반도체 공정 이해

산업 분석

Q42 2020. 9. 28. 00:00

반도체 8대 공정 1탄. 반도체 집적회로의 핵심재료, 웨이퍼란 무엇일까요?

반도체 집적회로(semiconductor integrated circuit)는 손톱만큼 아주 작고 얇은 실리콘 칩처럼 보이지만, 그 안에는 수만 개에서 수십 억 개 이상의 전자부품들(트랜지스터, 다이오드, 저항, 캐패시터)��

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1. 웨이퍼 : 잉곳(실리콘 기둥) 만들기

잉곳 절단 : 단결정 실리콘(seed)과 잉곳(Ingot)의 말단을 제거하고, 식힌 잉곳(Ingot)을 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 절단 ⇒ 웨이퍼
웨이퍼 표면 연마 (lapping & polishing)

2. 산화 (Oxidation) : 웨이퍼에 여러 가지 물질로 얇은 막을 증착하는 대표적인 방법으로, 고온(800~1,200℃)에서 산소나 수증기를 웨이퍼 표면에 뿌려 얇고 균일한 실리콘 산화막(SiO₂)을 형성시키는 과정

열산화 : 고온의 환경에서 웨이퍼에 산화막을 형성
- 건식 산화 : 산소 only. 얇은 막. 매우 좋은 전기적 특성. 많은 시간 필요.
- 습식 산화 : 산소 + 수증기. 두꺼운 막.

3. 포토 공정(Photo Lithography) : 웨이퍼에 회로를 그리는 공정

전자회로 패턴 설계 : 50~100m
포토 마스크 제작 : E-Beam 을 이용해 고순도 석영을 가공한 유리판 위에 그림 → 사진 원판
웨이퍼 표면에 감광액(PR, Phot Regist) 도포 : 양성 감광액의 경우 현상공정을 통해 노광된 영역이 제거되고, 음성 감광액의 경우 노광된 영역만 남음 → 사진 인화지
노광 (Stepper Exposure) : 노광장비를 사용하여 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과시켜 웨이퍼에 회로를 그려 넣음 → 카메라 셔터
현상 (Develop) : 웨이퍼에 현상액을 뿌려 가며 노광된 영역과 노광되지 않은 영역을 선택적으로 제거해 회로 패턴을 형성하는 공정

4. 식각 공정(Etching) : 반도체의 구조를 형성하는 패턴을 만드는 공정

웨이퍼에 액체 또는 기체의 etchant를 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거해 반도체 회로 패턴을 만든다
식각 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 건식과 습식. 나노 스케일 집적에 따라 건식 식각이 확대
- 플라즈마 상태에서 해리된 반응성 원자(Radical Atom)가 웨이퍼 위를 덮고 있는 막질 원자와 만나 강한 휘발성을 띠면서 표면에서 떨어져 나감

5. 박막 공정(Thin film) : 반도체가 원하는 전기적인 특성을 갖도록 하기 위해 분자 또는 원자 단위의 물질을 박막의 두께로 촘촘히 쌓음

증착(deposition) : 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 원자 단위의 물질을 박막의 두께로 입혀 전기적인 특성을 갖게 하는 일련의 과정
- 종류 : 물리적 기상증착방법(PVD, Physical Vapor Deposition)과 화학적 기상증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition) 으로 구분
- 플라즈마 CVD의 경우, 다른 CVD에 비해 저온에서 형성이 가능하고 두께 균일도를 조절할 수 있으며 대량 처리가 가능하다는 장점 덕분에 최근에 가장 많이 이용
이온주입 공정(Ion implantation) : 반도체에 전기적 성질을 띠는 입자를 회로패턴과 연결된 부분에 주입시키는 공정

6. 금속 배선 공정(Metal interconnect) : 반도체 제품에는 수 많은 기본 소자가 들어 있는데, 이 소자들을 동작시키고 각각의 신호가 섞이지 않고, 잘 전달되도록 선을 연결하는 작업

7. EDS Test

8. 패키징 공정(Packaging) : 반도체 칩을 탑재될 기기에 적합한 형태로 만들기 위해 전기적인 포장(Packaging)

금속 연결(Wire Bonding) : 반도체 칩의 접착점과 리드프레임 간 전기적 특성을 위하여 가는 금선을 사용하여 연결
성형(Molding) : 수지(Resin)로 구성된 EMC(Epoxy Molding Compound)에 고온을 가해 젤 상태로 만든 후, 원하는 형태의 틀에 넣어 진행
Package Test

추가로 :