반도체 8대 공정

 

실리콘이 하나의 반도체 칩이 되기 까지 웨이퍼 제조, 산화 공정, 포토공정, 식각공정, 증착,이온 주입공정, 금속배선공정, eds공정, 패키징 공정으로 이어지는 수많은 공정을 거쳐야만 합니다.  

 

1. 웨이퍼 제조

매우 작은 반도체 칩 하나에 수많은 반도체 소자를 쌓는 과정은 정교한 빌딩을 만드는 과정과 비슷합니다. 빌딩을 세우기 전 빌딩을 지을 수 있는 터를 마련해야 합니다. 반도체를 만들 수 있는 터가 바로 웨이퍼입니다. 대부분의 웨이퍼는 주로 모래에서 추출한 규소와 실리콘으로 만들어집니다. 모래를 뜨거운 열로 녹여 속도 높은 실리콘 용액을 굳히면 잉곳이라는 실리콘 기둥이 완성됩니다. 이렇게 완성된 실리콘 기둥을 얇게 슬라이스해 잘라내면 여러장의 얇은 원형판, 웨이퍼가 되는 것입니다. 바로 절단한 웨이퍼의 표면은 흠결이 있고 거칠거칠해서 표면을 매끄럽게 갉아내는 과정이 필요합니다.왜냐하면 웨이퍼 표면의 흠결은 회로의 정밀도에 영향을 주기 때문입니다. 웨이퍼라는 웨하스에 유래되었습니다. 격자무늬가 비슷해보이죠? 이렇게 만들어진 웨이퍼는 반도체의 주재료가 됩니다. 웨이퍼의 두께가 얇고 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩수가 증가하기 문에 갈수록 크기는 커지고 두께는 얇아지고 있습니다. 얇게 잘린 웨이퍼는 아직 전기가 통하지 않는 부도체 상태이기 때문에 반도체 성질을 가질 수 있도록 하는 작업이 필요합니다  

 

2. 산화 공정

그러기 위해 산화공정을 진행합니다. 웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 뿌려 균일한 산화막을 형성합니다. 이 산화막은 반도체 제조 과정에서 표면을 보호하고 회로와 회로 사이 누설 전류가 흐르는 것을 방지합니다.

 

3. 포토 공정 

웨이퍼 위에 반도체 제조를 위해 설계된 회로를 그려내는 작업을 해야 합니다. 밑그림을 새기는 작업은 사진을 현상하는 과정과 비슷하다고 해서 포토 공정이라고 부릅니다. 컴퓨터로 설계한 회로 패턴이 그려진 유리판을 말하는 마스크의 회로도를 웨이퍼에 새기려면 앞서 웨이퍼에 올린 산화막 위에 빛에 반응하는 물질인 감광액을 얇고 균일하게 도포합니다. 이 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과시키면 웨이퍼 표면에 회로도가 그대로 찍히게 됩니다. 현상액을 뿌려가며 빛을 받은 부분과 그렇지 않은 부분을 선택적으로 제거해 웨이퍼에 회로 패턴을 그립니다.

 

3. 식각공정

이제 웨이퍼 위에 그려진 반도체 회로 패턴 외에 필요 없는 부분을 제거해줘야 합니다. 부식액을 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거해서 반도체 회로 패턴을 만듭니다. 이 때 식각을 위해 액체를 사용하면 습식 식각, 기체나 플라즈마를 이용하면 건식 식각이라고 합니다. 

 

4. 증착 및 이온 주입

사람의 손톱보다 작고, 종이보다 얇은 반도체 칩에 빌딩을 짓는다고 생각해보자. 웨이퍼 위에 포토공정과 식각 공정을 여러 차례 반복하며 층층히 레이어를 쌓는것입니다 .이때 층층이 쌓인 회로와 회로를 구분하고, 보호하는 절연막이 필요합니다. 이 얇은 막을 박막이라고 합니다. 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 원자 단위의 아주 얇은 박막을 입히는 것을 증착이라고 하는데 두께가 워낙 얇아서 웨이퍼 위에 균일하게 박막을 형성하기 위해서는 정교하고 세밀한 기술력을 필요로 합니다. 이 때 반도체가 전기적인 성질을 가지게 하는 이온 주입 공정 또한 필요합니다. 순수한 반도체는 규소로 되어 있어 전기가 통하지 않으나 불순물을 넣어줘 전류를 흐르게 하는 전도성을 갖게 되는 것입니다. 

이제 웨이퍼는 전도성도 갖게 되었고 수많은 회로가 만들어졌습니다. 

 

5. 금속 배선 공정

이제 이 회로가 등장하기 위해서는 전기적 신호가 필요한데, 이 때 신호가 잘 전달 되도록 회로 패턴에 따라 전기가 통하는 길을 만들어 줘야 합니다. 반도체에 전기가 잘 흐를 수 있도록 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 같은 금속재료를 이용해 얇은 금속 막을 증착하여 전기가 통할 수 있도록 하는 과정입니다. 

6. EDS 공정

전기적 특성 검사를 통해 품질을 테스트 하는 공정입니다. EDS를 통해 웨이퍼 한장에 설계된 칩의 최대 개수 대비 정상 작동 칩의 개수의 비율을 가리켜 수율이라고 합니다.  수율이 높을 수록 기술력 있는 반도체 회사로 인정받게 됩니다. 

7. 패키징 공정

위 공정을 지나온 반도체 칩은 기기에 탑재되기 적합한 형태로 만들어져야 합니다. 앞선 공정들을 통해 만들어진 웨이퍼 칩은 낱개로 하나하나 잘라내서 전자기기에 탑재될 수 있는 형태를 갖춰야 합니다. 반도체 칩이 외부와 신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어 줘야 하고 다양한 외부 환경으로부터 보호받는 형태로 만들어야 합니다. 웨이퍼를 절단해 칩들을 pcb기판 위에 올립니다. 기판 위에 올려진 반도체 칩의 접점과 기판의 접점을 연결해주고 원하는 형태에 패키징 모양을 만들기 위해 성형도 고칩니다. 반도체를 밀봉한 뒤 제품명을 새기면 드디어 우리가 흔히 보는 반도체 칩 완성입니다.