[반도체 공정] 웨이퍼(Wafer)-3

7. Wafer defect

 

1) Defect의 종류

   : Point defect

    Line defect- Edge/ Screw Dislocations

    Plane defect-Stacking fault, Twin

    Volume  Defects

 

  -문제: 소자의 전기적 특성 떨어짐, 제대로 동작하지 못함

           Dislocation경우 원자배열층 어긋나 기계적 스트레스 많이 받기 때문에 신뢰성 떨어짐

 

 

2) Crystal defects

 

Grown-in defects

 

 - DZ(Denuded Zone): Defect가 존재하지 않는 구역

 

- Macro defects: Dislocation, OISF, Air Pocket

 

- Micro defects

   : BMD, COP, FPD, LSTD...

 

    OP(Oxygen Precipitate): 잉곳 성장 과정 동안 도입된  산소로 인한 결함

    BMD (Bulk Micro Defect): 벌크 영역에 OP 및 bulk stacking fault로 인한 결함들을 통칭

                                                        Intrinsic gattering site로 이용될 수 있다

 

      * Gattering(게더링): 웨이퍼 소자형성영역의 금속오염으로 인한 소자특성 저하를 방지하기 위한 방법

                                             Extrinsic gettering(외인성 게더링)- 웨이퍼의 뒷면에 기계적 왜곡을 가하거나 , 다결정 실리콘 증착으로

                                                                                                                 왜곡층인 백씰(back seal)을 형성해 금속원자를 포획

                                              Intrinsic gettering(진성 게더링)- 웨이퍼 내부의 BMD가 금속원자를 포획

 

    COP(crystal orientated particles)

       : 1100℃ 이하의 cooling에서 excess vacancies가 응집하여 표면에 형성된 약 50~100nm 크기의 Void

         

출처-https://www.researchgate.net/figure/Schematic-diagram-of-COP-defects-ashows-an-octahedral-void-in-Si-bulk-surrounded_fig1_321070900

       -  Volume Density는 1e6/cm3로 매우 낮고 Laser surface inspection에 의해 조사된다.

       - 온도에 영향 : Void ~ exp(T)

                           Nucleation & Growth mechnism에 의해  Fast cooling- 작은 voids, 높은 밀도

                                                                                 Slow cooling- 큰 voids, 낮은 밀도

                         ***Embryo의 radius가 증가할수록 Bulk Gibbs free energy는 감소, Surface energy는 증가

                              dΔG/dr=0인 Critical radius보다 커야 크기의 증가에 따라 spontaneous 하게 

                              free energy가 감소하여 growth가 일어난다.

                              Nucleation rate이 최대인 온도보다 Growth rate가 최대가 되는 온도가 더 높다

                           

                             Fast cooling-> Nucleation rate가 증가해 nucleation으로 생성되는 cluster의 density가 커지나,                                                          slow growth rate로 인해 cluster가 작은 크기로 남는다. 

                             Slow cooling-> Nucleation rate가 작아지며 cluster density가 작아지게 되지만 

                                                  cluster가 growth 할 시간은 충분하기 때문에 크기가 커지게 된다. 

 

       - 제거 방법: 1. Controlling the v/G ratio

                                  (v: Crystal pulling rate, G: Axial temperature gradient at Interface)

                                   생산성 문제

                        2.Wafer annealing in specific ambient(H2 and/or Ar)

                            Thermal budget 문제

 

 

     FPD(Flow Pattern Defect ) : Flow Pattern을 형성하는 Void에 의한 결함

     LSTD(Laser Scattering Topography Defect): Laser Scattering Topography에 의해 검출되는 결함

 

 

      

3) Wafer processing induced defects

  : Polishing/Epitaxial Process으로 인한 Defects

 

- Polishing process: Scratch, Dimple, Haze

- Epitaxial rocess: Slip, Spike, Hillock, Orange Peel

 

 

 

3) Defect control

   : Growing 방법 조절, Annealing, Epitaxial Process