KR101311003B1 - 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법 및 실리콘 웨이퍼 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법을 제공한다. 상기 방법은 (a) 실리콘 웨이퍼의 경면 연마되고 반도체 장치가 형성될 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 수소로 종단시키는 단계; (b) 실리콘 웨이퍼의 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 불소로 종단시키는 단계; (c) 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기 하에서 1300℃ 내지 1400℃의 제 1 온도로 실리콘 웨이퍼를 급속 가열하는 단계; (d) 일정 시간 동안 상기 제 1 온도에서 실리콘 웨이퍼를 유지하는 단계; 및 (e) 실리콘 웨이퍼를 급속 냉각하는 단계의 연속적인 단계를 포함한다.
Description
본원은 2011년 3월 22일에 출원된 일본 특허출원 제2011-062575호, 2011년 9월 26일에 출원된 일본 특허출원 제2011-208810호, 및 2011년 4월 27일에 출원된 일본 특허출원 제2011-099157호에 대하여 우선권을 주장하며, 이들의 전부는 본원에 참조로서 포함된다.
본원에서 개시된 실시형태는 실리콘의 열처리 방법 및 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.
반도체 장치를 제작하기 위한 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼에 있어서, 결함이 없는 웨이퍼를 생산하기 위해 장치 활성 영역으로 작용하는 웨이퍼의 표면 부근(이하 표층부라고 지칭함)에서 결정 결함 입자(COP) 또는 레이저 산란 단층촬영 결함(LSTD)과 같은 공극 결함을 감소시키기 위한 노력이 요구된다.
최근에, 이러한 실리콘 웨이퍼를 높은 생산성을 갖는 상기 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로, 적어도 반도체 디바이스가 형성되는 표면이 경면 연마된 실리콘 웨이퍼(이하, 경면 연마된 표면을 연마면이라고도 함) 상에, 급속 승강 온열 처리(이하, 간단히 RTP라고도 함)를 실시하는 기술이 알려져 있다.
이러한 기술로서, 일본 특허문헌 JP-T-2001-509319는 주로 아르곤 또는 헬륨인 산소-함유 가스의 분위기(본 발명에서 지칭하는 불활성 가스 분위기) 중에서 약 1175℃를 넘는 온도 및 약 5000 ppm 미만의 산소 분압 하에서 60초 미만의 시간동안 웨이퍼를 가열하는 열처리 방법이 개시한다.
반면에, 일본 특허문헌 JP-T-2001-509319에서 개시되는 방법은, 아르곤 또는 헬륨등의 불활성 가스 분위기로 RTP를 실시하기 때문에, 웨이퍼의 표층부의 공극 결함은 현저히 감소 될 수 있지만; 이러한 불활성 가스 분위기 또는 수소와 같은 환원성 가스 분위기의 1175℃를 초과하는 고온하에서 RTP를 실시하는 경우에는, RTP 이전에 웨이퍼의 연마 표면에 형성되는 자연 산화막의 영향에 의해 연마 표면의 표면 거칠기가 저하되는 문제가 존재한다.
상기 문제에 대하여, 일본 특허문헌 JP-A-2000-91342는 웨이퍼 표면상의 자연 산화막을 불화수소산 처리에 의해 제거한 후, 수소 100% 또는 수소를 10% 이상 함유하는 아르곤의 혼합 가스 분위기하에서 RTP 장치를 이용하여 열처리함으로써, 웨이퍼 표면의 마이크로-거칠기를 감소시키고 웨이퍼 표면상에 존재하는 공극 결함도 제거할 수 있는 열처리 방법이 개시된다.
일본 특허문헌 JP-A-2000-91342에 개시된 방법에서, 웨이퍼 표면의 실리콘 원자가 불화수소산 처리에 의해 수소로 종료되기 때문에, 표면상에 자연 산화막이 형성되기 어려워진다. 그러므로, RTP가 수행되는 경우에도 웨이퍼 표면상에 표면 거칠기의 악화는 억제될 수 있다. 반면에, RTP에 의해 웨이퍼의 표층부상에 존재하는 공극 결함을 소멸시키기 위해서, 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기에서, 최소 1000℃ 이상의 고온 열처리를 수행하는 것이 필요하지만, 실리콘 원자를 종료하는 수소 원자의 결합은 끊어지기 쉬워지고, 실리콘 원자는 웨이퍼 표면 상에 노출되기 쉬워진다. 상기 방식으로 노출된 실리콘 원자는 불안정하고 다른 원자와 결합하기 쉬운 상태가 된다.
그러므로, 예를 들어, 다른 반응성 가스(질소 등)가 상기 분위기 중에 존재하면, 반응성 가스가 노출된 실리콘 원자와 반응하고 결합하고, 상기 결합이 상기 분위기에 의해 에칭되는 현상이 반복해서 발생하기 때문에, 웨이퍼의 표면 형상이 변형되고 표면 거칠기가 악화되는 문제점이 존재한다.
게다가, 소량의 산소가 상기 분위기에 포함되는 경우에, 노출된 실리콘 원자는 산소와 반응하여, 산화막이 섬 형상(island shape)의 웨이퍼 표면상에 형성된다. 상기 산화막은 상기 분위기에 의해 에칭되지만, 오목-형상 피트가 에칭부에서 형성된다는 점에서 또 다른 문제점이 있다. 상기 문제점은 열 처리 온도가 RTP에서 증가됨에따라 더 현저해지지만; 다른 한편에서, 열 처리 온도의 증가는 웨이퍼의 표층부 상에 공극 결함의 소멸력이 증대된다는 이점을 가진다.
또한, 상기 문제점은 실리콘 웨이퍼의 표면상에 반도체 장치를 형성하는 반도체 장치-형성 열 처리에 대해서도 동일한 경향을 보인다.
즉, 열 처리가 고온(예, 1000℃ 이상)으로 반도체 장치-형성 열 처리에서 수행되는 경우에, 유사하게도 표면 거칠기의 악화 또는 오목-형상 피트의 형성 등의 문제점이 존재한다.
본 발명의 목적은 공극 결함의 소멸력이 강한 고온하에서 RTP가 수행되더라도, 고온 표면 거칠기의 악화를 억제할 수 있고, 오목-형상 피트의 발생을 억제할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 공극 결함의 소멸력이 강한 고온하에서 RTP가 수행되더라도, 반도체 장치-형성 열 처리에서 표면 거칠기의 악화를 억제할 수 있고, 오목-형상 피트의 발생을 억제할 수 있는 실리콘 웨이퍼를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나 이상의 예시적인 양태에 따르면, 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법이 제공된다. 상기 방법은 (a) 실리콘 웨이퍼의 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 수소로 종단시키는 단계, 이때 활성 표면은 경면 연마되고, 반도체 장치는 활성 표면상에서 형성될 것이며; (b) 실리콘 웨이퍼의 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 불소로 종단시키는 단계; (c) 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기 하에서 1300℃ 내지 1400℃의 제 1 온도로 실리콘 웨이퍼를 급속 가열하는 단계; (d) 일정 시간 동안 상기 제 1 온도에서 실리콘 웨이퍼를 유지하는 단계; 및 (e) 실리콘 웨이퍼를 급속 냉각하는 단계로 이루어진 연속적인 단계를 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 예시적인 양태에 따르면, 단계 (a)는 불화 수소계 용액 또는 과산화수소계 용액으로 실리콘 웨이퍼를 세정하는 단계를 포함하고, 단계 (b)는 불화계 가스 분위기 하에서 900℃ 내지 1250℃의 제 2 온도로 실리콘 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 예시적인 양태에 따르면, 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법이 제공된다. 상기 방법은 (a) 불화수소계 용액 또는 과산화수소계 용액으로 실리콘 웨이퍼를 세정함으로써 실리콘 웨이퍼의 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 수소로 종단시키는 단계로, 이때 상기 활성 표면은 경면 연마되었고, 반도체 장치는 상기 활성 표면상에서 형성될 것이며; (b) 불화계 가스 분위기 하에서 900℃ 내지 1250℃의 제 1 온도로 실리콘 웨이퍼를 가열함으로써 실리콘 웨이퍼의 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 불소로 종단시키는 단계; (c) 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기 하에서 제 1 온도에서 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도로 실리콘 웨이퍼를 급속 가열하는 단계; (d) 일정 시간 동안 실리콘 웨이퍼를 제 2 온도에서 유지시키는 단계; 및 (e) 실리콘 웨이퍼를 급속 냉각하는 단계로 이루어진 연속적인 단계를 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 예시적인 양태에 따르면, 반도체 장치가 형성될, 수소 및 불소로 종단된 실리콘 원자를 갖는 경면 연마된 표면을 포함하는 실리콘 웨이퍼가 제공되며, 이때 결함 밀도는 경면 연마된 표면으로부터 5 μm 이상 깊이의 표층부에서 1 결함/cm2 미만이다.
본 발명의 다른 양태 및 효과는 이어지는 설명, 도면 및 청구항으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 공극 결함의 소멸력이 강한 고온하에서 RTP가 수행되더라도, 고온 표면 거칠기의 악화를 억제할 수 있고, 오목-형상 피트의 발생도 억제할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법이다. 또한, 본 발명은 공극 결함의 소멸력이 강한 고온하에서 RTP가 수행되더라도, 반도체 장치-형성 열 처리에서 표면 거칠기의 악화를 억제할 수 있고, 오목-형상 피트의 발생을 억제할 수 있는 실리콘 웨이퍼이다.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 RTP 장치의 예를 보여주는 개념상의 횡단면도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 RTP의 열 처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법의 바람직한 실시형태를 설명하기 위한 RTP의 열 처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법의 더 바람직한 실시형태를 설명하기 위한 RTP의 열 처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 제 1 RTP의 열처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 6은 제 2 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 제 2 RTP의 열처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 7은 제 3 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 RTP의 열처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 8은 제 3 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 RTP의 열처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 RTP의 열 처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법의 바람직한 실시형태를 설명하기 위한 RTP의 열 처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법의 더 바람직한 실시형태를 설명하기 위한 RTP의 열 처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 제 1 RTP의 열처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 6은 제 2 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 제 2 RTP의 열처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 7은 제 3 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 RTP의 열처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 8은 제 3 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 RTP의 열처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
이하에서는, 본 발명의 예시적인 실시형태가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
제 1 실시형태
본 발명과 관련되는 실리콘 열처리 방법은, 적어도 반도체 장치가 형성되는 표면이 연마된 실리콘 웨이퍼의 표면상의 실리콘 원자가 수소 및 불소로 종단되는 경우에, 표면 거칠기의 악화가 억제될 수 있고, RTP가 공극 결함이 공극 결함의 소멸력이 강한 1300℃ 내지 1400℃의 고온에서 수행되는 경우에도 상기 분위기에 포함된 소량의 산소의 영향으로 인해 오목-형상 피트의 발생이 억제될 수 있다.
실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법이 제공된다. 상기 방법은 (a) 실리콘 웨이퍼의 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 수소로 종단시키는 단계, 이때 활성 표면은 경면 연마되고, 반도체 장치는 활성 표면상에서 형성될 것이며; (b) 실리콘 웨이퍼의 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 불소로 종단시키는 단계; (c) 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기 하에서 1300℃ 내지 1400℃의 제 1 온도로 실리콘 웨이퍼를 급속 가열하는 단계; (d) 일정 시간 동안 상기 제 1 온도에서 실리콘 웨이퍼를 유지하는 단계; 및 (e) 실리콘 웨이퍼를 급속 냉각하는 단계로 이루어진 연속적인 단계를 포함한다.
즉, 연마된 표면상의 실리콘 원자가 수소뿐만 아니라 불소로도 종단되는 경우에, 수소 및 실리콘 원자 사이의 결합력은 실리콘 원자가 수소로만 종단되는 경우에 비해 더 증가 될 수 있다.
그러므로, 결합은 쉽게 끊어지지 않고 1300℃ 내지 1400℃의 고온에서도 안정한 상태로 유지된다. 그러므로, 또 다른 반응성 가스(질소 등)가 상기 분위기에 존재하는 경우에도, 실리콘 원자와 반응성 가스 사이의 결합이 억제될 수 있어서 연마된 웨이퍼 표면의 표면 거칠기의 악화는 억제될 수 있다. 나아가, 소량의 산소가 상기 분위기에 포함되는 경우에도, 산소 및 실리콘 원자 사이의 반응이 억제될 수 있어서 오목-형상 피트의 발생 또한 억제될 수 있다.
RTP는 1300℃ 내지 1400℃ 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
온도가 1300℃ 미만인 경우에, 공극 결합의 소멸력이 저하된다는 문제점이 있다. 온도가 1400℃를 초과하는 경우에는, 온도가 실리콘의 용융점에 근접해지기 때문에, 실리콘 웨이퍼가 연화 또는 융해할 가능성이 있어서 바람직하지 않다.
상기 온도는 RTP를 수행하는데에 사용되는 RTP 장치로서 장치의 수명의 관점에서 볼 때 1300℃ 내지 1380℃가 더 바람직하다(하기 설명됨).
상기 불활성 가스로는 헬륨(He), 아르곤 가스(Ar), 또는 제논 가스(Xe)와 같은 희가스가 바람직하게 사용된다. 상기 불활성 가스는 아르곤 가스(Ar)이다.
상기 환원가스로는 수소 가스(H2)가 바람직하게 사용된다.
반도체 장치가 형성되는 표면에서 적어도 경면 연마되는 실리콘 웨이퍼는 시조카랄스키(Czocharalski) 방법(이하, CZ 방법으로 지칭함)에 의해 성장된 실리콘 단결정 잉곳(ingot)으로부터 절단됨으로써 제작된다.
CZ 방법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 것은 잘 알려진 방법에 의해 수행된다.
특히, 실리콘 단결정 잉곳은 석영 도가니에 채워진 실리콘 원료를 가열하여 실리콘 용융물을 생산하고, 실리콘 용융물의 표면에 종(seed) 결정을 접촉시키고, 종 결정과 석영 도가니를 회전하면서 종 결정을 인상시켜서(pulling up), 종 결정을 따라서 넥부(neck portion), 크라운부(crown portion) 및 직선 몸체부를 형성하도록 결정 성장을 유도하고, 그 후에 실리콘 용융물로부터 상기 부분(portion)을 절단해냄으로써 성장될 수 있다.
다음으로, 일부는 성장된 실리콘 단결정 잉곳에서 잘 알려진 방법에 의해 절단되고, 반도체 장치가 형성되는 표면이 적어도 경면 연마되는 실리콘 웨이퍼로 가공된다.
특히, 실리콘 단결정 잉곳의 직선 몸체부는 내부 직경날 또는 와이어 소(wire saw)를 사용하여 웨이퍼 형상으로 절단되고, 모접기(chamfering), 래핑(wrapping), 에칭(etching) 및 경면 연마와 같은 공정이 외부 원주부 상에 수행된다.
수소로 종단시키는 공정은 불화수소계 용액 또는 과산화수소계 용액을 사용하여 실리콘 웨이퍼를 세정하는 공정이고, 불소로 종단시키는 공정은 열 처리가 불화계 가스 분위기에서 900℃ 내지 1250℃에서 실리콘 웨이퍼 상에서 수행되는 공정이 바람직하다.
상기 구성으로 인하여, 실리콘 웨이퍼 표면상의 실리콘 원자는 수소 및 불소로 효과적으로 종단될 수 있다.
불소로 종단시키는 공정의 온도가 900℃ 미만인 경우에, 불소로 실리콘 원자를 종단시키는 것이 어려운 경우가 있다. 공정의 온도가 1250℃를 초과하는 경우에, 웨이퍼의 연마된 표면이 불소계 가스에 의해 에칭되고 표면 거칠기가 악화되는 경우가 있다.
불화수소계 용액은 불산 용액(HF) 및 완충 HF 용액(NH4F + HF)을 주로 포함한다. 과산화수소계 용액은 과산화수소(H2O2) 또는 황산(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2)의 혼합 용액을 주로 포함한다. 또한, 불화계 가스는 사불화메탄(CF4), 육불화황(SF6) 및 삼불화질소(NF3)를 주로 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 RTP 장치의 예를 보여주는 개념상의 횡단면도이다.
도 1에 도시된 RTP 장치(10)는 웨이퍼(W)를 수용하고 열 처리를 수행하기 위한 반응 챔버(20), 상기 반응 챔버(20)에 제공되어 웨이퍼(W)를 받치는 웨이퍼 유지부(30), 및 웨이퍼(W)를 가열하는 히터(40)를 가진다. 웨이퍼(W)가 웨이퍼 유지부(30)에서 유지되는 상태에서, 제 1 공간(20a)은 반응 챔버(20)의 내벽 및 웨이퍼(W)의 전면(장치-형성 표면) 측(W1)에 의해 둘러싸인 공간이고, 제 2 공간(20b)은 반응 챔버(20)의 내벽 및 웨이퍼(W)의 이면 측(W2)(rear surface side)에 의해 둘러싸인, 전면 측(W1)을 마주보는 공간이다.
반응 챔버(20)는 분위기 가스(FA)(짙은 화살표)가 제 1 공간(20a) 및 제 2 공간(20b)에 공급되는 공급 개구부(22), 및 공급된 분위기 가스(FA)가 제 1 공간(20a) 및 제 2 공간(20b)로부터 배기되는 배기 개구부(26)를 가진다. 반응 챔버(20)는 예를 들어, 석영으로 구성된다.
웨이퍼 유지부(30)는 웨이퍼(W)의 이변(W2)의 외부 원주부를 환 형상으로 유지하는 발열체(32), 발열체(32)를 유지하고 웨이퍼(W)의 중심 둘레로 발열체(32)가 회전하는 회전 몸체(34)를 가진다. 발열체(32) 및 회전 몸체(34)는 예를 들어, SiC로 구성된다.
가열기(40)는 웨이퍼 유지부(30)에 의해 유지되는 웨이퍼(W)의 전면(W1) 위에 그리고 이면(W2) 하부의 반응 챔버(20)외부에 배치되어, 양면으로부터 웨이퍼(W)를 가열한다. 가열기(40)는 예를 들어, 복수의 할로겐 램프(50)로 구성된다.
도 1에서 도시된 바와 같은 RTP 장치(10)를 사용하여 RTP를 수행하는 경우에, 웨이퍼(W)는 미도시된 반응 챔버(20)에서 제공된 웨이퍼 도입구에서 반응 챔버(20) 안으로 도입되며, 웨이퍼(W)의 이면(W2)의 외부 원주부는 환 형으로 웨이퍼 유지부(30)의 발열체(32)를 유지하고, 분위기 가스(FA)는 공급되고, 웨이퍼(W)는 웨이퍼(W)가 회전하면서 가열기(40)에 의해 가열된다.
도 2는 본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법에 적용되는 RTP의 열 처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같은 RTP에 사용된 열 처리 순서에 따르면, 적어도 반도체가 형성되는 전면 측(W1)이 도 1에서 도시된 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20)에서 경면 연마되며, 이는 T0 온도(예, 500℃)로 유지되고, 나아가, 전면(W1) 상에서 수소 및 불소로 종단된 실리콘 원자를 갖는 웨이퍼(W)가 설치되고, 불활성 가스 또는 환원성 가스는 제 1 공간(20a) 및 제 2 공간(20b)으로 공급된다.
다음으로, 웨이퍼는 T0(℃) 온도로부터 △Tu(℃/초)의 온도 증가율로 1300℃ 내지 1400℃로 급속히 가열되고, 기 결정된 시간 t(초)동안 T1(℃) 온도에서 일정하게 유지되고, 이후에 예를 들어, △Td(℃/초)의 온도 감속률로 T0(℃)로 급속히 냉각된다.
한편, 웨이퍼(W)가 도 1에서 도시되는 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20)에 설치되는 경우에, 온도 T0 및 T1은 웨이퍼(W)의 표면 온도이며, 이는 웨이퍼 유지부(30) 하부에 설치되는 복사 온도계(미도시)를 사용하여 측정된다(평균온도는 복수의 복사 온도계가 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 배치되는 경우에서의 평균 온도이다).
불소로 종단시키는 공정은 RTP가 수행되기 이전에 RTP 장치 이외의 장치를 사용하여(예, 수직 보트를 사용하여 열 처리가 수행되는 수직 열 처리 장치) 도 2에 도시되는 열 처리 순서(분위기는 불소계 가스이고, 온도 T1(℃)은 900℃ 내지 1250℃임)에 따라 별도로 수행될 수 있다. 또한, 상기 공정은 RTP 또는 동일한 RTP 장치를 수행하기 위한 장치와 상이한 장치를 사용하여 도 2에 도시된 열 처리 순서에 따라 수행될 수도 있다.
더 바람직하게는, 불소로 종단시키는 공정은 동일한 RTP 장치를 사용하여 수행되고, (불소로 종단시키는 공정을 도 2에 도시된 열 처리 순서에 도입함으로써) RTP와 동시에 수행된다.
다음으로, 바람직한 실시형태가 설명될 것이다.
본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법의 바람직한 실시형태는 반도체 장치가 형성되고 경면 연마되는 실리콘 웨이퍼의 표면상에 실리콘 원자가 불화수소계 용액 또는 과산화수소계 용액을 사용하여 수소로 종단되는 공정; 수소로 종단된 실리콘 웨이퍼가 불소계 가스 분위기에서 900℃ 내지 1250℃의 제 1 온도로 급속 가열되고, 표면상의 실리콘 원자가 불소로 종단되는 공정; 및 불소로 종단되는 공정 이후에 불소계 분위기가 제 1 온도에서 불활성 가스 분위기 또는 환원 가스 분위기로 스위칭되는 공정을 가지며, 실리콘 웨이퍼는 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도로 급속 가열되어 유지된 후, 실리콘 웨이퍼의 온도를 급속히 감소시키기 위한 RTP가 수행된다.
즉, RTP가 수행되는 경우에, 실리콘 원자는 불소계 가스 분위기에서 열처리를 수행함으로써 불소로 종단되고, 이후에 실리콘 웨이퍼는 급속 가열되면서, 연속적으로 불소계 가스 분위기는 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기로 스위칭된다. 다른 공정은 이어지는 방법과 동일할 것이고, 따라서 설명되지 않았다.
상술한 방법에 의해, 불소를 종단시키는 열 처리 공정은 제거될 수 있고, 따라서 생산성이 향상될 수 있고, 비용이 감소될 수 있다.
도 3은 본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법의 바람직한 실시형태를 설명하기 위한 RTP의 열 처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 3에서 도시된 열 처리 순서에서, 반도체 소자가 형성되는 적어도 전면 측(W1)에서 경면 연마되고, 전연(W1) 상의 실리콘 원자가 수소로 종단되는 웨이퍼(W)는 도 1에서 도시되는 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20)에 배치되며, 여기서 온도는 T0(예, 500℃)로 유지되며, 불소계 가스는 제 1 공간(20a) 및 제 2 공간(20b)로 공급된다.
다음으로, 웨이퍼는 온도 T0(℃)에서부터 △Tu(℃/초)의 온도 증가율로 900℃ 내지 1250℃(온도 T2(℃))까지 급속 가열되고, 이에 의하여 불소로 종단된다(불소-종단 공정). 그 이후에, 계속해서 불소계 분위기는 제 1 온도 범위에서(온도 T2(℃)) 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기로 스위칭되고, 불활성 가스 또는 환원성 가스는 제 1 공간(20a) 및 제 2 공간(20b)로 공급된다.
다음으로, 실리콘 웨이퍼는 제 1 온도 범위로부터(온도 T2(℃)) △Tu(℃/초)의 온도 증가율로 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도 범위(온도 T3(℃))까지 급속 가열되며, 제 2 온도 범위(온도 T3(℃))에서 기결정된 시간 t(초)동안 일정하게 유지된 후, 예를 들어 △Td(℃/초)의 온도 감소율 T0(℃)까지 급속 냉각된다.
도 4는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법의 더 바람직한 실시형태를 설명하기 위한 RTP의 열 처리 순서의 일례를 보여주는 개념도이다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 불화계 가스 분위기에서 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기로 스위칭하는 것은 웨이퍼가 제 1 온도 범위(온도 T2(℃))로 일정하게 유지되는 상태에서 수행되는 것이 바람직하다.
즉, RTP는 전면(W1)상의 실리콘 원자가 수소로 종단되는 실리콘 웨이퍼를 불화계 가스 분위기에서 △Tu1(℃/초)의 증가율로 900℃ 내지 1250℃의 제 1 온도로 급속 가열하고, 기결정된 시간(tM1(초))동안 제 1 온도 범위(온도 T2(℃))로 일정하게 웨이퍼를 유지시킨 후, 불화계 가스 분위기를 불활성 가스 분위기 또는 환우언성 가스 분위기로 스위칭하고, 나아가, 기결정된 시간(tM2(초))동안 일정하게 웨이퍼를 유지한 뒤, 웨이퍼를 △Tu2(℃/초)의 증가율로 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도로 급속 가열함으로써 수행되는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의하여, 생산성이 약간 저하되지만, 불화계 가스 분위기에서 불소를 확실히 종단하는 것이 가능해졌으며, 나아가, 가스를 스위칭할 시에, 반응 챔버(20)로부터 불화계 가스를 용이하게 완전히 소진할 수 있게 된다. 그러므로, 1250℃를 초과하는 고온에서 불화계 가스에 노출되는 웨이퍼의 표면이 연마되는 위험을 감소시키고, 따라서 연마된 표면상의 표면 거칠기의 악화는 억제될 수 있다.
제 1 온도 범위(온도 T2(℃))가 불화계 가스 분위기에서 유지되는 동안 유지 시간(tM1(초))은 1초 내지 5초이고, 가스를 스위칭한 후 제 1 온도 범위(온도 T2(℃))가 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기에서 유지되는 동안 유지 시간(tM2(초))는 1초 내지 5초가 바람직하다.
상기 유지 시간에 의해서, 생산성의 악화는 억제되며, 불소는 확실히 종단될 수 있고, 불화계 가스에 의한 표면 거칠기의 악화도 억제될 수 있다.
RTP 중의 온도 증가율 △Tu, △Tu1 및 △Tu2은 10℃/초 내지 150℃/초인 것이 바람직하다.
상기 RTP 중의 온도 증가율 △Tu, △Tu1 및 △Tu2에 의하여, 생산성의 악화는 지속적으로 억제되고, 급속 온도 증가 도중에 갑작스런 온도 변화에 의해 접촉 트레이스(traces) 또는 슬립(slips)의 발생은 억제될 수 있다.
도 4의 열 처리 순서에서, 제 1 온도 범위(온도 T2(℃))까지의 온도 증가율 △Tu1(℃/초) 및 가스를 스위칭한 후에 제 1 온도 범위(온도 T2(℃))에서 제 2 온도 범위(온도 T3(℃))까지의 온도 증가율 △Tu2(℃/초)는 10℃/초 내지 150℃/초에서 동일한 온도 증가율이거나 다른 온도 증가율일 수 있다.
RTP에서 1300℃ 내지 1400℃의 온도 범위(도 2에서 온도 T1(℃), 및 도 3 및 4에서 온도 T3(℃))에서 유지 시간(t)은 1초 내지 30초인 것이 바람직하다.
상기 유지 시간(t)에 의하여, 생산성의 악화는 지속적으로 억제되고, 공극 결함은 효과적으로 소멸될 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼에서, 적어도 반도체 장치가 형성되는 표면은 경면 연마되고, 결함 밀도는 표면으로부터 5 μm 깊이 이상의 표층부에서 1 결함/cm2이며, 그리고 표면상의 실리콘 원자는 수소 및 불소로 종단된다.
이와 같이, 반도체 장치가 형성되는 적어도 실리콘 웨이퍼의 연마된 표면상에서 실리콘 원자가 종단되기 때문에, 열 처리가 고온으로 반도체 장치-형성 열 처리에서 수행되는 경우에도, 표면 거칠기의 악화는 열 처리 중에 억제될 수 있고, 분위기 중에 포함된 소량의 산소에 의해 오목-형상 피트의 발생도 억제될 수 있다.
즉, 연마된 표면상의 실리콘 원자가 수소뿐만 아니라 불소로도 종단되는 경우에, 수소 및 실리콘 원자 사이의 결합력은 실리콘 원자가 수소로만 종단되는 경우에 비해 더 증가될 수 있다. 그러므로, 결합은 쉽게 끊어지지 않고 1300℃ 내지 1400℃의 고온에서도 안정한 상태로 유지된다.
그러므로, 또 다른 반응성 가스(질소 등)가 반도체 장치-형성 열 처리의 분위기에 존재하는 경우에도, 실리콘 원자 및 반응성 가스 사이의 결합은 억제될 수 있고, 따라서 웨이퍼의 연마된 표면의 표면 거칠기의 악화는 억제될 수 있다. 또한, 소량의 산소가 분위기 중에 포함되는 경우에도, 산소 및 실리콘 원자 사이의 반응은 억제될 수 있고, 따라서 오목-형상 피트의 발생도 억제될 수 있다.
실리콘 웨이퍼의 표면상의 수소 및 불소의 면밀도는 1x1022 원자/cm2이상이 바람직하다.
상기 면밀도에 의하여, 상기 효과는 확실히 얻어질 수 있다.
제 1 실시형태에 따른
실시예
이하, 본 발명은 실시예에 기초하여 더 구체적으로 설명될 것이지만, 본 발명은 이하 실시예들로 제한되지 않는다.
실시예
1
v/G(v:인상 속도, G:단결정에서 인상방향으로의 온도 구배)를 CZ법에 의해 제어함으로써 공동 형태 결함이 존재하는 영역을 가지는 실리콘 단결정 잉곳을 제조했으며, 상기 영역으로부터 절단된 경면 연마된 양면을 갖는 실리콘 웨이퍼(직경 300 mm, 두께 775μm, 및 산소 농도 1.2 x 1018 원자/cm3 내지 1.3 x 1018 원자/cm3)에 대해서, 5%의 불소 농도를 갖는 불산 용액에 웨이퍼 전체를 침지시켜 5분간 세정을 실시한 후(수소 종단 처리), 웨이퍼를 순수한 물로 세정하고, 회전 건조를 통해 건조시켰다.
다음으로, 건조시킨 웨이퍼에 대해서, 도 3에 도시되는 열 처리 순서에 따라 도 1에 도시된 바와 같은 RTP 장치 10을 이용하여 RTP를 실시하여, 어닐(annealed) 웨이퍼를 제작했다.
구체적으로, 500℃으로 유지된 반응 챔버 안으로 건조된 웨이퍼를 주입했고, 분위기로서 사불화메탄(CF4)을 공급했으며, 온도 증가율 75℃/초로 1000℃(제 1 온도 범위)까지 급속 가열한 뒤, 1000℃에서 사불화메탄(CF4)으로부터 아르곤 가스(Ar)로 분위기를 스위칭한 후에, 온도 증가율 75℃/초로 1300℃(제 2 온도 범위)까지 급속 가열한 뒤, 1300℃으로 15초간 유지한 후에, 온도 증가율 90℃/초로 500℃까지 급속 냉각시켰다. 한편, 상기 아르곤 가스(Ar)는 0.1 ppm 이하의 극소량의 산소를 포함했으며, 이는 반응 챔버 내에 설치된 산소 농도 계량기를 사용하여 측정해서 알아냈다.
실시예
2
RTP에서 제 2 온도 범위를 1350℃로 세팅하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건에서 어닐 웨이퍼를 제작했다.
실시예
3
도 4에 도시되는 바와 동일한 열처리 순서를 이용하여 RTP를 실시한다는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건에서 어닐 웨이퍼를 제작했다.
구체적으로, 500℃으로 유지된 반응 챔버 안으로 건조된 웨이퍼를 주입했고, 분위기로서 사불화메탄(CF4)을 공급했으며, 온도 증가율 75℃/초로 1000℃(제 1 온도 범위)까지 급속 가열한 뒤, 1000℃에서 5초간 일정하게 유지하고, 사불화메탄(CF4)으로부터 아르곤 가스(Ar)로 분위기를 스위칭한 후에, 웨이퍼를 1000℃에서 5초간 일정하게 유지한 후, 온도 증가율 75℃/초로 1300℃(제 2 온도 범위)까지 급속 가열한 뒤, 1300℃으로 15초간 유지한 후에, 온도 증가율 90℃/초로 500℃까지 급속 냉각시켰다. 한편, 상기 아르곤 가스(Ar)는 0.1 ppm 이하의 극소량의 산소를 포함했으며, 이는 반응 챔버 내에 설치된 산소 농도 계량기를 사용하여 측정해서 알아냈다.
실시예
4
RTP에서 제 2 온도를 1350℃로 세팅한다는 것 외에는 실시예 3과 동일한 조건하에서 어닐 웨이퍼를 제작했다.
비교예
1
불소 종단 처리를 실시하지 않고 수소 종단 처리를 실시한 웨이퍼에 대해 RTP를 실시하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건하에서 어닐 웨이퍼를 제작했다.
비교예
2
RTP에서 제 2 온도 범위를 1200℃으로 세팅한다는 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건하에서 어닐 웨이퍼를 제작했다.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1과 2로부터 수득한 어닐 웨이퍼의 반도체 장치-형성된 표면상의 표면 거칠기를 원자간력현미경(AFM)를 이용하는 RMS(측정 범위：3μm×3μm)로 평가했다.
또한, 반도체 장치-형성된 표면상의 오목-형상 피트의 발생을 시각적 관찰에 의해 평가했다.
나아가, 웨이퍼 표면으로부터 5μm 깊이까지의 표층부의 결함 밀도를 에 관해, 레이저 산란 토포그래피 결함 스캐너(Laser Scattering Topography Defect Scanner(LSTD 스캐너))를 사용하여 680 nm의 파장에서 평가했다.
또한, 참고예로서, 불소 종단 처리를 시행했지만, RTP가 수행되지 않은 웨이퍼의 반도체 장치-형성된 표면에 대하여 표면 거칠기 RMS(측정 범위：3μm×3μm)도 AFM를 사용하여 평가했다.
본 시험에의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
| 표면 거칠기: RMS(nm) |
오목-형상 피트의 발생 |
결함 밀도 | |
| 실시예 1 | 0.15 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 실시예 2 | 0.14 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 실시예 3 | 0.12 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 실시예 4 | 0.11 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 1 | 0.24 | 발생 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 2 | 0.16 | 발생 없음 | 50 내지 60 결함/cm2 |
| 참고예 | 0.20 | - | - |
표 1에 보이는 바와 같이, 불소 종단 처리가 실시되지 않는 비교예 1이 참고예에 비해 표면 거칠기가 더 저하되는 경향이 있다고 관찰했다. 또한, RTP의 제2 온도 범위를 1200℃으로 세팅한 비교예 2에서 공극결함의 소멸력이 약하다는 것을 관찰했다. 나아가, 불소 종단 처리를 시행한 실시예 1 내지 4에서 표면 거칠기가 비교예 및 참고예에 비해 더 나은 경향이 있다고 관찰했다. 또한, 도 4의 열 처리 순서에 따라 열 처리를 시행한 실시예 3 및 4에서 도 3에 나타내는 열처리 순서(실시예 1, 2)에 비해 표면 거칠기가 더 나아지는 경향이 있다고 관찰했다.
온도 변화 시험 1:
실시예
5 내지 10
불소 종단 처리에서 제 1 온도 범위 변화를 갖는 실시예 1과 동일한 조건 하에서 어닐 웨이퍼를 제작했다.
수득한 어닐 웨이퍼의 반도체 장치-형성된 표면상의 표면 거칠기(RMS) 및 오목-형상의 발생을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 평가했다. 본 실험의 시험 조건 및 평가 결과를 표 2에 나타냈다.
| 제 1 온도 범위(℃) | 표면 거칠기: RMS(nm) |
오목-형상 피트의 발생 |
|
| 실시예 5 | 800 | 0.17 | 발생 없음 |
| 실시예 6 | 900 | 0.15 | 발생 없음 |
| 실시예 7 | 1100 | 0.14 | 발생 없음 |
| 실시예 8 | 1200 | 0.13 | 발생 없음 |
| 실시예 9 | 1250 | 0.13 | 발생 없음 |
| 실시예 10 | 1300 | 0.18 | 발생 없음 |
| 참고예 | - | 0.20 | - |
표 2에 보이는 바와 같이, 제 1 온도 범위가 900℃ 내지 1250℃로 세팅되는 경우, 표면 거칠기:RMS(nm)가 더 나아지는 경향이 관찰된다.
온도 변화 시험 2:
실시예
11 내지 16
RTP에서 제 2 온도 범위를 1350℃로 세팅하는 것 외에는 온도 변경 시험 1과 동일한 조건하에서 어닐 웨이퍼를 제작했다.
수득한 어닐 웨이퍼의 반도체 장치-형성된 표면상의 표면 거칠기(RMS) 및 오목-형상의 발생을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 평가했다. 본 실험의 시험 조건 및 평가 결과를 표 3에 나타냈다.
| 제 1 온도 범위(℃) | 표면 거칠기: RMS(nm) |
오목-형상 피트의 발생 |
|
| 실시예 11 | 800 | 0.15 | 발생 없음 |
| 실시예 12 | 900 | 0.12 | 발생 없음 |
| 실시예 13 | 1100 | 0.12 | 발생 없음 |
| 실시예 14 | 1200 | 0.11 | 발생 없음 |
| 실시예 15 | 1250 | 0.12 | 발생 없음 |
| 실시예 16 | 1300 | 0.14 | 발생 없음 |
| 참고예 | - | 0.20 | - |
본 시험에서, 표 3에 보이는 바와 같이, 온도 변경 시험 1과 동일한 경향(제 1 온도 범위가 900℃ 내지 1250℃인 경우, 표면 거칠기:RMS(nm)가 더 나아지는 경향)이 관찰된다.
반도체 장치-형성 열 처리 시험:
실시예
17 내지 32
상기 실시예 1에서 16으로 얻을 수 있던 어닐 웨이퍼를, 더욱, 최고 도달 온도 1350℃으로 RTP를 실시했다.이 RTP를, 반도체 디바이스 형성 시에 베풀어지는 열처리(반도체 디바이스 형성 열처리)와 상정했다.
구체적으로, 500℃로 유지된 반응 챔버 안으로 실시예 1 내지 16에서 수득한 어닐 웨이퍼를 주입했고, 분위기로서 아르곤 가스(Ar)을 공급했으며, 온도 증가율 75℃/초로 1350℃까지 급속 가열한 뒤, 15초 동안 1350℃를 유지한 후, 온도 증가율 90℃/초로 500℃까지 급속 냉각시켰다. 한편, 상기 아르곤 가스(Ar)는 0.1 ppm 이하의 극소량의 산소를 포함했으며, 이는 반응 챔버 내에 설치된 산소 농도 계량기를 사용하여 측정해서 알아냈다.
또한, 반도체 장치-형성 처리를 실시한 웨이퍼의 반도체 장치-형성된 표면상의 표면 거칠기를 원자간력현미경(AFM)를 이용하는 RMS(측정 범위：3μm×3μm)로 평가했다. 또한, 반도체 장치-형성된 표면상의 오목-형상 피트의 발생을 시각적 관찰로 평가했다. 본 시험의 시험 조건 및 평가 결과는 표 4에서 보여진다.
| 반도체 장치-형성 열 처리 이전의 표면 거칠기 RMS(nm) | 반도체 장치-형성 열 처리 이후의 표면 거칠기 RMS(nm) | 오목-형상 피트의 발생 |
|
| 실시예 17 (실시예 1) |
0.15 | 0.14 | 발생 없음 |
| 실시예 18 (실시예 2) |
0.14 | 0.13 | 발생 없음 |
| 실시예 19 (실시예 3) |
0.12 | 0.12 | 발생 없음 |
| 실시예 20 (실시예 4) |
0.11 | 0.11 | 발생 없음 |
| 실시예 21 (실시예 5) |
0.17 | 0.15 | 발생 없음 |
| 실시예 22 (실시예 6) |
0.15 | 0.14 | 발생 없음 |
| 실시예 23 (실시예 7) |
0.14 | 0.14 | 발생 없음 |
| 실시예 24 (실시예 8) |
0.13 | 0.13 | 발생 없음 |
| 실시예 25 (실시예 9) |
0.13 | 0.12 | 발생 없음 |
| 실시예 26 (실시예 10) |
0.18 | 0.17 | 발생 없음 |
| 실시예 27 (실시예 11) |
0.15 | 0.15 | 발생 없음 |
| 실시예 28 (실시예 12) |
0.12 | 0.12 | 발생 없음 |
| 실시예 29 (실시예 13) |
0.12 | 0.12 | 발생 없음 |
| 실시예 30 (실시예 14) |
0.11 | 0.11 | 발생 없음 |
| 실시예 31 (실시예 15) |
0.12 | 0.12 | 발생 없음 |
| 실시예 32 (실시예 16) |
0.14 | 0.14 | 발생 없음 |
표 4에서 보이는 바와 같이, 실시예 1 내지 16에서 수득한 어닐 웨이퍼에 대해 상기 반도체 장치-형성 열 처리를 실시하는 경우에도(실시예 17에서 32), 표면 거칠기의 악화 및 오목-형상의 피트의 발생도 억제되는 것이 관찰된다.
한편, 상기 반도체 장치-형성 처리를 실시하지 않은 실시예 1 내지 16에서 수득한 어닐 웨이퍼의 반도체-형성된 표면(연마된 표면)상의 수소 및 불소의 면밀도를, X-선 광전자 현미경(X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS))를 이용해 측정했으며, 모든 실시예에서 수소의 면밀도는 1 x 1022 원자/cm2 이상이며, 불소의 면밀도도 1 x 1022 원자/cm2 이상이었다.
제 2 실시형태
본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법은, 적어도 반도체 장치가 형성되는 표면이 경면 연마된 실리콘 웨이퍼의 표면(연마면)을 불화 수소계 용액으로 세정하는 공정, 및 세정한 실리콘 웨이퍼를 암모니아계 가스 분위기 중에서 900℃ 내지 1250℃의 제 1 온도 범위로 급속 가열하여 유지한 후, 급속 냉각하는 제 1 RTP를 실시하는 공정이며, 제 1 RTP를 실시한 실리콘 웨이퍼를 불활성 가스 분위기 중에서 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도 범위로 급속 가열하여 유지한 후, 급속 냉각하는 제 2 RTP를 실시하는 공정을 가진다.
이와 같이, 불화 수소계 용액으로 세정한 실리콘 웨이퍼에 대해 암모니아계 가스 분위기 중에서 RTP를 더 실시하는 것은 연마면의 실리콘 원자를 질소로 종단시킬 수 있다. 이에 의하여, 연마면의 실리콘 원자와 수소와의 결합력을 더욱 높일 수 있다.
따라서, 1300℃ 내지 1400℃의 고온하에서도 결합이 끊어지기 어려울 정도로 안정된 상태로 유지될 수 있다.
따라서, 분위기 중에 다른 반응성 가스(질소 등)가 존재하는 경우에도, 실리콘 원자와 반응성 가스와의 결합을 억제하도록 웨이퍼의 연마면의 표면 거칠기의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 상기 분위기에 소량의 산소가 포함되어 있는 경우에도, 산소와 실리콘 원자와의 반응을 억제하도록 오목-형상 피트의 발생도 억제할 수 있다.
경면 연마된 실리콘 웨이퍼는, 주로, 쵸크라르스키법(이하, CZ법이라고 함)에 의해 성장시킨 실리콘 단결정 잉곳으로부터 절단하여 제조했다.
CZ법에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장은 공지된 방법으로 실시한다.
구체적으로, 실리콘 단결정 잉곳은 석영 도가니에 충전한 실리콘 원료를 가열해 실리콘 융액으로 만들고, 융해된 실리콘 융액의 액면에 종 결정을 접촉시키고, 종 결정과 석영 도가니를 회전시키면서 종 결정을 인상하고, 종 결정에 넥부, 크라운부 및 직선 몸체부를 형성하도록 결정 성장을 유도한 뒤, 실리콘 용융물로부터 상기 부분(portion)을 절단해냄으로써 성장될 수 있다.
다음으로, 공지된 방법에 의해 육성한 실리콘 단결정 잉곳을 절단하고, 적어도 반도체 장치가 형성되는 표면이 경면 연마된 실리콘 웨이퍼에서 가공한다.
구체적으로, 실리콘 단결정 잉곳의 직선 몸체부를 내부 직경날 또는 와이어 소(wire saw)를 사용하여 웨이퍼 형상으로 절단하고, 모접기(chamfering), 래핑(wrapping), 에칭(etching) 및 경면 연마와 같은 공정이 외부 원주부 상에 수행된다.
불화 수소계 용액으로 세정하는 공정은, 공지된 방법(용액에 적어도 웨이퍼의 연마면을 침지시키는 방법, 웨이퍼를 회전시키면서 연마면에 용액을 스핀 코팅하는 방법 등)에 의해 실시할 수 있다. 바람직하게는, 웨이퍼의 연마면을 침지시키는 방법이 생산성 및 비용 면에 있어서 매우 적합하다.
불화 수소계 용액에 의한 세정은 웨이퍼의 연마면을 1분 내지 10분 동안 상기 용액에 접촉시켜 실시하는 것이 바람직하다.
이러한 세정기간은 생산성의 저하를 억제하면서, 효율적으로 연마면의 실리콘 원자를 수소로 종단시킬 수 있다.
상기 불화 수소계 용액은, 주로, 불화수소산 용액(HF), 완충 HF 용액(NH4F＋HF)이 포함된다.
암모니아계 가스 분위기 중에서 급속 가열하여 유지하는 제 1 온도 범위는 900℃ 내지 1250℃인 것이 바람직하다.
상기 제 1 온도 범위가 900℃ 미만인 경우에는, 연마면의 실리콘 원자에 질소를 종단시키는 것이 어렵기 때문에, 차후의 제 2 RTP에서 연마면의 표면 거칠기의 악화를 억제기가 어렵다. 상기 제 1 온도 범위가 1250℃을 초과하는 경우에는, 암모니아계 가스에 의해 웨이퍼의 연마면이 에칭되어서 표면 거칠기가 악화된다.
상기 암모니아계 가스는, 암모니아 가스(NH3), 히드라진(H2NNH2)이 포함된다.
상기 암모니아계 가스 분위기에 의한 RTP는, 400℃ 이하의 온도 범위로 유지된 도 1에 도시되는 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20) 내에 세정한 실리콘 웨이퍼를 주입하여 상기 제 1 온도 범위로 급속 가열 하는 것이 바람직하다.
이러한 온도 범위에서 주입함으로써, 상기 제 1 RTP에서 생산성의 저하를 억제하면서, 반응 챔버(20) 내에 투입되는 경우에 급격한 온도 변화에 따른 슬립의 발생을 억제할 수 있다.
도 5는 본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법을 적용하는 제 1 RTP 열처리 순서의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 5에 도시된 바와 같은 상기 제 1 RTP에 이용되는 열 처리 순서에 따르면, 적어도 반도체 장치가 형성되는 전면(W1) 측이 온도 T0(예를 들면, 200℃)으로 유지되는 도 1에 도시된 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20) 내에서 경면 연마되고, 나아가 불화 수소계 용액에 의해 세정한 웨이퍼(W)를 설치하고, 제 1 공간(20a) 및 제 2 공간(20b) 내에 암모니아계 가스를 공급한다.
다음으로, 온도 T0(℃)으로부터 900℃ 내지 1250℃(온도 T1(℃))까지의 제 1 온도 범위까지 ΔTu1(℃／초)의 온도 증가율로 급속 가열하고, 온도 T1(℃)에서 기결정된 시간 t1(초)동안 유지한 후, 예를 들면, 온도 T0(℃)까지, ΔTd1(℃／초)의 온도 감소율로 급속 냉각한다.
한편, 웨이퍼(W)가 도 1에서 도시되는 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20)에 설치되는 경우에, 온도 T0 및 T1은 웨이퍼(W)의 표면 온도이며, 이는 웨이퍼 유지부(30) 하부에 설치되는 복사 온도계(미도시)를 사용하여 측정된다(평균온도는 복수의 복사 온도계가 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 배치되는 경우에서의 평균 온도이다).
상기 제 2 RTP는 불활성 가스 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.
이러한 분위기에서 RTP를 실시하는 것은 공극 결함의 소멸력을 높게 할 수 있다.
상기 제 2 RTP를 암모니아계 가스 분위기로 실시하는 경우에는, 암모니아계 가스에 의해 웨이퍼의 연마면이 에칭 되어서 표면 거칠기가 악화된다.
또한, 상기 제 2 RTP를 수소 등의 환원성 가스 분위기에서 실시하는 경우에는, 전면(W1)으로부터 산소가 바깥쪽으로 노출되기 쉬워지기 때문에, 장치 활성 영역인 웨이퍼의 표층부의 산소 농도가 저하되고, 차후의 반도체 장치 형성시에 열처리에 대하여 슬립이 발생하기 쉬워진다.
상기 불활성 가스로는 아르곤 가스(Ar)가 매우 적합하게 이용된다.
상기 제 2 RTP는 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도 범위로 급속 가열하여 유지하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 온도 범위가 1300℃ 미만인 경우에는, 공극 결함의 소멸력이 저하한다. 상기 제 2 온도 범위가 1400℃를 초과하는 경우에는, 실리콘의 융점에 가까워지기 때문에, 실리콘 웨이퍼가 연화 또는 융해할 가능성이 있다.
상기 제 2 온도 범위는, RTP의 실시를 위해 사용되는 RTP 장치의 장치 수명의 관점에서 볼 때 1300℃ 내지 1380℃인 것이 보다 바람직하다.
상기 제 2 RTP는, 400℃이하의 온도 범위에서 유지되는 도 1에 도시된 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20) 내에 상기 제 1 RTP를 실시한 실리콘 웨이퍼를 주입한 뒤, 상기 제 2 온도 범위로 급속 가열하는 것이 바람직하다.
이러한 온도 범위에서 주입함으로써, 상기 제 2 RTP에 있어서, 생산성의 저하를 억제하고, 반응 챔버(20) 내에 주입할 때 급격한 온도 변화에 의한 슬립의 발생을 억제할 수 있다.
도 6은 본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법이 적용되는 제 2 RTP 열처리 순서의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 6에 도시된 바와 같은 상기 제 2 RTP에 이용되는 열처리 순서에 따르면, 적어도 반도체 장치가 형성되는 전면(W1) 측이 T0(예를 들면, 200℃)로 유지되는 도 1에 도시된 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20) 내에서 경면 연마되고, 나아가 전면(W1) 상에 제 1의 RTP를 실시한 웨이퍼(W)가 설치되며, 제 1 공간(20a) 및 제 2 공간(20b) 내에 불활성 가스를 공급한다.
다음으로, 온도 T0(℃)으로부터 1300℃ 내지 1400℃(온도 T2(℃))의 제 2 온도 범위까지 ΔTu2(℃／초)의 온도 증가율로 급속 가열한 뒤, 온도 T2(℃)에서 기결정된 시간 t2(초)동안 유지한 후, 예를 들면, 온도 T0(℃)까지, ΔTd2(℃／초)의 온도 감소율로 급속 냉각한다.
한편, 웨이퍼(W)가 도 1에서 도시되는 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20)에 설치되는 경우에, 온도 T2는 웨이퍼(W)의 표면 온도이며, 이는 웨이퍼 유지부(30) 하부에 설치되는 복사 온도계(미도시)를 사용하여 측정된다(평균온도는 복수의 복사 온도계가 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 배치되는 경우에서의 평균 온도이다).
상기 제 1 및 제 2 RTP에 있어서의 온도 증가율 ΔTu1,ΔTu2는 10℃/초 내지 150℃/초인 것이 바람직하다.
이러한 온도 증가율에 의하여, 상기 RTP에 있어서 생산성의 저하를 억제하면서, 급속 가열시 급격한 온도 변화에 의한 접촉자국이나 슬립의 발생을 억제할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 RTP에서 온도 감소율 ΔTd1,ΔTd2는 10℃/초 내지 150℃/초인 것이 바람직하다.
이러한 온도 감소율에 의하여, 상기 RTP에 있어서 생산성의 저하를 억제하면서, 급속 냉각시 급격한 온도 변화에 의한 접촉자국이나 슬립의 발생을 억제할 수 있다.
상기 제 1 RTP에서 900℃ 내지 1250℃의 온도 범위(온도 T1(℃)) 중의 유지 시간 t1는 1초 내지 10초인 것이 바람직하다.
이러한 유지 시간 t1에 의하여 생산성의 저하는 억제되며, 연마면의 실리콘 원자를 효율적으로 질소로 종단시킬 수 있다.
상기 제 2 RTP에서 1300℃ 내지 1400℃의 온도 범위(온도 T2(℃)) 중의 유지 시간 t2는 1초 내지 30초인 것이 바람직하다.
이러한 보관 유지 시간 t2에 의하여, 생산성의 저하를 억제하며, 공극 결함의 소멸을 효율적으로 도모할 수 있다.
제 3 실시형태
본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법은, 적어도 반도체 장치가 형성되는 표면이 경면 연마된 실리콘 웨이퍼의 표면을 불화 수소계 용액으로 세정하는 공정, 및 세정한 실리콘 웨이퍼를 암모니아계 가스 분위기 중에서 900℃ 내지 1250℃의 제 1 온도 범위로 급속 가열하여 유지한 후, 제 1 온도 범위에서 암모니아계 가스분위기를 불활성 가스 분위기로 스위칭하고, 1300℃이상 1400℃이하의 제2의 온도 범위에 급속 온도상승 해 보관 유지한 후, 급속 냉각하는 열 처리 공정을 가진다.
즉, 본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법은 제 1 실시 형태에 따른 연속적인 제 1 RTP 및 제 2 RTP를 1회의 RTP로 실시하는 점에서 다르다.
그 밖에는, 제 1 실시형태와 같기 때문에 설명을 생략한다.
본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법은 상술한 바와 같은 구성을 포함하고 있기 때문에, 전술한 제 1 실시형태의 효과에 더해지고, 상기 제 1 RTP를 실시하는 공정을 하나 삭감하기 때문에 생산성의 향상 및 비용 감소를 도모할 수 있다.
도 7은 본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법이 적용되는 RTP의 열 처리 순서의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 7에 도시된 바와 같은 상기 RTP에 이용되는 열처리 순서에 따르면, 적어도 반도체 장치가 형성되는 전면(W1) 측이 T0(예를 들면, 200℃)로 유지되는 도 1에 도시된 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20) 내에서 경면 연마되고, 나아가 전면(W1) 상에 불화 수소계 용액으로 세정한 웨이퍼(W)가 설치되며, 제 1 공간(20a) 및 제 2 공간(20b) 내에 암모니아계 가스를 공급한다.
다음으로, 온도 T0(℃)으로부터 900℃ 내지 1250℃(온도 T1(℃))의 제 1 온도 범위까지 ΔTu2(℃／초)의 온도 증가율로 급속 가열하여 질소를 종단시킨다. 이후에, 연속하여 상기 제 1 온도 범위(온도 T1(℃))에서 상기 암모니아계 가스 분위기를 불활성 가스 분위기로 스위칭하고, 상기 제 1 공간(20a) 및 상기 제 2 공간(20b) 내에 공급한다.
다음으로, 제 1 온도 범위(온도 T1(℃))로부터 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도 범위(온도 T2(℃))까지 온도 증가율ΔTu2(℃／초)로 급속 가열하여, 상기 제 2 온도 범위(온도 T2(℃))에서 기결정된 시간 t2(초)동안 유지한 후, 예를 들면, 온도 T0(℃)까지, 온도 감소율 ΔTd2(℃／초)로 급속 냉각을 실시했다.
도 8은 본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법이 적용되는 RTP의 열처리 순서의 다른 일례를 나타내는 개념도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 암모니아계 가스 분위기로부터 불활성 가스 분위기로의 스위칭은 제 1 온도 범위(온도 T1(℃))로 일정하게 유지한 상태에서 실시하는 것이 바람직하다.
즉, 적어도 반도체 장치가 형성되는 전면(W1) 측이 도 1에 도시된 RTP 장치(10)의 반응 챔버(20) 내에서 경면 연마되고, 나아가, 전면(W1) 상에 불화 수소계 용액에 의해 세정한 웨이퍼(W)를 설치되며, 제 1 공간(20a) 및 제 2 공간(20b) 내에 암모니아계 가스를 공급한다.
다음으로, 온도 T0(℃)으로부터 900℃ 내지 1250℃(온도 T1(℃))의 제 1 온도 범위까지, ΔTu2a(℃／초)의 온도 증가율로 급속 가열하고, 상기 제 1 온도 범위(온도 T1(℃))에서 기결정된 시간(t1a(초))동안 유지함으로써 질소를 종단시킨다. 이후에, 연속적으로 상기 제 1 온도 범위(온도 T1(℃))에서 암모니아계 가스 분위기를 불활성 가스 분위기로 스위칭하고, 나아가, 기결정된 시간(t1b(초)) 동안 일정하게 유지한 후, 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도 범위(온도 T2(℃))까지 ΔTu2b(℃／초)의 온도 증가율로 더 급속 가열하고, 상기 제 2 온도 범위(온도 T2(℃))에서 기결정된 시간 t2(초) 동안 일정하게 유지한 후, 예를 들면, 온도 T0(℃)까지, ΔTd2(℃／초)의 온도 감소율로 급속 냉각을 실시했다.
본 실시형태에 따른 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법을 도 8에 나타내는 열처리 순서로 실시하는 경우, 생산성은 약간 저하되지만, 도 7에 나타내는 열 처리 순서에 의할 때보다 질소를 더 많이 종단시키는 것이 가능해지며, 나아가, 가스 스위칭시에, 반응 챔버(20)로부터 암모니아계 가스를 완전하게 배출시키기 쉬워진다. 따라서, 1250℃을 초과하는 고온하에서 웨이퍼의 연마면이 암모니아계 가스에 노출되는 위험성이 적게 되기 때문에, 연마면의 표면 거칠기의 악화를 억제할 수 있다.
암모니아계 가스 분위기 중의 제 1 온도 범위(온도 T1(℃))를 유지하는 유지 시간(t1a(초))은 1초 내지 5초이며, 스위칭 후 불활성 가스 분위기 중의 제 1 온도 범위(온도 T1(℃))를 유지하는 유지 시간(t1b(초))은 1초 내지 5초인 것이 바람직하다.
이러한 유지 시간에 의해 생산성의 저하를 억제할 수 있고, 효율적으로 질소를 종단시킬 수 있다.
RTP의 온도 증가율 ΔTu2a,ΔTu2b는 10℃/초 내지 150℃/초인 것이 바람직하다.
이러한 RTP의 온도 증가율에 의해 생산성의 저하를 억제할 수 있고, 급속 가열시의 급격한 온도 변화에 의한 접촉자국이나 슬립의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 온도 증가율 ΔTu2a 및ΔTu2b는 10℃/초 내지 150℃/초 내에서 동일한 온도 증가율 또는 다른 온도 증가율이다.
제 1 실시 형태 및 제 2 실시형태는 연마면에 효율적으로 질소를 종단시킨다는 점을 고려할 때, 제 1 실시형태에서 설명했듯이, 제 1 RTP와 제 2 RTP를 개별적으로 실시하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 제 2 RTP 후의 표면 거칠기를 향상시킬 수 있다.
제 2, 3의 실시형태에 있어서의
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이어지는 실시예에 의해 한정 해석되는 것은 아니다.
시험 1
v/G(v:인상 속도, G:단결정에서 인상방향으로의 온도 구배)를 CZ법에 의해 제어함으로써 공동 형태 결함이 존재하는 영역을 가지는 실리콘 단결정 잉곳을 제조했으며, 상기 영역으로부터 절단된 경면 연마된 양면을 갖는 실리콘 웨이퍼(직경 300 mm, 면방위 {100}, 두께 775μm, 및 산소 농도 1.2~1.3 x 1018 원자/cm3)에 대해서, 5%의 불소 농도를 갖는 불산 용액에 웨이퍼 전체를 침지시켜 5분간 세정을 실시한 후, 웨이퍼를 순수한 물로 세정하고, 건조시켰다.
다음으로, 세정한 샘플을 도 1에 도시된 RTP 장치(10)을 이용하여 온도 T1(℃)을 변화시킨 도 5에 도시되는 열 처리 순서에 따라 RTP를 실시하여 제 1 RTP를 실시했다.
구체적으로, 200℃으로 유지된 반응 챔버 안으로 건조된 웨이퍼를 주입했고, 분위기로서 암모니아 가스(NH3)을 공급했으며, 온도 증가율(ΔTu1) 75℃/초로 온도 T1(℃)을 800℃, 950℃, 1100℃, 1250℃, 1300℃로 변화시켜 급속 가열하여, 온도 T1(℃)에서 각각 10초간 유지한 후에, 온도 감소율(ΔTd1) 90℃/초로 200℃까지 급속 냉각했다.
다음으로, 상기 제 1 RTP를 실시한 각각의 샘플에 대해서, 도 1에 도시된 RTP 장치(10)를 이용하여 온도 T2(℃)를 더욱 변화시킨 도 6에 도시되는 열 처리 순서로 제 2 RTP를 실시해서 어닐 웨이퍼를 제작했다.
구체적으로, 200℃로 유지된 반응 챔버 내에 상기 제 1 RTP에 따른 웨이퍼를 주입했고, 분위기로서 아르곤 가스(Ar)를 공급했으며, 온도 증가율(ΔTu2) 75℃/초로 온도 T2(℃)를 1250℃, 1300℃, 1350℃으로 변화시켜 각각 급속 가열하여, 온도 T2(℃)에서 각각 15초간 유지한 후에, 온도 감소율(ΔTd2) 90℃/초로 500℃까지 급속 냉각했다(제 2 RTP). 한편, 상기 아르곤 가스(Ar)는 0.1 ppm 이하의 극소량의 산소를 포함했으며, 이는 반응 챔버 내에 설치된 산소 농도 계량기를 사용하여 측정해서 알아냈다.
수득한 어닐 웨이퍼의 반도체 장치-형성된 표면상의 표면 거칠기를 원자간력현미경(AFM)를 이용하는 RMS(측정 범위：3μm×3μm)로 평가했다.
또한, 반도체 장치-형성된 표면상의 오목-형상 피트의 발생을 AFM 이미지로 평가했다.
나아가, 웨이퍼 표면으로부터 5μm 깊이까지의 표층부의 결함 밀도를 레이저 산란 토포그래피 결함 스캐너(Laser Scattering Topography Defect Scanner(LSTD 스캐너))를 사용하여 680 nm의 파장에서 평가했다.
또한, 참고예로서 세정하지않은 웨이퍼의 반도체 장치-형성된 표면의 표면 거칠기인 RMS(측정 범위：3μm×3μm)도 AFM를 사용하여 평가했다.
본 시험의 시험 조건 및 평가 결과를 표 5에 나타낸다.
| 온도 T1(℃) | 온도 T2(℃) | 표면 거칠기 RMS(nm) | 오목-형상 피트의 발생 | 결함 밀도 | |
| 비교예 1 | 800 | 1250 | 0.25 | 발생 | 20 내지 30 결함/cm2 미만 |
| 비교예 2 | 800 | 1300 | 0.23 | 발생 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 3 | 800 | 1350 | 0.23 | 발생 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 4 | 900 | 1250 | 0.16 | 발생 없음 | 20 내지 30 결함/cm2 미만 |
| 실시예 1 | 900 | 1300 | 0.14 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 실시예 2 | 900 | 1350 | 0.13 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 5 | 1100 | 1250 | 0.12 | 발생 없음 | 20 내지 30 결함/cm2 미만 |
| 실시예 3 | 1100 | 1300 | 0.11 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 실시예 4 | 1100 | 1350 | 0.1 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 6 | 1250 | 1250 | 0.1 | 발생 없음 | 20 내지 30 결함/cm2 미만 |
| 실시예 5 | 1250 | 1300 | 0.09 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 실시예 6 | 1250 | 1350 | 0.08 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 7 | 1300 | 1250 | 0.26 | 발생 없음 | 10 내지 20 결함/cm2 미만 |
| 비교예 8 | 1300 | 1300 | 0.24 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 9 | 1300 | 1350 | 0.23 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 참고예 | - | - | 0.23 | - | - |
표 5에 보이는 바와 같이, 온도 T1이 800℃ 또는 1300℃인 경우(비교예 1에서 3, 비교예 7에서 9)에 제 2 RTP 후의 표면 거칠기는 악화되는 경향이 관찰된다. 또한, 온도 T1이 800℃인 경우(비교예 1에서 3)에 오목-형상 피트의 발생이 관찰된다. 나아가, 온도 T2가 1250℃인 경우(비교예 1, 4, 5, 6, 7)에 결함 밀도가 높아지는 경향이 관찰된다.
그러므로, 온도 T1를 900℃ 내지 1250℃로 그리고 온도 T2를 1300℃ 이상으로 함으로써, 표면 거칠기의 악화를 더욱 억제할 수 있어서 오목-형상의 피트도 발생하지 않고, 결함 밀도도 낮아지는 것이 관찰된다.
시험 2
세정을 실시한 각각의 샘플에 대해서, 도 1에 도시된 RTP 장치(10)를 이용하여 시험 1과 동일한 온도 T1(℃) 및 온도 T2(℃)를 갖는 RTP를 실시해서어닐 웨이퍼를 제작했다. 그 밖에는, 시험 1과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
구체적으로, 200℃로 유지된 반응 챔버 내에 세정한 웨이퍼를 주입했고, 분위기로서 암모니아 가스(NH3)를 공급했으며, 온도 T1을 온도 증가율(ΔTu2) 75℃/초로 각각 800℃, 950℃, 1100℃, 1250℃, 1300℃까지 급속 가열하여 변화시키고, 그 후, 온도 T1에서 분위기를 암모니아 가스(NH3)로부터 아르곤 가스(Ar)로 스위칭하고, 온도 T2를 온도상승 속도(ΔTu2) 75℃/초로 각각 1250℃, 1300℃, 1350℃로 더 급속 가열하여 변화시키고, 온도 T2에서 15초간 유지한 후에, 온도 감소율(ΔTd2) 90℃/초로 500℃까지 급속 냉각시켰다. 한편, 상기 아르곤 가스(Ar)는 0.1 ppm 이하의 극소량의 산소를 포함했으며, 이는 반응 챔버 내에 설치된 산소 농도 계량기를 사용하여 측정해서 알아냈다.
수득한 어닐 웨이퍼의 반도체 장치-형성된 표면의 표면 거칠기, 오목-형상 피트의 발생 및 결함 밀도를 시험 1과 같은 방법으로 각각 측정했다.
표 6에서 시험 2의 평가 결과를 나타낸다.
| 온도 T1(℃) | 온도 T2(℃) | 표면 거칠기 RMS(nm) | 오목-형상 피트의 발생 | 결함 밀도 | |
| 비교예 10 | 800 | 1250 | 0.27 | 발생 | 20 내지 30 결함/cm2 미만 |
| 비교예 11 | 800 | 1300 | 0.24 | 발생 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 12 | 800 | 1350 | 0.24 | 발생 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 13 | 900 | 1250 | 0.17 | 발생 없음 | 20 내지 30 결함/cm2 미만 |
| 실시예 7 | 900 | 1300 | 0.15 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 실시예 8 | 900 | 1350 | 0.14 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 14 | 1100 | 1250 | 0.13 | 발생 없음 | 20 내지 30 결함/cm2 미만 |
| 실시예 9 | 1100 | 1300 | 0.12 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 실시예 10 | 1100 | 1350 | 0.12 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 15 | 1250 | 1250 | 0.12 | 발생 없음 | 20 내지 30 결함/cm2 미만 |
| 실시예 11 | 1250 | 1300 | 0.11 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 실시예 12 | 1250 | 1350 | 0.1 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 16 | 1300 | 1250 | 0.27 | 발생 없음 | 10 내지 20 결함/cm2 미만 |
| 비교예 17 | 1300 | 1300 | 0.26 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 비교예 18 | 1300 | 1350 | 0.26 | 발생 없음 | 1 결함/cm2 미만 |
| 참고예 | - | - | 0.23 | - | - |
표 6에 보이는 바와 같이, 시험 2에서는 시험 1과 비교할 때 표면 거칠기가 약간 정도(RMS로 하고, 0.01 내지 0.03 nm 정도) 거칠어지는 경향이 인정되지만, 시험 2에서도 시험 1과 같은 경향이 관찰된다. 즉, 온도 T1이 800℃ 또는 1300℃인 경우(비교예 10에서 12, 비교예 16에서 18), 제 2 RTP 후의 표면 거칠기가 악화되는 경향이 관찰된다. 또한, 온도 T1이 800℃인 경우(비교예 10에서 12), 오목-형상 피트의 발생이 관찰된다. 나아가, 온도 T2가 1250℃인 경우(비교예 10, 13, 14, 15, 16), 결함 밀도가 높아지는 경향이 관찰된다.
그러므로, 시험 2에 대해서도 시험 1과 동일하게 온도 T1를 900℃ 내지 1250℃로 그리고 온도 T2를 1300℃이상으로 하는 것이 표면 거칠기의 악화 및 오목-형상 피트의 발생을 더욱 억제할 수 있으며, 결함 밀도가 낮아지는 것도 관찰된다.
본 발명이 그의 특정 예시적인 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 다른 실시가 청구항의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 다양한 형태의 변화 및 구체화는 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다고 당해 분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다.
Claims (11)
- 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법으로서, 상기 방법은:
(a) 실리콘 웨이퍼의 경면 연마되고 반도체 장치가 형성될 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 수소로 종단시키는 단계;
(b) 실리콘 웨이퍼의 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 불소로 종단시키는 단계;
(c) 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기 하에서 1300℃ 내지 1400℃의 제 1 온도로 실리콘 웨이퍼를 급속 가열하는 단계;
(d) 일정 시간 동안 상기 제 1 온도에서 실리콘 웨이퍼를 유지하는 단계; 및
(e) 실리콘 웨이퍼를 급속 냉각하는 단계로 이루어진 연속적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 (a)는 불화 수소계 용액 또는 과산화수소계 용액으로 실리콘 웨이퍼를 세정하는 단계를 포함하며, 그리고
단계 (b)는 불화계 가스 분위기 하에서 900℃ 내지 1250℃의 제 2 온도에서 실리콘 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법. - 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법으로서, 상기 방법은:
(a) 불화 수소계 용액 또는 과산화수소계 용액으로 실리콘 웨이퍼를 세정함으로써 실리콘 웨이퍼의 경면 연마되고 반도체 장치가 형성될 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 수소로 종단시키는 단계;
(b) 불화계 가스 분위기 하에서 900℃ 내지 1250℃의 제 1 온도로 실리콘 웨이퍼를 가열함으로써 실리콘 웨이퍼의 활성 표면상에 존재하는 실리콘 원자를 불소로 종단시키는 단계;
(c) 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기 하에서 제 1 온도에서 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도로 실리콘 웨이퍼를 급속 가열하는 단계;
(d) 일정 시간 동안 실리콘 웨이퍼를 제 2 온도에서 유지하는 단계; 및
(e) 실리콘 웨이퍼를 급속 냉각하는 단계로 이루어진 연속적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 (c)는 온도 증가율 10℃/초 내지 150℃/초로 실리콘 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함하며, 그리고
단계 (e)는 온도 감소율 10℃/초 내지 150℃/초로 실리콘 웨이퍼를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법. - 제 3 항에 있어서,
단계 (c)는 온도 증가율 10℃/초 내지 150℃/초로 실리콘 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함하며, 그리고
단계 (e)는 온도 감소율 10℃/초 내지 150℃/초로 실리콘 웨이퍼를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법. - 제 3 항에 있어서,
단계 (c)는 온도 증가율 10℃/초 내지 150℃/초로 실리콘 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함하며, 그리고
단계 (e)는 온도 감소율 10℃/초 내지 50℃/초로 실리콘 웨이퍼를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
일정 시간은 1초 내지 30초인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법. - 제 3 항에 있어서,
일정 시간은 1초 내지 30초인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법. - 반도체 장치가 형성될, 수소와 불소로 종단된 실리콘 원자를 갖는 경면 연마된 표면을 포함하는 실리콘 웨이퍼로서, 공극 결함 밀도가 상기 경면 연마된 표면으로부터 5 μm 깊이 이상의 표층부에서 1 결함/cm2 미만인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼.
- 적어도 반도체 장치가 형성되는 표면이 경면 연마된 실리콘 웨이퍼의 표면을 불화 수소계 용액으로 세정하는 단계,
세정한 실리콘 웨이퍼를 암모니아계 가스 분위기 중에서 900℃ 내지 1250℃의 제 1 온도 범위로 급속 가열하여 유지한 후, 급속 냉각하는 제 1 급속 열 처리하는 단계, 및
제 1 급속 열 처리한 실리콘 웨이퍼를 불활성 가스 분위기 중에서 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도 범위로 급속 가열하여 유지한 후, 급속 냉각하는 제 2 급속 열 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열 처리 방법. - 적어도 반도체 장치가 형성되는 표면이 경면 연마된 실리콘 웨이퍼의 표면을 불화 수소계 용액으로 세정하는 단계, 및
세정한 실리콘 웨이퍼를 암모니아계 가스 분위기 중에서 900℃ 내지 1250℃의 제 1 온도 범위로 급속 가열하고, 제 1 온도 범위에서 상기 암모니아계 가스 분위기를 불활성 가스 분위기로 스위칭한 후, 1300℃ 내지 1400℃의 제 2 온도 범위로 급속 가열하여 유지한 뒤, 급속 냉각하는 급속 열 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
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