반도체, 반도체 8대 공정

반도체란

반도체는 조건에 따라 전기를 제어하는 성질을 이용해 만든 전자장치입니다.

반도체의 주재료는 Si(규소, 실리콘)입니다. 규소가 반도체로 탄생되기까지 여러 공정을 거지게 됩니다.

반도체 8대 공정

웨이퍼 제조 -> 산화공정 -> 포토공정 -> 식각공정 -> 증착 & 이온주입 공정 -> 금속배선 공정 -> EDS 공정 -> 패키징 공정

웨이퍼 제조

빌딩을 만들 때에, 터가 필요하듯이 반도체를 만들 때도 터가 필요합니다. 이 때 반도체를 만들 수 있는 터가 바로 웨이퍼입니다.

웨이퍼의 두께가 얇고, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩수가 증가합니다.

이 웨이퍼는 부도체 상태이므로 반도체 성질을 가질 수 있도록 하는 작업이 필요합니다.

산화 공정

웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 뿌려, 산화막을 형성합니다. 이 산화막은 웨이퍼의 표면을 보호하고 회로와 회로 사이의 누설전류가 흐르는 것을 방지합니다.

포토 공정

밑그림을 새기는 작업입니다. 이 작업은 사진을 현상하는 과정이랑 비슷하다고해서 포토 공정이라고 부릅니다. 산화막 위에 빛에 반응하는 물질인 감광액을 얇고 균일하게 도포합니다. 이 후, 설계한 회로패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과시키면, 웨이퍼 표면에 회로도가 그대로 찍히게 됩니다. 마지막으로 현상액을 뿌려 빛을 받은 영역과 그렇지 않은 영역을 선택적으로 제거해 웨이퍼에 회로 패턴을 그려줍니다.

식각 공정

이제 웨이퍼에 그려진 반도체 패턴 외에 필요없는 부분을 제거해 주어야 합니다. 액체나 기체의 부식액을 이용하여 불필요한 부분을 제거해 반도체 회로 패턴을 만듭니다. 이 때 액체를 사용한다면 습식 식각, 기체나 플라즈마를 이용하며 건식 식각이라고 합니다.

증착 & 이온주입 공정

반도체 칩을 만드는 과정은 손톱보다 작은 크기 속에서 빌딩을 짓는 것으로 비유하기도 합니다. 포토 공정과 식각 공정을 통해 층층이 레이어를 쌓습니다. 이 때, 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 합니다. 이때, 반도체가 전기적인 성질을 가지게 하는 이온 주입 공정 또한 필요합니다. 순수한 규소는 전기가 통하지 않으나, 불순물을 넣어 전류를 흐르게 하는 전도성을 갖게 되는 것입니다.

금속배선 공정

회로가 동작하기 위해 전기적인 신호가 필요합니다. 이 때 신호가 잘 전달되도록 회로 패턴에 따라 전기가 통하는 길을 만들어주어야합니다. 이과정을 금속배선 공정이라고 부릅니다. 알루미늄, 티타늄 등과 같은 얇은 금속 막을 증착하여 전기가 통할 수 있도록 하는 과정입니다.

EDS

전기적 특성검사를 통해 원하는 품질 수준에 도달했는지 테스트하는 과정입니다. 이 때, 한 개의 웨이퍼에서 정상적으로 작동하는 칩의 개수를 수율이라고합니다. 수율이 높을수록 기술력 있는 반도체 회사로 인정받습니다.

패키징 공정

이후 EDS 공정을 거쳐 선별된 반도체 칩들은 패키징 과정을 통해 특정 기기에 탑재되기 적합한 형태로 만들어집니다. 앞선 공정들을 통해 만들어진 웨이퍼의 반도체 칩은 낱개로 하나하나 잘라서 전자기기에 탑재될 수 있는 형태를 갖추어야합니다. 반도체 칩이 외부와 신화를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어주어야하고, 외부환경으로부터 보호받을 수 있는 환경을 만들어주어야합니다.

참고

• 당신이 몰랐던 반도체의 모든 것 | '반도체 백과사전' EP.1 반도체의 기초 편
• '삼성전자'가 참 쉽게 알려주는 '반도체 8대공정' | 반도체 백과사전 EP.6 반도체 공정 편
• '삼성전자'가 직접 알려주는 메모리 반도체 알고 가자 | 반도체 백과사전 EP.7 메모리 반도체 편