[반도체공정(FEOL)] Wafer fabrication #02

Wafer fabrication

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[반도체 전공정(FEOL)] Wafer fabrication #01

지난 포스팅에 이어 Wafer fabrication 남은 과정인 Ingot 절단과 Inspection&Packaging에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 
♭ Wafer fabrication process
Quzrtizite 추출 → Pure-Si 정제 → Ingot 성장 → Ingot 절단 → Inspection & Packaging
 
-Ingot 절단

①연삭(Grinding)
성장된 Ingot을 가지고 결점이 잇거나 크기가 작은 부분을 잘라내고 원하는 둥근 모양의 원기둥을 만들기 위해 다이아몬드 연삭기(Diamond wheel)로 깍아낸다. → 성장된 Ingot의 결정방향을 표시
 
②절단(Slicing)
연삭을 통해 원기둥 형태로 가공된 Ingot으로부터 개별 웨이퍼로 잘라낸다. 이때는 앞으로의 공정에서 손실될 두께를 고려하여 실제 사용하는 웨이퍼의 두꼐보다 훨씬 두껍게 자라낸다. 절단 시에도 역시 다이아몬드 소재의 Blade를 이용한다.
(웨이퍼 직경이 커질수록 웨이퍼의 두께는 두꺼워진다. 직경 증가에 따라 무게가 증가하므로 하중을 버티기 위해 두껍게 절단한다.)
 
③면손질(Rounding)
면손질은 웨이퍼의 끝을 둥그렇게 갈아서 공정 중 다른 웨이퍼를 할퀴거나 증착(Deposition) 공정에서 웨이퍼 가장자리(Edge)에 박막이 생기는 것을 방지하기 위해 다이아몬드 powder를 이용한다.
 
④연마(Lapping)
연마는 평탄도가 좋은 곳에 웨이퍼를 누른 후 연마제를 가하면서 양쪽을 상대 운동시켜 웨이퍼의 파편을 조금씩 제거한다. 연마제는 일반적으로 Al₂O₃과 글리세린(Glycerine)을 섞어 사용하며 단계가 올라갈수록 더욱 미세한 연마제를 사용한다.
 
⑤식각(Etching)
앞 공정상에서 결함이 발생하는 표면층과 웨이퍼의 끝 부분을 제거하기 위해 화학적으로 식각한다. Etchant으로는 HF, HNO₃, CH₃COOH의 혼합 용액을 일반적으로 사용한다.
 
⑥광택내기(Polishing)
가공된 웨이퍼를 평탄도를 유지하면서 면정밀도를 상승시켜 거울면 상태로 만들기 위해 CMP(Chemical Mechanical Polishing)을 한다. 평탄도가 좋은 곳 위에 연질의 연마제를 붓고 웨이퍼에 일정한 하중을 가하면서 연마한다. 이때 연마제, 연마선반 등에 이물질이 들어가지 않도록 관리하는 것이 중요하다.
 
⑦세정(Cleaning)
Polishing 후의 웨이퍼는 실리콘 파편, Particle, 박테리아 등의 불순물에 오염되어 있기 때문에 이를 제거한다. 일반적인 방법으로는 RCA 세정을 진행한다.

♭Gettering

Wafer 내부의 불순물이나 결함의 Precipitation을 녹인 후, 활성 영역(전자 회로를 만들 영역) 밖으로 이동시킨다. 활성 영역 밖에 존재하는 불순물이나 결함들을 활성 영역으로 돌아오지 못하도록 가두는 것을 Gettering 기술이라고 한다.

① Extrinsic gettering

외부의 수단을 이용하여 Wafer 뒷면에 Damage나 Stress를 인가하여 Mobile impurity를 Trap할 수 있는 Capture site를 형성하는 기술을 Extrinsic gettering 이라고 한다.

→ Mechanical damage, P doping (P-vacancy complex 형성), Laser-induced damage, Ion-implantation induced damage, Low temperature oxide, poly silicon

 

②Intrinsic gettering

Si 웨이퍼 내에 있는 산소(CZ method impurity)를 이용하여 Capture site를 형상하는 기술을 Intrinsic gettering 이라고 한다.

1. Denuded zond 형성

: 1050℃ 이상의 고온 열처리를 통해 산소를 웨이퍼 표면(활성 영역) 밖으로 Out-diffusion시켜 활성화 영역의 산소 농도를 Oxygen precipitation이 형성될 수 있는 정도의 농도(>6×101⁷cm^-3) 이하로 낮춘다.

2. SiO_x nucleus(직경: 30-50Å) 형성

: 600~800℃ 온도에서 장시간(4-64시간) 열처리를 통해 Bulk에 있는 과포화된 Interstital oxygen이 확산으로 서로 재결합하여 많읜 수의 SiOx precipitate nucleus 형성한다. → SiO_x precipitate nucleus = Capture site

3. SiO_x precipitate 성장

: 900~1250℃ 온도에서 장시간(4-16시간) 열처리를 통해 2단계에서 형성된 SiO_x precipitate nucleus이 자라 직경이 500-1000Å 크기의 SiO_x precipitate가 형성된다.

 

Wafer fabrication 마지막 단계인 Inspectio&Packaging과 Wafer information에 대해 다음 포스팅에서 알아보도록 하겠습니다.

 
<출처>

W. Bergholz, "Defect Engineering in Silicon Materials", Lecture Notes in Physics, 916 (2015).

 

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