KR20130021026A - 웨이퍼 표면 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 기판 표면 처리 방법은, 기판을 준비하는 단계; 및 상기 기판 표면에 에칭 공정을 하는 단계를 포함하고, 상기 에칭 공정은 상기 기판 표면에 에칭 가스를 투입하는 단계를 포함하며, 상기 에칭 가스는 할로겐족 화합물 및 실란계 화합물을 포함한다.
Description
본 기재는 웨이퍼 표면 처리 방법 및 에피 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다.
탄화규소 웨이퍼 및 에피택시얼 웨이퍼(epitaxial wafer)의 표면에는 다양한 형태의 결함이 존재하고 있다. 이러한 결함들은 상기 탄화규소 웨이퍼의 표면조도를 높게 하여 다음 공정 진행 시 많은 악영향을 준다. 상기 탄화규소 웨이퍼 상의 표면 결함은 단결정막 성장 시에 또 다른 결함의 원인이 되며, 거친 표면을 야기시킨다. 에피택시얼 웨이퍼 상의 표면 결함은 여러 개를 적층할 경우 부분적 단속을 유발할 수 있다. 또한, 이러한 웨이퍼를 이용한 소자를 제작함에 있어서 금속 전극 증착 및 패턴의 불균일화에 의한 누설 전류를 크게 할 수 있다.
이로 인해, 소자의 수명을 단축시킬 수 있고, 소자의 신뢰성이 떨어질 수 있다. 따라서, 이러한 결함 제거 및 결함 제어는 고품질의 소자 제조에 있어서 매우 중요한 문제이다.
종래의 기술은 탄화규소 웨이퍼의 표면 결함을 제어하기 위하여 할로겐족 가스처리를 하거나 하이드로카본 가스를 흘려주어 상기 결함을 제어하였다. 상기 에칭하는 단계는 일반적인 습식 식각 또는 건식 식각의 방법을 통해 이루어질 수 있다.
일례로, 수소 가스 인시츄 에칭은 탄화규소 웨이퍼의 표면에 수소를 흡착시킴으로써, 표면 에너지를 낮추고 그에 따라, 표면에 흡착된 Si 및 C의 이동을 원활하게 하는 효과를 발휘하였으나, C의 에칭 요인으로 작용하는 경우에는 웨이퍼 표면의 화학양론을 깨뜨리게 되어 결함생성의 요인으로 작용할 수 있었다.
또한, 염산(HCl) 에칭은 Si-face 에피 성장시 사용되는 방법으로 표면의 Si 응집을 해소시켜 Si 드롭렛(Si droplet) 및 웨이퍼 표면 결함을 감소시키나 Si 에칭이 과도하게 되는 경우 에치핏(etch-pit)이 생성되어 결함요인으로 작용할 수 있었다.
또한, CHx 처리를 하는 경우, Si-face 표면에 탄소 결합을 유도하여 응집 특성이 높은 Si에 비해 결함이 적은 에피층 성장에 도움을 주지만 과도한 처리를 진행하는 경우에는 C-C 결합의 생성으로 에피층과 탄화규소 웨이퍼 사이에서 결합에 문제를 야기할 수 있었다.
이에 따라, 상기 에칭 공정시 과도한 에칭에 의한 결함 요인들을 제거하여 보다 낮은 결함 밀도를 가지는 웨이퍼 및 상기 웨이퍼에 에피층을 성장된 에피 웨이퍼를 제조하는 것이 요구된다.
특히, 도 1에 도시되어 있듯이, HCl을 이용하여 웨이퍼를 에칭하는 경우에는 HCl의 과도한 에칭에 의해 Si의 과도한 추출로 인해 에칭 후 또 다른 표면 결함이 발생할 수 있었다.
따라서, 이러한 에칭에 따른 표면 결함을 제거하기 위해, Si의 과도한 추출에 따른 Si의 보상을 할 수 있는 방법이 요구된다.
실시예는 웨이퍼의 표면 처리를 이용하여 낮은 결함밀도를 가지는 탄화규소 에피 웨이퍼를 제조하는 것이다.
실시예에 따른 기판 표면 처리 방법은, 기판을 준비하는 단계; 및 상기 기판 표면에 에칭 공정을 하는 단계를 포함하고, 상기 에칭 공정은 상기 기판 표면에 에칭 가스를 투입하는 단계를 포함하며, 상기 에칭 가스는 할로겐족 화합물 및 실란계 화합물을 포함한다.
실시예에 따른 rlvks 표면 처리 방법은, 웨이퍼에 에칭 가스를 투입하는 단계를 포함하고, 상기 에칭 가스는 할로겐족 화합물 및 실란계 화합물을 포함할 수 있다. 여기서 할로겐족 화합물은 HCl 일 수 있으며, 실란계 화합물은 SiHx, 메틸트리클로로실레인(methylchlorosilane, MTS) 또는 테트라트리클로로실레인(tetratrichlorisilane, TCS)일 수 있다.
따라서, 상기 실란계 화합물이 HCl 에칭에 의해 추출되는 Si를 보상하는 역할을 함으로써, HCl 에칭에 따른 탄화규소 웨이퍼의 결함을 제거할 수 있다.
이에 따라, 웨이퍼의 품질을 높일 수 있으며, 특히 상기 웨이퍼에 에피층을 성장시 낮은 결함밀도를 가지는 고품질의 에피층을 성장시킬 있다.
또한, 이러한 에피 웨이퍼가 적용되는 소자의 성능을 향상시킴으로써 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있다.
도 1은 종래 염화수소(HCl) 에칭에 따라 과도한 Si의 추출로 또 다른 표면 결함이 생성된 것을 도시한 분자결합도이다.
도 2는 실시예에 따른 기판 표면 처리 방법의 공정도를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 기판 표면 처리 방법에 따라 Si의 보상으로 표면 결함을 제거하는 것을 도시한 분자결합도이다.
도 4는 실시예에 따른 에피 웨이퍼 제조 방법의 공정도를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 기판 표면 처리 방법의 공정도를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 기판 표면 처리 방법에 따라 Si의 보상으로 표면 결함을 제거하는 것을 도시한 분자결합도이다.
도 4는 실시예에 따른 에피 웨이퍼 제조 방법의 공정도를 도시한 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 실시예에 따른 웨이퍼 표면 처리 방법의 공정도를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 웨이퍼 표면 처리 방법은, 기판을 준비하는 단계(ST10); 및 상기 기판 표면에 에칭 공정을 하는 단계(ST20)를 포함하고, 상기 에칭 공정은 상기 기판 표면에 에칭 가스를 투입하는 단계를 포함하며, 상기 에칭 가스는 할로겐족 화합물 및 실란계 화합물을 포함한다.
기판을 준비하는 단계(ST10)에서는 웨이퍼를 준비할 수 있다. 상기 웨이퍼는 탄화규소 웨이퍼일 수 있다, 또한, 상기 웨이퍼는 에피층이 성장하기 전의 탄화규소 웨이퍼일 수 있다.
상기 웨이퍼의 표면에는 결함이 존재할 수 있다. 상기 결함은 상기 웨이퍼의 표면으로부터 돌출되어 존재할 수 있다. 상기 결함들은 상기 웨이퍼의 표면조도를 크게 하여 다음 공정 진행 시 많은 악영향을 준다, 상기 웨이퍼 상의 표면 결함은 에피층 성장시에 또 다른 결함의 원인이 될 수 있으며, 거친 표면을 야기할 수 있다.
에칭 공정을 하는 단계(ST20)에서는 상기 웨이퍼의 표면에 에칭 가스를 투입할 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼의 표면 결함을 제거하기 위해 상기 웨이퍼에 산화막을 형성하고, 건식 식각 또는 습식 식각 공정으로 통해 상기 웨이퍼 표면의 결함을 제거할 수 있다.
이때, 상기 에칭 가스는 할로겐족 화합물 및 실란계 화합물을 함께 투입할 수 있다. 상기 할로겐족 화합물은 염화수소(HCl) 가스를 포함할 수 있으며, 상기 실란계 화합물은 SiHx, 메틸트리클로로실레인(methylchlorosilane, MTS) 또는 테트라트리클로로실레인(tetratrichlorisilane, TCS)를 포함할 수 있다. SiHx에서 X는 1 내지 4일 수 있으며 즉, SiHx는 불안정 상태에서 안정 상태까지의 실란계 화합물일 수 있다.
상기 할로겐족 화합물과 상기 실란계 화합물의 투입비는, 상기 산성화합물이 상기 실란계 화합물에 대해 0.01 내지 1의 비율로 투입될 수 있다. 상기 실란계 화합물의 투입비는 상기 할로겐족 화합물, 즉 HCl 에칭에 의해 추출되는 Si 추출 정도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 에칭 가스들이 투입되어 상기 웨이퍼의 표면에서 반응하는 온도는 1100℃ 내지 1600℃일 수 있다. 바람직하게는 상기 온도는 1175℃ 내지 1600℃일 수 있다.
도 3은 상기 할로겐족 화합물 및 상기 실란계 화합물이 상기 웨이퍼의 표면에 투입되어 반응하는 도면이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 상기 할로겐족 화합물 및 상기 실란계 화합물은 상기 웨이퍼의 표면에 투입되어 상기 웨이퍼 상에서 Si의 추출 및 보상을 할 수 있다. 즉, HCl은 상기 웨이퍼의 표면에 돌출되는 Si들을 에칭할 수 있다. 또한, SiHx는 상기 HCl에 의해 과도하게 에칭되는 Si를 보충하는 역할을 할 수 있다.
종래에는, 도 1에 도시되어 있듯이, 상기 HCl의 과도한 에칭으로 인해 Si가 지나치게 추출되어 상기 웨이퍼에 에치핏이 생성되어 또 다른 결함 요인으로 작용할 수 있었다.
그러나, 실시예에 따른 웨이퍼 표면 처리 방법은 HCl과 함께 Si를 보충할 수 있는 실란계 화합물을 투입함으로써,상기 웨이퍼는 상대적으로 높은 에너지를 가지고 있는 결함들을 제거하고, 안정적인 낮은 에너지를 가지는 낮은 결함을 가지는 웨이퍼가 될 수 있다.
이러한 낮은 결함을 가지는 웨이퍼에서 성장되는 에피층은, 보다 낮은 결함 밀도를 가질 수 있고, 상기 에피 웨이퍼가 적용되는 소자는 높은 전기적 특성을 가질 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 에피 웨이퍼 제조방법의 공정도를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 에피 웨이퍼 제조방법은, 기판을 준비하는 단계(ST30); 및 상기 기판 표면에 에칭 공정을 하는 단계(ST40); 및 상기 기판에 에피층을 성장하는 단계(ST50)를 포함하고, 상기 에칭 공정은 상기 기판 표면에 에칭 가스를 투입하는 단계를 포함하며, 상기 에칭 가스는 할로겐족 화합물 및 실란계 화합물을 포함할 수 있다.
앞에서 설명하였듯이, 상기 에칭 가스는 할로겐족 화합물 및 실란계 화합물을 함께 투입할 수 있다. 또한, 상기 할로겐족 화합물은 염화수소(HCl) 가스를 포함할 수 있으며, 상기 실란계 화합물은 SiHx, 메틸트리클로로실레인(methylchlorosilane, MTS) 또는 테트라트리클로로실레인(tetratrichlorisilane, TCS)를 포함할 수 있다. SiHx에서 X는 1 내지 4일 수 있으며 즉, SiHx는 불안정 상태에서 안정 상태까지의 실란계 화합물일 수 있다.
상기 할로겐족 화합물과 상기 실란계 화합물의 투입비는, 상기 산성화합물이 상기 실란계 화합물에 대해 0.01 내지 1의 비율로 투입될 수 있으며, 상기 실란계 화합물의 투입비는 상기 할로겐족 화합물, 즉 HCl 에칭에 의해 추출되는 Si 추출 정도에 따라 달라질 수 있다.
이에 따라, 상기 할로겐족 화합물 및 상기 실란계 화합물은 상기 웨이퍼의 표면에 투입되어 상기 웨이퍼 상에서 Si의 추출 및 보상을 할 수 있으므로, 상기 제조 방법에 따라 제조된 에피 웨이퍼는 상기 에칭 공정에 의해 표면 결합이 제거된 평탄한 표면을 가지는 웨이퍼 상에 에피층이 성장될 수 있다. 따라서, 상기 에피 웨이퍼가 적용되는 소자 적용시 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (10)
- 기판을 준비하는 단계; 및
상기 기판 표면에 에칭 공정을 하는 단계를 포함하고,
상기 에칭 공정은 상기 기판 표면에 에칭 가스를 투입하는 단계를 포함하며,
상기 에칭 가스는 할로겐족 화합물 및 실란계 화합물을 포함하는 기판 표면 처리 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 할로겐족 화합물은 염화수소(HCl)를 포함하는 기판 표면 처리 방법. - 제 1항에 있어서.
상기 실란계 화합물은 SiHx(여기서, X는 1 내지 4),메틸트리클로로실레인(methylchlorosilane, MTS) 또는 테트라트리클로로실레인(tetratrichlorisilane, TCS)를 포함하는 기판 표면 처리 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 실란계 화합물은 상기 할로겐족 화합물에 대해 0.01 내지 1의 비율로 투입되는 기판 표면 처리 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 기판은 탄화규소 기판인 기판 표면 처리 방법. - 제 1항에 있어서.
상기 에칭 가스는 1150℃ 내지 1600℃의 온도에서 투입되는 기판 표면 처리 방법. - 기판을 준비하는 단계; 및
상기 기판 표면에 에칭 공정을 하는 단계; 및
상기 기판에 에피층을 성장하는 단계를 포함하고,
상기 에칭 공정은 상기 기판 표면에 에칭 가스를 투입하는 단계를 포함하며,
상기 에칭 가스는 할로겐족 화합물 및 실란계 화합물을 포함하는 에피 웨이퍼 제조 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 할로겐족 화합물은 염화수소(HCl)를 포함하고,
상기 실란계 화합물은 SiHx(X는 1 ~ 4), 메틸트리클로로실레인(methylchlorosilane, MTS) 또는 테트라트리클로로실레인(tetratrichlorisilane, TCS)를 포함하는 에피 웨이퍼 제조 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 실란계 화합물은 상기 할로겐족 화합물에 대해 0.01 내지 1의 비율로 투입되는 에피 웨이퍼 제조 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 웨이퍼는 탄화규소 웨이퍼인 에피 웨이퍼 제조 방법.
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