웨이퍼(Wafer)

웨이퍼(Wafer)

안녕하세요

오늘부터 반도체 그중에서도 반도체 8대공정에 대해 쉽고 간단하게 소개해 볼까합니다

전공자분들이라면 ‘8대공정’ 하면 바로 알아차리시겠지만 비전공자분들이라면 ‘8대공정’이란 말을 들어만 봤지 정확히 어떤건지 모르시는 분들이 많을겁니다.

지금부터 8대공정에 대해 차근차근 알아가봅시다.

 

먼저 TV에서 방진복을 입은 작업자가 동그랗고 얇은 무언가를 들고다니는 모습을 많이들 보셨을겁니다. 바로 그 원판이 “웨이퍼”입니다. 앞으로나올 여러 공정을 이용해 웨이퍼위에 회로를 그린 이후에 웨이퍼를 크기에 맞기 절단하면 IC칩이 됩니다.

웨이퍼는 반도체의 집적회로(IC)를 만드는데에 가장 중요한 요소로, 실리콘(Si)과 갈륨 아세나이드(GaAs)등을 성장시켜서 얻은 잉곳을 얇게 썬 원판을 말합니다. 또한 웨이퍼는 굉장히 고순도의 Si 결정체입니다.

 

웨이퍼가 중요한 이유는 우리가 사용하고 쓰는 대부분의 용도에 쓰이기 때문입니다. 예를들어 LCD와 LED, 디스플레이, 반도체 등에 쓰입니다.

 

추가적으로 용도에 따라 Si의 결정이 쓰입니다. 쉽게말해, 디스플레이와 LCD같은 경우에는 저렴한 다결정 Si이 쓰이고 반도체 칩에는 단결정 Si이 쓰입니다.

이제부터는 단결정 실리콘인 잉곳을 만드는 법에대해 알려드리겠습니다.

첫 번째방법은, 실리콘을 뜨거운 열로 녹여 매우 높은 고순도의 실리콘 용액을 만들고 이것으로 실리콘 기둥인 잉곳을 만듭니다. 여기서 실리콘을 녹였다가 다시 실리콘을 성장시켜 잉곳을 만드는 기술이 초크랄스키 기법(CS)입니다.

잉곳 {출처: 삼성반도체이야기}

 

위 사진에서 보이는 것이 하나의 큰 단결정 잉곳입니다. 지름이 약 30cm정도되는 잉곳을 가로로 아주 얇게 자르게 되면 그것이 바로 웨이퍼가 되는것입니다.

 

두 번째방법은, 플롯-존 방식(Float-Zone-Method)입니다.

플롯존을 쓰는 이유는 기존의 초크랄스키로 만든 잉곳은 약간의 불순물이 들어가있는데 그 문제를 정화하고자 도입된 방법입니다. 지금까지 알려진 가장 순수한 덩어리의 실리콘 단결정을 만드는 방법으로 알려져 있습니다. 잉곳주위에 RF코일을 감아 잉곳을 부분적으로 녹이고 다시 굳게하는 방식으로 좀 더 고순도의 단결정 잉곳을 만들기위한 방법입니다.

웨이퍼 {출처 : 삼성반도체 이야기}

마지막으로 큰 직경을 갖는 잉곳을 만드는 이유가 무엇인지 알아보겠습니다.

실리콘 잉곳의 직경은 50년대 까지만하더라도 25mm보다도 더 작은 직경으로 시작하였습니다. 그러나 현재는 300mm까지 증가되고 나아가 더 큰 직경을 가진 잉곳이 나오기 시작했습니다. 웨이퍼의 직경이 커질수록 즉, 300mm웨이퍼는 125mm웨이퍼에 비해 당연히 생산성이 증가할 수밖에 없기 때문입니다. 그러나 계속해서 웨이퍼의 직경을 늘리기 어려운 이유는 200mm에서 300mm로 변환되는데 전체 산업비용은 13억 달러이상이 들기 때문입니다. 앞으로 300mm에서 그 이상의 웨이퍼 크기로 늘리기 힘든 이유는 기본 인프라로 구축된 공정 전체가 바뀌어야되기 때문입니다.

 

 

 

지금까지 반도체의 가장 기본요소인 웨이퍼에대해 알아보았습니다.