KR0132002B1 - 사이목스(simox) 웨이퍼의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사이목스 웨이퍼 제작방법에 관한 것으로, 고농도의 산소이온을 고에너지에 의해 실리콘 웨이퍼에 주입할 때 발생되는 웨이퍼 표면의 결정손상을 방지하고, 형성된 SOI막 내에 존재하는 산소침전물을 제거시키기 위해 실리콘 기판에 고농도의 산소이온을 주입한 후 2％O2 를 혼합한 Ar가스 분위기에서 1차 열처리(Annealing)하여 SOI막을 형성하고, 1차 열처리시 표면에 성장된 산화막을 HF 식각용액으로 제거한 후 순수 H2 분위기에서 2차 열처리하여 SOI막내의 산소 침전물을 제거하므로써 양질의 SOI막이 형성될 수 있도록한 사이목스 웨이퍼의 제작방법에 관한 것이다.

Description

사이목스(SIMOX) 웨이퍼의 제작방법

제 1 내지 제 4 도는 본 발명에 따른 사이목스 웨이퍼의 제작방법을 설명하기 위한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 실리콘 기판, 2 : 손상된 실리콘 영역,

3 : SiO2 층, 4 : Si+SiO2 층,

5 : SOI 막, 6 : 표면 산화막,

7 : 산소침전물

본 발명은 사이목스(Separation by Implanted Oxygen: SIMOX)웨이퍼의 제작방법에 관한 것으로, 특히 산소이온(Oxygen Ion)주입으로 SOI막(Silicon-On-Insulator Film)을 만드는 사이목스 웨이퍼의 제작공정에서, 실리콘 기판에 고농도의 산소이온을 주입한 후 2％O2를 혼합한 Ar가스 분위기에서 1차 열처리(Anneling)하여 SOI막을 형성하고, 1차 열처리시 표면에 성장된 산화막을 HF 식각용액으로 제거한 후 순수 H2 분위기에서 2차 열처리하여 SOI막내의 산소 침전물을 제거하므로써 양질의 SOI막을 갖는 사이목스 웨이퍼의 제작방법에 관한 것이다.

산소이온 주입으로 SOI막을 만드는 사이목스 웨이퍼의 제작에 있어서, 일반적으로 1 S1018이온/cm2 이상의 고농도 산소이온을 200KeV 정도의 고에너지로 실리콘 기판에 주입시킨 다음 열처리 공정을 진행하여 SOI막을 형성하였는데, 고농도 및 고에너지에 의한 이온 주입으로 인하여 실리콘 웨이퍼 표면은 심한 결정손상(Crystal 2/3damage)을 받게되고, 또한 산소이온이 고농도로 주입되기 때문에 고온 열처리 후에도 SOI막 내부에는 다량의 SiO2 침전물이 잔류되어 SIO막의 질(Quality)을 저하시키는 원인이 된다.

따라서 본 발명은 실리콘 기판에 고농도의 산소이온을 주입한 후 2%O2를 혼합한 Ar가스 분위기에서 1차 열처리(Anneling)하여 SOI막을 형성하고,1차 열처리시 표면에 성장된 산화막을 HF 식각용액으로 제거한 후 순수 H2 분위기에서 2차 열처리하여 SOI막내의 산소 침전물을 제거하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 사이목스 웨이퍼의 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 기판(1)에 산소이온 주입공정을 통하여 손상된 실리콘 영역(2), SiO2층(3) 및 Si+SiO2 층(4)을 형성시키는 단계와, 상기 단계로부터 1차 열처리공정을 실시하여 상기 Si+SiO2 층(4)을 SOI막(5)으로 변화시키는 단계와, 상기 단계로부터 상기 1차 열처리 공정시 SOI막(5) 상부에 성장되는 표면 산화막(6)을 HF 식각용액으로 제거시키는 단계와 , 상기 단계로부터 2차 열처리공정을 실시하여 상기 SOI막(5)내에 존재하는 산소침전물(7)을 제거시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 제1내지 제4도는 본 발명에 따른 사이목스 웨이퍼의 제작방법을 설명하기 위한 단면도로서, 제1도는 실리콘 기판(1)에 1 S1018이온/cm2 이상의 산소를 200KeV 정도의 고에너지(Energy)에 의해 주입시키는 상태의 단면도인데, 이때 상기 산소 이온의 분량(Dose)과 주입에너지는 형성하려하는 SOI막의 조건에 따라 다르게 설정할 수 있다.

제2도는 산소이온주입으로 인하여 손상된 실리콘 영역(damaged Si region)(2), SiO2층(3) 및 Si+SiO2 층(4)이 차례로 형성된 상태의 단면도이며, 이후 상기 Si+SiO2 층(4)을 SOI막으로 변화시키기 위해 1200내지 1400oC의 온도 및 2%O2에 Ar을 혼합한 가스 분위기 상태에 5 내지 7시간동안 열처리 공정을 진행하면 제 3 도에 도시된 바와같이 상기 Si+SiO2 층(4)이 SOI막(5)으로 변화되고 그 상부에 표면 산화막(6)이 성장된다.

이때 Ar에 2%O2를 혼합시키는 이유는 고온의 Ar 열처리시 실리콘 웨이퍼 표면이 식각(Etching)되는것을 방지하기 위한 것이다. 상기 SOI막(5)내에는 SiO2 형태의 산소 침전물(7)이 존재한다.

이후 HF 식각용액으로 상기표면 산화막(6)을 제거한 후 SOI막(5)내의 산소 침전물(7)을 제거하기 위하여 1100 내지 1300oC 온도 및 순수 H2 분위기 상태에서 30분 내지 1.5시간 동안 열처리 공정을 진행하여 제 4 도에 도시된 바와같이 상기 산소 침전물(7)을 제거시켜 양질의 SOI막(5)을 얻을 수 있는데, 상기 산소침전물(7)제거를 위한 열처리 공정시 웨이퍼 표면은 산소의 농도가 매우 낮아 상기 SOI막(5내에는 산소농도의 변화(Gradient)가 생기게되고, 상기 SOI막(5)내부로 확산(diffusion)된 H2는 낮은 표면안정 산소농도(Surface equilibrium oxygen concentration)에 의해 산소의 외부확산(Out diffusion)을 촉진시켜 상기 SOI막(5)내에 존재하는 산소 침전물(7)이 제거된다. 또한 상기 SOI막(5)내의 산소의 농도를 1 S1017cm-3 이하로 감소시키게 된다.

상술된 바와같이 본 발명에 의하면 SOI막내의 산소침전물이 제거되고 산소의 농도가 극히 낮은 양질의 SOI막을 얻을수 있는 사이목스 웨이퍼를 제작하므로써 반도체 소자의 대규모 집적회로 제조시 게이트 산화막(gate oxide)의 질(Quality)을 극대화시킬 수 있고, P-n접합(junction) 형성시 누설전류(leakage current)를 극소화할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 사이목스(SIMOX) 웨이퍼의 제작방법에 있어서, 실리콘 기판(1)에 산소이온 주입공정을 통하여 손상된 실리콘 영역(2), SiO2층(3) 및 Si+SiO2 층(4)을 형성시키는 단계와, 상기 단계로부터 1차 열처리공정을 실시하여 상기 및 Si+SiO2 층(4)을 SOI막(5)으로 변화시키는 단계와, 상기 단계로부터 상기 1차 열처리 공정시 SOI막(5) 상부에 성장되는 표면 산화막(6)을 HF 식각용액으로 제거시키는 단계와, 상기 단계로부터 2차 열처리공정을 실시하여 상기 SOI막(5)내에 존재하는 산소침전물(7)을 제거시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사이목스 웨이퍼의 제작방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 산소이온 주입시 1 S1018이온/cm2 이상의 고농도 산소를 200KeV 정도의 에너지로 실리콘기판에 주입하는 것을 특징으로 하는 사이목스 웨이퍼의 제작 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 1차 열처리 공정은 1200내지 1400oC 온도, 2%O2에 Ar을 혼합한 가스분위기 상태에서 5 내지 7시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 사이목스 웨이퍼의 제작방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 2차 열처리 공정은 1100 내지 1300oC 온도, 순수 H2 분위기 상태에서 30분 내지 1.5시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 사이목스 웨이퍼의 제작방법.