KR100293686B1 - 디스크리이트용기판의제조방법 - Google Patents

Abstract

본원 발명의 과제는 낮은 레벨의 전위밀도를 갖는 디스크리트용 기판을 대상으로 하여 요구되는 전위밀도의 레벨을 자유롭게 맞출 수있는 제조방법을 제공하는 것이다,

또, 본원발명에 의한 해결수단은 평균 전위밀도가 5000개/㎠ 이하로 일반적으로 낮은 레벨의 전위밀도 범위의 디스크리트용 기판을 제조할 때에 확산전 웨이퍼 소재의 두께를 일정 범위 내로 조정하고 나서 확산하는 데 있다.

Description

디스크리트용 기판의 제조방법

본 발명은 한쪽 면이 확산층이고, 그 반대쪽 면이 미확산층인 2층구조로 이루어진 실리콘 반도체 웨이퍼의 디스크리트용 기판의 제조방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 트랜지스터, 다이오드 등의 디스크리트용 기판으로, 미확산층 표면에서 계측할 수 있는 전위밀도가 평균 5000개/㎠ 이하인 양호한 결정성이 요구되는 디스크리트용 기판을 제공하는 방법으로, 디스크리트용 기판으로 되었을때에 요구되는 전위밀도에 의해 웨이퍼소재의 두께를 미리 조정하고, 결정한 두께로 확산함으로써 확산 시에 발생하는 미확산층 내의 전위발생을 제어하고, 그 후 최종적으로 소정 치수의 디스크리트용 기판으로 만들었을 때 요구되는 전위밀도를 만족시킬 수 있는 디스크리트용 기판의 제조방법에 관한 것이다.

[종래 방법(1)]

종래의 디스크리트용 기판의 제조방법으로는, 소정의 전 처리를 한 웨이퍼소재를 준비하고, 확산법에 의해 웨이퍼 양면으로부터 소정 깊이의 확산층을 형성시키고, 웨이퍼의 한쪽 면의 확산층을 완전하게 제거하여, 소정의 확산층 두께(Xj 라고 한다)와 미확산층 두께(Xi라고 한다)를 가진 디스크리트용 기판을 제조하는 방법이 사용되었다.

따라서 제품두께(Xj+Xi)에 한쪽 면의 확산층 제거를 포함하는 최소의 기계가공재료를 가한 것이 웨이퍼 소재의 두께가 되었다.

[종래 방법(2)]

상기의 종래 방법에서는 웨이퍼의 양면에 형성된 확산층의 한쪽이 제거되어 결과적으로는 확산층의 절반이 불필요하게 되기 때문에, 최근에는 이하에 설명하는 방법이 채택되고 있다.

소정의 전 처리를 한 웨이퍼 소재를 준비하고, 확산법에 의하여 웨이퍼 양면에서 소정 깊이의 확산층을 형성하고, 웨이퍼 두께방향의 중앙부에서 웨이퍼를 절단하여 소정의 확산층 두께(Xj)와 미확산층 두께(Xi)를 가진 디스크리트용 기판 2장을 제조하였다.

따라서 제품두께(Xj+Xi)의 2배 두께에 절단재료 및 각각의 절단면 측의 최소 기계가공재료를 가한 것이 웨이퍼 소재의 두께로 되었다.

이 방법은 2장의 디스크리트용 기판을 얻어도 원래 두거운 웨이퍼를 사용하여 겉으로 보기에는 원 재료의 절감과 관련이 없는 것처럼 보이지만, 원재료의 절감에 있어서 이곳에서 웨이퍼를 끊어낼 때의 손실도 고려해야 하므로, 원 재료의 절감을 확실하게 도모할 수 있는 방법이다.

이상, 종래 방법(1)(2)의 경우 모두 당연한 것이지만, 확산 전 웨이퍼 소재의 두께는 제품두께(디스크리트용 기판의 두께)에 소정 치수의 제품으로 만들기 위한 최소한의 기계가공재료(결과적으로는 절삭분)의 두께를 더한 것이 된다.

[발명의 요약]

본 발명은 디스크리트용 기판의 제조방법 중에서 확산법에 의한 것을 대상으로 한다. 확산법에 의하여 디스크리트용 기판을 제조할 경우에는 소요되는 불순물의 농도 및 확산층 깊이를 얻기 위해 고온(예컨대 1280°C 이상)에서 장시간(예컨대 165시간)동안 웨이퍼의 열처리가 필수적이다.

이러한 열처리 시에,

① 확산층을 형성하기 위한 불순물에서 N형, P형의 대표적 불순물인 붕소는 원자반경이 실리콘의 반경보다 작기 때문에 Si원자와 치환되어 확산층에 발생할 수축력에 의해 미확산층에도 응력을 발생시키고,

② 확산로에 웨이퍼가 출입할 때 웨이퍼군이 서로 밀착한 상태에 있는 특수한 사정에 의하여, 특히 일정 두께 이상의 웨이퍼에 있어서는 웨이퍼 외주부와 중심부의 온도차가 크게 되어 미확산층에 열응력을 발생시키게 되는 등의 이유로 웨이퍼의 미확산층 내에 필연적으로 전위(轉位) 또는 슬립이라고 불리는 연속된 전위가 발생하게 된다.

이러한 전위는 일반적으로「최종적으로 소자가 되었을 때의 전기특성」을 열화시키고, 목표로 하는 특성을 얻지 못하게 한다는 문제점이 있다. 한편, 균일하게 분포하는 레벨에서의 전위의 존재는고주파 특성을 양호하게 할 수 있다는 측면에서는 일정한 범위의 전위밀도가 필요하게 되는 특수한 경우도 있다.

따라서 본 발명은 디스크리트용 기판의 미확산층 표면에서 계측되는 평균전위밀리도가 0개/㎠(무결함 결정에 가까운 것) 내지 5000개/㎠ 범위 내의 것을 대상으로 하여, 요구되는 전위밀도의 레벨에 자유롭게 맞출 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

제1도는 확산 전 웨이퍼 소재의 두께와 그 때 발생하는 전위밀도와의 관계를 표시하는 개념도이다.

제2도는 확산 종료 후의 웨이퍼의 단면을 나타내는 도면이다.

상기 과제를 해결하기 위한 특허청구범위 제 1항에 기재된 수단은,

한족면이 확산층(Xj)이고, 다른 면이 미확산층(Xi)인 2층구조를 갖고, 상기 기판의 미확산층 표면의 평균 전위밀도가 5000개/㎠ 이하인 실리콘 반도체 웨이퍼의 디스크리트용 기판의 제조방법으로서,

실리콘 반도체 웨이퍼를 래핑하는 단계와

가공뒤틀림이 남아 있는 실리콘 반도체 웨이퍼의 양면에 확산층을 형성하는 단계와,

웨이퍼의 한쪽 면에서 확산층을 제거하거나 또는 웨이퍼를 두께방향으로 2개로분할하는 단계를 포함하여 이루어지며,

확산 전의 소재 웨이퍼의 두께(T)(단위:㎛)가 다음 식 (1)로 표시되고,

T=2Xj+Xi+a ···(1)

a값은 45㎛ ≤ a ≤930㎛ 의 범위에 있는 디스크리트용 기판의 제조방법에 있어서,

확산 전 소재 웨이퍼의 두께(T)는 최종적인 디스크리트용 기판에서 요구되는 전위밀도를 만족하도록 확산전에 미리 조정되는 것을 특징으로 하는 것이다.

보다 상세하게 설명하면, 래핑가공되어 가공 비틀림이 남아 있도록 전처리가 된 웨이퍼 소재를 사용하여 확산층을 형성한, 확산층은 웨이퍼 양면에서 형성(한쪽면만의 형성은 현상불가능)되기 때문에, 1장의 디스크리트용 기판을 얻기 위해서는 적어도 2Xj+Xi의 두께가 필요하고, 웨이퍼 소재의 두께(T)에 대해서는

T=2Xj+Xi+a ···(1)으로 표시한다.

여기에 플러스 되는 a는 웨이퍼 소재의 두께를 결정할 때의 조정 값이고, 상기한 a의 값은 45㎛ ≤ a ≤930㎛의 범위 내로서, 디스크리트용 기판으로 되었을 때에 미확산층 표면에서 요구되는 전위밀도에 의해 결정되고, 상기 두께의 웨이퍼 소재를 확산하여 소정 두께의 디스크리트용 기판으로 마무리 하는 것을 특징으로 한다.

또, 조정 값의 범위로는, 낮은 레벨의 전위밀도가 기대되는 45㎛를 하한값으로 한다. 또한 α값이 클수록 확산 깊이의 정도의 차가 생기고 전위가 감소하나, 어느 한계를 넘으면 슬립이 발생하는 문제가 생기기 때문에, 930㎛를 상한값으로 한다.

이상의 관계를, 확산 전 웨이퍼 소재의 두께 확산 고정 중(열부하 시)에 발생하는 전위와, 그 후 미확산층 표면에서 계측되는 전위와의 관계를 표시하는 도 1에 의해 설명하면, 도 1은, 확산 종료 후의 웨이퍼 단면을 표시하는 도 2에 표시하는 것과 같이, 확산층 두께를 Xj으로 하고, 디스크리트용 기판으로 되었을 때의 미확산층 두께를 Xi으로 하고, 중앙의 미확산층 일부분의 두께를 α로 했을 때에, 일예로서 FZ법, N형,111, 100ø 웨이퍼를 사용하여, 동일 확산조건에서 발생하는 전위밀도를 결정하는 최대 인자인 Xj를 파라미터로 하여, α값을 변화시켰을 때의 미확산층 표면에 있어서의 전위밀도의 변화를 표시한 것이다.

확산층 두께(Xj)가 개념적으로 「낮다」, 「중간」, 「깊다」로 불리우는 것을 여기서는 낮은 것(Xj120㎛), 중간 것(120㎛≤Xj<250㎛), 깊은 것(Xj≥250㎛)으로 하고, 그 각각의 대표로서 곡선①(80㎛), 곡선②(170㎛), 곡선③(300㎛)의 3가지 예를 나타내었다.

확산층 두께가 깊을수록 상기한 α값을 크게 취함으로써(웨이퍼 소재를 두껍게 함) 전위밀도가 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다.

특허청구범위 제1항의 작용에 대해 설명한다. 소정 두께의 웨이퍼를 확산할 때에 웨이퍼 소재는 래핑가공되고, 그때 남아있는 가공비틀림에 의하여 확산공정중에 발생하는 전위를 억제시키도록 한 후에, 상기 웨이퍼 소재의 두께는 특허청구범위 제1항의 식(1)의 α값을 45㎛≤α≤930㎛의 범위 내로, 즉 45㎛ 이상, 930㎛ 이하로 결정된다. 여기에서 α값의 상, 하한 치를 도1, 도2에 의하여 설명하면 도2에 있어서 하한치로 가령 α값을 0으로 하고, 아래쪽의 확산층을 제거하여 Xj+Xi의 두께의 디스크리트용 기판을 제조하였다고 하면, 확산층을 제거한 면이, 즉 제품의 미확산층 표면이 되지만, 그 표면은 디스크리트용 기판이 되기 전에 제거되는 확산층(Xj)이 응력의 영향을 이미 강하게 받기 때문에 전위가 급증하여 버린다.

이와 같은 현상을 피하기 위해서는 적어도 45㎛ 이상이 유효하다는 것을 발견하였기 때문에 이 값을 하한치로 채택하고, 그 하한치 이상의 값으로 함으로써 제거되는 쪽의 확산층의 응력의 영향을 피할 수 있다.

상한치에 대해서는 일반적으로 디스크리트용 기판에 요구되는 확산층은 통상 깊은 것이고, 고온·장시간의 처리를 필요로 하므로, 당연히 비용면을 고려하면 확산로 중의 1패치당 들어가는 매수가 많을 것이 요망되고, 그 들어가는 형태로서는 웨이퍼 사이에 완충제(고착방지)를 끼워두어 밀착한 특수 상태로 많은 매수가 동시에 들어가도록 한다. 따라서, 복수 매의 웨이퍼군이 확산로 안으로 출입할 때 통상 열처리되는 웨이퍼는 일정 간격의 간극을 두고 늘어서 있는 상태와 달리 대류에 의한 열전도가 거의 없기 때문에, 웨이퍼 중심과 외주부와의 온도차가 크게 되어 열응력이 발생하고, 그 결과 웨이퍼 소재의 두께가 두꺼워질수록 직선상으로 연결되는 별개의 형태의 전위(슬립)가 발생하기 쉬우며, 웨이퍼 소재의 두께가 대략 1,400㎛정도를 지나는 곳에서 급격하게 증대하기 때문에, 그것을 상한치로 하여, 소자로 되었을 때의 특성을 열화시키는 슬립 발생을 방지할 수 있다.

그리고, 이 현상은 도 1의 곡선④로 표시된다. 다만, 도 1에 있어서의 슬립은 당연한 것이지만, 부분적으로 집중하여 수치화하기 어렵기 때문에 「강」, 「약」의 표현만으로 표시하였다.

(바람직한 실시예의 설명)

이하, 본 발명에 관한 디스크리트용 기판의 제조방법에 관한 실시예를 설명한다.

[실시예(1)]

디스크리트 소자용 기판으로서는 대표적 구경이 100ø인 웨이퍼가 실시예(표1 참조)에서 사용되었고, 제품사양은 FZ법, N형,111, 30∼40Ω·㎝, Xj=170㎛, Xi=50㎛, 「슬립없음」이고, 전위밀도가 100개/㎠∼300개/㎠로 요구되는 예를 표시한다.

그리고, 웨이퍼 소재(확산 전)는 원래 전위의 발생을 억제하는 가공 비틀림을 가지는 면 마무리, 즉, 랩가공 마무리 된 웨이퍼이고, 그 때 사용되는 유리저립은 F0(상품명) #1000, #1,200 등으로 가공 비틀림은 조업조건에 따르나, 한쪽 면에서 3∼4㎛이기 때문에, 중금속 제거 등을 위한 애칭은 한쪽 면에서 2㎛이하로 제한하고, 가공 비틀림이 남아있도록 한다. 이와 같이 가공 비틀림을 남겨두는 것은, 이하에 표시하는 실시예(2),(3)에서도 마찬가지다.

요구되는 전위밀도의 규격에 대하여, 실시예(1)에 있어서의 α값은 과거의 실적 데이터에 의하여 600㎛으로 설정하였고, 만족스러운 결과를 얻었다. 또한 참고를 위해 α값을 굳이 상한치(930㎛), 하한치(330㎛)로 설정한 참고(b) 및 참고(a)의 결과도 비교예로서 표 1에 함께 기재하였다.

실시예는 참고(a)에 비하여 웨이퍼 소재의 두깨를 270㎛ 증대시키는 것만으로도 전위가 현저하게 감소되므로, 요구되는 전위밀도를 100개/㎠ 내지 300개/㎠로 충분히 만족시킬 수 있다.

참고(b)는 실시예 보다 웨이퍼 소재의 두께를 330㎛ 증대시킨 경우로서, 전위는 현미경 하에서는 거의 관찰되지 않으므로(전위밀도는 거의 0) 완전결정에 가까운 미확산층(Xi)이 요구되는 때에 채택된다.

그리고, α값의 설정에 관하여, 과거의 실적 등에 의하여 추정이 가지 않는 특별한 사양의 것에 대하여는, 확산층(Xj) 두께 이외에, 잉곳(ingot)의 제법(FZ법 또는 CZ법), 구경, 저항율 및 도전형(N형 또는 P형) 등에 의해 미묘하게 영향을 받는 것이 확인되므로, 사전에 확인하여 두는 것이 가장 확실한 방법이다.

[실시예(2)]

디스크리트용 기판으로는, 구경이 125ø인 웨이퍼가 실시예(표-1 참조)이고, 제품사양이 FZ법, N형,111, 50∼65Ω·㎝, Xj=180㎛, Xi=70㎛, 「슬립없음」으로, 전위밀도가 1000개/㎠±20%의 범위로 요구되는 예를 표시한다.

그리고, 상기와 마찬가지로 웨이퍼 소재는 원래의 전위 발생을 억제하는 가공 비틀림을 가지는 면 마무리, 즉, 랩가공 마무리 된 것으로 그 가공 비틀림이 소실되지 않도록 에칭(양면 합쳐서 2㎛ 이하) 되어 있다.

또, 실시예(1)과 마찬가지로, 본 발명의 α값을 상한치(930㎛), 하한치(330㎛)로 설정한 참고(b) 및 참고(a)의 전위밀도의 결과도 비교예로서 표1에 함께 기재되어 있다.

실시예에서는 참고(a)에 비하여 웨이퍼 소재의 두께를 250㎛ 증대시키는 것만으로 전위를 현저하게 감소시키므로, 요구되는 전위밀도를 1000개/㎠±20%로 충분히 만족시키고 있다.

또, 참고(b)는 실시예 보다 웨이퍼 소재의 두께를 350㎛ 증대시킨 경우로서, 전위가 현미경 하에서는 거의 관찰되지 않으므로(전위밀도는 거의 0), 완전 결정에 가까운 미확산층이 요구되는 때에 채택된다.

[표 1]

실시예(1), (2)에서도 알 수 있는 바와 같이, 디스크리트용 기판으로 되었을 때의 미확산층 표면에서 계측되는 전위밀도에 의하여 웨이퍼 소재의 두께를 결정하고, 확산 공정을 종료함으로써 지극히 결과적인 전위 제어가 가능하게 되고, 또 이 때의 가공방법은 웨이퍼 소재 두께의 중앙선에서 절단하여 2장의 디스크리트용 기판으로 하는 것이 비용면에서 적당하다.

[실시예(3)]

디스크리트용 기판으로는, 구경이 100ø인 웨이퍼가 실시예이고, 제품사양이 FZ법, N형,111, 29∼41Ω·㎝, Xj=55㎛, Xi=185㎛, 「슬립은 없음」으로 전위밀도가 200개/㎠±30%의 범위로 요구되는 예를 표시한다.

그리고, 상기와 마찬가지로, 확산 전 웨이퍼 소재는 원래 전위의 발생을 억제하는 가공 비틀림을 가지는 면 마무리, 즉, 랩 가공 마무리 된 것으로, 그 가공 비틀림이 소실되지 않도록 에칭(양면 합하여 2㎛ 이하) 되어 있다.

이와 같이 낮은 확산층이 형성되는 경우는, α값이 45㎛ 이상이면, 전위밀도는 α값의 여하에 관계 없이 100개/㎠ 이하인 것이 확인되기 때문에, α값을 증대시켰을 때의 품질가치 및 확산 종료의 후에 웨이퍼 두께방향의 중앙부에서 절단하는 방법은 비용 상 아무런 이득이 없이 채택되지 않는다.

따라서, 웨이퍼 소재의 두께에서 α값의 최소치를 45㎛로 하고, 웨이퍼 소재의 두께를 340㎛으로 하여, 확산 종료 후 웨이퍼의 한쪽면으로부터 100㎛(확산층두께+45㎛)을 1차, 2차 평면연삭가공하고, 2차 평면연삭가공은 #2000의 연삭저석번수로 마무리 하여, 두께 240㎛의 디스크리트용 기판을 생성한다.

이상의 실시예(1), 실시예(2), 실시예(3)은 모두111결정축의 웨이퍼를 대상으로 하고 있으나,100결정축의 웨이퍼에 대하여도 본질적으로는 마찬가지이다. 다만, 전위밀도는 표면을 에칭처리하여 계산되나,111결정축의 웨이퍼가 에칭처러에 의하여 발생한 명료한 3각형의 오목부를 계산할 수 있다는 점에 비하여,100결정축의 웨이퍼는 명료한 오목부로서 나타내기 어렵기 때문에 에칭액의 조성자체에 대한 연구가 필요하다.

본 발명에 의한 디스크리트용 기판의 제조방법은, 청구범위 제1항의 구성에 의하여, 평균 5000개/㎠ 이하의 비교적 낮은 레벨의 전위밀도가 요구되는 디스크리트용 기판을 대상으로, 목표 전위 레벨에 대응하는 확산 전 웨이퍼 소재의 두께를 조정함으로써 종래 달성할 수 없었던 무결함 결정에 가까운 레벨까지 달성가능하여, 최종적으로 소자로 되었을 때에 요구되는 특성을 충분히 달성할 수가 있다.

Claims (1)

1. 한쪽 면이 확산층(Xj)이고, 다른 면이 미확산층(Xi)인 2층구조를 갖고, 상기 기판의 미확산층 표면의 평균 전위밀도가 5000개/㎠ 이하인 실리콘 반도체 웨이퍼의 디스크리트용 기판의 제조방법으로서,

   실리콘 반도체 웨이퍼를 래핑하는 단계와,

   가공뒤틀림이 남아 있는 실리콘 반도체 웨이퍼의 양면에 확산층을 형성하는 단계와,

   웨이퍼의 한쪽 면에서 확산층을 제거하거나 또는 웨이퍼를 두께방향으로 2개로 분할하는 단계를 포함하여 이루어지며,

   확산 전의 소재 웨이퍼의 두께(T)(단위:㎛)가 다음 식 (1)로 표시되고,

   T=2Xj+Xi+α···(1)

   α값은 45㎛≤α≤930㎛의 범위에 있는 디스크리트용 기판의 제조방법에 있어서,

   확산 전 소재 웨이퍼의 두께(T)는 최종적인 디스크리트용 기판에서 요구되는 전위밀도를 만족하도록 확산 전에 미리 조정되는 것을 특징으로 하는 디스크리트용 기판의 제조방법.