KR20080023119A - 반도체 웨이퍼용 알칼리 에칭액 및 알칼리 에칭 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼용 알칼리 에칭액 및 알칼리 에칭 방법 Download PDF

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Abstract

종래 널리 이용되어 온 비교적 낮은 알칼리 농도에 있어서도, 표면 조도(粗度)를 개선할 수 있는 알칼리 에칭액, 이 알칼리 에칭액을 사용하는 알칼리 에칭 방법, 실리콘 웨이퍼 제조 방법, 또한 이 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 통해 얻은 표면 조도가 개선된 실리콘 웨이퍼가 제공된다.
본 발명에 따른 알칼리 에칭액은 브롬산염을 함유하는 가성(苛性) 알칼리 수용액 또는 브롬산염 및 질산염을 함유하는 가성 알칼리 수용액이다.
알칼리 에칭, 알칼리 에칭액, 실리콘 웨이퍼, 브롬산염, 질산염

Description

반도체 웨이퍼용 알칼리 에칭액 및 알칼리 에칭 방법{ALKALINE ETCHING SOLUTION FOR SEMICONDUCTOR WAFER AND ALKALINE ETCHING METHOD}
본 발명은 반도체 웨이퍼 제조 기술 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면 실리콘 웨이퍼를 위한 신규한 알칼리 에칭액, 이 에칭액을 사용하는 알칼리 에칭 방법, 이 에칭액을 사용하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법 및 이 방법에 의해 얻는 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.
IC 및 LSI 등의 집적 회로와, 트랜지스터 및 다이오드 등의 개별 반도체 소자에 이용되는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 경우, 쵸크랄스키법(Czochralski method; CZ법)이나 유동띠법(Floating Zone method; FZ법)에 의해 얻은 단결정을 내주날 절단기나 와이어 톱을 이용하여 절단하여 주변부를 모따기 가공하고, 주면의 평탄도를 향상시키기 위해서 주면을 유리 지립(free abrasive grain)에 의해 랩 가공(랩핑) 처리한 후에, 전술한 가공들을 통해 웨이퍼에서 일어난 가공 변형을 제거하기 위해 습식 에칭을 수행한 다음, 경면 연마를 수행한다. 이러한 습식 에칭은, 예컨대 불화수소산, 질산, 초산으로 이루어지는 혼합 산을 이용하는 산 에칭과, 수산화나트륨이나 수산화칼륨 등의 알칼리를 이용하는 알칼리 에칭을 포함한다.
산 에칭은 에칭율과 에칭후의 웨이퍼의 면 상태를 제어하는 것이 가능하다는 이점을 갖는 한편, 에칭율이 커서 랩핑 가공에 의해 향상된 웨이퍼의 평탄도를 열화시킨다는 결점이 있다.
한편, 알칼리 에칭은 에칭율은 낮지만, 랩핑 가공에 의해 향상된 웨이퍼의 평탄도를 유지할 수 있고, 이에 따라 에칭후에 평탄도가 양호한 웨이퍼를 얻을 수 있다는 이점을 갖는다. 최근에는, 보다 미세한 미세 가공을 가능하게 하기 위해 반도체 웨이퍼에 대하여 매우 높은 수준의 평탄도가 요구되어 왔다. 이러한 이유로, 이 알칼리 에칭이 널리 사용되어 왔다.
지금까지 사용되어 온 알칼리 에칭 기술에 있어서, 알칼리 에칭액에는 농도가 48 내지 50 중량% 미만인 알칼리 성분이 널리 사용되어 왔다.
그러나, 일반적으로 사용되고 있는 그러한 알칼리 에칭액은, (100) 면에 대한 에칭 속도와 (11l) 면에 대한 에칭 속도가 약 60 내지 100배 다른 이방성을 갖는다. 이 때문에 웨이퍼 표면에 오목부[이하, "패싯(facet)"이라고 함]가 발생하여, 에칭후에 웨이퍼 표면에 요철이 남는다고 하는 문제가 있다. 그러한 웨이퍼 표면의 요철이 큰 경우[표면 조도(粗度)가 큰 경우]에는, 디바이스 제조 공정에서 미립자가 발생하고, 연마 공정에서의 생산성이 감소된다는 문제가 있다.
그러한 문제를 해결하기 위해서, 예컨대 일본 특허 공개 제2003-229392호 공보에는 고농도(50 중량% 이상) 알칼리 용액을 사용하여 에칭 속도를 제어하며, 이방성의 영향을 적게 하고, 이에 따라 패싯의 크기를 감소시켜 표면 조도를 개선하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 고농도 알칼리 용액은 겨울에는 동결될 수 있고, 이에 따라 편리성의 면에서 문제가 있다.
따라서, 고농도 알칼리 용액을 사용하지 않고 웨이퍼의 표면 조도를 개선할 수 있는 실리콘 웨이퍼용의 알칼리 에칭액에 대한 강한 요구가 있었다.
본 발명의 목적은 종래 널리 사용되어 온 비교적 낮은 알칼리 농도에 있어서도 표면 조도를 개선할 수 있는 알칼리 에칭액, 이 알칼리 에칭액을 사용하는 알칼리 에칭 방법, 이 알칼리 에칭액을 사용하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법, 또한 이 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 의해 얻는 표면 조도가 개선된 실리콘 웨이퍼를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 전술한 요구 사항을 만족시키는 우수한 알칼리 에칭액을 개발하기 위해 예의 연구한 결과, 브롬산염을 첨가한 알칼리 에칭액을, 일반적으로 사용되는 가성(苛性) 알칼리 수용액으로 이용함으로써, 실리콘 웨이퍼의 표면에 발생하는 패싯의 크기를 감소시킬 수 있다는 것을 확인하였으며, 이에 따라 본 발명을 완성하였다.
또한, 본 발명자들은, 알칼리 에칭 처리에 있어서의 위의 지견으로부터 얻은 브롬산염의 효과가 질산염을 첨가함으로써 유지될 수 있다는 것을 확인하였으며, 이에 따라 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 알칼리 수용액에 브롬산염이 함유된 알칼리 에칭액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 알칼리 수용액에 브롬산염과 질산염이 함유된 알칼리 에칭액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 브롬산염이 브롬산나트륨인 것인 알칼리 에칭액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 질산염이 질산나트륨인 것인 알칼리 에칭액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 브롬산염을 함유하는 가성 알칼리 수용액인 알칼리 용액을 이용하여 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 실리콘 웨이퍼 에칭 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 브롬산염과 질산염을 함유하는 가성 알칼리 수용액인 알칼리 용액을 이용하여 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 실리콘 웨이퍼 에칭 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 브롬산염이 브롬산나트륨인 것인 실리콘 웨이퍼 에칭 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 질산염이 질산나트륨인 것인 실리콘 웨이퍼 에칭 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 브롬산염을 함유하는 가성 알칼리 수용액을 사용하여 알칼리 에칭을 수행하는 단계를 포함하고, 에칭후의 웨이퍼의 표면 조도(Ra)가 0.27 μm 이하인 것인 반도체 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 브롬산염을 첨가한 가성 알칼리 수용액을 사용하여 알칼리 에칭 처리되고, 에칭후의 웨이퍼의 표면 조도(Ra)가 0.27 μm 이하인 것인 반도체 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.
본 발명의 알칼리 에칭액(브롬산염을 함유하는 용액)을 사용함으로써, 종래 일반적으로 사용되는 가성 알칼리 용액을 이용한 경우와 비교하여, 에칭 속도가 대폭 저하되는 일없이 패싯의 크기를 현저히 감소시킬 수 있고, 웨이퍼의 표면 조도를 개선할 수 있다. 또한, 고농도 알칼리 수용액을 이용하지 않고도 표면 조도를 충분히 개선할 수 있다. 이에 따라, 알칼리 에칭을 편리하게 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 알칼리 에칭액(브롬산염과 질산염을 함유하는 용액)을 사용함으로써, 알칼리 에칭 과정에 있어서의 브롬산염의 소비를 억제하여, 전술한 효과를 유지한다. 따라서, 매우 경제적인 방식으로, 또한 낮은 환경 부하로 표면 조도가 개선된 웨이퍼를 얻을 수 있는 알칼리 에칭 처리를 수행하는 것이 가능하다.
(실리콘 웨이퍼)
본 발명의 에칭액을 적용하여 에칭 가능한 실리콘 웨이퍼는 특별히 제한되지는 않는다. 본 발명의 에칭액은 당업계에 통상적으로 공지되어 있는 다양한 실리콘 웨이퍼에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 크기(직경 및 두께), 다양한 원소의 도핑의 유무, 전처리의 유무에는 아무런 제한도 없다.
(알칼리 에칭액)
본 발명에 따른 알칼리 에칭액은, 통상적으로 공지되어 있는 실리콘 웨이퍼용의 알칼리 에칭액이 소량의 브롬산염을 함유한다는 특징을 갖는다. 여기서 알칼리 에칭액이란, 에칭 성분으로서 알칼리 성분을 함유하는 수용액으로서, 필요하다면 다른 성분도 포함하는 것을 의미한다.
여기서, 본 발명에서 사용 가능한 알칼리 에칭액은, 시판중인 것을 포함하여 통상적으로 공지되어 있는 실리콘 웨이퍼용의 알칼리 에칭액이기만 하면 특별히 제한되지는 않는다. 알칼리 에칭액은 바람직한 에칭 특성과 에칭 처리되는 반도체 웨이퍼의 특성을 감안하여 적절하게 선택될 수 있다. 알칼리 성분으로는 무기 수산화알칼리가 바람직하다. 특히, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 또는 이들의 혼합물이 바람직하다. 본 발명에서는, 수산화나트륨의 사용이 특히 바람직하다.
또한, 알칼리 성분의 농도도 특별히 제한되지 않고, 에칭 조건 등에 따라서 적절하게 선택될 수 있다. 알칼리 성분의 일반적인 농도 범위는 20 내지 60 중량%이며, 바람직하게는 45 내지 50 중랑%이다. 여기서, 알칼리 성분의 농도는 수용액에서의 수산화알칼리의 중량%를 나타낸다. 농도가 상기 범위보다 낮은 경우에는, 에칭 속도를 제어하고 표면 상의 패싯을 억제하기 어렵다. 농도가 상기 범위보다 높은 경우에는, 고농도 알칼리 수용액에서의 브롬산염의 불용성과 알칼리 수용액 자체의 동결 등의 문제가 발생하여 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서 사용 가능한 알칼리 성분의 순도는 특별히 제한되지 않고, 에칭 처리와 관련된 금속 오염의 정도를 고려하여 적절하게 선택할 수 있다. 반도체 제조 공정에서 사용하는 경우, 고순도의 시판품을 그대로 사용할 수 있다. 또한, 알칼리 에칭액은 필요하다면 함유된 금속 불순물의 농도가 낮은 알칼리 성분과 초순수(ultrapure water)로 조제하는 것이 바람직하다.
또한, 알칼리 성분의 농도는 에칭 처리에 따라 변화되기 때문에, 적절한 사용 시기 등에 농도를 측정하여, 필요하다면 에칭액 또는 물을 재공급하는 것이 바 람직하다. 측정은, 예컨대 중화 적정(neutralization titration)을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 보존의 조건은 통상의 조건으로 충분하겠지만, 농도 변화를 야기하고 에칭 처리에 영향을 미치는 탄산알칼리의 발생을 방지하는 환경이 바람직하다.
본 발명에 따른 알칼리 에칭액은 브롬산염을 함유하는 것을 특징으로 갖는다. 여기서, 브롬산염은 특별히 제한되지 않고, 브롬산나트륨, 브롬산칼륨, 브롬산리튬을 포함할 수 있다. 특히, 나트륨염이 바람직하다. 브롬산염으로서, 시판품을 그대로, 혹은 정제후 사용할 수 있다.
또한, 브롬산염의 농도는 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 범위는 0.01 내지 10 중량%이고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3.0 중량%이며, 보다 더 바람직하게는 0.1 내지 1.0 중량%이다. 농도가 너무 낮은 경우에는 충분한 표면 조도의 개선를 얻을 수 없다. 또한, 전술한 범위보다 농도가 높은 경우에는 비용 및 브롬산염으로부터의 가능한 불순물의 혼입의 면에서 바람직하지 않다.
브롬산염의 첨가 방법은 특별히 제한되지 않는다. 브롬산염은 보존을 위해 사용에 앞서 미리 용해될 수 있고, 에칭 처리를 위해 그대로 사용될 수 있다. 대안으로서, 알칼리 에칭액은 사용시에 에칭 처리를 위해 조제할 수도 있다. 한편, 본 발명자들은 브롬산염을 함유하는 알칼리 에칭액을 사용하여 에칭하는 경우, 에칭의 회수가 증가함에 따라 브롬산염의 첨가의 효과가 감소하는 것을 발견하였다. 알칼리 에칭액은 상이한 에칭 조건하에서 사용될 수도 있고, 다양한 형상의 실리콘 웨이퍼의 에칭을 위해 사용될 수도 있기 때문에, 에칭 회수 대신에 에칭량으로부터 확인할 수 있는 에칭액에서의 실리콘의 용해량을 계산하는 것이 바람직하다. 따라서, 실리콘의 용해량이 증가하고 효과가 감소하는 경우, 에칭액을 교환할 수도 있고, 브롬산염을 더욱 첨가하여 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 알칼리 에칭액의 다른 특징은 브롬산염뿐만 아니라 질산염도 첨가된다는 것이다. 질산염의 효과는 본 발명자들에 의해 얻어진 이하에 설명하는 예상밖의 지견에 기초하는 것이다. 즉, 브롬산염이 첨가된 가성 알칼리 수용액을 사용하는 알칼리 에칭 방법에서는, 확실히 패싯의 크기가 우수하게 제어되어 매우 감소될 수 있고, 이에 따라 표면 조도가 개선된 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 알칼리 에칭액을 반복해서 사용하면, 상기 효과가 저하된다. 그러나, 질산염이 더 첨가된 알칼리 에칭책을 사용하면, 상기 효과가 저하되는 일 없이 유지될 수 있다.
이러한 목적으로 첨가되는 질산염은 특별히 제한되지 않고, 고순도의 질산나트륨, 질산칼륨, 질산리튬을 포함할 수 있다. 본 발명에서는, 질산나트륨이 바람직하다. 질산염으로는, 시판품을 그대로, 혹은 정제후 사용할 수 있다.
질산염의 농도는 특별히 제한되지 않는다. 효과를 달성하기 위해서 사용되는 바람직한 범위는 0.01 내지 10.0 중량%이다. 특히, 브롬산염과 등몰 이상인 것이 바람직하다. 첨가되는 브롬산염과 등몰 이상으로 질산염을 첨가함으로써, 알칼리 에칭액을 반복하여 사용할 때도 상기 효과를 보다 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
질산염의 첨가 방법은 특별히 제한되지 않는다. 질산염은 브롬산염의 첨가 순서와는 상관없이 알칼리 수용액에 첨가할 수 있다. 또한, 질산염은 보존을 위해 사용에 앞서 미리 용해될 수 있고, 에칭을 위해 그대로 사용될 수 있다. 대안으로서, 알칼리 수용액은 에칭을 위해 사용시에 조제될 수도 있다.
(알칼리 에칭 방법)
본 발명에 따른 알칼리 에칭 방법은 상기 알칼리 에칭액 중 임의의 것을 사용하는 것을 특징으로 갖고, 특히 이 방법은 (반도체) 실리콘 웨이퍼를 위한 것이다.
본 발명에 따른 알칼리 에칭 방법에 사용되는 에칭 조건은 특별히 제한되지 않는다. 통상적으로 공지되어 있는 알칼리 에칭액을 사용하는 경우에 설정되는 조건이 바람직하고, 에칭 처리되는 반도체 웨이퍼의 타입(크기, 두께, 결정 방향)에 따라 에칭량, 에칭 속도, 에칭 시간, 온도, 교반(攪拌) 등을 적절하게 선택할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알칼리 에칭 방법에 사용 가능한 에칭 장치는 특별히 제한되지 않는다. 통상적으로 공지되어 있는 알칼리 에칭액을 사용하는 경우에 이용되는 장치가 바람직하고, 에칭 처리되는 반도체 웨이퍼의 타입과 에칭 조건에 따라 임의의 장치를 적절하게 선택할 수 있다. 구체적으로는, 예컨대 순환 펌프 등의 순환계, 필터 및 히터를 갖는 에칭 배스를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 알칼리 에칭액(브롬산염을 함유하는 용액)을 사용하는 에칭 방법은, 표면 조도가 개선된 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다는 점에서 우수하다. 한편, 브롬산염만으로는 에칭을 반복함에 따라 효과가 저하된다. 따라서, 반복 사 용의 정도는, 적절한 표준 시료를 이용하여 에칭을 행하고, 에칭액의 실리콘 용해량에 대해 얻어진 실리콘 웨이퍼의 표면 조도를 측정하여 비교하는 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 알칼리 에칭액(브롬산염과 질산염을 함유하는 용액)을 사용하는 에칭 방법은, 에칭을 반복함에 따라 브롬산염의 효과가 저하되는 것을 억제하고, 이에 따라 반복하여 사용할 수 있다. 또한, 이 경우에 이러한 반복 사용의 정도는, 적절한 표준 시료를 이용하여 에칭을 행하고, 에칭액의 실리콘 용해량에 대해 얻어진 실리콘 웨이퍼의 표면 조도를 측정하여 비교하는 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
(반도체 실리콘 웨이퍼 제조 방법)
본 발명에 따른 반도체 실리콘 웨이퍼 제조 방법은, 반도체 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위해 본 발명에 따른 알칼리 에칭액을 사용하여 알칼리 에칭을 행하는 것을 특징으로 갖는다.
본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 실리콘 웨이퍼는 표면 조도가 매우 우수하다. 표면 조도는 여러 가지 목적에 따라 다양한 측정법에 의해 평가할 수 있다. 특히, 그러한 평가는 통상적으로 공지된 다양한 측정 수단을 통해 측정되는 표면 조도 및/또는 표면 광택도로 이루어질 수 있다. 구체적인 측정 장치 및 측정 방법으로는 표면 조도를 위한 Mitsutoyo Corporation으로부터의 Surftest SJ-201P와 표면 광택도를 위한 Nippon Denshoku Industries, Co., Ltd.로부터의 광택계 PG-IM을 들 수 있다.
또한, 패싯의 형상을 시각적으로 평가하는 목적은 표면의 형상을 관찰하는 것에 의해 이행될 수 있다. 구체적으로는, 현미경에 의한 표면 관찰이 바람직한 평가 방법이다. 이에 의해, 예컨대 패싯의 형상, 크기 및 깊이를 평가할 수 있다.
이하, 여러가지 예를 참고하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[예]
이하에서 설명하는 예 및 비교예에서는 다음의 평가 방법을 사용하였다.
"웨이퍼 평가 시험법"
(1) 에칭 속도(에칭율: μm/sec): ADE로부터의 Ultragate 9700를 사용하여 에칭 전후의 웨이퍼 중앙의 두께를 측정하고, 다음 계산식에 기초하여 에칭 속도를 산출하였다.
에칭 속도: (에칭전 두께 - 에칭후 두께) / 에칭 시간
(2) 웨이퍼의 표면 조도: Mitsutoyo Corporation으로부터의 Surftest SJ-201P를 사용하여 JIS B0601-1994에 기초한 Ra를 측정하였다.
(3) 웨이퍼의 표면 광택도: Nippon Denshoku Industries, Co., Ltd.로부터의 광택계 PG-lM을 사용하여, JIS Z874l/K5400에 기초한 조명/60도의 수광 각도에 있어서의 광택도를 측정하였다.
(4) 에칭 표면 관찰: Keyence Corporation으로부터의 표면 형상 측정 현미경 VF-7500을 사용하여 에칭후의 웨이퍼 표면을 관찰하였다(배율: 100 ×).
[예1](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해 량: 0 g/L)
48 중량%의 수산화나트륨[Tsurumi Soda Co., Ltd. 제조: 48 %의 CLEARCUT-S)가성 알칼리 수용액 65 L에, 196 g의 브롬산나트륨(Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako reagent chemicals 제조)과 111 g의 질산나트륨(Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent chemicals 제조)을 용해하여, 알칼리 에칭액인, 0.20 중량%의 브롬산나트륨과 0.11 중량%의 질산나트륨을 함유하는 알칼리 수용액을 조제하였다. 조제한 알칼리 에칭액을 충전 용량 65 L의 블록형 에칭 배스에 충전하였다. 이 충전 배스에, 양면 랩핑 가공한 직경 8 인치의 실리콘 웨이퍼 20장을 캐리어에 적재하여 침지시켰다. 이들 웨이퍼를 해당 수용액 내에서 캐리어와 함께 회전(20 rpm)시키면서, 액체 온도 90 ℃에서 약 7분간 양면을 약 25μm 에칭 처리하였다. 그 후, 웨이퍼를 물 세정 배스에 옮겨 세정 및 건조하였다. 다음에, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼 표면의 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 그 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯(plot)하였다. 또한, 얻어진 웨이퍼의 표면의 현미경 사진을 촬영하여, 도 2에 나타냈다.
[예2](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 0.3 g/L)
예 1의 처리후의 에칭액을 교환하지 않고 예 1과 유사한 에칭 처리를 반복하여 행하여, 실리콘 용해량이 0.3 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼 의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 3](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 0.6 g/L)
예 2와 유사한 방식으로 실리콘 농도가 0.6 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 4](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 0.9 g/L)
예 2와 유사한 방식으로 실리콘 농도가 0.9 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 5](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 1.2 g/L)
예 2와 유사한 방식으로 실리콘 농도가 1.2 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으 로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 6](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 1.5 g/L)
예 2와 같은 방식으로 실리콘 농도가 1.5 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 7](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 1.8 g/L)
예 2와 유사한 방식으로 실리콘 농도가 1.8 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 8](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 2.1 g/L)
예 2와 유사한 방식으로 실리콘 농도가 2.1 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 9](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 2.4 g/L)
예 2와 유사한 방식으로 실리콘 농도가 2.4 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 10](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 2.7 g/L)
예 2와 유사한 방식으로 실리콘 농도가 2.7 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 11](브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용 해량: 3.0 g/L)
예 2와 유사한 방식으로 실리콘 농도가 3.0 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다. 또한, 얻어진 웨이퍼의 표면의 현미경 사진을 촬영하여, 도 3에 나타냈다.
[예 12](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 0 g/L)
질산나트륨을 첨가하지 않은 것 이외에는 예 1과 유사한 방식으로 알칼리 수용액을 조제하여 에칭액으로 사용하였다. 또한, 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다. 또한, 얻어진 웨이퍼의 표면의 현미경 사진을 촬영하여, 도 4에 나타냈다.
[예 13](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 0.3 g/L)
예 12의 처리후 에칭액을 교환하지 않고 예 1과 유사한 에칭 처리를 반복하여 행하여, 실리콘 용해량이 0.3 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의 해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[예 l4](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 0.6 g/L)
예 13과 유사한 방식으로 실리콘 농도가 0.6 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[비교예 1](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 0.9 g/L)
예 13과 유사한 방식으로 실리콘 농도가 0.9 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법을 통해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[비교예 2](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 1.2 g/L)
예 13과 유사한 방식으로 실리콘 농도가 1.2 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[비교예 3](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 1.5 g/L)
예 13과 유사한 방식으로 실리콘 농도가 1.5 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[비교예 4](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 1.8 g/L)
예 13과 유사한 방식으로 실리콘 농도가 1.8 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[비교예 5](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 2.l g/L)
예 13과 유사한 방식으로 실리콘 농도가 2.1 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[비교예 6](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 2.4 g/L)
예 13과 유사한 방식으로 실리콘 농도가 2.4 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[비교예 7](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 2.7 g/L)
예 13과 유사한 방식으로 실리콘 농도가 2.7 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다.
[비교예 8](브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액, 실리콘 용해량: 3.0 g/L)
예 13과 유사한 방식으로 실리콘 농도가 3.0 g/L인 알칼리 수용액을 에칭액 으로 사용하였다. 예 1과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다. 또한, 얻어진 웨이퍼의 표면의 현미경 사진을 촬영하여, 도 5에 나타냈다.
[비교예 9](48% 수산화나트륨 수용액)
브롬산나트륨 및 질산나트륨을 첨가하지 않은 것 이외에는 예 l과 유사한 방식으로 알칼리 수용액을 조제하여, 에칭액으로 사용하였다. 예1 내지 예 11과 유사한 방식으로 실리콘 용해량(g/L)이 0, 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5, 1.8, 2.l, 2.4, 2.7, 3.0인 알칼리 수용액 각각을 에칭액으로 사용하여, 예 l과 유사한 방식으로 실리콘 웨이퍼를 에칭 처리하였다. 그 후, 얻어진 웨이퍼의 에칭 속도, 웨이퍼의 표면 조도 및 웨이퍼의 표면 광택도를 전술한 시험법에 의해 측정하였다. 표 1에 결과를 나타낸다. 또한, 도 1에는 실리콘의 용해량에 대하여, 얻어진 웨이퍼의 표면 조도를 플롯하였다. 또한, 실리콘 용해량이 0 g/L 및 3.0 g/L인 에칭액을 사용하여 얻은 최종 웨이퍼 표면의 현미경 사진을 촬영하여, 도 6 및 도 7에 각각 도시하였다.
[표 1]
Figure 112007062087150-PAT00001
표 1 및 도 1로부터, 브롬산나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액(예 1 내지 예 11)과 브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액(예 12 내지 예 l4)을 사용하는 알칼리 에칭 처리에서는, 브롬산나트륨과 질산나트륨을 함유하지 않는 48% 수산화나트륨 수용액을 알칼리 에칭액으로 사용하는 알칼리 에칭 처리(비교예 9)와 비교하여, 표면 조도를 현저히 개선할 수 있는 것이 분명하다. 또한, 브롬산 나트륨 및 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액(예 4 내지 예 1l)에서는, 브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액(비교예 1 내지 비교예 8)과 비교하여, 반복 사용으로 인해 에칭액에서의 실리콘 용해량이 증가한 경우에도 효과를 유지할 수 있고, 표면 조도가 개선된 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4 및 도 5 내지 도 7과 비교하여, 본 발명에 따른 알칼리 에칭액을 사용함으로써 패싯의 크기를 현저히 감소시킬 수 있다
도 l은 예 1 내지 예 14와 비교예 l 내지 비교예 9의 결과를 나타낸 그래프로, 수평축은 실리콘의 용해량을 나타내고, 수직축은 얻어진 웨이퍼의 표면 조도(μm)를 나타내며, ○은 브롬산나트륨과 질산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액(예 1 내지 예 11)을 나타내고, ×는 브롬산나트륨을 함유하는 알칼리 에칭액(예 12 내지 예 14와 비교예 1 내지 비교예 8)을 나타내며, ●는 48% NaOH의 알칼리 에칭액(비교예 9)을 각각 나타낸다.
도 2는 예 1을 통해 얻은 웨이퍼 표면의 현미경 사진(배율: 100 ×)을 나타낸 도면.
도 3은 예 11을 통해 얻은 웨이퍼 표면의 현미경 사진(배율: 100 ×)을 나타낸 도면.
도 4는 예 12를 통해 얻은 웨이퍼 표면의 현미경 사진(배율: l00 ×)을 나타낸 도면.
도 5는 비교예 8을 통해 얻은 웨이퍼 표면의 현미경 사진(배율: l00 ×)을 나타낸 도면.
도 6은 비교예 9(실리콘 용해량: 0 g/L)를 통해 얻은 웨이퍼 표면의 현미경 사진(배율: l00 ×)을 나타낸 도면.
도 7은 비교예 9(실리콘 용해량: 3.0 g/L)를 통해 얻은 웨이퍼 표면의 현미경 사진(배율: l00 ×)을 나타낸 도면.

Claims (9)

  1. 알칼리 수용액에 브롬산염이 함유되어 있는 것인 알칼리 에칭액.
  2. 알칼리 수용액에 브롬산염 및 질산염이 함유되어 있는 것인 알칼리 에칭액.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 브롬산염은 브롬산나트륨인 것인 알칼리 에칭액.
  4. 제2항에 있어서, 상기 질산염은 질산나트륨인 것인 알칼리 에칭액.
  5. 알칼리 용액에 의한 실리콘 웨이퍼 에칭 방법으로서,
    상기 알칼리 용액은 브롬산염을 함유하는 가성(苛性) 알칼리 수용액인 것인 실리콘 웨이퍼 에칭 방법.
  6. 알칼리 용액에 의한 실리콘 웨이퍼 에칭 방법으로서,
    상기 알칼리 용액은 브롬산염 및 질산염을 함유하는 가성 알칼리 수용액인 것인 실리콘 웨이퍼 에칭 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 브롬산염은 브롬산나트륨인 것인 실리콘 웨이퍼 에칭 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 질산염은 질산나트륨인 것인 실리콘 웨이퍼 에칭 방법.
  9. 브롬산염을 함유하는 가성 알칼리 수용액을 사용하여 알칼리 에칭을 수행하는 단계를 포함하고,
    에칭 처리후의 웨이퍼는 0.27 ㎛ 이하의 표면 조도(粗度)(Ra)를 갖는 것인 반도체 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
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