반도체 8대 공정 프로세스

✏️  서론

반도체를 만드는 과정은 크게 전공정(반도체 회로를 웨이퍼에 형성하는 과정)과 후공정(완성된 칩을 패키징하여 최종 제품으로 만드는 과정)으로 나눌 수 있다. 이를 더 세분화하면, 반도체 제조는 서로 밀접하게 연결된 8단계의 공정을 거쳐 완성된다. 이번 글을 통해 반도체 제조의 8대 공정을 포괄적으로 알아보고, 이후의 글에서 중요 단계의 과정을 세분화하여 공부해 보자.

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⚙️ 전공정

1. 웨이퍼 준비

*웨이퍼란? 반도체 칩의 기본이 되는 얇은 실리콘 판

• 실리콘 잉곳(막대 모양)을 얇게 절단해 웨이퍼를 만든다.
• 표면을 깨끗하고 매끈하게 연마하여 준비한다.

2. 산화 공정

: 웨이퍼 표면에 얇은 산화막(실리콘 산화물)을 코팅하는 단계

• 산화막은 반도체 내부에서 전류가 흐르는 것을 제어하거나 다음 단계에서 웨이퍼를 보호하는 역할을 한다,
• 주로 열을 가하거나 화학반응을 통해 산화막을 형성한다.

3. 포토 공정

: 웨이퍼 위에 빛을 이용하여 회로 패턴을 새기는 단계

• 감광액을 바르고, 마스크를 사용해 빛으로 원하는 회로를 그린다.
• 이후 화학 처리를 통해 불필요한 부분을 제거한다.

4. 식각(애칭) 공정

: 포토 공정을 통해 형성된 패턴을 기준으로, 웨이퍼를 특정 모양으로 깎아내는 과정

• 습식 애칭 : 화학 용액을 사용해 재료를 녹인다
• 건식 애칭 : 플라즈마를 이용해 정밀하게 재료를 제거한다.
• 위 과정을 통해 실제 회로 모양이 웨이퍼에 새겨진다.

5. 증착 공정

: 웨이퍼 표면에 분자 또는 원자 단위의 얇은 층의 물질(금속, 절연체 등)을 입히는 단계

• CVD(화학적 기상 증착) : 화학반응을 통해 균일한 박막 형성
• PVD(물리적 기상 증착) : 물리적으로 증발시켜 웨이퍼에 박막을 입힌다.
• 증착된 물질은 회로 연결 또는 절연체 역할을 한다.

6. 금속배선 공정

: 웨이퍼에 전기적 특성을 부여하기 위해 이온(전하를 띤 입자)을 주입한다.

• 특정 영역에 이온을 쏘아 반도체가 N형 또는 P형으로 변환한다.
• 이를 통해 전류의 흐름을 제어하는 트랜지스터의 특징이 만들어진다.

 

⚙️ 후공정

 

7. EDS

: 전기적 특성검사를 통해 품질을 테스트하는 공

• 수율이 높을수록 기술력있는 반도체 회사라고 본다.
  *수율 = (정상 작동 칩 개수 / 설계된 칩의 최대 개수)*100

8. 패키징

: 개별 반도체 칩을 잘라내어 외부와 연결할 수 있도록 보호한다. (내구성 / 안정성)

• 다이싱 : 웨이퍼를 작은 칩으로 절단
• 본딩 : 칩을 외부 회로와 연결
• 캡슐화 : 칩을 외부 환경으로부터 보호하는 케이스에 씌운다. 

 

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✏️ 결론

반도체는 나노미터 크기로 작동하기 때문에 각 공정이 매우 정밀해야 한다. 공정이 잘못되면 칩이 제대로 작동하지 않거나 수율이 낮아진다. 8대 공정을 통해 반도체가 제조가 이루어지며, 각각의 단계는 상호 연결되어 반도체의 성능과 품질을 결정짓는다.