KR20130080321A

KR20130080321A - 실리콘 웨이퍼 제조 방법

Info

Publication number: KR20130080321A
Application number: KR1020120001166A
Authority: KR
Inventors: 구영수
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2013-07-12

Abstract

실시예의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단하는 단계; 서로 다른 제1 및 제2 휠을 사용하여 절단된 웨이퍼의 전면과 배면을 각각 연삭하여, 전면의 가공 결함보다 배면의 가공 결함이 더 많게 하는 단계; 및 연삭된 웨이퍼의 양면을 연마하여, 전면의 가공 결함을 제거하고, 배면의 가공 결함을 게터링을 위해 잔존시키는 단계를 포함한다.

Description

실리콘 웨이퍼 제조 방법{Method for manufacturing silicon wafer}

실시예는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것으로서 특히, 배면(back side)에 게터링(gettering) 수단을 가진 단결정 실리콘 웨이퍼의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 집적 회로 소자의 집적도가 보다 고밀도화 되고 디자인 룰(design rule)이 보다 작아짐으로 인해서 반도체 소자 형성 공정이 어려워지고 있다. 게다가, 반도체 패브리케이션 수율을 높이고 반도체 디바이스의 신뢰성을 높이기 위하여 웨이퍼 자체의 품질 향상이 요구된다.

이러한 요구들 중 하나가, 반도체 소자가 형성될 웨이퍼의 활성 영역(active region)에 결함이 없는 완벽한 단결정 실리콘층을 가진 웨이퍼이다. 따라서, 반도체 소자 형성 영역에 결함(COP:Crystal Originated Particle)이 없는 웨이퍼의 생산이 필요하게 되고, COP 결함이 없는 웨이퍼의 개발에 많은 노력이 집중되고 있다.

또한, 웨이퍼에 반도체 소자를 형성하는 공정 중에 디바이스에 치명적인 결함을 유발하는 전이금속(Transition metal)을 흡수하기 위하여 게터링(gettering) 수단을 가진 웨이퍼가 필요하다. 일반적으로 게터링 수단이란, 반도체 공정 시에 야기될 수 있는 전이 금속의 유입을 효과적으로 제어하기 위하여 웨이퍼 내에서 이러한 전이 금속을 흡착(trap)하기 위한 결함을 만들어 주는 일련의 과정을 의미한다. 이 과정은 크게 IG(intrinsic gettering)과 EG(extrinsic gettering) 두 가지로 나누어진다.

종래에는 주로 실리콘 웨이퍼를 만드는 과정에서 Oi(Oxygen interstitial)의 양을 조절하여 반도체 소자 공정 시에 게터링 사이트(gettering site)에 흡수될 수 있는 BMD(bulk micro defect)를 만들었다. 그러나, 소자 공정에서 열처리 온도가 점점 낮아지고, 디바이스 활성층 영역에 불필요한 BMD가 형성됨을 억제하기 위하여 낮은 Oi의 웨이퍼를 요구하고 있는 추세에서 웨이퍼 내부에 필요한 BMD의 생성이 오히려 힘들어지고 있다.

EG의 방법으로써 PBS(Poly-silicon Back Seal) 또는 배면 결함(BSD:Back Side Damage) 그리고 고 에너지 주입(High energy Implantation) 등이 있다. 특히, 배면에 결함을 주는 방법에 의하면, 웨이퍼의 배면에 슬러리(slurry)와 압축 공기로 특정 압력을 부여한다. 그러나 이 방법은 게터링 효과가 높지 않고 오염을 발생시키는 문제점을 갖는다.

실시예는 게터링 효과가 높고 오염을 일으키지 않는 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 제공한다.

실시예에 의하면, 실리콘 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 방법은, 상기 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단하는 단계; 서로 다른 제1 및 제2 휠을 사용하여 상기 절단된 웨이퍼의 전면과 배면을 각각 연삭하여, 상기 전면의 가공 결함보다 상기 배면의 가공 결함이 더 많게 하는 단계; 및 상기 연삭된 웨이퍼의 양면을 연마하여, 상기 전면의 가공 결함을 제거하고, 상기 배면의 가공 결함을 게터링을 위해 잔존시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 휠의 메쉬 입도가 상기 제2 휠의 메쉬 입도보다 클 수 있다. 또한, 상기 제1 휠의 재질은 세라믹일 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 휠의 재질은 서로 다를 수 있다. 상기 제1 및 상기 제2 휠의 메쉬 입도는 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 휠의 재질은 레진이고 상기 제2 휠의 재질은 세라믹이나 금속일 수 있다. 또는, 상기 제1 휠의 재질은 세라믹이고 상기 제2 휠의 재질은 금속일 수 있다.

또한, 실리콘 웨이퍼 제조 방법은, 상기 절단된 웨이퍼의 엣지를 적어도 한 번 연삭하는 단계; 상기 엣지가 연삭된 웨이퍼를 래핑하고 세정하고 에칭하고, 상기 웨이퍼의 양면을 연삭하는 단계로 진행하는 단계; 상기 양면 연삭된 웨이퍼를 슬라이트 에칭하는 단계; 상기 슬라이트 에칭된 웨이퍼의 엣지를 연마하고, 상기 양면 연마 단계로 진행하는 단계; 및 상기 양면 연마된 웨이퍼를 최종 연마하고 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 기존의 반도체 제조 장비를 그대로 이용하면서 단지 서로 다른 휠을 사용하여 웨이퍼의 전면과 배면을 각각 연삭하여 그의 전면과 배면이 가공 결함의 편차를 갖도록 하여 웨이퍼의 배면이 게터링 수단을 갖도록 하기 때문에, 적용이 단순하여 경제성이 있고, 게터링 효과도 우수하며, 배면의 가공시에는 가공시간도 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있고, 오염을 발생시키지 않으며, 에피(epi) 웨이퍼나 폴리쉬(polished) 웨이퍼 등 웨이퍼의 종류에 적용될 수 있는 잇점이 있다.

도 1은 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 2는 도 1에 도시된 제50 단계를 수행하는 반도체 제조 장치의 개략적인 블럭도이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 1은 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 1을 참조하면, 실리콘 잉곳(ingot)을 웨이퍼의 형태로 절단(slicing)한다(제10 단계). 이 단계에서는, 이른바 쵸크랄스키 방법에 의하여 성장된 원통형의 단결정 잉곳을 와이어 쏘(wire saw) 등을 이용해 여러 장의 웨이퍼 형태로 얇게 절단한다. 이후, 절단된 웨이퍼를 세정하여 절단시 발생한 파티클(particle) 또는 오염 물질을 제거한다. 또는, 단결정 잉곳을 내주 또는 외주 블레이드로 1장씩 절단할 수도 있으며, 본 실시예는 이에 국한되지 않는다.

제10 단계 후에, 절단된 웨이퍼의 엣지(edge)를 적어도 한 번 연삭한다(제20 단계). 제10 단계에서 절단된 웨이퍼는 외주면이 고르게 형성되지 못하고 불규칙하게 되어 있다. 이에 웨이퍼의 외주면을 연삭하여 웨이퍼의 전체 형상을 소정의 직경을 갖는 원 형상으로 만들며 고객 요구 사양에 따라 웨이퍼의 엣지 프로파일이 변하도록 한다. 따라서, 이후 공정에서 웨이퍼의 가장 자리가 파손되거나 결함의 원인이 되는 것을 방지한다.

제20 단계 후에, 엣지가 연삭된 웨이퍼를 래핑(lapping)하고 세정(cleaning)한다(제30 단계). 즉, 절단 공정에서 발생한 쏘 마크(saw mark) 등을 개선하고 웨이퍼의 두께가 균일성을 갖도록 하고 웨이퍼 표면의 평탄도(flatness)를 높이고, 절단시 발생된 가공 결함층을 제거하여 표면 거칠기(roughness)를 향상시키기 위해, 웨이퍼를 래핑한다. 이후, 래핑된 웨이퍼의 표면에 부착된 파티클과 오염 물질을 제거하기 위해 세정 공정을 실시한다. 예를 들어, 래핑된 웨이퍼를 세정 수조(bath)에서 SC1 세정 용액(NH₄, OH:H₂0₂:H₂0)으로 세정한다. 이때, HF 세정을 추가할 수도 있다.

제30 단계 후에, 세정된 웨이퍼를 에칭(etching)한다(제40 단계). 즉, 래핑 공정에서 발생한 웨이퍼 양면의 기계적 결함층을 제거하기 위해 알칼리 에칭액으로 화학적인 에칭을 실시하여 웨이퍼 절단 및 래핑시 발생된 결함을 제거하여 표면 거칠기를 개선시킨다. 예를 들어, 화학적 식각은 식각 용액이 담긴 식각 수조에 여러 장의 웨이퍼 즉, 25장 또는 50 장의 웨이퍼를 동시에 침지(dipping)하여 진행할 수 있다.

제40 단계 후에, 웨이퍼의 양면을 연마하여 웨이퍼의 전체적 두께를 보정하고 평탄도(flatness)를 개선한다(제50 단계). 이때, 서로 다른 제1 및 제2 휠을 사용하여, 에칭된 웨이퍼의 전면(front side)과 배면(back side)을 각각 연삭하여, 전면의 가공 결함보다 배면의 가공 결함이 더 많게 한다. 제1 및 제2 휠은 다이아몬드(diamond) 휠일 수 있으며, 가공 결함을 적게 발생시키는 제1 휠을 사용하여 웨이퍼의 전면을 연삭하고, 가공 결함을 많이 발생시키는 제2 휠을 사용하여 웨이퍼의 배면을 연삭하여, 전면의 가공 결함보다 배면의 가공 결함을 더 많게 한다.

도 2는 도 1에 도시된 제50 단계를 수행하는 반도체 제조 장치의 개략적인 블럭도로서, 제1 또는 제2 휠(54) 및 웨이퍼(52) 및 진공 척(chuck)(58)으로 구성된다.

도 2를 참조하면, 제40 단계에서 에칭된 웨이퍼(52)의 전면을 제1 휠(54)에 의해 연삭하고, 제40 단계에서 에칭된 웨이퍼(52)의 배면을 제2 휠(54)에 의해 연삭한다. 이때, 제1 휠과 제2 휠은 그 재질 및/또는 메쉬(mesh) 입도에서 서로 다른 휠들일 수 있다.

일반적으로, 메쉬 입도가 클수록 휠(54)의 그릿(grit)(또는, 다이아몬드 팁(tip))(56)에 들어가는 다이아몬드의 입자의 크기가 작아지고, 다이아몬드 입자의 크기가 작아질 수록 가공 결함이 작아지게 된다.

따라서, 본 실시예에 의하면, 웨이퍼의 전면을 연삭할 때는 메쉬 입도가 큰 제1 휠을 사용하고 배면을 연삭할 때는 메쉬 입도가 작은 제2 휠을 사용한다.

도 2에서, 진공 척(58)은 진공(55)에 의해 웨이퍼를 흡착하여 고정시키는 역할을 하며, 휠(54)은 화살표 방향(51)으로 회전하면서 화살표 방향(53)으로 회전하는 웨이퍼(52)를 연삭한다.

실시예에 의하면, 제1 및 제2 휠의 재질은 동일하게 하고, 제1 및 제2 휠의 메쉬 입도를 서로 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 10,000, 20,000 또는 30,000 중 어느 하나의 메쉬 입도를 갖는 제1 휠을 사용하여 웨이퍼의 전면을 연삭하고 3,000 이하의 메쉬 입도를 갖는 제2 휠을 사용하여 웨이퍼의 배면을 연삭할 경우, 연삭된 웨이퍼의 전면의 가공 결함이 배면의 가공 결함 보다 적게 된다. 이 경우, 제1 및 제2 휠의 재질은 세라믹(또는, 유리화(vetrified)된 물질)일 수 있다.

또는, 다른 실시예에 의하면, 제1 및 제2 휠의 메쉬 입도는 동일하고, 제1 및 제2 휠의 재질을 서로 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 휠의 메쉬 입도가 3000일 경우, 레진(resin) 재질의 제1 휠을 사용하여 웨이퍼의 전면을 연삭하고 세라믹이나 금속 재질의 제2 휠을 사용하여 배면을 연삭할 경우, 연삭된 웨이퍼의 전면의 가공 결함이 배면의 가공 결함 보다 적게 될 수 있다.

또는, 제1 및 제2 휠의 메쉬 입도가 3000일 경우, 세라믹 재질의 제1 휠을 사용하여 웨이퍼의 전면을 연삭하고 금속 재질의 제2 휠을 사용하여 웨이퍼의 배면을 연삭할 경우, 연삭된 웨이퍼의 전면의 가공 결함이 배면의 가공 결함 보다 적게 될 수 있다.

그러나, 메쉬 입도가 3000보다 클 경우, 재질이 서로 다른 제1 및 제2 휠을 이용하여 전면과 배면을 각각 연삭하는 것 보다는 메쉬 입도의 크기가 서로 다른 제1 및 제2 휠을 사용하여 전면과 배면을 각각 연삭할 수 있다.

전술한 바와 같이 서로 다른 재질의 제1 및 제2 휠을 사용하여 전면과 배면이 가공 결함의 편차를 갖도록 하는 이유는, 휠의 재질이 레진, 세라믹 및 금속인 순서로 가공 결함이 커지기 때문에 즉, 가공 결함의 깊이가 깊어지기 때문이다.

전술한 바와 같이, 웨이퍼의 전면은 가공 결함이 적게 잔존하도록 제1 휠을 사용하여 연삭하고, 배면은 가공 결함이 크게 잔존하도록 제2 휠을 사용하여 연삭한다.

한편, 제50 단계 후에, 양면 연삭된 웨이퍼에 발생된 가공 변질층(surface degraded layer)을 제거하기 위해, 양면 연삭된 웨이퍼를 슬라이트(slight) 에칭할 수 있다(제60 단계).

제60 단계 후에, 슬라이트 에칭된 웨이퍼의 엣지를 연마한다(제70 단계). 즉, 엣지면에 발생된 손상층을 제거하고 거칠기를 향상시키기 위한 웨이퍼의 엣지를 연마한다. 그리고, 웨이퍼를 세정하여 웨이퍼의 엣지 연마시 사용되는 연마제와 발생되는 파티클을 제거한다.

제70 단계 후에, 웨이퍼의 평탄도를 개선하고 최종 두께를 결정하기 위해 웨이퍼의 양면을 연마한다(제80 단계). 이때, 전면의 가공 결함을 제거하고, 배면의 가공 결함을 게터링(gettering)을 위해 잔존시킨다.

실시예에 의하면, 웨이퍼는 연마할 때, 목표 연마 제거량은 웨이퍼의 전면을 기준으로 결정될 수 있다. 그 이유는, 전면을 기준으로 목표 연마 제거량을 결정할 경우, 전면에 가공 결함이 없이 연마될 때, 배면은 가공 결함이 잔존하여 게터링 효과를 가질 수 있기 때문이다.

예를 들어, 제50 단계에서, 웨이퍼의 전면은 메쉬 입도가 10,000인 제1 휠을 사용하여 연삭하고, 배면은 메쉬 입도가 2,000인 제2 휠을 사용하여 연삭한다고 가정하자. 이때, 제80 단계에서, 웨이퍼의 양면을 8㎛ 내지 12㎛의 두께로 연마할 경우, 전면의 가공 결함은 모두 제거되면서도 배면의 가공 결함은 잔존할 수 있다.

제80 단계 후에, 양면 연마된 웨이퍼를 예를 들면 화학기계적연마(CMP:Chemical-Mechanical Polishing) 방법으로 최종 연마하고 세정한다(제90 단계). 즉, 최종 연마 공정에서는 반도체 회로가 형성될 웨이퍼의 전면의 경면(mirror surface)화를 통해 파티클 제어 및 최종 평탄도와 나노토포그래프(nanotopograph)를 제어할 수 있다.

이와 같이 최종 연마되고 세정된 웨이퍼 위에 결함이 없는 실리콘 에피텍셜 층을 성장시킬 수 있다.

전술한 본 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 웨이퍼의 구경에 국한되지 않고 적용될 수 있다. 즉, 웨이퍼 구경이 300㎜, 200㎜ 또는 150㎜인 경우에 모두 적용될 수 있다.

이상에서 실시예를 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, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

52: 웨이퍼 54: 휠
56: 그릿(grit) 58: 진공 척

Claims

실리콘 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,
상기 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 절단하는 단계;
서로 다른 제1 및 제2 휠을 사용하여 상기 절단된 웨이퍼의 전면과 배면을 각각 연삭하여, 상기 전면의 가공 결함보다 상기 배면의 가공 결함이 더 많게 하는 단계; 및
상기 연삭된 웨이퍼의 양면을 연마하여, 상기 전면의 가공 결함을 제거하고, 상기 배면의 가공 결함을 게터링을 위해 잔존시키는 단계를 포함하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 휠의 메쉬 입도가 상기 제2 휠의 메쉬 입도보다 큰 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
제2 항에 있어서, 상기 제1 휠의 재질은 세라믹인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 휠의 재질은 서로 다른 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
제4 항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 휠의 메쉬 입도는 동일한 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
제5 항에 있어서, 상기 제1 휠의 재질은 레진이고 상기 제2 휠의 재질은 세라믹이나 금속인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
제5 항에 있어서, 상기 제1 휠의 재질은 세라믹이고 상기 제2 휠의 재질은 금속인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 절단된 웨이퍼의 엣지를 적어도 한 번 연삭하는 단계;
상기 엣지가 연삭된 웨이퍼를 래핑하고 세정하고 에칭하고, 상기 웨이퍼의 양면을 연삭하는 단계로 진행하는 단계;
상기 양면 연삭된 웨이퍼를 슬라이트 에칭하는 단계;
상기 슬라이트 에칭된 웨이퍼의 엣지를 연마하고, 상기 양면 연마 단계로 진행하는 단계; 및
상기 양면 연마된 웨이퍼를 최종 연마하고 세정하는 단계를 더 포함하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.