Development of Kerfless Si Wafering using Electrochemical Process and Laser Technology

Abstract

본 연구에서는 니켈 전기 도금법으로 실리콘 웨이퍼에 응력을 주입하고 이를 이용해 Kerfless 결정질 실리콘 웨이퍼를 만들었다. 박리된 실리콘 웨이퍼는 156 x 157 mm2 크기의 모서리가 둥근 정사각형으로 20 ~ 70 μm의 두께를 가진다. Kerfless 실리콘 웨이퍼의 두께는 Suo & Hutchinson 모델 (S & H model)과 Kinking mechanism에 따라 계산했으며, 박리되는 실리콘의 두께는 전기화학법으로 성장된 니켈의 두께와 λ=0.99의 비례관계를 가지고 있음을 도출했다. 계산된 결과는 실험에 의한 결과와 일치하는 경향을 보였으며, 니켈에 의해 발생하는 잔류응력에 따른 실리콘의 두께를 구함으로써 계산식을 일반화 시켰다. 게다가 박리되는 실리콘의 가장자리에 형성되는 경사면 구간을 없애기 위해, 레이저 공정을 이용해 초기 균열을 만들었다. 초기 균열의 깊이와 박리되는 실리콘의 두께를 일치 함으로써, 경사면 구간의 면적은 10 % 미만으로 완화되었다.

Ultra-thin and large-area (156 x 157 mm2) Si wafers with a thickness the range from 20 to 70 μm were produced by spalling method using Ni stressor layer and the new equation for thickness prediction of the spalled Si was derived from the Suo & Hutchinson mechanical model(S&H model) and Kinking mechanism. To confirm reliability of the newly proposed equation, the proportional factor of the induced Ni stress on Si wafer was calculated and could be get as proportional factor λ=0.99 by calculation, which means that thickness of spalled Si wafer and Ni layer has proportional relation. It has a similar tendency in comparison with the experimental measured value in this paper. In addition, thickness of stressor layer was converted to stress value for applying other kinds of deposition condition and various materials. Si wafer with 50 μm thickness from the predicted calculation value was exfoliated. In order to spall the large-area Si wafers without kerf-loss, initial cracks on proper depth (50 μm) inside Si wafer was formed using laser pretreatment process as a new wafering method, resulting in reduced area of edge slope (kerf-loss) from 33 mm2 to 3 mm2. The thickness variation of the spalled Si wafer of 6x6 inch2 was under 4 %