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- 3381
반도체 8대 공정 – 1. 실리콘웨이퍼 공정
- 작성일
- 2022.06.09
- 수정일
- 2022.10.19
- 작성자
- 반도체과
- 조회수
- 469
세상의 물질은 전기를 통하는 도체와 전기를 통하지 않는 부도체로 나눌 수 있습니다. 대체로 쇠와 같은 금속들은 전기를 잘 통하기 때문에 도체로 분류하고, 돌이나 나무 등 비금속류들은 대체로 전기를 잘 흘리지 못하기 때문에 부도체로 분류됩니다.
그럼 반도체라고 하면 전기를 반만 통하는 건가? 이런 의문을 가질 수도 있을 것입니다. 실은 나도 반도체라는 것을 공부하기 전까지는 그런 애매한 개념 정도로 이해를 했었습니다. 그러나 반도체는 전기를 반만 흘리는 것이 아니라 전기를 완전히 흐르게 할 수도 있고 전혀 흐르지 않게 차단할 수도 있는 것, 다시 말해 우리가 흔히 쓰는 스위치의 역할을 한다고 생각하면 쉽겠네요. 전기에서 스위치는 전선을 연결하고 끊기도 하는 전기 부품이듯이 반도체는 전자회로 내(특히 디지털회로)에서 스위치의 역할을 하는 소자라고 하는 생각하는 것이 이해가 빠를 것으로 생각됩니다.
반도체는 Si(Silicon) 즉, 규소를 이용하여 주로 만들고 있으며, 이는 지구상의 원소 중에서 가장 흔한 원소 중의 하나로 모래나 차돌, 수정 같은 것에 다량 함유되어 있습니다. 따라서 모래나 자갈 등에 함유된 실리콘을 1400℃이상의 고온으로 가열하여 1차 추출할 수 있고, 이 때의 순도가 95%정도로 반도체를 만들기에는 순도가 떨어져서 순도를 높이기 위한 정제과정을 거쳐서 99%이상의 고순도의 실리콘 단결정을 만들어서 사용합니다.
고순도의 실리콘 단결정을 만드는 방법으로 1차 추출된 실리콘을 고온에서 녹인 후, 회전하는 작은 실리콘과 결합시키는 과정을 통해 기둥모양으로 성장시킵니다. 마치 눈을 뭉칠 때 작은 눈뭉치를 만들어서 굴리면 눈이 주변에 달라붙으면서 덩어리가 커지는 원리와 유사하다고 생각됩니다. 이렇게 기둥모양으로 뭉쳐진 실리콘은 회전운동으로 인한 원심력에 의해 결정 방향이 고르게 형성된 단결정실리콘으로 만들어지게 되고, 이렇게 만들어진 실리콘 기둥을 “잉곳(Ingot)”이라고 부릅니다.
실리콘에 반도체 회로를 새기기 위해서는 실리콘 기둥 잉곳을 얇은 원판모양으로 절단(ingot slicing)해서 평평하게 만들어야 합니다. 잉곳을 절단하는 데는 다이아몬드 톱 같은 특수 절단용 공구를 사용하여 똑 같은 두께의 원판으로 절단하며, 만들어진 잉곳의 직경에 따라 8인치(200mm), 10인치(250mm), 12인치(300mm)의 웨이퍼가 많이 사용되고 있습니다. 웨이퍼의 크기가 클수록 한 장으로 만들 수 있는 IC의 개수가 많아져서 효율이 올라가기 때문에 큰 웨이퍼를 사용할수록 유리하므로 최근에는 300mm 웨이퍼가 주로 사용되고 있다고 합니다.
이렇게 절단된 웨이퍼는 톱으로 절단한 것이므로 표면이 울퉁불퉁 거칠어 그대로 사용할 수 없습니다. 표면이 매끄럽지 못하면 여러공정에서 문제가 발생할 수 있으며, 특히 포토공정(Photo Lithography)에서 이미지를 선명하게 새길 수 없기 때문에 표면을 연마액과 연마장비를 사용하여 매끄럽게 가공하는 연마 공정을 거치게 됩니다.
잉곳과 웨이퍼
출처 : 미디어데일, http://www.mediadale.com/news/articleView.html?idxno=26621
[요약]
이상 위에서 설명한 내용을 요약하면 아래의 다섯 단계의 과정을 거쳐서 실리콘 웨이퍼가 만들어지게 됩니다.
(1) 실리콘추출 : 모래나 차돌 등을 1400℃ 이상 가열하여 1차 추출합니다. (순도 95%정도)
(2) 잉곳만들기 : 1차 추출된 실리콘을 고온으로 녹여서 회전시켜 기둥모양으로 성장시켜 순도 99%이상의 단결정 실리콘 잉곳으로 만듭니다.
(3) 잉곳절단 : 다이아몬드 톱이나 절단용 선을 이용하여 똑 같은 두께로 잉곳을 원판형태로 절단합니다.
(4) 웨이퍼연마 : 톱으로 절단된 웨이퍼의 면을 매끄럽게 하기 위해 연마액과 연마장비를 이용하여 가공하면 거울같이 매끈한 웨이퍼를 만들 수 있습니다.
세척 및 검사 : 절단이나 연마공정을 거치면서 발생할 수 있는 웨이퍼 표면의 오염을 깨끗하게 제거하고 검사하여 웨이퍼를 완성하는 단계입니다.
출처 : 아이투자 http://www.itooza.com/common/iview.php?no=2011012818410022917&cpv=1
네이버블로그 https://blog.naver.com/kore2758_/221127487175
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