KR100826782B1

KR100826782B1 - Fabrication method of silicon wafer

Info

Publication number: KR100826782B1
Application number: KR1020020065815A
Authority: KR
Inventors: 박건욱
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2008-04-30
Also published as: KR20040037353A

Abstract

실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 수소 열처리 과정 중에 실리콘 웨이퍼의 내부로 침투되나 결함 제거에 기여하지 못한 잉여 수소를 제거하는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 수소 열처리 후에 저압 열처리를 추가로 수행하여 웨이퍼로부터 잉여 수소를 배출시켜 제거하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 제조방법은, 단결정 실리콘 잉곳을 절단하여 실리콘 웨이퍼로 만드는 단계; 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마하는 단계; 연마된 실리콘 웨이퍼를 수소 분위기 및 상압에서 900-1200℃의 온도로 1차 열처리하는 단계; 1차 열처리한 실리콘 웨이퍼를 불활성 기체 분위기 및 1-10 Torr 압력에서 800-1000℃의 온도로 2차 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a method for manufacturing a silicon wafer, the purpose of which is to remove excess hydrogen that penetrates into the silicon wafer during the hydrogen heat treatment process but does not contribute to defect removal. To this end, the present invention is characterized by additionally performing a low pressure heat treatment after the hydrogen heat treatment to remove excess hydrogen from the wafer. That is, the silicon wafer manufacturing method according to the present invention comprises the steps of cutting a single crystal silicon ingot into a silicon wafer; Polishing the surface of the silicon wafer; Primary heat treating the polished silicon wafer to a temperature of 900-1200 ° C. in a hydrogen atmosphere and atmospheric pressure; The first heat-treated silicon wafer is subjected to a second heat treatment at an temperature of 800-1000 ° C. in an inert gas atmosphere and 1-10 Torr pressure.

실리콘, 열처리, 저압, 수소Silicon, Heat Treated, Low Pressure, Hydrogen

Description

Fabrication method of silicon wafer

본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 웨이퍼 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열처리를 통해 웨이퍼를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a wafer used for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a wafer through heat treatment.

실리콘 웨이퍼를 제조하는 일반적인 방법 중에는 초크랄스키(Czochralki)법이 있다. 초크랄스키법에서는 실리콘 용융액에 종자결정을 담그고 이를 회전하면서 인상시켜 실리콘 잉곳을 끌어올린다.Czochralki method is a common method of manufacturing a silicon wafer. In the Czochralski method, seed crystals are immersed in a silicon melt and are rotated to raise the silicon ingot.

이렇게 제조된 실리콘 잉곳을 절단하여 웨이퍼 상태로 제작한 후, 웨이퍼의 표면을 1차 연마하고 불산으로 식각한 후, 2차 연마하여 표면에 존재하는 불순물을 제거한다. After the silicon ingot thus prepared is cut and manufactured in a wafer state, the surface of the wafer is first polished and etched with hydrofluoric acid, and then secondly polished to remove impurities present on the surface.

그런데 실제로 웨이퍼 상에 형성된 소자는 그 전기적 작용이 웨이퍼 표면으로부터 약 1~3㎛ 정도의 깊이까지 영향을 미치므로 그 정도의 깊이까지에 존재하는 결함, 일 예로 공공(vacancy) 또는 실리콘 원자의 불완전한 이상결합과 같은 결함을 제거하기 위해, 수소 열처리를 한다. However, in fact, the device formed on the wafer has an electrical effect that affects a depth of about 1 to 3 μm from the surface of the wafer, and thus defects existing up to that depth, for example, incompleteness of vacancy or silicon atoms Hydrogen heat treatment is performed to eliminate defects such as bonding.

수소 열처리는 상압에서 분당 20ℓ로 수소를 주입하면서 1000℃ 온도로 열처리하며, 수소 열처리를 수행하면 웨이퍼 표면으로부터 확산에 의해 침투한 수소가 Si-H 결합을 이루면서 결함이 제거된다.Hydrogen heat treatment is heat-treated at a temperature of 1000 ° C. while injecting hydrogen at 20 L / min at normal pressure. When hydrogen heat treatment is performed, defects are removed while hydrogen penetrated by diffusion from the wafer surface forms Si-H bonds.

이러한 수소 열처리 후에는 고순도 이온수를 이용하여 웨이퍼를 세정함으로써 실리콘 웨이퍼 제조를 완료한다.After the hydrogen heat treatment, the wafer is cleaned using high purity ionized water to complete the silicon wafer production.

그런데, 수소 열처리 중에 웨이퍼 내로 다량 확산해 들어간 수소 중에는 결함을 제거하는 데 기여하지 못한 잉여 수소 이온들이 있어서 실리콘 원자들 사이를 자유롭게 이동하고 있는데, 이러한 자유로운 잉여 수소 이온들은 이후 소자 제조 과정 중에 플라즈마에 의해 전하를 띄게 되어 게이트 옥사이드 내로 침투해 들어가게 된다.However, in hydrogen that has diffused into the wafer during the hydrogen heat treatment, there are surplus hydrogen ions which do not contribute to the elimination of defects, and are free to move between the silicon atoms. It is charged and penetrates into the gate oxide.

이와 같이 수소가 게이트 옥사이드 내로 침투해 들어가면 게이트의 임계 전압이 변화되어 결국 소자의 오작동을 유발하는 원인이 되며, 심할 경우에는 게이트를 영구 파괴시켜 소자의 고장을 일으키는 문제점이 있었다.As such, when hydrogen penetrates into the gate oxide, the threshold voltage of the gate is changed, which causes the device to malfunction. In severe cases, the gate may be permanently destroyed to cause device failure.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 수소 열처리 과정 중에 실리콘 웨이퍼의 내부로 침투되나 결함 제거에 기여하지 못한 잉여 수소를 제거하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the object is to remove excess hydrogen that penetrates into the inside of the silicon wafer during the hydrogen heat treatment process, but did not contribute to the removal of defects.

상기와 같은 목적을 실현하기 위해 본 발명에서는, 수소 열처리 후에 저압 열처리를 추가로 수행하여 웨이퍼로부터 잉여 수소를 배출시켜 제거하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that by performing a low-pressure heat treatment after the hydrogen heat treatment to remove excess hydrogen from the wafer.

즉, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 제조방법은, 단결정 실리콘 잉곳을 절단 하여 실리콘 웨이퍼로 만드는 단계; 실리콘 웨이퍼의 표면을 연마하는 단계; 연마된 실리콘 웨이퍼를 수소 분위기 및 상압에서 900-1200℃의 온도로 1차 열처리하는 단계; 1차 열처리한 실리콘 웨이퍼를 불활성 기체 분위기 및 1-10 Torr 압력에서 800-1000℃의 온도로 2차 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.That is, the silicon wafer manufacturing method according to the present invention comprises the steps of cutting a single crystal silicon ingot into a silicon wafer; Polishing the surface of the silicon wafer; Primary heat treating the polished silicon wafer to a temperature of 900-1200 ° C. in a hydrogen atmosphere and atmospheric pressure; The first heat-treated silicon wafer is subjected to a second heat treatment at an temperature of 800-1000 ° C. in an inert gas atmosphere and 1-10 Torr pressure.

여기서 1차 열처리할 때에는, 수소를 분당 10-30ℓ로 주입하는 것이 바람직하며, 2차 열처리할 때에는 급속열처리(RTP : rapid thermal processing) 장비에서 30초-2분 동안 열처리하거나 또는 로(furnace)에서 10-30분 동안 열처리하는 것이 바람직하다.Here, in the first heat treatment, it is preferable to inject hydrogen at 10-30 L per minute, and in the second heat treatment, heat treatment is performed in a rapid thermal processing (RTP) equipment for 30 seconds-2 minutes or in a furnace. Preference is given to heat treatment for 10-30 minutes.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a silicon wafer manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 초크랄스키법을 이용하여 실리콘 잉곳을 제조하기 위해, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고 이를 약 1300℃ 이상의 고온으로 가열하여 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 종자결정을 담그고 계면에서 결정화가 일어날 때 종자결정을 회전하면서 인상시킴으로써 실리콘 단결정을 끌어올린다. 이렇게 하면 실리콘 용융액은 점섬을 가지고 종자결정에 의해 서서히 끌려 올라오면서 온도차이에 의해 냉각되어 실리콘 잉곳이 형성된다. First, in order to manufacture a silicon ingot using the Czochralski method, charge polycrystalline silicon in a quartz crucible and heat it to a high temperature of about 1300 ° C. or higher to melt it, and then immerse seed crystals in the resulting silicon melt and crystallize at the interface. The silicon single crystal is pulled up by rotating the seed crystal as it occurs. In this way, the silicon melt has a point island and is gradually drawn up by seed crystals and cooled by the temperature difference to form a silicon ingot.

그러나, 실리콘 잉곳은 반드시 상술한 초크랄스키법으로 제조하는 것으로 한정할 필요는 없으며 플로팅존(floating zone) 방법 등 다른 방법들에 의해 실리콘 잉곳을 제조할 수도 잇다.However, the silicon ingot is not necessarily limited to that produced by the Czochralski method described above, and the silicon ingot may be manufactured by other methods such as a floating zone method.

실리콘 잉곳은 실리콘 단결정 덩어리이므로 웨이퍼 형태로 제작하기 위해 얇 게 절단하며, 절단이 웨이퍼의 무게에 의해 자연스럽게 이루어질 수 있도록 잉곳을 절단기의 위에 위치시킨 후 회전시키면서 절단한다.Since the silicon ingot is silicon monocrystalline agglomerate, it is cut thinly to produce a wafer shape. The ingot is placed on the cutter and cut while rotating so that the cutting can be made naturally by the weight of the wafer.

잉곳으로부터 얇게 절단된 웨이퍼는 거칠기가 비교적 큰 그라인더(grinder)를 이용하여 앞면과 뒷면 모두를 연마한 후, 불산과 같은 식각용액으로 식각하여 웨이퍼 표면에 드러난 불순물들을 일부 제거한다.The wafer thinly cut from the ingot is polished on both the front and back sides using a grinder having a relatively roughness, and then etched with an etching solution such as hydrofluoric acid to remove some of the impurities exposed on the wafer surface.

다음, 웨이퍼에서 소자가 형성될 면을 연마하여 웨이퍼의 두께를 정밀하게 조정하고 소자 형성면을 평탄화시키며, 이러한 연마 중에 웨이퍼 표면에 존재하는 결함들이 일부 제거된다. The surface on which the device is to be formed on the wafer is then polished to precisely adjust the thickness of the wafer and to planarize the device formation surface, and some defects present on the wafer surface are removed during this polishing.

그런데 실제로 웨이퍼 상에 형성된 소자는 그 전기적 작용이 웨이퍼 표면으로부터 약 1~3㎛ 정도의 깊이까지 영향을 미치므로 그 정도의 깊이까지에 존재하는 결함, 일 예로 공공 또는 실리콘 원자의 불완전한 이상결합과 같은 결함을 제거하기 위해, 수소 열처리를 한다. However, the device formed on the wafer actually has an electrical effect that affects a depth of about 1 to 3 μm from the surface of the wafer, so that defects exist up to that depth, such as incomplete bonds of vacancy or silicon atoms, Hydrogen heat treatment is performed to remove the defect.

수소 열처리는 상압에서 분당 10-30ℓ로 수소를 주입하면서 900-1200℃ 온도로 열처리하며, 바람직하게는 분당 20ℓ로 수소를 주입하면서 1000℃ 온도로 열처리한다. 수소 열처리를 수행하면 웨이퍼 표면으로부터 확산에 의해 침투한 수소가 Si-H 결합을 이루면서 결함이 제거된다. The hydrogen heat treatment is performed at 900-1200 ° C. while injecting hydrogen at 10-30 L per minute at normal pressure, and preferably at 1000 ° C. while injecting hydrogen at 20 L per minute. When the hydrogen heat treatment is performed, defects are eliminated while hydrogen penetrated by diffusion from the wafer surface forms a Si—H bond.

그런데, 수소 열처리 중에 웨이퍼 내로 다량 확산해 들어간 수소 중에는 결함을 제거하는 데 기여하지 못한 잉여 수소 이온 또는 원자들이 있어서 실리콘 원자들 사이를 자유롭게 이동하고 있는데, 이러한 자유로운 잉여 수소들을 제거하기 위해 저압 열처리를 수행한다. By the way, the hydrogen diffused into the wafer during the hydrogen heat treatment has excess hydrogen ions or atoms that do not contribute to the removal of defects and are free to move between the silicon atoms, and low pressure heat treatment is performed to remove these free excess hydrogens. do.

저압 열처리는 급속열처리 장비를 이용하여 질소가스를 주입하고 1-10 Torr의 압력에서 800-1000℃의 온도로 30초-2분 동안 진행하며, 바람직하게는 5 Torr의 압력에서 900℃의 온도로 1분간 열처리한다. 이 때 800-1000℃의 고온에서 움직임이 활발해진 잉여 수소들이 1-10 Torr의 낮은 압력에 의해 실리콘 웨이퍼로부터 외부로 이동하여 배출된다. Low pressure heat treatment is carried out for 30 seconds-2 minutes at a temperature of 800-1000 ℃ at a pressure of 1-10 Torr and nitrogen gas injection using a rapid heat treatment equipment, preferably at a temperature of 900 ℃ at a pressure of 5 Torr Heat treatment for 1 minute. At this time, surplus hydrogens, which are active at high temperatures of 800-1000 ° C., are discharged from the silicon wafer by the low pressure of 1-10 Torr.

이 때 급속열처리 장비 대신에 일반 로(furnace)에서 저압 열처리를 수행할 수도 있는데, 로를 이용할 경우 급속열처리 장비를 이용할 때에 비해 압력은 동일하나 더 낮은 온도에서 10-30분 정도의 장시간 동안 열처리하며, 일 예로서 5 Torr의 압력에서 800℃의 온도로 20분 동안 열처리할 수 있다. In this case, low pressure heat treatment may be performed in a furnace instead of the rapid heat treatment equipment. When the furnace is used, the pressure is the same as that of the rapid heat treatment equipment, but the heat treatment is performed at a lower temperature for 10-30 minutes for a long time. For example, it may be heat-treated for 20 minutes at a temperature of 800 ℃ at a pressure of 5 Torr.

저압 열처리 후에는 고순도 이온수를 이용하여 웨이퍼를 세정함으로써 실리콘 웨이퍼 제조를 완료한다.After the low pressure heat treatment, the wafer is cleaned using high purity ionized water to complete the silicon wafer production.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는 수소 열처리 후에 저압 열처리를 추가로 수행하므로, 수소 열처리 중에 웨이퍼 내로 침투한 잉여 수소들을 웨이퍼의 외부로 배출시켜 제거하는 효과가 있다.As described above, in the present invention, since the low pressure heat treatment is further performed after the hydrogen heat treatment, the excess hydrogen penetrated into the wafer during the hydrogen heat treatment is discharged to the outside of the wafer to remove it.

따라서, 잉여 수소들에 의한 소자 오동작 및 고장을 방지하는 효과가 있다.Therefore, there is an effect of preventing device malfunction and failure caused by excess hydrogens.

Claims

Cutting the single crystal silicon ingot into a silicon wafer;

Polishing the surface of the silicon wafer;

Primary heat treating the polished silicon wafer in a hydrogen atmosphere and atmospheric pressure;

Removing the excess hydrogen contained in the silicon wafer by performing a second heat treatment on the first heat- treated silicon wafer at an inert gas atmosphere and a pressure of 1-10 Torr.

Silicon wafer manufacturing method comprising a.

The method of claim 1,

In the first heat treatment, the hydrogen wafer is characterized in that the injection of 10-30L per minute.

The method of claim 2,

When the secondary heat treatment, the silicon wafer manufacturing method characterized in that the heat treatment for 30 seconds-2 minutes in a rapid thermal processing (RTP) equipment.

The method of claim 2,

When the secondary heat treatment, the silicon wafer manufacturing method characterized in that the heat treatment for 10-30 minutes in a furnace (furnace).

The method according to any one of claims 1 to 4,

The single crystal silicon ingot is manufactured by the Czochralski method.

The method according to any one of claims 1 to 4,

And the polishing step comprises first polishing both surfaces of the silicon wafer and then secondly polishing one surface of the silicon wafer.

The method of claim 6,

After the primary polishing, the silicon wafer is etched with a hydrofluoric acid solution to remove impurities and then the second polishing.