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안녕하세요, 마이크로웍스 코리아(주) 입니다.

오늘은반도체 집적회로의 핵심재료, 웨이퍼를 정리해보았습니다.

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반도체 집적회로의 핵심재료, 웨이퍼란?

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웨이퍼(Wafer)란 반도체 집적회로를 만드는 중요한 재료로 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs) 등을 성장시켜 얻은 단결정 기둥(Ingot)을 적당한 지름으로 얇게 썬 원판을 말합니다.

대부분의 웨이퍼는 모래에서 추출한 규소, 즉 실리콘으로 만듭니다. 실리콘은 지구상에 풍부하게 존재하고 있어 안정적으로 얻을 수 있고 독성이 없어 환경적으로도 장점이 있습니다.

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■웨이퍼의 베이스, 잉곳(Ingot)

모래에서 추출한 실리콘은 반도체 원료로 쓰이기 위한 정제과정을 거칩니다. 실리콘을 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고 이것으로 실리콘 기둥, 즉 잉곳(Ingot)을 만드는데요, 실리콘 결정 성장기술인 초크랄스키법(Cz) 혹은 플로팅 존법(Fz) 등을 이용하여 얻어냅니다.

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■얇은 웨이퍼를 만들기 위한 잉곳 절단(Wafer Slicing)

결정이 성장한 후 얇은 웨이퍼를 만들기 위해 성형 공정에 들어갑니다. 단결정 실리콘(seed)와 잉곳의 말단을 제거하고 열이 식은 잉곳을 다이아몬드 톱으로 균일한 두께로 얇게 절단하여 웨이퍼를 만들어냅니다. 그래서 웨이퍼의 크기는 잉곳의 지름으로 결정되는데요, 반도체 생산 초기에는 직경이 3인치 정도밖에 되지 않았지만 웨이퍼가 클수록 한 번에 생산되는 IC칩 수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 크기는 점차 확대되고 있습니다.

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■웨이퍼 표면 연마(Lapping, Polishing)

절단한 웨이퍼는 반도체 공정에 들어가기 위해서 절단 공정 직후의 표면의 흠결이나 거친 표면을 연마액과 연마장비(Polishing machine)를 이용해 웨이퍼의 표면을 반짝이는 거울처럼 갈아냅니다. 이러한 공정은 광 노광 공정시 소자를 형성시킬 수 있도록 매끄러운 표면을 만들어 내는 것입니다.

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■웨이퍼 부위 설명

① 웨이퍼(Wafer): 반도체 집적회로의 핵심 재료로 원형의 판을 의미합니다.

② 다이(Die): 둥근 웨이퍼 위에 작은 사각형들이 밀집돼 있는데요. 이 사각형 하나하나가 전자 회로가 집적되어 있는 IC칩인데, 이것을 다이라고 합니다.

③ 스크라이브 라인(Scribe Line): 맨눈으로는 다이들이 서로 붙어있는 듯 보이지만, 사실 다이와 다이들은 일정한 간격을 두고 서로 떨어져 있습니다. 이 간격을 스크라이브 라인이라고 합니다. 다이와 다이 사이에 스크라이브 라인을 두는 이유는, 웨이퍼 가공이 끝난 뒤, 이 다이들을 한 개씩 자르고 조립해 칩으로 만들기 위해서인데요. 다이아몬드 톱으로 잘라낼 수 있는 폭을 두는 것이죠.

④ 플랫존(Flat Zone): 웨이퍼의 구조를 구별하기 위해 만든 영역으로 플랫존은 웨이퍼 가공 시 기준선이 됩니다. 웨이퍼의 결정구조는 매우 미세해 눈으로 판단할 수 없기 때문에 이 플랫존을 기준으로 웨이퍼의 수직, 수평을 판단합니다. ⑤ 노치(Notch): 최근에는 플랫존 대신 노치가 있는 웨이퍼도 있습니다. 노치 웨이퍼가 플랫존 웨이퍼보다 더 많은 다이를 만들 수 있어 효율이 높습니다.