KR20020040633A - 실리콘웨이퍼의 표면연마방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘웨이퍼의 표면연마방법에 있어서, 연마천으로 커버한 최소한 2개의 다른 연마플레이트상에서 그 실리콘웨이퍼를 연속적으로 연마시키면서 SiO2성분을 가진 알칼리성 연마마모제를 연속적으로 공급하여 그 연마를 제1 연마플레이트상에서 할때 제거한 실리콘의 양은 제2 연마플레이트상에서 보다 현저하게 더 많도록 하고, 제거한 실리콘전량은 1.5㎛을 초과하지 않도록 함을 특징으로 하는 표면연마방법에 관한 것이다.
처음에는 연마마모제(1a), 그 다음으로는 연마마모제(1b)와 최소한 하나의 알코올의 혼합물, 최종적으로는 초순수(1c)를 제1 연마플레이트에 첨가시키고, 연마마모제(2a)와 최소한 하나의 알코올의 혼합물과 그 다음으로 초순수(2b)를 제2 연마플레이트에 첨가시킨다.
Description
본 발명은 헤즈(haze)가 없어질 때까지 연마한 후면(back surface)과 전면(front surface)을 가진 실리콘웨이퍼를 제조하여 이 실리콘웨이퍼가 반도체산업분야, 특히 전자부품 조립과 에피탁셜코팅의 사용에 적합하도록 한 제조방법에 관한 것이다.
종래기술에 의한 반도체산업분야에 사용되는 실리콘웨이퍼는 실리콘단결정을 톱질한 다음, 에지라운딩(edge rounding)을 하고 래핑(lapping) 및 연삭(grinding)을 하며, 습식화학적 에칭처리를 하고, 연마 및 클리닝을 하여 제조하였다.
그 연마처리는 2가지의 주요한 역할을 가진다;
즉, 반도체 구성성분을 제조할때 제조1단계(stepper)에서 관심이 집중되는 기술적인 문제점을 회피하기 위하여 필요로 하는 최대의 평면성(planarity)을 얻는 기능적인 역할과, 적합할 경우 에피탁셜코팅을 사용한후 단락회로에 의해 발생한 반도체 구성성분의 고장을 최소화하는 결함이 낮은 표면(low-defect surface)을 얻는 기능적 역할이 있다.
이들의 기능적인 역할을 실현하기 위하여, 실리콘웨이퍼의 연마는 서로 다른 2가지의 연속적인 처리단계(process step)에서 일반적으로 실시한다;
즉, 첫째로 그 연마면에서 실리콘 약 10~20㎛을 제거시켜 평면성(planarity)을 설정하는 스탁제거연마(stock-removal polishing)로 알려진 처리단계와, 둘째로앞처리 단계에서 설정한 평면성을 가급적 유지하면서 결함이 낮은 표면(low-defect surface)을 얻기 위하여 실리콘 약 1.5㎛을 제거시키는 표면연마(surface polishing)(헤이즈 제거연마:haze-free polishing)로 알려진 처리단계가 있다.
그 스탁제거연마에서는 한쪽면 연마처리와 양쪽면 연마처리를 사용한다.
한쪽면 연마처리의 경우, 실시예에 따라 습식화학적 에칭처리단계 이후, 지지장치에 부착되어 있는 실리콘웨이퍼의 한쪽면, 즉 일반적으로 구성성분을 처리하도록 하는 전면은 연마천의 존재하에서 공급한 마모제를 함유한 알칼리성 연마마모제로 스탁제거연마(stock-removal polishing)를 실시한다.
서로 다른 2가지 연마마모제를 연속적으로 공급하는 이와같은 타입의 방법은 특허문헌 EP 684 634 A2 명세서에 기재되어 있다.
특허문헌 USP5,885,334 명세서에 기재되어 있는 2단계 처리방법에서는 마모제를 포함하는 연마마모제를 공급한 다음, 물유리(water glass)를 포함하는 알칼리성 연마마모제를 공급하여 처리하였다.
양쪽면 연마의 경우, 캐리어(carriers)에 의해 실리콘웨이퍼의 통로상에서 지지한 실리콘웨이퍼는 연마천으로 커버한 2개의 연마플레이트(polishing plates)사이에서 연마마모제를 공급하면서 자유롭게 이동시켜, 그 전후면상에서 동시에 연마시켰다.
이와같은 타입의 처리방법은 예로서 특허문헌 DE 199 05 737 A1에서 공지되었다.
그 실리콘웨이퍼의 한쪽면, 일반적으로 구성성분을 제조하고자 하는 전면(front surface)에서의 저결함량(low defect rates)은 종래기술에 따르는 한쪽면 연마처리에 의해 얻어지며, 이 한쪽면 연마처리에서는 연마마모제와 연마천을 적합하게 조합함으로써 스탁제거연마처리(stock-removal polishing processes)에서 제거량이 상당히 낮게 되었다.
실리콘웨이퍼의 표면연마조작은 반도체 구성성분의 전구물질로 커버한 반도체웨이퍼의 CMP(화학적이며 기계적인 평면화: chemical and mechanical planarization)연마와 유사하여, 그 조작중에 표면필름이 마모되거나 평면화된다 (planarize).
예로서, 서로 다른 2가지의 알칼리성 연마마모제를 연속적으로 공급하는 텅스텐 필름을 연마하는 CMP 처리방법은 특허문헌 USP 6,040,245 명세서에 기재되어 있다.
변형시킨 CMP 처리방법은 실리콘웨이퍼의 표면연마에서 공지되었다.
예로서, 특허문헌 DE 2247 067 B2 명세서에서는 마모제로서 SiO2와 계면활성제로서 폴리비닐알코올을 포함시켜 스탁제거 연마처리후 실시하는 연마마모제로 표면연마를 하는 처리방법이 기재되어있다.
동일하게 특허문헌 EP 311 994 B1 명세서에서는 단 하나의 연마플레이트상에서 실시할 수 있고, 처음에는 알칼리성 연마제를 첨가하고 그 다음에서는 산성연마마모제를 첨가하는 처리방법에 대하여 기재되어 있으며, 또 다른 용액에는 극성 및/또는 표면활성성분을 포함시킬 수 있다.
현재 실시하고 있는 반도체웨이퍼의 표면연마설정에 있어서, 하나의 예는 특허문헌 DE 197 19 503 A1 명세서에 기재되어있다.
이 특허문헌에서는 2개 또는 그 이상의 서로 다른 연마플레이트상에서 종래기술에 의해 서로 다른 2가지의 연마마모제를 공급시켜 표면연마처리를 실시할 수 있는 기술구성에 대하여 특히 기재되어있다.
예로서, 조작에 있어서 그 스탁제거 연마처리후, 표면연마를 할때 그 실리콘웨이퍼가 처음에는 연마천으로 커버한 플레이트1상에서 연마마모제 A로 연마시키고, 그 다음으로는 초순수(ultrapure water)로 린싱하며, 그 린싱처리직후 연마천으로 커버한 플레이트2상에서 연마마모제 B로 연마시키고, 그 연마처리후에 초순수로 다시 린싱시켜 그 공급되는 반도체웨이퍼가 클리닝(cleaning) 및 특성화가 되도록 하는 것이 통상적이다.
이 처리순서(process sequence)는 플레이트1상에서 그 표면에 밀접한 실리콘층을 주로 제거시키고, 동시에 플레이트2상에서 그 표면을 민활(smooth)하게하여 총재료 제거량이 1.5㎛을 초과하지 않도록 선택하는 것이 일반적이다.
종래기술에 의해, 클리닝 및 건조처리후 이와 같은 방법에 의해 표면연마한 실리콘웨이퍼는 에피탁셜층 또는 에피탁셜 성장층으로 공지되어 있으며, 실리콘으로 이루어진 단결정 형태로 성장하는 동일한 결정 오리엔테이션(crystal orientation)층으로 코팅시킨 다음, 그 층상에 반도체 구성성분을 처리할 수 있다.
그 에피탁셜 코팅은 이 분야의 통상의 기술자에게 알려진 효과가 있다.
예로서, 쌍극 CMOS회로에서 래치업(latch-up) 문제로 알려진 기술적 결점을제거할 수 있고, 상당량의 산소함량의 결여(absense)를 제거시킬 수 있다.
따라서, 관련성분 영역에서 그 회로를 파괴시킬 가능성이 있는 산소석출물 (oxygen precipitates)의 발생우려를 제거시킬 수 있다.
그러나, 종래기술에 의한 표면연마처리방법에서는 에피탁셜 코팅처리 다음에 예로서 중첩결함(stacking faults)과 0.12㎛ 이상의 크기에서 레이저측정에 의해 검출되는 국부적인 광산란(light scatterers)등 클리링에 의해 제거할 수 있는 다수의 일정한 표면결합을 가진 실리콘웨이퍼로 형성되어, 그 실리콘웨이퍼는 그 성분을 조립할때 단락에 의해 고장을 발생시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이 실리콘웨이퍼에 에피탁셜 코팅처리를 한 다음에 표면결함수를 감소시킴으로써 그 반도체 구성성분 제조방법에서 비용을 절약하는 실리콘웨이퍼의 표면연마방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 대비 실시예에 의해 스탁제거연마(stock-removal polishing)를 실시한 후면(back surface)과 표면을 연마시켜 에피탁셜 코팅을 한 전면(front surface)을 가진 반도체웨이퍼의 제조에 관련되는 처리순서(process sequence)를 나타낸다(종래기술).
도 2는 본 발명의 실시예에 의해 스탁제거연마를 실시한 후면(back surface)과 표면연마를 시켜 에피탁셜 코팅을 한 전면(front surface)을 가진 실리콘웨이퍼의 제조에 관련되는 처리순서를 나타낸다.
도면에 나타낸 주요부분의 부호 설명
1a: 연마마모제1b: 연마마모제+알코올
1c: 초순수2a: 연마마모제+알코올
2b: 초순수
본 발명은 SiO2성분을 가진 알칼리성 연마마모제를 연속적으로 공급시키면서, 연마천으로 커버시킨 최소한 2개의 서로 다른 연마플레이트상에서 실리콘웨이퍼를 연속적으로 연마시켜 제1 연마플레이트상에서 연마할때 실리콘의 제거량이 제2 연마플레이트상에서 보다 상당히 더 많으며 실리콘의 전체 제거량이 1.5㎛을초과하지 않도록 하는 실리콘웨이퍼의 표면연마방법에 있어서, 제1 연마플레이트에 처음에는 연마마모제(1a), 그 다음에는 연마마모제(1b)와 최소한 1종의 알코올의 혼합물, 최종적으로는 초순수(1c)를 첨가시키며, 제2 연마플레이트에 처음에는 연마마모제 (2a)와 최소한 1종의 알코올의 혼합물, 그 다음에는 초순수(2b)를 첨가함을 특징으로 하는 표면연마방법에 관한 것이다.
본 발명의 주요한 특징은 특히 2개의 연마플레이트상에 연마마모제와 알코올의 혼합물을 첨가시키는 표면 연마방법의 개량에 의해 종래방법과 비교하여 이 표면에 처리한 에피탁셜 코팅상에서 특히 결함이 중첩되는 국부적인 광산란 (localized light scalterers)이 현저하게 감소되어, 수율이 더 높아짐으로써 반도체 구성성분을 제조할때 비용을 더 저하시킬 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 방법의 출발재는 실리콘웨이퍼로서, 그 실리콘웨이퍼는 최소한 전면상에서 스탁제거 연마(stock-removal polishing)를 실시한 것이다.
본 발명 방법의 최종제품은 국부적인 광산란 수가 현저하게 저하되므로, 전면상에서 표면연마를 실시하고, 에피탁셜 코팅후에는 종래의 방법에 의해 제조한 실리콘웨이퍼보다 본 발명의 반도체 구성성분 제조방법에 쓰이는 실리콘웨이퍼가 더 우수한 반도체웨이퍼를 형성하는 반도체웨이퍼를 가진다.
본 발명에 의한 처리방법은 원칙적으로 반도체분야에서 통상적인 광범위한 직경을 가진 실리콘웨이퍼의 제조에 사용할 수 있다.
특히, 이 처리방법은 직경이 150mm∼450mm이고 두께가 400㎛~1000㎛인 단결정실리콘웨이퍼의 제조에 적합하다.
본 발명에 의해 제조한 실리콘웨이퍼는 반도체 구성성분의 제조에 쓰이는 출발재로서 직접 사용하거나, 또는 예로서 실리콘으로 그 웨이퍼 전면상에서의 에피탁셜 코팅 또는 배면실(back surface seals)등 다수의 층(layer)처리 및/또는 예로서 수소 또는 아르곤분위기하에서 열처리에 의한 조절(conditioning)후에 소정의 목적에 따라 공급한다.
본 발명은 물론 균질재(homogeneous materials)로부터의 웨이퍼 제조이외에, SOI(silicon-on-insulator)웨이퍼 등 다층구조 제품의 제조에 사용할 수 있다.
예로서 환상톱질방법(annular sawing process) 또는 와이어 톱질방법(wire sawing process)에 의해 톱질을 하는 다수의 실리콘웨이퍼와, 그 톱질방법의 특성 및 그 직경에 따라 그 표면에 가까운 영역이 깊이 10~40㎛ 이내에서 손상을 받은 결정미세구조(crystal microstructure)를 가진 다수의 실리콘웨이퍼는 스탁제거연마 (stock-removal polishing)를 실시한 직후 본 발명에 의한 표면연마방법으로 처리할 수 있다.
그러나, 이것은 민감(sensible)함으로, 경계를 확정시키며 기계적으로 감도가 높은 웨이퍼에지는 적합하게 프로파일링(profiling)을 한 연삭휠(grinding wheels)에 의해 라운딩(rounding)을 하는 것이 바람직하다.
연삭휠은 금속접착 다이아몬드 또는 합성수지 접착 다이아몬드로 이루어지는 것이 적합하다.
그 실리콘웨이퍼는 그 형상구조를 개량시켜 부분적으로 손상을 제거할 목적에서, 그 스탁제거 연마단계에서 제거할 필요가 있는 제거량을 감소시키기 위하여래핑(lapping) 또는 연삭(grinding)등 기계적인 연마단계를 실시할 수 있다.
위에서 설명한 두가지 방법이 동일하게 바람직하다.
연삭방법을 실시할때 그 양쪽면은 차례로 또는 동시에 연삭하는 것이 특히 바람직하다.
그 웨이퍼표면과 에지(edge)의 손상을 제거하며, 특히 금속불순물을 제거하기 위하여, 에칭처리단계가 이 시점에서 바람직하다.
그 에칭처리단계에서는 알칼리성 또는 산성에칭혼합액중에서 실리콘 1~50㎛을 제거하는 실리콘웨이퍼의 습식화학적 처리방법으로 실시하는 것이 특히 바람직하다.
그 다음으로 스탁제거 연마단계(stock-removal polishing step)를 실시할 수 있다.
이 스탁제거 연마단계에서는 그 실리콘웨이퍼 전면의 한쪽면 스탁제거 연마방법 또는 그 실리콘웨이퍼의 전면과 뒷면의 동시연마를 포함하는 양쪽면 연마방법으로 실시할 수 있다.
스탁제거 연마방법은 완전처리한 실리콘웨이퍼에 규정되어 있는 직경과 필요한 요구사항에 따라 선택한다.
예로서, 에칭 또는 연마 처리한 뒷면이 바람직한 것인지의 여부 또는 어떤 형상구조의 나노토포그라피(nano-topography)요구사항이 만족한가에 따라 선택한다.
일반적으로, 직경 200mm 이하의 실리콘웨이퍼가 한쪽면에서 스탁제거연마를실시하나 직경 200mm 이상의 실리콘웨이퍼에서는 양쪽면 연마의 실시가 바람직하다.
두가지 처리방법은 직경 200mm의 웨이퍼에 사용된다.
경도 60~90(쇼어 A)를 가진 접착할 수 있고 시중에서 이용할 수 있는 폴리우레탄 연마천의 사용이 바람직하다.
그 연마천에서는 보강폴리에스테르 파이버를 포함하며, 알칼리, 예로서 Na2CO3, K2CO3, NaOH, KOH, NH4OH 및 테트라메틸암모늄히드록사이드를 첨가시켜 PH 9~12로 조정하고, 순수중에서 SiO21~10wt%로 이루어진 연마마모제액을 연속적으로 공급한다.
본 발명에 의한 방법의 출발재는 실리콘단결정을 환상톱질시킨다음, 에지라운딩(edge rounding), 실리콘 20㎛~150㎛의 총제거량을 포함하는 래핑(lapping), 그 웨이퍼의 각각의 한쪽면에서 실리콘 10㎛~50㎛의 제거량을 포함하는 알칼리성 에칭혼합액중에서의 습식화학적에칭 및 실리콘 5~25㎛의 제거량을 포함하는 한쪽면 스탁제거연마를 시켜 제조한 직경 150mm 또는 200mm의 실리콘웨이퍼가 바람직하다.
본 발명에 의한 방법의 또 바람직한 출발재는 실리콘단결정을 와이어톱질을 한 다음에 에지라운딩, 각각의 한쪽면에서 실리콘 10㎛~100㎛ 을 제거시키는 그 웨이퍼의 양쪽면의 순차적인 표면연삭, 그 웨이퍼의 각각의 한쪽면에서 실리콘 1㎛~40㎛을 제거시키는 산성에칭혼합액중에서의 습식 화학적에칭 및 실리콘 총 5㎛~50㎛을 제거시키는 양쪽면 연마처리에 의해 제조한 직경 200mm 또는 그 이상의실리콘웨이퍼이다.
헤이즈(haze)없는 연마 전면을 얻기 위하여 최소한 2개의 연마플레이트를 가진 시중에서 사용되는 표면연마기를 사용하여 본 발명에 의한 표면연마단계를 실시할 수 있으며, 하나의 실리콘웨이퍼 또는 다수의 실리콘웨이퍼를 하나의 연마조작으로 동시에 연마시킨다.
2개의 처리공정이 동일하게 바람직하다.
그 표면연마를 할때 그 실리콘웨이퍼를 지지하기 위하여 1개 또는 그 이상의 실리콘웨이퍼를 진공처리 및/또는 물접착(water-assisted adhesion)에 의해 탄성의 세공성필름(elastic, porous film)으로 커버한 경질의 지지판에 의해 지지하는 왁스(wax)없는 방법이 본 발명에서 바람직하다.
이와같은 타입의 지지장치는 예로서 특허문헌 USP5,605,488 또는 USP5,893,755 명세서에 기재되어 있다.
그 웨이퍼의 뒷면과의 접촉에 사용되는 폴리머폼(polymer foam), 특히 바람직하게는 폴리우레탄의 탄성필름이 바람직하다.
연마할 웨이퍼의 접착을 향상시키기 위하여 예로서 특허문헌 USP5,788,560 명세서에서 기재되어 있는 바와 같이 채널(channels)을 가진 구조(texturing)를 구성할 수 있다.
예로서 특허문헌 USP5,449,316 및 USP 5,851,140에서 탄성막의 사용에 대하여 기재되어 있는 바와 같이 그 경질지지판 대신 탄성막을 가지며 적합할 경우 보호층, 예로서 폴리우레탄폼의 탄성필름으로 구성되어 있는 지지장치의 사용이 본발명의 범위내에서 특히 바람직하다.
그 실리콘웨이퍼의 전면을 표면연마할때, SiO2를 기재로 한 수용성의 알칼리성 연마마모제를 연속적으로 공급하는 접착성의 연질연마천을 연마용으로 사용하는 것이 바람직하다.
이 경우, 연마마모제(1a) 그 다음으로 연마마모제(1b)와 최소한 1종의 알코올의 혼합액, 최종적으로 초순수(1c)를 제1연마플레이트상에 첨가시키며, 또 연마마모제 (2a)와 최소한 1종의 알코올의 혼합액, 그 다음으로 초순수(2b)를 제2연마플레이트상에 첨가시킨다.
예로서 3개의 플레이트(plates)을 가진 연마장치(polishing installation)를 사용할 경우 그 여유 연마플레이트(surplus polishing plate)을 사용하지 않거나 또는 예로서 사용할 수 있는 제2플레이트와 제3플레이트상에서 본 발명에 의한 제2플레이트의 순서를 조작시켜 본 발명에 의한 2플레이트 처리방법(two-plate process)에 제3 연마플레이트의 설정을 매칭(matching)시킨다.
그 연마마모제(1a)는 실제로 수중에서 SiO21~10wt%로 이루어진 클로이드상 혼합액으로 구성하는 것이 바람직하다.
그 SiO2프랙션으로는 침전실리카를 기재로 한 생성물의 사용이 특히 바람직하다.
그 실리콘의 제거량을 증가시키기 위하여, Na2CO3, K2CO3, NaOH, KOH, NH4OH 및 테트라메틸암모늄 히드록사이드의 화합물의 그룹에서 선택한 특히 바람직한 알칼리 성분 0.01~10wt%를 첨가시켜 PH 10.5~12.0의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
연마마모제(1b) 및 (2a)는 수중에서 SiO2함량 0.1~5wt%를 포함하며 최소한 1종의 알코올을 첨가한 클로이드상 혼합액으로 이루어지는 것이 실제적으로 바람직하며, 또 PH 9.0~10.5를 갖는 것이 바람직하다.
이것은 본 발명의 범위내에서 중요한 것은 아니나, (1a)와(2b)에서 동일한 연마마모제/알코올 혼합액을 사용할 수 있다.
특히 적합한 연마마모제(1b) 및(2a)는 입자크기 5~50nm을 가진 SiO2입자를 포함하는 수용성 현탁액이며, Si(OH)4의 열분해에 의해 제조한 SiO2입자("소성실리카")의 사용이 특히 바람직하다.
그러나, 어떤 경우에는 침전실리카가 이들의 단계에서 사용하는 것이 적합하다.
본 발명의 범위내에서 1가 유기알코올, 즉 하나의 OH기를 가진 유기알코올 또는 다가유기알코올, 즉 2개 이상의 OH기를 가진 유기알코올이 순수형태 또는 혼합물 형태로서 그 알코올의 첨가에 적합하다.
소수성의 실리콘표면과의 축합반응에 의해 Si-H 말단기를 가진 알코올은 그 재료의 제거량을 감소시킴으로 그 표면을 민활(smoothing)하게 한다.
이와같은 효과는 그 알코올에서 OH기의 가(價)가 더 클수록 더 커진다.
따라서, 1가 또는 각종의 다가알코올 0.01~10vol.%의 첨가가 특히 바람직하다.
본 발명에 의한 방법에서, 실리콘의 제거량은 1.5㎛을 초과하지 않는 것이 바람직하며, 또 1㎛을 초과하지 않는 것이 특히 바람직하고, 그 실리콘웨이퍼상에서 규정되어 있는 평면성 기준(planarity criteria)을 손상하지 않도록 하며, 또 한편으로 그 처리방법의 코스트를 가급적 저렴하게 유지한다.
본 발명에 의한 처리순서(process sequence)(특히, 연마마모제(1a)를 사용하는 연마단계를 실시하는 처리순서)에서는 제2 연마플레이트 2에서 보다 제1 연마플레이트에서 제거한 실리콘이 상당히 더 많아지며, 바람직하게는 제거한 실리콘이 최소한 2배 이상 많아진다.
제2 연마플레이트상에서 보다 제1 연마플레이트상에서 경도가 약간 더 높은 연마천을 사용함으로써 그 효과를 또 바람직하게 더 향상시킬 수 있다.
그 결과, 제1 연마플레이트상에서의 연마는 결함(defects)를 제거시켜 민활 (smoothing)하게 하는 것이 바람직하며, 제2 연마플레이트상에서의 연마는 헤이즈 (haze)를 제거시켜 다음의 처리순서의 요건에 따라 그 표면조도(surface roughness)를 매칭(matching)하도록 하는 것이 바람직하다.
실제로, 바람직한 농도에서 연마마모제와 혼합시킬 수 있고 화학적으로 안정성이 있는 모든 알코올류(alcohols)는 그 알코올 첨가(alcohol addition)에 적합하다. 한예로는 n-부타놀이 있다.
바람직하게 사용되는 다가알코올에는 글리세롤(1,2,3-프로판트리올), 모노머글리콜, 올리고머글리콜, 폴리글리콜 및 폴리알코올로 이루어진 화합물 그룹의 포함이 바람직하다.
적합한 모노머 글리콜의 예로는 에틸렌 글리콜(1,2-에탄디올), 프로필렌글리콜(1,2-및 1,3-프로판디올) 및 부틸렌글리콜(1,3-및 1,4-부탄디올)이 있다.
적합한 올리고머 글리콜의 예로는 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜 및 디프로필렌글리콜이 있다.
폴리글리콜의 예로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및 혼합 폴리에테르가 있다.
폴리알코올의 예로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및 혼합 폴리에테르가 있다. 폴리알코올의 예로는 폴리비닐알코올 및 폴리에테르폴리올이 있다.
위에서 설명한 화합물은 시중에서 얻을 수 있고, 폴리머의 경우 사슬길이가 서로 다른 때가 자주 있다. 그 알코올 첨가로 연마마모제(1b) 및 (2a)를 사용하는 연마단계 처리후 실리콘웨이퍼의 표면을 유지시켜 스폿(spots)의 형성을 방지시킨다음, 초순수로 처리한다.
더욱이, 그 알코올 첨가에 의해 초순수(1c) 및 (2b)를 첨가할때 그 연마플레이트의 회전상태를 더 용이하게 유지시킨다.
배치(batch) 또는 각각의 웨이퍼처리 프로세스에서와 같이 실시할 수 있는 종래기술에 의한 실리콘웨이퍼의 다음의 클리닝 및 건조에서는 존재할 수 있는 그 어떤 알코올 잔류물이라도 완전제거시킨다.
필요할 경우, 예로서 열도너(thermal donors)를 파과시키기 위하여 그 처리순서에서 필요로 하는 소정의 지점에서 열처리를 추가시켜 그 표면에 가까운 결정층에서의 균열(flaw)을 어닐링(annealing)시키거나, 또는 그 후자층에서 조절한 도판트를 감손(dopant depletion)시킨다.
더 나아가서, 웨이퍼확인(wafer identification)을 위한 레이저 인스크립션 (laser inscription) 및/또는 에지연마단계를 적합한 지점에서 추가시킬 수 있다.
어떤 제품에 필요로 하는 일련의 다른 처리단계, 예로서 뒷면코팅처리는 이 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있는 처리프로세스를 사용하는 적합한 지점에서그 처리순서에 조합할 수도 있다.
다음으로, 그 실리콘웨이퍼를 예로서 실리콘의 에피탁셜 코팅처리에 의해 또 다른 처리에 공급할 수 있으며, 또는 구성성분 제조에 직접 공급할 수 있다.
특히, 에피탁셜코팅웨이퍼의 경우, 레이저 기기검사(laser-assisted instr- ument inspection)를 사용하여 대단히 낮은 결함수를 설정할 수 있다.
그 결과, 본 발명에 의한 방법은 종래의 방법보다 더 우수하다.
아래에서 설명한 대비 실시예와 실시예를 도면에 따라 설명하며, 이들의 도면에서는 어떤 한정도 없이 구체적으로 본 발명을 설명한 것이다.
대비실시예와 실시예는 직경이 300mm이고, 저항 5~10Ω.cm의 보론도핑을 가지며 저항 1~10Ω.cm의 보론도핑을 가진 전면상에서 실리콘 에피탁셜층을 가진 실리콘웨이퍼의 제조에 관한 것이다.
이 제조를 위하여, 단결정을 인발시켜 소정의 길이로 절단하고 원통형상으로 연삭시킨 다음, 와이어톱상에서 웨이퍼로 되게 절삭하였다.
그 웨이퍼에지(edge)를 라운딩(rounding)한 다음, 각각의 경우, 회전식 연삭기에 의해 그 웨이퍼전면과 그 웨이퍼후면에서 연속적으로 실리콘 40㎛을 제거하였다.
그 다음으로, 진한 질산과 진한 히드로플루오르산의 혼합액중에서 산에칭 단계에 의해 처리시켜 각각의 경우 그 웨이퍼의 각각의 표면에서 동시에 실리콘 10㎛을 제거하였다.
그 양쪽면 스탁제거 연마단계(double-side stock-removal polishing step)에서는 300mm 실리콘웨이퍼 15개를, 실리콘의 총 30㎛을 제거시키며, 상부 연마플레이트와 하부 연마플레이트 사이에서 연마천(타입 SuBA500, Rodel사 제조)을 스테인레스 크롬강제 캐리어(carrier)(각각 PVDF로 라이닝을 한 3개의 컷아우트를 가짐) 5개에 의해 고정시켜 설정한 시판용 양쪽면 연마기상에서 SiO2고형분함량 3wt%와 PH 11을 가진 연마마모제(type Levasil 200, Bayer AG사 제조)를 공급하면서 동시에 연마하였다.
접착 연마마모제를 클리링시켜 제거하고 건조시킨다음 그 웨이퍼를 전면의 표면연마 처리를 위하여 이송하였다.
각각 2개의 회전할 수 있는 연마플레이트와 직경 300mm의 실리콘웨이퍼의 회전하는 지지장치를 가진 시판용 표면 연마장치를 이 표면연마에 사용하였다.
이 표면연마장치는 진공처리에 의한 흡착(suction)에 의해 반도체웨이퍼를 픽업(pick up)하며 과잉의 압력에 의해 그 실리콘웨이퍼를 방출(ejection)하는 채널(channels)을 가지며, 실제로 탄성폴리우레탄 필름을 접착시킨 경질 지지판과,동일하게 고정시켜 설정한 횡방향의 경계확정링(delimiting ring)으로 구성시켰다.
대비실시예
플레이트 1상에서, 폴리텍스(polytex) 연마천(Rodel사 제조)을 사용하여 연마마모제(Levasil 300)(초순수중에서 SiO23wt%, K2CO3의 첨가에 의해 PH10.5로 고정시킴)를 첨가하며 150초간 연마를 실시하였다.
그 다음, 연마플레이트와 스핀들의 회전을 계속시키면서 초순수를 30초간 공급하였다.
플레이트 2를 접착연마천(타입 Napcon 4500N2, Nagase사 제조)으로 커버하였다.
제2의 민활한 연마단계를 실시하기 위하여 연마마모제(Glanzox 3900)(초순수중에서 SiO21wt%; PH9.8)를 120초간 공급시킨 다음, 30초간 초순수를 공급하면서 연마플레이트와 스핀들의 회전을 계속하였다.
실리콘웨이퍼의 전면에서 제거한 총 실리콘량은 평균 0.6㎛이었다.
그 중에서 약 0.5㎛은 연마플레이트 1에서 제거하였다.
실시예
그 처리공정은 위 대비실시예에서와 같이 실시하였다.
그 표면연마에 있어서, 동일한 연마천을 사용하여 다음의 처리공정을 선택하였다:
우선, 플레이트 1상에서 레바실(Levasil)300 (SiO23wt%; PH10.5)으로 120초간 연마를 다시 한번 실시하였다.
그 다음으로, 트리에틸렌글리콜 0.2wt%를 혼가시켜 PH9.7로 고정시킨 소성실리카의 수용성 현탁액(SiO2입자크기 30~40nm; 고형분함량 1.5wt%; NH4OH로 안정화시킴)으로 이루어진 연마마모제를 40초간 첨가하였다.
또 그 다음으로, 초순수를 20초간 공급하였다.
플레이트 2상에서, 그 대비실시예에서 사용한 것과 다른 동일한 처리공정으로하여, 플레이트 1에서와 같이 트리에틸렌글리콜을 첨가한 소성실리카의 동일한 현탁액을 사용하였다.
실리콘웨이퍼의 전면에서 제거한 총 실리콘 제거량은 이때 평균 0.5㎛ 이었으며, 그중에서 약 0.4㎛이 플레이트 1에서 제거하였다.
에피탁셜코팅 및 특성화
욕조설치 장치내에서 클리닝하고 건조한 다음에, 대비실시예와 실시예의 실리콘웨이퍼를 에피탁시반응기(epitaxy reactor)(type centura HT 308, Applied Materials사 제조)내에서 반응기 체임버온도 1100℃에서 피착량 3㎛/min으로되게 그표면연마한 전면상에 실리콘 2.0㎛으로 에피탁셜 코팅을 실시하였다.
사용한 실리콘 성분은 SiHCl3이었고, 그 저항은 디보란(diborane) B2H6으로 도핑시켜 고정시켰다.
각각의 경우, 대비실시예와 실시예의 에피탁셜 코팅을 시킨 실리콘웨이퍼 150개의 전면은 레이저원리를 사용하여 조작하는 타입 SPI(KLA-Tencor사 제조)의 표면검사장치에 의해 에피탁셜코팅 전면상에서 결함수에 대하여 특성화 하였다.
DCN('dark field composite")채널에서 0.12㎛보다 더 크거나 동일한 국부적인 광산란 총수는 평균 101 ± 19(대비실시예)와 12±4(실시예)를 각각 나타내었다.
광학현미경에 의한 결함조사(examination)에서는 대비실시예의 경우 그 결함이 주로 중첩결함(stacking faults) 이었으나, 그 실시예의 웨이퍼에서 관찰한 중첩결함은 거의 없었다.
본 발명에 의해 실리콘웨이퍼에 에피탁셜 코팅처리를 실시한 다음에 표면 결함수를 감소시켜 반도체 구성성분의 제조방법에서의 비용을 절감할 수 있는 실리콘웨이퍼의 표면연마방법을 얻을 수 있다.
본 발명의 표면연마방법에 의해, 제1연마플레이트상에서 연마할때 제거한 실리콘의 제거량이 제2연마플레이트상에서의 제거량 보다 상당히 더 많게 제거할 수 있다.
Claims (11)
- 실리콘웨이퍼를 연마천으로 커버한 최소한 2개의 서로 다른 연마플레이트상에서 SiO2성분을 가진 알칼리성 연마마모제를 연속적으로 공급시키면서 연속적으로 연마시켜, 제1 연마플레이트상에서 연마할때 제거한 실리콘의 제거량이 제2 연마플레이트상에서 보다 상당히 더 높아저 그 실리콘의 총제거량이 1.5㎛을 초과하지 않도록 하는 실리콘웨이퍼의 표면연마방법에 있어서,연마마모제(1a), 그 다음으로 연마마모제(1b)와 최소한 1종의 알코올의 혼합액, 최종적으로 초순수(ultrapure water)(1c)를 제1 연마플레이트에 첨가시키고,연마마모제(2a)와 최소한 1종의 알코올의 혼합물, 그 다음으로 초순수(2b)를 제2 연마플레이트에 첨가시킴을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 1 항에 있어서,그 표면연마는 스탁제거연마(stock-removal polishing)을 실시하는 실리콘웨이퍼의 하나의 표면상에서 실시하며, 이 표면상에서 스탁제거연마를 할때 실리콘 5㎛~25㎛을 제거시킴을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 1 항에 있어서,그 표면연마에 사용되는 연마마모제는 SiO2함량 0.1~10wt%와 PH9~12을 가짐을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 1 항에 있어서,그 연마마모제(1a)는 연마마모제(1b)보다 더 높은 PH를 가짐을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 1 항에 있어서,그 연마마모제(1b) 및 (2a)는 동일하며, 연마마모제(1a)와 다름을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 1 항에 있어서,그 연마마모제(1a)는 수중에서 SiO21~10wt%로 이루어지며 알칼리성분을 첨가한 클로이드상 혼합액을 구성하고, PH 10.5~12.0을 가지며, 그 연마마모제(1b) 및 (2a)는 수중에서 SiO20.1~5wt%로 이루어지고 최소한 1종의 알코올을 첨가한 콜로이드상 혼합액을 구성하고, PH 9.0~10.5를 가짐을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 6 항에 있어서,연마마모제(1a)에 첨가한 알칼리성분은 Na2CO8, K2CO3, NaOH, KOH, NH4OH 및 테트라메틸암모늄히드록사이드로 이루어진 화합물의 그룹에서 선택한 1종 이상의 화합물 0.01~10wt%로 구성함을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 1 항에 있어서,그 연마마모제(1a)에는 SiO2성분으로 입자직경 5~50nm을 가진 침전실리카를 포함하며, 그 연마마모제(1b) 및 (2a)에는 SiO2성분으로 입자직경 5~50nm을 가진 소성실리카를 포함함을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 1 항에 있어서,그 연마마모제(1b) 및 (2a)에는 글리세롤, 모노머글리콜, 올리고머글리콜, 폴리글리콜 및 폴리알코올로 이루어진 화합물 및 화합물류(compound classes)의 그룹에서 선택한 최소한 1종의 다가알코올을 포함하며, 그 다가알코올 0.01~10vol.%를 사용함을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 1 항에 있어서,제2 연마플레이트상에서 사용하는 연마천은 제1 연마플레이트상에서 사용한 연마천보다 더 유연함을 특징으로 하는 표면연마방법.
- 제 1 항에 있어서,그 실리콘웨이퍼의 표면연마, 클리닝 및 연마를 한 다음에는 그 실리콘웨이퍼에 에피탁셜 코팅처리를 실시함을 특징으로 하는 표면연마방법.
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