KR20000065399A - 반도체 장치의 잉곳 제조 방법 - Google Patents

반도체 장치의 잉곳 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 잉곳 제조 방법에서는 초기 도가니 회전 속도하에서 성장된 잉곳의 특성 값들을 측정하여 온도 구배 및 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값들에 따라 도가니 속도를 변경하여, 변경된 도가니의 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 측정 값들이 요구되는 값들과 일치되는 지를 판별하여 도가니의 회전 속도를 조절함으로써, 저 농도의 산소를 함유하는 잉곳을 성장시킬 수 있다.

Description

반도체 장치의 잉곳 제조 방법{A METHOD FOR FABRICATING INGOT OF SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼는 잉곳이 절단되어 만들어지며, 잉곳은 쵸크라스키 방법(Czochrlski method; 이하, CZ 방법이라 칭함)과 플로팅 존 방법(floating zone method)을 이용하여, 실리콘(silicon)과 같은 다결정질 물질(polycrystalline material)로부터 단일 크리스탈(single crystal)을 얻음으로서 형성된다. CZ 방법은 다결정질 물질을 용해하고 그리고 용해된 다결정질 물질의 용액으로부터 시드 크리스탈시트 크리스탈을 이용하여 잉곳을 성장시키는 방법이다.
도 1을 참조하면, 잉곳 성장 설비는 석영(SiO2)으로 구성된 도가니(crucible; 10), 도가니(10)를 가열시키기 위한 히터(heater; 20), 도가니(10)를 고정시키고 그리고 회전시키기 위한 도가니 고정 샤프트(crucible holding shaft; 30), 실리콘의 시드 크리스탈(seed crystal; 40)을 잡기 위한 시드 척(seed chuck; 50) 및 시드 척(50)을 고정시키고 그리고 회전시키기 위한 케이블(cable; 60)로 구성된다.
상기 잉곳 성장 설비를 이용한 잉곳을 성장시키는 방법은 높은 순도로 정제된 실리콘 다결정질 물질을 용해하기 위해 히터(20)를 이용하여 도가니(10)를 용해 온도보다 높은 온도(약 1400℃)로 가열한다. 다결정질 물질이 용해된 다음에, 상기 케이블(60)을 내려서 시드 크리스탈 S의 팁(50)이 도가니(10) 내의 용액의 표면 중간 지점의 표면에 접촉되거나 용액 속으로 잠기도록 내린다. 이때, 도가니 고정 샤프트(30)를 요구되는 방향으로 회전시키고 그리고 케이블(70)을 시드 크리스탈(40)을 당기기 위해서 회전시킨다. 이러한 동작에 의해서, 단일 크리스탈이 성장되며, 이 동작은 일반적으로 실린더 모양을 갖는 단일 결정 잉곳(70)이 얻어지기 위해서 당김 속도와 온도가 적당히 조절되는 동안 계속됨으로써, 실린더 모양의 잉곳이 성장된다.
최근에 들어, 반도체 장치의 디자인 룰(design rule)이 축소됨에 따라 웨이퍼 내의 산소 농도(oxygen concentration)가 적은 저 산소 웨이퍼가 점차적으로 요구된다. 만약, 웨이퍼 내에 다량의 산소가 함유되어 있으면, 웨이퍼 또는 디바이스의 열처리 후에 웨이퍼에서 실리콘 핵이 석출되기 때문에, 다량의 산소가 함유된 웨이퍼로 제조된 디바이스에서 누설 전류가 발생된다. 여기서, 산소는 도가니(10)가 석영으로 이루어져 있기 때문에, 도가니(10)의 석영에서 발생되며, 도 1과 같이, 아르곤 가스 흐름 속도(Ar gas flow rate) 등에 의해 약 99% 정도는 증발(evaporation; Si(l) + 0 → SiO(g))되고 나머지는 잉곳으로 스며들어 산소 응결(oxygen precipitate)의 원인이 된다.
이때, 석용 도가니(10)에서 산소가 용해되는 이유는 고온의 조건에서 실리콘 용액의 대류가 발생되어, 도가니(10) 내에서 실리콘 용액의 흐름이 발생되기 때문이다. 이로인해, 실리콘 용액과 도가니(10)의 마찰이 발생되어, 도가니(10) 표면의 석영이 마모(SiO2 → Si(l) + 2O)되어 실리콘 및 산소가 실리콘 용액 내로 유입된다. 이러한, 잉곳 내의 산소 농도를 줄이는 대표적인 방법으로는 도가니(10) 내로 자계(magnetic field)를 형성시켜서 실리콘 용액의 흐름을 줄여서, 도가니(10) 내의 석영에서 유입되는 실리콘 및 산소의 양을 최소화시키는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 장치비 등의 고가의 비용이 소요되는 문제점이 있다.
그리고, 잉곳의 산소 농도는 잉곳 성장 설비 내에서 잉곳이 성장될 때 결정되며, 도가니의 회전 속도(rotation speed)를 높여서 용액의 대류 현상(melt convection)을 줄임으로써, 저 산소 농도의 잉곳을 성장시킬 수 있다. 그러나, 시드의 당김 속도를 동일하게 유지시키고 그리고 도가니의 회전 속도를 높이면, 웨이퍼 표면의 온도구배가 높아져서, 잉곳 내의 빈 공간의 면적(vacancy area)이 커짐은 물론, 라지 디스로케이션이 발생되는 문제점이 발생된다.
따라서 본 발명의 목적은 저 농도의 산소를 가지는 잉곳을 성장시키기 위한 잉곳 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 잉곳 성장 설비를 보여주는 단면도 및;
도 2는 본 발명에 따른 잉곳 제조 방법을 보여주는 흐름도이다.
(구성)
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 의하면, 잉곳을 제조하는 방법은 초기 도가니 회전 속도 하에서 성장된 잉곳 내의 특성 값들을 측정하는 단계와; 상기 잉곳의 온도 구배 및 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값들을 계산하는 단계와; 상기 온도 구배 및 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값들에 따라 도가니 회전 속도를 변경하는 단계와; 변경된 도가니 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 특성 값들을 측정하는 단계와; 변경된 도가니 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 특성 값들이 요구되는 값들과 일치되는 지를 판별하는 단계 및; 상기 잉곳의 특성 값들이 요구되는 값들과 일치될 때, 도가니 회전 속도를 변경된 값으로 설정하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 잉곳 특성 값들은 상기 잉곳 내의 산소 농도, 빈 공간 지름, 결함 면적 지름 및 단층의 크기들을 나타내는 값들을 포함한다.
(작용)
이와 같은 방법에 의해서, 요구되는 산소 농도 조건이 만족되도록 시드의 속도를 조절함으로써, 저 농도의 산소를 함유하는 잉곳을 성장시킬 수 있다.
(실시예)
이하 본 발명의 실시예에 따른 참조도면 도 2에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 신규한 잉곳 제조 방법은 제 1 측정 단계(S100), 계산 단계(S105), 속도 변경 단계(S110), 제 2 측정 단계(S115), 판별 단계(S120) 및 속도 설정 단계(S125)의 순으로 수행된다. 상기 제 1 측정 단계(S100)에서는 초기 도가니 회전 속도에 따른 잉곳의 산소 농도(oi)를 측정한다. 상기 계산 단계(S105)에서는 도가니 회전 속도에 따른 도가니 내의 잉곳의 온도 구배(G) 및 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값(V/G)을 계산한다. 상기 속도 변경 단계(S110)에서는 상기 단계(S105)에서 측정된 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값(V/G)을 기준으로 도가니의 회전 속도를 조절한다. 상기 제 2 측정 단계(S115)에서는 변경된 도가니 회전 속도에 의해서 성장된 잉곳의 산소 농도(oi), 빈 공간 지름(Dv), 결함 면적 지름(d2) 및 탈구(LD) 값들을 측정한다.
상기 판별 단계(S120)에서는 상기 제 2 측정 단계(S115)에서 측정된 값들이 요구되는 값들과 일치되는 지를 판별한다. 상기 판별 결과, 측정된 값들이 요구되는 값들과 일치되지 않으면, 상기 계산 단계(S105)가 다시 수행된다. 그리고 판별 결과, 측정된 값들이 요구되는 값들과 일치되면, 속도 설정 단계(S125)가 수행된다. 상기 속도 설정 단계(S125)에서는 잉곳 내의 산소 농도(oi), 빈 공간 지름(Dv), 결함 면적 지름(d2) 및 탈구(LD)의 값들이 요구되는 값들과 일치되므로, 도가니의 회전 속도를 속도 변경 단계(S110)에서 변경된 속도로 설정한다. 이와 같이, 변경된 도가니의 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 측정 값들이 요구되는 값들과 일치되는 지를 판별하여 도가니의 회전 속도를 조절함으로써, 저 농도의 산소를 함유하는 잉곳을 성장시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 잉곳 제조 방법은 제 1 측정 단계(S100), 계산 단계(S105), 속도 변경 단계(S110), 제 2 측정 단계(S115), 판별 단계(S120) 및 속도 설정 단계(S125)의 순으로 수행된다. 상기 제 1 측정 단계(S100)에서는 초기 도가니 회전 속도(initial seed ratation speed)에 따른 잉곳의 내부에 포함된 산소 농도(oi)를 측정한다. 상기 계산 단계(S105)에서는 초기 도가니 회전 속도 하에서 도가니 내의 잉곳의 온도 구배(G) 및 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값(V/G)을 시뮬레이터(simulator)를 이용하여 계산한다. 여기서, 온도 구배 값(G)이란 잉곳의 중앙 점과 테두리 사이의 온도 차이를 의미하며, 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값(V/G)은 도가니의 회전 속도에 따라 가변되는 온도 구배 값의 변화를 의미한다. 상기 계산 단계(S105)에서 온도 구배(G) 및 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값(V/G)을 계산하는 이유는, 일반적으로 도가니의 회전 속도를 높여서 저 농도의 산소를 함유하는 잉곳을 성장시킬 때, 온도 구배 값(G)이 증가되기 때문에, 도가니의 회전 속도와 온도 구배에 대한 관계를 계산하기 위해서이다.
상기 속도 변경 단계(S110)에서는 상기 단계(S105)에서 측정된 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값(V/G)을 기준으로 도가니의 회전 속도를 변경한다. 즉, 상기 단계(S110)에서는 상기 계산 단계(S105)에서 계산된 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값(V/G)에 따라 도가니의 회전 속도를 변경시킨다. 상기 제 2 측정 단계(S115)에서는 변경된 도가니 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 산소 농도(oi), 빈 공간 지름(Dv), 결함 면적 지름(d2) 및 탈구(LD) 값들을 측정한다. 여기서, 빈 공간의 지름(Dv)은 도가니의 회전 속도가 증가함에 따라 잉곳의 내부에 형성된 빈 공간의 크기를 의미하고, 결함 면적 지름(d2)은 잉곳 내부의 결함 면적의 지름을 의미하고 그리고, 탈구(LD)는 잉곳 내부에 형성된 단층의 크기를 의미한다.
상기 판별 단계(S120)에서는 상기 제 2 측정 단계(S115)에서 측정된 값들이 요구되는 값들과 일치되는 지를 판별한다. 즉, 변경된 도가니 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 내부에서 측정된 값들(oi, Dv, d2, LD)이 잉곳의 특성을 의미하는 요구되는 값들과 일치되지 않을 때에는, 잉곳이 반도체 제조 공정에 사용될 수 없다. 그러므로, 잉곳의 특성을 나타내는 요구되는 값들과 측정된 값들은 일치되어야 한다. 상기 판별 결과, 측정된 값들이 요구되는 값들과 일치되지 않으면, 상기 계산 단계(S105)가 다시 수행된다. 이후, 도가니의 회전 속도는 상기 단계(S105)에서 계산된 결과에 따라 결정되어, 다음의 단계들(S110, S115, S120)이 순차적으로 수행된다. 그리고, 판별 결과, 측정된 값들이 요구되는 값들과 일치되면, 속도 설정 단계(S125)가 수행된다. 상기 속도 설정 단계(S125)에서는 잉곳 내의 산소 농도(oi), 빈 공간 지름(Dv), 결함 면적 지름(d2) 및 탈구(LD)의 값들이 요구되는 값들과 일치되므로, 도가니의 회전 속도를 속도 변경 단계(S110)에서 변경된 속도로 설정한다.
상기한 바와 같이, 변경된 도가니의 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 측정 값들이 요구되는 값들과 일치되는 지를 판별하여 도가니의 회전 속도를 적절히 조절함으로써, 저 농도의 산소를 함유하는 잉곳이 성장됨으로써, 저 농도의 산소를 함유하는 웨이퍼로 제조된 반도체 장치의 신뢰성이 높아진다.
이상에서, 본 발명에 따른 잉곳 제조 방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
상기한 바와 같이, 변경된 도가니의 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 측정 값들이 요구되는 값들과 일치되는 지를 판별하여, 판별의 결과에 따라 도가니의 회전 속도를 적절히 조절함으로써, 저 농도의 산소를 함유하는 잉곳이 성장됨으로써, 저 농도의 산소를 함유하는 웨이퍼로 제조된 반도체 장치의 신뢰성이 높아진다.

Claims (2)

  1. 잉곳을 제조하는 방법에 있어서:
    초기 도가니 회전 속도 하에서 성장된 잉곳 내의 특성 값들을 측정하는 단계와;
    상기 잉곳의 온도 구배 및 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값들을 계산하는 단계와;
    상기 온도 구배 및 도가니 회전 속도 대 온도 구배 값들에 따라 도가니 회전 속도를 변경하는 단계와;
    변경된 도가니 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 특성 값들을 측정하는 단계와;
    변경된 도가니 회전 속도 하에서 성장된 잉곳의 특성 값들이 요구되는 값들과 일치되는 지를 판별하는 단계 및;
    상기 잉곳의 특성 값들이 요구되는 값들과 일치될 때, 도가니 회전 속도를 변경된 속도로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 잉곳 특성 값들은 상기 잉곳 내의 산소 농도, 빈 공간 지름, 결함 면적 지름 및 단층의 크기들을 나타내는 값들을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉곳 제조 방법.
KR1019990011632A 1999-04-02 1999-04-02 반도체 장치의 잉곳 제조 방법 KR20000065399A (ko)

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WO2018088633A1 (ko) * 2016-11-09 2018-05-17 에스케이실트론 주식회사 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치

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