KR20230080428A - Manufacturing Method of High Resistance Silicon Handle Wafers to Enabling Formation of Hybrid Substrate Structures - Google Patents
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Abstract
하이브리드 기판 구조체(336)의 형성을 가능하게 하기 위한 고저항 실리콘 핸들 웨이퍼(230)의 제조 방법(100). 본 방법은 결정 배향 식별자(crystal orientation identifier)(210)를 갖는 웨이퍼(212)를 생성하는 단계, 생성된 웨이퍼를, 박형화된 웨이퍼(222)를 얻기 위해 박형화하는 단계, 박형화된 웨이퍼의 전면(221) 상에 표면 패시베이션층(229)을 제공하는 단계, 및 하이브리드 기판 구조체를 형성하기 위해 웨이퍼의 폴리싱된 전면(232)이 활성층 접합을 가능하게 하도록 패시베이션층을 폴리싱하는 단계를 포함한다. 박형화하는 단계는 생성된 결정 배향 식별자 포함 웨이퍼(218)를 척 배열체에 의해 제어 단면 고정 연마 그라인딩하는 단계를 포함하여, 하이브리드 기판 구조체의 형성을 가능하게 하기 위해 원하는 서브미크론의 총 두께 편차를 갖는 웨이퍼를 제조하기 위해, 식별자에 의해 야기되는 비원형 비대칭 효과의 적어도 대부분을 제거한다.A method (100) of fabricating a high resistivity silicon handle wafer (230) to enable the formation of a hybrid substrate structure (336). The method includes the steps of producing a wafer 212 having a crystal orientation identifier 210, thinning the resulting wafer to obtain a thinned wafer 222, the front side 221 of the thinned wafer. ), and polishing the passivation layer to enable active layer bonding to the polished front side 232 of the wafer to form a hybrid substrate structure. The thinning step includes subjecting the resulting wafer 218 with crystal orientation identifiers to a controlled-side fixed abrasive grinding by means of a chuck arrangement, having a desired submicron total thickness variation to enable formation of a hybrid substrate structure. To fabricate the wafer, it removes at least most of the non-circular asymmetry effect caused by the identifier.
Description
본 출원은 일반적으로 하이브리드 기판 구조체의 형성을 가능하게 하기 위한 고저항 실리콘 핸들 웨이퍼의 제조 방법, 고저항 실리콘 핸들 웨이퍼, 및 하이브리드 기판 구조에 관한 것이다.This application generally relates to a method of manufacturing a high resistivity silicon handle wafer, a high resistivity silicon handle wafer, and a hybrid substrate structure to enable the formation of a hybrid substrate structure.
하이브리드 웨이퍼들 상에 제조되는 디바이스들은 단결정 실리콘 핸들 웨이퍼에 접합되고 이에 대해 박형화되는 활성층을 이용한다. 핸들 웨이퍼는 표준 실리콘 웨이퍼 가공을 위해 설계된 발전적 툴로 하이브리드 물질의 신뢰성 있는 핸들링을 가능하게 하고, 이는 기계적 안정성을 제공하며, 반도체 제조에 사용되는 화학물질들 및 청정도와 양립할 수 있다. 이러한 디바이스들의 일례는 압전음향 박막 표면 음향파(thin film surface acoustic wave, TF-SAW) 필터들이며, 이들은 예를 들어, 압전 물질로 만들어지는 박형 활성층을 이용하도록 설계된다.Devices fabricated on hybrid wafers utilize an active layer that is bonded to and thinned to a monocrystalline silicon handle wafer. Handle Wafer is an advanced tool designed for standard silicon wafer processing, enabling reliable handling of hybrid materials, which provides mechanical stability and is compatible with the chemicals and cleanliness used in semiconductor manufacturing. One example of such devices are thin film surface acoustic wave (TF-SAW) filters, which are designed to use a thin active layer made of, for example, a piezoelectric material.
수백 MHz 내지 수십 GHz의 무선 주파수(RF)에서 동작하는 디바이스들에 사용되는 하이브리드 웨이퍼 구조체들은 핸들 웨이퍼와 RF 신호의 상호작용을 최소화하기 위해, 추가적인 기생 전류 억제 표면 패시베이션층을 특징으로 하는, 초고저항률(5000 Ω-cm 초과)의 실리콘 기판들의 사용을 필요로 한다.Hybrid wafer structures used in radio frequency (RF) operating devices of hundreds of MHz to tens of GHz are ultra-high resistivity, featuring an additional parasitic current suppression surface passivation layer to minimize the interaction of the handle wafer with the RF signal. (greater than 5000 Ω-cm) silicon substrates.
박형화된 활성층에 대한 이들 디바이스들의 성능은 이들의 기하구조 정확도에 의해 크게 제한된다. 최종 디바이스 기하구조가 디바이스의 제조 공정과 기판 공정에서의 활성층의 두께 제어 양자에 의해 정의된다. 리소그래피를 사용하여 디바이스 제조 공정의 정확도가 정의되므로, 최신 공정들로 달성가능한 정확도는 매우 높다. 이는 이러한 치수가 동일한 방식으로 제어될 수 없으므로, 활성층 두께 편차의 상대적인 중요성을 증가시킨다.The performance of these devices for thinned active layers is greatly limited by their geometric accuracy. The final device geometry is defined by both the fabrication process of the device and the thickness control of the active layer in the substrate process. Since the accuracy of the device manufacturing process is defined using lithography, the accuracy achievable with state-of-the-art processes is very high. This increases the relative importance of the active layer thickness variation, since these dimensions cannot be controlled in the same way.
핸들 웨이퍼의 기하구조는 박형화된 활성층의 기하구조에 상당한 영향을 미쳐, 통상적으로 절대 항들(μm)에서 대략 동일한 두께 편차를 초래한다. 활성층이 핸들 웨이퍼 두께에 비해 매우 얇으므로, 비례적인 기하구조 편차는 상당히 더 높아진다. 이에 따라, 핸들 웨이퍼에 대한 평탄도 요건은 표준 실리콘 기판의 평탄도 요건보다 훨씬 더 크다. SEMI M1에 따르면, 총 두께 편차(total thickness variation, TTV)는 150 mm 직경을 갖는 625 μm 두께의 폴리싱된 웨이퍼에 대해 10 μm로서 정의된다.The geometry of the handle wafer has a significant effect on the geometry of the thinned active layer, typically resulting in approximately equal thickness variations in absolute terms (μm). Since the active layer is very thin compared to the handle wafer thickness, the proportional geometry variation becomes significantly higher. Accordingly, the flatness requirements for handle wafers are much greater than those of standard silicon substrates. According to SEMI M1, the total thickness variation (TTV) is defined as 10 μm for a 625 μm thick polished wafer with a 150 mm diameter.
TTV는 웨이퍼 표면에 걸쳐 비원형 대칭으로 보일 때 특히 중요한데, 이는 추가의 회전 활성층 박형화 공정은 반경 방향에서 비교적 용이하게 조정될 수 있지만, 다른 형상들을 수정하는 것은 훨씬 더 복잡하기 때문이다.TTV is particularly important when viewing non-circular symmetry across the wafer surface, since the additional rotational active layer thinning process can be relatively easily tuned in the radial direction, but modifying other shapes is much more complex.
전술한 결점들은 박형화된 활성층을 갖는 기존의 디바이스들의 성능을 상당히 제한하였다.The aforementioned drawbacks have significantly limited the performance of existing devices with thinned active layers.
본 발명의 목적은 알려져 있는 솔루션들의 결점들을 제거하고, 생성된 결정 배향 식별자의 기하구조 영향을 보상하고 150-200 mm 직경의 실리콘 핸들 웨이퍼의 더 높은 평탄도를 가능하게 하는 고저항의 표면 패시베이션된 실리콘 핸들 웨이퍼를 위한 제조 방법을 제공하는 것이다. 이러한 제조된 실리콘 핸들 웨이퍼는 하이브리드 기판 구조체의 형성에 사용되고, 이어서, 형성된 하이브리드 기판 구조체는 반도체 디바이스(구성요소)를 제조하기 위해, 프론트 엔드 및 백 엔드 방법들과 같은 디바이스 제조 방법들에 사용될 수 있다.It is an object of the present invention to eliminate the drawbacks of known solutions, to provide a high-resistance surface passivated substrate that compensates for the geometrical effect of the resulting crystal orientation identifier and enables higher flatness of 150-200 mm diameter silicon handle wafers. To provide a fabrication method for a silicon handle wafer. This fabricated silicon handle wafer is used in the formation of a hybrid substrate structure, and then the formed hybrid substrate structure can be used in device fabrication methods, such as front-end and back-end methods, to fabricate a semiconductor device (component). .
본 발명의 목적은 독립항들에 따른 제조 방법, 고저항 실리콘 핸들 웨이퍼, 및 하이브리드 기판 구조체를 제공함으로써 달성된다.The object of the present invention is achieved by providing a manufacturing method according to the independent claims, a high resistance silicon handle wafer, and a hybrid substrate structure.
본 발명의 실시예들은 독립항들에 따른 제조 방법, 고저항 실리콘 핸들 웨이퍼, 및 하이브리드 기판 구조체에 의해 구체화된다.Embodiments of the present invention are embodied by a manufacturing method, a high resistivity silicon handle wafer, and a hybrid substrate structure according to the independent claims.
하이브리드 기판 구조체의 형성을 가능하게 하기 위한 고저항 실리콘 핸들 웨이퍼의 하나의 제조 방법은 결정 배향 식별자 및 특정 두께를 갖는 웨이퍼를 생성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 생성된 웨이퍼를, 박형화된 웨이퍼를 얻기 위해 특정 두께로부터 웨이퍼의 원하는 두께로 박형화하는 단계를 더 포함한다. 본 방법은 박형화된 웨이퍼의 전면 상에 특정 층 두께를 갖는 표면 패시베이션층을 제공하는 단계를 더 포함한다. 본 방법은 하이브리드 기판 구조체를 형성하기 위해 웨이퍼의 폴리싱된 전면이 활성층 접합(활성층의 접합)을 가능하게 하도록 패시베이션층을 특정 층 두께로부터 패시베이션 층의 원하는 최종 층 두께로 폴리싱하는 단계를 더 포함한다. 박형화하는 단계는 생성된 결정 배향 식별자 포함 웨이퍼를 척 배열체에 의해 제어 단면 고정 연마 그라인딩하는 단계를 포함하여, 하이브리드 기판 구조체의 형성을 가능하게 하기 위해 원하는 서브미크론의 총 두께 편차를 갖는 웨이퍼를 제조하기 위해, 식별자에 의해 야기되는 비원형 비대칭 효과의 적어도 대부분을 제거한다.One method of fabricating a high resistivity silicon handle wafer to enable the formation of a hybrid substrate structure includes creating a wafer having a crystal orientation identifier and a specific thickness. The method further includes thinning the resulting wafer from a specified thickness to a desired thickness of the wafer to obtain a thinned wafer. The method further includes providing a surface passivation layer having a specific layer thickness on the front surface of the thinned wafer. The method further includes polishing the passivation layer from a specified layer thickness to a desired final layer thickness of the passivation layer such that the polished front side of the wafer enables active layer bonding (bonding of the active layer) to form a hybrid substrate structure. The step of thinning includes the step of subjecting the resulting wafer with crystal orientation identifiers to a controlled cross-section fixed abrasive grinding by means of a chuck arrangement to produce a wafer having a desired submicron total thickness deviation to enable formation of a hybrid substrate structure. To do so, at least most of the non-circular asymmetry effect caused by the identifier is removed.
하이브리드 기판 구조체의 형성을 가능하게 하기 위한 하나의 고저항 실리콘 핸들 웨이퍼는 이전의 방법의 단계들에 따라 제조된다.One high resistivity silicon handle wafer for enabling the formation of a hybrid substrate structure is fabricated according to the steps of the previous method.
하나의 하이브리드 기판 구조체는 이전의 핸들 웨이퍼에 따른 고저항 실리콘을 포함한다.One hybrid substrate structure includes high resistivity silicon according to the previous handle wafer.
본 발명의 예시적인 실시예들은 다음의 첨부 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1a-1b는 핸들 웨이퍼의 제조 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 2a-2b는 제조 방법 동안 어떻게 핸들 웨이퍼가 가공되는지를 나타낸다.
도 3a-3b는 프론트 엔드 제조 방법으로 하이브리드 기판 구조체를 형성하기 위해 어떻게 제조된 핸들 웨이퍼에 활성층이 접합되고 박형화되는 지를 나타낸다.Exemplary embodiments of the present invention are described with reference to the following accompanying drawings.
1A-1B shows a flow diagram of a method of manufacturing a handle wafer.
2a-2b show how a handle wafer is processed during a fabrication method.
3A-3B show how an active layer is bonded and thinned to a fabricated handle wafer to form a hybrid substrate structure with a front-end fabrication method.
도 1a 및 도 1b는 하이브리드 기판 구조체(336)의 형성(제조)에 사용될 준비가 된(제조된) 고저항 실리콘(high-resistivity silicon, HRS) 핸들 웨이퍼(230)의 제조 방법(100)의 제조 단계들이 어떻게 진행하는지를 나타내고, 본 방법 단계들 옆에, 도 2a 및 도 2b는 각 방법 단계가 웨이퍼(230)에 어떻게 영향을 미치는지를 나타낸다.1A and 1B show a
웨이퍼(230)의 제조는 하이브리드 기판 구조체(336)의 형성 전에 그리고 형성된 하이브리드 기판 구조체(336)가 적어도 하나의 디바이스 제조 방법(공정)에 노출되는 디바이스 제조 단계 전에 수행된다. 예를 들어, 프론트 엔드 방법(공정) 및 백 엔드 방법(가공)을 포함하는 디바이스 제조 방법(들)은 반도체 디바이스(구성요소)를 얻기 위한(제조하기 위한, 가공하기 위한) 하이브리드 기판 구조체(336)에 관한 것이다.Fabrication of the
도 3a 및 도 3b는 하이브리드 기판 구조체(336)를 나타내며, 이 구조체는 가공된 웨이퍼(230)를 핸들 웨이퍼로서 사용함으로써 프론트 엔드 방법으로 제조되고, 압전음향 박막 표면 음향파(TF-SAW) 필터 또는 다른, 예를 들어, 사파이어 온 실리콘, III-IV 하이브리드 기판 구조체, 또는 II-VI 하이브리드 기판 구조체 ― 이는 박형화된 물질층들을 기반으로 함 ― 를 제조하는 데 사용될 수 있다. 하이브리드 기판 구조체(336)는 박형 활성층(334)을 이용하며, 이 활성층은 사파이어 또는 화합물 반도체 물질로 만들어지고, 프론트 엔드 방법 동안 도 3a에 따라 융합 접합되고 도 3b에 따라 웨이퍼(230)에 대해 박형화된다.3A and 3B show a
단계(108)에서, 플로트 존(float zone, FZ) 또는 마그네틱 쵸크랄스키(Magnetic Czochralski, MCz) 실리콘 결정 성장 중 어느 하나에 적합한 결정 인상기(crystal puller)가 결정 성장에서 사용된다. 초저불순물 결정 성장에 필요한 특별한 제조, 예를 들어, 결정 성장 챔버의 초고청정도 상태의 검증, 초고순도 불활성 가스의 이용가능성, 및 사용될 폴리실리콘 충전물에 첨가되는 불순물의 매우 타이트한 제거가 수행된다.In
이어서, 단계(108)에서, 150-210 mm, 예를 들어, 150, 160, 170, 180, 190, 또는 200 mm의 타겟 직경(d)을 갖는 HRS 잉곳이 웨이퍼(230)의 제1 생성 단계로서 성장 챔버 내에서 인상된다. 성장된 HRS 잉곳은 결정 배향 식별자(210)를 생성하기 위해 절단 및 그라인딩되며, 이 식별자는 HRS의 잉곳의 측면을 따라, 예를 들어, HRS 잉곳의 직경(d)이 150 mm일 때는 기본 평탄부이거나, 직경(d)이 200 mm일 때는 노치이다.Then, in
이러한 도면들에서 식별자(210)의 예로서 사용되는 기본 평탄부(210)는 150 mm 실리콘 웨이퍼(230)에 대한 표면 배향을 식별하기 위한 표준 식별자로서 사용된다. 실리콘 웨이퍼(230)의 표면 배향은 통상적으로 최대 0.5도 허용오차에 의해, 정확하게 {111}이거나 이에 매우 근접하거나, 또는 정확하게 {100}이거나 이에 매우 근접할 것이 요구된다. 기본 편평부(210)는 그라인딩 및 폴리싱 단계들(116, 122)와 같은 웨이퍼 제조에 통상적으로 사용되는 기계적 박형화 단계들에서 평탄도 저하를 일정불변하게 야기하는 실리콘 웨이퍼(230)의 둥근 형상의 변칙이다.The base
방법(100)은 식별자(210)의 영향을 보상하고, 실리콘 웨이퍼(230), 예를 들어, 150 mm 직경 실리콘 웨이퍼(230)에 대해(이의 사양은 통상적으로 이러한 웨이퍼 크기에 대한 공정 툴 요건들로 인해 기본 평탄부(210)를 필요로 함), 및 200 mm 직경 실리콘 웨이퍼(230)에 대해 더 높은 평탄도를 가능하게 한다.
단계(112)에서, 생성된 HRS 잉곳으로부터 HRS 웨이퍼들(212)이 예를 들어, 현재의 산업 표준에 따른 다중 와이어 슬라이싱에 의해 슬라이싱된다. 슬라이싱 공정은 물질을 제거하기 위해 기계적 힘을 가하고, 슬라이싱된 웨이퍼(212)의 전면(상면)(209) 내에 그리고 하에 표면하 결정 격자 손상을 초래한다. 물론, 유사한 결정 격자 손상이 또한 슬라이싱된 웨이퍼들(212)의 후면(211) 내에 그리고 하에도 편입된다. 결정 격자 손상 편입은 슬라이싱된 웨이퍼들(212)의 전면(상면)에 불규칙한 격자 손상 구역(213)을 초래하고, 슬라이싱된 웨이퍼들(212)의 후면 내에 다른 불규칙한 격자 손상 구역(도면에 도시되지 않음)을 초래한다.In
각 슬라이싱된 웨이퍼(212)는 단결정 실리콘, 식별자(210), 및 제1 두께(h1) ― 이는 전면과 후면(209, 211) 사이의 거리임 ― 를 포함한다.Each
단계(114)에서, 슬라이싱된 웨이퍼(212)는 슬라이싱에 따른 결정 손상, 즉 불규칙한 구역(213)을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 래핑(lapping)에 의해 적어도 그 전면으로부터 박형화될 수 있고, 래핑된 웨이퍼(212)는 세정될 수 있다.In
래핑 공정 또한 슬라이싱된 웨이퍼(212)에 기계적으로 일부 표면하 결정 격자 손상을 편입시키므로, 래핑된 웨이퍼(212)는 불규칙한 구역(213)을 포함한다. 대안적으로, 슬라이싱에 따른 결정 손상이 래핑된 웨이퍼(212)에 적어도 부분적으로 유지되는 것으로 의도된다면, 래핑 공정을 수정하여 슬라이싱에 따른 불규칙한 구역(213)의 적어도 일부가 잔류하는 것이 가능하며, 그 결과 래핑된 웨이퍼(212)가 슬라이싱 및 래핑에 따른 결정 손상을 포함하게 된다.The lapping process also mechanically incorporates some subsurface crystal lattice damage into
이어서, 단계(114)에서, 래핑된 웨이퍼(212)는 생성된 결정 손상(들)을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 산 에칭(acid etching)될 수 있고, 이어서, 에칭된 웨이퍼(212)는 육안으로 검사되고, 세정되며, 열 도너(thermal donor) 어닐링에 의해 가공된다.Then, at
단계(116)에서, 가공된 식별자(210)를 포함하는 웨이퍼(212)는 그라인딩기의 척 배열체에 부착되고, 웨이퍼(212)의 전면 상의 그 전면(209)만이 그라인딩기의 회전 그라인딩 휠에 의해 수행되는 제어 단면 고정 연마 그라인딩에 노출된다.In
고정 연마 그라인딩 공정의 결과로서, 웨이퍼(218)의 두께는 제1 두께(h1)로부터 제3 두께(h3)로 약 거리 h2만큼 감소하여, 그 전면(217)이 웨이퍼(218)의 후면에 상기의 거리 h2만큼 접근하게 된다. 또한, 고정 연마 그라인딩 공정은 그라인딩된 웨이퍼(218)의 전면(217) 내에 그리고 하에 다시 일부 표면하 결정 격자 손상을 기계적으로 편입하고, 그라인딩된 웨이퍼(218)의 전면 내에 (존재하지 않는다면) 불규칙한 구역(213)을 생성한다.As a result of the fixed abrasive grinding process, the thickness of the
효과적이고 짧은 제어 루프 제어 고정 연마 그라인딩 공정은 그라인딩된 웨이퍼(218)의 전면(217)으로부터의 식별자(210)에 의해 적어도 부분적으로 야기되는 비대칭 편차(비원형 비대칭)의 효과의 적어도 부분, 사실상 적어도 과반(대부분, 상당히, 실질적으로 완전히)을 소멸시켜, 웨이퍼(218) 상에서 원하는 총 두께 편차(TTV)를 얻는 것이 가능하게 된다. TTV는 도 2a에 따라 웨이퍼(218, 222, 230)의 최소(최저) 두께와 최대(최고) 두께 간의 차를 정의한다. 제어 고정 연마 그라인딩 공정은 식별자로 인한 비대칭 편차를 제거하거나, 또는 적어도 이러한 비대칭 편차를 매우 미미하게 최소화하여, TTV에 미치는 효과를 제거한다.An effective and short control loop controlled stationary abrasive grinding process can achieve at least part of the effect of an asymmetry deviation (non-circular asymmetry) caused at least in part by the
단계(118)에서, 고정 연마 그라인딩 공정 동안, 광학 측정(장비, 시스템) 및 전하 운반체 조정 커패시티브 측정(설비, 시스템) 중 적어도 하나에 의해 연속 모니터링되고, 적어도 하나의 그라인딩 파라미터가 연속 제어된다.At
HRS 웨이퍼들(212, 218)에 대해, 표준 커패시티브 측정은 측정될 물질의 전도성의 부족으로 인해 신뢰성 있게 적용될 수 없다. 또한, 달성가능한 두께 정확도의 제어는 충분하지 않다. 이에 따라, 하이브리드 기판 구조체(336)에서 사용되는 웨이퍼들(230)에 대한 두께 편차 요건들을 충족시키기 위해, 더 높은 정확도를 가능하게 하는 광학 또는 전하 운반체 조정 커패시티브 측정의 사용이 요구된다.For HRS
커패시티브 측정을 사용할 때, 유효 정전기 방전(effective electrostatic discharging, ESD)이 측정 장비에 통합된다. 광학적 그리고 적절하게 수정된 커패시티브 기하구조 측정의 상호 상관은 이들 기술들이 서로 보완하기 때문에 전체적으로 측정 시스템을 향상시킨다. 초고저항 실리콘에 대해서도 전체 웨이퍼 기하구조의 정확한 고해상도의 데이터를 신뢰성 있게 제공하는 측정 시스템은 요구되는 정밀한 기하구조 제어를 얻는 데 필요한 효과적인 짧은 피드백 루프를 가능하게 한다. 방법(100)에 의하면, 통상적으로 TTV에서 1 내지 2 μm의 성능을 요청하는 실리콘 웨이퍼들(212)의 단면 그라인딩을 위한 통상적인 상용 툴에서 발견될 수 있는 통합 및 자동화된 평탄도 제어 특징부에 비해 분명히 우수한 평탄도 성능을 달성하는 것이 가능하다.When using capacitive measurements, effective electrostatic discharging (ESD) is incorporated into the measurement equipment. The cross-correlation of optical and appropriately corrected capacitive geometry measurements enhances the measurement system as a whole because these techniques complement each other. A measurement system that reliably provides accurate, high-resolution data of the entire wafer geometry, even for ultra-high resistivity silicon, enables the effective short feedback loops needed to obtain the precise geometry control required.
그라인딩 파라미터(들)는 척 배열체의 냉각수 온도, 척 배열체의 그라인딩 척 경사, 및 그라인딩 휠의 그라인딩 공급 레이트 중 적어도 하나를 포함한다.The grinding parameter(s) includes at least one of a cooling water temperature of the chuck arrangement, a grinding chuck inclination of the chuck arrangement, and a grinding feed rate of the grinding wheel.
단계(120)에서, 미리 결정된 그라인딩 계획 또는 모니터링의 결과로서 발생한 필요성으로 인해 그라인딩 파라미터(들)를 조정할 필요가 있다면, 상기의 그라인딩 파라미터(들)는 원하는 TTV를 달성하기 위해 고정 연마 그라인딩 공정 동안 조정된다.In
예를 들어, 냉각수 온도의 허용오차는 ±1°C 이상의 범위이다. 웨이퍼(212)와 그라인딩 휠 간의 그라인딩 척의 경사는 예를 들어, 일정한 작동에서 시간당 0.5 내지 2로 일정하게 모니터링되고 짧은 피드백 루프로 조정된다. 유입되는 TTV는 1 내지 5 μm의 범위에 있다. 고품질 표면을 얻고 그라인딩 휠에 대한 안정적인 절단 효율을 가능하게 하기 위해, 그라인딩 공급 레이트는 초당 0.15 내지 1 μm의 범위 내이다. 또한, 다이아몬드 크기 및 그라인딩 휠의 유형은 처리량, 견고성, 및 표면 품질의 최상의 조합을 위해 선택된다. 유입되는 웨이퍼(218)의 입자 청정도는 국부적인 과잉 물질 제거의 발생을 방지하기에 충분해야 한다.For example, the tolerance for coolant temperature is ±1°C or better. The inclination of the grinding chuck between the
단계(122)에서, 단면 그라인딩된 웨이퍼(218)는 폴리싱기의 웨이퍼 캐리어에 부착되고, 웨이퍼(218)의 전면 상의 그 그라인딩 전면(217)만이 폴리싱기의 회전 폴리싱 패드에 의해 수행되는 제어 폴리싱에 노출된다.In step 122, the single
폴리싱 공정의 결과로서, 웨이퍼(222)의 두께뿐만 아니라 그 격자 손상 구역(213)이 제3 두께(h3)로부터 제5 두께(h5)로 약 제4 거리(h4)만큼 감소하여, 그 폴리싱된 전면(222)이 웨이퍼(222)의 후면에 제4 거리(h4)만큼 접근하게 된다. 또한, 폴리싱 공정은 폴리싱된 웨이퍼(218)의 전면(221) 아래의 표면하 결정 격자 손상을 제거한다.As a result of the polishing process, the thickness of the
폴리싱 공정은 폴리싱된 웨이퍼(222)로부터의 두께 편차의 제거를 완료하여 폴리싱된 웨이퍼(222)가 원하는 TTV 레벨을 충족하도록 한다.The polishing process completes the removal of thickness variations from the
웨이퍼(222, 230)의 원하는 TTV는 600 nm 미만, 예를 들어, 200, 300, 400, 또는 500 nm이다.The desired TTV of
단계(124)에서, 폴리싱 공정 동안, 마키오 미러(Makyoh mirror), 광학 측정(장비) 또는 기하구조 모니터링 적합 운반체 조정 커패시티브 측정(장비, 시스템)에 의해 연속 모니터링되고, 표면 스캐닝 장비(시스템) 및 적어도 하나의 폴리싱 파라미터가 연속 제어된다.In
폴리싱 파라미터(들)는 웨이퍼(222) 및 폴리싱 패드의 폴리싱 압력, 웨이퍼(222) 및 폴리싱 패드의 회전 속도, 및 웨이퍼(222)의 폴리싱 패드에 대한 위치 중 적어도 하나의 를 포함한다.The polishing parameter(s) includes at least one of a polishing pressure of the
단계(126)에서, 미리 결정된 폴리싱 계획 또는 모니터링의 결과로서 발생된 필요성으로 인해 폴리싱 파라미터(들)를 조정할 필요가 있다면, 상기의 적어도 하나의 폴리싱 파라미터는 원하는 TTV를 달성하여, 박형화 단계들(116, 122)을 완료하기 위해 폴리싱 공정 동안 조정되어 박형화된 웨이퍼(222)가 무선 주파수들(RF)에서 기생 전류를 억제하는 처리를 위해 준비되도록 한다.In
단계(128)에서, 박형화된 웨이퍼(222)는 증착기의 증착 챔버 내로 셋팅되고, 그 전면(221) 상에 적어도 하나의 폴리실리콘층(229)이 화학 기상 증착(CVD) 공정에 의해 증착된다. 증착된 폴리실리콘층(들)(229)은 총 층 두께(h6)를 갖는 매우 균일한 폴리실리콘 막을 포함한다.In
증착 공정의 결과로서, 웨이퍼(222)의 두께는 제1 두께(h5)로부터 제7 두께(h7)로, 총 층 두께(h6)와 동일한 약 제6 거리 h6만큼 증가하여, 그 전면(223)이 웨이퍼(222)의 후면으로부터 상기의 거리 h6만큼 접근하게 된다.As a result of the deposition process, the thickness of the
단계(130)에서, 증착된 폴리실리콘층(들)(229)을 포함하는 웨이퍼(222)는 화학-기계적 폴리싱에 적합한 폴리싱기의 웨이퍼 운반체에 부착되고, 웨이퍼(222)의 전면 상의 이의 증착된 전면(223)만이 폴리싱기의 회전 폴리싱 패드에 의해 수행되는 제어 화학-기계적 폴리싱에 노출된다.In
화학-기계적 폴리싱 공정의 결과로서, 웨이퍼(230)의 두께는 제7 두께(h7)로부터 제10 두께(h10)로 약 제8 거리(h8)만큼 감소하고, 증착된 폴리실리콘층(들)(229)의 두께는 제6 두께(h6)로부터 제9 두께(h9)로 상기의 제8 거리(h8)만큼 감소하여, 그 전면(232)이 웨이퍼(230)의 후면에 상기의 제8 거리(h8)만큼 접근하게 된다. 또한, 화학-기계적 폴리싱 공정은 폴리실리콘층(들)(229)을 원하는 두께(h9)로 그리고 미러 폴리싱 전면(232)을 제공하며, 이는 전단 방법에서 하이브리드 기판 구조체(336)를 융합 접합시키기에 적합하다.As a result of the chemical-mechanical polishing process, the thickness of the
단계(134)에서, 화학-기계적 폴리싱 공정은 폴리싱된 웨이퍼들(230)을, 가시광선(VIS)으로부터 근적외선(NIR)까지의 광학 파장 범위를 사용하여, 광학 측정(장비), 예를 들어, 간섭측정법, 반사측정법, 또는 타원측정법으로 측정함으로써 연속 모니터링되고, 적어도 하나의 화학-기계적 폴리싱 파라미터가 연속 제어된다.At
광학 측정의 동작 원리는 전면(223) 및 폴리실리콘층(들) 계면으로부터의 광대역 광을 반사하고, 결과적인 스펙트럼으로부터 층 두께를 계산하는 것에 기초한다. 반사된 광은 층 두께 대 파장에 기초한 주기적 간섭 스펙트럼을 나타내고, 두께는 정합 주기를 갖는 층에 대한 이론적 모델을 사용함으로써 신호로부터 계산된다. 다-단결정 실리콘 계면은 다 및 단결정 실리콘 물질들의 굴절률의 작은 차이로 인해 약한 반사만을 생성한다. 스펙트럼의 가시 부분에서는 중간 정도의 차이가 여전히 나타나지만, 동일한 파장 영역에서 실리콘에서의 광 흡수는 높다. 찾아진 최적의 스펙트럼 범위는 600 nm 내지 900 nm이다.The operating principle of the optical measurement is based on reflecting broadband light from the
화학-기계적 폴리싱 파라미터(들)는 웨이퍼(222)의 전면(223)으로부터의 물질의 제거 레이트 및 웨이퍼(222)의 전면(223)의 폴리싱 시간 중 적어도 하나를 포함한다.The chemical-mechanical polishing parameter(s) includes at least one of a removal rate of material from the
단계(136)에서, 미리 결정된 폴리싱 계획 또는 모니터링의 결과로서 발생된 필요성으로 인해 화학-기계적 폴리싱 파라미터(들)를 조정할 필요가 있다면, 상기의 화학-기계적 폴리싱 파라미터(들)는 폴리실리콘 층(들)(229)의 원하는 최종 층 두께(h9)를 달성하고 폴리싱 단계(130)를 완료하기 위해 화학-기계적 폴리싱 공정 동안 조정되어 가공된 웨이퍼(230)가 프론트 엔드 방법으로 하이브리드 기판 구조체(336)를 형성하기 위해 도 3a에 따라 활성층(334)과 융합 접합할 준비가 되도록 한다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 백 엔드 방법(공정)에서 웨이퍼(230)의 후면 상에 다른 구조체가 형성(가공)될 수 있다.In
이 방법(100)은 원형 대칭 고정 연마 그라인딩 공정으로 웨이퍼 형상 정의의 대부분 물질 제거를 수행함으로써 웨이퍼(230)의 매우 중요한 기하구조, 특히 이의 비원형 대칭 편차를 다룬다. 이러한 유형의 공정의 양면 변형은 300 mm 직경 웨이퍼를 제조하는데 있어서 매우 타이트한 기하구조에 도달하기 위해 널리 사용되지만, 단결정 실리콘 웨이퍼(230)에 접합되는 기판들과 관련된 더 작은 웨이퍼 크기들에 대해서는 가능하지 않다.The
이러한 웨이퍼 크기들에 대해 단면 그라인딩 툴들이 상용가능하지만, 통상적인 공정들은 필요한 기하학적 정확도를 가질 수 없다. 방법(100)은 매우 정확하게 정의된 기하구조체들을 제조하기 위해 매우 잘 제어되는 단면 그라인딩을 사용하여, 통상적으로 웨이퍼(230)에서 500 nm 레벨의 TTV를 생성한다. 중요하게는, 방사상 가공으로 인해, 이러한 편차는 주로 원형 대칭 형상으로서 나타나며, 두께 편차의 비대칭 부분은 200 nm 정도로 낮다.Although face grinding tools are commercially available for these wafer sizes, conventional processes cannot have the required geometrical accuracy.
본 발명은 상술된 예시적인 실시예들을 참조하여 위에서 설명되었고, 본 발명의 몇몇 이점들이 입증되었다. 본 발명은 이러한 실시예들에만 제한되는 것이 아니라, 다음의 청구항의 범위 내에서 모든 가능한 실시예들을 포함하는 것이 명백하다.The invention has been described above with reference to the above-described illustrative embodiments, and several advantages of the invention have been demonstrated. It is clear that the present invention is not limited to these embodiments only, but includes all possible embodiments within the scope of the following claims.
Claims (17)
결정 배향 식별자(crystal orientation identifier)(210) 및 특정 두께(h1)를 갖는 웨이퍼(212)를 생성하는 단계(108, 112, 114),
상기 생성된 웨이퍼를, 박형화된 웨이퍼(222)를 얻기 위해 상기 특정 두께로부터 상기 웨이퍼(222)의 원하는 두께(h5)로 박형화하는 단계(116, 122),
박형화된 웨이퍼의 전면(221) 상에 특정 층 두께(h6)를 갖는 표면 패시베이션층(229)을 제공하는 단계(128), 및
상기 하이브리드 기판 구조체를 형성하기 위해 상기 웨이퍼(230)의 폴리싱된 전면(232)이 활성층 접합을 가능하게 하도록 상기 패시베이션층을 상기 특정 층 두께로부터 상기 패시베이션 층의 원하는 최종 층 두께(h9)로 폴리싱하는 단계(130)를 포함하며,
상기 박형화하는 단계는 생성된 결정 배향 식별자 포함 웨이퍼(218)를 척 배열체에 의해 제어 단면 고정 연마 그라인딩하는 단계(116, 118, 120)를 포함하여, 상기 하이브리드 기판 구조체의 형성을 가능하게 하기 위해 원하는 서브미크론의 총 두께 편차를 갖는 상기 웨이퍼(218, 222)를 제조하기 위해, 상기 식별자에 의해 야기되는 비원형 비대칭 효과의 적어도 대부분을 제거하는 것을 특징으로 하는, 방법.A method (100) of manufacturing a high resistivity silicon handle wafer (230) to enable the formation of a hybrid substrate structure (336), comprising:
producing (108, 112, 114) a wafer (212) having a crystal orientation identifier (210) and a specified thickness (h1);
Thinning (116, 122) the produced wafer from the specific thickness to a desired thickness h5 of the wafer 222 to obtain a thinned wafer 222;
providing (128) a surface passivation layer (229) having a specified layer thickness (h6) on the front side (221) of the thinned wafer; and
polishing the passivation layer from the specified layer thickness to a desired final layer thickness h9 of the passivation layer such that the polished front side 232 of the wafer 230 enables active layer bonding to form the hybrid substrate structure. comprising step 130;
The thinning step includes steps 116, 118, and 120 of controlling end-fixed polishing grinding of the generated wafer 218 including crystal orientation identifiers by means of a chuck arrangement to enable formation of the hybrid substrate structure. characterized by eliminating at least most of the non-circular asymmetry effect caused by the identifier to produce the wafer (218, 222) with a desired submicron total thickness variation.
결정 배향 식별자(210),
원하는 두께(h10), 및
상기 하이브리드 기판 구조체의 형성을 가능하게 하기 위해 폴리싱된 전면(232)을 확립하기 위해 원하는 서브미크론의 총 두께 편차를 갖는 단면, 고정 연마 그라인딩된 웨이퍼의 전면(221) 상에서 원하는 최종 층 두께(h9)를 갖는 폴리싱된 표면 패시베이션층(229)을 포함하며,
상기 식별자에 의해 야기되는 비원형 비대칭 효과의 적어도 대부분이 상기 웨이퍼로부터 제거된 것인, 고저항 실리콘 핸들 웨이퍼(230).A high resistivity silicon handle wafer (230) for enabling the formation of a hybrid substrate structure (336) produced by the steps of a method (100) according to any one of claims 1 to 15,
crystal orientation identifier 210;
the desired thickness (h10), and
Desired final layer thickness (h9) on the front surface (221) of a fixed abrasive ground wafer, cross-section having a desired submicron total thickness deviation to establish a polished front surface (232) to enable formation of the hybrid substrate structure. A polished surface passivation layer 229 having
wherein at least most of the non-circular asymmetry effect caused by the identifier has been removed from the wafer.
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