KR100249315B1 - 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법 - Google Patents
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Abstract
앵글 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 최종 폴리싱하고, 상기 최종 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 초음파로 세척한 후 탈이온수로 헹구고, 상기 세척 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 SC-1으로 클리닝한 후 탈이온수로 헹구고, 상기 클리닝 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 불산으로 세척한 후 탈이온수로 헹구는 단계를 포함하는 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법은 모든 종류의 실리콘 웨이퍼, 특히 P(111), N(111), P Epi/N(100), N Epi/N(100), N Epi/N(111) 또는 디퓨지드 웨이퍼에 대하여 양호한 모폴로지를 형성함으로써 열처리 및 에피택시얼 성장 후 실리콘 웨이퍼 내부에 유기되는 결함의 종류 및 밀도를 정확하게 평가할 수 있다.
Description
[산업상 이용 분야]
본 발명은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)의 내부 결함(defect)을 평가하기 위한 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리콘 웨이퍼내에 포함될 수 있는 금속 불순물을 반도체 소자가 없는 내부로 제거시키며(gettering) 실리콘 웨이퍼의 기계적 강도에 영향을 미칠 수 있는 실리콘 웨이퍼 내부에 형성된 결함의 종류 및 밀도를 정확하게 평가할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리(前處理) 방법에 관한 것이다.
[종래기술]
반도체 소자의 제조시에 기판으로 주로 사용되는 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 고순도 다결정 실리콘 봉을 제조한 후, 쵸그랄스키(Czochralski, CZ) 결정 성장법 또는 플로팅 존(Floating-zone, FZ) 결정 성장법에 따라 디바이스를 제조한 후, 이를 얇게 절단하고 웨이퍼의 일면을 경면(境面) 연마(polishing)하고 세정한 후 최종 검사하여 제조된다.
최근 극초대규모 집적(ultralarge scale integration, ULSI) 회로 디바이스(device)의 집적도가 증가됨에 따라 디바이스가 위치하는 웨이퍼 표면의 활성 영역에는 결함 및 오염이 없는 안전한 디누디드 존(denuded zone, DZ)의 형성과 웨이퍼 내부의 균일한 결함의 형성이 요구되고 있다. 특히 디바이스 제조 과정에서 열에 의해 유기되는 웨이퍼 내부의 결함은 디바이스의 전기적 특성에 치명적인 영향을 미치는 금속 불순물을 제거하는 유익한 영향을 나타낼 뿐만 아니라 웨이퍼의 강도에도 중요한 영향을 미치기 때문에 웨이퍼 내부에 존재하는 결함의 종류 및 밀도를 정확하게 평가하는 기술은 상당히 중요하다.
현재까지 실리콘 웨이퍼 내부의 결함 평가는 열처리된 웨이퍼를 깨끗하게 절단하거나 앵글 폴리싱(angle polishing)한 후 라이트(wright) 에칭액으로 결함을 불균일 에칭하여 광학 현미경으로 에칭된 결함 부위를 관찰하는 방법으로 행하여져 왔다. 상기 웨이퍼의 절단면으로부터 단순히 라이트 에칭하여 나타난 결함의 밀도를 평가하는 방법은 간단하게 실행할 수 있는 장점은 있으나 실리콘 웨이퍼의 타입에 따라 표면에 앙금(artifact)이 발생하여 결함을 관찰하는데 어려움이 있었다. 기존의 실리콘 웨이퍼 내부의 결함 평가 공정을 제1도에 나타내었다. 즉 열처리 및 기상 또는 액상으로 기판 결정과 동일 결정 축방향으로 결정 성장되는 에피택시얼(epitaxial) 성장된 웨이퍼 샘플을 준비하여 약 40분간 앵글 폴리싱하고 약 5분간 헹군 후 약 5분간 라이트 에칭하여 관찰하게 된다. 상기 방법에 따르면 특히 P(100), N(100), P Epi/P(100) 웨이퍼는 에칭 후 양호한 모폴로지(morphology)를 나타내지만, P(111), N(111), P Epi/N(100), N Epi/N(100), N Epi/N(111) 또는 디퓨지드(diffused) 웨이퍼는 에칭 후 앙금이 형성되어 웨이퍼 내부의 결함을 관찰하기 더욱 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모든 종류의 실리콘 웨이퍼에 대하여 양호한 모폴로지를 형성함으로써 열처리 및 에피택시얼 성장 후 실리콘 웨이퍼 내부에 유기되는 결함의 종류 및 밀도를 정확하게 평가할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
제1도는 기존의 실리콘 웨이퍼 내부 결함 평가 공정의 흐름도.
제2도는 본 발명에 따른 에칭 전처리 방법을 사용한 실리콘 웨이퍼 내부 결함평가 공정의 흐름도.
제3(a)도는 실시예 1의 결과를 나타내는 사진.
제3(b)도는 비교예 1의 결과를 나타내는 사진.
제4(a)도는 실시예 2의 결과를 나타내는 사진.
제4(b)도는 비교예 2의 결과를 나타내는 사진.
제5(a)도는 실시예 3의 결과를 나타내는 사진.
제5(b)도는 비교예 3의 결과를 나타내는 사진.
제6(a)도는 실시예 4의 결과를 나타내는 사진.
제6(b)도는 비교예 4의 결과를 나타내는 사진.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 앵글 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 최종 폴리싱(final polishing)하고 상기 최종 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 초음파로 세척한 후 탈이온수(deionized water)로 헹구고, 상기 세척 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 SC-1으로 클리닝한 후 탈이온수로 헹구고, 상기 클리닝 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 불산(HF)으로 세척한 후 탈이온수로 헹구는 단계를 포함하는 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법을 제공한다. 상기 최종 폴리싱은 약 10분간 실행되고, 상기 초음파 세척은 약 5분간 실행되는 것이 바람직하다. 또한 상기 SC-1으로 클리닝하는 단계에서는 약 60℃에서 SC-1을 약 10분간 처리하고, 상기 불산으로 세척하는 단계에서는 불산을 약 5분간 처리하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 실리콘 웨이퍼를 앵글 폴리싱하고, 상기 앵글 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 최종 폴리싱하고, 상기 최종 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 초음파로 세척한 후 탈이온수로 헹구고, 상기 세척 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 SC-1으로 클리닝한 후 탈이온수로 헹구고, 상기 클리닝 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 불산으로 세척한 후 탈이온수로 헹구고, 상기 세척 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 라이트 에칭액에 침적하여 불균일 에칭하고, 상기 에칭된 실리콘 웨이퍼를 광학 현미경으로 관찰하는 단계를 포함하는 실리콘 웨이퍼 내부 결함 평가 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 하기와 같다.
먼저 열처리 및 에피택시얼 성장된 실리콘 웨이퍼 샘플을 준비하여 약 40분에 걸쳐 웨이퍼의 수평면에 대하여 0도 17분 내지 11도 32분 경사지게 앵글 폴리싱하여 앵글 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 얻는다. 상기 앵글 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 약 10분에 걸쳐 최종 폴리싱한다. 상기 앵글 폴리싱에는 유리판 또는 슬러리(Nalco사 제조)를, 상기 최종 폴리싱에는 폴리싱 패드(Suba사 제조) 또는 슬러리(Nalco사 제조)를 사용할 수 있다. 상기 앵글 폴리싱은 유리판 위에 샘플을 올려놓고 최초로 연마하는 단계이고, 상기 최종 폴리싱은 연마된 샘플 표면의 미세한 손상(damage)을 제거하는 단계로서 에칭시 발생하는 앙금을 최소화하는 작용을 한다. 그후 약 5분간 초음파 세척하고 탈이온수로 헹군다. 상기 초음파 세척은 실리콘 웨이퍼 표면의 이물질들을 털어내는 작용을 하게 된다. 또한 약 60℃에서 약 10분간 SC-1으로 클리닝하고 탈이온수로 헹군다. 상기 SC-1 용액은 암모니아(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수로 이루어진 조성물로서 암모니아, 과산화수소 및 탈이온수의 비율이 1:2:30인 것을 사용하는 경우 가장 우수한 모폴로지를 얻을 수 있다. 상기 SC-1 용액은 실리콘 웨이퍼 표면의 유기 물질을 제거하는 작용을 한다. 마지막으로 약 5분간 불산으로 다시 세척하고 탈이온수로 헹군다. 상기 불산은 불산과 탈이온수의 비율이 1:30인 것이 가장 바람직하다. 상기 불산 세척은 실리콘 웨이퍼 표면의 금속 찌꺼기, 산화막 찌꺼기 등을 제거하는 작용을 한다. 본 발명에 따른 에칭 전처리 방법을 사용한 실리콘 웨이퍼 내부 결합 평가 방법을 제2도에 나타내었다. 상기 평가 방법에서 에칭 전처리 공정을 거친 실리콘 웨이퍼를 약 5분간 라이트 용액에 침적시켜 결함 염색 에칭한 후 탈이온수로 5분간 헹구어 웨이퍼 샘플을 광학 현미경으로 관찰한다.
[실시예]
본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 구성 및 효과를 나타내는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
P(111) 웨이퍼 샘플을 실리콘 웨이퍼의 수평면에 대해 11도 32분 경사지게 유리판을 사용하여 40분간 앵글 폴리싱한 후 폴리싱 패드(Suba사 제조)를 사용하여 10분전 최종 폴리싱하였다. 이것을 초음파로 5분간 세척한 후 탈이온수로 10분간 헹구었다. 이것을 암모니아, 과산화수소 및 탈이온수의 비율이 1:2:30인 SC-1으로 10분간 클리닝하고 탈이온수로 5분간 헹구었다. 다시 불산과 탈이온수의 비율이 1:30인 불산으로 5분간 세척하고 5분간 세척하고 탈이온수로 5분간 헹군 다음, 5분간 라이트 용액에 침적시켜 결함 염색 에칭하고 탈이온수로 5분간 헹구었다. 상기 과정을 거친 웨이퍼 샘플을 광학 현미경으로 관찰하고 그 결과를 제3(a)도에 나타내었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 N(111) 웨이퍼 샘플을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일하게 실시하였고 그 결과를 제4(a)도에 나타내었다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 N Epi/N(111) 웨이퍼 샘플을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일하게 실시하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1에서 디퓨지트 웨이퍼 P/P(111) 웨이퍼 샘플을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일하게 실시하였고 그 결과를 제6(a)도에 나타내었다.
[비교예 1]
P(111) 웨이퍼 샘플을 실리콘 웨이퍼의 수평면에 대해 10도 경사지게 유리판을 사용하여 40분간 앵글 폴리싱한 후 탈이온수로 5분간 헹구었다. 상기 과정을 거친 웨이퍼 샘플을 광학 현미경으로 관찰하고 그 결과를 제3(b)도에 나타내었다.
[비교예 2]
상기 비교예 1에서 N(111) 웨이퍼 샘플을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 실질적으로 동일하게 실시하였고 그 결과를 제4(b)도에 나타내었다.
[비교예 3]
상기 비교예 1에서 N Epi/N(111) 웨이퍼 샘플을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 실질적으로 동일하게 실시하였고 그 결과를 제5(b)도에 나타내었다.
[비교예 4]
상기 비교예 1에서 디퓨지드 웨이퍼 P/P(111) 웨이퍼 샘플을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 실질적으로 동일하게 실시하였고 그 결과를 제6(b)도에 나타내었다.
상기 결과로부터 실시예의 방법에 의해 에칭 염색한 실리콘 웨이퍼가 비교예에 비하여 앙금이 형성되지 않았고 양호한 모폴로지를 형성하였음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법은 모든 종류의 실리콘 웨이퍼, 특히 P(111), N(111), P Epi/N(100), N Epi/N(100), N Epi/N(111) 또는 디퓨지드 웨이퍼에 대하여 양호한 모폴로지를 형성함으로써 열처리 및 에피택시얼 성장된 실리콘 웨이퍼 내부에 유기되는 결함의 종류 및 밀도를 정확하게 평가할 수 있다. 또한 실리콘 결정 성장 기술 및 디바이스 프로세스의 개발·분석에도 이용할 수 있다.
Claims (6)
- 앵글 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 최종 폴리싱하고; 상기 최종 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 초음파로 세척한 후 탈이온수로 헹구고; 상기 세척 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 SC-1으로 클리닝한 후 탈이온수로 헹구고; 상기 클리닝 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 불산으로 세척한 후 탈이온수로 헹구는 단계;를 포함하는 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 최종 폴리싱은 약 10분간 행해지는 것인 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 초음파 세척은 약 5분간 행해지는 것인 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 SC-1으로 클리닝하는 단계는 약 60℃에서 SC-1을 약 10분간 처리하는 것인 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 불산으로 세척하는 단계는 불산을 약 5분간 처리하는 것인 실리콘 웨이퍼의 에칭 전처리 방법.
- 실리콘 웨이퍼를 앵글 폴리싱하고; 상기 앵글 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 최종 폴리싱하고; 상기 최종 폴리싱된 실리콘 웨이퍼를 초음파로 세척한 후 탈이온수로 헹구고; 상기 세척 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 SC-1으로 클리닝한 후 탈이온수로 헹구고; 상기 클리닝 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 불산으로 세척한 후 탈이온수로 헹구고; 상기 세척 및 헹궈진 실리콘 웨이퍼를 라이트 에칭액에 침적하여 염색 에칭하고; 상기 염색 에칭된 실리콘 웨이퍼를 광학 현미경으로 관찰하는 단계;를 포함하는 실리콘 웨이퍼 내부 결함 평가 방법.
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