반도체 8대 공정은 아래와 같이 간단하게 표현할 수 있습니다.
오늘은 반도체 8대 공정의 세부 내용에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
<웨이퍼 공정>
먼저, 반도체 집적회로를 만드는 데 사용되는 주재료인 웨이퍼를 제조하는 공정에 대해 먼저 알아보겠습니다.
웨이퍼 공정은 1. 잉곳 만들기 2. 잉곳 절단하기 3. 표면 연마하기 4. 세척과 검사 의 4단계로 진행됩니다.
먼저 웨이퍼를 이루는 Si을 뜨거운 열로 녹여 고순도 실리콘 용액을 만들고 굳히면서 잉곳을 만듭니다.
다음으로 얇은 웨이퍼를 만들기 위해 적당한 크기로 잉곳을 절단합니다.
이후 절단 직후 거친 표면을 공정을 통해 갈아냅니다.
마지막으로 세척과 검사를 통해서 웨이퍼를 확인합니다.
<산화 공정>
산화공정은 웨이퍼에 산화막을 형성하여 누설 전류가 흐르는 것을 차단하는 목적으로 이루어집니다.
웨이퍼 표면에 실리콘 산화막인 SiO2를 생성하는 공정입니다.
<포토 공정>
포토 리소그래피(Photo Lithography)를 줄여서 포토 공정이라 나타내는 공정으로, 웨이퍼 위에 회로 패턴을 그릴 때, 원하는 패턴이 그려진 마스크를 빛에 비추는 방식으로 이루어집니다.
반도체의 집적도가 증가할수록 칩을 구성하는 단위 소자 역시 작아지고 있으며, 미세 회로 패턴 구현은 포토 공정에 의해 결정되기에 중요한 공정입니다.
포토 공정의 단계는 아래와 같이 나타납니다.
웨이퍼를 산화시켜 생성된 SiO2위에 PR를 spin coating을 이용하여 도핑한 뒤, 사이에 마스크를 두고 빛을 가하는 노광(Exposure), PR을 선택적으로 제거하는 현상(Development), 그리고 PR이 제거된 부분의 증착물질을 제거하는 식각(Etching) 공정을 진행합니다.
이를 통해 증착 물질이 원하는 모양으로 패터닝되면 그 위에 도포된 PR층을 마지막으로 제거하여 원하는 패턴의 증착 물질만을 남깁니다.
<식각 공정>
포토 공정이 끝난 뒤 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 공정을 식각 공정이라고 합니다. 포토 공정에 포함되어 서술되는 경우가 많습니다.
식각 공정은 식각 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식(wet)과 건식(dry)으로 나뉩니다. 건식 식각은 반응성 기체, 이온 등을 이용하여 물리적 반응을 일으켜 특정 부위를 제거하는 방법이며, 습식 시각은 용액을 이용하여 화학적 반응을 통해 산화막을 제거합니다.
건식 식각이 습식 식각에 비해 비용이 바싸고 방법이 까다로운 단점이 있으나, 미세해진 회로 선폭을 보다 잘 구현하기에 수율을 높이기 위하여 건식 식각이 주로 사용됩니다.
<증착 & 이온주입 공정>
증착&이온주입 공정은 웨이퍼를 반도체로 만드는 과정으로, 웨이퍼에 얇은 박막을 입히고 전기적 특성이 생기게 하기에 박막 공정이라 불리우기도 합니다.
먼저 증착 공정은 웨이퍼 위에 박막을 균일하게 형성하는 과정을 말합니다.
이 때 박막이란 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 하는 얇은 막으로, 사전적으로는 1마이크로미터(㎛) 이하의 막을 뜻합니다.
다음으로 이온주입공정(Ion Implantation)이란 웨이퍼를 반도체로 만드는 공정을 말합니다.
현재까지 웨이퍼는 단결정 Si으로 이루어져 있으며, Si 그 자체는 전기가 통하지 않습니다.
따라서 불순물을 주입하는 과정을 통해 전류가 흐르게 되며 전도성을 갖게 됩니다.
이 때 불순물은 이온을 뜻하며, 이온을 미세한 가스 입자로 만들어 원하는 깊이만큼 웨이퍼 전면에 균일하게 넣어줍니다.
불순물은 15족 원소인 P, As, 혹은 13족 원소인 B 등을 사용합니다.
<금속 배선 공정>
금속 배선 공정이란, 전기가 잘 통하는 금속의 성질을 이용하여 반도체의 회로 패턴을 따라 전기길, 즉 금속선(metal line)을 이어주는 과정을 말합니다.
아래 그림은 반도체에 들어가는 금속 재료가 만족하여야 하는 조건을 나타냅니다.
<EDS(Electrical Die Sorting>
EDS 공정이란 웨이퍼 완성 단계에서 반도체를 처음으로 테스트하는 공정을 말합니다.
EDS 공정은 다음의 4단계로 이루어집니다.
<패키징>
마지막으로, 패키징(Packaging) 공정은 테스트를 통과한 반도체 칩을 외부 환경으로부터 보호하고 단자 간 연결을 위한 전기적인 포장을 해주는 것을 뜻합니다.
반도체 8대 공정의 대략적인 내용에 대해 배웠습니다.
앞으로는 각 공정의 세부 단계를 배워나갈 것입니다.