KR20110090467A - Method for eliminating moisture from chamber - Google Patents

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KR20110090467A
KR20110090467A KR1020100010258A KR20100010258A KR20110090467A KR 20110090467 A KR20110090467 A KR 20110090467A KR 1020100010258 A KR1020100010258 A KR 1020100010258A KR 20100010258 A KR20100010258 A KR 20100010258A KR 20110090467 A KR20110090467 A KR 20110090467A
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이건호
김인겸
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주식회사 엘지실트론
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Abstract

PURPOSE: A method for eliminating the moisture from a chamber is provided to use a dummy wafer to remove the moisture inside a chamber by inputting hydrogen into the surface of a wafer through porous surface. CONSTITUTION: In a method for eliminating the moisture from a chamber, a porous wafer is prepared. The porous wafer is included within a chamber. The chamber is freely run under 900~1500 °C.

Description

챔버 내의 수분 제거 방법{Method for eliminating moisture from chamber}Method for eliminating moisture from chamber

본 발명은 반도체 소자의 기판으로 사용되는 웨이퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 증착 챔버 내의 수분 제거에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wafer used as a substrate of a semiconductor device, and more particularly, to water removal in a wafer deposition chamber.

통상적인 실리콘 웨이퍼는, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱 공정과, 상기 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 그라인딩(Grinding) 공정과, 상기 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 상기 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 연마하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.Conventional silicon wafers include a single crystal growth process for producing a single crystal ingot, a slicing process for slicing the single crystal ingot to obtain a thin disk-shaped wafer, and cracking and distortion of the wafer obtained by the slicing process. Grinding process to process the outer periphery to prevent, Lapping process to remove the damage due to mechanical processing remaining on the wafer, Polishing process to mirror the wafer And a cleaning step of polishing the polished wafer and removing the abrasive or foreign matter adhering to the wafer.

여기서, 웨이퍼 위에 같은 방향성을 갖는 단결정 막을 기르는 에피택셜 성장(epitaxial growth) 공정은 필수적이라 할 수 있다. 이때, 본래의 웨이퍼는 그 위에 새로운 결정을 성장시키는 시드 결정(seed crystal)이 되며, 새 결정은 본래의 웨이퍼와 같은 결정구조 및 방향성을 가진다.Here, an epitaxial growth process of growing a single crystal film having the same orientation on the wafer may be essential. At this time, the original wafer becomes a seed crystal for growing new crystals thereon, and the new crystal has the same crystal structure and orientation as the original wafer.

그리고, 현재 주로 사용되는 웨이퍼의 에피택셜층 증착방법은 액상 에피택시(liquid phase epitaxy; LPE), 기상 에피택시(vapor phase epitaxy; VPE) 및 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy; MBE) 등이 있다.In addition, epitaxial layer deposition methods of wafers which are mainly used include liquid phase epitaxy (LPE), vapor phase epitaxy (VPE) and molecular beam epitaxy (MBE).

상술한 방법들에 의하여 실리콘(Si)과 갈륨비소(GaAs)를 포함하는 광범위한 반도체 박막 결정들이 키워지고 있다.By the aforementioned methods, a wide range of semiconductor thin film crystals including silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs) are grown.

그러나, 상술한 종래의 웨이퍼의 에피택셜층 증착방법은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the above-described epitaxial layer deposition method of the conventional wafer has the following problems.

실리콘 웨이퍼에 에피택셜층을 성장시키는 에피 리액터(EPI Reactor)의 챔버(Chamber)내에는 메탈 불순물(Metal Impurity)을 포함한 수분(Moisture)이 많이 포함되어 있다.In the chamber of the epi reactor which grows the epitaxial layer on the silicon wafer, a lot of moisture including metal impurity is contained.

여기서, 상기 에피 리액터 챔버 내에 메탈 불순물(Metal Impurity)을 포함한 수분(Moisture)이 조금만 함유되어 있어도, 양질의 실리콘 에피택셜층을 얻을 수 없다.Here, even if only a small amount of moisture including metal impurity is contained in the epi reactor chamber, a high quality silicon epitaxial layer cannot be obtained.

즉, 챔버 및 가스 라인(Gas Line)내의 금속 성분과 수분을 함유한 가스(Gas)가 반응하여 메탈 클로라이드(Metal Chloride)를 생성하기 때문이다.That is, the metal component in the chamber and the gas line (Gas) and the gas containing water (Gas) reacts to produce metal chloride (Metal Chloride).

즉, 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등의 성분이, Cl(염소)가 융해된 수분 또는 SiHCl3 나 HCl 등과 반응하여, Fe(Cl)n(H2O)m, Cr(Cl)n(H2O)m 및 Ni(Cl)n(H2O)m 등이 생성될 수 있다.That is, components such as iron (Fe), chromium (Cr), nickel (Ni), and the like react with moisture in which Cl (chlorine) is melted, SiHCl 3 or HCl, and the like, to form Fe (Cl) n (H 2 O) m , Cr (Cl) n (H 2 O) m and Ni (Cl) n (H 2 O) m may be produced.

또한, 산소(O2) 및 수분에 의해 수산화화합물이 생성되며, 이러한 수산화화합물은 서셉트(Susceptor)에 피트(Pit)를 유발시키며 메탈(Metal) 오염의 주요 원인이 된다. 따라서, 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층 성장공정에 앞서 챔버 내의 수분 제거는 필수적이다.Hydroxide compounds are also produced by oxygen (O 2 ) and moisture, which induces pits in susceptors and is a major cause of metal contamination. Therefore, moisture removal in the chamber is essential prior to the epitaxial layer growth process of the silicon wafer.

즉, PM 공정 후에 잔존하는 O2(산소)나 OH- (수산화이온)이 SiHCl3나 HCl 등과 반응하고 열이 가해지면, Si(Cl)nOm 또는 Si(Cl)n(OH)m 등의 수산화화합물이 형성되는 것이다.That is, when O 2 (oxygen) or OH − (hydroxyl ion) remaining after the PM process reacts with SiHCl 3 or HCl, and heat is applied, Si (Cl) n O m or Si (Cl) n (OH) m Hydroxide compound of is formed.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 에픽택셜층 형성 공정에서 챔버 내의 수분을 충분히 제거하고, 메탈 오염물의 발생을 줄이고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to sufficiently remove moisture in a chamber in an epitaxial layer forming process of a wafer, and to reduce metal contaminants.

본 발명의 다른 목적은 수분이 충분히 제거된 챔버를 사용하여 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층 성장 공정을 적절히 수행하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to properly perform an epitaxial layer growth process of a silicon wafer using a chamber in which moisture is sufficiently removed.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 실리콘으로 이루어진 웨이퍼를 준비하는 단계; 및 상기 웨이퍼에 수소를 주입하여, 상기 웨이퍼의 표면에 다공층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공질 웨이퍼의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of preparing a wafer made of silicon; And injecting hydrogen into the wafer, thereby forming a porous layer on the surface of the wafer.

여기서, 웨이퍼는 저온 산화막이 형성되지 않은 것이 바람직하다.Here, it is preferable that a low temperature oxide film is not formed in a wafer.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 저온 산화막이 형성되지 않은 다공질 웨이퍼를 준비하는 단계; 챔버 내에 상기 다공질 웨이퍼를 구비하는 단계; 및 상기 챔버를 900~1500 ℃의 온도에서 프리 런(free run)하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 챔버 내의 수분 제거 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, the method includes: preparing a porous wafer on which a low temperature oxide film is not formed; Providing the porous wafer in a chamber; And it provides a method for removing water in the chamber comprising the step of free running the chamber at a temperature of 900 ~ 1500 ℃ (free run).

여기서, 다공층을 형성하는 단계는, 챔버 내에 상기 웨이퍼를 구비하고, 상기 챔버 내에 수소를 주입하여 상기 웨이퍼의 표면에 10~100 옹스트롱의 크기를 갖는 복수 개의 홀(hole)을 형성할 수 있다.In the forming of the porous layer, the wafer may be provided in a chamber, and hydrogen may be injected into the chamber to form a plurality of holes having a size of 10 to 100 angstroms on the surface of the wafer. .

그리고, 프리 런 단계는, 2~4시간 지속될 수 있다.The free run step may last for 2 to 4 hours.

상술한 본 발명에 따른 다공질 웨이퍼의 제조방법 및 다공질 웨이퍼를 이용한 챔버 내의 수분 제거 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.The effects of the method of manufacturing the porous wafer and the water removal method in the chamber using the porous wafer according to the present invention described above are as follows.

첫째, 웨이퍼의 표면에 수소를 주입하고 다공질을 형성하여, 챔버 내의 수분을 제거하는 더미 웨이퍼로 사용할 수 있다.First, it can be used as a dummy wafer to inject hydrogen into the surface of the wafer and form a porous, to remove moisture in the chamber.

둘째, 다공질의 실리콘 더미 웨이퍼를 사용하여, 챔버 내에서 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층 형성을 원활히 수행할 수 있다.Secondly, the porous silicon dummy wafer can be used to smoothly form the epitaxial layer of the silicon wafer in the chamber.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 다공질 웨이퍼의 형성의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 다공질 웨이퍼를 사용한 챔버 내의 수분 제거방법의 일실시예를 나타낸 도면이다.1 and 2 is a view showing an embodiment of the formation of a porous wafer according to the present invention,
3A and 3B illustrate an embodiment of a method for removing water in a chamber using a porous wafer according to the present invention.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described. The same components as in the prior art are given the same names and the same reference numerals for convenience of description, and detailed description thereof will be omitted.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 다공질 웨이퍼의 형성의 일실시예를 나타낸 도면이다. 이하에서 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 다공질 웨이퍼의 제조방법의 일실시예를 설명한다.1 and 2 illustrate an embodiment of forming a porous wafer according to the present invention. Hereinafter, an embodiment of a method of manufacturing a porous wafer according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

먼저, 실리콘 웨이퍼(100)를 준비한다.First, the silicon wafer 100 is prepared.

상기 실리콘 웨이퍼(100)는 실리콘(Si) 표면 위에 동종의 실리콘을 성장시켜서 준비한다. 즉, 실리콘 단결정을 성장시켜서 단결정 잉곳(Ingot)을 만들고, 상기 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는다.The silicon wafer 100 is prepared by growing homogeneous silicon on a silicon (Si) surface. That is, a single crystal ingot is grown by growing silicon single crystal, and the single crystal ingot is sliced to obtain a thin disk-shaped wafer.

이때, 본 방법으로 제조한 웨이퍼는 더미(Dummy) 웨이퍼로 사용될 것이므로, 반드시 원판 모양일 필요는 없다. 또한, 그라인딩 공정이나, 랩핑 공정 및 연마 공정이 반드시 필요하지는 않음도 당연하다. 다만, 상기 웨이퍼는 후술할 프리 런 프로세스를 통하여 챔버 내의 수분을 제거하기 위한 것이므로, 표면적이 넓은 것이 바람직하다.At this time, since the wafer manufactured by the present method will be used as a dummy wafer, it is not necessarily a disc shape. It is also obvious that the grinding step, the lapping step and the polishing step are not necessarily required. However, since the wafer is for removing moisture in the chamber through a free run process to be described later, it is preferable that the wafer has a large surface area.

상술한 웨이퍼의 표면적을 넓히기 위하여, 웨이퍼의 표면에 스크래치를 내거나 요철을 형성할 수도 있으며, 아래와 같이 수소 주입을 통하여 웨이퍼의 표면적을 넓힐 수도 있다.In order to increase the surface area of the wafer described above, scratches or irregularities may be formed on the surface of the wafer, and the surface area of the wafer may be increased by hydrogen injection as follows.

수소 주입을 통한 웨이퍼의 표면적 증가는, 웨이퍼에 수소를 주입(H2 Implantation)하여 상기 웨이퍼(100)의 표면에 다공층(110)을 형성한다. 다공층을 형성하는 단계를 상세히 설명하면 다음과 같다.Increasing the surface area of the wafer through hydrogen injection may inject hydrogen into the wafer (H 2 Implantation) to form the porous layer 110 on the surface of the wafer 100. Hereinafter, the steps of forming the porous layer will be described in detail.

챔버 내에 웨이퍼를 구비하고, 상기 챔버 내에 수소를 주입하여 상기 웨이퍼의 표면에 10~100 옹스트롱의 크기를 갖는 홀을 형성한다. 여기서, 상기 홀의 개수는 셀 수 없이 많음은 당연하다.A wafer is provided in the chamber, and hydrogen is injected into the chamber to form a hole having a size of 10 to 100 angstroms on the surface of the wafer. In this case, it is obvious that the number of holes is countless.

그리고, 상기 홀들이 평균하여 10~100 옹스트롱(Å)의 크기를 갖는데, 후술하는 바와 같이 챔버 내의 수분을 제거하기 위한 것이므로, 물(H2O) 분자나 금속 분자 등을 흡수할 수 있는 분자 단위의 크기이어야 한다.In addition, the holes have an average size of 10 to 100 angstroms, which are for removing water in the chamber as described below, and thus, molecules capable of absorbing water (H 2 O) molecules, metal molecules, and the like. It must be the size of the unit.

그리고, 도면에는 실리콘 웨이퍼(100)의 상부에만 다공층(110)이 형성된 것으로 도시하였으나, 실제로는 상기 웨이퍼(100)의 표면 전체에 다공층(110)이 형성된다.In addition, although the porous layer 110 is formed only in the upper portion of the silicon wafer 100 in the drawing, in practice, the porous layer 110 is formed on the entire surface of the wafer 100.

그리고, 상술한 홀들의 다공층(110)이 표면에 형성된 웨이퍼를 다공질 웨이퍼라고 칭하기로 한다. 이때, 상기 다공질 웨이퍼는 그 내부 표면적이, 다공층이 형성되지 않은 웨이퍼에 비하여, 단위 면적당 수만∼수십만배 이상으로 넓어 다양한 표면 흡착능력을 보유하게 된다.The wafer on which the porous layer 110 of the above-described holes is formed is called a porous wafer. In this case, the porous wafer has an inner surface area that is wider than tens of thousands to several hundred thousand times more per unit area than a wafer without a porous layer, thereby retaining various surface adsorption capacities.

그리고, 상기 웨이퍼는 저온 산화막(Low Thermal Oxide)이 형성되지 않은 것이 바람직하다. 즉, 오토 도핑 방지를 위한 저온 산화막이 형성된 웨이퍼는, 상기 저온 산화막 자체에 수분이 함유되어 있다. 따라서, 후술할 챔버 내의 수분 제거 효과 외에 오히려 챔버 내의 수분을 증가시키는 또 하나의 원인이 될 수도 있다.In the wafer, it is preferable that a low thermal oxide is not formed. That is, the wafer in which the low temperature oxide film for auto doping prevention was formed contains water in the said low temperature oxide film itself. Therefore, in addition to the water removal effect in the chamber to be described later may be another cause of increasing the water in the chamber.

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 다공질 웨이퍼를 사용한 챔버 내의 수분 제거방법의 일실시예를 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 3a 및 3b를 참조하여 본 발명에 따른 다공질 웨이퍼를 사용한 챔버 내의 수분 제거 방법의 일실싱예를 설명한다.3A and 3B illustrate an embodiment of a method for removing water in a chamber using a porous wafer according to the present invention. 3A and 3B, an example of a method of removing water in a chamber using a porous wafer according to the present invention will be described.

도시된 바와 같이 챔버(200) 내의 지지대(210) 상에 다공층(110)이 형성된 웨이퍼(100)를 고정한다. 여기서, 챔버(200)는 에피 리액터의 장비일 수 있다. 이때, 상기 에피 리액터의 챔버는 각종 공정의 실행 후에 예방정비(PM, Preventive Maintenance)를 수행하고 되고, 상기 예방정비 후에 상기 챔버(200) 내에는 많은 수분이 포함된다.As illustrated, the wafer 100 having the porous layer 110 formed on the support 210 in the chamber 200 is fixed. Here, the chamber 200 may be equipment of an epi reactor. At this time, the chamber of the epi reactor performs preventive maintenance (PM) after execution of various processes, and after the preventive maintenance, the chamber 200 contains a lot of water.

그리고, 열원을 가동하여 챔버 내의 온도를 상승시키면, 상기 챔버(200) 내의 수분이 수증기로 기화한다. 이때, 후술할 수분 제거/흡착 효과를 위하여 상기 챔버를 900~1500 ℃의 온도에서, 약 2~4시간 동안 챔버(200)를 프리 런(free run)한다. 여기서, 프리 런이라 함은 챔버 내에 다른 재료를 공급하지 않고, 웨이퍼가 구비된 챔버를 가열하는 더미 프로세스(dummy process)를 뜻한다.When the heat source is operated to raise the temperature in the chamber, moisture in the chamber 200 vaporizes with water vapor. In this case, the chamber 200 is free run for about 2 to 4 hours at a temperature of 900 to 1500 ° C. for the water removal / adsorption effect to be described later. Here, the free run means a dummy process for heating a chamber provided with a wafer without supplying other materials into the chamber.

상술한 프리 런으로 인하여 챔버(200) 내의 수분이 수증기로 기화하고, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 수증기(220)는 웨이퍼(100)의 다공층(110) 내로 흡착되어 상기 챔버(200)에서 제거될 수 있다. 또한, 수분과 함께 챔버 내의 금속 등 불순물도 상기 웨이퍼(100)의 다공질(110) 내로 흡착될 수 있다.Due to the free run described above, water in the chamber 200 vaporizes with water vapor, and as illustrated in FIG. 3B, the water vapor 220 is adsorbed into the porous layer 110 of the wafer 100 and is discharged from the chamber 200. Can be removed. In addition, impurities such as metal in the chamber together with moisture may be adsorbed into the porous 110 of the wafer 100.

이때, 챔버(200)를 충분한 시간과 온도로 프리 런하여야 상수한 수분의 흡착/제거 효과를 기대할 수 있으며, 너무 높은 온도나 오랜 시간 프리 런하면 이미 다공질 웨이퍼에 채워진 수증기가 운동에너지로 인하여 챔버(200) 내로 다시 주입될 우려가 있다.At this time, if the chamber 200 is free-run at a sufficient time and temperature, the adsorption / removal effect of the constant water can be expected, and if the temperature is too high or free-run for a long time, water vapor already filled in the porous wafer is lost due to kinetic energy. 200) may be injected again.

그리고, 상술한 프리 런 후에 상기 챔버 내의 습도를 구하여, 만약 충분한 수분 제거효과를 얻지 못했다면 다시 프리 런을 할 수도 있다. 이러한, 챔버의 프리 런으로 인하여 챔버 내의 수분이 충분히 제거되어, 예방 정비를 다시 할 필요성이 감소하여 에피택셜층 형성 공정을 수행하기에 적합한 상태가 될 수 있다.After the above-mentioned free run, the humidity in the chamber is obtained, and if the sufficient moisture removal effect is not obtained, the free run may be performed again. This free run of the chamber allows the moisture in the chamber to be sufficiently removed, thereby reducing the need for preventive maintenance again and bringing it into a state suitable for performing the epitaxial layer forming process.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

100 : 웨이퍼 110 : 다공층
200 : 챔버 210 : 지지대
220 : 수분100 wafer 110 porous layer
200: chamber 210: support
220: moisture

Claims (5)

다공질 웨이퍼를 준비하는 단계;
챔버 내에 상기 다공질 웨이퍼를 구비하는 단계; 및
상기 챔버를 900~1500 ℃의 온도에서 프리 런(free run)하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 챔버 내의 수분 제거 방법.Preparing a porous wafer;
Providing the porous wafer in a chamber; And
And a free run of the chamber at a temperature of 900 to 1500 ° C. 제 1 항에 있어서,
상기 다공질 웨이퍼는 저온 산화막이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 챔버 내의 수분 제거 방법.The method of claim 1,
The porous wafer is a water removal method in the chamber, characterized in that the low temperature oxide film is not formed. 제 1 항에 있어서, 상기 프리 런 단계는,
2~4시간 지속되는 것을 특징으로 하는 챔버 내의 수분 제거 방법.The method of claim 1, wherein the free run step,
Method for removing water in the chamber, characterized in that it lasts 2 to 4 hours. 제 1 항에 있어서, 상기 다공질 웨이퍼를 준비하는 단계는,
실리콘으로 이루어진 웨이퍼를 준비하고, 상기 웨이퍼에 수소를 주입하여 상기 웨이퍼의 표면에 다공층을 형성하는 것을 특징으로 하는 챔버 내의 수분 제거 방법.The method of claim 1, wherein preparing the porous wafer comprises:
A method for removing water in a chamber comprising preparing a wafer made of silicon and injecting hydrogen into the wafer to form a porous layer on the surface of the wafer. 제 4 항에 있어서, 상기 다공층을 형성하는 단계는,
챔버 내에 상기 웨이퍼를 구비하고, 상기 챔버 내에 수소를 주입하여 상기 웨이퍼의 표면에 10~100 옹스트롱의 크기를 갖는 복수 개의 홀(hole)을 형성하는 것을 특징으로 하는 챔버 내의 수분 제거 방법.The method of claim 4, wherein forming the porous layer,
The method of claim 1, wherein the wafer is provided in a chamber, and hydrogen is injected into the chamber to form a plurality of holes having a size of 10 to 100 angstroms on the surface of the wafer.
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