실리콘과 웨이퍼 제조 (Silicon and Wafer Preparation)

프로젝트 투입전에 기본적인 개념 공부가 필요하여 공부중에 있음. 한번에 작성완료가 어려우므로 조금씩 답변 달면서 공부하는 것으로...  

이번에는 기초 확인 문제에 대한 답을 찾아가면서 공부를 할 생각이다. 질문에 답이 정답일지 오답일지는 잘 모르겠다. 주관적인 답이므로 그냥 참고만 할 것.

기초 확인 문제

1. 반도체급 실리콘을 얻을 수 있는 세 가지 방법이 있다. 가장 순수한 반도체급 실리콘은 무엇인가?

웨이퍼 제작에 사용되는 고순도로 정제된 실리콘을 반도체급 실리콘(SGS)라고 부른다.

  1단계 : 탄소와 함께 가열함으로써 금속급 실리콘을 생성

  2단계 :  MG실리콘을 SiHCL3를 생산라기 위해 화학 반응을 통해 정제

  3단계 : 순수한 반도체급 실리콘(SGS)을 생산하기 위해 SiHCL3 와 H2 반응의 지멘스 공정을 이용

2. 순수한 반도체급 실리콘을 얻기 위한 과정은 무엇이라고 부르는가?  지멘스 공정 ?

3. 결정은 무엇인가? 결정격자는 무엇인가?

결정은 많은 수의 원자들이 길게 늘어선 형상으로 차례 대로, 그리고 반복적인 삼차원 패턴을 가지는 고체 물질이다.

결정격자는 내부구조의 원자 레벨에서 결정체가 반복되는 정렬을 나타낸다.

4. 비정질 재료를 설명하라. 왜 실리콘은 웨이퍼로 사용할 수 없는가?

비정질 물질은 반복되는 구조가 적고 원자 수준에서 구조의 무질서가 나타나는 비결정의 고체이다. 비정질 물질은 결정체 물질과는 반대 특성을 가진다. 플라스틱은 비정질 물질 중 하나의 예이다. 비정질 실리콘은 반도체 소자를 제조하기 위해서 웨이퍼에 사용되는 실리콘에 맞지 않은 결정구조이다.

비정질 원자 구조

 

5. 단위 셀을 정의하라. 실리콘을 구성하는 단위 셀의 종류는 무엇인가?

단위 셀은 삼차원 구조에서 반복될 때 결정구조를 가지는 원자의 가장 간단한 배열이다. 결정구조가 삼차원 같기 때문에 단위 셀은 큐브와 같은 틀 구조를 가진다.  자연에서는 7개의 가능한 결정 시스템이 있다.

단위셀은 결정구조로 정의 한다. 그러므로 결정구조의 종류로 보면 다결정 구조와 단결정 구조로 구분된다.

6. 실리콘 단위 셀 안에는 많은 수의 완벽한 원자가 있는가? 단결정의 실리콘의 원자들은 얼마만큼 공유하고 얼마만큼 공유하지 않은가?

실리콘 단위 셀에는 네 개의 공유된 원자와 네 개의 공유되지 않은 원자로 총 여덟 개의 완전한 원자들이 있다.

7. 다결정에 대해 기술하라. 다결정 실리콘의 다른 이름은 무엇인가?

다결정은 단위셀이 규칙적인 배열이 아니다. 다결정 실리콘 물질의 다른 이름은 폴리실리콘이다.

8. 단결정에 대해 기술하라. 단결정의 다른 이름은 무엇인가?

9. 웨이퍼 제작을 위해 단결정 실리콘이 필요한 이유는 무엇인가?

10. 밀러 지수는 무엇이고 어떤 것을 나타내는가?

밀러 지수(Miller index)란 브라베 격자의 결정 구조의 결정면을 나타내는 지수

11. 세 결정면을 따라서 그림을 그려라. (100), (110), (111)

12. MOS에서 가장 일반적인 결정면의 방향은 무엇인가? bipolar에서 가장 일반적은 것은 무엇인가?

(100)인 결정 평면 방향을 가진 웨이퍼들은 MOS 장비를 제조하기 위해 대부분 일반적이다.

13. 결정성장을 정의하라.

원석으로부터 결정성장용 전기로에서 여러 단계를 거쳐 순수 결정(단결정)을 성장시키는 법

14. 결정설장에서 CZ법은 무엇인가?

석영의 도가니로 다결정 실리콘을 용해해서, 용액안에 종결정을 침지하고, 서서히 끌어올려 가는 방법이다. 실리콘 단결정의 CZ성장은 녹은 SG 실리콘 액체로부터 n형이나 p형으로 도핑된 고체 실리콘 잉곳으로의 변형이 포함된다. 모든 실리콘 결정의 85%이상은 CZ법에 따라 성장된다.

15. CZ법을 이용한 실리콘 성장을 기술하고 어떻게 사용되는지를 설명하라.

16. CZ법에서 사용되는 주요 장비의 이름은 무엇인가?

17. 결정 인상기 대해서 설명하라. 특히 도가니 공정기, seed, 용융, 인상 과정과 잉곳 설장에 대해서 설명하라.

18. 인상 공정의 목적과 CZ법에서 인상 효과를 나타내는 두 가지 주요 파라미터는 무엇인가?

19. 자기 CZ법의 목적은 무엇인가?

20. 불순물 재료가 CZ법을 시행하는 동안 용융상태로 추가되는 이유는 무엇인가?

21. 잉곳에서 적은 양의 산소가 좋은 영향을 끼칠 수 있는가?

22. 실리콘 결정을 성장하기 위해서 float-zone법 사용하는 것이 바람직한 이유는 무엇인가?

23. float-zone 과정을 기술하라.

24. 웨이퍼 직경이 계속해서 증가하는 이유는 무엇인가?

25. 직경이 큰 웨이퍼를 사용할 때 주는 세 가지 이점을 말하라.

26. 결정결함은 무엇인가?

27. 결함 밀도를 정의하라. 웨이퍼 수율과 결함 밀도는 어떤 관계를 가지는가?

28. 실리콘에서 결정결함의 일반적인 세 가지 형태는 무엇인가?

29. 점 결함의 세 가지 종류를 나열하고 기술하라.

30. 점 결함이 일어날 때 영향을 미칠 수 잇는 결정성장 파라미터는 어떤 것인가?

31. 전위란 무엇인가? 적층 결함에 대해 설명하라.

32. 산화 유도층 결함은 무엇인가?

33. 큰 직경을 갖는 웨이퍼에서 결정성장 전위를 줄일 수 있는 방법을 설명하라.

34. 총체적 결함은 무엇인가? 결정 미끄러짐과 결정꼬인 면의 다른점을 설명하라.

35. 잉곳의 직경 연마의 목적은 무엇인가?

36. 웨이퍼 판의 네 가지 종류를 그림으로 그리거나 기술하라. 200 mm 직경을 갖거나 그보다 큰 웨이퍼의 웨이퍼 평면을 교체하는 방법은 무엇인가?

37. 직경이 200 mm 이상인 웨이퍼를 절단할 수 있는 방법은 무엇인가?

다이아몬드 칼로 된 내부 직경톱으로 절단한다. 300mm 잉곳의 웨이퍼 절단은 현재 와이어 톱을 사용한다.

38. 웨이퍼 연마의 목적은 무엇인가?

웨이퍼를 절단한 후에, 절단으로 인해서 남겨진 손상을 제거하고 웨이퍼 편평도와 높은 평행성을 얻기 위해서 전형적으로 기계적인 연마를 한다.

39. 웨이퍼의 가장자리를 연마하는 이유는? 연마가 웨이퍼 질에 주는 이익을 세 가지 기술하라.

40. 화학적 식각을 웨이퍼 위에 하는 이유는 무엇인가?

웨이퍼 손상 정도는 제조업체의 특별한 공정에 따라서 달라지지만 그 크기는 대체로 몇 미크론 정도이다. 웨이퍼 표면 손상을 제거하려고, 웨이퍼 공급업자들은 웨이퍼 식각 또는 화학 식각을 사용한다. 웨이퍼들은 웨이퍼 표면의 손상과 불순물을 제거하기 위해 습식 화학 식각공정을 시행한다.

41. 화학적 기계적 평탄화를 웨이퍼 표면에 하는 이유는 무엇인가?

42. 웨이퍼 제조를 위해서 선적하기 위한 웨이퍼 포장 방법은 무엇인가?

43. 실리콘 웨이퍼의 7가지 웨이퍼 품질 요구사항을 나열하라.

44. 웨이퍼 편평도는 무엇이고 어떻게 측정하는가?

45. 표면 miroroughness는 무엇이고 이것의 조절이 왜 중요한가?

46. 에피택셜층은 무엇이고 왜 웨이퍼에 사용하는가?

에피텍셜은 그리스 언어의 두 단어를 합친 것으로 epi는 "위에" 그리고 taxis는 "실행하라"를 의미한다.  에피텍셜 실리콘에서 기초 웨이퍼는 웨이퍼 위에 박막 실리콘츤을 성장시키기 위한 종자결정으로 사용된다. 

실리콘 에피택시 개발의 기본적인 이유는 쌍극성 트랜지스터 회로와 집적회로에서의 성능개선을 얻기 위함