반도체 8대 공정 시리즈2

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반도체 8대 공정

반도체 집적회로 생산과정은 반도체 주요 재료인 실리콘으로 큰 둥근 원판인 웨이퍼를 만들어서 거기에 회로를 새기고 제품에 맞게 자르는 과정입니다.

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8대 공정을 간략하게 요약하자면 아래와 같습니다.

반도체 전 공정웨이퍼 제조 → 산화 공정 → 포토 공정 → 식각 공정 → 박막 증착 공정 → 금속 배선 공정

반도체 전 공정	웨이퍼 제조
	산화
	포토
	식각
	박막 증착
	금속 배선
반도체 후 공정	전기적 테스트
	패키지

1) 웨이퍼 제조

모래에서 추출한 실리콘을 녹여서 둥근 기둥인 규소봉으로 제작하는데 이를 잉곳이라고 부릅니다.

이 잉곳을 아주 얇고 균일한 두께로 절단해 표면을 평평하게 만드는 과정을 거쳐서 웨이퍼로 만듭니다.

이 웨이퍼에 회로를 새기고 작게 잘라서 반도체 집적회로, IC가 되는 것입니다.

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2) 산화 공정

반도체는 나노공정이라고 하는 아주 미세한 작업을 통해 만들어집니다. 반도체 집적회로 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.

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3) ASML, 포토 공정

산화 공정을 통해 산화막이 덮인 웨이퍼에, 빛에 반응하는 감광액을 바릅니다. 그리고 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과해 웨이퍼에 회로를 그립니다. 설계한 전자 회로 패턴이 그려진 포토마스크에 빛을 쪼아 웨이퍼에 전자회로 패턴을 찍어냅니다.

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4) 식각(Etching) 공정

포토 공정에서 회로를 그렸으면 불필요한 회로를 벗겨내는 과정이 필요합니다. 이 과정이 식각 공정입니다.

자외선에 반응한 감광액 부분 외에는 산화막이 있으므로 그 부분을 제거하는 작업입니다.

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5) 박막 증착 공정

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.

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6) 금속 배선 공정

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.

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7) 전기적 테스트 공정 (EDS)

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.

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8) 패키지 공정

일곱 단계의 공정을 마치게 되면 웨이퍼에 수백 수천개의 칩이 만들어져 있고 이들을 전자기기에 들어갈 수 있는 부품의 크기에 맞게 자르고 포장하는 공정이 패키지 공정입니다.

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