반도체 8대 공정. 어떤 공정들이 있을까?

요즘 우리나라의 산업 핵심은 자동차, 조선이 아닌 반도체입니다.

현재 우리나라는 반도체 슈퍼호황으로 많은 돈을 벌고 있습니다.

이러한 우리나라의 대표적인 반도체 기업은 삼성전자 반도체 사업부와 SK하이닉스가 있습니다.

취업을 준비하는 취준생들에게는 꿈과 같은 기업이고, 우리나라 국민들에게는 우리나라를 지탱해주는 튼튼한 산업입니다.

하지만 정작 우리는 반도체에 대해서 정확히 모르고 있습니다. 과연 반도체란 무엇일까요?

 

반도체 8대 공정이란?

반도체 분야에 취업을 준비한다면 필수적으로 알아둬야할 '반도체 8대 공정에 대해서 알아보겠습니다.

반도체 8대 공정이란, 말 그대로 반도체가 웨이퍼부터 소자까지 거치는 프로세스를 말합니다.

 

반도체 8대 공정 : 웨이퍼 - 산화공정 - 포토공정 - 식각공정 - 박막공정 - 금속배선공정 - EDS - 패키징

 

위와 같이 8대 공정이 진행됩니다. 취업을 준비하시는 분들이라면 각 공정에 대한 특징, 또는 공정설비에 대한 개념을 이해해야 합니다.

더 세부적으로 공부하시는 분들은 ETCH - CLEAN - IMP - DIFF - CVD - CMP - METAL - PHOTO 를 하나하나 검색 및 공부하시기 바랍니다.

1. 웨이퍼 공정

웨이퍼(WAFER)란 모든 반도체의 기본이 됩니다. Si, GaAs 등을 성장시켜 만들게 되고, 그렇기 때문에 현 시대가 규석기라는 말이 나오는 것입니다. 이런 웨이퍼 공정은 Si, GaAs 등을 성장시켜 잉곳을 만들고, 잉곳을 얇은 판으로 잘라내고 사용 가능하도록 표면 연마작업까지를 말합니다. Si는 모래 속에서 구하기 때문에 구하기 쉽고, 비용이 적게 듭니다. 쉽게 생각하면 모래로 만들었기 때문에 고온에서도 버틸 수 있고, 전기적 특성도 우수하기 때문에 웨이퍼의 재료로 사용합니다.

2. 산화공정

산화공정은 웨이퍼 표면을 보호하기 위해서 산화막을 만드는 공정 과정입니다. 웨이퍼 공정과정에서 연마 후 웨이퍼는 전기가 통하지 않는 부도체 상태입니다. 이러한 부도체 상태에서 반도체를 만들기 위해서는 전기적 성질을 갖도록하는 과정이 필요합니다. 이때까지 여러 오염물질이나 화학물질과 같은 불순물로부터 웨이퍼를 보호하기 위해서 산화막을 쌓는 공정입니다. 산화막은 쉽게 말해 웨이퍼를 보호하기 위해서 웨이퍼 위에 형성되는 막질입니다. 산화공정은 보통 열산화 방식을 많이 사용하고 열산화 방식에는 건식, 습식 산화가 있습니다.

3. 포토공정

포토공정은 웨이퍼 위에 우리가 원하는 반도체 회로를 그려 넣는 과정입니다. 예전에는 MASK를 사용했지만 점점 선폭이 얇아지면서 지금은 빛을 이용하고 있습니다. 이러한 포토공정은 반도체 공정의 꽃이라고도 불리고 있습니다. 대표적인 회사로 ASML이 있고, 많은 분들이 반도체 공부 중에 시간을 투자하고 있는 공정입니다. 포토공정 과정은 크게 웨이퍼 위에 MASK 역할을 하는 감광액을 골고루 도포합니다. 감광액은 Photo resist라하고, 빛에 민감해서 빛에 의해 패턴이 형성됩니다. 패턴 형성을 위해 패턴이 있는 MASK에 빛을 통과시킵니다. 이때를 노광이라 부르고 빛을 선택적으로 조사하는 과정을 말합니다. 이러한 과정을 거치면 웨이퍼 위에 회로 패턴이 그려지게 됩니다. 마지막으로는 현상액을 통해 빛이 노광된 영역과 아닌 영역으로 나누어져 우리가 원하는 반도체 회로 패턴이 남겨지게 됩니다. 포토공정에서 중요한 것은 빛의 조사 환경도 있을 수 있지만. 감광액의 빛에 대한 감도 또한 중요합니다.

4. 식각공정

식각은 쉽게 필요한 막질을 제외한 나머지를 제거하는 공정입니다. 위의 과정에서 포토공정을 통해 패턴을 형성했으면, 나머지 필요없는 부분은 제거하는 과정입니다. 식각은 크게 가스로 깍아내는 건식과 화학액으로 깍아내는 습식이 있습니다. 습식과 건식의 차이 및 장단점은 꼭 공부해둬야하는 부분입니다. 우선 건식은 가스를 사용하기 때문에 습식보다 방법이 까다롭고 비싸지만 현재 회로의 선폭이 얇아지면서 건식이 주목받고 있습니다. 정확한 반도체 소자의 회로를 위해서 포토공정뿐만 아니라 식각 또한 중요합니다.

5. 박막공정

박막공정은 소자에 필요한 여러 층을 형성하는 과정입니다. 메모리 반도체에서는 각 저장창고가 되어야하는 셀이 필요한데 이러한 셀을 한층한층 박막 공정을 통해 형성하게 됩니다. 박막 공정은 Thin film 공정으로 크게 물리적, 화학적 증착 방법이 있습니다. PVD, CVD라 하고 각 방법에 따라 차이 및 장단점 또한 필수로 알아둬야 합니다. 소자가 점점 작아짐에 따라서 박막의 형성 또한 어려워지고 있습니다. 따라서 금속을 제외한 박막공정에서는 물리적 증착 방법 보다 화학적 증착 방법이 사용되고 있습니다. 이렇게 형성되는 방막은 얇은 두께로 촘촘히 쌓이고 각각의 역할에 따라 전기적 특성을 갖게됩니다.

6. 금속배선공정

금속배선공정은 위에서 형성된 박막 및 패턴들을 외부에서 전달되는 전기에너지를 통해 사용할 수 있도록 배선을 까는 과정입니다. 쉽게 말해서 소자들을 동작시킬 수 있도록 금속선을 형성해주는 과정입니다. 작은 소자에 금속선을 형성해주는 만큼 그 선들은 웨이퍼와의 부착성이 좋아야하고 전기저항이 작아 전류가 잘 흘러야합니다. 또한 반복되는 공정속에서 열과 화학적인 반응에 금속 특성이 변하면 안됩니다. 이러한 조건들 때문에 현재는 주로 W, Cu, Al를 사용합니다.

7. EDS

EDS 공정이란 약 한달간의 공정을 거쳐 만들어진 반도체 소자를 테스트를 통해 불량을 선별하는 과정입니다. 이때 수율은 '실제 생산되어진 정상 작동 칩 수/설계된 최대 칩 수'가 됩니다. 수율이 좋을 수록 정상칩을 생산하는데 사용되는 비용이 적게 들어가는 것이고, 하나의 웨이퍼에 수많은 칩이 설계되기 때문에 1,2% 차이에도 많은 칩수가 차이나게 됩니다. 그만큼 수율이 중요하기 때문에 수율을 높이기 위해서 어떠한 점들을 개선해야하는지 또는 어떤 고질적인 문제들이 있는지 공부하고 개선할 필요가 있습니다.

8. 패키지

패키지는 단어에서 들리는 것처럼 반도체 칩을 우리가 알고있는 모양으로 자르고 포장하는 과정을 말합니다. 이때 공정되어진 칩들은 외부의 충격 및 환경으로 부터 보호되어야 하기 때문에 외부와 단절되게 됩니다. 또한 외부의 전기적 신호로 소자가 작동되기 때문에 외부의 입출력 신호와 연결될 수 있도록 전기적 연결을 하게됩니다.

 

 

위와 같이 반도체의 8대 공정에 대해서 간단하게 알아봤습니다.

어렵다고 생각할 수도 있고, 공부하면서 생각보다 쉽다고 느낄 수도 있습니다.

제가 반도체 공부를 하면서 한곳에 모든 내용이 정리되어있지 않아 많은 어려움이 있었습니다.

앞으로 반도체 관련 내용들을 하나하나 정리해보겠습니다. 반도체 취업 준비 또는 관심이 있으신 분들은 반도체 공정 관련 책을 읽어보시는 것도 추천드립니다.