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1:32 * 해당 장면 설명 중 ‘두깨’ 표기는 오타이며 ‘두께’로 정정합니다.
1:27 * 해당 장면의 설명은 [웨이퍼의 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩수가 증가하기 때문에 갈수록 지름이 커지고 있는 추세입니다]로 정정합니다.
4:36 * 해당 장면은 실제 검사 장면이 아닌 이해를 돕기 위해 표현한 그래픽입니다.
4:45 * 해당 내용은 삼성전자와는 무관하며 예시로 표현된 수치입니다.
5:16 * 해당 장면의 ‘BAG 방식’은 ‘BGA 방식’으로 정정합니다.
지구에서 두 번째로 흔한 물질 규소가
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00:00 프롤로그
00:35 웨이퍼 제조
01:41 산화 공정
02:00 포토 공정
03:08 증착 및 이온주입
04:03 금속 배선 공정
04:26 EDS 공정
04:48 패키징 공정
05:30 에필로그
📕 반도체 백과사전 복습 시간
EP.1 반도체의 모든 것 https://youtu.be/AysV2zIzY94
EP.2 생활 속 반도체 https://youtu.be/sFrz_mh1P5Y
EP.3 반도체 용어사전 https://youtu.be/l0s_mjKdnYo
EP.4 반도체 용어사전2 https://youtu.be/M30HAGmHKi0
EP.5 반도체 생태계 https://youtu.be/VIkS0YV-AS0
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#삼성반도체 #반도체백과사전 #반도체공정
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반도체 주요 8대 공정 요약
1. 웨이퍼제조 · 2. 산화공정 · 3. 포토공정 · 4. 식각공정 · 5. 박막 및 증착공정 · 6. 금속·배선공정 · 7. 전기적 테스트 공정 · 8. 패키징 공정.
Source: lapina.tistory.com
Date Published: 11/5/2022
View: 6208
반도체 8대 공정, 10분만에 이해하기 – 브런치
8대공정 · 1. 웨이퍼 제조. 웨이퍼 제조 먼저 보겠습니다. 반도체 직접회로 생산의 핵심 재료는 실리콘입니다. · 2. 산화 공정. 다음은 산화 공정입니다. · 3 …
Source: brunch.co.kr
Date Published: 9/1/2022
View: 4588
반도체의 8대 공정 요약 정리 – 갬성과 공대
반도체의 8대 공정 요약 정리 · 1. 웨이퍼 제조. 반도체 칩을 만들기 위한 도화지 같은 거다. 웨이퍼에 전극을 입히고, 트랜지스터나 다이오드 같은 소자를 …
Source: washere.tistory.com
Date Published: 2/13/2021
View: 6380
[반도체 백과사전 Ep.6] ‘반도체 8대 공정’ 완벽 정리! 반도체 칩은 …
https://youtu.be/M2b2kpJRHmM 작은 반도체 칩 하나에 수많은 반도체 소자를 만드는 과정은 정교한 빌딩을 짓는 과정과 비슷합니다.
Source: www.samsungsemiconstory.com
Date Published: 12/6/2021
View: 6293
[반도체] 8대 공정 간단 정리 – easyyyy
[반도체] 8대 공정 간단 정리 · 1)낮은 전기 저항 · 2)웨이퍼의 부착성 · 3)열적/화학적 안정성 · 4)패턴 형성의 용이성 · 5)높은 신뢰성 · 6)낮은 제조가격.Source: easyyyy.tistory.com
Date Published: 8/15/2022
View: 915
반도체 8대 공정 기초 정리 – 돈무새 롱찌
반도체 8대 공정 기초 정리 · 1. 웨이퍼 제조 · 2. 산화 공정 · 3. 포토 공정 · 4. 식각 공정 · 5. 증착 및 이온 주입 · 6. 금속 배선 공정 · 7. EDS 공정 ( …
Source: rongjji.tistory.com
Date Published: 4/30/2021
View: 6030
반도체 8대 공정 요약 정리 – Computing
반도체 8대 공정 요약 정리 · 1. 웨이퍼 제조 · 2. 산화 공정 · 3. 포토 공정 · 4. 식각 공정 · 5. 증착 & 이온 주입 공정 · 6. 금속배선 공정 · 7. EDS 공정 · 8.
Source: computing-jhson.tistory.com
Date Published: 11/22/2022
View: 7216
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주제에 대한 기사 평가 반도체 8 대 공정 정리
- Author: 삼성전자 반도체 [Samsung Semiconductor]
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- Date Published: 2021. 11. 29.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=M2b2kpJRHmM
반도체 주요 8대 공정 요약
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반도체 주요 Process는 Front FAB 7개 공정과 Package FAB 1개 공정으로 구성되어 있습니다. Front FAB 공정에서는 Wafer를 제조하는 공정이고, Package FAB공정은 WAFER를 개별 Chip으로 분리하여 각 고객들의 요청에 맞게 Package/모듈/SSD로 만들고 동작성능을 검증하는 공정입니다.
출처 : 비지니스와치
1. 웨이퍼제조
반도체를 만드는 첫번째 공정은 둥근 웨이퍼 제조입니다. 웨이퍼는 반도체 집적회로를 만드는 가장 중요한 재료로 모래에서 추출한 실리콘을 녹여 둥근 기둥인 규소봉을 제작한 뒤, 균일한 두깨로 절단해 표면을 평평하게 만드는 과정을 거쳐 만들어집니다.
2. 산화공정
두 번째 공정은 산화공정입니다. 산화공정은 웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 뿌려 균일한 실리콘 산화막을 형성시키는 것으로 모든 공정의 기초 단계입니다. 이 산화막은 공정에서 발생하는 오염물질이나 화학물질로부터 생성되는 각종 불순물로부터 실리콘 표면을 보호하는 역할을 하게 됩니다.
3. 포토공정
세 번째 공정은 포토공정입니다. 포토 공정을 위해선 회로 설계와 마스크 제작이 필요합니다. 먼저 웨이퍼에 감광액을 발라 웨이퍼를 인화지로 만들어 내고, 그 다음 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과해 웨이퍼에 회로를 그려 넣습니다. 설계한 전자 회로 패턴이 그려진 포토마스크에 빛을 줘 웨이퍼에 전자회로 패턴을 찍어내는 이 공정 단계를 포토 공정이라고 합니다. 사진을 인화지에 출력하는 것과 유사합니다.
4. 식각공정
네 번째 공정은 식각공정입니다. 식각이라는 단어가 많이 생소할텐데요. 미술시간에 한 번쯤은 경험해봤을 철을 부식시켜 그리는 동판화와 같은 원리입니다. 웨이퍼에 포토공정을 이용해 부식 방지막이 형성됐다면 이 부식액 역할을 하는 에천트(Etchant)로 불필요한 회로를 벗겨내는 과정을 시각 공정이라고 합니다.
5. 박막 및 증착공정
다섯 번째 공정은 박막 및 증착공정입니다. 식각공정이 된 웨이퍼에 여러 개의 회로를 빌딩처럼 쌓아 반도체를 만듭니다. 반도체를 만들려면 회로를 여러 겹으로 쌓아올린 구조를 형성해야 하는데 회로와 회로를 구분하고 보호하는 역할을 하는 매우 얇은 막이 필요합니다. 이것을 박막(Thin Film)이라고 합니다. 이렇게 박막이 된 웨이퍼 위에 분자, 원자 단위의 물질을 입혀 전기적 특성을 갖게 하는 공정을 증착공정이라고 합니다.
6. 금속·배선공정
여섯 번재 공정은 금속 배선 공정입니다. 금속 배선 공정은 전기가 잘 통하는 금속의 성질을 이용해 반도체의 회로패턴을 따라 전기길, 즉 금속선을 이어 주는 과정을 뜻합니다.
7. 전기적 테스트 공정
일곱 번째 공정은 전기적 테스트 공정입니다. 이 단계는 각각의 칩들의 전기적 동작 여부 검사로 양품과 불량품의 품질을 검사하는 단계입니다. 특히 EDS Test는 ‘Electrical Die Sorting’의 약자로 전기적 특성검사를 통해 칩들이 원하는 품질 수준에 도달했는지 체크하는 것으로 시작됩니다. 그 후 양품이 될 가능여부를 판단해 수리가 가능한 칩은 다시 양품으로 만들고, 수리가 불가능한 칩은 특정 표시와 함께 불량으로 판정해 다음 공정에서 더 이상 작업을 진행하지 않게 분류합니다.
8. 패키징 공정
반도체 8대 공정의 마지막 단계는 패키징 공정입니다. 반도체 칩은 집적회로(IC) 기판이나 전자기기의 구성품으로 필요한 위치에 장착되기 때문에 반도체 칩이 탑재될 각각의 기기에 적합한 모양으로 전기적인 포장을 하는 공정을 필요로 합니다.
삼성전자 홈페이지에도 잘 설명되어있으니 참고하시길!
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반도체 8대 공정, 10분만에 이해하기
안녕하세요, 경제유캐스트 윰기자입니다.
오늘은 반도체 8대 공정에 대해서 준비했습니다.
반도체 관련 직종에 근무하시지 않는다면 일상생활에서는 반도체 공정을 다룰 일이 거의 없습니다. 사실 반도체 공정을 몰라서 삶을 살아가는데 아무런 지장이 없죠.
하지만 투자를 하시는 분이라면 반도체 공정은 한번쯤 알아두시는 것이 좋을 것 같습니다.
우리 생활 주변에 전자기기가 점차 많아지면서 반도체의 중요성도 높아지고 있죠.
반도체 관련 기업들도 과거보다 더 주목을 받고 있습니다. 바로 투자 부문에서도요.
반도체 공정을 알면 반도체 기업을 보는 눈도 키우실 수 있을 것 같습니다.
반도체란
우선 반도체에 대해서 간략하게 정리를 해볼게요. 반도체는 전기가 통하는 물질로, 필요에 따라 전류를 조절해서 사용할 수 있습니다. 우리가 흔히 말하는 반도체 칩, 반도체 산업, 스마트폰에 들어가는 반도체 등은 반도체 집적회로를 말하는 겁니다. 반도체 물질을 이용해서 전기회로의 가장 기본적인 요소를 만들어내는 것이죠.
집적회로를 어떻게 설계하고 쌓느냐에 따라서 굉장히 다양한 반도체 칩이 만들어집니다. 스마트폰에만 봐도 스마트폰 안에 두뇌역할을 하는 모바일 AP랑 저장공간인 메모리 칩만 있다고 생각하실 수 있는데요, 통신연결을 하는 모뎀칩, 디스플레이칩, 터치스크린패널칩, 전면카메라칩, 후면카메라칩, 이어폰 모듈, 스피커 칩, 근접센서, GPS, NFC, RFID, USB, 파워IC, 플래시 등등의 칩들로 구성되어 있습니다.
그리고 반도체라고 하면 컴퓨터나 노트북 등만 생각하실 수 있는데요, 전자렌지나 세탁기, 청소기 등에도 반도체가 들어가게 됩니다. 인공지능 기능이 들어가지 않은 가전제품이라도 전류를 통해 제품을 컨트롤 하기 위한 마이크로컨트롤유닛인 MCU가 들어갑니다.
이제 전기차나 자율주행차가 등장하면서 더 많은 반도체가, 그리고 모든 전자제품에 AI 기능들이 들어가게되면서 또 더 많은 반도체가 필요하게 되겠죠. 이미 자동차 분야에서는 자동차에 들어가는 반도체 칩이 부족하다는 소식도 들려오고 있죠.
8대공정
이제 8대공정에 들어가볼게요.
쉽게 반도체 집적회로 생산과정은 반도체 주요 재료인 실리콘으로 큰 둥근 원판인 웨이퍼를 만들어서 거기에 회로를 새기고 제품에 맞게 자르는 과정입니다.
8대공정은 아래와 같습니다.
웨이퍼 제조 – 산화 공정 – 포토 공정 – 식각 공정 – 박막 증착 공정 – 금속 배선 공정 – 전기적 테스트 공정 – 패키지 공정
1. 웨이퍼 제조
웨이퍼 제조 먼저 보겠습니다.
반도체 직접회로 생산의 핵심 재료는 실리콘입니다. 실리콘은 보통 모래에서 추출합니다. 이 실리콘을 녹여서 둥근 기둥인 규소봉으로 제작하는데 이를 잉곳이라고 부릅니다.
이 잉곳을 아주 얇고 균일한 두께로 절단해 표면을 평평하게 만드는 과정을 거쳐서 웨이퍼로 만듭니다.
반도체 관련 뉴스를 보면 은색의 빛나는 둥근 원판을 종종 보실 수 있는데요, 이 원판이 웨이퍼입니다.
이 웨이퍼에 회로를 새기고 작게 잘라서 반도체 직접회로, IC가 되는 것입니다.
2. 산화 공정
다음은 산화 공정입니다. 반도체는 나노공정이라고 하는 아주 미세한 작업을 통해 만들어집니다. 반도체 직접회로 자체도 굉장히 작습니다. 여기에 마이크로 단위 규모의 먼지가 붙게 되면 전기가 제대로 흐르지 못하고 불량 반도체가 만들어집니다. 반도체가 제대로 작동하지 않으면 전자기기도 불량이 되죠.
이러한 먼지로 반도체가 오염되는 것을 막아주기 위해 보호막을 만드는데요 이게 산화 공정입니다.
웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 뿌려서 균일한 실리콘 산화막을 형성합니다. 산화막이 이후 반도체 공정 과정에서 발생하는 오염물질이나 화학물질로부터 생성되는 각종 불순물로부터 웨이퍼 표면을 보호해줍니다.
3. 포토 공정
다음은 포토 공정입니다.
앞서서 웨이퍼에 회로를 그린다고 설명을 드렸는데, 이제 그 작업에 들어가게 됩니다.
하지만 반도체는 나노 단위로 눈으로 보기 힘들 정도로 작게 만들기 때문에 회로를 직접 그리는 건 어렵습니다.
그래서 미세한 회로 구멍이 뚫린 마스크를 만들고, 웨이퍼 위에 이 마스크 판을 두고 자외선 빛을 쐬어 줍니다. 그러면 구멍이 뚫린 곳에만 자외선 빛을 받아 전자회로 패턴이 찍힙니다.
마치 사진을 인화지에 출력하는 것과 유사하죠.
다시 설명을 드리면,
산화 공정을 통해 산화막이 덮인 웨이퍼에, 빛에 반응하는 액인 감광액을 발라 웨이퍼를 인화지로 만듭니다. 그리고 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과해 웨이퍼에 회로를 그립니다.
설계한 전자 회로 패턴이 그려진 포토마스크에 빛을 쪼아 웨이퍼에 전자회로 패턴을 찍어냅니다.
웨이퍼는 향후 수백 수천개의 반도체 칩이 되는데 이 칩 하나하나가 마스크를 통해 회로가 그려지는 것입니다.
4. 식각 공정
다음은 식각 공정입니다.
식각이라는 말이 어려울 수도 있는데요, 에칭이라고도 불리는데, 철을 부식시켜서 그리는 동판화와 같은 원리 입니다.
포토 공정에서 회로를 그렸으면 불필요한 회로를 벗겨내는 과정이 필요합니다. 이 과정이 식각 공정입니다.
아까 포토 공정에서 빛에 반응하는 액인 감광액을 발랐었죠. 포토 공정 후 자외선이 닿지 않아 감광액이 남아 있는 부분이 있습니다. 여기서 감광액이 남아 있는 부분이 회로도의 선 부분이고, 이 외의 부분은 감광액이 제거됩니다. 감광액이 제거된 부분은 회로가 아닌 필요없는 부분이니까 감광액이 제거된 부분의 산화막도 제거하는 과정이 필요하고 이 과정이 식각 공정입니다.
5. 박막 증착 공정
다음은 박막 증착 공정입니다.
식각 공정이 된 웨이퍼에는 회로를 한층만 쌓는 것이 아니라 여러 층을 쌓아 반도체를 만듭니다.
여러 층을 쌓아 바로 아래층의 회로와 윗층의 회로가 가까워지면 서로 영향을 줄 수 있어 불량 제품이 나오게 됩니다. 아래층의 회로와 윗층의 회로가 서로 영향을 주지 않도록 해줘야 하는데 이 과정이 박막 증착 공정입니다.
그래서 아래층 회로에 윗층 회로를 쌓기 전에 절연막을 덮어줍니다. 절연막은 굉장히 얇기 때문에 박막이라고 합니다. 박막은 나노에서 마이크로 단위입니다.
박막을 만드는 공정을 박막 증착 공정이라고 합니다.
6. 금속 배선 공정
그 다음은 금속 배선 공정입니다.
금속 배선 공정은 전기가 잘 통하는 금속의 성질을 이용해 반도체의 회로 패턴을 따라 전기길, 금속선을 이어주는 과정입니다.
반도체는 전기가 통해야 하기 때문에 전기가 잘 통할 수 있도록 알루미늄 같은 선을 연결해 전기가 통하는 길을 만들어주는 것이죠.
7. 전기적 테스트 공정(EDS)
이제 반도체가 거의다 만들어졌고 각각의 칩이 전기가 잘 통하는지 작동이 잘되는지 품질을 검사하는 단계인 전기적 테스트 공정입니다.
이 공정을 통해 원하는 품질 수준으로 칩이 만들어졌는지 판단하고 양품과 불량품을 검사합니다.
하나의 웨이퍼에는 수백, 수천개의 반도체 칩이 만들어지게 됩니다. 그래서 웨이퍼에 회로를 만드는 공정 중에 불량품이 항상 만들어질 수 밖에 없습니다.
웨이퍼 한장에 만들어지는 칩 대비 정상 작동하는 칩의 비율을 수율이라고 하는데요,
수율이 높을 수록 한 장의 웨이퍼를 통해 정상 작동하는 칩을 많이 만들 수 있다는 의미이고, 그만큼 기술력이 좋다고 표현을 할 수 있습니다.
수율이 높을수록 반도체 원가 비용을 절감할 수 있기 때문에 대부분의 반도체 기업들은 수율을 높이기 위한 연구개발을 끊임없이 진행합니다. 실제로 수율 1% 오르게 되면, 연간으로 수백억에서 수천억까지 절감할 수 있다고 합니다.
수율 개선이 반도체 기업의 경쟁력인 것이죠. 수율은 소재, 공정기간, 온도 등 다양한 요소에 영향을 받고 가장 높은 수율의 공정 레시피를 찾는 것이 관건입니다.
8. 패키지 공정
8대공정의 마지막인 패키지 공정입니다.
일곱 단계의 공정을 마치게 되면 웨이퍼에 수백 수천개의 칩이 만들어져 있고 이들을 전자기기에 들어갈 수 있는 부품의 크기에 맞게 자르고 포장하는 공정이 패키지 공정입니다.
여기서 최종 반도체 칩이 만들어지게 되는 것이죠.
반도체 8대 공정에 대해서 어느정도 이해가 되셨는지요.
반도체 공정 설명을 보다보면 전공정, 후공정 용어도 듣게 되는데요,
전공정은 반도체 웨이퍼를 생산하고 웨이퍼 위에 회로를 만드는 과정이고 후공정은 테스트하고 웨이퍼 위에 만들어진 회로를 자르고 패키징 해 최종 상품으로 만드는 과정을 말합니다.
전공정은 웨이퍼제조부터 금속 배정 공정까지, 후공정은 테스트, 패키지 공정을 의미하는 것이겠죠.
공정에 따른 기업 분류
얼마전 에피소드를 통해 반도체 기업 분류 설명을 해드렸는데요,
이렇게 공정 과정 별로 기업을 나눠서 볼 수 있습니다.
반도체 8대 공정을 모두 스스로 알아서 한다면 종합 반도체 기업 IDM이라고 합니다. 삼성전자, SK하이닉스, 인텔, 마이크론 등이 있죠.
그리고 회로 설계만 한다면 팹리스라고 하고 퀄컴이나 애플 등이 있고요.
회로 설계대로 웨이퍼를 만들어서 그 위에 산화 공정, 포토 공정, 식각 공정 등의 공정을 통해 반도체를 만들어 주는 기업을 파운드리라고 합니다. TSMC, DB하이텍 등이 있죠.
그리고 마지막 패키징을 하는 기업들이 있습니다. 앰코(Amkor), 스태츠칩팩 등이 있습니다.
종종 증권사 리포트에 반도체 공정 별 주요 기업을 설명하는 리포트를 발견할 수 있습니다. 공정을 간략하게 해서 8대 공정으로 설명하지만 더 자세하게 들어가면 훨씬 더 복잡하고 다양하죠. 각 공정에 사용되는 소재들도 다양하고 장비들도 있으니까요.
이번 에피소드는 반도체 8대 공정에 대해서 다뤄봤습니다.
반도체 공정은 간단하게 웨이퍼 위에 회로를 그리고 기기에 맞게 작게 자르는 과정이라고 보시면 됩니다.
또다른 궁금증이나 알고 싶은 내용이 있으시다면 댓글이나 메일 통해 언제든 제안 주시면 감사겠습니다.
오늘도 들어주셔서 봐주셔서 감사합니다.
>> 유튜브로 보러가기: https://youtu.be/05cpAeeFjGA
반도체의 8대 공정 요약 정리
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> 다이오드 : 전류 흐름에 대한 “밸브”
> 트랜지스터 : 전기 신호를 증폭시키는 “스위치”
> 커패시터(콘덴서) : 전기를 저장하거나 흘려주는 “임시 창고”
이걸 매우 작게 만들어 하나의 전자회로로 실리콘 웨이퍼 위에 구성한 것이 반도체칩이다.
이를 위한 대표적인 8대 공정을 살펴보자.(하나에 반도체를 생산하기 위해선 800개 이상에 공정을 거친다고 한다. 이를 크게 8개로 딱 나눠놓은 것이 8대 공정)
1. 웨이퍼 제조
반도체 칩을 만들기 위한 도화지 같은 거다. 웨이퍼에 전극을 입히고, 트랜지스터나 다이오드 같은 소자를 만들어 주며 반도체를 완성해 나간다.
웨이퍼는 모래에서 추출한 규소. 즉, 실리콘(Si)으로 만드는 데, 실리콘을 높은 온도에서 가열해 녹이고 덩어리로 굳힌 것을 ‘잉곳(ingot)’이라고 한다. 이때 초크랄스키법을 주로 이용하는데, 다결정 실리콘을 녹인 곳에, 단결정 실리콘을 표면에 닿게 한 뒤 회전하면서 쭈우우욱 뽑아낸다.
잉곳을 둥근 원통 모양을 하고 있는데, 끝부분을 보면 마치 키세스 초콜릿처럼 생겼다. 이걸 다이아몬드 톱을 이용해 굉장히 얇게 자르는데, 이걸 ‘웨이퍼’라고 부른다. 자른 웨이퍼는 연마와 세척을 통해 매끄럽고 깔끔하게 만들어 준다.
source : 삼성반도체이야기(왼 : 잉곳, 오: 웨이퍼 제조공정)
2. 산화 공정(Oixdation)
연마 직후 웨이퍼는 전기가 통하지 않는 부도체다. 그래서 반도체의 성질을 갖게 하기 위해 웨이퍼 표면에 여러 물질을 입혀주며 회로를 그려준다. 이때 누설전류를 차단 + 공정 혹은 불순물로 인해 웨이퍼 표면이 손상하지 않도록 얇은 막을 증착시켜주는 공정을 말한다. 산화 공정도 여러 기법이 있다지만, 열산화를 가장 많이 이용한다고 한다. 열산화는 고온에서(일반적으로 800~1200도) 웨이퍼를 수증기나 산소에 노출시켜 산화막을 형성하는 방법을 말한다. 그리고 열산화 내에서 크게 ‘습식(수증기 노출)’과 ‘건식 산화(산소 노출)’로 나뉜다.
습식 산화(Wet Oixdation) 건식 산화(Dry Oixdation) Si + 2H₂O >>> SiO₂ + 2H₂ Si + O₂ >>> SiO₂ 산소와 수증기를 이용해 성장속도가 빠르고 두꺼운 막을 형성하는 데 사용한다. 품질이 비교적 떨어지는 편이다. 산소만을 이용, 성장속도가 느려 얇은 막을 형성시 사용한다. 공정이 까다롭지 않아 품질이 좋은 편.
source : LG디스플레이
3. 포토공정(Photo Lithography)
웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 과정을 말한다. 웨이퍼에 직접 도면을 그릴 수 없으니, 설계한 회로를 유리판 위에 그려진 마스크(Photo Mask)를 이용한다. (회로 안에 다이오드, 커패시터, 트랜지스터 등이 있다.) 포토공정은 아래와 같은 순서로 이루어진다.
웨이퍼 위에 회로를 그리기 위한 ‘감광액(PR : 빛에 반응)’을 도포해준다. > 이후 회로 패턴이 그려진 마스크를 빛에 통과시켜 웨이퍼로 비추게 한다. > 빛에 반응한 감광액을 통해 웨이퍼에 회로가 그려진다.(노광) > 이후 현상액을 뿌려가면서 빛에 노출된 영역과 그렇지 않은 영역을 제거해 가며 패턴을 구현한다.(현상 : Develop)
*감광액(PR)은 빛에 어떻게 반응하는가에 따라 양성(positive) 혹은 음성(negative)으로 분류된다. 양성 감광액의 경우 현상공정을 통해 노광된 영역이 제거되고, 음성 감광액의 경우 노광된 영역만 남게 된다.
아래는 포토공정을 귀엽게 표현한 동영상이다. 이해도 쉬워서 유튜브에서 퍼왔다.
4. 식각공정(Etching)
필요한 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 과정이다.
포토공정과 마찬가지로 ‘습식’과 ‘건식’으로 나뉘는데, 건식은 비싸고 까다롭지만 정교하다. 이 때문에 습식을 예전엔 많이 이용했지만, 현재는 나노스케일로 집적화되기 때문에 보다 정교한 공정이 필요하다. 이에 건식 식각이 확대되고 있다.
건식 식각에 대표적으로는 플라즈마 식각이 있는데, 진공 상태인 챔버(그냥 큰 통이라고 생각하면 된다.) 내에 가스를 주입한 뒤, 전기를 공급해 플라즈마화 시킨다. 플라즈마된 이온은 이리저리 충돌하면서 연쇄반응이 일어나서 감광액이 도포되지 않은 산화막을 제거해준다.
5 & 6. 증착(Deposition)과 이온 주입
반도체는 층층이 절연막과 금속막층으로 구분되어야 한다. 금속막층은 회로 연결, 절연막은 내부와 금속막층을 전기적으로 분리하거나 오염으로부터 차단시켜준다. 그래서 부도체인 웨이퍼가 반도체 성질을 가지게 된다.
그 층들을 박막이라고 하며, 이걸 쌓는 공정을 ‘증착’이라고 한다. 증착법은 물리적 기상증착방법(PVD, Physical Vapor Deposition)과 화학적 기상증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition)으로 나뉜다.
이때 증착 공정과 동시에 전기적 성질을 가지게 하려면 불순물인 이온을 주입해야 한다. 붕소, 인 같은 불순물을 미세한 가스입자로 만들어 원하는 깊이만큼 웨이퍼 전면에 넣어 전도성을 갖게 해 준다.
박막을 쌓기 위해선 산화 포토공정 식각 세정 증착 과정을 반복하며 쌓아줘야 한다.
산화 > 포토 > 식각 > 세정과 연마 > 이온주입 > 박막 증착 > 세정과 연마
이때 검사를 많이 하는데, 수율을 높이려면 어쩔 수 없음.
7. 금속 배선 공정
반도체의 회로 패턴을 따라 전기길, 즉 금속선(Metal Line)을 이어 주는 과정을 금속 배선 공정이라고 한다. 대표적으로 알루미늄과 텅스텐을 사용한다.
알루미늄 배선은 실리콘과 만나면 섞이려는 경향이 있어 이를 방지하고자, 접합면 사이에 장벽을 만들기 위한 금속을 증착한다고 한다.
8. 테스트와 패키징
완성된 반도체가 품질이 확실한지 이제 전기적 특성 검사를 통해 테스트한다. 이를 ‘EDS Test(Electrical Die Sorting)’라고 한다. 이는 크게 5단계로 나뉘는데,
1) ET Test & WBI (Electrical Test & Wafer Burn In) : 전류 특성 테스트와 웨이퍼에 열을 가한 뒤 전압을 가해 불량요인 확인하는 과정
2) Pre-Laser (Hot/Cold) : 특정 온도에서 불량을 잡아내기 위한 테스트와 전기적 신호를 통해 정상 작동을 호가인
3) Laser Repair & Post Laser : 2단계에서 고칠 수 있을 것 같은 애들을 모아서 수정 후 다시 재검증
4) Tape Laminate & Back Grinding : 웨이퍼 후면을 연마할 때 생기는 불순물이 웨이퍼에 영향을 줄까 봐 자외선(UV) 테이프를 씌워놓는데, 이게 ‘Tape Laminate’. 그리고 연마가 끝나면 테이프를 다시 벗기는 것이 ‘Back Grinding’이다.
5) Inking : Pre Laser 및 Post Laser에서 발생된 불량 칩에 특수 잉크를 찍어 육안으로도 불량 칩을 식별할 수 있도록 만드는 공정이다. 잉크가 찍힌 불량 칩에 대해서는 조립을 진행하지 않아도 되므로 헷갈리지 않으려고 하는 과정이다.
테스트가 끝나면 품질이 검증된 친구들은 웨이퍼를 다이아몬드 절단기로 잘라 낱개의 칩으로 분리한 뒤 전기 제품에 맞게 포장한다.
절단된 칩들은 리드 프레임이나 PCB 위에 올려 전기적 연결을 한다. 이때 금속 연결(Wire bonding)을 통해서 연결을 하는 데, 반도체의 크기는 점점 작아지고 있어, 배선의 크기가 너무 다닥다닥 달라붙으면 문제가 생긴다. 이를 위해 다른 여러 공정들이 연구 혹은 상용화되가고 있다.
전기적 연결을 한 뒤에 원하는 형태로 만들기 위해 성형 공정을 거친 뒤, 에폭시 수지 등으로 밀봉하는 등에 과정을 거친다. 이를 ‘패키징’이라고 한다.
패키징이 끝나면 마지막 최종 테스트인 ‘패키지 테스트’를 진행한다. 제품에 따라 패키징 테스트 역시 다르지만, 한 예로 디램 기준에 패키징 테스트는 아래와 같다.(source : 삼성 반도체 이야기)
1) Assembly Out : 제품 종류와 수량 등 모든 공정 과정과 시간, 수율, 담당자, 사용 프로그램 등을 작성한다.
2) DC test & Loading / Burn-in (& Unloading) : DC test는 조립공정을 통해 발생된 불량을 선별한다. 이후 고전압, 고온, 전기신호 등에 조건을 가하며 양품 테스트를 한다.
3) MBT (Monitoring Burn-in & Tester) : 제품에 열적, 전기적인 극한 조건을 가하는 과정에 테스터 기능까지 추가된 공정
4) Post Burn Test : 상온 및 저온 공간에서 전기적 특성 및 기능 검사
5) Final Test : 고온에서 반도체 전기적 특성 및 기능을 검사
이러면 반도체 출하 완료!
+ 웨이퍼 가공 단계까지를 전공정 / 검사와 패키징 과정을 후공정이라고도 한다.
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[반도체 백과사전 Ep.6] ‘반도체 8대 공정’ 완벽 정리! 반도체 칩은 어떻게 만들어질까? – 삼성반도체이야기
작은 반도체 칩 하나에 수많은 반도체 소자를 만드는 과정은 정교한 빌딩을 짓는 과정과 비슷합니다. 반도체 칩을 만들기 위한 터를 마련하고, 설계도를 그리고, 각 층을 쌓는 과정을 거쳐야 하죠. 모래에서 시작해서 우리가 알고 있는 반도체 칩이 되기까지! 반도체인으로 거듭나기 위한 필수 코스, <반도체 백과사전> 여섯 번째 이야기, 8대 공정 편을 영상으로 확인해보세요.
쫄보지만 투자는 하고싶어요 쫄보지만 투자는 하고싶어요
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이베스트증권에서 나온 over the horizon 2
를 참조하여..문과생이 이해할수 있는 범위 내에서 간단 정리
1. 웨이퍼 제조(중요도: 별 1 / 별3)
웨이퍼 제조 공정은 크게 3단계로 나뉜다
1)모래에서 추출한 실리콘 원료를 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 용액을 만들고, 이를 잉곳으로 제조한다
2)잉곳을 다이아몬드 톱으로 얇게 절단한다
3)웨이퍼 표면을 연마한다(연마액을 바탕으로 표면을 매끄럽게 갈아내는 과정을 거친다)
2. 산화공정(중요도: 별2 / 별3)
-산화공정은 웨이퍼에 산화막을 입히는 증착 방식으로, Si기판 위에서 산소와 수증기로 막을 형성하는 방식
-불순물로부터의 실리콘 표면 보호, 웨이퍼 위 배선이 합선되지 않게 구분, 절연막 역할을 한다
-건식산화, 습식산화로 나뉜다
-가장 대표적으로 사용되는 열산화 공정은
1)Wafer Cleaning
2)Thermal Oxidation(열산화):열처리 장비를 사용하여 900도~1200도의 온도로 건식/습식 산화
3)test(기판에 laser를 쏴준 후 산화막의 평균 두께 결정)
3. 포토공정(중요도: 별3 / 별3)
-반도체 미세화 과정에서 회로를 그려 넣는 공정
-포토 공정은 크게 7개의 세부 공정으로 구분된다
1)웨이퍼 준비: 웨이퍼 표면에 HMDS라는 물질을 도포하여 수분을 제거. 이를 통해 웨이퍼는 물을 빨아들이지 않는 성질을 가지게 됨
2)PR 도포: 주로 스핀 코팅 방식을 사용하여 웨이퍼 위에 소량의 PR(Photoresist, 감광액)을 뿌린 후 빠른 속도로 회전시켜 균일하게 도포
3)소프트 베이크: 60~100도에서 액체상태인 PR을 경화하는 과정
4)노광(Exposure): 포토 공정의 가장 핵심 공정. 패턴이 형성된 mask를 기판과 align하고 빛을 선택적으로 조사하여 패턴이 형성되도록 하는 과정
5)노광 후 베이크: PR 원재료 중 하나인 PAC(Photoactive compound)를 확산시켜 PR 표면을 매끄럽고 평탄하게 해주기 위해 가열 및 건조를 시켜주는 공정
6)현상(Develop): developer라는 현상액을 이용하여 일정 부위의 PR을 제거하여 패턴을 형성하는 과정
7)하드 베이크: 현상 공정 이후 남아있는 수분과 용제 등을 제거하여 PR을 다시 건조시키기 위한 공정
4.증착공정(중요도: 별3 / 별3)
-웨이퍼 위에 특정한 물질을 분자 혹은 원자 단위로 일정한 두께를 가지도록 입히는 과정
-일반적으로 특정 물질에 직접 에너지를 보내 증착하는 물리적 기상 증착(PVD)과 반응 가스들의 반응으로 물질을 증착하는 화학적 기상 증착(CVD)으로 분류함
-ALD(원자 단위 증착)기술은 기존의 CVD와 PVD보다 더 얇고 미세한 막의 형성이 필요해지면서 등장하게 되었다
-ALD는 기본적으로 Precursor(전구체)화학 물질과 특정 반응 물질을 번갈아가면서 반복 주입해 웨이퍼 ‘표면’에서만 화학반응이 일어나도록 유도하는 공법
-전체적인 증착 기술의 트렌드가 ALD로 넘어간다고 생각하기 쉬우나, 꼭 그런것만은 아니다.
-현재 가장 많이 사용되는 CVD 공정은 비용 효율성 장점을 바탕으로 HDPCVD, ALCVD 등으로의 기술 발전 또한 빠르게 지속되고 있다
5. 이온주입 공정(중요도: 별2 / 별3)
-반도체는 기존의 부도체 형태에서 불순물을 주입함으로써 공유 결합 형태가 깨지면서 반도체의 성질을 가지게됨
-불순물을 주입하는 공정은 2가지로 나뉨
1)열확산 공정: 산화 공정과 유사하게 가스 형태의 불순물을 공급하여 높은 온도로 가열하는 방식 이용. 상대적으로 비용이 저렴하고 난이도가 쉽지만, 확산 방식을 이용하기 때문에 정밀한 농도 제어가 어렵고 공정 온도가 높다
2)이온 주입 공정: 도핑하고 싶은 도핑 물질을 이온화한 후, 가속하여 웨이퍼 표면에 강하게 주입하는 기술
6. 식각 공정(중요도: 별3 / 별3)
-웨이퍼 위에 형성된 박막의 일부 혹은 전부를 깎아 내려가는 공정
-포토 공정 이후 진행되어 PR로 보호되지 않은 영역을 제거하는 용도로 많이 사용되며, 미세 회로 패턴을 형성하는 중요한 공정 중 하나
-식각 공정은 용액을 이용하는 습식 식각과 플라즈마를 이용하는 건식 식각이 있다
-국내 장비업체들이 느끼는 습식 식각과 건식 식각의 난이도 차이는 상당한 듯
-반도체와 디스플레이의 건식 식각 공정 난이도 차이 또한 매우 큰 것으로 판단됨
-증착 공정에서는 국내 전공정 장비 업체들이 LPCVD나 PECVD에서 ALD 공정으로 넘어갈 수 있는 경우가 많은 반면, 반도체용 Dry Etcher를 제작할 수 있는 업체는 국내에 극소수
-특히 3D NAND의 기술 진보 방향은 식각과 증착. NAND 고단화 공정에서는 건식 식각의 난이도와 중요도가 커질것
7. 금속 배선or금속화 공정(중요도: 별2 / 별3)
-다양한 소자 형성 이후 이를 전기적으로 연결하기 위해 배선을 하는 공정
-점점 반도체의 공정이 3D화되면서 수직적으로 연결하는 다층 배선 기술들의 수요와 난이도가 빠르게 증가중
-금속화 공정에서의 주요 필요조건으로는
1)낮은 전기 저항
2)웨이퍼의 부착성
3)열적/화학적 안정성
4)패턴 형성의 용이성
5)높은 신뢰성
6)낮은 제조가격
등이 존재함
8. EDS(Electrical Die Sorting) 공정(리포트에선 7번까지만 나오고 끊김..삼성반도체이야기 홈페이지 참조하여 작성)
-수 많은 제조공정을 거친 반도체 칩은 적절한 테스트를 통해 양,불량을 선별하게 됨
-반도체 제조공정에서 진행되는 테스트에는 웨이퍼 완성 단계에서 이루어지는 EDS Test, 조립 공정을 거쳐 패키지화된 상태에서 이루어지는 Packaging Test, 출하되기 전 소비자의 관점에서 실시되는 품질 Test 등이 있음
-EDS테스트는 전기적 특성검사를 통해 웨이퍼 상태인 각각의 칩들이 원하는 품질 수준에 도달하는지를 체크
9. 패키징 공정(리포트에선 7번까지만 나오고 끊김..삼성반도체이야기 홈페이지 참조하여 작성)
-반도체 패키징은 반도체 칩을 탑재될 기기에 적합한 형태로 만든다는 의미
-반도체 칩은 기판이나 전자기기의 구성품으로서 필요한 위치에 장착되기 때문에, 그에 맞는 모양으로 전기적인 포장을 해야함
-패키징은 상호배선, 전력공급, 방열, 그리고 직접회로(IC) 보호와 같은 역할을 함
-테스트를 통과한 웨이퍼를 다이아몬드 절단기로 잘라 낱개의 칩으로 분리→절단된 칩들은 리드프레임 또는 PCB 위에 올려 전기적 연결 구실을 할 Ball을 달게 됨→패키지 테스트
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반도체 8대 공정 기초 정리
실리콘이 반도체 칩이 되기까지 반도체 공정은 크게 8가지로 분류할 수 있다.
1. 웨이퍼 제조
대부분의 웨이퍼는 주로 모래에서 추출한 규소인 실리콘으로 만들어진다.
모래를 뜨거운 열로 녹여 순도 높은 실리콘 용액을 굳히면 잉곳이라는 실리콘 기둥이 완성된다.
이렇게 완성된 실리콘 기둥을 얇게 슬라이스하여 잘라내면 여러 장의 얇은 원형판인 웨이퍼가 나온다.
바로 절단한 웨이퍼의 표면은 거칠어서 매끄럽게 갈아내는 과정이 필요하다.
웨이퍼 표면은 회로의 정밀도에 영향을 끼치기 때문이다.
웨이퍼의 두께가 얇고 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩수가 증가하므로
기술이 발전할수록 두께는 얇고 크기는 커지고있다.
2. 산화 공정
얇게 잘린 웨이퍼는 부도체 상태이므로 반도체 성질을 가질 수 있도록 하는 작업이 필요하다.
웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 뿌려 균일한 산화막을 형성한다.
이 산화막은 반도체 제조 과정에서 웨이퍼 표면을 보호하고
앞으로 그려지게 될 회로와 회로 사이에 누설 전류가 흐르는 것을 방지한다.
3. 포토 공정
웨이퍼 위에 반도체 제조를 위해 설계된 회로를 그려내는 작업이 필요하다.
이 작업이 사진을 현상하는 과정이랑 비슷하기 때문에 포토 공정이라 한다.
이 때 필름의 역할을 하는 것이 마스크다.
컴퓨터로 설계한 회로 패턴이 그려진 유리판을 마스크라고 한다.
마스크의 회로도를 웨이퍼에 새기기 위해서는
웨이퍼에 올린 산화막 위에 빛과 반응하는 물질인 감광액(PR : Photo Resist)을
얇고 균일하게 도포한 후 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과시키면
웨이퍼 표면에 회로도가 그대로 찍히게 된다.
마지막으로 현상액을 뿌려가면서 빛을 받은 영역과 그렇지 않은 영역을
선택적으로 제거해 웨이퍼에 회로 패턴을 그려준다.
잘 그려졌는지 검사 후 통과하게 된다.
4. 식각 공정
웨이퍼 위에 그려진 반도체 회로 패턴 외에 필요 없는 부분을 제거해야한다.
웨이퍼에 액체나 기체의 부식액을 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거한다.
이 때 액체를 이용하면 습식 식각, 기체를 이용하면 건식 식각이라고 한다.
5. 증착 및 이온 주입
웨이퍼 위에 포토공정과 식각 공정을 여러 차례 반복하면서 층층이 레이어를 쌓는다.
이 때 층층이 쌓인 회로와 회로를 구분하고 보호하는 절연막이 필요하고 이 얇은 막을 박막이라 한다.
웨이퍼 위에 원하는 분자 혹은 원자 단위의 아주 얇은 박막을 입히는 것을 증착이라고 하는데
두께가 워낙 얇아서 웨이퍼 위에 균일하게 박막을 형성하기 위해서는 정교하고 세밀한 기술력을 필요로한다.
이 때 반도체가 전기적인 성질을 가지게 하는 이온주입 공정 또한 필요하다.
순수한 반도체는 규소로 되어있어 전기가 통하지 않으나 불순물을 넣어줘 전도성을 갖게 한다.
이제 웨이퍼는 전도성을 갖게 되고 그 위에 수많은 회로가 만들어졌다.
6. 금속 배선 공정
회로가 동작하기 위해서는 전기적 신호가 필요한데 신호가 잘 전달되도록 회로 패턴에 따라
전기가 통하는 길을 만들어 줘야한다.
반도체에 전기가 잘 통할 수 있도록
알루미늄, 티타늄, 텅스텐 같은 금속재료를 이용해서
얇은 금속 막을 증착하여 전기가 통하도록 한다.
7. EDS 공정 (Electrical Die Sorting)
전기적 특성 검사를 통해 각각의 칩이 원하는 품질 수준에 도달했는지 테스트하는 공정
양품인지 불량품인지 구분해내는 단계
설계된 칩의 최대 개수 대비 정상적으로 작동하는 칩의 개수 비율을 수율(Yield)이라고 한다.
수율이 높을수록 기술력있는 반도체 회사로 인정받는다.
8. 패키징 공정
앞선 공정들을 통해 완성된 웨이퍼의 반도체 칩을
낱개로 하나하나 잘라내서 전자기기에 탑재될 수 있는 형태를 갖춰야한다.
반도체 칩이 외부와 신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어줘야하고
다양한 외부환경으로부터 안전하게 보호받는 형태로 만들어야 한다.
<패키징 공정의 과정>
웨이퍼를 낱개의 칩으로 절단 (웨이퍼 소잉/다이싱) -> 절단된 칩들을 PCP 기판 위에 올려 접착 ->
기판 위에 올려진 반도체 칩의 접점과 기판의 접점을 연결 (BGA방식/와이어본딩)
-> 원하는 형태의 패키지 모양을 만들기 위해 성형 (Molding) -> 반도체 밀봉 후 제품명 마킹
-> 파이널 테스트
반도체 8대 공정 요약 정리
요약
1. 웨이퍼 제조
2. 산화 공정
3. 포토 공정
4. 식각 공정
5. 증착 & 이온 주입 공정
6. 금속배선 공정
7. EDS 공정
8. 패키징 공정
1. 웨이퍼 제조
웨이퍼(Wafer)는 반도체 집적회로가 새겨지는 기판으로 실리콘을 통해 만들어 진다. 실리콘을 녹여서 둥근 기둥 잉곳(Ingot)을 제작하고 이를 얇은 두께로 절단하면, 이것이 웨이퍼 한장이 된다. 절단된 웨이퍼는 매끄럽게 표면 연마 작업을 거쳐 회로가 새겨지는 매끄러운 웨이퍼가 된다.
FIg 1. 집적회로가 새겨진 웨이퍼 [1]
2. 산화 공정 Oxidation
웨이퍼의 보호막이자 집적회로 사이의 절연막 역할을 하는 산화막(SiO₂)을 웨이퍼 위에 생성하는 공정이다. 식각 공정에서 회로의 모양대로 산화막은 제거되고, 산화막이 제거되어 노출된 웨이퍼 영역에 회로가 새겨진다. 이때 산화막은 부도체로서, 웨이퍼에 새겨질 회로와 회로 사이의 누설전류가 흐르는 것을 차단하는 역할을 한다.
산화막 생성은 건식 산화 혹은 습식 산화, 2가지 방식이 있으며, 건식 산화는 웨이퍼에 산소만을 노출하는 것이며, 습식 산화는 산소와 함께 수증기를 노출시킨다. 습식 산화는 수증기를 통해 건식 산화보다 빠르게 산화막 생성이 가능하며 두꺼운 산화막을 생성한다.
Fig 2. 산화막이 형성된 웨이퍼 [1]
3. 포토 공정 Photo Lithography
웨이퍼에 회로를 그리는 공정으로 빛을 이용해 웨이퍼에 회로를 그린다. 이때 회로의 모양으로 구멍이 뚫린 포토마스크를 웨이퍼에 씌우는데, 포토마스크는 구멍이 뚫린 영역만 빛을 통과시킨다. 따라서 웨이퍼에는 포토마스크를 통과한 빛의 모양대로 회로가 그려진다. 구체적인 과정은 다음과 같다.
먼저 산화막이 생성된 웨이퍼에 빛에 반응하는 감광액(Photo resist)를 바른다. 감광액은 빛에 반응하는 물질로 빛(특히 자외선)과 만난 감광액은 제거되어 패턴이 그려진다(positive 방식).
Fig 3. 양성 감광액의 반응 [1]
4. 식각 공정 Echting
감광액이 남아있지 않는 영역(즉 회로)의 산화막을 깎아내는 공정으로, 회로를 산화막에 그리는 역할을 수행한다.
산화막을 깎아내는 방법은 크게 2가지, 건식 식각과 습식 식각으로 분류된다. 건식 식각은 가스 플라즈마를 이용하여 산화막을 제거, 습식 식각은 용액성 화학 물질을 이용하여 산화막을 제거한다. 건식 식각이 습식 식각에 비해 비용이 비싸고 까다롭지만, 습식 식각에 사용되는 화학 물질은 확산 방향성을 가지기 않기에 Fig 4. (b)처럼 undercut이 발생하는데 비해(모든 방향으로 확산함), 가스 플라즈마는 전기장을 통해 확산 방향을 지정할 수 있기에 Fig 4. (a)처럼 미세 패턴을 더 잘 그릴 수 있다.
Fig 4. 식각 공정. (a)는 원하는 회로대로 식각이 잘 이뤄짐. (b)는 회로보다 더 넓게 산화막을 제거함(Undercut) [2]
식각 공정이 끝난 후 포토 레지스트를 모두 씻어내고, 회로의 모양대로 식각된 웨이퍼 및 산화막만을 남긴다.
5. 증착 & 이온 주입 공정 Deposition & Ion Implantation
순수 반도체인 실리콘에 이온을 주입하여 P형 반도체, N형 반도체를 만드는 공정을 이온 주입 공정이라고 한다. 회로의 모양대로 산화막이 깎이는데, 산화막이 깎여 노출된 실리콘 웨피어에 이온을 주입한다. 이를 통해 전기가 흐르는 회로가 실제로 웨이퍼에 새겨지게 된다.
실제 반도체 칩은 여러 층의 회로로 구성되는데, 이 회로들 사이에 미세한 막(=박막)을 만들어 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 하도록 한다. 구체적으로 두 회로(소자) 사이에 전기를 통하게 하거나(전도성 박막, 금속 박막), 전기가 통하지 않게 하는(절연성 박막)을 한다. 이러한 박막을 생성하는 공정을 증착 공정이며, 박막을 얼마나 얇게 형성하는 것이 중요하다고 한다. 박막을 증착하는 방법은 크게 2가지 물리적 기상증착방법(PVD, Physical Vapor Deposition)과 화학적 기상증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition)으로 나뉜다.
Fig 5. 이온 주입 및 증착 공정 [1]
6. 금속 배선 공정
포토, 식각, 이온 주입, 증착 공정을 통해 웨이퍼 위에는 반도체 소자(들의 집합, 회로)가 만들어지게 된다. 이 반도체 소자는 전기적 신호에 따라 전기가 흐르거나 혹은 흐르지 않게 조절된다. 이 소자가 동작하기 위해 외부에서 전기 신호가 가해져야 하는데, 신호가 전달되는 금속선을 연결하는 작업을 금속 배선 공정이라고 한다. 대표적인 금속 배선 재료로는 알루미늄이 있다.
Fig 6. 알루미늄 금속 배선 증착 [1]
7. EDS 공정 Electrical Die Sorting
위 공정을 통해 생산된 반도체 칩을 테스트하는 공정으로, 양품과 불량품을 선별한다. EDS 공정은 칩이 패키징 되기 전 웨피어 완성 단계에서 전기적 검사를 통해 칩이 제대로 동작하는 지를 테스트하는 공정이다. 미세한 핀이 달린 프로브 카드(Probe card)를 웨이퍼 접촉해 전기를 흘러보내는데, 이 신호를 분석하여 불량 칩을 선별하게 된다. 이를 통해 불량 칩을 선별, 불량 칩에 대한 수선을 시도, 칩 생성 공정 상의 문제점 파악 및 수정을 진행한다.
반도체의 수율은 웨이퍼 한장에 설계된 칩 개수 대비 생산된 양품의 개수로 반도체의 수율이 높아야 생산성이 높아진다. 따라서 불량 칩 선별 및 수선, 공정 상의 문제점 파악 및 수정은 반도체 생산성 향상을 위해 꼭 필요한 중요한 공정 중 하나이다.
EDS 공정은 크게 4단계로 나눌 수 있다.
Electrical Test & Wafer Burn In : 개별 반도체 소자에 전기 신호를 보내어 동작 여부 판별. 웨이퍼에 고온, 고압 등의 스트레스를 준 상황에서 동작 여부를 판별 Hot / Cold Test : 특정 온도에서 반도체 소자의 동작 여부 판별 Repair / Final Test : 불량품에 대한 수선 시도 및 수선된 칩에 대한 최종 검증 Inking : 불량칩에 잉크를 찍어 육안으로 식별할 수 있도록 함. 패키징 과정에서 제외하며, 이후 공성 상의 문제점 분석에 사용
8. 패키징 공정
반도체 칩을 외부환경으로 보호하도록 포장하고, 전기적으로 연결할 수 있는 배선을 만들어주는 공정이다.
웨이퍼 위에 사각형 칩이 여러 개 형성되어 있는데, 이 웨이퍼를 잘라 개별 칩으로 분리한다. 이 칩을 기판 (리드프레임, PCB) 위에 접착하고 전기신호를 교환할 수 있도록 금선(전선)을 연결해준다. 최근에는 전선이 아닌 범프(금, 주석 등)를 통해 연결하는 플립 칩 방식도 사용되고 있다.
Fig 7. 칩과 기판 연결 [1]
열, 습기 등의 물리적인 환경으로부터 반도체 집적회로를 보호하고, 원하는 형태의 패키지로 만들기 위한 성형 공정까지 거치면 최종적으로 우리가 보는 반도체 제품이 완성된다. 완성된 반도체 제품은 패키지 테스트를 통해 정상 동작 여부를 확인하게 되고, 이 과정을 통해 불량품 선별 및 공정 상의 문제점을 파악한다.
Reference
[1] https://www.samsungsemiconstory.com/kr/반도체-백과사전-반도체-8대-공정-한-눈에-보기/ [2] 엄우용, 이선우, 이공계 학생을 위한 핵심 반도체 개론, K-MOOC [3] https://brunch.co.kr/@wyz/62
키워드에 대한 정보 반도체 8 대 공정 정리
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