KR100993979B1 - 반도체 웨이퍼의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 제조방법에 대한 것이다. 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 제조방법은, 단결정 잉곳을 슬라이싱하고 랩핑, 에칭 및 열처리 하여 웨이퍼를 형성하는 단계와; 상기 웨이퍼의 후면을 그라인딩하여 방사방향으로 대칭을 이루도록 웨이퍼 후면에 일정한 간격의 방사형 요철구조를 형성시키는 단계와; 상기 일정간격의 요철이 형성된 웨이퍼를 습식에칭하여 상기 웨이퍼 후면의 기계가공 과정에 의한 손상을 제거하는 손상제거단계를 포함하여 구성된다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 후면에 균일한 요철이 형성된 웨이퍼를 제조하기 때문에, 웨이퍼에 대한 후속공정인 패턴식각을 위한 건식 에칭공정에서 스테이지와 웨이퍼 사이에서의 냉각기체의 흐름을 균일하게 유지시켜 에칭의 온도조건을 웨이퍼 전체면에 대해 균일하게 유지하는 것이 가능하게 된다.

웨이퍼, 건식에칭, 후면, 요철, 온도

Description

반도체 웨이퍼의 제조방법{A Manufacturing Method For Semiconductor Wafer}

도 1a는 웨이퍼에 대한 드라이에칭 공정이 수행되는 과정을 예시한 작업공정도.

도 1b는 종래의 방법에 의해 제조된 웨이퍼를 건식에칭한 상태를 예시한 평면도.

도 2는 본 실시예의 반도체 웨이퍼 제조방법의 각 단계를 예시한 공정흐름도.

도 3은 본 실시예에 의해 제조된 웨이퍼의 예시도.

도 4는 본 실시예의 방법에 의해 제조된 웨이퍼의 후면을 예시한 저면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10..........건식 에칭장치 11..........스테이지(stage)

13..........냉각기체공급관 30..........요철

W...........웨이퍼 D...........(요철의) 깊이

P...........(요철의) 폭

본 발명은 반도체 웨이퍼의 제조방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 후면에 요철을 균일하게 형성하여 건식에칭시 냉각기체의 흐름과 온도조건을 제어하여 웨이퍼 경면 에칭을 균일하게 수행하는 것을 가능하게 하는 반도체 웨이퍼의 제조방법에 대한 것이다.

반도체 디바이스 제조를 위한 각 공정중에서 디바이스 패턴식각공정에서 식각 정도의 허용범위(Critical Dimension : CD)는 디바이스의 수율에 매우 큰 영향을 미친다.

그리고, 패턴식각을 위한 에칭의 방법으로는 에칭용액에 웨이퍼를 담구어서 수행하는 습식식각과 에칭플라즈마 등에 의해 수행되는 건식식각의 두가지로 구분되는데, 최근에는 드라이에칭이 주류를 이루고 있다.

도 1a는 웨이퍼에 대한 드라이에칭 공정이 수행되는 과정을 예시한 작업공정도이고, 도 1b는 종래의 방법에 의해 제조된 웨이퍼를 건식에칭한 상태를 예시한 평면도이다.

도시된 바와 같은 드라이 에칭시 실리콘웨이퍼(w)의 식각율은 웨이퍼 표면의 온도에 따라 큰 영향을 받는다. 이처럼 실리콘웨이퍼(w) 표면에서의 온도분포에 따라 에칭의 정도가 달라지기 때문에, 드라이 에칭시 웨이퍼(w)에 수직 방향 에칭균일도를 지칭하는 패턴 CD(critical dimension) skew를 균일하게 하기 위해서는, 웨이퍼(w) 표면에서의 온도를 균일하게 유지하는 것이 매우 중요하다.

따라서 드라이 에칭장치(10)에는 에칭 플라즈마에 의해 웨이퍼(w) 온도가 상 승함으로써 CD skew 왜곡이 발생하는 것을 방지하기 위해, 스테이지(11)와 웨이퍼(w) 사이에 냉각가스를 흘려주어 웨이퍼의 온도가 일정하게 유지되도록 조절한다. 또한 스테이지에는 냉각기체의 공급을 위한 냉각가스공급관(13)이 설치된다.

반도체 디바이스의 집적도가 증가될수록 반도체의 미소 패턴구조를 더욱 정교하고 정밀하게 만들어야 하기 때문에 웨이퍼(w) 표면에 대한 온도조절의 필요성은 더욱 커지고 있다.

종래의 웨이퍼 후면은 1)단순한 실리콘 에칭에 의한 부정형의 요철표면을 갖거나, 2)웨이퍼(w) 전면의 편평도를 우수하게 하기 위해 에칭된 웨이퍼(w) 표면에 거친 연마(터치폴리싱)를 함으로서 에칭면과 경면이 혼재되어 있는 형태로 형성된다. 이렇게 형성된 웨이퍼(w) 후면의 요철사이로 냉각가스를 흘려줌으로서 웨이퍼의 표면온도를 조절하였다.

그러나, 상기와 같은 구성을 가지는 종래의 웨이퍼를 건식에칭하는 과정에 다음과 같은 문제점이 제기되고 있다.

종래의 방법으로 제조된 웨이퍼(w) 후면은 요철의 간격이 일정치 않고 에칭된 면의 형태가 일정치 않아, 웨이퍼(w) 내 및 웨이퍼 사이의 냉각가스 흐름을 일정하게 유지하기 어려운 문제가 있어왔다.

따라서, 종래의 방법에 의하는 경우에는 웨이퍼(w)의 표면에는 온도편차가 발생하고, 이 온도편차에 의한 식각률의 차이로 웨이퍼(w)의 디바이스 CD skew의 불균일성을 초래하게 된다.

이와 같은 웨이퍼(w) 디바이스 CD skew의 불균일성은 웨이퍼의 디바이스 수율저하의 원인으로 작용하여 문제가 되어 왔다.

본 발명의 목적은, 웨이퍼 후면에 균일한 거칠기와 균일한 요철을 가공 형성하여 건식에칭에서 웨이퍼 후면을 흐르는 냉각기체의 흐름을 균일하게 제어하는 것이 가능한 반도체 웨이퍼의 제조방법을 구현하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 제조방법은, 단결정 잉곳을 슬라이싱하고, 랩핑, 에칭 및 열처리하여 웨이퍼를 형성하는 단계와; 상기 웨이퍼의 후면을 그라인딩하여 방사방향으로 대칭을 이루도록 웨이퍼 후면에 일정한 간격의 방사형 요철구조를 형성시키는 요철형성단계와; 상기 균일한 구조의 요철이 형성된 웨이퍼를 습식에칭하여 상기 웨이퍼 후면의 요철형성 공정에 의한 손상을 제거하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 요철형성단계에서의 그라인딩은 일면 가공 그라인더에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼의 후면에 형성되는 요철은 폭이 100 내지 5000um인 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼의 후면에 형성되는 요철의 깊이는 1 내지 20um인 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼의 후면에 형성되는 요철의 폭의 공차는 그 폭의 10% 미만인 것 을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼의 후면에 형성되는 요철의 깊이의 공차는 그 깊이의 10% 미만인 것을 특징으로 한다.

상기 습식에칭은 알카리에 의한 에칭인 것을 특징으로 한다.

상기 습식에칭은 요철이 형성된 웨이퍼를 알카리 에천트에 10 내지 600초 동안 침지하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 알카리 에천트는 KOH인 것을 특징으로 한다.

상기 알카리 에천트는 NaOH인 것을 특징으로 한다.

상기 손상제거단계를 거친 웨이퍼에는 후면에 대해서는 터치폴리싱하는 단계와, 전면에 대해서 경면폴리싱을 수행하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 터치폴리싱 및 경면폴리싱이 수행된 웨이퍼는 세정액에 의해 오염물질이 제거되는 세정단계를 거치는 것을 특징으로 한다.

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본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 패턴식각을 위한 건식에칭과정에서 웨이퍼의 하측을 흐르는 냉각기체의 흐름을 균일하게 제어하여, 웨이퍼의 온도를 전체면에 걸쳐 균일하게 유지함으로서 패턴식각이 웨이퍼 전체면에 대해 균일하게 이루어지는 것을 가능하게 한다.

이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 제조방법의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 실시예의 반도체 웨이퍼 제조방법의 각 단계를 예시한 공정흐름도이고, 도 3은 본 실시예에 의해 제조된 웨이퍼를 예시도이고, 도 4는 본 실시예의 방법에 의해 제조된 웨이퍼의 후면을 예시한 저면도이다.

웨이퍼(W)의 제작을 위해서는 쵸크랄스키법에 의해 실리콘 융액으로 부터 실리콘 단결정을 인상시켜 단결정 실리콘잉곳을 제조하는 과정에 선행된다. 이 단결정 실리콘 잉곳은 와이어소에 의한 슬라이싱에 의해 단결정 실리콘 웨이퍼(W)로 형성된다(제 20 단계).

슬라이싱하여 형성된 실리콘 웨이퍼(W)는 그라인딩, 랩핑, 에칭 등의 공정과 열처리 과정 등을 통하여 고도의 평탄도를 가지는 웨이퍼로 제작되게 된다(제 21 단계, 제 23 단계).

이와 같은 열처리가 종료된 웨이퍼(W)는, 디바이스 패턴 식각을 위한 건식에칭공정으로 투여되기 전에, 웨이퍼의 후면을 가공하는 후면 가공공정을 거치게 된다.

본 실시예의 후면 가공공정은, 상기 웨이퍼(W)의 후면을 그라인딩하여 일정한 간격의 요철구조를 형성시키는 단계와(제 25 단계), 일정간격의 요철(30)이 형성된 웨이퍼(W)를 습식에칭하여 웨이퍼 요철형성공정에 의한 손상을 제거하는 단계를 포함한다(제 26 단계).

본 실시예의 후면 가공공정에서는 웨이퍼(W)의 일면을 그라인딩하는 일면 가 공 그라인더(미도시)를 사용한다. 본 실시예에서는 그라인더의 휠이 회전하면서 웨이퍼(W) 후면에 균일한 형상의 요철이 형성되도록 웨이퍼를 가공한다(제 25 단계).

본 실시예에서 요철(30)은 도 4의 a)에 도시된 바와 같이 다수개의 평행한 직선형상으로 형성되는데, 각 요철(30)은 일정한 깊이(D)와 폭(P)을 가지며 일정간격을 두고 형성된다. 본 실시예에서, 요철(30)의 폭(P)은 대략 100 내지 5000um을 이루며, 깊이(D)는 1 내지 20um을 이룬다.

이때 그라인딩에 의해 형성된 요철(30)들은 그 공차가 10% 미만을 이루는 것이 바람직하다. 예컨대, 요철(30)의 폭(P)이 500um인 경우에는 ±25um의 범위로 폭(P)의 편차는 한정되어야 하며, 요철(30)의 폭(P)이 1000um인 경우에는 ±50um의 범위로 폭(P)의 편차가 한정된다. 이는 요철(30)의 깊이(D)에도 해당되는 것으로 요철(30)의 깊이(D)가 10um인 경우에는 그 편차는 ±0.5um의 범위에 한정되어야 한다.

또한, 요철(30)의 규격은 디바이스 패턴식각을 위한 에칭공정의 특성이나 건식 에칭장치(10)에 상태에 따라 달라질 수 있는 것이며, 에칭장치(10)의 특성에 따라 요철(30)의 형상은 평행선의 형상이 아니라 도 4의 b)에 도시된 바와 같이 방사대칭형으로 형성되는 것도 가능하다.

더 나아가 요철(30)의 규격과 형상은 상기 기재에 한정되는 것이 아니라 냉각기체의 흐름을 균일하게 조절할 수 있도록 인위적으로 균일하게 형성된 형태에 한에서 다양한 형태가 본 발명의 범주에 포함될 수 있다.

본 실시예에서는 요철형성공정이 종료된 후에 그라인딩에 의해서 웨이퍼 후면에 형성된 손상과 오염을 제거하기 위한 습식 에칭과정이 수행된다. 본 실시예의 습식에칭은 알카리 용액에 웨이퍼를 10 내지 600초간 침지시키는 것에 의해 수행되며, 본 실시예에서 알카리는 KOH나 NaOH를 사용하고 있다(제 26 단계).

그러나, 습식에칭은 상술한 바의 알카리 에칭에 한정되는 것이 아니다. 웨이퍼의 가공상태나 웨이퍼 후면에 형성된 요철의 형상과 규격에 따라 에칭방법은 달라질 수 있다. 또한 에칭용액도 본 실시예의 알카리성 용액에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태의 알카리가 사용될 수 있으며, 웨이퍼의 표면상태에 따라서는 산성용액에 담구어 후면에칭을 수행하는 것도 가능하다.

또한 본 실시예에서는 후면 처리과정에서 습식에칭을 수행한 후에, 웨이퍼(W) 후면에 대해 터치폴리싱을 하여 일정한 정도의 거칠기가 유지되도록 하는 공정을 수행한다. 즉, 웨이퍼(W) 후면에 형성된 요철이 냉각기체의 흐름을 균일하게 하는 것이라면, 표면거칠기의 제어는 웨이퍼(W)의 후면이 냉각기체에 접촉하는 면적을 균일하게 조절하여 웨이퍼(W) 표면 전체에 걸쳐 균일한 온도를 유지할 수 있도록 하기 위한 것이다(제 27 단계).

또한, 본 실시예에서는, 습식에칭이 종료된 웨이퍼(W) 경면에 오염이나 손상이 남는 것을 방지하고 고도의 평탄도를 가진 웨이퍼 제조를 위해, 웨이퍼(W) 전면에 경면 폴리싱을 수행한다(제 28 단계) .

다음으로 터치폴리싱과 경면폴리싱이 종료된 웨이퍼는, 세정액에 담겨져서 세정되며, 제품화되거나 패턴식각을 위한 건식에칭공정으로 투여되게 된다(제 29 단계).

다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예의 반도체 웨이퍼 제조방법의 작용을 설명한다.

도 5는 본 실시예에 의해 제조된 웨이퍼를 이용하여 식각을 수행하는 상태를 예시한 작업상태도이다. 도시된 바와 같이 본 실시예에 의해 제조된 단결정 실리콘 웨이퍼(W)는 건식 에칭장치(10)의 스테이지(11)에 놓여져서 에칭이 수행되게 된다.

본 실시예의 방법에 의해 제조되는 웨이퍼(W)는 단결정 실리콘웨이퍼로, 에칭장치의 내부로는 CF4기체가 플라즈마 상태로 공급된다. 플라즈마 상태의 CF4는 웨이퍼 경면에 충돌하며 웨이퍼(W) 경면에는 일정한 형태의 패턴식각이 이루어진다.

이때, 웨이퍼(W)가 놓여지는 스테이지(11) 상부는 스테이지 척으로 형성되어 웨이퍼(W)를 일정위치에 고정하며, 웨이퍼(W)의 후면으로는 스테이지(11)에 형성된 냉각기체공급관(13)으로부터 일정한 유속으로 냉각기체가 공급되어진다.

본 실시예의 웨이퍼(W) 후면에는 균일한 간격으로 요철(30)이 형성되어 있어서, 웨이퍼(W)의 전체면에 대해 냉각기체공급관(13)으로부터 공급되는 냉각기체의 흐름을 균일한 것이 되도록 가이드한다. 따라서 냉각기체의 유속이 각 부위에서 균일하게 유지되기 때문에 웨이퍼(W)의 온도 또한 웨이퍼 전체표면에서 균일하게 유지되게 된다.

또한 웨이퍼(W) 후면은 터치 폴리싱에 의해 균일한 거칠기를 이루도록 형성 되어 있기 때문에 후면이 냉각기체와 접촉하는 면적이 균일하여 냉각기체에 의해 냉각되는 정도가 동일해진다. 따라서 패턴식각을 위한 건식에칭과정에서 웨이퍼 전체면에 대해 편차없이 균일 온도를 유지하는 것을 가능하게 한다.

따라서 CF4에 의한 웨이퍼(W) 경면도 균일한 정도로 패턴식각이 이루어지게 되어 CD skew의 허용범위 내에서 패턴식각이 수행되어 디바이스 수율을 높이는 것이 가능하게 된다.

다음은 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

단결정 실리콘 잉곳을 쵸크랄스키법에 의해 성장시켜 제조하고, 상기 잉곳을 900um간격으로 슬라이싱하여 단결정 실리콘웨이퍼를 형성한다. 이 실리콘웨이퍼(W)를 선별하여 랩핑하고, KOH에 의한 습식에칭을 행하여 웨이퍼의 표면의 고도의 평탄면을 이루도록 한다. 다음으로 습식에칭된 웨이퍼(W)를 가열로에 넣어 열처리를 수행한다.

열처리가 종료된 웨이퍼를 폭 500um, 깊이 3um을 이루도록 가공용 그라인더 휠을 이용하여 웨이퍼 후면을 방사형(도 4의 b)으로 그라인딩 한다.

그라인딩된 웨이퍼(W)를 KOH 에칭용액에 침지하여 그라인딩에 의한 손상을 제거하고 후면을 터치폴리싱하고 전면에 대해 경면에칭을 수행한다. 이후 제작된 웨이퍼는 세정되어 제품화되거나 패턴식각을 위한 건식에칭단계로 투여된다.

본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 동일성 범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 웨이퍼의 후면에 균일한 요철을 형성하여, 상기 웨이퍼의 건식에칭과정에서 웨이퍼의 하면에 냉각기체의 흐름을 균일하게 유지시켜, 웨이퍼의 경면에 대한 건식에칭이 전체면에 대해 균일하게 이루어지는 것을 가능하게 한다.

따라서, 웨이퍼의 경면에 패턴식각이 균일하게 이루어져 고품질의 반도체 디바이스 제작이 가능하게 된다.

또한 웨이퍼로부터 디바이스제작을 위한 수율을 향상시키는 것이 가능하여 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

Claims (10)

1. 단결정 잉곳을 슬라이싱하고 랩핑, 에칭 및 열처리하여 웨이퍼를 형성하는 단계와;

   상기 웨이퍼의 후면을 그라인딩하여 방사방향으로 대칭을 이루도록 웨이퍼 후면에 일정한 간격의 방사형 요철구조를 형성시키는 요철형성단계와;

   상기 요철형성단계를 거친 웨이퍼를 습식에칭하여, 요철 형성 가공과정에 의해 발생한 손상을 제거하는 손상제거단계와,

   상기 손상제거단계가 종료된 후에 상기 웨이퍼의 후면에 대해서는 터치폴리싱을, 상기 웨이퍼의 전면에 대해서는 경면폴리싱을 수행하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 요철구조 형성단계에서 그라인딩은 일면 가공 그라인더에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 웨이퍼 후면에 형성되는 요철은 폭이 100 내지 5000um인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 웨이퍼 후면에 형성되는 요철의 깊이는 1 내지 20um인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 습식에칭은 알카리에 의한 에칭인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 습식에칭은 요철이 형성된 웨이퍼를 알카리 에천트에 10 내지 600초 동안 침지하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서, 상기 터치폴리싱 및 경면폴리싱이 행해진 상기 요철이 형성된 웨이퍼는 세정액에 의해 표면 오염이 제거되는 세정단계를 거치는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
9. 삭제
10. 삭제

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