KR102229588B1 - 웨이퍼의 제조방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조방법, 이에 따라 제조된 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼 - Google Patents

웨이퍼의 제조방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조방법, 이에 따라 제조된 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼 Download PDF

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최정우
장병규
양은수
이연식
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Abstract

구현예는 웨이퍼의 제조방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조방법, 이에 따라 제조된 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼에 관한 것이다. 구현예에 따른 웨이퍼의 제조방법을 통해 제조된 웨이퍼는 마이크로파이프 결함 밀도가 적고, 파티클과 스크래치 발생을 최소화할 수 있다. 구현예에 따른 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 통해 제조된 에피택셜 웨이퍼는 다운폴, 삼각 및 캐럿 결함 등의 밀도가 적고, 우수한 소자 특성을 나타낼 수 있으며, 소자 수율 향상을 기대할 수 있다.

Description

웨이퍼의 제조방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조방법, 이에 따라 제조된 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼{MANUFACTURING METHOD OF WAFER, MANUFACURING METHOD OF EPITAXIAL WAFER, WAFER AND EPITAXIAL WAFER MANUFACTURED THEREBY}
웨이퍼의 제조방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조방법, 이에 따라 제조된 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼에 관한 것이다.
탄화규소는 내열성 및 기계적 강도가 우수하고, 물리적, 화학적으로 안정적이므로, 반도체 재료로 주목받고 있다. 최근에, 고전력 소자 등의 기판으로 탄화규소 단결정 기판의 수요가 높아지고 있다.
이러한 탄화규소 단결정을 제조하는 방법으로, 액상 증착법(Liquid Phase Epitaxy; LPE), 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 물리적 기상 수송법(Physical Vapor Transport, PVT) 등이 있다. 그 중 물리적 기상 수송법은 도가니 내에 탄화규소 원료를 장입하고, 도가니 상단에는 탄화규소 단결정으로 이루어진 종자정을 배치한 다음 도가니를 유도가열 방식으로 가열하여 원료를 승화시켜, 종자정 상에 탄화규소 단결정을 성장시키는 방법이다.
물리적 기상 수송법은 높은 성장률을 가짐으로써 잉곳 형태의 탄화규소를 제작할 수 있어 가장 널리 이용되고 있다. 다만, 도가니의 유도가열 시 도가니 및 단열재의 특성, 공정 조건 등에 따라 도가니에 흐르는 전류밀도가 변화하고, 도가니 내부 온도 분포 또한 변화하여, 제조되는 탄화규소 잉곳의 휨 및 뒤틀림이 발생할 수 있다. 이러한 휨 및 뒤틀림이 발생하면, 후속 공정을 통해 마련된 웨이퍼의 결함 밀도가 증가할 수 있다.
한편, 탄화규소 잉곳으로부터 마련된 웨이퍼에 에피택셜 층을 형성할 시, 웨이퍼 표면은 스크래치 등의 기계적인 손상이 최소화되어야 한다. 웨이퍼 표면 상에 불필요한 파티클이 있거나, 스크래치 등의 기계적 손상이 있다면 에피택셜 층의 품질이 저하되고, 반도체 소자 제조 시 소자의 특성이나 수율이 저하될 우려가 있다.
따라서, 웨이퍼로부터 제조되는 반도체 소자의 성능 및 수율 향상을 위해 탄화규소 단결정 제조 및 웨이퍼 제조 시 여러 요소들의 구성 방안에 대해 고려할 필요가 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 구현예의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
관련 선행기술로, 한국 공개특허공보 제10-2010-0089103호에 개시된 "탄화규소 단결정 잉곳, 이것으로부터 얻어지는 기판 및 에피택셜 웨이퍼"가 있다.
구현예의 목적은 결함 밀도, 표면의 스크래치 및 파티클이 저감된 웨이퍼와 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
구현예의 다른 목적은 다운폴, 삼각, 캐럿 결함 등이 저감된 에피택셜 웨이퍼와 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 웨이퍼의 제조방법은,
내부공간을 갖는 반응용기에 원료물질과 탄화규소 종자정을 서로 마주보게 배치하는 준비단계;
상기 내부공간의 온도, 압력, 및 분위기를 조절하여 상기 원료물질을 승화시키고 상기 종자정으로부터 성장된 탄화규소 잉곳을 마련하는 성장단계;
상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;
상기 회수된 탄화규소 잉곳을 절단하여 웨이퍼를 마련하는 절단단계; 및
상기 마련된 웨이퍼의 두께를 평탄화하고 표면을 연마하는 가공단계;를 포함하고,
상기 반응용기는 외면을 둘러싸는 단열재와, 상기 반응용기 또는 상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열수단을 포함하고,
상기 단열재의 밀도는 0.14 g/cc 내지 0.28 g/cc이고
상기 가공단계는 1000 mesh 내지 3000 mesh의 표면 입도를 갖는 제1연삭 휠로 가공하는 제1가공단계; 및 6000 mesh 내지 10000 mesh의 표면 입도를 갖는 제2연삭 휠로 가공하는 제2가공단계;를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1가공단계는 상기 제1연삭 휠이 상기 웨이퍼에 향하는 이송속도가 0.2 μm/s 이상, 1.5 μm/s 미만일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2가공단계는 상기 제2연삭 휠이 상기 웨이퍼에 향하는 이송속도가 0.2 μm/s 이상, 1.5 μm/s 미만일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 하기 식 1로 표시되는 Pi 값이 30 이하일 수 있다.
[식 1]
Pi=DiХViХViiХ100
상기 식 1에서, Di는 상기 단열재의 밀도(g/cc) 수치이고, Vi는 상기 제1연삭 휠의 이송속도(μm/s) 수치이고, Vii는 상기 제2연삭 휠의 이송속도(μm/s) 수치이다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1연삭 휠의 회전 속도는 1000 rpm 내지 2000 rpm일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2연삭 휠의 회전 속도는 600 rpm 내지 1800 rpm일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가공단계는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마 단계가 진행된 웨이퍼는,
일면 및 타면을 포함하고,
상기 일면에서 총 스크래치 길이의 합이 상기 웨이퍼의 직경 길이 이하이고,
상기 일면에서 0.3 μm 이상의 입도를 갖는 파티클의 평균 밀도가 3 /cm2 이하이고,
상기 일면에서 마이크로파이프 평균 밀도가 3 /cm2 이하일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 웨이퍼는,
일면 및 타면을 포함하고
상기 일면에서 총 스크래치 길이가 웨이퍼의 직경 길이 이하이고,
상기 일면에서 0.3 μm 이상의 입도를 갖는 파티클의 평균 밀도가 3 /cm2 이하이고,
상기 일면에서 마이크로파이프 평균 밀도가 3 /cm2 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 일면에서 총 스크래치 길이가 2 cm 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 하기 식 2로 표시되는 Wd 값이 15 이하일 수 있다.
[식 2]
Wd = (MP+1)×(Pd+1)×(10Sr+1)
상기 식 2에서, MP는 상기 마이크로파이프 평균 밀도(/cm2) 수치이고, Pd는 상기 파티클의 평균 밀도(/cm2) 수치이고, Sr는 상기 웨이퍼의 직경 대비 총 스크래치 길이의 백분율(%) 수치이다.
일 실시예에 있어서, 상기 일면은 표면에 규소 원자 층이 나타나는 Si 면이고,
상기 웨이퍼는 4 인치 이상의 4H 탄화규소 웨이퍼일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼의 제조방법은,
상기 웨이퍼가 배치된 성장용기 내에 에피택셜 성장을 위한 원료 가스를 주입하고, 화학 기상 증착법에 따라 상기 웨이퍼의 일면 상에 에피택셜 층을 성장시키는 성장단계를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼는,
상기 웨이퍼; 및
상기 웨이퍼의 일면 상에 형성된 에피택셜 층;을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 에피택셜 층은,
다운폴(downfall) 결함의 평균 밀도가 0.3 /cm2 이하이고,
삼각(triangular) 결함의 평균 밀도가 1 /cm2 이하이고,
캐럿(carrot) 결함의 평균 밀도가 2 /cm2 이하이고,
칼날 전위의 평균 밀도가 4 /cm2 이하일 수 있다.
일 실시예에 따른 웨이퍼의 제조방법을 통해 제조된 웨이퍼는 마이크로파이프 결함 밀도가 적고, 파티클과 스크래치 발생을 최소화할 수 있다.
일 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 통해 제조된 에피택셜 웨이퍼는 다운폴, 삼각 및 캐럿 결함 등의 밀도가 적고, 우수한 소자 특성을 나타낼 수 있으며, 소자 수율 향상을 기대할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 웨이퍼의 사시도.
도 2는 일 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼을 단면으로 설명하는 개념도.
도 3은 비교예 1(a) 및 실시예 4(b)에서 에피택셜 층 형성 전(왼쪽)과 후(오른쪽)의 결함을 측정한 결과를 나타낸 사진.
도 4는 일 실시예에 따른 탄화규소 잉곳 제조장치의 개념도.
도 5는 에피택셜 웨이퍼의 캐럿 결함(a), 삼각 결함(b), 다운폴 결함(c)를 나타낸 사진.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하나 이상의 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, A 상에 B가 위치한다는 의미는 A 상에 직접 맞닿게 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에 B가 위치하는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
본 명세서에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 특별한 설명이 없는 한 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
본 명세서에서 결함을 설명하며 적용하는 단위 "/cm2"는 단위면적당 결함의 개수를, "/wafer"는 웨이퍼의 일면에서 확인된 결함의 수를 의미하는 단위이다.
본 명세서에서 결함은 특별한 설명이 없으면 웨이퍼의 광학식 측정 장비(Candela CS20, TLA-Tencor 사)를 통해 측정한 결과를 의미한다.
휨 또는 뒤틀림 특성이 양호하지 못한 잉곳으로부터 제조된 웨이퍼 상에 에피택셜 층을 형성할 시, 에피택셜 층에서 다운폴(downfall), 삼각(triangular), 캐럿(carrot) 등과 같은 결함이 발생하기 쉽고, 이는 다이오드의 동작에서 항복전압을 감소시키고, 누설 전류를 증가시키는 요인이 된다.
발명자들은 상기 결함 발생을 저감시킬 방안에 대해 고려하던 중, 잉곳 제조 시 성장용기 단열재의 밀도 조절을 통해 잉곳 형상 및 품질을 향상시키고, 웨이퍼 가공 중 연마 과정에서 웨이퍼의 스크래치 및 파티클 발생을 최소화하는 방법을 발명하였으며, 구현예를 제시한다.
웨이퍼의 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 웨이퍼의 제조방법은,
내부공간을 갖는 반응용기(200)에 원료물질(300)과 탄화규소 종자정을 서로 마주보게 배치하는 준비단계;
상기 내부공간의 온도, 압력, 및 분위기를 조절하여 상기 원료물질을 승화시키고 상기 종자정으로부터 성장된 탄화규소 잉곳(100)을 마련하는 성장단계;
상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;
상기 회수된 탄화규소 잉곳을 절단하여 웨이퍼를 마련하는 절단단계; 및
상기 마련된 웨이퍼의 두께를 평탄화하고 표면을 연마하는 가공단계;를 포함하고,
상기 반응용기는 외면을 둘러싸는 단열재와, 상기 반응용기 또는 상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열수단을 포함하고,
상기 단열재의 밀도는 0.14 g/cc 내지 0.28 g/cc이고
상기 가공단계는 1000 mesh 내지 3000 mesh의 표면 입도를 갖는 제1연삭 휠로 가공하는 제1가공단계; 및 6000 mesh 내지 10000 mesh의 표면 입도를 갖는 제2연삭 휠로 가공하는 제2가공단계;를 포함한다.
도 4에 탄화규소 잉곳 제조장치의 일례를 도시하였다. 이를 참조하여 구현예에 따른 웨이퍼의 제조방법을 설명한다.
상기 준비단계는 내부공간을 갖는 반응용기(200)에 원료(300)와 탄화규소 종자정을 서로 마주보게 배치하는 단계이다.
상기 준비단계의 탄화규소 종자정은 목적으로 하는 웨이퍼에 따라 적절한 크기의 것이 적용될 수 있고, 상기 탄화규소 종자정의 C면((000-1)면)이 상기 원료(300) 방향으로 향하도록 할 수 있다.
상기 준비단계의 원료(300)는 탄소원과 규소원을 갖는 분말 형태가 적용될 수 있고, 상기 분말이 서로 네킹 처리된 원료 또는 표면을 탄화 처리한 탄화규소 분말 등이 적용될 수 있다.
상기 준비단계의 반응용기(200)는 탄화규소 잉곳 성장반응에 적절한 용기라면 제한되지 않고 적용될 수 있고, 구체적으로 흑연 도가니가 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응용기는 내부공간과 개구부를 포함하는 본체(210) 및 상기 개구부와 대응되어 상기 내부공간을 밀폐하는 덮개(220)를 포함할 수 있다. 상기 도가니 덮개는 상기 도가니 덮개와 일체로 또는 별도로 종자정 홀더를 더 포함할 수 있고, 상기 종자정 홀더를 통해 탄화규소 종자정과 원료가 마주보도록, 탄화규소 종자정을 고정할 수 있다.
상기 준비단계의 반응용기(200)는 단열재(400)에 의해 둘러싸여 고정될 수 있고, 석영관과 같은 반응챔버(500) 내에서 상기 반응용기를 둘러싼 단열재가 위치하도록 할 수 있으며, 상기 단열재 및 반응챔버 외부에 구비된 가열수단(600)에 의해 상기 반응용기(200)의 내부공간 온도를 제어할 수 있다.
상기 준비단계의 단열재(400)는 기공도가 72 % 내지 95 %일 수 있고, 75 % 내지 93 %일 수 있으며, 80 % 내지 91 %일 수 있다. 상기 기공도를 만족하는 단열재를 적용하는 경우 성장되는 탄화규소 잉곳의 크랙 발생을 보다 감소시킬 수 있다.
상기 준비단계의 단열재(400)는 압축강도가 0.2 Mpa 이상일 수 있고, 0.48 Mpa 이상일 수 있으며, 0.8 MPa 이상일 수 있다. 또한, 상기 단열재는 압축강도가 3 MPa 이하일 수 있고, 2.5 MPa 이하일 수 있다. 상기 단열재가 이러한 압축강도를 갖는 경우 열적/기계적 안정성이 우수하고, 애쉬(ash)가 발생할 확률이 떨어져 보다 우수한 품질의 탄화규소 잉곳을 제조할 수 있다.
상기 준비단계의 단열재(400)는 탄소계 펠트를 포함할 수 있고, 구체적으로 흑연 펠트를 포함할 수 있으며, 레이온계 흑연 펠트 또는 피치계 흑연 펠트를 포함할 수 있다.
상기 준비단계의 단열재(400)는 그 밀도가 0.14 g/cc 이상일 수 있고, 0.15 g/cc 이상일 수 있고, 0.168 g/cc 이상일 수 있으며, 0.17 이상일 수 있다. 상기 단열재는 그 밀도가 0.28 g/cc이하일 수 있고, 0.24 g/cc이하일 수 있고, 0.20 g/cc 이하일 수 있으며, 0.18 g/cc 이하일 수 있다. 상기 밀도 범위를 갖는 단열재를 통해, 제조되는 잉곳의 휨 및 뒤틀림 발생을 억제할 수 있고, 잉곳으로부터 제조되는 웨이퍼가 양호한 결함 특성을 나타낼 수 있도록 한다.
상기 준비단계의 반응챔버(500)는 반응챔버 내부와 연결되며 반응챔버 내부의 진공도를 조절하는 진공배기장치(700), 반응챔버 내부와 연결되며 반응챔버 내부에 기체를 유입시키는 배관(810) 및 기체 유입을 제어하는 매스 플로우 컨트롤러(800)를 포함할 수 있다. 이들을 통해, 후속 성장단계 및 냉각단계에서 불활성기체의 유량을 조절할 수 있도록 한다.
상기 성장단계는 상기 가열수단(600)에 의해 상기 반응용기(200) 및 반응용기의 내부공간을 가열하여 진행될 수 있고, 상기 가열과 동시에 또는 별도로 내부공간을 감압하여 진공도를 조절하고, 불활성 기체를 주입하며 탄화규소 결정의 성장을 유도할 수 있다.
상기 성장단계는 2000 ℃ 내지 2600 ℃의 온도와 1 torr 내지 200 torr의 압력 조건에서 진행될 수 있고, 상기 온도 및 압력 범위에서 보다 효율적으로 탄화규소 잉곳을 제조할 수 있다.
상기 성장단계는 구체적으로 상기 반응용기(200) 상, 하부 표면의 온도가 2100 ℃ 내지 2500 ℃, 상기 반응용기 내부공간의 압력이 1 torr 내지 50 torr인 조건에서 진행될 수 있고, 더 자세하게는 상, 하부 표면의 온도가 2150 ℃ 내지 2450 ℃, 상기 반응용기 내부공간의 압력이 1 torr 내지 40 torr인 조건에서 진행될 수 있으며, 더 구체적으로 상, 하부 표면의 온도가 2150 ℃ 내지 2350 ℃, 상기 반응용기 내부공간의 압력이 1 torr 내지 30 torr인 조건에서 진행될 수 있다.
상기 온도 및 압력 조건을 상기 성장단계에 적용하는 경우 보다 고품질의 탄화규소 잉곳을 제조할 수 있다.
상기 성장단계는 1 ℃/min 내지 10 ℃/min의 승온 속도, 5 ℃/min 내지 10 ℃/min의 승온 속도로 상기 온도 범위까지 승온이 진행될 수 있다.
상기 성장단계는 상기 반응용기(200) 외부에 소정 유량의 불활성기체를 가할 수 있다. 상기 불활성기체는 상기 반응용기(200)의 내부공간에서 그 흐름이 이루어질 수 있고, 상기 원료물질(300)에서 상기 탄화규소 종자정 방향으로 그 흐름이 이루어질 수 있다. 이에 따라 상기 반응용기 및 내부공간의 안정적인 온도구배가 형성될 수 있도록 한다.
상기 성장단계의 상기 불활성기체는 구체적으로 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합기체일 수 있다.
상기 냉각단계는 상기 성장된 탄화규소 잉곳을 소정 냉각속도 및 불활성기체 유량 조건에서 냉각하는 단계이다.
상기 냉각단계는 1 ℃/min 내지 10 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있고, 1 ℃/min 내지 5 ℃/min의 속도로 냉각이 진행될 수 있다.
상기 냉각단계는 상기 반응용기(200)의 내부공간의 압력 조절이 동시에 이루어질 수 있고, 상기 냉각단계와 별도로 압력 조절이 이루어질 수 있다. 상기 압력 조절은 상기 내부공간의 압력이 최대 760 torr가 되도록 이루어질 수 있다.
상기 냉각단계는 상기 성장단계와 마찬가지로 상기 반응용기(200) 외부에 소정 유량의 불활성기체를 가할 수 있다. 상기 불활성기체는 상기 반응용기의 내부공간에서 그 흐름이 이루어질 수 있고, 상기 원료물질(300)에서 상기 탄화규소 종자정 방향으로 그 흐름이 이루어질 수 있다.
상기 절단단계는 상기 냉각단계 이후 회수된 탄화규소 잉곳을 절단하여 웨이퍼를 마련하는 단계이다.
상기 절단단계는 상기 탄화규소 잉곳의 (0001)면 또는 성장이 시작된 면과 소정 오프 각을 이루도록 절단될 수 있다. 상기 절단단계의 오프 각은 0 °내지 10 °일 수 있다.
상기 절단단계는 상기 웨이퍼의 두께가 150 μm 내지 900 μm이 되도록 할 수 있고, 200 μm 내지 600 μm 이 되도록 할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 가공단계는 상기 절단단계를 거쳐 마련된 웨이퍼의 두께를 평탄화하고 표면을 연마하는 단계이다. 상기 두께를 평탄화화는 소위 래핑 공정은 휠 연삭(wheel grinding)이 웨이퍼 양 측면에 순차적으로 적용되어 이루어질 수 있고, 상기 절단단계에서 가해진 손상을 제거할 수 있다.
종래 실리콘 웨이퍼의 가공은 조대한 입도의 금속접합에 의한 연삭 휠의 사용으로 실리콘 웨이퍼의 연삭과정에서 균열이 발생할 우려, 웨이퍼 조도 특성이 좋지 못할 우려가 있다.
구현예에 따른 웨이퍼의 제조방법에서 가공단계는 보다 미세한 범위의 표면 입도를 갖는 제1연삭 휠과, 특정 범위의 표면 입도를 갖는 제2연삭 휠을 통해 가공하여, 절단단계의 손상을 최소화함과 동시에 양호한 조도 특성을 얻을 수 있고, 파티클이나 스크래치 등의 발생을 최소화할 수 있다.
상기 가공단계는 먼저 1000 mesh 내지 3000 mesh의 표면 입도를 갖는 제1연삭 휠로 가공하는 제1가공단계; 및 6000 mesh 내지 10000 mesh의 표면 입도를 갖는 제2연삭 휠로 가공하는 제2가공단계;를 포함할 수 있다.
상기 가공단계는 회전하는 연삭 휠의 표면이 웨이퍼의 일면에 가해지며 진행될 수 있다.
상기 가공단계에서 연삭 휠은 표면에 입자가 매립된 형태일 수 있고, 입자의 크기는 메쉬(mesh)로 표시한다. 메쉬는 1인치당 몇 개의 개구부(opening)가 있는가를 나타내는 척도이다. 상기 연삭 휠의 표면에 매립된 입자는 다이아몬드일 수 있다.
상기 가공단계는 상기 연삭 휠과 웨이퍼가 서로 반대 방향으로 회전하며 진행될 수 있다.
상기 가공단계는 상기 연삭 휠의 직경이 상기 웨이퍼의 직경보다 클 수 있고, 250 mm 이하일 수 있다.
상기 제1가공단계는 상기 제1연삭 휠이 상기 웨이퍼에 향하는 이송속도(feed rate)가 0.2 μm/s 이상, 1.5 μm/s 미만일 수 있고, 0.3 μm/s 내지 1.2 μm/s일 수 있으며, 0.5 μm/s 내지 1 μm/s일 수 있다. 상기 이송속도를 만족하도록 하여, 절단가공 시 가해진 손상을 제거하되, 스크래치 발생을 최소화하도록 할 수 있다.
상기 제1가공단계는 상기 제1연삭 휠의 회전 속도가 1000 rpm 내지 2000 rpm일 수 있고, 1200 rpm 내지 1600 rpm일 수 있다. 상기 회전 속도 범위를 만족하도록 하여, 웨이퍼가 과도하게 연삭되지 않도록 하고, 절단가공 시 가해진 손상이 용이하게 제거되도록 할 수 있다.
상기 제1가공단계 이후, 상기 제1연삭 휠보다 더 큰 mesh 값, 보다 미세한 입자를 갖는 연삭 휠을 통해 제2가공단계를 진행할 수 있다.
상기 제2가공단계는 상기 제2연삭 휠이 상기 웨이퍼에 향하는 이송속도가 0.2 μm/s 이상, 1.5 μm/s 미만일 수 있고, 0.2 μm/s 내지 1.2 μm/s일 수 있으며, 0.3 μm/s 내지 1.0 μm/s일 수 있다. 상기 이송속도를 만족하도록 하여, 상기 제1가공단계에서 발생할 수 있는 엉성한 표면을 연마하고, 스크래치 발생을 최소화하도록 할 수 있다.
상기 제2가공단계는 상기 제2연삭 휠의 회전 속도가 600 rpm 내지 1800 rpm일 수 있고, 800 rpm 내지 1500 rpm일 수 있다. 상기 제2가공단계의 제2연삭 휠의 회전속도는 상기 제1연삭 휠의 회전속도보다 작을 수 있다. 상기 회전 속도 범위를 만족하도록 하여, 제1가공단계에서 잔류한 거친 부분을 제거하고, 스크래치 발생을 최소화하며, 후속으로 진행될 수 있는 화학적 기계적 연마가 효과적으로 이루어지도록 한다.
상기 제1가공단계 및 제2가공단계는 별도의 슬러리 없이 진행될 수 있다.
상기 가공단계는 상기 제2가공단계 이후 상기 웨이퍼를 습식 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가공단계는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 화학적 기계적 연마는 상기 제2가공단계 이후 진행될 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마는 회전하는 정반 상에 연마입자 슬러리를 가하면서, 회전하는 연마헤드에 고정된 웨이퍼를 소정 압력으로 접촉시켜 이루어질 수 있다.
상기 가공단계 이후 통상의 RCA 화학 세정 용액을 통한 세정단계가 더 이루어질 수 있다.
상기 웨이퍼의 제조방법은 하기 식 1로 표시되는 Pi 값이 30 이하일 수 있고, 20 이하일 수 있고, 15 이하일 수 있다. 상기 Pi 값은 10 이하일 수 있고, 4.25 이하일 수 있으며, 2.7 이하일 수 있다. 상기 Pi 값은 0.01 이상일 수 있고, 0.02 이상일 수 있다.
[식 1]
Pi=Di×Vi×Vii×100
상기 식 1에서, Di는 상기 단열재의 밀도(g/cc) 수치이고, Vi는 상기 제1연삭 휠의 이송속도(μm/s) 수치이고, Vii는 상기 제2연삭 휠의 이송속도(μm/s) 수치이다.
상기 Pi는 결함 발생과 관련이 있는 웨이퍼 제조 지수로, 특정 이하의 수치를 만족하도록 하여, 제조되는 웨이퍼의 마이크로파이프 밀도, 파티클 수를 최소화하고, 표면 스크래치 길이를 제어할 수 있다.
웨이퍼(10)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 웨이퍼(10)는,
일면(11) 및 타면(12)을 포함하고,
상기 일면에서 총 스크래치 길이의 합이 웨이퍼 직경 길이 이하이고,
상기 일면에서 0.3 μm 이상의 입도를 갖는 파티클의 평균 밀도가 3 /cm2 이하이고,
상기 일면에서 마이크로파이프(micropipe) 평균 밀도가 3 /cm2 이하일 수 있다.
상기 웨이퍼(10)의 파티클은, 0.3 μm 내지 10 μm의 입도를 갖는 것으로 웨이퍼 상에 에피택셜 층을 형성할 시 각종 결함 발생의 기점이 될 수 있다. 상기 파티클은 도가니의 내부공간 내에 존재했거나 잉곳 성장 과정에서 의도되지 않게 발생된 금속 파티클 등을 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼(10)의 마이크로파이프는, 직경 1 μm 내지 3 μm 정도의 중공 관통 부위를 말하며, 소자 제조 시 통전 불량의 원인이 될 수 있다.
상기 웨이퍼(10)의 마이크로파이프, 스크래치 및 파티클은 웨이퍼의 광학식 측정 장비(Candela CS20, TLA-Tencor 사)를 통해 분류하여 검출할 수 있다.
상기 웨이퍼(10)의 일면에서 마이크로파이프 밀도는 3 /cm2 이하일 수 있고, 2.46 /cm2 이하일 수 있고, 2.25 /cm2 이하일 수 있으며, 1.16 /cm2 이하일 수 있다.
상기 웨이퍼(10)의 일면에서 총 스크래치 길이의 합은, 복수의 스크래치들 각각의 길이의 합을 나타낼 수 있다.
상기 웨이퍼(10)의 일면에서 웨이퍼의 직경 대비 총 스크래치 길이의 백분율은 0.1 % 이하일 수 있고, 0.078 % 이하일 수 있으며, 0.031 % 이하일 수 있다.
상기 웨이퍼(10)의 일면에서 총 스크래치 길이는 2 cm 이하일 수 있고, 1.5 cm 이하일 수 있고, 1.17 cm 이하일 수 있으며, 0.47 cm 이하일 수 있다.
상기 웨이퍼(10)의 일면에서 파티클의 평균 밀도는 3 /cm2 이하일 수 있고, 1.5 /cm2 이하일 수 있고, 0.8 /cm2 이하일 수 있고, 0.74 /cm2 이하일 수 있으며, 0.6 /cm2 이하일 수 있다.
상기 웨이퍼(10)는 하기 식 2로 표시되는 Wd 값이 20 이하일 수 있고, 15 이하일 수 있다. 상기 Wd 값은 12 이하일 수 있고, 10 이하일 수 있다. 상기 Wd 값은 5.2 이하일 수 있고, 4.9 이하일 수 있다. 상기 Wd 값은 0.1 이상일 수 있다.
[식 2]
Wd = (MP+1)×(Pd+1)×(10Sr+1)
상기 식 2에서, MP는 상기 마이크로파이프 평균 밀도(/cm2) 수치이고, Pd는 상기 파티클의 평균 밀도(/cm2) 수치이고, Sr는 상기 웨이퍼(10)의 직경 대비 총 스크래치 길이의 백분율(%) 수치이다.
상기 Wd 값은 상기 웨이퍼(10) 일면의 마이크로파이프, 파티클, 스크래치 등의 요소를 종합적으로 반영한 웨이퍼 결함 지수를 나타낸 것이다.
상기 웨이퍼(10)는 상기 스크래치 길이, 파티클 평균 밀도, 마이크로파이프 평균 밀도 및 Wd 값을 가짐으로, 일면에 에피택셜 층 형성 시 에피택셜 층의 결함 발생을 최소화할 수 있고, 소자 특성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 웨이퍼(10)의 일면(11)은 주로 규소 원자가 표면에 나타나는 소위 Si 면이고, 상기 일면의 반대면인 타면(12)은 주로 탄소 원자가 표면에 나타나는 소위 C 면이다. 웨이퍼 절단 가공 시, 탄화규소 단결정에서 탄소 원자의 층과 규소 원자의 층의 경계면 또는 이와 평행한 방향으로 절단되기 쉽고, 이에 따라 탄소 원자가 주로 노출되는 면과 규소 원자가 주로 노출되는 면이 절단면 상에 나타나게 된다.
상기 일면(11)의 중심은 상기 웨이퍼(10) 단면의 형상이 원형 또는 타원형일 경우, 원 또는 타원의 중심에 해당할 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼 단면의 형상이 원형 또는 타원형일 경우, 상기 반경은 가장 작은 반경을 기준으로 할 수 있다.
상기 웨이퍼(10)는 잉곳으로부터 절단될 시 잉곳 또는 종자정의 C면((000-1)면)으로부터 오프 각이 0 °내지 10°으로 적용된 것일 수 있다.
상기 웨이퍼(10)는 그 로킹 각도가 기준각도 대비 -1.5 °내지 1.5 °일 수 있고, -1.0 °내지 1.0 °일 수 있으며, -0.5 °내지 0.5 °일 수 있고, -0.3 ° 내지 0.3 °일 수 있다. 이러한 특징을 갖는 웨이퍼는 우수한 결정질 특성을 가질 수 있다. 상기 로킹 각도는 고분해능 엑스선 회절 분석 시스템(HR-XRD system)을 적용하여 상기 웨이퍼 [11-20] 방향을 X-ray 경로에 맞추고, X-ray source optic과 X-ray detector optic 각도를 2θ(35 ° 내지 36 °)로 설정한 후 웨이퍼의 오프 각에 맞추어 오메가(ω, 또는 쎄타 θ, X-ray detector optic) 각도를 조절하여 로킹 커브(Rocking curve)를 측정하고, 기준각도인 피크각도와 두 개의 반치전폭(FWHM; full width at half maximum) 값의 차이 값을 각각 로킹 각도로 설정하여 결정성을 평가한다.
본 명세서에서, 오프 각이 X °라 함은 통상 허용하는 오차범위 내에서 X °로 평가되는 오프 각을 갖는다는 것을 의미하며, 예시적으로 (X ° - 0.05 °) 내지 (X ° + 0.05 °) 범위의 오프각을 포함한다. 또한, 로킹 각도가 “기준각도 대비 -1 ° 내지 1 °”라 함은 반치전폭 값이 기준각도인 피크각도를 기준으로 (피크각도 - 1 °) 내지 (피크각도 + 1 °)의 범위 내에 있다는 것을 의미한다. 더욱이, 상기 로킹 각도는 웨이퍼의 중앙 부분과 가장자리에서 중앙 방향으로 5 mm 이내의 부분을 제외한 표면을 실질적으로 균등하게 3등분하여, 각 부분에서 3 번 이상 측정한 결과를 평균하여 위의 로킹 각도로 취급한다. 구체적으로, 탄화규소 잉곳의 (0001)면에 대해 0 ° 내지 10 °의 범위에서 선택된 각도인 오프각을 적용한 웨이퍼들 중, 오프각이 0 ° 일 경우, 오메가 각도는 17.8111 °이고, 오프각이 4 ° 일 경우, 오메가 각도는 13.811 °, 그리고 오프각이 8 °일 경우, 오메가 각도는 9.8111 ° 이다.
상기 웨이퍼(10)의 두께는 150 μm 내지 900 μm일 수 있고, 200 μm 내지 600 μm일 수 있으며, 반도체 소자에 적용될 수 있는 적절한 두께라면 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 웨이퍼(10)는 결함이나 다형 혼입이 최소화된 실질적으로 단결정인 4H 구조의 탄화규소로 이루어질 수 있다.
상기 웨이퍼(10)의 직경은 4 인치 이상일 수 있고, 5 인치 이상일 수 있으며, 6 인치 이상일 수 있다. 상기 웨이퍼의 직경은 12 인치 이하일 수 있고, 10 인치 이하일 수 있으며, 8 인치 이하일 수 있다.
상기 웨이퍼(10)는 후술하는 방법을 통해 그 일면에 에피택셜 층을 형성시킬 수 있다.
에피택셜 웨이퍼의 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼의 제조방법은,
상기 방법에 따라 제조된 웨이퍼(10)가 배치된 성장용기 내에 에피택셜 성장을 위한 원료 가스를 주입하고, 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition)에 따라 상기 웨이퍼의 일면(11) 상에 에피택셜 층을 성장시키는 성장단계를 포함한다.
상기 성장단계는 상기 원료 가스 주입 전, 상기 웨이퍼(10) 표면을 가스 에칭 처리하는 에칭단계를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 에칭은 상기 웨이퍼를 1400 ℃ 내지 1600 ℃의 온도로 유지하고, 소정 유량의 수소 가스를 가하여 이루어질 수 있다.
상기 성장단계는 먼저 성장용기에 웨이퍼를 배치하고, 성장용기 내를 진공 배기하고, 원료가스인 탄소계 가스 및 규소계 가스를 주입할 수 있다. 또한, 질소 등의 도핑 가스를 더 주입할 수 있다. 상기 가스 주입 시 탄소계 및 규소계 가스의 탄소/규소 원자 농도 비는 0.5 내지 2일 수 있다.
상기 성장단계의 탄소계 가스는 CH4, C2H4, C2H6, C3H6, C3H8 중 선택된 하나 이상일 수 있고, 규소계 가스는 SiH4, SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl, Si2H6 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 성장단계는 상기 가스를 주입하고, 1400 ℃ 내지 1700 ℃의 온도를 유지하여 상기 웨이퍼(10)의 일면(11) 상에 에피택셜 층의 성장이 이루어질 수 있다.
상기 성장단계를 통해 성장된 에피택셜 웨이퍼(20)의 에피택셜 층(15)의 두께는 5 μm 내지 20 μm일 수 있다.
상기 성장단계 이후, 원료가스 주입을 멈추고, 상온 냉각시킨 다음, 배기하고, 불활성기체를 대기압까지 가압한 다음, 에피택셜 웨이퍼(20)를 회수할 수 있다.
상기 성장단계는 필요에 따라 1회 또는 2회 이상 진행될 수 있다. 상기 성장단계가 2회 이상 진행되는 경우, 에피택셜 층(15) 상에 제2에피택셜 층(미도시)가 더 형성될 수 있다. 상기 제2에피택셜 층을 형성하기 위해 반복하여 진행되는 성장단계는, 상기 에피택셜 층(15) 형성을 위한 성장단계에서 적용한 것과 동일한 과정으로 진행될 수 있고, 온도나 원료가스의 조성, 도핑가스 종류 등이 상기 에픽택셜 층(15) 형성을 위한 성장단계와 달리 적용될 수도 있다.
상기 제조방법으로 제조된 에피택셜 웨이퍼는 다운폴, 캐럿, 삼각 결함 등의 결함 밀도가 낮고, 우수한 소자 특성을 나타낼 수 있다.
에피택셜 웨이퍼(20)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼(20)는,
상기 웨이퍼(10); 및
상기 웨이퍼의 일면 상에 형성된 에피택셜 층(15);을 포함한다.
상기 에피택셜 층(15)은 다운폴(downfall) 결함 평균 밀도가 0.3 /cm2 이하일 수 있고, 0.17 /cm- 2 이하일 수 있다.
다운폴(downfall) 결함은, 웨이퍼의 파티클 등을 기점으로 에피택셜 층 형성 시 두께 방향을 축으로 한 통 모양을 가질 수 있고, 추적물의 낙하 등에 의해 발생할 수 있다. 도 5 (c)에 도시한 바와 같이 홈으로 나타날 수 있다.
상기 에피택셜 층(15)은 삼각(triangular) 결함 평균 밀도가 1 /cm2 이하일 수 있고, 0.76 /cm2 이하일 수 있다.
삼각(triangular) 결함은, 소정 오프 각을 갖는 웨이퍼 상에 에피택셜 성장 시, 웨이퍼 상의 스크래치, 파티클 등을 기점으로 하여 발생할 수 있고, 도 5 (b)에 도시한 바와 같이 삼각 형상을 가질 수 있다.
상기 에피택셜 층(15)은 캐럿(carrot) 결함 평균 밀도가 2 /cm2 이하일 수 있고, 1.71 /cm2 이하일 수 있다.
캐럿(carrot) 결함은, 웨이퍼의 관통 나선 전위(threading screw dislocation)를 기점으로 에피택셜 층 형성 시 스텝 방향으로 성장할 수 있고, 도 5 (a)에 도시한 바와 같이 당근 형상을 가질 수 있다.
상기 에피택셜 층(15)은 칼날 전위(edge dislocation) 결함 평균 밀도가 4 /cm2 이하일 수 있고, 2.85 /cm2 이하일 수 있다.
상기 에피택셜 웨이퍼(20)는 상기 결함 밀도 범위를 가짐으로, 보다 향상된 소자 성능을 제공할 수 있도록 하고, 제조 수율을 높일 수 있다.
구현예에 따른 에피택셜 웨이퍼(20)에서 나타나는 상기 다운폴, 캐럿, 삼각 결함은, 웨이퍼의 광학식 측정 장비(Candela CS20, TLA-Tencor 사)를 통해 분류할 수 있고, 상기 측정 장비를 통해 단위면적당 각각의 결함 밀도를 측정할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 에피택셜 층(15)은 상기 웨이퍼(10)의 일면(11) 상에 형성될 수 있다. 이때, 상기 에피택셜 층은 그 두께가 8 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있으나, 반드시 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 에피택셜 층(15)은 1×1014/cm3 내지 1×1019/cm3 범위 내의 농도로 n형 또는 p형 도펀트 원자를 포함할 수 있다.
상기 에피택셜 층(15)은 탄화규소를 포함할 수 있다.
상기 에피택셜 층(15)은 실질적으로 탄화규소로 이루어질 수 있다.
상기 에피택셜 웨이퍼(20)는 상기 에피택셜 층(15) 상에 추가적인 제2에피택셜 층(미도시)을 형성할 수 있다.
상기 제2에피택셜 층은 두께, 도펀트 원자 함량, 조성(구성 물질) 등의 면에서 위에서 설명한 에피택셜 층(15)의 특징을 가질 수 있다.
상기 제2에피택셜 층은 상기 에피택셜 층(15)과 동일한 층일 수 있다.
상기 에피택셜 웨이퍼(20)는 쇼트키 배리어 다이오드, PIN 다이오드, 금속 반도체 전계효과 트랜지스터 등에 적용될 수 있고, 이외에도 다양한 반도체 소자에 적용될 수 있다.
상기 에피택셜 웨이퍼(20)는 위에서 기술한 에피택셜 웨이퍼 제조방법을 통해 제조될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
탄화규소 잉곳 및 웨이퍼의 제조
도 4에 탄화규소 잉곳 제조장치의 일례를 도시한 바와 같이, 반응용기(200)의 내부공간 하부에 원료인 탄화규소 분말을 장입하고, 그 상부에 탄화규소 종자정을 배치하였다. 이 때, 탄화규소 종자정은 직경 6 인치의 4H-SiC 결정으로 이루어진 것을 적용하였고, C면((000-1)면)이 내부공간 하부의 탄화규소 원료를 향하도록 통상의 방법으로 고정하였다.
반응용기(200)를 밀폐하고, 그 외부를 하기 표 1의 밀도를 갖는 단열재(400)로 둘러싼 뒤, 외부에 가열수단(600)인 가열 코일이 구비된 석영관(500) 내에 반응용기를 배치하였다. 상기 반응용기 내부공간을 감압하여 진공 분위기로 조절하고, 아르곤 가스를 주입하여 상기 내부공간이 760 torr에 도달하도록 한 다음, 다시 내부공간을 감압시켰다. 동시에, 내부공간의 온도를 5 ℃/min의 승온 속도로 2300 ℃까지 승온시켰고, 상기 석영관과 연통된 배관(810), 진공배기장치(700)를 통해 석영관 내부의 아르곤 가스 유량을 조절하였다. 2300 ℃의 온도와 20 torr의 압력 조건 하에서 100 시간 동안 탄화규소 원료와 대향하는 탄화규소 종자정 면에 탄화규소 잉곳을 성장시켰다.
성장 이후, 상기 내부공간의 온도를 5 ℃/min의 속도로 25 ℃까지 냉각시켰고, 동시에 내부공간의 압력이 760 torr가 되도록 하였다. 상기 석영관과 연통된 배관(810), 진공배기장치(700)를 통해 석영관 내부의 아르곤 가스 유량을 조절하였다.
상기 냉각된 탄화규소 잉곳의 (0001)면과 4 °의 오프 각을 갖도록 절단하였으며, 360 μm의 두께, 150 mm의 직경을 갖는 웨이퍼를 마련하였다.
상기 마련된 웨이퍼를 평탄화 공정을 통해 두께를 평탄화하고, 표면을 연삭 장비(HRG 200x, Accretech 사)를 통해 2000 mesh의 다이아몬드 입자가 형성된 제1연삭 휠로 1400 rpm의 회전 속도에서 제1가공하고, 이후 8000 mesh의 다이아몬드 입자가 형성된 제2연삭 휠로 1250 rpm의 회전 속도에서 제2가공하였다. 상기 연삭 휠이 웨이퍼 표면으로 가해지는 이송속도는 표 1에 나타내었다.
이후 화학적 기계적 연마(CMP)를 진행하였다. 상기 웨이퍼 샘플을 CMP 연마 장비의 연마헤드에 고정하였고, 폴리우레탄계 연마패드를 부착한 정반 상에 상기 웨이퍼의 일면이 연마패드로 향하도록 하였다. 그 다음, 실리카 슬러리를 투입하면서 정반을 200 rpm 및 연마헤드 120 rpm으로 회전시키며, 5.4 psi의 압력으로 웨이퍼 일면을 연마하였고, 연마된 웨이퍼를 세정 후 건조하였다.
구분 단열재 밀도(g/cc)(Di) 제1연삭 휠 이송속도
(μm/s)(Vi)		 제2연삭 휠 이송속도
(μm/s)(Vii)		 Pi* CMP
실시예 1 0.18 0.5 0.3 2.70 PU계 패드
SiO2 슬러리
5.4 psi
정반 200 rpm
연마헤드 120 rpm
실시예 2 0.14 1 1 14.0
실시예 3 0.17 0.5 0.5 4.25
실시예 4 0.17 0.5 0.3 2.55
비교예 1 0.30 1.5 1.5 67.5
비교예 2 0.18 1.5 1.5 40.5
*Pi=Di×Vi×Vii×100
웨이퍼의 결함, 파티클 및 스크래치 측정
웨이퍼의 광학식 측정 장비(Candela CS20, TLA-Tencor 사)를 통해, 제조된 웨이퍼의 마이크로파이프 결함 밀도, 파티클의 밀도, 스크래치 길이를 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
에피택셜 웨이퍼 제조
상기 웨이퍼의 제조에서 제조된 웨이퍼를 성장용기 내에 배치하였다. 상기 성장용기에 에피택셜 성장을 위한 원료 가스인 SiH4, C3H8 가스를 주입하고, 도핑 가스로 질소를 주입하며 화학 기상 증착법에 따라 상기 웨이퍼의 일면 상에 에피택셜 층을 성장시켰다. 성장 후 에피택셜 층의 두께는 12 μm이었고, 도펀트 농도는 8×1015 /cm3이었다.
상기 성장 이후, 원료가스 주입을 멈추고, 상온 냉각시킨 다음, 배기하고, 불활성기체를 대기압까지 가압한 다음, 에피택셜 웨이퍼를 회수하였다.
에피택셜 웨이퍼의 다운폴, 삼각, 캐럿 결함 밀도 및 칼날 전위 밀도 측정
상기 에피택셜 웨이퍼 제조에서 제조된 에피택셜 웨이퍼의 각종 결함 밀도를 웨이퍼의 광학식 측정 장비(Candela CS20, TLA-Tencor 사)를 통해 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
웨이퍼 에피택셜 웨이퍼
구분 MP
(/cm2)		 파티클
(/cm2)(Pd)		 스크래치
(cm/wafer)		 Wd 다운폴
(/wafer)		 삼각
(/wafer)		 캐럿
(/wafer)		 칼날전위
(/cm2)
실시예 1 2.25 0.60 0 5.2 30 133 301 2.85
실시예 2 2.46 0.55 1.17 9.5 17 122 30 2.82
실시예 3 1.16 0.74 0.47 4.9 21 46 142 1.28
실시예 4 0.01 0.80 0 1.8 6 33 15 0.33
비교예 1 5.92 0.88 4.52 52.2 72 226 462 3.96
비교예 2 4.98 0.79 1.82 23.7 59 154 398 3.04
MP: Micropipe, Wd = (MP+1)×(Pd+1)×(10Sr+1), Sr = (스크래치 (cm/wafer) /웨이퍼 직경 (cm))×100
표 2를 참조하면, 잉곳 성장 시 단열재 밀도가 0.14-0.28 g/cc이고, 웨이퍼 가공 시 제1연삭 휠의 이송속도가 0.2 μm/s 이상 1.5 μm/s 미만이며, 제2연삭 휠의 이송속도가 0.2 μm/s 이상 1.5 μm/s 미만인 실시예들은 스크래치, 파티클 및 마이크로파이프 결함 발생량이 낮았으며, 이에 따라 에피택셜 웨이퍼의 결함 수치도 양호한 것을 확인할 수 있다.
반면, 제1연삭 휠 및 제2연삭 휠의 이송속도가 1.5 μm/s인 비교예 2, 단열재 밀도가 0.30 g/cc인 비교예 1의 경우, 웨이퍼의 마이크로파이프, 스크래치 발생량이 상대적으로 높고, 에피택셜 웨이퍼의 결함 수치도 증가한 것을 알 수 있다.
더욱이, Pi 값이 30 미만인 실시예들은 웨이퍼의 결함 지수인 Wd 값이 15 미만이었고, Pi 값이 30 이상인 비교예들은 상기 Wd 값이 23 이상으로 양호하지 못한 웨이퍼 결함 수치를 나타내었다.
도 3을 통해 비교예 1의 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 결함 수치(각각 도 3 (a)의 좌측 및 우측)와, 실시예 4(각각 도 3 (b)의 좌측 및 우측)의 웨이퍼 및 에피택셜 웨이퍼의 결함 수치를 가시적으로 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 웨이퍼 11: 일면
12: 타면 15: 에피택셜 층
20: 에피택셜 웨이퍼 100: 탄화규소 잉곳
200: 반응용기 210: 본체
220: 덮개 300: 원료
400: 단열재 500: 반응챔버, 석영관
600: 가열수단 700: 진공배기장치
800: 매스 플로우 컨트롤러 810: 배관

Claims (15)

  1. 내부공간을 갖는 반응용기에 원료물질과 탄화규소 종자정을 서로 마주보게 배치하는 준비단계;
    상기 내부공간의 온도, 압력, 및 분위기를 조절하여 상기 원료물질을 승화시키고 상기 종자정으로부터 성장된 탄화규소 잉곳을 마련하는 성장단계;
    상기 반응용기를 냉각시키고 상기 탄화규소 잉곳을 회수하는 냉각단계;
    상기 회수된 탄화규소 잉곳을 절단하여 웨이퍼를 마련하는 절단단계; 및
    상기 마련된 웨이퍼의 두께를 평탄화하고 표면을 연마하는 가공단계;를 포함하고,
    상기 반응용기는 외면을 둘러싸는 단열재와, 상기 반응용기 또는 상기 내부공간의 온도를 조절하는 가열수단을 포함하고,
    상기 단열재의 밀도는 0.14 g/cc 내지 0.28 g/cc이고,
    상기 가공단계는 1000 mesh 내지 3000 mesh의 표면 입도를 갖는 제1연삭 휠로 가공하는 제1가공단계; 및 6000 mesh 내지 10000 mesh의 표면 입도를 갖는 제2연삭 휠로 가공하는 제2가공단계;를 포함하고,
    상기 제1가공단계는 상기 제1연삭 휠이 상기 웨이퍼에 향하는 이송속도가 0.2 μm/s 이상, 1.5 μm/s 미만이고,
    상기 제2가공단계는 상기 제2연삭 휠이 상기 웨이퍼에 향하는 이송속도가 0.2 μm/s 이상, 1.5 μm/s 미만이고,
    상기 제1연삭 휠의 회전 속도는 1000 rpm 내지 2000 rpm이고,
    상기 제2연삭 휠의 회전 속도는 600 rpm 내지 1800 rpm이고,
    하기 식 1로 표시되는 Pi 값이 30 이하인,
    웨이퍼의 제조방법;
    [식 1]
    Pi=Di×Vi×Vii×100
    상기 식 1에서, Di는 상기 단열재의 밀도(g/cc) 수치이고, Vi는 상기 제1연삭 휠의 이송속도(μm/s) 수치이고, Vii는 상기 제2연삭 휠의 이송속도(μm/s) 수치이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1가공단계는 상기 제1연삭 휠이 상기 웨이퍼에 향하는 이송속도가 0.3 μm/s 내지 1.2 μm/s 인, 웨이퍼의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2가공단계는 상기 제2연삭 휠이 상기 웨이퍼에 향하는 이송속도가 0.2 μm/s 내지 1.2 μm/s 인, 웨이퍼의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가공단계는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 단계를 더 포함하는, 웨이퍼의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 화학적 기계적 연마 단계가 진행된 웨이퍼는,
    일면 및 타면을 포함하고,
    상기 일면에서 총 스크래치 길이의 합이 상기 웨이퍼의 직경 길이 이하이고,
    상기 일면에서 0.3 μm 이상의 입도를 갖는 파티클의 평균 밀도가 3 /cm2 이하이고,
    상기 일면에서 마이크로파이프 평균 밀도가 3 /cm2 이하인, 웨이퍼의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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