KR20050094766A - 반도체 코팅 기판의 제조방법 - Google Patents

반도체 코팅 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판을 조면화하여 내부에 마이크로피셔를 생성한 후, 고농도의 강산으로 처리하고 1종 이상의 금속 산화물을 함유하는 재료로 코팅하는, 반도체 가공에 사용하는 깨끗한 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

반도체 코팅 기판의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING SEMI-CONDUCTOR COATED SUBSTRATE}
본 발명은 일반적으로 기판의 표면을 우선 조면화하여 코팅 재료의 접착을 증진시키는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다. 그후, 상기 표면은 기판 상의 잔존하는 입자를 제거하도록 처리된 후, 금속 산화물 조성물로 코팅된다.
석영과 같은 기판 재료는 반도체 산업에서 다양한 목적(예컨대, 에칭 가공 챔버에서의 유전 장벽)으로 사용된다. 기판의 표면은 종종 표면적을 증가시키도록 기계적으로 강화되어야 한다.
기계적 강화는, 본원에 참조로 인용되고 있는 미국 특허 제 5,202,008 호, 제 5,391,275 호, 제 6,565,667 호에 개시되어 있는, 비드 블래스팅(bead blasting)으로 일반적으로 알려진 가압하에서의 마멸재에 의한 표면 처리에 의해 달성될 수 있다.
비드 블래스팅은 종종 기판 표면 상에 존재하는 코팅물을 제거하고/하거나 표면적을 증가시켜 새로운 코팅 재료 층의 접착을 증진시킴으로써 표면을 제조하는데 사용된다. 한편, 비드 블래스팅은 표면에 적용되는 코팅에 악영향을 줄 수 있는 소립자를 함유하는 표면을 생성할 수 있다.
후속적으로 비드 블래스팅된 기판 표면은 강산으로 처리되어 박혀 있는 입자 및 고정되지 않은 단편을 제거함으로써 비드 블래스팅만으로 수득될 수 있는 것 보다 더욱 깨끗한 표면을 제공하는 성과를 어느 정도 거둘 수 있었다. 한편, 비드 블래스팅과 산 처리의 조합은 처리된 기판 표면으로부터 모든 입자를 일관되게 제거하지 못한다. 또한, 남은 표면은 기판이 추가로 가공되는 경우 고정되지 않은 입자를 만들 수 있는 뾰족한 부분을 함유할 수 있다.
예를 들어, 반도체 웨이퍼 제조 챔버에서 소모성 구성요소로서 석영을 사용하는 것이 통상적이며, 이러한 챔버의 용도는 규소 웨이퍼 표면으로부터 금속 산화물, 예컨대 이산화규소, 산화구리 등을 제거하는 것일 수 있다. 이 챔버에서, 무선주파수가 아르곤 원자를 여기하여, 웨이퍼의 표면을 스퍼터링 에칭하게끔 함으로써 표면 산화물 층을 제거한다. 또한, 비드 블래스팅된 석영은, 플라즈마 에칭 공정 도중 제거되어 규소 웨이퍼의 표면 상에 침착하여 결함을 생성할 수 있는 이산화규소 소립자를 함유한다. 챔버에서의 비드 블래스팅된 석영 구성요소의 경우, 비드 블래스팅된 석영을 플라즈마 건(gun)을 통해 초점화된 재료로 기판 재료의 표면 상에 코팅하여 웨이퍼로부터의 에칭된 재료의 접착을 증진시킬뿐 아니라 비드 블래스팅 방법에 의해 야기된 입자 안에 봉입하는데 특히 적용된다. 도포 건 내부에서의 플라즈마의 형성으로 인해 코팅이 도포되며, 전형적으로 수소, 질소, 아르곤, 헬륨 및 그의 혼합물 등의 기체를 통해 도포되고 생성된다. 입자가 없는 비드 블래스팅된 석영 표면을 달성하는 종전의 방법은 비오씨 그룹 인코포레이티드(BOC Group, Inc.)의 비오씨 에드워드 디비젼(BOC Edwards Division)에 의해 시판되는 것과 같은 반도체 재료의 표면을 화학적 에칭함으로써 수행되었다.
이러한 유형의 방법은, 비드 블래스팅 후 금속 또는 절연체 재료가 화학적으로 에칭되어 박혀 있는 불순물을 제거하고 표면의 기계적 개질에 의해 야기되는 기판의 고정되지 않은 단편을 제거하는데 적용된다.
일부 플라즈마 에칭 시스템에서는, 단단하지 않게 고정된 기판 재료의 입자가 잔존하며 기판과 통합되는 반도체 조립체의 무결점에 악영향을 줄 수 있다. 표면을 조면화한 후 화학적 에칭하는 시스템은 이러한 단단하지 않게 고정된 기판 재료의 입자의 제거가 개선되지만, 일부 경우 기판은 반도체 조립체의 추가 가공 과정에서 제거되어질 수 있는 미립자 물질을 생성할 수 있는 일부 미립자 물질 또는 작은 균열을 함유한다. 이전에 나타낸 바와 같이, 이들 입자는 이와 같이 제조된 기판 재료와 반도체 웨이퍼의 기능에 악영향을 줄 수 있다.
따라서, 전형적으로 반도체 산업에 사용하기 적합한 기판 재료의 표면은 표면 조면화 작업 과정에서 형성되는 기판 재료의 입자를 적어도 실질적으로 모두 없앨 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 소립자가 반도체 조립체 형성 과정의 후속 단계에서 생성되지 않도록 기판 재료의 표면을 처리하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 방법은 확실히 기판이 반도체 조립체의 제조에 사용하기 적합하다.
본 발명은, 일반적으로, 기판 재료의 표면이 초기 표면 조면화 공정으로 처리되고 표면 조면화 작업 과정에서 형성되는 고정되지 않은 입자를 제거하도록 추가 처리되는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 조면화된 표면은 1종 이상의 금속 산화물을 함유하는 코팅 조성물로 코팅된다. 이러한 금속 산화물로는 얇은 코팅층을 제공할 수 있도록 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화이트륨, 이산화규소, 이들의 조합물 등을 들 수 있다.
본 발명의 특정 양태에서는,
a) 기판 재료의 표면을 조면화하여 내부에 마이크로피셔를 생성하고,
b) 조면화된 표면을 처리하여 조면화된 표면 상에 잔존하는 기판 재료 입자를 적어도 실질적으로 모두 제거하고,
c) 상기 조면화된 표면을 1종 이상의 금속 산화물을 함유하는 코팅 조성물으로 코팅하는 것을 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판을 제공하는 방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 코팅 조성물은 산화지르코늄을 함유한다.
첨부된 도면은 본 발명의 실시양태를 예시하는 것이지 본 청구범위에 의해 포함되는 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 일반적으로 기판의 표면을 우선 조면화한 후, 반도체 조립체로 추가 가공하기에 적합한 비-전도성 기판 재료 표면을 제공하도록 바람직하게는 유전성인 얇은 코팅 조성물 층으로 코팅하는, 반도체 가공에 사용하기 적합하도록 하는 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 재료의 표면은 우선 기판 재료의 특성에 악영향을 줄 수 있고 웨이퍼 등의 반도체 조립체의 형성에 적합하게 만드는 표면의 접착 능력을 개선시키는 표면 재료를 제거하도록 조면화되어야 한다. 기판 재료는 석영, 세라믹, 금속 산화물(예컨대, 산화알루미늄) 및 금속(예컨대, 알루미늄) 등의 반도체 산업에 사용하기 적합한 모든 재료일 수 있다. 석영은 유전성이면서 제조시 비교적 순수하므로 특히 유용한 기판 재료이다.
기판 재료의 표면을 조면화할 수 있는 방식은 다양할 수 있지만 전형적으로 반도체 조립체의 제조에 적합한 표면 조도를 생성하도록 특정 조건하에서 노즐을 통해 가압하에 적용되는 비드 형태의 마멸재를 사용하는 것이 바람직하다. 표면 조도 정도는 전형적으로 180 내지 320, 바람직하게는 200 내지 300, 가장 바람직하게는 200 내지 250 마이크로인치 Ra일 것이다. 이러한 표면 조도 조건은 압력, 모래 크기, 및 마멸재에 적용되는 거리를 조정함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 시스템은 바람직하게는 조면화된 표면을 생성하지만 마이크로피셔 내부에 박힌 입자를 비롯한 표면 상에 기판 재료의 미세입자를 남기는 특징이 있다.
이러한 박혀 있는 입자는 전형적으로 질산 및/또는 불화수소산 등의 비교적 진한 농도의 강산을 함유하는 침지 욕을 이용하여 조면화된 기판 재료를 처리함으로써 어느 정도 이상 제거될 수 있다. 전형적인 강산의 농도는 15 내지 50부피%, 바람직하게는 25 내지 35부피%이다. 산 침지 욕은 기판 표면 상에 잔존하는 기판 재료의 입자 중 일부 이상을 제거하는 것을 촉진시킬 수 있을 정도로 충분히 높은 농도로 강산을 함유한다. 바람직한 방법에서, 조면화된 표면은 화학적으로 에칭되어 박혀 있는 불순물을 제거하며 표면의 기계적 변형에 의해 야기되는 기판 재료의 고정되지 않은 단편을 제거한다.
상기한 산 에칭 처리 시스템은 단단하지 않게 고정된 입자를 제거하는데 효과적으로 작용하는 한편, 조면화된 표면의 마이크로피셔는 반도체 조립체를 제조하는 추가의 가공 도중에도 추가적인 입자를 형성할 수 있는 것으로 관찰되었다. 마이크로피셔의 뾰족한 가장자리 부분은 표면에서 제거되거나 파손됨에 따라 산 에칭 처리 후 원치않는 고정되지 않은 입자의 공급원일 수 있다.
본 발명에 따르면, 적어도 실질적으로 모든 고정되지 않은 입자가 제거되는 기판 입자의 조면화된 표면은 얇은 코팅, 바람직하게는 유전성 코팅을 조면화된 표면 상에 함유된 마이크로피셔로부터 기판 재료의 추가 입자의 제거를 방지하는 조면화되고 산 에칭된 표면에 적용함으로써 추가로 처리될 수 있다.
얇은 코팅을 형성하는데 사용되는 코팅 조성물은, 바람직하게는 유전성인 효과적인 코팅을 형성하며 반도체 조립체로의 기판 재료의 추가적인 가공 과정에서 기판 표면의 입자의 제거를 방지하는 코팅 조성물일 수 있다. 코팅은 전형적으로는 0.010 인치 이하의 마이크로피셔를 채우고 덮기에 충분한 두께이어야 한다. 코팅 조성물은 이산화규소를 포함한 금속 산화물 코팅으로부터 선택된다. 바람직한 금속 산화물 코팅은 산화지르코늄, 산화이트륨 및/또는 산화알루미늄을 들 수 있다. 특히 코팅 조성물의 주 성분으로서 산화지르코늄의 존재가 바람직하다. 본 발명의 바람직한 형태에서, 코팅 조성물은 92% 이상의 산화지르코늄을 함유할 것이다. 산화지르코늄은 산화알루미늄 등의 기타 금속 산화물보다 더욱 화학적으로 순수한 것으로 보여지므로 바람직한 코팅 조성물 성분이다. 산화알루미늄은 종종 소량의 산화나트륨을 함유한다. 나트륨은 플라즈마 가공 과정에서 기판 재료로 이동된다.
코팅 조성물은 플라즈마로서 바람직하게 도포되며 그의 형성은 도면에 개략적으로 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 코팅 조성물의 플라즈마 스프레이(4)를 생성하기 위한 플라즈마 스프레이 조립체(2)는 전형적으로 수소, 질소, 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합물로부터 플라즈마를 전개시키기 위해 공급원(6)으로부터 적합한 기체를 제공함으로써 생성될 수 있다. 플라즈마 기체는 플라즈마 건(9)의 플라즈마 챔버에서 생성된 고온(예컨대 10,000 내지 30,000°F)이 용융시키는 고체, 전형적으로는 분말 형태로서 플라즈마 건(9)에 공급되는 코팅 조성물 물질(8)(예컨대, 산화지르코늄)과 합쳐져 코팅 조성물이 비드 블래스팅에 의해 조면화된 기판과 같이 미리 조면화된 기판 상에 박층으로서 도포될 수 있다.
압축 공기 또는 기타 적합한 압축 기체는 공급원(10)으로부터 플라즈마 건(9)으로 제공되어 플라즈마 건에서의 용융된 재료를 기판의 표면으로 추진시킨다. 또한, 아이서(icer)(12)로부터 얼음 결정 형태의 동결된 물을 플라즈마 건에 제공하여 플라즈마 건으로부터 제공되는 플라즈마 스프레이의 온도를 제어한다.
코팅 조성물의 두께는 전형적으로는 0.005인치 이하, 더욱 전형적으로는 0.006인치 이하의 조면화된 기판 표면 상에 함유된 마이크로피셔를 채우기에 충분할 것이다. 따라서, 코팅 조성물은 전형적으로 0.010인치 이하의 두께를 가질 것이다. 마이크로피셔를 채우는 것은 마이크로피셔의 뾰족한 가장자리 부분이 제거되어 고정되지 않은 입자가 되게 하는 것을 방지한다. 생성된 코팅 표면은, 마이크로피셔의 뾰족한 부분으로부터 원치 않는 입자의 형성을 방지하는 것과 더불어, 반도체 조립체의 지속적 개발을 위해 우수해진 접착성을 제공하고 표면 상의 원치 않는 기체의 존재를 상당히 감소시키는(즉, 기체 제거 감소) 매끄러운 기판 표면을 제공한다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시양태에서, 기판 재료의 실질적으로 모든 고정되지 않은 입자가 조면화된 기판 표면으로부터 제거된 후, 조면화된 기판은 바람직하게는 본원에 참조로 인용되는 미국 특허 제 5,651,797 호에 기재된 유형의 초음파 세척 탱크에 침지되어 전형적으로는 탈이온수 중에서 초음파 세척될 수 있다.
실시예 1
이산화규소(시료 1) 층을 갖는 석영으로 제조된 얇은 웨이퍼 기판을 탄화규소 비드로 비드 블래스팅하여 0.03인치 절단 길이를 이용하여 180 내지 220 마이크로인치 Ra로 표면 조도를 생성하였다. 이후, 비드 블래스팅된 웨이퍼를 70%의 강한 질산 33%(v/v), 69%의 진한 불화수소산 33%(v/v) 및 탈이온수 34%를 함유하는 산 욕조에서 1 내지 2분 동안 처리하였다.
이와 같이 처리된 웨이퍼를 탈이온수로 헹구고 미국 특허 제 5,651,797 호에 기재된 초음파 세척 탱크에서 2분 동안 75 내지 90°F의 온도에서 >5.0 Meg Ohm-cm로 탈이온수 중에서 초음파 세척하였다. 이후, 웨이퍼를 0.01 마이크론 여과된 질소를 이용하여 건조시키고, 질소 분위기 중에서 2시간 동안 250°F에서 베이킹하였다.
이와 같이 건조되고 베이킹된 웨이퍼를 98% 초과의 산화알루미늄을 함유하는 코팅 조성물로 코팅하여 0.002 인치 두께를 갖는 웨이퍼의 표면 상에 코팅을 형성하여, 반도체 조립체의 형성을 위한 후속 가공 과정에서 입자 제거를 적어도 실질적으로 방지하기에 충분한 접착력을 보유하는 코팅 층을 제조하였다.
실시예 2
시료 2 내지 18을 웨이퍼의 코팅 재료, 코팅 두께 및 표면 조도를 표 1에 제시된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 시료 1과 동일하게 제조하였다.
시료 2 내지 18은 각각 반도체 조립체의 형성을 위한 후속 가공 과정에서 입자 제거를 적어도 실질적으로 방지하기에 충분한 접착력을 보유하는 코팅층을 나타내었다. 산화지르코늄 코팅은 기체 제거를 덜 나타내고, 수증기 보유를 덜 나타내며 기판 물질의 표면 상에 음이온 및 양이온 종을 덜 보유하므로 산화알루미늄 코팅에 비해 바람직하다.
본 발명에 따른 반도체 가공 기판의 제조 방법에 따르면, 반도체 기판의 표면 조면화 작업 과정에서 형성된 기판 재료 입자를 적어도 실질적으로 모두 없앨 수 있어 반도체 가공에 사용하기 적합한 깨끗한 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 조면화된 기판 표면에 코팅 조성물을 적용하는 플라즈마 스프레이 조립체의 구성요소를 예시한 도면이다.

Claims (22)

  1. a) 기판 재료의 표면을 조면화하여 내부에 마이크로피셔를 생성하는 단계,
    b) 조면화된 표면을 처리하여 조면화된 표면 상에 잔존하는 기판 재료의 입자를 적어도 실질적으로 모두 제거하는 단계, 및
    c) 상기 조면화된 표면을 1종 이상의 금속 산화물을 함유하는 코팅 조성물로 코팅하는 단계를 포함하는,
    반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판이 석영, 세라믹, 금속 및 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료로 이루어지는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅 조성물이 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화이트륨 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코팅 조성물이 산화지르코늄 및 산화이트륨을 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화된 표면의 코팅 단계가, 플라즈마 생성 기체를 포함하는 플라즈마 및 코팅 조성물을 생성하고, 조면화된 표면에 코팅 조성물을 적용하기에 충분한 방식으로 상기 플라즈마를 상기 조면화된 표면으로 향하게 하는 것을 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    압축 공기의 존재하에 플라즈마를 생성하는 것을 추가로 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    약 10,000 내지 30,000°F의 온도에서 플라즈마를 생성하는 것을 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 기체가 수소, 질소, 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 재료 표면의 조면화 단계가, a) 기판 재료를 조면화 물질의 고체 입자와 접촉시켜 약 180 내지 320 마이크로인치 Ra 범위의 표면 조도를 생성하는 단계를 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 표면 조도가 200 내지 300 마이크로인치 Ra인, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화된 표면의 처리 단계가 고농도의 강산 함유 침지 욕에 기판을 침지시키는 것을 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 강산의 농도가 15 내지 50부피%인, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 강산의 농도가 25 내지 35부피%인, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 침지 욕이 질산 및 불화수소산을 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    침지 욕으로부터 기판을 제거하고 기판을 세척하는 것을 추가로 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로피셔의 깊이가 약 0.005인치 이하인, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로피셔의 깊이가 약 0.006인치 이하인, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅이 마이크로피셔를 채우고 덮기에 충분한 두께를 갖는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 코팅의 두께가 약 0.010인치 이하인, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면화된 표면의 코팅 단계가 플라즈마 기체를 함유하는 플라즈마의 형태로 코팅 조성물을 적용하는 것을 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    10,000 내지 30,000°F의 온도에서 플라즈마의 형태로 코팅 조성물을 적용하는 것을 포함하는, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅이 유전성 코팅인, 반도체 가공에 사용하기 적합한 기판의 제조방법.
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