KR20100024112A - 웨이퍼 제조 방법 및 그를 이용하여 제조된 웨이퍼 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 제조 방법 및 그를 이용하여 제조된 웨이퍼가 개시된다. 웨이퍼 제조 방법은 폴리싱(polishing)된 웨이퍼를 준비하는 단계; 및 웨이퍼의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계를 포함한다.

Description

웨이퍼 제조 방법 및 그를 이용하여 제조된 웨이퍼 {METHOD OF MANUFACTURING WAFER AND WAFER MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 반도체 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 제조 방법 및 그를 이용하여 제조된 웨이퍼에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위한 기판으로서 사용되는 웨이퍼는 크게 성장(growing), 성형(shaping), 폴리싱(polishing), 세정 및 건조 단계를 거쳐 제조된다.
상기 폴리싱 단계 후에 수행되는 세정 단계는 탈이온수(deionized water)를 이용하여 웨이퍼 표면의 이물질을 제거하는 단계이다. 그런데, 상기 세정 단계 또는 건조 단계 후에 발생하는 대기 시간 동안 상기 세정 또는 건조된 웨이퍼 표면에 유기물을 비롯한 각종 이물질이 부착될 수 있다. 상기 이물질은, 예를 들어, 상기 웨이퍼 상에 절연막을 형성할시, 상기 웨이퍼와 상기 절연막간의 접착력(adhesion)을 저하시킬 수 있다. 상기 이물질 제거를 위해 상기 웨이퍼를 재세정할 수 있으나, 이로 인해 공정 생산성이 저하될 수 있다.
본 발명은 폴리싱 단계후 웨이퍼 표면의 산소 플라즈마 처리를 통하여 웨이퍼 표면에 산화막을 형성함으로써 웨이퍼 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있는 웨이퍼 제조 방법 및 그를 이용하여 제조된 웨이퍼를 제공한다.
본 발명은 폴리싱 단계후 웨이퍼 표면의 산소 플라즈마 처리를 통하여 웨이퍼 표면에 기부착된 이물질을 제거할 수 있는 웨이퍼 제조 방법 및 그를 이용하여 제조된 웨이퍼를 제공한다.
본 발명은 폴리싱 단계후 웨이퍼 표면의 산소 플라즈마 처리를 통하여 웨이퍼 표면에 산화막을 형성함으로써 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 상에 형성될 절연막과의 접착력을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 제조 방법 및 그를 이용하여 제조된 웨이퍼를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조 방법은 폴리싱(polishing)된 웨이퍼를 준비하는 단계; 및 상기 웨이퍼의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 폴리싱된 웨이퍼를 준비하는 단계는, 쵸크랄스키(Chokralski) 법을 이용한 실리콘 단결정 성장을 통해 제조된 실리콘 잉곳을 준비하는 단계; 상기 실리콘 잉곳을 웨이퍼의 형태로 슬라이싱(slicing)하는 단계; 상기 슬라이싱된 웨이퍼의 에지부를 그라인딩(grinding)하는 단계; 상기 에지부가 그라인딩된 웨이퍼의 양면을 래핑(lapping)하는 단계; 상기 래핑된 웨이퍼를 식각하는 단계; 및 상기 식각된 웨이퍼의 표면을 폴리싱하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 산소 플라즈마 처리는, 상기 웨이퍼를 안착시키는 서셉터, 및 산소 가스 및 불활성 가스를 공급하는 가스 샤워헤드를 포함하는 플라즈마 처리 챔버 내에서 수행될 수 있다.
상기 산소 플라즈마 처리시, 상기 서셉터의 온도는 390 내지 410℃일 수 있다.
상기 산소 플라즈마 처리시, 상기 서셉터 및 상기 가스 샤워헤드 사이의 거리는 220 내지 260mils일 수 있다.
상기 산소 플라즈마 처리는, RF 파워가 300 내지 700W이고, 상기 산소 가스의 유량이 800 내지 1200sccm이고, 상기 불활성 가스의 유량이 800 내지 1200sccm인 조건하에서 1 내지 5초 동안 수행될 수 있다.
상기 산소 플라즈마 처리시, 상기 플라즈마 처리 챔버 내의 압력은 6 내지 10torr일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼는 상기한 바에 따라 제조되고, 상기 산소 플라즈마 처리를 통해 웨이퍼 표면에 형성된 산화막의 두께가 10 내지 30Å이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 폴리싱된 웨이퍼의 표면을 산소 플라즈마 처리하여 웨이퍼의 표면에 친수성을 갖는 산화막을 형성할 수 있다. 이를 통해, 웨이퍼 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있으며, 아울러 웨이퍼 표면에 기부착된 이물질을 제거할 수 있다. 또한, 상기 산화막이 형성된 웨이퍼 상에 절연막을 형성할 경우, 상기 산화막 및 상기 절연막은 수소 결합을 할 수 있으며, 이에 의해 상기 산화막 및 상기 절연막간의 접착력이 향상될 수 있다. 또한, 상기 산소 플라즈마 처리는 매우 짧은 시간 동안 수행될 수 있으며, 아울러 상기 산소 플라즈마 처리에 의해 웨이퍼의 세정 및 건조 단계를 제거할 수 있으므로, 공정 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조 방법 및 그를 이용하여 제조된 웨이퍼에 대하여 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조 방법은 폴리싱(polishing)된 웨이퍼를 준비하는 단계 및 상기 웨이퍼의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 웨이퍼 제조 방법에 대하여 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설 명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조 방법은 쵸크랄스키(Chokralski)법을 이용한 실리콘 단결정 성장을 통해 제조된 실리콘 잉곳을 준비하는 단계(S110), 상기 실리콘 잉곳을 웨이퍼의 형태로 슬라이싱(slicing)하는 단계(S120), 상기 슬라이싱된 웨이퍼의 에지부를 그라인딩(grinding)하는 단계(S130), 상기 에지부가 그라인딩된 웨이퍼의 양면을 래핑(lapping)하는 단계(S140), 상기 래핑된 웨이퍼를 식각하는 단계(S150), 상기 식각된 웨이퍼의 표면을 폴리싱하는 단계(S160), 및 상기 웨이퍼의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계(S170)를 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조 방법에 대해 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼를 제조하기 위해, 먼저, 쵸크랄스키법을 이용하여 실리콘 단결정 성장시킴으로써 실리콘 잉곳을 준비할 수 있다(S110). 상기 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정의 성장에서는 소정 형상을 갖는 종결정을 실리콘의 융점인 1420℃ 이상으로 가열되어 형성된 실리콘 융액에 접촉시키고, 상기 종결정의 온도가 안정하게 될 때에 상기 종결정을 상기 실리콘 융액 위쪽으로 서서히 인상함으로써, 상기 종결정의 아래쪽으로 실리콘 단결정의 성장을 도모할 수 있다.
상기 실리콘 잉곳이 준비되면, S120 단계에서, 상기 준비된 실리콘 잉곳을 웨이퍼의 형태가 되도록 일정한 두께로 얇게 절단할 수 있다. 상기 슬라이싱은 피아노 와이어 또는 고장력 와이어를 이용한 와이어 소(Wire Saw) 방식을 통해 이루어질 수 있으나, 이 외에도 기존에 공지된 다양한 방법들이 이용될 수 있으므로, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
다음으로, S130 단계에서는, 상기 슬라이싱된 웨이퍼의 에지부를 그라인딩한다. 상기 슬라이싱된 웨이퍼의 에지부는 매우 날카롭게 되어 있어서, 후속 공정시 상기 에지부에서 칩 등이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위해 상기 에지부의 그라인딩을 통해 상기 에지부를 둥글게 연삭 가공할 수 있다. 상기 S130 단계를 통해 웨이퍼의 에지부의 기계적 강도를 높이고 소성 변형이나 크랙(crack)으로부터 핵성장되는 슬립 전위(slip dislocation)의 발생을 줄일 수 있다.
다음으로, S140 단계에서는, 전체적으로 일정한 두께를 가짐과 아울러 스크래치 등과 같은 결함이 없는 웨이퍼로 가공하기 위하여 적절한 입자 크기를 가진 연마제를 사용하여 목적하는 만큼 웨이퍼의 양면을 갈아내도록 상기 웨이퍼의 양면을 래핑할 수 있다.
다음으로, S150 단계에서는, 전술한 슬라이싱, 웨이퍼의 에지부 그라인딩 및 래핑 단계를 거치면서 웨이퍼 표면 또는 에지부에서 발생하는 기계적 결함 및 다양한 불순물을 제거하기 위해 화학적으로 웨이퍼를 식각할 수 있다.
다음으로, S160 단계에서는, 상기 식각된 웨이퍼의 표면을 경면으로 연마할 수 있다. 구체적으로, 실리카 계열의 연마제를 웨이퍼 상에 공급하면서 상기 웨이 퍼와 폴리싱 패드 사이에 일정한 하중과 상대 속도를 조절하여 상기 웨이퍼를 경면 연마할 수 있다. 전술한 과정들을 거쳐 폴리싱된 웨이퍼를 준비할 수 있다.
다음으로, S170 단계에서는, 상기 폴리싱된 웨이퍼의 표면을 산소 플라즈마 처리하여 상기 웨이퍼의 표면에 산화막을 형성할 수 있다. 상기 산소 플라즈마 처리는 도 2에 도시된 플라즈마 처리 챔버 내에서 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조시 이용되는 플라즈마 처리 챔버를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 처리 챔버(100)는 크게 챔버 몸체부(110), 서셉터(susceptor: 120) 및 가스 샤워헤드(130)로 구성될 수 있다.
상기 서셉터(120)는 흑연의 상부에 실리콘 카바이드(SiC)를 코팅한 구조를 가질 수 있으며, 외부로부터 공급된 웨이퍼(W)를 안착한 상태로 상기 챔버 몸체부(110) 내에서 상/하로 이동하도록 설치될 수 있다.
상기 서셉터(120)의 내부에는 열선이 내장될 수 있는데, 상기 열선은 산소 플라즈마 처리시 발열할 수 있다. 이 때문에, 상기 산소 플라즈마 처리시 상기 서셉터(120)는 가열될 수 있으며, 아울러 상기 서셉서에 안착된 웨이퍼(W)도 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 열선에 의해 상기 서셉터(120)는 390 내지 410℃로 가열될 수 있으며, 그에 따라 웨이퍼(W) 역시 동일 온도로 가열될 수 있다.
상기 가스 샤워헤드(130)는 가스 투입부(140)를 통하여 투입된 산소 가스(O2) 및 불활성 가스, 예를 들어, 헬륨 가스(He)를 상기 챔버 몸체부(110) 내에 균일하게 공급함으로써 공정 분위기를 조성하도록 챔버 몸체부(110) 내 상부에 배치될 수 있다. 상기 산소 가스(O2) 및 상기 불활성 가스 각각의 유량은 특별히 한정되지는 않으나, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 산소 가스(O2)의 유량이 800 내지 1200sccm이고, 상기 불활성 가스의 유량이 800 내지 1200sccm인 조건에서 산소 플라즈마 처리가 수행될 수 있으며, 이때 상기 플라즈마 처리 챔버(100) 내의 압력은 6 내지 10torr일 수 있다. 한편, 상기 산소 플라즈마 처리시 발생하는 배기 가스는 챔버 몸체부(110) 일측에 형성된 배기구(150)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
상기 서셉터(120) 및 상기 가스 샤워헤드(130)는 각각 전원부(160)와 연결될 수 있는데, 상기 전원부(160)는 300 내지 700W의 RF 파워를 상기 서셉터(120) 및 상기 가스 샤워헤드(130)에 공급할 수 있다. 상기 전원부(160)로부터 소정의 RF 파워가 상기 서섭터 및 상기 가스 샤워헤드(130)에 공급되면, 상기 서셉터(120) 및 상기 가스 샤워헤드(130) 사이에서 산소 플라즈마가 발생하며, 이때 발생된 산소 플라즈마로 인해 웨이퍼(W) 표면에 산화막이 형성될 수 있다.
상기 산소 플라즈마 처리시, 상기 서셉터(120) 및 상기 가스 샤워헤드(130) 사이의 거리(d)는 플라즈마 공정 조건 및 상기 플라즈마 처리 챔버(100)의 사양에 따라 달라질 수 있으므로 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 220 내지 260mils일 수 있다.
상기 산소 플라즈마 처리는 매우 짧은 시간, 예를 들어, 1 내지 5초 동안 수행될 수 있으며, 이 경우 웨이퍼(W)의 표면에 10 내지 30Å의 두께를 갖는 산화막 이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조 방법 및 그를 이용하여 제조된 웨이퍼에 따르면, 폴리싱된 웨이퍼(W)의 표면을 산소 플라즈마 처리하여 웨이퍼(W)의 표면에 산화막을 형성할 수 있다. 상기 산소 플라즈마 처리는 Si-H의 결합 상태를 갖는 웨이퍼(W) 표면을 Si-OH 결합 상태로 만들 수 있기 때문에 상기 산화막은 친수성을 가질 수 있다.
상기 친수성을 갖는 산화막에 의해 상기 웨이퍼(W) 표면에 유기물과 같은 각종 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 상기 산소 플라즈마 처리시 웨이퍼(W) 표면에 기부착된 유기물들은 플라즈마 상태의 산소와 반응하여 일산화탄소 가스 또는 이산화탄소 가스 상태로 전환됨과 아울러 배기구(150)를 통해 배출될 수 있으므로, 상기 기부착된 유기물들을 손쉽게 제거할 수 있다.
또한, 상기 산화막이 형성된 웨이퍼(W) 상에 절연막, 예를 들어, 실리콘 산화막을 형성할 경우, 상기 산화막 및 상기 절연막은 수소 결합을 할 수 있으며, 이에 의해 상기 산화막 및 상기 절연막간의 접착력이 향상될 수 있다.
또한, 상기 산소 플라즈마 처리는 매우 짧은 시간 동안 수행될 수 있으며, 아울러 상기 산소 플라즈마 처리에 의해 웨이퍼(W)의 세정 및 건조 단계를 제거할 수 있으므로, 공정 생산성이 크게 향상될 수 있다.
이상 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이 해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조 방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조시 이용되는 플라즈마 처리 챔버를 개략적으로 나타낸 도면이다.
{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}
100: 플라즈마 처리 챔버 110: 챔버 몸체부
120: 서셉터 130: 가스 샤워헤드

Claims (8)

  1. 폴리싱(polishing)된 웨이퍼를 준비하는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계
    를 포함하는 웨이퍼 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리싱된 웨이퍼를 준비하는 단계는,
    쵸크랄스키(Chokralski)법을 이용한 실리콘 단결정 성장을 통해 제조된 실리콘 잉곳을 준비하는 단계;
    상기 실리콘 잉곳을 웨이퍼의 형태로 슬라이싱(slicing)하는 단계;
    상기 슬라이싱된 웨이퍼의 에지부를 그라인딩(grinding)하는 단계;
    상기 에지부가 그라인딩된 웨이퍼의 양면을 래핑(lapping)하는 단계;
    상기 래핑된 웨이퍼를 식각하는 단계; 및
    상기 식각된 웨이퍼의 표면을 폴리싱하는 단계
    를 포함하는 웨이퍼 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산소 플라즈마 처리는, 상기 웨이퍼를 안착시키는 서셉터, 및 산소 가스 및 불활성 가스를 공급하는 가스 샤워헤드를 포함하는 플라즈마 처리 챔버 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산소 플라즈마 처리시, 상기 서셉터의 온도는 390 내지 410℃인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 산소 플라즈마 처리시, 상기 서셉터 및 상기 가스 샤워헤드 사이의 거리는 220 내지 260mils인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 산소 플라즈마 처리는, RF 파워가 300 내지 700W이고, 상기 산소 가스의 유량이 800 내지 1200sccm이고, 상기 불활성 가스의 유량이 800 내지 1200sccm인 조건하에서 1 내지 5초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 산소 플라즈마 처리시, 상기 플라즈마 처리 챔버 내의 압력은 6 내지 10torr인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조 방법.
  8. 제1항에 따라 제조되고, 표면에 산소 플라즈마 처리에 의하여 형성되고 10 내지 30Å의 두께를 갖는 산화막을 포함하는 웨이퍼.
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