반도체, 광전지 및 광학 분야의 단결정 실리콘 웨이퍼 사용

단결정 실리콘 웨이퍼란?

단결정 실리콘 웨이퍼는 단결정 실리콘 잉곳에서 잘라낸 얇은 디스크입니다.- 잉곳은 초크랄스키(Czochralski) 방법으로 성장합니다. 이 방법에서는 종자 결정을 석영 도가니에 담긴 실리콘 용융물에 담갔다가 회전하면서 천천히 빼내므로 전체 잉곳이 하나의 연속적인 결정 격자와 제어된 결정학적 방향으로 응고됩니다. 그런 다음 잉곳을 잘라내어 목표 직경에 맞게 연마하고 웨이퍼로 얇게 썬 다음 통제된 환경에서 랩핑, 에칭, 광택 처리, 세척 및 포장합니다. 격자는 웨이퍼 전체에 걸쳐 연속적이기 때문에 그 위에 제조된 장치는 균일하게 동작하며 결정립 경계가 없다는 것이 다결정 소재와의 주요 차이점입니다.

반도체 장치 제조

가장 큰 기술 응용 분야는 집적 회로 제조입니다. 표면이 연마된 웨이퍼는 도핑, 에피택셜 증착, 유전체 성장, 포토리소그래피 및 에칭을 통해 트랜지스터, 다이오드 및 전체 회로를 구성하는 기판 역할을 합니다. 치수 요구사항은 연마된 단결정 실리콘 웨이퍼에 대한 SEMI M1 사양에 명시되어 있으며, 이는 연마된 웨이퍼 및 기판을 포함한 웨이퍼의 필수 치수 및 기타 일반적인 특성을 다루고 있습니다. 대량 생산의 표준 직경은 200mm와 300mm이며, 150mm는 레거시 및 전문 라인에 여전히 중요합니다. 구매자는 직경, 두께, 결정학적 방향, 저항률 유형 및 범위, 도펀트, 산소 함량 및 평탄도를 지정합니다. 이는 각각 장치 수율에 영향을 미치기 때문입니다. 전력 장치, 아날로그 회로, MEMS 센서 및 개별 구성 요소는 모두 서로 다른 벌크 저항 요구 사항을 가진 동일한 기본 재료에 구축됩니다.

광전지 및 모듈

광전지 산업에서 단결정 웨이퍼는 고효율 태양전지의 주요 기판입니다-. 웨이퍼는 텍스처링되고, 도핑되어 접합부를 형성하고, 패시베이션 및 반사 방지층으로 코팅되고, 스크린-인쇄 접점으로 금속 도금된 다음 모듈로 상호 연결되는 셀로 절단됩니다. 일반적인 상업용 태양광 웨이퍼는 저항률이 대략 0.5~3ohm-cm 범위인 붕소-도핑된 p-형 또는 인-도핑된 n-형 재료이며, 업계에서는 둥근 잉곳에서 잘라 직사각형 모듈로 조립한 182mm 및 210mm 가장자리 길이와 같은 대형 정사각형 형식으로 수렴했습니다. 웨이퍼 두께는 시간이 지남에 따라 감소했으며 현재는 일반적으로 약 150~180마이크로미터 범위에 있습니다. 이는 와트당 실리콘 소비량을 줄이지만 톱질 품질과 취급 장비에 대한 엄격한 요구 사항을 제시합니다.

광학 및 기타 전문가용

실리콘은 적외선 영역에서 투명하므로 단결정 웨이퍼는 열화상, 분광학 및 적외선 계측을 위한 적외선 광학 창, 렌즈 및 프리즘을 만드는 데에도 사용됩니다. 이러한 응용 분야에서 핵심 요구 사항은 반도체 공급을 좌우하는 전기 사양보다는 낮은 결함 밀도, 균일한 굴절률 및 정밀한 두께 공차입니다. 웨이퍼는 센서 패키징의 기계 및 열 기판으로도 사용되며 프로세스 개발 라인의 교정 및 테스트 기판으로도 사용됩니다.

구매자가 확인해야 할 품질 매개변수

웨이퍼 구매 사양은 결합된 매개변수의 집합으로 읽어야 합니다. 직경과 가장자리 프로필은 웨이퍼가 주어진 도구 세트에서 실행되는지 여부를 결정합니다. 두께와 총 두께 변화는 리소그래피 초점과 셀 파손율에 영향을 미칩니다. 정의된 영역에 대한 사이트 평탄도로 표현되는 평탄도는 인쇄할 수 있는 가장 작은 형상 크기를 제어합니다. 저항률 및 균일성 제어 장치 동작, 산소 함량은 고온 단계 중 내부 게터링 및 열 안정성에 영향을 미치며, 입자 및 금속 오염 수준은 클린룸에서 수율 손실의 주요 원인입니다. 이들 각각은 명목상 설명으로 받아들여지기보다는 공급업체의 검사 보고서로 뒷받침되어야 합니다.

자주 묻는 질문

Q:단결정 실리콘 웨이퍼는 무엇으로 만들어지나요?
A: Czochralski 공정으로 성장한 단{0}}결정 실리콘 잉곳을 얇은 디스크로 자른 다음 랩핑, 에칭, 광택 처리 및 세척합니다. 연속 격자는 다결정 실리콘과 구별되는 점입니다.

Q:연마된 반도체 실리콘 웨이퍼에 적용되는 사양은 무엇입니까?
A: 연마된 단결정 실리콘 웨이퍼에 대한 SEMI M1 사양은 연마된 웨이퍼 및 기판을 포함한 실리콘 웨이퍼의 필수 치수 및 기타 일반적인 특성을 제공합니다.

Q:태양전지 생산에는 어떤 웨이퍼 크기가 사용됩니까?
답변: 가장자리 길이가 182mm 및 210mm인 대형 정사각형 형식이 주로 사용되며 둥근 주괴로 절단되며 일반적으로 두께는 약 150~180마이크로미터이고 저항은 약 0.5~3Ω{6}}센티미터입니다.

Q:실리콘 웨이퍼에서 산소 함량을 제어하는 ​​이유는 무엇입니까?
A: 결정에 용해된 산소는 금속 불순물의 내부 게터링과 고온-처리 중 웨이퍼의 기계적 거동에 영향을 주기 때문에 단순히 최소화되는 것이 아니라 좁은 범위로 지정됩니다.

Q:동일한 웨이퍼를 전자제품과 광학제품에 사용할 수 있나요?
답: 보통은 아닙니다. 반도체 웨이퍼는 저항률, 도펀트 및 평탄도에 따라 지정되는 반면, 적외선 광학 웨이퍼는 적외선 투과율, 낮은 결함 밀도 및 두께 공차로 지정되며 두 사양은 별도로 등급이 지정됩니다.