2) 반도체 공정 순서 및 8대 공정

반도체 산업구조

이번 포스팅에서는 반도체 공정 순서 그리고 선공정 속 8대 공정에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

저번 포스팅에서 봤듯이 반도체 산업은 Design(펩리스) -> Manufacturing(파운드리) -> Packaging/Assembly(OSAT) 그리고 IDM(종합반도체)로 구성되어 있습니다.

 

이를 기반으로 반도체 공정들을 분리하면, 반도체 설계 -> 반도체 생산(전공정) -> 반도체 후공정(패키징/TEST) 로 구분됩니다. 

 

반도체 설계 : 앞선 포스팅에서 봤듯이 IDM(종합반도체) 업체들과 펩리스 업체들이 Analog & Digital 반도체 등을 설계합니다. 이 때 펩리스 업체들은 설계 IP(설계 지적재산권)를 ARM, Xilnx 같은 회사들로부터 제공받아, 좀 더 다채롭게 반도체를 설계할 수 있습니다.

 

반도체 생산 : 반도체 생산은 IDM과 파운드리 업체들이 도맡아 하고 있습니다. 반도체는 8대 공정이라 불리는 과정들을 통해 만들어지는데, 해당 공정들을 하나하나 알아보겠습니다.

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1. 웨이퍼 제조 공정

가장 기본적인 단계입니다. 모래로부터 순수한 SI를 추출해 잉곳을 만들고, 만든 잉곳을 슬라이스칩니다. 그 후 표면을 연마하면 웨이퍼가 됩니다. 이러한 웨이퍼는 200nm(중간단계 반도체), 300nm(고성능반도체) 두 가지 타입이 있고, 주로 SK실트론과 같은 웨이퍼 제조업체들이 제조합니다. 

 

2. 산화공정

웨이퍼 세정 -> 산화막 형성(Furnace 사용) -> 검사(Ellipsometer 사용)

산화막 형성 방법은 아래와 같습니다.

- 열산화 -> 건식산화(특성이 좋고 막 생성속도가 느림) & 습식산화

- 전기화학적 산화

- 화학적 기상 증착(CVD)

- 플라즈마 기상 증착(PECVD)

 

3. 포토공정

빛(EUV, DUV(ArF))을 이용해웨이퍼에 회로를 그리는 공정. 빛을 쬐면 굳는 감광액(포토레지스트)의 성질을 이용하여, 산화막 위에 감광재를 도포한 후 빛을 쬐, 회로를 그립니다. 이 때 사용하는 게 마스크이고, 이를 보호하기 위해 펠리클을 사용합니다.

포토공정은 8대공정 중 60%의 시간, 35%의 공정비율을 차지하는 가장 중요한 공정입니다. 그리고 이러한 노광(포토)장비는 네덜란드의 ASML이 대부분을 공급하고 있습니다. 

 

4. 식각공정

식각공정은 회로만 남기고, 불필요한 부분을 제거하는 공정입니다. 불화수소를 사용합니다. 이러한 식각에는 습식식각과 건식식각이 있습니다.

- 습식식각 : 화학적 용액을 이용해 식각, 비용이 싸지만 정확도가 낮고,오염의 우려가 있다.

- 건식식각 : GAS를 이용해 식각, 비용이 비싸고 느리다. 하지만 정확도가 높다.

 

5. 박막공정 & 이온주입

이온주입 : 웨이퍼에 Ion implantation을 통해 전기적 특성을 띄게 함

박막증착은 이온주입 후 보호막(Thin film)을 씌우는 것이다.

- CVD : 화학증착법 GAS반응을 통한 증착

- PVD : 물리기상증착법(열, 전자빔, 스퍼터링) 

- ALD : 원자기상증착법 원자를 웨이퍼 위에 성장시켜 증착

증착 후 CMP(화학기계적 연마)를 통해 박막을 깔끔하게 정리한다. 

 

6. 금속배선공정

제작한 Chip에 금속배선을 연결합니다.

 

7. EDS공정

반도체 CHIP의 불량을 검사하고, 이에 맞는 보수 공정을 진행합니다.

 

8. 패키징 공정

PCB(printed circuit board)에 반도체 칩을 접착시킵니다. 이를 통해 사용가능한 반도체 칩이 완성됩니다. 

 

지금까지 설계, 생산, 후공정으로 이어지는 반도체 생산순서와 반도체 8대 공정에 대해 알아봤습니다. 다음 포스팅에서는 메모리 및 시스템 반도체의 종류와 각각의 역할, 관련 산업에 대해 알아보겠습니다.