웨이퍼 제조 설비 및 제조공정 공부

웨이퍼 제조 설비 (Wafer Fab)

ULSI급 IC 제조공정에서는 사람의 노출을 제한하고 고순도 화확재료와 유틸리티, 그리고 특별한 웨이퍼 취급공정이 필요하게 된다. 웨이퍼는 일반적으로 450단계나 그 이상의 단계를 거치면서 완성되는데 2~3달의 기간이 걸린다. 제조공정의 마지막 단계에서는 개별적인 칩들을 전체 웨이퍼에서 분리시키고 패키지를 준비하여 최종 생산품을 만들게 된다.

IC제조의 단계 (Stage of IC Fabrication)

마이크로 침 제조는 그림 1-6에 표시된것처럼 다섯 단계의 제조공정으로 구성된다.

• 웨이퍼 준비 (Wafer Preparation)
• 웨이퍼 제조 (Wafer Fabrication)
• 웨이퍼 시험 및 정렬 (Test/Sort)
• 조립 및 패키징 (Assembly and Packaging)
• 최종검사 (Final Test)

직접회로 제조공정

실리콘 웨이퍼의 준비공정

첫번째 단계에서 실리콘은 모래에서 뽑은 광물을 정화한 것이다. 그림 1-7에 표시된 것 처럼 적절한 직경을 갖는 실리콘 잉곳을 생산하기 위해서 특별한 공정을 거쳐야 한다. 실리콘 잉곳은 얇은 웨이퍼로 잘라지고 그것은 마이크로 칩 제조에 이용된다. 웨이퍼는 평탄도나 오염 같은 기준의 특별한 명세서를 준비한다. 1980년 이래, 마이크로 핍을 제조하는 대부분의 회사는 결정 성장을 만드는 제조업체로 부터 웨이퍼를 사서 준비했다. 산업은 게르마늄으로 만든 웨이퍼나 혼합물 반도체 재료들을 사용하는 웨이퍼를 생산하기 시작했다. 

대부분의 반도체 웨이퍼들은 실리콘으로부터 만들어지게 되었다.

실리콘 웨이퍼의 준비공정

아래 그림 1-18은 웨이퍼 제조설비를 대략적인 흐름과 생산성을 측정하는 절차를 알 수 있다. 

웨이퍼 제조설비에서의 생산성 측정

왜 실리콘인가? 이건 좀 궁금하다. 

게르마늄은 1940년에서 1950년대 초기까지 반도체에 사용된 최초의 재료이다. 실리콘이 가장 중요한 반도체 재료로 선택된 이유는 무엇인가? 실리콘이 반도체 재료로 선택된 이유는 다음과 같이 네 가지로 요약할 수 있다.

• 풍부한 양의 실리콘 -> 지구에서 두 번째로 풍부한 원소이고 지구 지각의 약 25%를 구성
• 광범위한 제조 과정을 위한 높은 녹는점 -> 실리콘의 녹는점 1412도로 게르마늄 녹는점 937도보다 훨씬 높은 용융점을 갖는다. 그래서 높은 온도의 공정을 견딜 수 있게 한다.
• 작업의 광범위한 온도 범위 -> 게르마늄보다 넓은 온도 범위에서 반도체의 응용성과 신뢰도를 증가시키고 작동할 수 있다.
• 실리콘 산화물의 고유한 성장성 -> 실리콘 표면위의 실리콘 산화물이 자연적으로 성장되는 능력을 갖기 때문

참고문헌

반도체 소자 공정기술  Michael Quirk , Julian Serda 지음 | 최성재 옮김