웨이퍼란 무엇인가? (잉곳 생성)

  반도체하면 흰 방진옷을 입은 사람들이 생각이나고 그 분들이 가지고 다니는 반짝이는 원판이 떠오르는데요 이 반짝이는 원판이 웨이퍼 입니다. 웨이퍼의 사전적 의미를 보면 다음과 같습니다.

   풀어서 보면 웨이퍼(Wafer)란 반도체 직접회로(IC)를 만드는 중요한 재료로, 실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs)등을 성장시켜 얻은 단결정 기둥(Ingot,잉곳)을 적당한 지름으로 얇게 썬 원판모양의 판을 말 합니다. 대부분의 웨이퍼는 실리콘(Si)로 만들며, 그 이유는 실리콘은 모래에서 추출할 수 있어 재료가 풍부하며, 독성이 없어 환경적으로도 우수하기 때문입니다. 그럼 위에서 단결정 기둥(Ingot 이하 잉곳)을 적당한 지름으로 얇게 썬 원판 모양의 판이 웨이퍼(wafer)라고 하였는데요 여기서 이 잉곳(Ingot)이 무엇인지 알아보겠습니다.

단결정 기둥(Ingot, 잉곳)

  

(출처 - http://blog.daum.net/_blog/photoList.do?blogid=0D9nP)

  모래에서 추출한 실리콘을 고온으로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고, 이것을 실리콘 결정 성장기술인 초크랄스키법(Czochralski) 또는 플로팅 존법(Floating Zone) 등을 이용하여 실리콘 기둥 즉 잉곳을 만듭니다. 특히, 초크랄스키법을 이용하여 만드는데요, 초크랄스키법이란 실리콘 덩어리를 크리스탈도가니에 도핑물질과 함께 넣고 고온으로 가열하여 실리콘 덩어리를 녹인 후, 단결정 실리콘(Seed)물질이 발라진 촉 모양의 봉으로 녹여진 폴리 실리콘(다결정 실리콘) 위를 살짝 찍어서 천천히 회전시키며 당기게됩니다. 그러면 단결정 실리콘(Seed)이 끌어올려지면서 고상과 액상 사이의 계면에서 냉각이 일어나고 큰 단 결정체가 성장되어 잉곳이 만들어지는 방법입니다.

(위 사진에서 앞쪽의 뾰족한 부분쪽이 실리콘 봉입니다.)

 앞서 나왔던 Seed는 다음사진에서 위쪽에 보이는 막대기처럼 보이는 것입니다. 

 그 외에도 다양한 크기의 Ingot 및 Wafer가 보이는데요. 실제로 현재 양산 과정에서는 점점 큰 웨이퍼를 사용해서 여러 개의 칩을 제작하는것이 경제적이므로 큰 Si 결정을 성장시켜 큰 wafer를 만들고자하는 연구도 상당히 많이 진행되고 있다고 합니다.