KR20160089448A - 무선주파수 집적 수동소자용의 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선주파수 집적 수동소자용의, 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판(100)에 관한 것이다. 상기 기판은 고저항 벌크 실리콘을 포함하는 벌크 영역(110)을 포함하고, 보존된 표면하부 격자 손상 영역(120b)은 벌크 영역 위에서 균열된(fractured) 실리콘을 포함한다. 격자 손상 영역은 기판에 가공되며, 보존된 표면하부 격자 손상 영역은 기생 표면 전도(parasitic surface conduction)를 억제함으로써 기판의 RF 손실 감소를 달성하도록 구성된다.
Description
본 발명은 일반적으로, 무선주파수 집적 수동소자(radio frequency integrated passive device: RF-IPD)용의, RF 손실이 감소된 고저항 실리콘(high-resistivity silicon: HRS)에 관한 것이다.
고저항 실리콘 기판의 가용성은 RF 컴포넌트, 특히 집적 수동소자(IPDs)를 개발하고 마케팅하는 주요한 새로운 기회를 제공하였다. 확립된 집적 회로(IC) 제조 기술과의 병용성(compatibiliby), 가용성, 및 비용 때문에, HRS는 RF-IPDs을 위한 거의 이상적인 기판으로 밝혀졌다.
그러나, 표면 효과는 고급 HRS 기판에서 RF 손실 수준을 낮출 수 있는 가능성을 부분적으로 방해하는 문제를 계속 유발한다. 즉, 실리콘-유전체 계면 또는 유전체 층 내에 갇힌 전하는 축적 또는 반전 층을 생성할 수 있고, 이는 기생 표면 전도(parasitic surface conduction) 채널을 발생시킬 수 있다. 이러한 기생 채널은 RF 필드에 표유 전류(stray current)를 발생시킨다. 이러한 표유 전류는, 차례로, 전송선로 감쇠를 증가시키고, 수득가능한 Q-인자를 인덕터에서 감소시키며, 이러한 기판 상에 제조된 필터의 선택성을 감소시킨다.
이러한 표면 효과에 의해 유발된 성능한계를 극복하기 위하여 방법들이 고안되었다. 가장 일반적으로 사용되는 방법으로는, 아르곤, 실리콘, 규소, 중성자, 또는 양성자와 같은 중성 종(neutral species)으로 상대적으로 무겁게 주입시키는 것(M. Spirito, F. Maria de Paola, L. Nanver, E. Valletta, B. Rong, B. Rejaei, L. C. N. de Vreede, J. J. N. Burghartz, "Surface-Passivated High-Resistivity Silicon as True Microwave Substrate" IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, Vol. 53, No. 7, July 2005; Chan, K.T., Chin, A., Chen, Y.B., Lin, Y.-D, et al, "Integrated antennas on Si, proton-implanted Si and Si-on-quartz" IEDM '01 Technical Digest, IEEE International, 2001) 및 HRS 기판의 상부에 비정질 폴리실리콘 층을 도포하는 것(B. Rong, J. N. Burghartz, L. K. Nanver, B. Rejaei, and M. van der Zwan, "Surface-Passivated High-Resistivity Silicon Substrates for RFICs" IEEE Electron device letters, Vol. 25, No. 4, April 2004)이 있다. 또한, 비정질/폴리실리콘 도포는 SOI(silicon-on-insulator) 제조에 사용되는 웨이퍼를 처리하기 위하여 적용되어 왔다(D. Lederer and J.-P. Raskin, "RF performance of a commercial SOI technology transferred onto a passivated HR silicon substrate," IEEE Transaction on Electron Devices, July 2008). 이들 방법 모두에 있어 억제 효과는 상기 주입된 층 또는 HRS 기판 상부의 폴리실리콘 층 내의 전하 캐리어의 트래핑(trapping) 향상에 기인한다.
그러나, 이들 방법은 모두 추가적 비용 효과를 유도하며, HRS계 장치 공정에 한계를 제공한다. 이러한 문제들은 이들 방법의 가능성을 제한해 왔다.
본 발명의 일 목적은 전술한 단점을 제거하는 것과, 무선주파수 신호 손실이 감소되어, 결과적으로, 기판 위에 설치된 무선주파수 집적 수동소자에 고성능을 발휘하는 고저항 실리콘 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 청구항 제1항의 고저항 실리콘 기판, 제9항의 방법, 및 제10항의 무선주파수 집적 수동소자를 제공함으로써 충족된다.
고저항 벌크 실리콘을 포함하는 벌크 영역을 포함하는, 무선주파수 집적 수동소자용의 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판의 일 구현예. 이 기판은 보존된 표면하부(sub-surface) 격자 손상 영역을 포함하는데, 이 영역은 기판의 전면(front side)에 가공되어, 앞 표면(front surface)을 형성하고, 벌크 영역 위에서 균열된(fractured) 실리콘을 포함한다. 격자 손상 영역은 기판에 가공되고, 보존된 격자 손상 영역은 기생 표면 전도를 억제함으로써 기판의 RF 손실 감소를 달성하도록 구성된다.
"표면 패시베이션(surface passivation)"이라는 용어는 예컨대 기생 표면 전도에 의해 유도된 RF 여기 하의 표유 전류 생성을 억제하기 위하여 실리콘 웨이퍼 표면에 제공된 처리를 의미한다.
"고저항 실리콘"이라 함은 매우 높은 저항, 예컨대 통상 100 Ohm-cm 이상을 갖는 반도체급 실리콘 결정을 의미한다. 표준 실리콘 저항은 1 미만에서 최대 10-20 Ohm-cm 범위이다.
"무선주파수 집적 수동소자"라 함은 수동 컴포넌트, 예컨대, 적합한 플랫폼 상에, 예컨대, 고저항 실리콘 상에 통합된 도체(conductors), 인덕터, 노치 필터, 벌크 탄성파(bulk acoustic wave: BAW) 필터, 박막 벌크 탄성파 공진자(FBAR), 및 다른 유형의 필터를 의미한다.
무선주파수 집적 수동소자용의 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판의 제조방법의 일 구현예는 고저항 실리콘을 성장시키는 단계, 및 성장한 실리콘으로부터 실리콘 웨이퍼를 슬라이싱(slicing)하고 및 슬라이스된 실리콘 웨이퍼를 박막화(thinning)함으로써 성장한 실리콘을 가공하는 단계를 포함한다. 이러한 가공은 가공된 실리콘 웨이퍼에 균열된 실리콘을 포함하는 격자 손상 영역을 이룬다. 이 방법은 고저항 벌크 실리콘을 포함하는 벌크 영역을 포함하는 기판을 얻기 위하여 처리된 실리콘 웨이퍼를 연마(polishing)하는 단계, 및 연마에 의해, 벌크 영역 위의 격자 손상 영역의 적어도 일부를 보존하는 단계를 더 포함하는데, 여기서 격자 손상 영역의 적어도 일부는 기생 표면 전도를 억제함으로써 기판의 RF 손실 감소를 달성하도록 구성된다.
무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판을 포함하는 무선주파수 집적 수동소자의 일 구현예. 이 기판은 고저항 벌크 실리콘 및 보존된 표면하부 격자 손상 영역을 포함하는데, 이 영역은 기판의 전면에 가공되어, 앞 표면을 형성하며 벌크 영역 위에 균열된 실리콘을 포함한다. 격자 손상 영역은 기판에 가공되고, 보존된 격자 손상 영역은 기생 표면 전도를 억제함으로서 기판의 RF 손실 감소를 달성하도록 구성된다.
본 발명의 추가적 구현예는 종속항에 정의된다.
본 명세서에서 "포함하는(to comprise)"이라는 용어는 비언급된 특성의 존재를 배제하지도 않고 필요로 하지도 않는 개방형 한정(open limitation)으로 사용되었다. "내포하는(to include)" 및 "갖는(to have/has)"이라는 동사는 "포함하는"으로 정의된다.
본 명세서에서 "하나(a, an)" 및" 적어도 하나"라 함은 하나 이상으로 정의되고, "복수"라 함은 둘 이상으로 정의된다.
본 명세서에서 "또다른(another)"이라 함은 적어도 두번째 이상으로 정의된다.
"또는"이라는 용어는 명확하게 달리 지시하지 않는 한 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 의미로 도입된 것이다.
전술한 정의된 동사 및 용어들에 있어서, 다른 정의가 청구항 또는 명세서의 다른 곳에 주어지지 않는 한, 이들 정의가 적용된다.
마지막으로, 종속항에 기재된 특성들은, 달리 명시되지 않는 한, 서로 자유롭게 조합가능하다.
본 발명의 예시적 구현예는 첨부된 도면을 참조하여 서술될 것이다.
도 0은 표면하부 손상 모델을 도시한다.
도 1a-1b는 연마 공정 전과 후의 전면 손상된 HRS 웨이퍼를 도시한다.
도 1c는 선택적 폴리실리콘 층으로 완성된 전면 손상된 HRS 웨이퍼를 도시한다.
도 2는 HRS 웨이퍼 제조방법의 예시적 흐름도를 도시한다.
도 3은 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 웨이퍼의 제조방법의 예시적 흐름도를 도시한다.
도 4a-4c는 전면 손상 웨이퍼, 중성 종이 주입된 웨이퍼, 및 폴리실리콘 층을 갖는 전면 손상 웨이퍼의 전하 캐리어 확산 길이 매핑(mapping) 이미지를 도시한다.
도 1a-1b는 연마 공정 전과 후의 전면 손상된 HRS 웨이퍼를 도시한다.
도 1c는 선택적 폴리실리콘 층으로 완성된 전면 손상된 HRS 웨이퍼를 도시한다.
도 2는 HRS 웨이퍼 제조방법의 예시적 흐름도를 도시한다.
도 3은 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 웨이퍼의 제조방법의 예시적 흐름도를 도시한다.
도 4a-4c는 전면 손상 웨이퍼, 중성 종이 주입된 웨이퍼, 및 폴리실리콘 층을 갖는 전면 손상 웨이퍼의 전하 캐리어 확산 길이 매핑(mapping) 이미지를 도시한다.
도 0는 표면하부 손상 모델(H.-F. Hadamovsky, Werkstoffe del Halbleitertechnik; Leipzig: Deutcher verlag fur Grundstofftechnik, 1990)을 도시한다.
HRS 기판(웨이퍼)(100)을 제조하는 방법(200)은, 웨이퍼 표면의 상면이 비손상 화학적-기계적 평탄화(CMP)-연마 기술에 의해 마무리될 수 있도록 도 0에 도시된 균열 영역을 충분한 깊이와 정도로 발생시키기 위하여 사용된다. 최상층은 제거되고, 전하 캐리어 트래핑, 및 기생 전도 억제는 최종 웨이퍼(100)에 남아 있는 균열 영역에서 일어날 것이다. 기존에 사용된 일반적인 방법인 고용량 주입(high dose implantation)은 비정질 용량 및 이와 관련된 후속 공정에서의 문제를 피하기 위하여 교란/균열 결정 손상 수준으로 통상 제한된다.
도 1a-1b 및 도 2는 RF 신호 손실이 감소된 기판(100) 및 이의 제조방법(200)을 도시한다.
단계(202)에서, 개시 중에 성장 챔버를 켜고, 필요한 서비스 작업, 예컨대 챔버 조건 및 사용하는 반응 가스의 적합성 및 실리콘 전하와 관련된 작업 점검을 수행한다.
단계(204)에서, HRS 잉곳은 챔버에서 성장하고, 성장한 잉곳은 절단(cutting) 및 연삭(grinding)에 의해 가공된다.
단계(210)에서, 가공된 잉곳으로부터 HRS 웨이퍼가 예컨대 현재 업계 표준에 따라 다중와이어 슬라이싱에 의해 절단된다. 슬라이싱 공정은 슬라이스된 웨이퍼에 기계적으로 일부 표면하부 결정 격자 손상을 수반하므로, 슬라이스된 웨이퍼는 균열된 실리콘을 포함하는 격자 손상 영역을 포함한다. 그런 다음, 슬라이스된 웨이퍼는 세정되고 슬라이스된 웨이퍼의 모서리는 연삭된다.
단계(220)에서, 슬라이싱에 기인한 결정 손상을 적어도 부분적으로 제거하기 위하여 슬라이스된 웨이퍼를 래핑(lapping)을 통해 박막화한다. 그 다음, 래핑된 웨이퍼는 세정된다.
래핑 공정도 역시 슬라이스된 웨이퍼에 기계적으로 일부 표면하부 결정 격자 손상을 수반하기 때문에, 래핑된 웨이퍼는 균열된 실리콘이 있는 격자 손상 영역을 포함한다. 대안적으로, 슬라이싱에 기인한 결정 손상을 래핑된 웨이퍼에 적어도 부분적으로 유지시키고자 한다면, 슬라이싱에 기인한 격자 손상 영역의 적어도 일부가 남고 래핑된 웨이퍼가 슬라이싱 및 래핑에 기인한 결정 손상을 포함하도록, 래핑 공정을 변경시킬 수 있다. 동일한 최종 효과를 위한 또다른 가능성은 래핑 단계를 완전히 생략하는 것이다.
단계(230)에서, 결정 손상(들)을 적어도 부분적으로 제거하기 위하여 래핑된 웨이퍼를 산-에칭한 다음, 에칭된 웨이퍼를 육안 검사하고, 세정하며, 열 도너 어닐링(thermal donor annealing)에 의해 가공한다.
단계(240)에서, 에칭된 웨이퍼는 제어된 연삭에 의해 박막화되는데, 이 또한 에칭된 웨이퍼에 기계적으로 표면하부 결정 격자 손상을 수반한다. 따라서, 에칭 공정이 슬라이싱 및/또는 래핑에 기인한 결정 손상(들)을 제거한 상태인 경우, 도 1a의 연삭된 웨이퍼(100)는 연삭에 기인한 결정 손상만을 포함하고, 또는 대안적으로 연삭 공정이 기존에 가공된 결정 손상(들)을 유지하도록 변경될 경우, 연삭 및 그전에 가공된 결정 손상(들)을 포함한다.
연삭 가공은, 예컨대 회전 연마 연삭(rotational abrasive grinding)에 의해 제공될 수 있다. 또한, 연삭 공정은 거친(coarse) 연삭 단계 및 고운(fine) 연삭 단계를 포함하는 제어된 다단계 연삭에 의해 수행될 수 있다.
2-단계 연삭 공정에서, 거친 연삭 단계는 표준 스톡 제거 및 깊은 격자 손상 발생에 사용된다. 다음으로, 연마(polishing)를 준비하기 위하여 웨이퍼 표면(122)이 평탄화되는 고운 연삭 단계가 뒤따른다. 고운 연삭 단계는 두가지 방식으로 수행될 수 있다. 한가지 방식은 가장 최상층(120a)에만 격자 손상을 증가시키는 것인데, 이 층은 추후 연마 단계(260, 270)에서 정상적으로 제거될 것이다. 대안적으로, 심지어 연마 단계(270) 후에도 거친 연삭 단계에 의해 발생한 교란에 비해 격자 교란(손상) 양의 증가가 있도록, 고운 연삭 손상 깊이를 증가시킬 수 있다. 최종 연마(260, 270)는 소자 가공(리소그래피)을 위한 웨이퍼 표면(122) 특성을 더욱 향상시키기 위하여 사용된다. 일부 소자 공정의 경우, 표면 준비 요건은 덜 엄격하지만, 하나 이상의 표면 준비 단계의 생략은 구현예를 변경하지 못할 것이다.
연삭은 발생된 격자 손상의 양 및 강도에 유연성을 제공한다. 이는 기판(100)이 사용될 실제 소자 가공 공정의 특정 필요에 따라 패시베이션 층 특성을 조정할 수 있다.
단계(260)에서, 격자 손상 영역의 일부(120a)가 제거되고, 도 1b에 도시한 바와 같이, 벌크 영역(110) 위의 격자 손상 영역의 적어도 일부(120b)는 보존될 수 있도록 단일면 연마 공정을 제어한다.
이렇게 보존된 격자 손상 영역(120b)은 기판(100)의 전면(122)에 있다. 구조적으로 단결정 실리콘일 수 있는 전면(122)은 앞 표면(122)을 형성한다. 균열된 실리콘을 포함하는 보존된 격자 손상 영역(120b)은 기생 표면 전도를 억제함으로써 전면 손상 기판(100)의 RF 손실 감소를 달성한다. 격자 손상 영역(120b)은 벌크 실리콘 영역(110) 위에 균열 영역(121), 전이 영역(transition zone)(124), 및 탄성적으로 변형된 영역(126)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, RF-IPD는 RF 신호 손실이 감소된 전면 손상 기판(100)을 포함한다. RF-IPD에서 기판(100)은 고저항 벌크 실리콘을 포함하는 벌크 영역(110), 및 벌크 영역 위에 균열된 실리콘을 포함하는 보존된 표면하부 격자 손상 영역(120b)을 포함한다. 격자 손상 영역(120b)은 기판(100)에 기계적으로 가공된 상태이고, 기생 표면 전도를 억제함으로써 기판(100)의 RF 손실 감소를 달성하도록 구성된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, RF-IPD 기판(100)에서 보존된 격자 손상 영역(120b)은 기판(100)의 전면(122)으로 가공되고, 앞 표면(122)을 형성한다.
습식 샌드 블라스팅, 레이저 조작, 또는 브러쉬 손상을 이용한 연마에 의해 격자 손상 영역(120a, 120b)이 완전히 제거된 경우, 정상적인, 손상없는 앞 표면(122)에 결정 손상을 수행할 수도 있다. 그러나, 이들 방법은 모두 비용이 증가하고 오염물이 웨이퍼(100)에 쉽게 도입되는 단계를 포함하는 단점을 갖는다.
단계(268)에서, 몇몇 다른 공정, 예컨대, 브러시 손상, 레이저 조작, 습식 샌드 블라스팅, 또는 건식 샌드 블라스팅에 의해 박막화된 웨이퍼(100)에 기계적으로 결정 격자 손상을 제공할 필요가 있는 경우, 단계(270)에서 박막화된 웨이퍼(100)는 그러한 결정 손상을 제공하기 위하여 브러시 손상, 레이저 조작, 또는 습식 샌드 블라스팅 처리된다.
단계(272)에서, 벌크 실리콘을 포함하는 벌크 영역(110)을 포함하는 손상된 웨이퍼(100)는 예컨대 CMP-연마에 의해 연마된다. 연마 공정은 손상된 웨이퍼(100)의 전면(122)을 특히 직접적인 대상으로 하는데, 이는 구조적으로 단결정 실리콘일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, RF-IPD 기판(100)에서 연마된 전면(122)은 구조적으로 CMP-연마된 단결정 실리콘이다.
단계(274)에서, 연마 공정은, 벌크 영역(110) 위에 제공된 격자 손상 영역의 적어도 일부가 보존되도록 제어된다.
단계(276)에서, 도포된 층(130)이 격자 손상 영역(120a, 120b)의 상부를 덮도록, 연마된 웨이퍼 표면(122)에 - 특히, 전면(122)에 - 폴리실리콘 층(130)을 도포함으로써 폴리실리콘 층(130)을 제공할 수 있다. 그런 다음, 도포된 층(130)은 연마된다.
이러한 추가적 층(130)은 격자 손상 영역(120a, 120b)을 통해 달성된 패시베이션(유도 손실 감소)을 더욱 향상시킨다. 패시베이션된 HRS 웨이퍼(100)의 가공 비용을 증가시킬 것이지만, 생성된 앞 표면(131)은 반도체 산업에서 일반적으로 사용되는 표면 검사 방법에 적합할 것이다.
이러한 목적을 위한 층(130)의 두께는 0.2 - 8.0 ㎛이고, 최적 두께는 0.4 - 6.0 ㎛이다. 동시에, 도포된 층(130)은 향상될 것이다.
단계(280)에서, 격자 손상 영역(120b)을 갖는 연마된 웨이퍼(100)는 연마된 웨이퍼를 분류, 세정, 검사, 및 포장함으로써 최종 가공된다.
그런 다음, 단계(288)에서 방법(200)은 종료된다.
통상적인 HRS 성장 공정에서, 다양한 기계적 조작 단계들(210, 220, 240, 250)의 원칙은 이전의 기계적 단계들(210, 220, 240, 250)에서 축적된 모든 결정 손상을 제거하는 것이지만, 이들 모두는 일부 결정 손상이 최종 웨이퍼(100)에 포함되도록 변형될 수 있다.
래핑 손상뿐만 아니라 다중와이어 슬라이싱에 의해 야기되는 기계적 손상은 두가지 중요한 단점을 갖는다. 하나는, 슬라이싱 단계(210)에서 코팅된 스틸 와이어로부터 도입된 금속 오염 또는 래핑 단계(220)에서 철 플레이트로부터 도입된 금속 오염은 반도체 공정에 매우 유해하며, 이러한 오염이 최종 웨이퍼(100)까지 이동하지 않도록 모든 주의가 요구된다. 다이아몬드 와이어 슬라이싱의 이용은 일부 개선을 가져올 수 있는 반면, 이를 달성하기 위한 최선의 방법은 에칭 단계(230)에서 이러한 손상을 전부 제거하는 것이다.
또한, 이들 손상은 둘다 웨이퍼의 양 표면(122, 123)에 도입된다. 웨이퍼 후면(123)의 무결성 역시 소자 가공 라인의 안전한 취급을 위한 중요한 특성이며, 후면(123)에서만 손상을 제거하는 편리한 방법은 존재하지 않는다. 더욱이, 슬라이싱 또는 래핑에 의한 깊은 손상이 이용되지 않는 경우, 비교적 고가의 연마 공정을 단축할 수 있다.
손상이 회전 고정형 연마 연삭에 의해 가공되는 기계적 가공은 다수의 고급 웨이퍼 공정에서, 기판 웨이퍼(100) 가공 및 가공된 소자 웨이퍼(100)의 후면연삭 모두에서 일반적으로 사용된다. 연삭된 웨이퍼(100)는 반도체 가공 요건을 완전히 준수하기 위하여 단지 최소한의 가공을 필요로 한다.
손상 생성의 수행은 충분한 균열 영역(120b) 깊이 및 손상 강도가 보장되도록 연삭 단계(240)의 최적화를 통해 이루어지고, 연마 단계(260)는 비교적 짧은 단계로 한정되어, 달성된 기생 표면 전하의 억제를 약화시키지 않는다.
적용된 표면 검사 기준이 폴리실리콘 층(130)의 포함을 요구할 경우, 격자 손상 영역(120a, 120b)의 포함은 패시베이션 효과를 향상시키고 고온 공정에서 패시베이션의 내구성을 향상시키는 추가적인 장점을 제공한다.
주입된 웨이퍼와 달리, 상기 방법(200)으로 패시베이션된 웨이퍼(100)는 주입된 아르곤과 같은 종 또는 주입된 자기침입형 실리콘을 함유하지 않는다. 폴리/무정형 실리콘 도포와 달리, 손상된 앞 표면(122)은 여전히 구조적으로 단결정 실리콘이다.
단일면 연마 웨이퍼(100)는 연삭 손상을 부분적으로만 제거하고 잔여 손상을 유지하기 위하여 단일면 1-단계 또는 다단계 연삭, 및 CMP 연마기 또는 회분식(batch type) 멀티웨이퍼 연마기를 통한 단일면 연마에 의해 제조된다.
잔여 손상에 대한 표시는, 습식 산화 시험방법을 사용하여 웨이퍼(100)에 나타나는 산화 유도 적층 결함(oxidation induced stacking faults), 우묵한 곳 및/또는 전위(dislocation)를 통해 가시화되는 격자 결함이거나, 또는 소수 캐리어 수명 또는 SPV 시험방법을 통해, 잔여 손상이 없는 유사한 웨이퍼에 비해 감소된 웨이퍼(100)의 소수 캐리어 수명이다.
대안적으로, 웨이퍼(100)는 단면 연마를 양면 연마기로 대체함으로써 양면 연마로 제조할 수 있다. 웨이퍼(100)가 한면 또는 양면에 연삭될 경우, 그에 따라 잔여 손상은 한면 도는 양면에 남아있을 수 있다.
도 3은 실리콘 기판 웨이퍼, 및 유전체 층으로 분리된 실리콘 소자 층을 포함하는, 잔여 손상이 SOI 웨이퍼에 만들어진 SOI 웨이퍼를 제조하는 방법(300)을 도시한다. 이러한 유전체 층은 이산화규소, 질화규소, 또는 여러가지 유전체 층이 조합된 기타 유전체일 수 있다. 잔여 손상은 소자 층에 남겨질 수 있다.
단계(302)에서, 개시 중에, 필요한 작업이 수행되고, 단계(304, 304)에서 기판 및 소자 웨이퍼가 제공된다.
단계(306, 307)에서, 적어도 하나의 웨이퍼 산화 층 또는 기타 유전체 층을 제공할 수 있다.
단계(308)에서, 웨이퍼들은 서로 결합되고, 단계(309)에서 이렇게 결합된 구조의 상부에 있는 소자 웨이퍼는 박막화된다.
단계(368)에서, 박막화된 구조가 이미 충분한 결정 격자 손상을 포함하고 있고 이를 활용하고자 하는 경우, 손상된 구조는 단계(272)에서 예컨대 제어된 CMP-연마에 의해 연마된다.
대안적으로, 단계(368)에서, 예컨대, 연삭, 브러시 손상, 레이저 조작, 또는 습식 샌드 블라스팅에 의해 박막화된 소자 웨이퍼에 기계적으로 결정 격자 손상을 제공할 필요가 있는 경우, 박막화된 웨이퍼는 단계(370)에서 그러한 결정 손상을 제공하기 위하여 가공되며, 그런 다음 단계(372)에서 연마된다.
단계(374)에서, 제공된 격자 손상의 적어도 일부가 보존되도록 연마 공정이 제어된 다음, 격자 손상 영역 상부에 폴리실리콘 층을 도포하고, 도포된 폴리실리콘 층을 연마할 수 있다.
단계(380)에서, 잔여 격자 손상을 갖는 연마된 구조 - 및 가능한 경우, 폴리실리콘 층 - 는 분류, 세정, 검사, 및 포장에 의해 최종 가공된다.
그런 다음, 단계(388)에서 방법(300)은 종료된다.
대안적으로, SOI 웨이퍼가 잔여 손상을 보존하는 저온 결합 공정으로 제조되는 경우, 잔여 손상이 기판 웨이퍼에 제조될 수 있다. 또한, 이들 웨이퍼의 다른 제조 단계들은 잔여 손상을 유지하기에 충분히 낮다. 이러한 손상을 유지하기 위한 통상적인 최대 온도는 1000℃ 미만, 또는 좋기로는 800℃ 미만, 및 최적으로는 600℃ 미만이다. 이들 온도에서의 이러한 SOI 공정에 있어서, 한정은 너무 제한적이며, 격자 손상 영역 상부의 폴리실리콘 층의 도입은 고온 공정에서 패시베이션의 내구성을 향상시킨다.
잔여 손상은, 펄스 레이저 빔 주사로 표면(122)을 손상시킨 연마된 웨이퍼(100) 상에서와 유사하게, SOI 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 레이저 출력은, 손상 임계값이 초과되도록 하면서 표면(122)으로부터 실리콘의 과도한 박리는 없도록 조정된다.
잔여 손상은, 연마 입자(abrasive particles)로 표면(122)을 습식 또는 건식 샌드 블라스팅시킨 연마된 웨이퍼(100) 상에서와 유사하게, SOI 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 입자들은 마이크로미터 미만 크기에서 30 ㎛ 크기의 경질 입자이면 어떠한 것이든 가능하며, 유리하게는 크기가 1-10 ㎛인 이산화규소(실리카) 입자로 표면(122)을 손상시키는 것일 수 있으며, 기타 연마제, 예컨대 알루미나, 지르코니아, 또는 탄화규소가 사용될 수도 있다.
실리콘 웨이퍼링 공정에서 물질 제거의 최종 단계를 변형함으로써, 패시베이션에 충분한 격자 손상을 조합할 수 있으며, 표면 품질은 RF IPDs 제조에 필요한 비교적 완만한 선폭에서, 여전히 IC 가공과 병용가능하다. 실리콘 밴드갭 내의 트랩 위치의 생성은 다수의 기계적 가공 단계, 예컨대 웨이퍼 슬라이싱, 래핑, 연삭, 브러쉬 손상, 및 습식 샌드 블라스팅을 통해 달성될 수 있다.
기본적인 접근방식은 대안들 사이에서 차이가 없기 때문에, 여기에 개시된 원칙은 이들 모든 기술에 적용된다. 여기에 개시된 상기 방법(200)은 충분히 깊은 균일한 격자 손상을 위하여 선택된 연삭 매개변수를 갖는 회전 연삭을 기반으로 한다. 이 단계 다음으로는, 충분한 격자 손상 수준을 보존하기 위한 고도로 제어된 물질 제거가 뒤따라오지만, 소자 가공을 위한 리소그래피에서 기판이 패턴화될 수 있도록 CMP-연마를 포함한다. 주입 및 폴리실리콘 도포 기술에서와 같이, 이 방법(200)은 장시간의 열 산화와는 병용가능하지 않으나, 광대하며 증가하고 있는 대부분의 산업적 IPD 공정은 저온 유전체 도포 기술을 기반으로 하기 때문에, 이 점이 주요 단점으로 간주되어서는 아니된다.
상기 방법(200)에 따라 제조된 웨이퍼(100)는 RF 수동소자의 가공에 사용되었다. 시험된 수동소자는 전송선로(동일평면 도파선로), 평면 인덕터, 및 필터 구조체를 포함한다. 성공적인 결과는 최종 표면이 RF 수동소자 제조에 사용되는 공정들과 완전히 병용가능함을 입증하며, 기판(100)에 생성된 층(120b)이 다양한 인덕터 구조체에서 극적으로 전송선로 감쇠 및 Q-인자를 개선하였음을 입증한다. 이는 기생 표면 전도가 설계된 바와 같이 억제되었음을 증명한다.
공정 제어는 내장 표면 패시베이션을 포함하는 기성 웨이퍼(100)가 그 특성에 일관성이 있도록 하기 위하여 필수적이다. 이는 재조합 수명 분석에 기반하는 표면 재조합 속도 분석을 통해 영향을 받는다. 이러한 측정은 달성된 RF 성능에 대하여 교정할 수 있으므로, 이는 매우 반복가능하며, 전체 웨이퍼 매핑(mapping)을 제공하므로, 목적에 매우 적합하다.
도 4a는 전면 손상 HRS 웨이퍼(100)(평균 확산 길이 576 ㎛)의 전하 캐리어 확산 길이 매핑 이미지를 도시하며, 도 4b는 재조합 속도 분석에 기초하여 유사한 트래핑 효율을 갖는, 중성 종이 주입된 웨이퍼(490)(평균 확산 길이 558 ㎛)의 매핑 이미지이고, 도 4c는 폴리실리콘 층을 갖는 전면 손상 HRS 웨이퍼(100)의 매핑 이미지이다.
이러한 분석은 제조된 패시베이션 층(120b)에 의해 달성된 트래핑 효율이 기존의 방법으로 달성된 것과 유사함을 확인하기 위해 이용된다. 이러한 공정 제어는RF 수동장치의 제조에 사용되는 다양한 소자 공정에 기술된 패시베이션 방법과의 병용성 검증으로 확대될 수 있다.
RF 성능 분석에서, 웨이퍼(100)로 제조된 수동소자는, 시험된 수동 컴포넌트에 따라, 20kHz 내지 최대 50 GHz 또는 심지어 80 GHz의 개선된 성능을 나타내었다.
본 발명은 전술한 예시적 구현예를 참조하여 설명되었고, 본 발명의 여러 가지 장점이 입증되었다. 본 발명은 이들 구현예에 한정되지 않을 뿐 아니라, 본 발명 및 이하 청구항의 사상 및 범위 내에서 가능한 모든 구현예를 포함한다는 것이 명백하다.
Claims (10)
- 고저항 벌크 실리콘을 포함하는 벌크 영역(110)을 포함하는, 무선주파수 집적 수동소자용의, 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판(100)으로서, 이 기판은
보존된 표면하부 격자 손상 영역(120b)을 더 포함하되, 이 영역은 기판의 전면(front side)(122)에 가공되어, 앞 표면(front surface)을 형성하고, 벌크 영역 위에서 균열된(fractured) 실리콘을 포함하며, 상기 격자 손상 영역은 기판에 가공되고, 상기 보존된 격자 손상 영역은 기생 표면 전도(parasitic surface conduction)를 억제함으로써 기판의 RF 손실 감소를 달성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선주파수 집적 수동소자용의, 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판. - 제1항에 있어서, 전면은 화학-기계적 평탄화-연마(chemical-mechanical planarization-polishing)에 의해 연마되는 것인 기판.
- 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 전면은 구조적으로 단결정 실리콘인 것인 기판.
- 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 보존된 격자 손상 영역은 슬라이싱(210), 래핑(220), 연삭(grinding)(240), 브러쉬 손상(250), 레이저 조작, 또는 습식 블라스팅(250)에 의해 기계적으로 가공되는 것인 기판.
- 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 연삭은 회전 고정형 연마 연삭(rotational fixed abrasive grinding)이고 및/또는 연삭은 거친 연삭 및 고운 연삭을 포함하는 2-단계 연삭으로 수행되는 것인 기판.
- 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 기판은 보존된 격자 손상 영역 상부에 폴리실리콘 층(130)을 포함하는 것인 기판.
- 제6항에 있어서, 폴리실리콘 층의 두께는 0.2 - 8.0 ㎛인 것인 기판.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 폴리실리콘 층의 두께는 0.4 - 6.0 ㎛인 것인 기판.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 무선주파수 집적 수동소자용의 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판(100)의 제조방법(200)으로서, 이 방법은
고저항 실리콘을 성장시키는 단계(204),
성장한 실리콘으로부터 실리콘 웨이퍼를 슬라이싱(210)하고 및 슬라이스된 실리콘 웨이퍼를 박막화(thinning)(220, 240)함으로써, 성장한 실리콘을 가공하는 단계(210, 220, 240, 270)로서, 이러한 가공은 가공된 실리콘 웨이퍼에 균열된 실리콘을 포함하는 격자 손상 영역(120a, 120b)을 이루는 것인 단계,
고저항 벌크 실리콘을 포함하는 벌크 영역(110)을 포함하는 기판을 얻기 위하여, 가공된 실리콘 웨이퍼를 연마하는 단계(250, 272), 및
연마에 의해, 벌크 영역 위의 격자 손상 영역의 적어도 일부(120b)를 보존하는 단계(260, 274)로서, 여기서 상기 격자 손상 영역의 적어도 일부는 기생 표면 전도를 억제함으로써 기판의 RF 손실 감소를 달성하도록 구성된 것인 단계
를 포함하는, 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 무선주파수 집적 수동소자용의 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판(100)의 제조방법(200). - 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판(100)을 포함하는 무선주파수 집적 수동소자로서, 상기 기판은
고저항 벌크 실리콘을 포함하는 벌크 영역(110), 및
보존된 표면하부 격자 손상 영역(120b)으로서, 이 영역은 기판의 전면에 가공되어, 앞 표면을 형성하고, 벌크 영역 위에서 균열된 실리콘을 포함하며, 상기 격자 손상 영역은 기판에 가공되고, 상기 보존된 격자 손상 영역은 기생 표면 전도를 억제함으로써 기판의 RF 손실 감소를 달성하도록 구성된 것인, 보존된 표면하부 격자 손상 영역(120b)
을 포함하는 것인, 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 무선주파수 손실이 감소된 고저항 실리콘 기판(100)을 포함하는 무선주파수 집적 수동소자.
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