KR20090129443A

KR20090129443A - 실리콘 웨이퍼 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20090129443A
Application number: KR1020097020004A
Authority: KR
Inventors: 가츠히코 나카이; 마사유키 후쿠다
Original assignee: 실트로닉 아게
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2008-05-01
Publication date: 2009-12-16
Also published as: WO2008136500A1; EP2144280B1; US8382894B2; JP5256195B2; ATE493755T1; CN101675507A; CN101675507B; JPWO2008136500A1; KR101043011B1; EP2144280A1; EP2144280A4; DE602008004237D1; US20100047563A1

Abstract

디바이스 제조 프로세스에서의 슬립 전위 및 휘어짐의 발생을 모두 억제할 수 있는 실리콘 웨이퍼 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 실리콘 웨이퍼는, BMD의 형태가 팔면체인 실리콘 웨이퍼이며, 실리콘 웨이퍼 표면으로부터 깊이 50 ㎛ 이상의 위치에 존재하고 있는 BMD 중, 대각 길이가 10 nm∼50 nm인 BMD의 밀도가 1×10¹²/㎤ 이상이고, BSF의 밀도가 1×10⁸/㎤ 이하이다. 또, 바람직하게는, 격자간 산소 농도가 4×10¹⁷ atoms/㎤ 이상 6×10¹⁷ atoms/㎤ 이하이고, 대각 길이가 200 nm 이상인 BMD의 밀도가 1×10⁷/㎤ 이하이다.

디바이스, 슬립 전위, 휘어짐, 실리콘, 웨이퍼, BMD.

Description

실리콘 웨이퍼 및 그 제조방법{SILICON WAFER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 제조 기술 분야에서, 특히, 디바이스 제조 프로세스에서 슬립 전위(slip dislocation) 및 휘어짐(warpage)의 발생을 모두 억제할 수 있는 실리콘 웨이퍼 및 그 제조 기술에 관한 것이다.

반도체 디바이스 등의 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼는, 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이싱하여, 열처리나 경면 가공 등을 행함으로써 제조된다. 이러한 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법으로는, 예를 들어, 초크랄스키법(이하, 「CZ법」이라고 함)을 들 수 있다. CZ법은, 대구경의 단결정 잉곳을 얻기 쉽거나, 결함의 제어가 비교적 용이한 등의 이유에 의해, 실리콘 단결정 잉곳의 제조의 대부분을 차지한다.

CZ법에 의해 인상된 실리콘 단결정(이하, 「CZ-Si」라고 함)은, "grown-in 결함"이라 불리는 결정 결함이 존재한다. 또 CZ-Si에서는 과포화 상태의 산소가 격자 사이에서 주입되게 되는데, 이러한 과포화 산소는, 추후의 열처리(어닐링)에서 Bulk Micro Defect(이하, 「BMD」라고 함)라 칭해지는 미소 결함을 유발시키는 원인이 된다.

실리콘 웨이퍼상에 반도체 디바이스를 형성하기 위해서는, 반도체 디바이스 형성 영역에 결정 결함이 없을 것을 요구한다. 회로를 형성하는 면에 결정 결함이 존재하면, 그 결함 부분 때문에 회로 파괴 등을 일으키는 원인이 되기 때문이다. 한편 실리콘 웨이퍼 내부에는 적절한 BMD가 존재할 것이 요구된다. 이와 같은 BMD는 반도체 디바이스 동작 불량의 원인이 되는 금속 불순물 등을 게터링하는 작용이 있기 때문이다.

상기 요구를 만족하기 위해, 실리콘 웨이퍼를 고온에서 어닐링함으로써, 실리콘 웨이퍼의 내부에 BMD를 유발하여 Intrinsic Gettering층(이하, 「IG층」이라고 함)을 형성하고, 실리콘 웨이퍼의 표면에 존재하는 grown-in 결함을 소멸시켜서, 결정 결함이 매우 적은 Denuded Zone층(이하, 「DZ층」이라고 함)을 형성하는 방법이 이용된다.

구체예로서, 질소가 첨가된 기판을 고온 어닐링함으로써, 표면의 grown-in 결함을 저감하고, 질소를 핵으로 갖는 BMD를 내부에 형성시키는 방법(특허문헌 1)이 제안되어 있다.

그런데, 상기 고온 어닐링 과정에 의해 실리콘 웨이퍼 표리면에 형성한 DZ층은, 열처리 중의 산소의 외측 확산에 의해 산소 농도가 극단적으로 저하되었다. 그 결과, 웨이퍼 표리면의 전위 결함 확장의 억제력이 현저하게 저하되므로, 어닐링 공정에서 도입된 표리면의 미소한 손상으로부터, 전위 결함(이하, 「슬립」이라고 함)이 벌크 중으로 확장되기 쉽고, 이러한 슬립 전위의 확장에 의해 실리콘 웨이퍼의 강도가 저하된다는 문제가 있었다. 예를 들어, 열처리 포트 등에 의해 지지된 상태로 어닐링을 행하면, 웨이퍼 이면 주변의 지지되어 있는 부분으로부터 슬립 전위가 확장되는 경우가 종종 있다. 또, 실리콘 웨이퍼 엣지부로부터 슬립 전위가 확장되는 경우도 있다.

실리콘 웨이퍼의 강도가 저하되면, 제조 공정 중에 웨이퍼가 손상되거나, 웨이퍼의 파괴와 같은 사태가 발생할 우려가 있다. 그러나, DZ층은 반도체 디바이스 형성에는 불가결한 것으로, DZ층을 가지면서 강도 특성이 우수한 실리콘 웨이퍼가 요구되었다.

하기 특허문헌 1에 기재된 종래 기술에서는 실리콘 웨이퍼의 강도 저하에 관한 고려가 이루어지지 않아, 이러한 방법으로 만든 실리콘 웨이퍼는 슬립 전위의 확장을 피할 수 없었다.

한편, 이러한 슬립 전위의 발생을 방지하기 위해, 고밀도로 BMD를 발생시키는 방법도 제안되어 있다.

구체적으로는, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라낸 기판을, 질소 가스 또는 불활성 가스 또는 암모니아 가스와 불활성 가스의 혼합 가스의 분위기하에, 1∼600분 동안 500∼1200℃의 온도의 범위내에서 급속 승온/감온 열처리(rapid temperature increasing/decreasing heat treatment)함으로써, BMD층에 20 nm 이하의 사이즈의 산소 석출핵을 1×10¹⁰ atoms/㎤ 이상 형성하는 실리콘 웨이퍼 제조방법이 제안되어 있다(특허문헌 2). 또, 열처리를 여러 공정 반복함으로써, 고농도(1×10¹⁰/㎤∼1×10¹²/㎤)의 BMD를 발생시킨 실리콘 웨이퍼도 제안되어 있다(특허문헌 3).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평 10-98047호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허 공개 2006-40980호 공보

특허문헌 3 : 일본 특허 공개 평 08-213403호 공보

그러나, 최근 실리콘 웨이퍼가 대직경화되고, 반도체 디바이스 패턴의 집적도가 커짐에 따라서, 슬립 전위의 발생에 더하여, 웨이퍼에 발생하는 휘어짐이 문제가 되고 있다.

열처리에 의해 도입되는 슬립과 휘어짐의 전형적인 예의 모식도를 도 1에 나타낸다. 열처리 노(heat treatment furnace)에는 크게 나누어 배치식 열처리 노와 RTA(Rapid Thermal Annealer)의 2종류가 존재한다. 열왜곡이 가해지는 방법은 양자가 상이하기 때문에, 웨이퍼에 발생하는 휘어짐 및 슬립의 발생 방법이 상이하다. 슬립은 웨이퍼 이면과 웨이퍼 지지부의 접점 또는 웨이퍼 엣지부에서 도입된다. 도입된 슬립은 {110}방향으로 확장되어, 경우에 따라서는 웨이퍼 손상이나 파괴를 일으킨다. 휘어짐은, 열처리시의 열왜곡에 의해 웨이퍼가 변형되는 현상이다. 예를 들어 {100}면의 웨이퍼에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 산 형상과 계곡 형상이 되는 곳이 나타난다. 통상, 원하는 특성을 부여하기 위한 열처리가 행해지기 전의 실리콘 웨이퍼의 휘어짐은 10 ㎛ 이하로 억제되고 있다. 그러나, RTA와 같은 열처리가 가해지면, 실리콘 웨이퍼의 산과 계곡의 높이의 차이는 수십 ㎛에 달하는 경우도 있다. 휘어짐이 커지면, 웨이퍼 표면에 반도체 디바이스 패턴을 정확하게 노광할 수 없게 되어, 반도체 디바이스 수율 저하의 원인이 된다.

휘어짐의 문제는 웨이퍼 직경이 200 mm 이상이 되면 현저해져서, BMD의 밀도를 상기와 같이 단순히 고농도로 규정하는 것만으로는 회피 불가능했다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 디바이스 제조 프로세스에서의 슬립 전위 및 휘어짐의 발생을 모두 억제할 수 있는 실리콘 웨이퍼 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.

배치식 열처리 노 및 RTA에서 발생하는 슬립, 휘어짐의 문제를 회피하기 위해서는, 양자의 특성에 따른 대책이 필요하다.

본 발명자들은 심도있게 연구한 결과, 배치식 열처리 노에서 발생하는 휘어짐을 회피하기 위해서는, BMD와는 별도로 실리콘 웨이퍼 중에 발생하는 BSF(Bulk Stacking Fault)라 불리는 적층 결함을 저감시키는 것이 효과적임을 발견했다.

또, RTA에서 발생하는 휘어짐을 회피하기 위해서는, 실리콘 웨이퍼 내에 존재하는 BMD 중, 비교적 큰 사이즈의 BMD의 밀도를 저감시키는 것이 효과적임을 발견했다.

또한, 배치식 열처리 노 및 RTA에서 발생하는 슬립을 회피하기 위해서는, 실리콘 웨이퍼 내에 존재하는 BMD 중, 비교적 작은 사이즈의 BMD의 밀도를 어떤 값 이상으로 하는 것이 효과적임을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 작은 사이즈의 BMD가 고밀도로 형성되고, 큰 사이즈의 BMD의 밀도가 저감되고, 또한 BSF의 밀도가 저감된 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 본 발명의 실리콘 웨이퍼는, BMD의 형태가 팔면체인 실리콘 웨이퍼로서, 상기 실리콘 웨이퍼 표면으로부터 깊이 50 ㎛ 이상의 위치에 존재하고 있는 BMD 중, 대각 길이가 10 nm 이상 50 nm 이하인 BMD의 밀도가 1×10¹²/㎤ 이상이고, 사이즈가 1 ㎛ 이상인 BSF의 밀도가 1×10⁸/㎤ 이하라는 특징을 갖는 것이다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼에서, 그 격자간 산소 농도는 6×10¹⁷ atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 또, 대각 길이가 200 nm 이상인 BMD의 밀도는 1×10⁷/㎤ 이하인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 제조방법은, 상기 본 발명의 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로서, 기판에,

A : 700℃ 이상 800℃ 이하에서 30분 이상 5시간 이하 동안에서 열처리를 행하는 저온 열처리 공정과,

B : 저온 열처리 공정후, 1000℃까지 0.5℃/분 이상 2℃/분의 승온 속도로 승온시키는 열처리를 행하는 승온 공정과,

C : 승온 공정후, 1000℃ 이상 1250℃ 이하의 온도에서, 격자간 산소의 확산 길이가 20 ㎛ 이상이 되도록 열처리를 행하는 고온 열처리 공정

을 포함하는 열처리를 실시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제조방법은, 상기 본 발명의 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로서,

기판에,

B : 저온 열처리 공정후, 900℃ 이상 1000℃ 이하의 온도까지 0.5℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키는 승온 공정과,

C : 승온 공정후, 1℃/분 이상 10℃/분 이하의 감온 속도로 노의 온도를 낮춰, 600℃ 이상 800℃ 이하의 온도에서 기판을 노밖으로 꺼내고, 기판을 실온까지 냉각시키는 감온ㆍ취출 공정과,

D : 감온ㆍ취출 공정후, 노의 온도를 600℃ 이상 800℃ 이하로 한 상태에서 웨이퍼를 삽입하고, 웨이퍼 삽입 온도로부터, 1100℃ 미만의 온도 범위는 5℃/분 이상 10℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키고, 1100℃ 이상 1250℃ 이하의 온도 범위는 1℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키고, 1000℃ 이상 1250℃ 이하의 온도에서 일정 온도 그대로 유지하고, 격자간 산소의 확산 길이가 20 ㎛ 이상이 되도록 하는 고온 열처리 공정

을 포함하는 열처리를 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에서, 제3 열처리에서의 격자간 산소의 확산 길이는 20 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또, 상기 기판의 질소 농도는 5×10¹⁴ atoms/㎤∼1×10¹⁶ atoms/㎤인 것이 바람직하다. 또, 상기 기판의 탄소 농도는 2×10¹⁶ atoms/㎤∼2×10¹⁷ atoms/㎤인 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명에서, 팔면체 형태인 BMD란, 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수의 {111}면과 그 이외의 면으로 둘러싸인 형태의 BMD를 의미한다. 통상, 도 2(1)이나 도 2(3)에 나타낸 바와 같이, 팔면의 {111}면으로 둘러싸인 것과, 도 2(2)에 나타낸 바와 같이, {111}면과 함께 {100}면으로 둘러싸여 있는 것이 있다. 또, {111}면이나 {100}면 이외의 면이 나타나는 경우도 있다.

웨이퍼에 존재하는 BMD의 형상에는, 팔면체 외에 판형상인 것도 있고, 판형상의 BMD는, 도 2(4)나 도 2(5)에서 나타난 바와 같이, 두 개의 비교적 큰 {100}면과 그 밖의 면으로 둘러싸인 형태의 BMD이다. BMD의 내부가, 도 2(5)에 나타낸 바와 같이 나뭇가지형으로 되어 있는 경우도 있다. 팔면체와 판형상의 구별로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, {001}방향에서 봤을 때의 {100}방향과 {010}방향의 사이즈 중, 긴 쪽을 A, 짧은 쪽을 B로 했을 때의 A/B(이하, 「편평률」이라고 함)가 1.5 이하인 것을 팔면체, 1.5를 넘는 것을 판형상으로 한다. 실리콘 웨이퍼 중의 BMD 형태는 일정하지 않기 때문에, 웨이퍼 내에 존재하는 BMD가 팔면체인지 판형상인지의 판정은, 웨이퍼 내의 위치가 상이한 복수의 BMD의 A/B를 측정하고, 이들의 평균값(이하, 「평균 편평률」이라고 함)을 구하여, 그 값이 1.5를 넘는지의 여부에 따라 행하면 된다. 이 값이 1.5를 넘으면, BMD 주위의 결정 격자에 가해지는 왜곡의 상황이 상이하기 때문에, 슬립 및 휘어짐의 발생을 억제하기 위한 최적 BMD 사이즈 분포가 본 발명의 범위와는 상이한 것이 되어 버린다.

또한 본 발명에서, 팔면체 BMD의 대각 길이란, 상기 {100}방향과 {010}방향 중 긴 쪽 A를 의미한다.

또한 본 발명에서, BSF란, 열처리했을 때 실리콘 웨이퍼의 내부에 발생하는 원반형상의 적층 결함이다. 이 적층 결함은, 격자간 원자가 응집함으로써 형성된 것이다. 적층 결함 중에는 BSF 핵이 되는 산소 석출핵이 존재한다. BSF는, 열처리 중에 BMD로부터 방출된 격자간 원자가 BSF 핵의 주위에 원반형상으로 응집함으로써 형성된다. BSF 핵이 되는 산소 석출핵은, 다른 BMD와는 달리, 격자간 원자를 그 주위에 응집시키는 능력을 갖추고 있다. 이것은 다른 BMD와는 그 형태 및 사이즈가 상이하기 때문으로 생각된다. 통상, 산소 석출핵 중의 몇 퍼센트는 BSF 핵이 되어 BSF를 형성하고, 나머지는 그대로 BMD로서 관찰된다. 따라서, 일반적으로는, BMD의 밀도가 증가하면 BSF의 밀도도 증가한다.

BSF는 OSF와는 상이한 결함이다. OSF는 웨이퍼를 산화시킬 때 웨이퍼 표면에서 발생하는 원반형상의 적층 결함이다. 이 경우, 적층 결함을 형성하는 격자간 산소는 웨이퍼 표면의 산화막으로부터 공급된다. 또, OSF 핵은 결정 육성의 과정에서 이미 존재한 산소 석출물이라고 생각되고 있다. 따라서, OSF의 발생은 결정 육성 조건에 의해 결정된다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼는, BMD의 형태가 팔면체인 실리콘 웨이퍼로서, 상기 실리콘 웨이퍼 표면으로부터 깊이 50 ㎛ 이상의 위치에 존재하고 있는 BMD 중, 대각 길이가 10 nm∼50 nm인 BMD의 밀도가 1×10¹²/㎤ 이상이고, BSF의 밀도가 1×10⁸/㎤ 이하인 것에 의해, 디바이스 제조 프로세스에서의 슬립과 휘어짐의 발생을 모두 최소한으로 억제하여, DZ층을 가지면서도 강도 저하를 방지할 수 있고, 또한, 대직경(전형적으로는 200 mm 이상)이며 고품질인 디바이스의 제조를 가능하게 한다. 본 발명의 실리콘 웨이퍼는, 웨이퍼 내부에 BMD를 갖지 않는 미러 웨이퍼보다 슬립 전위, 휘어짐이 잘 발생하지 않고, 또 높은 게터링 능력을 갖는다.

본 발명의 제조방법에 의하면, 디바이스 제조 프로세스에서의 슬립과 휘어짐의 발생을 모두 최소한으로 억제하여, DZ층을 가지면서도 강도 저하를 방지할 수 있는 고품질의 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼는, 웨이퍼 내부에 BMD를 갖지 않는 미러 웨이퍼보다 슬립 전위, 휘어짐이 잘 발생하지 않고, 또 높은 게터링 능력을 갖는다.

도 1은 열처리에서 도입되는 슬립과 휘어짐을 설명하는 도면.

도 2는 팔면체 형상의 BMD와 판형상 BMD의 구별을 나타내는 모식도.

이하, 본 발명을 실시형태에 의거하여 상세히 설명한다.

(실리콘 웨이퍼)

본 발명의 실리콘 웨이퍼는, 디바이스 제조 프로세스에서의 슬립이나 휘어짐의 발생을, 모두 최소한으로 억제할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 본 발명이 실현되는 웨이퍼의 크기(직경, 두께), 여러가지 원소의 도핑의 유무에 관한 제한은 특별히 없고, 이러한 특징은 요구되는 반도체 실리콘 웨이퍼의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다.

또, 본 발명의 실리콘 웨이퍼를 사용하여 제조되는 반도체 디바이스에 관한 제한도 특별히 없고, 여러가지 반도체 디바이스 제조에 응용할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 실리콘 웨이퍼는, 표면에 에피택셜층을 형성한 에피택셜 웨이퍼, 접합 SOI 웨이퍼, SIMOX(Separation By Implanted Oxygen) 처리를 한 SIMOX 웨이퍼 또는 표면에 SiGe층을 형성한 SiGe 웨이퍼의 제조 등에 널리 적용할 수 있는 것이다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼의 특징은, BMD의 형태가 팔면체인 실리콘 웨이퍼로서, 상기 실리콘 웨이퍼 표면으로부터 깊이 50 ㎛ 이상의 위치에 존재하고 있는 BMD 중, 대각 길이가 10 nm∼50 nm인 BMD의 밀도가 1×10¹²/㎤ 이상인 것이다. 이것은, 본 발명자들에 의한 하기에 설명하는 연구결과에 기초한다.

즉, BMD의 형태가 팔면체인 실리콘 웨이퍼에서, 표면으로부터 깊이 50 ㎛ 이상의 위치에 존재하고 있는 BMD가, 슬립이나 휘어짐의 특성에 영향을 미치고, 또한, 이들 중 대각 길이가 10 nm∼50 nm인 BMD의 슬립 억제 효과가 크고, 이들이 1×10¹²/㎤ 이상의 고밀도로 형성된 실리콘 웨이퍼에서는, 일반적 디바이스 제조 프로세스에서, 슬립의 발생이 매우(전형적으로는 10 mm 이하) 억제된다는 것이다. 또, 이에 따라, 디바이스 제조 프로세스에서 웨이퍼 지지부에서 슬립이 발생한 경우라도, 실리콘 웨이퍼 표면을 뚫고 나가는 것을 방지할 수 있고, 웨이퍼 엣지부에 슬립이 발생한 경우에도, 반도체 디바이스 작성 영역까지 슬립이 도달하는 것을 방지할 수 있어, 디바이스에 대한 악영향을 방지할 수 있는 것이다.

또, 이러한 범위에서, 보다 큰 대각 길이와 보다 높은 밀도는 슬립 억제의 효과를 보다 크게 하기 때문에 바람직하다. 한편, 일반적인 CZ 단결정 육성 조건하에서 고용체(固溶)로서 함유된 산소는 1×10¹⁸ atoms/㎤정도이며, 고밀도로 BMD가 형성된 상태에서는, 이들의 거의 전부가 석출되는 상태가 된다. 이 때문에, 이러한 범위의 대각 길이를 갖는 BMD의 밀도를 5×10¹²/㎤을 초과하여 형성하는 것은 일반적으로 어렵다고 할 수 있다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼의 또 하나의 특징은, 위에서 설명한 특징에 더하여, 사이즈 1 ㎛ 이상의 BSF의 밀도가 1×10⁸/㎤ 이하인 것이다. 이것은, 본 발명자들에 의한 이하의 연구결과에 기초한 것이다.

즉, 웨이퍼에 열응력이 가해지면, 웨이퍼 내부의 BSF가 언폴트되어 환상 형태의 전위로 변화하고, 이 환상의 전위가 운동ㆍ확장된 결과, 웨이퍼가 소성 변형을 일으켜 휘어짐이 야기된다는 것이다. 여기서 말하는 환상의 전위는, 웨이퍼 내부에 발생하는 폐쇄된 환상의 미소 전위 결함이며, 웨이퍼 지지부 또는 웨이퍼 엣지로부터 도입되는 전위 결함을 총칭한 슬립과는 본질적으로 다른 것이다. 특히 사이즈가 1 ㎛ 이상인 BSF가 전위 루프로 변화하기 쉽고, 그와 같은 BSF를 1×10⁸/㎤ 이하로 억제함으로써, 배치식 열처리 노에서의 휘어짐의 발생을 현저하게 작게할 수 있으며, 전형적으로는 열처리 전후의 휘어짐의 증가량을 10 ㎛ 이하로 억제할 수 있는 것이다. 여기서 BSF의 사이즈는, 원반 형상인 BSF의 직경을 말한다. 본 발명자들의 실험에 의하면, 이 현상은 배치식 열처리에서 특히 일어나기 쉽다. RTA의 경우, 웨이퍼 내부의 BSF가 전위로 변화하는 현상은 확인되지 않고, BSF가 원인으로 휘어짐이 커지지는 않았다.

통상, BSF 밀도는 BMD 밀도와 상관이 있고, BSF 밀도는 BMD 밀도의 1/10∼1/1000 정도가 되는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 1×10¹²/㎤와 같은 고밀도의 BMD를 발생시키고, BSF를 1×10⁸/㎤ 이하로 억제하는 것은 일반적으로 어렵다고 할 수 있다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼의 또 하나의 특징은, 위에서 설명한 특징에 더하여, 표면으로부터 깊이 50 ㎛ 이상의 위치에 존재하는 BMD 중, 대각 길이가 200 nm 이상인 BMD의 밀도가 1×10⁷/㎤ 이하인 것이며, 이것은 본 발명자들에 의한 이하의 연구결과에 기초하는 것이다.

즉, 웨이퍼에 열응력이 가해지면, 표면으로부터 깊이 50 ㎛ 이상의 위치에 존재하고 있는 BMD 중, 큰 사이즈의 BMD가 기점이 되어 웨이퍼 내부에 고밀도의 전위가 발생하여, 그 결과 웨이퍼가 소성 변형을 일으켜 휘어짐이 야기된다는 것이다. 또, 그 중에서도 특히 200 nm 이상의 대각 길이인 BMD가 전위의 발생원이 되기 쉽고, 그와 같은 BMD의 밀도를 1×10⁷/㎤ 이하로 억제함으로써, 일반적인 디바이스 제조 프로세스에서의 휘어짐의 발생을 현저하게 작게할 수 있으며, 전형적으로는 20 ㎛ 이하로 억제할 수 있는 것이다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼에서, 위에서 설명한 특징에 더하여, 격자간 산소 농도의 평균값이 저감되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 격자간 산소 농도는, 통상 실리콘 웨이퍼의 전체에 관해 측정되며, 측정 영역 중에는 BMD층 외에 DZ층도 포함된다. 그러나, DZ층은 BMD층에 비하여 매우 얇기 때문에, 실리콘 웨이퍼 전체에서 측정된 격자간 산소 농도는, BMD층 중의 격자간 산소 농도와 동일하다고 생각해도 된다.

이와 같이 실리콘 웨이퍼 전체의 격자간 산소 농도를 규정하는 것은, 디바이스 제조 프로세스에서의 열처리의 조건에 의해서는, 위에서 설명한 최적 BMD 분포(사이즈 및 밀도)가, 격자간 산소의 석출에 의해 변화하고, 그것에 기인하는 슬립이나 휘어짐이 발생하는 경우가 있다는 본 발명자들의 예상밖의 연구결과에 기초하는 것이다.

이 목적 때문에, 격자간 산소 농도는 6×10¹⁷ atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 격자간 산소 농도의 하한은 4×10¹⁷ atoms/㎤ 정도라고 생각하면 된다. 이것은, 그보다 더 저감하기 위해서는, 저온에서 매우 장시간의 열처리를 요하므로, 실현이 어렵기 때문이다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼에서, 위에서 설명한 특징에 더하여, 탄소 농도가 1×10¹⁶ atoms/㎤ 이상인 것이 바람직하다. 탄소가 이러한 범위 미만이면, BMD가 1×10¹²/㎤ 이상이 된 경우의 BSF 밀도가 1×10⁸/㎤를 초과해 버리기 때문에 바람직하지 않다.

위에서 설명한 BMD 사이즈 분포 및 격자간 산소 농도는, 웨이퍼 전면에 걸쳐 실현되어 있는 것이 바람직하지만, 용도에 따라서는 일부 영역에서 실현되어 있어도 된다. 예를 들어, 웨이퍼의 엣지부에서 도입되는 전형적인 슬립만을 방지하는 경우는, 웨이퍼 중심으로부터 웨이퍼 반경의 80% 이상 떨어진 영역에서, 상기 BMD 사이즈 분포 및 격자간 산소 농도가 실현되어 있으면 된다. 이것은, 웨이퍼의 엣지부에서 도입되는 슬립은 주로 웨이퍼 반경의 80% 이상 떨어진 영역에 발생하는 경우가 많기 때문이다. 또, 전형적인 웨이퍼의 휘어짐만을 방지하기 위해서는, 웨이퍼 반경의 80%보다 내측의 영역에서 상기 BMD 사이즈 분포 및 격자간 산소 농도가 실현되어 있으면 된다. 이것은, 휘어짐을 야기하는 전형적인 웨이퍼 내부의 고밀도전위는, 웨이퍼 반경의 80% 이내의 영역에서 많이 발생하기 때문이다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼는, 디바이스 제조 프로세스에서 발생하는 슬립과 휘어짐이 작다는 점에서 매우 우수하다. 보다 구체적으로는, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼, 특히 상기와 같이 BMD가 제어되고 격자간 산소 농도가 저감된 실리콘 웨이퍼에서는, 하기의 열처리에서도 발생하는 슬립의 길이가 매우 작은(전형적으로는, 슬립이 10 mm 이하이고, 열처리후의 웨이퍼의 휘어짐 증가량이 10 ㎛ 이하) 것을 특징으로 한다.

위에서 설명한 BMD의 형태, 대각 길이, 갯수의 측정을 목적으로 하는 경우, 통상 공지의 측정 방법에 의해 측정이 가능하다. 보다 구체적으로는, 투과형 전자 현미경(이하, 「TEM」이라고 함) 및 적외 간섭법(Optical Precipitate Profiler : 이하, 「OPP」라고 함)에 의한 측정을 들 수 있다. 또, BSF의 사이즈, 갯수의 측정 을 목적으로 하는 경우, 선택 에칭에 의한 측정 등을 들 수 있다.

또, 웨이퍼의 슬립 전위, 휘어짐량의 측정, 평가 방법에 관해서도 제한은 없고, 통상 공지의 방법에 의해 측정 가능하다. 보다 구체적으로는, 슬립 전위의 측정으로는 X선 토포그래프, 휘어짐량으로는 NIDEK사로부터 제조된 FT-90A 등을 이용하여 관측함으로써 평가하는 것이 가능하다.

또한, 격자간 산소 농도의 측정을 목적으로 하는 경우, 푸리에 변환 적외 흡수 분광법(FTIR)을 이용할 수 있다.

(실리콘 웨이퍼의 제조방법)

본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼는, 위에서 설명한 특징을 갖는다. 따라서, 이러한 특징을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 방법이라면 특별히 제한은 없다. 구체적으로는, 단결정 육성 조건(결정 인상 속도, 결정 냉각 속도, 도가니 회전, 가스류 등)이나 열처리 조건(열처리 온도, 시간, 승강 온도 등)을 적절히 제어함으로써, 위의 특징을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제작할 수 있다.

본 발명에서는, 특히 기판을 단계적으로 열처리하는 것이 바람직하다.

여기서, 기판이란 미열처리의 실리콘 웨이퍼를 의미하며, 단결정 잉곳으로부터 잘라내어져, 적절하게 모따기 등의 열처리 이외의 공정이 실시된 것을 포함하는 것을 의미한다.

또, 사이즈(직경, 두께 등)에 관한 제한, 여러가지 원소의 도핑의 유무에 관한 제한은 특별히 없고, 요구되는 실리콘 웨이퍼의 종류ㆍ성능에 맞추어 적절하게 선택하는 것이 가능하다.

또, 기판에 포함되는 격자간 산소는, 통상의 조건의 CZ법에 의한 실리콘 단결정 육성에서 포함되는 산소 농도이면 되고, 아래에 설명하는 열처리에 의해 제조하는 경우에는, 바람직하게는 6.5×10¹⁷∼8.5×10¹⁷ atoms/㎤의 범위이다. 산소 농도가 이러한 범위 미만이면, 고밀도로 BMD가 형성되지 않는 것이나, 산소 농도가 이러한 범위를 넘으면, BSF 또는 큰 사이즈의 BMD가 고밀도가 되는 등의 경우가 발생하므로 바람직하지 않다.

본 발명에서는, 보다 바람직하게는, 상기 열처리가 (A) : 700℃에서 800℃까지 30분∼5시간만에 승온시키는 제1 열처리와, (B) : 1000℃까지 0.5∼2℃/분의 승온 속도로 2.5∼10시간만에 승온시키는 제2 열처리와, (C) : 1000℃∼1250℃의 온도 범위에서 격자간 산소의 확산 길이가 20 ㎛ 이상이 되도록 유지하는 제3 열처리를 포함하는 것이다.

(A)의 공정에서, 열처리의 온도가 700℃ 미만이면 산소의 확산이 충분히 일어나지 않기 때문에, BMD 형성이 충분히 일어나지 않게 되어 바람직하지 않고, 한편, 700℃를 넘어도 BMD 최적화에 거의 영향을 미치지 않기 때문에 불필요하므로 바람직하지 않다. 또, 이 열처리의 시간이 30분 미만이면 BMD 핵 형성을 위한 시간이 불충분하고, 5시간을 넘으면 생산성의 극단적인 저하가 생겨 바람직하지 않다.

또한, (B)의 공정에서, 저속 승온의 승온율이 0.5℃/분 미만이면, 안정된 승온율을 확보할 수 없게 되고, 2℃/분을 넘으면 석출된 BMD가 소멸될 우려가 있어 바람직하지 않다. 또, 격자간 산소 농도를 6×10¹⁷ atoms/㎤ 이하로 하는 것은, 후 속하는 고온 열처리를 행한 후의 실리콘 웨이퍼에서, 격자간 산소 농도가 6×10¹⁷ atoms/㎤ 이하가 되기 쉬워, 200 nm 이상의 BMD의 밀도가 1×10⁷/㎤를 넘지 않도록 하기 위해서도 바람직하다. 이것은, (C)의 고온 열처리에서, 격자간 산소를 외측으로 확산시키고 있는 동안, 실리콘 웨이퍼 내부의 격자간 산소가 BMD에 모이기 때문으로 추측된다.

또한, (C)의 공정은, 격자간 산소를 외측으로 확산시켜 DZ층을 형성하는 것을 목적으로 한다. 이 공정에서, 온도가 1000℃ 미만이면 격자간 산소의 외측 확산에 장시간을 요하게 되어, 생산성 저하의 관점에서 바람직하지 않고, 온도가 1250℃를 넘으면, 어닐링 노의 부재 열화가 심해져 바람직하지 않다. 또, 격자간 산소의 확산 길이란, 이 공정에서의 온도 및 시간에 기초하여 계산되는 수치이며, 구체적으로는 (C)의 온도 패턴에 따라 하기의 [수학식 1]을 적분하여 구할 수 있다.

[수학식 1]

격자간 산소의 확산 길이(㎛)=2×10⁴×(∫D_oxygendt)^0.5

여기서,

D_oxygen(㎠/초)=0.17×exp(-2.53÷8.62×10^-5÷온도(K))이다.

이와 같이, 격자간 산소의 확산 길이가 20 ㎛ 이상이 되는 열처리는, 5 ㎛ 이상과 같은 넓은 DZ층을 형성하는 데 있어서 바람직하다.

(B)의 공정에서 (C)의 공정에 이르는 승온에 관한 제한은 특별히 없고, 통상 의 승온율을 바람직하게 사용할 수 있다. 가장 일반적인 승온 속도로는, 1000℃ 이상 1100℃ 미만의 온도 범위는 5℃/분 이상 10℃/분 이하이며, 1100℃ 이상 1250℃ 이하의 온도 범위는 1℃/분 이상 2℃/분 이하이다.

본 발명에서는, 보다 바람직하게는 상기 열처리가 (A) : 저온 열처리 공정으로서, 700℃ 이상 800℃ 이하, 30분 이상 5시간 이하로 행하는 저온 열처리 공정과, (B) : 저온 열처리 공정후의 승온 공정으로서, 900℃ 이상 1000℃ 이하의 온도까지 0.5℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온 속도로 행하는 승온을 포함하는 공정과, (C) 승온 공정후의 감온ㆍ취출 공정으로서, 1℃/분 이상 10℃/분 이하의 감온 속도로 노의 온도를 낮춰, 600℃ 이상 800℃ 이하의 온도에서 기판을 노밖으로 꺼내고, 기판을 실온까지 냉각시키는 공정과, (D) : 고온 열처리 공정으로서, 노의 온도를 600℃ 이상 800℃ 이하로 하여 웨이퍼를 삽입하고, 웨이퍼 삽입 온도부터 1100℃ 미만의 온도 범위는 5℃/분 이상 10℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키고, 1100℃ 이상 1250℃ 이하의 온도 범위는 1℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키고, 1000℃ 이상 1250℃ 이하의 온도에서 일정 온도 그대로 유지하고, 격자간 산소의 확산 길이가 20 ㎛ 이상이 되는 열처리를 포함하는 공정을 포함하는 것이다.

(C)의 감온ㆍ취출 공정을 추가하는 것은, 열처리 노가 2대 있어, (A)∼(C)의 열처리와, (D)의 열처리를 각각 별도의 열처리 노에서 행하는 경우이다. 생산성을 높이기 위해, 각각의 열처리를 별도의 노에서 행하는 것이 유리한 경우는, (C)의 공정을 추가하여, 열처리를 (A)∼(C) 및 (D)로 분할하는 것이 바람직하다.

이 경우, 어닐링 웨이퍼의 BMD 밀도를 1×10¹²/㎤ 이상으로 하기 위해서는, (B)에서 0.5℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키는 공정의 종료 온도는 900℃ 이상이 바람직하다. 900℃ 미만이 되면, 승온 중에 형성된 BMD가 다음 (D) 공정 중에 소멸되어 버리기 때문에 바람직하지 않다. (B)에서 0.5℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키는 공정의 종료 온도는 1000℃ 이하까지이면 된다. 1000℃를 넘는 온도 영역에서의 승온은 BMD 밀도에 영향을 미치지 않기 때문이다. 분할 열처리의 경우, (C)에서 기판을 한번 실온으로 냉각시킴으로써, (C)가 완료된 단계에서 형성되어 있는 BMD가 그 후의 고온 열처리 공정(D)에서도 수축ㆍ소멸되지 않는 BMD로 변용되어 있기 때문이라고 생각된다. 그 때문에, 연속 열처리의 경우와 달리, 0.5℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온을 1000℃까지 행할 필요는 없다. 또한, (B) 및 (C)의 공정을 거친 경우, (D)의 공정에서 1000℃로 승온시킨 단계에서의 격자간 산소 농도는 6×10¹⁷ atoms/㎤ 이하가 되어, 200 nm 이상의 BMD 밀도가 1×10⁷/㎤를 넘지 않도록 하기 위해서도 바람직하다. 여기서, (B)에서의 승온 속도가 0.5℃/분 미만이면, 안정된 승온율을 확보할 수 없게 되고, 2℃/분을 넘으면 석출된 BMD가 소멸될 우려가 있어 바람직하지 않다.

(C)에서의 감온 속도는, 일반적인 노에서 실현할 수 있는 1℃/분 이상 10℃/분 이하가 바람직하다. 기판을 노밖으로 꺼낼 때의 노의 온도는, 600℃ 미만으로 하면 노의 히터의 수명 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 않고, 800℃를 초과하면 노의 부재가 열화하기 때문에 바람직하지 않다.

(D)에서의 웨이퍼를 삽입할 때의 노의 온도는, (C)와 동일한 이유로, 600℃ 미만과 800℃초과는 바람직하지 않다. 승온 속도는, 일반적인 노에서 실현할 수 있고, 전체 열처리 시간이 짧아지는 승온 속도로서, 웨이퍼 삽입 온도부터 1100℃ 미만의 온도 범위는 5℃/분 이상 10℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키고, 1100℃ 이상 1250℃ 이하의 온도 범위는 1℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키는 것이 바람직하다. 1000℃ 이상의 열처리에서의 온도, 산소의 확산 길이의 범위는 상술한 바와 같다. 고온 열처리를 행한 후의 감온 속도, 인출 온도에는 특별히 제한은 없다.

또, 위에서 설명한 일련의 열처리에서 사용하는 장치에 관한 제한은 특별히 없고, 종래 공지의 장치를 바람직하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 통상의 배치식의 종형 노, 산소 퍼지 기능이 있는 배치식의 종형 노 등을 들 수 있다.

본 발명의 제조방법에서, 상기 기판은 질소를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이것은, 상기 기판이 질소를 함유함으로써, 휘어짐 증가량이 더욱 작게(전형적으로는 5 ㎛ 이하) 억제되기 때문이다. 이와 같이, 휘어짐 증가량을 더욱 억제함으로써, 보다 고성능의 디바이스 제조가 가능해진다.

이 목적으로 첨가되는 질소의 농도는, 5×10¹⁴ atoms/㎤∼1×10¹⁶ atoms/㎤인 것이 바람직하다. 질소 농도가 이러한 범위 미만이면, 휘어짐 증가량을 10 ㎛ 이하로 억제하는 것은 가능하더라도, 5 ㎛ 이하로 억제하는 것은 어려워지기 때문에 바람직하지 않다. 또, 질소 농도가 이러한 범위를 넘으면, 다결정화가 일어나 수율이 저하될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.

또, 본 발명의 제조방법에서, 상기 기판은 탄소를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이것은, 상기 기판이 탄소를 함유함으로써, 탄소 농도가 1×10¹⁶ atoms/㎤ 이상인 실리콘 웨이퍼를 제조하는 것이 가능하기 때문이다.

이 목적으로 첨가되는 탄소의 농도는, 2×10¹⁶ atoms/㎤ 이상 2×10¹⁷ atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 탄소 농도가 이러한 범위 미만이면, 실리콘 웨이퍼의 탄소 농도가 1×10¹⁶ atoms/㎤ 미만이 되어 버리기 때문에 바람직하지 않다. 또, 탄소 농도가 이러한 범위를 넘으면, 다결정화가 일어나 수율이 저하될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.

기판에 질소나 탄소를 첨가하는 방법에 관해서는 특별히 제한은 없고, 종래 공지의 방법을 바람직하게 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 질소의 첨가 방법으로서, 질화막이 있는 기판을 단결정 인상의 융액에 첨가하여, 얻어지는 기판의 질소 농도를 조절하는 것, 탄소의 첨가 방법으로서, 탄소가루를 단결정 인상의 융액에 첨가하여 얻어지는 기판의 탄소 농도를 조절할 수 있다.

또, 기판에 포함되는 질소, 탄소 및 산소 농도의 측정방법에 관해서도 특별히 제한은 없고, 종래 공지의 방법으로 바람직하게 측정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 질소 농도의 측정으로서 2차 이온 질량 분석 장치(SIMS)를 사용하여 구할 수 있다. 또, 산소 및 탄소 농도의 측정으로서 적외 흡수법으로 측정하고, 환산 계수로서 JEITA(전자정보기술산업협회)의 값으로 구할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 전혀 한정되지 않는다.

(어닐링 웨이퍼의 제작방법)

단결정 잉곳을 여러가지 조건(웨이퍼 직경, 전도 유형, 산소, 질소, 탄소 농도)으로 제작하고, 각각의 단결정 잉곳의 직통부의 동일 부위를 와이어 소우(wire saw)를 사용하여 잘라내어 미러 가공하여 두께 725∼750 ㎛의 기판을 형성했다. 또한 기판으로부터, 이하에 나타내는 (1), (2)의 방법으로 어닐링 웨이퍼를 제작했다.

(1) 열처리 1

얻어진 기판을 배치식의 종형 열처리 노 내에 투입하고, 동일한 노 내에서 제1 열처리(A, B 및 C), 제2 열처리(D)를 아르곤 분위기 중에서 행했다. 제2 열처리의 격자간 산소의 확산 길이는, 제2 열처리의 온도 패턴에 따라 상기 [수학식 1]을 온도 및 시간에 대해 적분함으로써 얻었다.

제1 열처리 : 700℃에서 4시간 유지한 후, 700℃∼1000℃의 사이를 1℃/분으로 승온

제2 열처리 : 1000℃∼1100℃의 사이를 5℃/분으로 승온시키고, 1100℃∼1200℃의 사이를 1℃/분으로 승온시키고, 1200℃에서 1시간 유지한 후, 1200℃∼1100℃의 사이를 1℃/분으로 감온시키고, 1100℃∼1000℃를 5℃/분으로 감온시키고, 1000℃∼700℃를 2℃/분으로 감온시키고, 700℃에서 기판을 꺼냈다.

(2) 열처리 2

얻어진 기판을 배치식의 제1 종형 열처리 노 내에 투입하여 제1 열처리(A, B, C)를 행한 후, 제2 종형 열처리 노 내에 투입하여 제2 열처리(D)를 아르곤 분위기 중에서 행했다. 제2 열처리의 격자간 산소의 확산 길이는, 열처리 1과 동일한 방법으로 얻었다.

제1 열처리 : 700℃에서 4시간 유지한 후, 900℃까지 1℃/분으로 승온시키고, 그 후 700℃까지 3℃/분으로 감온하여 700℃에서 노에서 꺼내어, 실온까지 냉각시켰다.

제2 열처리: 700℃에서 삽입하고, 700∼1100℃의 사이를 5℃/분으로 승온시키고, 1000∼1100℃ 사이를 1℃/분으로 승감온시키고, 1200℃에서 1시간동안 유지후, 1200℃∼1100℃의 사이를 1℃/분으로 감온시키고, 1100℃∼1000℃를 5℃/분으로 감온시키고, 1000℃∼700℃를 2℃/분으로 감온시키고, 700℃에서 기판을 꺼내었다.

또, 제작한 실리콘 웨이퍼의 제작 조건[웨이퍼 직경, 전도 유형, 기판에서의 (탄소, 질소, 산소)의 농도, 열처리에서의 격자간 산소의 확산 길이]를 [표 1]에 정리했다. 표 중에서 p 형은 붕소 도핑이다. 또한, 각 함유물(산소 등)의 농도의 조정ㆍ측정은 통상 공지의 방법에 따랐다.

[표 1]

(어닐링 웨이퍼의 측정 및 평가)

상기 제작 조건으로 얻어진 각각의 어닐링 웨이퍼에 대해 이하의 (1), (2), (3), (4), (6)에 관한 측정 및 평가를 했다. 또, 질소 첨가한 웨이퍼에 관해서는, (5) 질소 농도도 측정했다. 또, (1) 및 (2)의 측정에 사용하는 샘플 중 TEM 샘플은, 각 웨이퍼를 소정 깊이(50 ㎛, 100 ㎛, 300 ㎛)까지 정밀 연마기로 깎아, 웨이퍼의 중심부와, 엣지로부터 10 mm의 2곳에서 채취했다. OPP는, 각 웨이퍼의 소정 깊이(50 ㎛, 100 ㎛, 300 ㎛), 소정 위치(중심, 엣지로부터 10 mm)에 포커스를 설정하여 측정했다.

(1) BMD 형상의 판정 : BMD 편평률은, 동일한 측정 샘플을 OPP의 스캔방향을 {110}방향과 {100}방향으로 바꿔 2회 측정하여, 두 측정에서 얻어진 신호 강도의 비로 판정했다. 즉, 신호 강도의 비와 BMD 편평률의 관계를 미리 조사해 두고, 신호 강도의 비에서 편평률을 구했다. 또, TEM에 의해서도 측정하여, 그 때에는 {001}방향에서 본 현미경 이미지로부터 편평률을 측정하여 구했다. 이들 결과로부터 BMD 형태를 판정했다. 각각의 샘플에서 적어도 10개 이상의 BMD를 측정하고, 그것에 의해 얻어진 편평률을 모두 평균함으로써 평균 편평률을 구하여, 이들이 1.5를 넘는지의 여부로 행했다.

(2) BMD 사이즈 및 밀도 : 각 샘플에 관해, OPP 및 TEM을 사용하여 측정함으로써 얻었다. 하기 1)과 하기 2)의 방법으로 얻어진 BMD의 관찰 결과로부터, 소정의 사이즈를 갖는 BMD의 밀도를 구했다. 소정의 사이즈를 갖는 BMD의 밀도는, 소정 깊이(50 ㎛, 100 ㎛, 300 ㎛) 3곳의 평균값으로 했다.

1) OPP에 의한 측정 : Axent Technology 사의 OPP를 사용하여, BMD에 기인하는 투과 레이저의 위상차를 전기적으로 신호 처리한 신호 강도를 측정했다. 미리, 사이즈를 알고 있는 BMD를 OPP로 측정하여, 신호 강도와 BMD 사이즈의 교정 곡선을 작성했다. 그 교정 곡선은 하기와 같다.

팔면체 형상의 BMD 대각 길이(nm)=153×(OPP 신호)^0.43

사이즈를 구할 때에는, 고스트 신호 제거 처리(K. Nakai Review of Scientific Instruments, vol. 69 (1998) pp. 3283)를 행했다. 검출 감도는, 대각 길이 80 nm 이상의 BMD를 측정할 수 있는 감도로 설정했다.

2) TEM 에 의한 측정 : 측정에서 얻어진 현미경 이미지로부터 소정 사이즈의 BMD의 밀도를 구했다. 밀도는 시야 내에서 관찰된 BMD의 갯수와, 관찰한 영역에 해당하는 시료의 체적으로부터 구했다.

(3) BSF 사이즈 및 밀도

각 샘플에 관해, 경사 연마를 한 후에 연마면을 라이트 엣치액으로 2 ㎛ 선택 에칭하여, BSF의 피트를 광학 현미경으로 관찰했다. 여기서, BSF는 선형 또는 타원형상의 피트로서 관찰된다. BSF의 사이즈는, 선형 피트의 길이 또는 타원형상 피트의 길이축 방향의 사이즈로 했다. 사이즈가 1 ㎛ 이상인 BSF 피트 갯수와 관찰한 영역의 면적으로부터 BSF 피트의 면적 밀도를 구하고, 면적 밀도를 에칭량 2 ㎛로 나누어 BSF 밀도(/㎤)를 산출했다. 각 웨이퍼의 소정 깊이(50 ㎛, 100 ㎛, 300 ㎛) 3곳의 측정값의 평균값을 BSF 밀도로 했다.

(4) 어닐링 웨이퍼의 격자간 산소 농도, 탄소 농도

어닐링 웨이퍼의 격자간 산소 농도는 적외 흡수법으로 측정하고, 환산 계수로서 JEITA(전자정보기술산업협회)의 값을 사용했다. 즉, 격자간 산소 농도의 환산 계수는 3.03×10¹⁷/㎠, 탄소 농도의 환산 계수는 8.1×10¹⁶/㎠이다.

(5) 어닐링 웨이퍼의 질소 농도

어닐링 웨이퍼로부터 샘플을 채취하여, 표면의 질소 외측 확산층을 제거하기 위해 20 ㎛의 폴리시를 행한 후, SIMS를 사용하여 질소 농도를 측정했다.

(6) 어닐링 웨이퍼의 슬립 길이 및 휘어짐 내성 평가

어닐링 웨이퍼에 대하여, 하기 (6)-A, (6)-B의 열처리(이하, 「유사 디바이스 프로세스 열처리」라고 함)를 행했다. 그리고, 유사 디바이스 프로세스 열처리전 및 유사 디바이스 프로세스 열처리후의 어닐링 웨이퍼의 휘어짐을 NIDEK사 제조 FT-90A로 측정하여, 휘어짐 증가량=열처리후의 휘어짐-열처리전의 휘어짐을 구했다. 또, 유사 디바이스 프로세스 열처리후의 어닐링 웨이퍼를 X선 토포그래프로 관찰하여, 관찰된 슬립의 길이 중 최대 길이를 대표값으로 했다.

(6)-A : 배치식 열처리 노를 사용한 열처리

(I) : 노 온도를 900℃로 유지하여 웨이퍼를 삽입

(II) : 산소 분위기에서 900℃ 30분 유지한 후, 900℃에서 웨이퍼를 인출

(6)-B : RTA를 사용한 열처리

하기 조건의 열처리를 10회 반복한다.

삽입: 실온

승온율: 50℃/분

유지: 1분 동안 1100℃

감온율: 30℃/분

인출: 실온

분위기: 아르곤

(어닐링 웨이퍼의 각 측정 결과 및 평가 결과)

[표 2]에는, 실시예 및 비교예로서, [표 1]에 나타낸 제작 조건으로 제작된 어닐링 웨이퍼에 대해, 측정된 소정 사이즈의 BMD의 밀도 및 격자간 산소 농도와, 유사 디바이스 프로세스 열처리에 의해 발생한 슬립과 휘어짐량을 정리했다. 또, 어느 조건에 의해 제작된 웨이퍼라도, BMD의 평균 편평률은 1.5 이하였다.

[표 2]

여기서, [표 2] 중의 BMD 밀도(1)는, 대각 길이 10∼50 nm의 BMD의 밀도이며, (2)는 대각 길이 200 nm 이상의 BMD의 밀도를 의미한다.

질소 첨가된 어닐링 웨이퍼의 질소 농도는, asgrown으로 측정된 질소 농도와 다르지 않았다.

이들 결과에서, BMD 밀도(1)이 1×10¹²/㎤ 이상이 되고, BMD 밀도(2)가 1×10⁷/㎤ 이하가 되고, BSF의 밀도가 1×10⁸/㎤ 이하가 됨으로써, 배치 노 열처리 및 RTA 열처리 후의 슬립의 길이가 10 mm 이하가 되고, 휘어짐 증가량이 10 ㎛ 이하로 억제되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 비교예에서 BMD 밀도(1)이 1×10¹²/㎤ 미만이 되는 경우, 배치 노 열처리 및 RTA 열처리 후의 슬립은 10 mm를 넘는 결과가 되었다.

또, BMD 밀도(2)가 1×10⁷/㎤를 넘는 경우는, RTA 열처리 후의 휘어짐 증가량이 10 ㎛을 넘었다.

또, BSF의 밀도가 1×10⁸/㎤를 넘는 경우는, 배치 노 열처리 후의 휘어짐 증가량이 10 ㎛을 넘었다.

또, 본 실시예에서는, 격자간 산소의 석출을 수반하는 슬립, 휘어짐 내성 평가 테스트를 행했기 때문에, 격자간 산소 농도가 저감되지 않은 경우의 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼에서, 슬립 및 휘어짐 억제의 효과가 현저하지 않지만, 열처리가 격자간 산소의 석출을 그다지 수반하지 않는 열처리(예를 들어, 비교적 저온, 단시간의 열처리)인 경우에는, 격자간 산소 농도가 저감되지 않은 본 발명의 실리콘 웨이퍼에서도 슬립 및 휘어짐의 발생을 현저하게 억제하는 것이 가능하다.

Claims

BMD의 형태가 팔면체인 실리콘 웨이퍼로서,

상기 실리콘 웨이퍼 표면으로부터 깊이 50 ㎛ 이상의 위치에 존재하고 있는 BMD 중, 대각 길이가 10 nm∼50 nm인 BMD의 밀도는 1×10¹²/㎤ 이상이고, 사이즈가 1 ㎛ 이상인 BSF의 밀도는 1×10⁸/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼.
제1항에 있어서, 격자간 산소 농도는 4×10¹⁷ atoms/㎤ 이상 6×10¹⁷ atoms/㎤ 이하이고, 격자간 탄소 농도는 1×10¹⁶ atoms/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼.
제1항 또는 제2항에 있어서, 대각 길이가 200 nm 이상인 BMD의 밀도는 1×10⁷/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼.
제1항 또는 제2항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 제조방법으로서,

기판에,

A : 700℃ 이상 800℃ 이하에서 30분 이상 5시간 이하 동안에 열처리를 행하는 저온 열처리 공정과,

B : 상기 저온 열처리 공정후, 1000℃까지 0.5℃/분 이상 2℃/분의 승온(temperature increase) 속도로 승온시키는 열처리를 행하는 승온 공정과,

C : 상기 승온 공정후, 1000℃ 이상 1250℃ 이하의 온도에서, 격자간 산소의 확산 길이가 20 ㎛ 이상이 되도록 열처리를 행하는 고온 열처리 공정

을 포함하는 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 실리콘 웨이퍼의 제조방법으로서,

기판에,

A : 700℃ 이상 800℃ 이하에서 30분 이상 5시간 이하 동안에 열처리를 행하는 저온 열처리 공정과,

B : 상기 저온 열처리 공정후, 900℃ 이상 1000℃ 이하의 온도까지 0.5℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키는 승온 공정과,

C : 상기 승온 공정후, 1℃/분 이상 10℃/분 이하의 감온(temperature decrease) 속도로 노의 온도를 낮춰, 600℃ 이상 800℃ 이하의 온도에서 기판을 노밖으로 꺼내고, 상기 기판을 실온까지 냉각시키는 감온ㆍ취출 공정과,

D : 상기 감온ㆍ취출 공정후, 노의 온도를 600℃ 이상 800℃ 이하로 하여 웨이퍼를 삽입하고, 웨이퍼 삽입 온도로부터, 1100℃ 미만의 온도 범위는 5℃/분 이상 10℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키고, 1100℃ 이상 1250℃ 이하의 온도 범위는 1℃/분 이상 2℃/분 이하의 승온 속도로 승온시키고, 1000℃ 이상 1250℃ 이하 의 온도에서 일정 온도 그대로 유지하고, 격자간 산소의 확산 길이는 20 ㎛ 이상이 되도록 하는 고온 열처리 공정

을 포함하는 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 기판의 질소 농도는 5×10¹⁴ atoms/㎤ 이상 1×10¹⁶ atoms/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 기판의 탄소 농도는 2×10¹⁶ atoms/㎤ 이상 2×10¹⁷ atoms/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 제조방법.