KR100324134B1 - Joining SOW Eye Wafer Manufacturing Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 접합 SOI 웨이퍼 제조방법에 관한 것으로, 접합 SOI 웨이퍼의 평탄도 및 두께 편차를 줄이고 접합된 단결정 실리콘(10,20) 사이의 결함발생을 방지하기 위한 것이다. 이와 같은 본 고안은 완성시의 크기보다 큰 원판상의 단결정 실리콘(10,20)에 각각 산화막(11,21)을 형성하고, 상기 산화막(11,21)을 서로 접합하여 단결정 실리콘(10,20)을 접합하는 것이다. 그리고, 접합된 단결정 실리콘(10,20)의 상면을 연삭함에 있어서 먼저, 그 가장자리를 단일의 곡면으로 연삭처리하면서 완성시의 직경이 되도록 하여 접합 SOI 웨이퍼를 제조하는 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a bonded SOI wafer, to reduce the flatness and thickness variation of the bonded SOI wafer and to prevent the occurrence of defects between the bonded single crystal silicon (10, 20). In the present invention, the oxide films 11 and 21 are formed on the disc-shaped single crystal silicon 10 and 20 larger than the size at the completion, and the oxide films 11 and 21 are joined to each other to form the single crystal silicon 10 and 20. To join. Then, in grinding the upper surfaces of the bonded single crystal silicon 10, 20, the bonded SOI wafer is manufactured so as to have a diameter at completion while grinding the edges into a single curved surface.
Description
본 발명은 접합 에스오우아이 웨이퍼 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단결정 실리콘 원판을 접합하여 하나의 웨이퍼를 제조하는 접합 에스오우아이 웨이퍼 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of bonded S. oi wafers, and more particularly, to a method of manufacturing a bonded S. oi wafer to bond a single crystal silicon disc to produce a single wafer.
일반적으로 에스오우아이(Silicon on Insulator) 웨이퍼(이하 'SOI 웨이퍼'라고 칭한다.)는 단결정 실리콘 사이에 산화막(SiO2층)을 개재시킨 3층의 구조로 된 것으로, 최하층의 단결정 실리콘은 단순한 기계적 지지역할을 하고, 단결정 실리콘 사이의 산화막은 전기적 절연작용을 한다. 그리고, 최상부의 단결정 실리콘에는 전기전자 집적회로가 위치 된다.Generally, a silicon on insulator wafer (hereinafter referred to as a 'SOI wafer') has a three-layer structure in which an oxide film (SiO 2 layer) is interposed between single crystal silicon, and the lowest single crystal silicon has a simple mechanical structure. The oxide film between the single crystal silicon is electrically insulated. In the uppermost single crystal silicon, an electrical and electronic integrated circuit is located.
이와 같은 SOI 웨이퍼를 제조하는 방법에는 여러 가지가 있으나 상부 단결정실리콘과 절연막인 열화막의 두께조절이 용이하고, 결정품위(Crystalline Quality)가 우수한 접합방식을 일반적으로 사용한다.Although there are various methods of manufacturing such an SOI wafer, a bonding method in which the thickness of the upper single crystal silicon and the deterioration film, which is an insulating film, is easily controlled and excellent in crystalline quality is generally used.
먼저, 도 1을 참고하여 접합방식의 종래 기술을 사용하여 SOI 웨이퍼를 제조하는 것을 알아본다.First, referring to FIG. 1, a method of manufacturing an SOI wafer using the conventional art of the bonding method will be described.
먼저, 도 1a와 같은 상태의, 원판상의 단결정 실리콘(1)과 일측 표면에 약 100 ∼ 5000Å 두께의 산화막(SiO2)(2')을 형성한 단결정 실리콘(2)을 준비하고, 이들을 세정하여 건조시킨다. 이때, 단결정 실리콘(1,2)의 접합을 위한 세정은 열처리에 따른 버블의 발생원인이 정확하게 밝혀져 있지 않아 기본적인 공정이 확립되어 있지 않은 상태이고, 최근에는 접합시 발생하는 버블이 탄화수소계열 물질의 오염에 의해 발생한다고 추정하여 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소수(H2O2)를 베이스로 하여 세정을 진행하게 된다.First, a disc-shaped single crystal silicon 1 in a state as shown in FIG. 1A and a single crystal silicon 2 having an oxide film (SiO 2 ) 2 'having a thickness of about 100 to 5000 Pa on one side thereof are prepared and washed. To dry. At this time, the cleaning process for the bonding of single crystal silicon (1,2) is a state that the origin of the bubble due to the heat treatment is not accurately known, the basic process is not established, and recently, the bubbles generated during the bonding is contaminated with hydrocarbon-based materials It is assumed that this is caused by the washing process based on ammonium hydroxide (NH 4 OH) and hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 ).
그리고, 상기 산화막(2')을 중간에 개재시킨 상태로 단결정 실리콘(1,2)을 상온에서 접합시켜 도 1b의 상태로 만든다. 이와 같이 접합된 상태에서 열처리공정을 수행하게 된다. 이와 같은 열처리 공정은 대략 600 ∼ 1100℃의 온도범위에서 이루어지는데, 대체로 저온에서 열처리를 하게 되면 공정의 단순화를 이룰 수 있어 유리하다.Then, the single crystal silicon 1, 2 is bonded at room temperature with the oxide film 2 'interposed therebetween, thereby bringing it into the state of FIG. 1B. The heat treatment process is performed in the bonded state as described above. Such a heat treatment process is carried out in a temperature range of approximately 600 ~ 1100 ℃, generally heat treatment at low temperature is advantageous because it can simplify the process.
상기와 같은 열처리 공정을 마친 후에는 상기 상부의 단결정 실리콘(2)의 표면을 연삭하는 연삭공정을 실시한다. 즉 도 1c에 도시된 바와 같이, 상부 단결정 실리콘(2)을 3 ∼100 μm의 두께(t1)이 되게 남겨 두고 연삭을 통해 제거하게 된다.After finishing the above heat treatment step, a grinding step of grinding the surface of the upper single crystal silicon 2 is performed. That is, as shown in Figure 1c, the upper single crystal silicon (2) is removed by grinding leaving a thickness (t1) of 3 to 100 μm.
그리고, 마지막으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상부 단결정 실리콘(2)을 약 3 ∼ 100μm의 두께(t2)만큼만 남겨 두고 화학기계적 연마장치를 사용하여 연마하여 웨이퍼를 완성한다.And finally, as shown in FIG. 1D, the upper single crystal silicon 2 is polished using a chemical mechanical polishing apparatus, leaving only the thickness t2 of about 3 to 100 µm to complete the wafer.
그러나, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 종래 기술에 의해 SOI 웨이퍼 제조방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.However, according to the prior art having the above-described configuration, the SOI wafer manufacturing method has the following problems.
먼저, 위에서 설명한 바와 같은 접합에 의해 SOI 웨이퍼를 제조하게 되는 경우에는 접합되어질 단결정 실리콘(1) 표면의 상태가 접합의 상태를 결정하게 된다. 따라서 접합의 결합력이 소정값이상으로 유지되고 결함이 없도록 하기 위해서는 접합전의 세정 및 건조가 잘 이루어져야 하나 종래의 기술로는 어려운 문제점이 있다.First, when the SOI wafer is manufactured by the bonding as described above, the state of the surface of the single crystal silicon 1 to be bonded determines the state of the bonding. Therefore, in order to maintain the bonding strength of the bonding to a predetermined value or more and to avoid defects, washing and drying before joining should be well done, but there are problems in the related art.
그리고, 종래의 방법에서는 열처리시에 상기 상,하부 결정실리콘(2,1)의 접합계면에서 버블(bubble)이 많이 발생하게 된다. 이와 같은 접합계면에서의 버블과 같은 결함을 검출하는 것은 적외선을 조사하여 투과된 상의 적외선 토포그래피를 통해 알 수 있다. 그러나, 상온접합시에 깨끗한 접합계면이라도 열처리시에 200 ∼ 800℃의 온도범위에서 버블이 많이 발생된다. 이와 같은 버블은 단결정 실리콘(1) 표면의 불충분한 건조에 의한 물분자에 의해 발생하거나, 탄화수소계열 물질의 오염에 의해 발생한다고 추정된다.In the conventional method, a lot of bubbles are generated at the interface between the upper and lower crystal silicon 2 and 1 during heat treatment. Detecting defects such as bubbles in the bonding interface can be seen through infrared topography of the transmitted phase by irradiating infrared rays. However, even when the bonding interface is clean at room temperature bonding, a lot of bubbles are generated in the temperature range of 200 to 800 ° C. at the time of heat treatment. Such bubbles are estimated to be caused by water molecules due to insufficient drying of the surface of the single crystal silicon 1 or by contamination of hydrocarbon-based materials.
이와 같은 버블을 없애기 위해서는 열처리공정의 온도를 1000℃ 이상으로 하여야 하나 이와 같이 고온 열처리를 하게 되면, 저온 열처리에 비해 공정의 단순화에 불리하고 열처리중의 반응의 진행을 예측할 수 없는 문제점이 있다.In order to eliminate such bubbles, the temperature of the heat treatment process should be 1000 ° C. or higher. However, the high temperature heat treatment is disadvantageous compared to the low temperature heat treatment.
그리고, 상부 단결정 실리콘(2)의 표면을 연삭하는 공정에서 도 2b,c에 도시된 바와 같은 치핑(chipping)현상이 발생한다. 여기서 치핑현상이란 상부 단결정 실리콘(2)의 외주부가 도 2b,c에 도시된 바와 같이 불규칙하게 탈락되는 현상을 말한다. 이와 같이 치핑현상이 발생하는 것은 다음과 같은 이유 때문이다.In the process of grinding the surface of the upper single crystal silicon 2, a chipping phenomenon as shown in FIGS. 2B and 2C occurs. Here, the chipping phenomenon refers to a phenomenon in which the outer peripheral portion of the upper single crystal silicon 2 is irregularly dropped as shown in FIGS. 2B and 2C. This chipping phenomenon occurs for the following reasons.
즉, 상기 각각의 단결정 실리콘(1,2)의 접합되기 전의 상태에서 외부의 힘에 의한 파손을 방지하기 위해 각각 그 외주부 가장자리가 라운드지게 형성되어 있다. 그리고, 이와 같은 상태에서 접합이 이루어지면 도 2a의 상태와 같이 상,하부 단결정 실리콘(2,1)이 각각 별개로 라운드지게 된다. 따라서, 접합 후에 상기 상부 단결정 실리콘(2)의 표면을 연삭하는 과정에서 상기 상부 단결정 실리콘(2)의 가장자리의 하면은 하부 단결정 실리콘(1)에 의해 지지되지 않아 연삭공구의 연삭력을 견디지 못하고 떨어져 나가게 되는 것이다.That is, in order to prevent damage by external force in the state before each said single crystal silicon (1,2) is joined, the outer peripheral part edge is formed round each, respectively. When the bonding is performed in this state, the upper and lower single crystal silicon 2 and 1 are rounded separately as shown in FIG. 2A. Therefore, in the process of grinding the surface of the upper single crystal silicon 2 after bonding, the lower surface of the edge of the upper single crystal silicon 2 is not supported by the lower single crystal silicon 1, and thus does not endure the grinding force of the grinding tool. I will go out.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, SOI 웨이퍼를 제조함에 있어 단결정 실리콘 사이의 접합이 보다 완벽하게 이루어지도록 하는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the conventional problems as described above, to make the bonding between the single crystal silicon in the manufacture of the SOI wafer more complete.
본 발명의 다른 목적은 SOI 웨이퍼를 제조함에 있어서 연삭과정중에 단결정 실리콘의 외주 가장자리가 불규칙하게 탈락되는 것을 방지하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent the outer peripheral edges of single crystal silicon from falling off during the grinding process in the production of SOI wafers.
본 발명의 또 다른 목적은 단결정 실리콘의 표면을 연삭함에 있어서 단결정실리콘과 연삭숫돌이 동일방향으로 회전되도록 하여 소정의 두께를 균일하게 연삭하도록 하는 것이다.Still another object of the present invention is to grind a predetermined thickness uniformly by allowing the single crystal silicon and the grinding wheel to rotate in the same direction when grinding the surface of the single crystal silicon.
도 1a,b,c,d는 종래 기술에 의한 접합 SOI 웨이퍼 제조방법을 순차적으로 설명하는 공정순서도.1A, B, C, and D are process flowcharts sequentially illustrating a method for manufacturing a bonded SOI wafer according to the prior art.
도 2a는 종래 기술에 의한 접합 SOI 웨이퍼 제조과정에서 단결정 실리콘이 접착되어 있는 외주부 형상을 보인 측면도.Figure 2a is a side view showing the shape of the outer peripheral portion to which single crystal silicon is bonded in the prior art bonded SOI wafer manufacturing process.
도 2b는 종래 기술에 의한 접합 SOI 웨이퍼 제조과정에서 치핑현상이 발생된 것을 보인 측면도.Figure 2b is a side view showing that the chipping phenomenon occurs in the prior art bonded SOI wafer manufacturing process.
도 2c는 종래 기술에 의한 접합 SOI 웨이퍼 제조과정에서 치핑현상이 발생된 것을 보인 평면도.Figure 2c is a plan view showing that the chipping phenomenon occurs in the prior art bonded SOI wafer manufacturing process.
도 3a,b,c,d,e는 본 발명에 의한 접합 SOI 웨이퍼 제조과정을 순차적으로 보인 공정도.Figure 3a, b, c, d, e is a process diagram showing a sequential SOI wafer manufacturing process according to the present invention sequentially.
도 4a는 본 발명에 의한 접합 SOI 웨이퍼 제조공정에서 세정된 단결정 실리콘을 건조하는 것을 보인 작업상태도.Figure 4a is a working state showing the drying of the cleaned single crystal silicon in the bonded SOI wafer manufacturing process according to the present invention.
도 4b는 도 4a의 상태를 평면에서 보인 작업상태도.4B is a working state view showing the state of FIG. 4A in a plan view;
도 4c는 본 발명에 의한 접합 SOI 웨이퍼 제조공정에서 단결정 실리콘을 접합하는 것을 보인 작업상태도.Figure 4c is a working state showing the bonding single crystal silicon in the bonded SOI wafer manufacturing process according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 접합 SOI 웨이퍼 제조공정에서 연삭작업을 수행하는것을 보인 작업상태도.5 is a working state showing the grinding operation in the bonded SOI wafer manufacturing process according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10,20: 단결정 실리콘 11,21: 산화막10,20: single crystal silicon 11,21: oxide film
30: 스핀드라이어 31: 회전테이블30: spin dryer 31: rotary table
32: 진공원드 35: 가스분사노즐32: vacuum Wonder 35: gas injection nozzle
40: 연삭기 41: 회전테이블40: grinding machine 41: rotary table
42: 연삭휠 43: 연삭숫돌42: grinding wheel 43: grinding wheel
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 각각 산화막이 형성된 원판상의 단결정 실리콘을 완성시의 직경보다 큰 직경을 가지도록 제조하는 단결정실리콘제조단계와, 상기 단결정 실리콘을 세정하여 건조하는 세정단계와, 상기 단계에서 제조된 단결정 실리콘의 상기 산화막을 서로 맞대어 접합하는 접합단계와, 상기 접합된 상태의 단결정실리콘을 접합계면에서 발생하는 버블(bubble)의 성장압력보다 큰 압력으로 단결정 실리콘을 가압하여 열처리를 하는 열처리단계와, 상기 접합되어 열처리된 단결정실리콘의 중심에 연삭숫돌의 실제가공면의 중심이 오도록 하여 단결정 실리콘과 연삭숫돌이 동일방향으로 회전하도록 하면서 단결정 실리콘을 연삭하고 연마하는 가공단계를 포함하여 구성된다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a single crystal silicon manufacturing step of manufacturing each of the single crystal silicon of the disc on which the oxide film is formed to have a diameter larger than the diameter at completion, and the single crystal silicon A washing step of washing and drying, a bonding step of bonding the oxide films of the single crystal silicon manufactured in the step to each other, and a pressure greater than a growth pressure of a bubble generated at the bonding interface of the bonded single crystal silicon; A heat treatment step of pressurizing single crystal silicon to heat treatment, and grinding the single crystal silicon while the single crystal silicon and the grinding wheel are rotated in the same direction by centering the actual machining surface of the grinding wheel on the center of the bonded and heat treated single crystal silicon. And a machining step of polishing.
상기 세정단계는 황산(H2SO4)과 과산화수소수(H2O2)의 부피비가 2 ~ 4 : 1의 비율인 용액에 단결정 실리콘을 침지하는 단계와, 상기 단결정 실리콘을 초순수(Deionized Water)를 사용하여 헹구는 단계와, 상기 단결정 실리콘 상의 산화막의 일부를 불산(HF)과 초순수의 부피비가 1 : 50 ~ 100의 비율인 용액에 침지시켜 식각하는 단계와, 상기 식각된 산화막 상의 불순물을 초순수를 사용하여 헹구는 단계와, 상기 헹구어진 단결정 실리콘을 건조시키는 단계를 포함하여 구성된다.The washing step includes immersing single crystal silicon in a solution having a volume ratio of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in a ratio of 2 to 4: 1, and ultrapure water (Deionized Water) Rinsing, immersing a portion of the oxide film on the single crystalline silicon in a solution having a volume ratio of hydrofluoric acid (HF) and ultrapure water in a ratio of 1:50 to 100, and etching the impurity on the etched oxide film. And rinsing, and drying the rinsed single crystal silicon.
상기 단결정 실리콘의 황산과 과산화수소수의 혼합용액에서 100℃ 이상의 온도에 10~15분 동안 침지시킨다.In a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution of the single crystal silicon, it is immersed at a temperature of 100 ℃ or more for 10-15 minutes.
헹구어진 단결정 실리콘을 건조하는 것은 상기 단결정 실리콘의 산화막을 서로 마주보게 인접시킨 상태에서 서로 반대방향으로 회전시키면서 상기 단결정 실리콘 사이의 산화막에 고온의 질소가스를 간헐적으로 분사하여 이루어짐을 특징으로 한다.Drying the rinsed single crystal silicon is characterized by intermittently injecting hot nitrogen gas into the oxide films between the single crystal silicon while rotating in opposite directions with the oxide films of the single crystal silicon facing each other.
상기 열처리단계는 온도가 600℃에서 900℃에서 진행되는 것이 바람직하다.The heat treatment step is preferably carried out at 600 ℃ to 900 ℃ temperature.
상기 가공단계에서는 상기 접합된 단결정 실리콘의 직경을 완성시의 직경으로 연삭하여 내면서 그 외주 측면을 단일의 곡면으로 형성한다.In the processing step, the outer circumferential side is formed into a single curved surface while grinding out the diameter of the bonded single crystal silicon to the diameter upon completion.
상기 가공단계에서는 상기 접합된 단결정 실리콘의 상면을 소정의 두께가 되도록 연삭함에 있어서, 연삭숫돌과 연삭면의 접촉길이가 항상 일정하게 유지되도록 한다.In the processing step, in grinding the upper surface of the bonded single crystal silicon to a predetermined thickness, the contact length of the grinding wheel and the grinding surface is always kept constant.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 접합 SOI 웨이퍼의 제조방법에 따르면, 보다 품질균일도가 높아지고 제조수율이 좋아지는 이점이 있다.According to the manufacturing method of the bonded SOI wafer which concerns on this invention which has such a structure, there exists an advantage that a quality uniformity becomes high and a manufacturing yield improves.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 완성시의 직경(D)보다 조금 더 큰 직경(D+d)을 가지는 원판상의 단결정 실리콘(10,20)을 각각 제조한다. 이때, 상기 단결정 실리콘(10,20)의 일면에는 산화막(SiO2)(11,21)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, disc-shaped single crystal silicon 10, 20 having a diameter D + d slightly larger than the diameter D at completion is produced, respectively. At this time, oxide films (SiO 2 ) 11 and 21 are formed on one surface of the single crystal silicon 10 and 20.
이와 같이 제조된 단결정 실리콘(10,20)은 접합을 하기 전에 먼저 세정과정을 거치게 된다. 이와 같은 세정과정은 상기 단결정 실리콘(10,20)의 표면에 있는이물질을 제거하는 것으로, 특히 상기 산화막(11,21)에 있는 파티클(particle) 및 유기, 무기오염물질을 제거하는 것이다.The single crystal silicon 10 and 20 thus manufactured are first cleaned before bonding. This cleaning process is to remove foreign substances on the surface of the single crystal silicon (10, 20), in particular to remove particles (particles) and organic, inorganic contaminants in the oxide film (11, 21).
이와 같은 세정단계를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 황산(H2SO4)과 과산화수소수(H2O2)의 부피비가 2 ~ 4 : 1의 비율인 용액에 상기 단결정 실리콘(10,20)을 침지한다. 이때, 상기 단결정 실리콘의 황산과 과산화수소수의 혼합용액의 온도를 100℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 침지시간은 10~15분 정도가 바람직하다.The washing step is described in more detail as follows. First, the single crystal silicon (10, 20) is immersed in a solution having a volume ratio of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) of 2 to 4: 1 ratio. At this time, the temperature of the mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution of the single crystal silicon is preferably 100 ° C. or higher, and the immersion time is preferably about 10 to 15 minutes.
그리고 나서, 상기 단결정 실리콘(10,20)을 초순수(Deionized Water)를 사용하여 헹군다. 이때, 이물질과 상기 황산과 과산화수소수의 혼합용액이 완전히 없어질 정돌 충분히 헹궈주어야 한다.Then, the single crystal silicon (10, 20) is rinsed using ultra pure water (Deionized Water). At this time, the foreign matter and the mixed solution of the sulfuric acid and hydrogen peroxide solution should be thoroughly rinsed.
다음으로는 상기 산화막(11,21)의 일부를 식각하고 그 위의 오염물을 제거하는 공정을 수행하게 된다. 이를 위해 불산(HF)과 초순수의 부피비가 1 : 50 ~ 100의 비율인 용액을 사용한다. 즉, 상기와 같은 비율을 가지는 불산용액에 상기 단결정 실리콘(10,20)을 침지시켜 산화막(11,21)의 일부를 식각하게 된다. 이와 같이 하게 되면, 상기 산화막(11,21)의 표면은 소정 두께 식각되어 불순물이 없는 새로운 면으로 된다.Next, a part of the oxide layers 11 and 21 is etched and a contaminant thereon is removed. For this purpose, a solution having a volume ratio of hydrofluoric acid (HF) and ultrapure water of 1:50 to 100 is used. That is, part of the oxide films 11 and 21 are etched by immersing the single crystal silicon 10 and 20 in a hydrofluoric acid solution having the above ratio. In this manner, the surfaces of the oxide films 11 and 21 are etched to a predetermined thickness to form new surfaces free of impurities.
이와 같이 식각을 수행한 후에는 다시 단결정 실리콘(10,20)을 초순수를 사용하여 헹궈준다. 이때에도 역시 식각된 불순물과 불산용액이 완전히 없어지도록 충분히 헹궈주는 것이 바람직하다.After etching as described above, single crystal silicon (10, 20) is rinsed again using ultrapure water. In this case, it is also preferable to rinse enough to completely eliminate the etched impurities and hydrofluoric acid solution.
그리고는 상기 단결정 실리콘(10,20)을 스핀드라이어(30)를 사용하여 건조시키게 된다. 건조과정은 도 4a,b에 잘 도시되어 있다. 이에 따르면, 단결정 실리콘(20)을 회전테이블(31)에 장착하고, 단결정 실리콘(10)을 진공원드(32)에 진공력을 이용하여 장착한다. 이때, 상기 단결정 실리콘(10,20)의 산화막(11,21)이 서로 마주 볼 수 있도록 한다.Then, the single crystal silicon (10, 20) is dried using a spin dryer (30). The drying process is well illustrated in Figures 4a and b. According to this, the single crystal silicon 20 is mounted on the rotary table 31, and the single crystal silicon 10 is mounted on the vacuum wand 32 using a vacuum force. In this case, the oxide films 11 and 21 of the single crystal silicon 10 and 20 may face each other.
이와 같은 상태에서 상기 단결정 실리콘(10,20) 사이를 소정 거리 간격을 두어 위치시켜 회전시키면서, 상기 단결정 실리콘(10,20)의 가장자리 측에 구비되어 있는 가스분사노즐(35)을 통해 상기 단결정 실리콘(10,20) 사이로 질소(N2)가스를 간헐적으로 분사시켜 준다. 이때, 상기 회전테이블(31)과 진공원드(32)는, 예를 들면 도 4a,b에 화살표로 도시된 바와 같이, 서로 반대방향으로 회전시켜 주게 된다. 이와 같은 과정을 통해 상기 단결정 실리콘(10,20)을 건조시키고 상기 산화막(11,21) 상에 있는 이물질 등의 입자를 제거한다.In such a state, the single crystal silicon 10 and 20 are rotated by being positioned at a predetermined distance, and the single crystal silicon is provided through the gas injection nozzle 35 provided at the edge side of the single crystal silicon 10 and 20. Nitrogen (N 2 ) gas is intermittently injected between (10, 20). At this time, the rotary table 31 and the vacuum wand 32 are rotated in opposite directions, for example, as shown by arrows in FIGS. 4A and 4B. Through this process, the single crystal silicon (10, 20) is dried and particles such as foreign matter on the oxide film (11, 21) are removed.
한편, 상기와 같이 스핀드라이어(30)에서 건조가 끝나면, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 스핀드라이어(30) 상에서 상기 단결정 실리콘(10,20)의 위치를 조절하여 접합하게 된다. 이때, 접합은 1×10-3torr 이하의 진공상태에서 이루어지고, 상기 단결정 실리콘(10,20)의 표면에 있는 산화막(11,21)이 서로 접합하게 된다.On the other hand, when the drying is finished in the spin dryer 30 as described above, as shown in Figure 4c, by controlling the position of the single crystal silicon (10, 20) on the spin dryer 30 is bonded. At this time, the bonding is performed in a vacuum state of 1 × 10 −3 torr or less, and the oxide films 11 and 21 on the surfaces of the single crystal silicon 10 and 20 are bonded to each other.
이와 같이 하여 접합이 된 단결정 실리콘(10,20)은 열처리공정을 거치게 된다. 즉, 도 3b에 도시된 바와 같이, 접합된 단결정 실리콘(10,20)을 실리콘기판(Si Substrate)(S) 혹은 석영기판 사이에 놓고 압력을 가하면서 열처리를 진행하게 된다.In this way, the bonded single crystal silicon (10, 20) is subjected to a heat treatment process. That is, as shown in Figure 3b, the bonded single crystal silicon (10, 20) is placed between a silicon substrate (Si Substrate) (S) or a quartz substrate is subjected to a heat treatment while applying a pressure.
이때, 열처리시의 온도는 600℃에서 900℃ 사이에서 진행된다. 그리고, 열처리공정에서의 압력은 다음과 같이 결정된다. 즉, 상기 산화막(11,21)이 서로 접합되는 접합계면에서 발생하는 버블은 열처리과정중에 탈착된 기체분자들이 모여 단결정 실리콘(10,20) 사이의 접합력 이상의 압력에 도달했을 때 발생하여 성장하게 된다. 따라서, 상기 버블이 발생하여 성장하는 것을 막을 수 있는 압력으로 상기 단결정 실리콘(10,20)을 가압하면서 열처리를 하게 된다. 이와 같은 압력은 작업의 조건에 따라 상기 버블의 발생,성장 압력이 달라지므로 상기와 같은 방식으로 결정하여 적용하면된다.At this time, the temperature during the heat treatment proceeds between 600 ° C and 900 ° C. The pressure in the heat treatment step is determined as follows. That is, bubbles generated at the bonding interface where the oxide films 11 and 21 are bonded to each other are generated when the gas molecules desorbed during the heat treatment process gather and reach a pressure greater than the bonding force between the single crystal silicon 10 and 20 to grow. . Therefore, heat treatment is performed while pressing the single crystal silicon (10,20) at a pressure that can prevent the bubble from growing. Such pressure may be determined and applied in the same manner as the bubble generation and growth pressures vary depending on the working conditions.
이와 같이 열처리 공정을 마친 접합된 단결정 실리콘(10,20)의 외주부는, 도 3c와 같은 상태이다. 즉, 단결정 실리콘(10,20)을 각각 제조하여 상기의 과정을 거치는 동안에 외력에 의해 손상되는 방지하기 위해 각각 가장자리가 곡면으로 형성되어 있다. 따라서, 접합된 상태에서는 각각의 단결정 실리콘(10,20)의 곡면이 서로 나란하게 된다. 한편, 이때, 상기 접합된 단결정 실리콘(10,20)의 직경(D+d)은 실제로 완성될 접합 SOI 웨이퍼의 직경(D)보다 d만큼 크게 만들어져 있다.Thus, the outer peripheral part of the bonded single crystal silicon 10 and 20 which completed the heat processing process is a state like FIG. 3C. That is, the edges of the single crystal silicon 10 and 20 are respectively curved to prevent damage by external force during the above process. Therefore, in the bonded state, the curved surfaces of the single crystal silicon 10, 20 are parallel to each other. On the other hand, at this time, the diameter (D + d) of the bonded single crystal silicon (10, 20) is actually made by d larger than the diameter (D) of the bonded SOI wafer to be completed.
따라서, 연삭공구를 사용하여 상기 접합된 단결정 실리콘(10,20)의 가장자리를 연삭하여 도 3d의 상태로 만들어 준다. 즉, 상기 접합된 상태의 단결정 실리콘(10,20)의 가장자리가 단일의 곡면을 이루도록 하는 것이다. 이때, 상기 가장자리의 연삭을 수행하면서 상기 단결정 실리콘(10,20)은 그 직경이 D로 된다.Thus, the grinding tool is used to grind the edges of the bonded single crystal silicon 10 and 20 to the state of FIG. 3D. That is, the edges of the single crystal silicon 10 and 20 in the bonded state form a single curved surface. At this time, the diameter of the single crystal silicon (10, 20) is D while performing the grinding of the edge.
이와 같이 연삭이 완성되고 나면 상기 접합되어 열처리된 단결정실리콘을 연삭하고 연마하는 가공단계를 수행한다. 도 3e에는 연삭기(40)에서 연삭을 수행하는 것이 도시되어 있다.After the grinding is completed as described above, the processing step of grinding and polishing the bonded and heat treated single crystal silicon is performed. In FIG. 3E, the grinding is performed in the grinding machine 40.
즉, 상기 접합된 단결정 실리콘(10,20)의 중심이 회전테이블(41)의 중심에 위치되도록 하고, 상기 단결정 실리콘(10,20)의 중심에, 도 5에 도시된 바와 같이, 연삭숫돌(43)의 실제 연삭면의 중심이 오도록 하고, 상기 회전테이블(41)과 연삭숫돌(43)이 도 5에 화살표로 표시한 바와 같은 방향으로 회전되도록 하여 상기 단결정 실리콘(10)을 소정 두께 연삭하여 낸다. 여기서 상기 단결정 실리콘(10)은 약 3 ∼ 100μm 정도만 남겨 두고 연삭으로 제거하게 된다. 이때, 연삭휠(42)에 장착된 상기 연삭숫돌(43)과 연삭되는 단결정 실리콘(10)의 연삭면의 접촉길이가 항상 일정하게 유지되도록 한다.That is, the center of the bonded single crystal silicon (10, 20) is located in the center of the rotary table 41, and in the center of the single crystal silicon (10, 20), as shown in Figure 5, the grinding wheel ( The center of the actual grinding surface 43, and the rotary table 41 and the grinding wheel 43 are rotated in the directions as indicated by the arrows in Fig. 5 to grind the single crystal silicon 10 to a predetermined thickness. Serve Here, the single crystal silicon 10 is removed by grinding leaving only about 3 to 100 μm. At this time, the contact length between the grinding wheel 43 mounted on the grinding wheel 42 and the grinding surface of the single crystal silicon 10 to be ground is always kept constant.
이와 같이 연삭된 단결정 실리콘(10)을 다시 연마하여 원하는 SOI 웨이퍼를 완성하게 된다. 이때, 상기 단결정 실리콘(10)의 연마하는 방법으로는 선택적 식각방법, 화학기계적 연마, 플라즈마를 이용한 건식식각 등이 있다.The single crystal silicon 10 ground as described above is polished again to complete a desired SOI wafer. In this case, the single crystalline silicon 10 may be polished by selective etching, chemical mechanical polishing, or dry etching using plasma.
이와 같이 접합 SOI 웨이퍼를 제조하는 본 발명에 의한 제조방법의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.Thus, the operation of the manufacturing method according to the present invention for manufacturing a bonded SOI wafer will be described in detail.
먼저, 본 발명에서는 상기 단결정 실리콘(10,20)의 표면에 각각 산화막(11,21)을 형성하는데, 이와 같이 함에 의해 접합시에 상기 산화막(11,21) 끼리 접합하도록 한다. 이와 같이 하게 되면, 상기 양측의 산화막(11,21)이 열처리작업시에 발생하는 버블을 억제할 수 있는 완충재 역할을 하게 된다.First, in the present invention, the oxide films 11 and 21 are formed on the surfaces of the single crystal silicon 10 and 20, respectively. Thus, the oxide films 11 and 21 are bonded to each other at the time of bonding. In this manner, the oxide films 11 and 21 on both sides serve as a buffer material that can suppress bubbles generated during the heat treatment operation.
그리고, 본 발명에서는 상기 단결정 실리콘(10,20)의 접착시에 발생하는 결함을 줄이기 위해 다음과 같이 세정공정을 진행한다. 즉, 일단 서로 접합되는 단결정 실리콘(10,20)에 각각 산화막(11,21)을 형성하고, 상기 산화막(11,21)의 표면을 충분히 깨끗하게 만들어 준다. 이를 위해 수산화암모늄과 과산화수소수를 베이스로 하는 세정공정을 채택한다. 이는 일반적으로 단결정 실리콘의 접합시에 발생하는 버블이 탄화수소 계열 물질의 오염에 의해서 발생한다고 추정되기 때문이다.In the present invention, the cleaning process is performed as follows in order to reduce defects occurring during the adhesion of the single crystal silicon (10, 20). That is, the oxide films 11 and 21 are formed on the single crystal silicon 10 and 20 once bonded to each other, and the surfaces of the oxide films 11 and 21 are sufficiently clean. To this end, a cleaning process based on ammonium hydroxide and hydrogen peroxide water is adopted. This is because it is generally assumed that bubbles generated at the bonding of single crystal silicon are caused by contamination of hydrocarbon-based materials.
이와 같이 단결정 실리콘(10,20)의 이물질을 제거하고 난 후에는 상기 산화막(11,21)을 식각하여 깨끗하고 새로운 산화막(11,21)층을 형성하게 된다. 이와 같이 되면 서로 접합되는 단결정 실리콘(10,20)의 접합계면이 깨끗하게 된다.After the foreign material of the single crystal silicon 10 and 20 is removed as described above, the oxide layers 11 and 21 are etched to form a clean new oxide layer 11 and 21. In this way, the interface of the single crystal silicon 10 and 20 bonded to each other is clear.
한편, 상기와 같이 접합된 단결정 실리콘(10,20)은 열처리 공정을 거치는데, 본 발명의 열처리공정은 상대적으로 저온 열처리공정이다. 따라서 공정을 진행하기가 용이하고, 열처리 공정중에 일어 나는 반응이 예측가능하여 보다 SOI 웨이퍼의 제조가 쉬워지게 된다. 그리고, 열처리 공정에서는 상기 단결정 실리콘(10,20)을 가압하여 그 접합계면에서 버블이 발생하지 않도록 한다. 이때, 상기 단결정 실리콘(10,20)에 가하는 압력은 상기 버블이 발생하여 성장할 수 있는 압력보다 큰 값을 가지게 된다.On the other hand, the single crystal silicon (10, 20) bonded as described above undergoes a heat treatment process, the heat treatment process of the present invention is a relatively low temperature heat treatment process. Therefore, the process is easy to proceed, and the reaction occurring during the heat treatment process is predictable, which makes the manufacturing of the SOI wafer easier. In the heat treatment process, the single crystal silicon 10 and 20 are pressurized to prevent bubbles from generating at the bonding interface. At this time, the pressure applied to the single crystal silicon (10, 20) has a value greater than the pressure that the bubble can grow and grow.
또한, 본 발명에서는 최초에 단결정 실리콘(10,20)의 크기를 완성된 SOI 웨이퍼에 비해 약간 크게 만들었다. 이는 접합 후에 가장자리를 연삭하여 단일의 곡면을 이루도록 하기 위함이다. 이와 같이 함에 의해 상기 접합된 단결정 실리콘(10,20)의 상면을 연삭작업할 때 가장자리가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이는 도 3d에 잘 나타낸 바와 같이 상기 단결정 실리콘(10)의 가장자리 하면이 상기 단결정 실리콘(20)에 의해 지지되어 연삭시에 작용하는 연삭력에 견딜 수 있기 때문이다.In addition, the present invention initially made the size of single crystal silicon (10,20) slightly larger than the finished SOI wafer. This is to achieve a single curved surface by grinding the edge after joining. In this way, it is possible to prevent the edges from being damaged when grinding the upper surfaces of the bonded single crystal silicon (10, 20). This is because the edge lower surface of the single crystal silicon 10 is supported by the single crystal silicon 20 and can withstand the grinding force acting upon grinding, as shown in FIG. 3D.
마지막으로, 상기와 같이 접합된 단결정 실리콘(10,20)의 상면을 이루는 단결정 실리콘(10)을 소정 두께 연삭하여 냄에 있어서, 연삭력이 일정하게 작용하여 평탄도를 향상시키기 위해서 상기 연삭숫돌(43)과 공작물인 단결정 실리콘(10)의 접촉 길이를 항상 일정하게 유지한다. 이는 연삭작업에서의 연삭력은 피가공물과 연삭숫돌의 접촉길이(L)에 비례하기 때문이다. 일반적으로 접촉길이(L)가 변하면 연삭력이 변하게 되고, 결국 연삭력이 변하여 평탄도가 나빠지게 된다.Finally, in grinding a predetermined thickness of the single crystal silicon (10) forming the upper surface of the single crystal silicon (10,20) bonded as described above, the grinding force is constant to improve the flatness to the grinding wheel ( 43) and the contact length between the single crystal silicon 10 as the work piece is always kept constant. This is because the grinding force in the grinding operation is proportional to the contact length L of the workpiece and the grinding wheel. In general, when the contact length (L) is changed, the grinding force is changed, and eventually the grinding force is changed, resulting in poor flatness.
하지만 본 발명에서와 같이 회전테이블(41)의 중심에 공작물인 단결정 실리콘(10,20)의 중심을 맞추고, 상기 연삭숫돌(43)의 실제 연삭면이 역시 상기 단결정 실리콘(10,20)의 중심에 오도록, 도 5에 도시된 바와 같이, 하여 연삭작업을 진행시키면 평탄도 및 두께 편차를 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 구성에서는 접합된 단결정 실리콘(10,20)의 외주부와 연삭숫돌(43)의 면각(A)이 비교적 커지게 되어 연삭력에 의해 외주부가 불규칙하게 탈락되는 치핑현상을 방지할 수 있다.However, as in the present invention, the center of the single crystal silicon (10, 20) of the workpiece is centered on the center of the rotary table 41, and the actual grinding surface of the grinding wheel (43) is also the center of the single crystal silicon (10, 20). As shown in FIG. 5, as the grinding operation proceeds, flatness and thickness variation may be improved. In addition, in this configuration, the surface angles A of the outer circumferential portions of the bonded single crystal silicon 10 and 20 and the grinding wheel 43 become relatively large, thereby preventing a chipping phenomenon in which the outer circumferential portions are irregularly dropped by the grinding force.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 접합 SOI 웨이퍼의 제조방법에 따르면, 두 개의 단결정 실리콘을 접합하는 것과 접합된 단결정 실리콘을 가공하여 하나의 접합 SOI 웨이퍼를 만들기 위한 공정에서 결함이나 손상의 발생이 줄어들게 되어 SOI 웨이퍼를 제조하는 수율이 좋아지고 품질이 균일하게 되는 효과를 얻을 수 있다.According to the method of manufacturing a bonded SOI wafer according to the present invention as described in detail above, defects or damage are reduced in the process for bonding two single crystal silicon and processing the bonded single crystal silicon to make one bonded SOI wafer. As a result, the yield of manufacturing the SOI wafer is improved and the quality is uniform.
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