웨이퍼는 모래판이 아니다
1굳힌 판이 아니라 썬 조각
웨이퍼는 모래를 녹여 굳힌 판이 아니에요. 통째로 키운 결정 하나를 얇게 썬 거예요.
2열한 개의 9까지 거른다
모래(석영)에서 뽑은 실리콘을 화학적으로 걸러 99.999999999% 순도까지 끌어올려요.
3가는 목에 매달려 자란다
이 결정은 굵기 몇 mm짜리 목 하나에 매달려 자라요. 왜 그런지는 뒤에서 나와요.
4녹인 실리콘에 씨앗을 담근다
도가니에서 약 1,412℃로 녹인 실리콘에 작은 단결정 씨앗을 살짝 담가요.
5돌리며 끌어올리면 같은 줄로 굳는다
천천히 돌리며 끌어올리면 원자들이 씨앗과 같은 줄로 붙으며 굳어요. 이 방법이 초크랄스키법이에요.
6일부러 가늘게 뽑는다
처음엔 일부러 가늘게 뽑아요. 결정 속 어긋남(전위)이 가는 목 옆으로 빠져나가 여기서 끊겨요.
7가는 목이 덩어리를 버틴다
그 가는 목이 길이 약 2m, 무게 수백 kg짜리 덩어리(잉곳)를 받쳐요.
8썰고, 갈고, 닦아 거울로
철사 톱으로 썰고, 평평하게 갈고, 화학작용으로 다듬고, 닦으면 두께 0.775mm 거울면 웨이퍼가 돼요.
9작은 홈은 방향 표시
지름 300mm 웨이퍼 가장자리의 작은 홈(노치)은 원자가 줄 선 방향을 알려 주는 표시예요.
통햄을 썰면 모든 조각이 같은 속살이죠. 웨이퍼도 통째로 키운 결정 하나를 썬 것이라 어느 조각이나 같은 결정이에요.
씨앗 결정은 줄 맞춰 선 행렬의 맨 앞 사람 같아요. 녹은 실리콘의 원자들이 그 줄에 맞춰 뒤따라 붙으면서 굳어요.
가는 목은 '줄이 틀어진 사람'을 옆으로 빼내는 길목이에요. 틀어진 줄이 거기서 끊기고, 그 아래로는 바른 줄만 이어져요.
- 웨이퍼가 거의 결함 없는 하나의 단결정이라서, 그 위에 다음 공정들이 회로를 한 층씩 새길 수 있어요.
- 한 장 위에 같은 칩 여러 개를 한꺼번에 만들기 때문에, 판이 고르고 평평할수록 모든 칩의 바탕이 좋아져요. 지금 폰 속 칩도 이런 결정 한 조각 위에서 시작해요.
해외 회사는 업계에 널리 알려진 대표 업체를 골랐고, 국내 회사는 이번 영상 자료에 나온 곳만 적었습니다. 회사 소개일 뿐 투자 추천이 아닙니다.
더 깊이 — 원문 요약·용어 정리·출처
반도체 원판, 웨이퍼는 모래를 녹여 굳힌 판이 아닙니다. 씨앗 하나에서 통째로 키운 길이 2m짜리 단결정 덩어리를 얇게 썰어 0.775mm 두께로 다듬은 것이고, 그 덩어리는 굵기 몇 밀리미터의 목에 매달려 자랍니다.
- 웨이퍼는 모래를 굳힌 판이 아니라, 통째로 키운 결정 하나를 얇게 썬 것입니다
- 모래 속 규소를 걸러 순도를 99.999999999%(9가 열한 개)까지 끌어올립니다
- 이 결정은 굵기 몇 밀리미터짜리 목 하나에 매달려 자랍니다
- 1,400℃ 넘게 녹인 실리콘에 작은 씨앗 결정을 살짝 담급니다
- 돌리며 천천히 끌어올리면 원자들이 씨앗과 같은 줄로 붙으며 굳습니다
- 처음엔 일부러 가늘게 뽑아(목), 결정 속 어긋남(전위)을 여기서 끊어 냅니다
- 그 가는 목이 길이 2m, 무게 수백 kg 덩어리(잉곳)를 버팁니다
- 철사 톱으로 썰어, 두께 0.775mm까지 갈고(래핑), 녹여 다듬고(에칭), 닦아서(폴리싱) 거울로 만들면 지름 300mm 웨이퍼가 됩니다. 0.775mm는 이 공정을 다 거친 완성 웨이퍼 두께(SEMI M1)입니다
- 가장자리 작은 홈(노치)은 원자가 줄 선 방향을 알려 주는 표시입니다
웨이퍼는 처음부터 끝까지 원자 배열이 하나로 이어진 단결정입니다. 그래서 녹인 실리콘에 씨앗을 담가 그 배열을 그대로 따라 자라게 하고, 처음 생긴 결정 어긋남은 가는 목에서 바깥으로 빠져나가게 해 끊습니다.
이렇게 키운 잉곳을 썰고 갈고 닦아 거울처럼 평평하게 만든 판 위에, 다음 공정들이 회로를 한 층씩 새깁니다.
지금 쥔 폰 속 칩도, 이런 결정 한 조각 위에 새겨진 것입니다.
- 웨이퍼
- 반도체 회로를 새기는 얇은 원판입니다. 지금 주력은 지름 300mm, 두께 775µm(0.775mm)로 국제 규격(SEMI M1)에 정해져 있습니다. 한 장 위에 같은 칩 여러 개를 한꺼번에 만듭니다.
- 단결정
- 덩어리 전체에서 원자 배열이 한 방향으로 끊김 없이 이어진 결정입니다. 웨이퍼는 거의 결함 없는 단결정으로 만듭니다.
- 폴리실리콘(다결정 실리콘)
- 모래(석영)에서 뽑은 98~99% 실리콘을 화학적으로 정제해 만든 고순도 원료입니다. 반도체용은 99.999999999%(11N) 순도입니다. 이것을 녹여 단결정을 키웁니다.
- 초크랄스키법(CZ법)
- 석영 도가니에서 약 1,412℃로 녹인 실리콘에 단결정 씨앗을 담그고, 돌리면서 천천히 끌어올려 단결정 덩어리를 키우는 방법입니다. 지름 300mm 웨이퍼용 결정이 이 방법으로 자랍니다.
- 목(대시 넥)
- 씨앗을 담글 때 생긴 결정 어긋남(전위)을 없애려고, 처음에 결정을 일부러 몇 mm 굵기로 가늘게 뽑는 부분입니다. 어긋남이 가는 목의 옆면으로 빠져나가 그 아래는 깨끗하게 자랍니다. 무거운 결정은 이 목이 무게를 받쳐야 해서, 300kg 넘는 결정에는 더 굵은 목이 필요합니다.
- 잉곳
- 다 자란 단결정 덩어리입니다. 지름 300mm용은 길이 약 2m, 무게 수백 kg에 이릅니다.
- 와이어 소잉·래핑·에칭·폴리싱
- 잉곳을 철사 톱으로 낱장으로 썰고(와이어 소잉), 표면을 평평하게 갈고(래핑), 가공 손상을 화학작용으로 녹여 없애고(에칭), 미세 굴곡까지 닦아 거울면으로 만드는(폴리싱) 공정입니다.
- 노치
- 300mm 웨이퍼 가장자리의 작은 V자 홈(깊이 약 1mm)입니다. 웨이퍼의 결정 방향을 알려 주는 표시입니다.
모래가 웨이퍼가 되기까지는 여러 단계를 거쳐요.
모래를 약 2,000도에서 탄소로 환원하면 순도 98~99%의 금속급 실리콘이 나와요.
이걸 염산과 반응시켜 트리클로로실란을 만들고 증류로 정제해요. 실리콘은 약 1,412도에서 녹아요.
결정 목은 보통 3mm 이하인데, 300kg 넘는 결정은 최소 4.5mm가 필요해요.
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상
▶ 영상