지난 글에서 반도체가 무엇인지에 대해 간략히 알아보았습니다.
나날이 반도체의 성능은 향상되고 있으며, 더 나은 성능을 위해서는 점점 미세한 공정이 중요해집니다.
따라서 날이 갈수록 반도체 공정능력을 발전시키기 위해 업계는 상당한 노력을 하고 있습니다.
반도체 업계에서 통용되는 8 분야의 주요 공정이 있는데요, 각각의 공정에 대해서 세세히 다루는 따로 작성하겠습니다.
이번 글에서는 반도체 업계에서 통용되는 중요 주요공정, 즉 반도체 8대 공정에 대해 간략히 알아보겠습니다.
웨이퍼 제조공정
반도체 소자의 기본이 되는 재료가 웨이퍼입니다. 보통은 실리콘 결정으로 이뤄져 있으며 만들고자 하는 소자의 종류에 따라 갈륨아세나이드(GaAs) 웨이퍼를 사용하기도 합니다.
한 장의 웨이퍼 위에 각종 회로와 필요한 부분들을 얇은 층으로 된 패턴으로 쌓아올려 수많은 반도체 소자를 만든 후에 각각의 칩을 잘라내어 완성된 소자를 만드는 과정을 거칩니다.
반도체 소자의 시작이 되는 웨이퍼인만큼 그 질이 매우 중요합니다.
웨이퍼를 제조하기 위해서는 잉곳이라는 실리콘 기둥을 얇게 썰어내어 여러장으로 만들어냅니다.
이 때 결정화도의 질과 면적 등을 잘 관리하기 위해서는 웨이퍼 제족 공정 기술이 매우 중요하므로 8대 공정의 시작점이 바로 이 웨이퍼 제조 공정입니다.
산화공정
반도체는 그 이름에서 알 수 있듯 전기적으로 도체와 부도체를 오갈 수 있는 소재입니다.
그런데 그 전기적인 특성을 제어하기 위해서는 웨이퍼 위에 부도체인 절연체를 형성할 필요가 있습니다.
보통의 실리콘 산화막은 부도체이므로 실리콘 웨이퍼 위에 산소로 산화막을 만들게 되면 자연히 이 절연체를 형성할 수있습니다.
산화막의 두께와 산화막의 막질 등의 제어 능력에 따라 최종 반도체 소자의 성능이 달라질 수 있으므로, 산화공정 또한 반도체 8대 공정 중 매우 중요한 단계입니다.
포토공정
포토리소그래피라는 기법은 광학적으로 사진을 찍듯 패턴을 형성하는 방법입니다.
위에서 말씀드린 것처럼 패턴을 형성함으로써 소자의 동작에 필요한 회로를 구성할 수 있게 되는데요, 따라서 이 포토 공정이 얼마나 정교하게 잘 이뤄지느냐에 따라 평면에서의 소자의 크기를 줄일 수 있는 수준이 달라집니다.
포토리소그래피의 포토를 따서 포토 공정이라고 부르며 웨이퍼 상에 반도체 회로를 그려넣는 과정으로 이해할 수 있습니다.
식각공정
식각이라는 용어가 일상에서는 쓰이지 않으므로 매우 생소한 단어일 수 있습니다.
단어의 뜻 그대로는 깎아내는 공정을 말하는데요, 현대의 반도체 소자는 포토공정으로 미세한 회로 패턴을 형성한 뒤 그 패턴 그대로 깊이 축으로 웨이퍼를 깎아내려가는 공정을 식각공정이라고 합니다.
즉 포토공정에서 회로를 그렸다면, 그려낸 그 회로의 모습을 반도체 웨이퍼 위에 실제로 깎아내어 구현하는 단계입니다.
증착 및 이온 임플란트 공정
위에서 살펴본 포토 및 식각공정은 있는 웨이퍼를 깎아내는 기술이라면 증착 공정을 통해서는 새로운 막질을 형성하게 됩니다.
웨이퍼 바로 상단에 산화막을 형성할 때는 산화를 통해 기존의 실리콘과 산소를 결합시키는 방식이었다면 증착공정에서는 보통 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)방식을 통해 필요한 소재를 가지고 막질을 형성합니다.
임플란트 공정의 경우 반도체 소재에 전도성을 추가하기 위해서 특정 원소를 특정 반도체 막질에 일부러 심게 됩니다.
보통 이 과정을 도핑이라고 하는데, 이 도핑을 이온 임플란트 기법으로 하기때문에 임플란트 공정이라고 합니다.
금속 공정
금속공정은 도체인 금속을 증착하여 소자간 전기 도통이 가능하도록 만드는 작업입니다.
반도체 회로 내 전기적 신호전달 양상에 따라 소자 성능또한 달라지므로, 배선 형태에 따른 저항 및 금속의 비저항 등을 고려해 미세한 회로 패턴을 잘 그려내는 능력을 요하는 공정입니다.
EDS 공정
EDS는 Electrical Die Sorting의 준말로, 글자 그대로 전기적인 측면에서 칩을 분류하는 공정입니다.
앞서 기술한 공정들이 반도체 소자를 형성해내기 위한 공정들이라면 EDS공정은 만들어진 반도체 소자들의 전기적 특성을 검사해 품질을 테스트하는 단계입니다.
이 단게를 통해 반도체의 실질적인 동작에 대해 양불 판정을 할 수 있으므로 전체적인 흐름에서의 수율과 공정의 문제점 등을 파악하는데 매우 중요한 부분이라고 할 수 있습니다.
패키징 공정
웨이퍼 위에 형성된 반도체 소자를 실제 외부에서 다른 부품들 및 PCB 보드 등과 연결해 사용하기 위해서는 완성된 반도체 소자를 패키징해줘야 합니다.
패키징 된 반도체 소자는 외부와의 입출력 신호를 맞출 수 있으며, 또 외부 환경으로부터 안전하게 보호받을 수 있게 됩니다.
결국 반도체 소자를 완성된 제품으로 만드는 단계라고 할 수 있습니다.
이번 글에서는 반도체 8대공정에 대해 알아보았습니다. 다음 글에서는 각 공정의 세부 내용에 대해서 좀더 자세히 알아보도록 하겠습니다.
