반도체 제조공정 8단계 (전공정,후공정)

대한민국 수출1위 품목은 바로 "반도체"입니다. 반도체는 웨이퍼제조공정,산화,포토,식각,증착&이온주입,금속배선,EDS,패키지 공정 등 수많은 제조 공정 과정을 거치며 크게 8단계로 분류할 수 있는데요, 오늘은 반도체 제조공정 8단계에 대해 알아보겠습니다.

반도체 제조공정

1단계 : 웨이퍼 제조 공정

반도체의 기본 재료가 되는 웨이퍼는 <실리콘>으로 만들어집니다.말랑말랑한 그 실리콘이 아니고 모래에서 추출한 규소인 실리콘입니다. 커다란 용기에 모래를 담고 뜨거운 열로 녹이면 순도 높은 실리콘 용액이 나오는데요, 이 용액을 하나의 큰 덩어리로 만드는데 이것을 "잉곳"이라고 합니다.

실리콘기둥인 잉곳을 얇게 슬라이드하여 얇은 <원형판>을 만들어내는데 이것이 바로 <웨이퍼> 입니다.잉곳에서 절단한 웨이퍼의 표면은 거칠거칠한 흠결이 있기에 표면을 매끄럽게 갈아내는 과정도 진행됩니다. 웨이퍼에 거친 면이 있으면 회로의 정밀도에 영향을 주기 때문에 매끈~하고 균일하게 만들어 주는것이 중요합니다.

2단계 : 산화 공정

웨이퍼 표면에 산수 또는 수증기를 뿌려 산화막을 입혀줍니다. 산화막은 웨이퍼 표면을 보호하고 앞으로 그려질 회로와 회로 사이에 전류가 누설되는 걸 막아주는 든든한 보호막 역할을 합니다. 산소로 산화 공정이 이뤄지면 건식산화, 산소와 수증기 조합으로 진행하면 습식산화라 하며 동일 시간과 온도로 산화과정을 거친다면 건식보다 습식 산화의 두께가 더 두껍습니다.

3단계 : 포토 공정

산화막 위에 설계된 반도체 회로를 그리는 공정입니다.빛을 통해 회로를 새기기에 빛에 반응하는 물질인 <감광액>을 산화막 위에 얇고 균일하게 도포합니다. 그 후 회로 패턴이 그려진 유리 마스크를 대고 빛을 통과 시키면, 마스크에 있는 설계대로 웨이퍼에 새겨지게 됩니다.

4단계 : 식각 공정

웨이퍼 위에 새겨진 회로를 제외한 나머지 불필요한 부분들은 제거해주는 식각공정으로 이어집니다. 액체나 기체의 부식액을 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거해 반도체 회로 패턴을 만드는데요, 식각을 위해 액체를 사용하면 습식 식각, 기체나 플라즈마를 사용하면 건식 식각 이라고 합니다.

하나의 반도체를 만들기 위해 포토 공정과 시각 공정은 여러 차례 반복하면서 다양한 회로가 새겨친 레이어들이 층층이 쌓여져갑니다. 이때 층층이 쌓인 회로와 회로를 구분하고 보호하는 얇은 절연막 < 박막> 이 필요합니다.

5단계 : 박막 공정 (증착 공정)

얇은 절연막인 박막을 입히는 것을 < 증착>이라고 합니다. 그 두께가 매우 얇기 때문에 웨이퍼 위에 균일하게 박막을 씌우기 위해선 세밀하고 정교한 기술력이 필요합니다.

또 박막공정시 반도체가 전기적인 성질을 갖게 하는 이온 주입 공정도 필요한데요, 순수한 웨이퍼는 부도체인 규소라 전기가 통하지 않으니 불순물을 넣어줘서 전류를 흐르게 하여 전도성을 만들어 줘야합니다.

박막을 입히고, 이온 주입 공정을 하는 단계를 증착 공정이라고 이해하면 되겠습니다.

6단계 : 금속 배선 공정

산화,포토,식각,증착 공정을 진행하면서 웨이퍼 위에는 수많은 회로가 만들어졌고 전도성을 갖게 되었습니다. 이제 이 회로를 작동시키기 위해 전기가 통하는 길을 만들어줘야하는데요, 이 과정을 <금색배선공정> 이라고 합니다. 

알루미늄,구리,티타늄,텅스텐 같은 금속 재료를 이용하여 얇은 금속막을 만들어 줍니다.

7단계 : 테스트 공정

수많은 과정으로 만들어진 웨이퍼 칩들이 전기가 잘 통하는지 확인해주는 테스트 과정이 필요합니다. EDS 전기적 특성 검사를 통해 양품인지,불량푼인지 구분합니다.

웨이퍼 한 장에 살계된 칩의 최대 개수 대비 정상 작동 칩 개수의 비율을 "수율"이라고 합니다. 수율이 높을수록 기술력 있는 회사로 인정받게 되는데요, 반도체가 점점 미세화면서 수율을 잡는게 어려워지고 있기에 테스트 공정도 매우 중요해지고 있습니다.

8단계 : 패키징 공정

EDS 공정을 통해 합격품으로 판별된 칩들은 스마트폰 등의 기기에 탑재되기 적합한 형태와 칩을 보호하기 위해 적합한 형태로 패키징(포장)을 해야 합니다. 하나의 단위로 절단된 칩들을 PCB 기판우에 올려주고 원하는 형태의 패키지 모양으로 만든 후 밀봉하고, 제품명까지 새겨 넣으면 우리가 흔히 알고 있는 그 반도체 칩이 최종 완성됩니다.

물론 이렇게 완성된 칩도 정상 작동되는지 파이널 테스트도 진행해야 합니다.

반도체 전공정 후공정

복잡한 과정을 통해 만들어지는 반도체 칩.생각보다 많은 공정과정과 시간이 소요되네요. 워낙 복잡한 과정으로 진행되다보니 반도체 가공과 단계까지를 <전공정>이라 하고 패키징 과정을 <후공정> 과정이라 부르기도 합니다.

반도체 산업을 공부하다보니 우리나라에 참으로 많은 기업들이 있고 그 기술력 또한 매우 뛰어난 것을 알게된 유익한 시간이었습니다.