실리콘 잉곳은 어떻게 만들까?

HBM에 쌓이는 DRAM 칩은 얇은 실리콘 원판인 웨이퍼 위에서 만들어집니다. 그 원판을 잘라내는 재료가 잉곳이라는 긴 실리콘 원기둥이에요. 첫 편에서는 녹인 실리콘에서 이 원기둥을 어떻게 키우는지 살펴봅니다.

전공정과 후공정은 어디서 나뉠까?

전공정에서는 웨이퍼 위에 트랜지스터와 금속 배선 등을 만들어 칩 회로를 완성해요. 이 연재의 1~3편은 그에 앞서 실리콘 기둥인 잉곳을 키우고, 잘라서, 연마하는 웨이퍼 준비 단계예요. STMicroelectronics 제조 공정

후공정에서는 회로가 만들어진 칩을 분리하고, 연결·조립해 제품으로 만든 뒤 검사해요. HBM에서는 DRAM 칩을 여러 층으로 쌓아 연결합니다. 웨이퍼가 아직 통째인 상태에서 시작하는 패키징도 있어요. SK하이닉스 HBM·패키징 소개 · 웨이퍼 레벨 패키징

웨이퍼 준비부터 회로 형성까지 · 전공정 보기

웨이퍼 준비

1. 잉곳 성장
2. 웨이퍼 절단
3. 웨이퍼 연마

웨이퍼 위 회로 형성

4. 산화
5. 포토
6. 패턴 식각
7. 이온 주입
8. 박막 증착
9. 평탄화(CMP)
10. 금속 배선

번호는 연재에서 배울 순서입니다. 실제 칩을 만들 때는 필요한 구조에 따라 포토·식각·증착 같은 공정을 여러 차례 반복합니다.

씨앗 결정에서 잉곳까지

단계를 고르거나 슬라이더를 움직여, 액체와 결정이 맞닿는 부분에서 모양이 어떻게 달라지는지 보세요.

잉곳 성장 1 / 8

잉곳 성장 진행

실리콘은 어디에서 굳을까?

성장로 아래에는 실리콘을 녹여 담아 두는 석영 용기인 도가니가 있어요. 위에서 작은 씨앗 결정을 액체에 닿게 한 뒤 돌리면서 끌어올리면, 경계에서 실리콘이 굳어 씨앗과 같은 방향으로 배열됩니다. 이렇게 원자 배열이 하나의 결정으로 이어진 상태를 단결정이라고 해요. 이 성장 방식이 초크랄스키법(CZ법)입니다.

무엇을 얼마나 가열할까?

SUMCO의 CZ 공정 사례에서는 금속 불순물을 수 ppb 이하로 줄인 다결정 실리콘을 석영 도가니에 담아 약 1,420 °C에서 녹입니다. 1 ppb는 10억 분의 1을 뜻해요. 애니메이션의 ‘원료 넣기’와 ‘녹이기’ 단계에서 이 사례의 수치를 함께 볼 수 있어요. SUMCO CZ 공정

씨앗을 고를 때 결정 방향도 고릅니다

새로 굳는 실리콘은 씨앗의 원자 배열을 이어받아요. 예를 들어 몸통이 [100] 방향으로 자라도록 씨앗을 고르고 성장축에 직각으로 자르면, 웨이퍼의 표면이 (100) 결정면이 됩니다. 사양서에 있는 결정 방향은 이처럼 원판 표면에 원자들이 어떤 방향으로 놓여 있는지 알려주는 항목이에요. SUMCO 결정 성장 · 300 mm 웨이퍼 사양서

왜 몸통을 키우기 전에 가는 목을 만들까?

씨앗이 뜨거운 용탕에 닿는 순간, 급격한 온도 변화로 원자 배열에 선 모양의 결함인 전위(dislocation)가 생길 수 있어요. 대시 네킹(Dash necking)은 초기에 가는 목을 키워 전위가 목의 옆면에서 끝나도록 유도하는 방법이에요. 고전적인 방식의 목 지름은 3~5 mm로 소개되며, 대형 잉곳에서는 결정의 무게를 버틸 수 있는지도 함께 고려합니다. Dash의 결정 성장 연구 · 300 mm CZ 잉곳의 목 강도 연구

잉곳을 키울 때 전기적 성질도 맞춰요

용탕에 붕소(B)나 인(P) 같은 도펀트를 소량 넣으면, 굳는 실리콘에 그 원소가 들어가 웨이퍼의 전도형과 비저항을 조절할 수 있어요. 비저항은 물질이 전류의 흐름을 얼마나 방해하는지 나타내는 값이에요. 예를 들어 한 300 mm 제품 사양서에는 P형 · 붕소 도핑 · 비저항 1~100 Ω·cm가 기재돼 있어요. SUMCO 도핑 설명 · 300 mm 웨이퍼 사양서

왜 몸통 부분을 잘라 쓸까?

목과 어깨, 꼬리는 굵기가 변합니다. 가운데 몸통은 지름을 일정하게 유지해 키우기 때문에, 그 부분을 가로로 자르면 비슷한 크기의 실리콘 원판을 여러 장 얻을 수 있어요. 다음 편에서는 이 몸통을 얇은 웨이퍼로 절단하는 과정을 살펴봅니다.