실리콘 웨이퍼결코 완벽하게 원형이 아닙니다. 대신 평평한 모서리(플랫) 또는 작은 들여쓰기(노치)가 포함되어 있습니다. 이러한 기능은 기계적 정렬 보조 장치처럼 보일 수 있지만 실제 기능은 결정학입니다. 현대 반도체 제조에서 웨이퍼 방향은 산화, 에칭, 이온 주입, 응력 공학 및 캐리어 운송에 직접적인 영향을 미치는 기본적인 물리적 변수입니다. 이 기사에서는 단결정 실리콘 웨이퍼에 방향 표시가 필수 불가결한 이유와 나노미터 규모 장치에서 원자 규모 공정 제어를 유지하는 데 플랫과 노치가 필수적인 이유를 설명합니다.
실리콘 웨이퍼는 균일한 물질 디스크가 아닙니다. 그것은 고도로 정렬된 다이아몬드-입방 격자를 가진 단결정입니다. 일반적으로 사용되는 방향((100), (110) 및 (111))은 서로 다른 원자 평면 밀도와 결합 구조를 나타냅니다.
이러한 결정학적 방향은 다양한 물리적, 화학적 특성을 결정합니다.
표면 에너지
산화 동역학
이방성 습식 및 건식 에칭 속도
이온 채널링 확률
캐리어 이동성 이방성
결함 전파 및 슬립 시스템
그러므로 실리콘 웨이퍼는 단순한 기판이 아닙니다. 그것은 방향성 물리적 시스템입니다. 여기에 구축된 모든 나노미터 규모 장치는 이 이방성을 상속합니다.
완벽한 디스크는 무한한 회전 대칭을 가지고 있습니다. 외부 참조가 없으면 물리적 프로세스가 하나의 평면 내 방향을 다른 방향과 구별할 수 없습니다.
그러나 반도체 제조에서는 모든 웨이퍼가 결정 격자에 대해 잘 정의된 평면 내 방향을 가져야 합니다. 이것이 없으면:
이온 주입은 통제되지 않은 채널링을 경험하게 됩니다.
에칭은 장치마다 다를 수 있습니다.
응력 공학은 방향 일관성을 잃게 됩니다.
트랜지스터 이동성은 웨이퍼 전반에 걸쳐 통계적으로 다양합니다.
따라서 실리콘 웨이퍼는 고정된 결정학적 축을 정의하는 대칭 파괴 기능을 포함해야 합니다.
플랫과 노치는 미세한 결정 방향의 거시적 인코딩 역할을 합니다.
단결정 부울에서 웨이퍼를 슬라이싱하는 동안 제조업체는 다음과 같이 컷을 정렬합니다.
플랫 또는 노치는 특정 결정 방향(예: ⟨110⟩ 또는 ⟨100⟩)과 평행합니다.
웨이퍼 표면 평면(예: (100))과 평면 내 방향은 고유하게 정의됩니다.
이는 회전 대칭 개체를 방향 인덱스 기판으로 변환합니다.
리소그래피, 주입, 에칭, CMP, 계측 등 모든 제조 도구는 이 참조를 사용하여 작업을 결정 격자에 맞춥니다.
최신 CMOS, FinFET 및 GAA(Gate-All-Around) 장치는 원자 규모 물리학이 지배하는 체제에서 작동합니다.
몇 가지 예에서는 수정 방향을 고정해야 하는 이유를 보여줍니다.
도펀트 이온은 낮은 굴절률 결정 채널을 따라 깊게 이동할 수 있습니다. 웨이퍼 방향이 달라지면 채널링 깊이와 도펀트 프로파일을 예측할 수 없게 됩니다.
실리콘 에칭 속도는 (100), (110) 및 (111) 평면 사이에서 크게 다릅니다. 정렬 불량으로 인해 트렌치 모양, 측벽 각도 및 임계 치수가 변경됩니다.
실리콘의 전자 및 정공 이동성은 방향에 따라 다릅니다. 특정 결정 방향을 따라 채널을 정렬하여 장치 성능이 최적화됩니다.
고정된 웨이퍼 기준이 없으면 이러한 매개변수 중 어느 것도 나노미터 수준의 반복성으로 제어할 수 없습니다.
초기 웨이퍼(4~6인치)는 긴 플랫을 사용했습니다. 웨이퍼 직경이 200mm와 300mm로 증가함에 따라 업계에서는 물리적, 경제적 이유로 노치를 채택했습니다.
노치는 가장자리 영역을 훨씬 적게 차지하여 사용 가능한 다이 수를 늘립니다.
기계적 대칭성을 유지하여 웨이퍼 핸들링을 향상시킵니다.
로봇 및 광학 정렬 시스템이 감지하는 것이 더 쉽습니다.
웨이퍼 주변의 응력장을 왜곡하지 않습니다.
따라서 노치는 자동화된 Fab에 최적화된 고정밀 결정학적 마커입니다.
고급 반도체 제조에서는 나노미터 규모의 물리적 현상이 밀리미터 규모의 기계 시스템과 일치해야 합니다.
플랫 또는 노치는 다음 변환을 수행합니다.
원자 격자를 공장 좌표계에 연결합니다.
그것이 없다면 현대의 리소그래피, 에칭, 주입 및 변형 공학은 물리적 참조 프레임을 잃게 될 것입니다.
실리콘 웨이퍼의 평면이나 노치는 기계적인 인공물이 아니라 결정학적 앵커입니다.
이는 모든 트랜지스터, 모든 채널 및 모든 원자층이 실리콘 격자와 고정된 관계로 구축되도록 보장합니다. 장치 크기가 수십 개의 원자 크기에 근접하는 시대에 이 작은 기하학적 특징은 전체 반도체 생태계에서 가장 중요한 구조 중 하나가 됩니다.
실리콘 웨이퍼결코 완벽하게 원형이 아닙니다. 대신 평평한 모서리(플랫) 또는 작은 들여쓰기(노치)가 포함되어 있습니다. 이러한 기능은 기계적 정렬 보조 장치처럼 보일 수 있지만 실제 기능은 결정학입니다. 현대 반도체 제조에서 웨이퍼 방향은 산화, 에칭, 이온 주입, 응력 공학 및 캐리어 운송에 직접적인 영향을 미치는 기본적인 물리적 변수입니다. 이 기사에서는 단결정 실리콘 웨이퍼에 방향 표시가 필수 불가결한 이유와 나노미터 규모 장치에서 원자 규모 공정 제어를 유지하는 데 플랫과 노치가 필수적인 이유를 설명합니다.
실리콘 웨이퍼는 균일한 물질 디스크가 아닙니다. 그것은 고도로 정렬된 다이아몬드-입방 격자를 가진 단결정입니다. 일반적으로 사용되는 방향((100), (110) 및 (111))은 서로 다른 원자 평면 밀도와 결합 구조를 나타냅니다.
이러한 결정학적 방향은 다양한 물리적, 화학적 특성을 결정합니다.
표면 에너지
산화 동역학
이방성 습식 및 건식 에칭 속도
이온 채널링 확률
캐리어 이동성 이방성
결함 전파 및 슬립 시스템
그러므로 실리콘 웨이퍼는 단순한 기판이 아닙니다. 그것은 방향성 물리적 시스템입니다. 여기에 구축된 모든 나노미터 규모 장치는 이 이방성을 상속합니다.
완벽한 디스크는 무한한 회전 대칭을 가지고 있습니다. 외부 참조가 없으면 물리적 프로세스가 하나의 평면 내 방향을 다른 방향과 구별할 수 없습니다.
그러나 반도체 제조에서는 모든 웨이퍼가 결정 격자에 대해 잘 정의된 평면 내 방향을 가져야 합니다. 이것이 없으면:
이온 주입은 통제되지 않은 채널링을 경험하게 됩니다.
에칭은 장치마다 다를 수 있습니다.
응력 공학은 방향 일관성을 잃게 됩니다.
트랜지스터 이동성은 웨이퍼 전반에 걸쳐 통계적으로 다양합니다.
따라서 실리콘 웨이퍼는 고정된 결정학적 축을 정의하는 대칭 파괴 기능을 포함해야 합니다.
플랫과 노치는 미세한 결정 방향의 거시적 인코딩 역할을 합니다.
단결정 부울에서 웨이퍼를 슬라이싱하는 동안 제조업체는 다음과 같이 컷을 정렬합니다.
플랫 또는 노치는 특정 결정 방향(예: ⟨110⟩ 또는 ⟨100⟩)과 평행합니다.
웨이퍼 표면 평면(예: (100))과 평면 내 방향은 고유하게 정의됩니다.
이는 회전 대칭 개체를 방향 인덱스 기판으로 변환합니다.
리소그래피, 주입, 에칭, CMP, 계측 등 모든 제조 도구는 이 참조를 사용하여 작업을 결정 격자에 맞춥니다.
최신 CMOS, FinFET 및 GAA(Gate-All-Around) 장치는 원자 규모 물리학이 지배하는 체제에서 작동합니다.
몇 가지 예에서는 수정 방향을 고정해야 하는 이유를 보여줍니다.
도펀트 이온은 낮은 굴절률 결정 채널을 따라 깊게 이동할 수 있습니다. 웨이퍼 방향이 달라지면 채널링 깊이와 도펀트 프로파일을 예측할 수 없게 됩니다.
실리콘 에칭 속도는 (100), (110) 및 (111) 평면 사이에서 크게 다릅니다. 정렬 불량으로 인해 트렌치 모양, 측벽 각도 및 임계 치수가 변경됩니다.
실리콘의 전자 및 정공 이동성은 방향에 따라 다릅니다. 특정 결정 방향을 따라 채널을 정렬하여 장치 성능이 최적화됩니다.
고정된 웨이퍼 기준이 없으면 이러한 매개변수 중 어느 것도 나노미터 수준의 반복성으로 제어할 수 없습니다.
초기 웨이퍼(4~6인치)는 긴 플랫을 사용했습니다. 웨이퍼 직경이 200mm와 300mm로 증가함에 따라 업계에서는 물리적, 경제적 이유로 노치를 채택했습니다.
노치는 가장자리 영역을 훨씬 적게 차지하여 사용 가능한 다이 수를 늘립니다.
기계적 대칭성을 유지하여 웨이퍼 핸들링을 향상시킵니다.
로봇 및 광학 정렬 시스템이 감지하는 것이 더 쉽습니다.
웨이퍼 주변의 응력장을 왜곡하지 않습니다.
따라서 노치는 자동화된 Fab에 최적화된 고정밀 결정학적 마커입니다.
고급 반도체 제조에서는 나노미터 규모의 물리적 현상이 밀리미터 규모의 기계 시스템과 일치해야 합니다.
플랫 또는 노치는 다음 변환을 수행합니다.
원자 격자를 공장 좌표계에 연결합니다.
그것이 없다면 현대의 리소그래피, 에칭, 주입 및 변형 공학은 물리적 참조 프레임을 잃게 될 것입니다.
실리콘 웨이퍼의 평면이나 노치는 기계적인 인공물이 아니라 결정학적 앵커입니다.
이는 모든 트랜지스터, 모든 채널 및 모든 원자층이 실리콘 격자와 고정된 관계로 구축되도록 보장합니다. 장치 크기가 수십 개의 원자 크기에 근접하는 시대에 이 작은 기하학적 특징은 전체 반도체 생태계에서 가장 중요한 구조 중 하나가 됩니다.
