KR20010110313A - 실리콘에피택셜 웨이퍼의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
에피택셜성장공정에서 산소석출핵이 감소한 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 450℃∼750℃의 온도로 열처리를 함으로써 새롭게 산소석출핵을 형성시켜, 그 후의 디바이스제조공정으로 산소석출이 진행하도록 한 IG능력을 갖는 에피택셜 웨이퍼, 특히 실리콘 기판으로서 비교적 저산소농도의 웨이퍼를 사용하더라도, 산소석출물을 효과적으로 증가시키는 것이 가능하도록 한 에피택셜 웨이퍼의 신규한 제조방법을 제공한다. 격자간 산소농도가 4×1017/㎤∼10×1017/㎤의 실리콘 기판에 1000℃ 이상의 온도로 에피택셜층을 형성한 실리콘에피택셜 웨이퍼에 대하여, 450℃∼750℃의 온도로 열처리를 행하도록 하였다.
Description
종래, 일반적으로 IC나 LSI 등의 반도체장치를 제작하는 반도체 웨이퍼로서는, 쵸크랄스키법(CZ 법)에 의해서 육성한 실리콘단결정으로부터 웨이퍼를 잘라내어, 표면을 경면연마하여 제조한 실리콘단결정 웨이퍼(CZ 실리콘경면 웨이퍼)가 사용된다. CZ법으로 육성한 단결정중에는 과포화의 격자간 산소가 포함되고 있고, 결정인상 공정중의 고화(固化)하고 나서 실온까지 냉각되기까지의 열이력의 사이에, 격자간 산소는 석출되어, 산소석출핵이 형성된다. IC등의 제조공정에 있어서 열처리가 실시되면, 이 산소석출핵이 성장하여 산소석출이 진행하여, 반도체 웨이퍼내부에 산소석출물에 기인하는 미소결함이 발생한다.
이러한 산소석출물에 의한 미소결함은 반도체 웨이퍼의 내부영역(벌크영역)에 존재하는 경우에는, 소위 인터널 게터링(Internal Gettering: IG)에 의해 중금속불순물등을 포획하는 게터사이트로서 작용하고, 적당하다. 그러나, 반도체 웨이퍼의 표면근방의 디바이스제작영역에 존재하면, 디바이스특성의 열화가 생겨, 제품비율에 직접 악영향을 미치게 하는 것이 알려지고 있다.
근년, 반도체웨이퍼표면근방의 반도체 디바이스의 제작영역을 무결함화하기 위해서, CZ실리콘경면 웨이퍼(이하 실리콘 웨이퍼 또는 실리콘 기판이라는 것이 있다)에 변하여, CZ 실리콘경면 웨이퍼상에 기상성장에 의해서 실리콘단결정을 퇴적시킨 에피택셜 웨이퍼의 수요가 높아지고 있다. 도6 (a)에 나타낸 바와 같이, CZ 실리콘경면 웨이퍼(10)에서는, 결정인상 공정에서 결정이 고화하고 나서 실온까지 냉각되는 사이에, 다수의 산소석출핵(12)이 형성되기 때문에, 반도체 디바이스의 제조공정으로 그 석출핵이 성장함에 의해, 산소석출이 진행한다.
그러나, 에피택셜층(14)을 성장시킨 에피택셜 웨이퍼(16)에서는, 에피택셜성장공정이 1000℃ 이상의 고온이기 때문에, 도6(b)에 나타낸 바와 같이, CZ 결정의 인상공정에서 형성된 다수의 산소석출핵(12)이 에피택셜성장공정에서 용체화하여, 반도체 디바이스의 제조공정에서의 산소석출이 CZ 경면 웨이퍼와 비교하여 억제된다. 따라서, 에피택셜 웨이퍼에서는 IG능력이 저하하는 것에 문제가 있었다. 이 문제를 해결하기 위한 종래 기술로서는, 샌드브라스트(SB)법이나 이면에 폴리실리콘막을 퇴적시키는 방법(PBS법)등의 익스터널 게터링(External Gettering: EG)수법을 들 수 있다.
이러한 EG 수법이면, 반도체 디바이스의 제작영역(표면)과 게터링사이트(이면)과의 거리가 멀어져, 불순물을 포획하는 데 시간이 걸리는 것이 문제가 된다. 이 사정은 반도체 디바이스의 제조공정이 저온화하면, 불순물이 이면까지 확산하기 위해서 필요한 시간이 길어지기 때문에, 더욱 현저하여진다.
따라서, 반도체 디바이스의 제작영역(표면)과 게터링사이트(벌크)와의 거리가 가까운 IG수법을 쓰는 것이 바람직하다. 그러나, 에피택셜 웨이퍼에서는, 반도체 디바이스의 제조공정에서의 산소석출이 CZ 경면 웨이퍼와 비교하여 억제되기 때문에, IG능력이 뒤떨어진다고 하는 문제가 있었다.
한편, 에피택셜 웨이퍼에 IG 처리를 실시하는 기술로서는 특허 제2725460호 공보에 기재의 것이 알려지고 있다. 그러나, 특허 제2725460호 공보기재의 기술에 의하면, 산소농도가 상당히 높은 (16∼19×1017/㎤) 실리콘 기판을 대상으로 한 것이기 때문에, 산소석출이 과다하게 되어, 기판강도가 저하할 가능성이 있다. 또한, 해당 공지기술에 의하면, 주로 Sb가 고농도에 도프된 웨이퍼를 대상으로 하고 있는 것이기 때문에, Sb 농도가 높은 결정을 인상하는 필요가 있지만, 그 때, 실리콘용융액부터의 산소의 증발에 의해, 인상한 결정의 위(top)에서 밑바닥에 이르기까지의 산소농도가 격감하여 버린다고 하는 문제가 있었다. 따라서, 이러한 고산소농도의 웨이퍼에 한정하면, 인상결정의 극히 일부만 웨이퍼를 제작할 수 없고, 생산성이 악화한다고 하는 새로운 문제가 생겨 버린다.
[발명의 개시]
본 발명은 이러한 종래 기술에 있어서의 문제점에 비추어 봐 이루어진 것으로, 에피택셜성장공정에서 산소석출핵이 감소한 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 450℃∼750℃의 온도로 열처리를 함으로써 새롭게 산소석출핵을 형성시켜, 그 후의 디바이스제조공정으로 산소석출이 진행하도록 한 IG능력을 갖는 에피택셜 웨이퍼, 특히실리콘 기판으로서 비교적 저산소농도의 웨이퍼를 사용하더라도, 산소석출물을 효과적으로 증가시키는 것을 가능하도록 한 에피택셜 웨이퍼의 신규인 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실리콘에피택셜 웨이퍼의 제조방법은, 격자간 산소농도가 4×1017/㎤∼10×1017/㎤의 실리콘 기판에 1000℃이상의 온도로 에피택셜층을 형성한 실리콘에피택셜 웨이퍼에 대하여, 450℃∼750℃의 온도로 열처리를 실시하는 것을 특징으로 한다. 상기 격자간 산소농도가 6×1017/㎤∼10×1017/㎤인 것이 더욱 바람직하다. 이 격자간 산소농도가 4×1017atoms/㎤ 바람직하게는 6×1017atoms/㎤ 에 이르지 않으면 산소석출핵이 형성되기 어렵다. 격자간 산소농도가 10×1017atoms/㎤ 를 넘으면 다량의 산소석출핵이 형성되기 때문에, 디바이스제조공정에서 산소석출이 과다해져 웨이퍼의 변형이 생기는 가능성이 높게 된다. 또, 상기한 격자간 산소농도의 단위는 일본전자공업진흥회(JEIDA)의 기준을 이용하여 표시되고 있다.
상기 열처리온도로서는 500℃∼700℃가 보다 바람직하다. 이 열처리온도가 450℃ 바람직하게는 500℃미만이면 격자간 산소의 확산이 극단적으로 늦게 되어 산소석출핵이 형성되기 어렵다. 또한, 열처리온도가 750℃ 바람직하게는 700℃을 초과하면 격자간 산소의 과포화도가 낮게 되기 때문에 산소석출핵이 형성되기 어렵다.
상기한 450℃∼750℃의 열처리의 시간은 30분∼24시간의 범위로 하는 것이적당하다. 산소석출핵의 형성에는 이 열처리를 적어도 30분하는 것이 필요하고, 한편 이 열처리를 24시간을 초과하여 하는 것은 생산성의 저하라는 문제가 생겨 버린다. 이 열처리시간이 바람직한 범위는 1∼8시간이다.
또한, 본 발명방법에 있어서는, N형에서 석출하기 어려운 것이 알려지고 있는 저항율이 0.02Ω-cm 이하의 실리콘 기판(에피택셜층을 형성하는 웨이퍼)나, P형의 0.02Ω-cm 이하의 실리콘 기판을 사용한 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 450℃∼750℃의 온도로 열처리를 함으로써, 보다 효과적으로 산소석출핵을 형성시킬 수 있다. 상기 기판의 도우펀트로서는, 붕소(B), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)을 사용하는 것이 적당하다.
본 발명은 인터널게터링능력을 갖는 실리콘에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명방법의 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 공정순차로 나타내는 실리콘웨이퍼의 단면도이다.
도2는 실험예1에 있어서의 열처리온도와 에피택셜 웨이퍼의 내부결함밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도3은 실험예2에 있어서의 열처리온도와 에피택셜 웨이퍼의 내부결함밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도4는 실험예3에 있어서의 열처리온도와 에피택셜 웨이퍼의 내부결함밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도5는 실험예4에 있어서의 열처리온도와 에피택셜 웨이퍼의 내부결함밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도6은 종래의 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 공정순차로 나타내는 실리콘웨이퍼의 단면도이다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하에 본 발명의 실시형태를 첨부 도면중, 도1에 따라서 설명한다.
도1(a) 및 (b)은 전술한 종래의 에피택셜 웨이퍼의 제조방법과 마찬가지고, 실리콘 웨이퍼(10)에는 CZ 결정의 인상공정에서 형성된 다수의 산소석출핵(12)이 존재하지만[도1(a)], 이 실리콘 웨이퍼(10)상에 에피택셜성장공정에서 1000℃이상, 예컨대 1100∼1150℃정도의 고온처리에 의해서 에피택셜층(14)을 성장시키면, 다수의 산소석출핵(12)이 용체화하여, 산소석출핵(12)의 수는 대폭 감소하여 버린다 [도1(b)].
본 발명의 특징적 공정은 도1(c)에 나타낸 바와 같이, 이 산소석출핵(12)가 감소한 에피택셜 웨이퍼(16)에 대하여 450℃∼750℃의 열처리를 적어도 30분 실시하는 것에 따라 다수의 산소석출핵(18)을 새롭게 발생시키는 것이다. 이와 같이 새롭게 다수의 산소석출핵(18)을 하게 내버려 둠으로써, 그 후의 디바이스제조공정에서 산소석출이 진행하여, IG능력의 저하가 없는 에피택셜 웨이퍼를 얻을 수 있는 것이다.
실시예
이하에 실험예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 한편 본 실험예에 사용한 실리콘 기판의 산소농도는 불활성가스융해법에 의한 측정치를, 통상 저항율(1∼20Ω-cm)의 기판을 사용하여 요청된 프리어교환적외분광법과 불활성가스융해법과의 상관관계에 따라서 환산된 것이고, 산소농도의 단위는 일본전자공업진흥회(JEIDA)의 기준을 사용한 것이다.
(실험예1)
저항율이 약 10, 0.016 및 0.008Ω-cm의 B 도프실리콘 기판을 준비하였다. 기판지름은 8인치, 결정방향은 <100>, 초기산소농도는 6∼8×1017/㎤(12∼16 ppma)이다. 이것들의 실리콘 기판상에, 에피택셜성장(이하, 에피성장이라는 것이다)에 의해 실리콘단결정을 퇴적시켜, 1100℃의 에피택셜 웨이퍼를 제작하였다. 이 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 400℃에서 800℃의 사이의 온도로 4시간의 열처리를 베풀었다. 그 후, 800℃/4시간 + 1000℃/16시간의 산소석출열처리를 행하여, 내부결함밀도를 적외산란토모그래프법에 의해 평가하였다. 장치는 삼정금속경광업사제M0-401을 사용하였다.
도2에 에피성장후의 열처리온도와 내부결함밀도와의 관계를 나타낸다. 이것을 보면 온도에 의존하여 내부결함밀도가 높게 되어 있고, 450∼750℃ 특히 500∼ 700℃에서 밀도가 높게 되어 있다. 더욱 기판저항율이 낮을수록 열처리의 효과가 커지고 있다. 내부결함밀도의 약 2×1010/㎤는 본 측정조건에서의 검출상한이다. 이것보다 높은 밀도의 경우는, 결함이 겹치기 위해서 구별할 수 없게 된다.
(실험예2)
실험예1로 준비한 에피택셜 웨이퍼의 중에서, 기판저항율이 0.016 및 0.008Ω-cm의 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 400℃에서 800℃의 사이의 온도로30분의 열처리를 행하였다. 그 후, 실험예1과 같이 800℃/4시간+1000℃/16시간의 산소석출열처리를 행하여, 내부결함밀도를 적외산란토모그래프법에 의해 평가하였다.
도3에 에피성장후의 열처리온도와 내부결함밀도와의 관계를 나타낸다. 온도에 의존하여, 내부결함밀도가 높게 되어 있다. 더욱 기판저항율이 낮을수록 열처리의 효과가 커지고 있다. 이 것부터, 에피성장후의 열처리시간이 30분이라도 충분히 효과가 있는 것을 안다.
(실험예3)
저항율이 0.012 및 0.009Ω-cm의 As도프실리콘 기판을 준비하였다. 기판지름은 6인치, 결정방향은 <100>, 초기산소농도는 7∼9×1017/㎤(14∼18 ppma)이다. 이것들의 실리콘 기판상에, 1100℃의 에피택셜성장에 의해 실리콘단결정을 퇴적시켜, 에피택셜 웨이퍼를 제작하였다. 이 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 400℃에서 800℃의 사이의 온도로 4시간의 열처리를 행하였다. 그 후, 800℃/4시간+1000℃/16시간의 산소석출열처리를 행하여, 내부결함밀도를 적외산란토모그래프법에 의해 평가하였다.
도4에 에피성장후의 열처리온도와 내부결함밀도와의 관계를 나타낸다. 온도에 의존하여, 내부결함밀도가 높게 되어 있다. 이 것부터, 에피성장후의 열처리는 As도프기판에 대하여도 효과가 있는 것을 안다.
(실험예4)
저항율이 0.02Ω-cm의 Sb 도프실리콘기판을 준비하였다. 기판지름은 8 인치, 결정방향은 <100>, 초기산소농도는 8∼10×1017/㎤(16∼20 ppma)이다. 이 실리콘 기판상에, 1100℃의 에피택셜성장에 의해 실리콘단결정을 퇴적시켜, 에피택셜 웨이퍼를 제작하였다. 이 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 400℃에서 800℃의 사이의 온도로 12시간의 열처리를 행하였다. 그 후, 800℃/4시간+1000℃/16시간의 산소석출열처리를 행하여, 내부결함밀도를 적외산란토모그래프법에 의해 평가하였다.
도5에 에피성장후의 열처리온도와 내부결함밀도와의 관계를 나타낸다. 온도에 의존하여, 내부결함밀도가 높게 되어 있다. 이 것으로부터, 에피성장후의 열처리는 Sb 도프기판에 대하여도 효과가 있는 것을 안다.
(비교예1)
실험예1∼4와 같은 조건으로 에피택셜 웨이퍼를 제작한 후에, 400℃에서 800℃의 열처리를 하지 않고서, 800℃/4시간+1000℃/32시간의 산소석출열처리를 행하여, 내부결함밀도를 적외산란토모그래프법에 의해 평가하였다. 그 결과, 어떤 기판저항율의 에피택셜 웨이퍼에 있어서도, 내부결함밀도는 106/㎤ 오더이하가 되었다.
상술한 실험예1∼4 및 비교예1의 결과로부터, 실리콘에피택셜 웨이퍼에 450℃∼750℃, 바람직하게는 500℃∼700℃의 열처리를 함으로써, 내부결함밀도를 높게 할 수 있는 것을 알았다. 또한, 어떤 도우펀트의 경우도 효과가 있는 것을 알았다. 더욱, B 도프의 경우는 기판저항율이 낮을수록 효과적인 것을 알았다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 실리콘에피택셜 웨이퍼에 대하여, 450℃∼750℃의 온도로 열처리를 함으로써, IG능력을 갖는 에피택셜 웨이퍼, 특히 실리콘 기판으로서 비교적 저산소농도의 웨이퍼를 사용하더라도 산소석출물을 효과적으로 증가시킬 수 있는 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있는 것이다.
Claims (5)
- 격자간 산소농도가 4×1017/㎤∼10×1017/㎤의 실리콘 기판에 1000℃이상의 온도로 에피택셜층을 형성한 실리콘에피택셜 웨이퍼에 대하여, 450℃∼750℃의 온도로 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘에피택셜 웨이퍼의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 격자간 산소농도가 6×1017/㎤∼10 ×1017/㎤인 것을 특징으로 하는 실리콘에피택셜 웨이퍼의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열처리를 500℃∼700℃에서 하는 것을 특징으로 하는 실리콘에피택셜 웨이퍼의 제조방법.
- 제 1∼3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 에피택셜 웨이퍼의 기판저항율이 0.02Ω-cm 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘에피택셜 웨이퍼의 제조방법.
- 제 1∼4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 에피택셜 웨이퍼의 기판의 도우펀트가 붕소, 비소 또는 안티몬인 것을 특징으로 하는 실리콘에피택셜 웨이퍼의 제조방법.
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