KR20030052464A - 실리콘 웨이퍼의 고온 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 고온 열처리 방법은 실리콘 웨이퍼를 가열로에서 700~800℃에서 가열하는 제1가열 단계와, 상기 제1가열 단계 후, 상기 가열로의 온도를 1100~1200℃로 상승시키는 승온 단계와, 상기 승온 단계 후, 상기 실리콘 웨이퍼를 1100~1200℃에서 가열하는 제2가열 단계와, 상기 제2가열 단계 후, 상기 가열로의 온도를 700~800℃로 하강시키는 냉각 단계를 포함하여 이루어진다.

따라서 종래의 이종 원소 첨가에 따른 품질특성 저하, 생산 설비 재투자 등의 공정을 실시하지 않고도 산소적층결함의 밀도를 현저하게 감소시킨 고품질 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다.

Description

실리콘 웨이퍼의 고온 열처리 방법{A method for heat-treatment of silicon wafer in high temperature}

본 발명은 웨이퍼의 산소적층결함 발생을 억제하는 방법에 관한 것으로서, 특히 실리콘 웨이퍼 내를 고온 열처리 하여 웨이퍼 내에 존재하는 산소적층결함의 핵을 재 분해하여 후속적인 열처리 진행 시 산소적층결함의 성장을 억제할 수 있다.

일반적으로 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위해서는 먼저 다결정 실리콘 원자재를 초크랄스키(Czochralski) 단결정법으로 실리콘 단결정 잉곳(ingot)으로 성장시킨다. 이때 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 때의 온도기울기, 인상속도 등에 따라서 실리콘단결정 잉곳 내에 산소적층결함의 핵이 형성될 수 있다.

이러한 산소적층결함의 핵은 수~수백㎚의 크기로 매우 불 균일한 크기로 존재하며, 임계크기 이상의 핵은 반도체 디바이스 제조공정 중의 열처리를 거치는 동안 성장하여 산소적층결함을 형성하게 된다.

이렇게 형성된 산소적층결함은 반도체 디바이스의 전기적 특성을 저해하여, 제품의 생산성을 감소시킨다. 따라서, 산소적층결함의 형성을 제어하기 위한 노력이 여러 각도로 시도되고 있다.

그러나 이들 방법의 대부분은 실리콘 단결정 잉곳의 온도 기울기, 잉곳을 성장시키는 인상속도, 질소(N) 및 탄소(C) 등의 이종원소 첨가 등의 방법들로, 실리콘 단결정 봉을 성장시키는 과정에서 산소적층결함의 형성을 제어하고 있다.

또한 이러한 방법들은 높은 생산원가, 낮은 수율, 이종원소 첨가에 따른 제품 특성변화를 가져오는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘 웨이퍼의 열처리를 다단계에 걸쳐 실시하여 산소적층결함의 핵이 더 이상 성장하지 않도록 하여 고품질의 웨이퍼를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법은 실리콘 웨이퍼를 가열로에서 700~800℃에서 가열하는 제1가열 단계와; 상기 제1가열 단계 후, 상기 가열로의 온도를 1100~1200℃로 상승시키는 승온 단계와; 상기 승온 단계 후, 상기 실리콘 웨이퍼를 1100~1200℃에서 가열하는 제2가열 단계와; 상기제2가열 단계 후, 상기 가열로의 온도를 700~800℃로 하강시키는 냉각 단계를 포함하여 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따른 산소적층결함의 핵을 미세화 시키는 열처리 온도 기울기를 도시한 그래프.

도 2는 실리콘 웨이퍼의 산소적층결함을 인위적으로 형성시키는 열처리 온도 기울기를 도시한 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 열처리 후 도2에 도시된 열처리를 부가 실시한 후의 산소적층결함 밀도를 도시한 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 열처리방법을 상세히 설명한다.

먼저 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에서 다결정 실리콘으로부터 초크랄스키(Czochralski : CZ) 방법으로 실리콘 단결정 잉곳을 형성시킨다.

형성된 실리콘 단결정 잉곳을 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에서 분리한 후 분리된 잉곳을 와이어 톱(wire saw), I.D. Saw, O.D. Saw 등을 이용하여 절단한다. 절단된 잉곳을 세정공정 및 에칭공정 등의 성형(shaping)공정을 거친 후 폴리싱하여 서브 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 칭함)를 형성한다.

그리고 폴리싱 공정 전, 후에 웨이퍼의 결함을 제거하기 위한 열처리 공정을 추가 실시한다.

도1은 본 발명에 따른 열처리 단계를 개략적으로 도시한 그래프이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열처리 공정은 다단계에 걸쳐서 진행되는데 먼저 제1가열단계는 가열로의 온도를 700~800℃로 유지하고 0.1~1시간 동안 질소 가스에 산소가스가 0.1~50%의 비율로 포함된 혼합가스 분위기하에서 열처리한다. 여기서 포함되는 산소가스는 질소 가스 분위기에서 열처리 시 형성된 질화물 피막을 30중량퍼센트(wt%)의 묽은 불산 수용액으로 쉽게 제거 하고, 피막으로 인한 응력을 제거하여 반도체 디바이스 제조공정 시 실시되는 열처리로 인해 결함이 과도하게 형성되는 것을 방지하기 위한 것이다.

그리고, 승온단계는 제1가열단계에서 사용된 가열로의 온도인 700~800℃를 1100~1200℃로 올린다. 이때 승온 속도는 1~10℃/분 정도로 한다.

승온단계가 완료된 후 제2가열단계는 가열로의 내부를 질소분위기로 유지하고, 가열로의 내부 온도를 1100~1200℃로 유지시킨 상태에서 0.1~10시간 동안 열처리하는 단계이다.

이때, 실리콘 단결정 잉곳 성장시 형성된 산소적층결함의 핵이 재 분해되어 대부분의 핵 크기가 75㎛이하로 된다.

또한, 제2가열단계는 열처리 온도가 핵이 생성되는 온도인 850~1080℃보다 높은 1100~1200℃로 더 이상 핵이 형성되지 않으며, 기존에 생성된 핵이 이 구간에서 재 분해된다.

제2가열단계이후 냉각단계에서는 임계 핵 크기 이하로 존재하는 결함의 핵이 다시 임계 핵 크기 이상으로 성장하지 못하도록 빠르게 냉각하는 단계이다.

제2가열단계를 진행한 후 가열로의 온도인 1100~1200℃를 700~800℃까지 냉각시키는데 3~10℃/분으로 상온 단계시의 상승속도 보다 빠른 속도로 냉각하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 열처리의 효과를 검증하기 위해서 반도체 디바이스 제조 공정 시 예상되는 열처리를 부가 실시하였다.

도2는 반도체 디바이스 제조시 예상되는 열처리를 개략적으로 도시한 것으로, 상기에 기술된 본 발명에 따른 열처리 후 도2의 열처리를 부가 실시하여 실리콘 웨이퍼내의 산소적층결함이 인위적으로 형성되도록 한다. 산소적층결함의 밀도를 측정함으로써 산소적층결함의 생성 여부를 확인하였다.

도3은 본 발명에 따른 열처리 실시 후, 도2의 열처리를 부가 실시한 후의 산소적층결함의 밀도를 측정한 것을 도시한 그래프이다.

도시된 바와 같이, (a)는 종래의 열처리만을 실시한 후 측정한 것이고, (b), (c), (d)는 본 발명에 따른 열처리 중 제2가열단계의 온도를 1100℃ , 1150℃, 1200℃로 변화시켜 열처리 한 후 측정한 것이다. 여기에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 열처리를 실시하였을 때 산소적층결함의 밀도가 감소하고, 제2가열단계의 온도가 증가할수록 산소적층 결함의 밀도가 더욱 감소하는 것을 확인 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 실리콘 웨이퍼에 존재하는 산소적층결함의 생성을 억제하기 위해 다단계에 걸친 열처리를 실시하여 종래의 이종 원소 첨가에 따른 품질특성 저하, 생산 설비 재투자 등의 공정을 실시하지 않고도 산소적층결함의 밀도를 현저하게 감소시킬 수 있는 고품질 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 실리콘 웨이퍼를 700~800℃인 가열로에서 열처리하는 제1가열 단계와,

   상기 제1가열 단계 후, 상기 가열로의 온도를 1100~1200℃로 상승시키는 승온 단계와,

   상기 승온 단계 후, 상기 실리콘 웨이퍼를 1100~1200℃에서 열처리하는 제2가열 단계와,

   상기 제2가열 단계 후, 상기 가열로의 내부온도를 700~800℃로 하강시키는 냉각 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1가열단계의 열처리는 질소가스에 산소가스를 1~50% 혼합한 혼합가스 분위기에서 실시하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2가열단계에서 열처리는 0.1~10시간동안 실시하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 냉각단계에서 3~10℃/분의 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법.