KR100862856B1 - 실리콘웨이퍼 제조 방법 - Google Patents

실리콘웨이퍼 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 소자의 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼를 제조하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 실리콘웨이퍼 후면부의 거칠기를 증가시켜, 실리콘웨이퍼의 깨짐 현상을 억제하고 소자의 신뢰성을 향상시키는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는, 실리콘웨이퍼의 상면에 실리콘 에피택셜층을 성장시키는 단계; 실리콘웨이퍼의 하면에 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막을 형성하는 단계; 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막 상에 실리콘층을 형성하는 단계를 포함하여 실리콘웨이퍼를 제조한다.
웨이퍼, 거칠기, 나이트라이드

Description

실리콘웨이퍼 제조 방법 {Preparation method of silicon wafer}
도 1은 본 발명에 따라 제조된 실리콘웨이퍼를 도시한 단면도이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 기판으로서 사용되는 실리콘웨이퍼를 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조시 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼는 그 구성에 따라서 에피(Epi) 웨이퍼와 하이(Hy) 웨이퍼로 구분할 수 있다. 에피 웨이퍼는 자체 저항값이 약 0.01 ohm-cm 로서 하이 웨이퍼의 약 1.0 ohm-cm 보다도 거의 100배 정도 낮은 웨이퍼이다.
에피 웨이퍼는 다른 종류의 웨이퍼에 비하여 하면이 매우 매끄러운 것이 특징인데 보통의 경우 웨이퍼 하면의 휘도(brightness)는 에피 웨이퍼가 하이 웨이퍼 보다도 더 크며 거칠기(roughness)는 더 작다.
그런데, 에피 웨이퍼의 하면 거칠기가 지나치게 낮아 다음과 같은 문제점이 발생한다. 플라즈마에 의한 산화막이나 금속막 증착 공정을 예로 든다면, 웨이퍼가 올려지는 서셉터(suceptor) 위에서 웨이퍼가 서셉터와 접촉되는데 보통의 경우 웨 이퍼의 온도가 너무 상승하는 것을 방지하기 위해 서셉터에는 냉각장치가 설치된다.
따라서, 서셉터와 접촉하는 웨이퍼 하면의 온도는 낮고 웨이퍼 상면은 웨이퍼 상부의 플라즈마 상태에서 플라즈마의 영향으로 인하여 온도가 높다. 에피 웨이퍼의 경우는 하면의 거칠기가 낮아 매끄러운 상태이므로 서셉터와 접촉되는 면적의 증가로 인하여 서셉터의 쿨링(cooling) 능력이 잘 전달되어, 접촉면인 하면의 온도가 더욱 낮다.
따라서 웨이퍼 상면의 높은 온도와 웨이퍼 하면의 낮은 온도의 차이에 기인하여 웨이퍼에 스트레스가 가중되어 쉽게 깨지는 문제점이 있고 또한 큰 온도차이에 의하여 증착된 박막의 품질을 저하시켜 소자의 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 실리콘웨이퍼 후면부의 거칠기를 증가시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘웨이퍼의 깨짐 현상을 억제하고 소자의 신뢰성을 향상시키는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 실리콘웨이퍼의 하면에 산화막보다 표면 거칠기가 더 큰 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 실리콘웨이퍼 제조 방법은, 실리콘웨이퍼의 상면에 실리콘 에피택셜층을 성장시키는 단계; 실리콘웨이퍼의 하면에 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막을 형성하는 단계; 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막 상에 실리콘층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막은 4000-8000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 실리콘층은 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 1000-3000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 실리콘 에피택셜층 성장 단계 이후에는, 실리콘웨이퍼가 목적하는 저항값을 가지도록 하기 위해 실리콘웨이퍼 내에 불순물 이온을 주입하는 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막 형성 단계 이후에는 실리콘웨이퍼를 세정하는 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 실리콘웨이퍼 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따라 제조된 실리콘웨이퍼를 도시한 단면도이다.
일반적으로, 반도체 소자 제조시 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼는 저항값을 낮추기 위해서 실리콘웨이퍼에 불순물 이온을 주입하는데, 에피 웨이퍼의 경우 불순물 이온의 주입량이 하이 웨이퍼보다 훨씬 더 크므로 자체 저항값이 감소하고 낮은 저항값을 가지므로 특정 용도의 소자 제조시 반도체 기판으로 선택된다.
에피 웨이퍼는 실리콘웨이퍼의 상면에 일정두께만큼 단결정 실리콘을 에피택셜(epitaxial) 성장시킨 것이며, 이러한 실리콘 에피택셜층은 실리콘웨이퍼에 함유되는 씨오피( COP : crystal originated particle) 결함을 감소시켜서 소자의 전기적 특성을 향상시키는 장점이 있다.
또한 에피 웨이퍼의 하면에는 산화막을 성장시키는데 이러한 산화막을 형성하는 이유는 공정을 거치는 동안에 고농도로 도핑된 불순물 이온들이 열 공정을 거치면서 웨이퍼 하면으로 확산하여 빠져나가는 것을 방지하기 위함이다.
에피 웨이퍼는 다른 종류의 웨이퍼에 비하여 하면이 매우 매끄러운 것이 특징인데 보통의 경우 웨이퍼 하면의 휘도(brightness)는 에피 웨이퍼가 하이 웨이퍼 보다도 더 크며 거칠기(roughness)는 더 작다.
에피 웨이퍼 후면의 지나치게 낮은 거칠기로 인한 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 다음과 같은 방법에 따라 실리콘웨이퍼를 제조함으로써 에피 웨이퍼 후면의 거칠기를 증가시킨다.
먼저, 실리콘 잉곳을 슬라이싱하여 웨이퍼 상태로 만든 후, 실리콘웨이퍼(1)의 상면에 실리콘 에피택셜층(2)을 성장시킨다.
이후 실질적인 반도체 소자는 에치택셜층 상에 형성되므로, 에피택셜층(2)을 형성하면 실리콘 기판에 함유되는 씨오피( COP : crystal originated particle) 결함을 감소시켜서 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
다음, 실리콘웨이퍼 내에 불순물 이온을 주입하여 실리콘웨이퍼의 저항값을 낮추어 목적하는 저항값인 약 0.01 ohm-cm 을 가지도록 한다.
이와 같이 주입된 불순물 이온들이 열 공정을 거치면서 웨이퍼 하면으로 확산하여 빠져나가는 것을 방지하기 위해 실리콘웨이퍼의 하면에 절연막을 형성하여야 한다.
이 때 본 발명에서는 종래의 산화막과는 달리, 실리콘웨이퍼 하면의 표면 거칠기를 증가시키기 위해, 실리콘웨이퍼(1)의 하면에 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막(3)을 형성하며, 그 두께는 4000-8000Å으로 한다.
다음, 실리콘웨이퍼를 세정한 후, 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막(3) 상에 실리콘층(4)을 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 1000-3000Å의 두께로 형성한다.
실리콘층(4)을 증착하는 이유는 여러 공정 중에 웨이퍼의 온도를 측정하는 경우가 있는데 보통의 경우 실리콘을 기준(reference)으로 하므로 측정 온도의 정밀도를 높이기 위하여 온도측정시 실리콘층(4)을 사용하기 위해서이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 실리콘웨이퍼의 하면에 표면 거칠기가 산화막보다 더 큰 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막을 형성하므로, 실리콘웨이퍼의 상면과 하면 사이의 온도차이가 줄어들고 따라서 실리콘웨이퍼의 깨짐 현상이 방지되는 효과가 있다.
또한, 소자의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 실리콘 잉곳을 슬라이싱하여 실리콘웨이퍼를 제작하는 단계;
    상기 실리콘웨이퍼의 상면 전체면에 실리콘 에피택셜층을 성장시켜 에피 웨이퍼 상태로 제작하는 단계;
    상기 실리콘웨이퍼의 저항값을 낮추기 위하여 상기 에피택셜층이 성장된 실리콘웨이퍼 전체면에 불순물을 주입하는 단계;
    상기 불순물이 주입된 실리콘웨이퍼의 하면 전체면에 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막을 형성하는 단계;
    측정 온도의 정밀도를 높이기 위하여 상기 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막의 전체면에 실리콘층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막은 4000-8000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘층은 스퍼터링 방법을 이용하여 1000-3000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘나이트라이드막 또는 실리콘옥시나이트라이드막 형성 단계 이후에 상기 실리콘웨이퍼를 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼 제조 방법.
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KR20000076378A (ko) * 1997-03-19 2000-12-26 칼 하인쯔 호르닝어 수직 ｍｏｓ 트랜지스터 제조 방법
KR20010028418A (ko) * 1999-09-21 2001-04-06 윤종용 어닐링을 수반한 반도체 웨이퍼의 제조방법 및 반도체소자의 제조방법

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