[논문]습식 식각에 의한 실리콘 웨이퍼의 표면 및 전기적 특성변화(2) - 표면거칠기와 전기적 특성의 상관관계 -

김준우; 강동수; 이현용; 이상현; 고성우; 노재승

doi:10.3740/mrsk.2013.23.6.322

습식 식각에 의한 실리콘 웨이퍼의 표면 및 전기적 특성변화(2) - 표면거칠기와 전기적 특성의 상관관계 -
Change of Surface and Electrical Characteristics of Silicon Wafer by Wet Etching(2) - Relationship between Surface Roughness and Electrical Properties - 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.23 no.6, 2013년, pp.322 - 328

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

Abstract ▼ AI-Helper

The relationship the between electrical properties and surface roughness (Ra) of a wet-etched silicon wafer were studied. Ra was measured by an alpha-step process and atomic force microscopy (AFM) while varying the measuring range $10{\times}10$, $40{\times}40$, and $1000{\times}1000{\mu}m$. The resistivity was measured by assessing the surface resistance using a four-point probe method. The relationship between the resistivity and Ra was explained in terms of the surface roughness. The minimum error value between the experimental and theoretical resistivities was 4.23% when the Ra was in a range of $10{\times}10{\mu}m$ according to AFM measurement. The maximum error value was 14.09% when the Ra was in a range of $40{\times}40{\mu}m$ according to AFM measurement. Thus, the resistivity could be estimated when the Ra was in a narrow range.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

슬림화 식각 기술은 웨이퍼의 두께 감소 및 표면거칠기의 향상을 목적으로 한다. 실리콘 웨이퍼는 식각용액에 따라서 표면형상과 표면거칠기가 다르게 나타난다.
그러나 비저항과 표면거칠기 관계를 연구한 문헌들은 거의 찾아보기 어렵다. 이 논문은 wet etching에 의한 실리콘 웨이퍼의 표면거칠기와 비저항과의 관계를 연구하였으며, 표면거칠기에 따른 비저항의 예측 가능성에 대하여 논의하고자 한다.

제안 방법

넓은 영역(1000 × 1000 µm)에서의 표면거칠기를 측정하기 위해 박막두께측정장비(Alpha-step IQ, KLA Tencor)를 이용하였다.
4-포인트 프로브를 이용하여 측정하였으며, 일반적인 방법으로 싱글배열과 듀얼배열 측정법이 있다. 본 연구에서 측정방법은 싱글 배열을 채택하여 사용하였으며, 이 구조는 양끝 프로브에서 전압인가를 시켜 가운데 2개의 프로브에서 측정하는 방법이다. 자동측정방법이 아닌 전류인가를 100 mA로 일정하게 하여 전압강하를 측정하였으며, 그 이유는 각 웨이퍼마다 다른 전류가 인가되면 큰 오차를 발생할 수 있기 때문이다.
표면저항기를 측정하여 측정된 면저항으로 샘플의 제원을 이용하여 비저항을 구하였다. 비저항은 총 8회 측정하여 최대 및 최소값을 제외하고 평균값을 구하였다.
2.1 실리콘 웨이퍼 및 식각

식각용액은 불산농도를 28~36.%까지 2%씩 증가시켜 제조하였고, 식각시간은 10분, 식각온도는 40^oC로 설정하여 실험을 진행하였다. 시편의 명칭은 불산농도에 따라 HF28, HF30, HF32, HF34 그리고 HF36으로 명명하였다.
자동측정방법이 아닌 전류인가를 100 mA로 일정하게 하여 전압강하를 측정하였으며, 그 이유는 각 웨이퍼마다 다른 전류가 인가되면 큰 오차를 발생할 수 있기 때문이다. 저항은 습도, 온도, 시료의 두께, 시료의 면적에 따라서 보정계수를 적용하여 면저항을 계산한 후 두께를 곱하여 비저항을 계산하였다.¹⁴⁾
좁은 영역(10 µm2, 40 µm2)에서의 표면거칠기를 측정은 AFM(XE-100, ParkSystem)을 이용하였다.
표면저항기를 측정하여 측정된 면저항으로 샘플의 제원을 이용하여 비저항을 구하였다. 비저항은 총 8회 측정하여 최대 및 최소값을 제외하고 평균값을 구하였다.

데이터처리

01 nm이다. AFM으로부터 측정된 데이터를 이용하여 X축으로 256회 측정된 표면거칠기의 평균값으로 Ra를 표기하였다.

이론/모형

식각된 실리콘 웨이퍼 비저항 측정은 창민테크사의 표면저항측정기(CMT-SR100N)를 이용하였다. 4-포인트 프로브를 이용하여 측정하였으며, 일반적인 방법으로 싱글배열과 듀얼배열 측정법이 있다. 본 연구에서 측정방법은 싱글 배열을 채택하여 사용하였으며, 이 구조는 양끝 프로브에서 전압인가를 시켜 가운데 2개의 프로브에서 측정하는 방법이다.
식각된 실리콘 웨이퍼 비저항 측정은 창민테크사의 표면저항측정기(CMT-SR100N)를 이용하였다. 4-포인트 프로브를 이용하여 측정하였으며, 일반적인 방법으로 싱글배열과 듀얼배열 측정법이 있다.

성능/효과

40 µm2의 범위에서 측정한 비저항 값과 이론값의 차이도 최대 14.09 %로써(HF36) 실험값에 비교적 일치함을 보였다.
HF28, HF30 및 HF32는 7.9382, 7.5347 및 7.7085 ohm·cm로 거의 유사한 값을 나타내었고, HF34와 HF36의 비저항은 10.1371과 13.76310 ohm·cm로 증가하였다.
¹⁶⁾ 이는 일반적으로 식각된 웨이퍼의 표면을 탐침법으로 측정한 비저항 값과 주사전자현미경(약 수백 배)으로 관찰한 웨이브의 크기는 비례한다고 알려져 있는 것과 다른 양상이다. 본 연구에서 HF30과 HF32의 표면거칠기는 모든 측정조건에서 HF34와 HF36보다 작은 값이 얻어졌고, HF30과 HF32의 비저항 값도 더 작았다. 따라서 식각 웨이퍼 표면의 비저항과 관련된 웨이펴의 표면특성은 일반적으로 이용되는 주사전자현미경으로 얻어진 웨이브의 크기를 이용한 방법보다, 미소영역에서 측정된 표면거칠기와의 연관성을 찾는 것이 더 좋은 방법이라고 할 수 있다.
측정 범위가 넓을수록 Ra도 높게 측정되었고(1000 µm), 불산 농도가 증가할수록 좁은 영역과 넓은 영역에서 측정한 Ra 차이는 크게 나타났다.

후속연구

Wen 등이 이용한 표면거칠기와 열방사율 관계를 해석한 식으로부터, 표면거칠기와 표면저항으로부터 얻은 비저항 값과 관계를 해석한 결과는 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다. 이는 열방사율과 표면거칠기가 시편의 표면 특성과 관련된 것이므로, 앞으로 다른 표면특성 해석에 도움이 될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	슬림화 식각 기술의 목적은?	슬림화 식각 기술은 웨이퍼의 두께 감소 및 표면거칠기의 향상을 목적으로 한다. 실리콘 웨이퍼는 식각용액에 따라서 표면형상과 표면거칠기가 다르게 나타난다.
	반도체용 웨이퍼의 전기적 특성검사는 무슨 방법을 이용하는가?	한편 반도체용 웨이퍼의 중요 특성은 전기적 특성이다. 웨이퍼는 얇고 비파괴 방법으로 검사해야 하기 때문에 전기적 특성검사는 4개의 프로브가 일정한 간격으로 일렬 배열된 표면저항 측정법을 이용한다. 프로브를 실리콘 웨이퍼의 표면에 접촉시켜 비저항을 측정하며, 프로브 배열방법에 따라 단일 배열8-12)과 이중배열 측정기술이 이용되고 있다.
	실리콘 웨이퍼의 식각용액이 달라지면 어떻게 되는가?	슬림화 식각 기술은 웨이퍼의 두께 감소 및 표면거칠기의 향상을 목적으로 한다. 실리콘 웨이퍼는 식각용액에 따라서 표면형상과 표면거칠기가 다르게 나타난다.1) 표면거칠기는 내마모성, 마찰계수, 접촉저항에 영향을 미치며 각 특성들을 이용하여 gear, shaft, CAM, clutch, switching 그리고 connector 등에 사용되게 된다.

참고문헌 (16)

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