KR100329776B1 - 실리콘웨이퍼의표면결함제거를위한반도체소자제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 실리콘 웨이퍼의 표면결함 제거를 위한 반도체 소자 제조방법에 관한 것이며, 산소적층결함 또는 슬립을 유발하지 않으면서 실리콘 웨이퍼의 표면결함을 제거할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명은 실리콘 웨이퍼 표면에 존재하는 자연산화막을 HF 가스(또는 H₂F₂가스)를 사용하여 제거한 후 1000∼1200℃ 온도의 H₂가스(또는 H₂/Ar 가스) 분위기에서 급속열처리를 실시하여 실리콘 웨이퍼의 표면결함을 제거하는 기술이다. 이 경우, 열처리시 발생할 수 있는 산소적층결함이나 슬립을 방지하면서 실리콘 웨이퍼의 표면결함을 줄일 수 있으며, 고가의 에피성장 실리콘 웨이퍼를 사용하지 않고, 일반적인 성장방법으로 성장시킨 실리콘 잉곳을 사용하여 제조한 저가의 실리콘 웨이퍼(표면결함이 많은 상태)를 이용할 수 있도록 한다.

Description

실리콘 웨이퍼의 표면결함 제거를 위한 반도체 소자 제조방법{Method of fabricating semiconductor device for removing crystal-originated pit on silicon wafer}

본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 실리콘 웨이퍼의 표면결함 제거를 위한 반도체 소자 제조방법에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼는 반도체 메모리를 비롯한 반도체 제조 공정 전반에 가장 널리 사용되고 있다. 실리콘 웨이퍼는 Si 시드(seed)를 이용하여 실리콘 잉곳(ingot)을 성장시키고, 다이아몬드 등을 이용하여 이를 정밀하게 절단(slicing)하여 제조하고 있다.

완성된 실리콘 웨이퍼에는 어느 정도의 표면결함(crystal originated pit)이존재하게 되는데, 이러한 표면결함을 줄이기 위해서 실리콘 웨이퍼의 원재료인 실리콘 잉곳의 성장속도를 늦추는 방법을 사용하였다.

그러나, 이처럼 잉곳의 성장속도를 늦추어 표면결함을 줄이는 방법은 잉곳 생산성을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있기 때문에, 종래에는 주로 실리콘 웨이퍼를 확산로에서 고온으로 열처리를 하는 방법을 사용하여 왔다.

그러나, 이와 같이 확산로에서 고온 열처리하는 경우, 실리콘 웨이퍼에 산소적층결함이 유발되는 문제점이 있었다. 한편, 확산로를 대신하여 급속열처리 장비를 이용하는 경우에도 1200℃ 이상의 고온에서 열처리를 진행하게 되므로 역시 실리콘 웨이퍼에 산소적층결함이나 슬립(slip)을 유발할 우려가 있다.

또한, 1G DRAM이나 4G DRAM급의 초고집적 반도체 소자를 제조하기 위해서는 표면결함이 적은 에피성장(epitaxial growth) 실리콘 웨이퍼를 사용하게 되는데, 이 에피성장 실리콘 웨이퍼는 일반적인 웨이퍼에 비해 매우 고가이기 때문에 반도체 소자의 단가를 상승시키는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 산소적층결함 또는 슬립을 유발하지 않으면서 실리콘 웨이퍼의 표면결함을 제거할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 어닐링에 의한 웨이퍼 표면의 원자 이동의 원리를 설명하기 위한 도면.

도 2a는 종래기술에 따라 제조된 웨이퍼의 표면 사진.

도 2b는 본 발명에 따라 수소 어닐을 실시한 웨이퍼의 표면 사진.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 실리콘 웨이퍼 표면의 자연산화막을 제거하는 제1 단계와, 1000∼1200℃ 온도의 수소 가스분위기에서 상기 실리콘 웨이퍼에 대한 급속열처리를 수행하는 제2 단계를 포함하여, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면결함을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법이 제공된다.

본 발명은 실리콘 웨이퍼 표면에 존재하는 자연산화막을 HF 가스(또는 H₂/F₂가스)를 사용하여 제거한 후 1000∼1200℃ 온도의 H₂가스(또는 H₂/Ar 가스) 분위기에서 급속열처리를 실시하여 실리콘 웨이퍼의 표면결함을 제거하는 기술이다. 이 경우, 열처리시 발생할 수 있는 산소적층결함이나 슬립을 방지하면서 실리콘 웨이퍼의 표면결함을 줄일 수 있으며, 고가의 에피성장 실리콘 웨이퍼를 사용하지 않고, 일반적인 성장방법으로 성장시킨 실리콘 잉곳을 사용하여 제조한 저가의 실리콘 웨이퍼(표면결함이 많은 상태)를 이용할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.

우선, 준비된 실리콘 웨이퍼 표면에 존재하는 자연산화막(native oxide)을 HF 가스를 사용하여 제거한다. 이때, 연속(in-situ) 공정을 위하여 급속열처리(RTA, rapid thermal annealing) 장비 내에 HF 가스를 주입하여 자연산화막을 제거할 수 있다.

다음으로, 자연산화막이 제거된 실리콘 웨이퍼를 1000∼1200℃ 온도의 H₂가스 분위기에서 급속열처리를 실시한다. 이때, 급속열처리는 H₂/Ar 혼합 가스 분위기에서 실시할 수도 있다.

예컨대, 80Torr 압력하의 1100℃ 온도에서 60초 정도 급속열처리를 실시하면 웨이퍼 표면의 실리콘(Si)이 마이그레이션(migratrion) 된다. 압력을 낮추면 그 이하의 온도에서도 실리콘의 마이크레이션이 일어난다.

첨부된 도면 도 1은 어닐링에 의한 웨이퍼 표면의 원자 이동의 원리를 설명하기 위한 도면으로, 수소 어닐의 경우 실리콘의 표면에너지 최소화 경향에 의해 수소 이동이 유발되며, 이는 웨이퍼 표면의 피크-밸리(peak-to-valley)값을 줄여주는 역할을 한다. 따라서, 웨이퍼 표면에 존재하는 표면결함이 실리콘 원자의 이동에 의해서 채워지게 되는 것이다.

첨부된 도면 도 2a는 종래기술에 따라 제조된 웨이퍼의 표면 사진이며, 도 2b는 본 발명에 따라 수소 어닐을 실시한 웨이퍼의 표면 사진이다. 도면을 참조하면, 수소 어닐의 효과를 쉽게 확인할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

예를 들어, 전술한 실시예에서는 HF 가스를 사용하여 실리콘 웨이퍼 표면의 자연산화막을 제거하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, H₂F₂가스와 같은 다른 에천트를 사용하여 자연산화막을 제거할 수도 있다.

전술한 본 발명은 실리콘 웨이퍼의 표면결함을 크게 줄이는 효과가 있으며, 이로 인하여 1G DRAM이나 4G DRAM의 실리콘 웨이퍼로서 사용되는 표면결함이 적은 에피성장 실리콘 웨이퍼를 기존의 잉곳 성장방법을 그대로 사용하여 제조한 실리콘 웨이퍼로 대체할 수 있어 경제적인 측면에서 장점이 있다.

Claims (5)

1. 실리콘 웨이퍼 표면의 자연산화막을 제거하는 제1 단계와,

   1000∼1200℃ 온도의 수소 가스 분위기에서 상기 실리콘 웨이퍼에 대한 급속열처리를 수행하는 제2 단계를 포함하여,

   상기 실리콘 웨이퍼의 표면결함을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 단계에서,

   HF 가스를 사용하여 상기 자연산화막을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 단계에서,

   H₂F₂가스를 사용하여 상기 자연산화막을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2 단계에서,

   분위기 가스로서 상기 H₂가스에 Ar 가스를 더 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 단계는 하나의 급속열처리 장비 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.