Effect of Si Wafer Ultra-thinning on the Silicon Surface for 3D Integration

삼차원 집적화를 위한 초박막 실리콘 웨이퍼 연삭 공정이 웨이퍼 표면에 미치는 영향

3D integration technology has been a major focus of the next generation of IC industries. In this study Si wafer ultra-thinning has been investigated especially for the effect of ultra-thinning on the silicon surface. Wafers were grinded down to $30{\mu}m\;or\;50{\mu}m$ thickness and then grinded only samples were compared with surface treated samples in terms of surface roughness, surface damages, and hardness. Dry polishing or wet etching treatment has been applied as a surface treatment. Surface treated samples definitely showed much less surface damages and better roughness. However, ultra-thinned Si samples have the almost same hardness as a bulk Si wafer.

전자산업의 소형화와 경량화 추세에 맞추어 최근 집적 칩(IC)이나 패키지를 적층시키는 삼차원 집적화(3D integration) 기술 개발은 차세대 핵심기술로 중요시되고 있다. 본 연구에서는 삼차원 집적화 공정 기술 중 하나인 초박막 실리콘 웨이퍼 연삭(grinding)공정이 웨이퍼 표면에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 실리콘 웨이퍼를 약 $30{\mu}m$과 $50{\mu}m$ 두께까지 연삭한 후, 미세연삭(fine grinding) 단계까지 처리된 시편을 건식 연마(dry polishing) 또는 습식 애칭(wet etching)으로 표면 처리된 시편들과 비교 분석하였다. 박막 웨이퍼 두께는 전계방시형 주사전자현미경과 적외선 분광기로 측정하였고, 표면 특성 분석을 위해선 표면주도(roughness), 표면손상(damage), 경도를 원자현미경, 투과정자현미경 그리고 나노인덴터(nano-indentor)를 이용하여 측정하였다. 표면 처리된 시편의 특성이 표면 처리되지 않은 시편보다 표면주도와 표면손상 등에서 현저히 우수함을 확인 할 수 있었으나, 경도의 경우 표면 처리의 유무에 관계없이 기존의 벌크(bulk)실리콘 웨이퍼와 오차범위 내에서 동일한 것으로 보였다.