KR101034357B1 - Ｓｂｄ용 실리콘웨이퍼상의 금속층 형성방법 - Google Patents

Abstract

실리콘웨이퍼에 금속층을 형성(코팅)시키는 방법이 개시된다. 본 발명에 의하면 SBD용 실리콘 웨이퍼상의 금속층 형성방법으로서, n형 반도체에 배리어층으로 금속 Ti를 코팅한 다음 전극금속층으로 Al이 코팅 된 웨이퍼를 탈지 처리하는 단계(S1) ;

상기 탈지 처리 후 에칭하는 단계(S2) ;

상기 에칭처리 후 징케이트 처리하는 단계(S3) ; 그리고 상기 징케이트 처리 후 무전해 NiP 합금도금층을 형성하는 단계(S4)를 포함함을 특징으로 하는 금속층 형성방법을 제공함으로써 그 목적이 달성된다.

Description

ＳＢＤ용 실리콘웨이퍼상의 금속층 형성방법{A method of metal coating to silicon wafer for SBD}

본 발명은 실리콘웨이퍼에 금속층을 형성(코팅)시키는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 SBD(Schottky Barrier Diode)의 제조 공정중 표면금속층(Metal layer)형성방법에 관한 것이며, 종래의 건식표면처리 코팅공정의 일부공정을 습식표면처리 코팅공정으로 대체하여 원가절감, 생산성향상, 시설투자비감소 등의 효과를 창출할 수 있으며 제품특성에는 차이가 없는 SBD의 표면금속층 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 쇼트키배리어다이오드 (SBD: Schottky Barrier Diode)는 실리콘기판에서의 PN 접합을 이용하는 PN접합 다이오드와는 달리 실리콘기판과 금속층사이의 쇼트키접합을 이용하는 반도체소자로서, 다수 캐리어에 의한 동작 특성을 가지므로 빠른 스위칭 특성을 나타내고, 또한 실리콘 기판-금속층사이의 쇼트키접합을 이용한 터널링 방식으로 소자구동이 이루어지므로 PN접합 다이오드에 비해 상당히 낮은 온(On)상태의 전압강하특성을 나타낸다. 따라서 쇼트키배리어다이오심소자로 주로 이용되고 있으며, 현재는 시스템의 소형화, 저손실화 추세와 맞추어 순방 향 전압특성을 더욱더 낮추는 방향으로 개발되고 있는데, 이는 일반적인 PN접합다이오드와는 달리 금속과 반도체의 결합으로 이루어진 SBD가 저전압 특성을 갖고 있어서 특히 휴대기기시장의 확대 등으로 인해 그 수요가 증가하고 있기 때문이기도 하다

상기와 같은 SBD의 제조공정중 표면금속층을 형성하는 일반적인 공정을 살펴보면, N형 단결정 실리콘기판상에 산화막(SiO₂)을 형성하고 사진식각인 PEP(Photo Etching Process)공정을 통해 불필요한 산화막을 제거한다. 그다음 통상 금속층을 형성하게 되는데 1차로 배리어(barrier) 금속을 증착을 통해 코팅하고, 2차로 표면전극금속을 코팅하게 된다. 상기에서의 배리어 금속으로는 몰리브덴 (Mo),티탄(Ti)등이 통상적으로 사용되고, 표면전극금속으로는 알루미늄(Al)이 사용되며, 3차로 향후 조립공정에서의 솔더링을 위해 니켈(Ni)을 코팅하고, 마지막으로 조립공정중 솔더링 특성을 만족시키고 Ni층의 산화방지를 위해 금(Au)을 코팅하게 된다. 상기와 같은 금속층은 스퍼터(sputter)나 증착(Evaporation)과 같은 건식표면 처리방법을 이용하게 된다. 그러나 고가인 금(Au)등을 사용하므로 원가가 상승하는 등의 문제점을 갖고 있고, 또한 상기와 같이 금속층을 증착코팅하기 위해서는 고가의 진공장비가 사용되어야하고 따라서 비경제적일 뿐 아니라 처리시간이 길기 때문에 생산성에도 문제가 있게 된다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 즉 종래 방법에서의 문제점을 해결해 처리시간의 단축에 따른 생산성 향상과 고가의 진공장비를 투자하여야하는데 따른 경제적인 부분의 해소 그리고 금 코팅을 배제하여 생산원가를 절감시키면서도 전기적인 특성 및 물리적 특성에는 변화가 없는 SBD를 제공하기위해 실리콘 웨이퍼상에 금속층을 형성시키는 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은;

Mo또는 Ti와 같은 배리어 금속층과 Al전극층이 형성된 SBD용 웨이퍼를 탈지 (Degreasing)하는 단계(S1);

상기단계(S1)후 웨이퍼를 에칭(Etching)하는 단계(S2); 상기단계(S2)후 웨이퍼를 징케이트(Zincate)하는 단계(S3); 그리고 상기단계(S3)후 무전해 NiP합금도금(Electrdess)하는 단계(S4)를 포함하는, SBD용 실리콘 웨이퍼상에 금속층을 형성시키는 방법을 제공한다.

상기에서 단계(S1)에서의 탈지는 표면의 이물질을 제거하고 친수성을 부여하기위한 것으로 약 40~70℃에서 1~10분간 처리함이 바람직하고, 단계(S2)에서의 에칭은 전극층인 Al층 표면에 이후의 금속도금과의 밀착력을 향상시키기 위한 공정으로 20~30℃의 에칭액에서 10초~60초 행함이 바람직하다.

또한 단계(S3)에서의 징케이트는 이온화 경향에 따라 Al을 Zn으로 치환하기 위한공정으로 이는 이후의 NiP도금을 위한 것이며 징케이트용액을 20~30℃로 하여 약 10초~60초 정도 행함이 바람직하다.

마지막으로 단계(S4)에서의 무전해 NiP합금도금공정은 상기단계(S3)공정에서 Al층의 최상부가 Zn으로 치환된 상태에서 환원제에 의해 NiP무전해 환원도금이 이루어져 웨이퍼의 최상층을 NiP층으로 하기 위함인데, NiP도금액을 80~90℃로 유지하면서 약 5~15분에 0.5~1.5㎛정도로 도금하게 함이 바람직하다.

본 발명에 의하면 종래의 방법보다 공정을 단축시킴으로 인해 시간단축에 따른 생산성향상이 기대되고, 고가의 진공장비를 사용하지 않아도 되므로 투자비용을 감소시킬 수 있고 또한 고가의 금을 배제하여 생산원가의 절감 등의 효과를 기대할 수가 있으면서도 기기의 전기적 특성을 만족시킬 수 있어서 점점 더 커지는 휴대기기 등의 SBD의 시장수요에 경제적이면서도 빠른 시간에 적극적으로 대처할 수 있는 효과를 볼 수 있게 된다.

본 발명은 상기한바와 같이 SBD의 제조공정 중 웨이퍼상에 Mo, Ti등의 배리어 금속층과 2차로 전극금속층인 Al층을 코팅하고 3차로 Ni를 4차로 Au를 코팅시며 SBD를 완성하던 것을 공정을 단순화하여 3차 Ni층과 4차 Au 금속코팅공정을 NiP 합금도금으로 하여 코팅층을 완성시켜 SBD를 완성시키는 것이다.

본 발명에서의 NiP코팅층은 종래의 Ni층과는 달리 솔더링(Soldering)을 위한 리플로워(Reflower)공정에서 산화되지 않아 본딩접착력이 우수한 결과를 보여 재료비가 고가인 Au코팅공정을 생략해도 된다. 또한, 본 발명에서는 NiP 코팅층을 형성 하기위해서 종래의 스퍼터나 증착과 같은 건식 표면처리법이 아닌 습식표면처리법을 사용하므로 공정대비 원가절감과 생산성 향상에 효과적인 방법이 될 것이다.

이하에서는 일실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 기술한다. 본 발명의 일실시 예는 본 발명의 실시를 위한 하나의 예를 설명하는 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.

먼저, 본 발명의 방법을 실시하기위해 종래의 건식표면처리 방법을 이용해 n형 반도체에 Mo 또는 Ti등의 배리어 금속을 코팅한 후 전극 금속층 Al이 코팅된 것을 준비한다. 본 발명에서는 전극금속층으로 Al이 코팅된 것이 바람직한데 이는 Al을 Zn으로 치환하여 마지막 공정인 NiP도금공정을 원활히 진행할 수 있게 하기 위함이다.

[탈지(Degreasing; Cleaning 단계]

준비된 제품은 통상의 알칼리 탈지를 실시하여 Al층 표면의 이물질을 제거해 주면서 표면을 활성화시키고 친수성을 부여하여 다음공정을 대비한다. 탈지과정은 약 40~70℃의 온도범위에서 약 1~10분간 행하는데, 40℃이하의 온도에서는 탈지효과를 기대할 수 없고 70℃를 초과하면 용액관리 문제 즉, 증발 등의 문제가 발생되므로 상기와 같은 온도범위에서 행함이 바람직하다. 또한 1분이하의 시간에서는 탈지 효과가 없게 되고 10분 이상을 초과하면 효과가 더 기대되지 않을 뿐 아니라 Al 표면에 산화막이 형성되는 문제점이 있게 되므로 상기와 같은 시간으로 탈지함이 바람직하다.

[에칭(Etching)단계]

도금이나 코팅공정에서 가장 중요한 공정이라 할 것이 에칭공정이다. 본 발명에서의 에칭은 Al층 표면에 미세한 마이크로 에칭을 실시하여 향후 진행되는 금속도금과의 밀착력을 향상시켜주는 역할을 하는 것으로 무전해 NiP 도금층과 Al피막과의 밀착력을 향상시키기 위해 반드시 진행하는 단계이다.

본 발명에서의 에칭용액은 소듐알리술포네이트(Sodium Allysulfonate) 0.03~0.05wt％, 라틱산 (Latic Acid)1.5~2.5wt%, 그리콜산 (Glycolic Acid)0.05~0.1wt%그리고 나머지 순수, 바람직하게는 반도체 공정에서 사용되는 초순수를 포함하는 것을 사용한다.

상기와 같은 에칭용액을 사용하여 약 20~30℃에서 약 10 ~ 60초간 처리하는데, 20℃이하에서는 에칭효과가 떨어지고 30℃이상의 온도에서는 과에칭(오버에칭)으로 인해 얇은 박막형태인 Al층이 치환되는 문제점이 발생하고 같은 이유 즉, 10초이하에서는 에칭효과가 없고 1분을 초과하면 과에칭에 의한 문제가 발생 될 수 있으므로 온도와 시간을 상기와 같은 범위로 에칭한다.

[징케이트(Zincate)단계]

징케이트는 이온화경향에 따라 Al을 Zn으로 치환시키는 공정으로, 전극금속층인 Al층의 최상단부를 Zn으로 치환하게 되는 것인데 이는 Al층 표면에 무전해 NiP층을 도금하기 위한 전처리 공정이다. 따라서 Al층 표면상에 Zn가 최대한 균일하게 처리되어야 내식성이 우수한 도금층의 확보가 가능하게 되는 것이며, 또한 이 공정은 Al층에 직접적으로 무전해 NiP도금을 진행할수 없기 때문에 Al을 Zn으로 치 환시키는 것인데 이는 Al→Al²⁺+2e^-로,Zn²⁺+2e^-→Zn으로 치환되는 것을 이용하는 것이다.

사용하는 징케이트용액은 금속 Zn 0.25~0.5wt%, 암모늄시트레이트 디베이직(Ammonium Citrate Dibasic) 2~4wt%, 소듐크로라이드(Sodium Chloride) 1.5~3wt%그리고 나머지 초순수로 구성되는 것을 사용한다. 처리조건은 약 20~30℃에서 약 10~60초정도 처리하는데 이는 상기 에칭단계에서와 같이 징케이트의 효과와 처리되는 Al층이 1~5㎛정도두께의 박막이므로 과도한 징케이트로 인한 문제점 등을 피하기 위한조건이다. 또한 한번의 처리로 끝날수도 있지만, Al층의 최외각을 고르게 Zn으로 치환시키기 위하여 2~3회 반복 처리할 수도 있다. 이는 향후 무전해 NiP도금코팅시 우수한 밀착력을 위해 할 수 있는 것이다.

[무전해 NiP합금코팅(Electroless NiP)단계]

상기 징케이트단계에서 Al층의 최상부가 Zn으로 치환된 상태에서 무전해 NiP합금코팅(도금)을 실시한다. 이온화 경향에 따라 Zn는 Ni로 치환되고 이후에는 환원제에 의한 NiP무전해 환원도금이 이루어져 NiP합금층이 형성되게 되는데 이때 NiP합금도금층 에서의 인(P)의 함량은 약 5~12wt%가 최적의 조건으로 판단되었다.

상기와 같은 치환 및 도금은 Zn→Zn²⁺+2e^-로 Ni²⁺+2e^-→Ni로, Ni²⁺+H₂PO₂ ^-+H₂O→Ni+H₂Po₃ ^-+2H⁺로, H₂PO₃ ^-+H→P+OH^-+H2O를 통해 이루어진다.

상기와 같이 처리 및 도금이 되게 하기위해 본 발명에서의 무전해 NiP도금액 은 니켈설페이트(Nickel Sulfate)1~2wt%, 소듐하이포포스파이트(Sodium hypophosphite) 1~2wt%, 암모늄시트레이트 디베이직 (Ammonium Citrate Dibasic) 0.5~0.8wt%, 시트릭산(Citric Acid) 0.7~1.0wt%와 나머지 초순수로 구성되는 것을 사용한다.

도금처리조건은 상기와 같은 도금액의 온도를 80~90℃로 하여 도금두께에 따라 처리시간은 조절한다. 여기서 온도가 80℃이하가 되면 도금력이 떨어지게 되고 90℃를 초과하면 더 큰효과를 기대할수없을뿐 아니라 초순수가 끓는점에 도달해 문제점을 발생시킬 수 있으므로 상기 온도범위로 하고, 처리시간의 조절은 약 5~15분에 약 0.5~1.5㎛정도의 두께로 도금되게 조절함이 바람직하다.

상기한바와 같이 본 발명의 무전해 방식에 의해 형성된 NiP층은 전해도금이나 건식 코팅법인 스피터나 증착을 이용해 형성된 Ni층과는 다른 특성을 갖는데, 순수 Ni도금이 아니라 인(P)이 합금되어 도금층을 형성하므로 동일두께의 순니켈보다 NiP합금도금층은 대기환경중에서 내식성이 우수하게 된다. 또한 종래방법에 의한 것은 Ni코팅 후 Au를 코팅하에 솔더링을 위한 리플로워(Reflower)공정에서의 산화를 방지하고 납땜성을 높이고 있으나 이러한 문제가 본 발명으로 해결될 수 있을 것이다.

(실시예)

n형 반도체에 배리어금속으로 Ti를 코팅하고 전극금속층으로 Al을 코팅한 실리콘웨이퍼를 약 60℃의 온도에서 5분간 탈지처리를 한 후 약 25℃의 온도에서 약 30초간 본 발명의 에칭액으로 에칭하였다. 그 다음 약 26℃의 온도에서 약3분간 본 발명의 징케이트용액에서 징케이트 처리 후 2번더 처리하였다. 이때의 온도는 약 25℃, 24℃ 였고 시간은 약 30초, 약45초 정도였다. 상기와 같이 징케이트처리된 것을 본 발명의 무전해 NiP도금용액을 약86℃로 유지하면서 약10분에 1㎛정도의 두께로 하여 통상의 방법으로 제조된 것과 같은 NiP합금도금층을 제조하였다. 시간과 온도 조건 등을 달리하여 몇가지 샘플을 만들고, 본딩테스터로 본딩인장강도를 측정한 결과 본 발명에 의한 것은 인장강도가 약 250~350gf를 나타냈고 종래의 것은 약 250~300gf를 나타내 종래의 것보다 본 발명에 의한 것이 보다 우수한 것으로 판명되었다. 따라서 종래의 진공 표면처리법으로 형성시킨 Ni/Au층을 습식무전해 표면처리를 이용하여 NiP층으로 대체하여도 전해물성에 문제가 없는 것으로 판단된다.

Claims (6)

1. n형 반도체에 배리어층으로 금속 Ti를 코팅한 다음 전극금속층으로 Al이 코팅 된 웨이퍼를 탈지 처리하는 단계(S1) ;

   상기 탈지 처리 후 에칭하는 단계(S2) ;

   상기 에칭처리 후 징케이트 처리하는 단계(S3) ; 그리고 상기 징케이트 처리 후 무전해 NiP 합금도금층을 형성하는 단계(S4)를 포함하는 SBD용 실리콘 웨이퍼상의 금속층 형성방법으로서,

   상기단계(S1)에서의 탈지 처리는 알칼리탈지로 40~70℃에서 1~10분간 행하며,

   상기단계(S2)에서의 에칭은 소듐알리술포네이트 0.03~0.05wt%, 라틱산 1.5~2.5wt%, 그리콜산 0.05~0.1wt% 그리고 나머지 순수로 이루어지는 에칭액으로 20~30℃에서 10~60초간 행하고,

   상기단계(S3)에서의 징케이트는 금속 Zn 0.25~0.5wt%, 암모늄 시트레이트 디베이직 2~4wt%, 소듐 클로라이드 1.5~3wt% 그리고 나머지 순수로 이루어지는 징케이트 용액으로 20~30℃에서 10~60초간 행하는 것이며,

   상기단계(S4)에서의 무전해 NiP 합금도금층 형성은 니켈 설페이트 1~2wt%, 소듐 하이포 포스파이트 1~2wt%, 암모늄 시트레이트 디베직 0.5~0.8wt%, 시트릭산 0.7~1wt% 그리고 나머지 순수로 이루어지는 무전해 NiP 도금액으로 80~90℃에서 5~15분에 0.5~1.5㎛ 두께로 행하는 것임을 특징으로 하는 금속층 형성방법.
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