- 본 문서는 반도체 8대 공정의 첫 번째 단계인 '웨이퍼 제조'에 대해 다루겠습니다.
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1. 반도체의 기본재료, 웨이퍼(Wafer)
- 웨이퍼는 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 만든 단결정 기둥을 적당히 두께로 얇게 썬 원판을 의미한다.
- 대부분의 웨이퍼는 모래에서 추출한 규소, 즉 실리콘으로 만든다.
- 웨이퍼 위에 다수의 동일 회로를 만들어 반도체 집적회로가 탄생한다.
- 가공 전의 웨이퍼를 아직 옷을 입지 않은 상태라는 의미로 베어 웨이퍼(Bare Wafer)라고 한다.
- 다음은 여러 단계의 물리적, 화학적 가공을 거쳐 표면에 IC를 형성시키고 가공 단계를 거친 Wafer의 모습이다.
1. 웨이퍼(Wafer) : 반도체 직접회로의 핵심 재료로 원형의 판
2. 다이(Die) : 둥근 웨이퍼 위에 작은 사각형들이 밀집돼 있는데, 사각형 하나하나가 전자 회로가 집적되어 있는 IC칩인데, 이것을 다이라고 한다.
3. 스크라이브 라인(Scribe Line) : 다이와 다이들은 일정한 간격을 두고 서로 떨어져 있는데, 이 간격을 스크라이브 라인이라고 한다.
📌다이와 다이 사이에 스크라이브 라인을 두는 이유 : 웨이퍼 가공이 끝난 뒤, 이 Die들을 한 개씩 자르고 조립해 칩을 만들기 위해서 다이아몬드 톱으로 잘라낼 수 있는 폭을 두는 것
4. 플랫존(Flat Zone) : 웨이퍼의 구조를 구별하기 위해 만든 영역으로 플랫존은 웨이퍼 가공 시 기준선이 된다.
📌 웨이퍼의 결정구조는 매우 미세해 눈으로 판단할 수 없기 때문에 이 플랫존을 기준으로 웨이퍼의 수직, 수평을 판단한다.
5. 노치(Notch) : 최근에는 플랫존 대신 노치가 있는 웨이퍼도 있다. 노치가 플랫존보다 더 많은 다이를 만들 수 있어 효율이 높다.
2. Wafer 제조 과정
1단계. 잉곳(Ingot) 생성
- 모래에서 추출한 실리콘을 반도체 재료로 사용하기 위해서는 순도를 높이는 정제 과정이 필요하다.
- 실리콘 원료를 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고 이것을 결정 성장시켜 굳힌다. 이렇게 만들어진 실리콘 기둥을 잉곳(Ingot)이라고 한다.
- 수 나노미터(nm)의 미세한 공정을 다루는 반도체용 잉곳은 실리콘 잉곳 중에서도 초고순도의 잉곳을 사용한다.
2단계. 얇은 웨이퍼를 만들기 위해 잉곳 절단(Wafer Slicing)
- 둥근 팽이 모양의 잉곳을 원판형의 웨이퍼로 만들기 위해서는 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 썬다.
- 잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정한다. EX) 150mm, 200mm, 300mm
- 웨이퍼의 두께와 지름은 상당히 중요한 요소이다. 웨이퍼 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들며, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 두께와 크기는 점차 얇고 커지는 추세이다.
3단계. 웨이퍼 표면 연마(Lapping & Polishing)
- 절단 직후의 웨이퍼는 표면에 흠결이 있고 거칠어 회로의 정밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문에 가공을 거쳐 거울처럼 매끄럽게 만들어야 한다.
- 연마액과 연마 장비(Polishing machine)를 통해 웨이퍼 표면을 매끄럽게 갈아낸다.
