KR100545990B1 - How to remove metal impurities in silicon wafer - Google Patents
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Abstract
실리콘웨이퍼의 반도체 소자 작동 영역에서 금속 불순물을 효율적으로 포획 및 제거할 수 있도록 하기 위하여, 플라즈마 이멀션 이온 주입 방법에 의해 실리콘웨이퍼 내에 수소 이온을 주입하고, 열처리를 통해 형성된 미소 공동에서의 화학 흡착 효과를 이용하여 불순물을 제거하는 것으로 종래의 방법에 비해 낮은 농도의 금속 불순물도 효과적으로 제거할 수 있으며, 수소 이온을 사용하므로 미소 공동 형성이 보다 쉽게 이루어질 뿐만 아니라 종래의 방법에 비해 상대적으로 이온 주입에 의한 손상도 적으며, 수소 이온 주입을 플라즈마 이멀션 이온 주입 방법을 사용하므로 실리콘웨이퍼 전면적에 이온을 주입할 수 있는 특징으로 적은 비용으로 높은 생산성을 가지며, 대구경 웨이퍼에의 적용도 매우 용이하게 된다.In order to efficiently capture and remove metal impurities in the semiconductor device operating region of the silicon wafer, hydrogen ions are implanted into the silicon wafer by the plasma emulsion ion implantation method, and the effect of chemisorption in the microcavity formed through heat treatment By removing the impurities, metal impurities at a lower concentration can be removed more effectively than conventional methods, and micro cavities are more easily formed by using hydrogen ions. Less damage, the hydrogen ion implantation using the plasma emulsion ion implantation method can be implanted ions on the entire surface of the silicon wafer, has a high productivity at a low cost, it is also very easy to apply to large diameter wafers.
수소 이온 주입, 플라즈마 이멀션 이온 주입, 미소 공동, 금속 불순물 제거Hydrogen ion implantation, plasma emulsion ion implantation, microcavity, metal impurities removal
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘웨이퍼 내의 금속 불순물 제거 방법을 개략적으로 도시한 공정도이고,1 is a process diagram schematically showing a method for removing metal impurities in a silicon wafer according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘웨이퍼 내의 금속 불순물 제거 방법에서 미소 공동을 형성하기 위한 이온 주입 공정을 개략적으로 도시한 것이다.2 schematically illustrates an ion implantation process for forming microcavity in the method for removing metal impurities in a silicon wafer according to the present invention.
본 발명은 실리콘웨이퍼 내의 금속 불순물 제거 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘웨이퍼 내에 미소 공동(microcavities)을 형성하여 실리콘웨이퍼 내에 잔류하는 금속 불순물을 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing metal impurities in a silicon wafer, and more particularly, to a method for removing metal impurities remaining in a silicon wafer by forming microcavities in the silicon wafer.
실리콘 단결정 웨이퍼를 이용한 반도체 소자의 전기적 성질은 낮은 농도의 금속 불순물에 의해서 영향을 받을 수 있다. 특히 철, 구리, 니켈 등과 같은 천이 금속 불순물은 매우 낮은 농도에서도 소자의 오동작을 일으킬 수 있으며, 소자 작동 영역에서 제거는 쉽지 않다.Electrical properties of semiconductor devices using silicon single crystal wafers may be affected by low concentrations of metal impurities. In particular, transition metal impurities such as iron, copper, nickel and the like can cause device malfunction even at very low concentrations, and are difficult to remove in the device operating region.
반도체 소자 제조 업체에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 이를 해결하는 일련의 공정을 개발하여 채택하고 있다. 그러나, 반도체 공정에서 최근 금속 배선 물질이 알루미늄에서 구리로 대체됨에 따라 전기도금(electroplating) 과정에 의해 구리 배선을 제작하여야 하므로, 제작 공정에서 오염의 가능성은 더욱 높아지고 있다.Semiconductor device manufacturers have developed and adopted a series of processes to solve these problems. However, as metal wiring materials are recently replaced from aluminum to copper in the semiconductor process, copper wiring must be manufactured by an electroplating process, and thus, the possibility of contamination in the manufacturing process is increased.
따라서, 현재 적용되어지고 있는 금속 불순물 제거 방법은 실리콘웨이퍼 내에서 금속 규화물 석출을 유도하여, 금속 불순물이 움직일 수 있는 온도에서의 열처리를 통해 금속 규화물을 금속 불순물로 성장시키는 것이다.Therefore, currently applied metal impurity removal method is to induce metal silicide precipitation in the silicon wafer, and to grow the metal silicide into metal impurities through heat treatment at a temperature at which the metal impurities can move.
그리고, 금속 규화물 석출을 유도하는 방법은 실리콘 단결정 성장 시 발생하는 결함을 이용하거나, 빔 라인 이온 주입 기술에 의한 헬륨 등의 임의의 불순물을 이온 주입이나 확산을 통해 실리콘웨이퍼 내부에 추가하여 석출을 유도한다. 그리고, 실리콘웨이퍼 뒷면에 물리적인 충격을 가하거나, 폴리실리콘 막을 형성하여 불순물을 제거하기도 한다.In addition, a method of inducing precipitation of metal silicides may be induced by using defects generated during silicon single crystal growth or by adding an impurity such as helium by a beam line ion implantation technique into the silicon wafer through ion implantation or diffusion. do. In addition, a physical impact may be applied to the back side of the silicon wafer, or a polysilicon film may be formed to remove impurities.
그러나, 이러한 종래의 기술은 실리콘웨이퍼 내부 불순물의 고용도 정도에 따라서 제한적인 효과를 기대할 수밖에 없으며, 또한 불순물 석출을 임의의 깊이에서 유도하기 힘든 단점을 가지고 있다.However, such a conventional technique can not only expect a limited effect depending on the degree of solubility of impurities in the silicon wafer, and also has a disadvantage that it is difficult to induce the precipitation of impurities at any depth.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 실리콘웨이퍼의 반도체 소자 작동 영역에서 금속 불순물을 효율적으로 포획 및 제거할 수 있도록 하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to efficiently capture and remove metal impurities in a semiconductor device operating region of a silicon wafer.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘웨이퍼 내의 금속 불순물 제거 방법은, 상기 실리콘웨이퍼 상부에 적정 두께의 산화막을 형성하는 단계와; 실리콘웨이퍼 내의 임의의 깊이에 수소 이온을 이온 주입하는 단계와; 상기 수소 이온이 주입된 실리콘웨이퍼를 어닐링하여 상기 임의의 깊이에 미소 공동을 형성하는 단계와; 상기 이온 주입에 따른 표면 손상을 제거하기 위하여 상기 실리콘웨이퍼를 어닐링하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.Method for removing metal impurities in the silicon wafer of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: forming an oxide film of a suitable thickness on the silicon wafer; Ion implanting hydrogen ions at any depth in the silicon wafer; Annealing the silicon wafer implanted with hydrogen ions to form a microcavity at the predetermined depth; And annealing the silicon wafer to remove surface damage due to the ion implantation.
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상기에서 수소 이온의 이온 주입은 플라즈마 이멀션 이온 주입 방법에 의해 시행하는 것이 바람직하며, 상기 플라즈마 이멀션 이온 주입 방법에 의한 상기 수소 이온 주입량은 1E15/cm2 내지 1E17/cm2이 되도록 하는 것이 바람직하다.Preferably, the ion implantation of hydrogen ions is performed by a plasma emulsion ion implantation method, and the amount of hydrogen ion implantation by the plasma emulsion ion implantation method is preferably 1E15 / cm 2 to 1E17 / cm 2. Do.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘웨이퍼 내의 금속 불순물 제거 방법을 개략적으로 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실리콘웨이퍼 내의 금속 불순물 제거 방법에서 미소 공동을 형성하기 위한 이온 주입 공정을 개략적으로 도시한 것이다.1 is a process diagram schematically illustrating a method for removing metal impurities in a silicon wafer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an ion implantation process for forming a microcavity in a method for removing metal impurities in a silicon wafer according to the present invention. It is shown schematically.
먼저 도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 소자 형성을 위한 실리콘웨이퍼(W)에 불순물 제거를 위한 미소 공동의 형성이 보다 쉽게 이루어지며 이온 주입에 의한 손상(damage)이 상대적으로 적은 수소 이온을 이온 주입하여, 실리콘웨이퍼(W) 내의 임의의 깊이에 수소 이온 주입층(12)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1, the formation of a microcavity for removing impurities in a silicon wafer (W) for forming a semiconductor device is more easily performed, and ion implantation of hydrogen ions having relatively little damage by ion implantation is performed. Thus, the hydrogen
이때, 실리콘웨이퍼(W) 내로의 수소 이온 주입은 플라즈마 이멀션(plasma immersion) 이온 주입 방법을 이용한다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 통상의 이온빔을 이용한 이온 주입 방법과는 달리 실리콘웨이퍼(W) 전체를 플라즈마 소스(1) 인 수소 플라즈마 내부에 위치시킨 다음, 플라즈마 내의 수소 이온(2)과 실리콘웨이퍼(W)의 전위 차로 인해 가속된 수소 이온을 실리콘웨이퍼(W) 내의 임의의 깊이에 주입한다. 따라서, 플라즈마 이멀션 이온 주입 방법을 통해 실리콘웨이퍼(W) 내의 임의의 깊이에 주입하기 위하여 수소 이온을 실리콘웨이퍼 전면적에 걸쳐 이온 주입할 수 있으므로 대구경 웨이퍼에의 적용도 쉽게 할 수 있게 된다.At this time, hydrogen ion implantation into the silicon wafer W uses a plasma immersion ion implantation method. That is, as shown in Figure 2, unlike the ion implantation method using a conventional ion beam, the entire silicon wafer (W) is located inside the hydrogen plasma as the
그리고, 플라즈마 이멀션 수소 이온 주입 과정에서 수소 이온에 의한 표면의 스퍼터링 현상, 금속 오염 및 채널링 현상을 방지하기 위하여 실리콘웨이퍼(W) 표면에 소정 두께의 산화막(11)을 형성하는 것이 바람직하다.In addition, in order to prevent sputtering, metal contamination, and channeling of the surface by the hydrogen ions in the plasma emulsion hydrogen ion implantation process, it is preferable to form an
또한, 플라즈마 이멀션 수소 이온 주입 방법에 의해 실리콘웨이퍼(W)로 주입되는 수소 이온 주입량은 1E15/cm2 내지 1E17/cm2로 하는 것이 바람직하며, 이온 주입시 소모되는 에너지는 일 예로, 산화막(11) 내에서 8.8nm/KeV, 실리콘웨이퍼(W) 내에서 8.7nm/KeV로 플라즈마 내의 수소 이온과 실리콘웨이퍼(W)의 전위 차를 조정하여 실리콘웨이퍼(W) 내의 임의의 깊이에 수소 이온이 주입되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the amount of hydrogen ions implanted into the silicon wafer W by the plasma emulsion hydrogen ion implantation method is preferably 1E15 / cm 2 to 1E17 / cm 2 , and energy consumed during ion implantation is, for example, an oxide film ( 11) The potential difference between the hydrogen ions in the plasma and the silicon wafer (W) is adjusted to 8.8 nm / KeV in the silicon wafer (W) and 8.7 nm / KeV in the silicon wafer (W), thereby allowing hydrogen ions to It is desirable to allow injection.
이후, 임의의 깊이에 수소 이온 주입층(12)이 형성된 실리콘웨이퍼(W)를 불활성 가스 분위기에서 어닐링(annealing)하여 수소 이온 주입층이 형성된 실리콘웨이퍼(W)의 임의의 깊이에서 댕글링 본드(dangling bonds)(14)를 가지는 미소 공동(12a)을 형성한다.Thereafter, the silicon wafer W having the hydrogen
즉, 실리콘웨이퍼(W)를 금속 불순물이 움직일 수 있는 온도, 바람직하게는 300℃ 내지 800℃ 정도의 온도에서 어닐링하면, 실리콘웨이퍼(W) 표면 및 실리콘웨이퍼 내부의 천이 금속 불순물(13)들이 확산되어 수소 이온 주입에 따라 형성된 수소 이온 주입층의 결함에 화학적으로 흡착되어 다수의 댕글링 본드(14)를 가지는 미소 공동(12a)을 형성하게 된다. 따라서, 실리콘웨이퍼(W)의 표면에서 수소 이온 주입층(12)이 형성된 임의의 깊이까지는 금속 불순물(13)이 제거된 손상이 없는 영역(denuded zone)(DZ)이 형성되어 반도체 소자 형성을 위한 활성 영역을 형성하게 된다.That is, when the silicon wafer W is annealed at a temperature at which the metal impurities can move, preferably at a temperature of about 300 ° C. to 800 ° C., the
그리고, 수소 이온 주입과 어닐링에 의한 금속 불순물 제거 이후, 수소 이온 주입으로 인해 실리콘웨이퍼 표면에 전위(dislocation) 등의 손상이 발생한 경우에는 실리콘웨이퍼(W)를 고온, 바람직하게는 1000℃ 이상의 온도에서 어닐링하여 전위 등의 표면 손상을 제거하여 준다.After the removal of metal impurities by hydrogen ion implantation and annealing, when damage such as dislocation occurs on the surface of the silicon wafer due to hydrogen ion implantation, the silicon wafer W is heated at a high temperature, preferably 1000 ° C. or more. Annealing removes surface damage such as dislocations.
이와 같이 본 발명은 플라즈마 이멀션 이온 주입 방법에 의해 실리콘웨이퍼 내에 수소 이온을 주입하고, 열처리를 통해 형성된 미소 공동에서의 화학 흡착 효과를 이용하여 불순물을 제거하는 것으로 종래의 방법에 비해 낮은 농도의 금속 불순물도 효과적으로 제거할 수 있으며, 수소 이온을 사용하므로 미소 공동 형성이 보다 쉽게 이루어질 뿐만 아니라 종래의 방법에 비해 상대적으로 이온 주입에 의한 손상도 적으며, 수소 이온 주입을 플라즈마 이멀션 이온 주입 방법을 사용하므로 실리콘웨이퍼 전면적에 이온을 주입할 수 있는 특징으로 적은 비용으로 높은 생산성을 가지며, 대구경 웨이퍼에의 적용도 매우 용이하게 된다. As described above, the present invention is to inject hydrogen ions into the silicon wafer by the plasma emulsion ion implantation method, and to remove impurities using the chemical adsorption effect in the microcavity formed through heat treatment. Impurities can be effectively removed, and the use of hydrogen ions makes microcavity formation easier and less damage by ion implantation compared to conventional methods, and hydrogen ion implantation uses plasma emulsion ion implantation. Therefore, it is possible to inject ions into the entire area of the silicon wafer, which has high productivity at a low cost, and is very easy to apply to large diameter wafers.
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