반도체 산업 이해하기-③ : 반도체 8대 공정의 첫 번째 웨이퍼 제조 공정

반도체 8대 공정 중 첫 번째인 '웨이퍼(Wafer) 제조 공정'에 대해 알아보도록 하자. 웨이퍼 제조 공정은 반도체 집적회로를 만드는 데 사용하는 주재료인 웨이퍼를 제조하는 공정이다.

 

 

 

반도체 산업에 대해 쉽게 이해할 수 있도록 시리즈로 포스팅하였으니 반도체에 대해 더 많은 기초 상식을 알고 싶으시면 아래 글을 참고하시기 바랍니다.

 

반도체 산업 이해하기-① : 반도체란 무엇이며, 역할과 종류에 대한 기초 지식

반도체 산업 이해하기-② : 반도체 8대 공정 개념 이해하기

반도체 산업 이해하기-③ : 반도체 8대 공정 # 1 '웨이퍼 제조 공정'

반도체 산업 이해하기-④ : 반도체 8대 공정 # 2 '산화 공정'

반도체 산업 이해하기-⑤ : 반도체 8대 공정 # 3 '포토 공정'

반도체 산업 이해하기-⑥ : 반도체 8대 공정 # 4 '식각 공정'

반도체 산업 이해하기-⑦ : 반도체 8대 공정 # 5 '증착 & 이온주입 공정'

반도체 산업 이해하기-⑧ : 반도체 8대 공정 # 6 '금속배선 공정'

반도체 산업 이해하기-⑨ : 반도체 8대 공정 # 7 'EDS 공정'

반도체 산업 이해하기-⑩ : 반도체 8대 공정 # 8 '패키징 공정'

 

웨이퍼란?

 

웨이퍼는 모래에서 추출한 실리콘(규소)으로 만들어 진다. 웨이퍼는 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 만든 단결정 기둥(Ingot, 잉곳)을 얇게 썬 원형의 판을 의미한다. 이렇게 만들어진 웨이퍼를 아직 옷을 입지 않은 상태라는 의미로 '베어 웨이퍼(bare wafer)'라고 한다. 베어 웨이퍼는 전공정을 마친 뒤 회로가 새겨진 웨이퍼와 차이가 있다.

 

 

여기서 중요한 점은 삼성전자나 SK하이닉스와 같은 회사는 이러한 '베어 웨이퍼'를 외부에서 구매한다는 것이다. 따라서 반도체 베어 웨이퍼를 제조하고 납품하는 기업이 어떤 기업들이 있는지 알 수 있다면 투자에 도움이 될 수 있을 것이다.

 

웨이퍼

 

참고로 웨이퍼의 재료인 실리콘은 지구상에 산소 다음으로 가장 많은 물질로 안정적인 재료 수급이 가능하다. 그리고 독성이 없어 환경적으로도 우수하다는 장점을 가지고 있다.

 

웨이퍼 제조 공정

 

웨이퍼 제조 과정은 크게 잉곳(Ingot) 제조 → 잉곳 절단 → 표면 연마로 이루어진다. 

 

반도체 웨이퍼 제조 공정과 잉곳(Ingot)

 

 1단계 : 잉곳(Ingot) 제조

잉곳(Ingot)은 모래에서 추출한 실리콘 원료를 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 액체로 만들고 이것을 결정 성장시켜 굳혀서 만든 것이 바로 잉곳이다.

 

 

수 나노미터(nm)의 미세한 공정을 다루는 반도체용 잉곳은 실리콘 잉곳 중에서도 초고순도의 잉곳을 사용한다.

 

 2단계 : 잉곳 절단

다음으로 둥근 원통형 팽이 모양의 잉곳을 다이아몬드 톱을 이용하여 균일한 두께로 얇게 써는 작업을 잉곳 절단이라고 한다. 잉곳 절단을 하게 되면 일단 웨이퍼가 만들어진다. 

 

잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정해 150mm(6인치), 200mm(8인치), 300mm(12인치) 등의 웨이퍼가 됩니다. 웨이퍼가 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들며, 지름이 클수록 한 번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 두께는 점차 얇아지고 크기는 커지고 있는 추세이다.

 

 3단계 : 표면 연마

잉곳 절단으로 절단된 웨이퍼는 표면은 아직 거친 상태이기 때문에 표면을 매끄럽게 하는 과정을 표면 연마 과정이라고 한다. 웨이퍼가 매끄러울수록 회로를 정밀하게 만들 수 있다.

 

가공 전 단계의 웨이퍼를 앞서 설명한 '베어 웨이퍼(Bare wafer)'라고 한다.

 

웨이퍼 명칭

 

반도체 웨이퍼 명칭

① 웨이퍼 : 반도체 집적회로의 핵심 재료인 원형의 판

 

② 다이 : 웨이퍼 위에 작은 사격형으로 하나하나가 전자 회로가 집적되어 있는 IC칩

 

 

③ 스크라이브 라인 : 다이와 다이 사이의 일정한 간격을 스크라이브 라인이라 한다. 이 라인을 두는 이유는 웨이퍼 가공이 끝난 뒤 다이를 한 개씩 자르고 조립해 칩으로 만들기 위해서이다. 다이아몬드 톱으로 잘라낼 수 있는 폭을 두는 것이다.

 

④ 플랫존 : 웨이퍼의 구조를 구별하기 위해 만든 영역이다. 플랫존은 웨이퍼 가공 시 기준선이 된다. 웨이퍼의 결정구조는 매우 미세해 눈으로 판단할 수 없기 때문에 이 플랫존을 기준으로 웨이퍼의 수직, 수평을 판단한다.

 

⑤ 노치 : 최근 플랫존 대신 노치가 있는 웨이퍼도 있다. 플랫존과 같은 역할을 하는데, 노치 웨이퍼가 플랫존 웨이퍼보다 더 많은 다이를 만들 수 있어 효율이 높다.

 

결론

 

웨이퍼 제조 공정은 반도체 8대 공정 중 첫 번째 단계로  '웨이퍼 제조'의 의미와 단계에 대해 포스팅하였다.

 

다음 시간에는 반도체 8대 공정 중 두 번째 단계인 산화 공정에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

반도체 산업 이해하기-④ : 반도체 8대 공정의 두 번째 산화 공정

반도체 산업 이해하기-④ : 반도체 8대 공정의 두 번째 산화 공정