지난 글에서는 반도체 8대 공정에 대해 종합적으로 알아보았습니다.
이번 글에서는 8대 공정 중 가장 처음이자 또 가장 중요하다고 할 수 있는 웨이퍼 제조공정에 대해 조금 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.
웨이퍼란
먼저 웨이퍼가 무엇인지 알 필요가 있습니다. 지난 글에서도 말씀드린 것과같이 웨이퍼는 반도체 소자를 만드는 바탕이 되는 원판을 말합니다.
예전에 공중파 TV 채널 편성이 종료되고 그날의 준비된 방송을 마치면 애국가가 흘러나왔는데요, 그 애국가의 영상 중 한 장면에 노란 빛으로 표면이 빛나는 둥그런 판을 든 사람이 등장합니다.
방진복이라 불리는 실험실 복장을 하고 있는 이 사람은 마치 예전 스펀지 티비 실험맨같이 생겼는데, 그 분이 들고 있는 노란 원판이 바로 웨이퍼입니다.
이 원판 웨이퍼는 마치 그림을 그리는 도화지의 역할을 하게 되는데요, 반도체 소자를 제작하는데 있어 이 도화지 위에 여러 회로들을 겹겹이 쌓아올려 반도체 소자의 기능을 만들어내기 때문입니다.
원판 하나의 크기는 수 센치미터에서 수십 센치미터까지 다양한데요, 만들고자 하는 소자의 크기와 종류에 따라 사용하는 원판의 크기도 달라집니다.
보통은 넓은 원판에 수많은 반도체 칩을 만들어 낸뒤 하나의 단위로 잘라내어 EDS 공정(전기적 특성평가)를 거친 후 패키징 공정을 통해 제품화하게 됩니다.
웨이퍼 제조공정
앞서 말씀드린대로 반도체 제작에 사용하는 웨이퍼는 보통 Si 또는 GaAs의 결정 상태로 제작되는데요, 이 결정화된 웨이퍼 한장한장을 직접 해당소재로 만들어 내는것이 아니라, 원기둥 형태로 결정화된 소재를 마치 회를 떠내듯 얇게 잘라내어 제조합니다.
예를 들면 실리콘 웨이퍼를 제작하기 위해서는 실리콘을 약 1500도에 달하는 고온으로 녹여낸 뒤, 결정화된 작은 입자 즉, seed crystal을 고온의 Si용액에 담급니다.
이렇게 담긴 seed를 천천히 용액에서부터 꺼내어 들어올리면, 따라 올라오는 용액은 자연히 온도가 낮아 식으면서 결정화되게 됩니다.
기존의 seed 결정이 결정성을 이미 가지고 있는 상태이므로 따라올라오는 Si용액이 식으면서 이 결정방향과 동일한 형태로 결정이 성장되게 됩니다.
물론 이때 seed를 들어올리는 속도가 적절하지 않다면 형성되는 결정 또한 원하는 방향이아닌 결정화가 진행 될 수도 있으므로 결정화를 일정하게 잘 진행하는것이 매우 중요합니다.
seed를 적정한 속도로 잘 들어올려 결정화 기둥을 만들게 되는데, 이 기둥을 잉곳(ingot)이라고 합니다.
이 잉곳을 포를 뜨듯 한장한장 슬라이싱 하게 되면 우리가 알고 있는 원판 형태의 웨이퍼를 얻을 수 있습니다.
이번 글에서는 웨이퍼 제조 공정에 대해조금 더 구체적으로 알아보았습니다. 다음 글에서는 산화 공정에 대해서 조금 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.
