KR20230081709A - N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, CZ법에 의해 Al을 도프하여 제조한 N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라내는 것을 포함하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법으로서, 미리, 상기 N형 실리콘 단결정의 라이프타임값과, 상기 N형 실리콘 단결정의 제조종료로부터 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 일수와, OSF발생의 유무 간의 관계를 구하고, 상기 관계에 기초하여, 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록에 대한, 잘라낸 상기 웨이퍼에 OSF가 발생하지 않는, 상기 N형 실리콘 단결정의 제조를 종료하고 나서 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 최장보관일수를 결정하고, 상기 결정한 최장보관일수까지, 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록으로부터 상기 웨이퍼를 잘라내는 것을 특징으로 하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법이다. 이에 따라, PW에서의 OSF발생을 방지할 수 있는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은, N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 관한 것이다.
종래, CZ법에 의한 실리콘 단결정의 제조에서는, 흑연도가니에 내삽한 석영도가니 내에 다결정 실리콘을 충전하고, 흑연도가니의 외주로부터 흑연히터로 가열용융하여 실리콘융액으로 하고, 융액에 인상와이어로 매달아진 종결정을 침지하고, 종결정을 회전하면서 상방으로 인상하여 실리콘 단결정을 성장시킨다.
성장하는 단결정은, P형과 N형의 2종류의 도전형이 있고, 원료의 다결정 실리콘에 3가 또는 5가의 원소를 도펀트로서 첨가함으로써, 도전형이 구분하여 만들어진다. 여기서 P형의 도펀트에 3가원소의 보론 등이 이용되고, N형의 도펀트에 5가원소의 인, 안티몬 등이 사용된다.
CZ법에 의한 실리콘 단결정에는, 산화유기적층결함(이하, OSF라고 표기)이 발생하는 경우가 있다. 이 OSF는, 단결정을 웨이퍼로 슬라이스하고(잘라내기), 폴리싱(경면연마)한 웨이퍼(이하, PW라고 표기)에 집적회로소자를 제조할 때에 다양한 장해를 초래하여, 집적회로소자의 제조수율을 현저히 저하시키기 때문에, OSF가 발생하지 않는 실리콘 단결정이 요망된다. OSF의 발생은 단결정 중의 중금속불순물이 핵이 되어 일어난다고 여겨져, 최근, 원료의 다결정 실리콘의 고순도화, 노 내의 흑연부품과 석영도가니의 고순도화 등에 의해 OSF의 발생이 감소해 왔다.
그런데, N형의 실리콘 단결정에 있어서는, 결정인상 후의 초기의 OSF검사로는 전혀 OSF가 발생하고 있지 않아도 잉곳상태에서 장기간, 상온에서 보존하면, 그 후의 OSF검사에서 OSF가 다발하는 경우가 있고, 이는 단결정 중의 미량불순물이 상온보존 중에 서서히 확산, 응집하여 OSF의 핵을 형성하기 때문으로 생각되었다. 이에, 단결정잉곳의 저온저장방법(특허문헌 1)이 고안되었다. 그러나, 저온에서 저장하려면 냉동설비 등이 필요해진다. 또한, 비교적 단시간의 보존 후에 절단하여 슬라이스해서 연마한 PW에서는 OSF의 형성이 억제되는 것을 알 수 있었다.
그 후, 연구가 진행되고, OSF경시변화와 사용한 석영도가니의 함유불순물의 관계로부터, OSF경시변화를 일으키지 않기 위해서는, 석영도가니의 Cu농도가 0.5ppbw 이하이며, 내표층의 Al농도가 일정량 필요한 것을 알 수 있었다. 또한, 그 Al은 단결정의 인상 초기에 필요량이 원료융액 중에 녹아들 필요가 있는 것을 알 수 있었다. 그리고, N형의 실리콘 단결정 중에 유입되는 Cu의 양을 감소시키고, OSF경시변화를 억제하는 Al의 양을 단결정 중에 소정량 도프함으로써, 거의 완전히 OSF경시변화를 일으키지 않는 N형의 실리콘 단결정의 제조방법이 발견되었다(특허문헌 2).
그런데, 산소농도가 8ppma 이하이고, 또한, 저항률이 30Ωcm 이상인 N형의 단결정에 있어서는, 소정량의 Al을 도프하고 있던 것이어도, 단결정을 PW로 가공할 때까지의 동안, 잉곳상태로 장기간 보관하고 있던 단결정으로부터 잘라낸 PW에서는, 경시변화에 의해 OSF가 발생하는 것을 알 수 있었다. 이 때문에, 이러한 Al도프를 한 저산소농도이고 고저항률인 N형의 단결정은 단기간에 잉곳으로부터 웨이퍼를 잘라내도록 하였다. 그러나, 저산소농도이고 고저항률인 N형의 단결정의 요구량이 증가하자, 생산계획이나 웨이퍼보관에 큰 문제가 발생하고 있었다.
이와 같이 단기간에 잉곳으로부터 웨이퍼를 잘라내는 유사한 기술로서, 특허문헌 3에 기재된 실리콘 웨이퍼의 제조방법에서는, 편재LPD의 발생을 방지 또는 억제할 수 있는 방법으로서, 붕소농도가 5×1014~7×1014atoms/cm3, 또한, 산소도너농도가 4×1014~8×1014atoms/cm3인 경우에, 잉곳의 결정육성 완료 후 50일 이내에, 잉곳으로부터 웨이퍼를 잘라내는 것으로 하고 있다. 그러나, 여기서의 편재LPD는, 특허문헌 3의 단락 0010에 기재된 바와 같이, 특허문헌 3의 출원시에 있어서는 디바이스(집적회로소자)의 특성에 문제를 주는 일은 없다고 생각되는 것이며, OSF와 같이 집적회로소자의 제조수율을 현저히 저하시키는 것과는 과제가 상이하다. 또한, 이 편재LPD는 붕소농도와 산소도너농도가 거의 동일한 P/N형 반전(혼재)영역에, 니켈(Ni), 또는 구리(Cu)가 트랩되는 것을 하나의 요인으로서 형성된다고 생각되는 것이다. 즉, 특허문헌 3에서 대상으로 하는 웨이퍼는, N형의 단결정웨이퍼와는 도전형이 상이하다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, PW에서의 OSF발생을 방지할 수 있는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, CZ법에 의해 Al을 도프하여 제조한 N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라내는 것을 포함하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법으로서,
미리, 상기 N형 실리콘 단결정의 라이프타임값과, 상기 N형 실리콘 단결정의 제조종료로부터 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 일수와, OSF발생의 유무 간의 관계를 구하고,
상기 관계에 기초하여, 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록에 대한, 잘라낸 상기 웨이퍼에 OSF가 발생하지 않는, 상기 N형 실리콘 단결정의 제조를 종료하고 나서 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 최장보관일수를 결정하고,
상기 결정한 최장보관일수까지, 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록으로부터 상기 웨이퍼를 잘라내는 것을 특징으로 하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법을 제공한다.
N형 실리콘 단결정의 라이프타임값과, N형 실리콘 단결정의 제조종료로부터 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 일수와, OSF발생의 유무 간의 관계에 기초하여, 잘라낸 웨이퍼에 OSF가 발생하지 않는 최장보관일수를 결정하고, 이 최장보관일수까지, N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라냄으로써, 이와 같이 하여 잘라낸 웨이퍼를 연마하여 얻어지는 PW에서의 OSF발생을 방지할 수 있다. 그 때문에, PW불량에 의한 로스를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 따르면, 각 블록의 슬라이스(잘라내기)까지의 일수를 관리할 때, 어느 블록을 우선적으로 잘라내야 하는지를 명확히 할 수 있고, OSF의 경시변화의 용이함을 기준으로 하여 각 블록의 잘라내기가공(슬라이스가공)을 순서좋게 계획적으로 진행시킬 수 있어, 효율적으로 잘라내기가공이 가능하다.
결정위치의 고화율이 큰 블록일수록 상기 최장보관일수가 짧아지도록, 상기 최장보관일수를 결정하는 것이 바람직하다.
N형 실리콘 단결정의 블록의 결정위치의 고화율을 더욱 고려하여 결정한 최장보관일수까지 N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라냄으로써, PW에서의 OSF발생을 더욱 확실히 방지하면서, OSF의 경시변화의 용이함을 기준으로 하여 각 블록의 잘라내기가공을 보다 계획적으로 진행시킬 수 있어, 더욱 효율적으로 잘라내기가공이 가능하다.
상기 CZ법은, 동일 도가니로부터 복수개의 단결정을 인상하는 멀티풀링법일 수도 있고, 이 경우, 총합고화율이 큰 블록일수록 상기 최장보관일수가 짧아지도록, 상기 최장보관일수를 결정하는 것이 바람직하다.
멀티풀링법을 이용하는 경우, N형 실리콘 단결정의 블록의 총합고화율을 더욱 고려하여 결정한 최장보관일수까지 N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라냄으로써, PW에서의 OSF발생을 더욱 확실히 방지하면서, OSF의 경시변화의 용이함을 기준으로 하여 각 블록의 잘라내기가공을 보다 계획적으로 진행시킬 수 있어, 더욱 효율적으로 잘라내기가공이 가능하다.
예를 들어, 상기 CZ법이 동일 도가니로부터 복수개의 단결정을 인상하는 멀티풀링법인 경우,
상기 최장보관일수의 결정에 있어서,
상기 라이프타임값과, 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 상기 일수와, 상기 OSF발생의 유무 간의 상기 관계에 기초하여, OSF의 발생확률을 예측하고, 상기 웨이퍼로 잘라내는 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록을, 상기 OSF의 발생확률의 높이에 따라 순위를 정하는 제1 공정과,
상기 웨이퍼로 잘라내는 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록을, 고화율에 따라 순위를 정하는 제2 공정과,
상기 웨이퍼로 잘라내는 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록을, 총합고화율에 따라 순위를 정하는 제3 공정
을 행하고,
상기 제1 공정으로부터 상기 제3 공정에 있어서, 각 순위를 각각 수치화하고, 대상인 블록에 대하여, 상기 제1 공정으로부터 상기 제3 공정에서의 각 순위의 수치를 합계한 수치를 구하고,
이 합계한 수치가 소정의 값 이하가 되도록, 상기 대상인 블록에 대한 상기 최장보관일수를 결정하고,
상기 최장보관일수에 기초하여, 상기 대상인 블록의 보관일수의 관리를 행하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, OSF의 발생확률의 높이, 고화율, 및 총합고화율에 관하여 순위를 정하고, 각 순위를 수치화한 것을 합계하고, 합계한 수치가 소정의 값 이하가 되도록 최장보관일수를 결정하고, 결정한 최장보관일수에 기초하여 블록의 보관일수의 관리를 행함으로써, PW에서의 OSF발생을 더욱 확실히 방지하면서, OSF의 경시변화의 용이함을 기준으로 하여 각 블록의 잘라내기가공을 보다 계획적으로 진행시킬 수 있어, 더욱 효율적으로 잘라내기가공이 가능하다.
상기 N형 실리콘 단결정의 라이프타임의 측정은, 상기 N형 실리콘 단결정의 테일부의 위치로부터 잘라낸 샘플을 이용하여 행하는 것이 바람직하다.
N형 실리콘 단결정의 테일부의 위치로부터 채취한 샘플로 얻어진 라이프타임을 고려하여 상기 최장보관일수를 결정하고, 결정한 최장보관일수까지 웨이퍼의 잘라내기를 행함으로써, PW에서의 OSF발생을 더욱 확실히 방지할 수 있다.
상기 CZ법에 의해, 산소농도가 8ppma 이하이며 또한 저항률이 30Ω·cm 이상인 상기 N형 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 특히 OSF의 경시변화를 일으키기 쉬운 산소농도가 8ppma 이하이며 또한 저항률이 30Ω·cm 이상인 N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 잘라내어 얻어진 PW에 있어서도, OSF발생을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법이면, 잘라낸 웨이퍼를 연마하여 얻어지는 PW에서의 OSF발생을 효과적으로 방지할 수 있다. 그 때문에, PW불량에 의한 로스를 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법은, 앞서 설명한, N형의 단결정에 있어서, 소정량의 Al을 도프했음에도 불구하고 OSF가 경시변화한다고 하는 현상에, 예를 들어 냉동설비 등을 이용하지 않고도, 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 따르면, 각 블록의 슬라이스(잘라내기)까지의 일수를 관리할 때, 어느 블록을 우선적으로 잘라내야 하는지를 명확히 할 수 있고, OSF의 경시변화의 용이함을 기준으로 하여 각 블록의 잘라내기가공을 순서좋게 계획적으로 진행시킬 수 있어, 효율적으로 잘라내기가공이 가능하다.
예를 들어, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 따르면, PW에서의 OSF발생을 방지하기 위해, OSF가 발생하기 쉬운 블록일수록 잘라낼 때까지의 일수가 짧아지도록 보관일수를 관리할 수 있거나, 또는 OSF가 발생하지 않는 블록만을 선별하여 잘라내기가공하는 선별방법에도 적용할 수 있다.
즉, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 따르면, OSF의 발생을 방지하면서, PW를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에서 이용할 수 있는, 라이프타임값과, 잘라내기까지의 일수와, OSF발생의 유무 간의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 2는 N형 실리콘 단결정의 블록의 위치별의 OSF발생률의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3은 N형 실리콘 단결정의 블록의 멀티차수별의 OSF발생률의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 2는 N형 실리콘 단결정의 블록의 위치별의 OSF발생률의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3은 N형 실리콘 단결정의 블록의 멀티차수별의 OSF발생률의 일례를 나타내는 그래프이다.
상기 서술한 바와 같이, PW에서의 OSF발생을 방지할 수 있는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법의 개발이 요구되고 있었다.
본 발명자들은, 상기 과제에 대하여 예의검토를 거듭한 결과, N형 실리콘 단결정의 라이프타임값과, N형 실리콘 단결정의 제조종료로부터 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 일수와, OSF발생의 유무 간의 관계에 기초하여, 잘라낸 웨이퍼에 OSF가 발생하지 않는 최장보관일수를 결정하고, 이 최장보관일수까지, N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라냄으로써, 잘라낸 웨이퍼를 연마하여 얻어지는 PW에서의 OSF발생을 효과적으로 방지할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은, CZ법에 의해 Al을 도프하여 제조한 N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라내는 것을 포함하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법으로서,
미리, 상기 N형 실리콘 단결정의 라이프타임값과, 상기 N형 실리콘 단결정의 제조종료로부터 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 일수와, OSF발생의 유무 간의 관계를 구하고,
상기 관계에 기초하여, 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록에 대한, 잘라낸 상기 웨이퍼에 OSF가 발생하지 않는, 상기 N형 실리콘 단결정의 제조를 종료하고 나서 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 최장보관일수를 결정하고,
상기 결정한 최장보관일수까지, 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록으로부터 상기 웨이퍼를 잘라내는 것을 특징으로 하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법이다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 라이프타임값(이하, LT값이라고 표기하는 경우도 있다)이 낮을수록 N형 실리콘 단결정 중의 Fe, Cu, Ni 등의 금속농도가 높고, 반대로 LT값이 높을수록 상기 금속농도가 낮다. 따라서, N형 실리콘 단결정의 LT값이 낮을수록 N형 실리콘 단결정 중의 금속농도가 높게 되고, OSF경시변화가 진행되기 쉬워진다.
OSF경시변화가 진행되기 쉬운 N형 실리콘 단결정의 블록일수록, N형 실리콘 단결정의 제조를 종료하고 나서 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 최장보관일수(슬라이스까지의 일수)를 짧게 하게 되고, PW에서의 OSF발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
상기와 같이, LT값과 OSF경시변화의 진행의 용이함에는 상관관계가 있으므로, LT값과, N형 실리콘 단결정의 제조종료로부터 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 일수와, OSF발생의 유무 간에도, 서로 상관관계가 있다. 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 따르면, 이들의 상관관계에 기초하여, 잘라낸 웨이퍼에 OSF가 발생하지 않는, N형 실리콘 단결정의 제조를 종료하고 나서 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 최장보관일수를 결정하고, 이 결정한 최장보관일수까지 N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라냄으로써, 잘라낸 웨이퍼를 연마하여 얻어지는 PW에서의 OSF발생을 방지할 수 있다. 그 때문에, PW불량에 의한 로스를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 따르면, N형 실리콘 단결정의 블록마다, 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 최장보관일수를 결정할 수 있으므로, 각 블록의 슬라이스(잘라내기)까지의 일수를 관리할 때, 어느 블록을 우선적으로 잘라내야 하는지를 명확히 할 수 있고, OSF의 경시변화의 용이함을 기준으로 하여 각 블록의 잘라내기가공을 순서좋게 계획적으로 진행시킬 수 있어, 효율적으로 잘라내기가공이 가능하다.
예를 들어, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 따르면, OSF가 발생하기 쉬운 블록일수록 잘라낼 때까지의 일수가 짧아지도록 보관일수를 관리할 수 있다. 또한, 보관일수를 감안하여, OSF가 발생하지 않는 블록만을 선별하여, 잘라내기가공을 행할 수도 있다. 이에 따라, 잘라낸 웨이퍼를 연마하여 얻어지는 PW에서의 OSF발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에서는, N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 보관에, 냉동설비 등을 사용해도 되는데, 냉동설비 등의 사용을 필수로 하지 않는다.
즉, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 따르면, OSF의 발생을 방지하면서, PW를 높은 생산성 및 저비용으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.
라이프타임값을 측정하는 N형 실리콘 단결정은, CZ법에 의해 얻어진 N형 실리콘 단결정잉곳이라고 부를 수도 있다. N형 실리콘 단결정잉곳의 제조종료를, 상기 N형 실리콘 단결정의 제조종료로 할 수 있다.
N형 실리콘 단결정의 라이프타임값의 측정은, N형 실리콘 단결정의 테일부의 위치로부터 잘라낸 샘플을 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 테일부의 위치(P측)에서 LT값의 측정을 행하는 이유는, 단결정 중의 금속농도가, 편석에 의해, 테일측일수록 높아지고, LT값이 테일측일수록 낮기 때문이다.
여기서 LT값은, 예를 들어, 인상한 N형 실리콘 단결정잉곳의 테일측으로부터 채취한 웨이퍼를 이용하여, 마이크로파 광도전감쇠법(μ-PCD법)에 의해 측정할 수 있다.
N형 실리콘 단결정의 블록은, 예를 들어, N형 실리콘 단결정(N형 실리콘 단결정잉곳)의 직동부로부터 잘라냄으로써 얻을 수 있다.
1개의 N형 실리콘 단결정으로부터, 복수의 블록을 얻을 수도 있다. 이 경우, 이 단결정의 테일측(P측)에 가까운 블록일수록 잘라내기까지의 일수가 짧아지도록 관리하는 것이 바람직하다. 이는, 단결정 중의 금속농도가 편석에 의해 고화율이 큰 테일측일수록 높고, 테일측일수록 OSF경시변화가 진행되기 쉬운 것에 대응하는 것이며, LT값이 동일한 결정 중에서도 테일측일수록 잘라내기까지의 일수를 짧게 하는 것이 바람직하다. 환언하면, 결정위치의 고화율이 큰 블록일수록, 상기 최장보관일수가 짧아지도록, 상기 최장보관일수를 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에서는, CZ법을 동일 도가니로부터 복수개의 단결정을 인상하는 멀티풀링법으로 할 수 있다. 이 경우, 이 단결정의 총합고화율(=총결정중량/총투입원료중량)이 큰 멀티차수가 높을수록 잘라내기까지의 일수가 짧아지도록 관리하는 것이 바람직하다. 이는, 멀티차수가 높아질수록 단결정을 인상하는 원료융액 중의 금속불순물농도가 편석에 의해 높아져가기 때문이다. 이 때문에, LT값이 동일한 단결정 중에서도 멀티차수가 높은 결정일수록 OSF경시변화의 진행이 빠르고, 잘라내기까지의 일수를 보다 짧게 하는 것이 바람직하다. 환언하면, 총합고화율이 큰 블록일수록 상기 최장보관일수가 짧아지도록, 상기 최장보관일수를 결정하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 CZ법이 동일 도가니로부터 복수개의 단결정을 인상하는 멀티풀링법인 경우,
상기 최장보관일수의 결정에 있어서,
상기 라이프타임값과, 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 상기 일수와, 상기 OSF발생의 유무 간의 상기 관계에 기초하여, OSF의 발생확률을 예측하고, 상기 웨이퍼로 잘라내는 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록을, 상기 OSF의 발생확률의 높이에 따라 순위를 정하는 제1 공정과,
상기 웨이퍼로 잘라내는 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록을, 고화율에 따라 순위를 정하는 제2 공정과,
상기 웨이퍼로 잘라내는 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록을, 총합고화율에 따라 순위를 정하는 제3 공정
을 행하고,
상기 제1 공정으로부터 상기 제3 공정에 있어서, 각 순위를 각각 수치화하고, 대상인 블록에 대하여, 상기 제1 공정으로부터 상기 제3 공정에서의 각 순위의 수치를 합계한 수치를 구하고,
이 합계한 수치가 소정의 값 이하가 되도록, 상기 대상인 블록에 대한 상기 최장보관일수를 결정하고,
상기 최장보관일수에 기초하여, 상기 대상인 블록의 보관일수의 관리를 행하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 1개의 바람직한 태양에서는, N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에 있어서, 측정한 N형 실리콘 단결정의 테일측의 LT값과 잘라내기까지의 일수의 상관그래프에서 PW에서의 OSF가 발생하는 영역과 발생하지 않는 영역, 및 발생하는 영역과 발생하지 않는 영역의 경계영역으로 구분하고, OSF발생이 많은 영역일수록 점수가 높아지는 점수(순위)정하기(T1)를 행함(제1 공정)과 함께, 테일측(P측)에 가까운 블록일수록 높아지는 점수(순위)정하기(T2)(제2 공정)를 하고, 또한, 멀티차수가 높을수록 높아지는 점수(순위)정하기(T3)(제3 공정)를 하고, 이들 점수의 합계 T1+T2+T3이 기준값을 초과하지 않도록 블록의 보관일수의 관리를 행한다. 그리고, 합계 T1+T2+T3이 기준값을 초과한 경우에는 PW에서의 OSF가 발생할 가능성이 높은 블록으로서 잘라내기가공하지 않도록 선별하는 것이 바람직하다. 이와 같이 선별함으로써 OSF가 발생할 가능성이 낮은 블록만을 잘라내기가공하는 것이 가능해지고 PW에서의 OSF발생을 확실히 방지할 수 있다.
구체예로서, 도 1에, 가로축에 LT값, 세로축에 잘라내기까지의 일수로서 OSF발생있음과 OSF발생없음을 플롯한, 제1 공정에서 이용하는 일례의 그래프를 나타낸다. 도 1의 그래프에 나타내는 바와 같이, 근사선2보다 위의 가로줄무늬영역에서는 PW에서의 OSF발생이 80%를 초과하고 있고, 이 영역을 6점으로 하며, 나아가 근사선1보다 아래의 세로줄무늬영역에서는 PW에서의 OSF발생이 0%이고, 이 영역을 2점으로 하였다. 그리고, 근사선1과 근사선2 간의 경계영역에서는 PW에서의 OSF발생률이 50%이고, 이 영역을 4점으로 하였다.
또한, 도 2에, 제2 공정에서 이용할 수 있는, 블록의 테일측의 결정위치(콘부측으로부터의 거리)별의 OSF발생률의 일례를 막대그래프로 나타냈다. 여기서, 발생률은 OSF가 발생한 블록수/총블록수이며, 값이 클수록 발생률이 높다. 결정위치가 100cm 이하 1점, 100cm 초과, 또한 180cm 이하에서 2점으로 하였다.
나아가, 제3 공정에서 이용할 수 있는, 멀티차수별의 OSF발생률점수의 일례를, 도 3에 나타낸다. 1번째~3번째에서 1점, 4번째~6번째에서 2점으로 하였다.
구체예를 나타내면, 멀티 4번째, 결정위치 120~160cm의 블록, LT값이 1200μs인 경우는, 잘라내기까지의 최장보관일수가 기준점의 7점 이하가 되는 115일 이하가 되도록 관리한다. 이때, 보관일수가 예를 들어 60일인 경우는, 합계점수가 2점+2점+2점=6점이 된다. 이 예에서는, PW에서의 OSF발생을 일으키지 않는 기준값은 6점이며, 이 블록에서는 PW에서의 OSF발생이 일어나지 않는다고 판단하고, 잘라내어 PW로의 가공을 행하는 것으로 한다.
본 발명에서는, LT값, 블록의 결정위치의 고화율, 및 멀티차수(총합고화율)의 OSF경시변화에 대한 영향의 크기에 대하여 수치화하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 상기와 같이 각각의 영향량을 점수화하고 그 합계가 소정의 값 이하가 되도록 보관일수를 관리할 수도 있고, 각각의 영향량을 계수화하여 이들의 계수의 곱을 구하고, 이 곱의 값이 소정의 값 이하가 되도록 보관일수를 관리해도 된다.
예를 들어 다른 바람직한 태양에서는, 상기 최장보관일수의 결정에 있어서, 대상인 블록에 대하여, 상기 제1 공정에 있어서 OSF발생확률에 관한 계수A를 취득하고, 상기 제2 공정에 있어서 결정위치에 대응하는 고화율에 의한 영향에 관한 계수B를 취득하고, 상기 제3 공정에 있어서 멀티차수에 대응하는 총합고화율에 의한 영향에 관한 계수C를 취득하고, 계수A, B 및 C의 곱A×B×C가 기준값을 초과하지 않도록 블록의 보관일수의 관리를 행한다. 그리고, 곱A×B×C가 기준값을 초과한 경우에는 PW에서의 OSF가 발생할 가능성이 높은 블록으로서 잘라내기가공하지 않도록 선별한다. 이와 같이 선별함으로써 OSF가 발생할 가능성이 낮은 블록만을 잘라내기가공하는 것이 가능해지고 PW에서의 OSF발생을 확실히 방지할 수 있다.
단결정 중의 산소농도가 낮을수록, 금속불순물의 확산이 진행되기 쉬운 경향이 있으며, 이 때문에, 산소농도가 8ppma 이하인 저산소농도의 단결정에서는, OSF경시변화를 억제할 수 있는 소정량의 Al을 단결정 중에 도프하고 있어도 OSF경시변화가 진행되어, PW에서의 OSF가 발생하기 쉽다. 그러나, 본 발명의 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법에서는, CZ법에 의해 산소농도가 8ppma 이하이며 또한 저항률이 30Ω·cm 이상인 상기 N형 실리콘 단결정을 제조하고, 이 N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 잘라내어 얻어진 PW에 있어서도, OSF의 발생을 충분히 방지할 수 있다.
N형 실리콘 단결정 중의 산소농도의 하한은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, N형 실리콘 단결정 중의 산소농도는 2ppma 이상으로 할 수 있다.
또한, N형 실리콘 단결정의 저항률의 상한은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어, N형 실리콘 단결정의 저항률은 1000Ω·cm 이하로 할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
(실험예)
인상장치의 주챔버 외주에 수평자기장을 인가하는 초전도자석이 배치된 MCZ인상장치를 준비하였다. 이 장치에 있어서, 구경 26인치(650mm)의 석영도가니 내에서 다결정 실리콘원료 180kg과 함께 P와 Al의 도프제를 용융하여, 원료융액을 얻었다. 이 원료융액으로부터, 4000가우스의 수평자기장을 인가하면서, 직동부길이가 160cm가 될 때까지 인상하여, N형, 직경 205mm, <100>, 저항률 45~65Ωcm, 산소농도 5.5ppm 이하의 실리콘 단결정을 취출하였다.
취출 후, 취출한 단결정의 중량분의 원료를 리차지하고, 용융 후에 도프제의 P를 투입하여, 동일 조건으로 동일 품질의 2번째의 단결정을 인상하였다. 마찬가지로 인상과 리차지를 반복하여, 동일 조건으로 동일 품질의 3번째, 4번째, 5번째, 6번째의 단결정을 인상하였다.
그리고, 인상한 6개의 단결정에 대하여, 직동부를 제품직경 200mm까지 원통연마하고, 이 직동부를 길이 40cm씩의 블록1~4로 4등분하여, 블록을 스토커에 보관하였다. 또한, 인상한 6개의 단결정에 대하여, 각 테일측으로부터 웨이퍼를 채취하고, 채취한 웨이퍼를 이용하여 마이크로파 광도전감쇠법에 의해 LT값을 측정하였다.
다음에, 미리, N형 실리콘 단결정의 라이프타임값과, N형 실리콘 단결정의 제조종료로부터 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 일수와, OSF발생의 유무의 관계를 구하기 위해, 20일마다 각 블록으로부터 샘플웨이퍼를 잘라내어, PW로 가공하였다. PW로 가공 후, OSF검사를 실시한 결과, 도 1에 나타내는 결과가 얻어졌다.
Al을 도프하여 제조한 직경 200mm, <100>, 저항률 45~65Ωcm, 산소농도 5.5ppma 이하의 인도프 N형 실리콘 단결정 웨이퍼에 대하여, OSF가 발생하지 않는 잘라내기까지의 최장보관일수y와, 테일측에서 측정한 LT값x의 관계를 조사하면, y=0.692x-713.85라는 관계식1(근사선1)로 표시되었다.
그리고, 이 관계식으로부터, 도 1에서 LT값이 1150μs인 경우는 OSF가 발생하지 않는 최장보관일수가 82일로 구해졌다. 여기서, LT값 1150μs인 경우의 OSF가 발생하기 쉬운 영역은, 최장보관일수가 112일을 초과하는 경우이며, OSF가 발생하지 않는 영역의 블록의 최장보관일수를 1로 한 경우에 그 비율인 계수A는 112/82=1.37이었다.
그리고, LT값이 1150μs인 경우에는, 보관일수가 82일을 초과하고, 112일 이하인 경우에 비율A가 1.0~1.37이 되고, 이 경계영역(계수A가 1.0~1.37)에서의 OSF발생률이 50% 이하였다.
한편, OSF가 발생하기 쉬운 잘라내기까지의 최장보관일수y와, 테일측에서 측정한 LT값x의 관계를 조사하면, y=0.692x-683.85라는 관계식2(근사선2)로 표시되었다.
또한, 각 블록의 테일측의 결정위치(콘부측으로부터의 거리)별의 OSF발생률을 조사하고, 순위정하기를 하였다. 그 결과를 도 2에 막대그래프로서 나타낸다. 그리고, 멀티차수별의 OSF발생률을 조사하고, 순위정하기를 하였다. 그 결과를 도 3에 막대그래프로서 나타낸다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 도 1에 기초하여, LT값이 1150μs인 경우, PW에서 OSF가 발생하지 않는 최장보관일수를 82일로 결정하였다. 마찬가지로, LT값이 1200μs에서는 최장보관일수를 117일로 결정하고, 1100μs에서는 최장보관일수를 47일로 결정하였다. 이와 같이 하여, LT값으로부터 도 1의 최장보관일수의 관계식1에 따라, 블록의 보관일수의 관리를 행하고, 이 보관일수의 조건을 만족한 블록만을 잘라내었다. 그 결과, PW로 가공 후에 OSF는 발생하지 않았다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, LT값, 블록위치, 및 멀티차수의 OSF경시변화에 대한 영향량을 도 1~도 3에 나타내는 바와 같이 수치화하여 합계점수가 6점 이하가 되도록 블록의 보관일수관리를 행하고, 이 보관일수의 조건을 만족한 블록만을 잘라내었다. 그 결과, PW로 가공 후에 OSF는 발생하지 않았다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, 이하에 설명하는 바와 같이, 계수의 곱A×B×C에 기초하여, 블록의 보관일수관리를 행하였다.
도 1에 나타내는 그래프에 있어서의 경계영역(4점의 영역; 계수A가 1.0~1.37)에서 OSF가 발생하지 않는 경우를 조사하면, 블록의 테일측의 결정위치(콘부로부터의 거리)가 100cm 이하이며, 또한, 멀티차수가 1번째~3번째까지인 경우였다. 이것을 환언하면 이 경계영역에서 OSF가 발생하는 경우는 블록의 테일측의 결정위치(콘부로부터의 거리)가 120cm 이상이며, 또한, 멀티차수가 4번째~6번째까지인 경우였다.
고화율과 OSF가 발생하지 않는 최장일수의 관계는, LT값이 1150μs인 경우, 평균일수로 보면, 고화율이 18% 이하에서 112일, 35% 이하에서 102일, 52% 이하에서 92일, 70% 이하에서 82일이며, 고화율이 높을수록 평균일수가 낮아져갔다. 여기서 고화율에 의한 영향을 계수B로서 더욱 고려하여, A×B가 1.37 이하가 되도록 보관일수의 관리를 행하였다. 구체적으로는, 고화율이 18% 이하에서 B=0.8로 하고, 18% 초과, 또한 35% 이하에서 B=0.9, 35% 초과, 또한 52% 이하에서 B=1.2로 하였다. 상기 계수A가 1.42에서 OSF가 발생하기 쉬운 영역에서도, 고화율이 18% 이하인 블록은 발생하기 어려운 경향이 되었다.
또한, 멀티차수를 포함한 총합고화율(=총결정중량/총투입원료중량)에서는, 각 회차의 인상종료 후에 잔탕 중의 불순물농도가 가장 상승하고, 그 후, 원료를 리차지하면, 그 불순물농도가 감소한다고 하는 불순물의 농도의 증감을 반복하면서, 멀티차수가 진행될수록 단결정의 테일측의 불순물농도가 상승하고, 차수가 높은 단결정일수록 테일측LT값이 낮아지는 경향이 있었다.
구체적으로는, 멀티차수가 1번째인 LT값이 1150μs인 경우, 2번째가 1130μs, 3번째가 1100μs, 4번째가 1040μs와 같이 차수가 진행될수록 LT값이 저하되어갔다. 이에, 멀티차수에 의한 영향을 계수C로서 더욱 고려하여, A×B×C가 1.37 이하가 되도록 보관일수의 관리를 행하였다. 예를 들어, 멀티차수가 1번째에서 C=1.0, 2번째에서 C=1.05, 마찬가지로 3번째 C=1.1, 4번째 C=1.15, 5번째 C=1.25, 6번째 C=1.35로 하였다.
예를 들어, 상기 A=1.0이어도, 고화율 40%에서 B=1.2, 멀티차수 4번째에서 C=1.15이면, 곱A×B×C가 1.38이 되고, A가 1.37을 초과하는 경우와 마찬가지로 OSF가 발생하기 쉬운 경향이 되었다.
그리고, 본 실시예 3에서는, 도 1의 4점의 영역의 LT값이어도, 이러한 블록의 보관일수의 관리를 행하여, 곱A×B×C가 1.37 이하인 블록만을 잘라내었다. 그 결과, PW로 가공 후에 OSF는 발생하지 않았다.
여기서, 실시예 3과 같이, 이 곱A×B×C를 1.37 이하로 하는 관리방법과, 실시예 2와 같이, 영향량의 수치를 합계한 수치값을 기준점인 6점 이하로 관리하는 방법과의 정합성에 대하여 설명한다.
합계점수방식인 실시예 2에서는, 영향량의 수치를 합계한 수치를 6점 이하가 되도록 관리하였다. 예를 들어, 멀티 4번째(2점), 결정위치 70~100cm(1점)의 블록경우는, LT값이 1200μs인 경우, 최장보관일수는 관계식1로부터 116일 이하(2점)가 된다.
그리고, 곱A×B×C에서 관리한 실시예 3에서는 상기에서 설명한 바와 같이, 관계식1과 관계식2와, 계수A, B 및 C로 표시되는 영향량으로부터, 곱A×B×C를 1.37 이하가 되도록 관리하였다. 예를 들어, 고화율계수B=1.2, 멀티차수계수C=1.15인 경우, 곱A×B×C를 1.37 이하로 하기 위해서는, LT값계수A를 0.99 이하로 할 필요가 있다. 그 때문에, 이 경우에 결정하는 최장보관일수는, 관계식1로부터 구한 116일×0.99의 115일 이하가 된다.
이와 같이, 실시예 2와 같은 간편한 점수방식으로 결정하는 최장보관일수와, 실시예 3과 같은 3계수의 곱에 기초하여 결정하는 최장보관일수는 거의 일치하였다.
(비교예 1 및 2)
비교예 1 및 2에서는, 도 1에 나타낸 바와 같은 라이프타임값과 보관기간과 OSF발생의 유무와의 관계를 고려하지 않고, N형 실리콘 단결정 웨이퍼를 제조하였다. 구체적으로는 이하와 같다.
앞서 설명한 실험예와 동일한 수순으로, Al을 도프하여 제조한 직경 200mm, <100>, 저항률 45~65Ωcm, 산소농도 5.5ppma 이하의 인도프 N형 실리콘 단결정을 제조하였다.
비교예 1에서는, 테일측에서 측정한 LT값이 1100μs이며, 멀티차수가 4번째인 N형 실리콘 단결정 중, 고화율이 32%인 결정위치로부터 블록을 얻었다. 이 블록을, 스토커에 보관하고, 보관일수가 40일, 60일, 및 80일인 시점에서 각각 웨이퍼로 잘라내었다. 잘라낸 웨이퍼로부터 얻어진 PW에서의 OSF의 발생을 조사하면, 40일이 발생없음, 60일과 80일이 발생있음이 되었다.
비교예 2에서는, 테일측에서 측정한 LT값이 1150μs이며, 멀티차수가 5번째인 N형 실리콘 단결정 중, 고화율이 48%인 결정위치로부터 블록을 얻었다. 이 블록을, 스토커에 보관하고, 보관일수가 60일, 80일, 및 100일인 시점에서 각각 웨이퍼로 잘라내었다. 잘라낸 웨이퍼로부터 얻어진 PW에서의 OSF의 발생을 조사하면, 60일 및 80일이 발생없음, 100일이 발생있음이 되었다.
비교예 1 및 2의 결과를, 이하의 표 1에 정리하였다.
이와 같이, Al도프를 한 N형 단결정이어도, 고저항률, 저산소의 단결정에서는 경시변화에 따라 PW로 가공 후에 OSF가 발생하였다. 그리고, 본 발명에 따라 결정한 최장보관일수까지 N형 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라내지 않은 비교예 1 및 2에서는, PW에서의 OSF발생을 방지할 수 없었다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
Claims (6)
- CZ법에 의해 Al을 도프하여 제조한 N형 실리콘 단결정의 블록으로부터 웨이퍼를 잘라내는 것을 포함하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법으로서,
미리, 상기 N형 실리콘 단결정의 라이프타임값과, 상기 N형 실리콘 단결정의 제조종료로부터 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 일수와, OSF발생의 유무 간의 관계를 구하고,
상기 관계에 기초하여, 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록에 대한, 잘라낸 상기 웨이퍼에 OSF가 발생하지 않는, 상기 N형 실리콘 단결정의 제조를 종료하고 나서 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 최장보관일수를 결정하고,
상기 결정한 최장보관일수까지, 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록으로부터 상기 웨이퍼를 잘라내는 것을 특징으로 하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법. - 제1항에 있어서,
결정위치의 고화율이 큰 블록일수록 상기 최장보관일수가 짧아지도록, 상기 최장보관일수를 결정하는 것을 특징으로 하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 CZ법은, 동일 도가니로부터 복수개의 단결정을 인상하는 멀티풀링법으로서,
총합고화율이 큰 블록일수록 상기 최장보관일수가 짧아지도록, 상기 최장보관일수를 결정하는 것을 특징으로 하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 CZ법은, 동일 도가니로부터 복수개의 단결정을 인상하는 멀티풀링법으로서,
상기 최장보관일수의 결정에 있어서,
상기 라이프타임값과, 상기 웨이퍼로 잘라낼 때까지의 상기 일수와, 상기 OSF발생의 유무 간의 상기 관계에 기초하여, OSF의 발생확률을 예측하고, 상기 웨이퍼로 잘라내는 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록을, 상기 OSF의 발생확률의 높이에 따라 순위를 정하는 제1 공정과,
상기 웨이퍼로 잘라내는 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록을, 고화율에 따라 순위를 정하는 제2 공정과,
상기 웨이퍼로 잘라내는 상기 N형 실리콘 단결정의 상기 블록을, 총합고화율에 따라 순위를 정하는 제3 공정
을 행하고,
상기 제1 공정으로부터 상기 제3 공정에 있어서, 각 순위를 각각 수치화하고, 대상인 블록에 대하여, 상기 제1 공정으로부터 상기 제3 공정에서의 각 순위의 수치를 합계한 수치를 구하고,
이 합계한 수치가 소정의 값 이하가 되도록, 상기 대상인 블록에 대한 상기 최장보관일수를 결정하고,
상기 최장보관일수에 기초하여, 상기 대상인 블록의 보관일수의 관리를 행하는 것을 특징으로 하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 N형 실리콘 단결정의 라이프타임의 측정은, 상기 N형 실리콘 단결정의 테일부의 위치로부터 잘라낸 샘플을 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 CZ법에 의해, 산소농도가 8ppma 이하이며 또한 저항률이 30Ω·cm 이상인 상기 N형 실리콘 단결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 N형 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법.
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