KR101576286B1 - 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수용성 암모니아계 용액 및 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각액, 식각 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각액은 식각율을 높이고, 실리콘 웨이퍼의 식각 시 발생하는 언더컷팅 개선, 우수한 평탄도 및 힐록의 형성이 거의 없는 식각 표면을 재현할 수 있을 뿐만 아니라 오염이 없고 독성이 적은 식각액을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법 및 장치는 교반기를 상부에 설치하고, 상기 교반기의 회전에 의해 형성된 와류의 방향과 실리콘 웨이퍼의 피식각면의 방향을 평행하게 설치하여, 식각하고자 하는 실리콘 박막에 대하여 수소기포의 탈착이 용이하게 하여 실리콘 사이에 형성된 식각 잔유물을 밀어내고 반응하지 않은 식각액의 공급을 원활하게 하여 우수한 표면 평탄도를 가지며 양호한 각을 이루는 홈 모양을 얻을 수 있는 이점이 있다.

Description

실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법 및 그 장치{METHOD FOR ANISOTROPICALLY ETCHING SILICON WAFER AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
마이크로머시닝기술 중에서 실리콘 식각기술은 고성능 마이크로 센서, 엑츄에이터 및 시스템 등의 마이크로 메카트로닉스(MEMS : Micro Electro Mechanical System)개발에 필수 불가결한 핵심기술이기 때문에, 최근에 활발히 연구가 진행되고 있다. 이러한 소자들과 신호처리용 회로를 원칩(one-chip)화시킨 집적화 마이크로 시스템을 제조하기 위해서는 기존의 반도체 제조공정이 필요하다. 또한 식각 표면의 평탄도는 소자의 특성을 결정하는 요소이고, 특히 박막형 멤브레인 제작시 그 두께의 균일성이 요구된다. 깊은 식각 시 식각 마스크의 안쪽으로 식각이 진행되어 언더커팅이 나타나므로, 이는 미세구조물 제작시 소자의 특성에 결정적인 영향을 미친다.
또한, 현재 대부분의 MEMS 소자들은 구조물 제작 공정의 최적화를 필요로 하고 있다. 고정밀도의 압력센서의 경우, 멤브레인 박막의 두께와 식각 표면의 평탄화가 아주 중요하다. 최근까지는 KOH, EDP, 히드라진(hydrazine), NaOH, CsOH 등의 실리콘 이방성 식각액이 많이 사용되어 왔다. 그러나 이러한 용액들의 단점 때문에 최근 유동전하의 오염이 적고, 반도체 제조 공정에 사용이 가능한 단결정 실리콘 이방성 식각에 관한 연구에 관심이 높아지고 있는 실정이다.
한편, 일반적으로 웨이퍼의 식각 과정은 산화 및 환원 반응의 반복으로 진행된다. 다시 말하여 웨이퍼 표면과 인접한 식각액 중 이미 웨이퍼와 반응된 용액은 외부로 이동하고, 새로운 식각액이 다시 웨이퍼 표면과 반응하기 위하여 웨이퍼 표면 쪽으로 이동을 함으로서 용액의 상호 교환에 의하여 식각 과정이 진행된다.
그러나, 종래에는 웨이퍼의 습식 식각을 위하여 실리콘 웨이퍼를 식각 장치에 수직으로 장착하거나 교반기를 하부에 장착하는 식각 장치를 사용하였으며, 이에 따라 실리콘과 식각액 간의 화학 반응 시 생성되는 용액 내의 식각 잔유물과 수소기포가 위로 상승하면서 주변 표면에 흡착되어 에칭 표면이 저해되는 문제점이 있다.
따라서, 종래의 습식 식각용 홀더를 사용할 경우 새로운 식각액과 피식각면의 원활한 접촉이 어려워 식각율 감소, 표면 거칠기 증가 및 언더컷팅 발생 등 식각 공정을 진행하기 전 초기 반도체 웨이퍼의 균일도가 그대로 유지되지 않아 재현성 있는 소자를 제작할 수 없는 단점을 가진다.
이러한 실리콘 웨이퍼의 습식 식각 방법과 관련하여, 특허문헌 1에서는 반도체 제조공정에 사용되는 웨이퍼 습식 식각 장치에 관한 것으로, 식각 장치 내에 포함된 식각액의 농도 차이에 의한 에칭 불균일성을 해소하기 위하여 식각 챔버의 바닥부에 펄세이터를 장착하여 상기 식각액을 교란시키는 장치에 대해 개시하고 있다.
그러나 상기와 같은 종래 기술에서는 교란기인 펄세이터를 하부에 장착하고, 웨이퍼를 수직으로 장착하여 식각 시 생성되는 용액 내의 식각 잔유물과 수소기포가 위로 상승하면서 식각 표면을 저해하여, 결과적으로 식각액이 식각 표면의 경계면에 침투 및 확산이 어려워 화학반응이 저해되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제2002-0010741호
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법 및 장치는 식각액으로서 식각율을 높이고, 실리콘 웨이퍼의 식각 시 발생하는 언더컷팅 개선, 우수한 평탄도 및 힐록의 형성이 거의 없는 식각 표면을 재현할 수 있을 뿐만 아니라 오염이 없고 독성이 적은 식각액으로 이용하고, 교반기를 상부에 설치하고, 상기 교반기의 회전에 의해 형성된 와류의 방향과 실리콘 웨이퍼의 피식각면의 방향을 평행하도록 설치하여, 식각하고자 하는 실리콘 박막에 대하여 수소기포의 탈착이 용이하게 하여 실리콘 사이에 형성된 식각 잔유물을 밀어내고 반응하지 않은 식각액의 공급을 원활하게 하여 우수한 표면 평탄도를 가지며 양호한 각을 이루는 홈 모양을 얻을 수 있는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은, 상기 식각액을 사용하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법에 있어서, (a) 식각액을 제조하여 식각 장치에 투입하는 단계와, (b) 상기 식각 장치에 실리콘 웨이퍼를 피식각면이 상부를 향하도록 로딩하여 상기 식각액에 침지시키는 단계와, (c) 회전식 교반기를 피식각면과 근접하게 이격되도록 상기 식각 장치의 위쪽으로부터 상기 식각액에 침지시키는 단계와, (d) 상기 회전식 교반기를 작동시켜 상기 식각액의 흐름이 피식각면과 평행을 이루도록 교반함으로써 상기 식각액과 실리판 웨이퍼 간 화학반응을 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법을 제안한다.
또한, 본 발명은, 실리콘 웨이퍼를 습식 식각하기 위한 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 장치에 있어서, 식각액이 충전되는 웨이퍼 처리조와, 상기 처리조 내에 설비된, 웨이퍼를 수평 방향으로 지지할 수 있는 홀더 및 상기 홀더의 소정 높이 위에 위치하며, 상기 웨이퍼 처리조의 내부에 충전된 식각액을 교반하는 교반부를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 장치를 제안한다.
본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법 및 장치는 특정 조성의 식각액을 이용함으로써 식각율을 높이고, 실리콘 웨이퍼의 식각 시 발생하는 언더컷팅 개선, 우수한 평탄도 및 힐록의 형성이 거의 없는 식각 표면을 재현할 수 있으며, 교반기를 상부에 설치하고, 상기 교반기의 회전에 의해 형성된 와류의 방향과 실리콘 웨이퍼의 피식각면의 방향을 평행하게 설치하여, 식각하고자 하는 실리콘 박막에 대하여 수소기포의 탈착이 용이하게 하여 실리콘 사이에 형성된 식각 잔유물을 밀어내고 반응하지 않은 식각액의 공급을 원활하게 하여 우수한 표면 평탄도를 가지며 양호한 각을 이루는 홈 모양을 얻을 수 있는 이점을 가진다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 식각 장치의 일례에 대한 개략도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 식각 장치의 일례의 전체구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 4는, 비교예에 따른 식각방법에 의해 식각된 실리콘 웨이퍼 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따라 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법 및 그 장치에 대해 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
다음으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법을 나타내는 흐름도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법은, 식각액을 제조하여 식각 장치에 투입하는 단계(S101)와, 상기 식각 장치에 실리콘 웨이퍼를 피식각면이 상부를 향하도록 로딩하여 상기 식각액에 침지시키는 단계(S102)와, 회전식 교반기를 피식각면과 근접하게 이격되도록 상기 식각 장치의 위쪽으로부터 상기 식각액에 침지시키는 단계(S103); 및 상기 회전식 교반기를 작동시켜 상기 식각액의 흐름이 피식각면과 평행을 이루도록 교반함으로써 상기 식각액과 실리판 웨이퍼 간 화학반응을 활성화하는 단계(S104)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 S101에서는, 식각액을 제조하여 식각 장치에 투입하는 단계로, 상기 식각액은 다음에서 설명하는 조성을 가지는 식각액을 투입하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법에 사용되는 식각액은 수용성 암모니아계 용액 및 첨가제로 이루어지며, 상기 수용성 암모니아계 용액은 바람직하게는 TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 용액을, 상기 첨가제로는 피라진(pyrazin), AP(ammonium persulfate) 및 AHS(ammonium hydrogen sulfate) 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
참고로, 실리콘 웨이퍼의 식각은 다음 반응식과 같은 원리로 이루어진다.
[반응식 1]
Figure 112014051707199-pat00001

상기한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼의 식각은 식각액에 포함된 수산화 이온(OH-)을 소비하면서 일어나게 되며, 따라서 식각액으로써 수용성 암모니아계 용액만을 사용할 시에는 시간이 지남에 따라 정반응 속도가 감소하고 역반응 속도가 증가함에 따라 상기 웨이퍼의 표면에 힐록(hillock)이 형성되고, 기판 표면의 평탄도가 저하되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명에서는 상기 수용성 암모니아계 용액에 첨가제로서 피라진, AP 또는 AHS를 더 혼합하여 이러한 문제를 해결하였다.
이어서, 상기 첨가제로서 피라진, AP 및 AHS에 대해 구체적으로 설명하겠다.
먼저, 상기 피라진(C4H4N2)은 암모니아계열의 식각액 중 하나인 EDP 용액을 구성하는 용질의 일부분이며, 수용성 암모니아계 용액, 예를 들어 TMAH 용액의 생성물인 N(CH3)3를 구성하는 원자들(N, C 및 H)로 이루어져 있다.
따라서, 수용성 암모니아계 용액으로서 TMAH 용액과 첨가제로서 피라진을 혼합한 식각액을 사용할 경우, 하기에 나타낸 TMAH 반응식 중 반응식 (2)의 단계가 촉진되어 TMAH 용액에 더 많은 OH-를 공급하기 때문에 반응속도를 증가시키는 역할을 한다.
[반응식 2]
Figure 112014051707199-pat00002

다음으로, 첨가제로서 AP((NH4)2S2O8)에 대해 설명한다.
AP를 상기 수용성 암모니아계 용액에 첨가하여 형성한 식각액을 사용할 시, 이에 포함된 H2O와 반응하여 다음과 같은 반응이 일어난다.
[반응식 3]
Figure 112014051707199-pat00003

따라서, 상기 반응의 결과 수용액 중에 형성된 NH3(aq), SO4 2 -(aq) 및 H2O2는 산화제 역할을 하여 수소를 소비하고 상기 수용성 암모니아계 용액에 더 많은 OH-를 공급함으로써 반응속도를 증가시킨다.
이에 따라, 수용액 중의 OH-함유량이 증가하여 상기 [반응식 1]의 정반응이 우세하게 되며, 역반응은 무시할 수 있을 정도로 거의 일어나지 않는다. 이에 따라 생성된 수소 기체는 발생 후 외부로 빠져나가 결과적으로 AP의 적당한 농도하에서는 비가역 반응이 일어나게 되어 힐록의 형성이 급격히 감소하여 깨끗한 식각면을 얻을 수 있게 된다.
다음으로, 첨가제로서 AHS(NH4HSO4)에 대해 설명한다.
AHS를 상기 수용성 암모니아계 용액에 첨가하여 형성한 식각액을 사용할 시, 이에 포함된 H2O와 반응하여 다음과 같은 반응이 일어난다.
[반응식 4]
Figure 112014051707199-pat00004

따라서, 상기 반응의 결과 수용액 중에 형성된 NH3(aq) 및 SO4 2 -(aq)는 산화제 역할을 하여 상기 AP를 첨가할 시와 같은 이유로 힐록의 형성이 급격히 떨어져 깨끗한 식각면을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 사용되는 실리콘 이방성 식각액 중의 수용성 암모니아계 용액으로서 TMAH 용액을 사용할 시 10wt% 내지 25wt% 농도의 TMAH 용액을 사용하는 것이 바람직하며, 나아가, 식각 속도를 우선시 할 경우에는 10wt% 농도의 TMAH 용액을 사용하고, 식각 표면의 평탄도를 우선시 할 경우에는 20wt% 또는 25wt% 농도의 TMAH 용액을 사용할 수 있다.
상기 TMAH 용액의 농도가 10wt% 미만이면 식각 속도는 높지만 언더컷팅의 발생 및 식각 표면의 힐록 형성으로 평탄도가 저하되어 바람직하지 않고, 25wt%를 초과하면 평탄도가 우수한 식각 표면을 얻을 수 있지만 언더컷팅의 발생 및 식각율이 현저히 저하되어 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명에서는 상기 TMAH 용액의 농도를 상기와 같이 한정하고, 이에 적절한 용량의 상기 첨가제를 혼합함으로써 식각율, 표면 평탄도 및 언더컷팅이 개선된 식각액을 제안한다.
상기 첨가제의 혼합 용량은 피라진을 사용할 경우, 식각액의 총 부피를 기준으로 0.5 g/L 내지 1.5 g/L의 농도로 피라진을 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 첨가제로서 AP를 사용할 경우, 식각액의 총 부피를 기준으로 2g/L 내지 10g/L의 농도로 AP를 첨가하는 것이 바람직하다.
아울러, 첨가제로서 AHS를 사용할 경우, 식각액의 총 부피를 기준으로 5.0 g/L 내지 10 g/L의 농도로 AHS를 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실리콘 이방성 식각액은 상기한 바와 같이 첨가제로서 AP 또는 AHS를 사용할 경우 1가 알코올, 예를 들어, 이소프로판올을 더 첨가할 수 있다. 상기 이소프로판올은 TMAH 용액 부피를 기준으로 10 내지 20 vol%의 함량으로 첨가하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 상기 AP 및 AHS는 SO4 2 -를 함유한 화합물로, 프로필레노(propyleno)에 황산을 촉매로 가수분해하여 얻을 수 있는 IPA와 상호작용함으로써 언더컷팅을 개선하는 장점을 유지할 수 있는 반면, 피라진은 그 작용이 미미하기 때문에 상기 AP 및 AHS에 대해서만 IPA를 적용한다.
한편, 본 발명에 따른 식각방법을 수행함에 있어서 식각액은 70℃ 내지 90℃의 온도로 유지하는 것이 바람직하며, 식각 속도 및 식각액의 조성 변화 정도 등을 고려해 상기 온도 범위 내에서 특정의 온도를 채택할 수 있다.
상기 단계 S102에서는, 상기 식각 장치에 포함된 식각액에 실리콘 웨이퍼를 침지할 때, 실리콘 웨이퍼의 피식각면이 상부를 향하도록 로딩함으로써 상기 피식각면에서 식각 반응이 일어난 결과 생성된 수소 기포가 쉽게 위로 상승하여 피식각면에서의 화학반응이 저해되지 않도록 한다.
또한, 상기 단계 S103 및 단계 S104에서는, 상기 피식각면으로부터 소정의 높이에서 회전식 교반기를 이격되도록 상기 식각액에 침지시킨 후 작동시킴으로써, 상기 웨이퍼의 피식각면과 평행하게 식각액의 와류를 형성하도록 한다.
이때, 시계방향 또는 반시계 방향의 일방향으로만 상기 식각액을 교반하여 와류를 형성시킬 수도 있지만, 필요에 따라 특정 주기로 교반 방향을 전환하면서 교반할 수 있다.
이에 따라, 피식각면과 식각액 간의 화학반응을 더욱 활성화시키며, 흡착되어 있는 수소기포의 탈착을 더욱 용이하게 하며 피식각면에 형성된 식각 잔유물을 밀어내고 반응하지 않은 식각액의 공급을 원활하게 한다. 뿐만 아니라, 식각이 진행됨에 따라 실리콘 웨이퍼에 형성된 홈의 윗면과 밑면에 있어서 용액의 흐름 속도를 비슷하게 유지시켜 식각 결과 양호한 홈 모양을 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 장치에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 장치는 식각액이 충전되는 웨이퍼 처리조와, 상기 처리조 내에 설비된, 웨이퍼를 수평 방향으로 지지할 수 있는 홀더 및 상기 홀더의 소정 높이 위에 위치하며, 상기 웨이퍼 처리조의 내부에 충전된 식각액을 교반하는 교반부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 웨이퍼 처리조는 형상, 크기 등은 한정되지 않는다. 예를 들면, 그 형상은 각형조, 환형조 등이라도 좋다. 또한 상기 처리조의 소재로서는 예를 들면 석영 유리, 테프론(Teflon),파일렉스 유리, 폴리 프로필렌, PTFE(4불화 에틸렌 수지), PFA(퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합 수지) 등, 통상 식각용으로서 이용되는 소재를 사용할 수 있다.
상기 식각 처리조의 상부에는 식각액이 상기 식각 처리조의 외부로 오버 플로우되는 것을 방지하기 위한 상부 커버가 장착되어 있으며, 이방성 식각 중 식각액의 액면에서 증발한 식각액의 증발 성분을 그 증발량에 맞춰서 항상 보충하도록, 증발 성분의 보충액을 상기 처리조의 내측으로 공급하는 식각액 공급 유닛이 설치될 수도 있다.
또한, 상기 웨이퍼를 수평 방향으로 지지할 수 있는 홀더는 탑재대와, 상기 탑재대의 일면에 형성된 웨이퍼를 수평으로 고정할 수 있는 웨이퍼 수평 장착부를 포함한 것이면 되며, 상기 탑재대를 상기 처리조로 탈착이 용이하도록 고리형식의 지지부를 설치할 수도 있고, 상기 상부 커버에 지지축으로 고정하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 처리조에 충전된 식각액을 교란시키기 위한 교반부는, 예를 들어, 상기 처리조의 내부에 설치되어 회전운동을 하는 교반축과, 상기 교반축에 결합되어 있는 교반팬과, 상기 교반축을 회전시키는 구동부를 포함한 것일 수 있으며, 수평방향으로 와류를 형성할 수 있으며, 피식각면에 식각액이 고르게 접촉될 수 있도록 피식각면에 근접하게 배치되어야만 한다.
구체적으로, 상기 교반축은 웨이퍼 처리조의 내부에 설치되어 회전운동을 한다. 또한, 상기 교반축은 교반 처리조의 내부 중심축선 상에 기립설치되어 회전되도록 하였으며, 저장된 식각액의 교반 효율을 높이도록 특정 방향(시계 또는 반시계 방향)으로만 회전시킬 수도 있고, 필요에 따라 특정 주기로 교반 방향을 전환하면서 교반할 수도 있다.
또한, 상기 교반팬은 교반축에 결합되어 있는 적어도 하나 이상의 블레이드를 포함하며, 웨이퍼 처리조의 내부에서 교반축에 의해 회전되어 식각액을 교반한다. 상기 교반팬의 형상은 식각액의 교반효율이 극대화 되도록 최적화된 유체해석을 통해 마련될 수 있다.
아울러, 상기 구동부는 교반축의 회전을 구동하며, 모터, 유·공압실린더 등의 다양한 구동장치를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3에는 본 발명의 일례에 따른 실리콘 웨이퍼 이방성 식각 장치(100)가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 식각 장치(100)는 기밀하게 구성된 대략 원통형상의 처리조(1)를 구비할 수 있으며, 상기 처리조(1) 내에는 식각액(C)이 충전되는데, 이방성 식각 중 식각액(C)의 액면에서 증발한 식각액(C)의 증발 성분을 그 증발량에 맞춰서 항상 보충할 수 있도록 조절가능한 밸브(31)가 장착되며, 증발 성분의 보충액을 처리조(1)의 내측으로 공급하는 역할을 하는 식각액 공급 유닛(3)을 구비할 수 있다.
또한, 처리조(1)의 상부에는 식각액(C)이 처리조의 외부로 오버플로우되는 것을 방지하기 위한 상부 커버(2)를 장착할 수 있다.
또한, 웨이퍼 홀더(4)는 웨이퍼를 탑재할 수 있는 탑재대(41)와 탑재대(41)의 상부면에 대하여 웨이퍼를 수평하게 장착하여 식각액(C) 내에 잠입되는 웨이퍼 수평 장착부(42)를 포함하며, 상기 웨이퍼 홀더(4)를 처리조(1)의 식각액(C)에 넣었다가 빼었다 하기 위해 처리조(1)에 걸 수 있는 고리 형태의 지지부(43)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 교반부(5)는 웨이퍼 홀더(4)와 소정의 간격을 두고 위쪽으로 이격되도록 교반축(51)과 교반팬(52) 및 상기 교반축(51)을 회전시키는 구동부(53)로 구성될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예로 전혀 제한되는 것이 아니다.
<실시예>
본 발명에서는 불순물 농도가 1014 ~ 1015 cm-3인 4″p-type(100)(111)실리콘 기판을 20mm×20mm의 크기로 절단하여 사용하였다. 초기 세척과정을 거친 뒤 4000Å 두께의 열성장된 이산화규소를 식각마스킹 재료로 이용하였으며, 그 위에 포토리소그래피 공정으로 식각패턴을 형성한 것을 사용하였다.
그리고, 피라진 1.0 g/L를 첨가한 10wt% TMAH 용액(‘식각액 1’이라 함), AP 5.0 g/L를 첨가한 10wt% TMAH 용액(‘식각액 2’라 함), 또는 AHS 10.0 g/L를 첨가한 10wt% TMAH 용액(‘식각액 3’이라 함) 또는 10wt% TMAH 용액에 그 부피 기준으로 IPA 10 vol%를 첨가한 후, AHS 10.0 g/L를 추가로 첨가하여 얻어진 용액(‘식각액 4’라 함)을 식각액으로 이용해 도 2에 도시된 식각 장치에서 식각 공정을 실시하였다.
식각공정 수행시, 식각액의 온도는 약 70 ℃로 유지시키며, 250 rpm으로 90분 동안 교반하였으며, 이에 따른 피식각면의 식각률 및 표면 거칠기를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112014051707199-pat00005

따라서, 본원 실시예에 따른 식각방법에 의할 경우, 식각 후의 웨이퍼 표면의 평탄도가 매우 우수할 뿐만 아니라 일정 수준 이상의 식각률도 동시에 달성할 수 있음을 알 수 있다.
특히, ‘식각액 4’를 이용해 식각을 수행한 경우에는 IPA의 첨가에 의한 표면 평탄화 향상 및 언더커팅 개선과 함께 AHS의 첨가에 따른 식각률 향상의 효과를 동시에 달성할 수 있다는 우수한 결과를 얻었다.
<비교예>
식각액으로서 10wt% TMAH 용액(‘식각액 5’라 함) 또는 10wt% TMAH 용액에 그 부피 기준으로 IPA 10 vol%를 첨가하여 얻어진 용액(‘식각액 6’이라 함)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 실리콘 웨이퍼의 식각을 수행하였다.
그 결과, ‘식각액 5’를 이용해 식각을 수행한 경우에는 식각률은 우수한 편이었으나, 식각된 웨이퍼가 498.4nm에 달하는 높은 표면 거칠기를 나타내었으며, 도 4에 도시된 바와 같이 식각 후의 표면 전체에 걸쳐 힐록(hillock)이 형성될 뿐만 아니라 언더컷팅(undercutting)이 현저하게 발생되었는바, 상기 실시예와 같이 식각액 1 내지 4를 사용한 경우에 비해 표면 평탄도가 현저하게 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
또한,‘식각액 6’을 이용해 식각을 수행한 경우에는 힐록 및 언더커팅 현상은 개선되었으나, 식각률이 38.2㎛로 크게 저하되는 문제점이 발생하였다.
100 : 식각 장치 1 : 처리조
2 : 상부 커버 3 : 식각액 공급 유닛
31 : 밸브 4 : 웨이퍼 홀더
41 : 탑재대 42 : 웨이퍼 수평 장착부
43 : 지지부 5 : 교반부
51 : 교반축 52 : 교반팬
53 : 구동부 C : 식각액

Claims (13)

  1. (a) 수용성 암모니아계 용액 및 첨가제를 포함하는 식각액을 제조하여 식각 장치에 투입하는 단계;
    (b) 상기 식각 장치에 실리콘 웨이퍼를 그 피식각면이 상부를 향하도록 로딩하여 상기 식각액에 침지시키는 단계;
    (c) 회전식 교반기를 피식각면과 근접하게 이격되도록 상기 식각 장치의 위쪽으로부터 상기 식각액에 침지시키는 단계; 및
    (d) 상기 회전식 교반기를 작동시켜 상기 식각액의 흐름이 피식각면과 평행을 이루도록 교반하는 단계를 포함하고,
    상기 첨가제는 피라진(pyrazin), AP(ammonium persulfate) 또는 AHS(ammonium hydrogen sulfate)인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수용성 암모니아계 용액은 TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 용액인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 TMAH 용액의 농도는 10 내지 25 wt%인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 식각액은 피라진을 0.5 g/L 내지 1.5 g/L의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 식각액은 AP를 2.0 g/L 내지 10.0 g/L의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 식각액은 AHS를 5.0 g/L 내지 10.0 g/L의 농도로 첨가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 식각액은 1가 알코올을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 1가 알코올은 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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