2020. 8. 26. 17:24ㆍ기타정보
오늘은 반도체 공정에 대한 개괄적인 이야기를 해보려고 합니다. 실제로 반도체의 공정은 매우 복잡합니다. 나노 단위의 사람의 눈으로 식별할 수 없는 제품을 만드는 과정이다 보니 단위 공정을 진행하고 나면 공정이 제대로 이루어졌는지를 확인하는 검사 공정만 수차례 진행하기도 합니다. 이번에 소개해드리는 반도체 8대 공정은 공정의 종류이지 공정의 순서는 아님을 미리 밝혀둡니다.
1. 웨이퍼 공정 (Wafer)
반도체의 기본 재료인 웨이퍼를 만드는 공정입니다. 웨이퍼는 모래 속에 많이 들어있는 실리콘으로 만들어집니다. 모래로부터 실리콘을 추출하여 가공, 성형의 과정을 거쳐 완성된 잉곳을 얇은 판으로 잘라내어 웨이퍼를 만드는 공정입니다. 웨이퍼 공정은 크게 4단계를 거칩니다. 첫째, 모래에서 추출한 실리콘을 정제합니다. 둘째, 실리콘을 고온에 가열해서 얻은 실리콘 용액으로 잉곳을 만듭니다. 셋째, 가공을 통해서 잉곳을 얇은 판으로 잘라서 웨이퍼를 만듭니다. 넷째, 웨이퍼 표면을 화학적, 기계적 연마 과정을 거쳐서 평평하게 만듭니다.
2. 산화공정 (Oxidation)
반도체가 세워질 웨이퍼 위에 산화막을 만드는 공정입니다. 산화공정은 이어지는 공정에서 발생하는 오염물질이나 화학물질에 의한 불순물로부터 실리콘 표면을 보호해주는 산화막을 씌우는 공정입니다.
3. 포토공정 (Photo)
반도체 공정은 나노 단위의 사람의 눈으로 식별할 수 없는 구조물들을 세워가는 과정의 연속입니다. 불필요한 부분은 제거하는 과정을 반복하는데 포토공정은 웨이퍼 표면에 설계도를 그리는 작업이라고 생각하면 이해가 빠르실 겁니다. 먼저 웨이퍼 표면에 감광액을 골고루 바른 후 설계회로를 대고 빛을 쬐어주면 웨이퍼 회로 패턴을 통과한 빛이 웨이퍼에 회로 패턴을 그대로 옮겨서 그리게 됩니다. 웨이퍼 현상액을 뿌리면 감광액이 빛에 따라 노광된 영역이 제거된 양성 영역과 노광된 영역만 남은 음성 영역으로 나눠져 미세한 전자회로 패턴이 새겨지게 됩니다.
4. 식각공정 (Etching)
식각 공정을 보통 불필요한 부분을 제거하는 공정이라고 합니다. 하지만, 저는 조금 달리 설명을 해드리겠습니다. 눈에 보이지 않는 나노 단위의 전기가 흐르는 선은 어떻게 만들어질까요? 선의 넓이만큼을 파내고 그 부분에 메탈 성분의 물질을 녹인 용액을 부어서 만듭니다. 메탈 성분의 물질을 부을 자리를 파내는 공정을 식각 공정이라고 생각하시면 좋을 거 같습니다. 식각 공정은 가스로 깎아내는 건식 방식과 화학액으로 삭여서 파내는 습식 방식으로 나뉩니다. 건식 방식은 습식 방식에 비해 비용이 비싸고 방법이 까다롭지만 점점 미세화되어가는 공정에서는 정교한 건식 방식이 주로 사용되고 있습니다.
5. 확산공정 (Diffusion)
웨이퍼 위에 분자 또는 원자 단위의 물질을 입혀 전기적 특성을 갖게하는 공정을 증착이라고 합니다. 증착은 화학적 기상 증착 방법과 물리적 기상 증착 방법으로 나뉩니다. 화학적 기상 증착 방법을 이용해서 금속막을 씌울 경우 전기가 잘 흘러 소통이 원활하게 할 수 있고, 절연막을 씌울 경우 회로와 회로를 분리해주는 역할을 합니다. 웨이퍼 내부에 이온 불순물을 집어넣는 확산 공정을 통해 부도체인 실리콘 웨이퍼가 전기적 특성을 갖는 반도체가 되는 것입니다.
6. 박막공정 (Thin Film)
웨이퍼가 반도체의 특성을 가질 수 있도록 표면에 불순물을 확산하여 박막을 형성하는 공정을 말합니다. 반도체는 빌딩을 세우듯 여러 개의 구조물이 입체적으로 세워지며 만들어집니다. 이런 구조를 형성하기 위해서는 회로 간 구분을 해주고 보호를 해주는 역할을 하는 매우 얇은 막이 필요한데 이것을 박막이라고 합니다.
7. 불량 테스트 공정 (EDS Test)
웨이퍼 위에서 포토, 식각, 확산, 박막공정을 수없이 반복하면서 반도체가 만들어지는데 웨이퍼 위에 만들어진 모든 다이가 제대로 동작을 하는 것은 아닙니다. 웨이퍼 상태에서 불량을 선별하는 작업을 EDS(Electrical Die Sorting)라고 합니다.
8. 패키징 (Packaging)
테스트를 거쳐 양품으로 판정된 다이를 패키징하는 공정을 말합니다. 금속 연결을 통해 외부 전원과 연결을 하고, 수지로 구성된 검은 옷을 입히는 성형을 공정을 통해서 반도체를 완성합니다. 패키징 공정을 고쳐 완성된 반도체 칩은 완제품 합격 시험인 패키지 테스트를 거쳐 최종적인 완제품으로 거듭나게 됩니다.