KR20160142306A - 붕소 도핑된 n-타입 실리콘 타겟 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스퍼터 타겟 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 상기 타겟들은 B 도핑된 n-타입 Si이다. 상기 타겟들은 CZ 방법에 의해서 제조된 단결정 붕소 도핑된 p-타입 Si 잉곳으로부터 제조될 수 있다. 결정의 길이에 따른 저항도들이 측정되고 블랭크들은 약 1-20 ohm.cm의 저항도들을 갖는 위치들에서 잉곳 중심축과 직각으로 절단될 수 있다. 상기 블랭크들은 그 다음 PVD 시스템들에서 스퍼터 타겟으로서 사용하기에 적합한 수용가능한 형상으로 성형된다. 잉곳 또는 블랭크들에서 도너 킬링 어닐링(donor killing annealing)이 실행되지 않는다.
Description
본원은 2014년 4월 7일자 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/976,094호의 우선권 유익을 청구한다.
본원은 실리콘 수용막을 위한 스퍼터링 타겟 및 이러한 타겟의 제조 방법에 관한 것이다.
다양한 Si 막의 PVD 증착은 반도체, 전자기기 및 광전지 적용 분야에서 중요하다. 정확한 막 조성물 및 증착 균일도는 이들 분야 및 기타 분야에서 중요하다. 많은 경우에, 초고순도 단결정 Si 스퍼터 타겟들은 순수 Si 또는 Si 도핑된 웨이퍼들을 형성하기 위하여 직접적인 스퍼터 시스템들에 사용되거나 또는 Si 타겟들은 원하는 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물 또는 실리콘 질화물 막들을 형성하기 위하여 반응성 스퍼터링 시스템들에서 사용될 수 있다.
p-타입 실리콘을 사용하는 타겟 수명은 짧다. p-타입 실리콘 타겟의 스퍼터링 중에는, 고저항도를 갖는 타겟 표면 상의 실리콘 생성물의 재증착이 있다. 이러한 재증착 재료는 n-타입 전도성을 갖는 무정형 실리콘층이다. 이러한 바람직하지 않은 재증착은 개략적으로 도 1에 도시된다. 다음 표는 타겟 재-증착 위치, 재증착물의 전도 타입 및 다른 측정 파라미터들을 지시한다.
이러한 재증착은 타겟 표면 상의 p-n 접합을 생성하고, 이는 편향 하에서 타겟에 응력을 발생시켜서 타겟의 크랙현상을 유도하므로, 타겟 수명을 감소시킨다. 그러므로, 임의의 n-타입 Si 타겟들의 사용에 의해서 타겟 표면 상에 p-n 접합의 형성을 최소화하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 예시적 실시예에 있어서, 약 0.01 내지 700 ohm.cm의 저항도를 갖는 B 도핑된 N-타입 Si를 포함하는 스퍼터 타겟이 제공된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 타겟들의 저항도는 약 1 내지 12 ohm.cm이다. 임의의 실시예들에 있어서, 상기 Si는 약 0.1 내지 약 200 ppm의 산소 함량을 가지며, 다른 실시예에 있어서, 상기 산소 함량은 약 1 내지 약 60 ppm이다. 임의의 실시예에 있어서, 상기 타겟의 붕소 함량은 약 0.01 내지 약 1 ppm이다.
본 발명의 다른 형태는 약 1 내지 60 ohm.cm의 저항도를 갖는 B 도핑된 p-타입 Si의 단결정 잉곳(ingot)을 획득하는 단계에 의해서 제조된 스퍼터 타겟을 포함하고, 상기 획득 단계는 상기 잉곳의 길이에 따라 적어도 하나의 위치에서 잉곳의 저항도를 측정하는 단계를 포함한다. 블랭크들은 약 1 내지 20 ohm.cm의 저항도들을 갖는 블랭크들이 잉곳 위치에서 잉곳으로부터 형성되거나 또는 얇게 절단된다. 선택된 블랭크들이 약 400℃ 이상의 온도들에서 추가 열처리되지 않는다. 블랭크들은 스퍼터 타겟으로서 사용하기에 적당한 형상들로 형성된다. 다른 실시예들에서, 약 1 내지 12 ohm.cm의 저항도들을 갖는 블랭크들이 선택된다.
본 발명의 또다른 실시예에 있어서, B 도핑된 p-타입 Si 스퍼터 타겟의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법들에 따라서, 붕소를 포함하는 단결정 Si 잉곳은 CZ 방법에 의해서 준비된다. 상기 잉곳은 잉곳 길이를 따라 연장되는 중심축을 가진다. 상기 잉곳의 저항도가 측정되고, 측정된 저항도는 약 1 내지 20 ohm.cm이고, 블랭크들은 상기 잉곳으로부터 블랭크들을 절단된다. 양호하게는, 상기 블랭크들은 잉곳의 중심축에 직각으로 절단된다. 그 다음, 블랭크들이 스퍼터링 타겟들로서 사용될 수 있도록 상기 블랭크들에 바람직한 형상을 부여된다. 상기 방법은 잉곳이 준비된 후에 400 ℃ 이상의 열처리가 없는 것을 추가로 특징으로 한다. 또다른 실시예에서, 상기 블랭크들의 저항도는 약 1 내지 12 ohm.cm이다.
본 발명은 양호한 실시예들의 하기 상세한 설명 및 첨부된 도면과 연계되어 기술될 것이다.
도 1은 종래의 p-타입 Si 스퍼터 타겟 상의 바람직하지 않은 재증착 형성을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 2는 실리콘 잉곳 재료에서 산소 열 도너의 영향을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 3은 어닐링 이전 및 DK(산소 도너 킬링;oxygen donor killing) 어닐링 이후의 n-타입 및 p-타입 부분을 위한 저항도 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실리콘 잉곳 재료에서 산소 열 도너의 영향을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 3은 어닐링 이전 및 DK(산소 도너 킬링;oxygen donor killing) 어닐링 이후의 n-타입 및 p-타입 부분을 위한 저항도 데이터를 나타내는 그래프이다.
고저항도 초크랄스키(Czochralski;CZ) 실리콘 잉곳(1 내지 100 ohm.cm의 범위)의 성장 중에, 실리카 도가니(silica crucible)로부터 결정 성장 중에 실리콘 잉곳 재료에서 산소 열 도너에 형성되고 통합된 임의의 양의 틈새 산소가 있다. 산소 열 도너의 형성은 고체 실리카, 액체 실리콘 및 고체 실리콘 사이의 평형상태 및 온도 프로세스에 의해서 결정되는 틈새 산소 농도 모두에 강하게 의존한다. 임의의 실리콘 단결정 저항도( 1 내지 100 ohm.cm)를 제공하기 위하여, 임의의 양의 붕소 도펀트가 실리콘에 부가된다. 이러한 부가된 붕소는 실리콘 전도도의 p-타입 성질 및 p-타입 캐리어를 제공한다. 산소 열적 도너들은 전자들을 전도도에 제공한다. 발생된 도너들의 수 및 p-타입 캐리어들의 양에 따라서, 배경 캐리어(붕소) 실리콘은 n-타입(더우기 n-타입 캐리어) 또는 p-타입(더우기 p-타입 캐리어)일 수 있다. p-타입 실리콘, 산소 열 도너들은 열 도너 농도가 p-타입 캐리어 농도(붕소)를 초과할 때까지 실리콘의 저항도를 증가시키고, 이 지점에서 실리콘은 n-타입으로 나타날 수 있다. 상기 타겟들에 대해서 통상적으로 사용된 22 내지 33 ohm.cm의 p-타입 실리콘에서 열적 도너, 및 틈새 산소 레벨을 변화시키기 위한 저항도 및 400 ℃ 어닐링 시간을 나타내는 실험 데이터에 기초하는 설명은 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.
CZ 단결정 성장 중에, 실리콘 잉곳의 임의의 부분은 n-타입 전도도로 나타날 수 있고 실리콘 잉곳의 다른 부분은 p-타입 전도도이다. 실리콘 단결정의 저항도를 측정하는 것이 더욱 신뢰성이 있으므로, 도 3과 같은 도면에서 실리콘 단결정 저항도 및 전도도 유형의 각각의 실제 측정을 나타낸다. 이 도면은 도너 킬링(DK) 어닐링 이전에, 실리콘 저항도는 p 및 n-타입 캐리어들의 조합에 의해서 결정되고, DK 어닐링 이후에, 실리콘 저항도는 단지 붕소 농도에 따른 포지티브 캐리어에 의해서 결정된다는 것을 도시한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 본 발명은:
1. 0.01 내지 700 ohm.cm, 양호하게는1 내지 12 ohm.cm 범위의 저항도를 갖는 비어닐링된 신소 도너로부터 발생하는 n-타입 전도도를 갖는 실리콘 단결정 붕소 도핑 재료.
2. 300 내지 800 ℃에서 도너 킬링 어닐링을 회피함으로써 산소 도너를 유지하도록 허용된 성장 조건들로 구성되는, 비어닐링된 산소 도너들로부터 발생되는 n-타입 전도도를 갖는 실리콘 단결정 붕소 도핑된 재료의 제조 방법.
3. 비어닐링된 산소 도너들로부터 발생되는 n-타입 전도도를 갖는 긴 수명의 실리콘 타겟 단결정 붕소 도핑된 재료에 관한 것이다.
일 실시예에 있어서, B 도핑된 n-타입 실리콘의 스퍼터 타겟이 제공된다. 타겟의 B 함량은 통상적으로 약 0.001 내지 1 ppm이고 저항도는 약 1 내지 700 ohm.cm이다. 가장 양호하게는, 상기 저항도는 약 1 내지 20 ohm cm이고, 더욱 양호한 저항도는 약 1 내지 12 ohm cm 범위이다.
비록, 본원은 임의의 특정 작동 이론에 한정되지 않지만, 실리콘 매트릭스에 있는 틈새 산소량은 n-타입 전도도를 공급하기 위하여 열 도너로서 작용하는 것으로 사료된다. 이 관점에서, Si의 산소 함량은 약 0.1 내지 200 ppm의 범위에 있고, 양호하게는 1 내지 60 ppm의 범위에 있다.
본 방법에 따른 타겟들은 기존의 CZ 방법들에 의해서 준비된 Si 단결정 잉곳들로부터 제조될 수 있고, 상기 기존의 CZ 방법들은 약 1 내지 60 ohm.cm, 양호하게는 약 22 내지 33 ohm.cm의 저항도를 갖는 B 도핑된 p-타입 단결정 실리콘을 제공하기에 적합한 초기 실리콘 용융물을 포함한다. 기존의 CZ 방법들은 본원에서 참고로 합체된, 예를 들어, 미국 특허 8,961 ,685 호에 개시되어 있다. 통상적인 CZ 방법에 있어서, Si 및 B 도펀트는 석영 도가니 등 안으로 용융된다. 로드 설치된 시트 결정은 용융물 안으로 잠겨지고 상향으로 서서히 당겨지고 동시에 회전한다. 상기 프로세스는 대체로 아르곤과 같은 불활성 대기에서 실행된다.
일단 잉곳이 얻어지면, 임의의 어닐링 처리되지 않는다. 대신에, 디스크 또는 블랭크는 잉곳으로부터 절단되고 저항도는 상기 범위 내에 있도록 측정된다. 디스크 또는 블랭크는 그 다음 물리적 증기 증착 물질들에서 스퍼터 타겟으로서 사용될 수 있도록 바람직한 순수 형상으로 성형된다.
상술한 설명은 본 발명의 특정 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 기타 실시예 및 추가 실시예들은 첨부된 청구범위에 의해서 결정되는 범주 내에서 이루어질 수 있다.
Claims (10)
- 약 0.01 내지 700 ohm.cm의 저항도를 갖는 B 도핑된 n-타입 Si를 포함하는 스퍼터 타겟.
- 제 1 항에 있어서,
상기 저항도는 약 1 내지 20 ohm.cm인, 스퍼타 타겟. - 제 2 항에 있어서,
상기 저항도는 약 1 내지 12 ohm.cm인, 스퍼타 타겟. - 제 1 항에 있어서,
상기 Si는 약 0.1 내지 약 200 ppm의 산소 함량을 갖는, 스퍼타 타겟. - 제 4 항에 있어서,
상기 Si는 약 1 내지 약 60 ppm의 산소 함량을 갖는, 스퍼타 타겟. - 제 1 항에 있어서,
약 0.001 내지 1 ppm의 B 함량을 갖는, 스퍼타 타겟. - 약 1 내지 60 ohm.cm의 저항도를 갖는 B 도핑된 p-타입 Si의 단결정 잉곳(ingot)을 획득하는 단계에 의해서 제조된 스퍼터 타겟으로서,
상기 획득 단계는 상기 잉곳으로부터 블랭크(blank)들을 형성하는 단계, 상기 블랭크들의 저항도를 측정하는 단계, 약 1 내지 20 ohm.cm의 저항도들을 갖는 블랭크들을 선택하는 단계로서, 상기 선택된 블랭크들이 약 400℃ 이상의 온도들에서 추가 열처리되지 않는, 상기 선택 단계, 그리고 상기 블랭크들을 스퍼터 타겟으로서 사용하기에 적당한 형상들로 형성하는 단계를 포함하는, 스퍼타 타겟. - 제 7 항에 있어서,
블랭크들을 선택하는 상기 단계는 약 1 내지 12 ohm.cm의 저항도들을 갖는 블랭크들을 선택하는 단계를 포함하는, 스퍼타 타겟. - B 도핑된 p-타입 Si 스퍼터 타겟의 제조 방법으로서,
a) CZ 방법에 의해서 준비된 B를 포함하는 단결정 Si 잉곳을 획득하는 단계로서, 상기 잉곳은 중심축을 갖는, 상기 획득 단계,
b) 상기 중심축을 따라 적어도 하나의 위치에서 상기 잉곳의 저항도들을 측정하는 단계,
c) 상기 중심축을 따라 위치들을 결정하는 단계로서, 상기 저항도는 약 1 내지 20 ohm.cm인, 상기 결정 단계,
d) 상기 결정된 위치들(c)에서 상기 잉곳으로부터 블랭크들을 절단하는 단계, 그리고
e) 스퍼터링 타겟들로서 사용하기에 적당한 상기 블랭크들에 바람직한 형상을 부여하는 단계로서, 상기 방법은 상기 단계(a) 후에 400 ℃ 이상의 열처리가 없는, 상기 바람직한 형상 부여 단계를 포함하는, 스퍼터 타겟의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 단계(c)는 약 1 내지 12 ohm.cm의 저항도를 갖는 위치들을 결정하는 단계를 포함하는, 스퍼터 타겟의 제조 방법.
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