KR20160097200A - 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 입자선의 조사에 의해 실리콘 단결정 기판 중에 생성된 결함 농도를 평가하는 방법으로서, 상기 실리콘 단결정 기판의 저항률을 측정한 후, 이 실리콘 단결정 기판에 상기 입자선을 조사하고, 이 조사 후, 상기 실리콘 단결정 기판의 저항률을 재차 측정하고, 상기 입자선의 조사 전후의 저항률의 측정 결과로부터, 조사 전후에 있어서의 실리콘 단결정 기판 중의 캐리어 농도를 각각 구하여 캐리어 농도의 변화율을 산출하고, 이 캐리어 농도의 변화율로부터, 상기 입자선의 조사에 의해 상기 실리콘 단결정 기판 중에 생성되고, 실리콘 원자 공공(空孔)으로 이루어진 VV 결함의 농도를 평가하는 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법을 제공한다. 이에 따라, 입자선의 조사에 의해 실리콘 단결정 기판 중에 생성된 VV 결함의 농도를 간이하게 평가할 수 있는 방법이 제공된다.

Description

실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법{DEFECT DENSITY EVALUATION METHOD FOR SILICON SINGLE-CRYSTAL SUBSTRATE}
본 발명은, 전자나 이온 등으로 이루어진 입자선의 조사에 의해 실리콘 단결정 기판 중에 도입된 결정 결함의 농도의 평가 방법에 관한 것이다.
PN 다이오드나 IGBT 등의 반도체 디바이스의 제조 과정에서, 캐리어 라이프타임을 제어하기 위하여 전자선이나 프로톤 혹은 헬륨 이온과 같은 다양한 입자선의 조사가 행해지는 경우가 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 프로톤을 조사함으로써 PN 접합 계면의 부근에 결정 결함을 형성한 PN 다이오드가 개시되어 있다. 입자선을 조사함으로써 실리콘 결정 중에 결정 결함이 도입되고, 이에 따라 캐리어 라이프 타임이 저하된다. 조사량을 제어함으로써 원하는 라이프 타임을 얻을 수 있다.
입자선의 조사로 실리콘 단결정 중에 결함이 생기는 과정은 이하와 같다. 우선, 입자선이 조사되면, 결정을 구성하는 실리콘 원자가 격자 위치로부터 튀어나와, 격자간 실리콘(I)과 단원자 공공(空孔)(V)이 생성된다. 이 격자간 실리콘-단원자 공공의 쌍을 프렌켈 페어라고 한다.
격자간 실리콘의 일부는 격자 위치에 존재하는 탄소 원자(Cs)와 교체되고, 격자간 탄소(Ci)가 생성된다. 이 격자간 탄소는 불안정하므로, 격자간 산소 혹은 다른 치환형 탄소와 결합되어, 각각 CiOi, CiCs와 같은 복합형 결함을 형성한다. 남은 격자간 실리콘은, 다른 격자간 실리콘과 응집하여 클러스터를 만들거나, 그대로의 형태로 결정 중에 남거나, 단원자 공공과 재결합하여 소멸되는 것 중 하나가 될 것으로 생각된다.
격자간 탄소에 기인하는 CiOi, CiCs와 같은 결함은 포토루미네선스(PL)나 캐소드루미네선스(CL)에 의해 검출되고, 결정 중의 산소 농도나 탄소 농도에 영향을 받는 것이 알려져 있다(비특허문헌 1).
한편, 프렌켈 페어 중의 단원자 공공은, 다른 단원자 공공과 소정의 위치관계를 취하면 안정된 상태가 되고, 대부분이 2개의 실리콘 원자 공공으로 이루어진 VV 결함을 형성한다고 생각된다. 이 결함은 전자 스핀 공명(ESR) 분석에 의해 평가되는 예가 있다(비특허문헌 2).
일본특허공개 H8-102545호 공보
M. Nakamura et al., J. Elentrochem. Soc., Vol.141, No.12, 3576 (1994) 조사 손상 Ishino, Shiori, 도쿄 대학 출판회(1979) p178-183
전술한 바와 같이, 조사에 의한 결정 결함은 캐리어 트랩이 되어, 라이프타임을 낮추는 역할을 한다. 파워 디바이스 등에서는 라이프타임을 적절한 값으로 하기 위하여 이들의 양을 제어할 필요가 있는데, CL 등의 평가 방법인 정도의 정량이 가능한 탄소 관련 결함에 비해, VV 결함은 생성량을 정량 평가하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 입자선의 조사에 의해 실리콘 단결정 기판 중에 생성된 VV 결함의 농도를 간이하게 평가할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 입자선의 조사에 의해 실리콘 단결정 기판 중에 생성된 결함 농도를 평가하는 방법으로서, 상기 실리콘 단결정 기판의 저항률을 측정한 후, 이 실리콘 단결정 기판에 상기 입자선을 조사하고, 이 조사 후, 상기 실리콘 단결정 기판의 저항률을 재차 측정하고, 상기 입자선의 조사 전후의 저항률의 측정 결과로부터, 조사 전후에 있어서의 실리콘 단결정 기판 중의 캐리어 농도를 각각 구하여 캐리어 농도의 변화율을 산출하고, 이 캐리어 농도의 변화율로부터, 상기 입자선의 조사에 의해 상기 실리콘 단결정 기판 중에 생성되고, 실리콘 원자 공공으로 이루어진 VV 결함의 농도를 평가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법을 제공한다.
이와 같이 본 발명은, 입자선의 조사 전후의 저항률의 측정, 그리고 그 측정값으로부터 얻은 캐리어 농도의 변화율로부터 VV 결함의 농도를 평가할 수 있으므로, 실로 간단하고 쉬운 평가 방법이다. 또한, 평가 결과로부터, VV 결함의 농도에 관하여, 입자선의 조사량이나 결정 품질(예를 들어 산소 농도 등)과의 관련성도 얻을 수 있다.
또한, 상기 조사하는 입자선을 전자 또는 이온으로 이루어진 것으로 할 수 있다.
이러한 입자선의 조사에 의해 실리콘 단결정 기판 중에 프렌켈 페어 및 그 단원자 공공(V)에 기인하는 VV 결함 등을 생성할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 단결정 기판에 포함되는 도펀트 불순물을, 인, 비소, 안티몬 중 어느 하나로 할 수 있다.
이러한 도펀트 불순물을 이용하면, 원자 지름이 실리콘과 동일한 정도이거나 그 이상이며, 단원자 공공과 복합체를 만들어 안정화시킬 수 있고, 보다 확실히, VV 결함의 농도를 상기 캐리어 농도의 변화율을 이용하여 평가할 수 있다.
또한, 상기 평가 대상인 실리콘 단결정 기판과는 별도로, VV 결함의 농도가 이미 평가되어 있는 예비 시험용 실리콘 단결정 기판을 미리 준비하고, 이 예비 시험용 실리콘 단결정 기판에 관하여, 상기 입자선의 조사 전후에 있어서의 캐리어 농도의 변화율과, 상기 이미 평가되어 있는 VV 결함의 농도로부터 상관 관계를 구해 두고, 이 상관 관계를 이용하여, 상기 평가 대상인 실리콘 단결정 기판에 입자선을 조사하여 VV 결함의 농도를 평가할 수 있다.
이러한 예비 시험의 결과를 이용함으로써, 평가 대상인 실리콘 단결정 기판에 있어서의 VV 결함의 농도를 보다 간편하게 상대 평가할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 입자선의 조사에 의한 VV 결함의 농도를 간이하게 평가할 수 있고, 입자선의 조사량이나 결정 품질에 대한 VV 결함 농도의 관계를 얻을 수 있다. 이에 따라, 실리콘 단결정 기판의 라이프타임을 원하는 값으로 제어하기 위하여 필요한 조사량 혹은 결정 품질을 보다 간편하게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법의 공정의 일례를 나타낸 흐름도이다.
도 2는 캐리어 농도의 변화율과 산소 농도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 캐리어 농도의 변화율과 전자선 조사량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법의 공정의 다른 일례를 나타낸 플로우도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
우선, 본 발명자들이 본 발명을 완성시킨 경위에 대하여 서술한다.
전술한 바와 같이, 종래에는, 입자선의 조사에 의해 형성된 프렌켈 페어 중의 V(단원자 공공)의 대부분이 VV 결함을 형성하는 것으로 생각되었으나, 본 발명자들이 예의 연구를 행한 결과, 그 V는 (1) V+O→VO, (2) V+X→VX, (3) V+V→VV의 3개의 반응이 주로 일어나는 것을 알 수 있었다. 또한, 상기의 식에 있어서, O는 산소 원자, X는 도펀트 원자를 나타낸다.
여기서, IGBT를 위한 라이프타임을 제어한 N형 실리콘기판에 대하여, 각 불순물원소 및 결함의 존재량을 구해보자. 산소 농도는, CZ법으로 제조된 경우 1cm3당 예를 들어 17제곱대에서 18제곱대이며, FZ법의 경우는 원료인 산소 농도에 따라서도 다르지만, 대략 15제곱대 후반에서 16제곱대이다. 또한, 도펀트 농도는, 예를 들어 IGBT로서 일반적으로 사용되는 저항률 범위를 10Ωcm 이상으로 하면, 예를 들어 인의 농도로 5×1014atoms/cm3 이하가 된다. 단원자 공공의 생성량은 입자선의 조사량에 따라서도 크게 차이가 생기므로 짐작이 어려우나, 여기서는, 일례로서, 결정 중에 1×1013 ~ 1×1015/cm3의 프렌켈 페어가 생기는 정도의 조사를 행한 것으로 한다.
이상의 조건에서는 산소 농도는 인의 농도 [P]나 V의 농도 [V]에 비해 충분히 많은 점에서, (1)의 반응이 우선적으로 일어난다. 그리고 잔존한 V로 (2) 및 (3)의 반응이 일어난다. 즉, 고산소 농도의 결정에서는 (1)의 반응이 일어나기 쉬운 반면, (2), (3)의 반응이 일어나기 어려워지고, 저산소 농도의 결정에서는 (1)의 반응이 억제되는 대신에 (2), (3)의 반응이 일어나기 쉬워진다. (2), (3)의 반응의 생성물인 VP, VV는 잔존 V 농도 [잔존V]에 의존하여 이들 농도 [VP] 및 [VV]가 결정되는 것으로 생각되므로([잔존V]∝[VP], [잔존V]∝[VV]), 간단히 [잔존V]∝[VP]∝[VV]로 나타낼 수 있다.
한편, DLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)의 해석에 의해 VP는 실리콘의 전도대의 아래 약 0.45eV의 위치에 준위를 형성한다고 보고되어 있고, N형의 도펀트로는 작용하지 않는다. 즉 VP의 형성량에 따라 실리콘기판의 저항률이 증가하므로, [VP]는 조사 전후의 캐리어 농도 변화율을 측정함으로써 추정할 수 있다. 따라서 [VV]∝[VP]∝캐리어 농도 변화율로서, 간이하게 [VV]를 추정 평가할 수 있다.
본 발명자들은 이러한 점을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명에 대하여, 도면을 참조하면서 상세히 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
<제1 실시 태양>
본 발명의 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법의 공정의 일례를 도 1에 나타낸다.
(공정 1: 평가 대상인 실리콘 단결정 기판의 준비)
우선, 평가 대상이 되는 실리콘 단결정 기판(이하, 간단히 웨이퍼라고 하기도 함)을 준비한다. 웨이퍼의 원료가 되는 실리콘 단결정 잉곳은 부유대 용융법(FZ법)과 초크랄스키법(CZ법) 중 어느 하나에 의해 만들어진 것이어도 된다. 또한 웨이퍼의 두께나 표면의 가공 방법도 특별히 한정되지 않는다.
또한, 웨이퍼의 산소 농도는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, FZ법이나 CZ법으로 통상 제조되는 5×1015 ~ 2×1018atoms/cm3 정도로 할 수 있다. 이러한 범위내의 것이면, 도펀트 농도 등과의 관계도 있으나, 더 나아가, 전술한 바와 같은 본 발명자들이 발견한 결함 형성의 메커니즘이 성립하기 쉬워, 본 발명의 평가 방법을 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 실리콘의 전도형은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 인, 비소, 안티몬 중 어느 하나가 도프된 N형으로 할 수 있다. 또한 결정 중의 도펀트 농도는 5×1014atoms/cm3 이하로 할 수 있다. 이는 인 도프의 경우에, 대략 저항률이 10Ωcm 이상인 것에 상당한다.
단원자 공공과 도펀트 원자의 반응에 대해서는, 원자 지름이 실리콘과 동일한 정도이거나 그 이상인 경우는 단원자 공공과 복합체를 만들어 안정화된다. 한편, 원자 지름이 실리콘보다 작은 경우는 격자간 실리콘과 복합체를 만들어 안정화된다. 따라서, 붕소 등의 비교적 원자 지름이 작은 원소보다 상기의 인, 비소, 안티몬 등의 원소이면, 보다 확실히 단원자 공공과 도펀트 원자로 복합결함을 만들 수 있고, 상기 메커니즘이 발생하기 쉽다.
이와 같이 도펀트종이나 그 농도의 범위로서 상기 예를 든 이유는, 상기의 산소 농도에 관한 설명과 마찬가지로, 결함 형성 메커니즘이 보다 더욱 성립하기 쉬워지기 때문이다.
또한, 이하에서는 인 도프의 경우를 예로 들어 설명한다.
또한, 웨이퍼에 대한 질소 도프의 유무는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 탄소 농도도 특별히 한정되지 않는다. 질소나 탄소는 Si의 단원자 공공(V)에 관한 반응에 특별히 기여하지 않는 것으로 생각되기 때문이다. 단 탄소원자의 다과로, 격자간 실리콘(I)에 기인하는 탄소 관련 결함량은 변화한다. 따라서, 본 발명에 의한 결함평가를 디바이스 특성과 관련시킬 때는, 그 영향을 고려하면 보다 높은 정밀도의 평가를 얻는 것이 가능해진다.
(공정 2: 저항률 측정)
상기의 웨이퍼에 대하여, 저항률을 측정한다.
단, 웨이퍼 중에 산소나 질소가 포함되면, 써멀 도너나 NO 도너가 발생한 경우가 있다. 이들에 의해 저항률이 본래의 값으로부터 어긋나는 것을 방지하기 위하여, 미리 도너 소거 열처리를 가해 두는 것이 바람직하다. 예를 들어 질소를 도프하지 않은 CZ 웨이퍼의 경우는, 예를 들어 650℃에서 20분의 열처리를 가하면 충분히 써멀 도너를 소거할 수 있다.
또한, 저항률의 측정 방법에 대해서는, 나중에 행하는 입자선의 조사에서 전자선을 이용하는 경우는 사탐침법을 이용하는 것이 간편하여 바람직하나, 측정 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 특히 입자선으로서 전자선 이외의 이온선을 이용하는 경우는, 전자선에 비해 웨이퍼내의 조사에 의한 결함이 특정 깊이로 국소화되기 쉽다는 성질이 있다. 그 경우, 예를 들어 앵글 폴리쉬 후의 확대 저항(SR) 측정 등, 깊이 방향으로 분포를 구하는 측정 방법이 바람직하다. 이와 같이 조사 조건 등에 따라, 측정 방법은 적당히 결정할 수 있다.
(공정 3: 입자선 조사)
이어서, 웨이퍼에 입자선을 조사한다.
입자선은 전자 또는 이온으로 이루어진 것으로 할 수 있다. 이들의 조사에 의해, 실리콘 단결정 내에 결정 결함(프렌켈 페어 및 그 단원자 공공(V)에 기인하는 VV 결함 등)이 생성된다. 입자선의 조사 조건에 특별히 한정은 없으나, 적당한 양의 프렌켈 페어가 생성되고, 전술한 메커니즘이 성립할 정도로 조사량을 적당히 조정할 수 있다. 조사량으로부터 공공 농도를 산출하는 것은 곤란하긴 하나, 전자선 조사의 경우, 예를 들어 가속전압 2MV로 조사량 1×1016/cm2 이하로 하는 것이 바람직하다.
(공정 4: 저항률 측정)
그리고, 입자선을 조사한 후의 웨이퍼에 대하여, 재차 저항률을 측정한다.
실제로 디바이스로서 이용할 때는 조사 후에 어닐링을 행하여 불필요한 데미지를 제거하는 것이 통상 행해지는데, 이 경우는 데미지 평가를 행하는 것이 목적이므로 가열 처리는 불필요하다. 단, 당연히, 필요에 따라 가열 처리를 행할 수도 있다.
(공정 5: 캐리어 농도 변화율의 산출)
그리고, 어빈 곡선(Irvin Curve) 등을 이용하여 조사 전후의 저항률로부터, 각각, 조사 전후의 캐리어 농도를 산출하고, 나아가 캐리어 농도 변화율을 산출한다. 또한, 캐리어 농도 변화율로는, 예를 들어 이하의 식에 따라 구할 수 있다.
캐리어 농도 변화율 = ([n]f-[n]i)/[n]i×100
단, [n]i: 조사 전의 캐리어 농도, [n]f: 조사 후의 캐리어 농도이다.
(공정 6: VV 결함 농도의 평가)
상기와 같이 하여 산출한 캐리어 농도 변화율을 이용하여 VV 결함 농도를 평가한다.
여기서, 우선, 산소 농도나 입자선의 조사량과, 캐리어 농도 변화율의 관계에 대하여 설명한다.
산소 농도와 캐리어 농도 변화율의 상관을 도 2에 나타낸다. FZ법과 CZ법으로 각종 산소 농도의 인 도프 N형 웨이퍼(저항률 약 60Ωcm)를 제작하고, 각각에 6×1014/cm2의 전자선 조사를 행한 결과이다.
이 도 2에서 명백한 바와 같이, 산소 농도가 높아질수록 캐리어 농도 변화율이 작아진다. 이것은 전술한 본 발명자들에 의한 고찰과 같이, 산소 농도가 높아질수록 단원자 공공(V)이 O에 소비되고, 그만큼 인과 공공의 복합체(PV)가 형성되기 어려워지는 것을 나타내고 있다.
또한, 전자선 조사량과 캐리어 농도 변화율의 상관을 도 3에 나타낸다. 웨이퍼의 산소 농도는 전부 6×1015atoms/cm3이다.
이 도 3으로부터, 전자선 조사량이 증가할수록 조사에 의한 결함수가 증가하고, 캐리어 농도가 크게 변화된다고 할 수 있다.
도 2나 도 3에 나타낸 바와 같이, 캐리어 농도 변화율은 산소 농도나 입자선의 조사량에 의존하여 변화한다. 여기서, 전술한 바와 같이 [VP]∝[VV]라 생각되므로, 예를 들어 캐리어 농도 변화율이 높은 웨이퍼일수록 VV 결함이 많이 형성되어 있는 것을 간접적으로 알 수 있다. 이와 같이 캐리어 농도 변화율을 이용하여 VV 결함의 농도의 대소를 간이하게 평가할 수 있다. 구체적인 VV 결함 농도의 값이 요구되는 것은 아니지만, 각종 샘플간의 상대적인 VV 결함 농도를 평가할 수 있다.
또한, 이들 도 2, 도 3 등의 산소 농도나 입자선의 조사량과, VV 결함 농도와 관련된 캐리어 농도 변화율의 관계성을 나타낸 데이터를 미리 취득해 둠으로써, VV 결함의 농도와 이들의 관계를 파악할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 웨이퍼의 산소 농도를 바꿨을 때에 조사 데미지를 동등하게 하려면 어느 정도의 조사량이 필요한지 짐작할 수 있다.
또한, 전술한 탄소의 예에 한정되지 않고, 웨이퍼 중에 어떠한 불순물이 포함되어 있는 경우, 조사 결함의 형성에 영향을 줄 가능성을 생각할 수 있다. 따라서, 상기 실시 형태에서는 고려되지 않은 불순물이 고농도로 들어간 웨이퍼나, 샘플간에 불순물농도에 큰 차가 있는 웨이퍼를 평가하는 경우에 있어서는, 이들 불순물이 주는 영향을 고려하는 공정을 필요에 따라 가함으로써, 보다 더 정확한 평가를 행하는 것이 가능하다. 이러한 고려는, 구하는 평가 정밀도, 비용이나 수고 등에 따라 적당히 행할 수 있다.
<제2 실시 태양>
또한, 본 발명의 다른 실시태양으로는, 실제 평가 대상인 실리콘 단결정 기판을 평가하기 전에 예비 시험을 행할 수 있다. 제2 실시태양의 공정의 일례를 도 4에 나타낸다.
[예비 시험]
(공정 1: 예비 시험용 실리콘 단결정 기판의 준비)
우선, 예비 시험용 실리콘 단결정 기판(이하, 간단히 예비 시험용 웨이퍼라고 하기도 함)을 준비한다. 이 예비 시험용 웨이퍼로는, VV 결함의 농도가 이미 평가되어 있다는 것 이외는, 예를 들어 나중에 준비하는 평가 대상 웨이퍼와 동일한 것으로 할 수 있다. 구체적인 산소 농도 등은, 예를 들어 제1 실시 태양의 경우와 동일하게 하여 결정할 수 있다.
여기서는, 일례로서 산소 농도, 도펀트종, 저항률 등이 평가 대상 웨이퍼와 동일한 예비 시험용 웨이퍼를 복수 준비하는 예를 들어 설명하나, 그 수는 특별히 한정되지 않는다.
(공정 1': 예비 시험용과 동일한 실리콘 단결정 기판을 이용한 VV 결함 농도의 평가)
또한, VV 결함의 농도를 직접 정량하는 것은 어렵다. 따라서, 예를 들어, 이 예비 시험용 웨이퍼와 동일한 웨이퍼를 이용하고, 제조 공정에 있어서, 후술하는 예비 시험에서의 공정 3의 입자선 조사 공정과 동일한 조건으로 입자선을 조사하여 제작한 다이오드의 리커버리 특성으로부터, 간접적으로 예비 시험용 웨이퍼에 있어서의 VV 결함의 농도를 평가해 둘 수 있다. 웨이퍼 내의 VV 결함은 캐리어의 재결합 중심으로 작용하므로, VV 결함이 많을수록 캐리어가 소멸되기까지의 시간이 짧아지고, 리커버리 특성은 향상된다. 따라서, 리커버리 특성의 양부(良否)가 VV 결함 생성량의 대소를 나타낸다고 생각된다.
여기서는, 예비 시험용 웨이퍼의 수만큼 조사량을 바꾸어 다이오드를 제조하고, 각각의 예비 시험용 웨이퍼에 있어서의 VV 결함 농도의 지표로서, 각 다이오드에 있어서의 리커버리 특성의 양부를 구해 둔다.
당연히, 이 리커버리 특성에 한정되지 않고, VV 결함의 농도와 상관되는 다른 파라미터를 이용할 수 있다.
(공정 2 ~ 공정 5: 저항률 측정 ~ 캐리어 농도 변화율의 산출)
각각의 예비 시험용 웨이퍼에 대하여, 저항률의 측정, 입자선의 조사, 재차의 저항률의 측정을 행하고, 조사 전후에 있어서의 예비 시험용 웨이퍼 중의 캐리어 농도를 각각 구하고, 캐리어 농도 변화율을 산출한다.
또한, 공정 3(입자선 조사)에서는, 전술한 공정 1'의 다이오드에서의 제조 공정과 동일한 조건으로 입자선의 조사를 행한다. 여기서는, 예비 시험용 웨이퍼마다 조사량이 상이하다.
그 외, 이들 공정에 있어서의 구체적인 순서 등은, 예를 들어 제1 실시태양과 동일하게 하여 행할 수 있다.
(공정 6: 상관 관계의 파악)
상기와 같이 하여 산출한 각각의 예비 시험용 웨이퍼에 있어서의 캐리어 농도 변화율과, VV 결함의 농도(여기서는 다이오드에 있어서의 리커버리 특성의 양부)의 상관 관계를 구한다. 이에 따라, 산소 농도 등이 동일 조건의 경우에서의, 각 캐리어 농도 변화율에 대응하는 VV 결함의 농도(리커버리 특성의 양부)를 얻을 수 있다.
[본 시험]
(공정 7 ~ 공정 11: 평가 대상인 실리콘 단결정 기판의 준비 ~ 캐리어 농도 변화율의 산출)
이어서 본 시험을 행한다. 즉, 실제 평가 대상 웨이퍼의 평가를 행한다. 평가 대상 웨이퍼를 준비하고, 저항률의 측정, 소정의 조사량으로의 입자선의 조사, 재차의 저항률의 측정을 행하고, 조사 전후에 있어서의 평가 대상 웨이퍼 중의 캐리어 농도를 각각 구하고, 캐리어 농도 변화율을 산출한다.
(공정 12: 상관 관계를 이용한 VV 결함 농도의 평가)
상기와 같이 하여 산출한 캐리어 농도 변화율과, 예비 시험에서 구한 상관 관계를 이용하여, 평가 대상 웨이퍼의 VV 결함 농도(여기서는 다이오드에 있어서의 리커버리 특성의 양부)를 평가한다. 즉, 산출한 캐리어 농도 변화율을 상기 상관 관계에 적용하고, 대응하는 VV 결함 농도(리커버리 특성의 양부)를 구한다. 이와 같이 하여, 예비 시험을 이용하여 간편하게 VV 결함 농도를 상대 평가할 수 있다.
또한, 매회 예비 시험을 행할 필요는 없고, 캐리어 농도 변화율과 VV 결함 농도의 상관 관계를 나타낸 과거의 축적된 데이터 등을 이용하는 것도 가능하다. 이 경우, 예비 시험에 필요한 공정을 생략할 수 있고, 보다 간편하게 평가를 행할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
CZ법과 FZ법을 각각 이용하여, 인을 도프한 직경 200mm의 실리콘 단결정 잉곳을 제조하였다. FTIR법에 의해 결정 중의 산소 농도를 측정하면, CZ결정에서는 3.5×1017atoms/cm3이며, FZ결정에서는 0.3×1017atoms/cm3이었다. 저항률은 모두 약 60Ωcm였다. 또한, 탄소 관련 결함이 생겨 디바이스 특성에 영향을 주는 것을 피하기 위하여, 탄소 농도는 5×1014atoms/cm3 정도까지 저감하였다.
우선 FZ결정으로부터 폴리쉬드 웨이퍼(PW)를 제작하고, 이어서 이들의 FZ 웨이퍼로부터 PN 다이오드를 제작하였다. 이들 다이오드에는 제조 공정 중에 가속 전압 2MV로 5수준의 전자선 조사가 행해지고 있다.
여기서, 전술한 바와 같이 VV 결함의 생성량을 직접 정량하는 것은 어려우므로, 제작한 다이오드의 리커버리 특성으로부터 간접적으로 VV 결함의 생성량을 평가하였다. 리커버리 특성의 양부가 VV 결함 농도의 대소를 나타내는 것으로 생각된다. 이 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
한편, 상기 PW와 동종인 PW에, 다이오드 제조시와 동일한 조건으로 5수준의 전자선 조사를 행하고, 조사 전후의 저항률을 사탐침법에 의해 측정하였다. 이 측정에 의해 조사 전후의 캐리어 농도를 구하고, 이로부터 산출된 캐리어 농도의 변화율을 마찬가지로 표 1에 나타낸다.
결정 제조법 조사 수준 조사량
[/cm2]		 리커버리 특성 캐리어 농도
변화율 [%]
FZ 1 2E+14 불합격 17.7
FZ 2 5E+14 불합격 23
FZ 3 1E+15 합격 28.8
FZ 4 2E+15 합격 33.2
FZ 5 4E+15 합격 41.3
표 1에 의해, 상기와 같이 하여 구한 캐리어 농도 변화율과 VV 결함의 농도(리커버리 특성의 양부)의 상관 관계를 알 수 있다. 그리고, 리커버리 특성이 합격이 되는 것은 캐리어 농도의 변화율이 약 29% 이상일 때인 것을 알 수 있다.
상기와 동일한 VV 결함 농도평가(리커버리 특성 평가) 및 캐리어 농도 변화율의 산출을 CZ결정으로부터 폴리쉬드 웨이퍼(PW)를 제작한 CZ 웨이퍼에 대해서도 행하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
결정 제조법 조사 수준 조사량
[/cm2]		 리커버리 특성 캐리어 농도
변화율 [%]
CZ 1 2E+14 불합격 8.6
CZ 2 5E+14 불합격 11.2
CZ 3 1E+15 불합격 17.6
CZ 4 2E+15 불합격 22.9
CZ 5 4E+15 합격 29.3
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 리커버리 특성이 합격이 되는 것은, FZ 웨이퍼의 경우와 동일하게 캐리어 농도의 변화율이 약 29% 이상일 때였다.
또한, 이들 표 1, 표 2로부터, 캐리어 농도 변화로부터 짐작한 데미지량이 유효한 지표가 되어 있다고 할 수 있다. 즉, 본 발명과 같이 캐리어 농도 변화율로부터 VV 결함 농도를 평가하는 것은 유효한 방법인 것을 알 수 있다. 또한, 표 1, 표 2와 같이, 준비한 CZ 웨이퍼와 FZ 웨이퍼의 각각에 있어서, 그 산소 농도 등에 있어서의, 조사량과 VV 결함 농도의 관련성을 파악할 수도 있다.
(실시예 2)
나아가, 이들 표 1, 표 2를 예비 시험의 결과로서, 따로 준비한 FZ 웨이퍼 및 CZ 웨이퍼(산소 농도 등은 표 1, 표 2의 작성을 위하여 준비한 것과 동일함)에 대하여, 표 1, 표 2에 기재한 조사 수준과는 상이한 조사량으로 전자선을 조사하여 캐리어 농도 변화율을 산출한 결과, 모두 29% 이상이었다. 따라서, 이 캐리어 농도의 산출결과 및 예비 시험의 표 1, 표 2를 고려하고, 이들 웨이퍼와 동일한 웨이퍼에 PN 다이오드를 동일한 조사량으로 전자선을 조사하여 제작한 경우, 리커버리 특성은 합격이 된다고 평가하였다.
그리고 실제로 PN 다이오드를 제작하여 리커버리 특성을 평가한 결과 예상대로 합격이 되었다.
(비교예)
실시예 1과 동일한 FZ 웨이퍼 및 CZ 웨이퍼를 준비하였다.
우선, FZ 웨이퍼에 대하여, 실시예 1과는 달리 저항률 측정이나 캐리어 농도 변화율의 산출 등은 행하지 않고, 단순히 표 1과 같은 조사량(조사 수준 1 ~ 5)으로 전자선을 조사하여 PN 다이오드를 제작하고, 조사량과 리커버리 특성의 양부 결과의 관계를 얻었다. 이들 관계는 표 1에 나타낸 것과 동일하였다.
따라서, CZ 웨이퍼에 대하여, FZ 웨이퍼일 때와 동일하게 하여 PN 다이오드를 제작한 경우, 동일한 조사량에서는 동일한 리커버리 특성이 얻어지고, 양부 결과는 FZ 웨이퍼일 때와 동일해진다고 평가하였다.
그러나, 실제로는 조사량과 리커버리 특성의 양부 결과의 관계는 표 2에 나타낸 것이 되었다. 즉, 예상과는 달리, 예를 들어 조사 수준 3, 4일 때의 양부 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, FZ 웨이퍼일 때는 리커버리 특성이 합격임에도 불구하고, CZ 웨이퍼에서는 불합격이 되었다. 이와 같이, 산소 농도가 상이한 웨이퍼에서는 동일한 조사 조건이어도 조사 데미지의 차에 따라 디바이스 특성에 차가 생기는 경우가 있다.
이러한 조사 조건만으로 판단한 비교예와, 본 발명을 실시한 실시예 1, 2의 평가 결과를 비교해도 알 수 있는 바와 같이, 전술한 바와 같이, VV 결함 농도를 평가할 때에, 캐리어 농도 변화율을 고려하는 본 발명이 유효한 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (4)

  1. 입자선의 조사에 의해 실리콘 단결정 기판 중에 생성된 결함 농도를 평가하는 방법으로서,
    상기 실리콘 단결정 기판의 저항률을 측정한 후, 이 실리콘 단결정 기판에 상기 입자선을 조사하고, 이 조사 후, 상기 실리콘 단결정 기판의 저항률을 재차 측정하고,
    상기 입자선의 조사 전후의 저항률의 측정 결과로부터, 조사 전후에 있어서의 실리콘 단결정 기판 중의 캐리어 농도를 각각 구하여 캐리어 농도의 변화율을 산출하고,
    이 캐리어 농도의 변화율로부터, 상기 입자선의 조사에 의해 상기 실리콘 단결정 기판 중에 생성되고, 실리콘 원자 공공(空孔)으로 이루어진 VV 결함의 농도를 평가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조사하는 입자선을 전자 또는 이온으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리콘 단결정 기판에 포함되는 도펀트 불순물을, 인, 비소, 안티몬 중의 어느 하나로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 대상인 실리콘 단결정 기판과는 별도로, VV 결함의 농도가 이미 평가되어 있는 예비 시험용 실리콘 단결정 기판을 미리 준비하고,
    이 예비 시험용 실리콘 단결정 기판에 관하여, 상기 입자선의 조사 전후에 있어서의 캐리어 농도의 변화율과, 상기 이미 평가되어 있는 VV 결함의 농도로부터 상관 관계를 구해 두고,
    이 상관 관계를 이용하여, 상기 평가 대상인 실리콘 단결정 기판에 입자선을 조사하여 VV 결함의 농도를 평가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 기판의 결함 농도 평가 방법.
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