KR100786521B1 - 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법, 이 방법을 이용한실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조방법 및 이 방법에 의해제조된 실리콘 에피택셜 웨이퍼 - Google Patents

실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법, 이 방법을 이용한실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조방법 및 이 방법에 의해제조된 실리콘 에피택셜 웨이퍼 Download PDF

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배소익
임홍강
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Abstract

본 발명은 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법, 이 방법을 이용한 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 개시한다. 본 발명에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼 세정 방법은, 단결정의 배어(bare) 실리콘 기판 상에 실리콘 박막을 에피 성장시킨 후 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시 세정하는 단계; 및 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 습식 세정하는 단계;를 포함한다. 또한 본 발명은 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 품질을 향상시키기 위해 실리콘 박막의 에피 성장 공정을 진행하기 전에 배어 실리콘 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실리콘 박막의 에피 성장 이후의 각종 웨이퍼 가공 공정에서 미세 파티클이 부착되는 것을 방지할 수 있고, 에피 성장 과정에서 실리콘 박막의 표면에 부착된 미세 파티클을 제거할 수 있다. 따라서 RCA 세정 공정을 진행하더라도 피트가 발생되는 것을 방지할 수 있고 파티클의 오염 레벨이 현저하게 낮은 고품질의 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있다.
실리콘 에피택셜 웨이퍼, 오존수 세정, RCA, SC-1, SC-2

Description

실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법, 이 방법을 이용한 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 실리콘 에피택셜 웨이퍼{Method for cleaning silicon epitaxial wafer, Method for manufacturing silicon epitaxial wafer using the same and Wafer manufactured by the method}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 일반적인 제조 과정을 도시한 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 과정을 순차적으로 도시한 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 오존수 세정 단계에서 이용되는 오존수 세정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 2의 S120 단계에서 에피택셜 웨이퍼의 오존수 침지 시간과 에피 성장된 실리콘 박막의 표면에 형성되는 실리콘 산화막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 에피택셜 웨이퍼의 에피 성장 직후 오존수 세정을 통해 실리콘 산화막을 형성한 경우와 그렇지 않은 경우의 웨이퍼 표면 접촉각을 측정한 결과를 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 에피택셜 웨이퍼의 에피 성장 직후 오존수 세정을 통해 실리콘 산화막을 형성하는 경우 오존수 침지 시간에 따른 웨이퍼 표면의 접촉각 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라 실리콘 박막의 에피 성장 직후 오존수 세정을 통해 에피택셜 웨이퍼를 친수화 처리한 경우(실시예)와, 종래와 같이 실리콘 박막의 에피 성장 직후 에피택셜 웨이퍼를 친수화 처리하지 않은 경우(비교예) 각각에 대하여 실리콘 박막 표면의 표면 거칠기를 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따라 실리콘 박막의 에피 성장 직후 오존수 세정을 통해 친수화 처리를 시행한 웨이퍼(실시예)와, 종래와 같이 실리콘 박막의 에피 성장 직후 친수화 처리를 시행하지 않은 웨이퍼(비교예)를 클린룸의 분위기에 노출시킨 후 시간이 경과함에 따라 웨이퍼 표면에 흡착되는 0.12um 이상의 파티클 수를 카운팅하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 참조번호>
10 ..... 세정조
20 ..... 순환펌프
30 ..... 냉각기
40 ..... 오존 접촉기
50 ..... 댐퍼
60 ..... 버블 제거기
70 ..... 필터
80 ..... 실리콘 에피택셜 웨이퍼
본 발명은 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 오존수에 의한 웨이퍼 표면의 친수화 처리 단계를 포함하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법, 이 방법을 이용한 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 실리콘 에피택셜 웨이퍼에 대한 것이다.
실리콘 에피택셜 웨이퍼(Silicon epitaxial wafer; 이하, '에피택셜 웨이퍼'라고 약칭하기로 함)는 수소 분위기하에서 실리콘 단결정 박막을 단결정으로 이루어진 배어(bare) 실리콘 웨이퍼의 주표면 상에 에피택시얼하게 성장시켜 제조한다.
도 1은 에피택셜 웨이퍼의 일반적인 제조 과정을 도시한 공정 순서도이다. 도면을 참조하면, S10 단계에서 FZ법(Floating Zone법), CZ(Czochralski)법 등에 의해 제조된 단결정의 배어 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치의 반응 챔버에 반입한다. 그런 다음, S20 단계에서 상기 반응 챔버 내로 반응 가스를 도입하여 실리콘 웨이퍼의 주 표면 상에 소망하는 두께의 실리콘 박막을 에피택셜하게 성장(이하, '에피 성장'이라고 함)시킨 후 에피택셜 기상 성장 장치의 외부로 에피 성 장이 완료된 웨이퍼를 반출시킨다. 상기 반응가스는 실리콘 소스 가스와 불순물 소스 가스를 포함한다. 상기 실리콘 소스 가스로는 SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl 및 SiH4 중 적어도 하나 이상의 가스를 사용하고, 상기 불순물 소스 가스로는 B2H6 및/또는 PH3 가스를 사용한다.
이어서 S30 단계에서는 에피택셜 웨이퍼의 실리콘 박막 두께, 평탄도 등의 물성 검사와 외관 검사를 시행한다. S30 단계의 물성 및 외관 검사에 합격한 웨이퍼에 대해서는 S40 단계에서 SC-1 세정 및 SC-2 세정을 포함하는 RCA 세정을 시행한다.
여기서, SC-1은 암모니아수, 과산화수소 및 초순수(DI water)의 혼합액을 사용하여 75 ~ 90도 정도의 온도에서 진행하는 세정공정으로서, 과산화수소에 의한 웨이퍼 표면의 산화와 암모니아수에 의한 웨이퍼 표면의 미세 에칭을 동시 반복적으로 진행하여 웨이퍼 표면으로부터 유기 오염물과 금속 불순물(Au, Ag, Cu, Ni, Cd, Zn, Co, Cr 등)을 제거하는 세정공정이다. 그리고 SC-2는 염산, 과산화수소 및 초순수의 혼합액을 사용하여 75 ~ 85도 정도의 온도에서 진행하는 세정공정으로서, 알칼리 이온(Al3+, Fe3+, Mg2+), Al(OH)3, Fe(OH)3, Mg(OH)2, Zn(OH)2 등의 수산화 물질, 그리고 SC-1에서 제거되지 않은 잔존 오염물을 제거하는 세정공정이다.
그런데 에피택셜 웨이퍼의 표면에 성장된 실리콘 박막의 표면은 공기 중에 부유하는 금속 파티클이나 유기 오염물을 끌어당기는 소수성 표면을 갖는다. 따라 서 에피택셜 기상 성장 장치에서 웨이퍼가 반출되는 과정, 반출된 에피택셜 웨이퍼가 물성 및 외관 검사 장비로 이송되는 과정, 물성 및 외관 검사가 진행되는 과정 등에서 공기 중에 부유하는 금속 파티클이나 유기 오염물이 에피택셜 웨이퍼의 표면에 부착될 수 있다. 특히 에피택셜 웨이퍼의 표면에 금속 파티클이 부착되면 SC-1 세정을 행하는 과정에서 세정액 속에 포함된 암모니아수에 의해 금속 파티클의 부착 지점이 과도하게 에칭되어 피트(Pit)가 유발되어 웨이퍼의 품질이 저하된다. 따라서 에피택셜 웨이퍼는 에피 성장 직후 웨이퍼의 표면을 친수화 처리하여 공기 중에 부유하는 미세 파티클이 웨이퍼의 표면에 부착되는 것을 방지함과 동시에, 에피택셜 웨이퍼가 에피택셜 기상 성장 장치에서 반출된 직후 웨이퍼의 표면에 부착된 미세 파티클을 세정하여 후속으로 진행되는 RCA 세정 공정에서 피트 발생에 의한 웨이퍼의 품질 저하를 효과적으로 방지할 필요성이 있다.
일본 특개평 2002-338390은 에피택셜 웨이퍼의 에피 성장 직후 웨이퍼의 표면을 오존 가스에 노출시켜 웨이퍼의 표면에 실리콘 산화막을 형성함으로써 에피택셜 웨이퍼의 표면을 친수화 처리하는 방법을 개시하고 있다. 하지만 이 방법은 에피택셜 웨이퍼의 친수화 처리에 의해 미세 파티클의 부착을 방지할 수 있는 장점은 있지만, 에피택셜 기상 성장 장치 내에서 실리콘 박막에 정전기적으로 부착된 미세 파티클은 제거할 수 없는 문제가 있다. 오존 가스는 유체 견인력이 크지 않으므로 웨이퍼 표면이 오존 가스에 노출되더라도 정전기력에 의해 미세 파티클이 실리콘 박막 상부 표면에 부착된 상태에서 실리콘 산화막이 형성되기 때문이다. 또한 오존 가스가 에피택셜 웨이퍼의 전면으로 도입되는 공정의 특성 상 웨이퍼의 배면에 부 착된 미세 파티클의 제거는 실질적으로 이루어지지 않는 한계가 있다. 에피택셜 웨이퍼의 배면에 존재하는 미세 파티클은 파티클 오염원으로 작용하므로 적어도 RCA 세정 공정을 진행하기 전에 반드시 제거되어야 할 필요성이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 에피택셜 웨이퍼의 제조 과정 중 실리콘 박막 성장이 완료된 직후 실리콘 박막의 친수화 처리를 통해 미세 파티클의 부착을 방지함과 동시에 실리콘 박막의 표면과 에피택셜 웨이퍼의 배면에 존재하는 미세 파티클을 세정함으로써 RCA 세정 공정에서 피트를 유발하는 파티클 오염원을 제거하여 웨이퍼의 품질을 향상시킬 수 있는 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법, 이 방법을 이용한 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼 세정 방법은, 단결정의 배어 실리콘 기판을 에피택셜 기상 성장 장치에 반입하여 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 박막을 에피 성장시킨 후 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 세정하는 방법으로서, (a) 실리콘 박막의 성장 직후 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; 및 (b) 에피택셜 웨이퍼를 습식 세정하는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 (b) 단계 이후에, 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시키는 단계;를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 오존수에 초음파를 인가한다. 더욱 바람직하게는, 상기 오존수에 메가소닉(Megasonic)을 인가한다.
본 발명에 있어서, 상기 습식 세정을 시행하는 단계는 SC-1 세정을 시행한 후 SC-2 세정을 시행하는 단계이다.
본 발명에 따르면, 상기 오존수의 오존농도는 1 ~ 20 ppm이고, 온도는 10 ~ 30 도이고, 침지시간은 1 ~ 10 분이고, 오존수의 유속은 20 ~ 25 L(litter)/min인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계와 (b) 단계 사이에, 실리콘 박막의 물성을 평가하고 외관을 검사하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법은, 단결정의 배어 실리콘 웨이퍼를 이용하여 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 과정에서 시행하는 세정 방법으로서, (a) 배어 실리콘 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; (b) 오존수 세정이 이루어진 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치에 반입하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 수소 열처리하는 단계; (c) 열처리된 실리콘 웨이퍼의 전면에 소망하는 두께의 실리콘 박막을 에피 성장시키는 단계; (d) 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치의 외부로 반출시킨 후, 흐르는 오존수에 에피택셜 웨이퍼를 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; 및 (e) 오존수 세정이 이루어진 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 습식 세정하는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 (e) 단계 이후에, 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존 수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시 세정하는 단계를 더 포함하고, 상기 (e) 단계는 RCA 세정을 시행하는 단계이다.
상술한 본 발명의 다른 측면에 있어서, 상기 오존수에는 초음파, 바람직하게는 메가소닉이 인가될 수 있다. 그리고 웨이퍼의 세정에 사용되는 오존수의 오존농도는 1 ~ 20ppm이고, 온도는 10 ~ 30도이고, 침지시간은 1 ~ 10분이고, 오존수의 유속은 20 ~ 25 L/min인 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 (d) 단계와 (e) 단계 사이에, 실리콘 박막의 물성을 평가하고 외관을 검사하는 단계를 더 포함하고, 상기 (a) 단계 전에, 배어 실리콘 웨이퍼를 RCA 세정하는 단계를 더 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼 제조 방법은, (a) 단결정의 배어 실리콘 웨이퍼를 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; (b) 오존수 세정이 이루어진 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치에 반입하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 수소 열처리하는 단계; (c) 열처리된 실리콘 웨이퍼의 전면에 소망하는 두께의 실리콘 박막을 에피 성장시키는 단계; (d) 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치의 외부로 반출시킨 후, 흐르는 오존수에 웨이퍼를 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; (e) 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 특성과 외관을 검사하는 단계; (f) 검사가 완료된 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; 및 (g) 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 건조시켜 캐리어에 수납한 후 패키징하는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계를 진행하기 전에, 배어 실리콘 웨이퍼를 RCA 세정하는 단계를 더 포함하고, 상기 (e) 단계와 (f) 단계 사이에, 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 RCA 세정하는 단계를 더 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정 순서도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 S100 단계에서 단결정의 배어 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치의 반응 챔버에 반입한다. 그런 다음 S110 단계에서 웨이퍼 표면에 실리콘 박막을 에피택셜하게 성장시킨 후 에피택셜 웨이퍼를 외부로 반출시킨다. 이 때 에피 성장된 실리콘 박막의 표면은 미세 파티클이 부착되기 쉬운 소수성을 띤다. 이어서 S120 단계에서 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 에피택셜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정한다. 그러면 오존수의 산화력에 의해 에 피택셜 웨이퍼의 실리콘 박막에 화학적 실리콘 산화막이 형성됨과 동시에, 오존수의 흐름에 의한 유체 마찰로 에피 성장된 실리콘 박막의 표면 및 에피택셜 웨이퍼 배면에 부착된 실리콘계 파티클, 금속 파티클 등의 미세 파티클이 제거되고 오존의 산화력에 의해 유기 오염물이 제거된다.
도 3은 S120 단계의 오존수 세정 과정에서 사용되는 오존수 세정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 오존수 세정 장치는, 실리콘 에피택셜 웨이퍼(80)가 침지되는 오존수가 수용되어 있는 세정조(10)와, 상기 세정조(10)를 순환하는 순환배관의 일 측에 설치되어 초순수에 오존을 용존시켜 오존수를 생성하는 오존 접촉기(40)와, 상기 오존 접촉기(40)에서 초순수에 용존하지 않은 오존 가스와 순환하는 순환배관 내의 잔존 가스를 제거하여 상기 세정조(10)로 오존수만을 공급해 주는 버블 제거기(60)를 포함한다.
또한, 상기 오존수 세정 장치는, 상기 순환배관에 흐르는 오존수의 온도를 일정하게 유지시키는 냉각기(30)와, 순환배관의 일 측에 설치되어 순환배관을 따라 오존수를 순환시키는 순환펌프(20)와, 상기 세정조(10)에 공급되는 오존수의 맥동을 제어하고 오존수의 유량을 일정하게 유지시켜주는 댐퍼(50)와, 상기 순환배관을 순환하는 오존수를 여과하여 세정조(10)에 공급하는 필터(70)를 포함한다.
본 발명에 따른 오존수 세정(S120 단계)은 상술한 오존수 세정 장치를 이용하여 시행된다. 따라서 오존수 세정이 시행될 때에는 세정조(10)에 에피택셜 웨이퍼를 완전히 침지시킨 상태에서 일정한 유속으로 순환하는 오존수에 의해 웨이퍼 전면과 배면을 동시에 세정한다.
이렇게 S120 단계가 진행되면, 에피택셜 웨이퍼의 실리콘 박막 표면은 친수화 처리되어 후속 공정에서 미세 파티클이 부착되는 것을 방지할 수 있는 것은 물론이고, 에피택셜 기상 성장 공정이 진행되는 과정에서 실리콘 박막 표면과 웨이퍼 배면에 부착된 미세 파티클과 유기 오염물을 동시에 제거함으로써 웨이퍼의 파티클 오염 레벨을 적정하게 유지할 수 있다.
바람직하게, 상기 오존수의 오존 농도는 1 내지 20 ppm이고, 온도는 10 내지 30 도이고, 실리콘 웨이퍼의 침지 시간은 1 내지 10 분, 오존수의 유속은 20 내지 25 cm/s이다. 오존수의 오존 농도가 1 ppm 미만이면 소망하는 세정 효과를 거둘 수 없고, 오존 농도가 20 ppm을 초과하면 오존 농도 증가 대비 세정 효과의 증가가 크지 않다. 그리고 오존수의 온도가 10 도 미만이면 오존의 활성도가 저하되어 세정 효과가 떨어지고 오존수의 온도가 30 도를 넘으면 오존의 농도가 감소되어 세정 효과가 떨어진다. 또한 실리콘 웨이퍼의 침지 시간이 1 분 이하이면 소망하는 세정 효과를 얻을 수 없고 침지 시간이 10 분을 초과하면 세정이 거의 완료되므로 10분을 넘게 침지 시간을 유지하는 것은 쓰루풋(throughput)의 관점에서 바람직하지 않다. 나아가 오존수의 유속이 20 L/min 이하이면 세정 효과가 크지 않고 오존수의 유속이 25 L/min 이상이면 유속이 증가되더라도 세정 효과가 포화된다.
바람직하게, S120 단계에서 오존수에는 초음파를 인가한다. 더욱 바람직하게, 오존수에는 고주파 초음파인 메가소닉(Megasonic)을 인가한다. 메가소닉을 인가하면, 에피 성장된 실리콘 박막 표면과 웨이퍼의 배면에 흡착된 미세 파티클을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 메가소닉은 일반 초음파와 달리 캐비테이션(Cavitation) 효과가 없어 웨이퍼에 물리적 영향이 거의 없는 장점이 있다. 바람직하게, 메가소닉은 1 MHz 이상의 고주파 초음파를 사용한다.
S120 단계를 진행한 후, S130 단계에서는 실리콘 박막의 두께와 평탄도 등의 박막 특성과 외관을 검사한다. 이 때 금속 파티클이나 실리콘계 파티클이 S120 단계의 진행을 통해 실리콘 박막에 형성된 실리콘 산화막에 부착될 수 있다. 하지만 파티클과 실리콘 산화막 사이의 부착력은 약하기 때문에 후속하는 세정 공정에서 용이한 제거가 가능하다.
S130 단계의 웨이퍼 검사가 완료된 다음, S140 단계에서는 에피택셜 웨이퍼를 습식 세정한다. 바람직하게, 에피택셜 웨이퍼는 RCA 세정 공정을 이용하여 세정한다. 즉 먼저 SC-1 세정을 행하고, 이어서 SC-2 세정을 행한다. SC-1 세정을 행하면, 에피택셜 웨이퍼의 표면으로부터 유기 오염물과 금속 불순물(Au, Ag, Cu, Ni, Cd, Zn, Co, Cr 등)을 동시에 제거할 수 있다. 그리고 SC-2 세정을 행하면, 알칼리 이온(Al3+, Fe3+, Mg2+), Al(OH)3, Fe(OH)3, Mg(OH)2, Zn(OH)2 등의 수산화 물질, 그리고 SC-1 세정에서 제거되지 않은 잔존 오염물을 제거할 수 있다. 바람직하게, SC-1 세정 및 SC-2 세정을 행한 후에는 초순수를 이용하여 에피택셜 웨이퍼를 린싱한다.
한편 SC-1 세정이 진행될 때 에피택셜 웨이퍼의 표면에 금속 파티클이 존재하면 SC-1 세정액 내에 포함된 암모니아수에 의해 금속 파티클이 존재하는 부분이 과도하게 식각되어 피트가 발생될 수 있다. 하지만 S120 단계의 진행을 통해 에피 택셜 웨이퍼의 상부에는 실리콘 산화막이 형성되어 있으므로 실리콘 박막과 금속 파티클이 직접적으로 접촉하지 않는다. 그리고 실리콘 산화막과 금속 파티클의 부착력은 약하기 때문에 SC-1 세정의 초기단계에서 금속 파트클이 리프트 업되어 제거된다. 따라서 에피택셜 웨이퍼의 표면에 피트가 발생되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
S140 단계에서 RCA 세정이 시행되면, 세정액 속에 포함된 과산화수소의 산화 작용에 의해 에피 성장된 실리콘 박막의 표면에 화학적 실리콘 산화막이 형성된다. 따라서 실리콘 박막의 표면은 친수성을 갖지만, SC-2 세정이 진행될 때 세정액에 포함된 염산에 의해 오염물이 제거되는 과정에서 실리콘 산화막의 품질이 저하된다.
따라서 S150 단계에서는 RCA 세정된 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 다시 한번 침지시켜 오존수 세정을 시행한다. 이 때 오존수의 세정 조건은 S120 단계와 실질적으로 동일하다. 그러면 오존수의 산화력에 의해 에피 성장된 실리콘 박막 위에 실리콘 산화막이 추가적으로 미세하게 성막됨으로써 실리콘 박막의 친수성이 강화됨과 동시에 실리콘 산화막의 표면 거칠기도 개선되어 산화막의 품질이 개선된다. 그 결과 미세 파티클의 흡착이 어려운 안정된 친수성 표면을 에피택셜 웨이퍼에 형성할 수 있다. 또한 오존수의 강한 산화력에 의해 에피택셜 웨이퍼의 표면에 잔류하는 미세량의 화학물질(RCA에서 사용된 화학물질)을 제거함으로써 웨이퍼의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
S150 단계의 오존수 세정이 완료되면, 초순수에 의해 에피택셜 웨이퍼를 린 싱한 후 건조시킨다. 그런 다음 웨이퍼 캐리어에 패키징하여 제품으로 출하하면, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 과정이 완료된다.
한편 도 2에는 상세하게 도시하지 않았지만, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 품질을 더욱 향상시키기 위해, 배어 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치에 반입하기 전에 오존수 세정을 추가적으로 시행할 수 있다.
즉 먼저 배어 실리콘 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어로부터 인출한 후 RCA 습식 세정을 시행한다. RCA 습식 세정을 행하면, 배어 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착된 각종 미세 파티클을 효과적으로 제거할 수 있다. 아울러 RCA 세정에 사용되는 세정액에는 과산화수소가 포함되어 있으므로, RCA 세정이 종료되면 배어 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 산화막이 형성된다. 이에 따라 웨이퍼의 표면은 어느 정도 친수화 처리가 이루어진다. 하지만 RCA 세정에서 사용되는 강산 및 강염기에 의해 실리콘 산화막의 품질이 열화되므로, 배어 실리콘 웨이퍼 표면의 친수화도는 그리 높지 않은 상태이다.
따라서 RCA 세정이 완료된 다음 배어 실리콘 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼 전면과 배면을 동시에 세정한다. 그러면 배어 실리콘 웨이퍼의 전체 면에 화학적 실리콘 산화막이 추가적으로 미세하게 성막되어 웨이퍼 표면의 친수화도가 더욱 증진된다. 상기 오존수 세정 과정에서 적용되는 공정 조건은 상술한 S120 단계와 실질적으로 동일하다.
그러고 나서 오존수 세정이 완료된 배어 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치에 반입하여 웨이퍼를 서셉터에 고정시키고, 수소 분위기에서 열처리를 수 행한다. 그러면 배어 실리콘 웨이퍼 전면에 형성된 화학적 실리콘 산화막이 제거되어 실리콘 웨이퍼의 표면이 노출된다. 따라서 후속 공정에서 실리콘 웨이퍼 전면에 실리콘 박막을 에피 성장시킬 수 있게 된다.
한편 수소 열처리가 수행되는 과정에서 배어 실리콘 웨이퍼의 배면과 서셉터 사이로 수소 가스가 침투되어 표면에 형성되어 있는 실리콘 산화막이 국부적으로 에칭된다. 그런데, 배어 실리콘 웨이퍼의 배면에는 RCA 세정 과정에서 형성된 실리콘 산화막과 오존수 세정시 형성된 실리콘 산화막이 함께 형성되어 있는 상태이다. 그리고 배어 실리콘 웨이퍼의 전면에 비해 배면으로 공급되는 수소 가스의 유량은 크지 않고 수소 열처리 시간은 배어 실리콘 웨이퍼 전면의 실리콘 산화막을 에칭하기에 적합하게 설정되므로 수소 열처리 과정에서 배어 실리콘 웨이퍼 배면에 형성된 실리콘 산화막이 에칭되더라도 전체 두께가 모두 에칭되지는 않는다. 따라서 실리콘 박막의 에피택셜 성장이 진행되는 과정에서 배어 실리콘 웨이퍼의 배면에 미세 파티클이 부착되는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 웨이퍼 배면이 미세 파트클의 오염원으로 작용하는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.
<실험예>
도 4는 도 2의 S120 단계에서 에피택셜 웨이퍼의 오존수 침지 시간과 에피 성장된 실리콘 박막의 표면에 형성되는 실리콘 산화막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다. 도면을 참조하면, 실리콘 산화막의 두께는 시간이 경과함에 따라 포화(saturation)되며, 실리콘 산화막의 두께는 1 내지 1.5nm임을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 에피택셜 웨이퍼의 에피 성장 직 후 오존수 세정을 통해 실리콘 산화막을 형성한 경우와 그렇지 않은 경우의 웨이퍼 표면 접촉각을 측정한 결과를 비교한 그래프이다. 도면에서, 비교예1은 실리콘 박막의 에피 성장 직후 친수화 처리를 하지 않은 에피택셜 웨이퍼의 접촉각을 측정한 경우이고, 비교예2는 SC-1 세정으로 과산화수소의 산화 작용에 의해 실리콘 산화막이 형성된 에피택셜 웨이퍼의 접촉각을 측정한 경우이고, 실시예는 실리콘 박막의 에피 성장 직 후 오존수 세정에 의한 친수화 처리를 시행하여 표면에 실리콘 산화막을 형성한 에피택셜 웨이퍼의 접촉각을 측정한 경우이다.
도면에 도시된 바와 같이, 친수화 처리를 하지 않은 에피택셜 웨이퍼(비교예1)의 접촉각은 45도 정도로서 에피 성장된 실리콘 박막은 소수성 상태의 표면을 갖고 있고, SC-1 세정이 이루어진 에피택셜 웨이퍼(비교예2)는 접촉각이 3 내지 5도로서 친수성 표면을 가지고 있음을 확인할 수 있다. 그런데 본 발명에 따라 오존수 세정을 한 에피택셜 웨이퍼(실시예)는 접촉각이 현저하게 낮아 비교예2에 따른 에피택셜 웨이퍼보다도 실리콘 박막의 친수성이 현저하게 우수하다는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 에피택셜 웨이퍼의 에피 성장 직 후 오존수 세정을 통해 실리콘 산화막을 형성하는 과정에서 오존수 침지 시간에 따른 접촉각 변화를 나타낸 그래프이다.
도면을 참조하면, 에피택셜 웨이퍼의 접촉각은 오존수 침지 시간이 대략 1분이 경과되는 시점에서 갑자기 낮아졌다가 10분이 경과될 때까지 서서히 낮아지는데 대략 5분이 경과되는 시점부터 접촉각의 감소는 눈에 띠지 않는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따라 실리콘 박막의 에피 성장 직후 오존수 세정을 통해 에피택셜 웨이퍼를 친수화 처리한 경우(실시예)와, 종래와 같이 실리콘 박막의 에피 성장 직후 에피택셜 웨이퍼를 친수화 처리하지 않은 경우(비교예) 각각에 대하여 실리콘 박막 표면의 표면 거칠기를 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도면을 참고하면, 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼의 표면 거칠기(0.68Å)가 비교예에 따른 에피택셜 웨이퍼의 표면 거칠기(0.80Å)보다 그 값이 낮으므로, 실리콘 박막의 에피 성장 직후 오존수 세정을 시행하면 표면 거칠기 또한 개선할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따라 실리콘 박막의 에피 성장 직후 오존수 세정을 통해 친수화 처리를 시행한 웨이퍼(실시예)와, 종래와 같이 실리콘 박막의 에피 성장 직후 친수화 처리를 시행하지 않은 웨이퍼(비교예)를 클린룸의 분위기에 노출시킨 후 시간이 경과함에 따라 웨이퍼 표면에 흡착되는 0.12um 이상의 파티클 수를 카운팅하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도면을 참조하면, 친수화 처리를 시행하지 않은 웨이퍼(비교예)는 시간이 경과됨에 따라 파티클의 수가 증가하였다. 이에 반해, 친수화 처리를 시행한 웨이퍼(실시예)는 방치시간에 상관없이 파티클의 수가 거의 증가하지 않았다. 이로써 실리콘 박막의 에피 성장 직후 오존수 세정에 의해 실리콘 박막의 표면에 실리콘 산화막을 형성하면 파티클의 흡착을 효과적으로 방지할 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 실리콘 박막의 에피 성장 직후 오존수 세정을 통해 박막 표면의 친수화 처리를 시행함으로써 에피 성장 이후의 각종 웨이퍼 가공 공정에서 미세 파티클이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 오존수의 유체 견인력에 의해 에피 성장 과정에서 실리콘 박막의 표면에 부착된 미세 파티클을 제거할 수 있다. 또한 오존수 세정을 통해 에피택셜 웨이퍼의 배면을 세정함으로써 종래에 문제시되던 파티클 오염원을 제거할 수 있다. 이러한 미세 파티클의 부착 방지를 통해, RCA 세정 공정에서 금속 파티클에 의해 피트가 발생되는 것을 방지할 수 있고, 파티클의 오염 레벨이 현저하게 낮은 고품질의 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있다. 그리고 RCA 세정 공정 이후에 다시 한 번 오존수 세정을 시행함으로써 에피택셜 웨이퍼의 표면에 형성된 실리콘 산화막의 친수성을 강화시키고 표면 거칠기를 더욱 개선할 수 있다.

Claims (22)

  1. 단결정의 배어 실리콘 기판을 에피택셜 기상 성장 장치에 반입하여 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 박막을 에피 성장시킨 후 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 세정하는 방법에 있어서,
    (a) 실리콘 박막의 성장 직후 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; 및
    (b) 에피택셜 웨이퍼를 습식 세정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 이후에,
    에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 오존수에 초음파를 인가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 초음파는 메가소닉인 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세 정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 SC-1 세정을 시행한 후 SC-2 세정을 시행하는 단계임을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 오존수의 오존농도는 1 ~ 20ppm이고, 온도는 10 ~ 30도이고, 침지시간은 1 ~ 10분이고, 오존수의 유속은 20 ~ 25 L(litter)/min인 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계와 (b) 단계 사이에,
    실리콘 박막의 물성을 평가하고 외관을 검사하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  8. (a) 단결정의 배어 실리콘 기판을 에피택셜 기상 성장 장치에 반입하여 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 박막을 에피 성장시키는 단계;
    (b) 실리콘 박막의 성장 직후 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하여 웨이퍼 전면을 친수화 처리하는 단계;
    (c) 친수화 처리된 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 RCA 세정하는 단계;
    (d) RCA 세정된 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; 및
    (e) 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 건조시켜 캐리어에 수납한 후 패키징하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.
  9. 제8항에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 의해 제조된 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
  10. 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 과정에서 웨이퍼를 세정하는 방법에 있어서,
    (a) 배어 실리콘 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계;
    (b) 오존수 세정이 이루어진 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치에 반입하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 수소 열처리하는 단계;
    (c) 열처리된 실리콘 웨이퍼의 전면에 소망하는 두께의 실리콘 박막을 에피 성장시키는 단계;
    (d) 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치의 외부로 반출시킨 후, 흐르는 오존수에 웨이퍼를 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; 및
    (e) 오존수 세정이 이루어진 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 습식 세정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 (e) 단계 이후에,
    실리콘 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시 세정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 오존수에 초음파를 인가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 초음파는 메가소닉인 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 (e) 단계는 RCA 세정을 시행하는 단계임을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    웨이퍼의 세정에 사용되는 오존수의 오존농도는 1 ~ 20ppm이고, 온도는 10 ~ 30도이고, 침지시간은 1 ~ 10분이고, 오존수의 유속은 20 ~ 25 L/min인 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 (d) 단계와 (e) 단계 사이에,
    실리콘 박막의 물성을 평가하고 외관을 검사하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 (a) 단계 전에,
    배어 실리콘 웨이퍼를 RCA 세정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 세정 방법.
  18. (a) 배어 실리콘 웨이퍼를 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계;
    (b) 오존수 세정이 이루어진 실리콘 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치에 반입하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 수소 열처리하는 단계;
    (c) 열처리된 실리콘 웨이퍼의 전면에 소망하는 두께의 실리콘 박막을 에피 성장시키는 단계;
    (d) 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 에피택셜 기상 성장 장치의 외부로 반출시킨 후, 흐르는 오존수에 웨이퍼를 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계;
    (e) 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 특성과 외관을 검사하는 단계;
    (f) 검사가 완료된 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 흐르는 오존수에 침지시켜 웨이퍼의 전면과 배면을 동시에 세정하는 단계; 및
    (g) 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 건조시켜 캐리어에 수납한 후 패키징하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 (a) 단계를 진행하기 전에,
    배어 실리콘 웨이퍼를 RCA 세정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 (e) 단계와 (f) 단계 사이에,
    실리콘 에피택셜 웨이퍼를 RCA 세정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    웨이퍼의 세정에 사용되는 오존수의 오존농도는 1 ~ 20ppm이고, 온도는 10 ~ 30도이고, 침지시간은 1 ~ 10분이고, 오존수의 유속은 20 ~ 25 L/min인 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.
  22. 제18 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 의해 제조된 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
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