웨이퍼(Wafer)

👩‍🔧 반도체 8대 공정

• 반도체가 완성되기까지 거치는 수백 번의 과정을 크게 8개의 공정으로 구분한 것

👩‍🔧 웨이퍼(Wafer)

• 반도체 집적회로의 핵심 재료

웨이퍼 제조에 필요한 재료

• 반도체 집적회로와 웨이퍼의 관계
  • 반도체 집적회로
    • 다양한 기능을 처리하고 저장하기 위해 많은 소자를 하나의 칩 안에 집적한 전자부품
    • 얇은 기판(웨이퍼) 위에 다수의 동일 회로를 만들어 탄생
    • 웨이퍼 = 반도체의 기반(피자의 도우)
• 웨이퍼
  • 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 만든 단결정 기둥을 적당한 두께로 얇게 썬 원판
  • 모래에서 추출한 규소 즉, 실리콘으로 제작
  • 지구상에 풍부하게 존재 >> 안정적인 재료 수급 가능
  • 독성X >> 환경적으로 우수

반도체 웨이퍼 제조 공정

❗ 1단계. 잉곳(Ingot) 만들기

• 실리콘을 반도체 재료로 사용하기 위해서는 순도를 높이는 정제 과정 필요
• 실리콘 원료를 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액 만듦
• 결정을 성장 시켜 굳힘
• 잉곳: 실리콘 기둥
• 수 나노미터(nm)의 미세한 공정을 다루는 반도체용 잉곳 >> 실리콘 중에서 초고순도의 잉곳 사용

❗ 2단계. 잉곳 절단하기(Wafer Slicing)

• 둥근 팽이 모양의 잉곳을 원판형의 웨이퍼로 만들기 위해 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 써는 작업 필요
• 잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정
  • 150mm(6인치), 200mm(8인치). 300m(12인치)
• 웨이퍼 두께 얇을수록 제조 원가 줄어듬
• 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수 증가
• 따라서, 웨이퍼의 두께와 크기는 점차 얇아지고 커지는 추세

❗ 3단계. 웨이퍼 표면 연마(Lapping&Polishing)하기

• 절단된 웨이퍼는 가공을 거쳐 거울처럼 매끄럽게 만듦
• 표면에 흠결이 있고 거친 절단 직후의 웨이퍼 >> 회로의 정밀도에 영향
• 연마액과 연마 장비(Polishing Machine)를 통해 웨이퍼 표면을 매끄럽게 갈아냄
• Bare Wafer
  • 가공 전의 웨이퍼
  • 아직 옷을 입지 않은 상태
• Bare Wafer에 여러 단계의 물리적, 화학적 가공을 거쳐 표면에 IC를 형성시키고 가공 단계를 거치면 아래와 같은 모습이 됨
  

❗ 반도체 웨이퍼 명칭

• 웨이퍼(Wafer)
  • 반도체의 집적회로의 핵심 재료인 원형의 판
• 다이(Die)
  • 둥근 웨이퍼 위에 작은 사각형 밀집
  • 사각형 하나하나에 전자 회로가 집적되어 있는 IC칩
• 스크라이브 라인(Scribe Line)
  • 맨 눈으로는 다이들이 서로 붙어있는 듯 보이지만, 일정한 간격을 두고 있는데 그 간격을 말함
  • 스크라이브 라인을 두는 이유는 웨이퍼 가공이 끝난 뒤, 다이들을 한 개씩 자르고 조립해 칩으로 만들기 위해서이다
  • 다이아몬드 톱으로 잘라낼 수 있는 폭을 두는 것
• 플랫존(Flat Zone)
  • 웨이퍼의 구조를 구별하기 위해 만든 영역
  • 웨이퍼 가공 시 기준선이 됨
  • 웨이퍼의 결정구조는 매우 미세함 >> 눈으로 판단할 수 없음 >> 플랫존을 기준으로 웨이퍼의 수직, 수평을 판단
• 노치(Notch)
  • 최근에는 플랫존 대신에 노치가 있는 웨이퍼
  • 노치 웨이퍼가 플랫존 웨이퍼보다 더 많은 다이를 만들 수 있어 효율이 높다

❗ 웨이퍼 관련 사업

• 웨이퍼 산업
  • 웨이퍼를 생산
• 팹(FAB, Fabrication) 산업
  • 웨이퍼를 자재로 해 회로를 설계하고 제조하는 웨이퍼 가공 산업
• 어셈블리(Assembly) 산업
  • 가공된 웨이퍼로 다이를 잘라서 습기나 압력에 보호받게 포장(package)하는 산업

출처: 삼성 반도체 이야기