반도체의 제작 과정에서 반도체 소자(집적회로, IC)를 만드는 가장 기본이 되는 기판을 웨이퍼(Wafer)라고 합니다. 반도체 소자(집적회로, IC)는 웨이퍼(Wafer)라는 얇은 기판 위에 만들어지게 됩니다. 이 웨이퍼의 제작 과정을 정리해 보려 합니다.
반도체 공정 FLOW
반도체 제품은 상당히 많은 공정을 거쳐서 만들어지게 됩니다. 반도체 제품을 만드는 과정을 크게 나누어서 반도체 8대 공정이라고 부르며 다음과 같습니다.
❶웨이퍼 제조 공정(Wafering) ➠ ❷산화 공정(Oxidation) ➠ ❸포토 공정(Photolithography) ➠ ❹애칭 공정(Etching) ➠ ❺증착(Deposition) 및 이온 주입 공정(Ion Implantation) ➠ ❻금속 배선 공정(Metalixation) ➠ ❼테스트 공정(Test) ➠ ❽패키지 공정(Package)
❶ ~ ❻ 까지의 과정을 일반적으로 전공정 과정이라고 부르고 ❼, ❽의 과정을 후공정이라 부릅니다.
모래에서 실리콘 웨이퍼 만들기
웨이퍼(Wafer)를 만드는 재료로는 대부분 모래에서 추출한 이산화규소(SiO₂) 와 탄소를 1,800 ℃ 정도에 온도에 반응시켜 만든 순수한 실리콘(Si)이 가장 많이 사용되고 있으며 웨이퍼(Wafer)는 반도체를 만드는 핵심 재료로 150mm(6인치), 200mm(8인치), 300mm(12인치) 등의 실리콘(Si) 단결정(원자의 배열이 정해진 규칙대로 고르게 배열하고 있는 상태)의 둥근 모양의 얇은 원판입니다. 순수한 실리콘(Si) 결정은 전기가 잘 흐르지 않는 성질을 가지고 있습니다. 즉 부도체입니다. 하지만 실리콘(Si)에 불순물을 첨가하면 전기 전도도가 높아지게 되어 전기를 임의로 흐르게(도체) 또는 흐르지 않게(부도체)를 만들 수 있습니다. 즉 전기가 통하기도 하고 안 통하기도 하는 물질 반도체가 됩니다.
웨이퍼(Wafer)는 사용 분야에 따라 나누어 보면 프라임(Prime) 웨이퍼, 테스트(Test) 웨이퍼, 더미 (Dummy) 웨이퍼, 재생 웨이퍼 등이 있으며 생산에 실질적으로 사용되는 웨이퍼는 프라임(Prime) 웨이퍼입니다. SK실트론에서 제조하는 실리콘 웨이퍼를 예를 들면 Polished wafer(DRAM/NAND frash memory 용)와 Epitaxial Wafer(Logic device 및 CMOS 이미지센서 등 비메모리 반도체 용)을 제조한다고 합니다.
웨이퍼(Wafer) 제조 과정을 크게 나누면
①잉곳(Ingot) 제조 ⇒ ②잉곳(Ingot) 절단 및 Shaping ⇒ ③웨이퍼 표면 연마(Polishing) ⇒ ④Cleaning 공정으로 나누어 볼 수 있습니다.
①잉곳(Ingot) 제조 : 고순도 다결정 실리콘을 석영 도가니에 채우고 다결정 실리콘을 녹인 뒤 단결정 실리콘 잉곳으로 성장시키는 공정입니다. 초크랄스키(CZ Method) 성장 방법을 통하여 단결정 실리콘 잉곳을 생산한다고 합니다. 대구경(300mm 이상) 반도체 웨이퍼 제조를 위한 단결정 성장 기술은 높은 기술력을 요구하는 웨이퍼 제조에 중요한 기술로 국가핵심기술로 지정되어 있다고 합니다.
출처: 폴란드어 위키백과의 Igor(저자)
②잉곳(Ingot) 절단 및 Shaping : 잉곳의 표면을 다듬은 뒤 블록 단위로 절단합니다. (잉곳의 몸통 부분을 사용하기 위함입니다.) 잉곳 블록을 wire를 이용하여 낱장의 웨이퍼로 절단하는 작업(ingot sawing)과 잘라낸 모서리와 표면의 거칠어진 부분을 다듬어주는 작업
③웨이퍼 표면 연마(Polishing) : 웨이퍼 표면의 작은 굴곡과 미세한 굴곡을 제거하여 평탄도를 높이고 미세한 결함을 제거하는 연마 공정으로 연마제를 이용한 화학적 가공과 기계적 가공을 동시에 진행하여 작업한다고 합니다.
④Cleaning공정 : 이전 작업 공정에서 생긴 웨이퍼의 불순물을 제거하고 불순물 제거 후 웨이퍼 표면을 보호하기 위해 산화막 처리를 하는 공정
웨이퍼의 형상과 평탄도 등의 품질을 검사하는 공정 → 웨이퍼 표면의 결함을 검사하는 공정 → 웨이퍼 위에 실리콘 단결정 층을 증착하는 공정 → 웨이퍼를 보호하기 위해 제품을 포장하는 공정을 등을 거쳐 실리콘 웨이퍼가 만들어진다고 합니다.
대표적인 웨이퍼 제작 업체: Shin-Etsu, SUMCO, Global Wafers, Siltronic, SK실트론 등
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