[반도체 공정] 웨이퍼(Wafer)-2
4. Wafer Preparation
웨이퍼는 잉곳을 Slicing 한 원판의 표면을 연마하여 만들어진다.
잉곳: Si 단결정 기둥
1) 잉곳(Ingot) 제작법
- CZ(Czovhoralski) method
Floating zone method
두가지 방법이 있으며 Floating zone method가 더 고순도의 잉곳 제작이 가능하가 공정 비용으로 인해
대표적으로 CZ(Czovhoralski) method가 사용된다.
CZ(Czovhoralski) method
: 크게 세 단계 Growing-> Shaping-> Polishing로 이루어진다.
1.Polysilicon Charging in Crucible
2.Polysilicon Melting(1400도)- 단결정 위해 매우 고온이 필요
3.Crystal Growth
- Seed crystal: 자라는 방향 결정
Seed crystal을 녹은 Poly Si 표면에 접촉시킨후 Rotating 하며 Pulling, Cooling을 반복하며 성장
Rotate, Pulling 속도 따라 사이즈 정해지며 느릴수록 큼
4. Shaping
- Flat -웨이퍼의 성장 방향, Wafer type 표시
최근 300mm에는 가는 라인 뚫음 or 일련번호로 업체, type 등 식별
5. Wafer Slicing & Lapping
- Flat grinding으로 기준점 잡아 Slicing
Slicing 후 거친 표면 연마
5. Edge Grinding
- Edge의 날카로움으로 다침, 들어갈 때 걸림
Spin coating 시 날카로운 부분에 표면장력 작아 물질이 많이 쌓이게 되는 것 방지
6. Etching & Heat treatment
- Damage 제거, Defect 최소화
7. Polishing & Cleaning
8. Inspection
9. Packaging
Floating zone method
- 수직으로 매달려 회전하는 Poly Si를 국부적으로 가열한 Molten zone에
아래에서 올라온 Seed를 접촉한 후 Seed를 다시 아래로 내리며 성장
- 상대적인 하강속도 비에 따라 사이즈 정해짐
5.Epi Wafer
: Source Gas를 1100-1200도의 고온에서 분해시켜 우수한 품질의 단결정 Layer를 성장시킨 Wafer
Epitaxy 공정
- CVD 주로 이용
: Substrate 표면 위에서 Source Gas의 화학반응에 의하여 Si 원자가 표면 위에 흡착되고
흡착된 원자가 표면 확산을 통하여 단결정 막을 형성
- Temp 중요
- Low cost, High Quality를 위해 제품의 Process에 적합한 Gas사용
- Growth Rate은 Gas의 종류, 온도, Gas의 분압에 다르다.
- Dopant Gas
: Silicon Source Gas와 함께 주입되어 Epi Layer의 전기적 성질을 부여
- 종류와 Flow Rate에 따라 Epi Layer의 전기적 성질이 달라진다.
- H2 Baking 전처리
Substrate위에 존재하는 Organic Contamination과 Native Oxide는 Epi defect을 형성하기 때문에 이를 제거한다.
-Reactor
: Run당 Loading 되는 Wafer 수에 따른 분류 - Batch type, Single type
구조에 따른 분류- Barrel Reactor
장점: Polished Wafer에 비해 High Quality Crystal (COP & Oxygen Precipitate Free)
불순물 농도 쉽게 조절
Device 종류에 따라 다양한 구조로 제작 가능
단점: 공정의 복잡성, 가격 상승
평탄성 문제, Epi Defect, Pattern Shift and Washout
Auto-Doping
: Evaporation 된 Wafer의 뒷면, Edge의 Dopant Atoms이 Epi Layer의 성장 시 Doping 되는 현상
- Epi Layer의 Resistivity Uniformity 악화
- 제어 방법- 산화막, 질화막 Backseal
6.Quality Parameter
1) 일반적 특성
-Growing Method-CZ/MCZ/Flating Zone
-Crystal Orientation
-Conductivity Type
2) 전기적 특성
-Resistivity: 도판트 종류, 농도로 결정
-RRG (Radial Resistivity Gradient): 비저항 편차
-MCLT (Minority Carrier Lifetime): Minority Carrier의 기저-> 여기-> 기저 변화 시간
금속 불순물 오염 정도 판단
3) 구조적 특성
-Dislocation Etch Pit Density (=EPD(Etch Pit Density): Etching 시 Pit 형태로 나타나는 전위 밀도
-FPD (Flow Pattern Defect): Flow Pattern을 형성하는 Void에 의한 결함
-OISF (Oxidation Induced Stacking Faults): Growing 중 Thermal history변화(Ring pattern), Process에 의해 발생
-BMD (Bulk Micro Defect), DZ (Denuded Zone Depth)
4) 기계적 특성
-Diameter
-Primary Flat Length & Orientation
-THK (Thickness)
-TTV (Total Thickness Variation)= Max THK-Min THK
-TIR (Total Indicator Reading): Reference plane부터 최대 peak과 valley 사이 거리
-BOW: 휜 정도
-Warpage: 뒤틀어진 정도
5) 시각적 특성
-Crack, Chip, Indents(연속적 chip)
-Mound, Pit, Haze, Dimple, Orange Peel, Scratch, Saw Marks, Crow’s Feet, Stain