반도체 실리콘을 만들 때 사용되는 도가니, 도가니 원료 및 제조사

반도체 제조 공정의 가장 첫 번째 단계는 실리콘 웨이퍼를 만드는 것이며 그 보다 한 단계 이전에는 실리콘 원석을 극도로 순수한 도가니에 넣어 녹인 후 단결절 실리콘으로 만들어 뽑아내는 것입니다. 이번 포스팅에서는 이때 사용되는 도가니의 재료와 역할 및 제조 회사에에 대해 알아보겠습니다.

 

  

반도체 실리콘을 만들 때 사용되는 도가니

반도체 제조 과정에서 실리콘 웨이퍼를 만들 때 사용되는 도가니는 매우 중요한 역할을 합니다. 도가니는 주로 고온에서 재료를 녹이거나 화학반응을 일으키는 데 사용되는 용기로, 반도체 실리콘 제조 공정에서는 특히 고순도의 실리콘을 녹이기 위해 사용됩니다. 이 과정에서 사용되는 도가니는 그 특성상 매우 높은 순도와 내열성, 화학적 안정성을 가져야 합니다.

 

 

도가니의 재료

반도체 실리콘 제조에 사용되는 도가니 재료에는 주로 다음과 같은 것들이 있습니다.

석영(SiO₂): 고순도 실리콘을 제조할 때 가장 널리 사용되는 재료입니다. 석영은 실리카(이산화규소)의 일종으로 고온에서도 안정적인 화학적 성질을 유지하며 실리콘과 반응하지 않는다는 특징이 있습니다.

사파이어: 특정 고온 용도로 사용되며 매우 높은 내열성과 화학적 안정성을 자랑합니다.

그래파이트(Graphite): 흑연 도가니도 일부 고온 프로세스에서 사용되며, 특히 내열성과 전도성이 요구되는 환경에서 유용합니다. 다만 흑연은 순수 실리콘 제조보다 다른 종류의 반도체 재료를 합성할 때 사용되는 경우가 많습니다.

 

 

 

도가니 사용 과정

실리콘 웨이퍼의 제조 공정에서 도가니는 다음 공정에서 사용됩니다.

원료 준비: 고순도의 실리콘 원료를 도가니에 넣습니다.
용융: 도가니를 고온으로 가열하여 실리콘 원료를 완전히 용융시킵니다.
정제 : 불순물을 제거하여 보다 고순도의 실리콘을 얻는다.
결정성장 : 용융된 실리콘에서 단결정 실리콘을 성장시키는 공정입니다. 이 공정은 주로 크지 않은 방향으로 진행되며 도가니 내에서 천천히 회전하면서 진행됩니다.

도가니는 반도체 실리콘 제조 공정에서 고순도 고품질의 실리콘을 얻기 위해 필수적인 도구로, 그 특성과 사용 프로세스에 따라 반도체 성능과 품질에 큰 영향을 미칩니다.

 

 

 

도가니의 역할

도가니의 역할은 주로 고온에서 재료를 녹이거나 화학반응을 일으키는 것입니다. 반도체 실리콘의 제조 공정에서 도가니는 고순도 실리콘을 녹이기 위해 필수적입니다. 구체적으로 도가니의 역할은 다음과 같습니다.

고온 내성: 도가니는 매우 높은 온도에서도 안정적으로 재료를 녹일 수 있어야 하므로 고온에 견딜 수 있는 재료로 만들어졌습니다. 실리콘의 녹는점은 1414℃에 달하기 때문에 이는 매우 중요한 특성입니다.

재료의 순도 유지 : 반도체의 성능은 실리콘의 순도에 크게 의존하기 때문에 도가니는 용융된 실리콘에 불순물이 혼입 되지 않도록 해야 합니다. 따라서 도가니는 화학적으로 매우 안정적이며 고온에서도 재료와 반응하지 않는 순수한 재료로 만들어져야 합니다.

결정 성장 지원: 실리콘 웨이퍼의 제조 공정에서, 도가니는 단결정 실리콘을 성장시키는 단계에서 중요한 역할을 합니다. 도가니 내에서 용융된 실리콘은 천천히 회전하면서 냉각되며, 단결정 실리콘을 성장시키는 데 필요한 조건을 제공합니다.

 

열적, 화학적 안정성: 고온이나 화학물질에 노출되어도 도가니의 물리적 형상이나 화학적 성질이 변화하지 않는 것이 반도체 제조 공정에서 중요한 품질 요소를 유지하기 위해 필수적입니다.

이러한 역할을 수행하기 위해 도가니는 주로 석영, 사파이어, 흑연 등 고온에서도 화학적으로 안정적이고 순도 높은 재료로 만들어집니다. 도가니의 이러한 특성은 반도체 실리콘의 품질과 성능에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 반도체 제조 과정에서 매우 중요한 요소입니다.

반도체 실리콘을 만들 때 사용되는 도가니

 

 

도가니 제조사 

반도체 실리콘 생산 과정에서 사용되는 도가니를 제조하는 회사는 세계 각국에 분포하고 있습니다. 특히 고순도 실리콘 도가니의 제조는 고도의 기술력을 필요로 하기 때문에 이 분야에서 뛰어난 기술력과 전문성을 가진 몇몇 회사들이 주목받고 있습니다. 다음은 대표적인 도가니 제조 회사입니다.

 

신에츠 그룹(Shin-Etsu Group): 일본을 거점으로 하는 신에츠 그룹은, 실리콘 웨이퍼 및 반도체 관련 재료의 세계적 리더의 하나이며, 실리콘 웨이퍼 제조용의 고순도 실리콘 도가니도 제조하고 있습니다.

헤레우스(Heraeus): 독일에 본사를 둔 헤레우스는 폭넓은 산업 분야에서 사용되는 특수 재료와 기술을 제공하는 글로벌 기업입니다. 특히, 고순도 석영 제품과 실리콘 도가니의 제조에 있어서 높은 기술력을 가지고 있습니다.

모멘타이브(Momentive): 미국에 본사를 둔 Momentive는 고성능 실리콘 제품과 석영 제품을 생산하는 회사입니다. 반도체 제조 공정에서 사용되는 고순도 석영 도가니도 제공하고 있습니다.

동해 카본 (Tokai Carbon): 일본의 동해 카본은 고성능 카본 제품의 제조에 있어서의 리더이며, 특히 고순도 흑연 도가니를 포함한 다양한 흑연 제품을 제공하고 있습니다.

이 밖에도 다양한 국가의 기업이 고순도 실리콘 도가니의 제조에 종사하고 있으며, 각 기업은 독자적인 기술력과 전문 지식을 바탕으로 고품질의 도가니를 생산하고 있습니다. 반도체 산업의 지속적인 성장과 함께 이 분야의 기술 개발도 계속적으로 이루어지고 있습니다.

 

반도체 제조공정 중에서도 잘 알려지지 않은 실리콘을 녹일 때 쓰이는 도가니에 대해 알아보았습니다.