KR930011457B1

KR930011457B1 - 실리콘 결정 평가방법과 반도체장치 제조방법

Info

Publication number: KR930011457B1
Application number: KR1019900011507A
Authority: KR
Inventors: 히로시 가네따; 스이찌 무라이시
Original assignee: 후지쓰 가부시끼가이샤; 야마모또 다꾸마; 닛뽄 덴시 가부시끼가이샤; 다끼우찌 다까시
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1993-12-08
Also published as: US5066599A; JPH03129748A; EP0410737A2; DE69025438D1; JPH0732186B2; EP0410737A3; KR910003778A; EP0410737B1

Abstract

내용 없음.

Description

실리콘 결정 평가방법과 반도체장치 제조방법

제1도는 침입형 산소 불순물을 함유하는 성장 실리콘 결정에 대한 실온 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프.

제2도는 열처리를 실시한 침입형 산소 불순물을 함유하는 성장 실리콘 결정에 대한 실온 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프.

제3도는 산소 불순물을 함유하는 성장 실리콘 결정(시료 S1)의 실온 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프.

제4도는 산소 불순물을 함유하고 700℃, 16시간동안 열처리를 실시한 실리콘 결정(시료 S2)의 실온 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프.

제5도는 산소 불순물을 함유하는 성장 실리콘 결정(시료 S1)의 액체 헬륨온도 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프.

제6도는 산소 불순물을 함유하는 성장 실리콘 결정(시료 S1)의 액체 헬륨온도 적외선 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프.

제7도는 열처리에 의한 피크세기 레벨(상대값) I(RT 1107), I(HeT 1206) 및 I(HeT 1749)의 변화를 나타내는 그래프.

제8도는 열처리에 의한 피크TP기 레벨(상대값) I(RT 1107), I(HeT 1206) 및 I(HeT 1749)의 변화를 나타내는 그래프.

제9도는 실리콘 결정 격자에 함유된 고립된 산소 불순물(Oi)의 오리엔테이션 상태를 나타내는 다이어그램.

제10도는 제9도에서 보여주는 직교 배위축에 따라 설명된 불순물 진동모드를 나타내는 다이어그램.

제11도는 액체 헬륨온도에서 측정된 열처리 실리콘 결정에 함유된 침입형 산소 불순물에 의한 1206cm^-1흡수 피크를 나타내는 그래프.

제12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치 제조 과정을 나타내는 순서도.

제13도는 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 반도체장치 제조과정을 나타내는 순서도.

본 발명은 일반적으로 실리콘 결정 평가방법에 관한 것이며, 특히 알려지지 않은 열이력을 갖는 실리콘 결정을 사용하는 장치의 특수 열처리 도중 얼마나 많은 양의 산소 석출물이 형성되는가를 예측하고 동일한 산소 불순물의 농도와 서로 다른 열이력을 가지는 실리콘 결정을 구별하기 위한 실리콘 결정 평가방법에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 실리콘 결정에 있어서 고립된 침입형 산소 불순물의 농도를 정확히 얻고 그 상태(형태학)에 대하여 표준을 기초로 실리콘 결정에 있어 석출된 산소 불순물의 함유량을 정확하게 평가할 수 있는 실리콘 결정 평가방법을 제공한다. 뿐만 아니라, 본 발명은 실리콘 결정 평가방법을 사용하여 반도체 집적회로장치의 제조방법에 관계된다.

열적으로 불안정한 형태(예를 들면, 과포화상태)에 있어서 실리콘 결정에 함유된 산소 불순물은 반도체 장치 공정에서 열처리시 형태학적으로 변화되는 현상이 알려져 있다. 일반적으로 반도체 장치 제조텁 전에 수행되는 평가에 의한 상기 언급된 현상을 정밀하게 예측하는 것이 요구되었다. 실리콘 결정에 함유된 산소석출은 Fe, Ni 및 Co와 같은 불순물 원소를 흡수하는 기능을 가지며 그것은 실리콘 결정의 자치 활성 영역에 포함되는 것으로 바람직하지 못하다. 이 기능은 게터링 효과(gettering effect)로 알려졌다.

일반적으로 반도체 장치 제조공정 전 성장 결정에 함유된 산소 불순물의 형태적 차이를 평가하고 얼마나 많은 산소 석출물 핵이 제조공정 전에 포함되어 있는가를 알기 위한 직접적 평가방법은 없다. 결정(성장)에 함유된 산소 불순물의 약간의 형태학적 차이는 제조공정 동안 열처리후 석출된 산소의 양의 큰 차이를 일으키며 따라서 현저한 문제점으로 나타난다.

산소 불순물은 결정 생성이 이루어진 후 실리콘 결정의 산소 불순물의 농도가 바로 얻어질때 결정의 여러가지 열이력으로 인해 다양한 상태로 존재할 수 있다. 상기와 같은 것은 단지 실험적으로 알려졌다는 것을 유의해야 한다. 달리말하면 결정안에 함유된 산소 불순물의 다양한 상태를 분량적으로 측정하기 위한 특별한 측정 방법은 없다.

비록 종래 실온 적외선 흡수 스펙트럼 분석법을 사용하므로 실리콘 결정 성장에 포함된 모든 산소원자의 농도를 얻는 것이 가능할지라도 실리콘 결정 성장에서 산소 석출물 형태적 차이를 확인하는 것이 불가능하며, 특히 실리콘 결정 생산 처리시 열이력으로 인하여 확인이 더 불가능하다. 즉, 장치 제조공정 동안 열처리 예를들어 어닐링(annealing)으로부터 발생한 산소 석출물 현상의 개시점 또는 결정안에 함유된 산소 불순물의 초기 형태학적 차이를 설명하기는 불가능하다. 상기 언급된 이유 때문에 동일한 산소 농도를 가지는 결정은 장치 공정시 같은 열처리를 하기 쉽기 때문에 산소 석출물 핵의 함유량은 결정 생성과정 동안 각각의 열이력으로 인하여 다른 결정과 차이가 난다.

잘 알려진 것과 같이 전술한 게터링 효과는 산소 석출물 결함의 총량(총수)을 좌우한다. 게터링 효과는 침전물 결함이 없을때 제로이다. 한편, 게터링 효과의 큰 정도는 산소 석출물 결함이 많을때 예상된다. 더욱이, 산소 석출물의 다양한 형태일때 예상된다. 따라서, 게터링 효과는 초기 상태에 관련된 석출물의 함유량(농도)와 마찬가지로 침전물의 형태(구조와 크기에 관함)에 좌우된다.

발명자는 일본공개공보 No. 63-167907에 실리콘 결정 평가를 제안했다. 이 실리콘 결정 평가법을 제외하고는 성장 결정에 함유된 산소 불순물(산소 석출물의 핵의 형성과 성장)의 형태 변화를 측정하기 위한 방법은 알려지지 않았다. 이 변화는 성장 결정의 열이력 또는 성장 결정의 열이력에 동등한 가벼운 열처리에 의존한다.

일반적으로 광루미네센스법(M. Tajima et al., Appl. Phys. Lett., 43, 1983, pp. 274)에 의하여 특수 열이력 또는 심한 열처리로 초래된 결정에서 함유된 산소 불순물의 큰 형태적 변화를 평가하는 것이 가능하다. 그러나, 광루미네센스법은 상대적으로 약한 열처리로 인한 산소 불순물(산소 석출물의 핵의 형성)의 형태 변화를 검출하는 능력은 없다. 자외선 흡수 스펙트럼 분석법을 사용하여 산소 석출물이 진행된 단계(F,Shimura et al., Appl. Phys. Lett., 46, 1985, pp. 941)에 있을때 산소 불순물의 형태 변화를 검출하는 것이 또한 가능하다. 이 경우를 제외하고 현재에 산소 석출물 핵을 검출하는 것이 불가능하다(F. Shimura et al., Appl. Phys. Lett., 46, 1985, pp. 941, or M. Tajima et al., Appl. Phys. Lett., 51, 1983, pp. 2247).

더욱이, 실온 적외선 흡수 스펙트럼법은 많은 양의 평가 정보와 많은 종류의 평가 정보를 제공하지 않는다. 전술한 일본출원 No. 63-167907은 10K와 같거나 보다 낮은 온도에서 측정되는 몇몇 피크가 있는 흡수 스펙트럼 피크 L1, L2, L3 및 M을 측정할 능력이 없다. 더욱이, 피크 강도는 10K 보다 높은 온도에서 현저하게 온도에 좌우된다. 따라서, 측정된 온도는 0.05K와 같은 좁은 허용 온도 범위 이내에 있어야 된다. 그러나, 측정 온도를 조절하기는 매우 어렵다. 앞서 언급한 것과 같이 산소 석출물을 예측하기 위한 간단한 실리콘 결정 평가법은 없다. 일반적으로 산소 석출물은 상기 언급된 실온 적외선 스펙트럼 분석법을 이용하여 모든 산소 불순물의 함유량을 측정하므로 예측된다. 실온 적외선 스펙트럼 분석에 따라서 모든 산소 불순물의 농도는 실리콘 결정의 산소원자로부터 초래되는 흡수 피크가 있는 실온 1106±1cm^-1피크를 이용하여 정량을 측정된다. 뒤에 기술되는 바와 같이 이 방법은 산소 석출물의 농도를 정확하게 제공하지 않는다. 만약, 산소 농도가 일정하고 그 종래방법 특히 실온 적외선 스펙트럼 분석이라면 실리콘 결정에 함유된 산소 불순물의 다양한 형태가 있다는 사실로부터 생긴 산소 석출물 함유량의 전술된 차이는 실리콘 결정에 산소 불순물의 형태적 차이를 측정할 수 없다.

상기 설명한 바와 같이 산소 석출물은 결정을 제조하기 위한 조건, 특히 결정 생산공정 동안 열이력에 기초로 하는 현상이 실험적으로 알려졌다. 그리고, 결정 생산공정 도중 열이력에 있어 차이로 인하여 결정(장치 공정의 각 개시점이 있는)에 산소 불순물의 다양한 형태(상태)가 있다. 그러나, 실리콘 결정에 함유된 산소 불순물의 형태 차이를 반영하는 물리적 값을 쉽게 얻기 위한 조작은 없다.

실온 1106±1cm^-1피크를 이용한 전술한 적외선 흡수 스펙트럼 분석은 다음과 같은 이유로 실리콘 결정에 있는 산소 불순물의 형태적 차이를 반영하는 정확한 물리적 값을 제공할 수 없다.

설명은 실온 적외선 흡수 스펙트럼 분석의 문제를 이해하는데 쉽게 하기 위하여 실리콘 결정에 함유된 산소 불순물의 다양한 형태가 주어질 것이다. 실리콘 결정에 함유된 산소 불순물의 전형적인 형태(상태)는 서로 고립된 상태로 위치한 침입형 산소원자가 고립되어 있다. 이후로 이것을 Oi로 나타낸다. Oi는 실온 1106±1cm^-1의 파수에서 불순물 적외선 흡수 피크를 생성한다. 이 피크는 Oi 피크라고 불리어진 보통 석출물이 형성되기 전의 상태(성장)에 있어서 거의 모든 산소 불순물은 고립된 침입형 산소 불순물(Oi)의 형태로 존재한다. 따라서, 제1도에서 보여주는 Oi 피크의 세기를 측정하여 성장 결정의 산소 농도(Oi)을 정량적으로 얻을 수 있다. 한편, 석출된 산소 불순물(산소 석출물 결함)은 더이상 Oi 피크를 생성하지 않는다. 따라서, Oi 피크의 세기는 모든 산소 불순물(Oi)의 일부로부터 형성된 산소 불순물 결함의 함유량에 대응하는 레벨에 따라 감소된다. 감소된 피크 세기 레벨을 사용하여 산소 불순물이 어느정도 석출되었는가 또는 석출물 결함이 어느 정도 존재하는가 예측하는 것이 가능하다.

그러나, 이 방법은 다음과 같은 문제를 갖는다. 제2도에서 보여주는 것과 같이 석출물 결함이 상태(P1 상태라 부름) Oi 피크의 것과 같이 거의 같은 파수(1106±1cm^-1인접)에서 불순물 적외선 흡수 피크(P1 피크)를 생성시킨다. P1 피크는 서로 분리되지 않도록 Oi 피크를 중복시킨다. 결과적으로 산소 석출물의 형성으로 Oi 피크의 감소된 세기는 정확하게 평가되지 않는다. 만약, 완전히 중복된 P1과 Oi 피크가 P1 피크의 존재를 알아 차릴 수 없어 Oi 피크로 고려된다면, P1 상태의 산소 석출물 결함은 모든 석출물 결함(석출된 Oi의 양)이 함유량이 무시되어 과소로 평가된다. 일반적으로 실온 적외선 흡수 스펙트럼 분석에 의하여 Oi 피크로부터 P1 피크를 분리하기는 상당히 어렵다. 이런 관점으로부터 현재는 이 분석에 의해 생긴 오차는 받아 드리지 않을 수 없다. 즉, 현행 석출물 결함 평가방법은 석출물 결함의 정확한 함유량을 알 수 없다.

더욱이, 종래의 석출물 결함 평가방법은 아래 설명된 중대한 문제를 가진다. 구조적인 면과 크기면에서 석출물의 결함의 형태차이는 많다. 일반적으로 게터링 효과는 어느 정도까지는 석출물 결함(석출된 Oi 함유량)의 총 함유량에 좌우된다고 볼 수 있다. 더욱이, 게터링 효과는 석출물 상태가 어떻게 함유되어 있으며 석출물이 어느정도 함유되어 있는지에 상당히 좌우된다. 일반적으로 화학적 에칭으로 석출물 결함에 의한 형태 및 크기의 관찰이 가능하며 현미경에 의하여 에칭된 석출물 결함을 측정할 수 있다. 그러나, 석출물의 결함의 크기 형태 또는 밀도는 에칭 조건에 의해 변한다. 예를 들어, 농도의 변화 또는 에칭제의 조성물 또는 에칭시간의 변화에 따라 관찰되지 않은 석출물이 나타나고 또는 관찰된 석출물이 나타나지 않는다. 그러므로, 석출물의 수는 육안으로 센다. 따라서, 계산된 결과는 누가 석출물을 세느냐에 따라 상당히 좌우되는 문제가 있다. 더욱이, 석출물 결함의 구조에 관하여 미세한 차이가 있고 그것은 육안으로 관찰할 수 없다. 몇몇 경우는 미세한 차이가 게터링 효과에 상당히 영향을 준다.

본 발명의 목적은 상기 언급한 문제를 해결하는 실리콘 결정 평가방법을 제공하며 더 특별한 목적은 장치공정 동안 열처리에 의하여 어느정도의 산소 석출물이 생성되는가를 예측할 수 있는 실리콘 결정 평가법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 열처리 실리콘 결정에 있어 침입형 산소 불순물 농도를 정확하게 얻을 수 있는 실리콘 결정 평가법을 제공한다. 또다른 목적은 석출된 불순물 형태와 함량에 대한 표준을 기초로 열처리 실리콘 결정에 석출된 불순물을 평가할 수 있는 실리콘 결정 평가방법을 제공한다.

상기 언급된 발명의 목적은 다음의 단계로 이루어진 실리콘 결정 평가방법에 의하여 성취되고, 그 방법은 a) 각각의 실리콘 결정이 산소 불순물을 함유하고, 알려지지 않은 열이력을 가지는 평가된 실리콘 결정 및 각각 알려진 열이력을 갖는 기준 실리콘 결정을 포함하고, 파수 1107±3cm^-1에서 다수개의 실리콘 결정의 각 산소 불순물의 적외선 흡수 피크의 세기를 실온에서 측정하는 단계, b) 소정의 파수에서 각 실리콘 결정의 산소 불순물의 적외선 흡수 피크의 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계, c) 1107±3cm^-1에서의 각 실리콘 결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기와 소정의 파수에서 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기 사이의 첫번째 피크의 세기비를 계산하는 단계, d) 평가된 실리콘 결정의 첫번째 피크 세기비와 모든 산소 불순물이 점 격자 결함이 고립될때 얻어진 대응하는 두번째 피크 세기비 사이의 첫번째 차를 계산하는 단계, e) 각각의 기준 실리콘 결정에 대한 첫번째 피크 세기비와 두번째 피크 세기비 사이의 두번째 차를 계산하는 단계, 그리고 f) 두번째 차와 알려진 열이력 사이의 관계를 규정하는 기준 데이타로부터 평가된 실리콘 결정의 알려지지 않은 열이력을 평가하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 전술한 목적은 역시 다음과 같은 단계로 이루어진 실리콘 결정 평가방법에 의해 성취되고, 그 방법은 a) 파수 900cm^-1과 1300cm^-1사이의 범위에서 결정 결함 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하는 단계, b) 산소 불순물이 점 격자 결합에 고립될때 소정의 파수에서 나타나는 적외선 흡수 피크 세기를 측정하는 단계, c) b)단계에 의하여 측정된 적외선 흡수 피크세기 및 결정 결여 적외선 스펙트럼의 세기로 부터 고립된 침입형 산소 불순물의 농도를 계산하는 단계로 이루어진다.

본 발명은 또다른 목적은 상기 언급한 실리콘 결정 평가방법을 사용하여 반도체 장치 제조법을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 다음과 같은 단계로 이루어진 반도체 장치 제조방법에 의하여 성취되고, 그 방법은 a) 실리콘 웨이퍼(wafer)의 열이력을 평가하는 단계, b) a)단계에 의해 평가된 열이력을 기초로 한 실리콘 웨이퍼의 가열단계, c) PN형 접합이 실리콘 웨이퍼에서 형성되도록 실리콘 웨이퍼로 실리콘 웨이퍼의 그것에 반대되는 전도형을 가지는 불순물 주입단계, 여기서 a)단계는, a-1) 각각의 실리콘 결정이 산소 불순물을 함유하고, 알려지지 않은 열이력을 가지는 실리콘 웨이퍼인 평가된 실리콘 결정 및 각각 알려진 열이력을 가지는 기준 실리콘 결정을 포함하고, 파수 1107±3cm^-1에서 다수개의 실리콘 결정의 각각의 산소 불순물 적외선 흡수 피크 세기를 실온에서 측정하는 단계, a-2) 소정의 파수에서 각 실리콘 결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계, a-3) 1107±cm^-1에서 실리콘 결정의 각 산소 불순물 적외선 흡수 피크 세기와 소정의 파수에서 산소 불순물 적외선 흡수 피크 세기 사이의 첫번째 세기비를 계산하는 단계, a-4) 평가된 실리콘 결정의 첫번째 피크 세기와 모든 산소 불순물은 점 격자 결함에 고립될때 얻어진 대응하는 두번째 피크 세기비 사이의 첫 차를 계산하는 단계, a-5) 각각의 기준 실리콘 결정의 첫번째 피크 세기비와 두번째 피크 세기비 사이의 두번째 차를 계산하는 단계, 및 a-6) 두번째 차와 알려진 열이력 사이의 관계를 규정하는 기준 데이타로부터 평가된 실리콘 결정의 알려지지 않은 열이력을 평가하는 단계로 이루어진다.

본 발명에 따라 산소 불순물을 함유하는 실리콘 결정의 다음 3가지 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기레벨이 측정되었다. 첫째, 실온(0℃에서 40℃ 사이)과 파수 1107±3cm^-1에서 관찰된 산소 불순물 적외선 흡수 피크 세기I(RT 1107)가 측정된다. 둘째, 액체 헬륨온도(이후로 HeT라 함)와 같은 10K 이하의 온도 그리고 1206±3cm^-1의 파수에서 관찰된 산소 불순물 적외선 흡수 피크 세기 I(HeT 1206)가 측정된다. 세째, HeT과 같은 10K 이하의 온도, 파수가 1749±3cm^-1에서 관찰된 산소 불순물 적외선 흡수 피크 세기 I(HeT 1749)가 측정된다. 이때, 피크 세기 레벨의 비가 계산된다. 3가지의 피크를 사용하였을 때 비 I(RT 1107) : I(HeT 1206) : I(HeT 1747)가 계산된다. 연속적인 단계에서는 계산된 피크 세기비 기와 실리콘 결정에서의 모든 산소 불순물은 서로로부터 고립되어 있는 경우에 얻어진 피크 세기비 사이의 차이를 계산하는 것이다. 한편, 피크 세기비는 알려진 열이력을 가지는 다수개의 결정에 대한 계산이다. 그다음 알려진 열이력에 대한 피크 세기비와 열이력 사이의 차(두번째 차)를 나타내는 기준 데이타가 얻어진다. 따라서, 계산된 기준 데이타를 사용하여 고려되는 실리콘 결정의 열이력의 제어가 가능하다. 상기 언급한 3가지 피크는 실리콘 결정의 열이력을 얻기 위하여 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 상기 언급한 것에 제한받지 않는다. 또한, 3가지 피크의 두개를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 열이력은 I(RT 1107) : I(HeT 1206) 또는 I(RT 1107) : I(HeT 1749)의 비를 사용하여 얻을 수 있다. 1206±3과 1749±3cm^-1의 파수에서의 피크는 적외선에 매우 민감하다.

세기 I(RT 1206)과 세기 I(HeT 1749)를 측정하는 동안에 측정온도는 10K 이하이고, 바람직하기는 1.5K(정확한 측정) 내지 6K(간단한 측정)의 범위이다. 성장 결정의 피크 세기비는 일반적을 다음과 같이 나타난다고 가정한다.

후에 설명되는 것과 가이 피크 세기비는 결정 생성공정 동안 다른 열이력에 대해 약간 다르다. 성장 실리콘 결정이 석출물을 생성하도록 열처리를 받고, 성장 상태로 도어 일부 산소 불순물이 형태적으로 미소한 석출 핵으로부터 거대 크기의 석출물로 변한다. 따라서, 피크 새기 레벨은 a, y, z에 의하여 감소된다. 즉, 피크 세기비는 다음과 같다.

이 경우에 각각 상대적인 감소양 x/[a], y/[b] 그리고 z/[c]는 서로 같지 않지만, 다음과 같다.

식(3)은 저온 고분해능 측정에 의하여 알아냈고 발명자에 의하여 논리적으로 분석되었다. 상기 측정과 분석의 설명은 후에 설명될 것이다. 발명자는 열처리가 피크 세기 I(RT 1107)(x=0)에서 변화가 일어나지 않는다 하더라도 피크 세기 I(HeT 1206)와 피크 세기 I(HeT 1749) 에서의 변화가 관찰된다(0＜y, z; 0＜y/[b]＜z/[c]). 즉, 세기가 석출물 핵 형성과 석출물 핵 성장과 같은 산소 불순물의 형태적 변화가 일어날 때 석출물 핵과 석출물로 변화하는 산소원자에 대응하는 값에 의하여 감소된다. 피크 세기 I(HeT 1206)의 감소한 값은 피크 세기 I(RT 1107)보다 더 큰 값이다. 그리고, 피크 세기 I(HeT 1749)의 감소값은 피크 세기 I(HeT 1206)의 감소값 보다 크다. 본 발명은 발명자가 알아낸 상기 사실에 기인한다.

모든 산소 불순물 원자는 그들이 서로로부터 고립되도록 서로 떨어져 있을때 얻어진 피크 세기비는 a : b : c로 쓰기로 가정한다. 산소 불순물 원자는 서로 고립될때 상호작용은 없다는 것을 유의해야 한다. 15ppm 보다 적거나 같은 산소 농도를 가지는 성장 실리콘 결정에 있는 모든 산소원자는 고립된 결함 상태에 있다. 모든 산소 불순물 원자가 고립된 결함 상태일때 다음 관계식을 얻는다.

발명자에 의하여 수행된 측정에 따라 식(4)에 의하여 규정된 비는 다음과 같다.

다음과 같은 식은 산소 불순물이 전형적으로 온도가 한시간 내지 두시간 동안 1250℃ 보다 더 높거나 같은 열이력을 소멸하기 위한 열처리에 의해 고립된 결함 상태로 변화되는 실리콘 결정의 피크 세기비 a : b: c에 관한 것이다.

여기서, X＞0, Y＞0, 그리고 Z＞0이다. X, Y 그리고 Z는 석출물 핵 결함의 상태에 있는 성장 실리콘 결정에 함유된 산소원자는 고립된 결함 상태로 변하는 사실에 기인하여 피크 세기의 값이 증가된다. 식(5)는 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

따라서, 다음의 식이 얻어진다.

X/a, Y/b, Z/c는 석출물 핵 결함의 상태에서 실리콘 결정안에 원래 포함된 산소원자에 의하여 기인된 것임을 알게 될 것이다. 명확하게 설명한 것처럼 석출물 핵의 형성으로 인하여 피크 세기의 상태 감소 레벨은 다음과 같은 관계를 가진다.

결과적으로, 식(7)의 오른쪽 피크 세기비는 피크 세기비 a : b : c로부터 벗어난다. 따라서, 피크 세기비 [a] : [b] : [c]를 측정하고 피크 세기비 a : b : c로부터 편차를 계산하여 성장 실리콘 결정에 함유하는 석출핵 결함의 함유량(농도)을 예측할 수 있다.

발명자는 실험에 의하여 열이력이 1206±3cm^-1과 1749±3cm^-1에서 두 HeT 산소 불순물 적외선 흡수 피크에 현저하게 반염됨을 발견하였다. 설명은 발명자에 의해 수행된 실험에 의해 이루어질 것이다.

산소 석출물에 영향을 주는 결정의 전형적인 열이력은 낮은 온도 열이력이다. 저온 열이력은 700℃ 근처의 온도에서 결정을 가열하여 모형이 만들어진다. 고온 열처리가 실행될때 저온 열처리 결정에서 형성된 산소 석출물의 함유량은 격자 결정이 동일한 고온 열처리를 받을때 저온 열처리를 실시하지 않은 결정에서 형성된 산소 침전물의 함유량과 많은 차이가 있다. 이점으로부터 산소 석출물 핵은 저온 열이력(열처리)를 좌우한다. 그러나, 분명히 설명된 바와 같이 산소 석출물 핵의 존재는 아직 물리적인 값으로 표현되지 않는다. 실험에 있어서 시료는 성장 결정 이곳의 동일 위치로부터 잘려진다. 잘려진 시료는 질소 분위기에서 다양한 저온 열처리가 상대적으로 쉽다. 그다음 흡수 피크 세기 레벨 I(RT 1107), I(HeT 1206) 및 I(HeT 1749)가 측정된다. 측정에 있어서 파수 분해능은 0.25cm^-1이다. 실험 시료와 열처리(기준 데이타) 사이의 관계는 표 1에서 보여준다. 표 1에서 보여주는 측정된 세기 순위 I(RT 1107), I(HeT 1206) 그리고 I(HeT 1749)는 성장 실리콘 결정의 3가지 피크 I(RT 1107), I(HeT 1206)과 I(HeT 1749)의 세기 순위가 각각 100% 되도록 할때의 상대값이다.

[표 1]

제3도와 제4도는 표 2의 각각 시료 S1과 S2의 RT 1107cm^-1피크 주위의 흡수 스펙트럼을 나타내느 그래프이고, 제3도는 실온 RT에서 측정된 산소 불순물을 함유한 성장 실리콘 결정의 적외선 흡수 스펙트럼의 그래프이다. 제3도의 그래프는 산소 불순물의 존재에 기인하는 1107cm^-1의 흡수 피크를 보여준다. 흡수 피크 1107cm^-1의 세기 I(RT 1107)은 1107cm^-1의 흡수 피크를 제외하는 범위에서 산소 불순물이 없는 성장 실리콘 결정의 흡수 스펙트럼을 중복시키므로 얻어진 기본선을 기초로 측정된다. 제3도에서 기본선을 1107cm^-1흡수 피크의 낮은 위치에서 그려진 커브에 대응한다. 제4도는 700℃ 16시간 동안 열처리가 되고, 산소 불순물이 함유된 실리콘 결정의 RT 적외선 흡수 스펙트럼의 그래프이다. 열처리전 성장 실리콘 결정은 제3도에 관련된 그것과 같은 열이력을 갖는다.

설명된 진동수 범위 이내의 제3도 및 제4도에 보여주는 두 스펙트럼은 서로 거의 완전히 일치되는 것이 가능하다. 이것은 저온 열이력(700℃ 16시간 동안 열처리)에 의하여 형성된 석출물 핵은 RT 1107cm^-1흡수 피크에서 관찰되지 않음을 의미한다. 제3도 및 제4도에서 나타나는 흡수 스펙트럼의 낮은 쪽에서 보여주는 커브는 세기 I(RT 1107)를 계산하기 위하여 사용된 기본서이며, 1107cm^-1흡수 피크를 제외한 범위에서 관찰된 산소를 함유하지 않은 실리콘 결정의 스펙트럼의 겹침에 의하여 얻어진다.

한편, 제5도와 제6도는 1206cm^-1와 1749107cm^-1에서 각각 시료 S1의 HeT(액체 헬륨 온도) 흡수 피크의 그래프이다. 상세하게는, 제5도는 산소 불순물을 함유하는 성장 실리콘 결정의 HeT 적외선 흡수 스펙트럼의 그래프이다. 1206cm^-1에서의 피크는 산소 불순물의 존재에서 발생되었다. 1085cm^-1과 1136cm^-1에서의 또다른 피크는 산소 불순물의 존재하에서 역시 생긴 것이다. 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기 I(HeT 1206)은 산소 불순물 적외선 흡수 피크를 제외한 범위에서 산소 불순물이 함유되지 않은 실리콘 결정의 흡수 스펙트럼을 겹쳐 놓음에 의하여 기본선에 관하여 측정된다. 제5도에서 상기 언급된 기본선은 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 낮은 쪽에 표시된 커브이다. 제6도는 산소 불순물을 함유한 성장 실리콘 결정의 HeT 적외선 흡수 스펙트럼의 그래프이다. 1749cm^-1에서 나타난 피크는 산소 불순물의 존재하에서 생겨났다. 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기 I(HeT(1749)는 산소 불순물 적외선 흡수 피크를 제외한 범위에서 산소 불순물이 없는 실리콘 결정의 흡수 피크가 중복되어 얻어진 기본선에 대하여 측정된다. 제6도에서, 이 기본선은 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 낮은 쪽에서 나타나는 커브이다.

제5도와 6도에서 보여주는 흡수 피크는 저온도 열처리(700℃ 16시간)의 효과를 반영한다. 표 1에서 표시된 바와 같이 세기 I(HeT 1206)는 저온 열처리에 의한 성장 결정의 그것의 97%가 감소된다. 유사하게 세기 I(HeT 1749)는 저온 열처리에 의한 성장 결정의 그것의 94%가 감소된다. 즉, 저온 열처리(700℃, 16시간)에 의해 발생한 효과는 모든 곳에서 RT 1107cm^-1피크를 반영하지 않으나 반면에 피크 세기에 있어 감소하는 HeT 1206cm^-1과 HeT 1749cm^-1흡수 피크를 현저하게 반영한다. 더욱이, 피크 세기 I(HeT 1749)에 있어 감소는 피크 세기 I(HeT 1206)에 있어서 감소 보다 더 크다. 이들 실험적 결과는 전술한 식(3)에 의해 일반화된다. 실험적 결과는 저온 열처리의 조건의 가로축과 세기 순위 I(RT 1107)과 I(HeT 1206)과 I(HeT 1749)의 세로축을 가지는 그래프 표 1에 재기입하여 쉽게 이해할 수 있다.

제7도는 시료 S1-S5의 일부에 대해 수행하는 다양한 열처리로 인하여 피크 세기 레벨에 있어 변화를 나타내는 그래프이다. 피크 세기 레벨은 3가지 피크 I(RT 1107), I(HeT 1206) 및 I(HeT 1749)의 세기 레벨을 100%로 각각 가정한다. 제7도에서 표시된 세기 레벨은 표 1에서 또한 나타난다. 피크 세기 레벨은 피크 무게 또는 피크 면적에 대응한다는 것을 주의해야 한다.

제8도는 시료 S1과 S6-S8에 대해 수행된 다양한 열처리로 인하여 피크 세기 레벨에 있어 변화를 나타내는 그래프이다. 피크 세기 레벨은 성장 실리콘 결정의 세가지 피크 I(RT 1107), I(HeT 1206) 및 I(HeT 1749)의 세기 레벨이 100%일때 상대값에 의해 설명된다. 제8도에서 표시된 세기 레벨은 표 1에서 또한 나타나 있다.

제7도와 제8도에서 식(3)은 항상 만족할 만하다. 즉, 산소 불순물의 형태적 변화는 석출물 핵 형성이 일어나는 것과 같은 저온 열처리에 의하여 발생된다. 피크 세기 레벨은 석출물 핵 또는 석출물에 변화되는 산소 불순물의 함유량에 대응하는 레벨에 의하여 감소된다. 이 경우에 있어서, I(HeT 1206)의 감소는 I(RT 1107) 보다 더 크고 I(HeT 1749)에 있어 감소는 I(HeT 1206)에 있어서 감소보다 더 크다. 더욱이, 비록 I(RT 1107)에 있어서 변화는 관찰되지 않더라도 I(HeT 1206)과 I(HeT 1749)에 있어 변화가 관찰된다.

표 1에 표시된 피크 세기 레벨 I(RT 1107), I(HeT 1206)과 I(HeT 1749)는 성장 결정의 피크 세기 레벨이 100%로 각각 가정된다. 피크 세기와 관련된 그리고 피크 세기 레벨 사이의 비를 계산함으로써 일반범위를 사용하여 피크 세기 레벨을 나타낼때, 전술한 식이 얻어진다.

표 1에서 시료 S5는 열이력을 소멸시키기 위해 전술한 고온 열처리를 받는다. 따라서, 시료 S5에서 함유된 모든 산소 불순물은 고립된 결함상태(고립된 침입형 산소 불순물)로 여겨진다. 즉, 시료 S5는 다음과 같이 전술한 식(4)에 의하여 표현된다.

한편, 다음은 표 1로부터 얻어진다.

따라서, 다음과 같이 얻어진다.

식(6)과 함께 이식을 비교할 때 다음과 같은 관계가 있다.

식(12)는 각각 X/a, Y/b, Z/c으로부터 벗어난 성장 결정의 피크 세기비 [a] : [b] : [c]를 의미한다. 표 1에 표시된 기준 데이타는 발명자에 의해 얻어진 실험적 결과의 단지 일부분이다. 실험에 있어서 산소 농도가 30ppm(과거 ASTM 변환)이상되는 농도를 각각 가진 다른 성장 결정 열이력을 소멸시키기 위해 고온 열처리를 받았다. 발명자는 역시 각각 성장 결정의 피크 세기비[a] : [b] : [c]가 다음값에 의하여 고립된 결함 상태에 대한 비로부터 벗어난다는 사실을 알아냈다.

이들 편차는 산소가 열이력으로 인한 조성 결함의 상태로 존재하는 사실로부터 생긴다. 더욱이, 편차는 분명히 설명된 것과 같이 산소 석출을 형성하는 저온 열처리(열이력)에 의하여 발생된다. 결과적으로 성장 결정의 피크 세기비[a] : [b] 그리고 [c]는 고립된 결함 상태에서의 비 a : b : c로부터 벗어난다는 사실은 성장결정에 함유된 산소 석출물 핵의 존재에 1차적으로 근거한다. 따라서, 성장 결정의 피크 세기비 [a] : [b] : [c]를 측정하여 고립된 결함 상태에 대한 비 a : b : c로부터 편차를 계산하여 성장 결정에 함유된 산소 석출 핵의 함유량(농도)을 예측하는 것이 가능하게 되었다.

모든 피크 세기 레벨 I(RT 1107), I(HeT 1206) 및 I(HeT 1749)는 고립된 결함 상태에 있는 산소 원소의 석출 핵이 변화될 때 그리고 석출 핵이 석출물로 성장하는 동안 감소되는 현상은 모든 흡수파크가 고립된 결함 상태에서 산소로부터 발생한다는 사실로부터 간단히 이해될 것이다. 그러나, 피크 세기비 I(RT 1107) : I(HeT 1206) : I(HeT 1749)는 a : b: c 로부터 벗어난다는 실험적 사실은 직관적인 이해를 능가한다. 상기 실험 사실은 고립된 결합 상태(H. Yamada-Kanneta et al., 15th Int. 반도체에 있어 결함에 대한 토의(부다페스트, 1988), 재료 과학 포름, Vol. 38-41, 1989, pp. 637과 C.Kaneta et. al., 15th Int. 반도체에 있어서 결함에 대한 토의(부다페스트, 1988), 재료 과학 포름, Vol. 38-41, 1989, pp. 323을 참고)에 있어서 산소의 존재에 기인한 산소 불순물 적외선 흡수에 관련된 자료의 이론적 연구에 근거를 두고 있다.

제9도를 참조하여 실리콘 결정 격자에 고립된 산소 불순물(Oi)의 구성 원리가 설명될 것이다. 제10도는 제9도에서 나타낸 직교 배위축을 사용하여 불순물의 진동을 나타내는 다이어그람소 불순물(Oi)의 구성 원리가 설명될 것이다. 제10도는 제9도에서 나타낸 직교 배위축을 사용하여 불순물의 진동을 나타내는 다이어그뜻 사이의 위치에 결합된다. 직교 배위축은 Oi의 존재로 인하여 발생된 불순물 격자 진동을 묘사하여 채용된다. 제10도에서 A_2U형 진동모드와 A_1g형 진동모드가 예시된다. 더욱이, (X, Y)평면 (제9도)에 평행한 변위에 기인하는 Oi의 부조화 모드가 있다. 이 경우에 있어서 다음과 같이 국부적으로 존재하는 불순물 격자 진동으로 부터 발생한 불순물 진동모드는 다음과 같이 나타난다.

1) Oi의 (X, Y)운동의 자유도로 인한 부조화 진동.

2) Oi의 z-변위와 그것에 인접한 Si원자의 변위를 함유하는 A_2U형 진동.

3) Oi에 인접한 Si원자의 변위로 이루어진 A_1g형 진동.

비록 다른 불순물 진동모드가 나타나더라도 지금 고려할 필요가 없기 때문에 설명이 생략된다. 이들 불순물 진동모드는 부조화 결합에 의하여 서로 결합된다. 적외선 빛이 부조화 결합으로 투영될 때 상기 언급된 모드 1)과 2)로 인한 불순물 적외선 흡수 뿐만 아니라 동시에 모드 1), 2), 3)의 존재로 인하여 발생된 다중양자 여기(excitation)적외선 흡수도 역시 관찰 가능하다. RT 1107cm^-1흡수는 전술한 모드 2)만으로부터의 결과이고, HeT 1206cm^-1흡수는 모드 1)과 2)가 동시에 여기되는 사실로 인한 다중 양자 여기 적외선 흡수이다. HeT 1749cm^-1흡수는 모드 2)와 3)이 동시에 여기되는 사실로 인한 다중 양장 여기 적외선 흡수이다. 비록 3가지 흡수 피크가 동일한 고립된 결함 상태에 있는 산소(Oi)로부터 생기지만 흡수 피크에 기인하는(결합)모드는 다른 흡수 피크와 다르다. 따라서, 산소원자는 석출 핵의 형성시 서로 근접하게 될때 각 모드는 원래의 관계된 산소원자가 근접한 다른 산소원자에 의하여 영향을 받는다. 그 결과 전술한 세개의 모드에 따라 하나 또는 그 이상의 모드로는 또다른 산소원자(하나 또는 그 이상의 모드는 완전히 다른 여기 진동수를 가지는 다른 모드로 변한다.)의 영향에 가장 민감한 모드로부터 사라진다. 원래의 관계된 산소원자에 가까운 다른 산소원자에 대한 민감도는 다른 모드에 대하여 상이하며, 모든 세기 순위 I(RT 1107), I(HeT 1206)과 I(HeT 1749)는 균일하게 감소되지 않고, 따라서 비 I(RT 1107) : I(HeT 1206) : I(HeT 1749)는 석출 핵이 형성되는 동안 또는 석출 핵이 석출물로 성장하는 동안 a : b : c로부터 벗어난다.

발명자에 의해 수행된 실험에 있어서 모든 산소 불순물이 고립된 결함 상태안에 있는 대부분의 결정에 대한 비 a : b : c는 정확하게 측정된다. 이때 가장 정확한 비는 최소 평균 제곱법에 의하여 측정된 비에 관한 데이타의 양으로부터 계산된다. 실험에 있어서 발명자는 산소 농도가 25ppm과 같거나 보다 적은 농도를 가진 성장 결정을 사용했고, 결정은 열이력을 소멸시키기 위해 고온 열처리에 대한 25ppm(과거 ASTM 변환)보다 크거나 같은 농도를 가진 성장 결정에 의하여 얻어졌다. 이들 결정은 결정안에 함유된 모든 산소 불순물이 고립된 결함 상태에 있다고 본다. 비 a : b : c는 1 : /b/ : /c/:로 쓰여지도록 ＂a＂구격한다.

즉,

다음, 31ppm보다 크거나 같은 산소 농도를 가진 성장 결정의 비 [a] : [b] : [c]이다. [a]에 의한 이 비의 규격화는 다음과 같이 얻어진다.

이때, 다음의 식이 사용된다.

값/y/과 /z/은 각 성장 시료에 대하여 계산되었고, 각 시료의 /y/와 /z/의 값은 다음과 같다.

이때, 이들 성장 시료는 700℃에서 4시간 가열하고, 그 다음 1100℃에서 5시간 가열하는 산소 침전 열처리를 실시했다. 결국 거의 동일한 초기 산소 농도를 가지는 열처리 성장 시료 사이의 (/y/, /z/)의 관계와 석출 함유량이 조사되었다. 실험 결과는 석출물의 많은 함유량이 /y/ 그리고 /z/의 큰 값을 가지는 시료로 형성되는 것을 나타낸다. 이것은 거의 동일한 산소 농도를 가지나 /y/ 및 /z/의 큰값을 갖는 시료가 석출 핵의 상태로 존재하는 산소의 높은 비율을 갖는다는 것을 의미한다. 따라서, 이런 결정은 석출 열처리동안 많은 산소 석출 함유량을 생성하는 것이다.

상기 언급된 방법으로 /y/ 및 /z/을 구함으로써, 결정이 거의 동일한 초기 산소 농도를 각각 가지는 다른 결정보다 산소 석출물을 형성하는데 더 쉬운지 아닌지의 여부를 측정하는 것이 가능하다. 즉, 결정이 고석출 밀도를 가지는지 아닌지 여부를 측정하는 것이 가능하다.

온도조절은 1128cm^-1적외선 흡수 피크를 모니터링(monitoring)하고 10K이하인 온도에서 1206±3cm^-1과 1749±3cm^-1흡수 피크를 측정하기 위한 공정동안 이 피크가 나타나지 않음을 확인하여 수행되는 것이 바람직하다. 약 7K의 온도에서 1128cm^-1피크가 나타나며 거의 35K에서 가장 강하게 나타난다. 1128cm^-1피크는 나타나지 않기 때문에 약 7K보다 낮거나 같은 온도에서 측정온도를 조절하는 것이 가능하다. 피크의 세기는 7K보다 낮거나 같은 온도에서 거의 같다.

이제 전술한 Oi 피크와 이 피크를 분리하기 위하여 시행되는 본 발명의 두번째 실시예에 대해 설명될 것이다. 고립된 침입형 산소로 인한 적외선 흡수 피크는 실온에서 515, 1106, 1125 그리고 1720cm^-1의 파수에서 나타난다. 이들 피크 사이의 세기비는 항상 일정하다. 즉, 비록 비례상수가 다르지만 이들 피크의 세기는 침입형 산소 농도에 비례한다. Oi 피크가 1160cm^-1에서 P1피크와 겹치기 때문에 Oi 피크 세기에 기초하여 석출된 산소를 정량적으로 측정하기는 불가능하다는 상술한 문제가 석출물 1106cm^-1피크를 겹치지 않는 515cm^-1와 1720cm^-1피크와 같은 피크로 사용하므로 제거된다는 원리로 나타난다. 그러나, 석출물에 기인하는 1106cm^-1피크를 겹치지 않는 피크는 침입형 산소 농도의 정량적 측정 방법으로는 적합하지 못하고, 그 이유는 이들 피크가 충분한 세기 레벨을 나타내지 못하고, 주된 결정 격자로 인한 흡수로부터 이들 피크를 분리하기 어렵기 때문에 적당하지 못하다.

본 발명의 두번째 실시예에 따라 HeT에서 측정된 1206cm^-1과 1748cm^-1에서의 흡수 피크가 사용된다. 이 피크는 고립된 침입형 산소로부터 발생된다. HeT 1206cm^-1피크 내지 RT 1106cm^-1피크(Oi 피크)의 비는 항상 일정하며, HeT 1748cm^-1피크 내지 RT 1106cm^-1피크의 비 역시 항상 일정하다. 즉, 상기 두 비에 대한 비례계수는 다르지만 RT 1106cm^-1피크, HeT 1206cm^-1피크 및 HeT 1748cm^-1피크의 세기는 고립된 침입형 산소 농도에 비례한다. 실험 결과에 따르면 RT 1106cm^-1피크 세기와 고립된 침입형 산소 농도 사이의 비례 개수는 9.6이다.

이 경우에 있어서, HeT 1206cm^-1피크 세기와 HeT 1748cm^-1피크 세기는 다음의 변환 관계식에 의하여 쓰여진다.

상기 식(17) 내지 (19)에서 고립된 침입형 산소 농도는 ppm 단위를 가지며 피크 세기의 단위는 피크 흡수계수 cm^-1을 가짐을 주의해야 한다. HeT에서 1206cm^-1과1749cm^-1는 고립된 침입형 산소농도의 정량적 측정에 충분한 세기 레벨을 가지며 매우 작은 피크반폭(1/2폭)을 가진다. 따라서, 주된 결정 격자 흡수(스펙트럼 차의 측정)로부터 이들 피크를 분리하기가 쉽다.

더욱이, 본 발명의 두번째 실시예에 따라 석출물 결함을 개별적 상태로 결함을 분류하고 분류된 석출물을 결함을 정량적으로 측정하는 것이 가능하다. 발명자의 연구에 따르면 석출물 결함을 적외선 흡수를 기초로 3가지 카테고리로 분류된다. 첫번째, 두번째 카테고리는 약 1220cm^-1에서 나타나는 P2 피크에 관계된다. 세번째 카테고리는 상기 두 피크 사이의 중간치 부분에서 나타나는 P3 피크에 관계된다. 이후로 이들 피크는 개별적으로 P1결함, P2결함, P3결함에 대해 개별적으로 언급된다. P2 결함은 SiO₂의 조성물을 가지는 클리스토벨리트(cristobalite)이다. 석출물 결함과 고립된 침입형 산소를 함유하는 결정의 RT 적외선 흡수가 제2도에 도시된 바와같이 P1피크, P2피크, P3피크가 1106cm^-1에서 겹쳐진다. 전술한 식(17)을 사용하여 측정된 HeT 1206cm^-1피크 세기로부터 침입형 산소 농도를 얻는 것이 가능하다. 식(17)로부터 얻어진 침입형 산소 농도를 적용할때 겹쳐진 피크 세기로부터 Oi 피크 세기(제2도에서 빗금친 부분)를 제하는 것이 가능하다. 더욱 P1피크는 서로 대칭이 되게 되게 오른측 및 왼측을 갖는 사실을 이용할 때 남아 있는 P2와 P3피크로부터 P1피크를 분리할 수 있다. P1과 P2피크 사이의 세기비로부터 전체 석출물 결함의 세부를 아는 것이 가능하다. 실험에 따라서 단위 산소 농도(1ppm의 침입형 소자가 P1 결함으로 바뀔때 얻어진 P1피크의 면적 세기)당 P1피크의 면적 세기는 항상 일정하며 1.42cm^-1/ppm과 거의 같다. P2피크의 파수는 형성 공정(열처리 조건)과 결정에 좌우된다. 따라서, P2의 결함의 구조에 있어서의 차이를 확인하는 것이 가능하다.

이제 고립된 침입형 산소 불순물 농도의 측정과 제1도, 제2도 및 제11도를 참조하여 석출물 결함에 대한 평가가 설명될 것이다. 앞서 설명된 것과 같이 제1도는 실온에서 측정된 성장 실리콘 결정의 산소 불순물 적외선 흡수 스펙트럼이다. 고립된 침입형 산소 불순물로 인하여 1106cm^-1피크에서만 나타나는 것이 제1도에서 보여준다. 제2도는 상기 성장 결정이 700℃에서 8시간 동안 그리고 1000℃에서 2시간 동안 가열하여 열처리된 후 얻어진 불순물 적외선 흡수 스펙트럼의 그래프이다. 제11도는 액체 헬륨 온도(HeT)에서 측정된 상기 열처리 결정의 고립된 침입형 산소 불순물 흡수 피크의 그래프이다.

식(17)에서 제1도에 도시된 피크 세기 레벨을 삽입 시킴으로써 성장 결정에서의 모든 산소 불순물의 농도는 32.6ppm과 같다. 식(18)에 제11도에 도시된 피크 세기 레벨을 삽입시킴으로써 고립된 침입형 산소의 농도는 11.3ppm과 같다. 21.3ppm(=32.6-11.3)과 같은 차는 열처리에 의하여 형성된 석출물 결함을 가리킨다. 고립된 침입형 산소가 남아 있는 11.3ppm은 제2도에 도시된 빗금친 면적에 의하여 지시된 피크부에 기여하는 것을 식(17)로부터 볼 수 있다. 겹치는 피크로부터 이 부분을 빼고 고파수 쪽을 향하는 남아있는 스펙트럼을 저파수 부분으로 돌리므로서 P1피크가 얻어진다. 더욱이, P1피크 세기를 빼므로서 p2와 p3피크가 얻어진다. P1피크의 면적 세기는 17.3cm^-2/ppm과 같다는 것을 상기와 같은 방법으로 알 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 P1피크의 면적 세기는 항상 일정하며 거의 1.42cm^-2/ppm과 같다. 이점에서 12.2ppm의 고리된 침입형 산소는 P1 결함으로 변화됨을 볼 수 있다. 따라서, 남아있는 9.1ppm 고립된 틈새형 산소는 P2와 P3 결함으로 변화된다는 결론이다. 요약해서 일반적으로 결정에 함유된 32.6ppm의 침입형 산소로부터 21.3ppm의 고립된 침입형 산소는 열처리에 의한 석출물 결함으로 변화된다. 그리고, 21.3ppm의 침입형 산소 이외에 10.0ppm의 침입형 산소는 P1 결함으로 변화된다. 그리고, 남아 있는 11.3ppm은 P2와 P3 결함을 변화된다.

이제 본 발명에 따라 전술한 실리콘 결정 평가방법을 사용하는 반도체 장치 제조방법을 설명하게 될 것이다. 반도체 장치의 실리콘 웨이퍼는 실리콘 잉곳(ingot)을 잘라서 만들어진다. 실리콘 잉곳은 실리콘 용융물의 고체화를 조절하여 생산된다. 따라서, 처음에 제조된 잉곳 부분은 나중에 생성된 잉곳 부분과 열이력의 차이를 가진다. 본 발명에 따라서 이 열이력의 차이를 보완하기 위한 열처리가 실리콘 웨이퍼에 대해 수행된다.

제12도에 관하여 같은 잉곳으로부터 잘라낸 실리콘 결정(웨이퍼)의 열이력을 상술한 실리콘 결정 평가방법(단계 101)에 따라 측정된다. 102단계에서 열처리는 같은 잉곳으로부터 잘라낸 모든 웨이퍼가 동일한 열이력을 가지도록 실리콘 웨이퍼에 대해 수행된다. 그에 관하여 같은 실리콘 잉곳으로부터 잘라낸 실리콘 웨이퍼는 같은 열이력을 가지며, 그것은 연속적인 장치 공정이 같은 조건에서 수행될 수 있기 때문이다. 103단계에서 실리콘 웨이퍼와 다른 전도형을 가지는 불순물이 실리콘 웨이퍼에 주입된다. 따라서, PN 접합 (다이오드)이 얻어진다. 이 다이오드는 가장 단순한 반도체 장치이다. 다양한 장치 공정이 있음을 주의해야 한다. 실리콘 결정 평가방법은 실리콘 웨이퍼가 거의 같은 열이력을 갖도록 다양한 장치공정에 적용될 수 있고, 같은 장치 공정 조건에서 취급될 수 있다.

제13도에서 보여준 것처럼 제12도에서 보여준 과정에 104단계를 첨가하는 것도 역시 가능하다. 104단계에서 석출된 결함이 실리콘 결정 평가방법에 따라 평가된다. 따라서, 측정 결과를 기초로 열처리(102 단계)가 적당한지 아닌지를 측정하는 것이 가능하다. 실제 장치 공정에서 약간의 실리콘 결정은 시료로서 추출되고 단계 104는 추출된 시료에 대해 수행된다.

본 발명은 특별히 공개된 실시예에 국한되지 않으며 변경 및 수정이 본 발명의 기술범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

Claims

a) 각각의 실리콘 결정이 산소 불순물을 함유하고, 알려지지 않은 열이력을 갖는 평가한 실리콘 결정의 각각의 알려진 열이력을 갖는 기준 실리콘 결정을 포함하는 다수개의 실리콘 결정의 각각의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 실온 및 파수 107±3cm^-1에서 측정하는 단계, b) 소정의 파수에서, 각 실리콘의 결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계, c) 1107±cm^-1에서 각 실리콘 결정의 산소 불순물 적외선 흡수피크의 세기와 소정의 파수에서 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기 사이의 첫번째 피크의 세기비를 계산하는 단계, d) 평가된 실리콘 결정의 첫번째 피크 세기비와 모든 산소 불순물이 점 격자 결함이 고립될때 얻어진 대응하는 두번째 피크 세기비 사이의 첫번째 차를 계산하는 단계, e) 각각의 기준 실리콘 결정의 상기 첫번째 피크 세기비와 두번째 피크 세기비 사이의 첫번째 차를 계산하는 단계, 및 f) 상기 두번째 차와 알려진 열이력 사이의 관계를 규정하는 기준 데이타로부터 평가된 실리콘 결정의 알려지지 않은 열이력을 평가하는 단계를 포함하는 실리콘 결정 평가방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 b)가 1206±3cm^-1의 파수에서 각각의 상기 실리콘결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 평가방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 b)가 1749±3cm^-1의 파수에서 각각의 상기 실리콘결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 평가방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 b)가 1206±3cm^-1의 파수에서 각각의 상기 실리콘결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계 및 1749±3cm^-1의 파수에서 각각의 상기 실리콘결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 평가방법.
제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 상기 기준 실리콘 결정이 각기 다른 열처리를 받는 실리콘 결정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 평가방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 b)가 1128±3cm^-1에서 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 평가방법.
제6항에 있어서, 약 1128cm^-1에서 상기 적외선 흡수 피크를 기초로 하여 10K 이하의 온도에서 측정온도를 조절하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 평가방법.
a) 파수 900cm^-1과 1300cm^-1사이의 범위에서 결정 결함 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하는 단계, b) 산소 불순물이 점 격자 결합에 고립되어 있을때 소정의 파수에서 나타나는 적외선 흡수 피크 세기를 측정하는 단계, 및 c) 단계 b)에 의하여 측정된 적외선 흡수 피크 세기 및 상기 결정 결함 적외선 흡수 스펙트럼의 세기로부터 고립된 침입형 산소 불순물의 농도를 계산하는 단계를 포함하는 실리콘 결정 평가방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 b)가 점격자 결함으로 고립되어 있을때 1206±2cm^-1의 파수에서 나타나는 적외선 흡수 피크의 세기를 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정방법.
제8항에 있어서, 상기 단계 b)가 점격자 결함으로 고립되어 있을때 1749±2cm^-1의 파수에서 나타나는 적외선 흡수 피크의 세기를 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정방법.
제8항 내지 제10항중 어느 한항에 있어서, 상기 단계 a)에 의하여 얻어진 적외선 흡수 피크의 세기로부터 단계 b)에 의하여 측정된 적외선 흡수 피크의 세기를 뺌으로써 석출물 결함을 평가하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 평가방법.
제8항 내지 제10항중 어느 한항에 있어서, 상기 단계 b)에 의하여 측정된 적외선 흡수 피크의 세기에 대한 소정의 계수를 곱하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 평가방법.
제8항 내지 제10항중 어느 한항에 있어서, 단계 a)가 실온 및 900cm^-1과 1300cm^-1파수 범위에서 결정 결함 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하고, 단계 b)가 10K 이하의 온도에서 산소 불순물이 점격자 결함으로 고립되어 있을때 소정의 파수에서 나타나는 적외선 흡수 피크 세기를 측정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 평가방법.
a) 실리콘 웨이퍼의 열이력을 평가하는 단계, b) 상기 단계 a)에 의하여 열이력을 기초로 상기 실리콘 웨이퍼를 가열하는 단계, c) PN형 접합이 실리콘 웨이퍼에서 형성되도록 실리콘 웨이퍼로 실리콘 웨이퍼의 그것에 반대되는 전도형을 갖는 불순물 주입하는 단계로 이루어진 반도체 장치 제조방법에 있어서, 상기 단계 a)가 a-1) 각각의 실리콘 결정이 산소 불순물을 함유하고, 알려지지 않은 열이력을 갖는 상기 실리콘 웨이퍼인 평가된 실리콘 결정 및 각각 알려진 열이력을 갖는 기준 실리콘 결정을 포함하는 다수개의 실리콘 결정의 각각의 산소 불순물, 적외선 흡수 피크의 세기를 실온 및 파수 1107±3cm^-1에서 측정하는 단계; a-2) 소정의 파수에서 각 실리콘 결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계, a-3) 1107±cm^-1에서 각 실리콘 결정의 각 산소 불순물 적외선 흡수 피크 세기와 소정의 파수에서 산소 불순물 적외선 흡수 피크 세기 사이의 첫번째 피크 세기를 계산하는 단계, a-4) 평가된 실리콘 결정의 첫번째 피크 세기비와 모든 산소 불순물은 점격자 결함으로 고립되어 있을때 얻어진 대응하는 두번째 피크 세기비 사이의 첫번째를 계산하는 단계, a-5) 각각의 기준 실리콘 결정의 첫번째 피크 세기비와 상기 두번째 피크 세기비 사이의 두번째 차를 계산하는 단계, 및 a-6) 상기 두번째 차와 알려진 열이력 사이의 관계를 규정하는 기준 데이타로부터 평가된 실리콘 결정의 알려지지 않은 열이력을 평가하는 단계로 이루어지는 반도체 장치 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 단계 a)가 a-7) 900cm^-1과 1300cm^-1사이의 파수 범위에서 결정 결함 적외선 스펙트럼을 측정하는 단계, a-8) 산소 불순물이 점격자 결함으로 고립되어 있을때 소정의 파수에서 나타나는 적외선 흡수 피크의 세기를 측정하는 단계, a-9) 상기 단계 a-8)에 의해 측정된 적외선 흡수 피크의 세기 및 결정 결함 적외선 흡수 스펙트럼의 세기로부터 고립된 침입형 산소 불순물의 농도를 계산하는 단계, 및 a-10) 상기 단계 a-7)에 의해 얻어진 상기 적외선 흡수 피크의 세기로부터 상기 단계 a-8)에 의해 측정된 상기 적외선 흡수 피크의 세기를 뺌으로써 석출물 결함을 평가하는 단계로 이루어지는 반도체 장치 제조방법.
제15항에 있어서 상기 단계 b)가 단계 a-10)에 의하여 평가된 상기 석출물 결함을 기초로 가열조건을 조절하는 단계로 이루어지는 반도체장치 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 단계 a-7), a-8), a-9) 및 a-10)이 단계 b)와 c)사이에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 단계 a-2)가 파수 1206±3cm^-1에서 각각의 상기 실리콘 결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 단계 a-2)가 파수 1749±3cm^-1에서 각각의 상기 실리콘 결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 단계 a-2)가 파수 1206±3cm^-1에서 각각의 상기 실리콘 결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계, 및 파수 1749±3cm^-1에서 각각의 상기 실리콘 결정의 산소 불순물 적외선 흡수 피크의 세기를 10K 이하의 온도에서 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.
제14항에 있어서, 기준 실리콘 결정이 각기 다른 열처리를 받는 실리콘 결정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 단계 a-8)은 산소 불순물이 점격자 결함으로 고려되어 있을 때 파수 1206±3cm^-1에서 나타나는 적외선 흡수 피크의 세기를 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 단계 a-8)은 산소 불순물이 점격자 결함으로 고려되어 있을 때 파수 1749±3cm^-1에서 나타나는 적외선 흡수 피크의 세기를 측정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 단계 a-9)는 단계 a-8)에 의하여 측정된 적외선 흡수 피크의 세기에 소정의 게수를 곱하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 a-7)은 실온 및 900cm^-1과 1300cm^-1사이의 파수 범위에서 결정 결함 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하고, 상기 단계 a-8)은 10K 이하의 온도에서 산소 불순물이 점격자 결함으로 고립되어 있을때 소정의 파수에서 나타나는 적외선 흡수 피크 세기를 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.