[공부]Wafer ingot제조

Wafer ingot제조

 

이번 시간에는 반도체 공정에서 시작부분인 Si ingot에 대해서 알아볼게요!

 

Si ingot(실리콘 심정)은 실리콘 반도체 제조 과정에서 사용되는 초기 소재입니다.

이는 실리콘 웨이퍼를 만들기 위한 기반이 되는 실리콘 블록 또는 심정 형태의 원료를 말해요!

 

Si ingot 은 고순도 실리콘 소재로 제작되며, 주로 실리콘 블록 형태로 공급해요. 실리콘은 지구의 껍질에서 가장 풍부하게 존재하는 원소 중 하나이며, 반도체 제조에서 주로 사용됩니다. Si ingot은 CZ(Czochralski) 방법이나 FZ(Floating Zone) 방법과 같은 웨이퍼 제조 공정에서 사용됩니다. 초기에는 고순도의 실리콘 심정을 사용하여 반도체 웨이퍼를 형성하기 위해 다양한 공정 단계를 거치게 됩니다. 이러한 공정 단계를 통해 실리콘 심정은 결정화되고, 연삭과 연마를 통해 반도체 웨이퍼 형태로 가공됩니다!

 

CZ방법과 FZ 방법에 대해서 알아볼게요!

 

• CZ 방법 (Czochralski Method): CZ 방법은 실리콘의 단결정(Single Crystal) 웨이퍼를 제조하는 가장 널리 사용되는 방법입니다.

 

• 장비 및 공정:

1. 실리콘 조각의 초기 소재로서 실리콘 심정(Si Ingot)을 사용합니다.
2. 실리콘 심정을 특수한 형태로 연마한 후, 합금한 특수한 소재인 시드 크리스탈을 심정 상단에 고정시킵니다.
3. 실리콘 심정과 시드 크리스탈을 천천히 회전시키면서 고온 용융된 실리콘 용액을 심정에 주입합니다.
4. 실리콘 용액을 냉각시켜 실리콘 결정이 심정 위에 형성되도록 합니다.
5. 결정이 형성되면 실리콘 심정과 결정 사이에서 천천히 분리시키고, 결정을 웨이퍼 형태로 연삭 및 연마합니다.

 

• 특징:

1. CZ 방법은 대량 생산에 적합하며, 비교적 낮은 비용으로 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있습니다.
2. 그러나 CZ 방법으로 제조된 웨이퍼는 결정화결함 (crystal defects) 이 존재할 수 있습니다.
3. 결정의 지름이 커질수록, 과정 중 생길 수 있는 결정화결함이 더욱 증가할 수 있습니다.

 

• FZ 방법 (Floating Zone Method): FZ 방법은 더욱 고순도의 실리콘 웨이퍼를 얻기 위해 사용되는 방법입니다. CZ 방법에 비해 고급 공정이며, 고성능 반도체 소자에 사용되는 고순도 웨이퍼를 제조하기 위해 선택됩니다.

 

• 장비 및 공정:

1. 초기 소재로 실리콘 심정을 사용하며, 심정을 특정한 구조로 제작합니다.
2. 실리콘 심정을 회전시키면서 높은 주파수의 교류 전자기장을 가하는 가열 장치를 사용합니다.
3. 실리콘 심정을 가열하여 심정에서 고순도의 실리콘을 용융시킵니다.
4. 실리콘 심정의 일부를 양극으로 만들어 융해된 실리콘을 증발시킵니다.
5. 증발된 실리콘이 심정 상단으로 떠오르면서 결정이 형성됩니다.
6. 결정이 형성되면 실리콘 심정과 결정 사이에서 분리시키고, 결정을 웨이퍼 형태로 연삭 및 연마합니다.

• 특징:

1. FZ 방법은 고순도의 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있어, 고성능 반도체 제조에 적합합니다.
2. CZ 방법에 비해 고온 프로세스와 복잡한 장비가 필요하여 제조 비용이 높을 수 있습니다.
3. 결정의 지름이 작을수록, 고순도의 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있습니다.
4. CZ 방법과 FZ 방법은 실리콘 웨이퍼 제조 과정에서 가장 널리 사용되는 방법입니다. 선택하는 방법은 제조하는 웨이퍼의 순도 요구 사항, 제품 성능 요구 사항, 제조 비용 등에 따라 달라질 수 있습니다.

이러한 방법으로 Si ingot을 제조하고, ingot을 잘라내면 우리가 볼 수 있는 Wafer가 만들어진다고 해요!

저렴하고 대량생산이 가능한 CZ방법과, 고순도와 전력용 반도체로 사용할 수 있는 FZ을 알아보았습니다.

 

면접공부하면서 하나하나 학습해나가요!