반도체 8대 제조 공정 총 정리 : 절차 및 특징과 예시

 

반도체란 전기적 성질이 도체와 절연체 사이에 있는 물질을 말합니다. 반도체는 컴퓨터, 스마트폰, TV 등 우리 생활에 필수적인 전자 제품들의 핵심 부품입니다. 그렇다면 반도체는 어떻게 만들어지는 걸까요? 반도체 제조 공정에 대해 간단하게 알아보고, 각 공정의 특징과 예시를 들어 설명해 드리겠습니다.

 

 

 

반도체 제조 공정은 크게 웨이퍼 제조, 프런트엔드 공정, 백엔드 공정으로 나눌 수 있습니다. 웨이퍼 제조는 반도체 소자를 형성하기 위한 기판을 만드는 과정이고, 프론트엔드 공정은 웨이퍼 위에 반도체 소자를 형성하는 과정입니다. 백엔드 공정은 프론트엔드 공정에서 완성된 반도체 소자를 테스트하고 패키징하는 과정입니다.

 

이 중에서 프론트엔드 공정은 다시 8가지의 세부 공정으로 구분할 수 있습니다. 이를 흔히 반도체 8대 공정이라고 부릅니다. 반도체 8대 공정은 산화, 포토, 식각, 박막, 금속 배선, EDS, 패키징, 테스트 순서로 진행됩니다. 각각의 공정에 대해 자세히 알아보겠습니다.

[반도체 후공정 1편] 반도체 테스트의 이해 (1/11)

 

 

1. 산화 공정

산화 공정은 웨이퍼 표면에 산화막을 형성하는 공정입니다. 산화막은 실리콘과 산소가 반응하여 만들어지는 실리콘 다이옥사이드(SiO2)로 이루어져 있습니다. 산화막은 반도체 소자의 절연층, 게이트 층, 마스크 층 등으로 사용됩니다.

 

 

산화 공정의 예시로는 LOCOS(Local Oxidation of Silicon)와 STI(Shallow Trench Isolation)가 있습니다. LOCOS는 웨이퍼 표면에 마스크를 씌우고 높은 온도와 습기로 산화시켜 원하는 부분에만 산화막을 형성하는 방법입니다.

 

STI는 웨이퍼 표면에 깊은 홈을 파고 그 안에 산화막을 채우는 방법입니다. 이 두 방법은 반도체 소자들을 서로 분리하기 위해 사용됩니다.

 

2. 포토 공정

포토 공정은 웨이퍼 위에 빛에 민감한 재료인 포토레지스트(Photo Resist)를 도포하고, 마스크를 이용하여 빛을 조사하여 원하는 패턴을 형성하는 공정입니다.

 

 

포토레지스트는 빛에 노출되면 화학적으로 변하는 성질을 가지고 있습니다. 노광(Exposure)이라고 부르는 빛 조사 단계에서 마스크의 패턴에 따라 포토레지스트가 변하게 되고, 이를 개발(Development)이라고 부르는 용액 처리 단계에서 남기거나 제거할 수 있습니다.

 

포토 공정의 예시로는 스텝 앤 리핏(Step and Repeat)과 스텝 앤 스캔(Step and Scan)이 있습니다. 스텝 앤 리핏은 마스크와 웨이퍼를 일대일로 정렬하고, 전체 마스크의 이미지를 한 번에 웨이퍼에 인쇄하는 방법입니다.

 

스텝 앤 스캔은 마스크와 웨이퍼를 일대다로 정렬하고, 마스크의 일부분만 웨이퍼에 인쇄하면서 마스크와 웨이퍼를 동시에 이동시키는 방법입니다. 이 두 방법은 반도체 소자의 크기를 줄이고 정밀도를 높이기 위해 사용됩니다.

 

 

3. 식각 공정

식각 공정은 포토 공정에서 형성된 패턴을 웨이퍼에 전달하는 공정입니다. 식각 공정은 건식 식각과 습식 식각으로 구분할 수 있습니다. 건식 식각은 이온화된 가스를 사용하여 원하는 부분을 제거하는 방법입니다. 습식 식각은 화학 용액을 사용하여 원하는 부분을 제거하는 방법입니다.

 

식각 공정의 예시로는 RIE(Reactive Ion Etching)와 KOH(Kalium Hydroxide) 식각이 있습니다. RIE는 건식 식각의 한 종류로, 반응성 가스와 전자기장을 이용하여 원하는 부분을 제거하는 방법입니다.

 

KOH 식각은 습식 식각의 한 종류로, KOH 용액과 마스크를 이용하여 원하는 부분을 제거하는 방법입니다. 이 두 방법은 반도체 소자의 형태와 기능을 결정하기 위해 사용됩니다.

 

 

4. 박막 공정

박막 공정은 웨이퍼 위에 다양한 재료의 박막을 증착하는 공정입니다. 박막은 반도체 소자의 도체, 절연체, 반도체 등으로 사용됩니다. 박막 공정은 화학 증착과 물리 증착으로 구분할 수 있습니다. 화학 증착은 화학반응을 이용하여 박막을 형성하는 방법입니다. 물리 증착은 물리적인 힘을 이용하여 박막을 형성하는 방법입니다.

 

박막 공정의 예시로는 CVD(Chemical Vapor Deposition)와 Sputtering이 있습니다. CVD는 화학 증착의 한 종류로, 가스 상태의 화학 물질을 웨이퍼에 흘려보내고, 웨이퍼 표면에서 화학 반응을 일으켜 박막을 형성하는 방법입니다.

 

Sputtering은 물리 증착의 한 종류로, 고전압을 가한 이온 빔을 타깃에 쏘아서 타깃의 원자를 웨이퍼에 증착시키는 방법입니다. 이 두 방법은 반도체 소자의 성능과 품질을 향상하기 위해 사용됩니다.

 

 

5. 금속 배선 공정

금속 배선 공정은 반도체 소자들을 전기적으로 연결하기 위한 금속 선을 만드는 공정입니다. 금속 배선 공정은 단일 금속 선과 다중 금속 선으로 구분할 수 있습니다. 단일 금속 선은 하나의 층에만 금속 선을 형성하는 방법입니다. 다중 금속 선은 여러 층에 금속 선을 형성하고, 접점(Contact)이나 비아(Via)라고 부르는 구멍을 통해 연결하는 방법입니다.

 

금속 배선 공정의 예시로는 Al 배선과 Cu 배선이 있습니다. Al 배선은 알루미늄(Al)이라는 금속 재료를 사용하여 금속 선을 형성하는 방법입니다. Cu 배선은 구리(Cu)라는 금속 재료를 사용하여 금속 선을 형성하는 방법입니다. 이 두 방법은 반도체 소자들의 전기 신호를 전달하고, 전력 손실과 발열을 줄이기 위해 사용됩니다.

 

 

6. EDS 공정

EDS 공정은 Evaluation, Diffusion, and Separation의 약자로, 반도체 소자들의 특성을 평가하고, 원하는 부분에 도핑(Doping)이라고 부르는 불순물을 주입하고, 웨이퍼를 개별 칩으로 분리하는 공정입니다. EDS 공정은 반도체 소자들의 기능과 품질을 검증하고, 최종 제품으로 완성시키기 위해 사용됩니다.

 

EDS 공정의 예시로는 프로빙(Probing), 이온 주입(Ion Implantation), 다이싱(Dicing)이 있습니다. 프로빙은 반도체 소자들의 전기적 특성을 측정하기 위해 프로버(Prober)라고 부르는 기계를 사용하여 웨이퍼에 접촉하는 방법입니다.

 

이온 주입은 원하는 부분에 이온화된 불순물을 가속하여 주입하는 방법입니다. 다이싱은 웨이퍼를 개별 칩으로 자르기 위해 다이소(Dicer)라고 부르는 기계를 사용하는 방법입니다.

 

 

7. 패키징 공정

패키징 공정은 EDS 공정에서 분리된 개별 칩을 보호하고, 외부와의 전기적 연결을 가능하게 하기 위해 패키지라고 부르는 외부 케이스에 넣는 공정입니다. 패키징 공정은 칩의 크기와 성능에 따라 다양한 형태와 재료로 구분할 수 있습니다. 패키징 공정은 반도체 소자들의 신뢰성과 내구성을 높이고, 외부 환경으로부터 보호하기 위해 사용됩니다.

 

패키징 공정의 예시로는 DIP(Dual In-line Package)와 BGA(Ball Grid Array)가 있습니다. DIP는 칩의 양쪽 끝에 금속 핀을 부착하고, 플라스틱이나 세라믹으로 덮어주는 방법입니다. BGA는 칩의 아래쪽에 금속 구슬을 부착하고, 플라스틱으로 덮어주는 방법입니다. 이 두 방법은 반도체 소자들을 기판에 연결하고, 전기 신호를 전달하기 위해 사용됩니다.

 

 

8. 테스트 공정

테스트 공정은 패키징 공정에서 완성된 반도체 제품들의 기능과 성능을 검사하는 공정입니다. 테스트 공정은 웨이퍼 테스트와 파이널 테스트로 구분할 수 있습니다.

 

웨이퍼 테스트는 EDS 공정에서 분리되기 전의 웨이퍼 단계에서 반도체 소자들의 전기적 특성을 측정하는 테스트입니다. 파이널 테스트는 패키징 공정에서 완성된 반도체 제품들의 기능과 성능을 측정하는 테스트입니다.

 

테스트 공정의 예시로는 ATE(Automatic Test Equipment)와 BIST(Built-in Self Test)가 있습니다. ATE는 자동화된 장비를 사용하여 반도체 제품들의 기능과 성능을 검사하는 방법입니다. BIST는 반도체 제품들에 내장된 회로를 사용하여 자가 진단하는 방법입니다. 이 두 방법은 반도체 제품들의 품질과 안전성을 보장하기 위해 사용됩니다.

 

 

결론

이상으로 반도체 8대 공정에 대해 간단하게 알아보았습니다. 반도체 8대 공정은 산화, 포토, 식각, 박막, 금속 배선, EDS, 패키징, 테스트 순서로 진행되며, 각 공정마다 다양한 예시와 용어가 있습니다. 반도체 8대 공정은 반도체 소자들의 형태와 기능을 결정하고, 최종 제품으로 완성시키기 위해 필요한 과정입니다.