실리콘 웨이퍼(Wafer) 공정, 반도체 8대 공정에 대해 알아보자

오늘은 반도체의 필수 소재인 실리콘이 웨이퍼가 되기 까지의 과정을 알아보겠습니다.

반도체 산업이 발전하는 만큼 주재료인 웨이퍼 또한 수요가 끊임없이 늘어나고 있습니다.

이러한 웨이퍼는 어떠한 재료로 만들어지고, 어떠한 공정 과정을 거치는지 알아보겠습니다.

 

 

웨이퍼의 재료는?

웨이퍼의 주재료는 실리콘(Si)라고 대부분 알고있습니다. 실리콘이 왜 반도체의 재료가 되었는지에 대해서 자세히 알아보겠습니다.

우선 실리콘은 우리 주위에서 가장 많이 볼 수 있는 흙, 모래에서 구할 수 있습니다. 그렇기 때문에 자원도 풍부하고, 가격도 저렴하고, 인체에도 무해하다는 여러 장점을 갖고있습니다. 또한, 실리콘은 최외각전자 4개를 갖고있는 14족에 있습니다. 최외각전자 4개가 갖는 원소가 가지는 장점은 최외각전자 5개인 15족 원소를 주입하면 1개의 전자가 자유전자가 되면서 음의 전하량을 운반하게 되고 이때를 다수의 자유 전자와 소수 정공을 갖는 N형 반도체가 됩니다. 반대로 13족 원소를 주입하면 정공이 생성되어 양의 전하량을 운반하는 다수의 정공, 소수의 자유전자를 포함하는 P형 반도체가 됩니다.

즉, 이렇게 만들어진 웨이퍼에 불순물 원자를 첨가하는 도핑 과정을 통해 전기 전도나 그 형태를 바꿀 수 있습니다.

이렇게 실리콘은 지구 어디에서나 안정적으로 공급될 수 잇고 1.2eV의 에너지 밴드 겝을 갖고있는 반도체로 공정이 가능하여 반도체 산업에서 필수 원재료가 되었습니다.

 

웨이퍼 공정

반도체 8대 공정은 순서대로 웨이퍼, 산화, 포토, 식각, 박막, 금속배선, EDS, 패키징 공정 과정을 거칩니다.

그 중 웨이퍼 공정은 반도체 핵심 재료인 웨이퍼를 만들어내는 공정입니다. 웨이퍼 공정은 크게

1. 잉곳 만들기 ▷ 2. 잉곳 절단 ▷ 3. 웨이퍼 포면 연마  ▷ 4. 세척과 검사

과정을 거칩니다. 잉곳 만들기 과정은 밑의 사진과 같습니다.

잉곳을 만드는 과정에서는 우선 모래에서 추출한 실리콘을 사용하기 위해 순도를 높이는 정제 과정이 필요합니다. 이렇게 정제된 고순도 다결정 실리콘을 열로 녹여 단결정 실리콘으로된 시드를 살짝 담근 후 천천히 돌리며 꺼내면 결정이 성장됩니다.

이러한 실리콘 기둥을 잉곳(Ingot)이라 합니다. 이렇게 만들어진 잉곳을 사용가능한 크기로 만들기 위해 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 절단하는 과정이 있습니다.

웨이퍼가 얇을수록 제조 원가는 줄어들고, 웨이퍼의 지름이 커질수록 한번에 제조가능한 반도체 칩수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 두께는 얇아지고, 지금은 커지고 있습니다.

웨이퍼를 사용가능한 크기로 절단했다면 표면 연마 과정을 통해 표면을 매끄럽게 갈아내는 과정을 거칩니다. 웨이퍼의 표면은 반도체 회로의 정밀도 등에 영향을 미칠 수 있기 때문에 거울처럼 그 표면에 흠결이 없도록 매끄럽게 만들어야합니다.

마지막으로는 웨이퍼 포면의 오염물질이 완벽하게 제거 되었는지 검사하는 과정입니다. 검사과정을 마치면 웨이퍼 공정이 완료되어 다음의 반도체 공정 과정으로 넘어가게 됩니다.

 

반도체 소자는 현재 여러 분야에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 이렇게 오늘날 각종 전자기기, 자동체, 기계 등 많은 분야에 영향을 미치는 만큼 반도체 분야에 대한 지속적인 관심과 공부는 이제 선택이 아닌 필수가 되고 있습니다. 앞으로도 반도체 8대 공정과 산업 전반적인 소식에 대해 포스팅하겠습니다.

 

 

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