KR100274072B1 - Manufacturing method of single crystal soi wafer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼(Wafer)의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 제 1 웨이퍼의 상부면에 실리콘이온을 미리 주입하고, 에피텍셜층 및 제 1 산화막을 형성시킨 후에 또 다른 제 2 웨이퍼상에 제 2 산화막을 형성시켜 제 1 웨이퍼를 반대로 하여 제 1 산화막을 제 2 웨이퍼의 제 2 산화막에 어닐링을 결합하여 제 1 웨이퍼와 불순물영역을 제거하므로 결함이 없는 웨이퍼를 제조하도록 하는 단결정 SOI웨이퍼 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a wafer. In particular, a silicon ion is pre-injected into an upper surface of a first wafer, and an epitaxial layer and a first oxide film are formed. A method of fabricating a single crystal SOI wafer for forming a wafer free of defects by forming an oxide film and inverting the first wafer to combine the first oxide film with the second oxide film of the second wafer to remove the first wafer and the impurity region. will be.
일반적으로, 반도체장치의 종류에는 여러 가지가 있으며, 이 반도체장치 내에 형성되는 트랜지스터 및 커패시터등을 구성시키는 방법에는 다양한 제조기술이 사용되고 있으며, 최근에는 실리콘기판 상에 산화막을 입혀 전계효과를 내도록 하는 모스형 전계효과 트랜지스터(MOSFET; metal oxide semiconductor field effect transistor)를 점차적으로 많이 사용하고 있는 실정에 있다.In general, there are various kinds of semiconductor devices, and various manufacturing techniques are used to configure transistors, capacitors, etc. formed in the semiconductor device, and in recent years, MOS is formed by applying an oxide film on a silicon substrate to produce an electric field effect. Background Art [0002] Metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) are increasingly used.
상기한 트랜지스터를 만들기 위하여서는 유리천이나 종이 기재, 에폭시수지 적층판등에 동박을 입히고, 동박의 불필요한 부분을 에칭하여 전자회로를 만들기 의한 실리콘웨이퍼가 사용되고 있으며, 이 실리콘웨이퍼는 원형의 웨이퍼를 다이아몬드커터 혹은 레이저로 절단하여 사각형상의 칩의 형태로 만들어 사용하게 된다. 이와 같이, 트랜지터에는 여러 가지 종류의 웨이퍼가 사용되고 있으며, 이 중에 단결정 SOI(Silicon-on-insulation)웨이퍼는 절연된 실리콘기판 상에 에피텍셜층을 형성하여 제조되는 것으로서, 소자의 기생접합용량(Parasitic junction capacitance)을 제거하기 위여 회로의 고속동작을 구현하는 데 장점을 지니고 있어서 최근에 많이 사용되고 있는 웨이퍼이다.In order to make the above-mentioned transistors, a silicon wafer is formed by coating copper foil on a glass cloth, a paper base material, an epoxy resin laminate, etc., and etching an unnecessary part of the copper foil to make an electronic circuit. The laser is cut and used in the form of a rectangular chip. As described above, various types of wafers are used in the transistor, and a single crystal silicon-on-insulation (SOI) wafer is manufactured by forming an epitaxial layer on an insulated silicon substrate. In order to eliminate parasitic junction capacitance, the wafer has been widely used in recent years because it has the advantage of realizing high-speed operation of the circuit.
이러한 SOI반도체를 제조하는 방법에는 다음의 두가지 방법이 널리 사용되고 있는 실정에 있다.The following two methods are widely used as a method for manufacturing such an SOI semiconductor.
첫번째 방법은 원하는 표면방향과 유사한 격자 변수(Lattice parameter)를 갖는 결정질의 상부에 실리콘에피텍셜층을 증착하는 것으로서, 이 방법은 통상의 실리콘 상부면에 사파이어(Al2O3)를 형성하는 방법이다.The first method is to deposit a silicon epitaxial layer on top of a crystalline having a lattice parameter similar to the desired surface orientation, which is a method of forming sapphire (Al 2 O 3 ) on a top surface of a conventional silicon. .
그리고, 두 번째 방법은 비정질의 기판 상에 다결정실리콘을 증착하고서 연속하여 증착된 박막을 재결정화시키며, 재결정화를 위한 에너지는 레이저 또는 스트립히터(Strip heater)에 의하여 제공되는 방법이다.The second method is to deposit polycrystalline silicon on an amorphous substrate and recrystallize the subsequently deposited thin film, and energy for recrystallization is provided by a laser or a strip heater.
그런데, 상기 한바와 같이, 첫 번째 방법은 기판 상에 알루미늄을 자동으로 도핑하는 것과, 열팽창 계수의부조화 및 실리콘과 절연막의 계면으로부터 길이에 아주 민감한 함수인 막결함 밀도가 좋지 않은 중요한 문제를 지니고 있으며, 두 번째 방법 역시 제조수율을 결정하는 결함 밀도가 여전히 해결되지 못하는 문제점이 있었다.However, as mentioned above, the first method has important problems of automatically doping aluminum on a substrate, poor thermal expansion coefficient, and film defect density, which is a function that is very sensitive to the length from the interface between silicon and the insulating film. The second method also had a problem that the defect density to determine the manufacturing yield was still not solved.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로서, 제 1 웨이퍼의 상부면에 실리콘이온을 미리 주입하고, 에피텍셜층 및 제 1 산화막을 형성시킨 후에 또 다른 제 2 웨이퍼상에 제 2 산화막을 형성시켜 제 1 웨이퍼를 반대로 하여 제 1 산화막을 제 2 웨이퍼의 제 2 산화막에 어닐링을 결합하여 제 1 웨이퍼와 불순물영역을 제거하므로 결함이 없는 웨이퍼를 제조하는 것이 목적이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and in which silicon ions are pre-injected into the upper surface of the first wafer, the epitaxial layer and the first oxide film are formed, and then a second oxide film is formed on another second wafer. It is an object to manufacture a wafer free of defects because the first oxide film is annealed to the second oxide film of the second wafer with the first wafer reversed to remove the first wafer and the impurity region.
도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 단결정 SOI웨이퍼 제조방법을 순차적으로 예시한 도면이다.1 to 6 are views sequentially illustrating a method for manufacturing a single crystal SOI wafer according to the present invention.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on the main parts of the drawing
10 : 제 1 웨이퍼 20 : 불순물영역10: first wafer 20: impurity region
30 : 에피텍셜층 40 : 제 1 산화막30
50 : 제 2 웨이퍼 60 : 제 2 산화막50: second wafer 60: second oxide film
70 : 산화막70: oxide film
이러한 목적은 제 1 실리콘웨이퍼 상에 소정의 불순물을 이온 주입하여 불순물영역을 형성하고, 그 불순물영역 상부에 에피텍셜층을 성장시키는 단계와; 상기 단계 후에 에피텍셜층 상부와 제 2 실리콘웨이퍼의 상에 제 1, 제 2 산화막을 형성하는 단계와; 상기 단계 후에 제 1 실리콘웨이퍼의 제 1 산화막과 제 2 실리콘웨이퍼의 제 2 산화막을 서로 맞대고서 제 1 어닐링으로 접착하여 단일화된 산화막을 형성하는 단계; 상기 단계 후에 제 1 실리콘웨이퍼와 불순물영역을 순차적으로 제거하고, 제 2 어닐링을 수행하는 단계로 이루어진 단결정 SOI웨이퍼 제조방법을 제공함으로써 달성된다.The object is to implant an impurity on the first silicon wafer to form an impurity region, and to grow an epitaxial layer on the impurity region; Forming first and second oxide films on the epitaxial layer and on the second silicon wafer after the step; After said step, bonding the first oxide film of the first silicon wafer and the second oxide film of the second silicon wafer to each other by first annealing to form a unified oxide film; After the step, the first silicon wafer and the impurity region are sequentially removed and a second annealing is performed to provide a single crystal SOI wafer manufacturing method.
그리고, 상기 불순물영역에는 실리콘이온을 주입하여 식각시에 주입되지 않은 부분보다 더 많이 식각되도록 하고, 상기 실리콘이온이 주입되는 조건은 20 ∼50KeV의 전압을 가하여 1×1012∼ 1×1015atom/㎠의 조건으로 주입하게 된다.In addition, silicon ions are implanted into the impurity region so as to be etched more than the portions not implanted at the time of etching, and the conditions under which the silicon ions are implanted are applied at a voltage of 20 to 50 KeV, thereby applying 1 × 10 12 to 1 × 10 15 atoms. It is injected under the condition of / cm 2.
또한, 상기 에피텍셜층은 SiCl4및 수소가스를 1000∼1300℃에서 반응시켜 형성하고, 상기 SiCl4를 대신하여 SiH2Cl2, SiHCl3, SiH4가스를 사용하여도 무방하다.In addition, the epitaxial layer is formed by reacting SiCl 4 and hydrogen gas at 1000 to 1300 ° C., and SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , and SiH 4 gas may be used instead of SiCl 4 .
그리고, 상기 제 1 산화막 및 제 2 산화막은 오존-TEOS막 이고, 상기 제 1 어닐링은 질소분위기에서 1100∼1300℃의 온도에서 접착시키도록 한다.The first oxide film and the second oxide film are ozone-TEOS films, and the first annealing is performed at a temperature of 1100 to 1300 ° C. in a nitrogen atmosphere.
또한, 상기 불순물영역의 제거는 HF, CH3COOH 및 H2O2를 혼합한 용액을 사용하고, 이 혼합요약의 비율은 HF : CH3COOH : H2O2= 1 : 1 : 5정도로 하여 제거하도록 한다.In addition, the impurity region is removed using a mixture of HF, CH 3 COOH, and H 2 O 2 , and the ratio of the mixture summary is about HF: CH 3 COOH: H 2 O 2 = 1: 1: 5 Remove it.
이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명에 따른 SOI웨이퍼 형성방법에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the SOI wafer forming method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 실리콘웨이퍼(10) 상에 소정의 불순물을 이온 주입하여 불순물영역(20)을 형성하는 상태를 도시한 도면으로서, 이 불순물영역(20)에는 실리콘이온을 주입하고, 이 실리콘이온이 주입되는 조건은 20 ∼50KeV의 전압을 가하여 1×1012∼ 1×1015atom/㎠의 조건으로 주입하도록 한다.As shown in FIG. 1, a state in which an
이때, 실리콘이온이 주입된 불순물영역(20)은 차후에 식각할시에 불순물이 주입되지 않은 영역에 비하여 식각이 더욱 잘 이루어지게 된다.At this time, the
그리고 도 2는 상기 불순물영역(20) 상부에 에피텍셜층(30)을 성장시키는 상태를 보이고 있으며, 상기 에피텍셜층(30)은 SiCl4및 수소가스를 1000∼1300℃에서 반응시켜 형성하도록 하고, 이 SiCl4를 대신하여 SiH2Cl2, SiHCl3, SiH4가스를 사용하여도 무방하다.2 shows a state in which the
그리고, 도 3 및 도 4는 상기 단계 후에 에피텍셜층(30) 상부와 제 2 실리콘웨이퍼(50)의 상부에 제 1, 제 2 산화막(40)(60)을 형성하는 상태를 보이고 있으며, 이 제 1 산화막(40) 및 제 2 산화막(60)은 저부에 다른 층과의 접착력과 불순물의 오염정도를 고려하여 오존-TEOS막을 사용하는 것이 바람직하다.3 and 4 show the first and
그리고, 도 5는 상기 단계 후에 제 1 실리콘웨이퍼(10)의 제 1 산화막(40)과 제 2 실리콘웨이퍼(50)의 제 2 산화막(60)을 서로 맞대고서 제 1 어닐링으로 접착하여 단일화된 산화막(70)을 형성하는 상태를 보이고 있으며, 제 1 어닐링은 질소분위기에서 1100∼1300℃의 온도에서 제 1 산화막(40)과 제 2 산화막(60)을 완전하게 접착시켜 산화막(70)으로 전환시키도록 한다.FIG. 5 shows that the
그리고, 도 6은 상기 단계 후에 제 1 실리콘웨이퍼(10)와 불순물영역(20)을 순차적으로 제거하고, 제 2 어닐링을 수행하는 상태를 도시한 도면으로서, 상기 불순물영역(20)의 제거는 HF, CH3COOH 및 H2O2를 혼합한 용액을 사용하여 이루어지고, 이 혼합요약의 비율은 HF : CH3COOH : H2O2= 1 : 1 : 5정도가 적당하고, 이 불순물영역(20)의 제거 후에 스크러버(Scrubber)장비를 사용하여 웨이퍼의 전체표면을 추가 세정하도록 하여 파트클(Particle)의 오염을 방지하게 된다.6 is a diagram illustrating a state in which the
따라서, 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 단결정 SOI웨이퍼 제조방법을 이용하게 되면, 제 1 웨이퍼의 상부면에 실리콘이온을 미리 주입하고, 에피텍셜층 및 제 1 산화막을 형성시킨 후에 또 다른 제 2 웨이퍼상에 제 2 산화막을 형성시켜 제 1 웨이퍼를 반대로 하여 제 1 산화막을 제 2 웨이퍼의 제 2 산화막에 어닐링을 결합하여 제 1 웨이퍼와 불순물영역을 제거하므로 결함이 없는 웨이퍼를 제조하여 불순물의 함유를 억제하므로 수율이 뛰어난 양질의 SOI웨이퍼를 제조하도록 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.Therefore, when the single crystal SOI wafer manufacturing method according to the present invention is used as described above, another second wafer is formed by injecting silicon ions into the upper surface of the first wafer in advance, and forming an epitaxial layer and a first oxide film. A second oxide film is formed on the first wafer, the first wafer is reversed, and the first oxide film is annealed to the second oxide film of the second wafer to remove the first wafer and the impurity region. Thus, a defect free wafer is produced to contain impurities. Inhibition is a very useful and effective invention for producing high quality SOI wafers with excellent yield.
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JPH06275525A (en) * | 1993-03-18 | 1994-09-30 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Soi substrate and manufacture thereof |
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1997
- 1997-12-30 KR KR1019970079358A patent/KR100274072B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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JPH06275525A (en) * | 1993-03-18 | 1994-09-30 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Soi substrate and manufacture thereof |
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