[논문]실리콘 Intrinsic Gettering 기술의 이해와 응용

최광수

doi:10.3740/mrsk.2004.14.1.009

실리콘 Intrinsic Gettering 기술의 이해와 응용
Silicon Intrinsic Gettering Technology: Understanding and Practice 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.14 no.1, 2004년, pp.9 - 12

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Metallic impurities, such as Fe, Cu, and Au, become generation and recombination centers for minority carriers when combined with oxide precipitates or silicon self-interstitial clusters. As these centers may cause leakage and discharge in silicon devices, their prevention through gettering of the metallic impurities is an important issue. In this article, key aspects of intrinsic gettering, such as oxygen control, wafer cleaning, device area denudation, and bulk oxygen precipitation are discussed, and a practical method of implementing intrinsic gettering is outlined.

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제안 방법

본 논문에서는 ULSI 제조공정에 적합한 적정 denuded zone 및 결함 밀도를 형성하는 intrinsic gettering 방법을 제시하고, 한 예로서 적정 high-low-high 3-step annealing을 통하여 약 13 ㎛ 정도의 denuded zone을 형성하였다. 끝으로 intrinsic gettering 열처리와 병행하여 화학적으로 웨이퍼 표면의 주요 불순물을 제거하는 세척공정의 중요성 및 방법을 논하였다.
특히 이러한 문제는 회로의 집적도가 증가할수록 심화되므로, 초고집적회로(ULSI)의 제조공정 개발과 병행해서 금속불순물의 gettering에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 ULSI 제조공정에 적합한 적정 denuded zone 및 결함 밀도를 형성하는 intrinsic gettering 방법을 제시하고, 한 예로서 적정 high-low-high 3-step annealing을 통하여 약 13 ㎛ 정도의 denuded zone을 형성하였다. 끝으로 intrinsic gettering 열처리와 병행하여 화학적으로 웨이퍼 표면의 주요 불순물을 제거하는 세척공정의 중요성 및 방법을 논하였다.

성능/효과

⁴⁾ MOS logic이나 memory 소자의 경우, 이러한 현상은 치명적인 것으로 알려져 있다.⁵⁾ Denuded zone의 적정깊이는 소자의 종류에 따라 다를 수가 있고, denuded zone 및 bulk defect의 형성은 실리콘웨이퍼 내의 산소 및 기타 불순물과 doping 물질의 밀도 그리고 열처리 온도에 좌우되므로 intrinsic gettering 을 효과적으로 사용하기 위해서는 사용되는 실리콘 웨이퍼의 재료적 특성, 소자제조공정 상의 온도변화 그리고 소자설계의 주 특징에 관한 충분한 이해가 필수적이다. 근래에 상용으로 생산되는 실리콘 단결정은 성장방법, 성장공정변수, 자기장의 인가여부에 따라 산소 불순물 및 grown-in 미세결함의 농도 및 분포가 달라진다.
주의할 점은 만약 초기 산소농도가 너무 높을 경우, oxygen precipitation0] 너무 빨리 일어나기 때문에 denuded zone 깊이가 얕고, 웨이퍼가 강도를 잃어 warpage 현상이 일어날 수 있고, 반면에 초기 산소농도가 너무 낮으면, oxygen precipifatioii이 일어나지 않아 minority-carrier generation lifetime0] 줄고, thermal donor 형성이 왕성하여 resistivity의 변화가 클 수가 있다.⁵⁾ 그러므로 가장 적합한 초기 산소농도는 thermal donor 형성이 일어나지 않는 한도 내에서 최대값과 같고, 초기 산소농도가 일단 결정되면, denuded zone의 깊이와 precipitate 밀도를 소자공정 초기의 열처리 과정을 변화함으로써 조절하면 된다.
의 제어, 그리고 적정 denuded zone의 깊이이다.⁵⁾ 적합한 초기 산소농도를 결정하려면, 우선 7 ppma에서 20 ppma(New astm⁶⁾ 정도의 초기 산소농도를 갖는 실리콘 웨이퍼들을 소자공정 시와 동일하게 열처리 한 뒤 저항을 측정하여 thermal donor의 형성이 문제 되지 않는 한도 내에서 가장 높은 초기 산소농도를 취하면 된다. 다음 단계는 소자 디자인과 공정에 가장 적합한 denuded zone 의 깊이와 결함 밀도를 결정하는 것이고, 이를 위하여서는 여러 산소농도에 대하여 직접 소자를 만들어 성능을 측정하고, 웨이퍼를 cleave하고 etch하여 결함 밀도와 직접 비교하면 된다.

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