현재까지 SiC CMP에 있어서 콜로이달 실리카 입자를 사용한 연구는 많이 이루어져 왔다. 그러나 결정질이 좋은 에피층을 성장시키기 위해서는 무결함의 경면이 요구되며, SiC의 높은 경도와 열적, 화학적으로 매우 안정한 특징 때문에 경면 형성에 어려움이 있다. 이 논문에서는 높은 재료제거율과 낮은 표면거칠기, ...
현재까지 SiC CMP에 있어서 콜로이달 실리카 입자를 사용한 연구는 많이 이루어져 왔다. 그러나 결정질이 좋은 에피층을 성장시키기 위해서는 무결함의 경면이 요구되며, SiC의 높은 경도와 열적, 화학적으로 매우 안정한 특징 때문에 경면 형성에 어려움이 있다. 이 논문에서는 높은 재료제거율과 낮은 표면거칠기, 스크래치 제거를 목표로 SiC CMP 공정에 콜로이달 실리카 입자와 다이아몬드 입자를 혼합한 혼합 입자 슬러리를 사용하고 그 영향에 관하여 연구하였다. CMP 공정의 기계적 요인과 화학적 요인에 대한 SiC CMP 특성을 평가하여 적정 조건을 선정하였다. 그리고 SiC CMP 공정에 혼합 입자 슬러리를 적용하여 연마 후 SiC 웨이퍼 표면을 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. (1) CMP 공정 변수 중 기계적 요인인 연마패드, 연마압력, 연마속도, 연마입자 함량이 증가 할수록 재료제거율은 증가하였다. 적정 조건으로 Suba800M2 패드와 압력 1200g/㎠, 속도 100rpm으로 설정하였다. 화학적 요인인 슬러리 pH는 산성으로 갈수록 재료제거율은 높아졌지만 SiC 표면에 결함이 커져 알칼리 베이스로 설정하였고, NaOH 화학베이스보다 높은 재료제거율을 보인 KOH 화학베이스의 콜로이달 실리카 슬러리의 사용을 적정 조건으로 선정하였다. (2) 탈이온수에 50nm 크기의 다이아몬드 입자를 현탁한 슬러리로 SiC CMP 실험한 결과 화학적 요인이 없이 기계적 영향만으로 연마가 진행되어 낮은 재료제거율과 표면이 악화되는 결과를 보였다 SiC 표면에 압흔 자국을 내어 콜로이달 실리카 슬러리, 탈이온수에 현탁한 다이아몬드 슬러리, 그리고 두 가지를 혼합한 혼합 입자 슬러리를 사용하여 연마를 한 후 압흔 형상을 분석하였다. 콜로이달 실리카 슬러리의 KOH 화학베이스와 실리카 입자에 의하여 표면에 스크래치가 드러나고 압흔 자국은 골이 넓어지면서 상대적으로 취약한 압흔 주위로 재료제거가 이루어졌다. 탈이온수에 현탁한 다이아몬드 슬러리에 의하여 압흔 영역에 응력집중현상이 생겨 그 일대에서 높은 재료제거율을 보였다. 압흔 형상은 다이아몬드 입자에 의하여 깨져나간 형상을 볼 수 있었다. 혼합 입자 슬러리는 두 가지 슬러리의 재료제거 특성이 동시에 일어나면서 전면에 걸쳐 콜로이달 실리카 슬러리에 비해 높은 재료제거가 이루어졌고 압흔 형상을 통해 깨짐 현상 없이 일정하게 제거되는 것을 알 수 있었다. (3) 혼합 입자 슬러리를 SiC CMP 공정에 적용하였고 다이아몬드 슬러리의 첨가량을 0.8g/ℓ와 25g/ℓ로 실험을 하였다. 재료제거율은 1617nm/h와 1866nm/h로 첨가량이 많은 슬러리에서 높은 재료제거율을 나타내었다. 콜로이달 실리카 슬러리와 25g/ℓ의 다이아몬드 슬러리를 혼합한 혼합 입자 슬러리를 사용했을 때 표면거칠기는 4.7Å에서 1.8Å으로 개선되었고 스크래치는 1nm 이하로 제거된 표면을 확인 할 수 있었다. 결과적으로 SiC CMP 공정 시 KOH 화학베이스의 콜로이달 실리카 슬러리에 50nm 크기의 다이아몬드 슬러리를 첨가한 혼합 입자 슬러리를 사용하면 SiC CMP의 목적인 높은 재료제거율의 확보와 낮은 표면거칠기, 스크래치가 없는 표면을 구현 할 수 있다
현재까지 SiC CMP에 있어서 콜로이달 실리카 입자를 사용한 연구는 많이 이루어져 왔다. 그러나 결정질이 좋은 에피층을 성장시키기 위해서는 무결함의 경면이 요구되며, SiC의 높은 경도와 열적, 화학적으로 매우 안정한 특징 때문에 경면 형성에 어려움이 있다. 이 논문에서는 높은 재료제거율과 낮은 표면거칠기, 스크래치 제거를 목표로 SiC CMP 공정에 콜로이달 실리카 입자와 다이아몬드 입자를 혼합한 혼합 입자 슬러리를 사용하고 그 영향에 관하여 연구하였다. CMP 공정의 기계적 요인과 화학적 요인에 대한 SiC CMP 특성을 평가하여 적정 조건을 선정하였다. 그리고 SiC CMP 공정에 혼합 입자 슬러리를 적용하여 연마 후 SiC 웨이퍼 표면을 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. (1) CMP 공정 변수 중 기계적 요인인 연마패드, 연마압력, 연마속도, 연마입자 함량이 증가 할수록 재료제거율은 증가하였다. 적정 조건으로 Suba800M2 패드와 압력 1200g/㎠, 속도 100rpm으로 설정하였다. 화학적 요인인 슬러리 pH는 산성으로 갈수록 재료제거율은 높아졌지만 SiC 표면에 결함이 커져 알칼리 베이스로 설정하였고, NaOH 화학베이스보다 높은 재료제거율을 보인 KOH 화학베이스의 콜로이달 실리카 슬러리의 사용을 적정 조건으로 선정하였다. (2) 탈이온수에 50nm 크기의 다이아몬드 입자를 현탁한 슬러리로 SiC CMP 실험한 결과 화학적 요인이 없이 기계적 영향만으로 연마가 진행되어 낮은 재료제거율과 표면이 악화되는 결과를 보였다 SiC 표면에 압흔 자국을 내어 콜로이달 실리카 슬러리, 탈이온수에 현탁한 다이아몬드 슬러리, 그리고 두 가지를 혼합한 혼합 입자 슬러리를 사용하여 연마를 한 후 압흔 형상을 분석하였다. 콜로이달 실리카 슬러리의 KOH 화학베이스와 실리카 입자에 의하여 표면에 스크래치가 드러나고 압흔 자국은 골이 넓어지면서 상대적으로 취약한 압흔 주위로 재료제거가 이루어졌다. 탈이온수에 현탁한 다이아몬드 슬러리에 의하여 압흔 영역에 응력집중현상이 생겨 그 일대에서 높은 재료제거율을 보였다. 압흔 형상은 다이아몬드 입자에 의하여 깨져나간 형상을 볼 수 있었다. 혼합 입자 슬러리는 두 가지 슬러리의 재료제거 특성이 동시에 일어나면서 전면에 걸쳐 콜로이달 실리카 슬러리에 비해 높은 재료제거가 이루어졌고 압흔 형상을 통해 깨짐 현상 없이 일정하게 제거되는 것을 알 수 있었다. (3) 혼합 입자 슬러리를 SiC CMP 공정에 적용하였고 다이아몬드 슬러리의 첨가량을 0.8g/ℓ와 25g/ℓ로 실험을 하였다. 재료제거율은 1617nm/h와 1866nm/h로 첨가량이 많은 슬러리에서 높은 재료제거율을 나타내었다. 콜로이달 실리카 슬러리와 25g/ℓ의 다이아몬드 슬러리를 혼합한 혼합 입자 슬러리를 사용했을 때 표면거칠기는 4.7Å에서 1.8Å으로 개선되었고 스크래치는 1nm 이하로 제거된 표면을 확인 할 수 있었다. 결과적으로 SiC CMP 공정 시 KOH 화학베이스의 콜로이달 실리카 슬러리에 50nm 크기의 다이아몬드 슬러리를 첨가한 혼합 입자 슬러리를 사용하면 SiC CMP의 목적인 높은 재료제거율의 확보와 낮은 표면거칠기, 스크래치가 없는 표면을 구현 할 수 있다
Silicon Carbide (SiC) is a wide band gap semiconductor, being developed for high temperature, high power, and high frequency device applications. Many researchers have studied SiC polishing for the manufacturing of SiC and semiconductor substrates. However, these researchers have faced difficulties ...
Silicon Carbide (SiC) is a wide band gap semiconductor, being developed for high temperature, high power, and high frequency device applications. Many researchers have studied SiC polishing for the manufacturing of SiC and semiconductor substrates. However, these researchers have faced difficulties with a wafer preparation prior to epitaxial growth due to its hardness and remarkable chemical stability. A smooth and defect-free substrate surface is important too btain good epitaxial layers. Therefore, a hybrid process, chemical mechanical polishing (CMP) has been proposed as a solution for preparing an epi-ready surface. During the experiments, the material removal rate (MRR) was investigated to learn how long the CMP process continues to remove a damaged layer by mechanical polishing using 100 nm diamond. The dependency of mechanical factors, such as pressure, velocity, and abrasive concentration, were researched using a colloidal silica slurry. Also, the high pH value based on KOH must be accompanied on SiC CMP process for chemical reaction of SiC wafer. The experiments especially focused on the epi-ready surface with a mixed abrasive slurry. The addition of 50nm sized diamond in the mixed abrasive slurry provided a strong synergy between mechanical and chemical effects. Nano indentation was used to investigate the material removal characteristics, which is useful to obtain the fine surface and scratch removal of SiC by mixed abrasive slurry. When the colloidal silica slurry was used, the scratch was revealed and width of notch induced by nano indentation was large. Diamond slurry contributed to high material removal around notch by stress concentration. Mixed abrasive slurry had characteristics of two. Also, CMP test results matched well the indentation results. Through the study, a chemical (KOH based) and mechanical effect (colloidal silica, diamond) must act on material removal for high removal rate and fine surface of SiC wafer. In addition to, mixed abrasive slurry will be helpful to embody the epi-ready surface without defects.
Silicon Carbide (SiC) is a wide band gap semiconductor, being developed for high temperature, high power, and high frequency device applications. Many researchers have studied SiC polishing for the manufacturing of SiC and semiconductor substrates. However, these researchers have faced difficulties with a wafer preparation prior to epitaxial growth due to its hardness and remarkable chemical stability. A smooth and defect-free substrate surface is important too btain good epitaxial layers. Therefore, a hybrid process, chemical mechanical polishing (CMP) has been proposed as a solution for preparing an epi-ready surface. During the experiments, the material removal rate (MRR) was investigated to learn how long the CMP process continues to remove a damaged layer by mechanical polishing using 100 nm diamond. The dependency of mechanical factors, such as pressure, velocity, and abrasive concentration, were researched using a colloidal silica slurry. Also, the high pH value based on KOH must be accompanied on SiC CMP process for chemical reaction of SiC wafer. The experiments especially focused on the epi-ready surface with a mixed abrasive slurry. The addition of 50nm sized diamond in the mixed abrasive slurry provided a strong synergy between mechanical and chemical effects. Nano indentation was used to investigate the material removal characteristics, which is useful to obtain the fine surface and scratch removal of SiC by mixed abrasive slurry. When the colloidal silica slurry was used, the scratch was revealed and width of notch induced by nano indentation was large. Diamond slurry contributed to high material removal around notch by stress concentration. Mixed abrasive slurry had characteristics of two. Also, CMP test results matched well the indentation results. Through the study, a chemical (KOH based) and mechanical effect (colloidal silica, diamond) must act on material removal for high removal rate and fine surface of SiC wafer. In addition to, mixed abrasive slurry will be helpful to embody the epi-ready surface without defects.
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