우리가 반도체 하면 흔히 떠올리는 이 웨이퍼는 어떻게 만들어지는 것일까?
저렇게 판때기 하나만 보면 저게 뭔가 싶지만, 저거 사실 실리콘이다
자 그러면 저걸 어떻게 만드는지 간단하게 한 번 알아보자
첫 번째로, 웨이퍼를 만들기 위해서는 커다란 잉곳(주괴)이 필요한데,
이 잉곳은 쵸크랄스키 공법이라는 것으로 만들게 된다.
간단하게 설명하면
1. 실리콘 주괴를 도가니에 담아 녹인 후
2. 시드(seed)를 넣어서 천천히 회전시킨다
3. 그다음 회전시키며 천천히 끌어올린다
4. 잉곳 완성
보통 도가니는 석영 그릇으로 만들고
흡열재는 탄소로 만든다고 하는데 잘 모르겠다.
이 방법은 1930년도에 얀 초크랄스키라는 폴란드 화학자가 발명해 낸 것으로,
그의 이름을 따 초크랄스키 공법이라 명명되었다
아무튼 이러한 과정을 통해 우리는 실리콘 잉곳을 얻게 되는데
이러한 실리콘 잉곳을 얻게 되면, 다이아몬드 톱으로 얇게 썬다.
그다음 썰어낸 면을 화학적 공정을 통해 다듬으면 반도체에 쓸 수 있는 웨이퍼가 나오게 된다.
다만 이 웨이퍼는 정말 아무것도 없는 판때기 그 자체로,
이것을 전자장비에 쓰려면 더 복잡한 공정이 필요하다.
쉽게 설명하기 위해 그림을 가져왔다.
하나씩 한 번 보도록 하자.
1. 웨이퍼
앞에서 설명한 대로 초크랄스키 공법을 통해 만든다
2. Material oxidation
웨이퍼를 보호하기 위한 층을 덮는다. 불순물이 침입하거나 전류가 새어나가는 것을 막는다.
3. 리소그래피(석판 인쇄)
증착을 통해 웨이퍼에 타겟 물질을 바른다.
이 증착 과정에서 전자빔을 통해 물질을 녹여서 웨이퍼에 물질을 바르게 되는데
이때 웨이퍼의 결정 방향과 증착 물질의 결정 방향이 동일하게 증착된다.
그다음 포토레지스트(감광제)를 바르고,
UV 라이트를 통과시키지 않는 패턴을 가진 마스크를 덮은 뒤, UV 라이트를 쏘아서
패턴 모양대로 남기고 나머지는 녹여서 일정한 모양을 만든다.
그다음에 에칭 과정을 통해 썰어내고, 포토레지스트(감광제)를 씻어내면 타겟 물질만이 패턴화 되어 남게된다.
4. 도핑
순수한 실리콘 웨이퍼는 전도성이 매우 낮기 때문에
전류가 잘 흐를 수 없다.
그렇기 때문에 가전자를 함유하고 있는 불순물들을 도핑하여
전류가 더 잘 흐를 수 있도록 만들어준다
5. Metalization
웨이퍼에 전선을 까는 과정이다
쉽게 말하면 회로를 그린다고 보면 된다.
6. 다이싱
칩에 넣기 위해 자르는 과정이다.
7. 패키징
우리가 흔히 말하는 칩이 탄생하는 단계이다
칩을 보호 껍질로 싸고 다리나 선을 만들어서 실용적으로 쓰기 위해 최종적으로 수행하는 단계이다
이러한 과정을 거치면 우리가 쓰는 회로 칩이 만들어지게 된다.
