KR101905788B1 - 절연체-위-반도체 형 기판의 마무리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두 개의 반도체 물질 층들(41, 43) 사이에 매립된 절연층(42)을 포함하는 절연체-위-반도체(SeOI) 형 기판(4)의 마무리에 관련된 것이다. 이러한 방법은 라우팅된 기판(4')을 얻도록 상기 기판(4)의 환형 주변을 라우팅하는 단계, 및 상기 매립된 절연층(42)의 라우팅된 사이드 에지(420)를 커버하도록 상기 라우팅된 기판(4')을 반도체 물질(410)에 의해 캡슐화하는 단계를 연속적으로 포함한다.

Description

절연체-위-반도체 형 기판의 마무리 방법{Method for finishing a substrate of the semiconductor-on-insulator type}
본 발명은 일반적으로 전자, 광학 및 광학 전자 장치들 분야들에서의 적용들을 위하여 의도된 기판들의 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 SeOI("절연체 위 반도체(semiconductor on insulator)")라는 약칭으로 알려진 기판의 마무리(finishing) 방법에 관한 것이다.
본 발명은 반도체가 실리콘인 "SOI" 기판의 마무리에서 구체적인 적용을 발견할 수 있다.
사용되는 상이한 제조 방법들 중에서, 층들의 접합(bonding) 및 전달(transferring) 단계들을 사용한 방법들이 언급될 수 있다. 이러한 방법의 일 예시가 아래에서 설명된다.
이러한 방법에 따르면, 취화 영역(embrittlement area)은, 예를 들어 원자 및/또는 이온 종들의 주입(implantation)에 의하여, 절연층으로 커버된 제1의 소위 "도너(donor)" 기판 내에 생성된다. 이러한 기판은 이후 분자 부착(molecular adhesion)에 의해 제2의 소위 "수용(receiver)" 기판으로 부착된다.
그 후, 이러한 절연체 층뿐만 아니라 의도된 두께의 도너 기판 물질이 수용 기판 상으로 전달되도록, 예를 들어 분리 어닐링(detachment annealing)("박리(exfoliation)" 또는 "분할(splitting)")에 의해 도너 기판은 이러한 취화 영역을 따라 두 부분들로 분리된다.
이러한 주제에 대하여, 예를 들어 본 출원인의 등록 상표 "Unibond" 하에서 알려진 방법을 참조할 수 있다.
첨부한 도 1은 분리 어닐링 바로 이후의 SOI 기판의 에지 단면도를 나타내는, 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)으로 얻은 사진의 그래픽도이다. 이러한 SOI 기판은 실리콘 지지 기판(1) 및 표면 실리콘 층(3) 사이의 매립 절연층(buried insulator layer)(2)을 포함한다. 절연층(2)(여기서는 실리콘 산화물)의 사이드 에지(side edge)(20)가 잠재적으로 화학적 식각(chemical ething)에 넓게 노출되는 것이 명확히 관찰된다.
이제, 특히 표면 조건을 향상시키기 위하여, 구체적으로는 거칠기(roughness)를 감소시키기 위하여, 또는 두 개의 층들 사이의 부착력(adhesive bond)을 강화시키기 위하여, 이러한 SOI(또는 SeOI) 기판 상에 추가적인 처리들이 빈번하게 수행된다. 이러한 처리들은 종종 예를 들어 플루오르화수소산(hydrofluoric acid, HF)을 사용한 화학적 식각과 관련된다.
도 1에 도시된 바와 같이, SOI 기판에 적용된 이러한 처리는 절연층(2)의 사이드 식각에 의한 상기 기판의 박리(delamination)를 유발한다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 급속 열 어닐링(rapid thermal annealing)(당업자에게 "RTA"로 알려진)을 사용한 SOI 기판의 처리 방법이 문서 US 제6,939,783호에 알려져 있고, 이러한 처리는 그 상부에 위치한 실리콘을 갖는 실리콘 산화물 층(2)의 상기 에지의 사이드 캡슐화(encapsulation)를 일으키는 효과를 갖는다.
첨부한 도 2는 이러한 처리의 말기에 SOI 기판의 상기 에지의 횡단면도(transverse sectional view)를 보여주는, 주사 전자 현미경으로 얻은 사진의 그래픽도이다. 관찰될 수 있듯이, 상기 SOI의 표면 층(3)의 실리콘이 이동하고, 실리콘 산화물(2)의 사이드 에지(20)를 커버함에 의해 이를 보호한다. 이러한 캡슐화 부분(encapsulation portion)은 참조부호 30으로 표시한다.
이제, 본 출원인은 테스트들을 수행하였고, 공교롭게도 도 2에 도시된 이상적인 경우와 비교할 때 전달된 실리콘 층(3)은 불규칙성(irregularities)을 가질 수 있으므로, 기대했던 보호의 유리한 효과들이 항상 얻어지지는 않는다는 것을 인식하였다.
본 출원인은 SeOI 또는 SOI 기판의 에지에 존재하는 결함들(defects)이 그 내부에 전자 부품들이 생성되지 않는 제외 영역(exclusion area)의 일부분이 됨에도 불구하고, 캡슐화 현상을 교란(perturb)시킬 수 있다는 것을 발견하였다.
그 중에서, "플레이크들(flakes)"로 지칭되는 제1 타입의 결함들은 분리 과정에서 나타나며, 분리되었다가 이후 상기 기판의 에지 상에 다시 특히 부착 결합되는 기판의 조각들에 의해 형성된다.
그러한 플레이크들(31)은 횡단면도로서 보이도록 SOI 기판을 개략적으로 도시한, 첨부된 도 3에서 관찰 가능하다.
"톱니 에지(jagged edge)"라 불리는 제2 타입의 결함들은 상기 전달된 표면의 일반적 에지 너머까지 상기 실리콘의 상부 층의 표면이 연장됨에 의해 형성된다.
이러한 결함들(32)은 전술한 도 3 및 첨부된 도 4에서 관찰 가능하며, 도 4는 주사 전자 현미경으로 얻은, 상부로부터 관찰된 SOI 기판 에지의 사진의 그래픽도이다.
따라서 본 출원인은 RTA 처리에 의해 얻어질 때, 얻어진 캡슐화가 교란될 수 있고, 특히 톱니 에지들(32)의 상부에서 너무 얇아질 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 캡슐화가 에피택시(epitaxy) 처리에 의해 수행될 때, 이 또한 교란될 수 있거나, 예를 들어 재료 이상 생성(excrescences)의 형성으로 더 큰 캡슐화 물질이 그 상부에 형성될 수 있는 플레이크들(31)에서는 완전히 무질서할 수조차 있다.
캡슐화는 기판의 에지(플레이트 에지)에서의 불규칙성의 형상에 따라 완전하지 않을 수도 있고, 따라서 매립 절연체의 특정 부분들이 예를 들어 플루오르화수소산(HF)으로 화학적 식각이 가능하도록 잔류할 수 있다.
게다가, 특정한 플레이크들 또는 톱니 에지 조각들은 캡슐화 이전에 수용 기판으로부터 분리될 수 있고, SeOI 기판의 표면 층(3) 상에 재퇴적될 수 있고, 이후 캡슐화에 의해 확실히 밀봉(seal)되어 이러한 층 상에 결함들을 생성한다.
첨부된 도 5는 주사 전자 현미경으로 얻은, 이러한 낮은 품질의 캡슐화가 관찰될 수 있는 SOI 타입 기판의 사진의 그래픽도이며, 특히 불량하게 캡슐화된 매립 절연체의 일부분은 플루오르화 수소산에 의한 식각을 겪는다.
그러므로 본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점들을 해결하는 것이다.
본 발명의 목적은 특히 매립 절연체의 사이드 에지의 매우 우수한 품질의 캡슐화, 즉 균질 캡슐화(homogeneous encapsulation)가 가능한 SeOI 형 기판의 마무리 방법을 제공하는 것이고, 이에 따라 절연체의 사이드 에지가 상대적으로 일정한 두께의 반도체 물질 층으로 전체적으로 커버되며, 이러한 층의 에지가 플레이트의 에지로부터 일정한 거리에서 규칙적인 크라운(crown)을 형성하도록 하는 것이다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명은 반도체 물질의 두 층들 사이에 매립된 절연층을 포함하는 절연체-위-반도체(SeOI) 형 기판의 마무리 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 방법은:
- 라우팅된 기판을 얻도록 상기 기판의 환형 주변을 라우팅하는 단계,
- 상기 절연층의 상기 라우팅된 사이드 에지를 커버하도록 상기 라우팅된 기판을 반도체 물질에 의해 캡슐화(encapsulation)하는 단계,
를 연속적으로 포함한다.
본 발명의 다른 이점들 및 본 발명의 비한정적인 특성들 단독으로 또는 그 조합에 따르면:
상기 라우팅된 기판의 상기 캡슐화 단계는 상기 라우팅 이후에 즉시 수행되고,
상기 라우팅 단계는 상기 SeOI 기판의 주변 환형 에지의 그라인딩(grinding)에 의해 수행되며,
상기 라우팅 단계는 상기 SeOI 기판의 주변 환형 에지의 식각에 의해 수행되고,
상기 라우팅된 기판의 상기 캡슐화는 상기 기판을 급속 열 어닐링(RTA) 처리함에 의해 수행되며,
상기 급속 열 어닐링(RTA) 처리는 1150℃ 및 1300℃ 사이의 온도에서, 15초 및 약 5분 사이의 기간 동안 수행되고,
상기 급속 열 어닐링(RTA) 처리는 수소(hydrogen) 및/또는 아르곤(argon) 분위기 하에서 수행되며,
상기 라우팅된 기판의 상기 캡슐화 단계는 에피택시법(epitaxy)에 의해 수행되며,
상기 라우팅된 기판의 상기 캡슐화 단계는 급속 열 어닐링(RTA) 처리 및 에피택시법에 의해 수행되고,
상기 라우팅된 기판의 상기 캡슐화 단계는 레이저(laser)로 어닐링하는 단계에 의해 수행되고,
상기 라우팅 단계는:
- 플라즈마에 의해 상기 SeOI 기판의 주변 환형 영역 상에 보호 물질 층을 퇴적하는 단계,
- 상기 SeOI 기판의 앞면(front face) 상에 보호 물질의 링(ring)을 유지하도록 플라즈마에 의해 상기 보호 물질의 부분적 식각을 얻는 단계로서, 이러한 링은 상기 기판의 사이드 에지로부터 떨어져 연장하며, 이에 따라 플라즈마에 접근 가능한 상기 기판의 감소된 주변 환형 영역의 범위를 정의하는(delimit) 상기 부분적 식각을 얻는 단계,
- 상기 감소된 주변 환형 영역 내에 소정 두께 이상으로 존재하는 상기 물질을 식각하도록 상기 SeOI 기판의 상기 감소된 주변 환형 영역에 국부화된(localized) 부분적 식각 플라즈마를 생성하는 단계,
- 플라즈마에 의해 상기 보호 물질의 링을 제거하는 단계를 포함하고,
상기 라우팅 단계는 등방성(isotropic) 플라즈마를 형성하기 위한 인클로저(enclosure) 내에서 수행되며,
상기 라우팅 단계는:
- 등방성 플라즈마를 형성하기 위한 인클로저 내부에 상기 SeOI 기판을 도입하는 단계로서, 상기 인클로저는 디스크 형상(disk-shaped)의 상부 절연 성분 및 두 개의 전극들이 구비되고, 그리고 두 개의 전극들 중 하나인 소위 하부 전극이 하부 절연 성분에 의하여 원형 등고선(circular contour)으로 둘러싸이며, 상기 기판의 뒷면(rear face)이 상기 하부 전극 및 상기 하부 절연 성분과 접촉하도록 상기 기판이 상기 인클로저 내에 위치하고, 상기 플라즈마 및 상기 SeOI 기판의 상기 앞면으로부터 떨어져 위치하고 상기 상부 절연 성분에 접근 불가능한, 제외 영역(exclusion area)을 상기 뒷면 상에 정의하기 위하여, 또한, 상기 플라즈마에 접근 불가능한 제외 영역을 상기 앞면 상에 정의하기 위하여, 하부 절연 성분 및 상부 절연 성분 모두의 외경들(outer diameters)이 라우팅될 상기 SeOI 기판의 직경보다 작고, 이러한 기판의 잔류물(remainder)이 상기 플라즈마에 접근 가능한 상기 주변 환형 영역을 형성하는 상기 SeOI 기판의 도입 단계,
- 상기 인클로저 내에 형성된 플라즈마에 의해 상기 주변 환형 영역 상에 보호 물질 층을 퇴적하는 단계,
- 상기 상부 절연 성분을 상기 SeOI 기판의 상기 앞면에 가깝게 가져오고, 상기 보호 물질의 상기 부분적 식각을 수행하는 단계,
- 상기 상부 절연 성분이 그 위치를 유지하면서 상기 SeOI 기판을 형성하는 물질의 소정 두께를 식각하는 단계,
- 상기 기판의 상기 앞면으로부터 상기 상부 절연 성분을 이동시키고 상기 보호 물질의 상기 링을 제거하는 단계를 포함하는 단계들에 의해 수행되고,
상기 라우팅 및 상기 캡슐화 단계들 이후에 희생 산화(sacrificial oxidation) 단계가 뒤따르고, 이후 환원(deoxidation) 단계가 뒤따르며,
상기 희생 산화 및 환원 단계들 이후에 급속 열 어닐링(RTA) 처리가 뒤따르고, 이후에 선택적으로 제2 희생 산화 및 제2 환원 단계가 뒤따르고, 그러나 캡슐화가 최종의 급속 열 어닐링(RTA) 단계에 의해 얻어지므로 후자는 필수적인 것은 아니며,
상기 방법은 RTA 처리 이후에 희생 산화 및 환원 단계가 뒤따르는 제1 일련의 단계들을 포함하고, 상기 제1 일련의 단계들이 상기 기판의 상기 라우팅 및 캡슐화 단계들에 선행한다.
본 발명은 특히 매립 절연체의 사이드 에지의 매우 우수한 품질의 캡슐화, 즉 균질 캡슐화가 가능한 SeOI 형 기판의 마무리 방법을 제공하며, 이에 따라 절연체의 사이드 에지가 상대적으로 일정한 두께의 반도체 물질 층으로 전체적으로 커버되며, 이러한 층의 에지가 플레이트의 에지로부터 일정한 거리에서 규칙적인 크라운(crown)을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 특성들 및 장점들은 첨부한 도면들을 참조로 하며 하기에 서술될 기재로부터 명백해질 것이며, 도면들은 가능한 실시예를 예시하기 위하여 도시될 뿐 한정하기 위한 것이 아니다.
이러한 도면들 상에서,
도 1은 분리 어닐링 바로 이후의 SOI 기판의 에지의 단면도를 나타내는 주사 전자 현미경으로 얻은 사진의 그래픽도이다.
도 2는 급속 열 어닐링 처리의 말기에 SOI 기판의 상기 에지의 횡단면도를 나타내는 주사 전자 현미경으로 얻은 사진의 그래픽도이다.
도 3은 플레이크들이 관찰 가능한 SOI 기판의 횡단면도를 개략적으로 도시한 그래픽도이다.
도 4는 주사 전자 현미경으로 얻은, 상부로부터 관찰된 SOI 기판 에지의 사진의 그래픽도이다.
도 5는 주사 전자 현미경으로 얻은, 낮은 품질의 캡슐화가 관찰될 수 있는 SOI 형 기판의 그래픽도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 상이한 방법 단계들을 도시하는 다이어그램들이다.
도 7a 내지 도 7d는 각각 라우팅의 상이한 진행 단계들 동안 라우팅될 기판의 부분 및 라우팅의 적용을 가능하게 하는 장비의 단면도를 나타내는 다이어그램들이다.
도 3, 도 6a 내지 도 6c, 도 7a 내지 도 7d의 다이어그램들에서, 상이하게 도시된 층들 및 성분들의 각각의 비율들이 항상 지켜진 것은 아니며, 설명의 목적으로 특정 영역들이 자발적으로 확대될 수 있음에 주의할 것이다.
본 발명에 따른 방법은, 층(들)의 전달을 유발하고 두 개의 반도체 물질 층들 사이에 매립된 절연층을 포함하는 이러한 기판의 형성을 유발하는 분리 어닐링 이후에 수행되는 단계들에 관한 것이기 때문에, 절연체-위-반도체 SeOI 형 기판을 위한 소위 "마무리" 방법이다.
이제 본 발명에 따른 방법이 도 6a 내지 도 6c를 참조로 설명될 것이다.
도 6a를 참조하면, SeOI 형 기판(4)은 반도체 물질의 표면 층(41), 매립 절연층(42) 및 또한 반도체 물질로 만들어질 수 있는 지지 기판(support)(43)을 연속적으로 포함하도록 보일 수 있다.
이러한 도면에서 관찰될 수 있듯이, 층(들)의 전달을 위한 단계의 말기에서 획득된 SeOI 기판(4)은 전술한 타입의 결함, 즉 이 도면에서는 그 중 하나만 관찰되는 플레이크들(44) 및 참조부호 45로 표시된 환형 주변 톱니 에지의 결함들을 갖는다.
본 발명에 따른 방법의 제1 단계는 기판(4)의 주변 환형 에지의 라우팅을 수행하는 단계를 포함한다. 이러한 단계는 도 6b에 도시된다.
이하에서는 그 적용 방법들이 설명될 것이다. 이러한 라우팅 단계는 표면층(41)의 에지 및 매립 절연층(42)의 에지를 특정 폭(L) 이상으로 제거시키는 효과를 갖는다. 바람직하게는, 이러한 라우팅 단계는 상기 기판의 물리적인 에지로부터 일정하며 조절된(controlled) 거리에서 상기 기판을 라우팅하도록 수행된다.
선택적으로, 상기 라우팅 단계는 또한 지지 기판(43)의 환형 주변의 일부분이 깊이(P) 이상으로 제거될 때까지 수행될 수 있다.
L은 일반적으로 0.5 내지 3 mm의 범위를 갖는 폭이다. 플레이크 또는 톱니 에지 타입의 결함들을 라우팅에 의해 제거하고, 라우팅 단계 이후에 일정한 크라운을 얻도록, L은 상기 SeOI 상에 존재하는 크라운의 폭보다 약간 크게 선택된다.
P는 0 내지 수천 옹스트롬(Å)의 범위를 가지며, 일반적으로 500 내지 1000 Å (50 내지 100 nm) 범위를 갖는다.
도 6b에서는, 지지 기판(43)이 라우팅되지 않은 것처럼 도시되었다.
라우팅된 기판은 참조부호 4'로 표시된다.
도 6c에 도시된 다음 단계는, 매립 절연체(42)의 라우팅된 측부 에지(420)의 캡슐화를 얻는 단계를 포함한다. 이러한 단계는 이러한 에지(420)와 맞닿는(facing) 표면층(41)을 형성하는 반도체 물질의 플로우(flow)를 유발하는 효과를 가지며, 이는 상기 에지를 보호하고, 후속의 화학적 식각들에 대하여 접근 불가능하도록 하는 효과를 가지는 한편, 이에 따라 박리 현상을 방지할 수 있다.
절연체(42)를 캡슐화하는 물질(41)의 일부분은 참조부호 410으로 표시된다. 라우팅되고 캡슐화된 기판은 참조부호 4"로 표시된다.
이러한 캡슐화 단계를 적용하기 위한 방법이 하기에 설명될 것이다.
바람직하게는, 캡슐화 이전의 라우팅된 기판의 임의의 돌발적인 오염을 방지하도록 하고 라우팅 단계에 의해 얻어지는 막 에지 품질의 변질(alteration) 위험성을 최대한 제한하도록, 상기 캡슐화 단계는 라우팅 단계 이후에 즉시 수행된다. 캡슐화는 에지가 규칙성을 잃기 이전에 수행되어야 한다. 표면 층(410) 및 매립 절연체(42)를 포함하는 막은 이후 수용 지지 기판(43)에 약간만 부착되고, 틈들(tears) 및 스크래치들(scratches)를 방지하기 위하여 그 에지가 특히 보강되어야(reinforced) 한다.
다른 실시예에 따르면, 캡슐화는 또한 라우팅 단계 이후에 수행되는 세정 단계 이후에 즉시 수행될 수 있다.
라우팅 단계:
이러한 라우팅 단계는 다양한 기술들에 의해, 특히 기계적 그라인딩 또는 식각 단계에 의해 수행될 수 있다.
그라인딩은 예를 들면 회전 구동되는 지지 기판 상에 기판(4)을 올려놓고, 연마 용액(abrasive solution)("슬러리(slurry)")에 의해 선택적으로 커버된 연마 슈(polishing shoe)를 그 에지 근처로 가져오고, 그리고 이를 라우팅될 폭(L) 이상으로 기판(4)의 에지 상에 적용함에 의해 얻어질 수 있다.
이러한 주제에 대하여, 그라인딩 및/또는 연마에 의한 라우팅을 설명한 문서들 US 제6,797,632호 및 US 제2007/0243694호를 참조할 수 있다.
라우팅은 또한 습식 또는 건식 식각에 의하여 수행될 수 있다.
습식 식각은 표면층(41)의 앞면(411)의 중앙부 상에 보호 마스크(protective mask)를 형성하고, 보호되지 않은 환형 주변 영역을 남기도록 상기 층(41)의 직경보다 작은 직경을 갖는 상기 보호 마스크를 형성하는 단계를 포함한다. 이후, 기판(4)의 보호되지 않은 에지들을 식각하고 제거하도록, 상기 기판이 이후 표면층(41) 및 절연층(42)를 형성하는 물질들을 위한 특정 식각 용액들에 연속적으로 노출된다.
건식 식각은 마스크에 의해 보호되지 않은 기판(4)의 에지가, 예를 들어 등방성(isotropic) 또는 이방성(anisotropic) 플라즈마를 사용한 가스 식각(gas etching)을 거치게 하는 단계를 포함한다.
예를 들면, 건식 식각 방법을 설명한, 문서 US 제2009/0170285호를 참조할 수 있다.
특별히 깨끗하게 라우팅된 에지, 즉, 앞면(411)의 면에 대하여 수직하거나(perpendicular) 또는 거의 수직한(quasi perpendicular) 경우를 얻는 것이 요구된다면, 이제 도 7a 내지 도 7d와 관련하여 설명될 설비 및 라우팅 방법을 사용하는 것도 가능하다.
이러한 도면들에서, 기판(4)이 모따기되어(chamfered), 앞면(411)이 모따기되지 않은 평면 중앙 영역(411a) 및 모따기된 주변 영역(411b)으로 나눠지고, 또한, 뒷면(430)이 모따기되지 않은 평면 영역(430a) 및 모따기된 영역(430b)으로 나눠진다.
그 사이드 에지는 참조부호 46으로 표시된다.
상기 라우팅은 도 7a 내지 도 7d 내에 도시된 것과 같이, 플라즈마 형성을 위한 반응기(reactor)(5) 내부에서 수행된다.
이러한 반응기는 그 내부에 두 개의 절연 성분들(53, 54) 및 두 개의 전극들(51, 52)이 설치된 인클로저(50)를 포함하고, 전극들(51)은 도면들에 도시되지는 않은 전기 전력 공급원(electric power supply)에 연결되어 있다.
라우팅될 기판(4)은 뒷면(430)을 통해 하부 전극(52) 및 하부 절연 성분(54) 상에서 휴지(rest)한다.
하부 전극(52)은 하부 절연 성분(54)에 의해 원형 등고선(circular contour)으로 둘러싸인다. 바람직하게는, 전극(52)은 원형이며, 절연 성분(54)은 환형이다.
게다가, 상부 절연체(53)는 디스크 형상이며, 이를 둘러싸는 상기 전극(51)은 링 형상이다.
상부 절연 성분(53)은 도면에 도시되지 않은 구동 수단 상에 실장(mounted)되고, 이는 그 자체로는 뒷면(430)에 평행하며, 기판(5)의 중앙 면에 대하여 수직한 수직 축(vertical axis)을 따른 이동(displacement)을 가능하게 한다. 따라서, 도 7d에서 도시된 위치, 즉, 라우팅될 기판(4)으로부터 가장 멀리 이동된 위치로부터 도 7b 및 도 7c에 도시된 위치, 즉, 이러한 기판(4)에 더 가깝게 가져온 위치 사이에서 이동할 수 있다.
플라즈마를 형성하기 위하여 사용되는 가스들은, 예를 들어 여기서 참조부호 55 및 56으로 표시되는 두 개의 덕트들(ducts)을 통해 인클로저(50) 내부로 도입된다.
인클로저(50) 내부에서 발생하는 반응 과정에서 생성되는 휘발성 물질들(volatile materials)은 도면들에 도시되지는 않았지만 흡입 수단(suction means)에 의해, 그리고 구멍(orifice)을 통해 인클로저(50) 밖으로 방출될(discharge) 수 있다.
전압이 전극들(51, 52)에 인가되고, 이는 인클로저(50) 내부로 전기장을 생성시키며 덕트들(55, 56) 내부로 도입된 이러한 가스들을 플라즈마로 변환(transform)시키는 효과를 갖는다.
전극들(51, 52)의 말단들(terminals)에 인가된 전력뿐만 아니라, 인클로저(50) 내에서 우세한 온도 및 압력, 인클로저 내부로 도입된 가스들의 종류, 유속 및 비율들, 플라즈마 주파수와 같은 다른 변수들은 형성된 플라즈마의 화학적 조성에 영향을 주며, 그 종류, 즉, 퇴적 플라즈마 또는 식각 플라즈마 여부에 영향을 준다. 이러한 변수들이 이하에서 상세히 설명될 것이다.
바람직하게는, 퇴적을 위하여 형성된 플라즈마 및 식각을 위하여 형성된 플라즈마 모두 등방성이다. 이는, 이러한 플라즈마의 거동이 바람직하게는 플라즈마 내에서 생성된 래디컬들(radicals)에 의해 얻어지며, 선택적으로 플라즈마의 덮개(sheath) 내에서 가속되는 이온들을 통해 수행되는 것을 의미한다.
기판(4)의 뒷면(430)이 하부 전극(52) 및 하부 절연체(54)와 접촉하고 있다는 사실은, 이들이 마스크 씌어져 있으므로 플라즈마에 대해 접근 불가능한 제외 영역(참조부호 540으로 표시되는)이 상기 뒷면 상에 정의될 수 있도록 한다.
도면들에서 관찰할 수 있듯이, 라우팅될 기판(4)이 절연체(54)와 직접적으로 접촉하기 때문에, 절연체(54)의 외경(outer diameter)이 뒷면 상의 상기 제외 영역(540)의 직경에 정확히 대응한다.
더욱이, 라우팅될 기판(4)은 물론 환형 절연체(54)에 대하여 중앙에 위치하도록 배치된다.
또한, 상부 절연체(53)는 상기 기판의 앞면(411) 상에, 플라즈마에 접근 불가능한 소위 "앞면 제외" 영역(530)을 정의하도록 한다.
앞면 제외 영역(530)의 직경은 상부 절연체(53)의 직경에 의존할 뿐 아니라, 라우팅될 기판(4)으로부터의 거리에도 의존한다. 따라서, 절연체(53)가 기판의 앞면(411)으로부터 더 멀리 이동할수록, 앞면 제외 영역(530)의 직경은 더 작아지고(도 7a 참조), 이와는 반대로, 더 가깝게 이동할수록, 이러한 영역(530)의 직경은 더 커진다(도 7b 참조).
플라즈마에 접근 가능하도록 유지되는 기판(4)의 환형 주변 영역, 즉 전술한 영역들(530, 540) 밖으로 연장하는 영역은 참조부호 500으로 표시된다.
상기 라우팅 방법의 상이한 단계들이 이제 설명될 것이다.
뒷면(430)이 절연 성분(54) 및 하부 전극(52)에 기대어 휴지하도록 라우팅될 기판(4)이 인클로저(50) 내부로 도입된 이후에, 플라즈마를 형성하기 위한 상기 변수들은 접근 가능한 환형 영역(400) 상에 보호 물질(6)의 층이 퇴적되도록 조정된다.
바람직하게는, 이러한 보호 물질(6)은 폴리머이다.
더욱 바람직하게는, 에틸렌(ethylene, C2H4)으로부터 형성되는 플라즈마와 함께 얻어지는 폴리에틸렌(polyethylene) 타입의 폴리머이다.
앞면 제외 영역(530)을 확장시키고 그 직경을 증가시키도록 상부 절연체(53)는 기판(4)의 앞면(411)에 가까이 가져와진다. 기판의 상면(411)이 손상되거나 오염되는 것을 방지하도록 절연체(53)는 기판의 상면(411)과 전혀 접촉하지 않는다는 점에 주의할 것이다.
이러한 위치에서, 도 7b에 도시된 것처럼, 보호 물질(6)의 부분적인 식각을 얻도록 플라즈마의 변수들은 개조된다. 이러한 식각은 부분적이며, 이에 따라 기 판(4)의 앞면(411) 상에 보호 물질의 링(60)을 유지하는 것을 가능하게 한다.
앞면 제외 영역(530)의 확장 때문에 이러한 부분적 식각이 가능하다. 도 7a에 도시된 절연체(53)의 위치에서, 링(60)이 발견되는 영역은 플라즈마가 접근 가능하며, 보호 물질(6)이 그 내부에 퇴적될 수 있다. 반면에, 절연체(53)가 더 낮아질 때, 링(60)에 대응되는 보호 물질(6)의 일부분이 더 이상 플라즈마에 접근 가능하지 않고, 따라서 플라즈마에 의해 식각되지 않는다. 다시 말하면, 앞면 제외 영역(530)의 표면 면적이 증가할 때, 접근 영역(500)의 표면 면적은 감소한다. 감소된 접근 영역은 참조부호 500'로 표시한다.
보호 물질(6)을 식각하기 위한 플라즈마의 종류는 물론 이러한 물질의 화학적 특징에 의존한다.
일 예로서, 폴리에틸렌인 보호 물질을 위하여, 식각은 산소(oxygen, O2)에 기초한 플라즈마를 사용하여 수행된다.
다음의 단계는 도 7c에 도시된다. 플라즈마에 접근 가능한 주변 환형 영역(500')에서의 표면층(41)의 물질을 에칭할 수 있는 플라즈마를 생성하기 위하여, 상부 절연체(53)가 도 7b에 도시된 위치 내에 유지되는 한편 인클로저(50) 내부로 도입되는 가스들의 종류가 변화된다. 이후, 변수들은 절연층(42)의 식각을 위하여 변경된다.
일 예로서, 표면층(41)을 형성하는 물질이 실리콘일 때, 식각 플라즈마는 아르곤 및 설퍼 헥사플루오라이드(sulfur hexafluoride, SF6)의 혼합물이며, 선택적으로 질소이고, 절연체(42)를 형성하는 물질이 산화물일 때, 식각 플라즈마는 질소 및 트리플루오로메탄(trifluoromethane, CHF3)의 혼합물이거나, 또한 산소 및 테트라플루오로메탄(tetrafluoromethane, CF4)의 혼합물이다.
도 7c에 도시된 것과 같이, 라우팅된 기판(4)은 앞면, 뒷면 상의 주변에서뿐만 아니라, 측면 상에서도 얻어진다.
필요하다면, 깊이(P) 이상으로 지지 기판(43)의 일부분을 식각하기 위하여 라우팅이 계속될 수 있다.
최종적으로, 도 7d에 도시된 것과 같이, 보호 물질의 링(60)을 제거할 수 있는 식각 플라즈마를 생성하도록 상부 절연체가 기판(4)의 앞면(411)으로부터 멀리 이동되고, 플라즈마의 변수들은 개선된다. 이러한 식각 플라즈마는 일반적으로 도 7b에 도시된 식각 단계 내에서 사용된 것과 동일하다.
지금까지 설명된, 퇴적 플라즈마 또는 식각 플라즈마의 사용과 관련된 모든 단계들을 위하여, 통상적인 플라즈마 주파수는 13.56　MHz 이다. 전력은 100 내지 500W 범위이다. 플라즈마 적용 기간은 5 내지 40초 사이에서 달라진다. 전력 및 플라즈마의 기간이 식각된 두께에 현저한 영향을 유발한다. 최종적으로, 인클로저 내부의 압력은 수 토르(torr) 오더(order)이다(1 토르는 약 102　파스칼(Pa)과 같거나 또는 보다 정확하게는 133 Pa 이다).
캡슐화:
이러한 캡슐화는 RTA(rapid thermal anneal)라는 약칭으로 알려진 급속 열 어닐링 처리를 사용하여 얻어질 수 있고, 유리하게는 세정 단계가 이에 선행한다.
일반적으로, 이는 다음과 같은 시퀀스의 표준 세정(standard cleaning)일 수 있다: 오존(O3)/RCA, 그리고, 상기 처리는 다음의 연속적인 표면 처리 단계들을 포함한다:
- "SC1"("표준 세정 1(Standard Clean 1)")은 "표준 세정 용액 1"을 의미한다)의 약칭으로 알려지고, 수산화암모늄(ammonium hydroxide, NH4OH), 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2) 및 탈이온수(deionized water)의 혼합물을 포함하는 용액의 제1 배스(bath);
- "SC2"("표준 세정 2(Standard Clean 2)")은 "표준 세정 용액 2"을 의미한다)의 약칭으로 알려지고, 염화수소산(hydrochloric acid, HCl), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합물을 포함하는 용액의 제2 배스.
상기 RTA 처리는 단기간 동안 고온에서 수행된다.
바람직하게는, 이러한 열처리는 약 1150℃ 및 1300℃ 사이로 구성된 온도에서, 더 바람직하게는 약 1200℃에서 수행된다. 이러한 처리는 15초 내지 5분의 기간 동안, 바람직하게는 3분보다 적은 기간 동안 수행된다. 이러한 RTA는 바람직하게는 수소 및/또는 아르곤 분위기 내에서 얻어진다.
캡슐화 처리는 또한 에피택시법에 의해 수행될 수 있다.
캡슐화는 RTA 처리를 뒤따르는 에피택시법, 또는 그 반대에 의해 얻어질 수 있고, 이러한 단계들은 앞서 설명한 것과 동일한 조건들 하에서 얻어진다.
캡슐화는 또한 레이저 어닐링("레이저 어닐(laser anneal)")으로 얻어질 수 있고, 이러한 어닐링은 선택적으로 국부적일 수 있으며, 표면층(41) 및 절연체(42)를 포함하는 라우팅된 막의 에지에 한정될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 상기 방법은 많은 장점들을 가진다. 본 발명을 사용할 때, 캡슐화된 부분 주위의 주변 크라운 폭(L1)을 얻는 것이 가능하고, 상기 SeOI 기판의 주변 전체에 균일하게 뿐만 아니라, 하나의 기판에서 또 다른 기판으로 재생 가능한 방식으로(도 6c 참조) 또한 가능하다.
본 발명에 따른 상기 방법은 더욱이 기판들의 전체적인 결함의 실질적인 감소를 가능하게 한다. 실제로, 라우팅 단계는 플레이크들(44) 및 톱니 에지들(45)의 제거를 가능하게 할뿐만 아니라, 에지에 존재하며, 이러한 단계가 없는 경우에, 상기 RTA 처리에 선행하는 상기 세정 단계 동안에 SeOI의 표면층(41) 상에 퇴적될 수 있는 입자들 대부분의 제거를 또한 가능하게 한다. 이러한 라우팅 단계가 없는 경우, 이러한 반도체의 물질 입자들은 주변으로부터 상기 기판의 중심부를 향하여 이동할 수 있고, 상기 RTA 처리 동안에 이러한 기판 상에 확실히 봉해져 있을 수 있다.
최종적으로, 본 발명은 희생 산화 또는 환원 단계를 포함하는 마무리 처리들에서 특정한 적용을 찾을 수 있다.
본 발명에 따른 마무리 단계들을 포함하는 두 가지 예시적인 방법들이 언급될 것이다.
제1 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 층(들)의 전달을 수행하고 SOI 기판을 얻기 위한 분리 단계,
- 본 발명에 따른 라우팅 단계 및 이를 뒤따르는 캡슐화 처리,
- 제1 희생 산화 및 이를 뒤따르는 제1 환원,
- RTA 처리,
- 선택적으로 제2 희생 산화 단계 및 이를 뒤따르는 제2 환원 단계.
제2 방법은 다음과 같다:
- 층(들)의 전달을 수행하고 SOI 기판을 얻기 위한 분리 단계,
- RTA 처리,
- 제1 희생 산화 및 이를 뒤따르는 제1 환원,
- 본 발명에 따른 라우팅 단계 및 이를 뒤따르는 캡슐화 처리,
- 선택적으로 제2 희생 산화 단계 및 이를 뒤따르는 제2 환원 단계.
이러한 양 방법들은 특히 부분 공핍(depleted) 또는 완전 공핍된 SOI 어플리케이션들을 위하여 의도된 기판들을 제공하기 위하여 사용된다.

Claims (16)

  1. 반도체 물질의 두 층들(41, 43) 사이에 매립된 절연층(buried insulator layer)(42)을 포함하는 절연체-위-반도체(semiconductor on insulator, SeOI) 형 기판(4)의 마무리 방법으로서,
    - 라우팅된 기판(4')을 얻도록 상기 기판(4)의 환형 주변(annular periphery)을 라우팅(routing)하는 단계,
    - 상기 절연층(42)의 상기 라우팅된 사이드 에지(side edge)(420)를 커버하도록 상기 라우팅된 기판(4')을 반도체 물질(410)에 의해 캡슐화(encapsulation)하는 단계를 연속적으로 포함하며,
    상기 라우팅 단계는:
    - 플라즈마에 의해 상기 SeOI 형 기판(4)의 주변 환형 영역(500) 상에 보호 물질(6) 층을 퇴적하는 단계,
    - 상기 SeOI 형 기판(4)의 앞면(front face)(411) 상에 보호 물질의 링(ring)을 유지하도록 플라즈마에 의해 상기 보호 물질(6)의 부분적 식각을 얻는 단계로서, 이러한 링(60)은 상기 기판의 사이드 에지(46)로부터 떨어져(at a distance) 연장하며, 이에 따라 플라즈마에 접근 가능한 상기 기판의 감소된 주변 환형 영역(500')의 범위를 정의(delimit)하는 상기 부분적 식각을 얻는 단계, 및
    - 상기 감소된 주변 환형 영역(500') 내에 소정 두께 이상으로 존재하는 상기 물질을 식각하도록 상기 SeOI 형 기판(4)의 상기 감소된 주변 환형 영역에 국부화된(localized) 부분적 식각 플라즈마(partial etching plasma)를 생성하는 단계,
    - 플라즈마에 의해 상기 보호 물질(6)의 링을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 SeOI 형 기판(4)의 마무리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅된 기판(4')의 상기 캡슐화 단계는 상기 라우팅 이후에 즉시 수행되는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅된 기판(4')의 상기 캡슐화 단계는 상기 기판을 급속 열 어닐링(rapid thermal annealing, RTA) 처리함에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 급속 열 어닐링(RTA) 처리는 1150℃ 및 1300℃ 사이의 온도에서, 15초 및 5분 사이의 기간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 급속 열 어닐링(RTA) 처리는 수소(hydrogen) 및/또는 아르곤(argon) 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅된 기판(4')의 상기 캡슐화 단계는 에피택시법(epitaxy)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅된 기판(4')의 상기 캡슐화 단계는 급속 열 어닐링(RTA) 처리 및 에피택시법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅된 기판(4')의 상기 캡슐화 단계는 레이저(laser)로 어닐링하는 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅 단계는 등방성(isotropic) 플라즈마를 형성하기 위한 인클로저(enclosure)(50) 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 라우팅 단계는,
    - 등방성 플라즈마를 형성하기 위한 인클로저(50) 내부에 상기 SeOI 형 기판(4)을 도입하는 단계로서, 상기 인클로저(50)는 디스크 형상(disk-shaped)의 상부 절연 성분(53) 및 두 개의 전극들(51, 52)이 구비되고, 그리고 두 개의 전극들 중 하나(52)인 하부 전극이 하부 절연 성분(54)에 의하여 원형 등고선(circular contour)으로 둘러싸이며, 상기 기판의 뒷면(rear face)이 상기 하부 전극(52) 및 상기 하부 절연 성분(54)과 접촉하도록 상기 기판(4)이 상기 인클로저(50) 내에 위치하고, 상기 플라즈마 및 상기 SeOI 형 기판(4)의 상기 앞면(411)으로부터 떨어져 위치하고 상기 상부 절연 성분(53)에 접근 불가능한, 제외 영역(exclusion area)(540)을 상기 뒷면 상에 정의하기 위하여, 또한, 상기 플라즈마에 접근 불가능한 제외 영역(530)을 상기 앞면 상에 정의하기 위하여, 하부 절연 성분(54) 및 상부 절연 성분(53) 모두의 외경들(outer diameters)이 라우팅될 상기 SeOI 형 기판(4)의 직경보다 작고, 이러한 기판의 잔류물(remainder)이 상기 플라즈마에 접근 가능한 상기 주변 환형 영역(500)을 형성하는 상기 SeOI 형 기판(4)의 도입 단계,
    - 상기 인클로저(50) 내에 형성된 플라즈마에 의해 상기 주변 환형 영역(500) 상에 보호 물질 층(6)을 퇴적하는 단계,
    - 상기 상부 절연 성분(53)을 상기 SeOI 형 기판의 상기 앞면(411)에 가깝게 가져오고, 상기 보호 물질(6)의 상기 부분적 식각을 수행하는 단계,
    - 상기 상부 절연 성분(53)이 그 위치를 유지하면서 상기 SeOI 형 기판(4)을 형성하는 물질의 소정 두께를 식각하는 단계,
    - 상기 기판의 상기 앞면(411)으로부터 상기 상부 절연 성분(53)을 이동시키고 보호 물질의 상기 링(60)을 제거하는 단계,
    를 포함하는 단계들에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 라우팅 및 상기 캡슐화 단계들 이후에 희생 산화(sacrificial oxidation) 단계가 뒤따르고, 이후 환원(deoxidation) 단계가 뒤따르는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 희생 산화 및 환원 단계들 이후에 급속 열 어닐링(RTA) 처리가 뒤따르고, 이후에 선택적으로 제2 희생 산화 및 제2 환원 단계가 뒤따르는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    급속 열 어닐링(RTA) 처리 이후에 희생 산화 및 환원 단계가 뒤따르는 제1 일련의 단계들(first series of steps)을 포함하고, 상기 제1 일련의 단계들이 상기 기판의 상기 라우팅 및 캡슐화 단계들에 선행하는 것을 특징으로 하는 SeOI 형 기판의 마무리 방법.
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