안녕하세요, 송송입니다. 수 많은 전문적이고 세밀한 반도체 공정들이 있지만.. 우리가 그 방대한 지식을 알기에는 턱없이 작은 뇌를 갖고 있지요. 그렇기 때문에 저희는 반도체 공정을 대표하는 8가지에 대해 알아보겠습니다.
반도체 8대 공정을 들어오기 전에, 반도체 분야를 시작하기 위한 조건 1. 진공에 대해 간단히 알아보자. << 이전 글에 간단히 설명되어 있으니 참고 바랍니다.
1. 웨이퍼란(Wafer)? : 모래에서 추출한 실리콘.. (너무 쉬움)
- 네. 이렇게 쉬운 녀석이 반도체 집적회로의 핵심재료로 사용되고 있습니다.
집적회로는 뭐에요? * 반도체 집적회로 : 다양한 기능을 처리하고 저장하기 위해 수 많은 소자를 하나의 침에 집적한 부품
→ 쉽게 말하면, 아주 작은 미세 칩에 많은 것을 처리할 수 있는 소자가 들어있단 말!(엄청나다는 뜻..)
2. 반도체 웨이퍼 명칭
- 실리콘 웨이퍼는 각 분야별, 공정별 사이즈가 상이하며, 생김새도 조금씩 차이가 있습니다.
여기서 다룰 웨이퍼는 보통 실험실이나 저희가 통상적으로 불리우는 웨이퍼로 설명드리겠습니다.
① Wafer : 원형의 판
② Die : 전자 회로가 집적되어있는 IC 칩
③ Scribe line : Die와 Die 사이의 간격
④ Flat zone : wafer의 구조를 구별하기 위
한 영역
⑤ Notch : Flat zone보다 많은 Die 가능
위 그림과 같은 모양으로, 상기 기판 위에 네모난 Die가 존재합니다. 이 Die가 많을수록 만들 수 있는 반도체 칩이 많아지겠죠?? 그렇기 때문에 보통 양산에 들어가는 웨이퍼들은 무지막지하게 큽니다. 웨이퍼 한판에 아주 작은 Die(IC칩)들이 제 역할을 하고 있습니다.
그러나, 실제로는 웨이퍼 한판에 모든 칩이 성공적으로 작동하진 않습니다. 당장 우리나가 최고인 삼성, SK Hynix 등 수율이 어쩌구 저쩌구 하는 기사들을 보셨을 수도 있습니다. 여기서 말하는 수율이란, 바로 생산한 칩들 중 얼마만큼의 칩이 정상 작동하는가에 대한 척도입니다.
* 쉽게 이해해봅시다. 웨이퍼 1개에 8개의 칩을 생산했다. 그 중 4개가 불량이다. 수율은?? → 50%
이걸 이해못했다면.. 반도체 분야는 나의 길이 아니다. 도망가자.
뭐, 아무튼 아무리 좋은 공정 기술을 갖고 있다고 해도 불량은 어쩔수 없이 생기기 마련이다. 그렇기 때문에 불량을 줄이기 위한 대기업들의 피 터지는 머리싸움이 시작되고 있는 것이다.
그럼 웨이퍼는 어떻게 만들어지는 것인가?
3. 다결정 실리콘 제조
- 순수한 다결정 실리콘을 얻기 위해서는 모래와 탄소가 필요하다.
- 모래(SiO2)와 탄소(C)에 열을 가한다.
- 일산화탄소(CO)와 SiO가 기체가 되어 날아간다.
- 모래(SiO2)에 있던 산소(O)가 없어지고 Si만 남는다.
* 이 과정을 거쳐도 불순물이 존재한다. 모래 = 규소(SiO2) 너무 당연하고 당연한 이야기. 넘어가겠다..
- 모래(SiO2)에서 추출한 실리콘(Si)의 불순물을 제거하기 위해 실리콘(Si)에 염산(HCl)을 섞는다.
- 실리콘(Si)이 염산(HCl)에 녹고 SiHCl3로 화학반응 후 열을 가해 수소(H2)를 날린다.
- 액체 상태인 SiHCl3만 남게된다.
- 그 후 열을 가해 증발시킨다.
- 기체 상태인 SiHCl3를 다시 수소(H2)와 반응시켜 염산(HCl) 기체는 날아가고 순수 실리콘(Si)만 쌓이게 된다.
* Why? 공정 전 고체 실리콘 사이사이 남아있는 불순물을 실리콘을 기화시킨 후 다시 뭉치면서 불순물을 제거
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대표적인 실리콘 Wafer를 만드는 법은 실리콘 덩어리를 잉곳으로 뽑아 짤라 쓰고 있다.
다음 장에 이어서 Wafer 잉곳 형성 방법을 소개해드리도록 하겠습니다~
# 쵸크랄스키 공법(Czochralski method), # 플로팅 존 공법(Float-zone method)
반도체 8대 공정에서 Wafer에 대한 이야기는 가장 기본적이고 별거 아닌듯 넘어가는 단계이다. 실상 대한민국에서 웨이퍼를 제작하고 가공해서 판매하고 있는것은 SK 실트론이 거의 독점에 가까운 실적을 내고 있으며, 나머지 중견(중소) 기업들이 뒤를 따라가고 있다. 번외로 일본이 웨이퍼를 잘 만든다고 한다..
2023년 올해 상, 하반기는 반도체 시장이 크게 하락장이다. 재작년, 작년에 호황기를 겪으면서 생산했던 재고들이 악성재고로 남아있기 떄문인듯 싶네요..
모두 힘내봅시다!! 파이팅