안녕하세요, 송송입니다. 저번 시간에 Si wafer에 대해 간단히 정리해보았습니다. 이번 시간엔 우리가 마주할 얇은 Si wafer 판을 만들기 위한 방법에 대해 알아보겠습니다.
먼저, Si wafer를 만들기 위해서는 Si 잉곳을 만들고 제작된 잉곳을 커팅하여 판매하고 있습니다. 다른 방법들로도 웨이퍼를 제작할 수 있습니다.. 그러나, 기업 입장에서 가장 중요한것은 무엇일까요?? 바로 시간과 돈!! 시간 절약과 돈 절약을 하면서도 수율이 높고 단가를 후려칠수 있는 아주 좋은것은 대량 생산입니다. 이와 같이 Si wafer를 대량 생산할 수 있는 방법을 소개해드리겠습니다~
1. 쵸크랄스키 공법(Czochralski method)
- 실리콘 seed를 녹아있는 실리콘 용액 표면에 접촉시킨 후, 실리콘 Seed를 회전하며 끌어올리는 방식.
이때, 고상-액상 사이의 계면이 냉각되며 잉곳을 형성함
* 장점 : 장비 구조 간단 / 큰 직경의 단결정 봉 성장 가능 / 낮은 저항 값을 얻기 위한 불순물 주입 용이(도핑 가능) /
다양한 형태의 단결정 실리콘 덩어리 사용 가능
→ 말씀드렸듯, 기업 입장에서는 간단하면서 대량 생산가능한것이 최고!!
단점 : 높은 성장 온도로 인해 석영 도가니가 천천히 침식당함 → 붕소 및 인과 같은 기타 금속 등 분술물이 혼합됨
산소가 석영 도가니로부터 단결정과 함께 존재하여 매우 높은 비저항을 갖는 실리콘 단결정 성장 어려움
→ 최고의 품질 기대하긴 어렵다..
2. 플로팅 존 공법(Float-zone method)
- 다결정 실리콘 주입봉을 사용함.
1) 다결정 실리콘 용율
2) 주입봉의 밑부분이 용융되면서 액체 상태의 실리콘 생성
3) 아래의 단결정 실리콘(Seed)는 아래에서부터 올라오며 액체 상태인 실리콘과 접촉함
4) 단결정 실리콘(Seed)를 아래로 다시 내려줌과 동시에 주입봉을 내려 꾸준히 용융시킴
* 장점 : 쵸크랄스키 공법과는 달리, 도가니를 사용하지 않기 때문에 불순물에 의한 오염이 없음
초크랄스키 공법보다 더 높은 순도를 가진 잉곳 제작 가능
단점 : 봉 크기를 결정하기 어려움 / 가격이 비쌈...
→ 세상의 이치!! @ 품질이 좋으면 비싸다..
▶ 이렇게 제작된 Si 잉곳들은 이런 상태로 나온다.
제작된 잉곳을 이제 얇은 판으로 커팅을 해줘야한다. (글라인딩 또는 슬라이싱 공정)
위 그림을 자세히 보면 완전한 원형 모양이 아닌, 한 쪽 면을 평평하게 만들어준게 보이는데 이게 바로 Flat zone이다.
이는 웨이퍼의 구분을 할 수 있게끔 하기 위해 설계되어 있다.
Flat zone 또는 Notch를 만들어 웨이퍼를 구분한다.
얇게 짤린 실리콘 웨이퍼는 이제 우리가 아는 얇은 기판으로 되어있을 것이다.
그러나, 아무리 정밀한 기계적 커팅 과정을 거친다 하더라도, 육안으로는 매끄러울지 몰라도 미세구조적으로는 매우 거칠다.
그렇기 때문에 바로 Lapping 공정을 거쳐야한다.
What is Lapping?
- 평탄도가 좋은 정반에 웨이퍼를 꽉 눌러준 후, 연마제를 이용하여 웨이퍼 표면의 돌출 부분이나 부수러기들을 제거한다.
- 이후 Polishing 공정으로 간다.
What is CMP(Chemical Mechanical Polishing)?
- 가끔은 전공 용어에 대해 이해할때, 한국어로 되어있는 말보다 영어로 읽었을 때 더 잘 이해가는 것들이 있다. 바로 CMP도 그 예중 하나이다.
말 그대로 화학적 요소와 물리적 요소를 결합한 폴리싱 공정이며, 웨이퍼 표면을 연마하여 매끈하게 만드는 역할을 한다.
* 화학적 요소 : 물리적 폴리싱 후 웨이퍼 표면에 생긴 스크래치들을 보완하기 위해 연마 Slurry를 접촉면에 분포시켜 폴리싱 진행
물리적 요소 : 초기 웨이퍼의 거친 표면을 패드(샌드페이퍼)를 이용하여 평탄화 한다.
→ 폴리싱 공정은 어느 공정에서도 공통적으로 널리 사용되고 있기 때문에 꼭 알아두자.
폴리싱 기기가 없거나 귀찮다면 외주로 맡기기도 한다.. (진우테크 짱짱)
폴리싱 공정까지 끝난 웨이퍼들은 남아있는 잔류물질을 제거하면 정말 END.!
웨이퍼 세정 방식은 기업마다 자신만의 레시피를 갖고 있습니다. 전문적 레시피들은 우리 같은 일반인은 알 수 없기 때문에 정말 누구나 알 수 있는 간단한 방법들만 소개해드릴게요.
1) DIP 방식(Batch Type)
- 세정액 또는 DI water에 웨이퍼를 담가 세척하는 방법
- 이 방식은 1 Batch에 많은 양을 처리할 수 있음!
2) Spray 방식(Single Type)
- 회전하는 웨이퍼에 액체 또는 기체 형태의 화학물질을 분사시켜 불순물 제거하는 방식
→ 수 나노 스케일 공정과 같이 초미세화 되고 있기 때문에 아주 미세한 불순물도 용납할 수 없어요!
그렇기 때문에 현재 사용하고 있는 세정 공정은 지금 소개한 방법과 같이 대중적이고, 간단하지 않습니다. 많게는 10개가 넘는 세정 과정을 거친 후에야 완성됩니다.
* 자세한 사항은 대외비~~
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반도체 8대 공정 중 전공정에 해당하는 웨이퍼 공정! 정말 간단하게 알아보았습니다.
제가 올리는 지식들은 모두 반도체 분야에 종사하고자 하는 학부생들 또는 이쪽 분야로 가고자하는 꿈나무들이 보았으면 좋겠네요.. 심화 과정에 관해서는 거의 언급하지 않고 있기 때문에 기본정도만 알고 가실게요~
전문 지식은 대.학.원.에 진학해보시죠~