실리콘 웨이퍼는 현대 마이크로 전자공학의 기반이 되는 기판입니다. 원자재부터 연마된 단결정 디스크까지 실리콘 웨이퍼의 제조에는 정밀하게 제어된 여러 단계가 포함됩니다. 이 글에서는 실리콘 웨이퍼 제조의 주요 단계를 살펴보고, 기술적 과제를 강조하며, 플루토세미와 같은 혁신적인 회사가 웨이퍼 공급에 어떻게 기여하는지 간략하게 언급합니다.

1. 원료 및 정제

여행은 ~로 시작됩니다 전자급 실리콘일반적으로 석영이나 모래에서 발견되는 실리카(sio₂)에서 추출됩니다. 그러나 천연 실리카에는 철, 알루미늄 및 기타 미량 금속과 같은 불순물이 포함되어 있어 제거해야 합니다.

• 고순도 실리카는 먼저 화학적으로 정제되어 전환됩니다. 폴리실리콘 화학 기상 증착(예: 트리클로로실란과 수소 사용)을 통해.

• 그런 다음 폴리실리콘을 녹이고 더욱 정제하여 일반적으로 "9n" 수준(99.9999999%) 이상의 매우 높은 순도에 도달합니다.

이렇게 정제된 실리콘은 결정 성장을 위해 준비됩니다.

2. 단결정 성장(잉곳 형성)

균일한 전기적 특성을 갖는 웨이퍼를 생산하기 위해 단결정 실리콘이 성장됩니다. 초크랄스키(cz) 공정이는 업계 표준으로 남아 있습니다.

1. 정확한 결정학적 방향을 지닌 종자 결정을 용융 실리콘에 담근다.

2. 씨앗은 회전하면서 천천히 위로 당겨집니다. 용융물이 씨앗 위에서 응고되면 동일한 결정 격자 방향을 가진 원통형 덩어리(잉곳)가 형성됩니다.

3. 도펀트(붕소나 인 등)를 제어된 양만큼 첨가하여 p형 또는 n형 실리콘을 생성할 수 있습니다.

4. 직경, 열 구배, 회전 속도는 모두 엄격하게 제어되어 결정 품질을 유지하고 전위를 줄입니다.

다음과 같은 대체 방법 부유 구역 이 기술은 때때로, 특히 매우 높은 순도나 결함 없는 요구 사항에 사용되지만, CZ는 여전히 대규모 웨이퍼 생산에 주로 사용됩니다.

3. 잉곳 성형 및 예비 분쇄

잉곳이 자라면:

• 외부 표면은 다음과 같이 연마됩니다. 균일한 직경.

• 결정 방향과 도핑 유형을 나타내기 위해 평면이나 노치가 도입될 수 있습니다.

• 잉곳은 잘려있다 더 짧은 세그먼트각각 웨이퍼로 자르는 데 적합합니다.

이 단계에서는 웨이퍼 슬라이싱 전에 세그먼트에 대한 추가적인 정밀 가공이 필요합니다.

4. 웨이퍼 슬라이싱(웨이퍼링)

잉곳을 웨이퍼로 변환하는 데는 다음이 포함됩니다. 슬라이싱:

• 와이어 톱(다이아몬드가 박힌 와이어)이나 내경 원형 톱은 잉곳에서 얇은 디스크를 자르는 데 사용됩니다.

• 다중 와이어 절단은 많은 웨이퍼를 병렬로 절단하여 재료 손실(커프)을 줄이고 처리량을 향상시킬 수 있습니다.

• 일반적으로 시작 슬라이스의 두께는 1mm 정도이거나 약간 더 두껍습니다(더 얇게 만들기 위해).

그러나 톱질한 웨이퍼는 기계적 손상과 불규칙한 표면 특성을 가지고 있어 이를 개선해야 합니다.

5. 래핑, 연삭 및 챔퍼링

슬라이싱 후:

• 웨이퍼 표면은 랩핑 및 연마 톱 자국을 제거하고 평탄도, 평행도, 두께 균일성을 개선합니다.

• 웨이퍼 가장자리가 깨지거나 갈라지는 것을 방지하기 위해 모서리 모따기 또는 둥글게 만들기가 적용됩니다.

• 이 단계에서는 손상을 줄이고 웨이퍼를 후속 화학적, 기계적 연마에 대비시킵니다.

6. 화학적 에칭 및 손상 제거

기계적 가공(톱질, 연삭, 래핑)은 웨이퍼 표면 근처에 미세 손상과 변형된 층을 발생시킵니다. 이러한 손상은 화학적으로 제거해야 합니다.

• 웨이퍼는 다음을 겪습니다. 습식 에칭 불산(hf), 질산(hno₃), 아세트산(또는 koh 기반 용액)을 함유한 용액을 사용하여 손상된 표면을 용해합니다.

• 에칭은 연마하기 전에 표면 아래의 결함이 제거되도록 보장합니다.

7. 화학-기계적 연마(cmp)

장치 제작에 적합한 매우 평평하고 거울처럼 매끄러운 표면을 얻기 위해:

• 웨이퍼는 캐리어에 장착되고 CMP 도구에 놓입니다.

• 연마 패드(대개 폴리우레탄)와 콜로이드 실리카나 알루미나와 같은 미세한 연마 입자가 포함된 슬러리를 사용하여 웨이퍼를 부드럽게 연마합니다.

• 그 결과, 표면 거칠기가 최소화되고 평탄도가 뛰어나며 긁힘이 전혀 없는 표면이 탄생했습니다.

일반적으로 한 면(장치 면)은 높은 광학적 품질로 연마되고, 뒷면은 추가 요구 사항에 따라 더 가볍게 연마되거나 연삭될 수 있습니다.

8. 세척 및 입자 제거

이 시점에서는 오염 제어가 중요합니다.

• 웨이퍼는 엄격한 세척 과정을 거칩니다(종종 RCA 세척 방법, 과산화수소, 수산화암모늄, 산 혼합물 사용).

• 초음파 세척, 탈이온수 세척, 오존 기반 세척 또는 기타 고급 세척 기술을 사용하여 입자, 금속 이온 및 유기 잔류물을 제거할 수 있습니다.

• 세척 후 웨이퍼는 건조되고 깨끗한 환경에서 취급되어 재오염을 방지합니다.

9. 계측, 검사 및 테스트

웨이퍼가 제조 라인에 들어가기 전에:

• 평탄, 두께 균일성, 활/날실, 그리고 병행 광학 간섭계, 프로파일로미터 또는 기타 정밀 계측 도구를 사용하여 측정됩니다.

• 웨이퍼는 긁힘, 구멍, 흐림 등의 표면 결함이 있는지 검사됩니다.

• 전기 테스트 (저항률, 도펀트 분포)를 수행하여 도핑 및 재료 균일성을 확인할 수 있습니다.

• 검사 결과에 따라 수율 기준을 충족하지 못하는 웨이퍼는 거부되거나 재작업을 위해 보내집니다.

10. 백그라인딩, 씨닝, 다이싱(선택 단계)

고급 패키징이나 얇은 웨이퍼가 필요한 경우:

• 그만큼 뒷면 웨이퍼의 추가 연삭(백그라인딩)을 통해 매우 얇은 두께(예: 50~75µm)를 만들어 스태킹이나 유연한 설계에 활용할 수 있습니다.

• 앞면을 보호하기 위해 얇게 만드는 동안 보호 테이프(UV 경화 가능)를 적용할 수 있습니다.

• 가공된 웨이퍼는 다음과 같습니다. 깍둑썰기하다 제조 공정을 마치면 개별 다이(칩)로 (잘라짐)됩니다.

요약 표: 주요 단계 및 목적

제조 과제 및 상충 관계

• 수율 및 결함 제어: 단 하나의 미세한 결함만으로도 웨이퍼를 사용할 수 없게 만들 수 있으므로 엄격한 공정 제어가 필수적입니다.

• 물질적 손실: 톱질 및 CMP 단계에서는 재료 손실(커프 손실)이 발생하는데, 특히 값비싼 기판을 사용할 경우 이는 매우 중요합니다.

• 표면 손상 최소화: 각각의 기계적 작업은 나중에 제거해야 할 손상을 초래할 위험이 있습니다.

• 평탄도와 휘어짐: 웨이퍼 직경이 커질수록(예: 300mm, 450mm) 평탄도를 유지하고 휘어짐을 최소화하는 것이 더욱 어려워집니다.

• 오염 제어: 미량 입자, 금속 이온 또는 유기물이 장치 수율에 큰 영향을 미치므로 초고순도 처리 환경이 필요합니다.

반도체 제조에서의 응용 및 역할

일단 준비되면 광택이 나는 웨이퍼가 됩니다. 기질 여러 층의 회로가 구축되는 웨이퍼 제조 시설("팹" 또는 "파운드리")에서 다음과 같은 프로세스가 수행됩니다. 산화, 포토리소그래피, 이온 주입, 박막 증착, 그리고 에칭 트랜지스터, 상호 연결, 수동 소자를 구축하는 데 반복적으로 적용됩니다.

웨이퍼 기판의 무결성(평탄도, 순도, 결함 없음)은 최종 반도체 제품의 수율, 성능, 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다.

왜 신뢰할 수 있는 웨이퍼 공급업체를 선택해야 할까요?

웨이퍼 제조의 정밀성과 복잡성을 감안할 때 신뢰할 수 있고 고품질의 공급업체에 공급을 맡기는 것이 중요합니다. 플루토늄 엄격한 품질 보증을 갖춘 고급 실리콘 웨이퍼 제품을 제공합니다. 반도체 및 MEMS 애플리케이션을 위한 연마 웨이퍼 공급 분야의 전문성을 통해 다운스트림 장치 제조업체가 결함률을 줄이고 수율을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.