[논문]습식 식각에 의한 실리콘 웨이퍼의 표면 및 전기적 특성변화(1) - 불산 농도에 따른 표면형상 변화 -

김준우; 강동수; 이현용; 이상현; 고성우; 노재승

doi:10.3740/mrsk.2013.23.6.316

습식 식각에 의한 실리콘 웨이퍼의 표면 및 전기적 특성변화(1) - 불산 농도에 따른 표면형상 변화 -
Change of Surface and Electrical Characteristics of Silicon Wafer by Wet Etching(1) - Surface Morphology Changes as a Function of HF Concentration - 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.23 no.6, 2013년, pp.316 - 321

김준우 (금오공과대학교 신소재시스템공학부) , 강동수 (금오공과대학교 신소재시스템공학부) , 이현용 (금오공과대학교 신소재시스템공학부) , 이상현 ((주)eCONY) , 고성우 ((주)eCONY) , 노재승 (금오공과대학교 신소재시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The electrical properties and surface morphology changes of a silicon wafer as a function of the HF concentration as the wafer is etched were studied. The HF concentrations were 28, 30, 32, 34, and 36 wt%. The surface morphology changes of the silicon wafer were measured by an SEM ($80^{\circ}$ tilted at ${\times}200$) and the resistivity was measured by assessing the surface resistance using a four-point probe method. The etching rate increased as the HF concentration increased. The maximum etching rate 27.31 ${\mu}m/min$ was achieved at an HF concentration of 36 wt%. A concave wave formed on the wafer after the wet etching process. The size of the wave was largest and the resistivity reached 7.54 $ohm{\cdot}cm$ at an 30 wt% of HF concentration. At an HF concentration of 30 wt%, therefore, a silicon wafer should have good joining strength with a metal backing as well as good electrical properties.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

Back metal과 접합력에 미치는 실리콘 웨이퍼의 표면형상에 대해 연구한 문헌들은 찾아보기가 힘들다. 따라서 이 논문은 실리콘 웨이퍼 식각 시 불산의 농도가 웨이퍼의 표면형상에 미치는 영향을 연구하였으며, 표면형상에 따른 back metal과의 접합력 향상 가능성에 대해서 논의하고자 한다.
본 연구에서는 실리콘 웨이퍼 식각 시 불산의 농도가 웨이퍼의 표면형상에 미치는 영향을 연구하였으며, 표면 형상에 따른 back metal과의 접합력 향상 가능성에 대해서 논의하고자 하였다. 또한 표면형상이 전기적 특성 변화에 미치는 영향에 대해 연구하였다.
본 연구에서는 실리콘 웨이퍼 식각 시 불산의 농도가 웨이퍼의 표면형상에 미치는 영향을 연구하였으며, 표면 형상에 따른 back metal과의 접합력 향상 가능성에 대해서 논의하고자 하였다. 또한 표면형상이 전기적 특성 변화에 미치는 영향에 대해 연구하였다.

가설 설정

보호 테이프는 사용 후 반드시 제거 되어야 하지만 너무 높은 접착력을 가지면 테이프 제거 시 웨이퍼의 파손이나 핸들링에 문제가 발생 된다.¹⁴⁾ Back metal과의 접합력은 추후 웨이퍼의 전기적 특성에큰 영향을 미치게 된다. Back metal과 접합력에 미치는 실리콘 웨이퍼의 표면형상에 대해 연구한 문헌들은 찾아보기가 힘들다.

제안 방법

200배로 관찰한 이미지로부터 wave의 형태변화를 관찰할 수 있었고, wave의 크기를 정량화를 위해 80°기울여 × 500배로 관찰하였다.
Wave 관찰은 표면으로부터 80° 기울여서 × 200배로 관찰하였다.
%로 변화시켰으며, 나머지 양을 초순수로 하였다. 각각의 샘플명은 불산 농도에 맞추어 HF28, HF30, HF32, HF34, HF36로 하였다.
두께 변화를 관찰하기 위하여 × 50배에서 단면을 관찰하였다.
따라서 wave의 정보는 80° 기울여서 500배로 관찰하여 분석하였다.
본 연구에서 4-포인트 프로브 측정은 양끝 프로브에서 전압인가를 시켜 가운데 2개의 프로브에서 측정하는 방법인 싱글 배열로 하였다. 또한 각 웨이퍼마다 다른 전류가 인가되면 측정 값 사이에 오차가 발생할 수 있기 때문에 전류인가는 100 mA로 하여 전압강하를 측정하였다. 얻어진 저항 값으로부터 시료의 면적 보정계수를 적용하여 면저항을 계산하였으며, 두께를 곱하여 비저항을 계산하였다.
실리콘 웨이퍼 비저항 측정은 표면저항측정기(CMTSR100N, 창민테크)를 이용하였다. 본 연구에서 4-포인트 프로브 측정은 양끝 프로브에서 전압인가를 시켜 가운데 2개의 프로브에서 측정하는 방법인 싱글 배열로 하였다. 또한 각 웨이퍼마다 다른 전류가 인가되면 측정 값 사이에 오차가 발생할 수 있기 때문에 전류인가는 100 mA로 하여 전압강하를 측정하였다.
실리콘 웨이퍼 비저항 측정은 표면저항측정기(CMTSR100N, 창민테크)를 이용하였다. 본 연구에서 4-포인트 프로브 측정은 양끝 프로브에서 전압인가를 시켜 가운데 2개의 프로브에서 측정하는 방법인 싱글 배열로 하였다.
실리콘 웨이퍼를 한쪽 면만을 식각 시키기 위하여 웨이퍼 전면을 내산성 테이프를 붙여 식각용액과 웨이퍼의 접촉을 차단하였다. 식각용액의 제조는 다음과 같다.
실리콘 웨이퍼의 식각 후 표면과 단면의 형상은 JEOL사의 FE-SEM(JSM-6500F)를 이용하여 관찰하였다. 웨이퍼의 wave 크기를 고려하여 관찰 배율은 × 200배로 하였다.
또한 각 웨이퍼마다 다른 전류가 인가되면 측정 값 사이에 오차가 발생할 수 있기 때문에 전류인가는 100 mA로 하여 전압강하를 측정하였다. 얻어진 저항 값으로부터 시료의 면적 보정계수를 적용하여 면저항을 계산하였으며, 두께를 곱하여 비저항을 계산하였다.¹⁵⁾ 비저항 값은 각 샘플 당 8회를 측정한 후 최대, 최소값을 제외하고 얻은 평균값을 이용하여 Table 2에 정리하였다.
Wave의 정량화 방법은 wave의 폭과 깊이로 나타내었다. 한 개의 SEM 이미지에서 총 15개의 wave를 선정하여 wave의 뾰족한 부분의 사이 값은 폭으로, 뾰족한 부분 사이의 중앙부와 이미지에서 확인 가능한 수직방향으로의 최대 깊이를 측정하였다. 이 방법은 다소의 오차를 품고 있지만 back metal과의 접합력을 예측하기 위한 샘플간의 상대적 비교는 가능하다고 판단된다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 실리콘 웨이퍼는 Czochralski 방법으로 성장시킨 웨이퍼로써 결정방향이 (111)이고, Boron이 도핑된 P-type이다. 웨이퍼의 두께는 600 ± 15 µm이고, 1~10 ohm/cm²의 비저항 값을 가지고 있다.

성능/효과

1) 불산의 농도 증가할수록 식각속도와 두께 변화는 증가하며, HF32 및 HF34에서 가장 큰 두께 감소와 식각 속도 증가를 보였다.
2) 표면형상 관찰결과 HF30에서 가장 큰 wave를 가지며, 이후 불산 농도가 증가함에 따라 다시 감소하는 것을 확인하였다.
3) 비저항 측정결과 불산 농도가 30 wt.%에서 7.
HF 30에서 7.54 ohm·cm으로 비저항이 가장 낮게 측정되었으며, 표면 형상 관찰에서도 wave가 가장 크게 측정되었다.
각 샘플의 비저항 측정 결과 HF28, HF30 그리고 HF32가 7.25, 7.94 그리고 7.53 ohm·cm으로 비슷한 수치를 나타냈으며, HF34 및 HF36는 10.14 및 13.76 ohm·cm로 점점 비저항이 증가하였다.
일반적으로, 식각된 웨이퍼의 표면을 탐침법으로 측정한 비저항 값과 주사전자현미경(약 수백 배)으로 관찰한 웨이브의 크기는 비례한다. 그러나 본 연구에서 비저항과 웨이브의 크기는 반비례 하는 것을 확인하였다. 만약 주사전자현미경으로 측정된, 큰 웨이브를 나타낸 HF30 및 HF32 시편의 웨이브 표면에 매우 미세한 웨이브(sub wave)가 존재한다면, 시편의 비저항이 작아지는 것을 설명할 수 있다.
9에서 식각 전·후 웨이퍼의 식각면에서 측정한 비저항값을 나타내었다. 식각된 웨이퍼 가운데 HF30이 가장 낮은 비저항 값을 보였고, HF30이 후 불산의 농도가 증가할수록 비저항은 증가하였다. 따라서 back metal과의 접합력은 wave의 크기가 가장 크고 비저항이 가장 낮은 HF30이 우수할 것으로 판단된다.

후속연구

만약 주사전자현미경으로 측정된, 큰 웨이브를 나타낸 HF30 및 HF32 시편의 웨이브 표면에 매우 미세한 웨이브(sub wave)가 존재한다면, 시편의 비저항이 작아지는 것을 설명할 수 있다. 앞으로의 연구에서 미세한 웨이브의 존재 및 비저항과의 역할에 대하여 검토할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CMP 기술의 문제점은?	실리콘 웨이퍼의 평면 연마 기술에는 wet etching, chemical mechanical polishing(CMP), mechanical grinding, dry chemical etching 등이 있으며, CMP는 일반적인 기술로 가장 보편화되어 있다. CMP 기술은 연마 공정 시한 번에 처리할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 수에 제한이 있어 생산성이 낮고 웨이퍼의 두께가 얇아질수록 파손 문제와 핸들링의 어려움이 있다.3,4)
	실리콘 웨이퍼 식각 시 불산의 농도가 웨이퍼의 표면형상에 미치는 영향을 연구한 결과는?	1) 불산의 농도 증가할수록 식각속도와 두께 변화는 증가하며, HF32 및 HF34에서 가장 큰 두께 감소와 식각 속도 증가를 보였다. 2) 표면형상 관찰결과 HF30에서 가장 큰 wave를 가지며, 이후 불산 농도가 증가함에 따라 다시 감소하는 것을 확인하였다.
	실리콘 웨이퍼의 평면 연마 기술에는 어떤 것들이 있는가?	실리콘 웨이퍼의 평면 연마 기술에는 wet etching, chemical mechanical polishing(CMP), mechanical grinding, dry chemical etching 등이 있으며, CMP는 일반적인 기술로 가장 보편화되어 있다. CMP 기술은 연마 공정 시한 번에 처리할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 수에 제한이 있어 생산성이 낮고 웨이퍼의 두께가 얇아질수록 파손 문제와 핸들링의 어려움이 있다.

참고문헌 (15)

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J. H. Kang, K. M. Yu, K. W. Koo and S. O. Han (in Korean) KIEE. 60(7), (2011).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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