KR20150081741A - 에피텍셜 웨이퍼 및 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법 - Google Patents

에피텍셜 웨이퍼 및 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법 Download PDF

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Abstract

실시 예의 에피텍셜 웨이퍼는, 웨이퍼 및 웨이퍼 위에 에피텍셜층을 포함하고, 반경 방향으로 산소 석출물 밀도를 로그 변환한 값의 표준 편차는 0 보다 크고 0.1 개/㎤ 이하이다.

Description

에피텍셜 웨이퍼 및 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법{Epitaxial wafer and method for manufacturing the wafer for epitaxis}
실시 예는 에피텍셜 웨이퍼 및 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로서, 플로우팅존(FZ:Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의거하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.
CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 흑연 발열체를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 씨드(seed) 결정을 침지시키고, 용융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 씨드 결정을 회전하면서 인상시킴으로서 단결정 실리콘 잉곳이 육성된다. 이후, 육성된 단결정 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing), 에칭(etching) 및 연마(polishing)하여 웨이퍼 형태로 만든다.
도 1은 에피텍셜 웨이퍼의 단면도를 나타낸다.
에피텍셜 웨이퍼란, 전술한 바와 같이 만들어진 웨이퍼(10) 위에 에피텍셜층(20)이 성장된 결과물을 의미한다. 이 경우, 웨이퍼(10)의 게더링 능력(gettering ability)인 산소 석출물(BMD:Bulk Micro Defect) 밀도가 중요하다. 특히, 웨이퍼(10) 위에 고온으로 에피텍셜 공정을 수행하여 에피텍셜층(20)을 성장한 이후에도, 안정적인 BMD 밀도의 확보가 요구된다. BMD 밀도는 일반적으로 1x 108 ~ 1x1010 개/㎤ 의 높은 수준이며, 일반적으로 에피텍셜 웨이퍼의 중심(Center)과, 가장 자리(Edge)와, 중심과 가장 가장의 중간(R/2)에서 측정된다.
기존의 경우 BMD 밀도의 수준만을 중시하였기 때문에, BMD의 보증은 에피텍셜 웨이퍼의 중심(Center)과, 가장 자리(edge)와, 중간(R/2)에서 측정된 BMD 밀도만으로도 충분하였다. 그러나, 디자인 룰(Design rule)의 미세화로 인해 에피텍셜 웨이퍼 내의 위치별 BMD 밀도 차이가 중요하게 대두되고 있다.
기존의 에피텍셜 웨이퍼는 반경 방향으로의 BMD 밀도의 표준 편차가 매우 크다.
도 2는 기존의 4개의 에피텍셜 웨이퍼(Ref.1, Ref.2, Ref.3, Ref.4)의 BMD 밀도의 산포를 나타내는 그래프로서, 횡축은 에피텍셜 웨이퍼의 반경 위치를 나타내고, 종축은 BMD 밀도를 각각 나타낸다. 횡축에서 '0'인 지점은 에피텍셜 웨이퍼의 중심에 해당한다.
도 3은 기존의 4개의 에피텍셜 웨이퍼(Ref.1, Ref.2, Ref.3, Ref.4)의 반경 방향으로의 BMD 밀도를 나타내는 박스(box) 그래프로서, 종축은 BMD 밀도를 나타낸다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 조건에서 성장된 단결정 실리콘 잉곳으로부터 얻어진 기존의 4장의 에피텍셜 웨이퍼(Ref.1, Ref.2, Ref.3, Ref.4)의 BMD 밀도를 살펴보면, 에피텍셜 웨이퍼의 중심 대비 가장 자리에서 BMD 밀도가 낮았으며, 그 표준 편차는 0.2 개/㎤ 이상이다.
이와 같이, 에피텍셜 웨이퍼의 가장 자리에서 BMD 밀도가 낮은 이유는 에피텍셜용 웨이퍼의 가장 자리의 초기 산소 농도(Oi)의 수준이 중심 대비 낮기 때문이다. 에피텍셜용 웨이퍼를 제조하기 위한 단결정 성장시에 단결정의 가장 자리에서의 온도 구배(Ge)가 중심에서의 온도 구배(Gc) 대비 상대적으로 높아 산소 석출 핵 형성 온도 대역 대의 거주 시간(dwelling time)이 짧기 때문이었다.
전술한 바와 같이, 기존의 에피텍셜 웨이퍼는 반경 방향으로의 BMD 밀도의 표준 편차가 크기 때문에, 이후 에피텍셜 웨이퍼를 이용한 반도체 소자(device)의 제조 공정에서 동일 웨이퍼 내에서의 품질과 수율 차이를 발생하게 되는 주요 원인을 제공하여 이의 개선이 요구되고 있다.
실시 예는 반경 방향으로의 매우 적은 산소 석출물 밀도의 표준 편차를 갖는 에피텍셜 웨이퍼 및 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법을 제공한다.
실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼는 웨이퍼; 및 상기 웨이퍼 위에 에피텍셜층을 포함하고, 상기 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로 산소 석출물 밀도를 로그 변환한 값의 표준 편차는 0 보다 크고 0.1 개/㎤ 이하일 수 있다.
상기 표준 편차는 상기 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로 일정한 간격으로 측정된 상기 산소 석출물의 밀도에 대한 값일 수 있다. 여기서, 상기 일정한 간격은 10 ㎜일 수 있다.
상기 산소 석출물 밀도는 상기 웨이퍼 위에 상기 에피텍셜층을 성장시킨 결과물을 소정 시간 동안 열 처리한 이후에 측정된 값일 수 있다. 상기 열처리는 800 ℃에서 4시간 1000 ℃에서 16시간 동안 수행될 수 있다.
또한, 실리콘 용융액을 수용하는 도가니 및 상기 도가니에 자기장을 인가하는 자기장 인가부를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치에서 성장된 단결정 실리콘 잉곳으로부터 얻은 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법은, 상기 실리콘 용융액의 상측과 하층의 층 분리를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 층 분리를 제거하는 단계는 상기 도가니에 인가되는 자기장의 최대 자기장 플랜(MGP)의 위치를 상기 실리콘 용융액 표면으로부터 상부 방향으로 +50 ㎜ 내지 +100 ㎜ 지점에 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법은, 상기 단결정 잉곳의 성장 계면의 직하부의 상기 실리콘 용융액의 유동을 최소화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 유동을 최소화시키는 단계는 상기 도가니에 인가되는 자기장의 세기를 2500 가우스(G) 내지 3500 G로 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법은, 상기 단결정 잉곳의 반경 방향으로의 산소 농도 차를 최소화시키고, 상기 단결정 잉곳의 반경 반향으로의 온도 구배를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 산소 농도 차를 최소화시키고 상기 온도 구배를 감소시키는 단계는 상기 실리콘 단결정 잉곳이 회전하는 속도를 10 rpm 내지 14 rpm으로 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 에피텍셜 웨이퍼 및 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법은 반경 방향으로의 로그 변환된 산소 석출물 밀도의 표준 편차가 0 보다 크고 0.1 개/㎤ 이하로서 매우 적고, 이로 인해 반경 방향으로의 게더링 효율이 동일하고, 추후 에피텍셜 웨이퍼를 이용한 반도체 소자의 제조 공정에서 동일 웨이퍼 내에서의 품질과 수율 차이를 발생시키지 않을 수 있다.
도 1은 에피텍셜 웨이퍼의 단면도를 나타낸다.
도 2는 기존의 4개의 에피텍셜 웨이퍼의 BMD 밀도의 산포를 나타내는 그래프이다.
도 3은 기존의 4개의 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로의 BMD 밀도를 나타내는 박스 그래프이다.
도 4a는 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼의 평면도를 나타내고, 도 4b는 도 4a에 도시된 부분을 절개한 부분 사시도를 나타낸다.
도 5는 실시 예에 의한 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 6은 실시 예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 MGP의 위치에 따른 실리콘 용융액의 대류를 전산 모사한 도면들이다.
도 8 (a) 및 (b)는 S/R의 증가에 따른 실리콘 용융액의 대류 및 초기 산소 농도를 각각 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼의 단면도는 도 1에 예시된 바와 같다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼는 웨이퍼(10) 및 에피텍셜층(20)을 포함한다. 에피텍셜층(20)은 에피텍셜 성장 공정에 의해 웨이퍼(10)의 상부에 예를 들어 2 ㎛ 내지 3 ㎛의 두께로 성장될 수 있다. 특히, 실시 예에 의하면, 웨이퍼(10)는 예를 들어 N(nitrogen)과 같은 도펀트에 의해 도핑된 p형 웨이퍼일 수 있다.
기존의 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로의 산소 석출물(BMD) 밀도의 표준 편차가 0.2 개/㎤ 이상인 반면, 본 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로의 산소 석출물 밀도의 표준 편차는 0 보다 크고 0.1 개/㎤ 이하이다. 여기서, BMD 밀도가 지수적으로 표현되므로, 전술한 기존과 실시 예에 의한 표준 편차는 BMD 밀도를 다음 수학식 1에 대입하여 로그 변환하고, 로그 변환된 값들에 대해 구한 것이다.
Figure pat00001
예를 들어, BMD 밀도가 1.1 x 109 개/㎤ 일 경우, 이를 수학식 1에 대입하면 로그 변환된 값은 9.041이 된다.
이하, 전술한 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로의 BMD 밀도의 표준 편차는 다음과 같이 측정된 값일 수 있다.
도 4a는 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼(100)의 평면도를 나타내고, 도 4b는 도 4a에 도시된 부분(110)을 절개한 부분 사시도를 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼(100)의 중앙(110)을 절개하여, 도 4b에 도시된 바와 같은 샘플을 얻는다. 도 4b에서, C는 에피텍셜 웨이퍼(100)의 중심을 나타내고, E는 에피텍셜 웨이퍼의 가장 자리를 나타낸다.
계속해서, 도 4b를 참조하면, 중심(C)을 x축 방향으로 절개한 후 화살표(120)로 표시한 y축 방향으로 일정한 간격(d)으로 계속해서 절개해 가면서 BMD 밀도를 측정한다. 이와 같이, 측정된 복수 개의 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로의 BMD 밀도들을 수학식 1에 대입하여 로그 변환된 값을 구하고, 그 로그 변환된 값에 대해 표준 편차를 산출할 경우 0 보다 크고 0.1 개/㎤ 이하가 된다. 여기서, 일정한 간격(d)은 10 ㎜일 수 있지만, 실시 예는 이러한 일정한 간격(d)의 크기에 국한되지 않는다. 예를 들어, 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼의 직경이 300 ㎜이고, 일정한 간격(d)이 10 ㎜일 경우, 총 16개의 위치에서 측정한 BMD 밀도의 로그 변환한 값에 대한 표준 편차가 0 보다 크고 0.1 개/㎤ 이하일 수 있다.
또한, 이러한 표준 편차를 얻기 위해, 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼에 대해 구한 산소 석출물 밀도는, 웨이퍼(10) 위에 에피텍셜층(20)을 성장시킨 결과물을 소정 시간 동안 열 처리한 이후에 측정된 값일 수 있다. 여기서, 열처리란, 예를 들어, 800 ℃에서 4시간 1000 ℃에서 16시간 동안 수행될 수 있다.
이하, 전술한 실시 예에 의한 표준 편차를 얻기 위해 에피텍셜 웨이퍼를 제조하는 실시 예에 의한 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 5는 실시 예에 의한 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼의 제조 방법에 의하면, 단결정 잉곳 성장 장치에서 성장된 단결정 실리콘 잉곳을 쏘잉(sawing)하여 웨이퍼(10)를 구하고, 웨이퍼(10) 상에 에피텍셜층(20)을 성장시킨다. 이때, 전술한 바와 같이 0 보다 크고 0.1 개/㎤ 이하의 표준 편차를 갖는 에피텍셜 웨이퍼를 제조하기 위해, 실시 예에 의한 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법은 다음과 같이 단결정 실리콘 잉곳을 성장시킬 때의 공정 조건들을 변화시킨다.
이러한 공정 조건의 변화를 설명하기에 앞서, 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치의 구성 및 동작을 도 6을 참조하여 설명하지만, 본 실시 예에 의한 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법은 도 6에 도시된 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치의 구성 및 동작에 국한되지 않는다.
도 6은 실시 예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치(300)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치(300)는 도가니(310), 지지축 구동부(316), 지지 회전축(318), 실리콘 용융액(320), 단결정 실리콘 잉곳(330), 종결정(332), 와이어 인상부(340), 인상 와이어(342), 열차폐 부재(350), 도가니(310)의 주위에 배치된 히터(360), 단열재(370), 자기장 인가부(380) 및 제어부(390)를 포함한다.
도 6을 참조하면, 본 실시 예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치(300)는 CZ 법에 의해 다음과 같이 단결정 실리콘 잉곳(330)을 육성할 수 있다.
먼저, 도가니(310) 내에 투입된 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점 온도 이상으로 히터(360)에 의해 가열하여, 실리콘 용융액(320)으로 변화시킨다. 이때, 실리콘 용융액(320)을 수용하는 도가니(310)는 안쪽이 석영(312)으로 되어 있고, 바깥 쪽이 흑연(314)으로 된 이중 구조를 갖는다.
이후, 인상부(340)는 제어부(390)의 제어 하에 인상 와이어(342)를 풀어 실리콘 용융액(320)의 표면의 대략 중심부에 종결정(332) 선단을 접촉 또는 침지시킨다. 이때, 시드 척(seed chuck)(미도시)을 이용하여 실리콘 종결정(332)을 유지시킬 수 있다.
이후, 제어부(390)의 제어 하에, 지지축 구동부(316)는 도가니(320)의 지지 회전축(318)을 화살표와 같은 방향으로 회전시킴과 동시에 인상부(340)는 인상 와이어(342)에 의해 잉곳(330)을 회전시키면서 인상하여 육성한다. 이때, 단결정 실리콘 잉곳(330)을 인상하는 속도(V)와 잉곳의 수직 및 수평 방향의 온도 구배(Gv, Gh)를 조절하여 원주 형상의 단결정 실리콘 잉곳(330)을 완성할 수 있다.
만일, 단결정 실리콘 잉곳(330)을 원하는 도전형으로 도핑시키고자 할 경우, 해당하는 도펀트를 실리콘 용융액(320)에 첨가할 수 있다.
열차폐 부재(350)는 단결정 실리콘 잉곳(330)과 도가니(310) 사이에 단결정 실리콘 잉곳(330)을 에워싸도록 배치되어, 단결정 실리콘 잉곳(330)으로부터 방사되는 열을 차단하는 역할을 한다.
단열재(370)에 의해 히터(360)와 열적으로 차단되는 자기장 인가부(380)는 도가니(310)에 자기장을 인가하는 역할을 한다.
전술한 구성을 갖는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치(300)에서 수행되는 실시 예에 의한 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법을 도 5를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 실리콘 용융액(320)의 상측과 하층의 층 분리를 제거한다(제210 단계). 이를 위해, 제어부(390)는 자기장 인가부(380)를 제어하여, 도가니(310)에 인가되는 자기장의 최대 자기장 플랜(MGP:Maximum Gauss Plane)의 위치를 실리콘 용융액(320) 표면(ML)으로부터 상부 방향으로 +50 ㎜ 내지 +100 ㎜ 지점에 위치시킨다. 여기서, MGP란, 자기장 인가부(380)로부터 발생되는 자기장의 수평 성분이 최대가 되는 부분을 의미한다. 실리콘 용융액(320)의 표면(ML)으로부터 상부 방향에 위치할 경우 MGP는 (+)값을 갖고 하부 방향에 위치할 경우 MGP는 (-)값을 갖는다.
도 7a 및 도 7b는 MGP의 위치에 따른 실리콘 용융액(320)의 대류를 전산 모사한 도면들이다.
도 7a를 참조하면 MGP를 실리콘 용융액(320)의 표면(ML)으로부터 하부 방향으로 -50 ㎜ 지점에 위치시킬 경우, 실리콘 용융액(320) 내에서 상측과 하층의 플로우(flow)가 상이하여 층 분리가 일어남을 알 수 있다. 이와 같이, 층 분리가 일어날 경우, 고농도의 산소를 함유하는 실리콘 용융액(320)으로부터 산소가 단결정 실리콘 잉곳(330)에 불균일하게 유입되어 단결정 실리콘 잉곳(330)의 반경 방향으로 BMD 밀도가 균일하지 않게 된다.
그러나, MGP를 실리콘 용융액(320)의 표면(ML)으로부터 상부 방향으로 +100 ㎜ 지점에 위치시킬 경우, 도 7b에 도시된 바와 같이, 실리콘 용융액(320)의 상측과 하층의 층 분리가 제거될 수 있다. 따라서, 단결정 실리콘 잉곳(330)의 반경 방향으로 BMD 밀도가 균일해 질 수 있다.
제210 단계 후에, 단결정 실리콘 잉곳(330)의 성장 계면의 직하부의 실리콘 용융액(320)의 유동을 최소화시킨다(제220 단계). 이를 위해, 제어부(390)는 자기장 인가부(380)를 제어하여 도가니(310)에 인가되는 자기장의 세기를 2500 가우스(G) 내지 3500 G로 조정할 수 있다.
제210 단계에서와 같이 MGP가 실리콘 용융액(320) 표면(ML)으로부터 상부 방향으로 +50 ㎜ 내지 +100 ㎜ 지점에 위치된 상태에서 자기장의 세기가 2500 G 내지 3500 G로 조정될 경우, 단결정 실리콘 잉곳(330)의 성장 계면의 직하부의 실리콘 용융액(320)의 유동이 최소화되어, 추후 웨이퍼(10)의 반경 방향으로의 BMD 밀도의 표준 편차가 더욱 감소할 수 있다.
제220 단계 후에, 단결정 실리콘 잉곳(330)의 반경 방향으로의 산소 농도 차를 최소화시키고, 단결정 실리콘 잉곳(330)의 반경 반향으로의 온도 구배(Gh)를 감소시킨다(제230 단계). 이를 위해, 제어부(390)는 와이어 인상부(340)를 제어하여 단결정 실리콘 잉곳(330)이 회전하는 속도(S/R:Seed Rotation)를 10 rpm 내지 14 rpm으로 조정한다. 만일, S/R이 10 rpm보다 작다면 산소 농도의 차의 최소화가 미미할 수 있고, 반경 방향으로의 온도 구배(Gh)의 감소가 미미할 수 있다. 또한, S/R이 14 rpm보다 크다면 단결정 실리콘 잉곳(330)의 직경이 이상 성장할 수도 있다. 따라서, S/R은 전술한 10 rpm 내지 14 rpm의 범위 내에서 결정될 수 있다.
일반적으로 에피텍셜 웨이퍼의 가장 자리(E)의 BMD 밀도가 중심에 대비하여 낮은 것은 가장 자리(E)의 초기 산소 농도의 수준이 중심(C)에 대비하여 낮기 때문이다. 또한, 가장 자리(E)의 반경 방향의 온도 구배(Ge)가 중심(C)에서의 온도 구배(Gc) 대비 상대적으로 높기 때문이다.
도 8 (a) 및 (b)는 S/R의 증가에 따른 실리콘 용융액(320)의 대류 및 초기 산소 농도를 각각 나타내는 도면이다. 여기서, P=0은 도가니(310)의 중심을 나타낸다.
도 8 (a) 및 (b)를 참조하면, 제1 S/R로부터 제5 S/R로 S/R을 증가시킬 수록 가장 자리의 산소 농도가 높아지기 때문에, 다음 수학식 2와 같이 표현되는 초기 산소 농도 차(a1 ~ a5)는 감소해 감을 알 수 있다. 초기 산소 농도 차(ΔOi)의 대소는 a2 > a3 > a1 > a4 > a5과 같을 수 있다.
Figure pat00002
여기서, ΔOi는 초기 산소 농도 차를 나타내고, OiC는 단결정 실리콘 잉곳(330) 직하부의 중심에서의 초기 산소 농도를 나타내고, OiE는 단결정 실리콘 잉곳(330) 직하부의 가장 자리에서의 초기 산소 농도를 나타낸다.
전술한 바와 같이 S/R을 10 rpm 내지 14 rpm의 범위 내로 조정할 경우, 초기 산소 농도 차(ΔOi)는 예를 들어 0.234 ppma까지 감소할 수 있다.
한편, 전술한 실시 예에 의한 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법에서, 제210 단계가 수행된 후, 제220 단계가 수행되고, 제220 단계가 수행된 후 제230 단계가 수행되는 것을 설명하였지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면 제210 내지 제230 단계는 순서에 관계없이 수행될 수도 있고 동시에 수행될 수도 있다.
이하, 기존 및 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로의 로그 변환된 BMD 밀도의 표준 편차를 다음과 같이 비교하여 살펴본다. 이를 위해, 표준 편차는 도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 같이 에피텍셜 웨이퍼를 절단한 후 일정 간격으로 계속해서 절단해 가면서 에칭(etching) BMD법으로 측정되었다.
기존에 에피텍셜 웨이퍼를 위한 단결정 실리콘 잉곳을 S/R이 10 rpm이고, MGP가 -50 ㎜이고, 자기장의 세기가 1500G인 공정 조건에서 성장하였고, 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼를 위한 단결정 실리콘 잉곳을 S/R이 10 rpm이고, MGP가 +50 ㎜이고, 자기장의 세기가 1500G인 공정 조건에서 성장하였다. 즉, MGP만을 달리 하여 성장시킨 단결정 실리콘 잉곳을 쏘잉하여 얻어진 에피텍셜 웨이퍼의 기존과 실시 예의 반경 방향으로의 로그 변환된 BMD 밀도의 표준 편차를 살펴보면 다음 표 1과 같다.
POSITION 기존 BMD
밀도
(개/㎤)		 기존 BMD 밀도를 로그 변환한 값 실시 예 1의 BMD 밀도
(개/㎤)		 실시 예 1의 BMD 밀도의 로그 변환값 실시 예 2의 BMD 밀도
(개/㎤)		 실시 예 2의 BMD 밀도의 로그 변환값
CENTER 6.18E+09 9.79 1.32E+09 9.12 7.82E+08 8.89
10 6.02E+09 9.78 1.56E+09 9.19 9.35E+08 8.97
20 5.25E+09 9.72 1.46E+09 9.16 8.91E+08 8.95
30 7.43E+09 9.87 1.87E+09 9.27 2.26E+09 9.35
40 4.09E+09 9.61 4.53E+09 9.66 1.45E+09 9.16
50 4.17E+09 9.62 3.79E+09 9.58 4.15E+09 9.62
60 2.89E+09 9.46 1.81E+09 9.26 4.12E+09 9.61
70 3.30E+09 9.52 2.53E+09 9.40 1.98E+09 9.30
80 1.86E+09 9.27 3.83E+09 9.58 1.52E+09 9.18
90 3.25E+09 9.51 1.34E+09 9.13 2.86E+09 9.46
100 1.62E+09 9.21 2.47E+09 9.39 2.36E+09 9.37
110 3.50E+09 9.54 2.03E+09 9.31 2.48E+09 9.39
120 1.12E+09 9.05 1.34E+09 9.13 1.96E+09 9.29
130 1.50E+09 9.18 1.46E+09 9.16 1.24E+09 9.09
140 1.00E+09 9.00 6.41E+08 8.81 5.54E+08 8.74
145 5.22E+09 8.72 9.46E+08 8.98 1.30E+09 9.12
AVG 3.36E+0.9 2.06E+09 1.93E+09
STDEV 0.327 0.226 0.252
여기서, AVG는 평균을 나타내고, STDEV는 표준 편차를 의미하고, POSITION은 에피텍셜 웨이퍼의 중심(CENTER)으로부터의 거리를 10 ㎜ 간격으로 나타내고 실시 예 1과 실시 예 2는 동일한 공정 조건에서 육성된 단결정 실리콘 잉곳을 쏘잉하여 얻어진 2개의 에피텍셜 웨이퍼에 대해 측정한 값들이다. 표 1의 결과에서, 웨이퍼(10) 위에 에피텍셜층(20)을 성장시킨 결과물을 800 ℃에서 4시간 1000 ℃에서 16시간 동안 열처리한 후에 BMD 밀도가 측정되었다.
표 1을 참조하면 종래의 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로의 로그 변환된 BMD 밀도의 표준 편차는 0.327인 반면, MGP만을 변경하여 제조된 실시예에 의한 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로의 로그 변환된 BMD 밀도의 표준 편차는 0.226 또는 0.252로서 기존보다 크게 줄어 들었음을 알 수 있다.
또한, S/R과 자기장의 세기를 모두 변화시킨 후에 성장된 단결정 실리콘 잉곳으로부터 얻어진 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼의 표준 편차를 다음과 같이 살펴본다.
다음 표 2에서, S/R이 11 rpm이고, MGP가 +50 ㎜이고, 자기장의 세기가 1500G인 동일한 공정 조건에서 성장된 단결정 실리콘 잉곳을 쏘잉하여 얻어진 2장의 에피텍셜 웨이퍼에 대한 반경 방향으로의 로그 변환된 BMD 밀도의 표준 편차를 실시 예 3 및 4라고 하고, S/R이 11 rpm이고, MGP가 +50 ㎜이고, 자기장의 세기가 3000G인 공정 조건에서 성장된 단결정 실리콘 잉곳으로부터 얻어진 한 장의 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로의 로그 변환된 BMD 밀도의 표준 편차를 실시 예 5라고 하자.
POSITION 실시 예 3의 BMD 밀도
(개/㎤)		 실시 예 3의 BMD 밀도의 로그 변환값 실시 예 4의 BMD 밀도
(개/㎤)		 실시 예 4의 BMD 밀도의 로그 변환값 실시 예 5의 BMD 밀도
(개/㎤)		 실시 예 5의 BMD 밀도의 로그 변환값
CENTER 7.75E+08 8.89 1.02E+09 9.01 7.75E+08 8.89
10 8.30E+08 8.92 1.14E+09 9.06 8.30E+08 8.92
20 1.01E+09 9.00 1.36E+09 9.13 1.01E+09 9.00
30 1.06E+09 9.03 6.65E+08 8.82 1.06E+09 9.03
40 7.90E+08 8.90 9.25E+08 8.97 7.90E+08 8.90
50 8.45E+08 8.93 1.01E+09 9.00 8.45E+08 8.93
60 7.50E+08 8.88 1.06E+09 9.03 7.50E+08 8.88
70 6.80E+08 8.83 7.50E+08 8.88 6.80E+08 8.83
80 8.30E+08 8.92 7.05E+08 8.85 8.30E+08 8.92
90 9.00E+08 8.95 6.80E+08 8.83 9.00E+08 8.95
100 1.01E+09 9.00 1.08E+09 9.03 1.01E+09 9.00
110 3.21E+09 9.51 1.02E+09 9.01 1.21E+09 9.08
120 7.75E+08 8.89 1.40E+09 9.15 7.75E+08 8.89
130 1.05E+09 9.02 4.90E+08 8.69 1.05E+09 9.02
140 9.25E+08 8.97 4.08E+08 8.61 9.25E+08 8.97
145 9.80E+08 8.99 7.35E+08 8.87 9.80E+08 8.99
AVG 1.03E+09 9.02E+08 9.00E+08
STDEV 0.152 0.150 0.067
표 2를 참조하면, 실시 예에 의한 표준 편차는 0.067까지 더 감소될 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 웨이퍼 20: 에피텍셜층
100: 에피텍셜 웨이퍼 300: 단결정 잉곳 성장 장치
310: 도가니 316: 지지축 구동부
318: 지지 회전축 320: 실리콘 용융액
330: 단결정 잉곳 ` 332: 종결정
340: 와이어 인상부 342: 인상 와이어
350: 열차폐 부재 360: 히터
370: 단열재 380: 자기장 인가부
390: 제어부

Claims (11)

  1. 웨이퍼; 및
    상기 웨이퍼 위에 에피텍셜층을 포함하고,
    반경 방향으로 산소 석출물 밀도를 로그 변환한 값의 표준 편차는 0 보다 크고 0.1 개/㎤ 이하인 에피텍셜 웨이퍼.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 표준 편차는
    상기 에피텍셜 웨이퍼의 반경 방향으로 일정한 간격으로 측정된 상기 산소 석출물의 밀도에 대한 값인 에피텍셜 웨이퍼.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 일정한 간격은 10 ㎜인 에피텍셜 웨이퍼.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 산소 석출물 밀도는 상기 웨이퍼 위에 상기 에피텍셜층을 성장시킨 결과물을 소정 시간 동안 열 처리한 이후에 측정된 값인 에피텍셜 웨이퍼.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 열처리는 800 ℃에서 4시간 1000 ℃에서 16시간 동안 수행되는 에피텍셜 웨이퍼.
  6. 실리콘 용융액을 수용하는 도가니 및 상기 도가니에 자기장을 인가하는 자기장 인가부를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치에서 성장된 단결정 실리콘 잉곳으로부터 얻은 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법에 있어서,
    상기 실리콘 용융액의 상측과 하층의 층 분리를 제거하는 단계를 포함하는 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 층 분리를 제거하는 단계는
    상기 도가니에 인가되는 자기장의 최대 자기장 플랜(MGP)의 위치를 상기 실리콘 용융액 표면으로부터 상부 방향으로 +50 ㎜ 내지 +100 ㎜ 지점에 위치시키는 단계를 포함하는 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 단결정 잉곳의 성장 계면의 직하부의 상기 실리콘 용융액의 유동을 최소화시키는 단계를 더 포함하는 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 유동을 최소화시키는 단계는
    상기 도가니에 인가되는 자기장의 세기를 2500 가우스(G) 내지 3500 G로 조정하는 단계를 포함하는 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법.
  10. 제6 항 또는 제8 항에 있어서, 상기 단결정 잉곳의 반경 방향으로의 산소 농도 차를 최소화시키고, 상기 단결정 잉곳의 반경 반향으로의 온도 구배를 감소시키는 단계를 더 포함하는 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 산소 농도 차를 최소화시키고 상기 온도 구배를 감소시키는 단계는
    상기 실리콘 단결정 잉곳이 회전하는 속도를 10 rpm 내지 14 rpm으로 조정하는 단계를 포함하는 에피텍셜용 웨이퍼 제조 방법.
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