KR20120041750A - 실리콘 표면 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 표면 에칭 방법에 관한 것으로서, 다음과 같은 단계들을 포함한다. 첫째, 50℃ 내지 95℃의 온도에서, 적어도 하나의 친수콜로이드를 함유하는 수성 알칼리성 친수콜로이드 에칭 용액을 준비한다. 둘째, 미리 결정된 시간 동안 친수콜로이드 에칭 용액에 실리콘 표면을 접촉시킨다. 마직막으로, 실리콘 표면으로부터 친수콜로이드 에칭 용액을 제거한다.

Description

실리콘 표면 에칭 방법{Method for etching of silicon surfaces}
본 발명은 실리콘 표면 에칭 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 실리콘 웨이퍼의 표면의 습식-화학, 피라미드 조직 에칭에 관한 것이다.
EP 0 944 114 B1은 무엇보다도 이소프로판올과 에틸렌 클리콜이 첨가된 에칭 용액을 가진 실리콘 표면의 습식-화학, 피라미드 조직 에칭 방법을 개시한다. 알려진 에칭 용액을 사용하여 실리콘 표면에 피라미드 에칭 조직을 만드는 것은 적어도 25분 내지 30분의 상대적으로 긴 처리기간과 80℃ 내지 85℃의 상대적으로 높은 처리 온도를 필요로 한다. 그것 이외에도, 알려진 에칭 용액을 이용하여 제조된 피라미드 에칭 조직은 특히 좋은 균질도을 갖지 않는다. 처리된 실리콘 표면은 특히 밀도가 다르고, 따라서 생성된 피라미드의 크기 및 분포의 크기가 다르다.
알려진 에칭 용액의 다른 단점은 에칭 반응 동안 방출되는 이소프로판올과 수소에 의해 폭발성 가스 혼합물이 생성될 수 있다는 것이다. 이것 때문에, 에칭 용액을 함유하고 있는 처리조(treatment basin) 위의 공기를 연속적으로 흡입할 필요가 있다.
알려진 에칭 용액의 다른 단점은 에칭 용액이 8 내지 10회 사용된 후에는 피라미드 에칭 조직의 품질이 현저히 저하되는 것이다. 에칭 용액의 충분한 품질을 유지하기 위해서, 에칭 용액을 상대적으로 자주 교환할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 선행기술의 여러 가지 단점들을 해소하는 것이다. 특히, 본 발명은 균일한 피라미드 에칭 조직이 실리콘 표면에 신속하고 용이하게 만들어질 수 있는 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 특히, 피라미드 에칭 조직의 품질과 공정의 효율성이 향상된다. 본 발명의 다른 목적에 따르면, 신규한 용도가 제안된다.
본 발명의 목적은 청구항 1, 13 및 15의 특징에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 청구항 2-12, 14, 16 및 17의 특징으로부터 얻어진다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 단계들을 가진 실리콘 에칭 방법이 제안된다.
적어도 하나의 친수콜로이드를 함유하는 50℃ 내지 95℃의 온도를 가진 수성 알칼리성 친수콜로이드 에칭 용액을 준비한다.
친수콜로이드 에칭 용액에 실리콘 표면을 소정 시간 동안 접촉시킨다.
실리콘 표면으로부터 친수콜로이드 에칭 용액을 제거한다.
본 발명에 따라 제안된 수성 친수콜로이드 에칭 용액을 사용하면, 이소프로판올의 첨가가 감소되거나 방지될 수 있다. 친수콜로이드의 첨가는 에칭 공정 시간을 단축시킴과 동시에 피라미드 에칭 조직이 엄청나게 균일한 품질로 생성될 수 있다.
본 발명에 따르면, '친수콜로이드들(hydrocollocids)'이라는 용어는 콜로이드로서 물에 용해되고 강력한 겔화(gelation) 능력을 나타내는 다당류와 단백질 그룹을 의미하는 것으로 이해된다. '친수콜로이드'라는 용어는 화학적 조성에 의해 정의된 친수콜로이드를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 방법은 특히 실리콘 웨이퍼의 실리콘 표면에 피라미드 에칭 조직을 만드는데 적합하다. 그러나, 이것 이외에도, 본 발명의 방법은 광학 또는 전기-화학 센서들의 습식-화학 구조물 에칭, 촉매, 전극 등에 적합하다.
처리될 실리콘 표면은 100 방위를 가진다. 본 발명의 방법으로 만들어진 에칭 피라미드는 111 표면을 가진다. 친수콜로이드 에칭 용액을 실리콘 표면에 접촉시키는 기간은 생성된 에칭 피라미드의 크기에 영향을 미친다. 당업자는 생성된 에칭 피라미드의 크기에 따라 적절한 기간을 선택할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 친수콜로이드는 0.01-2.0 g/l, 바람직하게 0.01-0.99 g/l 농도의 친수콜로이드 에칭 용액에 함유된다. 친수콜로이드 에칭 용액의 온도는 65℃ 내지 80℃, 바람직하게 68℃ 내지 85℃로 설정되는 것이 유리하다. 또한, 실리콘 표면을 친수콜로이드 에칭 용액에 5분 내지 25분, 바람직하게, 10분 내지 20분 동안 접촉시키는 것이 유리한 것으로 판명되었다. 탁월한 결과는 10분 동안 65℃ 내지 70℃의 온도 범위에서 얻어졌다. 생성된 피라미드 에칭 조직은 밀도와 관련하여 탁월한 균질도와, 에칭 피라미드의 크기 및 그 분포를 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 친수콜로이드 에칭 용액은 적어도 하나의 친수콜로이드를 수성 에칭 용액에 첨가시켜 만들어진다. 따라서, 수성 에칭 용액은 알칼리성 수산화물을 물에 용해시켜 만들어질 수 있다. 특히, KOH 또는 NaOH은 알칼리성 수산화물로서 사용될 수 있다. 전술한 알칼리성 수산화물의 혼합물 역시 사용될 수 있다.
알칼리성 수산화물은 10-90g/l, 바람직하게 15-30g/l의 농도로 친수콜로이드 에칭 용액에 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법의 다른 실시예에 따르면, 친수콜로이드로서 전분, 셀룰로스, 셀룰로스에테르, 펙틴, 아라비아 고무, 한천(agar), 알긴산염(alginate), 덱스트란, 젤라틴, 크산탄 검과 같은 친수콜로이드들의 적어도 어느 하나가 수용액에 첨가될 수 있다. 이 정도로, 친수콜로이드 에칭 용액을 만드는데 있어서, 적어도 하나의 친수콜로이드를 수용액에 첨가하여 에칭 용액을 만드는 것이 특히 바람직한 것이 입증되었다. 따라서, 수용액은 알칼리성이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 친수콜리이드 뿐만 아니라 실리콘 표면을 에칭하기 위해 에칭 용액을 보관하기 위한 처리조(basin)를 컨디셔닝하는 데 사용되는 KOH 또는 NaOH 수용액을 함유하는 친수콜로이드 에칭 용액을 제안한다. 제안된 바와 같은 처리조의 컨디셔닝 또는 처리는 놀랍게도 연속적으로 첨가되는 이소프로판올을 함유하는 종래의 에칭 용액의 효율을 현저하게 증가시킨다.
처리조를 컨디셔닝하는데 사용되는 친수콜로이드 에칭 용액은 0.01-2.0g/l, 바람직하게 0.01-0.99g/l의 농도의 친수콜로이드를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 실리콘 표면의 에칭을 위해 이소프로판올을 함유하는 수성 알칼리성 에칭 용액에 대한 첨가제로서 적어도 하나의 친수콜로이드의 용도가 제안된다. 따라서, 적어도 하나의 친수콜로이드는 일정한 양만큼 에칭 용액에 첨가될 수 있고, 결과적인 친수콜로이드 용액의 농도는 0.01-2.0g/l, 바람직하게 0.01-0.99g/l이다. 실리콘 표면의 에칭을 위한 종래의 에칭 용액에 대한 첨가제로서 친수콜로이드의 용도는 특히, 실리콘 표면의 피라미드 조직 에칭에 대해 놀랍게도 뛰어난 결과를 나타낸다.
전술한 용도의 경우, 적어도 하나의 친수콜로이드는 전분, 셀룰로스, 셀룰로스에테르, 펙틴, 아라비아 고무, 한천, 알긴산염, 덱스트란, 크산탄 검과 같은 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
당연하게, 친수콜로이드 에칭 용액을 만들기 위해 몇 개의 친수콜로이드들의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다.
친수콜로이드 에칭 용액은 이소프로판올을 함유할 수도 있다. 놀랍게도, 이소프로판올을 함유하는 종래의 에칭 용액에 친수콜로이드를 첨가하면 에칭 조직이 현저하게 개선되는 것으로 판명되었다. 특히, 소진된 것으로 간주되는 종래의 에칭 용액이 적어도 하나의 친수콜로이드의 첨가에 의해 새롭게 될 수 있으므로 그것은 엄청나게 장시간 사용될 수 있다. 환언하면, 처리된 기재들(substrates)의 수가 현저하게 증가되고, 따라서 종래의 에칭 용액의 효율을 개선한다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 실리콘 표면(50×50㎛)의 제1 피라미드 에칭 조직이다.
도 2는 실리콘 표면(50×50㎛)의 제2 피라미드 에칭 조직이다.
도 1에 도시된 피라미드 에칭 조직을 제조하기 위해, 친수콜로이드를 함유하는 수성 에칭 용액과 알칼리성 수용액으로부터 제조된 친수콜로이드 에칭 용액이 사용되었다. 수성 에칭 용액은 90 리터의 물에 1250g KOH를 용해시켜 만들어진다. 친수콜로이드를 함유하는 수용액은 4 리터의 물에 카르복시메틸셀룰로스와 펙틴을 용해시켜 제조된다. 따라서, 펙틴에 대한 카르복시메틸셀룰로스의 중량비는 대략 8:1이었다. 그런 후, 친수콜로이드를 함유하는 수용액은 수성 에칭 용액과 혼합되었다. 실리콘 웨이퍼는 80℃의 준비된 친수콜로이드 에칭 용액에 20분의 처리 기간 동안 담갔다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 방식으로 제조된 표면은 대략 2-5㎛ 범위의 크기를 가진 에칭 피라미드를 가진다. 실리콘 웨이퍼의 모든 실리콘 표면에 총 10㎛가 에칭되었다.
다른 친수콜로이드 에칭 용액으로, 수성 에칭 용액은 90 리터의 물에 3600g의 KOH를 첨가하여 제조되었다. 친수콜로이드(바람직하게 6:1 비율의 카복시메틸셀룰로스와 펙틴)를 함유하는 수용액은 수성 에칭 용액에 첨가되었다. 따라서, 준비된 친수콜로이드 에칭 용액은 75℃로 가열되었다. 10분간의 처리 동안, 피라미드 에칭 조직이 실리콘 표면에 만들어질 수 있고, 그러한 에칭 피라미드들은 대략 12㎛의 평균 크기를 가진다. 도 2는 실리콘 표면에 만들어진 피라미드 에칭 조직을 도시한다. 도 1 및 도 2에 도시된 실리콘 표면 영역은 각각 크기가 50×50㎛이다.
예를 들어, 이소프로판올을 함유하는, 종래의 에칭 용액을 새롭게 하는 첨가제를 만들기 위해, 0.3-0.9g/l, 바람직하게 0.5-0.7g/l의 친수콜로이드를 함유하는 수용액을 만들었다. 따라서, 예를 들어, 이것은 카복시메틸셀룰로스와 펙틴의 혼합물이다. 카복시메틸셀룰로스:펙틴의 중량비는 6:1 내지 대략 8:1일 수 있다. 제안된 첨가제는 그러한 양으로 종래의 에칭 용액에 첨가되어 이것은 대략 10-30mg, 바람직하게 15-20mg의 친수콜로이드를 함유한다. 첨가제의 작용 때문에, 처리되어야 할 실리콘 웨이퍼들의 수는 종래의 에칭 용액과 비교하여 2배가 될 수 있는 반면 동일한 에칭 품질을 유지할 수 있다. 첨가제를 수회 사용하여 에칭 용액을 새롭게 할 수 있다.
전술한 실시예들에 따르면, 친수콜로이드를 함유하는 수용액의 바람직하게 카복시메틸셀룰로스:펙틴의 혼합비는 6:1 내지 8:1이다. 친수콜로이드 에칭 용액의 친수콜로이드의 농도는 바람직하게 0.1 내지 2.0g/l이었다.
특히, 펙틴 친수콜로이드와 다른 친수콜로이드, 바람직하게 셀룰로스, 특히 카복시메틸셀룰로스의 혼합은 유용한 것으로 간주된다. 왜냐하면, 이것은 최대 2.0g/l의 친수콜로이드 에칭 용액에 상대적으로 낮은 친수콜로이드 총 농도가 사용될 때 피라미드 조직 에칭을 위한 뛰어난 성능과 품질을 이미 얻을 수 있기 때문이다. 셀룰로스/펙틴 친수콜로이드들의 혼합은 50 중량% 이상, 바람직하게 60 중량% 이상, 특히 바람직하게 70 중량% 이상의 셀룰로스를 함유할 수 있다. 나머지는 펙틴으로 구성된다.

Claims (17)

  1. 50℃ 내지 95℃의 온도에서, 적어도 하나의 친수콜로이드를 함유하는 수성 알칼리성 친수콜로이드 에칭 용액을 준비하는 단계;
    미리 결정된 시간 동안 상기 친수콜로이드 에칭 용액에 실리콘 표면을 접촉시키는 단계; 및
    상기 실리콘 표면으로부터 상기 친수콜로이드 에칭 용액을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 친수콜로이드는 0.01-2.0g/l, 바람직하게 0.01-0.99g/l의 농도로 상기 친수콜로이드 에칭 용액에 함유된 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 친수콜로이드 에칭 용액의 온도는 65℃ 내지 90℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 표면은 5 내지 25분 동안, 바람직하게 10 내지 20분 동안 상기 친수콜로이드 에칭 용액과 접촉되는 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 친수콜로이드 에칭 용액은 수성 에칭 용액에 적어도 하나의 친수콜로이드를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수성 에칭 용액은 물에 알칼리성 수산화물을 용해시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리성 수산화물로서 KOH 또는 NaOH가 사용되는 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알칼리성 수산화물은 10 내지 90g/l, 바람직하게 15 내지 30g/l의 농도로 상기 친수콜로이드 에칭 용액에 함유된 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 친수콜로이드는 전분, 셀룰로스, 셀룰로스에테르, 펙틴, 아라비아 고무, 한천(agar), 알긴산염, 덱스트란, 젤라틴, 크산탄 검을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나로서, 상기 수성 에칭 용액에 첨가된 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 친수콜로이드 에칭 용액에 이소프로판올이 함유된 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    수용액으로 되어 있는 상기 적어도 하나의 친수콜로이드는 상기 친수콜로이드 에칭 용액을 만들기 위해 상기 에칭 용액에 첨가되는 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용액은 알칼리성인 것을 특징으로 하는 실리콘 표면 에칭 방법.
  13. 실리콘 표면의 에칭을 위해 에칭 용액을 담고 있는 처리조를 컨디셔닝하기 위해, 수용액에 KOH 또는 NaOH 뿐만 아니라 적어도 하나의 친수콜로이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 친수콜로이드 에칭 용액의 용도.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 친수콜로이드는 0.01 내지 2.0g/l, 바람직하게 0.01 내지 0.99g/l의 농도의 상기 친수콜로이드 에칭 용액에 함유된 것을 특징으로 하는 용도.
  15. 실리콘 표면의 에칭을 위해 이소프로판올을 함유하는 수성 알칼리성 에칭 용액에 첨가제로서의 적어도 하나의 친수콜로이드의 용도.
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 친수콜로이드는 전분, 셀룰로스, 셀룰로스에테르, 펙틴, 아라비아 고무, 한천(agar), 알긴산염, 덱스트란, 젤라틴, 크산탄 검을 포함하는 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 적어도 하나의 친수콜로이드는 결과적인 친수콜로이드 용액이 0.01-2.0g/l, 바람직하게 0.01-0.99g/l의 농도가 되도록 에칭 용액에 첨가되는 것을 특징으로 하는 용도.
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