KR20060016777A - 실리콘 에피택셜 웨이퍼 및 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘 에피택셜 웨이퍼(W)는 주표면(11)상에서 COP(100)를 갖는 실리콘 단결정 기판(1)과, 상기 실리콘 단결정 기판(1)의 상기 주표면(11)상에서 기상 에피택시(vapor phase epitaxy)에 의해 성장된 실리콘 에피택셜 층(2)을 포함하며, 상기 주표면(11)은 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [01-1] 방향 또는 [0-11] 방향으로 각도 Φ만큼 경사질 뿐만 아니라, [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향 또는 [0-1-1] 방향으로 각도 θ만큼 경사지며, 상기 각도 θ 및 각도 Φ중 적어도 하나는 0°에서 15'까지이다.
실리콘 에피택셜 웨이퍼, 실리콘 단결정 기판, 실리콘 에피택셜 층, 주표면, 각도 θ, 및 각도 Φ
Description
본 발명은 실리콘 에피택셜 층이 실리콘 단결정 기판(silicon single crystal layer)의 주표면상에 형성된 실리콘 에피택셜 웨이퍼 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전통적으로, 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하기 위해서 예를 들면, CZ(Czochralski: 초크랄스키)법에 의해 뽑힌 실리콘 단결정 잉곳(ingot)은 실리콘 단결정 기판을 준비하기 위해 모따기(chamfering), 슬라이싱(slicing), 랩핑(lapping), 에칭(etching), 및 경면-연마(mirror-polishing)된다. 또한, 실리콘 재료는 주표면상에서 기상 에피택시(vapor phase epitaxy)에 의해 실리콘 에피택셜 층을 성장시키기 위해 고온 조건하에서 실리콘 단결정 기판의 주표면으로 공급된다.
실리콘 에피택셜 웨이퍼의 상술한 제조 방법에서, CZ법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 뽑을 때에, 미세한 보이드(void)가 실리콘 단결정내에 발생할 수 있다. 또한, 보이드가 실리콘 단결정 기판의 주표면에서 발생할 때에, 약 0.2 ㎛의 직경을 갖는 소위 COP(Crystal Originated Particle)(100)인 미세한 핏(pit)이 도 6에 도시된 바와 같이 주표면(11)상에 형성된다. 따라서, COP(100)가 형성되는 실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)상에서 기상 에피택시에 의해 실리콘 에피택셜 층(2)을 성장시킬 때에, COP(100)에 기인한 수 ㎛의 직경과 수 ㎚의 깊이를 갖는 핏(101)은 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 기상 에피택시 조건에 따라 결정되는 층(2)의 표면에 형성될 수 있다(예를 들면, 일본 특허 공개공보 제2001-068420호 참조). 핏(101)은 레이저 실리콘 표면 검사 장치에 의해 LPD(Light Point Defect)로 검출된다. 이후에, 핏(101)은 LPD(101)로 설명된다. 도 7c에 도시된 바와 같이 LPD(101)의 폭과 깊이는 도 7b의 파선을 따라 측정된 값들이다.
다른 한편, 수분 또는 중금속들이 실리콘 단결정 기판의 주표면에 부착되는 상태에서 기상 에피택시에 의해 실리콘 에피택셜 층을 성장시킬 때에, 약 10 ㎛의 직경을 갖는 소위 눈물방울(teardrop)이라는 핏이 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 주표면상에서 발생할 수 있다. 눈물방울의 발생을 억제하기 위한 기술로서, 주표면이 (100)평면으로부터 예정된 방향으로 예정된 각도만큼 오프-앵글(off-angle)되는 실리콘 단결정 기판을 사용하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하기 위한 기술이 개시되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개공보 소62-226891호 참조). 그러나, 일본 특허 공개공보 소62-226891호에는 눈물방울의 발생을 억제하기 위한 기술이 개시되어 있지만, COP에 기인한 LPD의 발생을 억제하기 위한 기술은 개시되어 있지 않다.
상술한 바와 같이, COP에 기인한 핏이 실리콘 에피택셜 층의 표면상에서 발생할 때에, 레이저 실리콘 표면 검사 장치는 상기 핏을 결정 결함들 또는 입자들과 동일한 방식으로 LPD로 고려한다.
본 발명의 목적은 COP에 기인한 LPD의 발생이 억제되는 실리콘 에피택셜 웨이퍼와, COP에 기인한 LPD의 발생을 억제할 수 있는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 8은 주표면이 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향 및 [0-11] 방향으로 23'만큼 경사지고, 이 주표면상에서 COP(100)를 갖는 실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)상에서 기상 에피택시에 의해 실리콘 에피택셜 층(2)을 성장시키는 경우에 LPD(101)의 발생 위치를 도시한다. 이 도면으로부터, LPD(101)의 발생 위치는 COP(100)의 위치와 높은 상관 관계를 도시한다는 것을 알 수 있다. 또한, COP(100)가 실리콘 에피택셜 층(2)의 표면으로 전사될 때에, LPD(101)는 그 표면상에 형성된다는 것을 알 수 있다.
그러나, 실리콘 단결정 기판의 주표면이 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향 및 [0-11] 방향으로 15' 이하의 각도만큼 경사진 때에, 그 주표면상에서 COP를 갖는 기판(1)에도 불구하고, COP에 기인한 LPD는 실리콘 에피택셜 층의 표면상에 거의 형성되지 않는다.
광범위한 조사의 결과, 실질적으로 (100) 평면으로부터 특정 방향으로만 일정한 경사를 가지도록 실리콘 단결정 기판의 주표면을 조정할 때에, 실리콘 에피택셜 층의 표면으로의 COP의 전사가 방지될 수 있고, 그 결과 LPD의 발생이 억제될 수 있다는 것을 본 발명자들은 알게 되었다.
즉, 본 발명의 제 1 개념에 따르면, 본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼는,
주표면상에서 COP를 갖는 실리콘 단결정 기판과,
상기 실리콘 단결정 기판의 상기 주표면상에서 기상 에피택시에 의해 성장된 실리콘 에피택셜 층을 포함하고,
상기 주표면은 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [01-1] 방향 또는 [0-11] 방향으로 각도 Φ만큼 경사질 뿐만 아니라, [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향 또는 [0-1-1] 방향으로 각도 θ만큼 경사지며,
상기 각도 θ 및 각도 Φ중 적어도 하나는 0°에서 15'까지이다.
여기서, [0-1-1] 방향, [01-1] 방향, 및 [0-11] 방향은 도 1a 내지 도 1c 각각에 도시된 방향들을 의미한다.
본 발명에 따르면, 실리콘 단결정 기판의 주표면은 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [01-1] 방향 또는 [0-11] 방향으로 각도 Φ만큼 오프-앵글(off-angled)될 뿐만 아니라, [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향 또는 [0-1-1] 방향으로 각도 θ만큼 오프-앵글되며, 상기 각도 θ 및 각도 Φ중 적어도 하나는 0°에서 15'까지이다. 그 결과, 실리콘 단결정 기판의 주표면상에서 기상 에피택시에 의해 실리콘 에피택셜 층을 성장시킬 때에, 주표면상의 COP는 실리콘 에피택셜 층의 표면으로 전사되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, COP에 기인한 LPD의 발생은 억제될 수 있다.
여기서, 각도 θ 및 각도 Φ중 적어도 하나가 0°에서 15'까지인 이유는 다음과 같다. 즉, 실리콘 단결정 기판이 주표면상에서 COP를 가지며, (100)평면에 대해 각도 θ와 각도 Φ 양자가 15'보다 클 때에, COP는 실리콘 에피택셜 층의 표면으로 전사되기 쉽고, 그 결과 COP에 기인한 LPD의 발생이 현저하게 된다.
또한, 본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼는 적합하게는 각도 θ 및 각도 Φ가 하기 부등식들을 만족하여야 한다:
0°≤θ≤5°, 0°≤Φ≤15' 또는
0°≤Φ≤5°, 0°≤θ≤15',
더욱 적합하게 각도 θ 및 각도 Φ는 하기 부등식들을 만족하여야 한다:
3'≤θ≤30', 0°≤Φ≤15' 또는
3'≤Φ≤30', 0°≤θ≤15'. 이러한 경우에, COP에 기인한 LPD의 발생은 확실히 억제될 수 있다.
본 발명의 제 2 개념에 따르면, 본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 방법은,
실리콘 단결정 기판의 주표면상에서 기상 에피택시에 의해 실리콘 에피택셜 층을 성장시키는 단계를 포함하고,
상기 주표면상에서 COP를 갖는 상기 실리콘 단결정 기판이 사용될 때에, 상기 주표면은 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [01-1] 방향 또는 [0-11] 방향으로 각도 Φ만큼 경사질 뿐만 아니라, [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향 또는 [0-1-1] 방향으로 각도 θ만큼 경사지며,
상기 각도 θ 및 각도 Φ 중 적어도 하나는 0°에서 15'까지이다.
본 발명에 따르면, 주표면이 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [01-1] 방향 또는 [0-11] 방향으로 각도 Φ만큼 경사질 뿐만 아니라, [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향 또는 [0-1-1] 방향으로 각도 θ만큼 경사지며, 오프 앵글 각도 θ 및 오프 앵글 각도 Φ중 적어도 하나는 0°에서 15'까지인 실리콘 단결정 기판이 사용된다. 그 결과, COP가 형성된 실리콘 단결정 기판의 주표면상에서 기상 에피택시에 의해 실리콘 에피택셜 층을 성장시킬 때에, 주표면상의 COP는 실리콘 에피택셜 층의 표면으로 전사되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, COP에 기인한 LPD의 발생이 억제될 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 방법에서, 기상 에피택시에 사용된 실리콘 단결정 기판은 적합하게는 각도 θ 및 각도 Φ가 하기 부등식들을 만족하여야 한다:
0°≤θ≤5°, 0°≤Φ≤15' 또는
0°≤Φ≤5°, 0°≤θ≤15',
더욱 적합하게는 각도 θ 및 각도 Φ는 하기 부등식들을 만족하여야 한다:
3'≤θ≤30', 0°≤Φ≤15' 또는
3'≤Φ≤30', 0°≤θ≤15'. 이러한 경우에, COP에 기인한 LPD의 발생이 확실히 억제될 수 있다.
도 1a는 [0-1-1] 방향을 도시한 도면.
도 1b는 [01-1] 방향을 도시한 도면.
도 1c는 [0-11] 방향을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼(silicon epitaxial wafer)를 도시한 종단면도.
도 3은 실리콘 단결정 기판의 주표면의 경사(오프 앵글(off angle))를 도시한 도면.
도 4는 실리콘 단결정 기판의 주표면의 경사 범위를 도시한 도면.
도 5는 실리콘 단결정 기판의 주표면의 오프 앵글과 하나의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 주표면상에서 검출된 LPD들의 수 사이의 관계를 도시한 도면.
도 6은 COP와 LPD 사이의 관계를 도시한 종단면도.
도 7a 내지 도 7c는 LPD로서 검출된 핏(pit)을 도시한 도면으로서, 도 7a는 LPD의 평면도, 도 7b는 LPD의 사시도, 도 7c는 LPD의 종단면도.
도 8은 COP 위치와 LPD 위치 사이의 상관 관계를 도시한 도면.
본 발명에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 실시예들은 첨부한 도면들을 참조하여 하기에 설명될 것이다.
도 2는 실리콘 에피택셜 웨이퍼(W)를 도시한 종단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 실리콘 에피택셜 웨이퍼(W)는 실리콘 에피택셜 층(2)이 주표면(11)상에서 기상 에피택시(vapor phase epitaxy)에 의해 성장된 실리콘 단결정 기판(1)을 갖는다.
실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)상에는, COP(100)가 형성된다. 또한, 실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)은 실질적으로 (100) 평면으로부터 특정 방향으로만 일정한 경사(오프 앵글(off angle))를 갖도록 조정된다. 여기서, 실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)의 오프 앵글은 도 3을 참조하여 설명된다.
이제, (100)평면(3)내의 일 점은 원점(O)으로 지정된다. 또한, 원점(O)을 통과하는 결정축 [011], [0-1-1], [01-1] 및 [0-11]은 (100) 평면(3)내에 제공된다. 또한, 직육면체(4)는 (100) 평면(3)상에 배치된다. 특히, 직육면체(4)의 일 꼭지점은 원점에 배치된다. 그 후에, 이 꼭지점에 모인 세 개의 변들은 직육면체(4)를 배열하기 위해 [011], [01-1], 및 [100]축과 각각 일치하게 된다.
이때, 직육면체(4)의 측면(6)상의 대각선(OB)과 [100] 축 사이에 뿐만 아니라 직육면체(4)의 측면(5)상의 대각선(OA)과 [100] 축 사이에 형성된 경사 각도들(오프 앵글들)이 각각 각도 θ 및 각도 Φ라고 가정할 때, 법선(normal line)으로서 직육면체(4)의 대각선(OC)을 갖는 실리콘 단결정 기판(1)은 주표면(11)이 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [01-1] 방향으로 각도 Φ만큼 경사질 뿐만 아니라, [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향으로 각도 θ만큼 경사진 기판이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이들 각도 θ 및 각도 Φ중 적어도 하나는 0°에서 15'까지이다. 그러므로, 도 2에 도시된 바와 같이, COP(100)의 전사에 기인한 LPD(101)는 실리콘 에피택셜 층(2)의 표면상에서 발생하는 것이 방지된다.
그 다음, 본 발명에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼(W)의 제조 방법이 설명된다.
먼저, 실리콘 단결정 잉곳(ingot)(도시 생략)은 CZ법을 사용하여 뽑아진다. 이때에, 보이드들(voids)이 실리콘 단결정 잉곳 내부에서 발생한다.
그 다음, 실리콘 단결정 잉곳은 블록 절단(cutting) 및 모따기(chamfering) 된다.
그 후에, 실리콘 단결정 잉곳은 슬라이스된다. 특히, 실리콘 단결정 잉곳은 제조되는 실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)이 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [01-1] 방향으로 각도 Φ만큼 경사질 뿐만 아니라 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향으로 각도 θ만큼 경사지도록, 그리고 각도 θ 및 각도 Φ중 적어도 하나가 0°에서 15'까지가 되도록 슬라이스된다. 또한, 잉곳은 실리콘 단결정 기판(1)을 준비하기 위해 랩핑(lapping), 에칭(etching), 경면-연마(mirror-polishing), 및 워싱(washing)과 같은 표면 처리가 된다. 이때에, 보이드들이 실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)에서 발생하고, 그 결과 COP(100)는 주표면(11)상에 형성된다.
그리고 나서, 실리콘 에피택셜 층(2)은 실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)상에서 기상 에피택시에 의해 성장된다. 이때에, 실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)상의 COP(100)는 실리콘 에피택셜 층(2)의 표면으로 전사되는 것이 방지되어 COP에 기인한 LPD(101)의 발생이 억제될 수 있다.
상술한 실시예에서, 실리콘 단결정 기판(1)의 주표면(11)은 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향 및 [01-1] 방향으로 경사진다. 주표면(11)은 [011] 방향 및 [0-11] 방향으로 경사질 수 있고, 또는 [0-1-1] 방향 및 [0-11] 방향으로 경사질 수 있으며, 또는 [0-1-1] 방향 및 [01-1] 방향으로 경사질 수 있다.
예
본 발명은 예들과 비교예들을 참조하여 하기에 상세하게 설명될 것이다.
< 예 1 >
예 1에서, 실리콘 에피택셜 층은 그 주표면상에서 COP를 갖는 실리콘 단결정 기판의 주표면상에서 기상 에피택시에 의해 성장되며, 실리콘 단결정 기판의 주표면은 하기 부등식들을 만족하는 각도 θ 및 각도 Φ를 갖는다:
3'≤θ≤30°, 0°≤Φ≤15' 또는
3'≤Φ≤30°, 0°≤θ≤15'
사용된 실리콘 단결정 기판의 직경은 200 mm이다.
< 비교예 >
비교예에서, 실리콘 에피택셜 층은 그 주표면상에서 COP를 갖는 실리콘 단결정 기판의 주표면상에서 기상 에피택시에 의해 성장되며, 실리콘 단결정 기판의 주표면은 하기 부등식들을 만족하는 각도 θ 및 각도 Φ를 갖는다:
15'< θ≤40°또는 15°< Φ≤40'
사용된 실리콘 단결정 기판의 직경은 200 mm이다.
도 5는 예 1 및 비교예에 의해 제조된 실리콘 에피택셜 웨이퍼들의 주표면, 즉 실리콘 에피택셜 층들의 표면상에서 검출된 LPD들의 수를 도시한다.
도면에 도시된 바와 같이 예 1에서, 하나의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 주표면에서 검출된 LPD들의 수는 모든 웨이퍼에서 100개 이하이다. 예 1에서 LPD들의 수는 LPD들의 수가 모든 웨이퍼에서 100개를 초과하는 비교예의 수보다 더 작다. 다시 말해서, 실리콘 단결정 기판의 주표면상에서 COP에 기인한 LPD의 발생은 예 1에서 억제될 수 있다.
< 예 2 >
주표면이 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [0-11] 방향으로 각도 Φ만큼 경사질 뿐만 아니라 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향으로 각도 θ만큼 경사지는 세 개의 실리콘 단결정 기판들(번호 1 내지 번호 3)이 준비된다. 표 1은 세 개의 실리콘 단결정 기판들 각각의 각도 θ 및 각도 Φ를 도시한다.
COP들이 실리콘 단결정 기판들에서 관찰된다. 그 결과, 하나의 기판당 1000 COP 이상이 어떤 실리콘 단결정 기판들상에 발생한다는 것을 알았다.
이들 실리콘 단결정 기판들의 주표면상에서, 실리콘 에피택셜 층들은 실리콘 에피택셜 웨이퍼들을 제조하기 위해 기상 에피택시에 의해 성장되었다. COP에 기인한 LPD는 실리콘 에피택셜 웨이퍼들의 어떤 주표면들에서도 나타나지 않는다는 것을 알게 되었다.
여기서, 각도 θ 및 각도 Φ는 교환가능하다. 예 1 및 예 2의 결과로부터, 각도 θ 및 각도 Φ가 0°≤θ≤5°, 0°≤Φ≤15' 또는 0°≤Φ≤5°, 0°≤θ≤15', 더욱 적합하게는 3'≤θ≤30', 0°≤Φ≤15' 또는 3'≤Φ≤30', 0°≤θ≤15'일 때에, 실리콘 단결정 기판들의 주표면상에서 COP에 기인한 LPD의 발생은 대폭적으로 억제된다는 것을 알게 된다.
본 발명에 따르면, 실리콘 단결정 기판의 주표면상에서 기상 에피택시에 의해 실리콘 에피택셜 층이 성장할 때에, 주표면상의 COP는 실리콘 에피택셜 층의 표면으로 전사되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 상기 COP에 기인한 LPD의 발생은 억제될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼 및 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 방법은 COP에 기인한 LPD의 발생을 억제하는 경우에 적합하다.
Claims (6)
- 주표면상에서 COP를 갖는 실리콘 단결정 기판(silicon single crystal substrate)과,상기 실리콘 단결정 기판의 상기 주표면상에서 기상 에피택시(vapor phase epitaxy)에 의해 성장된 실리콘 에피택셜 층(silicon epitaxial layer)을 포함하고,상기 주표면은 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [01-1] 방향 또는 [0-11] 방향으로 각도 Φ만큼 경사질 뿐만 아니라, [100] 축에 대해서 각도 θ만큼 [011] 방향 또는 [0-1-1] 방향으로 경사지며,상기 각도 θ 및 각도 Φ중 적어도 하나는 0°에서 15'까지인 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
- 제 1 항에 있어서, 상기 각도 θ 및 각도 Φ는 하기 부등식들, 즉0°≤θ≤5°, 0°≤Φ≤15' 또는0°≤Φ≤5°, 0°≤θ≤15'을 만족하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
- 제 2 항에 있어서, 상기 각도 θ 및 각도 Φ는 하기 부등식들, 즉3'≤θ≤30', 0°≤Φ≤15' 또는3'≤Φ≤30', 0°≤θ≤15'을 만족하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
- 실리콘 단결정 기판의 주표면상에서 기상 에피택시에 의해 실리콘 에피택셜 층을 성장시키는 단계를 포함하고,상기 주표면상에서 COP를 갖는 상기 실리콘 단결정 기판이 사용될 때에, 상기 주표면은 [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [01-1] 방향 또는 [0-11] 방향으로 각도 Φ만큼 경사질 뿐만 아니라, [100] 축에 대해서 (100) 평면으로부터 [011] 방향 또는 [0-1-1] 방향으로 각도 θ만큼 경사지며,상기 각도 θ 및 각도 Φ 중 적어도 하나는 0°에서 15'까지인 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 실리콘 단결정 기판은 상기 각도 θ 및 각도 Φ가 하기 부등식들, 즉0°≤θ≤5°, 0°≤Φ≤15' 또는0°≤Φ≤5°, 0°≤θ≤15'을 만족하도록 사용되는 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 실리콘 단결정 기판은 상기 각도 θ및 각도 Φ가 하기 부등식들, 즉3'≤θ≤30', 0°≤Φ≤15' 또는3'≤Φ≤30', 0°≤θ≤15'을 만족하도록 사용되는 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 방법.
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