KR20070055382A - 접합웨이퍼의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파티클(particle)에 의한 오염을 억제함으로써 고품질의 접합웨이퍼를 얻기 위한 수단을 제공하는 방법에 관한 것으로, 본 발명은 본드웨이퍼에 수소이온, 희(希)가스이온 또는 수소이온과 희가스이온의 혼합물을 이온 주입하여 본드웨이퍼 내에 이온주입층을 형성하는 이온주입공정과, 이온주입층을 형성한 본드웨이퍼를 베이스웨이퍼에 접합하는 접합공정과, 접합된 웨이퍼를 열처리하는 것에 의해 이온주입층을 경계로 본드웨이퍼를 박리(剝離)하는 박리공정을 포함하는 접합웨이퍼의 제조방법에 있어서, 적어도 박리의 개시부터 박리의 종료까지의 열처리는 산화성(酸化性) 분위기 하에서 실시한다.
웨이퍼, 접합, 산화성, 박리, 산화성 분위기, 산화막, SC1, 파티클
Description
도 1은 이온 주입 박리법에 의한 SOI 웨이퍼의 제조 공정의 설명도;
도 2a는 질소 분위기 하에서 박리처리를 실시한 샘플의 박리 직후 및 SC1 세정 후의 현미경 사진;
도 2b는 산소 100% 분위기 하에서 450℃까지 승온한 후 박리공정을 실시한 샘플의 SC1 세정 후의 현미경 사진; 및
도 2c는 산소 100% 분위기 하에서 전박리(全剝離)공정을 실시한 샘플의 SC1 세정 후의 현미경 사진이다.
본 발명은 이온주입박리법(ion implantation separation method)을 이용한 접합웨이퍼의 제조방법에 관한 것이다.
SOI(Silicon-On-Insulator) 웨이퍼는 종래의 실리콘(silicon) 웨이퍼에 비해 소자간의 분리, 소자와 기판간의 기생용량(寄生容量; parasitic capacitance)의 저 감, 삼차원 구조의 형성이 가능하다는 이점을 갖는다. 이러한 이점을 살려 근년, SOI 웨이퍼는 고속·저소비전력의 LSI등에 사용되고 있다.
SOI 웨이퍼의 제조방법의 하나로, 실리콘 웨이퍼의 표면에 수소이온을 주입한 후, 박리열처리에 의해 이온주입층을 경계로 박리하는 이온 주입 박리법(스마트 커트법(등록상표)이라고도 칭함)이 있다(특개평 5－211128호 공보 참조).
도 1에 근거하여 이온 주입 박리법에 의한 SOI 웨이퍼의 제조공정을 설명한다.
우선, 본드웨이퍼(bonded wafer)에 절연막(예를 들면 산화막)을 형성한다.(도 1a, 도 1b)
다음, 절연막이 형성된 본드웨이퍼에 이온(예를 들면 수소이온)을 주입하여 웨이퍼 내에 이온주입층을 형성한다.(도 1c)
이온 주입을 실시한 본드웨이퍼를 베이스웨이퍼(base wafer)에 접합한다.(도 1d)
이와 같이 접합된 웨이퍼를 열처리하면, 이온주입층에서 박리가 발생한다. 이것에 의하여, 절연층이 끼워진 SOI층이 형성되어 SOI 웨이퍼를 얻을 수 있다.(도 1e)
이렇게 함으로써 얻을 수 있던 SOI층 표면은 디바이스(device) 제작 영역이 된다. 그러나, 이온주입박리법에서는 박리시에 생기는 파티클(particles)이 SOI층 표면에 부착되어 오염의 원인이 되는 것에 의해, 디바이스의 품질 저하를 일으키는 문제가 있다.
또한, 통상적으로 접합된 계면(界面)의 주연부(周緣部)에 있어서, 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼가 완전하게 결합되지 않기 때문에, 박리된 표면의 주연부(周緣部)에, 베이스웨이퍼의 표면이 노출되는 부분(테라스부)이 생긴다(도 1(e)). 이 테라스부(terrace portion) 위의 파티클은 2매의 웨이퍼에 압박될 수 있었던 상태에 있는 한편, 열처리에 의해 가열되기 때문에 강고하게 고착된다. 이 때문에, 통상적인 세정(洗淨; cleaning), 특히 패치타입(patch-type)의 세정기로 제거하는 것이 곤란하다. 또한, 다음 공정으로 데미지층(damaged layer)을 제거하기 위하여 열처리를 실시하는 경우 등에서는, 세정으로 제거할 수 없었던 테라스부 표면의 파티클이 SOI층 표면에 비산되고 고착되어 품질 저하의 원인이 된다.
여기서, 매엽세정기(枚葉洗淨機; single-wafer cleaning unit)를 사용하는 브러쉬(brush)세정이나 이류체(二流體)세정(dual-fluid cleaning) 등을 이용함으로써, 파티클의 제거 효과를 개선하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같은 고도의 세정을 실시하는 것은 생산량의 저하 또는 생산성 저하의 원인이 된다.
이와 같은 상황 아래에서, 본 발명은 파티클에 의한 오염을 억제함으로써, 고품질의 접합웨이퍼를 얻기 위한 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단은 이하와 같다.
[1] 본드웨이퍼에 수소이온, 희가스이온(rare gas ion) 또는 수소이온과 희 가스이온의 혼합물을 이온 주입하여 상기 본드웨이퍼 내에 이온주입층을 형성하는 이온주입공정과,
상기 이온주입층이 형성된 본드웨이퍼를 베이스웨이퍼에 접합하는 접합공정과,
접합된 웨이퍼를 열처리함으로써 이온주입층을 경계로 본드웨이퍼를 박리하는 박리공정을 포함하는 접합웨이퍼의 제조방법에 있어서,
적어도 박리의 개시부터 박리의 종료까지의 열처리는 산화성 분위기(oxidizingg atomosphere) 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
[2] [1]에 있어서, 상기 산화성 분위기 중 산소 농도는 10~100 부피％ 범위인 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
[3] [1]또는[2]에 있어서, 상기 박리의 개시부터 박리의 종료까지의 열처리는 400~500℃ 범위의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
[4] [1]또는[2]에 있어서, 상기 본드웨이퍼는 표면의 적어도 일부에 절연막을 가져 상기 접합공정 시, 상기 본드웨이퍼는 상기 절연막을 사이에 두도록 베이스웨이퍼에 접합하는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
[5] [4]에 있어서, 상기 접합웨이퍼에 있어 상기 박리에 의해 노출되는 표면은 중심부와 상기 중심부를 둘러싸는 주연(周緣)부로 이루어지며, 상기 중심부와 주연부는 단차를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
[6] [5]에 있어서, 상기 주연부의 적어도 일부에서 베이스웨이퍼의 표면이 노출되는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
[7] [1]또는[2]에 있어서, 상기 박리공정 후 박리에 의해 노출되는 면을 SC1 세정하는 세정공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
[8] [1]또는[2]에 있어서, 상기 접합웨이퍼는 SOI 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
이하, 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 접합웨이퍼의 제조방법은, 본드웨이퍼에 수소이온, 희가스이온 또는 수소이온과 희가스이온의 혼합물을 이온 주입하여 상기 본드웨이퍼 내에 이온주입층을 형성하는 이온주입공정과, 상기 이온주입층을 형성한 본드웨이퍼를 베이스웨이퍼에 접합하는 접합공정과, 상기 접합된 웨이퍼를 열처리하는 것에 의해, 이온주입층을 경계로 본드웨이퍼를 박리하는 박리공정을 포함하며, 적어도 박리의 개시부터 박리의 종료까지의 열처리는 산화성 분위기 하에서 실시하는 것을 특징으로 한다.
통상의 이온 주입 박리법에 있어서의 박리열처리는, 불활성(不活性) 분위기 하에서 실시된다. 이와 달리, 본 발명에서는 적어도 박리의 개시부터 박리의 종료까지의 열처리가 산화성(酸化性) 분위기 하에서 실시한다. 이와 같이, 산화성 분위기 하에서 박리를 실시하면 박리면에 산화막이 형성된다. 이러한 산화막을 사이에 두고 부착되는 파티클(particle)은 통상의 SC1 세정에 의해 용이하게 제거하는 것이 가능하다.
이하, 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.
[이온주입공정]
우선, 본 발명에서 사용되는 웨이퍼에 대해서 설명한다.
본 발명에서는, 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를 접합하여 접합웨이퍼를 제조한다. 상기 본드웨이퍼 및 베이스웨이퍼로서는, 단결정(單結晶) 실리콘 웨이퍼(single crystal silicon wafer)를 이용할 수 있다. 또한, 본드웨이퍼 및 베이스웨이퍼의 두께는 특정되는 것은 아니지만, 일반적으로 750 ~ 800㎛의 것이 사용된다.
SOI 웨이퍼를 제작하는 경우에는, 상기 본드웨이퍼의 표면에 절연막으로서 산화막을 형성한다. 이 산화막은 적어도 베이스웨이퍼와의 접합면 위에 형성하는 것이 바람직하나, 본드웨이퍼의 전면을 산화막으로 피복하는 것도 가능하다. 이러한 산화막의 두께는 용도에 따라 적당히 결정하는 것이 좋으며, 특정되는 것은 아니지만, 일반적으로 200㎚ 이하의 것이 사용된다. 또한, 이러한 산화막은 공지의 방법, 예를 들어 열산화법, CVD법등에 의해 형성할 수가 있다.
본드웨이퍼에 주입하는 이온으로서는, 수소이온, 희가스이온 또는 수소이온과 희가스이온의 혼합물을, 바람직하게는 수소이온을 이용한다. 이온 주입면으로부터의 이온 주입 깊이는, 주입 조건에 의해 다르지만, 예를 들어 0.2 ~ 1㎛로 할 수가 있다.
이온 주입은, 공지의 이온주입장치(ion implantation device)를 이용해 실시할 수 있다. 이온 주입 시의 가속 전압은, 예를 들어 10 ~ 100 keV로 할 수 있다.
이온 주입량은 생산성을 고려하면 적은 편이 바람직하지만, 과도하게 적으면 그 후의 열처리에 있어서 박리하는 것이 곤란해진다. 이러한 점들을 고려하면, 이온 주입량은, 예를 들어 2e16 ∼ 1e17/㎠, 바람직하게는 5e16 ∼ 1e17/㎠로 할 수 있다.
[접합공정]
그 다음으로, 상기 이온주입공정에서 이온주입층이 형성된 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를 접합한다. 예를 들면, 본드웨이퍼의 이온이 주입된 면과 베이스웨이퍼의 표면을, 예를 들어 실온 하에서 접합시키는 것에 의해, 양 웨이퍼를 접합할 수 있다. 접합 시 접합면이 되는 웨이퍼의 표면을 경면가공(鏡面加工; mirror finish)함으로써, 접착제 등을 이용하는 일 없이 웨이퍼끼리를 접착하는 것이 가능하다. 여기서, 본드웨이퍼측의 접합면 위에 절연막이 형성되어 있으면, 상기 절연막을 사이에 두고 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼를 접합할 수 있다. 또한, 접합 전에 접합면을 RCA 세정하는 것이 바람직하다.
또한, 접합 전에 질소, 산소, 헬륨, 수소 등의 가스에서 또는 혼합가스에서 접합 표면을 플라스마 처리한 후 접합을 실시함으로써 접합 강도를 높일 수 있다.
[박리공정]
그 다음으로, 상기 접합공정에서 접합웨이퍼를 열처리함으로써, 이온주입층을 경계로 본드웨이퍼를 박리한다. 본 발명에서는, 이러한 박리공정에 있어서, 적어도 박리의 개시부터 박리의 종료까지의 열처리를 산화성 분위기 하에서 실시한 다. 이에 따라, 박리에 의해 노출되는 면에 산화막을 형성할 수 있다. 이러한 산화막을 사이에 두고 접합면에 부착되는 파티클은 부착력이 약하고 통상의 SC1 세정에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 특히, 상술한 바와 같이 접합된 계면의 주연부에 있어, 본드웨이퍼와 베이스웨이퍼가 완전하게 결합하고 있지 않은 경우에, 박리에 의해 노출되는 접합웨이퍼의 표면은 중심부(도 1e 중의 SOI층 표면)과 상기 중심부를 감싸는 주연부(도 1e 중의 테라스부)로 구성되는 면이 된다. 도 1e에 도시한 바와 같이, 중심부와 주연부는 단차를 형성하고 있어, 이 주연부의 적어도 일부에서 베이스웨이퍼가 노출된다. 상술한 바와 같이, 이 테라스부 위의 파티클은 디바이스 제작 영역이 되는 SOI층면 내의 오염 원인이 될 우려가 있다. 그에 대해, 상기와 같이 산화성 분위기 하에서 열처리를 실시하면, 이와 같이 서로 접합되지 않은 영역에 산소가 비집고 들어가, 산화막이 형성되어 테라스부 위에의 파티클의 강고한 부착을 막을 수가 있다.
박리공정에서의 열처리 온도는, 일반적으로 300℃이상의 온도로 여겨지며, 바람직하게는 350~500℃이다. 열처리 온도가 상기 범위 내라면, 이온주입층에 기포를 발생시킬 수 있고, 이 기포가 연속층이 됨으로써, 이온주입층을 경계로 박리를 일으킬 수가 있다. 열처리 시간은, 예를 들면 1분 ∼ 1시간, 바람직하게는 1 ∼ 30분이며, 승온(昇溫) 속도는, 예를 들면 0.5 ∼ 10℃/min, 바람직하게는 1 ∼ 5℃/min이다. 열처리는 공지된 열처리 장치를 이용하여 실시할 수 있다.
본 발명에서는, 박리공정에 있어서, 적어도 박리의 개시부터 박리의 종료까지의 열처리를 산화성 분위기 하에서 실시한다. 이러한 열처리는 예를 들면 400∼ 500℃의 온도에서 실시하는 것이 가능하다. 본 발명에서는, 박리의 개시 전의 열처리도 산화성 분위기에서 실시하는 것이 바람직하고, 박리공정 전체를 산화성 분위기 하에서 실시하는 것이 가장 바람직하다. 이것에 의해, 산화막의 형성을 확실하게 실시하는 것에 의해, 파티클의 강고한 부착을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 산화성 분위기라는 것은, 웨이퍼의 면에 산화막을 형성할 수 있는 정도의 산소를 포함하는 분위기이고, 그 산소의 농도는, 예를 들면 10 ∼ 100 부피％, 바람직하게는 50 ∼ 100 부피％이다. 산소와 혼합하는 기체는 특정되지 않으며, 예를 들면, 질소, Ar, He 등을 이용할 수 있다.
그 다음으로, 상기 열처리 후, 소정 온도까지 강온(降溫) 및 냉각함으로써, 접합웨이퍼를 얻을 수 있다. 덧붙여, 이러한 강온 및 냉각공정은 반드시 산화성 분위기 하에서 실시할 필요는 없지만, 박리처리 후의 웨이퍼를 박리처리를 실시한 장치(산화성 분위기)로부터 꺼내지 않고 그대로 강온 및 냉각공정을 실시하는 것도 가능하다.
이상의 공정에 의해 얻을 수 있는 접합웨이퍼는, 박리에 의해 노출되는 면에 파티클이 부착되어 있는 경우에도, 파티클이 산화막을 사이에 두고 부착되어 있기 때문에, 부착력이 약하고 통상의 SC1 세정에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 또한, 통상적으로 강고하게 부착되어 제거 곤란한 테라스부의 파티클도 용이하게 제거할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 의하면, 접합웨이퍼의 표면(특히 SOI 웨이퍼에 대해 디바이스 제작 영역이 되는 SOI층 표면)의 오염을 방지함으로써, 고품질의 접합웨이퍼를 제공할 수 있다.
-실시예-
이하, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명한다. 단, 본 발명은 아래와 같은 실시예에 나타내는 모양으로 한정되는 것은 아니다.
2매의 300㎜ 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 하나의 웨이퍼를 열산화(thermal oxidationn) 처리하여 표면에 두께 1500Å의 산화막을 형성하였다. 그 다음으로, 이 웨이퍼에 수소이온 주입(가속 전압 50keV, 이온 주입량 1e17/㎠)을 실시하고, 다른 하나의 웨이퍼와 접합하였다.
그 후, 이 접합웨이퍼를, 표 1에 나타내는 각종 분위기 하에서, 350℃에서 500℃까지 승온하고, 500℃으로 30분간 보유하였다. 그 후, 350℃까지 강온한 후, 웨이퍼를 꺼냈다. 덧붙여 본 조건에서는, 450℃ 초과 500℃ 미만의 온도로 박리가 개시되어 이온주입층을 경계로 본드웨이퍼가 박리되었다.
그 다음으로, 박리 후의 웨이퍼 표면(박리에 의해 노출된 면)을 SC1 세정하고, SC1 세정 후의 테라스 내의 파티클의 수를 광학 현미경으로 측정하였다.
| 질소분위기 (산소 0%) | 산소농도 (혼합기체：질소) | ||||||
| 5% | 10% | 25% | 50% | 75% | 100% | ||
| 350℃이상의 분위기 (박리공정 중 모두) | × | △ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 400℃이상의 분위기 (승온과정의 도중) | △ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
| 450℃이상의 분위기 (승온과정의 도중) | △ | △ | △ | △ | △ | △ | |
| 500℃이상의 분위기 (보유과정의 사이) | × | × | × | × | × | × | |
(단위 : 부피％)
표 1에서, ○는 SC1 세정 후, 파티클이 완전하게 제거될 수 있었던 것을, △는 SC1 세정 후, 테라스층 내에 100개/㎠ 미만이 남아 있는 것을, ×는 SC1 세정 후, 테라스 내에 100개/㎠ 이상이 남아 있는 것을 나타낸다.
표 1에 나타낸 질소 분위기 하에서, 박리처리를 실시한 샘플의 박리 직후 및 SC1 세정 후의 현미경 사진을 도 2에 도시한다. 아울러, 산소 100％ 분위기 하에서 450℃까지 승온한 후의 박리공정을 실시한 샘플, 산소 100％ 분위기 하에서 전박리공정을 실시한 샘플의 SC1 세정 후의 현미경 사진을 도 2에 도시한다.
평가 결과
표 1에 나타낸 바와 같이, 적어도 박리의 개시 시에는 분위기를 산소 농도 5％ 이상의 산화성 분위기로 했을 경우에, 테라스층 위의 파티클이 SC1 세정에 의해 용이하게 제거될 수 있었다.
이에 비해, 전박리공정(entire separation step)을 질소 분위기 하에서 실시했을 경우 및 박리 개시 후의 보유과정(keeping step)만을 산화성 분위기 하에서 실시했을 경우에, 테라스층 위에 강고하게 파티클이 부착되며, 그것들은 SC1 세정에 의해서도 제거될 수 없었다.
본 발명에 의하면, 박리 시 발생되는 웨이퍼의 표면, 특히 테라스 내의 파티클이 통상적인 SC1 세정에 의해 용이하게 제거될 수 있고, 이로 인해 고품질의 SOI 웨이퍼를 제공할 수 있다.
Claims (8)
- 본드웨이퍼에 수소이온, 희(希)가스이온 또는 수소이온과 희가스이온의 혼합물을 이온 주입하여 상기 본드웨이퍼 내에 이온주입층을 형성하는 이온주입공정;상기 이온주입층이 형성된 상기 본드웨이퍼를 베이스웨이퍼에 접합하는 접합공정; 및상기 접합된 웨이퍼를 열처리하는 것에 의해, 상기 이온주입층을 경계로 상기 본드웨이퍼를 박리하는 박리공정을 포함하는 접합웨이퍼의 제조방법에 있어서,적어도 박리의 개시부터 박리의 종료까지의 상기 열처리는 산화성(酸化性) 분위기 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 산화성 분위기 중 산소 농도는 10∼100 부피％ 범위인 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 박리의 개시부터 박리의 종료까지의 열처리는 400∼500℃ 범위의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 본드웨이퍼는 표면의 적어도 일부에 절연막을 가져 상기 접합공정 시, 상기 본드웨이퍼는 상기 절연막을 사이에 두도록 상기 베이스웨이퍼에 접합하는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 접합웨이퍼에 있어 박리에 의해 노출되는 표면은 중심부와 상기 중심부를 감싸는 주연(周緣)부로 구성되되, 상기 중심부와 주연부는 단차를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 주연부의 적어도 일부에서 상기 베이스웨이퍼의 표면이 노출되는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 박리공정 후 박리에 의해 노출되는 면을 ＳＣ１ 세정하는 세정공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 접합웨이퍼는 ＳＯＩ 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 접합웨이퍼의 제조방법.
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