KR20110029325A - Epi-wafer and silicon single crystal ingot for the same and fabrication method thereof - Google Patents

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KR20110029325A
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강희복
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주식회사 엘지실트론
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Abstract

PURPOSE: An EPI wafer, a silicon single crystal ingot for the same, and a manufacturing method thereof are provided to improve the quality of the device by reducing the ESF(EPI Stacking Fault) occurring during the nitride doping by controlling the morphology of the COP(Crystal Originated Particle) existing inside the bulk of EPI wafer. CONSTITUTION: An EPI wafer comprises a mono crystal substrate and an EPI layer grown up on the mono crystal substrate. The nitrogen is doped on the mono crystal substrate. The concentration of the nitrogen is 1×10^12 to 5×10^13 atoms/cm^2. The carbon is co-doped along with the nitrogen. The morphology of the crystal defect existing on the mono crystal substrate is in the octahedral structure.

Description

ＥＰＩ 웨이퍼 및 ＥＰＩ 웨이퍼용 실리콘 단결정 잉곳과 그 제조방법{EPI-Wafer and silicon single crystal ingot for the same and fabrication method thereof}Silicon single crystal ingot for EP wafer and EP wafer and manufacturing method thereof {EPI-Wafer and silicon single crystal ingot for the same and fabrication method}

본 발명은 EPI(Epitaxial) 웨이퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 원소에 의한 오염을 억제하기 위한 BMD(Bulk Micro Defect)의 형성 시 ESF(EPI Stacking Fault)가 발생하는 것을 억제하는 구조를 가진 EPI 웨이퍼와 이를 위한 실리콘 잉곳 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an epitaxial (EPI) wafer, and more particularly, an EPI having a structure that suppresses the occurrence of an ESF (EPI Stacking Fault) during formation of a bulk micro defect (BMD) for suppressing contamination by metal elements. It relates to a wafer and a silicon ingot for the same and a method of manufacturing the same.

쵸크랄스키(Cz)법과 같은 단결정 성장공정에 의해 생산된 실리콘 단결정은 후속되는 여러 공정을 거쳐서 얇은 박판 형태의 웨이퍼로 가공된다. 또한, 통상적으로 웨이퍼는 사용되는 디바이스(Device)의 용도에 따라 프런트사이드(Front side)에 화합물 반도체 재료를 에피택시(Epitaxy) 성장시키는 처리를 거쳐 EPI 웨이퍼 형태로 제작된다.Silicon single crystals produced by a single crystal growth process such as Czochralski (Cz) process are processed into thin thin wafers through several subsequent processes. In addition, the wafer is typically manufactured in the form of an EPI wafer through a process of epitaxially growing a compound semiconductor material on the front side according to the use of the device.

도 1에는 일반적인 EPI 웨이퍼의 단면 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, EPI 웨이퍼는 하부로부터 상부로 가면서 백사이드(Backside)(10), 벌크(Bulk)(20) 및 프런트사이드(30)을 포함하고, 프런트사이드(30)에는 디바이스의 동작에 관련된 부분인 활성층(Active layer)(40)이 형성된다.1 shows a cross-sectional configuration of a typical EPI wafer. Referring to FIG. 1, an EPI wafer includes a backside 10, a bulk 20, and a frontside 30, going from bottom to top, wherein the frontside 30 is associated with the operation of the device. An active layer 40 is formed.

EPI 웨이퍼가 사용되는 디바이스는 MPU(Microprocessor unit), Logic, Optic, CIS(Cmos Image Sensor) 등 고성능(High performance) 제품들로서, 이러한 디바이스들은 금속 원소에 의한 오염에 특히 민감하므로 다바이스의 수율 저하를 예방하기 위해서는 금속 오염관리에 각별히 주의를 기울여야 한다. 이를 위해 디바이스 제조공정에서의 오염관리도 중요하지만, 그 이전에 EPI 웨이퍼 제조공정에서도 금속 오염을 제어하는 처리가 이루어져야 한다.Devices that use EPI wafers are high performance products such as microprocessor units (MPUs), logic, optics, and CMOS image sensors (CIS) .These devices are particularly sensitive to contamination by metal elements, thus preventing device yield degradation. Special attention must be paid to metal contamination management. Contamination control in the device fabrication process is important for this purpose, but prior to this, processing to control metal contamination in the EPI wafer fabrication process must also be performed.

EPI 웨이퍼에 있어서, 특히 활성층은 디바이스의 주요 구동영역으로 사용되므로 금속 원소에 의한 활성층의 오염을 최소화하는 것이 중요하다. 이를 위해 EPI 웨이퍼는 게터링(Gettering) 기능을 부여하기 위한 처리를 거치는 것이 일반적이다. 게터링은 활성층 이외의 프런트면 영역, 벌크, 또는 백사이드 영역에 에너지가 높은 사이트(Site)를 만들어서 활성층에 존재하는 금속 원소를 이동시킴으로써 활성층의 금속 오염 레벨을 제어하는 기술이다.In EPI wafers, in particular, the active layer is used as the main driving region of the device, so it is important to minimize the contamination of the active layer by metal elements. To this end, the EPI wafer is generally subjected to a process for giving a gettering function. Gettering is a technique for controlling the metal contamination level of an active layer by making high energy sites in the front, bulk, or backside regions other than the active layer to move metal elements present in the active layer.

게터링 효과 중 진성 게터링(Intrinsic Gettering) 효과를 제공하기 방안으로는 실리콘 단결정 제조 시 P-타입의 실리콘 융액에 질소를 도핑하여 단결정 잉곳을 성장시키는 방법이 널리 사용된다. 질소는 실리콘 단결정 내에서 베이컨시(Vacancy), 산소(Oxygen) 등과 반응하여 BMD 밀도를 향상시킨다. BMD는 EPI 웨이퍼의 벌크 내에서 게터링 사이트로 작용하므로 게터링 성능을 향상시킨다.In order to provide an intrinsic gettering effect among the gettering effects, a method of growing a single crystal ingot by doping nitrogen into a P-type silicon melt is widely used in manufacturing a silicon single crystal. Nitrogen reacts with vacancy, oxygen and the like in silicon single crystal to improve BMD density. BMD acts as a gettering site within the bulk of an EPI wafer, improving gettering performance.

그러나, 한편으로 질소는 벌크 내에서 COP(Crystal Originated Particle)의 형상을 변화시켜 EPI 공정에서 미스핏(Misfit)을 유발함으로써 ESF를 발생시키는 부작용도 있다. 이와 관련하여 도 2에는 질소를 도핑하지 않은 경우(a)와 질소를 도핑한 경우(b)의 EPI 적층구조가 도시되어 있다.However, on the other hand, nitrogen also has an adverse effect of generating ESF by changing the shape of Crystal Originated Particles (COP) in the bulk and causing misfit in the EPI process. In this regard, FIG. 2 shows the EPI stacking structure in the case of not doping with nitrogen (a) and when doping with nitrogen (b).

도 2의 (a)에서 벌크 내부에 존재하는 COP(1)의 모폴로지(Morphology)는 팔면체(Octahedral) 구조를 가지게 되며, 오픈된 COP(1) 위에 ESF의 발생없이 EPI 층(2)이 성장된다.In (a) of FIG. 2, the morphology of the COP 1 present inside the bulk has an octahedral structure, and the EPI layer 2 is grown on the open COP 1 without generating ESF. .

반면에, 도 2의 (b)에서는 벌크 내에 질소가 고농도로 도핑됨에 따라 COP(1)의 모폴로지가 니들 형상(Needle-shape) 또는 로드 형상(Rod-shape) 등으로 변하고 사이즈도 수십 nm 크기가 되어, 오픈된 COP(1) 위에 EPI 층(2)을 성장시켰을 때 다수의 ESF(4)가 발생하게 된다. 통상적으로 질소 농도가 2×1014atoms/㎤인 웨이퍼의 경우에는 EPI 성장 공정 후에 ESF가 직경 300㎜ 웨이퍼 기준으로 최대 54ea/wafer까지 발생된다. 이것은 웨이퍼의 표면에 존재하는 20nm 사이즈 정도의 오픈 COP(1)가 EPI 공정 중에 격자 미스핏(3)을 유발하여 EPI 표면에서 ESF(4)로 관찰됨에 따른 것으로 분석된다.On the other hand, in (b) of FIG. 2, as the nitrogen is doped in bulk, the morphology of the COP 1 is changed into a needle shape or a rod shape, and the size is several tens of nm. As a result, when the EPI layer 2 is grown on the open COP 1, a plurality of ESFs 4 are generated. Typically, in the case of a wafer having a nitrogen concentration of 2 × 10 14 atoms / cm 3, after the EPI growth process, ESF is generated up to 54ea / wafer based on a 300 mm diameter wafer. This is analyzed by the fact that open COP 1 of about 20 nm size present on the wafer surface causes lattice misfit 3 during the EPI process and is observed as ESF 4 on the EPI surface.

한편, ESF를 제어하기 위한 방안으로는 질소 농도를 줄이는 것을 고려해 볼 수 있다. 이와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제2005-0019845호에서는 개구부 사이즈가 20nm 이하인 보이드형 결함의 개수를 0.02개/㎠ 이하인 실리콘 웨이퍼를 얻기 위해 질소 농도를 1×1013~1×1014atoms/㎤ 로 하는 기술을 제안을 하고 있다.On the other hand, reducing the nitrogen concentration may be considered as a way to control the ESF. In this regard, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-0019845 discloses a nitrogen concentration of 1 × 10 13 to 1 × 10 14 atoms / cm 3 in order to obtain a silicon wafer having an opening size of 20 nm or less of void type defects of 0.02 pieces / cm 2 or less. We are proposing technology to do.

그러나, 단순히 질소 농도를 낮게 조절할 경우에는 충분한 BMD 밀도를 확보하기가 쉽지 않아 게터링 효과가 떨어져서 디바이스 성능에 악영향을 줄 수 있다. 여기서, 열처리를 통하여 BMD를 향상시키는 방안도 고려해 볼 수는 있으나, 이 경우 새로운 공정의 추가로 인해 제조 비용 상승과 공정 관리 포인트 증가 등의 단점이 발생하게 된다.However, simply adjusting the nitrogen concentration low makes it difficult to obtain sufficient BMD density, which may lower the gettering effect and adversely affect device performance. In this case, a method of improving BMD through heat treatment may also be considered, but in this case, the addition of a new process causes disadvantages such as an increase in manufacturing cost and an increase in process control points.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 벌크 내부에 존재하는 결정결함의 형상에 대한 제어를 통해 ESF의 발생이 저감된 구조를 가진 EPI 웨이퍼 및 EPI 웨이퍼용 실리콘 잉곳과 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and the silicon ingot for EPI wafers and EPI wafers having a structure in which the occurrence of ESF is reduced by controlling the shape of crystal defects present in the bulk, and a manufacturing method thereof The purpose is to provide.

본 발명의 다른 목적은 게터링 사이트로 작용하는 BMD의 밀도를 충분히 유지하는 동시에 ESF의 발생이 저감될 수 있는 구조를 가진 EPI 웨이퍼 및 EPI 웨이퍼용 실리콘 잉곳과 그 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a silicon ingot for an EPI wafer and an EPI wafer and a method of manufacturing the same, having a structure capable of sufficiently maintaining the density of BMD serving as a gettering site and reducing the occurrence of ESF.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 벌크 내부에 BMD를 생성하기 위한 질소가 도핑되고, ESF의 발생을 줄일 수 있도록 결정결함의 모폴로지가 제어된 구조를 가진 EPI 웨이퍼 및 EPI 웨이퍼용 실리콘 잉곳과 그 제조방법을 개시한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a silicon ingot for an EPI wafer and an EPI wafer having a structure in which a morphology of crystal defects is controlled to reduce the generation of ESF and doped with nitrogen for producing BMD in the bulk. The manufacturing method is disclosed.

즉, 본 발명에 따른 EPI 웨이퍼는 단결정 기판과 상기 단결정 기판 위에 성장된 EPI층을 포함하고, 상기 단결정 기판에는 질소가 도핑되며, 상기 단결정 기판에 존재하는 결정결함의 모폴로지가 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조인 것을 특징으로 한다.That is, the EPI wafer according to the present invention includes a single crystal substrate and an EPI layer grown on the single crystal substrate, the single crystal substrate is doped with nitrogen, and the morphology of crystal defects present in the single crystal substrate is octahedral or overlapped. It is characterized in that the plate (Kite) structure.

상기 질소의 농도는 1×1012~ 5×1013atoms/㎤ 인 것이 바람직하다.The concentration of nitrogen is preferably 1 × 10 12 to 5 × 10 13 atoms / cm 3.

상기 단결정 기판에는 질소와 함께 탄소가 코도핑될 수 있다. 이 때 상기 질소의 농도는 2×1012atoms/㎤ 이상이고, 상기 탄소의 농도는 0.5ppma 이하인 것이 바람직하다.Carbon may be co-doped with nitrogen in the single crystal substrate. At this time, the concentration of nitrogen is preferably 2 × 10 12 atoms / cm 3 or more, and the concentration of carbon is preferably 0.5 ppma or less.

상기 단결정 기판으로는 P(-) 또는 P(+) 결정이 채용될 수 있다.P (−) or P (+) crystals may be employed as the single crystal substrate.

상기 EPI 웨이퍼에서 EPI 층의 표면에서 관찰되는 ESF의 밀도는 0.007ea/㎠ 이하인 것이 바람직하다.The density of the ESF observed on the surface of the EPI layer in the EPI wafer is preferably 0.007ea / cm 2 or less.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 쵸크랄스키(Cz)법에 의해 성장된 실리콘 단결정 잉곳에 있어서, 단결정 내부에 질소가 도핑되고, 상기 단결정 내부에 존재하는 결정결함의 모폴로지가 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조인 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼용 실리콘 단결정 잉곳이 제공된다.According to another aspect of the present invention, in a silicon single crystal ingot grown by Czochralski (Cz) method, nitrogen is doped into a single crystal, and a morphology of crystal defects existing in the single crystal is octahedral or overlapped. Provided is a silicon single crystal ingot for an EPI wafer, characterized in that it has a plate structure.

상기 EPI 웨이퍼용 실리콘 단결정 잉곳에 있어서 상기 질소의 농도는 1×1012~ 5×1013atoms/㎤ 인 것이 바람직하다.In the silicon single crystal ingot for the EPI wafer, the concentration of nitrogen is preferably 1 × 10 12 to 5 × 10 13 atoms / cm 3.

상기 단결정 내부에는 상기 질소와 함께 탄소가 코도핑될 수 있다. 이 때 상기 질소의 농도는 2×1012atoms/㎤ 이상이고, 상기 탄소의 농도는 0.5ppma 이하인 것이 바람직하다.Carbon may be co-doped with the nitrogen in the single crystal. At this time, the concentration of nitrogen is preferably 2 × 10 12 atoms / cm 3 or more, and the concentration of carbon is preferably 0.5 ppma or less.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 석영 도가니에 담긴 다결정 실리콘을 용융시켜 실리콘 멜트를 형성하고, 실리콘 멜트에 단결정 시드를 담근 후 상부로 서 서히 인상하여 고액계면을 통해 단결정 잉곳을 성장시키는 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘 멜트에 질소를 첨가하는 공정을 포함하고, 결정결함의 모폴로지가 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조를 갖는 단결정이 얻어지도록 상기 질소의 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, Czochralski melts polycrystalline silicon in a quartz crucible to form a silicon melt, soaks a single crystal seed in the silicon melt and then slowly lifts it upwards to grow a single crystal ingot through a liquid-liquid interface. A method for producing a silicon single crystal ingot by the method, comprising the step of adding nitrogen to the silicon melt, wherein the morphology of the crystal defects is obtained such that a single crystal having an octahedral or overlapped plate structure is obtained. Provided is a method for producing a silicon single crystal ingot, characterized by adjusting the concentration.

상기 질소의 농도는 1×1012~ 5×1013atoms/㎤ 의 범위에서 설정하는 것이 바람직하다.It is preferable to set the density | concentration of the said nitrogen in 1 * 10 <12> -5 * 10 <13> atoms / cm <3>.

상기 실리콘 멜트에 질소를 첨가하는 공정에서는 상기 질소와 함께 탄소를 코도핑할 수 있다. 이 때 상기 질소의 농도는 2×1012atoms/㎤ 이상으로 설정하고, 상기 탄소의 농도는 0.5ppma 이하로 설정하는 것이 바람직하다.In the process of adding nitrogen to the silicon melt, carbon may be co-doped with the nitrogen. At this time, the concentration of nitrogen is preferably set to 2 × 10 12 atoms / cm 3 or more, and the concentration of carbon is set to 0.5 ppma or less.

본 발명에 의하면 EPI 웨이퍼의 벌크 내부에 존재하는 COP의 모폴로지를 제어함으로써 금속 원소에 의한 오염을 방지하기 위한 게터링 사이트로 작용하는 BMD의 생성을 위한 질소 도핑시 발생하는 ESF를 줄일 수 있으므로 EPI 웨이퍼를 사용하는 디바이스의 품질을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by controlling the morphology of the COP present in the bulk of the EPI wafer, the ESF generated during the nitrogen doping for the production of the BMD acting as a gettering site for preventing contamination by metal elements can be reduced. It is possible to improve the quality of the device using.

또한, 본 발명에 의하면 질소의 도핑시 ESF의 발생을 저감시키면서도 BMD의 밀도를 충분히 유지하여 게터링 성능을 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of increasing the gettering performance by sufficiently maintaining the density of the BMD while reducing the generation of ESF during the doping of nitrogen.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하 기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 EPI 웨이퍼는 단결정 기판과 상기 단결정 기판 위에 성장된 EPI 층을 포함하고, 상기 단결정 기판에는 질소가 도핑되며, 결정결함인 COP의 모폴로지가 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조를 갖는다. EPI 웨이퍼의 기본적인 내부 구성은 도 1에서 이미 설명한 바와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.An EPI wafer according to a preferred embodiment of the present invention includes a single crystal substrate and an EPI layer grown on the single crystal substrate, wherein the single crystal substrate is doped with nitrogen, and the morphology of the crystal defect COP is octahedral or overlapped ( Kite) structure. Since the basic internal configuration of the EPI wafer is the same as already described in FIG. 1, a detailed description thereof will be omitted.

단결정 기판에 도핑된 질소는 벌크 내부에 BMD를 생성하여 금속 원소의 제거를 위한 게터링 사이트를 형성한다. ESF의 발생을 감안하여 질소의 농도는, COP의 모폴로지가 도 3의 (b)에 나타난 바와 같이 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조를 갖도록 하는 수치로 결정된다. 이를 위해, EPI 웨이퍼에 도핑된 질소의 농도는 1×1012~ 5×1013atoms/㎤ 인 것이 바람직하다. 질소 농도가 5×1013atoms/㎤을 초과할 경우에는 COP의 모폴로지가 도 3의 (a)에 나타난 바와 같이 니들(Needle) 형상이나 로드(Rod) 형상에 가깝게 변형되어 ESF가 다수 발생하게 된다. 한편, 질소 농도가 1×1012 미만인 경우에는 BMD 밀도가 너무 낮아서 게터링 효과가 미미하게 된다.Nitrogen doped to the single crystal substrate generates BMD inside the bulk to form gettering sites for the removal of metallic elements. In consideration of the occurrence of ESF, the concentration of nitrogen is determined to a value such that the morphology of the COP has an octahedral or overlapped plate structure as shown in FIG. For this purpose, the concentration of nitrogen doped in the EPI wafer is preferably 1 × 10 12 to 5 × 10 13 atoms / cm 3. When the nitrogen concentration exceeds 5 × 10 13 atoms / cm 3, the morphology of the COP is deformed close to the needle shape or rod shape as shown in FIG. . On the other hand, when the nitrogen concentration is less than 1 × 10 12 , the BMD density is so low that the gettering effect is insignificant.

실제로 질소 농도가 예컨대, 2×1014atoms/㎤ 인 경우, EPI 웨이퍼의 표면에서는 도 4의 (a)에 나타난 분포와 같이 300㎜ 웨이퍼 기준으로 12~54 ea/wf의 ESF가 관찰된다. 반면에 질소 농도를 1×1012~ 5×1013atoms/㎤의 범위 내로 유지함으로써 COP의 모폴로지를 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조로 제어한 경우에는 도 4의 (b)에 나타난 바와 같이 5ea/wf (밀도 환산시 0.007ea/㎠) 이하의 ESF가 관찰되어 10 배 이하로 ESF의 발생수가 개선됨을 확인할 수 있다.In fact, when the nitrogen concentration is, for example, 2 × 10 14 atoms / cm 3, an ESF of 12 to 54 ea / wf on a 300 mm wafer basis is observed on the surface of the EPI wafer as shown in FIG. 4A. On the other hand, when the nitrogen concentration is maintained in the range of 1 × 10 12 to 5 × 10 13 atoms / cm 3, the morphology of COP is controlled by octahedral or overlapped plate structure shown in FIG. 4B. As described above, ESF of 5ea / wf (0.007ea / cm 2 in terms of density) or less was observed, and it can be confirmed that the number of generation of ESF is improved by 10 times or less.

COP의 모폴로지를 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조로 제어한 경우, 개구부 사이즈가 10~90nm 수준의 COP가 감소하여 ESF의 발생이 현저히 줄어들게 된다.When the morphology of the COP is controlled by octahedral or overlapped plate structure, the COP of the opening size of 10-90 nm is reduced, which significantly reduces the occurrence of ESF.

상기와 같이 질소 농도의 변화로 ESF 발생이 감소되는 것은, 단결정 기판의 표면에서 오픈된 COP의 개구부 사이즈가, 상대적으로 높은 질소 농도에 비해 낮은 질소 농도에서 커지면서 격자 미스핏의 발생이 줄어들었기 때문이다. 질소 농도를 1×1012 미만으로 줄였을 경우에는 COP의 모폴로지가 완전한 팔면체(Octahedral)의 구조를 가지게 되지만, BMD 밀도가 1×108 ea/㎤ 이하로 형성이 되어 게터링 효과를 충분히 얻을 수 없는 단점이 있다.As described above, the generation of ESF is reduced due to the change in nitrogen concentration because the opening size of the COP opened on the surface of the single crystal substrate is increased at a low nitrogen concentration compared to the relatively high nitrogen concentration, thereby reducing the occurrence of lattice misfit. . When the nitrogen concentration is reduced to less than 1 × 10 12 , the COP morphology has a perfect octahedral structure, but the BMD density is formed below 1 × 10 8 ea / cm 3, so that the gettering effect can be sufficiently obtained. There are no drawbacks.

EPI 웨이퍼 내에 충분한 BMD를 확보하기 위해 단결정 기판에는 질소와 함께 탄소가 코도핑되는 것이 바람직하다. 탄소의 코도핑 시 COP 모폴로지를 변형시키지 않으면서 P(-) 또는 P(+) 결정에 충분한 BMD를 확보할 수 있다. 또한, 탄소는, 질소의 도핑에 의해 웨이퍼의 에지(Edge) 영역에서 OiSF(Oxidation induced Stacking Fault)가 발생하는 것을 상쇄시키는 작용을 하게 된다.In order to ensure sufficient BMD in the EPI wafer, the single crystal substrate is preferably co-doped with nitrogen with carbon. Enough BMD for P (-) or P (+) crystals can be obtained without modifying the COP morphology upon co-doping of carbon. In addition, carbon serves to counteract the occurrence of Oxidation induced Stacking Fault (OiSF) in the edge region of the wafer due to the doping of nitrogen.

도 5는 탄소의 농도가 상대적으로 저농도인 경우(a)와 고농도인 경우(b)의 COP 모폴로지를 보여준다. 도 5를 참조하면, 탄소의 농도를 저농도로부터 고농도로 변화시키더라도 COP 모폴로지는 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조로 유지됨을 확인할 수 있다. 이러한 효과는 질소의 농도가 2×1012atoms/㎤ 이상이고, 상기 탄소의 농도가 0.5ppma 이하인 경우에 현저히 나타난다.Figure 5 shows the COP morphology in the case where the concentration of carbon is relatively low (a) and high (b). Referring to FIG. 5, even when the concentration of carbon is changed from low to high concentrations, the COP morphology may be maintained in an octahedral or overlapped plate structure. This effect is remarkable when the concentration of nitrogen is 2 × 10 12 atoms / cm 3 or more and the concentration of carbon is 0.5 ppma or less.

상기와 같은 구성을 갖는 EPI 웨이퍼는 쵸크랄스키(Cz)법에 따라 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨 후 슬라이싱(Slicing) 등 후속 공정을 진행하여 실리콘 단결정 웨이퍼를 제작하고, 실리콘 단결정 웨이퍼의 프런트면 위에 EPI 층을 성장시키는 공정을 통하여 제조된다.In the EPI wafer having the above-described configuration, a silicon single crystal ingot is grown according to Czochralski (Cz) method, followed by a slicing process to manufacture a silicon single crystal wafer, and the EPI wafer is formed on the front surface of the silicon single crystal wafer. It is prepared through the process of growing a layer.

실리콘 단결정 잉곳 성장공정에서는 석영 도가니에 적재된 다결정 실리콘 원료를 용융시켜서 P-타입의 실리콘 멜트를 만들고, 단결정 시드를 실리콘 멜트에 담근 상태에서 시드를 회전시키면서 상부로 서서히 인상하여 고액계면을 통해 단결정을 성장시킨다.In the silicon single crystal ingot growth process, P-type silicon melt is melted by melting polycrystalline silicon raw material loaded in a quartz crucible, and the single crystal seed is slowly pulled upward while rotating the seed while the single crystal seed is soaked in the silicon melt to obtain the single crystal through the solid-liquid interface. To grow.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장공정에서는 단결정의 COP 모폴로지를 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조로 제어하기 위해 실리콘 융액 내에 질소 또는 질소/탄소를 첨가한다. 이 때 질소는 1×1012~ 5×1013atoms/㎤ 의 농도 범위를 유지하도록 실시하는 것이 바람직하며, 질소와 함께 탄소를 첨가하는 경우에는 질소의 농도를 2×1012atoms/㎤ 이상으로, 탄소의 농도는 0.5ppma 이하로 유지하는 것이 바람직하다.In a silicon single crystal ingot growth process according to a preferred embodiment of the present invention, nitrogen or nitrogen / carbon is added to the silicon melt in order to control a single crystal COP morphology into an octahedral or overlapped plate structure. At this time, it is preferable to carry out nitrogen so that it may maintain the concentration range of 1 * 10 <12> -5 * 10 <13> atoms / cm <3>, and when adding carbon together with nitrogen, the density | concentration of nitrogen shall be 2 * 10 <12> atoms / cm <3> or more. It is preferable to maintain the concentration of carbon at 0.5 ppm or less.

상기와 같은 과정을 통해 제조된 실리콘 단결정 잉곳은 질소의 도핑에 의해 금속 원소에 의한 오염을 방지하기 위한 게터링 사이트로 작용하는 BMD가 형성되고, COP의 모폴로지가 겹쳐진 판상(Kite) 구조, 보다 바람직하게는 팔면체(Octahedral) 구조를 이루게 되어 ESF의 밀도가 0.007ea/㎠ 이하로 유지될 수 있다.The silicon single crystal ingot manufactured through the above process has a BMD formed as a gettering site for preventing contamination by metal elements by doping with nitrogen, and a KP structure in which the morphology of COP is overlapped, more preferably. For example, the octahedral structure may be maintained, and the density of the ESF may be maintained at 0.007ea / cm 2 or less.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached to this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention includes matters described in such drawings. It should not be construed as limited to.

도 1은 일반적인 EPI 웨이퍼의 구조를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing the structure of a typical EPI wafer;

도 2는 벌크 내에 질소가 도핑되지 않은 웨이퍼와 질소가 도핑된 웨이퍼에 대한 EPI층 성장구조를 도시한 모식도,FIG. 2 is a schematic diagram showing an EPI layer growth structure for a wafer doped with nitrogen and a wafer doped with nitrogen in a bulk; FIG.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 EPI 웨이퍼의 벌크 내부의 COP 형상을 제어한 전후의 상태를 보여주는 SEM 사진,Figure 3 is a SEM photograph showing the state before and after controlling the COP shape inside the bulk of the EPI wafer according to a preferred embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 COP 형상을 제어한 이후의 ESF 발생을 관찰한 매직스(Magics) 이미지,4 is a Magics image for observing the generation of ESF after controlling the COP shape according to a preferred embodiment of the present invention,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 탄소를 코도핑했을 때의 COP 형상을 보여주는 SEM 사진이다.5 is a SEM photograph showing the shape of the COP when carbon is co-doped in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명><Description of Major Reference Marks in Drawings>

1: COP 2: EPI 층1: COP 2: EPI layer

3: 격자 미스핏 4: ESF3: lattice misfit 4: ESF

10: 백사이드 20: 벌크10: backside 20: bulk

30: 프런트사이드 40: 활성층30: front side 40: active layer

Claims (14)

단결정 기판과 상기 단결정 기판 위에 성장된 EPI 층을 포함하는 EPI 웨이퍼에 있어서,An EPI wafer comprising a single crystal substrate and an EPI layer grown on the single crystal substrate, 상기 단결정 기판에는 질소가 도핑되고, 상기 단결정 기판에 존재하는 결정결함의 모폴로지가 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조인 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼.The single crystal substrate is doped with nitrogen, EPI wafer, characterized in that the morphology of crystal defects present in the single crystal substrate is octahedral or stacked plate (Kite) structure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질소의 농도가 1×1012~ 5×1013atoms/㎤ 인 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼.EPI wafer, characterized in that the concentration of nitrogen is 1 × 10 12 ~ 5 × 10 13 atoms / cm 3. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질소와 함께 탄소가 코도핑된 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼.EPI wafer characterized in that the carbon is co-doped with the nitrogen. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 질소의 농도가 2×1012atoms/㎤ 이상이고, 상기 탄소의 농도가 0.5ppma 이하인 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼.The concentration of said nitrogen is 2 * 10 <12> atoms / cm <3> or more, and the density | concentration of the said carbon is 0.5 ppma or less, EPI wafer. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 단결정 기판은 P(-) 또는 P(+) 결정인 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼.Wherein said single crystal substrate is a P (-) or P (+) crystal. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,6. The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 EPI 층의 표면에서 관찰되는 ESF의 밀도가 0.007ea/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼.EPI wafer, characterized in that the density of the ESF observed on the surface of the EPI layer is 0.007ea / ㎠ or less. 쵸크랄스키(Cz)법에 의해 성장된 실리콘 단결정 잉곳에 있어서,In the silicon single crystal ingot grown by Czochralski (Cz) method, 단결정 내부에 질소가 도핑되고, 상기 단결정 내부에 존재하는 결정결함의 모폴로지가 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조인 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼용 실리콘 단결정 잉곳.A silicon single crystal ingot for an EPI wafer, wherein nitrogen is doped into a single crystal and the morphology of crystal defects present in the single crystal is octahedral or overlapped plate structure. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 질소의 농도가 1×1012~ 5×1013atoms/㎤ 인 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼용 실리콘 단결정 잉곳.A silicon single crystal ingot for an EPI wafer, wherein the nitrogen concentration is 1 × 10 12 to 5 × 10 13 atoms / cm 3. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 질소와 함께 탄소가 코도핑된 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼용 실리콘 단결정 잉곳.A single crystal silicon ingot for an EPI wafer, wherein the carbon is co-doped with the nitrogen. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 질소의 농도가 2×1012atoms/㎤ 이상이고, 상기 탄소의 농도가 0.5ppma 이하인 것을 특징으로 하는 EPI 웨이퍼용 실리콘 단결정 잉곳.A silicon single crystal ingot for an EPI wafer, wherein the concentration of nitrogen is 2 × 10 12 atoms / cm 3 or more and the concentration of carbon is 0.5 ppma or less. 석영 도가니에 담긴 다결정 실리콘을 용융시켜 실리콘 멜트를 형성하고, 실리콘 멜트에 단결정 시드를 담근 후 상부로 서서히 인상하여 고액계면을 통해 단결정 잉곳을 성장시키는 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the silicon single crystal ingot by the Czochralski method to melt the polycrystalline silicon contained in the quartz crucible to form a silicon melt, immerse the single crystal seed in the silicon melt, and then slowly raise it to the top to grow the single crystal ingot through the solid-liquid interface. In 상기 실리콘 멜트에 질소를 첨가하는 공정을 포함하고,Adding nitrogen to the silicon melt; 결정결함의 모폴로지가 팔면체(Octahedral) 또는 겹쳐진 판상(Kite) 구조를 갖는 단결정이 얻어지도록 상기 질소의 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법.A method for producing a silicon single crystal ingot, characterized in that the concentration of the nitrogen is adjusted so that a single crystal having an octahedral or superimposed Kite structure is obtained. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 질소의 농도를 1×1012~ 5×1013atoms/㎤ 의 범위에서 설정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법.A method for producing a silicon single crystal ingot, wherein the concentration of nitrogen is set in the range of 1 × 10 12 to 5 × 10 13 atoms / cm 3. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 질소와 함께 탄소를 코도핑하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉 곳의 제조방법.A method for producing a silicon single crystal ingot, characterized in that the carbon is co-doped with the nitrogen. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 질소의 농도를 2×1012atoms/㎤ 이상으로 설정하고, 상기 탄소의 농도는 0.5ppma 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법.The concentration of said nitrogen is set to 2 * 10 <12> atoms / cm <3> or more, and the said carbon concentration is set to 0.5 ppma or less, The manufacturing method of the silicon single crystal ingot.
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