KR20010061924A - 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법 - Google Patents

질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조에 관한것이며, 이때 질소는 NH3를 함유한 도핑제가스에서 유도된다.
본 방법은 반도체물질의 용융지(molten pool)에서 단결정을 견인하는 스텝을 함유하며, 이때 도핑제가스는 반도체물질에 공급되며 견인된 단결정에서 질소도핑반도체웨이퍼를 떼어낸다. 도핑제가스는 반도체웨이퍼가 절삭될 단결정부분의 견인이 개시될때까지 반도체물질에 공급된다.

Description

질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법{Process for producing nitrogen-doped semiconductor wafers}
본 발명은 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법에 관한것이며, 이때 질소는 NH3를 함유한 도핑제가스에서 유도된다. 본 방법은 반도체물질의 용융지(molten pool)에서 단결정을 견인하는 스텝 및 질소도핑 반도체웨이퍼를 견인된 단결정에서 절삭하는 스텝을 함유하고있다.
반도체웨이퍼를 단결정에서 절삭하는것이 관례적이며, 단결정은 존 정제(zone refining)(플로팅 존 방법, FZ 방법)에 의해 또는 도가니에 함유된 용융물질에서 견인함으로써(초크랄스키 방법, CZ 방법) 생성된다. 특허문헌 US 4,591,409 에서는 (CZ 방법을 사용하여 견인된 단결정에 있는 질소의 균일 분포를 달성하는 목적을 기초로한 방법을 기재하였으며, 이 방법에 의하면 견인작업시에는 디나이트로겐 산화물등의 가스의 존재를 확보하는것이 필요하다. 과학논설에서는 반응질소가스 또는 용융실리콘과 헬륨 및 NH3의 가스혼합물을 포함한 실험을 보고하고있다(W.Kaiser, C.D Thurmond, J.Appl.Phys.30, No.3, 432431(1959)). 그러나, 그 논설에서는 소정의 농도 및 균일한 분포로 질소를 함유하고있는 반도체웨이퍼를 재상적으로 생성할 수 있는 방법에 관한 아무지시도 포함되지 않았다. NH3의 열적불안전성때문에 적절한 대책없이는 재생도핑을 달성할 수 없다.
본 발명은 질소도핑 반도체웨이퍼를 제조하는 방법에 관한것이며, 이때 질소는 NH3를 함유한 도핑제가스에서 유도되며, 그 방법은 도핑제가스를 반도체웨이퍼에 공급할때 반도체물질의 용융지에서 단결정을 견인하는 스텝 및 질소도핑 반도체웨이퍼를 견인된 단결정에서 절삭하는 스텝을 함유하며, 이때 도핑제가스는 많아야 반도체웨이퍼를 절삭하는 단결정부분의 견인이 개시될때까지 반도체물질에 공급된다.
상기한 미국특허문헌에 기재된 방법과 비교하면, 본 방법은 단결정에있는 질소의 축방향분포가 더 균일하다.
즉 단결정에있는 질소농도의 축방향경사가 적게 형성되어있는 장점을 가진다. 또한, 본 방법은 도핑제가스에서 유도된 산소때문에 견인장치에 있는 흑연함유 삽입물의 부식, CO 의 형성, 결과적으로 반도체물질이 탄소로 오염됨을 방지한다.
본 발명에 있어서, 견인장치에서 단결정의 견인시 반도체웨이퍼를 형성하기위해 처리될 단결정의 부분이 견일될때까지 도핑제가스를 반도체물질에 공급하는것이 제안되었으며, 단결정의 이 부분은 원통형상을 가진 단결정의 전부분이며 또는 적어도 사실상 단결정의 전부분이다. 반도체물질에 도핑제가스의 공급이 종료된후, 단결정의 견인을 예로서 순수불활성가스 분위기에서 통상적으로 완료된다.
CZ 방법을 사용하여 견인이 실시되면, 반도체물질에 도핑제가스의 공급은 빨라도 도가니에 함유된 반도체물질이 완전히 용융될때 개시되는것이 바람직하다. FZ 방법을 사용하여 견인이 실시되면 반도체물질에 도핑제가스의 공급은 빨라도 소위 세경(thin neck)의 견인이 시작된 후에 개시되어야하며, 세경의 견인이 완료된후 첫원추가 견인되는것이 바람직하다. 이 경우, 반도체물질에 도핑제가스의 공급은 단결정의 원통형면의 견인이 개시되기전에 완료되는것이 바람직하다.
도핑제가스는 소정시간 소정의 흐름속도로 또 NH3의 소정농도를 가지고 견인장치를 통과하며, 도핑제가스는 냉각상태에서 반도체물질에 공급되는것이 바람직하다. 또한 도핑제가스의 흐름은 용융반도체물질의 열린 표면으로 통과되는것이 바람직하다. 예로서, 가스흐름은 냉각튜브를 통하여(특히 FZ 방법의 경우) 또는 용융물질의 열린 표면에 인접하여 견인될 단결정을 둘러싸고있는 열차폐물을 통하여(특히 CZ 방법의 경우) 공급될 수 있다. 또한, CZ 방법의 경우 단결정을 자력선이 축방향으로 향한 자기장에서 견인하는것이, 단 결정내의 질소의 축방향의 균일분포를 성취하기위하여 유호한것으로 판명되었다.
용융물질내의 질소의 너무 높은 농도의 존재는 단결정의 성장을 방해하며 또 용융물질에 용해된 질소는 용융물질로부터 더이상 달아날 수 없게 되는것이 입증되었다. 그러므로, 단결정의 질소의 농도는 한계레벨 5*1015at/㎤ 이상, 바람직하게는 3*1015at/㎤ 이상으로 증가되지않게 하는것이 특히 바람직하다.
따라서, 견인쳄버를 통한 도핑제가스의 흐름속소, 도핑제가스에 있는 NH3의 농도 및 도핑제가스가 반도체물질에 공급되는 시간은 가능한한 한계레벨이 초과되지않도록 선택되어야한다. 전형적인 예로서, CZ 방법을 사용하여 30∼120㎏ 중량을 가진 단결정을 견인하기위하여는, 용융물질의 표면으로 향한 효율적 가스공급에 의해, 공급된 NH3의 약 25∼50％ 의 질소를 반도체물질에서 취할 수 있으므로, NH3의 0.01∼20 리터(s.t.p), 바람직하게는 NH3의 0.1∼3 리터(s.t.p)의 량은 충분하다. 가스가 저효율로 공급될때에는 필요한 도핑제가스량은 그에따라 증가한다.
제공된 도핑제가스는 NH3함유가스이며, 바람직하게는 NH3와 불활성가스의 혼합물이며, 특히 바람직하게는 NH3와 아르곤혼합물이다.
상기 방식으로 제조된 단결정은 공지의 방법으로, 예로서 와이어톱 또는 환상톱을 사용하여 소망두께의 반도체웨이퍼로 분할된다. 통상적으로, 실제로 원통형인 단결정의 부분만이 완전하게 또는 부분적으로 반도체웨이퍼로 분할된다.
직경 200㎜ 의 단결정을 CZ 방법을 사용하여 견인하였다.
단결정의 원통형 성장상태가 시작되기전에, 0.2％ NH3와 아르곤의 가스혼합물을 60분간 3.6ℓ/분의 유속으로 견인쳄버를 통하여 용융물질위로 통과시켰다. 원통형 성장상태를 시작할때, 아르곤가스만으로 견인쳄버는 정화되었다.
다음의 단결정의 시험에서는 씨결정에 인접한 부분의 단결정 영역에 약 1*1014at/㎤ 의 질소농도 및 단결정의 말탄부분에 다만 10-3의 분리계수에 대응되게 증가하는 질소농도를 나타냈다.
단결정을 절삭하여 반도체웨이퍼를 제조시, 본 발명에서는 NH3를 함유한 도핑제가스를 반도체물질에 가하고 그 반도체물질의 용융지(molten pool)에서 단결정을 견인한후 그 단결정을 절삭하여 질소도핑된 반도체웨이퍼를 제조하게된다. 이와같이 제조된 반도체웨이퍼는 단결정내에 질소의 축방향 분포가 더욱 균일하게되며, 또한 제조과정시 발생되는 반도체물질의 탄소오염등을 방지하는 효과를 가진다.

Claims (9)

  1. NH3를 함유한 도핑제가스에서 유도된 질소를 가지며, 도핑제가스가 반도체물질에 공급될때 반도체물질의 용융지(molten pool)에서 단결정을 견인하는 스텝 및 견인 단결정에서 질소도핑 반도체웨이퍼를 절삭하는 스텝을 구비하고있는 질소도핑 반도체웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,
    도핑제가스는 반도체웨이퍼가 절삭되는 단결정 부분의 견인이 개시될때까지 반도체물질에 공급되는것을 특징으로하는 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    도핑제가스는 견인쳄버를 통과하며, 견인쳄버를 통과하는 도핑제가스의 흐름속도 및 도핑제가스내의 NH3의 농도는 반도체웨이퍼를 도핑한 질소의 농도가 많아도 5*1015at/㎤ 로 될 수 있도록 설정되는것을 특징으로하는 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    CZ 방법을 사용하여 중량 30∼120㎏ 의 단결정을 견인하기위해 반도체물질에공급되는 NH3의 양은 0.01∼20ℓ(s.t.p)인것을 특징으로하는 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    단결정은 CZ 방법을 사용하여 견인되며, 반도체물질에로의 도핑제가스의 공급은 빨라도 도가니에 함유된 반도체물질이 용융할때 개시되는것을 특징으로하는 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    단결정은 축방향으로 향한 자기장에서 CZ 방법을 사용하여 견인되는것을 특징으로하는 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에서,
    단결정은 FZ 방법을 사용하여 견인되며, 반도체물질에로의 도핑제가스의 공급은 빨라도 세경(thin neck)의 견인이 시작된후에 개시되며, 또 도핑제가스의 공급은 늦어도 단결정의 원통형면의 견인을 개시하기전에 완료되는것을 특징으로하는질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    NH3및 아르곤가스를 함유한 가스혼합물은 도핑제가스로써 견인쳄버를 통과하는것을 특징으로하는 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    도핑제가스는 냉각상태에서 반도체물질에 공급되는것을 특징으로하는 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    도핑제가스는 반도체물질의 열린 용융 표면위를 근접하여 통과되는것을 특징으로하는 질소도핑 반도체웨이퍼의 제조방법.
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