KR20170077099A - Epitaxial wafer, bonded wafer, and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
(과제) 게터링 능력을 갖는 실리콘 웨이퍼로서, 또한, 이 실리콘 웨이퍼를 이용하여 에피택셜 웨이퍼 또는 접합 웨이퍼를 제작했을 때에, 저항 변동을 발생시키지 않는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 제조 방법은, 실리콘 웨이퍼의 앞면으로부터 수소 이온을 1.0×1013∼3.0×1016atoms/㎠의 도즈량으로 주입하여, 상기 수소 이온이 고용(固溶)하여 이루어지는 게터링층을 형성하는 것을 특징으로 한다. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a silicon wafer which has a gettering capability and which does not cause resistance fluctuation when an epitaxial wafer or a bonded wafer is manufactured using the silicon wafer .
(Solution) A method of manufacturing a silicon wafer according to the present invention is a method of implanting hydrogen ions at a dose of 1.0 × 10 13 to 3.0 × 10 16 atoms / cm 2 from the front surface of a silicon wafer, The gettering layer is formed.
Description
본 발명은 실리콘 웨이퍼 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이 실리콘 웨이퍼를 이용한 에피택셜 웨이퍼 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이 실리콘 웨이퍼를 이용한 접합 웨이퍼 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a silicon wafer and a method of manufacturing the same. The present invention also relates to an epitaxial wafer using the silicon wafer and a method of manufacturing the same. The present invention also relates to a bonded wafer using the silicon wafer and a method of manufacturing the same.
반도체 디바이스의 특성을 열화시키는 요인으로서, 금속 오염을 들 수 있다. 반도체 웨이퍼로의 금속의 혼입은, 주로 반도체 웨이퍼의 제조 공정 및 디바이스 제조 공정에 있어서 발생한다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼로서의 에피택셜 웨이퍼는, 실리콘 웨이퍼 상에 에피택셜층을 형성함으로써 얻어진다. 여기에서, 에피택셜층은 기판이 되는 실리콘 웨이퍼의 단결정과 연속한 단결정층으로서, 기판과는 상이한 불순물 농도의 층을 만들 수 있다. 이 에피택셜층을 디바이스 영역으로 함으로써, 에피택셜 웨이퍼는 메모리계 소자, 로직계 소자, 촬상 소자 등의 폭넓은 용도로 사용되고 있다.Metal contamination is a factor that deteriorates the characteristics of the semiconductor device. The incorporation of the metal into the semiconductor wafer mainly occurs in the manufacturing process of the semiconductor wafer and the device manufacturing process. For example, an epitaxial wafer as a semiconductor wafer is obtained by forming an epitaxial layer on a silicon wafer. Here, the epitaxial layer may be a single-crystal layer continuous with a single crystal of a silicon wafer serving as a substrate, and may have a layer of an impurity concentration different from that of the substrate. By using this epitaxial layer as a device region, epitaxial wafers are used in a wide range of applications such as memory devices, logic devices, image pickup devices, and the like.
에피택셜 웨이퍼의 제조 공정에 있어서의 금속 오염으로서는, 에피택셜 성장로(爐)의 구성재로부터의 중금속 파티클에 의한 것을 생각할 수 있다. 혹은, 에피택셜 성장시의 로 내 가스로서 염소계 가스를 이용하기 때문에, 그 배관 재료가 금속 부식되어 발생하는 중금속 파티클에 의해, 금속 오염이 발생하는 경우도 생각할 수 있다. 예를 들면, 구리나 니켈과 같은 중금속이 웨이퍼 중에 혼입한 경우, 포즈 타임 불량, 리텐션 불량, 접합 리크 불량 및, 산화막의 절연 파괴와 같은 디바이스 특성에 현저한 악영향을 초래한다.Metal contamination in the manufacturing process of the epitaxial wafer can be considered to be caused by heavy metal particles from the constituent material of the epitaxial growth furnace. Or, since chlorine-based gas is used as the furnace gas in the epitaxial growth, metal contamination may be caused by heavy metal particles generated by metal corrosion of the piping material. For example, when a heavy metal such as copper or nickel is mixed in the wafer, a significant adverse effect is brought about on device characteristics such as a pause time failure, a retention failure, a junction leak failure, and an insulation breakdown of an oxide film.
또한, 고(高)집적 CMOS 소자나 고내압 소자, 나아가서는 이미지 센서 분야에 있어서는, SOI(Silicon on Insulator) 구조를 갖는 SOI 웨이퍼가 반도체 웨이퍼로서 주목받고 있다. 이 SOI 웨이퍼는, 지지 기판 상에, 산화 실리콘(SiO2) 등의 절연막 및 디바이스 활성층으로서 사용되는 단결정 실리콘층이 순차 형성된 구조를 갖는 것이다. 통상의 실리콘 웨이퍼를 기판으로서 이용한 경우에 비하여, 소자와 기판과의 사이에 발생하고 있던 기생 용량이 저감되기 때문에, SOI 웨이퍼는 디바이스의 고속화, 고내압화, 저(低)소비 전력화 등을 실현할 수 있다.In addition, in the field of high-integrated CMOS devices, high-breakdown-voltage devices, and image sensors, SOI wafers having a SOI (silicon on insulator) structure are attracting attention as semiconductor wafers. This SOI wafer has a structure in which an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ) and a single crystal silicon layer used as a device active layer are sequentially formed on a supporting substrate. The parasitic capacitance generated between the device and the substrate is reduced as compared with the case where a normal silicon wafer is used as the substrate. Therefore, the SOI wafer can realize speeding up of devices, higher voltage reduction, lower power consumption, and the like .
이 SOI 웨이퍼는, 예를 들면 접합법에 의해 얻어진다. 이 접합법은, 지지 기판용 웨이퍼 및 활성층용 웨이퍼 중 적어도 한쪽에 산화막(SiO2) 등의 절연막을 형성하고, 이어서, 이들 웨이퍼를, 절연막을 개재하여 접합한 후, 1200℃ 정도의 고온에서 열처리를 행함으로써 SOI 웨이퍼를 제조하는 방법이다(이하, 접합법에 의해 제조된 SOI 웨이퍼를 「접합 웨이퍼」라고 칭함).This SOI wafer is obtained by, for example, a bonding method. In this bonding method, an insulating film such as an oxide film (SiO 2 ) is formed on at least one of the wafer for a support substrate and the wafer for an active layer, and then these wafers are bonded via an insulating film and then subjected to a heat treatment at a high temperature of about 1200 ° C (Hereinafter, an SOI wafer manufactured by a bonding method is referred to as a " bonded wafer ").
이렇게 하여 얻어지는 접합 웨이퍼는, 전기적 특성의 관점이나, 균질인 실리콘층을 형성할 수 있는 등의 장점을 갖는 한편으로, 금속 오염이 반도체 디바이스의 특성을 열화시키는 요인이 된다.The bonded wafers thus obtained have advantages such as being able to form a uniform silicon layer from the viewpoint of electrical characteristics, and metal contamination is deteriorating the characteristics of the semiconductor device.
접합 웨이퍼의 제조 공정에 있어서의 금속 오염으로서는, 접합 후의 열처리에 있어서의 열처리 장치의 구성재로부터의 중금속 파티클에 의한 것이나, 접합 웨이퍼의 두께를 박막화하기 위한 연삭·연마시에 의한 오염 등을 생각할 수 있다.Metal contamination in the manufacturing process of the bonded wafer may be caused by heavy metal particles from the constituent material of the heat treatment apparatus in the heat treatment after bonding or contamination by grinding or polishing in order to reduce the thickness of the bonded wafer .
또한, 반도체 웨이퍼의 제조 공정에 있어서의 금속 오염 이외에도, 예를 들면 촬상 소자나 고집적 CMOS 소자 등의 디바이스 제조 공정에 있어서는, 이온 주입, 확산 및 산화 열처리 등의 각 처리 중에서, 반도체 웨이퍼의 중금속 오염이 우려된다.In addition to the metal contamination in the semiconductor wafer fabrication process, heavy metal contamination of the semiconductor wafer during each process such as ion implantation, diffusion, and oxidation heat treatment in device fabrication processes such as imaging devices and highly integrated CMOS devices I am concerned.
그 때문에, 실리콘 웨이퍼, 에피택셜 웨이퍼 및 접합 웨이퍼에, 금속을 포획하기 위한 게터링 싱크(gettering sink)를 형성하여, 디바이스 형성면으로의 금속 오염을 회피하는 것이 일반적이다.Therefore, it is common to form a gettering sink for trapping a metal on a silicon wafer, an epitaxial wafer, and a bonded wafer, thereby avoiding metal contamination on the device formation surface.
게터링 싱크를 형성하는 방법으로서는, 반도체 웨이퍼의 내부에 결정 결함인 산소 석출물(실리콘 산화물 석출물의 통칭으로서, BMD: Bulk Micro Defect라고도 함)이나 전위를 형성하는 인트린식 게터링(IG)법이 알려진다. 또한, 반도체 웨이퍼의 뒷면(裏面)에 게터링 싱크를 형성하는 엑스트린식 게터링(EG)법도 일반적이다.As a method for forming a gettering sink, there is known an intrinsic gettering (IG) method of forming an oxide precipitate (also referred to as BMD: bulk micro defect) and a dislocation in the semiconductor wafer, which are crystal defects . Further, an extrinsic gettering (EG) method of forming a gettering sink on the back surface of a semiconductor wafer is also common.
여기에서, 중금속의 게터링법의 한 수법으로서, 반도체 웨이퍼 중에 탄소를 이온 주입함으로써, 게터링 사이트를 형성하는 기술이 있다. 특허문헌 1에는, 실리콘 웨이퍼의 일면으로부터 탄소 이온을 주입하여, 탄소 이온 주입 영역을 형성한 후, 이 표면에 실리콘 에피택셜층을 형성하고, 실리콘 에피택셜 웨이퍼로 하는 제조 방법이 기재되어 있다. 이 기술에서는, 탄소 이온 주입 영역이 게터링 사이트로서 기능하고, 그 도즈(dose)량은 5×1013∼5×1015atoms/㎠가 적합하게 여겨진다. Here, as a method of gettering the heavy metal, there is a technique of forming a gettering site by implanting carbon into the semiconductor wafer.
특허문헌 1에 기재되는 바와 같이, 종래의 실리콘 웨이퍼로의 탄소 이온 주입에서는, 적합한 도즈량으로서 5×1013∼5×1015atoms/㎠가 적합하게 여겨진다. 그러나, 향후, 보다 고품질의 실리콘 웨이퍼가 요구되는 것이 전망되어, 보다 강력한 게터링 능력을 갖는 실리콘 웨이퍼가 요구되고 있다.As described in
그래서, 보다 강력한 게터링 능력을 갖는 실리콘 웨이퍼를 얻기 위해, 본 발명자가 탄소 이온 주입을 함에 있어서, 탄소 이온의 도즈량을 5.0×1014atoms/㎠ 이상으로 한 결과, 주입 후의 실리콘 웨이퍼는 충분한 게터링 능력을 갖는 것이 확인되었다. 이하, 본 명세서에 있어서, 실리콘 웨이퍼의 표면 중, 이온 주입하는 측의 면을 실리콘 웨이퍼의 「앞면」이라고 칭하고, 그 반대측의 면을 실리콘 웨이퍼의 「뒷면」이라고 칭한다.Therefore, in order to obtain a silicon wafer having a more powerful gettering capability, the present inventors set the dose amount of carbon ions to 5.0 x 10 14 atoms /
이 실리콘 웨이퍼를 이용하여, 실리콘 웨이퍼의 앞면에 에피택셜층을 형성하고, 에피택셜 웨이퍼를 제작하면, 이 에피택셜 웨이퍼는 충분한 게터링 능력을 유지하는 것이 확인되었다. 또한, 이 실리콘 웨이퍼를 활성층용 웨이퍼로 하고, 이 활성층용 웨이퍼와, 절연막을 갖는 지지 기판용 웨이퍼를, 절연막을 개재하여 접합하여 접합 웨이퍼를 제작하면, 이 접합 웨이퍼도 충분한 게터링 능력을 유지하는 것이 확인되었다. 또한, 상기 접합 웨이퍼에 있어서, 탄소 이온이 주입되는 측의 앞면은, 절연막측에 위치한다.It has been confirmed that this epitaxial wafer maintains sufficient gettering ability by forming an epitaxial layer on the front surface of the silicon wafer using this silicon wafer and fabricating the epitaxial wafer. If this silicon wafer is used as a wafer for an active layer and a wafer for a support substrate having an insulating film is bonded to the wafer for an active layer via an insulating film to form a bonded wafer, . In the bonded wafer, the front surface of the side to which carbon ions are implanted is located on the insulating film side.
그런데, 이렇게 하여 얻어진 에피택셜 웨이퍼 및 접합 웨이퍼에는, 탄소가 과잉으로 주입된 결과, 탄소 주입 영역에는 산소 도너가 과잉으로 발생해 버리는 것이 밝혀졌다. 이 결과, 에피택셜 웨이퍼에 있어서는, 에피택셜층과 하지(base) 기판인 실리콘 웨이퍼와의 계면 근방에서, 에피택셜층 및 실리콘 웨이퍼의 각각의 저항률에 비하여, 저항률이 현저하게 낮아지는 영역이 발생해 버리는 것이 판명되었다(실시예에 있어서 상세를 후술하는 도 11(B), 도 11(C)를 참조). 이러한 영역은, 저농도에서 탄소 이온을 주입한 경우의 에피택셜 웨이퍼나, 탄소 이온을 주입하지 않고, 단순히 실리콘 웨이퍼에 에피택셜층을 형성한 에피택셜 웨이퍼에는 존재하지 않아(실시예에 있어서 상세를 후술하는 도 11(C)를 참조), 종래는 문제가 되지 않았다. 또한, 접합 웨이퍼에 있어서는, 활성층용 웨이퍼와 절연막과의 계면 근방에서, 활성층용 웨이퍼 및 절연막의 저항률에 비하여, 저항률이 현저하게 낮아지는 영역이 발생해 버리는 것이 판명되었다. 이하, 본 명세서에 있어서, 이와 같이, 계면 근방에 있어서 저항률이 현저하게 낮아지는 영역(단순히 「저항 변동 영역」이라고 함)이 발생하는 것을 「저항 변동」이라고 칭한다.It has been found that the epitaxial wafers and the bonded wafers thus obtained are excessively injected with carbon, and as a result, the oxygen donor is excessively generated in the carbon injection region. As a result, in the epitaxial wafer, a region where the resistivity is remarkably lowered compared to the respective resistivities of the epitaxial layer and the silicon wafer in the vicinity of the interface between the epitaxial layer and the silicon wafer as the base substrate (See Figs. 11 (B) and 11 (C) which will be described in detail later in the embodiment). Such an area is not present in an epitaxial wafer in which carbon ions are implanted at a low concentration or in an epitaxial wafer in which an epitaxial layer is simply formed in a silicon wafer without implanting carbon ions (See Fig. 11 (C)). It has also been found that, in the bonded wafer, a region where the resistivity is remarkably lowered compared with the resistivity of the active layer wafer and the insulating film is generated in the vicinity of the interface between the active layer wafer and the insulating film. Hereinafter, in the present specification, a region in which the resistivity is remarkably lowered in the vicinity of the interface (simply referred to as " resistance variation region ") is referred to as " resistance variation "
그래서 본 발명은, 게터링 능력을 갖는 실리콘 웨이퍼로서, 또한, 이 실리콘 웨이퍼를 이용하여 에피택셜 웨이퍼 또는 접합 웨이퍼를 제작했을 때에, 게터링 능력을 유지하면서, 저항 변동을 발생시키지 않는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention provides a silicon wafer having gettering capability and a silicon wafer which does not cause resistance fluctuation while maintaining the gettering ability when the epitaxial wafer or the bonded wafer is manufactured using the silicon wafer The present invention provides a method for providing a plurality of data streams.
본 발명자는, 상기 과제를 감안하여, 실리콘 웨이퍼에 고농도의 이온 주입을 해도, 게터링 능력을 유지하면서, 에피택셜 웨이퍼 및 접합 웨이퍼에 저항 변동을 발생시키지 않는 실리콘 웨이퍼를 얻는 방법을 예의 검토했다. 그 결과, 종래 이용되는 원자 반경이 큰 탄소 이온의 주입에 대신하여, 지금까지 게터링 능력을 부여하기 위한 주입 원소로서는 전혀 주목받지 않았던, 원자 반경이 작은 수소 이온을 주입하는 것에 본 발명자는 착안했다. 수소 이온 주입이라면, 고농도로 이온 주입해도, 게터링 사이트가 되는 수소 주입 영역에는 산소가 포획되지 않기 때문에, 산소 도너가 발생하지 않는 것을 본 발명자는 발견한 것이다. 또한, 수소 이온 주입이라도, 충분한 게터링 능력을 실리콘 웨이퍼에 부여할 수 있는 것을 발견한 것이다. 또한, 실리콘 웨이퍼에 수소 이온을 주입하고, 이 실리콘 웨이퍼에 에피택셜층을 형성하여 에피택셜 웨이퍼를 제작하면, 게터링 능력을 유지하면서, 저항 변동이 발생하지 않는 에피택셜 웨이퍼가 얻어지는 것을 본 발명자는 발견했다. 또한, 이 실리콘 웨이퍼를 활성층용 웨이퍼로 하는 접합 웨이퍼를 제작해도, 역시 게터링 능력을 유지하면서, 저항 변동이 발생하지 않는 접합 웨이퍼가 얻어지는 것을 본 발명자는 발견했다.In view of the above problems, the present inventors have studied excellently a method of obtaining a silicon wafer which does not cause resistance fluctuation in epitaxial wafers and bonded wafers while maintaining gettering capability even when high-concentration ion implantation is performed on the silicon wafers. As a result, the inventors of the present invention have focused on injecting hydrogen ions having a small atomic radius, which have not attracted much attention as injection elements for imparting gettering capability to the prior art, instead of injection of carbon ions having a large atomic radius . In the case of hydrogen ion implantation, the present inventor has found that no oxygen donor is generated because no oxygen is trapped in the hydrogen implanted region, which is a gettering site, even at a high concentration. It has also been found that hydrogen ion implantation can impart sufficient gettering capability to a silicon wafer. The present inventors have also found that when an epitaxial wafer is formed by implanting hydrogen ions into a silicon wafer and forming an epitaxial layer on the silicon wafer, an epitaxial wafer in which resistance fluctuation does not occur while maintaining gettering capability can be obtained found. Further, the inventors of the present invention have found that even when a bonded wafer using this silicon wafer as the active layer wafer is produced, a bonded wafer in which resistance fluctuation does not occur can be obtained while maintaining the gettering ability.
즉, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.That is, the structure of the present invention is as follows.
본 발명에 의한 실리콘 웨이퍼의 제조 방법은, 실리콘 웨이퍼의 앞면으로부터 수소 이온을 1.0×1013∼3.0×1016atoms/㎠의 도즈량으로 주입하여, 상기 수소 이온이 고용(固溶)하여 이루어지는 게터링층을 형성하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a silicon wafer according to the present invention is a method of implanting hydrogen ions at a dose of 1.0 × 10 13 to 3.0 × 10 16 atoms /
또한, 본 발명에 의한 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 상기 수소의 농도 프로파일의 피크가, 상기 앞면으로부터 1.0㎛ 미만인 범위 내에 위치하도록, 상기 수소 이온을 주입하는 것이 바람직하다.In the method of manufacturing a silicon wafer according to the present invention, it is preferable that the hydrogen ion is injected such that the peak of the hydrogen concentration profile in the depth direction of the silicon wafer is located within a range of less than 1.0 mu m from the front surface desirable.
또한, 본 발명에 의한 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법은, 상기 방법에 의해 얻어진 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면에 에피택셜층을 형성하는 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing an epitaxial wafer according to the present invention is characterized in that an epitaxial layer is formed on the front surface of a silicon wafer obtained by the above method.
또한, 본 발명에 의한 접합 웨이퍼의 제조 방법은, 상기 방법에 의해 얻어진 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면을, 절연막을 개재하여 지지 기판용 웨이퍼와 접합하는 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing a bonded wafer according to the present invention is characterized in that the front face of the silicon wafer obtained by the above method is bonded to a wafer for a support substrate via an insulating film.
이 경우, 상기 접합에 앞서, 상기 절연막을, 상기 지지 기판용 웨이퍼에 형성하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the insulating film is formed on the support substrate wafer prior to the bonding.
또한, 본 발명에 의한 실리콘 웨이퍼는, 실리콘 웨이퍼의 앞면측에 형성된, 당해 실리콘 웨이퍼 중에 수소가 고용하여 이루어지는 게터링층을 갖는 실리콘 웨이퍼로서,The silicon wafer according to the present invention is a silicon wafer formed on the front surface side of a silicon wafer and having a gettering layer in which hydrogen is dissolved in the silicon wafer,
상기 실리콘 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 상기 수소의 농도 프로파일의 피크 농도가, 1.0×1018∼1.0×1021atoms/㎤인 것을 특징으로 한다.And the peak concentration of the hydrogen concentration profile in the depth direction of the silicon wafer is 1.0 x 10 18 to 1.0 x 10 21 atoms / cm 3.
또한, 본 발명에 의한 실리콘 웨이퍼는, 상기 실리콘 웨이퍼의 앞면으로부터의 깊이가 1.0㎛ 이하인 범위 내에, 상기 수소의 농도 프로파일의 피크가 위치하는 것이 바람직하다.The silicon wafer according to the present invention preferably has a peak of the concentration profile of hydrogen within a range of 1.0 mu m or less in depth from the front surface of the silicon wafer.
또한, 본 발명에 의한 에피택셜 웨이퍼는, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면에, 에피택셜층을 형성하여 이루어지는 에피택셜 웨이퍼로서,The epitaxial wafer according to the present invention is an epitaxial wafer formed by forming an epitaxial layer on the front surface of the silicon wafer,
상기 에피택셜층을 형성한 후에, 상기 수소의 농도 프로파일의 피크 농도가 7.0×1017atoms/㎤ 이하이며, 또한 상기 게터링층 내에 금속 불순물을 포획하는 결정 결함을 갖는 것을 특징으로 한다.A peak concentration of the concentration profile of hydrogen after the formation of the epitaxial layer is 7.0 x 10 17 atoms / cm 3 or less and crystal defects which trap metal impurities in the gettering layer.
또한, 본 발명에 의한 접합 웨이퍼는, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면을, 절연막을 개재하여 지지 기판용 웨이퍼와 접합하여 이루어지는 접합 웨이퍼로서,The bonded wafer according to the present invention is a bonded wafer in which the front face of the silicon wafer is bonded to a supporting substrate wafer via an insulating film,
상기 접합 후에, 상기 수소의 농도 프로파일의 피크 농도가 7.0×1017atoms/㎤ 이하이며, 또한 상기 게터링층 내에 금속 불순물을 포획하는 결정 결함을 갖는 것을 특징으로 한다.After the bonding, the peak concentration of the hydrogen concentration profile is 7.0 x 10 17 atoms / cm 3 or less and crystal defects that trap metal impurities in the gettering layer.
본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼에 수소 이온을 주입하기 때문에, 게터링 능력을 갖는 실리콘 웨이퍼로서, 이 실리콘 웨이퍼를 이용하여 에피택셜 웨이퍼 또는 접합 웨이퍼를 제작해도, 게터링 능력을 유지하면서, 저항 변동을 발생시키지 않는 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다.According to the present invention, since hydrogen ions are implanted into a silicon wafer, even if an epitaxial wafer or a bonded wafer is manufactured using this silicon wafer as a silicon wafer having gettering capability, Silicon wafers can be produced.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 설명하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서 이용하는 플라즈마 이온 조사 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 설명하는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 접합 웨이퍼의 제조 방법을 설명하는 개략 단면도이다.
도 5는 실시예 1에 있어서의 실리콘 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 농도 프로파일을 나타내는 그래프로서, 도 5(A)는 발명예 1-1의 그래프이며, 도 5(B)는 비교예 1-1의 그래프이다.
도 6은 실시예 2에 있어서의 에피택셜 웨이퍼의 게터링 능력을 평가한 그래프이며, 도 6(A)는 발명예 2-1의 그래프로서, 도 6(B)는 비교예 2-1의 그래프이다.
도 7은 에피택셜 웨이퍼의 에피택셜층 표면의 광학 현미경 사진으로서, 도 7(A)는 발명예 2-1의 현미경 사진이며, 도 7(B)는 비교예 2-1의 현미경 사진이며, 도 7(C)는 종래예의 현미경 사진이다.
도 8은 발명예 2-1에 따른 에피택셜 웨이퍼의 결정 결함을, DLTS법에 의해 평가한 그래프이다.
도 9는 발명예 2-1에 따른 에피택셜 웨이퍼의 결정 결함을, CL 스펙트럼법에 의해 평가한 그래프이다.
도 10은 에피택셜 웨이퍼의 표면 결함을 나타내는 LPD맵이다.
도 11은 에피택셜 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 저항률 분포를 나타내는 그래프로서, 도 11(A)는 발명예 2-1의 그래프이며, 도 11(B)는 비교예 2-1의 그래프이며, 도 11(C)는 종래예의 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a silicon wafer according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a plasma ionizing apparatus used in an embodiment of the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an epitaxial wafer according to a second embodiment of the present invention.
4 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a bonded wafer according to a third embodiment of the present invention.
5 (A) is a graph of Inventive Example 1-1, and FIG. 5 (B) is a graph of a concentration profile of a silicon wafer in Comparative Example 1-1 .
FIG. 6A is a graph of Inventive Example 2-1, FIG. 6B is a graph of the gettering ability of the epitaxial wafer of Example 2, to be.
Fig. 7 is an optical microscope photograph of the surface of the epitaxial layer of the epitaxial wafer. Fig. 7 (A) is a micrograph of Inventive Example 2-1, Fig. 7 (B) is a micrograph of Comparative Example 2-1, 7 (C) is a micrograph of a conventional example.
8 is a graph in which crystal defects of an epitaxial wafer according to Inventive Example 2-1 are evaluated by the DLTS method.
9 is a graph in which crystal defects of the epitaxial wafer according to Inventive Example 2-1 are evaluated by CL spectral method.
10 is an LPD map showing surface defects of an epitaxial wafer.
FIG. 11A is a graph of Inventive Example 2-1, FIG. 11B is a graph of Comparative Example 2-1, and FIG. 11B is a graph of Comparative Example 2-1. 11 (C) is a graph of a conventional example.
(발명을 실시하기 위한 형태)(Mode for carrying out the invention)
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 또한, 도 1∼도 4에서는 설명의 편의상, 실제의 두께 비율과는 상이하게, 웨이퍼 두께 및 층 두께를 과장하여 나타낸다. 또한, 동일한 구성 요소에는 원칙적으로 동일한 참조 번호를 붙여, 설명을 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIGS. 1 to 4, wafer thickness and layer thickness are exaggerated for the sake of convenience in description, unlike the actual thickness ratio. The same reference numerals are attached to the same constituent elements in principle, and a description thereof will be omitted.
(제1 실시 형태: 실리콘 웨이퍼의 제조 방법)(First Embodiment: Manufacturing Method of Silicon Wafer)
우선, 도 1을 이용하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 제조 방법은, 실리콘 웨이퍼(10)의 앞면(10A)으로부터 수소 이온(20)을 1.0×1013∼3.0×1016atoms/㎠의 도즈량으로 주입하여, 수소 이온(20)이 고용하여 이루어지는 게터링층(11)을 형성하는 것을 특징으로 한다. 도 1(C)는, 이 제조 방법의 결과 얻어진 실리콘 웨이퍼(100)의 개략 단면도이다.First, a method of manufacturing a silicon wafer according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to Fig. The method for producing a silicon wafer according to the first embodiment of the present invention is characterized in that
우선, 도 1(A)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(10)를 준비한다. 실리콘 웨이퍼(10)로서는, 실리콘 단결정으로 이루어지는 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용한다. 단결정 실리콘 웨이퍼는, 쵸크랄스키법(CZ법)이나 부유대역(浮遊帶域) 용융법(FZ법)에 의해 육성된 단결정 실리콘 잉곳을 와이어 소 등으로 슬라이스한 것을 사용할 수 있다. 또한, 임의의 불순물 도펀트 원소를 첨가하여, n형 또는 p형으로 해도 좋다.First, as shown in Fig. 1 (A), a
다음으로, 도 1(B)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(10)의 앞면(10A)으로부터 수소 이온(20)을 1.0×1013∼3.0×1016atoms/㎠의 도즈량으로 주입한다. 이 범위의 도즈량으로 수소 이온(20)을 주입한 것에 의해, 도 1(C)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(10)에는 수소 이온(20)이 고용하여 이루어지는 게터링층(11)이 형성되고, 게터링층(11)을 갖는 실리콘 웨이퍼(100)를 제작할 수 있다. 또한, 이 범위의 도즈량으로 수소 이온(20)의 주입을 행함으로써, 실리콘 웨이퍼(100)의 두께 방향에 있어서의 수소의 농도 프로파일의 피크 농도를, 1.0×1018∼1.0×1021atoms/㎤으로 할 수 있다.1 (B),
여기에서, 수소 이온(20)의 도즈량을 1.0×1013∼3.0×1016atoms/㎠로 하는 것은, 이하의 이유에 의한다. 즉, 도즈량이 1.0×1013atoms/㎠ 이상이면, 실리콘 웨이퍼(100)는 충분한 게터링 능력을 갖는다. 한편, 도즈량이 3.0×1016atoms/㎠ 이하이면, 실리콘 웨이퍼의 앞면(10A)의 결정성의 흐트러짐을 억제할 수 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼(100)의 휨량이 과대해지는 것을 방지할 수도 있다. 또한, 수소 이온의 도즈량이 3.0×1016atoms/㎠ 이하이면, 이 실리콘 웨이퍼(100)를 이용하여, 후술의 에피택셜 웨이퍼 및 접합 웨이퍼를 제작할 수 있다. 이 점, 도즈량이 예를 들면 5.0×1016atoms/㎠를 초과하면, 실리콘 웨이퍼 내에 미소 기포층(취화 영역)이 형성되고, 그 후의 에피택셜층의 제조 과정 혹은 접합 웨이퍼의 제조 과정에 있어서 행해지는 열처리에 의해, 미소 기포층을 벽개면으로 하여 실리콘 웨이퍼의 표층부가 박리되어 버려, 에피택셜 웨이퍼나 접합 웨이퍼의 제품 그 자체의 제조를 할 수 없게 된다.Here, the dose amount of the
또한, 보다 높은 게터링 능력을 얻기 위해, 도즈량을 5.0×1014∼3.0×1016atoms/㎠로 하는 것이 바람직하고, 5.0×1015∼3.0×1016atoms/㎠로 하는 것이 더욱 바람직하다.Further, in order to obtain a higher gettering capability, the dose amount is preferably 5.0 x 10 14 to 3.0 x 10 16 atoms /
이렇게 하여 얻어진 실리콘 웨이퍼(100)는, 게터링층(11)을 앞면(10A)측의 표층부에 갖기 때문에, 게터링 능력을 가질 수 있다. 또한, 이하의 제2 실시 형태에 있어서 상세를 후술하지만, 이 실리콘 웨이퍼(100)는, 에피택셜 웨이퍼에 있어서의 하지 기판용의 실리콘 웨이퍼로서 적합하다. 또한, 이하의 제3 실시 형태에 있어서 상세를 후술하지만, 이 실리콘 웨이퍼(100)는 접합 웨이퍼에 있어서의 활성층용 웨이퍼로 해도 적합하다. 이 실리콘 웨이퍼(100)를 이용하여 제작한 에피택셜 웨이퍼 및 접합 웨이퍼는, 게터링 능력을 유지하면서, 저항 변동을 발생시키는 일이 없다.The
여기에서, 실리콘 웨이퍼(10)로의 수소 이온(20)의 주입에 있어서, 임의의 이온 주입법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 종래 공지의 이온 주입 장치를 이용한 모노머 이온 주입법에 의해, 수소 이온(20)을 실리콘 웨이퍼(10)에 주입할 수 있다. 이 경우, 수소 이온의 가속 전압을 10∼300keV/atom 정도로 하여 이온 주입하면, 수소 이온의 가속 전압에 의존하여 게터링층(11)의 앞면(10A)으로부터의 깊이 위치가 정해진다.Here, in the implantation of the
또한, 「모노머 이온」이란, 하기의 「클러스터 이온」과는 상이하며, 단독의 원자 또는 분자가 이온화한 이온을 가리킨다. 「클러스터 이온」이란, 원자 또는 분자가 복수 집합하여 덩어리가 된 클러스터에 정전하 또는 부전하를 부여하여, 이온화한 것을 의미한다. 클러스터는, 복수(통상 2∼2000개 정도)의 원자 또는 분자가 서로 결합한 덩어리 형상의 집단이다.The term " monomer ion " refers to an ion that is different from the following " cluster ion " The term " cluster ion " means ionization by applying a static charge or a negative charge to a cluster in which a plurality of atoms or molecules are aggregated to form a cluster. A cluster is a cluster of masses in which a plurality of (usually about 2 to about 2000) atoms or molecules are bonded together.
본 실시 형태에 있어서, 게터링층(11)의 앞면(10A)으로부터의 깊이 위치는, 디바이스 형성면으로의 중금속 오염을 방지할 수 있는 깊이 위치로서, 적절히 정할 수 있다. 게터링층(11)의 앞면(10A)으로부터의 깊이 위치의 지표로서, 실리콘 웨이퍼(100)의 깊이 방향에 있어서의 수소의 농도 프로파일의 피크 위치를 이용하는 것으로 한다. 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A)으로부터의 깊이가, 예를 들면 3㎛ 이하의 범위 내에, 수소의 농도 프로파일의 피크가 위치하도록, 수소 이온(20)의 가속 전압을 상기 범위 내에서 적절하게 설정하면 좋다.In the present embodiment, the depth position from the
그러나, 실리콘 웨이퍼(10)의 앞면(10A)으로부터의 깊이가, 1.0㎛ 미만인 범위 내에, 수소의 농도 프로파일의 피크가 위치하도록, 수소 이온(20)을 주입하는 것이 보다 바람직하다. 앞면(10A)측이 디바이스 형성 영역이 되는 경우, 앞면(10A)에 보다 가까운 위치에 게터링층(11)을 형성함으로써, 금속 불순물을 게터링하는 능력이 높아지기 때문이다. 앞면(10A)으로부터의 깊이가, 0.5㎛ 미만인 범위 내이면, 상기 효과가 보다 얻어지고, 0.3㎛ 미만인 범위 내이면, 더욱 상기 효과가 얻어진다.However, it is more preferable to implant the
또한, 이 제1 실시 형태에 있어서, 게터링층(11)은, 2차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)으로 실리콘 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 수소의 농도 프로파일을 측정했을 때에, 수소가 백그라운드보다도 많이 검출되는 범위로서 특정된다.In the first embodiment, when the concentration profile of hydrogen in the depth direction of the silicon wafer is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the
수소 이온 주입은, 클러스터 이온 주입법에 의해 행해도 좋다. 이미 서술한 바와 같이, 클러스터 이온이란, 복수의 원자 또는 분자가 서로 결합한 덩어리 형상의 집단이다. 클러스터 이온 주입이라면, 모노머 이온 주입에 비하여 실리콘 웨이퍼(10)의 앞면(10A)측의 표층부 중, 보다 앞면(10A)에 가까운 측에 게터링층(11)을 형성할 수 있다. 또한, 수소를 보다 국소적으로 또한 고농도로 주입할 수도 있다. 클러스터 이온 주입에 의한 경우, 1원자 또는 1분자당의 에너지를 작게 하여 투입할 수 있기 때문에, 가속 전압은 0.1∼100KeV/Cluster 정도이며, 실리콘 웨이퍼(10)의 앞면(10A)으로부터의 깊이가 1.0㎛ 이하인 범위 내에, 게터링층(11)에 있어서의 수소의 깊이 방향의 농도 프로파일의 피크가 위치하도록 수소 이온(20)을 주입 가능하다. 또한, 클러스터 이온을 저에너지로 조사하기 때문에, 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A)의 결정성의 흐트러짐을 억제할 수도 있다.The hydrogen ion implantation may be performed by a cluster ion implantation method. As already described, a cluster ion is a cluster of clusters in which a plurality of atoms or molecules are bonded to each other. The
수소의 클러스터 이온을 주입하는 경우, 예를 들면 이하의 문헌에 기재되는 바와 같은 공지의 방법으로 클러스터 이온을 생성할 수 있다. 가스 클러스터 빔의 생성법으로서, (1) 일본공개특허공보 평9-41138호, (2) 일본공개특허공보 평4-354865호, 이온 빔의 생성법으로서, (1) 하전 입자 빔 공학: 이시카와 쥰조: ISBN978-4-339-00734-3: 코로나사, (2) 전자·이온 빔 공학: 전기학회: ISBN4-88686-217-9: 오움사, (3) 클러스터 이온 빔 기초와 응용: ISBN4-526-05765-7: 일간공업신문사. 또한, 일반적으로, 정전하의 클러스터 이온의 발생에는 닐슨형 이온원 혹은 카우프만형 이온원이 이용되고, 부전하의 클러스터 이온의 발생에는 체적 생성법을 이용한 대전류 부(負)이온원이 이용된다.In the case of implanting cluster ions of hydrogen, cluster ions can be generated by a known method, for example, as described in the following literatures. (1) Charged Particle Beam Engineering: Ishikawa Junsu: (1) Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-41138, (2) Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-354865, ISBN 978-4-339-00734-3: Corona, (2) Electron and ion beam engineering: Institute of Electrical Engineers: ISBN4-88686-217-9: Oumba, (3) Cluster ion beam foundation and application: ISBN4-526- 05765-7: Daily industrial newspaper company. Generally, a Nielsen type ion source or a Kaufman type ion source is used for generation of cluster ions under static electricity, and a large current source using a volume generation method is used for generation of cluster ions under negation.
또한, 본 발명에 따른 일 실시 형태로서, 플라즈마 이온 주입법에 의해 수소 이온(20)을 주입해도 좋다. 플라즈마 이온 주입법은, 예를 들면 도 2에 나타내는 플라즈마 이온 주입 장치(50)를 이용하여 행할 수 있다. 이 플라즈마 이온 주입 장치(50)는, 예를 들면 플라즈마 챔버(51)와, 가스 도입구(52)와, 진공 펌프(53)와, 펄스 전압 인가 수단(54)과, 웨이퍼 고정대(55)를 구비하고 있다. 플라즈마 이온 주입 장치(50)에 의해, 수소를 포함하는 가스의 플라즈마를 생성함과 함께, 생성한 플라즈마에 포함되는 수소 이온을, 웨이퍼 고정대(55)에 설치한 실리콘 웨이퍼(10)에 주입할 수 있다.Further, as one embodiment of the present invention,
또한, 수소를 포함하는 가스의 플라즈마의 생성은, 구체적으로는 이하와 같이 행할 수 있다. 우선, 진공 펌프(53)에 의해 플라즈마 챔버(51) 내를 감압하여 진공으로 하고, 이어서, 수소 가스를 가스 도입구(52)로부터 챔버(51) 내에 도입하여, 펄스 전압 인가 수단(54)에 의해 웨이퍼 고정대(55)(실리콘 웨이퍼(10))에 펄스적으로 부전압을 인가함으로써, 수소를 포함하는 플라즈마를 생성할 수 있다. 펄스 전압의 주파수는, 10㎐∼10㎑ 정도, 펄스 전압의 펄스폭은 1μsec∼1000μsec 정도로 적절히 정하면 좋다. 가스 도입 후의 플라즈마 챔버(51) 내의 진공도는, 플라즈마 상태를 유지하기 위해 1.0×10-1㎩ 이하로 하면 좋다. 이렇게 하여 생성된 수소 이온은, 모노머 이온과, 클러스터 이온과의 혼합물이 된다.Further, the generation of the plasma of the gas containing hydrogen can be specifically performed as follows. The inside of the
플라즈마 이온 주입법에 의해 수소 이온(20)을 실리콘 웨이퍼(10)에 주입하면, 이미 서술한 모노머 이온 주입법 및 클러스터 이온 주입법에 의한 이온 주입에 비하여, 게터링층(11)의 깊이 위치를, 보다 앞면(10A)측으로 할 수 있다. 게터링층(11)의 깊이 위치는, 인가하는 펄스 전압의 크기에 의존하며, 20V∼20kV 정도의 범위에서 적절히 정하면 좋다. 실리콘 웨이퍼(10)의 앞면(10A)으로부터의 깊이가 0.1㎛ 미만인 범위 내에 수소의 농도 프로파일의 피크가 위치하도록 수소 이온(20)을 주입해도 좋다. 또한, 플라즈마 이온 주입법에 의한 경우, 펄스 전압에 따라서는, 수소의 최대 농도가 출현하는 위치가 실리콘 웨이퍼(10)의 앞면(10A)측의 최(最)표면이 되는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 엄밀한 의미에서의 「피크」와는 상이하지만, 본 명세서에 있어서는, 실리콘 웨이퍼(10)의 최표면을 수소 농도의 피크 위치로 한다. 이 경우, 주입 깊이는 0이지만, 이미 서술한 바와 같이, 수소가 백그라운드보다도 많이 검출되는 범위가 게터링층(11)이다.When the
(제2 실시 형태: 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법)(Second Embodiment: Method of Manufacturing an Epitaxial Wafer)
다음으로, 도 3을 이용하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 에피택셜 웨이퍼(200)의 제조 방법을 설명한다. 에피택셜 웨이퍼(200)의 제조 방법은, 제1 실시 형태에 의해 얻어지는 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A)에 에피택셜층(12)을 형성하는 것을 특징으로 한다.Next, a method of manufacturing the
우선, 도 3(A)에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태에 있어서 이미 서술한 방법에 의해, 실리콘 웨이퍼(100)를 제작한다. 이 실리콘 웨이퍼(100)는, 이미 서술한 게터링층(11)을 갖는다.First, as shown in Fig. 3 (A), a
이어서, 도 3(B)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A)에 에피택셜층(12)을 형성하면, 에피택셜 웨이퍼(200)가 얻어진다. 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A) 상에 형성하는 에피택셜층(12)으로서는, 실리콘 에피택셜층을 들 수 있고, 일반적인 조건에 의해 형성할 수 있다. 예를 들면, 수소를 캐리어 가스로서, 디클로로실란, 트리클로로실란 등의 소스 가스를 챔버 내에 도입하고, 사용하는 소스 가스에 따라서도 성장 온도는 상이하지만, 대체로 1000∼1200℃ 온도 범위의 온도에서 CVD법에 의해 실리콘 웨이퍼(100) 상에 에피택셜 성장시킬 수 있다. 에피택셜층(12)의 두께는, 1∼15㎛ 정도로 할 수 있고, 4∼8㎛ 정도로 하는 것이 보다 바람직하다.Subsequently, as shown in Fig. 3 (B), when the
여기에서, 예를 들면 5.0×1014atoms/㎤ 이상의 고농도의 도즈량으로 탄소 이온 주입하여 게터링층을 형성한 실리콘 웨이퍼에, 에피택셜층을 형성하여 에피택셜 웨이퍼를 제작하면, 이 에피택셜 웨이퍼는 게터링 능력을 갖기는 하지만, 이미 서술한 저항 변동이 발생해 버린다(예를 들면, 후술하는 도 11(B)를 참조). 이에 대하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 따라, 수소 이온 주입에 의해 형성된 게터링층(11)을 갖는 실리콘 웨이퍼(100)에 에피택셜층(12)을 형성한 에피택셜 웨이퍼(200)는, 실리콘 웨이퍼(100)의 게터링 능력을 유지하면서, 저항 변동을 발생시키는 일이 없는(예를 들면, 후술하는 도 11(A)를 참조) 것을 본 발명자는 발견한 것이다.Here, if an epitaxial layer is formed on a silicon wafer on which a gettering layer is formed by implanting carbon ions at a dose of 5.0 x 10 14 atoms / cm 3 or more, for example, at a high concentration, the epitaxial wafer The above-described resistance fluctuation occurs (for example, see Fig. 11 (B), which will be described later). On the other hand, according to the second embodiment of the present invention, the
수소 이온이 고용하여 이루어지는 게터링층(11)을 갖는 실리콘 웨이퍼(100)에 에피택셜층(12)을 형성하여 에피택셜 웨이퍼(200)를 제작한 경우에, 에피택셜 웨이퍼(200)에 저항 변동이 발생하지 않는 이유를, 본 발명자는 이하와 같이 생각하고 있다.In the case where the
1.0×1013∼3.0×1016atoms/㎠의 도즈량으로 수소 이온을 실리콘 웨이퍼(10)에 주입한 후로서, 에피택셜층(12)을 형성하기 전의 실리콘 웨이퍼(100)에 대하여, SIMS에 의해 수소 농도를 측정하면, 이하와 같은 점이 판명되었다. 즉, 실리콘 웨이퍼(100)에는 실리콘 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 수소의 농도 프로파일을 측정했을 때에, 수소가 백그라운드보다도 많이 검출되는 범위가 존재하고, 그 영역이 게터링층(11)이 된다(예를 들면, 후술하는 도 5(A)). 여기에서, 본 명세서에 있어서, 수소의 농도 프로파일에 있어서, 7.0×1017atoms/㎤을, SIMS에 의한 수소의 검출 한계로 한다.The
한편, 이 실리콘 웨이퍼(100)에 에피택셜층(12)을 형성하여 에피택셜 웨이퍼(200)를 제작한 후에, 이 에피택셜 웨이퍼(200)에 대하여 SIMS에 의해 수소 농도를 측정하면, 이하와 같은 점이 판명되었다. 즉, 실리콘 웨이퍼(100)에 있어서의 게터링층(11)의 영역 내에서, 수소가 백그라운드보다도 많이 검출되는 범위가 존재하지 않았던 것이다. 그러나, 이 에피택셜 웨이퍼(200)는, 게터링 능력을 갖는 것이 확인되었다(실시예 2에 있어서 상세를 후술함). 본 발명자가 추가로 검토한 결과, 이 에피택셜 웨이퍼를 DLTS법에 의해 분석하면, 이하와 같은 점이 판명되었다. 즉, DLTS법을 이용한 분석에 의하면, 에피택셜 웨이퍼(200)의 게터링층(11)에는, 공공(空孔)과 산소에 기인한 결함(V-O)으로 추정되는 결정 결함이 발생하고 있는 것이 확인되었다(실시예에 있어서 상세를 후술하는 도 8을 참조). 이 결과로부터, 에피택셜 웨이퍼(200)에 있어서는, 수소 이온 주입 영역인 게터링층(11)에 공공이 고밀도로 존재하고, 이 공공이 게터링 싱크로서 기능하는 것으로 생각된다. 에피택셜층 형성시에, 수소 이온 주입 영역에 있어서, 수소가 규소(Si)와의 결합을 해리(解離)하여 외방(外方) 확산한 결과, 공공이 잔존한 것으로 생각된다. 이 때문에, 에피택셜 웨이퍼(200)는, 게터링 능력을 가질 수 있다. 또한, 탄소 이온 주입과 상이하게, 수소 이온 주입이라면, 게터링층이 되는 수소 주입 영역에 있어서의 산소 도너의 발생이 억제되어, 산소 도너를 기인으로 한 저항 변동은 거의 일어나지 않는다. 이것은, 실리콘 웨이퍼(100) 내에 주입한 수소가 에피택셜층 형성시에 외방 확산하여, 주입 영역에 산소가 존재하기 어려운 상황이 되어 있는 것으로 추측된다.On the other hand, when the
본 발명은 이론에 구속되는 것은 아니지만, 본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 게터링 능력을 갖고, 또한, 저항 변동을 발생시키는 일이 없는 에피택셜 웨이퍼(200)를 얻을 수 있다는, 현저한 효과를 나타낸다.Although the present invention is not limited to the theory, according to the second embodiment of the present invention, it is possible to obtain a remarkable effect that an
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 실리콘 웨이퍼(10)로의 수소 이온(20)의 주입은, 모노머 이온 주입법 또는 클러스터 이온 주입법에 의한 것이 바람직하다. 수소의 농도 피크 위치는, 근접 게터링의 관점에서는 최표면에 가능한 한 가까운 것이 바람직하다. 그러나, 에피택셜층(12)의 형성을 용이하게 하는 관점에서는, 수소의 피크 위치를 최표면보다도 심층(深層)측(0.1㎛∼1㎛ 정도)으로 하는 것이 바람직하기 때문이다.In the present embodiment, it is preferable that implantation of the
또한, 이미 서술한 바와 같이, 이 제2 실시 형태에 있어서, 에피택셜층(12) 형성 후의 에피택셜 웨이퍼(200)의 게터링층(11)에 있어서의 수소 농도는, SIMS 측정에 의한 검출 한계 이하가 된다. 그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 에피택셜 웨이퍼(200)에 있어서의 게터링층(11)을, 다음의 (1) 또한 (2)를 충족하는 것으로 하여 특정한다.As described above, in the second embodiment, the hydrogen concentration in the
(1) SIMS에 의한 수소 농도는 검출 한계 이하(수소 농도가 7.0×1017atoms/㎤ 이하)이다.(1) The hydrogen concentration by SIMS is below the detection limit (the hydrogen concentration is 7.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less).
(2) 에피택셜층(12)을 형성하기 전의 게터링층(11)이 위치하고 있던 부분에, 금속 불순물을 포획하는 결정 결함이 존재한다.(2) There exists a crystal defect trapping metal impurities in the portion where the
(제3 실시 형태: 접합 웨이퍼의 제조 방법)(Third Embodiment: Method of manufacturing bonded wafer)
다음으로, 도 4를 이용하여, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 접합 웨이퍼(300)의 제조 방법을 설명한다. 접합 웨이퍼(300)의 제조 방법은, 제1 실시 형태에 의해 얻어지는 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A)을, 절연막(31)을 개재하여 지지 기판용 웨이퍼(30)와 접합하는 것을 특징으로 한다.Next, a method of manufacturing the bonded
우선, 도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태에 있어서 이미 서술한 방법에 의해, 실리콘 웨이퍼(100)를 제작한다. 이 실리콘 웨이퍼(100)는, 이미 서술한 게터링층(11)을 갖는다. 또한, 후술하는 바와 같이, 이 실리콘 웨이퍼(100)는, 접합 웨이퍼(300)에 있어서 활성층이 되어, SOI 웨이퍼의 디바이스 영역으로서 이용된다.First, as shown in Fig. 4 (A), a
또한, 상기 실리콘 웨이퍼(100)와는 별도로, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이, 지지 기판용 웨이퍼(30)를 준비한다. 지지 기판용 웨이퍼(30)는, 접합 웨이퍼(300)의 지지 기판으로서 이용되는 웨이퍼이며, 이 지지 기판용 웨이퍼(30)로서는, 임의의 웨이퍼를 이용할 수 있다.Further, as shown in Fig. 4 (B), a
다음으로, 도 4(C)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 산화 분위기에서의 열처리 등에 의해, 절연막(31)을 지지 기판용 웨이퍼(30)에 형성한다. 지지 기판용 웨이퍼(30)의 양면(兩面)에 절연막(31)을 형성해도 좋고, 접합하는 측의 면만이라도 좋다. 도 4(C)는, 지지 기판용 웨이퍼(30)의 양면에 절연막(31)을 형성한 경우의 도면이다.Next, as shown in Fig. 4 (C), an insulating
이어서, 도 4(D)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A)을, 절연막(31)을 개재하여 지지 기판용 웨이퍼(30)와 접합함으로써, 접합 웨이퍼(300)가 얻어진다. 이 접합은, 임의의 웨이퍼 접합 장치를 이용하여 행할 수 있다. 이 접합 웨이퍼(300)에 있어서, 실리콘 웨이퍼(100)가 활성층(SOI층)이 된다. 보다 구체적으로는, 실리콘 웨이퍼(100)의 뒷면(10B)이 디바이스 영역으로서 이용된다.4 (D), the
이 접합 웨이퍼(300)는, 제2 실시 형태에 있어서의 에피택셜 웨이퍼(200)와 동일하게, 게터링 능력을 갖고, 또한, 저항 변동을 발생시키는 일이 없는 접합 웨이퍼이다.This bonded
여기에서, 상기 실시 형태에 있어서는, 도 4(C)에 나타내는 바와 같이, 절연막(31)을, 지지 기판용 웨이퍼(30)에 형성했다. 실리콘 웨이퍼(100)에 절연막을 형성하는 경우와 비교하여, 실리콘 웨이퍼(100)의 게터링층(11)으로의 가열 기회 및 가열 시간을 억제할 수 있기 때문에, 접합 웨이퍼(300)의 게터링 능력을 유지하기 쉽기 때문이다. 이러한 절연막(31)으로서는, 예를 들면 실리콘 산화막(SiO2)으로 할 수 있고, 통상 이용되는 열산화막 제작 장치를 이용하여 제작할 수 있다. 절연막(31)의 두께는, 실리콘 웨이퍼(100)를 접합 웨이퍼에 있어서의 SOI로서 이용하는 것이 가능한 범위에서 적절히 설정할 수 있다. 한정을 의도하는 것은 아니지만, 실리콘 웨이퍼(100)와, 지지 기판용 웨이퍼(30)와의 사이의 절연막의 두께를, 예를 들면 0.1∼10㎛로 할 수 있고, 10∼30㎛로 할 수도 있다.Here, in the above embodiment, as shown in Fig. 4 (C), the insulating
그러나, 절연막(31)을, 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A)에 형성해도 좋다. 이 경우, 게터링층(11)을 형성하기 전에 절연막(31)을 형성해도 좋고, 게터링층(11)을 형성한 후에 절연막(31)을 형성해도 좋다. 단, 실리콘 웨이퍼(100)의 게터링층(11)으로의 가열 기회 및 가열 시간을 억제하는 관점에서는, 게터링층(11)을 형성하기 전에 절연막(31)을 형성하는 것이 바람직하다.However, the insulating
또한, 도 4(D)에 있어서의, 실리콘 웨이퍼(100)와, 지지 기판용 웨이퍼(30)와의 접합 후에, 이 접합을 강화하기 위해, 열처리를 행하여, 실리콘 웨이퍼(100)와, 지지 기판용 웨이퍼(30)와의 사이의 접합면의 접합을 강화해도 좋다. 또한, 이 접합 강화 열처리는, 예를 들면, 산화성 가스 또는 불활성 가스 분위기 중에 있어서, 800℃ 이상 1200℃ 이하, 10분 이상 6시간 이하의 조건하를 행할 수 있다.4 (D), after the bonding of the
또한, 도 4(E)에 나타내는 바와 같이, 활성층(SOI) 영역이 되는 실리콘 웨이퍼(100)의 두께를, 박막화 처리를 행함으로써 박막화해도 좋다. 이에 따라, 소망하는 두께의 활성층(SOI)을 갖는 접합 웨이퍼(300')를 얻을 수 있다. 이 박막화 공정은, 예를 들면, 주지(周知)의 평면 연삭 및 경면 연마법을 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 박막화 처리를 주지의 스마트 컷법 등, 다른 박막화 기술을 이용하여 행해도 좋다. 또한, 지지 기판용 웨이퍼(30)를 박막화해도 좋고, 이 박막화시에, 접합면 이외의 면의 절연막을 연삭·연마해도 좋다.Further, as shown in Fig. 4 (E), the thickness of the
제2 실시 형태와 동일하게, 이 제3 실시 형태에 있어서, 접합 웨이퍼(300)의 게터링층(11)에 있어서의 수소 농도는, SIMS 측정에 의한 검출 한계 이하가 된다. 그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 접합 웨이퍼(300)에 있어서의 게터링층(11)을, 다음의 (1) 또한 (2)를 충족하는 것으로 하여 특정한다.As in the second embodiment, in this third embodiment, the hydrogen concentration in the
(1) SIMS에 의한 수소 농도는 검출 한계 이하(수소 농도가 7.0×1017atoms/㎤ 이하)이다.(1) The hydrogen concentration by SIMS is below the detection limit (the hydrogen concentration is 7.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less).
(2) 접합 전에 게터링층(11)이 위치하고 있던 부분에, 금속 불순물을 포획 하는 결정 결함이 존재한다.(2) There exist crystal defects that trap metal impurities in the portion where the
다음으로, 상기 제1, 제2 및 제3 실시 형태에 따른 제조 방법에 의해 얻어지는 실리콘 웨이퍼(100), 에피택셜 웨이퍼(200) 및 접합 웨이퍼(300)에 대해서 각각 설명한다.Next, the
(실리콘 웨이퍼)(Silicon wafer)
도 1(C)에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼(100)는, 실리콘 웨이퍼(10)의 앞면(10A)측에 형성된, 실리콘 웨이퍼(10) 중에 수소가 고용하여 이루어지는 게터링층(11)을 갖는 실리콘 웨이퍼(100)로서, 실리콘 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 수소의 농도 프로파일의 피크 농도가, 1.0×1018∼1.0×1021atoms/㎤인 것을 특징으로 한다.1C, the
즉, 이미 서술한 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 의해, 실리콘 웨이퍼(100)는 게터링 능력을 가질 수 있다. 또한, 이 실리콘 웨이퍼(100)는, 에피택셜 웨이퍼에 있어서의 하지 기판용의 실리콘 웨이퍼로서 적합하다. 또한, 이 실리콘 웨이퍼(100)는, 접합 웨이퍼에 있어서의 활성층용 웨이퍼로서도 적합하다. 이 실리콘 웨이퍼(100)를 이용하여 제작한 에피택셜 웨이퍼 및 접합 웨이퍼는, 게터링 능력을 유지하면서, 저항 변동을 발생시키는 일이 없기 때문이다.In other words, the
또한, 보다 높은 게터링 능력을 얻기 위해, 수소의 농도 프로파일의 피크 농도를 1.0×1019∼1.0×1021atoms/㎤로 하는 것이 바람직하고, 1.0×1020∼1.0×1021atoms/㎤로 하는 것이 더욱 바람직하다.In order to obtain a higher gettering capability, the peak concentration of the concentration profile of hydrogen is preferably set to 1.0 x 10 19 to 1.0 x 10 21 atoms / cm 3, more preferably 1.0 x 10 20 to 1.0 x 10 21 atoms / cm 3 .
또한, 보다 높은 게터링 능력을 얻으려면, 실리콘 웨이퍼(10)의 표면 근방에 게터링층(11)을 형성하는 것이 바람직하고, 실리콘 웨이퍼(10)의 앞면(10A)으로부터의 깊이가 1.0㎛ 미만인 범위 내에, 수소의 농도 프로파일의 피크가 위치하는 것이 바람직하다.In order to obtain a higher gettering ability, it is preferable to form the
(에피택셜 웨이퍼)(Epitaxial wafer)
본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼(200)를 도 3(B)에 나타낸다. 이 에피택셜 웨이퍼(200)는, 이미 서술한 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A) 상에, 에피택셜층(12)을 형성하여 이루어지는 에피택셜 웨이퍼로서, 에피택셜층(12)을 형성한 후에, 실리콘 웨이퍼(100)의 깊이 방향에 있어서의 수소의 농도 프로파일의 피크 농도가 7.0×1017atoms/㎤ 이하이며, 또한 게터링층(11) 내에 금속 불순물을 포획하는 결정 결함을 갖는 것을 특징으로 한다.An
이 에피택셜 웨이퍼(200)는, 게터링 능력을 갖고, 또한, 저항 변동을 발생시키는 일이 없다는 현저한 특징을 갖는다.This
또한, 수소의 농도 프로파일의 피크를 실리콘 웨이퍼의 앞면(10A)으로부터의 깊이가 1.0㎛ 이하인 범위 내에 위치시킴으로써, Co 등 확산 속도가 비교적 느린 금속 불순물까지 충분히 게터링할 수 있어, 바람직하다.It is also preferable that the metal impurity with relatively low diffusion speed such as Co can be sufficiently gettered by locating the peak of the hydrogen concentration profile within the range of 1.0 mu m or less from the
(접합 웨이퍼)(Bonded wafer)
본 발명에 따른 접합 웨이퍼(300)를 도 4(D)에 나타낸다. 이 접합 웨이퍼(300)는, 이미 서술한 실리콘 웨이퍼(100)의 앞면(10A)을, 절연막(31)을 개재하여 지지 기판용 웨이퍼(30)와 접합하여 이루어지는 접합 웨이퍼로서, 상기 접합 후에, 실리콘 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 수소의 농도 프로파일의 피크 농도가 7.0×1017atoms/㎤ 이하이며, 또한, 게터링층(11) 내에 금속 불순물을 포획하는 결정 결함을 갖는 것을 특징으로 한다.Fig. 4 (D) shows the bonded
이 접합 웨이퍼(300)는, 게터링 능력을 갖고, 또한, 저항 변동을 발생시키는 일이 없다는 현저한 특징을 갖는다.This bonded
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 하등 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[실시예 1][Example 1]
(실리콘 웨이퍼; 발명예 1-1)(Silicon wafer: Inventive example 1-1)
CZ 단결정으로부터 얻은 n형 실리콘 웨이퍼(직경: 300㎜, 두께: 775㎛, 도펀트 종류: 인, 저항률: 15Ω·㎝, 산소 농도: 1.2×1018atoms/㎤)를 준비했다. 이어서, 대전류형 이온 주입 장치를 이용하여, 도즈량: 5.0×1015atoms/㎠, 가속 전압: 17keV/atom으로 수소의 모노머 이온을 실리콘 웨이퍼의 표면에 주입하여, 실리콘 웨이퍼를 제작했다.An n-type silicon wafer (diameter: 300 mm, thickness: 775 탆, dopant type: phosphorus, resistivity: 15 Ω · cm, oxygen concentration: 1.2 × 10 18 atoms / cm 3) obtained from CZ single crystal was prepared. Subsequently, monomer ions of hydrogen were implanted into the surface of the silicon wafer at a dose amount of 5.0 × 10 15 atoms /
(비교예 1-1)(Comparative Example 1-1)
수소 이온 주입에 대신하여, 가속 전압: 60keV/atom으로 탄소 이온 주입한 것 이외에는, 발명예 1-1과 동일하게 하여 실리콘 웨이퍼를 제작했다.A silicon wafer was produced in the same manner as in Example 1-1 except that carbon ions were implanted at an acceleration voltage of 60 keV / atom instead of hydrogen ion implantation.
(평가 1-1: SIMS 측정)(Evaluation 1-1: SIMS measurement)
발명예 1-1 및 비교예 1-1의 실리콘 웨이퍼에 대해서 SIMS 측정을 행하여, 수소 및 탄소의 농도 프로파일을 각각 얻었다. 결과를 도 5(A), 도 5(B)에 각각 나타낸다. 또한, 횡축의 깊이는 실리콘 웨이퍼의 앞면(이온 주입한 측의 면)을 0으로 하고 있다. 도 5(A), 도 5(B)로부터, 발명예 1-1 및 비교예 1-1에서는, 약 0.2㎛의 깊이 위치에 주입 이온의 피크 농도가 발생하고 있는 것을 알 수 있다.Silicon wafers of Example 1-1 and Comparative Example 1-1 were subjected to SIMS measurement to obtain hydrogen and carbon concentration profiles, respectively. The results are shown in Fig. 5 (A) and Fig. 5 (B), respectively. In addition, the depth of the horizontal axis represents the front face (the face on the ion-implanted side) of the silicon wafer. 5 (A) and 5 (B), it can be seen that, in Inventive Examples 1-1 and 1-1, a peak concentration of implantation ions is generated at a depth of about 0.2 μm.
(평가 1-2: 게터링 능력 평가)(Evaluation 1-2: Evaluation of gettering ability)
발명예 1-1 및 비교예 1-1의 실리콘 웨이퍼 표면을, Ni 오염액(1.0×1013/㎠)으로, 스핀 코팅 오염법을 이용하여 고의로 오염하고, 이어서, 질소 분위기 중에 있어서 900℃에서 30분간의 열처리를 행했다.The surfaces of the silicon wafers of Examples 1-1 and 1-1 were intentionally contaminated with a Ni contaminated solution (1.0 x 10 13 / cm 2) using a spin coating contamination method, Followed by heat treatment for 30 minutes.
그 후, 실리콘 웨이퍼 중의 Ni의 농도를 SIMS에 의해 측정하여, 각 실리콘 웨이퍼의 게터링 성능을 평가한 결과, 발명예 1-1 및 비교예 1-1의 실리콘 웨이퍼는 함께, 1.0×1017atoms/㎤ 이상의 Ni의 피크 농도가 관찰되어, 충분한 게터링 능력을 갖는 것이 확인되었다.Thereafter, the concentration of Ni in the silicon wafer was measured by SIMS, and the gettering performance of each silicon wafer was evaluated. As a result, the silicon wafers of the inventive example 1-1 and comparative example 1-1 together included 1.0 10 17 atoms / Cm < 3 > or more was observed, confirming that it had a sufficient gettering capability.
[실시예 2][Example 2]
(에피택셜 웨이퍼; 발명예 2-1)(Epitaxial wafer: Inventive Example 2-1)
상기 실시예 1의 발명예 1-1과 동일한 방법으로, 에피택셜 웨이퍼의 하지 기판으로서 실리콘 웨이퍼를 제작했다. 이어서, 이 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 성장 장치(어플라이드 머터리얼즈사 제조) 내에 반송하고, 장치 내에서 1120℃의 온도에서 30초의 수소 베이킹 처리를 행한 후, 수소를 캐리어 가스, 트리클로로실란을 소스 가스, 포스핀을 도펀트 가스로 하고, 1000∼1150℃의 성장 온도에서, CVD법에 의해 실리콘 웨이퍼 상에 실리콘의 에피택셜층(목표 두께: 8㎛, 도펀트 종류: 인, 목표 저항률: 65Ω·㎝)을 에피택셜 성장시켜, 본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼를 제작했다.A silicon wafer was produced as a base substrate of an epitaxial wafer in the same manner as in Inventive Example 1-1 of Example 1. [ Subsequently, the silicon wafer was transferred into an epitaxial growth apparatus (manufactured by Applied Materials Co.), hydrogen baking treatment was carried out at a temperature of 1120 DEG C for 30 seconds, hydrogen was supplied as a carrier gas, trichlorosilane as a source gas, An epitaxial layer of silicon (target thickness: 8 mu m, dopant type: phosphorus, target resistivity: 65 [Omega] .cm) was formed on the silicon wafer at a growth temperature of 1000 to 1150 DEG C using a phosphine as a dopant gas Epitaxial growth was performed to produce an epitaxial wafer according to the present invention.
(비교예 2-1)(Comparative Example 2-1)
수소 이온 주입에 대신하여, 가속 전압: 60keV/atom으로 실리콘 웨이퍼에 탄소 이온을 주입한 것 이외에는, 발명예 2-1과 동일하게 하여 에피택셜 웨이퍼를 제작했다.An epitaxial wafer was produced in the same manner as in Production Example 2-1 except that carbon ions were implanted into a silicon wafer at an acceleration voltage of 60 keV / atom instead of hydrogen ion implantation.
(종래예)(Conventional example)
실리콘 웨이퍼에 대하여 수소 이온을 주입하지 않았던 것 이외에는, 발명예 2-1과 동일하게 하여 에피택셜 웨이퍼를 제작했다. 즉, 종래예의 에피택셜 웨이퍼에는, 이온 주입 영역이 형성되어 있지 않다.An epitaxial wafer was produced in the same manner as in Production Example 2-1 except that hydrogen ions were not implanted into the silicon wafer. That is, in the conventional epitaxial wafer, an ion implantation region is not formed.
(평가 2-1: SIMS 측정에 의한 게터링 능력 평가)(Evaluation 2-1: Evaluation of gettering ability by SIMS measurement)
발명예 2-1 및 비교예 2-1의 에피택셜 웨이퍼의 에피택셜층의 표면을, Ni 오염액(1.0×1013atoms/㎠)을 이용하여 스핀 코팅 오염법에 의해 고의로 오염하고, 이어서, 질소 분위기 중에 있어서 900℃에서 30분간의 열처리를 행했다. 그 후, 에피택셜 웨이퍼 중의 Ni의 농도를 SIMS에 의해 측정하여, 각 에피택셜 웨이퍼의 게터링 성능을 평가했다. 결과를 도 6(A), 도 6(B)에 각각 나타낸다. 또한, 횡축의 깊이는, 에피택셜층 표면을 0으로 하고 있다.The surface of the epitaxial layer of the epitaxial wafer of Inventive Example 2-1 and Comparative Example 2-1 was intentionally contaminated by a spin coating contamination method using a Ni contaminated liquid (1.0 x 10 13 atoms / cm 2) Heat treatment was performed at 900 占 폚 for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Thereafter, the concentration of Ni in the epitaxial wafer was measured by SIMS, and the gettering performance of each epitaxial wafer was evaluated. The results are shown in Figs. 6 (A) and 6 (B). The depth of the abscissa indicates the surface of the epitaxial layer as zero.
(평가 2-2: 광학 현미경에 의한 게터링 능력 평가)(Evaluation 2-2: Evaluation of gettering ability by optical microscope)
상기 평가 2-1에서 행한 Ni의 고의 오염을, 발명예 2-1, 비교예 2-1 및 종래예에서 제작한 에피택셜 웨이퍼에 대하여 행하고, 라이트액에 3분간 담근 후, 고의 오염 후의 에피택셜층 표면을 광학 현미경으로 관찰하고, 에피택셜층 표면에서 관찰되는 피트(니켈 실리사이드 기인의 표면 피트: Ni 피트)의 발생의 유무를 조사했다. 결과를 도 7(A)∼도 7(C)에 각각 나타낸다.The contamination of the Ni by the evaluation 2-1 was evaluated for the epitaxial wafers produced in the Examples 2-1 and 2-1 and the conventional example and immersed in the light solution for 3 minutes, The surface of the epitaxial layer was observed with an optical microscope, and the presence or absence of occurrence of pits (surface pit in the form of nickel suicide: Ni pits) observed on the surface of the epitaxial layer was examined. The results are shown in Figs. 7 (A) to 7 (C).
(평가 2-3: SIMS 측정에 의한 하지 기판의 평가)(Evaluation 2-3: evaluation of ground substrate by SIMS measurement)
발명예 2-1 및 비교예 2-1의 에피택셜 웨이퍼에 대해서 SIMS 측정을 행하고, 하지 기판의 수소 농도 및 탄소 농도의 프로파일을 각각 측정했다.The epitaxial wafers of Example 2-1 and Comparative Example 2-1 were subjected to SIMS measurement and the profiles of hydrogen concentration and carbon concentration of the substrate were measured.
발명예 2-1에 있어서는, 실리콘 기판의 수소 농도는 검출 한계(7.0×1017atoms/㎤) 이하이며, 수소 이온 주입 영역에 있어서 수소 농도를 측정할 수 없었다. 한편, 비교예 2-1에 있어서는, 실리콘 기판에 탄소 이온을 주입한 영역에 있어서, 탄소 농도의 피크의 존재가 확인되고, 탄소의 피크 농도는 3.0×1020atoms/㎤이었다.In Inventive Example 2-1, the hydrogen concentration of the silicon substrate was below the detection limit (7.0 × 10 17 atoms / cm 3), and the hydrogen concentration could not be measured in the hydrogen ion implanted region. On the other hand, in Comparative Example 2-1, the presence of a peak of carbon concentration was confirmed in a region where carbon ions were implanted into the silicon substrate, and the peak concentration of carbon was 3.0 x 10 20 atoms / cm 3.
(평가 2-4: DLTS법에 따른 게터링층 평가)(Evaluation 2-4: Evaluation of gettering layer according to DLTS method)
발명예 2-1에서 제작한 에피택셜 웨이퍼에 대하여 DLTS 측정(Deep Level Transient Spectroscopy, 심준위 과도 분광법)을 행했다. 측정 조건으로서는, 역(逆)전압을 4V, 펄스 전압을 8V로 하여, 에피택셜층과 실리콘 웨이퍼의 앞면과의 계면으로부터 실리콘 기판측의 깊이 방향 약 0∼1㎛의 영역을 측정했다. 결과를 도 8에 나타낸다. 또한, DLTS 측정이란, 쇼트 키 접합 또는 pn접합에 역방향 전압을 인가하여 접합부의 공핍층(空乏層)을 넓혀, 인가 전압을 변화시켰을 때의 정전 용량(커패시턴스) 변화를 측정하는 방법이다. 정전 용량 변화의 온도 의존성에 기초하여, 깊은 준위(트랩)를 측정할 수 있고, 그 결과, 결정 결함을 측정할 수 있다.Deep Level Transient Spectroscopy ("deep level transient spectroscopy") was performed on the epitaxial wafers produced in Example 2-1. As a measurement condition, an area of about 0 to 1 mu m in depth direction from the interface between the epitaxial layer and the front surface of the silicon wafer toward the silicon substrate was measured with a reverse voltage of 4 V and a pulse voltage of 8 V. The results are shown in Fig. DLTS measurement is a method of measuring a change in capacitance (capacitance) when an applied voltage is changed by applying a reverse voltage to a Schottky junction or a pn junction to widen the depletion layer of the junction. Deep level (trap) can be measured based on the temperature dependence of the capacitance change, and as a result, crystal defects can be measured.
(평가 2-5: CL법에 의한 게터링층 평가)(Evaluation 2-5: evaluation of gettering layer by CL method)
발명예 2-1에서 제작한 에피택셜 웨이퍼를 경사 연마 가공한 샘플에 대하여 단면 방향으로부터 CL(Cathode Luminescence, 캐소드 루미너센스)법을 행하여, CL스펙트럼을 취득했다. 측정 조건으로서는, 33K 하에 있어서 전자선을 20keV로 조사했다. 결과를 도 9에 나타낸다. 또한, CL법이란, 시료에 전자선을 조사했을 때에 방출되는 빛을 검출하는 수법이며, 전도대의 바닥 부근으로부터 가(價)전자대의 정상 부근으로의 전이를 검출하여, 결정 결함을 측정하는 방법이다.CL (Cathode Luminescence, cathode luminescence) method was performed on a sample obtained by subjecting the epitaxial wafer produced in Example 2-1 to an oblique polishing process to obtain a CL spectrum. As measurement conditions, an electron beam was irradiated at 20 keV under 33K. The results are shown in Fig. The CL method is a method of detecting light emitted when a sample is irradiated with an electron beam and is a method of detecting a transition from the vicinity of the bottom of the conduction band to the vicinity of the vicinity of the valence electron band to measure crystal defects.
(평가 2-6: 표면 결함 평가)(Evaluation 2-6: Surface defect evaluation)
발명예 2-1, 비교예 2-1 및 종래예에서 제작한 에피택셜 웨이퍼에 대해서, 웨이퍼 표면 검사 장치(KLA 텐코사 제조, SP-1)를 이용하여, 에피택셜층 표면에서 관찰되는 사이즈 0.16㎛ 이상의 표면 결함(LPD: Light Point Defect)을 평가했다. 검출한 LPD맵을 도 10에 나타낸다.The epitaxial wafers manufactured in Examples 2-1 and 2-1 and the conventional example were measured for the size 0.16 (thickness) observed on the surface of the epitaxial layer using a wafer surface inspection apparatus (SP-1 manufactured by KLA Tencor Corporation) (LPD: Light Point Defect) was evaluated. The detected LPD map is shown in Fig.
(평가 2-7: 저항률의 평가)(Evaluation 2-7: Evaluation of Resistivity)
발명예 2-1, 비교예 2-1 및 종래예에서 제작한 에피택셜 웨이퍼의, 깊이 방향에 있어서의 저항률의 분포를 저항률 측정 장치(형번(型番): SSM2000, 닛폰 에스·에스·엠 주식회사 제조)를 이용하여, 확대 저항법(SR법; Spreading Resistance Analysis)에 의해 측정했다. 결과를 도 11(A)∼도 11(C)에 각각 나타낸다. 또한, 도 11의 횡축의 깊이는 에피택셜층 표면을 0으로 하고 있다.The resistivity distributions of the epitaxial wafers manufactured in Inventive Example 2-1, Comparative Example 2-1 and Conventional Example in the depth direction were measured with a resistivity measuring device (model number: SSM2000, manufactured by Nippon SMA, Inc.) ) Was measured by the SR method (Spreading Resistance Analysis). The results are shown in Figs. 11 (A) to 11 (C). The depth of the abscissa in Fig. 11 indicates the surface of the epitaxial layer as zero.
(평가 결과)(Evaluation results)
우선, 평가 2-1에 의한 도 6(A), 도 6(B)로부터, 발명예 2-1의 에피택셜 웨이퍼도, 비교예 2-1의 에피택셜 웨이퍼도, 에피택셜층 형성 후에 있어서, 하지 기판의 실리콘 웨이퍼 내에 고농도의 Ni의 피크 농도가 관찰되어, Ni에 대한 충분한 게터링 능력을 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 평가 2-2에 의한 도 7(A), 도 7(B)로부터도 알 수 있는 바와 같이, 발명예 2-1과 비교예 2-1에서는 Ni 피트가 관찰되지 않아, 어느쪽이나 충분한 게터링 능력을 갖는 것을 알 수 있다. 한편, 도 7(C)로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래예에서는 다수의 Ni 피트가 관찰되어, 게터링 능력이 낮은 것을 알 수 있다.6A and 6B based on Evaluation 2-1 and the epitaxial wafer of Inventive Example 2-1 as well as the epitaxial wafer of Comparative Example 2-1 were also evaluated after the formation of the epitaxial layer, It can be seen that the peak concentration of Ni of high concentration is observed in the silicon wafer of the base substrate and the sufficient gettering ability for Ni is maintained. As can be seen from Figs. 7A and 7B according to Evaluation 2-2, Ni pits were not observed in Inventive Example 2-1 and Comparative Example 2-1, And has a turling capability. On the other hand, as can be seen from Fig. 7 (C), in the conventional example, a large number of Ni pits are observed and the gettering ability is low.
평가 2-3에 이미 서술한 바와 같이, 발명예 2-1의 에피택셜 웨이퍼에는, 게터링 싱크로서의 수소 주입 영역은, 검출 한계 7.0×1017atoms/㎤의 SIMS 측정에 있어서는 관측되지 않았다. 한편으로, 평가 2-4에 의한 도 8로부터, 발명예 2-1에는, 공공 및 산소에 의한 결함(V-O)이 발생하는 준위에 상당하는 위치(90K)와, 공공 및 인에 의한 결함(V-P)이 발생하는 준위에 상당하는 위치(220K)에서 각각 농도 피크가 관찰되어, 결함(V-O)으로 추정할 수 있는 결정 결함과 결함(P-O)으로 추정할 수 있는 결정 결함이 관찰되었다. 또한, 평가 2-5에 의한 도 9로부터도, 수소 이온 주입 영역에 있어서, 파장역 1400∼1500㎚에서 결정 결함이 존재하는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 발명예 2-1의 에피택셜 웨이퍼에 있어서는, 하지 기판으로의 수소 이온 주입 영역에 공공이 고밀도로 존재하고, 이 공공이 게터링 싱크로서 기능했다고 생각된다. 에피택셜층 형성 전에는 수소의 고용 영역(수소 이온 주입 영역)이 존재하고, 에피택셜층 형성 후에는 수소를 검출할 수 없기는 하지만, 공공 및 산소에 의한 결함과, 공공 및 인에 의한 결함(V-P)이 존재한다. 이 점을 고려하면, 에피택셜층 형성시에, 수소 이온 주입 영역에 있어서, 수소가 규소(Si)와의 결합을 해리하여 외방 확산한 결과, 공공이 잔존한 것으로 생각된다.As described in Evaluation 2-3, in the epitaxial wafer of Inventive Example 2-1, the hydrogen implantation region as a gettering sink was not observed in the SIMS measurement with a detection limit of 7.0 × 10 17 atoms / cm 3. On the other hand, from Fig. 8 based on Evaluation 2-4, in Inventive Example 2-1, the position 90K corresponding to the level at which defects (VO) due to vacancies and oxygen are generated and the defects ) Was observed at the position 220K corresponding to the level at which the defect (VO) occurred, and crystal defects estimated to be defects (VO) and crystal defects (PO) estimated to be defects (PO) were observed. It is also confirmed from FIG. 9 by Evaluation 2-5 that crystal defects exist in the hydrogen ion implantation region at a wavelength range of 1400 to 1500 nm. From these results, it is considered that, in the epitaxial wafer of Inventive Example 2-1, the vacancies are present at a high density in the hydrogen ion implanted region to the base substrate, and this vacancy functions as a gettering sink. (Hydrogen ion implantation region) exists before the formation of the epitaxial layer, and hydrogen can not be detected after the epitaxial layer is formed. However, defects due to vacancies and oxygen, defects due to vacancies and defects (VP) Lt; / RTI > Considering this point, it is considered that hydrogen diffuses outwardly from the silicon (Si) in the hydrogen ion implanted region at the time of forming the epitaxial layer, and as a result, the vacancy remains.
또한, 평가 2-6에 의한 도 10으로부터, 비교예 2-1 및 종래예와 비교해도, 수소 이온을 주입한 발명예 2-1의 에피택셜 웨이퍼의 에피택셜층 표면의 표면 결함(LPD)은, 비교예 2-1 및 종래예와 동일한 정도였다. 즉, 수소 이온 주입에 의한 에피택셜층으로의 표면 결함의 영향은 확인되지 않았다.10, the surface defect (LPD) of the surface of the epitaxial layer of the epitaxial wafer of Inventive Example 2-1 in which the hydrogen ions are implanted is the same as in Comparative Example 2-1 and the conventional example , Comparative Example 2-1 and Conventional Example. That is, the effect of surface defects on the epitaxial layer by the hydrogen ion implantation was not confirmed.
또한, 평가 2-7에 의한 도 11(A), 도 11(C)로부터 분명한 바와 같이, 발명예 2-1 및 종래예에 있어서의 깊이 방향에 있어서의 저항률 분포는, 동일한 분포를 나타냈다. 에피택셜층과 실리콘 기판과의 계면 근방 영역에 있어서의 저항률은, 실리콘 기판의 저항률로부터 에피택셜층의 목표 저항률을 향하여 서서히 증가되었다. 이와 같이, 발명예 2-1 및 종래예에서는, 에피택셜층과 실리콘 기판과의 계면 근방에 있어서 저항률이 현저하게 낮아지는 영역(저항 변동 영역)은 존재하지 않았다. 즉, 발명예 2-1 및 종래예에서는 저항 변동은 발생하지 않았다. 한편, 도 11(B)로부터 분명한 바와 같이, 고농도의 탄소 이온을 주입한 비교예 2-1에는, 에피택셜층과 실리콘 기판과의 계면 근방 영역에 있어서, 저항률이 0에 급격하게 가까워지는 영역이 발생하고 있었다. 이러한 영역은, 실리콘 기판의 저항률: 15Ω·㎝ 및 에피택셜층의 목표 저항률: 65Ω·㎝로부터, 현저하게 괴리되는 영역으로, 저항 변동 영역이다. 이들 결과로부터, 발명예 2-1 및 종래예의 에피택셜 웨이퍼에는 저항 변동은 발생하지 않았지만, 비교예 2-1의 에피택셜 웨이퍼에는 저항 변동은 발생하고 있었던 것을 알 수 있다.11 (A) and 11 (C) of Evaluation 2-7, the resistivity distribution in the depth direction in Inventive Example 2-1 and the conventional example exhibited the same distribution. The resistivity in the region near the interface between the epitaxial layer and the silicon substrate was gradually increased from the resistivity of the silicon substrate toward the target resistivity of the epitaxial layer. Thus, in Inventive Example 2-1 and the conventional example, there was no region (resistance fluctuation region) in which the resistivity was remarkably lowered in the vicinity of the interface between the epitaxial layer and the silicon substrate. That is, in Inventive Example 2-1 and Conventional Example, no resistance fluctuation occurred. On the other hand, as is clear from Fig. 11 (B), in Comparative Example 2-1 in which a high concentration of carbon ions was implanted, in a region near the interface between the epitaxial layer and the silicon substrate, . This region is a region in which the resistivity is 15 Ω · cm and the target resistivity of the epitaxial layer is 65 Ω · cm. From these results, it can be seen that resistance fluctuation did not occur in Example 2-1 and the conventional epitaxial wafer, but resistance fluctuation occurred in the epitaxial wafer of Comparative Example 2-1.
이상의 점에서, 발명예 2-1의 에피택셜 웨이퍼는, 탄소 이온 주입한 비교예 2-1과 동일한 정도의 게터링 능력을 갖는 것을 알 수 있었다. 이에 더하여, 5.0×1015atoms/㎠와, 고농도의 도즈량으로 탄소 이온을 주입한 비교예 2-1에서는 저항 변동의 발생은 불가피했음에도 불구하고, 수소 이온을 주입한 발명예 2-1의 에피택셜 웨이퍼에서는 저항 변동이 발생하지 않는 것을 알 수 있었다. 즉, 발명예 2-1의 에피택셜 웨이퍼는, 높은 게터링 능력을 가지면서, 저항 변동을 발생시키는 일이 없었다.From the above, it was found that the epitaxial wafer of Inventive Example 2-1 had the same gettering ability as that of Comparative Example 2-1 in which carbon ions were implanted. In addition, in Comparative Example 2-1 in which carbon ions were implanted at a dose amount of 5.0 x 10 15 atoms /
[실시예 3][Example 3]
(에피택셜 웨이퍼)(Epitaxial wafer)
또한, 주입 이온종(種) 및 도즈량의 변화에 의한 영향을 확인하기 위해, 실리콘 웨이퍼로의 이온 주입 조건을 표 1에 기재된 조건으로 한 것 이외에는, 실시예 2에 있어서의 발명예 2-1과 동일한 조건으로, 발명예 2-2, 2-3 및 비교예 2-2∼2-6에 따른 에피택셜 웨이퍼를 제작했다. 발명예 2-1 및 비교예 2-1에서 제작한 에피택셜 웨이퍼와 아울러 표 1에 나타낸다.In addition, in order to confirm the influence of the change in the ion species and dose, the ion implantation conditions for the silicon wafer were set to the conditions described in Table 1, The epitaxial wafers of Inventive Examples 2-2 and 2-3 and Comparative Examples 2-2 to 2-6 were produced. And the epitaxial wafers manufactured in Inventive Example 2-1 and Comparative Example 2-1.
(평가 3-1: SIMS 측정에 의한 게터링 능력 평가)(Evaluation 3-1: Evaluation of gettering ability by SIMS measurement)
평가 2-1과 동일하게 하여, 추가로 발명예 2-2, 2-3 및 비교예 2-2∼2-4에 따른 에피택셜 웨이퍼의, 1×1013atoms/㎠의 Ni 고의 오염에 대한 게터링 능력을 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 대표예로서, 이미 서술한 도 6(A), 도 6(B)를 나타낸다. 발명예 2-2, 2-3 및 비교예 2-2∼2-4에 대해서는, Ni의 농도 프로파일의 피크 농도를 이하와 같이 각각 분류하여, 평가 기준으로 했다.In the same manner as in Evaluation 2-1, the epitaxial wafers according to Inventive Examples 2-2 and 2-3 and Comparative Examples 2-2 to 2-4 were subjected to the contamination with Ni of 1 x 10 < 13 > atoms / To evaluate the gettering ability. The results are shown in Table 1. 6 (A) and 6 (B), which have already been described, as representative examples. With respect to Inventive Examples 2-2 and 2-3 and Comparative Examples 2-2 to 2-4, the peak concentrations of the concentration profiles of Ni were classified as follows and used as evaluation criteria.
◎: 1.0×1017atoms/㎤ 이상?: 1.0 x 10 17 atoms / cm 3 or more
○: 1.0×1016atoms/㎤ 이상∼1.0×1017atoms/㎤ 미만?: 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 or more and less than 1.0 × 10 17 atoms / cm 3
×: 1.0×1016atoms/㎤ 미만×: less than 1.0 × 10 16 atoms / cm 3
여기에서, Ni를 1×1011atoms/㎠ 포획한 경우, Ni의 피크 농도가 1.0×1016atoms/㎤ 이상이 되어, 에피택셜 웨이퍼는 충분한 게터링 능력을 갖고 있었다고 할 수 있다.Here, when Ni is trapped at 1 x 10 < 11 > atoms / cm < 2 >, the peak concentration of Ni becomes 1.0 x 10 < 16 > atoms / cm < 3 > or more.
(평가 3-2: 표면 결함 평가)(Evaluation 3-2: surface defect evaluation)
평가 2-6과 동일하게 하여, 발명예 2-2, 2-3 및 비교예 2-2∼2-4에 따른 에피택셜 웨이퍼의 표면 결함(LPD)을 평가한 결과, 어느 에피택셜 웨이퍼도 5개 이하이며, 이온 주입에 기인한 LPD수의 증가는 보이지 않았다.As a result of evaluating the surface defects (LPD) of the epitaxial wafers according to Inventive Examples 2-2 and 2-3 and Comparative Examples 2-2 to 2-4 in the same manner as Evaluation 2-6, And no increase in the number of LPDs due to ion implantation was observed.
(평가 3-3: 저항률의 평가)(Evaluation 3-3: Evaluation of Resistivity)
평가 2-7과 동일하게 하여, 확대 저항법에 의해, 추가로 발명예 2-2, 2-3 및 비교예 2-2∼2-4에 따른 에피택셜 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 저항률 분포를 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 대표예로서, 이미 서술한 도 11(A), 도 11(B)를 나타낸다. 발명예 2-2, 2-3 및 비교예 2-2∼2-4에 대해서는, 에피택셜층과, 하지 기판의 실리콘 웨이퍼와의 계면에 있어서의 저항률이, 에피택셜층의 목표 저항률: 65Ω·㎝로부터 변동한 비율(즉, 저항 변동률)을 이하와 같이 각각 분류하여, 평가 기준으로 했다.The resistivity distribution in the depth direction of the epitaxial wafer according to Inventive Samples 2-2 and 2-3 and Comparative Examples 2-2 to 2-4 was measured by the enlargement resistance method in the same manner as in Evaluation 2-7 I appreciated. The results are shown in Table 1. 11 (A) and 11 (B) already described are shown as representative examples. With respect to Inventive Examples 2-2 and 2-3 and Comparative Examples 2-2 to 2-4, the resistivity at the interface between the epitaxial layer and the silicon wafer of the ground substrate was 65 Ω · Cm < 2 > (i.e., the resistance variation ratio) were classified as follows and used as evaluation criteria.
◎: 70% 이하?: Not more than 70%
○: 70% 초과∼80% 이하○: more than 70% to less than 80%
×: 80% 초과×: more than 80%
또한, 본 실시예에 있어서는, 80% 이하의 저항 변동률이면, 저항 변동은 발생하지 않고 있다고 판단할 수 있다.In this embodiment, it is judged that the resistance variation does not occur if the resistance variation ratio is 80% or less.
또한, 비교예 2-5 및 비교예 2-6에서는, 에피택셜층 형성 중에 웨이퍼가 주입층 영역에서 웨이퍼의 박리를 발생시켜 버려, 에피택셜 웨이퍼를 제작할 수 없었다. 그 때문에, 상기 평가 3-1∼3-3에 있어서의 평가는 "-"(평가 불능)의 기호를 이용하여 표 1에 기재하고 있다.In Comparative Examples 2-5 and 2-6, the wafer caused peeling of the wafer in the region of the injection layer during the formation of the epitaxial layer, so that an epitaxial wafer could not be produced. Therefore, the evaluations in the evaluations 3-1 to 3-3 are shown in Table 1 using the symbols "-" (evaluation impossible).
(평가 결과)(Evaluation results)
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 조건을 만족하는 실시예 2-1∼2-3에 따른 에피택셜 웨이퍼는 모두, 게터링 능력을 갖고, 또한, 저항 변동이 발생하지 않았다. 한편, 본 발명 조건을 적어도 1개 이상 만족하지 않는 비교예 2-1∼2-4에 따른 에피택셜 웨이퍼는, 게터링 능력과, 저항 변동이 발생하지 않는 것을 양립할 수 없었다. 또한, 비교예 2-5, 2-6의 이온 주입 조건에서는, 주입층 영역에서 웨이퍼의 박리를 발생시켜 버려, 에피택셜 웨이퍼를 제작할 수 없었다.As can be seen from Table 1, all of the epitaxial wafers according to Examples 2-1 to 2-3 satisfying the conditions of the present invention had gettering ability and no resistance fluctuation occurred. On the other hand, the epitaxial wafers according to Comparative Examples 2-1 to 2-4 which did not satisfy at least one or more of the conditions of the present invention could not satisfy both the gettering ability and the resistance fluctuation did not occur. In addition, under the ion implantation conditions of Comparative Examples 2-5 and 2-6, the wafer was peeled off in the implantation layer region, making it impossible to produce an epitaxial wafer.
[실시예 4][Example 4]
(에피택셜 웨이퍼)(Epitaxial wafer)
또한, 주입 깊이 및 도즈량의 변화에 의한 영향을 확인하기 위해, 실리콘 웨이퍼로의 수소 이온 주입 조건을 표 2에 기재된 조건으로 한 것 이외에는, 실시예 2에 있어서의 발명예 2-1과 동일한 조건으로, 발명예 2-4∼2-6에 따른 에피택셜 웨이퍼를 제작했다. 또한, 주입 깊이는, 에피택셜층 형성 전의, 수소 농도의 피크 위치(실리콘 웨이퍼의 앞면을 0으로 함)이다. 발명예 2-1에서 제작한 에피택셜 웨이퍼와 아울러 표 2에 나타낸다.The same conditions as in Inventive Example 2-1 in Example 2 were used, except that the hydrogen ion implantation conditions for the silicon wafer were set to the conditions described in Table 2, in order to confirm the influence of the change in the implantation depth and dose amount , An epitaxial wafer according to Inventive Examples 2-4 to 2-6 was produced. Further, the implantation depth is the peak position of the hydrogen concentration (the front face of the silicon wafer is set to zero) before formation of the epitaxial layer. Table 2 shows the epitaxial wafers produced in Example 2-1.
(평가 3: SIMS 측정에 의한 게터링 능력 평가)(Evaluation 3: evaluation of gettering ability by SIMS measurement)
평가 2-1과 동일하게 하여, 발명예 2-4∼2-6에 따른 에피택셜 웨이퍼의 Ni에 대한 게터링 능력을 평가했다. 평가 기준은, 평가 2-1과 동일하며, 결과를 표 2에 나타낸다.Evaluations of the gettering ability of the epitaxial wafers according to Inventive Examples 2-4 to 2-6 against Ni were evaluated in the same manner as Evaluation 2-1. The evaluation criteria are the same as those in evaluation 2-1, and the results are shown in Table 2.
또한, Ni 이외의 금속 원소의 게터링 효과를 확인하기 위해, Co 오염액을 이용하여, 발명예 2-1 및 2-4∼2-6에 따른 에피택셜 웨이퍼의 에피택셜층의 표면이, 1.0×1012atoms/㎠의 농도가 되도록 스핀 코팅 오염법에 의해 고의로 오염하고, 이어서, 질소 분위기 중에 있어 1000℃에서 30분간의 열처리를 행했다. 그 후, 에피택셜 웨이퍼 중의 Co의 농도를 SIMS에 의해 측정하여, 각 에피택셜 웨이퍼의 Co에 대한 게터링 성능을 평가했다. 또한, Co 오염액과는 별도로, Fe 오염액을 이용하여, 발명예 2-1 및 2-4∼2-6에 따른 에피택셜 웨이퍼의 에피택셜층의 표면이, 1.0×1012atoms/㎠의 농도가 되도록 스핀 코팅 오염법에 의해 고의로 오염하고, 동일하게 열처리를 행한 후, 에피택셜 웨이퍼 중의 Fe의 농도를 SIMS에 의해 측정하여, 각 에피택셜 웨이퍼의 Fe에 대한 게터링 성능을 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, SIMS 측정에 의해 얻어진 Co 및 Fe의 농도 프로파일의 피크 농도를 이하와 같이 각각 분류하여, 평가 기준으로 했다.In order to confirm the gettering effect of metal elements other than Ni, the surface of the epitaxial layer of the epitaxial wafer according to the inventive examples 2-1 and 2-4 to 2-6 was 1.0 10 8 atoms /
◎: 1.0×1017atoms/㎤ 이상?: 1.0 x 10 17 atoms / cm 3 or more
○: 1.0×1016atoms/㎤ 이상∼1.0×1017atoms/㎤ 미만?: 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 or more and less than 1.0 × 10 17 atoms / cm 3
×: 1.0×1016atoms/㎤ 미만×: less than 1.0 × 10 16 atoms / cm 3
또한, 표 2 중, 게터링 능력의 종합적인 평가를, 하기와 같이 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.In Table 2, a comprehensive evaluation of the gettering ability was evaluated as follows. The results are shown in Table 2.
◎: Ni, Fe, Co의 모두를 게터링할 수 있다.?: All of Ni, Fe and Co can be gettered.
○: 확산 속도가 빠른 Ni를 게터링할 수 있다.○: Ni can be gettered with a high diffusion speed.
×: Ni, Fe, Co 모두 게터링할 수 없다.X: All of Ni, Fe and Co can not gettered.
여기에서, 「게터링할 수 있다」란, Ni, Fe, Co의 각각의 금속에 대한 평가 수준이 ◎ 또는 ○인 것을 의미하고, 「게터링할 수 없다」란, 평가 수준이 ×인 것을 의미한다.Here, " getterable " means that the evaluation level for each metal of Ni, Fe, and Co is? Or?, And " can not get get " do.
(평가 결과)(Evaluation results)
표 2로부터, 수소 이온을 1.0㎛ 미만, 예를 들면 0.2㎛의 깊이 위치에 주입함으로써, 에피택셜 웨이퍼는, Fe, Co 등의 중금속에 대해서도 충분한 게터링 능력을 가질 수 있는 것을 알 수 있었다.It can be seen from Table 2 that the epitaxial wafers can have a sufficient gettering capability for heavy metals such as Fe and Co by implanting hydrogen ions at depths of less than 1.0 mu m, for example, 0.2 mu m.
[실시예 5][Example 5]
(접합 웨이퍼; 발명예 3-1)(Bonded wafer; Inventive Example 3-1)
활성층용 웨이퍼로서, CZ법에 의해 얻어진 단결정 실리콘 잉곳으로부터 채취된 n형의 실리콘 웨이퍼(직경: 200㎜, 두께: 725㎛, 산소 농도: 3.0×1017atoms/㎤, 도펀트 종류: 인, 목표 저항률: 65Ω·㎝, 도펀트 농도: 6.6×1013atoms/㎤)를 준비했다. 또한, 지지 기판용 웨이퍼로서, CZ법에 의해 얻어진 단결정 실리콘 잉곳으로부터 채취된 p형의 실리콘 웨이퍼(직경: 200㎜, 두께: 725㎛, 산소 농도:1.2×1018atoms/㎤, 도펀트 종류: 붕소, 목표 저항률: 1.5Ω·㎝, 도펀트 농도: 1.0×1016atoms/㎤)를 준비했다.As the wafer for the active layer, an n-type silicon wafer (diameter: 200 mm, thickness: 725 m, oxygen concentration: 3.0 x 10 17 atoms / cm 3, dopant type: phosphorus, target resistivity : 65 · · cm, dopant concentration: 6.6 × 10 13 atoms / cm 3) was prepared. As a wafer for a support substrate, a p-type silicon wafer (diameter: 200 mm, thickness: 725 탆, oxygen concentration: 1.2 x 10 18 atoms / cm 3, dopant type: boron , target resistivity: 1.5Ω · ㎝, dopant concentration: 1.0 × 10 was prepared 16 atoms / ㎤).
이어서, 실시예 1과 동일한 이온 주입 장치를 이용하여, 도즈량: 5.0×1015atoms/㎠, 가속 전압: 17keV/atom으로 수소의 모노머 이온을 실리콘 웨이퍼의 표면에 주입했다. 열산화막 제작 장치에 지지 기판용 웨이퍼를 도입하여, 수소 및 산소 혼합 가스 분위기하에서 1050℃로 산화막 형성 처리를 행하여, 지지 기판용 웨이퍼에 두께 2.5㎛의 실리콘 산화막을 형성했다.Then, using the same ion implanting apparatus as in Example 1, monomer ions of hydrogen were implanted into the surface of the silicon wafer at a dose amount of 5.0 x 10 15 atoms /
이상의 처리가 행해진 활성층용 웨이퍼와 지지 기판용 웨이퍼를 붙임에 있어서, 활성층용 웨이퍼의 수소 이온을 주입한 측의 면(앞면)을 지지 기판용 웨이퍼의 산화막측에 접합했다. 이어서, 접합한 웨이퍼를, 산소 가스 분위기하로 한 종형(縱型) 열처리 장치 내에 반송하고, 장치 내를 800℃까지 승온하여 2시간 유지한 후, 1000℃까지 승온하여 1시간 유지하고, 접합을 강화하는 열처리를 행하여 1매의 접합 웨이퍼로 했다.In adhering the wafers for the active layer and the wafer for the support substrate in which the above treatment was carried out, the side (front face) of the active layer wafer on which the hydrogen ions were implanted was bonded to the oxide film side of the wafer for the support substrate. Subsequently, the bonded wafers were transferred into a vertical type annealing apparatus under an oxygen gas atmosphere. The inside of the apparatus was heated to 800 DEG C and held for 2 hours. Thereafter, the wafer was heated to 1000 DEG C and maintained for 1 hour, Was performed to obtain a single bonded wafer.
그 후, 접합 웨이퍼에 있어서의 활성층용 웨이퍼 표면측(수소 이온 주입한 반대측의 면)으로부터 연삭 처리를 행하여 활성층용 웨이퍼의 두께를 박막화한 후, 그 표면을 경면 연마하여, 두께 6㎛의 활성층을 갖는 접합 웨이퍼를 제작했다.Thereafter, a grinding process is performed from the front surface side (hydrogen ion-implanted surface opposite to the side subjected to hydrogen ion implantation) of the bonded wafer to thin the thickness of the active layer wafer, and then the surface thereof is subjected to mirror polishing to form an active layer Bonded wafer.
(발명예 3-2∼3-3 및 비교예 3-1∼3-7)(Examples 3-2 to 3-3 and Comparative Examples 3-1 to 3-7)
또한, 주입 이온종 및 도즈량의 변화에 의한 영향을 확인하기 위해, 활성층용 웨이퍼로의 이온 주입 조건을 표 3에 기재된 조건으로 한 것 이외에는, 발명예 3-1과 동일한 조건으로, 발명예 3-2∼3-3 및 비교예 3-1∼3-7에 따른 접합 웨이퍼를 제작했다. 발명예 3-1과 아울러, 표 3에 나타낸다.In addition, in order to confirm the effect of the change in the ion species and the dose amount, the same conditions as those in Inventive Example 3-1 were used, except that the conditions for ion implantation into the wafer for the active layer were set forth in Table 3, -2 to -3-3 and Comparative Examples 3-1 to 3-7 were produced. Table 3 shows in addition to Inventive Example 3-1.
(평가 5-1: 저항률의 평가)(Evaluation 5-1: Evaluation of resistivity)
평가 2-7과 동일하게 하여, 확대 저항법에 의해, 발명예 3-1∼3-3 및 비교예 3-1∼3-4에 따른 접합 웨이퍼의 깊이 방향에 있어서의 저항률 분포를 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 활성층과, 실리콘 산화막(BOX층)과의 계면에 있어서의 저항률이, 활성층용 웨이퍼의 목표 저항률: 65Ω·㎝로부터 변동한 비율(즉, 저항 변동률)을 이하와 같이 각각 분류하여, 평가 기준으로 했다.Resistance distribution in the depth direction of the bonded wafer according to the inventive examples 3-1 to 3-3 and comparative examples 3-1 to 3-4 was evaluated by the enlarged resistance method in the same manner as in Evaluation 2-7. The results are shown in Table 3. The rate at which the resistivity at the interface between the active layer and the silicon oxide film (BOX layer) varied from the target resistivity of the wafer for the active layer: 65 Ω · cm (ie, resistance variation) .
◎: 5% 이하◎: Not more than 5%
○: 5% 초과∼10% 이하○: more than 5% to less than 10%
×: 10% 초과×: more than 10%
또한, 본 실시예에 있어서는, 10% 이하의 저항 변동률이면, 저항 변동은 발생하고 있지 않다고 판단할 수 있다.Further, in this embodiment, it can be judged that resistance fluctuation does not occur if the resistance variation ratio is 10% or less.
(평가 5-2: SIMS 측정에 의한 게터링 능력 평가)(Evaluation 5-2: evaluation of gettering ability by SIMS measurement)
평가 2-1과 동일하게 하여, 발명예 3-1∼3-3 및 비교예 3-1∼3-4에 따른 접합 웨이퍼의 Ni에 대한 게터링 능력을 평가했다. 또한, 평가 2-1에 있어서의 에피택셜층 표면으로의 Ni 고의 오염에 대신하여, 접합 웨이퍼의 활성층 표면에 Ni 고의 오염을 행하고 있다. 결과를 표 3에 나타낸다. 평가 기준은, 평가 2-1과 동일하다.Evaluation of the gettering ability of Ni of the bonded wafers according to Examples 3-1 to 3-3 and Comparative Examples 3-1 to 3-4 was evaluated in the same manner as in Evaluation 2-1. In addition, in place of the contamination of the Ni layer on the surface of the epitaxial layer in Evaluation 2-1, the surface of the active layer of the bonded wafer is contaminated with Ni. The results are shown in Table 3. The evaluation criteria are the same as in Evaluation 2-1.
또한, 비교예 3-5∼3-7에서는, 활성층용 웨이퍼와 지지 기판용 웨이퍼를 접합할 때에 행한 접합 강화 열처리시에, 활성층용 웨이퍼 내의 주입 영역에 있어서 웨이퍼가 박리되어 버려, 접합 웨이퍼를 제작할 수 없었다. 그 때문에, 상기 평가 5-1, 5-2에 있어서의 평가는 "-"(평가 불능)의 기호를 이용하여 표 3에 기재하고 있다.In Comparative Examples 3-5 to 3-7, the wafers were peeled off in the injection region in the active layer wafer during the bonding strengthening heat treatment performed when the active layer wafer and the support substrate wafer were bonded to each other, I could not. For this reason, the evaluations in the evaluations 5-1 and 5-2 are shown in Table 3 using the symbols "-" (evaluation impossible).
(평가 결과)(Evaluation results)
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 조건을 만족하는 실시예 3-1∼3-3에 따른 접합 웨이퍼는 모두, 게터링 능력을 갖고, 또한, 저항 변동이 발생하지 않았다. 한편, 본 발명 조건을 적어도 1개 이상 만족하지 않는 비교예 3-1∼3-4에 따른 접합 웨이퍼는, 게터링 능력과, 저항 변동이 발생하지 않는 것을 양립할 수 없었다. 또한, 비교예 3-5∼3-7의 이온 주입 조건에서는, 접합 웨이퍼를 제작할 수 없었다. As can be seen from Table 3, all of the bonded wafers according to Examples 3-1 to 3-3 satisfying the conditions of the present invention had gettering capability and no resistance fluctuation occurred. On the other hand, the bonded wafers according to Comparative Examples 3-1 to 3-4, which do not satisfy at least one or more of the conditions of the present invention, can not satisfy both the gettering ability and the resistance fluctuation does not occur. Also, under the ion implantation conditions of Comparative Examples 3-5 to 3-7, a bonded wafer could not be produced.
본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼에 수소 이온을 주입하기 때문에, 게터링 능력을 갖는 실리콘 웨이퍼로서, 이 실리콘 웨이퍼를 이용하여 에피택셜 웨이퍼 또는 접합 웨이퍼를 제작해도, 게터링 능력을 유지하면서, 저항 변동을 발생시키지 않는 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다. According to the present invention, since hydrogen ions are implanted into a silicon wafer, even if an epitaxial wafer or a bonded wafer is manufactured using this silicon wafer as a silicon wafer having gettering capability, Silicon wafers can be produced.
10 : 실리콘 웨이퍼
10A : 실리콘 웨이퍼의 앞면
10B : 실리콘 웨이퍼의 뒷면
11 : 게터링층
12 : 에피택셜층
20 : 수소 이온
30 : 지지 기판용 웨이퍼
31 : 절연막(실리콘 산화막)
50 : 플라즈마 이온 주입 장치
51 : 플라즈마 챔버
52 : 가스 도입구
53 : 진공 펌프
54 : 펄스 전압 인가 수단
55 : 웨이퍼 고정대
100 : 실리콘 웨이퍼
200 : 에피택셜 웨이퍼
300 : 접합 웨이퍼10: Silicon wafer
10A: front face of a silicon wafer
10B: back side of silicon wafer
11: gettering layer
12: epitaxial layer
20: hydrogen ion
30: wafer for supporting substrate
31: insulating film (silicon oxide film)
50: Plasma ion implantation device
51: Plasma chamber
52: gas inlet
53: Vacuum pump
54: Pulse voltage applying means
55: wafer holder
100: Silicon wafer
200: epitaxial wafer
300: bonded wafer
Claims (13)
상기 에피택셜층의 형성을, 1000~1200℃의 온도범위에서 행하는 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the epitaxial layer is formed in a temperature range of 1000 占 폚 to 1200 占 폚.
상기 접합 강화 열처리를 800℃ 이상 1200℃ 이하에서 실시하는 접합 웨이퍼의 제조 방법.The method of claim 3,
Wherein the bonding strengthening heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C or more and 1200 ° C or less.
상기 접합에 앞서, 상기 절연막을, 상기 지지 기판용 웨이퍼에 형성하는 접합 웨이퍼의 제조 방법.The method according to claim 3 or 4,
Wherein the insulating film is formed on the wafer for a support substrate prior to the bonding.
상기 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면측의 표층부에, 공공으로 이루어지는 게터링층을 갖는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼.1. An epitaxial wafer comprising an epitaxial layer formed on a front surface of a silicon wafer,
And a gettering layer made of a pore is formed in the surface layer portion on the front surface side of the silicon wafer.
상기 게터링층에 있어서, 공공 및 산소에 의한 결함이 발생하는 준위와, 공공 및 인에 의해 결함이 발생하는 준위에서, DLTS법에 의해 농도 피크가 관찰되는 에피택셜 웨이퍼.The method according to claim 6,
In the gettering layer, a concentration peak is observed by the DLTS method at a level at which defects due to vacancies and oxygen are generated and at a level at which defects are generated by vacancies and phosphorus.
상기 게터링층에 있어서, CL법에 의해 파장역 1400~1500nm로 피크가 검출되는 에피택셜 웨이퍼.8. The method according to claim 6 or 7,
In the gettering layer, a peak is detected in the wavelength range of 1400 to 1500 nm by the CL method.
상기 공공으로 이루어지는 게터링층은, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면으로부터 수소 이온을 1.0×1013~ 3.0×1016atoms/cm2의 도즈량으로 주입하여 상기 수소 이온이 고용하여 이루어지는 수소 이온 주입 영역을 형성하고, 이어서 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면에 상기 에피택셜층을 형성함과 함께, 상기 수소 이온 주입 영역에 있어서의 상기 수소를 해리하여 외방 확산시킴으로써 형성되는 에피택셜 웨이퍼.8. The method according to claim 6 or 7,
The gettering layer made of pores is formed by implanting hydrogen ions at a dose of 1.0 × 10 13 to 3.0 × 10 16 atoms / cm 2 from the front surface of the silicon wafer to form a hydrogen ion implanted region Forming an epitaxial layer on the front surface of the silicon wafer and dissociating the hydrogen in the hydrogen ion implanted region to outwardly diffuse the epitaxial layer.
상기 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면측의 표층부에, 공공으로 이루어지는 게터링층을 갖는 것을 특징으로 하는 접합 웨이퍼.A bonded wafer in which a front surface of a silicon wafer is bonded to a wafer for a support substrate via an insulating film,
And a gettering layer made of a pore is formed in the surface layer portion on the front surface side of the silicon wafer.
상기 게터링층에 있어서, 공공 및 산소에 의한 결함이 발생하는 준위와, 공공 및 인에 의해 결함이 발생하는 준위에서, DLTS법에 의해 농도 피크가 관찰되는 접합 웨이퍼.11. The method of claim 10,
In the gettering layer, a concentration peak is observed by the DLTS method at a level at which defects due to vacancies and oxygen are generated and at a level at which defects are generated by vacancies and phosphorus.
상기 게터링층에 있어서, CL법에 의해 파장역 1400~1500nm로 피크가 검출되는 접합 웨이퍼.The method according to claim 10 or 11,
In the gettering layer, a peak is detected in the wavelength range of 1400 to 1500 nm by the CL method.
상기 공공으로 이루어지는 게터링층은, 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면으로부터 수소 이온을 1.0×1013~ 3.0×1016atoms/cm2의 도즈량으로 주입하여 상기 수소 이온이 고용하여 이루어지는 수소 이온 주입 영역을 형성하고, 이어서 상기 실리콘 웨이퍼의 상기 앞면을, 절연막을 개재하여 지지 기판용 웨이퍼와 접합하는 접합 강화 열처리를 행함과 함께, 상기 수소 이온 주입 영역에 있어서의 상기 수소를 해리하여 외방 확산시킴으로써 형성되는 접합 웨이퍼. The method according to claim 10 or 11,
The gettering layer made of pores is formed by implanting hydrogen ions at a dose of 1.0 × 10 13 to 3.0 × 10 16 atoms / cm 2 from the front surface of the silicon wafer to form a hydrogen ion implanted region A bonding strengthening heat treatment for joining the front face of the silicon wafer to a wafer for a support substrate via an insulating film is performed and at the same time the bonding strength heat treatment for dissociating the hydrogen in the hydrogen ion implantation region to outwardly diffuse wafer.
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