5인치 실리콘 웨이퍼 공급업체로서 저는 반도체 산업에서 이러한 필수 부품의 제조 공정에 대해 자주 질문을 받습니다. 이번 블로그 포스팅에서는 원자재부터 최종 광택 제품까지 5인치 실리콘 웨이퍼가 어떻게 제조되는지 자세한 단계를 안내해 드리겠습니다.
1단계: 실리콘 정제
5인치 실리콘 웨이퍼의 여정은 실리콘의 정제에서부터 시작됩니다. 규소는 지각에서 두 번째로 풍부한 원소이지만 일반적으로 모래와 석영에서 이산화규소(SiO2) 형태로 발견됩니다. 반도체 용도로 사용되는 고순도 실리콘을 얻으려면 다단계 정제 공정이 필요합니다.
첫 번째 단계는 전기 아크로에서 탄소와 함께 가열하여 이산화규소를 금속 등급 실리콘(MG-Si)으로 환원시키는 것입니다. 이 공정을 통해 순도 약 98%의 실리콘이 생산됩니다. 그러나 이 정도 수준의 순도는 반도체 용도로는 충분하지 않아 추가적인 정제가 필요하다.
다음 단계는 MG-Si를 염화수소(HCl)와 반응시켜 삼염화실란(SiHCl₃)으로 전환시키는 것이다. 트리클로로실란은 분별 증류로 정제할 수 있는 휘발성 화합물입니다. 정제된 삼염화실란을 수소로 환원시켜 순도 최대 99.9999999%(9N)에 달하는 고순도 다결정 실리콘(폴리실리콘)을 생산합니다.
2단계: 단결정 성장
고순도 폴리실리콘을 얻으면 이를 단결정 실리콘 잉곳으로 변환해야 합니다. 단결정 실리콘을 성장시키는 가장 일반적인 방법은 1916년 폴란드 과학자 Jan Czochralski가 개발한 Cz(초크랄스키) 공정입니다.
Cz 공정에서는 폴리실리콘을 석영 도가니에 넣고 불활성 가스 분위기에서 녹는점(약 1414°C)까지 가열합니다. 그런 다음 작은 실리콘 종자 결정을 용융된 실리콘에 담근 후 회전하면서 천천히 위쪽으로 끌어당깁니다. 종자 결정이 당겨지면 용융된 실리콘이 그 주위에 응고되어 단결정 실리콘 잉곳을 형성합니다.
잉곳의 직경은 인상 속도와 용융 실리콘의 온도를 조정하여 제어됩니다. 5인치 실리콘 웨이퍼의 경우 잉곳은 일반적으로 약 127mm(5인치)의 직경으로 성장합니다. 잉곳의 길이는 고객의 특정 요구 사항에 따라 달라질 수 있지만 일반적으로 수백 밀리미터입니다.
3단계: 잉곳 슬라이싱
단결정 실리콘 잉곳을 성장시킨 후에는 개별 웨이퍼로 잘라야 합니다. 이것은 다이아몬드 톱이나 와이어 톱을 사용하여 수행됩니다. 톱날이나 와이어는 매우 단단하고 실리콘 잉곳을 정밀하게 절단할 수 있는 다이아몬드 입자로 코팅되어 있습니다.
웨이퍼의 두께는 응용 분야에 따라 일반적으로 275~725마이크로미터입니다. 두꺼운 웨이퍼는 더 견고하고 더 높은 온도와 기계적 응력을 견딜 수 있는 반면, 더 얇은 웨이퍼는 공간이 제한된 응용 분야에 사용됩니다.
4단계: 웨이퍼 연삭 및 래핑
웨이퍼를 슬라이스하면 일반적으로 거칠고 두께가 균일하지 않습니다. 반도체 공정에 적합하게 만들려면 매끄럽고 평평한 표면을 얻기 위해 연삭하고 랩핑해야 합니다.
연삭은 웨이퍼를 회전하는 플래튼에 놓고 연삭 휠을 사용하여 거친 표면층을 제거하는 공정의 첫 번째 단계입니다. 그라인딩 휠은 실리콘 카바이드나 다이아몬드와 같은 단단한 연마재로 만들어졌으며 재료를 빠르고 균일하게 제거하도록 설계되었습니다.
연삭 후 웨이퍼를 랩핑하여 표면 조도와 평탄도를 더욱 향상시킵니다. 래핑(Lapping)은 웨이퍼를 래핑 플레이트 위에 놓고 연마 입자 슬러리를 사용하여 표면을 연마하는 공정입니다. 래핑 플레이트는 일반적으로 주철이나 구리와 같은 부드러운 재료로 만들어지며 연마 입자는 일반적으로 산화 알루미늄 또는 이산화 규소입니다.
5단계: 웨이퍼 에칭
연삭 및 래핑 후에도 웨이퍼에는 여전히 약간의 표면 손상과 오염 물질이 남아 있을 수 있습니다. 이를 제거하기 위해 화학 용액을 사용하여 웨이퍼를 에칭합니다. 에칭은 웨이퍼 표면을 화학적 에칭액과 반응시켜 선택적으로 제거하는 공정입니다.
에칭에는 크게 습식 에칭과 건식 에칭의 두 가지 유형이 있습니다. 습식 식각은 불산(HF)이나 질산(HNO₃) 등의 액체 화학 식각액을 사용해 웨이퍼 표면층을 녹이는 방식이다. 반면, 건식 식각은 염소나 불소 등 반응성 가스의 플라즈마를 이용해 웨이퍼 표면을 식각하는 방식이다.
에칭 방법의 선택은 응용 분야의 특정 요구 사항에 따라 달라집니다. 습식 에칭은 일반적으로 더 빠르고 비용 효율적이지만 정밀도가 떨어지고 웨이퍼 표면이 손상될 수 있습니다. 반면, 건식 에칭은 더 정확하고 복잡한 패턴을 에칭하는 데 사용할 수 있지만 가격이 더 비싸고 특수 장비가 필요합니다.
6단계: 웨이퍼 연마
에칭 후에는 일반적으로 웨이퍼를 연마하여 거울과 같은 표면 마감을 얻습니다. 연마는 웨이퍼를 연마 패드 위에 놓고 연마 입자 슬러리를 사용하여 남은 표면 거칠기를 제거하는 공정입니다. 연마 패드는 일반적으로 폴리우레탄과 같은 부드러운 재질로 만들어지며, 연마 입자는 일반적으로 콜로이드 실리카 또는 알루미나입니다.
연마 공정은 웨이퍼 표면이 수 나노미터 이내로 평평하고 매끄러워지도록 세심하게 제어됩니다. 표면의 불규칙성이 웨이퍼에 제조된 반도체 장치의 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이는 중요합니다.
7단계: 웨이퍼 세척 및 검사
웨이퍼가 연마되면 남아 있는 오염 물질과 입자를 제거하기 위해 세척됩니다. 세척은 일반적으로 화학 용제와 탈이온수를 함께 사용하여 수행됩니다. 그런 다음 웨이퍼를 건조시키고 긁힘, 균열 및 입자와 같은 결함이 있는지 검사합니다.
검사는 일반적으로 광학현미경, 주사전자현미경(SEM) 또는 원자력현미경(AFM)을 사용하여 수행됩니다. 이러한 기술을 통해 제조업체는 웨이퍼 표면의 결함을 높은 정밀도로 감지하고 측정할 수 있습니다. 품질 기준을 충족하지 못하는 웨이퍼는 거부되어 재활용됩니다.
8단계: 웨이퍼 포장 및 배송
웨이퍼를 검사하고 승인한 후에는 배송 중 오염과 손상을 방지하기 위해 깨끗하고 보호 가능한 환경에서 포장됩니다. 웨이퍼는 일반적으로 플라스틱 캐리어나 카세트에 배치되고 플라스틱 백이나 용기에 밀봉됩니다.
포장은 습기, 먼지, 정전기로부터 웨이퍼를 보호하도록 설계되었습니다. 또한 웨이퍼 크기, 방향 및 로트 번호에 대한 정보를 제공하는 라벨 및 표시도 포함됩니다.
웨이퍼가 포장되면 고객에게 배송할 준비가 됩니다. 웨이퍼가 목적지에 양호한 상태로 도착할 수 있도록 운송 프로세스는 신중하게 제어됩니다. 여기에는 특수 배송 컨테이너, 온도 제어 환경 및 취급 절차가 포함될 수 있습니다.
결론
결론적으로 5인치 실리콘 웨이퍼의 제조공정은 첨단 기술과 전문지식을 요구하는 복잡하고 정밀한 공정이다. 실리콘 정제부터 최종 포장 및 배송까지 공정의 각 단계는 웨이퍼의 품질과 성능을 보장하기 위해 신중하게 제어됩니다.
5인치 실리콘 웨이퍼 공급업체로서 당사는 고객의 특정 요구 사항을 충족하는 고품질 제품을 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 우리는 최신 제조 기술과 장비를 사용하여 웨이퍼의 품질과 신뢰성이 최고임을 보장합니다.
5인치 실리콘 웨이퍼 구매에 관심이 있거나 당사 제품에 대해 궁금한 점이 있으시면 언제든지 문의해 주세요. 귀하의 요구사항에 대해 기꺼이 논의하고 견적을 제공해 드리겠습니다.
5인치 실리콘 웨이퍼 외에도 당사는 다음과 같은 다양한 실리콘 웨이퍼 크기도 제공합니다.2인치 실리콘 웨이퍼(50.8mm),3인치 실리콘 웨이퍼(76.2mm), 그리고8인치 실리콘 웨이퍼(200mm). 당사의 제품은 반도체 제조, 태양전지, 미세전자기계 시스템(MEMS)을 포함한 다양한 응용 분야에 사용됩니다.
참고자료
- Sze, SM (1985). VLSI 기술. 맥그로힐.
- Wolf, S., & Tauber, RN (1986). VLSI 시대를 위한 실리콘 처리, 1권: 공정 기술. 래티스프레스.
- 마두, MJ (2002). 미세 가공의 기초: 소형화의 과학. CRC 프레스.