반도체 웨이퍼는 반도체 칩을 만들기 위한 재료로, 실리콘이나 갈륨비소 등의 단결정 기둥을 얇게 썰어 만든 원형의 판이다. 웨이퍼 위에 제조 공정들을 거쳐 전자 회로를 만들고, 일정한 크기로 잘라 개별적인 반도체 칩으로 만든다. 반도체 칩은 스마트폰, 컴퓨터, 자동차, 가전제품 등 우리 생활의 많은 부분에 쓰이는 전자 부품으로 이번 포스팅에서는 반도체 웨이퍼의 종류 및 역할에 대해 알아보겠습니다.
역사
1950년대에 트랜지스터가 발명되면서, 진공관보다 작고 저렴하며 효율적인 반도체 소자가 주목을 받기 시작했다. 1958년에는 텍사스 인스트루먼트의 잭 킬비가 최초의 집적회로(IC)를 발명하면서, 반도체 웨이퍼 위에 여러 개의 트랜지스터와 저항을 연결하여 하나의 회로를 만들었다. 이후에는 로버트 노이스, 고든 무어, 앤드류 그로브 등의 과학자들이 반도체 웨이퍼의 크기를 키우고, 공정 기술을 개선하여, 한 웨이퍼에 수십만에서 수십 억 개의 트랜지스터를 집적할 수 있게 되었다. 1960년대에는 실리콘을 사용한 웨이퍼가 등장하면서 반도체 제조 기술은 한 단계 더 발전하였으며 이러한 기술의 발전은 반도체 산업의 성장을 촉진하고, 컴퓨터, 통신, 소비자 전자 등의 분야에 혁신을 가져왔다.
종류와 특성
크기, 두께, 재료, 구조 등에 따라 다양한 종류가 있다. 웨이퍼의 크기는 직경을 기준으로 하며, 50mm(2인치)에서 450mm(18인치)까지 다양하다. 웨이퍼의 크기가 클수록 한 번에 생산할 수 있는 반도체 칩의 수가 많아지므로, 웨이퍼의 크기는 점차 커지는 추세이다. 현재는 300mm(12인치)의 웨이퍼가 주로 사용되고 있으며, 450mm(18인치)의 웨이퍼는 아직 상용화 단계에 있지 않다. 웨이퍼의 두께는 웨이퍼의 크기와 반비례하며, 두께가 얇을수록 제조 원가가 절감되고, 공정 효율이 향상된다. 웨이퍼의 재료는 반도체의 종류에 따라 다르다. 현재 가장 널리 사용되는 웨이퍼는 실리콘으로 만들어진 것입니다. 실리콘 웨이퍼는 안정성과 전기적 특성이 우수하며 물리적 특성은 미세한 회로를 제작하기에 이상적이며 실리콘은 지구상에 풍부하게 존재하고, 독성이 없어 환경적으로도 우수하다. 실리콘 외에도 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 질화갈륨(GaN) 등의 재료가 사용되며, 이들은 높은 주파수나 발광 특성을 가진 반도체를 만들 때 쓰인다. 또한 각질화 유리 웨이퍼는 고온에서 유리를 각질화 하여 만든 것으로, 특히 광학 및 바이오 센서 분야에서 사용됩니다. 이러한 웨이퍼는 광학적 투명성과 생물학적 호환성이 필요한 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 웨이퍼의 품질은 웨이퍼의 결함, 두께, 편평도, 결정 방향성 등의 요소에 의해 결정되며, 이들은 웨이퍼의 전기적, 광학적, 열적 특성에 영향을 미칩니다.
역할
반도체 제조의 핵심이자 기반 소재로서 주로 웨이퍼 위에 미세한 회로 및 트랜지스터 등이 형성되며, 이를 통해 전자 기기가 작동합니다. 웨이퍼의 물리적 특성은 고밀도 집적 회로 및 낮은 소비 전력을 가능하게 하여 반도체 성능 향상에 기여하고 있습니다.
웨이퍼 업체들은 크기를 키우고, 공정 기술을 개선하여, 한 웨이퍼에 더 많은 반도체 칩을 집적할 수 있도록 노력하고 있습니다. 반도체 기술의 발전과 같이 계속적인 발전 이루어 질 것입니다.