KR101104635B1 - 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 - Google Patents

에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

마무리 연마되어 있지 않은 경면(mirror surface) 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜(epitaxial)막을 기상(vapor) 성장시키고, 그 후, 에피택셜막의 표면을 HCl 가스 에칭하기 때문에, 경면 연마 공정이 간략화되고, 생산성이 높아져 공정수의 증가를 초래하지 않고 비용 절감이 도모되고, 에피택셜막의 표면 러프니스(roughness)도 억제할 수 있다.

Description

에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING EPITAXIAL SILICON WAFER}
본 발명은, 에피택셜(epitaxial) 실리콘 웨이퍼의 제조 방법, 상세하게는 실리콘 웨이퍼의 경면(mirror surface) 연마된 표면에, 에피택셜막이 기상(vapor) 성장한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들면, MOS용 디바이스를 제작하는 기판으로서, 에피택셜 실리콘 웨이퍼가 알려져 있다. 이것은, 표면이 경면 마무리된 p형이며 저(低)저항(0.01 Ωㆍcm 정도)인 실리콘 웨이퍼에, 단결정 실리콘으로 이루어지는 두께 수㎛의 p형의 에피택셜막을 기상 성장시킨 것이다.
표면이 경면 마무리된 실리콘 웨이퍼는, 초크랄스키(Czochralski; CZ)법에 의해 육성된 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 슬라이스하여, 얻어진 실리콘 웨이퍼에 모따기(chamfer), 랩핑(lapping; 연삭 가공), 에칭을 차례로 행한 후, 웨이퍼 표면의 경면 연마를 행함으로써 제조된다.
일반적인 경면 연마 방법에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 표면에 1차 경면 연마, 2차 경면 연마, 마무리 경면 연마 및 각 연마 단계 후의 세정이 차례로 행해진다. 경면 연마는 그 단계가 이행될 때마다, 예를 들면 연마 지립(砥粒)이 미세화되고, 연마천이 저(低)경도화되어 웨이퍼 표면의 면거칠기가 낮은 값이 되도록, 웨이퍼 표면에 다단계의 연마 처리가 행해진다.
그런데, 이러한 다단계에 걸친 정밀한 경면 연마 방법에서는, 각 단계에서 연마와 세정이 반복되는 점에서, 보다 고(高)경도화된 저저항 웨이퍼가 될수록, 그 연마 시간이 길어졌다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼의 표면의 평탄도가 저하되고, 웨이퍼 표면에 피트(pit)가 발생함과 함께, 실리콘 웨이퍼의 외주부(外周部)에 처짐이나 주기적인 요철이 발생하고, 이것이 원인이 되어, 에피택셜막 표면의 평탄도의 저하를 초래하고 있었다. 또한, 1차 경면 연마, 2차 경면 연마, 마무리 경면 연마 등 실리콘 웨이퍼에 대한 다단 연마 처리에 의해 비용이 높아진다는 문제가 있었다.
그래서, 이를 해소하는 종래 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1이 알려져 있다. 이것은, 에칭 후의 실리콘 웨이퍼의 표면에, 콜로이달(colloidal) 실리카 등의 유리(遊離) 지립을 포함하는 연마액을 사용하여 1차 경면 연마만을 행하고, 그 연마면에 에피택셜막을 기상 성장시키는 것이다. 이 경우, 1차 경면 연마면의 거칠기는, 원자간력 현미경을 이용하여, 1㎛×1㎛의 측정 면적 영역을 측정했을 때, RMS(Root Mean Square) 표시로 0.3nm 이상 1.2nm 이하였다.
일본국특허 제3120825호 공보
그러나, 특허문헌 1의 1차 경면 연마에서 사용되는 연마액에는, 유리 지립이 포함되어 있었다. 그 때문에, 원자간력 현미경에 의한 1㎛×1㎛의 측정 면적 영역을 측정했을 때, RMS 표시로 0.3nm 이상의 표면 거칠기였다. 또한, 이러한 웨이퍼 표면에 에피택셜막을 성막한 경우에는, 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기의 영향이 에피택셜막을 기상 성장시킨 후에도 현저하게 남아, 에피택셜막의 표면 러프니스(roughness)는 커져 버린다. 최근, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에서 관찰되는 LPD(Light Point Defects)의 사이즈나 그 개수를 엄격하게 관리하는 것이 요구되어, 미소(微小) 사이즈 LPD의 유무를 보증하기 위해서는, 에피택셜 실리콘 웨이퍼 표면의 러프니스 정밀도를 높일 필요가 있다.
게다가, 지립을 포함하는 연마액을 사용하여 웨이퍼 표면을 1차 경면 연마하면, 경면 연마중의 메커니컬(mechanical) 작용에 의해, 웨이퍼 표층부에 대략 깊이 5nm 이상의 가공 대미지(damage)가 많이 발생하여, 산화막 내압 특성이 저하된다는 다른 문제가 발생해 버린다. 또한, 이러한 웨이퍼 표면에 에피택셜막을 성막하면, 에피택셜막의 표면의 LPD 밀도도 높아진다. 또한, 연마액 중의 지립의 응집을 원인으로 하여, 실리콘 웨이퍼의 1차 경면 연마면에는, 마이크로 스크래치 등의 가공에 기인한 결함 등도 발생한다. 그 결과, LPD의 발생량이 증가한다. 구체적으로는, 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼 1장당에서, 130nm 사이즈 이상의 LPD가 1000개 이상이나 나타났다.
그래서, 발명자들은 예의 연구의 결과, 실리콘 웨이퍼의 마무리 연마가 행해지고 있지 않은 표면에 에피택셜막을 기상 성장시키고, 그 후, 에피택셜막의 표면을 HCl(염산) 가스에 의해 에칭하면, 저비용으로 에피택셜막의 표면 러프니스를 작게 한 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제공할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
또한, 발명자들은 예의 연구의 결과, 지립을 포함하지 않고 수용성 고분자가 첨가된 알카리성 수용액의 연마액을 사용하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 경면 연마하고, 그 후, 웨이퍼 표면에 에피택셜막을 기상 성장시키면, 전술한 연마액 중의 유리 지립을 원인으로 한 LPD의 문제는 모두 해소되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은, 마무리 경면 연마를 생략하고 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조가 가능해짐으로써, 경면 연마 공정의 간략화에 의해 생산성이 높아져 비용 절감이 가능해지고, 또한 에피택셜막의 표면 러프니스도 작게 할 수 있는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은, 경면 연마된 실리콘 웨이퍼의 표면에 발생하는 가공에 기인하는 LPD의 밀도를 저감하여, 웨이퍼 표면의 표면 거칠기를 작게 할 수 있는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은, 마무리 경면 연마를 제외한 경면 연마가 행해진 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜막을 기상 성장시키고, 당해 에피택셜막의 기상 성장 후, 당해 에피택셜막의 표면을 HCl 가스에 의해 에칭하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법이다.
본 발명에 의하면, 마무리 경면 연마를 제외한 경면 연마를 행한 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 그 웨이퍼 표면에 에피택셜막을 기상 성장시킨다. 이와 같이, 마무리 경면 연마를 생략하여 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조가 가능해짐으로써, 경면 연마 공정이 간략화되고, 생산성이 높아져 비용 절감을 도모할 수 있다.
단, 마무리 경면 연마를 행하지 않는 점에서, 실리콘 웨이퍼의 표면 러프니스가 커져, 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기의 영향이 에피택셜막을 기상 성장시킨 후에도 현저하게 남아, 에피택셜막의 표면 러프니스는 커진다. 그래서, 에피택셜막의 표면을 HCl 가스에 의해 드라이(dry) 에칭한다. 이때, 웨이퍼 표면에 형성되는 경계층에서는, 경계층 내에 확산되는 HCl 또는 이 HCl의 열분해로 발행하는 Cl-기에 의해, 웨이퍼 표면의 볼록부가 오목부보다도 에칭되기 쉽다. 그 결과, 에피택셜막의 표면의 볼록부가 우선적으로 에칭되어, 그 표면 러프니스를 작게 할 수 있다.
다수의 에칭(세정을 포함함) 방법이 존재하는 가운데, HCl 가스 에칭을 채용한 이유는 이하와 같다. 즉, HCl 가스는 실리콘에 대한 에칭 레이트가 높아, 에피택셜막의 표면 전체를 단시간에 에칭할 수 있는 점과, HCl 가스는 반도체 그레이드가 매우 고순도인 가스로, 표면 러프니스가 우수하고 불순물 오염이 적은 에피택셜막을 얻을 수 있다는 점 등을 들 수 있다. 그 밖에, 에피택셜막의 성장 후에 별도의 공정을 거치지 않고, 동일 장치 내에서 연속적으로 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 처리하는 것도 가능하여, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 양산 제조에 매우 적합한 프로세스를 구축할 수 있는 점도 들 수 있다.
실리콘 웨이퍼로서는, 예를 들면 단결정 실리콘 웨이퍼, 다결정 실리콘 웨이퍼 등을 채용할 수 있다.
실리콘 웨이퍼의 직경으로서는, 예를 들면 100mm, 125mm, 150mm, 200mm, 300mm, 450mm 등이라도 된다.
현재 상태로는, 마무리 경면 연마 공정에서는, 실리콘 웨이퍼의 표면의 면거칠기(러프니스)가, 원자간력 현미경에 의해 10㎛×10㎛의 측정 면적 영역을 측정했을 때, RMS 표시로 0.1nm 미만 레벨까지 저하시키도록 마무리 경면 연마 처리가 행해지고 있다. 이 때문에, 예를 들면 연마천으로서, 경도(JIS-A)가 60°∼70°, 압축률이 3∼7％, 압축 탄성률이 50∼70％인 스웨이드 타입의 마무리 경면 연마용의 연마천을 사용하고, 연마제로서 평균 입경이 10∼50nm인 유리 지립(실리카 등)을 포함하는 것이 채용된다. 또한, 연마 조건으로서는, 예를 들면, 연마압이 100g/㎠ 전후, 연마량이 0.5㎛ 전후인 경면 연마 처리가 채용된다.
그러나, 전술한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼에 대한 마무리 경면 연마 처리에 비용이 드는 문제가 발생하고, 또한 유리 지립의 응집 등에 의해, 마이크로 스크래치 등의, 가공에 기인하는 결함 등도 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 마무리 경면 연마를 생략하는 것이 유효해진다.
또한, 마무리 경면 연마를 제외한 경면 연마로서는, 후술하는 바와 같이, 지립을 포함하지 않는 알카리성 수용액에 수용성 고분자가 첨가된 연마액에 의해 경면 연마하는 것이 바람직하다. 게다가, 경면 연마 처리 후의 실리콘 웨이퍼의 표면의 면거칠기가, 원자간력 현미경에 의해 10㎛×10㎛의 측정 면적 영역을 측정했을 때, RMS 표시로 0.3nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 에피택셜 성장 처리 후에 실시하는 HCl 가스 에칭과의 상승(相乘) 효과에 의해, 에피택셜막의 표면의 러프니스를 매우 작게 한 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다.
마무리 경면 연마를 제외한 경면 연마에 사용되는 연마천으로서는, 예를 들면 경도(JIS-A)가 75°∼85°, 압축률이 2∼3％, 우레탄형인 것을 채용할 수 있다. 또한, 연마천의 소재로서는, 발포성 폴리우레탄, 스웨이드 타입의 폴리우레탄, 폴리에스테르제의 부직포 등도 채용할 수 있다.
마무리 경면 연마를 제외한 웨이퍼 표면에 대한 그 밖의 경면 연마 조건으로서는, 예를 들면, 연마 레이트가 0.2∼0.6㎛/분, 연마량이 5∼20㎛, 연마 하중이 200∼300g/㎠, 연마 시간이 10∼90분, 연마 중의 연마액의 온도가 20∼30℃인 것을 들 수 있다. 또한, 연마액으로서는, 유리 지립을 포함하는 것이라도 좋고, 유리 지립을 포함하지 않는 것이라도 좋다. 유리 지립을 포함하는 연마액으로서는, 예를 들면 주액(主液)인 각종 알카리성 수용액(아민, KOH, NaOH 등)에, 평균 입경 50∼200nm의 실리카 등이 분산된 것을 사용할 수 있다. 유리 지립을 포함하지 않는 연마액으로서는, 예를 들면 주액에 상기 각종 알카리성 수용액을 채용한 것이라도 좋다.
실리콘 웨이퍼의 경면 연마는, 매엽(single-wafer)식 연마 장치를 사용해도 좋고, 복수매의 실리콘 웨이퍼를 동시에 연마하는 배치(batch)식 연마 장치를 사용해도 좋다.
또한, 실리콘 웨이퍼의 연마는, 표면만의 편면 연마라도 좋고, 웨이퍼 표리면을 동시에 연마하는 양면 연마라도 좋다. 양면 연마 장치로서는, 선 기어(sun gear; 유성(planet) 기어) 방식의 것, 또는 캐리어 플레이트에 자전을 수반하지 않는 원운동을 시켜 실리콘 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 무(無)선 기어 방식의 것 등을 채용할 수 있다. 특히, 양면 연마 장치를 이용하면, 한번의 연마 처리로 웨이퍼 표면뿐만 아니라 웨이퍼 이면의 고평탄화까지 달성할 수 있어, 저비용으로 고평탄도의 에피택셜 웨이퍼를 제공하는 것에 유효하다.
또한, 동일한 경면 연마 처리 조건으로, 웨이퍼 표면을 최후까지 경면 연마해도 좋다. 또한, 동일한 연마 장치 내에서, 연마액(약(藥)액)의 조성이나 연마 조건을 변경한 경면 연마를 복수회 실시해도 좋다. 다단의 경면 연마를 실시하는 경우에는, 예를 들면 이하의 방법으로 연마를 행한다. 즉, 경면 연마의 초기에는, 슬라이스, 연삭 가공 등에서 도입된 웨이퍼 표층부의 가공 대미지를 재빨리 제거할 수 있도록, 알카리성 수용액이나 수용성 고분자 등의 약액의 농도나 연마 정반(surface plate)의 회전수를 제어하여 높은 연마 레이트로 연마한다. 그 후, 각 면 연마 조건을 변경하여, 경면 연마시에 웨이퍼 표층부에 새로운 가공 대미지가 도입되지 않도록, 낮은 연마 레이트로 연마한다.
경면 연마된 실리콘 웨이퍼는, 웨이퍼 표면에 부착된 약액이나 파티클(particle)을 제거하기 위해, 에피택셜 성장 처리 전에 세정 처리가 행해진다. 이 세정 처리로서는, 공지의 반복 SC1 세정, 오존과 불산과의 혼합 용액에 의한 세정 혹은 오존수 세정과 불산 용액 세정을 교대로 행하는 반복 세정 등을 채용할 수 있다. 그때 이용하는 각 세정액의 액 종류, 농도, 처리 시간 등은, 성장시키는 에피택셜막에 오염을 발생시키지 않고 파티클을 제거할 수 있도록, 실리콘 웨이퍼의 표면을 0.2∼10nm 정도 제거 가능한 세정 조건이면 좋다.
에피택셜막의 소재로서는, 예를 들면 단결정 실리콘 등을 채용할 수 있다.
에피택셜막의 기상 에피택셜 성막 방법으로서는, 예를 들면 상압 기상 에피택셜법, 감압 기상 에피택셜법, 유기 금속 기상 에피택셜법 등을 채용할 수 있다. 기상 에피택셜법에서는, 예를 들면, 1개 또는 복수의 웨이퍼 수납부에, 실리콘 웨이퍼가 가로로 놓인 상태(표리면이 수평인 상태)로 수납되는, 평면에서 보았을 때 원형인 서셉터가 사용된다. 기상 에피택셜법은, 웨이퍼와 동일한 소재를 에피택셜 성장시키는 호모에피택시라도 좋고, 웨이퍼와 상이한 소재를 에피택셜 성장시키는 헤테로에피택시라도 좋다. 또한, 에피택셜막의 두께가 얇을수록, 에피택셜막의 성상은 웨이퍼 표면 성상의 영향을 크게 받기 때문에, 1∼10㎛ 두께의 에피택셜막을 형성하는 것이 바람직하다.
HCl 가스는 캐리어 가스에 의해 희석되어 사용된다. 캐리어 가스로서는, 예를 들면 수소 가스, 아르곤 가스 등을 채용할 수 있다.
HCl 가스에 의한 에피택셜막의 표면의 에칭량은 10∼1000nm이다. 10nm 미만에서는, 에피택셜막의 표면 러프니스를 충분히 개선할 수 없다. 또한, 1000nm을 초과하면, HCl 가스 에칭의 처리 시간이 길어져, 생산성을 저하시킨다. HCl 가스에 의한 에피택셜막의 표면의 특히 바람직한 에칭량은 10∼100nm이다. 이 범위이면, 1∼10㎛ 범위의 에피택셜막의 표면 러프니스를 확실하게 개선할 수 있음과 함께, 과도한 HCl 가스 에칭에 의한 생산성의 저하를 억제할 수 있다.
에피택셜막의 표면에 대한 HCl 가스를 이용한 가스 에칭(HCl 가스 에칭)의 그 밖의 조건은 임의이다.
이러한 HCl 가스 에칭은, 에피택셜 성장 장치의 반응로 내에서, 에피택셜막의 형성 직후에 실시해도 좋다. 이 경우에는, 전용 드라이 에칭 장치가 필요없음과 함께, 두 장치 사이에서의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 이송이라는 수고가 필요없다. 물론, 전용 드라이 에칭 장치를 이용하더라도 에피택셜막의 표면 품질은 전혀 문제없다.
또한, 본 발명에서는, 상기 실리콘 웨이퍼로서, 지립을 포함하지 않는 알카리성 수용액에 수용성 고분자가 첨가된 연마액에 의해 연마한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 지립을 포함하지 않는 알카리성 수용액의 연마액을 사용하여, 에피택셜막이 성막되기 직전의 실리콘 웨이퍼의 표면에 경면 연마를 행함으로써, 경면 연마시의 웨이퍼 표면은 산화 에칭과 산화물의 박리를 반복하는 화학적 작용에 의해 경면 연마된다. 그 결과, 지립을 이용한 경면 연마의 경우에 발생하는 메커니컬 작용에 의한 가공 대미지를 회피할 수 있어, 산화막 내압 특성이 매우 우수한 웨이퍼로 할 수 있다. 게다가, 지립을 사용하지 않는 연마이기 때문에, 지립 응집에 기인한 마이크로 스크래치 등의, 가공에 기인하는 결함 발생 등을 대폭 저감 가능하며, 그 후에 형성되는 에피택셜막의 표면에 발생하는 LPD의 밀도도 저감할 수 있다.
또한, 지립을 포함하지 않는 알카리성 수용액 중에 수용성 고분자가 첨가되어 있기 때문에, 연마 중의 연마 하중의 일부를 수용성 고분자가 받아, 마찰 계수를 작게 할 수 있다. 그 결과, 원자간력 현미경을 이용하여 1㎛×1㎛라는 작은 측정 면적 영역에서의 RMS값 뿐만 아니라, 10㎛×10㎛라는 큰 측정 면적 영역에서의 RMS값도 0.3nm 이하로까지 저감할 수 있어, 표면 거칠기 품질이 우수한 에피택셜막을 갖는 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다.
또한, 알카리성 수용액에 첨가된 수용성 고분자가 연마 패드와 캐리어 플레이트와의 사이에서 마찰이 적은 피막을 형성하여, 마찰 계수를 보다 효율 좋게 저하시킨다. 그 때문에, 캐리어 플레이트의 탄성 변형이 억제되고, 캐리어 플레이트로부터 발생하는 소음을 저감할 수 있다. 또한, 지립을 사용하지 않기 때문에, 실리콘 웨이퍼의 외주부에 경면 연마액 중의 지립이 밀집되어 웨이퍼 외주부의 연마가 과도하게 진행되어, 외주 처짐이 발생할 우려도 저감할 수 있다.
알카리성 수용액으로서는, pH 8∼pH 14의 범위 내로 조정한 알카리성 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 알카리성 수용액이 pH 8 미만에서는 에칭 작용이 너무 낮아져 버려, 실리콘 웨이퍼의 표면에 스크래치, 흠집 등의, 가공에 기인하는 결함이 발생하기 쉬워진다. 또한, 강염기 수용액과 같이 pH 14를 초과하면, 연마액의 취급이 곤란해진다. 알칼리제(pH 조정제)로서는, 암모니아 수용액, 수산화칼륨이나 수산화나트륨의 수산화알카리성 수용액, 탄산알카리성 수용액을 채용할 수 있다. 그 밖에, 히드라진이나 아민류의 수용액을 채용할 수 있다. 연마 레이트를 높이는 관점에서, 특히 아민을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 알카리성 수용액에 첨가하는 수용성 고분자로서는, 히드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 히드록시에틸셀룰로오스는 고순도인 것을 비교적 용이하게 입수할 수 있고 분자량이 크기 때문에, 연마 패드와 캐리어 플레이트와의 사이에서 마찰이 적은 피막을 형성하여, 마찰 계수를 보다 효율 좋게 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 알카리성 수용액에 첨가되는 수용성 고분자의 농도는, 0.01ppm∼1000ppm의 범위로 조정하는 것이 바람직하다. 수용성 고분자의 농도가 0.01ppm 미만에서는 연마시의 마찰이 너무 커져 버려, 경면 연마한 웨이퍼 표면에 가공에 기인하는 결함이 발생해 버릴 우려가 있다. 또한, 1000ppm을 초과하면 연마 레이트가 극단적으로 저하되어, 경면 연마 처리에 막대한 시간을 요하게 된다.
경면 연마 전의 실리콘 웨이퍼의 표면에는, 일반적으로 5∼20Å의 자연 산화막이 존재하여, 지립을 포함하지 않는 알카리성 수용액만을 사용하는 케미컬 연마만으로, 자연 산화막을 제거하는 것은 곤란해진다. 그 때문에, 경면 연마 전에 산(酸)에칭 처리 등에 의해 실리콘 웨이퍼의 표면 상의 자연 산화막을 제거하는 것이 바람직하다. 혹은, 지립을 사용하는 1차 경면 연마를 실시하여 실리콘 웨이퍼의 표면의 자연 산화막을 제거한 후, 2차 연마 처리로서, 지립을 포함하지 않는 알카리성 수용액에 수용성 고분자가 첨가된 연마액에 의해, 실리콘 웨이퍼의 표면을 경면 연마하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 실리콘 웨이퍼의 표면의 면거칠기가, 원자간력 현미경에 의해 10㎛×10㎛의 측정 면적 영역을 측정했을 때, RMS 표시로 0.3nm 이하가 되도록 경면 연마하는 편이 바람직하다.
이에 따라, 그 후에 형성되는 에피택셜 표면 거칠기 품질을 높일 수 있다. 웨이퍼 표면의 면거칠기가 0.3nm을 초과하는 경우에는, 성장시킨 에피택셜막의 표면 거칠기가 너무 커져 버린다. 그 때문에, 성장한 에피택셜막의 표면을 HCl 가스로 에칭하더라도, 표면 거칠기 품질이 우수한 에피택셜막을 갖는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제공이 곤란해진다. 예를 들면, 표면 검사 장치(SP-2 : Tencor사 제조)를 이용하여, 50nm, 60nm 사이즈와 같은 미소 사이즈의 LPD를 검사하는 경우에 있어서 오검출이 발생되기 쉬워, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제품 보증이 곤란해진다.
또한, 본 발명에서는, 상기 에피택셜막의 두께를 1∼10㎛로 하는 편이 바람직하다.
에피택셜막의 두께를 1∼10㎛로 하면, 에피택셜막의 표면 러프니스를 높일 수 있다. 즉, 에피택셜막의 막두께가 1㎛ 미만에서는, 에피택셜막이 너무 얇기 때문에, 웨이퍼 표면의 러프니스(요철) 형상이 그대로 에피택셜막의 표면에 인계되어 버려, 에피택셜막의 표면 러프니스가 저하되어 버린다. 에피택셜막을 두껍게 형성할 수록 웨이퍼 표면의 러프니스의 영향을 억제할 수 있다. 단, 10㎛을 초과하면, 장시간의 에피택셜 성장 처리가 필요해져 생산성이 저하되어, 제조 비용의 상승을 초래한다. 에피택셜막의 막두께를 1∼10㎛의 범위로 함으로써, 표면 러프니스를 억제한 표면 품질이 우수한 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 안정적으로 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 에피택셜막의 표면의 HCl 가스에 의한 에칭 조건을, HCl 가스와 캐리어 가스와의 혼합 가스로 이루어지는 분위기 가스 중의 HCl 가스 농도를 0.3∼3.0(용량)％, 상기 실리콘 웨이퍼의 가열 온도를 1000∼1180℃, 에칭 시간을 0.3∼5.0분간으로 하는 편이 바람직하다. 이에 따라, 생산성을 저하시키는 일 없이, 러프니스 개선에 필요한 HCl 가스 에칭량을 얻을 수 있다.
HCl 가스의 농도가 0.3(용량)％ 미만에서는, 거칠기 개선에 필요한 HCl 가스 에칭량을 얻기 위해 시간이 너무 걸려 버려, 생산성이 저하된다. 또한, 3.0％를 초과하면, HCl 가스 에칭능이 너무 커지기 때문에, 에피택셜 성장 중에 발생한 로(爐) 내 부생성물이 박리되고, 박리된 부생성물이 웨이퍼에 부착되어 생기는 LPD의 증가를 초래한다. 특히, HCl 가스의 바람직한 농도는 0.6∼1.5％이다. 이 범위이면, HCl 가스 에칭능(etching performance)을 적절한 상태로 유지할 수 있어, 생산성을 낮추는 일 없이 HCl 가스 에칭을 행할 수 있다. 게다가, 과잉의 Cl-기가 로 내 부재와 반응하는 일이 없기 때문에, 웨이퍼에 대한 금속 오염을 방지할 수 있고, 게다가 로 내 부생성물을 박리시켜, LPD의 발생을 방지할 수 있다.
실리콘 웨이퍼(에피택셜 실리콘 웨이퍼)의 가열 온도가 1000℃ 미만에서는, 필요한 HCl 가스 에칭능을 얻을 수 없다. 또한, 1180℃를 초과하면, 실리콘 웨이퍼가 고온에 노출되어 변형이나 슬립(slip)이 발생한다. 실리콘 웨이퍼의 바람직한 가열 온도는 1050∼1150℃이다. 이 범위이면, 에피택셜 성장 온도에서 HCl 가스 에칭 온도까지 온도를 변화시켜 안정화시키는 시간을 단축할 수 있어, 생산성을 저하시키지 않고 에피택셜 성장이 가능해진다.
에피택셜막의 표면의 에칭 시간이 0.3분간 미만에서는, 러프니스 개선에 필요한 HCl 가스 에칭량을 얻을 수 없다. 또한, 5.0분간을 초과하면, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 생산성이 저하된다. 에피택셜막의 표면의 바람직한 에칭 시간은 0.3∼3.0분이다. 이 범위이면, 러프니스 개선에 충분한 HCl 가스의 에칭량이 얻어짐과 함께, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 생산성 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 표면에 마무리 경면 연마를 제외한 경면 연마를 행한 것으로서, 그 후, 웨이퍼 표면에 에피택셜막을 기상 성장시키기 때문에, 경면 연마 공정이 간략화되고, 생산성이 높아져 비용 절감을 도모할 수 있다.
또한, 표면 거칠기가 큰 웨이퍼 표면에 성막한 영향으로, 러프니스가 커진 에피택셜막의 표면을, 혼합 가스 중의 HCl 가스에 의해 에칭하기 때문에, 에피택셜막의 표면 러프니스를 작게 할 수 있다.
특히, 본 발명에서는, 지립을 포함하지 않는 알카리성 수용액에 수용성 고분자가 첨가된 연마액을 이용하여, 에피택셜막의 형성 전의 실리콘 웨이퍼의 표면에 마무리 경면 연마를 제외한 경면 연마를 행하는 편이 바람직하다. 이에 따라, 지립 응집에 기인한 마이크로 스크래치 등의, 가공에 기인하는 결함 발생 등을 대폭 저감 가능하고, 그 후에 형성되는 에피택셜막의 표면에 발생하는 LPD의 밀도도 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 경면 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 표면의 면거칠기를 0.3nm 이하로 하는 편이 바람직하다. 이에 따라, 그 후에 형성되는 에피택셜막의 표면 거칠기 품질을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 에피택셜막의 두께를 1∼10㎛으로 하는 편이, 에피택셜막의 표면 러프니스를 작게 할 수 있기 때문에 바람직하다.
그리고 또한, 본 발명에서는, 에피택셜막의 표면에 대한 HCl 가스를 사용한 에칭 조건으로서, 분위기 가스를 0.3∼3.0％의 HCl 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스로 하고, 실리콘 웨이퍼의 가열 온도를 1000∼1180℃로 하며, 에칭 시간을 0.3∼5.0분간으로 하는 편이 바람직하다. 이에 따라, 생산성 저하를 초래하지 않고, 러프니스를 개선하기 위해 충분한 HCl 가스 에칭량을 얻을 수 있다. 게다가, HCl 가스 에칭에 의해 금속 오염이나 LPD의 발생을 일으키지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법의 플로우 시트이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 이용되는 무(無)선 기어(sun gear) 방식의 양면 연마 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 이용되는 무(無)선 기어 방식의 양면 연마 장치의 요부 종단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 이용되는 기상 에피택셜 성장 장치의 요부 확대 종단면도이다.
도 5는 HCl 가스 에칭 전의 에피택셜막 표면과 HCl 가스 에칭 후의 에피택셜막 표면에 대해서, 원자간력 현미경에 의해 10㎛×10㎛의 측정 면적 영역을 관찰했을 때의 면거칠기를 나타내는 3차원 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다. 여기서는, 바이폴라(bipolar) IC용 디바이스를 제작하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 관해 설명한다.
(실시예)
도 1의 플로우 시트를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 설명한다.
즉, 실시예 1의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법은, 결정 인상(crystal pulling) 공정, 결정 가공 공정, 슬라이스 공정, 모따기 공정, 랩핑 공정, 에칭 공정, 경면 연마 공정, 세정 공정, 에피택셜 성장 공정, HCl 가스 에칭 공정, 최종 세정 공정을 포함한다.
이하, 상기 각 공정을 구체적으로 설명한다.
결정 인상 공정에서는, 도가니 내에서 보론이 소정량 도핑된 실리콘의 용융액으로부터, 초크랄스키법으로 직경 306mm, 직동부(直胴部)의 길이가 2500mm, 비저항이 0.01Ωㆍcm, 초기 산소 농도 1.0×1018atoms/㎤의 단결정 실리콘 잉곳이 인상된다.
다음으로, 결정 가공 공정에서는, 1개의 단결정 실리콘 잉곳이 복수의 결정 블록으로 절단되고, 그 후, 각 결정 블록의 외주 연삭이 행해진다. 구체적으로는, ＃200의 지립(SiC)을 포함하는 레지노이드(resinoid) 연삭 숫돌을 갖는 외주 연삭 장치에 의해, 결정 블록의 외주부가 6mm만큼 외주 연삭된다. 이에 따라, 각 결정 블록이 원기둥 형상으로 성형된다.
슬라이스 공정에서는, 삼각 배치된 3개의 그루브 롤러에 와이어가 감긴 와이어 쏘(saw)가 이용된다. 와이어 쏘에 의해, 실리콘 단결정으로부터 직경 300mm, 두께 775㎛의 다수매의 실리콘 웨이퍼가 슬라이스된다.
다음의 모따기 공정에서는, 회전 중인 모따기용 숫돌을 실리콘 웨이퍼의 외주부에 밀어붙여 모따기한다.
랩핑 공정에서는, 양면 랩핑 장치에 의해 실리콘 웨이퍼의 표리면을 동시에 랩핑한다. 즉, 이 실리콘 웨이퍼의 표리면을, 소정 속도로 회전 중인 상하의 랩 정반 사이에서 랩핑한다.
에칭 공정에서는, 에칭 조(bath) 내의 산성 에칭액에 랩핑 후의 실리콘 웨이퍼를 침지(immerse)하여 에칭하여, 모따기 및 랩핑에 의한 대미지나 실리콘 웨이퍼의 표면의 자연 산화막을 제거한다. 실리콘 웨이퍼의 표면에 자연 산화막이 형성된 상태에서, 지립을 포함하지 않는 연마액에 의해 경면 연마를 행하면, 연마 초기의 가공 레이트가 작아진다. 따라서, 미리 실리콘 웨이퍼의 표면의 산화막을 에칭에 의해 제거해 두는 것이 유효해진다. 단, 지립을 포함하는 연마액을 사용하는 경우에는, 이것은 불필요해진다.
경면 연마 공정에서는, 무(無)선 기어 방식의 양면 연마 장치를 이용하고, 지립을 포함하지 않는 알카리성 수용액에 수용성 고분자가 첨가된 연마액을 사용하여, 실리콘 웨이퍼의 표리면(양면)을 동시에 경면 연마한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 무(無)선 기어 방식의 양면 연마 장치를 구체적으로 설명한다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 양면 연마 장치의 상(上)정반(120)은, 위쪽으로 연장된 회전축(12a)을 통하여, 상측 회전 모터(16)에 의해 수평면 내에서 회전 구동된다. 또한, 상정반(120)은 축선 방향으로 진퇴시키는 승강 장치(18)에 의해 수직 방향으로 승강된다. 승강 장치(18)는, 실리콘 웨이퍼(11)를 캐리어 플레이트(110)에 공급 및 배출할 때 등에 사용된다. 또한, 상정반(120) 및 하(下)정반(130)의 실리콘 웨이퍼(11)의 표리면에 대한 누름은, 상정반(120) 및 하정반(130)에 장치된 도시하지 않은 에어백 방식 등의 가압 수단에 의해 행해진다. 하정반(130)은, 그 출력축(17a)을 통하여, 하측 회전 모터(17)에 의해 수평면 내에서 회전된다. 캐리어 플레이트(110)는, 그 플레이트(110) 자체가 자전하지 않도록, 캐리어 원운동 기구(19)에 의해, 그 플레이트(110)의 표면과 평행한 면(수평면) 내에서 원운동한다.
캐리어 원운동 기구(19)는, 캐리어 플레이트(110)를 바깥쪽으로부터 보지(holding)하는 고리형의 캐리어 홀더(20)를 갖고 있다. 캐리어 원운동 기구(19)와 캐리어 홀더(20)는 연결 구조를 통하여 연결되어 있다.
캐리어 홀더(20)의 외주부에는, 90°마다 바깥쪽으로 돌출된 4개의 베어링(20b)이 설치되어 있다. 각 베어링(20b)의 상하면의 중심부를 관통하여 형성된 축구멍에는, 소경(小徑) 원판 형상의 편심 아암(24)의 상면의 편심 위치에 돌출 형성된 편심축(24a)이, 그 축구멍 내에서 회전 가능하게 삽입되어 있다. 또한, 이들 4개의 편심 아암(24)의 각 하면의 중심부에는, 회전축(24b)이 늘어뜨려져 있다. 각 회전축(24b)은, 링 형상의 장치 기체(基體; 25)에 둘레 방향으로 90°마다 합계 4개 설치된 베어링(25a)에, 각각 선단부(front end portion)를 아래쪽으로 돌출시킨 상태로 삽입 장착되어 있다. 각 회전축(24b)의 아래쪽으로 돌출된 선단부에는, 각각 스프로킷(sprocket; 26)이 고정 장착되어 있다. 각 스프로킷(26)에는, 일렬로 타이밍 체인(27)이 수평 상태로 가로질러 걸쳐져 있다. 이들 4개의 스프로킷(26)과 타이밍 체인(27)은, 4개의 편심 아암(24)이 동기하여 원운동을 하도록, 4개의 회전축(24b)을 동시에 회전시킨다.
4개의 회전축(24b) 중, 1개의 회전축(24b)은 길게 형성되어 있고, 그 선단부가 스프로킷(26)으로부터 아래쪽으로 돌출되어 있다. 이 부분에 동력 전달용 기어(28)가 고정 장착되어 있다. 기어(28)는, 원운동용 모터(29)의 위쪽으로 연장되는 출력축에 고정 장착된 대경(大徑) 구동용 기어(30)에 서로 맞물려 있다.
따라서, 원운동용 모터(29)를 기동시키면, 그 회전력은 기어(28, 30) 및 긴 회전축(24b)에 고정 장착된 스프로킷(26)을 통하여 타이밍 체인(27)에 전달되고, 타이밍 체인(27)이 원주 회전함으로써, 다른 3개의 스프로킷(26)을 통하여, 4개의 편심 아암(24)이 동기하여 각 회전축(24b)을 중심으로 수평면 내에서 회전한다. 이에 따라, 각 편심축(24a)에 일괄적으로 연결된 캐리어 홀더(20), 나아가서는 이 홀더(20)에 보지된 캐리어 플레이트(110)가, 이 플레이트(110)에 평행한 수평면 내에서, 자전을 수반하지 않는 원운동을 행한다.
즉, 캐리어 플레이트(110)는, 상정반(120) 및 하정반(130)의 축선(e)으로부터 거리(L)만큼 편심된 상태를 유지하여 선회한다. 양 정반(120, 130)의 각 대향면에는, 경도(JIS-A)가 80°, 압축률이 2.5％인 우레탄형 연마천(15)이 접착되어 있다.
이 거리(L)는, 편심축(24a)과 회전축(24b)과의 거리와 동일하다. 이 자전을 수반하지 않는 원운동에 의해, 캐리어 플레이트(110) 상의 모든 점은 동일한 크기(반경(r))의 작은 원의 궤적을 그린다. 이에 따라, 양 연마 정반(120, 130)의 회전 방향을 반대로 하고, 연마 정반(120, 130)의 회전 속도, 연마압, 연마 시간 등을 조정하여, 캐리어 플레이트(110)에 형성된 웨이퍼 수납부(11a)에 수납된 실리콘 웨이퍼(11)의 연마량이 편면 5㎛(양면 10㎛)가 되도록, 양면 동시 경면 연마를 1회만 행한다.
이 양면 연마시, 양 연마천(15)에는, pH가 10.5인 아민 수용액(알카리성 수용액)에 히드록시에틸셀룰로오스(수용성 고분자)가 100ppm 첨가된 지립을 포함하지 않는 연마액이 소정 유량으로 공급된다.
이와 같이, 실리콘 웨이퍼(11)에 마무리 경면 연마를 행하지 않음으로써, 경면 연마 공정이 간략화되고, 생산성이 높아져 비용 절감을 도모할 수 있다.
또한, 경면 연마용 연마액으로서, 지립을 포함하지 않는 아민 수용액에 히드록시에틸셀룰로오스가 첨가된 것을 채용했기 때문에, 연마 중의 연마 하중의 일부를 히드록시에틸셀룰로오스가 받아, 마찰 계수를 작게 할 수 있다. 그 결과, 산화막 내압 특성이 우수하고, 마이크로 스크래치 등의 가공에 기인하는 결함 발생 등을 대폭 저감 가능하고, 그 후에 형성되는 에피택셜막의 표면의 LPD의 밀도를 저감시킬 수 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼(11) 표면의 거칠기를 작게 할 수 있어, 그 후에 형성되는 에피택셜막의 표면 거칠기 품질을 높일 수 있다.
또한, 아민 수용액에 히드록시에틸셀룰로오스를 첨가함으로써, 히드록시에틸셀룰로오스가 연마 패드와 캐리어 플레이트와의 사이에서 마찰이 적은 피막을 형성한다. 이에 따라, 마찰 계수를 보다 효율 좋게 저하시켜, 캐리어 플레이트(110)의 탄성 변형이 억제되고, 캐리어 플레이트(110)로부터 발생하는 소음도 저감할 수 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼(11)의 외주부에 연마액 중의 지립이 밀집되기 쉬운 것에 기인하여, 실리콘 웨이퍼(11)의 외주부의 연마가 과도하게 진행되어, 외주 처짐이 발생할 우려도 저감할 수 있다.
또한, 이 연마액에, 알카리성 수용액에 대하여 디에틸렌트리아민오아세트산(DTPA; 킬레이트제)을 첨가해도 좋다. 킬레이트제의 첨가에 의해, 연마액에 포함되는 구리 이온 등의 금속 이온을 킬레이트제가 포획, 착체화하여, 연마 후의 실리콘 웨이퍼의 금속 오염의 정도를 저감할 수 있다.
경면 연마된 실리콘 웨이퍼(11)에는 세정 공정이 행해진다. 여기에서는, 각 실리콘 웨이퍼(11)에 대하여, 알칼리 용액과 산 용액을 사용한 SC1 세정이 행해진다.
SC1 세정(NH4OH : H2O2 : H2O = 1 : 2 : 7의 용량비로 혼합하여 조제한 SC1 세정액을 이용하여, 각 표면을 4nm 에칭) 후의 웨이퍼 표면을 파티클 카운터(KLA Tencor사 제조의 Surfscan SP2의 「SP2XP」)로 검사한 결과, LPD의 검출수(모두 130nm 이상을 카운트)는 140개/웨이퍼로서, 매우 LPD 밀도가 낮은 것이었다.
또한, 실리콘 웨이퍼(11)의 표리면의 표면 러프니스는, 원자간력 현미경에 의해 10㎛×10㎛의 측정 면적 영역을 관찰했을 때, RMS 표시로 0.277nm로서, 양호한 결과가 얻어졌다. 면거칠기(러프니스)의 관찰에는, Veeco사 제조의 원자간력 현미경인 「멀티모드 AFM」을 채용했다. 이 장치는, 캔틸레버(cantilever)를 공진 주파수 근방(진폭 20∼100nm)에서 진동을 가하여, 시료 웨이퍼의 표면에 캔틸레버를 단속적으로 접촉시키면서 웨이퍼 표면의 요철을 관찰하는 탭핑(tapping) AFM이다. 그 힘 검출 모드는 다이나믹, 분해능은 1nm, 시료 웨이퍼에 작용하는 힘은 대기 중에서 0.1∼1nN, 측정 포인트는 1point/웨이퍼(Center)이며, 거칠기 지표(높이 방향의 진폭 평균 파라미터)는, 제곱 평균 평방근 거칠기(구 RMS)이다.
또한, 지립을 포함하지 않는 연마액을 대신하여, 예를 들면 평균 입경이 40nm인 콜로이달 실리카 지립을 포함하는 pH 10.5로 조정한 KOH 수용액으로 이루어지는 연마액을 채용한 경우, LPD의 검출수는 1850개/웨이퍼이며, 실리콘 웨이퍼(11)의 표리면의 표면 러프니스는, 원자간력 현미경에 의해 10㎛×10㎛의 측정 면적 영역을 관찰했을 때, RMS 표시로 0.458nm였다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 매엽식 기상 에피택셜 성장 장치를 이용한 에피택셜 성장 공정을 구체적으로 설명한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 기상 에피택셜 성장 장치(60)는, 상하로 히터가 설치된 챔버의 중앙부에, 평면에서 봤을 때 원형이며, 실리콘 웨이퍼(11)를 1장 올려놓을 수 있는 서셉터(61)가 수평 배치된 것이다. 서셉터(61)는, 카본제의 기재를 SiC에 의해 코팅한 것이다.
서셉터(61)의 상면의 내주부(內周部)에는, 실리콘 웨이퍼(11)를 가로로 올려 놓은 상태(표리면이 수평인 상태)로 수납하는 오목 형상의 수납홈(웨이퍼 수납부; 62)이 형성되어 있다. 수납홈(62)은, 둘레벽(62a)과, 폭 6mm이고 평면에서 봤을 때 고리형인 단차(62b)와, 바닥판(수납홈의 바닥벽면; 62c)으로 이루어진다.
챔버의 일측부에는, 챔버의 상부 공간에, 소정의 캐리어 가스(H2 가스)와 소정의 소스 가스(SiHCl3 가스)를, 웨이퍼 표면에 대하여 평행하게 흘리는 가스 공급구가 설치되어 있다. 또한, 챔버의 타측부에는, 가스의 배기구가 형성되어 있다.
에피택셜 성장시에는, 실리콘 웨이퍼(11)를 수납홈(62)에, 웨이퍼 표리면을 수평으로 하여 가로로 올려 놓는다. 다음으로, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면의 자연 산화막이나 파티클을 제거하기 위해, 챔버 내에 수소 가스를 공급하고, 1130℃의 온도로 60초간 수소 베이크(bake)를 행한다. 그 후, 수소 가스 대신 캐리어 가스(H2 가스)와 소스 가스(SiHCl3 가스)를 챔버 내에 공급한다. 이 상태에서, 실리콘 웨이퍼(11) 중, 원자간력 현미경에 의해 10㎛×10㎛의 측정 면적 영역을 관찰했을 때, RMS 표시로 0.277nm의 표면에 에피택셜막(12)을 성장시킨다. 즉, 캐리어 가스와 소스가스를, 대응하는 가스 공급구를 통하여 반응실에 도입한다. 로 내 압력을 760Torr로 하고, 1130℃의 고온으로 가열된 한 실리콘 웨이퍼(11) 상에, 소스 가스의 열분해 또는 환원에 의해서 생성된 실리콘을, 반응 속도 2.5㎛/분으로 석출시킨다. 이에 따라, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면 상에 실리콘 단결정으로 이루어지는 두께 3.0㎛ 정도의 에피택셜막(12)이 성장한다.
다음으로, 이 에피택셜 성장 직후, 기상 에피택셜 성장 장치(60)의 챔버 내에서, 에피택셜막(12)의 표면 거칠기를 작게 하기 위해, HCl 가스 에칭을 행한다. 구체적으로는, 로 내에서 에피택셜 실리콘 웨이퍼(10)를 1130℃로 가열하면서, 성장 가스 대신 0.5％의 HCl 가스를 포함하는 수소 가스를 80리터/분으로 챔버에 공급하여, 이 상태에서 에피택셜막(12)의 표면을 0.5분간만 HCl 가스 에칭한다. 이에 따라, 실리콘에 대한 HCl의 에칭 작용에 의해, 에피택셜막(12)의 표면이 30nm 정도 제거된다.
최종 세정 공정에서는, 외관 검사 직후의 각 에피택셜 실리콘 웨이퍼(10)가 세정된다. 구체적으로는, 각 에피택셜 실리콘 웨이퍼(10)에 대하여, 알칼리 용액과 산 용액을 사용한 세정이 행해진다.
도 5는, 실리콘 웨이퍼(11)의 표면에 에피택셜막(12)을 형성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 표면에 대해서, 원자간력 현미경에 의해 10㎛×10㎛의 측정 면적 영역을 관찰했을 때의 면거칠기를 나타내는 3차원 그래프이다. 도면 중 (a)는, 성막 직후의 에피택셜막(12)의 표면 거칠기를 나타내는 결과이고, 도면 중 (b)는, 에피택셜막(12)의 표면을 HCl 가스로 에칭한 후의 에피택셜막(12)의 표면 거칠기를 나타내는 결과이다.
성막 직후의 에피택셜막(12)의 표면 러프니스는, RMS 표시로 0.100nm이었지만, 에피택셜막(12)의 표면을 HCl 가스로 에칭한 후의 그 표면 러프니스는, RMS 표시로 0.091nm였다.
본 발명은, 바이폴라 IC, MOS, 디스크리트(discrete) 등의 디바이스를 제작하는 기판이 되는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법으로서 유용하다.
10 : 에피택셜 실리콘 웨이퍼
11 : 실리콘 웨이퍼
12 : 에피택셜막

Claims (9)

  1. 마무리 경면 연마를 제외한 경면 연마가 행해진 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜막을 기상 성장시키고,
    당해 에피택셜막의 기상 성장 후, 당해 에피택셜막의 표면을 HCl 가스에 의해 에칭하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼로서, 지립(砥粒)을 포함하지 않는 알카리성 수용액에 수용성 고분자가 첨가된 연마액에 의해 연마한 것을 사용하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리콘 웨이퍼의 표면의 면거칠기는, 원자간력 현미경에 의해 10㎛×10㎛의 측정 면적 영역을 측정했을 때, RMS 표시로 0.3nm 이하인 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에피택셜막의 두께가 1∼10㎛인 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 에피택셜막의 두께가 1∼10㎛인 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에피택셜막의 표면의 HCl 가스에 의한 에칭 조건은, HCl 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스로 이루어지는 분위기 가스 중의 HCl 가스 농도가 0.3∼3.0％이고, 상기 실리콘 웨이퍼의 가열 온도가 1000∼1180℃, 에칭 시간이 0.3∼5.0분간인 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 에피택셜막의 표면의 HCl 가스에 의한 에칭 조건은, HCl 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스로 이루어지는 분위기 가스 중의 HCl 가스 농도가 0.3∼3.0％이고, 상기 실리콘 웨이퍼의 가열 온도가 1000∼1180℃, 에칭 시간이 0.3∼5.0분간인 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 에피택셜막의 표면의 HCl 가스에 의한 에칭 조건은, HCl 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스로 이루어지는 분위기 가스 중의 HCl 가스 농도가 0.3∼3.0％이고, 상기 실리콘 웨이퍼의 가열 온도가 1000∼1180℃, 에칭 시간이 0.3∼5.0분간인 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 에피택셜막의 표면의 HCl 가스에 의한 에칭 조건은, HCl 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스로 이루어지는 분위기 가스 중의 HCl 가스 농도가 0.3∼3.0％이고, 상기 실리콘 웨이퍼의 가열 온도가 1000∼1180℃, 에칭 시간이 0.3∼5.0분간인 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
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