KR100816198B1 - 반도체 장치용 웨이퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장치용 웨이퍼에 관한 것으로, 해결하고자하는 기술적과제는 인고트 주위에 보호막을 성장시킴으로서 웨이퍼 외곽부의 흠집에 의한 웨이퍼의 파괴를 방지하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 진성반도체 또는 화합물반도체로 구성된 원판형상의 웨이퍼 본체와 상기 웨이퍼 본체의 주변부 표면에 형성된 보호막층을 포함하여 형성되고, 상기 보호막층의 두께는 1㎛ 내지 100㎛으로 형성된 반도체 장치용 웨이퍼가 개시된다.

실리콘, 인고트, 웨이퍼

Description

반도체 장치용 웨이퍼{Wafer for semiconductor devices}

도 1a은 종래의 인고트를 길이 방향으로 절단한 단면도이다.

도 1b는 보호막이 형성된 인고트를 길이 방향으로 절단한 단면도이다.

도 2은 보호막이 형성된 인고트를 횡 방향으로 절단한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 관한 부호의 설명>

100,110; 잉고트(ingot) 101; 실리콘 덩어리

111; 보호막 150; 보호막구비인고트

200; 보호막층구비웨이퍼 221;원판

본 발명은 반도체 반도체 장치용 웨이퍼에 관한 것으로, 진성반도체 또는 화합물반도체에 의해 형성된 인고트(ingot)를 가공하여 만들어진 웨이퍼(Waper)에 관한 것이다.

진성반도체중에서 실리콘에 의해 형성된 웨이퍼는 일반적으로 하기와 같이 만들어진다. 먼저 쵸그랄스키법에 의해 정제 되지 않은 실리콘을 탄소도가니에 낳 고 전기를 이용해 가열하면 순도가 낮은 실리콘이 얻어진다. 상기 실리콘에서 산소를 제거하고 염화 시키면 액상의 실리콘이 형성된다. 그런다음, 화학 정제 과정을 거치고 인고트 성장장치에 넣으면 기둥 모양의 실리콘 덩어리가 형성된다. 상기 실리콘 덩어리를 인고트(ingot)라 한다. 상기 인고트를 횡방향으로 자르면 얇은 원판형태인 실리콘 웨이퍼가 만들어진다.

이때, 상기 웨이퍼는 단결정의 구조로 충격에 매우 민감하여 열처리 공정과 같은 응력집중이 많이 발생되는 작업에서 웨이퍼의 모서리부에 형성된 미세한 흠집만으로도 파괴되기 쉬운 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 인고트 주위에 보호막을 성장 시킴으로서 웨이퍼 외곽부의 흠집에 의한 웨이퍼의 파괴를 방지하는것을 목적 으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 장치용 웨이퍼에 관한 것으로서, 진성반도체 또는 화합물반도체로 구성된 원판형상의 웨이퍼 본체와 상기 웨이퍼 본체의 주변부 표면에 형성된 보호막층을 포함하여 형성되고, 상기 보호막층의 두께는 1㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 웨이퍼 본체는 실리콘 단결정으로 구성되며 상기 보호막층의 재질은 다결정실리콘, 실리콘질화막, 실리콘산화막 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 보호막층은 화학기상증착(CVD) 기법을 이용하여 증착되거나, 상 기 웨이퍼 주변부 측면을 질소나 산소를 산화 혹은 질화 처리하여 형성될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

먼저 실리콘 성장방법에 의해 생성된 인고트가 있다. 도 1a을 참조하면, 상기 인고트(100)는 순수한 실리콘 결정덩어리(101)로 이루어져 있으며. 인고트의 형상은 원형기둥형태이다. 우선, 일반적으로 인고트로 성장시키는 방법에 설명하면, 쵸그랄스키법이 많이 쓰인다. 상기 쵸크랄스키법은 우선 정제 되지 않은 실리콘을 탄소도가니에 넣고 전기를 이용해 가열해서 녹인다. 그러면 순도가 낮은 실리콘을 얻을 수 있다.

그런다음, 탄소 도가니를 사용하여 SiO₂로 부터 산소(O)를 제거한다. 그 후에 상기 탄소 도가니로 부터 얻어진 실리콘을 염화시켜서 SiCl₄, SiHCl₃로 만든다. 상기 SiCl₄, SiHCl₃는 액체상태인데 이렇게 액체로 만들어 주는 것은 고체를 순수한 결정으로 만드는 것이 매우 어렵기 때문이다. 상기의 과정으로 생성된 순도가 높은 SiCl₄, SiHCl₄는 복합적인 화학 정제 과정을 거치고 마지막으로 SiCl₄, SiHCl₃를 수소분위기에서 가열해 준다.

이때 발생하는 이물질만 제거해 주면 초고순도의 실리콘(Si)용액만 남는다. 상기 실리콘용액을 인고트 결정성장 장치에 넣고 결정의 방향을 선택하여 결정핵을 상기 실리콘 용액속에 담궈서 천천히 돌리면서 끌어올리면 그 결정핵을 따라 인고트(ingot)라 불리는 순수한 단결정 실리콘 결정덩어리가 만들어 진다. 상기 잉고트 제조법은 초크랄스키법에 한정할 필요는 없다. 잉고트 제조법은 플로팅존(Floating Zone)법 등 다양한 방법으로 실시 될 수 있다. 그런다음, 인고트 표면에 보호막층을 형성시킨다.

상기 보호막에 관해 도 1b를 참조하여 보면, 인고트 주위에 보호막(111)이 형성된 보호막구비인고트(150)가 된다. 다음으로 상기 보호막구비인고트(150)를 횡방향으로 절단하는 단계를 거친다. 상기 절단은 와이어 컷팅도 될 수 있다. 또한, 상기 인고트를 회전시켜 다이아몬드 날을 가진 절단기에 의해 컷팅 될 수 도 있다. 상기 절단단계는 한정될 필요가 없이 다양한 방법으로 절단이 가능하다.

도 2를 참조하면 상기 보호막구비인고트(150)가 다수개 절단되면 얇은 원판(221) 형태이면서 외곽부에 보호막층(211)이 형성된 보호막층구비웨이퍼(200)가 된다. 상기 보호막층(211)의 재질은 다결정실리콘, 질화실리콘막, 산화실리콘막 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다. 상기 다결정실리콘은 등방성의 격자 구조를 가지고 있어 여러방향에서의 외력에 대해 구조적으로 강한 이점이 있다. 상기 질화실리콘막과 산화실리콘막은 웨이퍼에 비해 상대적으로 강한 강도를 가지고 있어 웨이퍼를 보호 할 수 있다.

상기 보호막층(211)의 증착과정은 화학적기상증착(CVD; Chemaical Vapor Deposition)기법으로 이루어 질 수 있다. 상기 CVD는 저기압 화학적기상증착(Low Presure CVD; 이하 LPCVD라 칭함)기법 또는 대기압 화학적기상증착(Amospheric Pressure CVD ; 이하 APCVD라 칭함)기법 또는 플라즈마 화학적기상증착방식(Plasma Enhanced CVD ; 이하 PECVD라 칭함)이 적용될 수 있다. 예를 들어 설명하면, 상기 LPCVD 또는 APCVD 기법은 챔버(Chamber)내의 진공도가 저기압 또는 대기압 상태에서 300℃ 내지 1000℃ 열을 가하고 산소분위기나 수소화실리콘가스분위기 상태를 만든 뒤 웨이퍼를 챔버내에 위치하게 되면 보호막층(211)인 산화실리콘막 또는 다결정실리콘막을 증착할 수 있다. 상기 PECVD 기법은 챔버내에서 고주파를 이용하여 질소와 수소 및 산화실리콘가스의 혼합가스분위기 또는 수소와 수소화질소 및 수소화실리콘가스의 혼합가스분위기에서 플라즈마 상태를 만든다. 그런다음, 웨이퍼를 위치하게 되면 보호막층(211)인 질화실리콘막을 생성 할 수 있다.

상기 보호막층(211)은 산화작용에 의해 생성될수 있다. 예를 들면, 챔버 내 또는 대기압상태에서 웨이퍼를 산소분위기 또는 수증기분위기에서 히터(Heater)나 마크네틱코일(Magnetic coil)을 이용하여 900℃ 내지 1200℃ 의 온도로 가열하게 되면 산화 작용으로 보호막층(211)인 산화실리콘막이 생성될수 있다. 상기 가열 방식은 히터나 마크네틱코일에 한정되지 않고 다양한 방법에 의해 실시 될 수 있다.

상기 산화실리콘막의 두께는 증착시간에 따라 달라 질 수 있다. 상기 산화실리콘막의 두께는 절연막으로 사용될 때 0.1㎛까지 증착 시켜 사용하지만, 웨이퍼를 보호하기 위해서는 웨이퍼 지름의 크기에 따라 1㎛ 내지 100㎛까지 증착시킬 수 있다.

상기와 같은 과정으로 제작된 보호막층구비웨이퍼는 보호막층에 의해 웨이퍼 테두리를 보호하여 외곽부의 흠집에 의한 웨이퍼의 파괴를 방지한다.

본 발명은 실리콘으로 형성된 웨이퍼에 한정되지 않고 진성반도체나 화합물 반도체로 형성된 웨이퍼에도 적용이 될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술한 특정의 실시예나 도면에 기재된 내용에 그 기술적 사상이 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 청구범위 내에 있게 된다.

본 발명은 웨이퍼 주위에 보호막층이 형성되어 웨이퍼를 외부의 충격으로부터 보호한다. 상세하게는, 단결정의 구조를 가진 웨이퍼는 외부의 흠집으로 열처리와 같은 외부 응력이 크게 작용되는 공정에서 쉽게 크랙(Crack)을 유발 할 수 있으므로 보호막층이 웨이퍼를 보호하여 크랙을 방지한다. 보호막층의 작용으로 반도체를 생산할 때 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 진성반도체 또는 화합물반도체로 구성된 원판형상의 웨이퍼 본체와 상기 웨이퍼 본체의 주변부 표면에 형성된 보호막층을 포함하여 형성되고, 상기 보호막층의 두께는 1㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 웨이퍼.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼 본체는 실리콘 단결정으로 구성되며 상기 보호막층의 재질은 다결정실리콘, 실리콘질화막, 실리콘산화막 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 웨이퍼.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 보호막층은 화학기상증착(CVD)기법을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 웨이퍼.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호막층은 상기 웨이퍼 본체의 주변부 표면에 질소 또는 산소를 반응시키는 처리를 하여 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 웨이퍼.
5. 삭제

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