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#자료마감했습니다
기업핥기 분석4 : 반도체(1) 반도체공정
반도체는 시리즈로 구성될 예정이며
공정 과정을 통해 반도체 산업을 이해하기 위한 목적으로
여러 산업 자료들을 참고하여 제작했습니다.
전공자들은 전공책과 교수님을 의지하시길 바랍니다~☺️
메일 : [email protected]
#반도체산업 #반도체공정 #반도체면접
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반도체는 어떻게 만들어질까?(반도체 생산과정, 반도체 공정과정)
반도체는 어떻게 만들어질까?(반도체 생산과정, 반도체 공정과정) · ①웨이퍼제조 · ②산화공정 · ③포토공정 · ④식각공정 · ⑤증착&이온주입공정 · ⑥금속배선 …
Source: professor-bae-moneytree.tistory.com
Date Published: 12/28/2021
View: 5655
[반도체 백과사전] 반도체 8대 공정 한 눈에 보기!
어렴풋이 알고는 있지만 맥락을 다시 살피고 싶은 여러분들을 위해 반도체 제조공정을 한 눈에 볼 수 있는 콘텐츠를 준비했습니다.
Source: www.samsungsemiconstory.com
Date Published: 7/16/2022
View: 6651
반도체 8대 공정 소개 – 네이버 블로그
반도체 8대 공정은 웨이퍼, 산화, 포토, 식각, 박막, 금속배선 ,EDS, 패키징 순서로 구성되어 있습니다. 지금부터 각 공정의 상세한 과정을 말씀 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 8/2/2021
View: 9956
반도체 8대 공정 | 반도체 제조 공정
삼성 반도체 제조 공정을 한눈에 볼 수 있는 반도체 8대 공정에 대해 상세히 알아보십시오.
Source: semiconductor.samsung.com
Date Published: 5/3/2022
View: 6445
반도체 8대 제조 공정 – 김도일 투자연구소
반도체 8대 제조 공정 · 1. 웨이퍼 제조. 1) 잉곳(Ingot) 만들기 · 2.산화공정 · 3.포토공정 · 4.식각공정(Etching) · 5.박막공정(증착공정)(+이온주입) · 6.
Source: kimdoil.tistory.com
Date Published: 4/14/2021
View: 2799
반도체 8대 공정 – J’s 공부방
1. 웨이퍼 제조 공정 · 2. 산화공정 (Oxation) · 3. 포토공정 (Photolithography) · 1. 마스크 2. 렌즈 3. · 4. 식각공정 (Etching) · 5. 증착&이온주입 공정 …
Source: beginagain22.tistory.com
Date Published: 4/15/2021
View: 8710
5분 만에 끝내는 반도체 제조 공정 정리 – Always awake
제조 공정은 크게 ‘웨이퍼 제조 – 산화 – 포토 – 식각 – 증착 – 테스트 – 패키징’의 총 7단계를 거칩니다. 여기서 웨이퍼 제조 ~ 증착까지는 전공정이고, …
Source: lhseti123.tistory.com
Date Published: 12/27/2022
View: 2891
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주제에 대한 기사 평가 반도체 공정 과정
- Author: 기업핥기
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- Date Published: 2020. 4. 18.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=ONXBN9zDVoQ
반도체 8대 공정, 10분만에 이해하기
안녕하세요, 경제유캐스트 윰기자입니다.
오늘은 반도체 8대 공정에 대해서 준비했습니다.
반도체 관련 직종에 근무하시지 않는다면 일상생활에서는 반도체 공정을 다룰 일이 거의 없습니다. 사실 반도체 공정을 몰라서 삶을 살아가는데 아무런 지장이 없죠.
하지만 투자를 하시는 분이라면 반도체 공정은 한번쯤 알아두시는 것이 좋을 것 같습니다.
우리 생활 주변에 전자기기가 점차 많아지면서 반도체의 중요성도 높아지고 있죠.
반도체 관련 기업들도 과거보다 더 주목을 받고 있습니다. 바로 투자 부문에서도요.
반도체 공정을 알면 반도체 기업을 보는 눈도 키우실 수 있을 것 같습니다.
반도체란
우선 반도체에 대해서 간략하게 정리를 해볼게요. 반도체는 전기가 통하는 물질로, 필요에 따라 전류를 조절해서 사용할 수 있습니다. 우리가 흔히 말하는 반도체 칩, 반도체 산업, 스마트폰에 들어가는 반도체 등은 반도체 집적회로를 말하는 겁니다. 반도체 물질을 이용해서 전기회로의 가장 기본적인 요소를 만들어내는 것이죠.
집적회로를 어떻게 설계하고 쌓느냐에 따라서 굉장히 다양한 반도체 칩이 만들어집니다. 스마트폰에만 봐도 스마트폰 안에 두뇌역할을 하는 모바일 AP랑 저장공간인 메모리 칩만 있다고 생각하실 수 있는데요, 통신연결을 하는 모뎀칩, 디스플레이칩, 터치스크린패널칩, 전면카메라칩, 후면카메라칩, 이어폰 모듈, 스피커 칩, 근접센서, GPS, NFC, RFID, USB, 파워IC, 플래시 등등의 칩들로 구성되어 있습니다.
그리고 반도체라고 하면 컴퓨터나 노트북 등만 생각하실 수 있는데요, 전자렌지나 세탁기, 청소기 등에도 반도체가 들어가게 됩니다. 인공지능 기능이 들어가지 않은 가전제품이라도 전류를 통해 제품을 컨트롤 하기 위한 마이크로컨트롤유닛인 MCU가 들어갑니다.
이제 전기차나 자율주행차가 등장하면서 더 많은 반도체가, 그리고 모든 전자제품에 AI 기능들이 들어가게되면서 또 더 많은 반도체가 필요하게 되겠죠. 이미 자동차 분야에서는 자동차에 들어가는 반도체 칩이 부족하다는 소식도 들려오고 있죠.
8대공정
이제 8대공정에 들어가볼게요.
쉽게 반도체 집적회로 생산과정은 반도체 주요 재료인 실리콘으로 큰 둥근 원판인 웨이퍼를 만들어서 거기에 회로를 새기고 제품에 맞게 자르는 과정입니다.
8대공정은 아래와 같습니다.
웨이퍼 제조 – 산화 공정 – 포토 공정 – 식각 공정 – 박막 증착 공정 – 금속 배선 공정 – 전기적 테스트 공정 – 패키지 공정
1. 웨이퍼 제조
웨이퍼 제조 먼저 보겠습니다.
반도체 직접회로 생산의 핵심 재료는 실리콘입니다. 실리콘은 보통 모래에서 추출합니다. 이 실리콘을 녹여서 둥근 기둥인 규소봉으로 제작하는데 이를 잉곳이라고 부릅니다.
이 잉곳을 아주 얇고 균일한 두께로 절단해 표면을 평평하게 만드는 과정을 거쳐서 웨이퍼로 만듭니다.
반도체 관련 뉴스를 보면 은색의 빛나는 둥근 원판을 종종 보실 수 있는데요, 이 원판이 웨이퍼입니다.
이 웨이퍼에 회로를 새기고 작게 잘라서 반도체 직접회로, IC가 되는 것입니다.
2. 산화 공정
다음은 산화 공정입니다. 반도체는 나노공정이라고 하는 아주 미세한 작업을 통해 만들어집니다. 반도체 직접회로 자체도 굉장히 작습니다. 여기에 마이크로 단위 규모의 먼지가 붙게 되면 전기가 제대로 흐르지 못하고 불량 반도체가 만들어집니다. 반도체가 제대로 작동하지 않으면 전자기기도 불량이 되죠.
이러한 먼지로 반도체가 오염되는 것을 막아주기 위해 보호막을 만드는데요 이게 산화 공정입니다.
웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 뿌려서 균일한 실리콘 산화막을 형성합니다. 산화막이 이후 반도체 공정 과정에서 발생하는 오염물질이나 화학물질로부터 생성되는 각종 불순물로부터 웨이퍼 표면을 보호해줍니다.
3. 포토 공정
다음은 포토 공정입니다.
앞서서 웨이퍼에 회로를 그린다고 설명을 드렸는데, 이제 그 작업에 들어가게 됩니다.
하지만 반도체는 나노 단위로 눈으로 보기 힘들 정도로 작게 만들기 때문에 회로를 직접 그리는 건 어렵습니다.
그래서 미세한 회로 구멍이 뚫린 마스크를 만들고, 웨이퍼 위에 이 마스크 판을 두고 자외선 빛을 쐬어 줍니다. 그러면 구멍이 뚫린 곳에만 자외선 빛을 받아 전자회로 패턴이 찍힙니다.
마치 사진을 인화지에 출력하는 것과 유사하죠.
다시 설명을 드리면,
산화 공정을 통해 산화막이 덮인 웨이퍼에, 빛에 반응하는 액인 감광액을 발라 웨이퍼를 인화지로 만듭니다. 그리고 회로 패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과해 웨이퍼에 회로를 그립니다.
설계한 전자 회로 패턴이 그려진 포토마스크에 빛을 쪼아 웨이퍼에 전자회로 패턴을 찍어냅니다.
웨이퍼는 향후 수백 수천개의 반도체 칩이 되는데 이 칩 하나하나가 마스크를 통해 회로가 그려지는 것입니다.
4. 식각 공정
다음은 식각 공정입니다.
식각이라는 말이 어려울 수도 있는데요, 에칭이라고도 불리는데, 철을 부식시켜서 그리는 동판화와 같은 원리 입니다.
포토 공정에서 회로를 그렸으면 불필요한 회로를 벗겨내는 과정이 필요합니다. 이 과정이 식각 공정입니다.
아까 포토 공정에서 빛에 반응하는 액인 감광액을 발랐었죠. 포토 공정 후 자외선이 닿지 않아 감광액이 남아 있는 부분이 있습니다. 여기서 감광액이 남아 있는 부분이 회로도의 선 부분이고, 이 외의 부분은 감광액이 제거됩니다. 감광액이 제거된 부분은 회로가 아닌 필요없는 부분이니까 감광액이 제거된 부분의 산화막도 제거하는 과정이 필요하고 이 과정이 식각 공정입니다.
5. 박막 증착 공정
다음은 박막 증착 공정입니다.
식각 공정이 된 웨이퍼에는 회로를 한층만 쌓는 것이 아니라 여러 층을 쌓아 반도체를 만듭니다.
여러 층을 쌓아 바로 아래층의 회로와 윗층의 회로가 가까워지면 서로 영향을 줄 수 있어 불량 제품이 나오게 됩니다. 아래층의 회로와 윗층의 회로가 서로 영향을 주지 않도록 해줘야 하는데 이 과정이 박막 증착 공정입니다.
그래서 아래층 회로에 윗층 회로를 쌓기 전에 절연막을 덮어줍니다. 절연막은 굉장히 얇기 때문에 박막이라고 합니다. 박막은 나노에서 마이크로 단위입니다.
박막을 만드는 공정을 박막 증착 공정이라고 합니다.
6. 금속 배선 공정
그 다음은 금속 배선 공정입니다.
금속 배선 공정은 전기가 잘 통하는 금속의 성질을 이용해 반도체의 회로 패턴을 따라 전기길, 금속선을 이어주는 과정입니다.
반도체는 전기가 통해야 하기 때문에 전기가 잘 통할 수 있도록 알루미늄 같은 선을 연결해 전기가 통하는 길을 만들어주는 것이죠.
7. 전기적 테스트 공정(EDS)
이제 반도체가 거의다 만들어졌고 각각의 칩이 전기가 잘 통하는지 작동이 잘되는지 품질을 검사하는 단계인 전기적 테스트 공정입니다.
이 공정을 통해 원하는 품질 수준으로 칩이 만들어졌는지 판단하고 양품과 불량품을 검사합니다.
하나의 웨이퍼에는 수백, 수천개의 반도체 칩이 만들어지게 됩니다. 그래서 웨이퍼에 회로를 만드는 공정 중에 불량품이 항상 만들어질 수 밖에 없습니다.
웨이퍼 한장에 만들어지는 칩 대비 정상 작동하는 칩의 비율을 수율이라고 하는데요,
수율이 높을 수록 한 장의 웨이퍼를 통해 정상 작동하는 칩을 많이 만들 수 있다는 의미이고, 그만큼 기술력이 좋다고 표현을 할 수 있습니다.
수율이 높을수록 반도체 원가 비용을 절감할 수 있기 때문에 대부분의 반도체 기업들은 수율을 높이기 위한 연구개발을 끊임없이 진행합니다. 실제로 수율 1% 오르게 되면, 연간으로 수백억에서 수천억까지 절감할 수 있다고 합니다.
수율 개선이 반도체 기업의 경쟁력인 것이죠. 수율은 소재, 공정기간, 온도 등 다양한 요소에 영향을 받고 가장 높은 수율의 공정 레시피를 찾는 것이 관건입니다.
8. 패키지 공정
8대공정의 마지막인 패키지 공정입니다.
일곱 단계의 공정을 마치게 되면 웨이퍼에 수백 수천개의 칩이 만들어져 있고 이들을 전자기기에 들어갈 수 있는 부품의 크기에 맞게 자르고 포장하는 공정이 패키지 공정입니다.
여기서 최종 반도체 칩이 만들어지게 되는 것이죠.
반도체 8대 공정에 대해서 어느정도 이해가 되셨는지요.
반도체 공정 설명을 보다보면 전공정, 후공정 용어도 듣게 되는데요,
전공정은 반도체 웨이퍼를 생산하고 웨이퍼 위에 회로를 만드는 과정이고 후공정은 테스트하고 웨이퍼 위에 만들어진 회로를 자르고 패키징 해 최종 상품으로 만드는 과정을 말합니다.
전공정은 웨이퍼제조부터 금속 배정 공정까지, 후공정은 테스트, 패키지 공정을 의미하는 것이겠죠.
공정에 따른 기업 분류
얼마전 에피소드를 통해 반도체 기업 분류 설명을 해드렸는데요,
이렇게 공정 과정 별로 기업을 나눠서 볼 수 있습니다.
반도체 8대 공정을 모두 스스로 알아서 한다면 종합 반도체 기업 IDM이라고 합니다. 삼성전자, SK하이닉스, 인텔, 마이크론 등이 있죠.
그리고 회로 설계만 한다면 팹리스라고 하고 퀄컴이나 애플 등이 있고요.
회로 설계대로 웨이퍼를 만들어서 그 위에 산화 공정, 포토 공정, 식각 공정 등의 공정을 통해 반도체를 만들어 주는 기업을 파운드리라고 합니다. TSMC, DB하이텍 등이 있죠.
그리고 마지막 패키징을 하는 기업들이 있습니다. 앰코(Amkor), 스태츠칩팩 등이 있습니다.
종종 증권사 리포트에 반도체 공정 별 주요 기업을 설명하는 리포트를 발견할 수 있습니다. 공정을 간략하게 해서 8대 공정으로 설명하지만 더 자세하게 들어가면 훨씬 더 복잡하고 다양하죠. 각 공정에 사용되는 소재들도 다양하고 장비들도 있으니까요.
이번 에피소드는 반도체 8대 공정에 대해서 다뤄봤습니다.
반도체 공정은 간단하게 웨이퍼 위에 회로를 그리고 기기에 맞게 작게 자르는 과정이라고 보시면 됩니다.
또다른 궁금증이나 알고 싶은 내용이 있으시다면 댓글이나 메일 통해 언제든 제안 주시면 감사겠습니다.
오늘도 들어주셔서 봐주셔서 감사합니다.
>> 유튜브로 보러가기: https://youtu.be/05cpAeeFjGA
반도체는 어떻게 만들어질까?(반도체 생산과정, 반도체 공정과정)
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우리나라는 반도체가 아니었다면 이렇게 크게 성장할 수 없었다고 확언할 수 있습니다.
삼성 반도체가 전세계에서 미치는 영향은 실로 엄청나며, 반도체로부터 파생된 우리나라의 다양한 산업은 한강의 기적을 만들었다고 해도 과언이 아니죠.
최근 삼성전자 주가와 하이닉스 주가의 퍼포먼스가 좋지 않습니다만, 반도체가 만들어지는 과정을 대략적이나마 이해하고, 관련 회사들을 숙지해놓은 뒤에 관련 뉴스가 나왔을 때 재빠르게 수혜 기업을 찍을 수 있어야 돈을 벌 수 있지 않을까요?
오늘은 공부를 하는 차원에서 반도체는 어떻게 만들어지는지 알아보겠습니다.
반도체는 8단계를 거쳐 생성됩니다. 우리는 이를 8대공정이라 이야기하죠.
8대공정을 말씀드리면
①웨이퍼제조
②산화공정
③포토공정
④식각공정
⑤증착&이온주입공정
⑥금속배선공정
⑦EDS공정
⑧패키징공정
입니다.
①~⑥단계를 전공정단계, ⑦~⑧단계를 후공정단계라고 합니다. 전공정 관련 기업, 후공정 관련 기업 들어보셨죠?
자 이제부터 반도체를 만들어볼까요?(보통 이런 것 설명할 때 반말로 해야 알아듣기 쉽다고 해서, 재밌게 반말로 설명해드리겠습니다.)
①웨이퍼제조
반도체 만들려면 어디다가 만들어야할거 아니야? 쇠에다가? 나무에다가? 응 아니지. 실리콘에다가 만들어. 어떻게?
이렇게. 녹여. 저 돌멩이가 실리콘 원석이야. 저거 녹인 걸 ‘잉곳’이라고 해. 응. ‘실리콘 잉곳’ 이걸 잘라. 슬라이스 해버려.
요렇게 자르면 피자가 나오지? 저게 바로 웨이퍼야.
그런데 웨이퍼가 맨질맨질하잖아? 자른 다음에 닦아서 맨질맨질 하게 만드는 걸 “연마와 세정 단계”라고 하지.
이렇게 웨이퍼가 완성되었어.
②산화공정
자, 웨이퍼에다가 뭔가 할거잖아? 회로를 새겨야돼. 그래야 전기가 딱 원하는 곳에 가야되잖아. 이런 그림 말이야.
그 웨이퍼 위에다가 막 산소랑 열을 막 가해. 그럼 깨끗한 쇠도 녹슬면 그 위에 약간 더러운 막(층)이 생기잖아? 산화막말이야.
그리고, 이 산화막은 약간 방어벽 같은거야. 벌써 2공정이 끝났지?
③포토공정
여기 위에다가 감광액을 뿌려. 감광액은 빛에 민감한 애들이야. 빛을 쐬면 사라지는 애들이지. 이 감광액이 뉴스에서 듣던 포토레지스트(PR, PhotoResist)야. 그 일본애 자기들만 만드는 줄 알고 나대고 까불어서 국산화 한거 말이야.
여기다가 왠지 빛을 쏴야할 것 같은 느낌이 들지? 그런데 그냥 쏘면 안돼잖아. 뭔가 빛으로 길을 내고 싶잖아?(회로)
요런 원리를 써서 원하는 길로만 빛을 쏘게 하는거지. 저렇게 사과모양 판을 “마스크(MASK)”라고 하지.
그걸 약간 컴퓨터천재처럼 이렇게 만드는거야.
이렇게 설계도면을 마스크로 만드는거지. 그리고 이걸 빛으로 쏴대면서 도면을 새기면은 이걸 포토공정이라고 하지.
옆에서 보면 이렇게 되겠지?
자 이렇게 포토공정이 끝난 상태가 되었어.
④식각공정
잘 따라오고 있지?
자 이렇게 산화막을 제거하는 환원과정을 거치는 걸 식각(Etching, 에칭)이라고 해. 물로 하면 Wet Etching, 공기로 하면 Dry Etching 이렇게 말이야. 응, 그 일본애들 에칭가스 수출 안한다고 나대서 국산화한 에칭가스 그거 맞아. 이렇게 산화막을 제거했으면 감광액 역할 끝났으니 감광액 닦어.
식각공정 끝! 쉽지?
잠깐 잠깐!
먼저 다음 단계 넘어가기 전에 잠깐 이거 듣고가자.(이걸 알아야 다음 단계 가능)
이거 최초 컴퓨터 애니악이야. 겁나 크지? 왜 그런지 알아? 반도체를 밀집하는 능력이 없어서 그래. 그러니깐 우리 초등학교, 중학교, 고등학교 때 이런거 막 연결했잖아?
이걸 그냥 냅다 필요한 회로로 막 가져다 꽂으니깐 그냥 컴퓨터 한 대가 건물만해진거지.(애니악 사진을 봐)
이게 트랜지스터, 콘덴서, 다이오드 이런애들인데, 하는 역할들이 전기신호를 증폭하거나, 신호를 잠깐 저장하거나, 전기신호를 차단/흐르게 하거나(밸브역할)을 하는 애들이거든. 이렇게 저장하거나 흐르게하거나 뭐 증폭하거나 이런걸 써서 전자기계를 만드는거야.
참고로 애니악 저렇게 겁나 큰데도 할 수 있는게 그냥 계산기야.(윈도우 그 계산기 그것보다 못해)
애니악 저거 30톤이고, 25미터에다가 1946년에 당시 시세로 5억정도 들었고, 대충 부품이 2만개라고 해. 저거 2만개 다 노가다로 연결한거지.
다시 돌아가보자.
⑤증착&이온주입공정
그러니깐 우리는 1층이 아니라, 쌓아가지고 아주 꾹꾹눌러서 수백개의 회로를 1층 크기로 되어 있으면 그 효과가 배가 되겠지? 그림을 잠깐 볼게.
이렇게. 회로가 쌓아져 있으면 훨씬 집약되었겠지? 이렇게 쌓아 올린 걸 집적회로라고 해. 영어로 IC(Intergrated Circuit chip)라고하지.
자, 이렇게 절연막층을 만들어야, 금속이 통하는 부분은 위아래로 통하면서 양옆으로 통하기도 하고, 전기가 다니지 말아야 할 길은 다닐 수 없게 해야하잖아?
요렇게 또 막 뿌려대서 폴리실리콘 막을 만들어. 이 폴리실리콘 막은 엄청 얇아, 그래서 박막(Thin film)이라고 얘기해.
이 박막을 쌓는 공정을 증착이라고 하고.
이렇게 박막을 쌓고, 또 감광액(포토레지스트)를 뿌리고, 또 마스크를 활용해서 빛을 쏴대고, 빛을 없앤 뒤 식각을 하고.
PR을 닦은 다음에,
웨이퍼가 원래 실리콘 녹인거라 했잖아? 전기 통할까? 안 통하겠지?
그러니깐 전기가 통하게, 가스로 불순물(인, 붕소 등)을 넣어줘서 전기가 통하게 만들어주는 거지. 그림처럼
그럼 저렇게 노란애들이 특정 조건일 때 전기가 통할 수 있는! 즉 신호를 제어하는 회로가 되는거지.
이렇게 5번째 공정인 증착과 이온주입과정이 끝났어.
⑥금속배선공정
방금 했던 과정 있잖아? 산화, 포토공정, 식각, 세정, 증착!! 그걸 무한 반복해. 다시 산화부터 시작하는거야. 그림으로 보자. 그런데 이번엔 박막을 금속으로 해서 회로를 그리는거지.
박막 과정이 실리콘이 아니라, 메탈로 되어있지? 이렇게 증착 과정은 전기가 계속 통하는 길을 만들거나, 아까처럼 이온가스를 주입해서 특정한 온도나 특정한 상태에만 전기가 통하게 만드는 길을 깔 수도 있는거야. 이거 그냥 공학적으로 이해하려고 하지마, 그냥 이렇게 계속 새기면서 쌓아 올리는구나! 하고 이해하면 돼.
이렇게 하는 걸 금속배선공정이라하는 거구.
놀랍겠지만, 지금 여기까지 그 조그만한거 1개 만드는데 1~2개월 정도 소요돼. 몇층이냐고? 176층 정도 되네.
⑦EDS공정(Electrical Die Sorting)
방금 만든 그 176단 반도체 있잖아.
전기적 특성 검사를 해서 이거 괜찮은 애인지 확인하는 작업이야.
지금 노란색 동그라미 안에 176단짜리 3개 보이지? 이거 검사 다해야돼. 저렇게 동그란 웨이퍼 위에 여러개 반도체 만든거 말이야. 웨이퍼 클수록 반도체 한번에 많이 만들 수 있는거 대충 알겠지?
저거 12인치짜리로 만드는 애들이 삼성전자, 하이닉스 애들이고, 8인치짜리로 하는 애들이 DB하이텍이지.
어쨌든 저거 검사하는 과정이 EDS공정이야.
⑧패키징공정
슬프지? 마지막 8단계야
이제 아까 저 검사했던 큰 웨이퍼를 개별 반도체 단위로 잘라. 레이저 이런거 이용해서 말이야.
그런 다음에 저 작은 애들을 어디다가 끼울 수 있게 포장을 해. 그걸 패키징이라 하지.
요렇게 말이야. 다른 그림도 볼까?
요렇게 잘 안보이게 해가지고, 세련되게 그리고 보호도 되게, 그리고 어디다가 끼울 수 있게(외부랑 연결되게) 패키징 하는거지.
이 패키징도 방법이 FOWLP니, FOPLP니, TSV니, 플립칩이니 하는 여러가지 패키징 방식과 공법이 있는데, 그런게 있다 정도만 하자. 너무 포장 쉽게 생각할거 같아서 언급해 봤어.
명색이 컴푸타인데 요렇게 대강 포장하는 느낌은 아니잖아?
지금까지 반도체 8대공정을 알아보았습니다.
관련 회사에 대한 정리는 연계하여 다음 시간에 정리해드리도록 하겠습니다.(제 블로그 테마주 섹터에서요.)
아무쪼록 저도 반도체에 관한 지식이 깊은 편은 아니니 어려운 질문은 사양하도록 하겠습니다 ^^
좋은 하루 되시고, 반도체 기업에 대해 다함께 공부해봅시다.
그러기 위해서는 구독과 좋아요!는 필수죠.
참고 자료 : 삼성반도체이야기, 기업핥기 유투버님 자료, 디벨럽님 유투버님 자료 참조
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[반도체 백과사전] 반도체 8대 공정 한 눈에 보기! – 삼성반도체이야기
반도체 산업에 관심 있다면 꼭 알고 있어야 하는 내용 중 하나가 바로 ‘반도체 8대공정’입니다. 어렴풋이 알고는 있지만 맥락을 다시 살피고 싶은 여러분들을 위해 반도체 제조공정을 한 눈에 볼 수 있는 콘텐츠를 준비했습니다. 각 단계를 클릭하면 자세한 설명이 담긴 게시글로 이동할 수 있도록 연결해 두었는데요. 반도체 8대 공정이 궁금할 때 언제든지 꺼내 볼 수 있는 여러분의 히든 카드가 되길 바랍니다.
반도체 8대 공정 소개
< 박막 공정>
박막 공정의 증착은 웨이퍼 위에 박막의 두께로 입혀 전기적 특성을 갖게 하는 과정을 증착이라고 합니다. 증착의 방법은 물리적 기상 증착과 화학적 기상 증착으로 나뉩니다.
1. 물리적 기상증착
물리적 기상 증착 (Physical Vapor Deposition) 은 금속 박막을 씌울 때 쓰이는
방법입니다 . 물리적 기상 증착은 낮은 압력과 낮은 온도에서 진행되며 , 고품질 박막을 형성하고 불순물 오염 정도가 낮다는 장점이 있습니다 .
그러나 증착속도가 느리고 고가의 장비를 이용해야 한다는 단점이 있습니다 .
2. 화학적 기상증착
화학적 기상증착 (Chemical Vapor Deposition) 은 가스의 화학 반응으로 형성된 입자들을 외부 에너지가 부여된 수증기 형태로 쏘아 증착시키는 방법입니다 . 화학적 기상 증착은 도체 , 부도체 , 반도체의 박막 증착에 모두 사용이 가능하며 , 접합성과 박막 품질이 좋다는 장점을 가지고 있습니다 .
그러나 고온으로 공정이 진행되기 때문에 재료 적용에 어려움이 있으 며 불순물 오염정도가 높고 , 두께 조절이 어렵다는 단점이 있습니다 .
이 둘의 차이는 증착시키려는 물질이 기판으로 기체상태에서 고체상태로 변할 때 어떤 과정을 거치느냐 입니다 .
3. 플라즈마CVD
플라즈마 CVD 는 화학적 기상 증착이지만 , 다른 CVD 에 비해 저온에서 형성되며 , 두께 균일도를 조절할 수 있고 , 대량생산이 가능하다는 장점이 있기 때문에 가장 많이 이용되고 있습니다 .
반도체가 전기적 성질을 가지도록 성질을 바꾸기 위해서 증착막에
이온 주입
반도체 8대 공정
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우리 사회에서 가장 중요하고 많이 사용되는 물질.
‘반도체’는 전 세계의 사람들이 살면서 못 들어본 사람이 없을 정도로 우리에게 유용하다.
특히 전자전기분야, 혹은 그냥 공대생이기만 해도 반도체라는 학문에서 자유로운 학과가 거의 없을 정도이다.
그만큼 중요한 반도체라는 물질. 그 물질을 공학자들이 어떻게 만들어 가는지에 대해서 알아보고자 한다.
-반도체 8대 공정-
반도체 산업에 조금이라도 관심이 있거나 관련 학문을 배워봤다면.
반도체를 만드는 공정의 가장 큰 틀 8가지가 있다는 것을 들어봤을 것이다.
이를 우리는 ‘반도체 8대 공정’ 이라고 부른다.
미세한 반도체를 만드는 과정은 흡사 건축을 하는 것 처럼 재료를 하나하나 쌓아 올려가는 과정이다.
먼저 자세한 공정의 기술들을 살펴보기 전에 큰 틀에서 어떤 것을 하기위한 공정인지에 대해 간략히 알아보자면.
1. 웨이퍼 제조 공정
실리콘 웨이퍼. ⓒ게티이미지뱅크
반도체 소자와 회로를 구성함에 있어서 가장 기본적인 기반이 되는 ‘웨이퍼’는 지구로 치면 ‘지반’이라고 할 수 있다.
그만큼 가장 기본이 되는 토대라는 것이다.
우리가 애국가 영상에서 볼 수 있는, 방진복을 입은 사람들이 카트에 넣어 끌고 다니는 파란색 기판이 바로 웨이퍼이다.
우리가 대부분 사용하는 웨이퍼는 ‘실리콘 웨이퍼’ 이다.
웨이퍼의 크기는 50mm ~ 300mm 까지 다양한 크기와 종류가 있다.
이러한 종류와 크기는 실제로 만들어내고자 하는 소자나 회로의 집적도, 기능에 따라 선택된다.
2. 산화공정 (Oxidation)
출 : 삼성반도체이야기
웨이퍼를 만들어낸 이후, 그 웨이퍼는 가장 먼저 ‘산화공정’ (Oxidation)을 거치게 된다.
말 그대로 산소 분자가 붙어 ‘산화’ 된다는 것인데.
정확하게는 실리콘(Si)로 이루어진 실리콘 웨이퍼 위에 산화가 될 물질인 산화제 : 물(H2O), 산소(O2)를 주 재료로
산화제에 열에너지를 공급하여 이산화규소 (SiO2) 막을 형성하는 공정이다.
산화시키는 방법 또한 습식산화와 건식산화로 종류가 나뉘는데. 자세한것은 뒤의 과정에서 알아보겠다.
FET 계열의 전계효과 트랜지스터를
한번 공부해 봤다면 많이 들어본 물질일 것이다.
이렇게 만들어지는 산화막 SiO2는 절연체로써 반도체를 만들기 위한 기초를 닦는다.
3. 포토공정 (Photolithography)
출 : 삼성반도체이야기
다음은 바로 반도체 공정의 꽃이라고 불리는 ‘포토공정’ (Photolithography) 이다.
포토공정은 이름과 같이 준비된 산화웨이퍼 위에 원하는 회로나 소자의 모양을 빛을 이용해 찍어내는 것이다.
웨이퍼를 만들어낸 후 처음으로 우리가 만들고자 하는 결과물을 그려내는 작업이기 때문에 미세화 하기위한 높은 수준의 기술력을 필요로 하고 또 많이 발전된 공정중 하나이다. (처음으로 패턴을 형성하는 단계 !)
뉴스에서 자주 들어볼 수 있는 3나노 공정, 5나노공정 등 할 때 얘기하는 것이 포토공정에서의 미세화 기술수준이다.
포토공정에서 주요한 역할을 하는 것들은 1. 마스크 2. 렌즈 3. 감광제(PR) 4. 빛 으로 추려볼 수 있다.
간단하게만 공정과정을 살펴보자면.
마스크에는 우리가 만들고자 하는 회로의 모양, 혹은 소자의 모양이 담겨있고
웨이퍼 위에는 감광제 PR을 도포해 포토공정을 준비한다. (사진의 필름과 비슷)
이후 빛을 렌즈의 굴절을 이용해서 마스크 – 렌즈 – 웨이퍼 순으로 빛이 통과하게 되고 감광제에 빛이 닿게된다.
이후 빛이 닿은 부분과 닿지 않는 부분의 감광제 반응으로 마스크 위의 모양을 얻어낸다.
이렇게 하나의 포토 공정을 거치기 위해서는 또 감광제의 도포(Diospenser), 노광(Exposure), 현상(Develop) 의 세부 공정으로 다시 나뉘어 각각을 자세히 알아볼 필요가 있는데, 이는 뒤에서 자세하게 살펴보겠다.
4. 식각공정 (Etching)
출 : 삼성디스플레이 뉴스룸
포토공정을 거쳐 PR을 원하는 부분만을 남겼다면. 다음은 정말 우리가 만들기 원하는 재료의 부분을 남길 차례이다.
‘식각공정’ (Etching)은 포토공정에서 형성된 감광액 부분을 남겨둔 채 나머지 부분을 벗겨내는 과정이다.
(PR의 모양 그대로 벗겨내지기 때문에 PR이 있는 부분만 남게 된다)
식각은 주로 반응성 기체(Gas)를 이용하는 건식(dry), 또는 화학용액의 반응을 이용한 습식(wet)으로 나뉜다.
포토공정에서 아무리 정확하게 감광엑에 빛을 조사했다고 한들, 식각의 과정에서 실제 우리가 원하는 회로물질을 제대로 깎아내지 못하거나, 과도하게 깎아내게 된다면 회로의 완성도와 신뢰도가 크게 떨어지게 된다.
따라서 두가지 방식의 식각 과정의 특징을 이해하고 적절히 사용하는 것이 필요하다.
정확한 특징과 방법에 대해서는 뒤에서 자세하게 살펴보겠다.
5. 증착&이온주입 공정 (Deposition & Ion implantation)
출 : 삼성반도체이야기
먼저 ‘증착공정’ (Deposition)은 말 그대로 원하는 재료를 기판 위에 덮어 얇은 막(박막)을 만들어주는 과정이다.
이러한 박막을 덮어주는 과정은 다양한 재료가 몇겹으로 쌓여 올라가는 반도체 소자와 회로에서 각각의 층을 구분해 주거나 독립적으로 구별해줘야 하는 재료들을 나눠주어야 하기 때문이다.
증착의 방법도 사용하는 방식에 따라 물리적 방법(PVD : Physical Vapor Deposition)과 화학적 방법(CVD : Chemical Vapor Deposition)으로 나뉜다.
이렇게 박막을 형성하는 공정 안에서. 반도체가 전기적인 성질을 가지게 하는 공정 이 같이 진행되어야 한다.
반도체의 역할을 할 수 있으려면, 전기가 통하는 도체, 통하지 않는 부도체를 명확히 해 주어야 하기 때문이다.
처음 실리콘 Si는 안정한 성질로 전기가 잘 통하지 않는 물질이나, 실리콘에 15족 원소 인(P) 혹은 13족 원소 붕소(B)를 도핑하게 되면 각 n형, p형 반도체가 되듯이. (고등학교 물리1 과정에서도 배운다)
이 과정을 거쳐 반도체가 되기 위해. 불순물인 각 물질의 이온(Ion)을 주입해주어야 한다.
(이 때 이온을 미세한 가스입자로 만들어 원하는 깊이만큼 웨이퍼 전면에 균일하게 넣어주는 것이 중요하다)
이 과정에서 박막을 얼마냐 얇고 균일하게, 원하는 이온을 원하는 깊이만큼 균일하게 넣어주었냐가 반도체 전체의 품질을 좌우할 정도로 증착공정과 이온주입공정은 중요하다. (회로선폭 자체가 엄청 미세해지고 있기 때문)
6. 금속배선공정
출 : 삼성반도체이야기
지금까지 해온 공정은 모두 반도체가 되기 위한 골격을 잡는 공정들이였다면, 최종적으로 만들어진 웨이퍼 위의 수많은 반도체 회로를 동작시키기 위한 신호를 받아올 수 있도록 금속선을 이어주어 완성시켜야 한다.
반도체 회로에 사용될 금속배선은 저전압을 위한 전기저항이 낮은 특성, 또한 열과 화학적 반응에 특성이 변하지 않는 안정성 등 여러가지 조건을 따져 재료를 선별하게 된다.
이러한 조건들을 모두 충족하고 많이 쓰이는 금속으로는 알루미늄(Al) 티타늄(Ti) 텅스텐(W)이 대표적이다.
(위의 사진에서 주황색으로 표시된 부분이 금속 배선부이다)
금속배선 역시 다른 재료들과 동일하게 증착공정(Depo.)을 통해 이루어진다. 이 때 금속배선에 사용되는 금속이 웨이퍼상의 물질과 결합하거나 영향을 끼쳐 변화하지 않도록 ‘베리어 메탈’이라는 층을 하나 더 증착시켜 이중으로 박막을 형성한다. (접합면 파괴 방지)
여기까지 공정이 진행이 됐다면. 하나의 반도체 회로로써 동작시킬 수 있게 된다.
7. EDS 공정 (electrical Die Sorting)
삼성반도체이야기
위의 공정까지 진행이 됐다면. 이미 우리가 원하는 회로의 모습이 완성된 것이다.
무엇을 만들어 냈을 때 모두 그러하듯이. 반도체 칩도 동일하게 원하는 동작을 하는지에 대한 테스트 가 진행된다.
‘EDS 공정’은 지금까지 진행된 공정으로 만들어진 반도체 회로에 대한 테스트이다.
실제 우리가 원하는 동작을 생성된 반도체 칩이 몇개나 똑바로 수행하는지를 본다는 것이다.
이 때 EDS공정에서 통과되는 반도체 칩의 개수에 따라 그동안 진행했던 공정의 수율이 계산된다
(높은 수율을 잡기 위한 사람들이 공정 엔지니어이다)
EDS 공정의 목적을 정리해 보자면.
1. 웨이퍼 상태 반도체 칩의 양품/불량품의 판별 (원하는 동작을 정확히 수행하는 칩을 구별)
2. 불량 칩 중 수선 가능한 칩의 양품화 (불량 칩 중에서 소생 가능한 소자를 찾아내어 소생)
3. FAB 공정 또는 설계에서 발견된 문제점의 수정 (어느 공정에서의 불량인지 찾아내고 원인을 해결해서 수율향상)
4. 불량 칩을 미리 선별해 이후 진행되는 패키징공정 및 테스트 작업의 효율 향상.
이 과정은 전기적 특성을 측정하는 단계부터 특정 환경에서 잘 버틸 수 있는지에 대한 내구도 측정까지 이루어진다.
8. 패키징 공정 (Packaging)
출 : 삼성반도체이야기
‘패키징 공정’ 은 우리가 일상 생활에서 볼 수 있는 칩의 모습으로 탄생시키는 작업이다.
출하하기 전에 EDS공정으로 양품, 불량품을 한번 검토했다면 (웨이퍼 완성단계)
웨이퍼에서 단일 칩으로 잘라져 완벽한 반도체 제품으로 완성되기 위한 공정과 테스트를 한번 더 거치게 된다.
전공정 (앞의 반도체 제조공정)을 통해서 완성된 웨이퍼상의 반도체 회로는 베어칩(bare chip)이라고 해서 외부와 전기신호를 주고받을 수 없고, 충격에 의해 쉽게 파손될 수 있는 상태이다.
이제 회로에 신호를 외부에서 인가할 수 있도록 길을 만들어주고 다양한 외부환경으로부터 보호받는 형태의 양품 칩으로 만들어내는 과정이 바로 ‘패키징 공정’이다.
출 : 삼성반도체이야기
먼저 잘라낸 칩들을 외부의 신호기와 연결할 수 있도록 전선(wire) 을 까는 작업을 해 준다.
웨이퍼 단계에서 했던 ‘금속배선공정’과 느낌이 비슷하지만, 외부와의 통신을 가능하게 해준다는 점에서 다르다.
금속 연결 공정을 거치고 반도체 집적회로를 보호할 성형 공정등 세부 공정을 거치게 되면 반도체 칩이 완성된다.
이 때 이대로 끝이 나닌, 패키지 테스트(Package Test)또한 최종적으로 진행하게 된다.
이 테스트 과정에서는 완제품 형태를 완벽히 춘 후에 검사를 진행하기 때문에 ‘Final Test’라고도 한다.
이렇게 패키징된 반도체를 검사장비에 넣고 다시한번 전기적 특성과 내구도에 대해서 테스트하고 제품의 질을 향상시키기 위한 feedback 또한 진행하게 된다.
자 이렇게 우리가 일상에서 쉽게 볼 수 있던 반도체의 탄생 과정을 간략하게 살펴보았다.
일상에서 쉽게 볼 수 있던 반도체이지만, 하나의 반도체 칩이 탄생하기까지의 과정은 일상적이지 않다.
간단한 기본 틀만을 이해하는데에도 오랜 시간이 걸리고 그 각 공정의 세부 공정까지 이해하려면 오랜 시간이 필요하다.
따라서 반도체를 만드는 설계/제조 회사에는 각 분야의 전문가들이 ‘공정 엔지니어’로서 근무하고 또 연구한다.
다음 포스트부터는 각 공정의 세부 공정과 특징, 공정 방법등에 관해서 알아보겠다
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*5분 만에 끝내는 반도체 제조 공정 정리*
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반도체 공부하시기 힘드시죠?
다른 분야보다 특히 더 공부하기 어려운 것이 반도체인 것 같습니다.
그러나 우리는 투자하는데 필요한 최소한의 지식만 있으면 됩니다.
이때, 반도체가 어떻게 만들어지는지 과정을 아주 대략적으로라도 알고 있으면 반도체 관련 글들을 읽을 때 매우 많은 도움이 됩니다.
그래서 아주 간략하게 반도체 제조 공정을 정리해 보았습니다.
반도체 공정은 크게 전공정과 후공정으로 나뉩니다. 전공정은 반도체를 만드는 과정이고, 후공정은 만든 반도체를 검수하고 포장하는 과정입니다.
제조 공정은 크게 ‘웨이퍼 제조 – 산화 – 포토 – 식각 – 증착 – 테스트 – 패키징’의 총 7단계를 거칩니다. 여기서 웨이퍼 제조 ~ 증착까지는 전공정이고, 테스트와 패키징이 후공정입니다.
1) 전공정
전공정은 웨이퍼 제조 – 산화 – 포토 – 식각 – 증착 의 총 5단계로 이루어져 있습니다.
1. 웨이퍼 제조
웨이퍼(Wafer)는 반도체의 기본 재료가 되는 얇은 원판입니다.
잉곳(Ingot)이라는 고순도의 실리콘 원기둥을 얇게 썰어 웨이퍼를 만듭니다.
이 웨이퍼 표면에 트랜지스터나 다이오드와 같은 반도체 소자가 만들어집니다.
2. 산화
산화 공정은 만들어진 웨이퍼에 1차로 얇은 산화막을 코팅하는 공정입니다.
산화막은 웨이퍼 표면에 전류가 맘대로 흐르는 것을 방지하고 이후 공정에서 생길 오류들을 막아줍니다.
3. 포토
포토 공정은 산화막을 입힌 웨이퍼 위에 회로를 그리는 공정입니다. 회로는 웨이퍼 표면에 빛을 쏴서 그립니다.
처음 감광액을 먼저 웨이퍼에 바르고(도포), 빛을 쏘아주고(노광), 쏘아준 회로가 표면에 나타나게끔(현상)하는 과정을 거칩니다. 이때 노광 과정에서 EUV 장비가 쓰이게 됩니다.
4. 식각
식각 공정은 표면에 그린 회로를 제외한 나머지 부분을 제거하는 공정입니다.
식각 방식은 습식과 건식으로 나뉘고, 방식에 따라 사용하는 장비가 달라집니다.
5. 증착
증착 공정은 웨이퍼 위에 회로를 보호하는 박막을 입히는 공정입니다.
증착 방식은 화학적 증착(CVD), 물리적 증착(PVD), 원자층 증착(ALD)으로 나뉘게 됩니다.
CVD는 증착 물질을 화학 반응을 통해 표면에 결합시키는 방식입니다.
PVD는 증착 물질을 물리적으로 표면에 침전시키는 방식입니다.
ALD는 증착 물질을 원자층으로 얇게 펴서 여러 겹으로 쌓는 방식입니다.
이 셋 중에 현재 CVD 방식을 주로 사용하나, ALD로 점점 바뀌고 있는 추세입니다.
2) 후공정
후공정은 테스트와 패키징으로 이루어집니다.
6. 테스트
테스트 공정은 반도체의 불량 여부를 검사하는 공정입니다.
테스트는 증착이 끝나고 할 수도 있고(EDS 테스트), 패키지를 다하고 나서 할 수 도 있고(패키징 테스트), 출하하기 전에 또 할 수도 있습니다(품질 테스트).
반도체가 점점 미세화되고 수율을 잡는 게 어려워지면서 테스트 공정이 엄청 중요해지고 있습니다.
7. 패키징
패키징 공정은 다 만든 반도체를 최종적으로 포장해주는 공정입니다.
만들어진 반도체 회로에 최종적으로 금속 선을 이어주고(배선), 물리적 환경으로부터 반도체 회로를 보호하고 원하는 형태의 패키지로 포장을 거칩니다(성형).
패키징 공정 또한 테스트 공정과 더불어 전공정만큼이나 엄청 중요해지고 있습니다. 이러한 테스트와 패키징만을 전문적으로 해주는 업체들을 OSAT라고 일컫습니다.
반도체 제조 공정.
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