반도체 8대 공정 - (1) 웨이퍼 공정

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반도체 8대 공정이란 반도체 제작에서 필요한 8개의 주요 공정을 구분한 것을 말합니다. 그 중 첫 번째가 바로 웨이퍼 공정 입니다.

1. 웨이퍼 재료 : 실리콘

웨이퍼의 주 재료는 실리콘입니다. 실로콘은 풍부한 양이 지구상에 있고, 독성이 없어서 환경적으로 우수합니다. 반도체 집적회로(Semiconductor Intergrated Circuit)로는 많은 소자를 하나의 칩 안에 집적한 전자부품을 말합니다. 다양한 기능을 처리하고 저장하기 필요한 전자 부품입니다. 그리고 웨이퍼(Wafer) 란 그 집적회로를 올리기 위한 기반을 말합니다. 웨이퍼는 모래에서 추출한 규소, 바로 실리콘(Si)을 성장시켜 만든 단결정 기둥을 적당한 두께로 얇게 썬 원판물입니다.

2. 웨이퍼 제조 공정

1) 잉곳(Ingot) 만들기

실리콘을 모래에서 추출합니다. 이를 반도체 재료로 사용하기 위해서는 정제 과정 통해 순도를 높입니다. 고순도로 정제된 실리콘(Si) 용액을 주물에 넣어 회전시키면 실리콘 기둥이 만들어 지며 이를 잉곳(ingot)이라고 부릅니다. 이 잉곳은 실리콘 결정 성장기술인 초크랄스키(Czochralski)법 또는 플로팅존(Floating Zone)법 등을 이용하여 얻을 수 있습니다. 수 나노미터(nm)의 미세한 공정을 다루는 반도체용 잉곳은 실리콘 잉곳 중에서도 초고순도의 잉곳을 사용합니다.

2) 잉곳 절단하기(Wafer Slicing)

잉곳의 말단을 제거하고, 다이아몬드 톱을 이용하여 균일한 두께의 얇은 웨이퍼(Wafer)로 절단합니다. 잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정하죠. 이때, 사용할 수 있을 정도에서 얇게 절단할수록 제조비용이 절감이 돼서 최근엔 점점 얇게 절단하고 있다고 합니다. 더 많은 양의 반도체 칩을 제조하기 위해 지름의 커지는 게 최근의 추세 입니다.

3) 웨이퍼 표면 연마하기(Lapping, Polishing)

1), 2) 과정을 통해 만들어진 웨이퍼는 표면이 아주 거칠고 울퉁불퉁한 흠결이 많기 때문에 실제 반도체 공정에 이용하기 어렵습니다. 따라서 표면을 연마하여 매끄럽게 만들어주어야 하는데요. 연마액과 연마 장비를 통해 웨이퍼 표면을 매끄럽게 갈아냅니다.

3. 반도체 웨이퍼 명칭

아직 가공되기 전의 웨이퍼에 여러 단계의 물리적, 화학적 가공을 거쳐 표면에 IC를 형성시키게 됩니다. 이렇게 IC칩까지 완성된 웨이퍼의 각각의 명칭을 설명해드리겠습니다.

1) 웨이퍼(Wafer)

: 반도체 집적회로를 만드는 데 사용하는 주요 재료로, 주로 실리콘, 갈륨, 아세나이드 등을 성장시켜 얻은 단결정 기둥을 적당한 지름으로 얇게 썬 얇은 원판 모양의 판을 말합니다.

2) 스크라이브 라인(Scribe Line)

: 칩 사이의 경계로, 아무 전자회로가 없는 부분이며, 웨이퍼를 개개의 칩으로 나누기 위한 분리 선을 말합니다. 다이아몬드 톱으로 잘라낼 수 있는 폭을 말합니다.

3) 플랫존(Flat Zone)

둥근 웨이퍼의 구조를 판별하기 위해 만든 평평한 부분을 말하며, 플랫존은 웨이퍼 가공 시에 기준 선이 됩니다. 이 플랫존을 기준으로 웨이퍼의 수직, 수평을 판단하게 됩니다.

4) 다이(Die)

둥근 웨이퍼 위에 작은 사각형들이 밀집되어 있는데, 이 사각형 하나하나가 전자 회로가 집적되어있는 IC칩을 말합니다.

4. 마치며

오늘은 반도체 공정 중 가장 기초가 되는 웨이퍼 공정에 대해 알아보았습니다. 다음번엔 반도체 공정중 2번째 공정인 산화 공정을 알아 봅시다.

반도체 8대 공정 - (2) 산화 공정 (tistory.com)

반도체 8대 공정 - (2) 산화 공정