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KR102697844B1 - Epitaxial wafer and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102697844B1
KR102697844B1 KR1020220065411A KR20220065411A KR102697844B1 KR 102697844 B1 KR102697844 B1 KR 102697844B1 KR 1020220065411 A KR1020220065411 A KR 1020220065411A KR 20220065411 A KR20220065411 A KR 20220065411A KR 102697844 B1 KR102697844 B1 KR 102697844B1
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epitaxial wafer
silicon
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silicon germanium
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KR1020220065411A
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고대홍
서동찬
이기석
조충희
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시형태에 따른 에피택셜 웨이퍼는 기판; 및 상기 기판 상에 배치되고, 반도체 소자를 구성하는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 주변부에 배치되는 제2 영역을 포함하는 적층 구조;를 포함하고, 상기 제2 영역은 실리콘(Si)층 및 실리콘 게르마늄(SiGe) 층이 교대로 적층되며, 상기 실리콘 게르마늄층은 도핑된 보론(B)을 포함할 수 있다.An epitaxial wafer according to one embodiment of the present invention comprises: a substrate; and a laminated structure disposed on the substrate, the laminated structure including a first region constituting a semiconductor element and a second region disposed at a periphery of the first region; wherein the second region comprises silicon (Si) layers and silicon germanium (SiGe) layers alternately laminated, and the silicon germanium layer may include doped boron (B).

Description

에피택셜 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법{Epitaxial wafer and manufacturing method thereof}{Epitaxial wafer and manufacturing method thereof}

본 발명은 에피택셜 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 격자 상수의 차이를 줄여 층간 결함 발생을 방지할 수 있는 에피택셜 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an epitaxial wafer and a method for manufacturing an epitaxial wafer, and more specifically, to an epitaxial wafer and a method for manufacturing an epitaxial wafer capable of preventing occurrence of interlayer defects by reducing a difference in lattice constant.

최근 메모리 및 비메모리 소자의 집적도 향상의 요청이 늘어나고 있다. 이에 따라 집적도의 증가를 위한 스케일 다운(Scale Down)이 지속적으로 연구되고 있으며, 소자의 집적도를 높이기 위한 방법으로 다양한 방법으로 구현한 3D-소자들이 제안되고 있다.Recently, there has been an increasing demand for increased integration of memory and non-memory devices. Accordingly, scale down for increased integration has been continuously studied, and 3D devices implemented in various ways have been proposed as a method for increasing the integration of devices.

이러한 흐름에 따라 DRAM에서 또한 3D-DRAM소자를 제작하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 3D-DRAM은 3차원 공간에 DRAM소자를 제작하여, Z축 방향으로 stack을 쌓아 올린 구조를 가지고 있다. 하지만 3차원으로 적층한 구조에서, 각 층간의 성분이 상이하기 때문에 서로 다른 층간 격자 상수(Lattice Parameter)의 차이로 인해 응력이 발생하게 된다. 이로 인해 결정 격자의 구성 원자 간의 위치이탈(Dislocation)이 발생할 수 있으며 보이드(Void), 힐럭(Hillock) 등의 결함이 발생할 수 있는 문제점이 있다.Following this trend, research is also being conducted to produce 3D-DRAM elements in DRAM. 3D-DRAM has a structure in which DRAM elements are produced in a three-dimensional space and stacked in the Z-axis direction. However, in a three-dimensionally stacked structure, since the components of each layer are different, stress occurs due to the difference in lattice parameters between layers. This can cause dislocation between the constituent atoms of the crystal lattice, and there is a problem in that defects such as voids and hillocks can occur.

본 발명의 여러 목적 중 하나는 Si층과 Si-Ge 층 사이의 격자 상수의 차이를 줄일 수 있는 에피택셜 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것이다.One of the several objects of the present invention is to provide an epitaxial wafer and a method for manufacturing an epitaxial wafer capable of reducing the difference in lattice constants between a Si layer and a Si-Ge layer.

본 발명의 여러 목적 중 하나는 Si층과 Si-Ge 층 사이의 응력을 완화시킬 수 있는 에피택셜 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것이다.One of the several objects of the present invention is to provide an epitaxial wafer and a method for manufacturing an epitaxial wafer capable of relieving stress between a Si layer and a Si-Ge layer.

본 발명의 여러 목적 중 하나는 결함 발생을 방지할 수 있는 에피택셜 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것이다.One of the several objects of the present invention is to provide an epitaxial wafer and a method for manufacturing an epitaxial wafer capable of preventing occurrence of defects.

본 발명의 여러 목적 중 하나는 집적도를 향상시킬 수 있는 에피택셜 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것이다.One of the several objects of the present invention is to provide an epitaxial wafer and a method for manufacturing an epitaxial wafer capable of improving the integration density.

본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼는 기판; 및 상기 기판 상에 배치되고, 반도체 소자를 구성하는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 주변부에 배치되는 제2 영역을 포함하는 적층 구조;를 포함하고, 상기 제2 영역은 실리콘(Si)층 및 실리콘 게르마늄(SiGe) 층이 교대로 적층되며, 상기 실리콘 게르마늄층은 도핑된 보론(B)을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, an epitaxial wafer according to the present invention comprises: a substrate; and a laminated structure disposed on the substrate, the laminated structure including a first region constituting a semiconductor element and a second region disposed at a periphery of the first region; wherein the second region comprises silicon (Si) layers and silicon germanium (SiGe) layers alternately laminated, and the silicon germanium layer may include doped boron (B).

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법은 기판 상에 실리콘층 및 실리콘 게르마늄층을 교대로 성장시켜 적층 구조를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 실리콘 게르마늄층은 도핑된 보론(B)을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a method for manufacturing an epitaxial wafer according to the present invention includes a step of forming a laminated structure by alternately growing a silicon layer and a silicon germanium layer on a substrate; wherein the silicon germanium layer may include doped boron (B).

본 발명의 여러 효과 중 하나는 Si층과 Si-Ge 층 사이의 격자 상수의 차이를 줄일 수 있는 것이다.One of the many effects of the present invention is that the difference in lattice constants between the Si layer and the Si-Ge layer can be reduced.

본 발명의 여러 효과 중 하나는 Si층과 Si-Ge 층 사이의 응력을 완화시킬 수 있는 것이다.One of the many effects of the present invention is that the stress between the Si layer and the Si-Ge layer can be relieved.

본 발명의 여러 효과 중 하나는 결함 발생을 방지할 수 있는 에피택셜 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공할 수 있는 것이다.One of the many effects of the present invention is that it can provide an epitaxial wafer and a method for manufacturing an epitaxial wafer capable of preventing the occurrence of defects.

본 발명의 여러 효과 중 하나는 집적도를 향상시킬 수 있는 에피택셜 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공할 수 있는 것이다.One of the many effects of the present invention is that it can provide an epitaxial wafer and a method for manufacturing an epitaxial wafer capable of improving integration.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 에피택셜 웨이퍼를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 I-I' 영역을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 II-II" 영역을 나타내는 단면도이다.
도 5는 LDA 및 GGA-PBE를 이용하여 산출한 (a) Si1-yBy, (b) Si1-yAly 및 (c) Si1-yGay의 격자 상수를 나타내는 그래프이다.
도 6은 Si1-yBy, Si1-yAly 및 Si1-yGay의 도핑 농도에 따른 평균 결합 길이를 나타낸 그래프이다.
도 7은 Si1-x-yGexBy의 Ge 및 B의 농도 변화에 따른 격자 상수를 나타내는 그래프이다.
도 8은 종래 기술에서 결함이 발생하는 메커니즘을 설명하기 위한 모식도이다.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an epitaxial wafer according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a plan view of Figure 1.
Figure 3 is a cross-sectional view showing area II' of Figure 1.
Figure 4 is a cross-sectional view showing area II-II" of Figure 1.
Figure 5 is a graph showing the lattice constants of (a) Si 1-y B y , (b) Si 1-y Al y , and (c) Si 1-y Ga y calculated using LDA and GGA-PBE.
Figure 6 is a graph showing the average bond length according to the doping concentration of Si 1-y B y , Si 1-y Al y , and Si 1-y Ga y .
Figure 7 is a graph showing the lattice constant according to the change in the concentration of Ge and B in Si 1-xy Ge x B y .
Figure 8 is a schematic diagram explaining the mechanism by which a defect occurs in the prior art.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The present invention can be modified in various ways and can have various forms, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of structures are illustrated larger than actual dimensions in order to ensure clarity of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this application, it should be understood that the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and shall not be interpreted in an idealized or overly formal sense, unless expressly defined in this application.

본 발명은 에피텍셜 웨이퍼에 관한 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 에피텍셜 웨이퍼(1)는 기판(10); 및 상기 기판(10) 상에 배치되고, 반도체 소자를 구성하는 제1 영역(100) 및 상기 제1 영역(100)의 주변부에 배치되는 제2 영역(200)을 포함하는 적층 구조;를 포함하고, 상기 제2 영역(200)은 실리콘(Si)층 및 실리콘 게르마늄(SiGe) 층이 교대로 적층되어 배치될 수 있다.The present invention relates to an epitaxial wafer. FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating an epitaxial wafer according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view of FIG. 1. Referring to FIG. 1 and FIG. 2, an epitaxial wafer (1) according to one embodiment of the present invention includes a substrate (10); and a laminated structure including a first region (100) disposed on the substrate (10) and constituting a semiconductor element, and a second region (200) disposed in a periphery of the first region (100), wherein the second region (200) may be arranged such that a silicon (Si) layer and a silicon germanium (SiGe) layer are alternately laminated.

이 때, 상기 제2 영역의 실리콘 게르마늄층은 보론(B)을 포함할 수 있다. 종래의 에피텍셜 웨이퍼는 실리콘 기판상에 실리콘 게르마늄(SiGe) 층 및 실리콘층이 순차 적층된 구조를 가지고 있었다. 도 8은 종래의 실리콘층 및 실리콘 게르마늄층을 가지는 웨이퍼에서 결함이 발생하는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 상기 실리콘 게르마늄(SiGe) 층과 실리콘층은 에피텍셜하게 성장하여 형성된 것으로 서로 격자 상수가 상이한 층에 해당한다. 구체적으로 실리콘의 격자 상수는 5.43Å 게르마늄의 격자 상수는 5.66Å로, 실리콘 게르마늄(SiGe)층은 실리콘과 게르마늄의 조성비에 따라 상기 격자 상수 사이의 격자 상수를 가진다. 하지만 상기 실리콘의 격자 상수와 실리콘 게르마늄(SiGe)의 격자 상수의 차이로 인해 실리콘 게르마늄(SiGe)층 상에 실리콘층을 성장시킬 때, 실리콘층은 상기 격자 상수의 차이로 인해 발생하는 인장력이 가해져 변형(strain)이 일어날 수 있으며, 부정합 전위(dislocation)가 발생할 수 있다. 특히 집적도 향상을 위해 층간 두께를 얇게 형성할 경우 상기와 같은 문제점은 더욱 빈번하게 발생하며, 초고층으로 적층 구조를 형성할 수 없는 한계가 있다.At this time, the silicon germanium layer of the second region may include boron (B). The conventional epitaxial wafer had a structure in which a silicon germanium (SiGe) layer and a silicon layer were sequentially laminated on a silicon substrate. Fig. 8 schematically shows that a defect occurs in a wafer having a conventional silicon layer and a silicon germanium layer. The silicon germanium (SiGe) layer and the silicon layer are formed by epitaxial growth and correspond to layers having different lattice constants. Specifically, the lattice constant of silicon is 5.43Å and the lattice constant of germanium is 5.66Å, and the silicon germanium (SiGe) layer has a lattice constant between the lattice constants depending on the composition ratio of silicon and germanium. However, when a silicon layer is grown on a silicon germanium (SiGe) layer due to the difference between the lattice constant of the silicon and the lattice constant of silicon, the silicon layer may be subject to strain due to the tensile force generated by the difference in the lattice constant, and misfit dislocations may occur. In particular, when the interlayer thickness is formed thinly to improve the integration density, the above-mentioned problem occurs more frequently, and there is a limitation that a stacked structure cannot be formed in an ultra-high layer.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명자들은 실리콘 게르마늄(SiGe) 층에 보론(B)이 도핑되는 경우 전술한 격자 상수의 차이를 최소화 할 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼는 보론(B)을 포함하는 실리콘 게르마늄(SiGe) 층을 포함함으로써 실리콘층과 실리콘 게르마늄(SiGe) 층 사이의 격자 상수의 차이를 최소화할 수 있으며 초고층 적층 구조에서도 층간 결함을 최소화할 수 있다.The present invention has been made to solve such a problem, and the inventors of the present invention have found that when a silicon germanium (SiGe) layer is doped with boron (B), the difference in the lattice constants described above can be minimized. The epitaxial wafer according to the present invention can minimize the difference in lattice constants between the silicon layer and the silicon germanium (SiGe) layer by including a silicon germanium (SiGe) layer including boron (B), and can minimize interlayer defects even in an ultra-high-layer stacked structure.

본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제2 영역의 실리콘 게르마늄(SiGe) 층은 일반식 Si1-x-yGexBy(0<x≤0.4, 0<y≤0.4)로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 일반식으로 표시되는 화합물은 실리콘 게르마늄(SiGe)에 보론(B)이 일부 고용된 형태로 존재하는 화합물일 수 있다. 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼가 상기 함량 범위를 만족하는 경우 제2 영역의 실리콘층과 실리콘 게르마늄(SiGe) 층 간의 격자 상수의 차이를 줄여 응력 형성을 억제할 수 있다.In one example of the present invention, the silicon germanium (SiGe) layer of the second region of the epitaxial wafer according to the present invention may include a compound represented by the general formula Si 1-xy Ge x B y (0<x≤0.4, 0<y≤0.4). The compound represented by the general formula may be a compound in which boron (B) exists in a partially dissolved form in silicon germanium (SiGe). When the epitaxial wafer according to the present invention satisfies the above content range, the difference in lattice constants between the silicon layer of the second region and the silicon germanium (SiGe) layer can be reduced, thereby suppressing stress formation.

하나의 예시에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제2 영역의 실리콘(Si)층 및/또는 실리콘 게르마늄(SiGe) 층의 평균 두께는 100 nm 이하일 수 있다. 도 4는 도 1의 II-II'의 단면도로, 본 예시에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제2 영역의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼(1)의 제2 영역(200)의 실리콘층(210)의 평균 두께(t21)는 100 nm 이하일 수 있으며, 제2 영역(200)의 실리콘 게르마늄층(220)의 평균 두께(t22)는 100 nm 이하일 수 있다. 또는 상기 제2 영역(200)의 실리콘층(210)의 평균 두께(t21) 및 실리콘게르마늄층(220)의 평균 두께(t22)가 100 nm 이하일 수 있다. 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼(1)는 전술한 바와 같이 제2 영역(200)의 실리콘 게르마늄층(220)에 보론을 도핑하여 실리콘층(210)과 실리콘 게르마늄층(220) 사이의 격자 상수의 차이를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 상기 실리콘층(210)과 실리콘 게르마늄층(220) 사이의 응력을 최소화할 수 있다. 따라서 상기 제2 영역(200)의 실리콘층(210) 및/또는 실리콘 게르마늄층(220)이 100 nm 이하의 평균 두께를 가질 수 있다. 상기 실리콘층 및/또는 실리콘 게르마늄층의 평균 두께의 하한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 0 nm 초과일 수 있다.In one example, the average thickness of the silicon (Si) layer and/or the silicon germanium (SiGe) layer of the second region of the epitaxial wafer according to the present invention may be 100 nm or less. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 1, schematically illustrating a cross-section of the second region of the epitaxial wafer according to the present example. Referring to FIG. 4, the average thickness (t21) of the silicon layer (210) of the second region (200) of the epitaxial wafer (1) according to the present invention may be 100 nm or less, and the average thickness (t22) of the silicon germanium layer (220) of the second region (200) may be 100 nm or less. Alternatively, the average thickness (t21) of the silicon layer (210) and the average thickness (t22) of the silicon germanium layer (220) of the second region (200) may be 100 nm or less. As described above, the epitaxial wafer (1) according to the present invention can reduce the difference in lattice constant between the silicon layer (210) and the silicon germanium layer (220) by doping the silicon germanium layer (220) of the second region (200) with boron, thereby minimizing the stress between the silicon layer (210) and the silicon germanium layer (220). Accordingly, the silicon layer (210) and/or the silicon germanium layer (220) of the second region (200) can have an average thickness of 100 nm or less. The lower limit of the average thickness of the silicon layer and/or the silicon germanium layer is not particularly limited, but may be, for example, greater than 0 nm.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 실리콘 에피텍셜 웨이퍼의 제2 영역의 적층수는 3 이상일 수 있다. 상기 제2 영역의 적층수가 3 층 이상이라는 것은, 상기 제2 영역에 포함되는 실리콘층의 적층수가 3 이상이거나, 상기 제2 영역에 포함되는 실리콘 게르마늄층의 적층수가 3 이상이거나, 또는 상기 제2 영역의 실리콘층 및 실리콘 게르마늄층의 적층수가 모두 3 이상인 경우를 의미할 수 있다. 상기 제2 영역의 적층수의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 1000층 이하일 수 있다. 본 실시예에 따른 실리콘 에피텍셜 웨이퍼는 상기와 같은 적층수를 가질 수 있어 고용량을 구현할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the number of stacked layers in the second region of the silicon epitaxial wafer according to the present invention may be 3 or more. The number of stacked layers in the second region being 3 or more may mean that the number of stacked silicon layers included in the second region is 3 or more, the number of stacked silicon germanium layers included in the second region is 3 or more, or the number of stacked silicon layers and silicon germanium layers in the second region are both 3 or more. The upper limit of the number of stacked layers in the second region is not particularly limited, but may be, for example, 1000 layers or less. The silicon epitaxial wafer according to the present embodiment may have the above-mentioned number of stacked layers and thus may implement high capacity.

본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼는 반도체 소자를 구성하는 제1 영역을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 영역은 교대로 적층된 실리콘(Si)층 및 절연층을 포함할 수 있다. 도 3은 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼(1)의 제1 영역(100)을 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼(1)의 제1 영역(100)은 실리콘층(110) 및 절연층(120)이 교대로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 상기 절연층(120)은 후술하는 바와 같이 실리콘층 사이에 배치된 실리콘 게르마늄층을 식각하여 제거한 후, 형성된 것일 수 있다.The epitaxial wafer according to the present invention may include a first region constituting a semiconductor element. At this time, the first region may include silicon (Si) layers and insulating layers that are alternately laminated. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating the first region (100) of the epitaxial wafer (1) according to the present invention. Referring to FIG. 3, the first region (100) of the epitaxial wafer (1) according to the present invention may include a structure in which silicon layers (110) and insulating layers (120) are alternately laminated. The insulating layer (120) may be formed after etching and removing a silicon germanium layer disposed between silicon layers, as described below.

하나의 예시에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제1 영역의 절연층은 빈 공간을 포함할 수 있다. 상기 절연층은 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼로 반도체 소자를 제조하는 과정에서 사용되는 것일 수 있으며, 보다 자세하게는 상기 제1 영역 상에 식각 선택성을 가지는 마스크 패턴을 형성하고 제1 영역의 적어도 일부를 식각하는 과정을 복수회 수행하는 과정에서 형성된 것일 수 있고, 제1 영역의 실리콘 게르마늄층을 식각하여 제거한 후 남은 공간일 수 있다.In one example, the insulating layer of the first region of the epitaxial wafer according to the present invention may include a void space. The insulating layer may be used in a process of manufacturing a semiconductor device with the epitaxial wafer according to the present invention, and more specifically, the insulating layer may be formed in a process of forming a mask pattern having etching selectivity on the first region and performing the process of etching at least a portion of the first region multiple times, and may be a space remaining after etching and removing the silicon germanium layer of the first region.

하나의 예시에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제1 영역의 절연층은 제2 영역의 실리콘 게르마늄층과 상이한 성분을 포함할 수 있다. 상기 절연층은 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 산화질화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 절연층은 전술한 빈 공간에 형성된 것일 수 있으며, 상기 빈 공간을 채우도록 배치될 수 있다.In one example, the insulating layer of the first region of the epitaxial wafer according to the present invention may include a different composition from the silicon germanium layer of the second region. The insulating layer may include, for example, one or more selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride. The insulating layer may be formed in the above-described empty space and may be arranged to fill the empty space.

본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제1 영역은 적층 구조의 적층 방향과 수직인 방향으로 반복되는 복수의 단위 소자를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 단위 소자는 스크라이브 라인에 의해 이격되어 배치될 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 에피텍셜 웨이퍼(1)의 제1 영역(100)은 스크라이브 라인(SL)에 의해 구획되는 복수의 단위 소자(111)를 포함할 수 있다. 상기 스크라이브 라인(SL)은 웨이퍼에 대한 다이싱(dicing) 공정에서 각각의 단위 소자가 개별 칩으로 분리 절단될 수 있도록 제공되는 영역이다.In one embodiment of the present invention, a first region of an epitaxial wafer according to the present invention may include a plurality of unit elements repeated in a direction perpendicular to a stacking direction of a stacked structure. At this time, the plurality of unit elements may be arranged to be spaced apart by scribe lines. Referring to FIG. 2, a first region (100) of an epitaxial wafer (1) according to the present embodiment may include a plurality of unit elements (111) partitioned by scribe lines (SL). The scribe lines (SL) are regions provided so that each unit element can be separated and cut into individual chips in a dicing process for the wafer.

상기 스크라이브 라인(SL)은 격자형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스크라이브 라인(SL)은 제1 방향(D1)을 따라 연장되는 가로 라인과, 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)을 따라 연장되는 세로 라인을 포함할 수 있다. 도 2에서 상기 단위 소자의 제1 방향(D1)의 길이와 제2 방향(D2)의 길이가 같게 묘사되었으나, 상기 단위 소자의 제1 방향의 길이와 제2 방향의 길이는 필요에 따라 다르게 설정될 수 있다.The above scribe line (SL) may be formed in a grid shape. For example, the scribe line (SL) may include a horizontal line extending along a first direction (D1) and a vertical line extending along a second direction (D2) intersecting the first direction (D1). In Fig. 2, the length of the unit element in the first direction (D1) and the length of the unit element in the second direction (D2) are depicted as being the same, but the length of the unit element in the first direction and the length of the unit element in the second direction may be set differently as needed.

본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제1 영역에 포함되는 복수의 단위 소자는 각각 메모리 셀 어레이를 포함하는 셀 영역(CELL; cell region)과 상기 메모리 셀 어레이를 제어하는 회로 영역(PERI; peripheral circuit region)을 포함할 수 있다.In one example of the present invention, a plurality of unit elements included in a first region of an epitaxial wafer according to the present invention may each include a cell region (CELL) including a memory cell array and a circuit region (PERI) controlling the memory cell array.

상기 예시에서, 제1 영역에 포함되는 단위 소자는 복수의 워드 라인, 각각의 상기 워드 라인과 연결되는 복수의 메모리 셀 트렌지스터 및 상기 메모리 셀 트렌지스터와 연결되는 복수의 비트 라인을 포함할 수 있다. 상기 구조는, 하나의 워드 라인과 하나의 비트 라인 사이에 하나의 메모리 셀 트랜지스터가 배치되는 구조일 수 있다. 상기 메모리 셀 트랜지스터의 게이트는 워드 라인에 연결될 수 있으며, 상기 메모리 셀 트랜지스터의 소스는 비트 라인에 연결될 수 있다. 각각의 메모리 셀 트랜지스터들은 캐패시터를 포함할 수 있다. 상기 워드 라인, 메모리 셀 트렌지스터, 비트 라인 및 캐패시터는 하나의 셀을 형성할 수 있으며, 상기 단위 소자 하나에는 복수개의 셀이 포함될 수 있다.In the above example, the unit element included in the first region may include a plurality of word lines, a plurality of memory cell transistors connected to each of the word lines, and a plurality of bit lines connected to the memory cell transistors. The structure may be a structure in which one memory cell transistor is disposed between one word line and one bit line. A gate of the memory cell transistor may be connected to a word line, and a source of the memory cell transistor may be connected to a bit line. Each of the memory cell transistors may include a capacitor. The word line, the memory cell transistor, the bit line, and the capacitor may form one cell, and one unit element may include a plurality of cells.

본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제1 영역에 배치되는 복수의 단위 소자 각각의 내부에 포함되는 복수의 메모리 셀 트렌지스터들 중 적어도 2개 이상이 적층 구조의 적층 방향으로 배치될 수 있다. 상기 구조는 단위 소자 내의 복수의 메모리 셀 트렌지스터들이 제3 방향으로 적층되어 배치된 구조일 수 있다. 즉, 상기 예시에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제1 영역에 포함되는 단위 소자는 3차원 반도체 메모리 소자일 수 있다. 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼는 실리콘층과, 보론이 도핑된 실리콘 게르마늄층이 교차 적층된 구조로부터 형성된 것일 수 있으며, 전술한 바와 같이 보론이 도핑된 실리콘 게르마늄층을 통해 실리콘층과 실리콘 게르마늄층 사이의 응력을 저감시켜 층간 전위 발생을 방지할 수 있다. 이를 통해 고층의 적층 구조를 구현하더라도 결함을 방지할 수 있는 메모리 소자를 구현할 수 있다.In one embodiment of the present invention, at least two or more of the plurality of memory cell transistors included inside each of the plurality of unit elements arranged in the first region of the epitaxial wafer according to the present invention may be arranged in the stacking direction of the stacked structure. The structure may be a structure in which the plurality of memory cell transistors within the unit element are stacked and arranged in a third direction. That is, the unit element included in the first region of the epitaxial wafer according to the above example may be a three-dimensional semiconductor memory element. The epitaxial wafer according to the present invention may be formed from a structure in which a silicon layer and a boron-doped silicon germanium layer are cross-stacked, and as described above, the stress between the silicon layer and the silicon germanium layer can be reduced through the boron-doped silicon germanium layer, thereby preventing the occurrence of interlayer dislocation. Through this, a memory element capable of preventing a defect can be implemented even when a high-layer stacked structure is implemented.

하나의 예시에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 단위 소자에 포함되는 복수의 워드 라인들은 기판에 대하여 수직으로 배치될 수 있다. 하나의 단위 소자 내에서 상기 복수의 워드 라인 들은 서로 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)으로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 복수의 워드 라인 들이 기판에 대하여 수직으로 배치되는 경우 상기 단위 소자에 포함되는 복수의 비트 라인 들은 기판에 대하여 수평으로 배치될 수 있으며, 서로 제3 방향(D3)으로 이격되어 배치될 수 있다.In one example, a plurality of word lines included in a unit element of an epitaxial wafer according to the present invention may be arranged vertically with respect to a substrate. Within one unit element, the plurality of word lines may be arranged to be spaced apart from each other in a first direction (D1) or a second direction (D2). When the plurality of word lines are arranged vertically with respect to the substrate, a plurality of bit lines included in the unit element may be arranged horizontally with respect to the substrate, and may be arranged to be spaced apart from each other in a third direction (D3).

다른 예시에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 단위 소자에 포함되는 복수의 비트 라인들은 기판에 대하여 수직으로 배치될 수 있다. 하나의 단위 소자 내에서 상기 복수의 비트 라인 들은 서로 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)으로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 복수의 비트 라인 들이 기판에 대하여 수직으로 배치되는 경우 상기 단위 소자에 포함되는 복수의 워드 라인 들은 기판에 대하여 수평으로 배치될 수 있으며, 서로 제3 방향(D3)으로 이격되어 배치될 수 있다.In another example, a plurality of bit lines included in a unit element of an epitaxial wafer according to the present invention may be arranged vertically with respect to a substrate. Within one unit element, the plurality of bit lines may be arranged to be spaced apart from each other in a first direction (D1) or a second direction (D2). When the plurality of bit lines are arranged vertically with respect to the substrate, a plurality of word lines included in the unit element may be arranged horizontally with respect to the substrate, and may be arranged to be spaced apart from each other in a third direction (D3).

다른 예시에서, 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 단위 소자에 포함되는 복수의 워드 라인들 및 복수의 비트 라인들은 기판에 대하여 수직으로 배치될 수 있다. 하나의 단위 소자 내에서 상기 복수의 워드 라인들 및 복수의 비트 라인들은 서로 제1 방향(D1) 또는 제2 방향(D2)으로 이격되어 배치될 수 있다.In another example, a plurality of word lines and a plurality of bit lines included in a unit element of an epitaxial wafer according to the present invention may be arranged vertically with respect to the substrate. Within one unit element, the plurality of word lines and the plurality of bit lines may be arranged spaced apart from each other in a first direction (D1) or a second direction (D2).

상기 워드 라인 및/또는 비트 라인은 도전성 패턴일 수 있으며 라인 형태 또는 바 형태를 가질 수 있다. 상기 워드 라인 및/또는 비트 라인은 도전 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어 도핑된 반도체 물질(도핑된 실리콘, 도핑된 게르마늄 등), 도전성 금속질화물(질화티타늄, 질화탄탈륨 등), 금속(텅스텐, 티타늄, 탄탈륨 등), 및 금속-반도체 화합물(텅스텐 실리사이드, 코발트 실리사이드, 티타늄 실리사이드 등)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The word line and/or bit line may be a conductive pattern and may have a line shape or a bar shape. The word line and/or bit line may include a conductive material, and may be, for example, but is not limited to, one or more selected from the group consisting of a doped semiconductor material (doped silicon, doped germanium, etc.), a conductive metal nitride (titanium nitride, tantalum nitride, etc.), a metal (tungsten, titanium, tantalum, etc.), and a metal-semiconductor compound (tungsten silicide, cobalt silicide, titanium silicide, etc.).

본 발명은 또한 에피텍셜 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제조 방법은 기판 상에 실리콘층 및 실리콘 게르마늄층을 교대로 성장시키는 단계;를 포함하고, 상기 실리콘 게르마늄층은 도핑된 보론(B)을 포함할 수 있다. 상기 실리콘층 및 실리콘 게르마늄층을 교대로 성장시켜 기판 상에 상기 실리콘층 및 실리콘 게르마늄층을 포함하는 적층 구조체가 형성될 수 있다.The present invention also relates to a method for manufacturing an epitaxial wafer. The method for manufacturing an epitaxial wafer according to the present invention includes the steps of alternately growing silicon layers and silicon germanium layers on a substrate; wherein the silicon germanium layers may include doped boron (B). By alternately growing the silicon layers and silicon germanium layers, a stacked structure including the silicon layers and silicon germanium layers may be formed on the substrate.

상기 적층 구조체는 필요에 따라 최상층의 실리콘층 또는 실리콘 게르마늄층 상에 배치되는 추가적인 절연막을 포함할 수 있다.The above-described laminated structure may include an additional insulating film disposed on the top silicon layer or silicon germanium layer, as needed.

상기 적층 구조체를 형성한 후, 패터닝 공정이 수행될 수 있다. 상기 패터닝 공정은 개구부들을 갖는 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 적층 구조체를 식각하는 단계 및 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 패터닝 공정에 의해 기판 상에 트렌치를 형성할 수 있으며, 상기 트렌치들에 의해 기판의 상면의 일부가 노출될 수 있다. 이후 상기 트렌치의 내부에 새로운 절연막을 형성하는 과정을 수행할 수 있다. 상기 새로운 절연막은 식각 선택성을 가진 것일 수 있다.After forming the above-described laminated structure, a patterning process may be performed. The patterning process may include a step of forming a mask pattern having openings, a step of etching the laminated structure using the mask pattern as an etching mask, and a step of removing the mask pattern. A trench may be formed on the substrate by the patterning process, and a portion of an upper surface of the substrate may be exposed by the trenches. Thereafter, a process of forming a new insulating film inside the trench may be performed. The new insulating film may have etching selectivity.

상기 패터닝 공정은 목적하는 반도체의 구조에 따라 복수회 수행될 수 있다. 패터닝 공정을 복수회 수행하는 경우, 전 단계에서 형성된 절연막의 적어도 일부를 식각한 후 새로운 절연막을 형성하는 과정을 수행할 수 있다. 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제1 영역은 패터닝 공정을 수행한 후의 단위 소자를 의미할 수 있으며, 상기 패터닝 공정에서 제거되지 않은 실리콘층과, 식각에 의해 실리콘 게르마늄층이 제거된 후 새로 형성된 절연막의 적층 구조를 가질 수 있다.The above patterning process may be performed multiple times depending on the structure of the intended semiconductor. When the patterning process is performed multiple times, a process of forming a new insulating film may be performed after etching at least a portion of the insulating film formed in the previous step. The first region of the epitaxial wafer according to the present invention may mean a unit element after performing the patterning process, and may have a laminated structure of a silicon layer that is not removed in the patterning process and an insulating film that is newly formed after the silicon germanium layer is removed by etching.

또한 상기 패터닝 공정에서 마스크 패턴의 외부에 위치하는 영역은 제2 영역이 될 수 있다. 상기 제2 영역은 실리콘층 및 실리콘 게르마늄층이 교대로 성장하여 형성된 적층 구조체를 포함할 수 있으며, 상기 실리콘 게르마늄층은 전술한 바와 같이 보론(B)을 포함할 수 있다.In addition, in the above patterning process, a region located outside the mask pattern may be a second region. The second region may include a laminated structure formed by alternately growing a silicon layer and a silicon germanium layer, and the silicon germanium layer may include boron (B) as described above.

상기 패터닝 공정을 수행한 후 필요에 따라 식각에 의해 노출된 반도체 상에 불순물 도핑 공정을 수행할 수 있다. 상기 불순물은 p형 불순물 또는 n형 불순물일 수 있다. 상기 p형 불순물들은 B, BF, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 상기 n형 불순물들은 P, As, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.After performing the above patterning process, an impurity doping process may be performed on the semiconductor exposed by etching, if necessary. The impurities may be p-type impurities or n-type impurities. The p-type impurities may include B, BF, or a combination thereof, and the n-type impurities may include P, As, or a combination thereof.

또한 상기 패터닝 공정을 수행한 후 필요에 따라 식각에 의해 노출된 반도체를 도전 물질로 치환하는 공정을 수행할 수 있다. 상기 반도체를 도전 물질로 치환하는 공정은 예를 들어 실리사이드 공정을 포함할 수 있다. 상기 노출된 반도체는 금속과 반응하여, 금속-반도체 화합물(텅스텐 실리사이드, 코발트 실리사이드, 티타늄 실리사이드 등)을 형성할 수 있다. 다른 예로, 상기 반도체를 도전 물질로 치환하는 것은, 반도체 상에 금속질화물막 또는 금속막을 콘포멀하게 형성하는 것을 포함할 수 있다.In addition, after performing the patterning process, a process of replacing the semiconductor exposed by etching with a conductive material may be performed, if necessary. The process of replacing the semiconductor with the conductive material may include, for example, a silicide process. The exposed semiconductor may react with a metal to form a metal-semiconductor compound (tungsten silicide, cobalt silicide, titanium silicide, etc.). As another example, replacing the semiconductor with the conductive material may include conformally forming a metal nitride film or a metal film on the semiconductor.

상기 패터닝 공정 등을 수행한 후 필요에 따라 잔류하는 트렌치들의 내부 빈 공간에 절연막을 충전하는 공정을 수행할 수 있다. 상기 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화질화막 중 어느 하나를 포함할 수 있다.After performing the above patterning process, etc., a process of filling the internal empty spaces of the remaining trenches with an insulating film may be performed as needed. The insulating film may include any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 후술하는 실시예들로 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the spirit of the present invention is not limited to the examples described below.

불순물 도핑에 의한 실리콘의 결합 길이 및 격자 상수의 변화Changes in bond length and lattice constant of silicon due to impurity doping

보론을 도핑한 실리콘의 구조 및 탄성 특성은 하기의 방법으로 산출하였다. 우선 이론값을 산출하기 위해 DFT (밀도범함수) 를 이용하여 64개의 원자를 가지는 수퍼셀 구조에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 방식으로 Vienna ab initio simulation package (VASP) tool을 이용하여 도펀트가 실리콘 원자내에 0, 6.25, 12.5, 18.75 % 도핑되어 있는 경우로 실리콘의 결합 길이 및 격자 상수의 변화를 확인하였다. 시뮬레이션은 kinetic cutoff 에너지를 450 eV 로 수렴값을 정하고 5 x 5 x 5 Monkhorst-Packgrid로 수퍼셀을 계산하는 방식으로 시뮬레이션을 진행하였다.The structure and elastic properties of boron-doped silicon were calculated by the following method. First, in order to derive the theoretical value, a simulation was performed on a supercell structure with 64 atoms using DFT (density functional modeling). The Vienna ab initio simulation package (VASP) tool was used as the simulation method, and the changes in the bond length and lattice constant of silicon were confirmed when the dopant was doped into the silicon atoms by 0, 6.25, 12.5, and 18.75%. The simulation was conducted by setting the kinetic cutoff energy to a convergence value of 450 eV and calculating the supercell with a 5 x 5 x 5 Monkhorst-Packgrid.

MaterialMaterial atom%atom% Si-Si (Å)Si-Si (Å) Si-X (X = B, Al, Ga) (Å)Si-X (X = B, Al, Ga) (Å) Si:BSi:B 00 2.3392.339 n/an/a 6.256.25 2.3352.335 2.048 (n: 16)2.048 (n: 16) 12.512.5 2.3362.336 2.028 (n: 32)2.028 (n: 32) 18.7518.75 2.342.34 2.015 (n: 48)2.015 (n: 48) Si:AlSi:Al 00 2.3392.339 n/an/a 6.256.25 2.3432.343 2.426 (n: 16)2.426 (n: 16) 12.512.5 2.3412.341 2.443 (n: 32)2.443 (n: 32) 18.7518.75 2.3392.339 2.45 (n: 48)2.45 (n: 48) Si:GaSi:Ga 00 2.3392.339 n/an/a 6.256.25 2.3412.341 2.378 (n: 16)2.378 (n: 16) 12.512.5 2.3392.339 2.39 (n: 32)2.39 (n: 32) 18.7518.75 2.3372.337 2.397 (n: 48)2.397 (n: 48)

상기 표 1은 Si에 IIIA족에 속하는 B, Al, Ga를 각각 도핑한 경우의 농도에 따른 결합 길이를 나타낸 것이다. 표 1에 나타난 바와 같이 도핑된 각 원소의 함량이 6.25 at%에서 18.75 at%로 증가함에 따라 Si와 결합한 도핑 원소의 수는 0에서 48로 증가하며, 이에 따라 Si-Si 결합의 수는 128에서 80으로 감소하게 된다.Table 1 above shows the bond length according to the concentration when Si is doped with B, Al, and Ga, which belong to group IIIA, respectively. As shown in Table 1, as the content of each doped element increases from 6.25 at% to 18.75 at%, the number of doping elements bonded with Si increases from 0 to 48, and accordingly, the number of Si-Si bonds decreases from 128 to 80.

또한 표 1을 참조하면, B 원자를 도핑하는 경우, B의 농도가 증가함에 따라 Si-B의 결합 길이가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 반면, Al 및 Ga의 농도가 증가하는 경우, Si-Al 및 Si-Ga의 결합 길이가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 상기 결과를 통해 Si의 결정 구조에 보론을 도핑하는 경우 결합 길이를 줄일 수 있는 것을 확인할 수 있다.Also, referring to Table 1, it can be confirmed that when doping with B atoms, the bond length of Si-B decreases as the concentration of B increases. On the other hand, when the concentrations of Al and Ga increase, it can be confirmed that the bond lengths of Si-Al and Si-Ga increase. Through the above results, it can be confirmed that when doping boron into the crystal structure of Si, the bond length can be reduced.

도 5는 LDA 및 GGA-PBE를 이용하여 산출한 (a) Si1-yBy, (b) Si1-yAly 및 (c) Si1-yGay의 이완된 격자 상수를 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 같은 IIIA 족에 속하는 원소임에도 B의 도핑 농도에 따라 이완된 격자 상수가 감소하는 것에 비해, Al 및 Ga를 도핑한 경우 도핑 농도가 증가할수록 이완된 격자 상수가 증가하는 것을 확인할 수 있다.Fig. 5 shows the relaxed lattice constants of (a) Si 1-y B y , (b) Si 1-y Al y , and (c) Si 1-y Ga y calculated using LDA and GGA-PBE. Referring to Fig. 5, it can be confirmed that while the relaxed lattice constant decreases depending on the doping concentration of B even though they belong to the same group IIIA, the relaxed lattice constant increases as the doping concentration increases in the case of Al and Ga doping.

도 6은 Si1-yBy, Si1-yAly 및 Si1-yGay의 도핑 농도에 따른 평균 결합 길이를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 전술한 격자 상수의 변화로부터 유추할 수 있는 바와 같이, B를 도핑한 경우는 도핑 농도가 증가함에 따라 평균 결합 길이가 감소하는 것에 비해, Al 및 Ga의 경우 도핑 농도의 증가에 따라 평균 결합 길이가 증가하는 것을 확인할 수 있다.Fig. 6 is a graph showing the average bond length according to the doping concentration of Si 1-y B y , Si 1-y Al y , and Si 1-y Ga y . Referring to Fig. 6, as can be inferred from the change in the lattice constant described above, in the case of B doping, the average bond length decreases as the doping concentration increases, whereas in the case of Al and Ga, the average bond length increases as the doping concentration increases.

실리콘 게르마늄에 대한 도핑의 효과Effect of doping on silicon germanium

Si와 Ge는 각각 5.43Å 및 5.66Å의 격자 상수를 가지며, 일반적으로 SiGe는 실리콘에 포함되는 게르마늄 비율에 따라 상기 값 사이에서 선형적으로 비례하는 격자 상수를 가진다. 따라서 실리콘층과 실리콘 게르마늄층을 순차 에피택셜 성장시키면 실리콘층의 격자 상수 보다 실리콘 게르마늄층의 격자 상수가 크기 때문에, 실리콘층의 격자 상수와 실리콘 게르마늄층의 격자 상수 사이에 부정합이 발생한다.Si and Ge have lattice constants of 5.43Å and 5.66Å, respectively, and SiGe generally has a lattice constant that is linearly proportional between the above values depending on the ratio of germanium contained in silicon. Therefore, when a silicon layer and a silicon germanium layer are sequentially epitaxially grown, a mismatch occurs between the lattice constant of the silicon layer and the lattice constant of the silicon germanium layer because the lattice constant of the silicon germanium layer is larger than that of the silicon layer.

도 7은 Si1-x-yGexBy에 대하여 B의 농도 변화에 따른 격자 상수를 산출한 것을 표시한 그래프이다. x는 Ge의 분율이고, y는 B의 분율이다. y가 0인 경우, B가 도핑되지 않은 실리콘 게르마늄의 격자 상수를 나타낸다. 도 7을 참조하면, y가 증가할수록 Si1-x-yGexBy의 격자상수가 감소하는 것을 확인할 수 있으며, y의 값을 변화시키면 Si1-x-yGexBy의 격자 상수가 실리콘의 격자 상수인 5.43Å와 같은 값을 가지도록 조절할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 또한 Ge의 분율이 높아지더라도 B의 분율을 조절하면 Si1-x-yGexBy의 격자 상수를 실리콘과 정합시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.Fig. 7 is a graph showing the lattice constant calculated according to the change in the concentration of B for Si 1-xy Ge x B y . x is the fraction of Ge, and y is the fraction of B. When y is 0, B represents the lattice constant of undoped silicon germanium. Referring to Fig. 7, it can be confirmed that the lattice constant of Si 1-xy Ge x B y decreases as y increases, and it can be confirmed that the lattice constant of Si 1-xy Ge x B y can be adjusted to have the same value as the lattice constant of silicon, 5.43Å, by changing the value of y. In addition, it can be confirmed that the lattice constant of Si 1-xy Ge x B y can be matched with that of silicon by adjusting the fraction of B even when the fraction of Ge increases.

상기 결과를 통해 실리콘 게르마늄층이 보론을 포함하는 경우, 실리콘층과의 격자 상수의 차이를 줄일 수 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본원 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼는 실리콘층과 실리콘 게르마늄층 사이의 격자 상수의 차이를 최소화하여, 실리콘층과 실리콘 게르마늄층 사이에 발생할 수 있는 응력을 최소화할 수 있으며, 서로 성분이 상이한 층이 적층된 구조에서도 결정 격자 원자들 간에 부정합이나 전위 발생을 억제하여 결함 발생을 방지할 수 있다.Through the above results, it can be confirmed that when the silicon germanium layer includes boron, the difference in lattice constant with the silicon layer can be reduced. Therefore, the epitaxial wafer according to the present invention can minimize the difference in lattice constant between the silicon layer and the silicon germanium layer, thereby minimizing stress that may occur between the silicon layer and the silicon germanium layer, and can prevent the occurrence of defects by suppressing mismatch or dislocation occurrence between crystal lattice atoms even in a structure in which layers with different components are stacked.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes may be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below.

1: 에피택셜 웨이퍼
10: 기판
100: 제1 영역
111: 단위 소자
200: 제2 영역
1: Epitaxial wafer
10: Substrate
100: Area 1
111: Unit element
200: Area 2

Claims (15)

기판; 및
상기 기판 상에 배치되고, 반도체 소자를 구성하는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 주변부에 배치되는 제2 영역을 포함하는 적층 구조;를 포함하고,
상기 제2 영역은 실리콘(Si)층 및 실리콘 게르마늄(SiGe) 층이 교대로 적층되고,
상기 실리콘층과 실리콘 게르마늄층 사이의 격자 상수의 차이를 줄이기 위하여 상기 제2 영역의 실리콘 게르마늄층은 일반식 Si1-x-yGexBy(0<x≤0.4, 0<y≤0.075)로 표시되는 화합물을 포함하며,
상기 제2 영역의 실리콘 게르마늄층의 격자상수는 5.35 내지는 5.5Å인 에피텍셜 웨이퍼.
substrate; and
A laminated structure including a first region disposed on the substrate and forming a semiconductor element and a second region disposed on the periphery of the first region;
The second region is formed by alternately stacking silicon (Si) layers and silicon germanium (SiGe) layers.
In order to reduce the difference in lattice constant between the silicon layer and the silicon germanium layer, the silicon germanium layer of the second region includes a compound represented by the general formula Si 1-xy Ge x B y (0<x≤0.4, 0<y≤0.075),
An epitaxial wafer wherein the lattice constant of the silicon germanium layer of the second region is 5.35 to 5.5 Å.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 영역의 실리콘(Si)층 및/또는 실리콘 게르마늄(SiGe)의 평균 두께는 0 nm 초과, 100 nm 이하인 에피텍셜 웨이퍼.
In the first paragraph,
An epitaxial wafer wherein the average thickness of the silicon (Si) layer and/or silicon germanium (SiGe) of the second region is greater than 0 nm and less than or equal to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 제2 영역의 적층수는 3층 이상인 에피텍셜 웨이퍼.
In the first paragraph,
An epitaxial wafer having a stacking number of three or more layers in the second region.
제1항에 있어서,
상기 제1 영역은 교대로 적층된 실리콘(Si)층 및 절연층을 포함하는 에피텍셜 웨이퍼.
In the first paragraph,
The above first region is an epitaxial wafer including alternately stacked silicon (Si) layers and insulating layers.
제5항에 있어서,
상기 절연층은 상기 제2 영역의 실리콘 게르마늄층과 상이한 성분을 포함하는 에피텍셜 웨이퍼.
In paragraph 5,
An epitaxial wafer wherein the insulating layer contains a different component from the silicon germanium layer of the second region.
제1항에 있어서,
상기 제1 영역은 상기 적층 구조의 적층 방향과 수직인 방향으로 반복되는 복수의 단위 소자를 포함하고,
상기 복수의 단위 소자는 스크라이브 라인에 의해 이격되어 배치되는 에피택셜 웨이퍼.
In the first paragraph,
The above first region includes a plurality of unit elements repeated in a direction perpendicular to the stacking direction of the above stacked structure,
An epitaxial wafer in which the above-mentioned plurality of unit elements are arranged spaced apart from each other by scribe lines.
제7항에 있어서,
상기 복수의 단위 소자는 각각 메모리 셀 어레이를 포함하는 셀 영역과,
상기 메모리 셀 어레이를 제어하는 회로 영역을 포함하는 에피텍셜 웨이퍼.
In Article 7,
Each of the above multiple unit elements includes a cell region including a memory cell array,
An epitaxial wafer comprising a circuit region controlling the above memory cell array.
제7항에 있어서,
상기 단위 소자는 복수의 워드 라인, 각각의 상기 워드 라인과 연결되는 복수의 메모리 셀 트렌지스터 및 상기 메모리 셀 트렌지스터와 연결되는 복수의 비트 라인을 포함하는 에피텍셜 웨이퍼.
In Article 7,
The above unit element is an epitaxial wafer including a plurality of word lines, a plurality of memory cell transistors connected to each of the word lines, and a plurality of bit lines connected to the memory cell transistors.
제9항에 있어서,
상기 단위 소자의 내부에 포함되는 복수의 메모리 셀 트렌지스터 중 적어도 2개 이상이 상기 적층 구조의 적층 방향으로 배치되는 에피텍셜 웨이퍼.
In Article 9,
An epitaxial wafer in which at least two of a plurality of memory cell transistors included inside the unit element are arranged in the stacking direction of the stacking structure.
기판 상에 실리콘층 및 실리콘 게르마늄층을 교대로 성장시키는 단계;를 포함하고,
상기 실리콘층과 실리콘 게르마늄층 사이의 격자 상수의 차이를 줄이기 위하여 상기 제2 영역의 실리콘 게르마늄층은 일반식 Si1-x-yGexBy(0<x≤0.4, 0<y≤0.075)로 표시되는 화합물을 포함하며,
상기 제2 영역의 실리콘 게르마늄층의 격자상수는 5.35 내지는 5.5Å인 에피텍셜 웨이퍼의 제조 방법.
A step of alternately growing a silicon layer and a silicon germanium layer on a substrate;
In order to reduce the difference in lattice constant between the silicon layer and the silicon germanium layer, the silicon germanium layer of the second region includes a compound represented by the general formula Si 1-xy Ge x B y (0<x≤0.4, 0<y≤0.075),
A method for manufacturing an epitaxial wafer, wherein the lattice constant of the silicon germanium layer of the second region is 5.35 to 5.5 Å.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 실리콘(Si)층 및/또는 실리콘 게르마늄(SiGe)의 평균 두께는 0 nm 초과, 100 nm 이하인 에피텍셜 웨이퍼의 제조 방법.
In Article 11,
A method for manufacturing an epitaxial wafer, wherein the average thickness of the silicon (Si) layer and/or silicon germanium (SiGe) is greater than 0 nm and less than or equal to 100 nm.
제11항에 있어서,
상기 실리콘 게르마늄층의 일부를 식각하여 제1 영역을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 에피텍셜 웨이퍼의 제조 방법.
In Article 11,
A method for manufacturing an epitaxial wafer, further comprising the step of etching a portion of the silicon germanium layer to form a first region.
제14항에 있어서,
상기 실리콘 게르마늄층이 식각된 영역에 절연막을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 에피텍셜 웨이퍼의 제조 방법.
In Article 14,
A method for manufacturing an epitaxial wafer, further comprising the step of forming an insulating film in an area where the silicon germanium layer is etched.
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