜와 테일로부터 40 ㎜를 제외한 영역인 경우에 공공에 기인하는 라이프타임 저하를 억제하여, 금속 오염에 의한 라이프타임 측정에 의해 금속 오염량을 정밀도 좋게 평가할 수 있는 것을 확인하였다.
10 단결정 잉곳

Claims (6)

  1. 고속 열처리 장치에 있어서의 실리콘 웨이퍼에의 금속 오염량을 측정하는 금속 오염 평가 방법으로서,
    초크랄스키법에 따라 1.0 ㎜/min 이하의 인상 속도로 육성하여, 산소 농도가 1.3×1018 atoms/㎤ 이하인 실리콘 단결정을 얻는 단계와,
    상기 실리콘 단결정의 헤드로부터 중앙측으로 40 ㎜와 테일로부터 중앙측으로 40 ㎜를 제외한 영역으로부터 실리콘 웨이퍼를 절취하는 단계와,
    상기 실리콘 웨이퍼를 고속 열처리 장치에 의해 열처리하여, 노내 부재로부터의 오염 물질을 상기 실리콘 웨이퍼에 열전사시키는 단계와,
    오염 물질이 전사된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 라이프타임을 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 금속 오염 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼를 고속 열처리 장치에 의해 열처리하여, 노내 부재로부터의 오염 물질을 상기 실리콘 웨이퍼에 열전사시키는 단계에 있어서,
    산화성 가스 하에서 1100℃ 이상 실리콘 융점 이하의 온도로 1 내지 60 sec 유지한 후, 5 내지 150℃/s의 속도로 강온(降溫) 처리하여, 상기 실리콘 웨이퍼 상에 막 두께 2 ㎚ 이상의 산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 것인 금속 오염 평가 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 오염 물질이 전사된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 라이프타임을 측정하는 단계에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 코로나 차지를 이용하여 패시베이션 층을 형성한 후, 라이프타임을 측정하는 것을 특징으로 하는 것인 금속 오염 평가 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 오염 물질이 전사된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 라이프타임을 측정하는 단계에 있어서,
    μPCD 장치를 이용하여 라이프타임을 측정하는 것을 특징으로 하는 것인 금속 오염 평가 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초크랄스키법에 따라 1.0 ㎜/min 이하의 인상 속도로 육성하여, 산소 농도가 1.3×1018 atoms/㎤ 이하인 실리콘 단결정을 얻는 단계에 있어서,
    도펀트 농도를 5×1014 atoms/㎤ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 것인 금속 오염 평가 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 오염 물질이 전사된 상기 실리콘 웨이퍼에 대하여 라이프타임을 측정하는 단계 후에,
    금속 불순물의 농도를 y로 하고, 라이프타임값을 x로 할 때, 하기 식
    [수학식 2]
    y=(-3.74E+07)·x+(2.42E+11)
    의 x에 상기 측정한 라이프타임값을 대입하여, 금속 불순물의 농도(y)를 구하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 금속 오염 평가 방법.
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