반도체 제조의 핵심, 웨이퍼: 실리콘 디스크의 중요성과 제조과정 소개

웨이퍼

웨이퍼(Wafer)란?

반도체 생산에 사용되는 웨이퍼는 반도체 소자를 제작하기 위한 기본 소재로, 주로 실리콘으로 만들어진 얇고 평평한 원형 디스크입니다. 이 디스크는 다양한 크기로 제작되며, 크기가 클수록 반도체 생산량을 늘릴 수 있습니다. 웨이퍼의 표면은 매우 평활하며, 불순물이나 결함을 최소화하여 제조 품질을 향상시킵니다. 웨이퍼는 반도체 생산의 기반이 되는데, 정확한 레이아웃 패턴과 고도의 일관성을 제공하여 정교한 반도체 소자를 만들 수 있도록 돕습니다. 불순물 제거와 같은 공정을 통해 웨이퍼의 전기적 특성을 최적화하고, 까다로운 환경에서 보호되며 연속적으로 생산됩니다. 웨이퍼의 특성과 품질은 반도체 제품의 최종 성능에 영향을 미치므로 중요한 역할을 합니다.

웨이퍼(Wafer) 제조과정

출처-삼성반도체이야기

1.잉곳(INGOT)만들기

순도 높은 실리콘 원료 선택: 웨이퍼 제조에 사용되는 실리콘 원료는 정해진 순도 기준을 충족시켜야 합니다.

추출 및 정제: 선별된 실리콘 원료는 추출되어 정제되고, 불순물이 제거됩니다. 이로써 순도가 높은 실리콘을 얻습니다.

인고트 형성: 정제된 실리콘은 대개 큰 실린더 형태의 인고트로 형성됩니다. 이 과정에서 실리콘이 녹아내려 결정화되어 단일 결정 실리콘이 형성됩니다.

 

실리콘 단일 결정 성장: 인고트에서 녹인 실리콘은 결정 시드(seed)를 사용하여 단일 결정으로 다시 성장됩니다. 결정 시드는 결정의 방향을 조절하고 단일 결정으로 성장하도록 유도합니다.

실리콘 봉

2.잉곳(INGOT)절단하기

둥근 팽이 모양의 잉곳을 원판형의 웨이퍼로 만들기 위해서는 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 써는 작업이 필요합니다. 잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정해 150mm(6인치), 200mm(8인치), 300mm(12인치) 등의 웨이퍼가 되는데요. 웨이퍼 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들며, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 두께와 크기는 점차 얇고 커지는 추세입니다.

3.웨이퍼 표면 연마(Lapping&Polishing) 하기

절단된 웨이퍼는 모양이 그럴싸하지만, 반도체 공정에 들어가기까지 아직 몇 단계가 남아 있습니다. 절단 직후의 웨이퍼는 표면에 흠결이 있고 매우 거칠어 회로의 정밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.

연마액과 연마 장비(Polishing machine)를 이용해 웨이퍼의 표면을 거울처럼 반짝이게 갈아 냅니다.

이는 광 노광 공정 시, 소자를 형성시킬 수 있도록 매끄러운 표면을 만드는 것입니다.

가공 전의 웨이퍼를 아직 옷을 입지 않은 상태라는 의미로 베어 웨이퍼(Bare wafer)라고 합니다.

연마된 웨이퍼

웨이퍼(Wafer) 명칭

명칭

① 웨이퍼(Wafer): 반도체 집적회로의 핵심 재료로 원형의 판을 의미합니다.

② 다이(Die): 둥근 웨이퍼 위에 작은 사각형들이 밀집돼 있는데요. 이 사각형 하나하나가 전자 회로가 집적되어 있는 IC칩인데, 이것을 다이라고 합니다.

③ 스크라이브 라인(Scribe Line): 맨눈으로는 다이들이 서로 붙어있는 듯 보이지만, 사실 다이와 다이들은 일정한 간격을 두고 서로 떨어져 있습니다. 이 간격을 스크라이브 라인이라고 합니다. 다이와 다이 사이에 스크라이브 라인을 두는 이유는, 웨이퍼 가공이 끝난 뒤, 이 다이들을 한 개씩 자르고 조립해 칩으로 만들기 위해서인데요. 다이아몬드 톱으로 잘라낼 수 있는 폭을 두는 것이죠.

④ 플랫존(Flat Zone): 웨이퍼의 구조를 구별하기 위해 만든 영역으로 플랫존은 웨이퍼 가공 시 기준선이 됩니다. 웨이퍼의 결정구조는 매우 미세해 눈으로 판단할 수 없기 때문에 이 플랫존을 기준으로 웨이퍼의 수직, 수평을 판단합니다.

⑤ 노치(Notch): 최근에는 플랫존 대신 노치가 있는 웨이퍼도 있습니다. 노치 웨이퍼가 플랫존 웨이퍼보다 더 많은 다이를 만들 수 있어 효율이 높습니다.