반도체 웨이퍼 제조

반도체 웨이퍼 제조 과정 

반도체 웨이퍼 제조의 첫 단계는 고순도의 실리콘을 얻는 것입니다. 이 과정은 매우 중요하며 여러 단계로 나뉩니다. 실리콘 정제 과정은 주로 다음과 같습니다.

1. 원료 채집

- 실리콘의 주 원료는 이산화규소(SiO₂)입니다. 이는 주로 모래나 석영에서 추출됩니다.

2. 실리콘 환원

- 이산화규소(SiO₂)를 순수한 실리콘으로 변환하기 위해 탄소와 함께 전기로에서 고온으로 가열합니다. 이 과정을 통해 순도 98% 이상의 메탈루르기컬 실리콘(Metallurgical Grade Silicon, MGS)을 얻을 수 있습니다.
- 반응식: SiO₂ + 2C → Si + 2CO

3. 트라이클로로실란(TCS) 제조

- 메탈루르기컬 실리콘을 정제하기 위해 트라이클로로실란(TCS, SiHCl₃)을 생성합니다. 이를 위해 염산(HCl)과 반응시킵니다.
- 반응식: Si + 3HCl → SiHCl₃ + H₂

4.트라이클로로실란 정제:

- 생성된 트라이클로로실란을 증류하여 불순물을 제거합니다. 이 과정은 고순도의 트라이클로로실란을 얻기 위함입니다.

 

5. 폴리실리콘 생성

- 정제된 트라이클로로실란을 다시 분해하여 고순도의 폴리실리콘을 생성합니다. 이 과정은 Siemens 공정이라 불리며, 트라이클로로실란을 고온에서 수소와 반응시켜 순수한 실리콘을 증착하는 방식입니다.
- 반응식: SiHCl₃ + H₂ → Si + 3HCl

6.단결정 실리콘 성장

- 고순도의 폴리실리콘을 사용하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시킵니다. 이 과정은 주로 Czochralski(CZ) 방법을 사용합니다.
- CZ 방법: 용융된 실리콘에 작은 단결정 씨앗을 넣고 천천히 회전시키면서 천천히 빼내어 단결정을 성장시킵니다.

 

 

이 과정을 통해 얻어진 단결정 실리콘 잉곳은 이후 웨이퍼로 절단되어 반도체 소자의 기초 재료로 사용됩니다. 실리콘 정제 과정은 웨이퍼의 품질과 성능을 결정짓는 중요한 단계입니다. 고순도의 실리콘을 얻기 위해 매우 정밀하고 철저한 관리가 필요합니다.

 

반도체 웨이퍼 제조의 두 번째 단계는 주로 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼로 절단하고 가공하는 과정입니다. 이 단계는 다음과 같은 절차를 포함합니다.

 

1.잉곳 절단

- 단결정 실리콘 잉곳을 얇은 원판 형태의 웨이퍼로 절단합니다. 이 과정은 다이아몬드 톱(blade)을 사용하여 매우 정밀하게 수행됩니다.
- 절단된 웨이퍼의 두께는 일반적으로 수백 마이크로미터(μm) 정도입니다.

2 웨이퍼 평탄화

- 절단된 웨이퍼 표면은 거칠기 때문에 이를 평탄하게 만들기 위해 연마 과정을 거칩니다. 이 과정에서는 연마재를 사용하여 웨이퍼 표면을 고르게 만듭니다.

3.웨이퍼 에칭

- 화학적 에칭을 통해 웨이퍼 표면의 미세한 결함을 제거하고, 웨이퍼를 좀 더 매끄럽게 만듭니다. 이 과정에서는 주로 강산이나 강염기를 사용합니다.

4.웨이퍼 폴리싱

- 웨이퍼의 최종 표면 처리를 위해 화학 기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 과정을 거칩니다. 이 과정은 웨이퍼 표면을 거울처럼 매끄럽고 평평하게 만듭니다.

 

5.웨이퍼 세정

- 연마 및 폴리싱 과정에서 남은 화학 물질이나 입자를 제거하기 위해 웨이퍼를 세정합니다. 이 단계는 웨이퍼의 청정도를 높이기 위해 매우 중요합니다.

6. 웨이퍼 검사 및 분류

- 제조된 웨이퍼가 규격에 맞는지 확인하기 위해 다양한 검사를 시행합니다. 두께, 평탄도, 표면 상태 등을 측정하여 품질을 평가합니다.
- 검사 결과에 따라 웨이퍼를 등급별로 분류합니다.

 

이 과정을 통해 제작된 고품질의 웨이퍼는 이후 반도체 소자 제조 공정에서 사용됩니다. 웨이퍼의 품질은 최종 반도체 소자의 성능과 신뢰성에 큰 영향을 미치므로, 이 단계에서의 정밀한 가공과 검사는 매우 중요합니다.