KR920003878B1 - 반도체기판의 표면처리방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

반도체기판의 표면처리방법
제 1 도는 본 발명의 처리방법을 실시하는데 사용되는 처리장치의 구성예를 설명하기 위한 정면도.
제 2 도는 상기 제 1 도에 나타낸 처리장치의 측면도.
제 3 도는 본 발명의 처리방법을 실시하는데 사용되는 처리장치의 다른 구성예를 나타낸 정면도.
제 4 도는 상기 제 3 도에 나타낸 처리장치에서 처리중의 반도체기판을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 처리조 11 : 초순수(超純水)
12, 24 : 초음파발생부 13, 21 : 실리콘기판(웨이퍼)
14 : 웨이퍼캐리어 15 : 사절판
16 : 가스공급관 17, 23 : 노즐
18 : 가스필터 19 : 회전축
20 : 웨이퍼대 21A : 사선친 영역
22 : 회전구동부 24A : 초음파진동자
24B : 초음파진동판 25 : 물공급관
26 : 노즐주사구동부 100, 101, 102, 103, 103A, 103B : 화살표
[산업상의 이용분야]
본 발명은 반도체기판표면의 가공방법에 관한 것으로, 특히 기판의 한쪽면에 오염물질 게터링용(gettering 用)의 기계적인 디스토션(distortion)을 형성하기 위한 반도체기판의 표면처리방법에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
반도체소자의 미세화가 진행됨에 따라 소자 제조공정에서의 여러가지 오염에 의한 영향을 감소시키는 것이 매우 중요하게 되었다. 예컨대, Cu나 Fe등의 중금속 오염은 소수캐리어의 수명(life time)을 저하시켜 트랜지스터의 특성을 변화시키기도 하고, 누설전류(leak current)를 증가시키기도 한다. 또, Na오염은 그 Na가 산화막 속의 가동이온으로 되어 소자의 동작을 불안정하게 만든다.
이와 같은 제조공정 중에 발생하는 반도체기판의 오염을 청정화하는 방법으로서는 소위 게터링(gettering)이 널리 알려져 있다. 이 게터링에는 제조공정 중에 이루어지는 염산산화나 인게터링(phosphorus gettering)등이 있고, 다른 한편으로 출발 재료인 실리콘기판 자체에도 게터링능력을 부가시키는 기술이 있다. 더욱이 이 기판 자체의 게터링에는 기판 내부의 산소석출물을 이용하는 진성게터링(intrinsic gettering)이나 기판이면(반도체소자가 형성되는 주표면과 반대측의 면)에 기계적인 디스토션을 형성하는 것에 의한 이면손상(back side damage ; 이하 BSD라 칭한다) 등이 있다.
종래, 상기 BSD의 형성방법으로서는 입자분사법(sand blast 法)이 있는데, 이것은 알루미늄 미립자를 분산시키는 용액을 실리콘기판의 이면에 분사시켜 기계적인 디스토션을 형성하는 방법이다. 그러나, 이 방법은 기계적으로 디스토션을 형성하는데는 효과가 있지만, 반도체소자 제조에서의 실리콘기판에 요구되는 고청정도가 떨어진다고 하는 문제가 있다. 즉, 알루미늄 미립자를 분산시키는 용액에는 극히 미량이지만 Fe, Cr, Ni, Cu등의 금속 불순물이 존재하고 있어, 이 금속 불순물이 가공후에 기판 재료에 표면오염으로 강하게 부착되어 잔존하는 것이 이온 마이크로분석기 등의 표면분석에 의해 자주 확인되고 있다. 또, 기판이면은 거친 면으로 마무리되어 있어 미세한 요철이 존재하는 상태로 되어 있는데, 그 요철면에 알루미늄을 포함하는 용액을 분사시키게 되므로 알루미늄 미립자가 기판이면에 박힌 상태로 부착되게 된다. 이 때문에, 상기 금속 불순물에 의한 표면오염과 마찬가지로 반도체소자의 제조공정에 있어서 공정불량을 초래하는 문제가 발생하게 된다.
더욱이, 반도체기판(웨이퍼)의 가공공정은 청정도 관리의 관점에서 청정실(clean room)에서 행하는 것이 일반화되어 있지만, 입자분사가공은 알루미늄 미립자용액을 사용하는 동시에 고압으로 분사시키는 작업이기 때문에, 작업환경의 청정도 유지를 매우 어렵게 하고 있다.
이처럼, 종래의 입자분사법에 의한 BSD의 형성은 고청정도가 떨어진다고 하는 결점이 있었다.
[발명의 목적]
따라서, 본 발명의 목적은 청정한 기계적인 디스토션을 기판이면에 형성할 수 있는 반도체기판의 표면처리방법을 제공함에 있다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명의 한 실시형태에 의하면, 내부에 초음파발생부 및 가스토출노즐을 갖춘 용기를 사용하여 반도체기판을 처리액에 침적시키는 공정과, 상기 초음파발생부로부터 초음파를 발생시킴으로써 상기 반도체기판의 한쪽 면에 기계적 스트레스를 주어 디스토션(distortion)을 형성함과 더불어 상기 반도체기판의 다른쪽 면에 상기 가스토출노즐로부터 가스를 분출시킴으로써 상기 반도체기판의 다른쪽 면에 상기 초음파가 통과되는 것을 저지하는 공정을 구비하여 이루어진 반도체기판의 표면처리방법을 제공할 수가 있다.
이와 같은 방법에서는 처리액[순수(純水)]중을 전파하는 초음파가 반도체기판의 표면(이면)에 부딪힘으로써 그곳에 기계적인 디스토션이 형성되고, 이 디스토션이 BSD로서 작용하게 된다. 또, 기판에는 순수만이 접촉하게 되므로, 종래와 같은 중금속이나 Na등의 불순물이 가공후에 기판재료에 표면오염으로 부착되어 잔존할 염려가 없어지게 된다.
따라서, 기판이면에 청정한 기계적인 디스토션을 형성할 수 있는 반도체기관의 표면처리방법을 제공할 수 있게 된다.
[실시예]
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예를 상세히 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 방법을 실시하는데 사용되는 처리장치의 구성예를 나타낸 정면도이고, 제 2 도는 그 측면도이다. 단, 상기 제 1 도 및 제 2 도에 있어서는 처리조(10)내의 모양을 볼 수 있도록 하기 위해 이 처리조(10)를 절단하여 깍아낸 상태로 내부를 나타내고 있다. 상기 처리조(10)는 처리액, 예컨대 초순수(11 ; 超純水) 또는 순수로 가득 채워져 있다. 또, 상기 처리조(10)의 밑부분에는 초음파진동자 및 초음파진동판으로 이루어진 초음파발생부(12)가 설치되어 있고, 이 초음파발생부(12)에서 발생된 초음파는 상기 처리조(10)내의 초순수(11)중에 전파된다. 상기 처리조(10)내에는 양면이 경면가공(鏡面加工)된 복수 개의 실리콘기판(13 ; 웨이퍼)을 수직상태로 수납하는 웨이퍼캐리어(14)가 침적되어 있고, 이 웨이퍼캐리어(14)의 각 기판(13)사이에는 사절판(15 ; 仕切板)이 설치되어 있다.
그리고 상기 처리조(10)내의 하부에는 공기 또는 질소 등의 가스를 공급하기 위한 가스공급관(16)이 설치되어 있고, 이 가스공급관(16)의 도중에는 상기 웨이퍼캐리어(14)에 수납된 각 실리콘기판(13)의 각 표면측(후의 공정에서 반도체소자가 형성되는 면측)에 대향하도록 토출노즐(17)이 설치되어 있는 바, 이들 각 노즐(17)로부터 자 기판(13)의 표면으로 가스가 분출된다. 또 처리조(10)의 외부에 있어서 상기 가스공급관(16)의 도중에는 가스필터(18)가 설치되어 있어 공급가스에 포함되어 있는 미세 입자 등이 제거되게된다.
더욱이 제 2 도에 나타낸 바와 같이 상기 웨이퍼캐리어(14)에 수납된 각 실리콘기판(13)의 외주(外周)와 접하도록 도면중 화살표(100)로 나타낸 방향으로 회전하는 2개의 회전축(19)이 설치되어 있고, 이 회전축(19)의 회전에 따라 각 기판(13)이 도면중 화살표(101)로 나타낸 방향으로 회전하게 된다.
이와 같은 구성의 처리장치에 있어서는, 처리조(10)를 초순수(11)로 가득 채우고, 그 속에 복수개의 실리콘기판(13)을 수납한 웨이퍼캐리어(14)를 침척시킨다. 그리고, 초음파발생부(12)를 동작시켜서 초음파를 발생시킴과 더불어 가스공급관(16)에 소정의 가스를 공급하여 처리를 행한다. 이 경우, 초음파의 출력은 50W~500W의 범위내에서 선택하고, 주파수는 10KHz~100KHz의 범위내에서 선택하는 것이 바람직하다. 이때, 웨이퍼캐리어(14)에 수납된 각 실리콘기판(13)의 이면에서는 초순수중을 전파하는 초음파에 의해 요철모양의 기계적인 디스토션이 형성되게 된다.
한편, 각 노즐(17)로부터 분출되는 가스에 의해 각 실리콘기판(13)의 표면에서 기포가 발생하고, 이 기포의 존재에 의해 표면측에서의 초음파가 소멸되게 된다. 또, 웨이퍼캐리어(14)에 수납된 각 기판(13)사이에는 사절판(15)이 설치되어 있기 때문에, 인접한 부분으로부터의 초음파의 전파는 없게 된다. 따라서, 각 기판(13)의 표면측에는 기계적인 디스토션은 형성되지 않게 된다. 또, 처리중에는 2개의 회전축(19)에 의해 각 실리콘기판(13)이 회전하게 되므로, 이 기판(13)의 이면에서의 기계적인 디스토션의 형성 및 표면에서의 기포의 발생이 균일화되게 된다.
본 발명자들은 상기 처리장치를 사용하고 38KHz의 초음파를 초순수중에 전파시켜서 15분간의 처리를 행했다. 그 결과, 실리콘기판(13)의 이면에는 1×105(개/㎠)정도의 기계적인 디스토션이 형성된 것을 확인했다. 또, 초순수(11)를 사용하고 있기 때문에, 이면에 부착되어 있는 불순물 미립자는 직경이 5인치인 기판 1매당 5개 이하로되고, Cu, Fe, Ni, Al등에 의한 금속 오염은 2×1010(개/㎠)이하로 되어, 기판(13)은 극히 청정하다는 것이 그 후의 분석결과에서 확인되었다.
제 3 도는 본 발명의 방법을 실시하는데 사용되는 처리장치의 다른 구성예를 개략적으로 나타낸 정면도로서, 처리될 실리콘기판(21)을 수평상태로 지지하는 웨이퍼대(20)는, 회전구동부(22)에 의해 도시된 화살표(102)방향으로 예컨대 매분 100회 회전하고 있다.
상기 웨이퍼대(20)의 윗쪽에는 노즐(23)이 설치되어 있고, 이 노즐(23)의 내측에는 초음파진동자(24A) 및 초음파진동판(24B)으로 이루어진 초음파발생부(24)가 설치되어 있는 바, 상기 초음파진동판(24B)은 초음파가 초순수를 매개해서 상기 기판(21)에 조사되기 쉽도록 기판(21)과 대향해서 배치된다. 그리고, 상기 노즐의 측벽에는 초순수를 공급하기 위한 공급관(25)이 접속되어 있는 바, 이 공급관(25)을 매개해서 노즐(23)의 내부로 초순수가 공급된다. 또 상기 노즐(23)은 노즐주사구동부(26)에 의해 도시된 화살표(103)방향으로 이동되도록 되어 있다.
이와 같은 구성의 처리장치에 있어서는, 웨이퍼대(20)상에 표면을 아래로 하고 이면을 위로 한 상태에서 실리콘기판(21)을 수평으로 지지하고, 공급관(25)으로부터 노즐(23)로 초순수를 공급함과 더불어 초음파발생부(24)로부터 초음파를 발생시켜서 처리를 행한다. 이 경우, 상기 제 1 도 및 제 2 도에 나타낸 처리장치와 마찬가지로 초음파의 출력은 50W~500W의 범위내에서 선택하고, 주파수는 38KHz로 선택한다.
초순수가 노즐(23)내로 공급됨으로써 초음파에 의해 진동되는 초순수가 노즐(23)의 선단으로부터 분출되어 웨이퍼대(20)상에서 회전하고 있는 기판(21)의 이면에 조사된다. 그에 따라, 제 4 도에 나타낸 바와 같이 기판(21)에서는 도면중 사선을 친 영역(21A)에 초순수가 조사되어 이 영역에 기계적인 디스토션이 헝성되게 된다. 그후, 기판(21)을 제 4 도중 화살표(102) 방향으로 회전시키면서 노즐주사구동부(26)에 의해 노즐(23)을 도시된 화살표 103A 또는 103B의 방향으로 이동시킴으로써, 기판(21)의 이면 전면에 순차적으로 기계적인 디스토션을 형성하게 된다.
이와 같은 처리장치를 사용한 경우에 있어서도, 실리콘기판(21)의 이면에만 1×105(개/㎠)정도의 기계적인 디스토션을 형성할 수 있었다. 게다가, 초순수를 사용하고 있기 때문에 상기 제 1 도 및 제 2 도에 나타낸 장치를 사용한 경우와 같은 정도로 이면에 부착되어 있는 불순물 미립자 및 금속 오염을 줄일 수 있었다.
[발명의 효과]
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체기판의 표면처리방법에 의하면, 초순수중을 전파하는 초음파를 반도체기판의 이면에 전파시킴으로써 기계적인 디스토션을 형성하도록 되어 있으므로, 종래의 입자분사법에 의한 형성의 경우와 비교하여 세정도를 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 내부에 초음파발생부(12) 및 가스토출노즐(17)을 갖춘 용기(10)를 사용하여 반도체기판(13)을 처리액(11)에 침적시키는 공정과, 상기 초음파발생부(12)로부터 초음파를 발생시킴으로써 상기 반도체기판(13)의 한쪽 면에 기계적 스트레스를 주어 디스토션(distortion)을 형성함과 더불어 상기 반도체기판(13)의 다른쪽면에 상기 가스토출노즐(17)로부터 가스를 분출시킴으로써 상기 반도체기판(13)의 다른쪽 면에 상기 초음파가 통과되는 것을 저지하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파의 출력은 50W~500W의 범위내에서 선택하고, 상기 초음파의 주파수는 10KHz~100KHz의 범위내에서 선택하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 처리액(11)은 순수 및 초순수를 포함하는 그룹에서 선택하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체기판(13)의 한쪽면은 후의 공정에서 반도체소자가 형성되는 면의 이면인 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 장기 초음파발생부(12) 및 가스토출노즐(17)은 상기 용기(10)의 밑부분에 설치되고, 상기 반도체기관(13)은 수직한 상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 가스필터(18)를 통해서 미세 입자를 제거한 후에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가스는 공기 및 질소를 함유한 그룹에서 선택하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체기판(13)사이에는 사절판(15)을 설치한 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 기계적인 디스토션의 형성시에 상기 반도체기판(13)을 회전시키도록 한 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  10. 상기 반도체기판(21)을 회전대(20)상에 수평으로 설치하는 공정과, 내부에 초음파발생부(24)가 설치된 노즐(23)로부터 초음파가 발생된 처리액을 분사해서 상기 반도체기판(21)의 상기 노즐(23)에 대향하는 면에 기계적 스트레스를 주어 디스토션을 형성하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 노즐(23)을 상기 반도체기판(21)의 중심과 외주를 연결하는 선에 따른 방향(103A, 103B)으로 이동시키도록 한 것을 특징으로 하는 반도체기판의 표면처리방법.
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