.. 차니쓰 리서치

CHANESS RESEARCH

연마액은 모래가 아니다

반도체 · 소재 · 2026-10-27 · 유튜브 주식을 요리하다

칩 표면을 평평하게 가는 '연마액(슬러리)' 이야기예요. 핵심은 두 가지 — 세리아 알갱이가 막을 화학 결합으로 붙잡아 뜯어낸다는 것, 그리고 첨가제 덕분에 멈춰야 할 층 앞에서 갈기가 멈춘다는 것.

한눈에 흐름

도랑 파기→산화막 채우기→세리아 연마→질화막에서 멈춤

도랑을 산화막으로 채우면 도랑 밖까지 막이 넘쳐요. 그 넘친 막을 세리아 연마액으로 갈아 내다가, 질화막 멈춤층을 만나면 갈기가 멈춥니다.

30초 이해

이게 뭔가요?물에 아주 작은 연마 알갱이(세리아·실리카)와 첨가제를 섞은 액체예요. 업계에서는 보통 '슬러리'라고 불러요.

뭐가 어렵나요?넘친 산화막은 잘 갈아 내야 하고, 그 밑의 질화막 멈춤층은 거의 안 깎여야 해요. 두 가지를 한 액체로 해내야 하죠.

어떻게 푸나요?세리아는 산화막을 화학 결합으로 붙잡아 뜯어내고, 첨가제는 질화막에 달라붙어 알갱이가 잡을 자리를 막아요.

장면으로 따라가기

옆으로 넘겨 보세요 → (9장면)

1연마액은 모래가 아니다

세리아는 그냥 긁는 게 아니라 막을 붙잡아 뜯어내요. 그리고 멈춰야 할 층 앞에서는 알아서 멈춰요.

2칩 맨 아래의 도랑

실리콘 바닥에는 트랜지스터끼리 전기가 새지 않게 판 도랑(트렌치)이 있어요.

3채우면 넘친다

도랑을 산화막으로 채우면 도랑 밖까지 막이 넘치게 덮여요. 이 넘친 막을 걷어 내는 게 연마(CMP)예요.

4머리카락의 천분의 일 알갱이

막을 가는 연마 알갱이는 지름이 약 100nm예요. 머리카락 굵기의 1/1000쯤이죠.

5적게 넣어도 잘 간다

실리카 연마액은 알갱이를 무게로 10% 넘게 넣는데, 세리아는 1%도 안 넣어도 돼요.

6산화막을 꽉 붙잡는 세리아

세리아 표면이 산화막과 화학 결합(Ce-O-Si)을 만들어 꽉 붙잡아요. 이걸 '화학적 이빨'이라고 불러요.

7막 조각째 뜯겨 나간다

그 결합이 막 속 결합보다 세서, 패드가 밀면 붙잡힌 막이 조각째 떨어져요. 분자 하나씩 떨어진다는 설명도 있어요.

8질화막이 드러나면 첨가제가 막는다

막이 다 뜯기면 질화막이 드러나요. 첨가제가 거기 달라붙어 알갱이가 잡을 자리를 막아요.

9백 배 넘게 느리게 깎아 멈춘다

좋은 연마액은 질화막을 산화막보다 100배 넘게 느리게 깎아요. 그래서 갈기가 거기서 멈춰요.

비유로 이해하기

💡 벽에 붙은 스티커를 테이프로 떼 보세요

스티커를 손톱으로 긁으면 힘만 들죠. 그런데 접착력이 센 테이프를 붙였다 떼면 스티커가 통째로 딸려 와요.

세리아가 하는 일이 그 테이프예요. 세리아와 산화막 사이의 결합(Ce-O-Si)이 막 속 결합(Si-O-Si)보다 세서, 알갱이가 움직일 때 막을 끌고 떨어져요.

질화막 쪽은 첨가제가 먼지처럼 덮어서 테이프가 붙을 자리를 막아요. 그래서 거기서는 거의 안 떨어지죠.

숫자로 보기

약 100nm연마 알갱이 하나의 크기 — 머리카락 굵기(약 0.1mm)의 1/1000쯤

10% 넘게 → 1% 미만알갱이를 넣는 양(무게 기준). 실리카 연마액은 10% 넘게 넣고, 세리아는 1%도 안 넣어도 돼요

100배 넘게좋은 연마액이 질화막을 산화막보다 느리게 깎는 정도(선택비). 첨가제가 맞지 않으면 훨씬 낮아요

산업에서 왜 중요한가

도랑을 얼마나 평평하고 깔끔하게 채우느냐에 따라 트랜지스터들이 서로 잘 갈라져요. 폰 칩 속 트랜지스터도 이렇게 갈아 낸 도랑으로 나뉘어 있어요.
알갱이 때문에 표면이 긁히면 수율이 떨어질 수 있어서, 큰 알갱이는 장비에 들어가기 바로 앞에서 필터로 걸러요. 너무 오래 갈면 도랑 속 산화막이 오목하게 파이니, 멈추는 지점도 중요해요.

누가 만드나

세계 큰손 (해외)

Entegris (미국)CMP 슬러리와 관련 소재를 만드는 대표 업체

Fujifilm (일본)반도체용 CMP 슬러리를 공급하는 업체

Resonac (일본)세리아 계열을 포함한 CMP 슬러리로 알려진 소재 업체

국내

케이씨텍CMP 장비를 만들고, 갈아 내는 데 쓰는 슬러리도 함께 하는 회사

솔브레인CMP 슬러리를 만드는 회사

SKCCMP 슬러리를 만드는 회사

해외 회사는 업계에 널리 알려진 대표 업체를 골랐고, 국내 회사는 차니쓰 리서치 소부장 글에 슬러리와 관련해 나온 곳만 적었습니다. 회사 소개일 뿐 투자 추천이 아닙니다.

영상으로 보기

YouTube에서 보기 ↗

더 깊이 — 원문 요약·용어 정리·출처

반도체를 평평하게 가는 연마액(슬러리)은 모래처럼 긁기만 하지 않습니다. 세리아 알갱이가 산화막을 화학 결합으로 붙잡아 뜯어내고, 멈춰야 할 층 앞에선 첨가제 덕분에 알아서 멈춥니다. 그 과정을 3D로 원자 크기까지 열어 봤습니다.

영상에서 보는 것

세리아 알갱이는 막을 붙잡아 뜯어내고, 멈춰야 할 층 앞에서 멈춥니다
칩 맨 아래에는 트랜지스터끼리 전기가 새지 않게 판 도랑(트렌치)이 있습니다
도랑을 산화막으로 채우면 도랑 밖까지 넘치게 덮입니다
이 막을 가는 세리아 알갱이는 약 100nm, 머리카락 굵기(약 0.1mm)의 1/1000쯤입니다
실리카 연마액은 알갱이를 무게로 10% 넘게 넣지만, 세리아는 1%도 안 넣어도 됩니다
세리아 표면이 산화막과 Ce-O-Si 결합을 만들어 꽉 붙잡습니다
이 결합이 막 속 결합보다 세서, 패드가 밀면 막 조각째 뜯겨 나갑니다
막이 다 뜯기면 질화막이 드러나고, 첨가제가 질화막에 달라붙어 알갱이가 잡을 자리를 막습니다
좋은 연마액은 질화막을 100배 넘게 느리게 깎아, 갈기가 거기서 멈춥니다

핵심 요약

CMP 연마액은 물에 아주 작은 연마 알갱이와 첨가제를 섞은 액체입니다.

세리아 알갱이는 산화막과 화학적으로 결합해 막을 끌고 떨어지기 때문에(화학적 이빨), 실리카보다 훨씬 적은 양으로도 잘 갑니다.

첨가제가 질화막만 덮어서, 산화막은 갈리고 질화막에서 갈기가 멈춥니다.

용어 정리

CMP(화학적 기계 연마): 웨이퍼를 갈 면이 아래로 가게 캐리어에 붙여 돌아가는 패드에 눌러 대고, 연마액을 흘리며 표면을 평평하게 가는 공정입니다. 웨이퍼와 패드 사이에 낀 알갱이가 표면을 깎습니다.
연마액(슬러리): 물에 연마 알갱이(세리아·실리카)와 첨가제를 섞은 액체입니다. 업계에서는 보통 슬러리라고 부릅니다.
STI(얕은 도랑 소자 분리): 실리콘 바닥에 트랜지스터 자리 둘레로 도랑을 파고 절연막으로 채워, 소자끼리 전기적으로 떼어 놓는 방법입니다. 도랑을 채우는 동안 도랑 밖에도 산화막이 쌓여서, 이 넘친 막을 CMP로 걷어 냅니다.
질화막(멈춤층): 도랑 밖 실리콘 위에 깔아 두는 아주 얇은 질화규소 막입니다. 평탄화 중 밑면 손상을 막고, 넘친 산화막을 걷은 뒤 따로 벗겨 냅니다.
세리아(산화세륨): 세리아 알갱이 표면의 Ce-OH가 산화막 표면과 반응해 Ce-O-Si 결합을 만듭니다. 이 결합이 막 속 Si-O-Si 결합보다 강해서 알갱이가 움직일 때 막을 끌고 떨어집니다.
선택비: 산화막이 깎이는 속도를 질화막이 깎이는 속도로 나눈 값입니다. 글루탐산·피콜린산 같은 첨가제를 넣은 세리아 연마액에서 100이 넘는 선택비가 보고됐습니다. 첨가제가 맞지 않으면 훨씬 낮아집니다.

※ 영상 속 도랑 깊이와 폭, 막 두께, 알갱이 모양, 원자 배치와 결합선은 원리를 보여 주는 그림입니다. 막이 떨어지는 단위는 연구마다 달라, 분자 하나씩 떨어진다는 설명도 있습니다.

영상에서 못 다 한 얘기

연마 알갱이는 장점만 있지 않아서, 표면을 긁어 수율을 깎을 수도 있습니다.

특히 시판 세리아 슬러리에는 크거나 찌그러진 알갱이가 섞여 있어 이런 결함을 더 잘 냅니다.

그래서 연마액이 장비에 들어가기 바로 앞에 필터를 달아 큰 알갱이를 거릅니다.

멈추는 지점도 중요합니다. 너무 오래 갈면 도랑 속 산화막이 오목하게 파이는 디싱이 커집니다.

그래서 질화막이 거의 안 깎이는 연마액이 필요합니다.

출처

R. Srinivasan, P. V. R. Dandu, S. V. Babu 「Shallow Trench Isolation Chemical Mechanical Planarization: A Review」 ECS Journal of Solid State Science and Technology 4(11) P5029 (2015), J.-Y. Lai MIT 박사학위논문 1장(2001). 기준일 2026년 10월 20일. 궁금해질 다음 질문: 다 쓴 연마액과 갈려 나온 막 찌꺼기는 어디로 갈까요? 반도체 공장 속 물건을 3D 단면으로 하나씩 열어 봅니다. 다음 물건이 궁금하면 구독해 두세요.

같은 산업(반도체) 다른 편