KR20080063641A - 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

에픽텍셜 웨이퍼의 제작 방법이 개시된다. 에피텍셜 성장 전에 최종 폴리싱 공정을 수행시에는 그 연마량을 평탄도의 악화를 방지하고 기계적인 연마 데미지를 제거할 수 있는 최대값 이하, 즉 0.3㎛ 이하로 가공한다. 이에 따라, 최종 폴리싱 공정을 거쳐도 평탄도가 저하되지 않으면서도 기계적 가공 결함을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 공정의 변화가 없어서 현장에서 바로 적용이 가능하며, 추가적인 장치나 비용 없이도 우수한 품질의 웨이퍼를 생산할 수 있다.

에피텍셜 웨이퍼, 최종 폴리싱, 평탄도

Description

에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법{MANUFACTURING METHOD FOR EPITAXIAL WAFER}

도 1은 종래 기술에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제작 공정을 도시한 흐름도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 최종 폴리싱 공정 전의 웨이퍼의 프로파일을 도시한 그래프이다.

도 3은 종래 기술에 따른 최종 폴리싱 공정 후의 웨이퍼의 프로파일을 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법을 도시한 흐름도이다.

도 5는 최종 폴리싱 전에 웨이퍼의 프로파일 상태를 나타낸 그래프이다.

도 6은 최종 폴리싱 후에 웨이퍼의 프로파일 상태를 나타낸 그래프이다.

도 7은 종래 기술에 의한 최종 폴리싱 전후의 평탄도 추이를 나타낸 그래프이다.

도 8은 본 발명에 의한 최종 폴리싱 전후의 평탄도 추이를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

S11: Shaping Process S12: Double side polishing

S13: Final Polishing S14: Epitaxial growing

본 발명은 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 최종 폴리싱 공정을 거쳐도 평탄도가 저하되지 않으면서도 기계적 가공 결함을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 공정의 변화가 없어서 현장에서 바로 적용이 가능하며, 추가적인 장치나 비용 없이도 우수한 품질의 웨이퍼를 생산할 수 있는 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법에 관한 것이다.

최근 CMOS 이미지 센서나 플래시 메모리 등 신규 반도체 디바이스에서는 보다 고품질의 웨이퍼가 요구되고 있는 실정이다. 고품질 웨이퍼로서는 에피텍셜 웨이퍼(Epitaxial wafer)를 예로 들 수 있다.

에피텍셜 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피텍셜 성장에 의하여 에피텍셜 막이 성장된 것이다. 즉, 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 만들기 위하여 슬라이싱(slicing)한 후에, 웨이퍼 표면의 데미지(damage)를 제거하기 위하여 래핑(lapping), 폴리싱(polishing) 등의 연마 공정을 거치게 된다. 이렇게 생산된 웨이퍼를 폴리쉬 웨이퍼(polished wafer)라고 하는데, 에피텍셜 웨이퍼는 폴리쉬 웨이퍼 표면에 단결정 실리콘을 성장시켜 웨이퍼 표면의 결함을 최대한 줄인 것이다.

보다 자세한 설명을 위하여 도 1을 제시한다. 도 1은 종래 기술에 따른 에 피텍셜 웨이퍼의 제작 공정을 도시한 흐름도이다.

먼저, 에피텍셜 웨이퍼의 제작을 위해서는 세이핑 공정(Shaping process)를 수행하게 되는데(S1), 세이핑 공정은 먼저 성장된 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 자르는 슬라이싱(slicing) 공정, 웨이퍼의 두께를 균일화하고, 웨이퍼 앞뒤면의 톱니 자국(saw mark) 등을 제거하기 위하여 양면 표면 연삭(DDSG, Double Disk Surface Grinding) 공정, 슬라이싱시 발생한 데미지를 제거하고 평탄도를 향상시키기 위하여 래핑(lapping) 공정, 기계적인 연마에 의하여 발생한 데미지를 제거 또는 완화하기 위해 양면 연삭(DSG, Double Side Grinding) 공정, 습식 식각을 통해 웨이퍼를 최종 처리하는 공정 등으로 구성된다.

즉, 한마디로 세이핑 공정은 웨이퍼의 형태로 만들고, 평탄도를 형성하는 과정이라고 할 수 있다.

다음, 이러한 세이핑 공정을 거친 웨이퍼는 양면 연마를 통해 웨이퍼의 평탄도 및 모양을 결정하는 양면 폴리싱 과정을 거치게 된다(S2).

다음, 경면화 및 폴리싱 과정에서 생긴 기계적인 잔존 손상을 연삭하여 제거하는 최종 폴리싱(final polishing) 공정을 수행하게 된다(S3). 이때, 최종 폴리싱 공정에서는 양면 폴리싱 공정에서 발생된 결함을 제어하고 경면화를 위하여 1㎛ 이상의 연마량을 유지하는 것이 일반적이다.

그 후에는 에피텍셜 성장을 하여 최종 완제품을 생산하게 된다(S4).

이러한 공정에서 특히 최종 폴리싱 공정은 12인치 폴리싱 공정의 경우, 양면 폴리싱에서 평탄도가 제어된 후에 경면화 과정을 위하여 수행하게 되는데, 이때 최 종 폴리싱에서의 연마량이 약 1㎛ 이상 유지되므로 인하여 평탄도가 저하되는 문제점이 있다. 즉, 양면 폴리싱 과정에서 획득한 양호한 평탄도가 최종 폴리싱 공정을 거치면서 훼손되기 때문에, 웨이퍼의 품질이 저하되는 문제점이 발생한다.

보다 자세한 설명을 위하여 도 2를 제시한다. 도 2는 종래 기술에 따른 최종 폴리싱 공정 전의 웨이퍼의 프로파일을 도시한 그래프이며, 도 3은 종래 기술에 따른 최종 폴리싱 공정 후의 웨이퍼의 프로파일을 도시한 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 최종 폴리싱 공정을 거치면서 SFQR 및 GBIR 수치가 증가됨을 알 수 있으며, 이를 통하여 평탄도가 악화되었음을 파악할 수 있다.

특히, 일반적인 최종 폴리셔 헤드의 경우에는 웨이퍼 전면에 균일한 압력을 가하기 어려운 구조로 되어 있으므로, 웨이퍼 센터 및 에지부 형상의 변형이 큰 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적에 따르면, 최종 폴리싱 공정을 거쳐도 평탄도가 저하되지 않는 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 양면 폴리싱 후에 남아 있는 결함을 제거할 수 있는 최소 연마량을 제시함으로써, 기계적 가공 결함을 효율적으로 제거할 수 있는 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존 공정의 변화가 없어서 현장에서 바로 적용이 가능하며, 추가적인 장치나 비용 없이도 우수한 품질의 웨이퍼를 생산할 수 있는 에 피텍셜 웨이퍼의 제작 방법을 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법은 에피텍셜 웨이퍼(epitaxial wafer)를 제작하는 방법에 있어서, 잉곳(ingot)을 소정 두께로 슬라이싱(slicing)하여 웨이퍼 형태로 형성하고, 평탄도를 형성하는 세이핑 단계와, 상기 웨이퍼의 양면을 폴리싱 공정을 수행하여 웨이퍼의 평탄도 및 모양을 결정하는 양면 폴리싱 단계와, 상기 웨이퍼의 표면을 폴리싱하는 최종 폴리싱 단계, 및 상기 웨이퍼의 표면에 에피텍셜 성장(epitaxial growing)을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 최종 폴리싱 단계는 연마량을 0.3㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 0.3㎛는 연마량을 평탄도의 악화를 방지하고 기계적인 연마 데미지를 제거할 수 있는 최대값으로 정의되는 수치이다.

본 발명의 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법은 상기 웨이퍼의 표면을 SC1, SC2로 세정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되어 최종 폴리싱 공정을 거쳐도 평탄도가 저하되지 않으면서도 기계적 가공 결함을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 공정의 변화가 없어서 현장에서 바로 적용이 가능하며, 추가적인 장치나 비용 없이도 우수한 품질의 웨이퍼를 생산할 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명 하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명에 따른 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법을 도시한 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 에피텍셜 웨이퍼의 제작을 위해서는 세이핑 공정(Shaping process)를 수행하게 되는데(S11), 이는 종래의 기술과 동일하다. 즉, 세이핑 공정은 먼저 성장된 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 자르는 슬라이싱(slicing) 공정, 웨이퍼의 두께를 균일화하고, 웨이퍼 앞뒤면의 톱니 자국(saw mark) 등을 제거하기 위하여 양면 표면 연삭(DDSG, Double Disk Surface Grinding) 공정, 슬라이싱시 발생한 데미지를 제거하고 평탄도를 향상시키기 위하여 래핑(lapping) 공정, 기계적인 연마에 의하여 발생한 데미지를 제거 또는 완화하기 위해 양면 연삭(DSG, Double Side Grinding) 공정, 습식 식각을 통해 웨이퍼를 최종 처리하는 공정 등으로 구성된다. 즉, 한마디로 세이핑 공정은 웨이퍼의 형태로 만들고, 평탄도를 형성하는 과정이라고 할 수 있다.

다음, 세이핑 공정을 거친 웨이퍼의 양면을 폴리싱 공정을 수행하여 웨이퍼의 평탄도 및 모양을 결정하는 양면 폴리싱 과정을 거치게 된다(S12). 본 폴리싱 과정에서는 일반적인 스탁 폴리싱(stock polishing) 과정에서 사용되는 슬러리(slurry)와 패드(pad)를 사용하는 것이 좋다.

다음, 경면화 및 폴리싱 과정에서 생긴 기계적인 잔존 손상을 연삭하여 제거하는 최종 폴리싱(final polishing) 공정을 수행하게 된다(S13). 이때, 본 최종 폴리싱 공정에서의 연마량은 0.3㎛ 이하로 하는 것이 좋으며, 더 바람직하게는 0.2㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 최종 폴리싱 공정에서는 일반적으로 최종 폴리싱 공정에서 사용되는 슬러리와 패드를 사용하는 것이 좋다. 또한, 에피텍셜 성장시의 웨이퍼의 두께 편차를 고려해서 폴리싱 공정에서는 웨이퍼에서의 제거량을 표면 프로파일에 따라 다르게 할 수도 있다.

다음, 웨이퍼의 표면에 에피텍셜 성장(epitaxial growing)하는 과정을 수행한다(S14). 에피텍셜 성장은 실리콘 기판 표면에 단결정 박막을 기판 결정축을 따라 동일 결정 구조로 성장시키는 과정이며, 일반적으로는 에피텍셜 성장이 시작되는 온도는 900 내지 950도 근방으로 알려져 있다.

본 공정 후에는 세정 공정을 추가로 진행될 수 있다. 세정 공정은 암모니아인 염기성을 주로 사용하는 SC1 세정법과, 염산인 산성 용액을 주로 사용하는 SC2 세정 방법으로 구성되며, 이는 웨이퍼상의 오염물의 제거를 목적으로 하는 것으로서, 세정 방법에 대한 자세한 설명은 공지의 사항이므로 생략하기로 한다. 세정 공정을 추가하여 폴리싱시 발생할 수 있는 파티클 및 메탈 오염을 제거할 수 있다.

본 발명의 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법은 기존 공정을 유지한 채, 최종 폴리싱 공정에서 기계적 데미지를 제거할 수 있는 최소량의 연마량, 즉 0.3㎛ 이하로 연마를 수행함으로써 평탄도의 저하 문제를 해결할 수 있다. 현재의 기술로는 최종 폴리싱에서 0.3㎛ 이하로 연마를 수행하면 양면 폴리싱 후에 남아 있는 미세한 결함까지 제거하기는 어렵다. 그러나, 에피텍셜 웨이퍼에 대하여는 최종 폴리싱 후에 미세한 결함이 잔존하더라도 이후 공정에서 웨이퍼 표면에 에피층을 성장시킴으로써 미세한 결함을 덮어버리게 되어 문제가 되지 않는다. 따라서 에피층이 성 장된 웨이퍼의 표면 상태는 이전과 동일하면서, 평탄도가 개선된 에피텍셜 웨이퍼를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 5는 최종 폴리싱 전에 웨이퍼의 프로파일 상태를 나타낸 그래프이고, 도 6은 최종 폴리싱 후에 웨이퍼의 프로파일 상태를 나타낸 그래프이다.

본 그래프는 연마량을 0,2 ㎛를 적용한 것으로서, 프로파일의 변화가 거의 없으며, GBIR 이나 SFQR의 수치 변화가 거의 없는 것을 관찰할 수 있다. 즉, 최종 폴리싱 과정을 거치더라도, 평탄도의 악화 현상이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.

도 7은 종래 기술에 의한 최종 폴리싱 전후의 평탄도 추이를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명에 의한 최종 폴리싱 전후의 평탄도 추이를 나타낸 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 최종 폴리싱 과정에서는 SFQR 수치가 증가됨을 알 수 있다. 즉, 평탄도가 악화됨을 알 수 있다. 하지만, 도 8에 도시된 바와 같이, 최종 폴리싱 공정 중에 SFQR 수치가 유지되면서 평탄도의 변화가 거의 없는 것을 관찰할 수 있다. 즉, 양면 폴리싱 과정에서의 평탄도가 유지되어 평탄도가 우수한 웨이퍼의 생산이 가능해진다.

이상에서 본 바와 같이, 최종 폴리싱 공정을 거쳐도 평탄도가 저하되지 않는 효과가 있다.

또한, 양면 폴리싱 후에 남아 있는 결함을 제거할 수 있는 최소 연마량을 제시함으로써, 기계적 가공 결함을 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

기존 공정의 변화가 없어서 현장에서 바로 적용이 가능하며, 추가적인 장치나 비용 없이도 우수한 품질의 웨이퍼를 생산할 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 에피텍셜 웨이퍼(epitaxial wafer)를 제작하는 방법에 있어서,

   잉곳(ingot)을 소정 두께로 슬라이싱(slicing)하여 웨이퍼 형태로 형성하고, 평탄도를 형성하는 세이핑 단계;

   상기 웨이퍼의 양면을 폴리싱 공정을 수행하여 웨이퍼의 평탄도 및 모양을 결정하는 양면 폴리싱 단계;

   상기 웨이퍼의 표면을 폴리싱하는 최종 폴리싱 단계; 및

   상기 웨이퍼의 표면에 에피텍셜 성장(epitaxial growing)을 수행하는 단계;

   를 포함하되, 상기 최종 폴리싱 단계는 연마량을 0.3㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 웨이퍼의 표면을 SC1, SC2로 세정하는 단계를 더 포함하는 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법.
3. 에피텍셜 웨이퍼(epitaxial wafer)를 제작하는 방법에 있어서,

   잉곳(ingot)을 소정 두께로 슬라이싱(slicing)하여 웨이퍼 형태로 형성하고, 평탄도를 형성하는 세이핑 단계;

   상기 웨이퍼의 양면을 폴리싱 공정을 수행하여 웨이퍼의 평탄도 및 모양을 결정하는 양면 폴리싱 단계;

   상기 웨이퍼의 표면을 폴리싱하는 최종 폴리싱 단계; 및

   상기 웨이퍼의 표면에 에피텍셜 성장(epitaxial growing)을 수행하는 단계;

   를 포함하되, 상기 최종 폴리싱 단계는 그 연마량을 평탄도의 악화를 방지하고 기계적인 연마 데미지를 제거할 수 있는 최대값 이하로 하는 것을 특징으로 하는 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 최대값은 0.3㎛인 것을 특징으로 하는 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 웨이퍼의 표면을 SC1, SC2로 세정하는 단계를 더 포함하는 에피텍셜 웨이퍼의 제작 방법.

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