KR20220100385A - Producing method of silicon on insulator substrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 SOI 기판 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 표면 균일도가 우수하고, 제조 공정을 단순하여 생산성을 향상시킬 수 있는 SOI 기판 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an SOI substrate. More particularly, it relates to a method for manufacturing an SOI substrate having excellent surface uniformity and improving productivity by simplifying a manufacturing process.
반도체 소자의 고집적화 및 고성능화가 진행됨에 따라, 벌크 실리콘으로 이루어진 실리콘 웨이퍼를 대신하여 SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼를 이용한 반도체 집적 기술이 주목되고 있다. 이러한 SOI 기판 웨이퍼 상에 형성된 반도체 소자는 완전한 소자 분리와 기생 용량의 감소로 인하여, 고속 동작이 가능한 장점을 갖는다.As high integration and high performance of semiconductor devices progress, semiconductor integration technology using SOI (Silicon On Insulator) wafers instead of silicon wafers made of bulk silicon is attracting attention. A semiconductor device formed on such an SOI substrate wafer has an advantage of enabling high-speed operation due to complete device isolation and reduction of parasitic capacitance.
종래에는, SOI 웨이퍼를 제조하기 위한 방법으로서, SIMOX(Seperation by Implanted Oxygen)법, Smart Cut 등의 방법이 있다. SIMOX는 산소 이온주입을 이용하고, 실리콘 층의 결정성 복구를 위해 고온 열처리를 수행하며, 실리콘 층과 매몰 산화막의 두께가 얇게 형성되므로 thin-SOI 기판의 제조에 유리한 것으로 평가되는 반면, 제조 시간이 길게 되는 단점이 있다. Smart Cut은 실리콘 웨이퍼 위에 열 산화막을 성장시킨 후, 산화막을 통과하도록 수소 이온을 주입하여 분리될 층을 형성하며, 다른 실리콘 웨이퍼의 접합 후 이온 주입 부분을 경계로 하여 실리콘 기판을 분리하여 SOI 웨이퍼를 제조한다. 이 방법은 제조 공정은 단순한 편이나, 이온 주입 부분의 경계의 표면 균일도가 우수하지 않은 단점이 있다.Conventionally, as a method for manufacturing an SOI wafer, there are methods such as a SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) method and Smart Cut. SIMOX uses oxygen ion implantation, performs high-temperature heat treatment to restore crystallinity of the silicon layer, and has a thin silicon layer and buried oxide film. There is a downside to being long. Smart Cut forms a layer to be separated by growing a thermal oxide film on a silicon wafer and then implanting hydrogen ions to pass through the oxide film. manufacture Although this method has a simple manufacturing process, it has a disadvantage in that the surface uniformity of the boundary of the ion implantation portion is not excellent.
따라서, 제조 공정을 단순화 하면서도 표면 균일도가 우수한 SOI 기판의 제조 방법이 필요한 실정이다. Therefore, there is a need for a method for manufacturing an SOI substrate having excellent surface uniformity while simplifying the manufacturing process.
한편, 도 1은 종래의 SOI 제조 프로세스를 나타내는 개념도이다. 종래의 SOI 웨이퍼들은 전면에 SOI가 형성된 상태에서, 포토레지스트/식각 공정 등을 통해 액티브(active) SOI 영역을 형성하는 것이 일반적이다. 이에, 액티브 SOI를 형성하기 위한 별도의 공정이 필요하므로, 생산성이 낮아지고, 액티브 SOI 영역을 형성하는 과정에서 SOI의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.Meanwhile, FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a conventional SOI manufacturing process. In conventional SOI wafers, it is common to form an active SOI region through a photoresist/etch process, etc. in a state in which the SOI is formed on the entire surface. Accordingly, since a separate process for forming the active SOI is required, productivity is lowered and the quality of the SOI is deteriorated in the process of forming the active SOI region.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 처음부터 액티브 패턴을 사용자가 원하는 패턴으로 형성할 수 있는 SOI 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an SOI substrate capable of forming an active pattern in a pattern desired by a user from the beginning.
또한, 본 발명은 처음부터 액티브 영역에만 SOI 층을 형성할 수 있는 SOI 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an SOI substrate capable of forming an SOI layer only in an active region from the beginning.
또한, 본 발명은 제조 공정을 단순화하여 공정 시간, 원가를 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 SOI 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an SOI substrate capable of simplifying the manufacturing process, thereby reducing process time and cost, and improving productivity.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 상기의 목적은, (a) 제1 단결정 실리콘 기판의 일면 상에 실리콘 박리층을 형성하는 단계; (b) 실리콘 박리층 상에 단결정 실리콘 에피택셜층을 형성하는 단계; (c) 단결정 실리콘 에피택셜층의 일면 상에 복수의 음각 패턴을 형성하는 단계; (d) 음각 패턴 및 단결정 실리콘 에피택셜층 상에 절연층을 형성하는 단계; (e) 절연층의 표면 상에 산화층이 형성된 제2 단결정 실리콘 기판을 접합하는 단계; (f) 실리콘 박리층에 에너지를 인가하여 제1 단결정 실리콘 기판을 분리 제거하는 단계; (g) 단결정 실리콘 에피택셜층의 타면으로부터 일면 방향으로 두께를 감축하면서 제거하는 단계;를 포함하고, (c) 단계에서, 단결정 실리콘 에피택셜층의 음각 패턴이 형성된 부분을 제외한 돌출된 부분으로 액티브 패턴(active pattern)을 구성하는, SOI 기판 제조 방법에 의해 달성된다.The above object of the present invention, (a) forming a silicon exfoliation layer on one surface of the first single crystal silicon substrate; (b) forming a single crystal silicon epitaxial layer on the silicon exfoliation layer; (c) forming a plurality of intaglio patterns on one surface of the single crystal silicon epitaxial layer; (d) forming an insulating layer on the intaglio pattern and the single crystal silicon epitaxial layer; (e) bonding a second single crystal silicon substrate having an oxide layer formed on the surface of the insulating layer; (f) applying energy to the silicon exfoliation layer to separate and remove the first single crystal silicon substrate; (g) removing the single crystal silicon epitaxial layer while reducing the thickness in one direction from the other surface; This is achieved by an SOI substrate manufacturing method, constituting an active pattern.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 단계와 (b) 단계 사이에, (1) 실리콘 박리층의 공극(pore) 및 표면 상을 산화 처리하는 단계; (2) 실리콘 박리층의 표면 상의 산화물을 제거하는 단계; (3) 실리콘 박리층의 표면을 재결정화하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, between steps (a) and (b), (1) oxidizing the pores and the surface of the silicon release layer; (2) removing the oxide on the surface of the silicone release layer; (3) may further include recrystallizing the surface of the silicon release layer.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (c) 단계는, (c1) 단결정 실리콘 에피택셜층 상에 복수의 식각 방지 패턴을 형성하는 단계; (c2) 식각 방지 패턴 사이로 노출된 단결정 실리콘 에피택셜층을 식각하여 복수의 음각 패턴을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step (c) includes: (c1) forming a plurality of etch stop patterns on the single crystal silicon epitaxial layer; (c2) forming a plurality of intaglio patterns by etching the single crystal silicon epitaxial layer exposed between the etch stop patterns.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (d) 단계와 (e) 단계 사이에, 절연층 상부면을 평탄화하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, between steps (d) and (e), planarizing the upper surface of the insulating layer; may further include.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연층은 산화 실리콘, 질화 실리콘 중 적어도 어느 하나의 재질일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the insulating layer may be made of at least one of silicon oxide and silicon nitride.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (f) 단계는, 워터젯(water-jet) 방법 또는 기계적 충격(mechanical shock, mechanical lift) 방법으로 에너지를 인가하여 실리콘 박리층을 절단하고, 제1 단결정 실리콘 기판을 분리 제거하는 단계일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in step (f), energy is applied by a water-jet method or a mechanical shock, mechanical lift method to cut the silicon release layer, and the first single crystal silicon substrate may be a step of separating and removing
본 발명의 일 실시예에 따르면, (g) 단계에서, 음각 패턴 내 절연층이 형성된 부분까지 두께를 감축할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in step (g), it is possible to reduce the thickness to the portion where the insulating layer is formed in the intaglio pattern.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 음각 패턴 내 절연층이 두께 감축의 스톱퍼(stopper)로 기능할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the insulating layer in the intaglio pattern may function as a stopper for reducing the thickness.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 평면 기준으로, 음각 패턴 내 형성된 절연층으로 구획된 단결정 실리콘 에피택셜층은 각각 SOI의 액티브 패턴(active pattern)으로 작용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the single crystal silicon epitaxial layers partitioned by the insulating layer formed in the engraved pattern on a planar basis may act as an active pattern of the SOI.
그리고, 본 발명의 상기의 목적은, 제1 단결정 실리콘 기판, 단결정 실리콘 에피택셜층 및 절연층을 포함하는 제1 적층체, 제2 단결정 실리콘 기판 및 산화층을 포함하는 제2 적층체를 접합한 후, 제1 단결정 실리콘 기판을 분리제거하고 단결정 실리콘 에피택셜층의 두께를 감축하여 SOI 기판을 제조하는 방법으로서, 단결정 실리콘 에피택셜층에 음각 패턴을 형성하고, 음각 패턴이 형성된 부분을 제외한 돌출된 부분으로 액티브 패턴(active pattern)을 구성하는, SOI 기판 제조 방법에 의해 달성된다.The above object of the present invention is, after bonding a first single crystal silicon substrate, a first laminate including a single crystal silicon epitaxial layer and an insulating layer, a second single crystal silicon substrate, and a second laminate including an oxide layer. , A method of manufacturing an SOI substrate by separating and removing the first single crystal silicon substrate and reducing the thickness of the single crystal silicon epitaxial layer, wherein an intaglio pattern is formed on the single crystal silicon epitaxial layer, and a protruding part except for the part where the intaglio pattern is formed This is achieved by a method of manufacturing an SOI substrate, constituting an active pattern.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 처음부터 액티브 패턴을 사용자가 원하는 패턴으로 형성할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention configured as described above, there is an effect that an active pattern can be formed in a pattern desired by a user from the beginning.
또한, 본 발명은 처음부터 액티브 영역에만 SOI 층을 형성할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that the SOI layer can be formed only in the active region from the beginning.
또한, 본 발명은 제조 공정을 단순화하여 공정 시간, 원가를 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of simplifying the manufacturing process to reduce process time, cost, and improve productivity.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 종래의 SOI process를 나타내는 개념도이다.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOI 기판의 제조 과정을 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 여러 실시예에 따른 SOI 기판의 절연층 형태를 나타내는 평면 개략도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a conventional SOI process.
2 to 10 are schematic diagrams illustrating a manufacturing process of an SOI substrate according to an embodiment of the present invention.
11 is a schematic plan view showing the shape of an insulating layer of an SOI substrate according to various embodiments of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0012] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0014] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0016] Reference is made to the accompanying drawings, which show by way of illustration specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents to those claimed. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions in various aspects, and the length, area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those of ordinary skill in the art to easily practice the present invention.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOI 기판(100)의 제조 과정을 나타내는 개략도이다. 도 2 내지 도 10은 SOI 기판의 일부분에 대한 측단면도를 나타내지만, 실제 SOI 기판(100)은 이보다 큰 스케일일 수 있음을 밝혀둔다. 2 to 10 are schematic diagrams illustrating a manufacturing process of the
본 발명의 SOI 기판(100)의 제조 방법은, (a) 제1 단결정 실리콘 기판(110)의 일면 상에 실리콘 박리층(120)을 형성하는 단계, (b) 실리콘 박리층(120) 상에 단결정 실리콘 에피택셜층(170)을 형성하는 단계, (c) 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 일면 상에 복수의 음각 패턴(175)을 형성하는 단계; (d) 음각 패턴(175) 및 적어도 단결정 실리콘 에피택셜층(170) 상에 절연층(140)을 형성하는 단계, (e) 절연층(140) 표면 상에 산화층(220)이 형성된 제2 단결정 실리콘 기판(210)을 접합하는 단계; (f) 실리콘 박리층(120)에 에너지를 인가(S)하여 제1 단결정 실리콘 기판(110)을 분리 제거하는 단계, (g) 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 타면으로부터 일면 방향으로 두께를 감축하면서 제거하는 단계를 포함하고, (c) 단계에서, 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 음각 패턴(175)이 형성된 부분을 제외한 돌출된 부분(173)으로 액티브 패턴(active pattern; AP)을 구성하는 것을 특징으로 한다. 그리하여, 별도의 공정없이 액티브 SOI 영역이 형성된 SOI 기판(100)을 제조할 수 있다. The method of manufacturing the
먼저, 도 2를 참조하면, 제1 단결정 실리콘 기판(110)을 준비할 수 있다. 제1 단결정 실리콘 기판(110)은 단결정 실리콘 웨이퍼(wafer)를 사용할 수도 있고, 사각형 등의 단결정 실리콘 기판을 사용할 수도 있다.First, referring to FIG. 2 , a first single
이어서, 제1 단결정 실리콘 기판(110)의 일면(예를 들어, 상부면) 상에 실리콘 박리층(120)[다공질 실리콘층(porous silicon)]을 형성할 수 있다. 양극 반응(anodizing) 등의 공지의 방법을 사용하여 제1 단결정 실리콘 기판(110) 상에 실리콘 박리층(120)을 형성할 수 있다.Subsequently, a silicon exfoliation layer 120 (porous silicon layer) may be formed on one surface (eg, an upper surface) of the first single
이어서, 실리콘 박리층(120) 상에 단결정 실리콘 에피택셜층(130)을 형성할 수 있다. 단결정 실리콘 에피택셜층(130)은 공지의 에피택셜 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 실리콘 박리층(120)의 일면(예를 들어, 상부면)으로부터 단결정 실리콘 에피택셜층(130)이 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 단결정 실리콘 에피택셜층(130)은 약 0.5~1 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.Subsequently, a single crystal silicon
한편, 실리콘 박리층(120) 상에 단결정 실리콘 에피택셜층(130)을 형성하기 전에, 실리콘 박리층(120) 상부 표면의 공극(pore)을 막는 공정을 더 수행할 수 있다. 먼저, 실리콘 박리층(120)에 산화를 수행하여 공극 및 표면 상에 산화층(미도시)을 형성하고 HF 등으로 표면 부분에 형성된 산화층을 제거할 수 있다. 이어서, 약 1,000℃ 이상에서 수소 열처리를 수행하여 실리콘 박리층(120) 상부 표면 공극 부분의 재결정화를 수행할 수 있다. 이에 따라, 실리콘 박리층(120) 상부 표면 상에서 단결정 실리콘 에피택셜층(130)을 형성할 때 결함없이 더 얇은 두께로 형성하기 용이해지는 이점이 있다.Meanwhile, before forming the single crystal silicon
다음으로, 도 3을 참조하여 비교 실시예의 문제점을 설명한 후, 도 4 이하에서 본 발명의 실시예를 더 설명한다.Next, after explaining the problems of the comparative example with reference to FIG. 3 , an embodiment of the present invention will be further described with reference to FIG. 4 .
도 3의 첫번째 도면을 참조하면, 단결정 실리콘 에피택셜층(130)의 일면(예를 들어, 상부면) 상에 복수의 절연 패턴(140')을 형성할 수 있다. 절연 패턴(140')은 실리콘 산화물(silicon oxide) 재질인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며 실리콘 질화물 재질을 사용할 수도 있다. 절연 패턴(140)은 증착, 프린팅 등 공지의 박막 형성 방법을 제한없이 사용하여 형성할 수 있다.Referring to the first drawing of FIG. 3 , a plurality of
복수의 절연 패턴(140')은 상호 간격을 이루어 형성될 수 있다. 절연 패턴(140')은 단결정 실리콘 에피택셜층(130, 150)에 대한 두께 감축의 스톱퍼(stopper) 역할을 하는 목적을 위해 사용될 수 있다. The plurality of insulating
다음으로, 도 3의 두번째 도면을 참조하면, 단결정 실리콘 에피택셜층(130) 및 절연 패턴(140) 상에 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150')을 형성할 수 있다. 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150')은 공지의 에피택셜 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 단결정 실리콘 에피택셜층(130)의 노출된 면으로부터 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150')이 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150')은 약 10~50 nm 의 두께로 형성될 수 있다.Next, referring to the second drawing of FIG. 3 , a second single crystal
다음으로, 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150')을 평탄화(P) 할 수 있다. 여기서 평탄화(P)는 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150')의 일면(상면)을 경면화 하면서 동시에 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150')의 상부를 일부 제거하여 두께를 얇게 감축(150' -> 150''')시키는 것을 의미한다. 평탄화(P)는 CMP(Chemical Mechanical Polishing), 수소 열처리(H2 anneal), 아르곤 열처리(Ar anneal)를 통해 수행하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.Next, the second single crystal
다음으로, 도 3의 세번째 도면을 참조하면, 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150')이 평탄화(P)되어 두께 편차가 줄어듦과 동시에 두께가 얇게 감축(150' -> 150''')될 수 있다. 평탄화(P)는 적어도 절연 패턴(140')을 제거할 정도까지는 수행되지 않고, 절연 패턴(140')이 스톱퍼(stopper)로 기능하여 절연 패턴(140')의 높이까지 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 1,100 ~ 1,150℃의 수소 열처리, 1,200℃의 아르곤 열처리 또는 CMP를 통해, 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150''')이 약 30 nm 정도의 두께를 가질 수 있다.Next, referring to the third drawing of FIG. 3 , the second single crystal
이후, 도 7의 제2 단결정 실리콘 기판(210) 접합 공정, 도 8의 제1 단결정 실리콘 기판(110) 분리 공정, 도 9와 같은 단결정 실리콘 에피택셜층(130) 감축 제거 공정을 수행하여 SOI 기판을 제조할 수 있다.Thereafter, the second single
하지만, 상기 비교예의 SOI 기판은 절연 패턴(140')과 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150''') 사이에서 형성되는 단결정 실리콘 에피택셜층(150")의 품질이 낮은 문제점이 있다. 노출된 단결정 실리콘 에피택셜층(130)에서부터 생성되는 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150')은 결함이 없이 단결정 실리콘 에피택셜층(130)과 동일한 정도의 결정성을 가지고 형성되나, 절연 패턴(140') 표면 근처에서 생성되는 단결정 실리콘 에피택셜층(150")은 결함을 포함하고, 결함의 정도가 커질수록 절연 패턴(140')이 커지는 것과 마찬가지의 문제점을 가질 수 있다.However, the SOI substrate of the comparative example has a problem in that the quality of the single crystal
절연 패턴(140')은 SOI에서 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150''')을 구획하고 절연부로서 사용되며, 단결정 실리콘의 활용 면적을 높일 필요가 있으므로, 절연 패턴(140')은 그 폭(AS)이 적을수록 바람직하다. 반대로, 절연 패턴(140') 외에 노출되는 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150''')의 폭(AW)은 클수록 바람직하다. 일 실시예에 따르면, 절연 패턴(140')의 폭(AS)은 0.5㎛보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 일 실시예에 따르면, 절연 패턴(140')의 폭(AS)보다 단결정 실리콘 에피택셜층(150''')의 폭(AW)이 5배 이상인 것이 바람직하다.The insulating pattern 140' partitions the second single crystal silicon epitaxial layer 150''' in the SOI and is used as an insulating part. It is so preferable that the width AS is small. Conversely, it is preferable that the width AW of the second single crystal
따라서, 본 발명은 절연 패턴(140')을 형성한 후에 단결정 실리콘 에피택셜층(150')을 형성하기보다는, 단결정 실리콘 에피택셜층(170)을 형성한 후 절연층(140)을 형성하는 것을 특징으로 한다. 절연층(140)이 나중에 생기기 때문에 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 품질에 영향을 미치지 않게 되어, 원하는 폭(AS)을 가지는 절연층(140)을 형성할 수 있게 된다.Accordingly, in the present invention, rather than forming the single crystal
도 4를 참조하면, 실리콘 박리층(120) 상에 단결정 실리콘 에피택셜층(170)을 형성할 수 있다. 이 점은 도 2에서 상술한 단결정 실리콘 에피택셜층(130)의 형성 공정과 같다. 다만, 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 두께는 도 2의 단결정 실리콘 에피택셜층(130)보다 두껍게 형성될 필요가 있다. 즉, 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 두께(T1)는 도 3의 세번째 도면에서 단결정 실리콘 에피택셜층(130) 및 제2 단결정 실리콘 에피택셜층(150''')의 두께를 합한 것(T1)에 대응할 수 있다. 한편, 단결정 실리콘 에피택셜층(170) 형성 후, CMP 등을 통해 단결정 실리콘 에피택셜층(170) 상부면을 평탄화 하는 과정을 더 수행할 수 있다Referring to FIG. 4 , a single crystal
다음으로, 도 5를 참조하면, 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 일면(상부면) 상에 복수의 음각 패턴(175)을 형성할 수 있다. 도 5 (a)는 개략 측단면도이고, 도 5 (b)는 평면 개략도로서 A-A' 단면이 도 5(a)에 해당한다.Next, referring to FIG. 5 , a plurality of
음각 패턴(175)은 단결정 실리콘 에피택셜층 상에 복수의 식각 방지 패턴(PR 패턴)을 형성한 후, 식각 방지 패턴 사이로 노출된 단결정 실리콘 에피택셜층을 식각하여 형성할 수 있다. 한편, 음각 패턴(175)은 포토리소그래피 공정 외에 공지의 트렌치(trench) 형성 공정을 사용하여 형성할 수도 있다.The
음각 패턴(175)은 이후 절연층(140)이 채워질 공간이므로, 도 3의 절연 패턴(140')에 대응하는 형태와 크기일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 음각 패턴(175)은 약 30nm의 두께, 약 0.5㎛보다 작은 폭을 가질 수 있다.Since the
음각 패턴(175)의 형태는 사용자가 미리 디자인한 액티브 패턴(active pattrern; AP)의 형태에 대응할 수 있다. 음각 패턴(175) 내로 절연층(145)이 채워질 예정이기 때문에, 절연층(145) 부분을 제외한 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 부분이 액티브 패턴(AP)이 되어 각각 액티브 영역으로 작용할 수 있게 된다. 다시 말해, 평면 기준으로, 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 음각 패턴(175)이 형성된 부분(171)은 절연층(140)이 배치되고, 음각 패턴(175)이 형성된 부분을 제외한 돌출된 부분(173)은 전도성 채널인 액티브 패턴(AP)이 될 수 있다. The shape of the
다음으로, 도 6을 참조하면, 음각 패턴(175) 및 단결정 실리콘 에피택셜층(170) 상에 절연층(140)을 형성할 수 있다. 절연층(140)은 실리콘 산화물(silicon oxide) 재질인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며 실리콘 질화물 재질을 사용할 수도 있다. 절연층(140)은 증착, 프린팅 등 공지의 박막 형성 방법을 제한없이 사용하여 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 6 , the insulating
절연층(140)의 형성 과정에서 음각 패턴(175)은 절연층(145)으로 채워지고, 음각 패턴(175) 상부와 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 상부 표면은 절연층(140)으로 덮어지게 된다. 절연층(140)으로 덮이는 두께는 수nm~수십nm인 것이 바람직하다. 한편, 절연층(140) 형성 후, CMP 등을 통해 절연층(140) 상부면을 평탄화 하는 과정을 더 수행할 수 있다.In the process of forming the insulating
다음으로, 도 7을 참조하면, 제2 단결정 실리콘 기판(210)을 준비할 수 있다. 제2 단결정 실리콘 기판(210)은 제1 단결정 실리콘 기판(110)과 같은 단결정 실리콘 웨이퍼(wafer)를 사용할 수도 있고, 사각형 등의 단결정 실리콘 기판을 사용할 수도 있다. 또한, 제2 단결정 실리콘 기판(210)은 제1 단결정 실리콘 기판(110)과 동일한 크기, 형태를 가지는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.Next, referring to FIG. 7 , a second single
한편, 제2 단결정 실리콘 기판(210)은 복수의 제1 단결정 실리콘 기판(110)의 면적을 합한 것과 대응하는 면적을 가질 수도 있다. 이 경우, 제2 단결정 실리콘 기판(210)에 도 6의 실리콘 박리층(120), 단결정 실리콘 에피택셜층(170), 절연층(140)이 형성된 제1 단결정 실리콘 기판(110)을 일정 간격을 두고 복수개 접합하여 후속 공정을 진행할 수도 있다.Meanwhile, the second single
제2 단결정 실리콘 기판(210)은 표면 상에 산화층(220)이 형성된 것이 바람직하다. 산화층(220)은 공지의 박막 형성 방법을 통해 제2 단결정 실리콘 기판(210)의 표면 상에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 산화층(220)은 약 10nm ~ 20nm의 두께로 형성될 수 있다. It is preferable that the
다음으로, 제1 단결정 실리콘 기판(110)과 제2 단결정 실리콘 기판(210)을 접합(bonding)할 수 있다. 제1 단결정 실리콘 기판(110)과 제2 단결정 실리콘 기판(210)의 표면이 상호 접합되는 것은 아니며, 절연층(140) 및 산화층(220)을 매개하여 접합될 수 있다. 진공, 불활성 가스 등의 환경 하에서 수백~ ℃의 온도로 열처리를 통해 접합을 수행할 수 있다. 접합이 완료된 후에 절연층(140) 및 산화층(220)은 SOI 기판(100)에서 절연체(insulator; 230)[도 8 내지 도 10 참조]로서 작용할 수 있다.Next, the first single
다음으로, 도 8을 참조하면, 실리콘 박리층(120)에 에너지를 인가(S)하여 제1 단결정 실리콘 기판(110)을 분리제거할 수 있다. 에너지의 인가(S)는 워터젯(water-jet) 방법으로 수행될 수 있다. 또는, 에너지의 인가(S)는 진동, 충격 등을 인가하는 기계적 충격(mechanical shock, mechanical lift) 방법으로 수행될 수 있다. 실리콘 박리층(120)은 다공성(porous) 특성 때문에 측면에서 에너지가 인가(S)되면 쉽게 절단될 수 있다. 실리콘 박리층(120)이 절단되면서 제1 단결정 실리콘 기판(110)이 분리될 수 있다. 본 발명은 제1 단결정 실리콘 기판(110)의 일면에 잔류한 다공질 실리콘을 세정제거함으로써 재사용이 가능한 이점이 있다.Next, referring to FIG. 8 , energy may be applied (S) to the
다음으로, 도 9를 참조하면, 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 타면으로부터 일면 방향으로 두께를 감축하면서 제거(G)할 수 있다. 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 일면은 음각 패턴(175) 및 절연층(140)이 형성된 면이고, 타면은 실리콘 박리층(120)이 절단되어 실리콘 박리층(120')이 잔류하는 면에 대응한다.Next, referring to FIG. 9 , the single crystal
단결정 실리콘 에피택셜층(170)은 ㎛ 스케일의 두께를 가지므로, 평탄화 공정보다는 빠르게 두께를 감축할 수 있는 방법을 사용할 필요가 있다. 이를 고려하여, 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 두께 감축 및 제거(G)는 그라인딩(grinding), 폴리싱(polishing), 식각(etching) 등의 방법을 사용할 수 있다. 일 예로, ㎛ 단위의 두께까지는 1차로 러프하게 그라인딩을 수행한 후, ㎛에서 nm 수준의 두께까지는 2차로 CMP, 식각을 사용하여 미세하게 두께 감축을 컨트롤 할 수 있다.Since the single crystal
두께 감축 및 제거(G)는 음각 패턴(175)에 형성된 절연층(145) 부분까지 수행하는 것이 바람직하다. 즉, 절연층(145)의 산화물, 질화물이 두께 감축의 스톱퍼(stopper) 역할을 할 수 있다.The thickness reduction and removal (G) is preferably performed up to the portion of the insulating
도 10을 참조하면, 두께 감축 및 제거(G) 후에 SOI 기판(100)의 제조를 완료할 수 있다. 도 10 (a)는 개략 측단면도이고, 도 10 (b)는 평면 개략도로서 A-A' 단면이 도 10 (a)에 해당한다. SOI 기판(100)의 제조가 완료된 후에, 반도체, 메모리 형성 공정을 더 수행할 수 있다. 도 10의 실시예에서는 액티브 패턴(AP)과 이웃하는 액티브 패턴(AP)들 사이에 절연층(145)이 배치되므로, 각각의 액티브 패턴(AP)들은 독립된 액티브 SOI로 적용될 수 있다.Referring to FIG. 10 , after the thickness reduction and removal (G), the fabrication of the
도 5의 단계에서 음각 패턴(175)을 형성한 부분에 절연층(145)이 배치되고, 음각 패턴(175)을 제외한 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 돌출된 부분(173)이 액티브 패턴(AP)으로 남게 된다. 따라서, 사용자가 디자인한 형태의 액티브 패턴(AP)을 SOI 기판 제조 공정의 초기에 바로 적용할 수 있고, 원하는 패턴을 가지는 SOI 기판의 제조가 용이해지는 효과가 있다.The insulating
도 11은 본 발명의 여러 실시예에 따른 SOI 기판의 절연층 형태를 나타내는 평면 개략도이다.11 is a schematic plan view showing the shape of an insulating layer of an SOI substrate according to various embodiments of the present invention.
절연층(140) 중 음각 패턴(175)에 형성된 절연층(145) 부분은, 평면 기준으로, 포인트(point), 라인(line), 그리드(grid) 등의 형태를 가질 수 있다. 다른 관점으로, 음각 패턴(175)은 평면 기준으로, 포인트(point), 라인(line), 그리드(grid) 등의 형태를 가질 수 있다.A portion of the insulating
도 11 (a)처럼 절연층(145a) 부분은 포인트 형태를 가지는 것이 절연층(145a)의 폭(AS)을 줄이고, 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 폭(AW)을 늘릴 수 있기 때문에 바람직하게 고려된다. 다만, 절연층(145a)이 차지하는 부분이 너무 적으면, 도 9 단계에서 단결정 실리콘 에피택셜층(170)의 두께 감축 및 제거(G) 공정에서 절연층(145a)이 두께 감축의 스톱퍼 역할을 하기에 부족할 수 있으므로, 도 11 (b), 도 11 (c)처럼 절연층(145b, 145c)을 라인, 그리드 형태로 구성할 수도 있다.As shown in FIG. 11A , it is preferable that the insulating
또한, 절연층(145) 부분이 단결정 실리콘 에피택셜층(170)을 구획할 경우 각각의 영역들은 액티브 SOI(active SOI)로 사용될 수 있다. 일 실시예로, 도 11 (b), 도 11 (c)에서 각각의 단결정 실리콘 에피택셜층의 영역(170a, 170b, 170c, 170d)은 별도의 액티브 SOI로 작용할 수 있다.Also, when the insulating
위와 같이 본 발명은, 처음부터 active 영역에만 SOI 층을 형성할 수 있고, 표면 균일도가 우수한 SOI 기판을 제조할 수 있으며, 제조 공정을 단순화하여 공정 시간, 원가를 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can form an SOI layer only in the active region from the beginning, can manufacture an SOI substrate with excellent surface uniformity, and simplify the manufacturing process to reduce process time and cost and improve productivity there is
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.Although the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the above-described embodiments, and various methods can be made by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains within the scope of the present invention. Transformation and change are possible. Such modifications and variations are intended to fall within the scope of the present invention and the appended claims.
100: SOI 기판
110: 제1 단결정 실리콘 기판
120: 실리콘 박리층
140: 절연층
170: 단결정 실리콘 에피택셜층
175: 음각 패턴
210: 제2 단결정 실리콘 기판
220: 산화층
230: 절연체
AP: 액티브 패턴(active pattern)100: SOI substrate
110: first single crystal silicon substrate
120: silicone release layer
140: insulating layer
170: single crystal silicon epitaxial layer
175: engraved pattern
210: second single crystal silicon substrate
220: oxide layer
230: insulator
AP: active pattern
Claims (10)
(b) 실리콘 박리층 상에 단결정 실리콘 에피택셜층을 형성하는 단계;
(c) 단결정 실리콘 에피택셜층의 일면 상에 복수의 음각 패턴을 형성하는 단계;
(d) 음각 패턴 및 단결정 실리콘 에피택셜층 상에 절연층을 형성하는 단계;
(e) 절연층의 표면 상에 산화층이 형성된 제2 단결정 실리콘 기판을 접합하는 단계;
(f) 실리콘 박리층에 에너지를 인가하여 제1 단결정 실리콘 기판을 분리 제거하는 단계;
(g) 단결정 실리콘 에피택셜층의 타면으로부터 일면 방향으로 두께를 감축하면서 제거하는 단계;
를 포함하고,
(c) 단계에서, 단결정 실리콘 에피택셜층의 음각 패턴이 형성된 부분을 제외한 돌출된 부분으로 액티브 패턴(active pattern)을 구성하는, SOI 기판 제조 방법.(a) forming a silicon exfoliation layer on one surface of the first single crystal silicon substrate;
(b) forming a single crystal silicon epitaxial layer on the silicon exfoliation layer;
(c) forming a plurality of intaglio patterns on one surface of the single crystal silicon epitaxial layer;
(d) forming an insulating layer on the intaglio pattern and the single crystal silicon epitaxial layer;
(e) bonding a second single crystal silicon substrate having an oxide layer formed on the surface of the insulating layer;
(f) applying energy to the silicon exfoliation layer to separate and remove the first single crystal silicon substrate;
(g) removing the single crystal silicon epitaxial layer while reducing the thickness in one direction from the other surface;
including,
In step (c), the method of manufacturing an SOI substrate, configuring the active pattern (active pattern) with the protruding portion excluding the portion where the intaglio pattern of the single crystal silicon epitaxial layer is formed.
(a) 단계와 (b) 단계 사이에,
(1) 실리콘 박리층의 공극(pore) 및 표면 상을 산화 처리하는 단계;
(2) 실리콘 박리층의 표면 상의 산화물을 제거하는 단계;
(3) 실리콘 박리층의 표면을 재결정화하는 단계
를 더 포함하는, SOI 기판 제조 방법. According to claim 1,
Between steps (a) and (b),
(1) oxidation treatment of pores and surfaces of the silicone release layer;
(2) removing the oxide on the surface of the silicone release layer;
(3) recrystallizing the surface of the silicon release layer
Further comprising, an SOI substrate manufacturing method.
(c) 단계는,
(c1) 단결정 실리콘 에피택셜층 상에 복수의 식각 방지 패턴을 형성하는 단계;
(c2) 식각 방지 패턴 사이로 노출된 단결정 실리콘 에피택셜층을 식각하여 복수의 음각 패턴을 형성하는 단계;
를 포함하는, SOI 기판 제조 방법.According to claim 1,
(c) step,
(c1) forming a plurality of etch stop patterns on the single crystal silicon epitaxial layer;
(c2) forming a plurality of intaglio patterns by etching the single crystal silicon epitaxial layer exposed between the etch stop patterns;
Including, SOI substrate manufacturing method.
(d) 단계와 (e) 단계 사이에, 절연층 상부면을 평탄화하는 단계;를 더 포함하는, SOI 기판 제조 방법.According to claim 1,
Between steps (d) and (e), planarizing the upper surface of the insulating layer; further comprising a method of manufacturing an SOI substrate.
절연층은 산화 실리콘, 질화 실리콘 중 적어도 어느 하나의 재질인, SOI 기판 제조 방법.According to claim 1,
The insulating layer is made of at least one of silicon oxide and silicon nitride, an SOI substrate manufacturing method.
(f) 단계는, 워터젯(water-jet) 방법 또는 기계적 충격(mechanical shock, mechanical lift) 방법으로 에너지를 인가하여 실리콘 박리층을 절단하고, 제1 단결정 실리콘 기판을 분리 제거하는 단계인, SOI 기판 제조 방법.According to claim 1,
Step (f) is a step of cutting the silicon release layer by applying energy by a water-jet method or a mechanical shock, mechanical lift method, and separating and removing the first single crystal silicon substrate, the SOI substrate manufacturing method.
(g) 단계에서, 음각 패턴 내 절연층이 형성된 부분까지 두께를 감축하는, SOI 기판 제조 방법.The method of claim 1,
In step (g), reducing the thickness to the portion where the insulating layer is formed in the intaglio pattern, the SOI substrate manufacturing method.
음각 패턴 내 절연층이 두께 감축의 스톱퍼(stopper)로 기능하는, SOI 기판 제조 방법.8. The method of claim 7,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the insulating layer in the intaglio pattern functions as a stopper for thickness reduction.
평면 기준으로,
음각 패턴 내 형성된 절연층으로 구획된 단결정 실리콘 에피택셜층은 각각 SOI의 액티브 패턴(active pattern)으로 작용하는, SOI 기판 제조 방법.According to claim 1,
on a flat basis,
A method of manufacturing an SOI substrate, wherein each of the single crystal silicon epitaxial layers partitioned by the insulating layer formed in the intaglio pattern acts as an active pattern of the SOI.
단결정 실리콘 에피택셜층에 음각 패턴을 형성하고, 음각 패턴이 형성된 부분을 제외한 돌출된 부분으로 액티브 패턴(active pattern)을 구성하는, SOI 기판 제조 방법.After bonding the first single crystal silicon substrate, the first laminate including the single crystal silicon epitaxial layer and the insulating layer, the second single crystal silicon substrate, and the second laminate including the oxide layer, the first single crystal silicon substrate is separated and removed; A method for manufacturing an SOI substrate by reducing the thickness of a single crystal silicon epitaxial layer, the method comprising:
A method of manufacturing an SOI substrate, comprising: forming an intaglio pattern on a single crystal silicon epitaxial layer, and configuring an active pattern with a protruding portion excluding a portion where the intaglio pattern is formed.
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