반도체 8대 공정에 대해서 배워보자.

 

 

이번 반도체 시간에는 반도체 8대 공정의

전반적인 내용을 마스터하는 시간을 갖도록 하겠습니다. 

 

반도체 8대 공정의 종류

 

 

1. 웨이퍼 공정 >> 2. 산화 공정 >> 3. 포토 공정 >> 4. 식각 공정

>> 5. 박막 공정 >> 6. 배선 공정 >> 7. 테스트 공정 >> 8. 패키징 공정

으로 구분된다. 

 

 

1. 웨이퍼 제조

삼성반도체이야기

 

웨이퍼는 반도체를 반드는데 사용되는 주재료로

웨이퍼 제조는 반도체 회사에서 만들지 않는다. 

반도체 회사는 이 웨이퍼를 사서 사용한다. 

 

웨이퍼를 제조하는 회사는 모래에서 추출된 실리콘을

빙글빙글 돌리며 성장시킨다. (단결정 실리콘을 만드는 과정)

 

이렇게 성장시킨 실리콘 기둥을 잉곳이라 한다. 

폴리실리콘에서 잉곳을 만들어 웨이퍼를 제작하는 과정

이 잉곳을 다이아몬드 톱을 이용해 절단하고 절단된 웨이퍼 

표면을 연마작업을 통해 매끄럽게 갈아 완성시킨다. 

 

웨이퍼는 200mm(구), 300mm(신) 등 크기가 다양하다. 

제조 회사는 SUMCO, SK실리콘 등 5개 사가 과점하고 있다. 

 

**잉곳 (Ingot)

고온에서 녹인 실리콘으로 만든 실리콘 기둥

 

2. 산화 공정

삼성반도체이야기

산화 공정은 모든 공정의 가장 기초적인 단계로

누설전류 차단, 식각방지막, 확산 방지막 역할 등 보호막 역할을 한다.

 

산화 공정은 쉽게 말하면 웨이퍼에 산소를 넣어

웨이퍼 표면의 화학적 성질을 바꾸는 작업이다. 

(산화실리콘(SiO2) 생성이 주목적이다.)

 

산화 공정에는 순수한 산소(O2)를 이용하여 산화실리콘을 

산화하는 건식산화(Dry Oxidation)와 수증기(H2O)를 사용하여 산화막을

성장하는 습식산화(Wet Oxidation)가 있다. 

 

건식 산화는 산화막 성장 속도가 느려 주로 얇은 막을 형성할 때 쓰이며 

전기적 특성이 좋은 산화물을 만들수 있다. 

 

습식 산화는 산화막 성장 속도가 빠르고 두꺼운 막을 형성할 수 있수 있지만 

산화층의 밀도가 낮다. 

 

* 산화실리콘(SiO2)은 우리가 일반적으로 아는 유리로

전기가 잘 안 통하는 특징을 가지고 있어 용도로는 전기를 차단하고 

물리적 보호하는 역할을 한다. 

(게이트와 채널의 접촉 차단 역할과 이온주입시 이온 차단 역할)

SiO2를 쓰는 이유는 만들기 쉬워서 이다. 

 

3. 노광 공정

삼성반도체이야기

포토 공정은 포토리소그래피의

줄임말로 반도체 제조의 꽃으로 불린다.

 

포토 공정은 회로 패턴이 담긴 마스크에

빛(광원)을 비춰 웨이퍼 위에 회로를 그리는 공정으로 

가장 세밀한 작업이 필요한 곳, 미세 공정의 키를 

쥐고 있는 가장 중요한 공정이다.

 

포토 공정의 기술 발달에 의해

반도체 미세 회로 패턴 구현이 가능하다. 

 

포토 공정은 전체 반도체 제조 공정 시간의 40~50%

를 차지하고 전체 제조 비용의 35% 를 차지한다.(중요하다)

 

포토 공정은 1)준비 과정 -> 2) 감광액 도포 -> 3) 노광 -> 4) 현상

의 단계로 나눌 수 있다.

 

a) 준비 과정은 마스크(Mask, Retical) 제작 단계로 그리려는

회로 패턴을 고스란히 담은 필름으로 사진 원판의 기능을 하게 된다.

 

b) 감광액 도포 단계는 웨이퍼 표면에 빛에 민감한 물질인

감광액(PR, Photo Resist)을 골고루 바르는 단계이다.

(감광액(PR)의 조건은 막이 얇고 균일해야 하고 빛에 대한 감도가 높아야 된다.)

 

c) 노광 단계는 노광장비(Stepper)를 사용해 회로 패턴이

담긴 마스크에 빛을 통과시켜 웨이퍼에 회로를 찍어내는 단계이다.

 

d). 현상(Develop) 단계는 패턴의 형상이 결정되는 단계로

웨이퍼에 현상액을 뿌려 노광 된 영역과 노광 되지 않은 영역을

선택적으로 제거해 회로 패턴을 형성하는 단계이다.

 

* 포토 공정의 특징

> 마스크가 미리 만들어져 있어야 한다.

> 소자 연결이 복잡할수록 자주 해야 한다.

> 반도체 층이 높을수록 자주 해야 한다.

> 식각, 이온주입... 등이 많을수록 자주 해야 한다.

> 노광기의 해상도 = 밀도, 정확도의 핵심

> 과거 기술의 노광기(DUV)도 계속 필요하다.

(미세 패턴이 필요한 영역은 회로 영역으로 일부분만 차지한다. 

회로 영역 위의 메탈 영역은 미세 영역이 아닌 부분으로 과거 기술의 

노광기(DUV)를 사용한다.)

  > 금속 측이 많으니까

  > 미세패턴 고해상도 광원 필요

  > ASML :세계 유일의 EUV 노광기 제조업체

  > AMAT(2위)과 2배 이상의 시가총액 차이

 

4. 식각 공정

삼성반도체이야기

식각 공정은 원하는 부분을 깎아내어 패턴을 형성하는 단계이다. 

식각 공정의 식각 반응을 일으키는 물질의 종류에 따라 습식(Wet)과

건식(Dry)으로 나눈다.

 

습식 식각은 부식성 액체를 사용하며

건식 식각은 플라스마 등 에너지가 높은 입자를 사용한다. 

 

습식 식각에 비해 건식 식각은 비용이 비싸고 방법이 까다롭지만 미세화가 되면서 

수율을 높이기 위한 방법으로 습식 식각보다는 건식 식각의 사용이 확대되고 있다. 

 

* 식각 공정의 중요도 상승 : 밀도 상승의 대안

  > DRAM의 Capacitor

  > NAND Flash의 3D화

  > 각종 고급 패키징 (TSV, CoWos)

  > 깊게, 수직에 가깝게 파는 것이 핵심

 

 

5. 박막(증착) 공정

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박막 공정은 박막 증착과 이온주입, 두 가지 과정이 있다. 

 

박막 증착(Deposition)이란 웨이퍼에 원하는

(회로 간의 구분과 연결, 보호 역할) 박막을 만드는 과정을 말한다. 

 

박막 증착은 산화보다 얇게 씌워야 할 때 또는 

Si 가 존재하지 않는 물질을 쓸 때 하고 사용 목적은

산화와 비슷하게 특정 영역 단절 또는 보호 역할을 한다. 

 

6. 배선공정

삼성반도체이야기

 

배선 공정은 웨이퍼 위의 회로들 간에 전기가 통하도록 

금속선을 이용하여 연결하는 공정을 말한다. 

 

배선 공정에 사용하는 재료는 웨이퍼와의 부착성, 전기저항이 낮은 물질, 

열적/화학적 안정성, 패턴 형성의 용이성, 높은 신뢰성, 제조 가격과 같은

조건을 만족해야 한다. 

 

배선에 적합한 금속으로는 Al(알루미늄), Cu(구리), Co(코발트), Ti(티타늄)

W(텅스텐) 등이 사용되고 있다. 

 

배선공정 역시 증착 공정을 통해 진행된다. 

 

 

7. 테스트 공정과 8. 패키징 공정은 후공정에 해당된다. 

 

7. 테스트공정

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테스트 공정은 웨이퍼 상태에서 TEST 하는 EDS 공정으로 수율 향상을 위한 공정이다. 

전기적 특성 검사를 통해 웨이퍼의 상태의 각각의 칩의 품질 수준을 확인한다. 

 

8. 패키징공정

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패키징 공정은 반도체 칩이 외부와 신호를 

주고받을 수 있도록 길을 만들고 다양한 외부환경으로부터

안전하게 보호받는 형태로 만드는 과정이다. 

 

 

 

이번 반도체 시간에서는 반도체 8대 공정에 대해서 알아보았습니다.