웨이퍼(Wafer)란 무엇인가?

---

반도체 직접회로의 핵심 재료인 웨이퍼란 무엇인가? 웨이퍼를 만드는 단계부터 차근차근 확인해 보자

 

반도체 직접회로(Semiconductor Integrated circuit)와 웨이퍼는 어떤 관계일까?

반도체 직접회로란, 다양한 기능을 처리하고 저장하기 위해 많은 소자를 하나의 칩 안에 직접 한 전자부품을 말한다. 웨이퍼라는 얇은 기판 위에 다수의 동일 회로를 만들어 반도체 직접회로가 탄생되는 만큼, 웨이퍼는 반도체의 기반인 셈이다. 피자를 만들 때 토핑을 올리기 전, 도우를 만들듯이 말이다.

 

웨이퍼는 실리콘(SI), 갈륨 아세나이드(GaAS) 등을 성장시켜 만든 단결정 기둥을 적당한 두께로 얇게 썬 원판을 의미한다. 대부분의 웨이퍼는 모래에서 추출한 규소, 즉 실리콘으로 만든다.

 

 

1단계. 잉곳(Ingot) 만들기

모래에서 추출한 실리콘을 반도체 재료로 사용하기 위해서는 순도를 높이는 정제 과정이 필요하다.

실리콘 원료를 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고 이것을 결정 성장시켜 굳힌다.

이렇게 만들어진 실리콘 기둥을 잉곳(Ingot)이라고 한다

 

시드라고 불리는 봉 모양의 싱글 크리스탈(단결정)을 고순도의 실리콘 액체에 넣어서 솜사탕 만들듯이 잉곳을 제조한다.

 

2단계. 얇은 웨이퍼를 만들기 위해 잉곳 절단하기(Wafer slicing)

둥근 팽이 모양의 잉곳을 원판형의 웨이퍼로 만들기 위해서 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 써는 작업이 필요하다. 잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정해 150mm(6인치), 200mm(8인치), 300mm(12인치)등의 웨이퍼가 되는데 웨이퍼 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들며 지름이 클수록 한 번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 두께와 크기는 점차 얇아지고 커지는 추세이다.

 

3단계. 웨이퍼 표면 연마(Lapping&Polising)하기

절단된 웨이퍼는 가공을 거쳐 거울처럼 매끄럽게 만들어야 되는데 절단 직후의 웨이퍼는 표면에 흠결이 있고 거칠어 회로의 정밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 그래서 연마액과 연마 장비를 통해 웨이퍼의 표면을 매끄럽게 갈아낸다.

 

가공 전의 웨이퍼를 아직 옷을 입지 않은 상태라는 의미로 베어 웨이퍼(Bare wafer)라고 한다. 여기에 여러 단계의 물리적, 화학적 가공을 거쳐 표면에 IC를 형성시키고 가공 단계를 거치면 아래와 같은 모습이 된다.

 

 

 

• 웨이퍼(Wafer) : 반도체 직접회로의 핵심 재료로 원형의 판을 의미한다.
• 다이(Die) : 둥근 웨이퍼 위에 작은 사각형들이 밀집돼 있는데 이 사각형 하나하나가 전자 회로가 직접 되어 있는 IC칩이다. 이것을 다이라고 한다.
• 스크라이브 라인(Scribe Line) : 맨눈으로는 다이들이 서로 붙어 있는 듯 보이지만 사실 다이와 다이들은 일정한 간격을 두고 서로 떨어져 있다. 이 간격을 스크라이브 라인이라고 한다. 가공이 끝난 이후 이 다이들을 한 개씩 자르고 조립해 칩으로 만들기 위해서인데 다이아몬드 톱으로 잘라낼 수 있는 폭을 두는 것이다.
• 플랫존(Flat Zone) : 웨이퍼 구조를 구별하기 위해 만든 영역으로 플랫존은 웨이퍼 가공 시 시준선이 된다.
• 노치(Notch) : 최근에는 플랫존 대신 노치가 있는 웨이퍼도 있다. 노치 웨이퍼가 플랫존 웨이퍼보다 더 많은 다이를 만들 수 있어 효율이 높다.

 

출처

[반도체 8대 공정] 1탄, ‘웨이퍼’란 무엇일까요?