삼성전자가 알려주는 반도체 8대 공정을 알려드리도록 하겠습니다.
1. 웨이퍼 제조
손톱보다 작은 반도체 칩 하나에 수많은 반도체 소자를 쌓는 과정은 정교한 빌딩을 만드는 과정과 비슷합니다. 멋진 빌딩을 지으려면, 일단 터를 마련하는 것이 우선입니다. 반도체를 만들 수 있는 터가 바로 웨이퍼입니다. 대부분 웨이퍼는 주로 모래에서 추출한 규소인 실리콘으로 만들어집니다. 모래를 뜨거운 열로 녹여 순도 높은 실리콘 용액을 굳히면 '잉곳'이라는 실리콘 기둥이 완성됩니다. 이렇게 완성된 실리콘 기둥을 얇게 슬라이스 해 잘라내면 여러 장의 얇은 원형판, 웨이퍼가 나오게 됩니다. 바로 절단한 웨이퍼 표면은 거칠기 때문에 표면을 매끄럽게 갈아냅니다. 회로의 정밀도를 높여주기 때문입니다.
웨이퍼라는 단어는 웨하스에서 유래됐습니다. 웨이퍼의 두께가 얇고 지름이 클수록 한 번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증하기 때문에 갈수록 두께는 얇고 크기는 커지는 추세입니다.
얇게 잘린 웨이퍼는 아직 전기가 통하지 않는 부도체 상태입니다.
2. 산화공정
반도체가 되기 위해서는 산화공정을 진행해야 합니다. 웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 뿌려, 균일한 산화막을 형성합니다. 이 산화막은 반도체 제조과정에서 웨이퍼 표면을 보호하고, 앞으로 그려지게 될 회로와 회로사이에 누설전류가 흐르는 것도 막아줍니다.
3. 포토공정
이제 본격적인 건축과정으로 들어갑니다. 빌딩을 지으려면 설계도가 필요하듯 웨이퍼 위에 반도체 제조를 위해 설계된 회를 그려내는 작업이 필요합니다. 밑그림 새기는 작업은 사진을 현상하는 과정이랑 비슷하다고 해서 포토공정이라 부릅니다. 이때 필름의 역할을 하는 것이 바로, 마스크입니다. 컴퓨터로 설계한 회로패턴이 그려진 유리판을 말하는데, 마스크의 회로도를 웨이퍼에 새기려면 앞서 웨이퍼에 올린 산화막 위에 빛에 반응하는 물질인 감광액(PR : Photo Resist)을 얇고 균일하게 도포해야 합니다. 회로패턴이 담긴 마스크에 빛을 통과시키면 웨이퍼 표면에 회로도가 그대로 찍히게 됩니다.
마지막으로 일반사진을 현상하듯 현상액을 뿌려가면서 빛을 받은 영역과 그렇지 않은 영역을 선택적으로 제거해 웨이퍼에 회로 패턴을 그려줍니다. 패턴이 웨이퍼에 잘 그려졌는지 꼼꼼히 검사하고 이를 통과하면 식각공정으로 넘어갑니다.
4. 식각공정
웨이퍼에 위에 그려진 반도체 회로 패턴 외에 필요 없는 부분을 제거해줘야 합니다. 웨이퍼에 액체나 기체의 부식액을 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거해서 반도체 회로 패턴을 만드는 것입니다. 이때 식각을 위해 액체를 사용하면 습식 식각, 기체나 플라즈마를 이용하면 건식 식각입니다.
5. 증착 및 이온주입 공정
반도체 만드는 과정은 빌딩 짓는 과정과 유사하다고 했습니다. 웨이퍼 위에 포토공정과 식각공정을 여러 차례 반복하면서 층층이 레이어를 쌓아가기 때문입니다. 이때 층층이 쌓인 회로와 회로를 구분하고, 보호하는 절연막이 필요합니다. 이 얇은 막을 박막(Thin Film)이라고 합니다.
웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 원자 단위의 아주 얇은 박막을 입히는 것을 증착이라고 합니다. 두께가 워낙 얇아서 웨이퍼 위에 균일하게 박막을 형성하기 위해서는 정교하고 세밀한 기술력이 필요합니다. 이때, 반도체가 전기적인 성질을 가지게 하는 이온 주입공정을 합니다. 순수한 반도체는 규소로 되어있어 전기가 통하지 않으나 불순물을 넣어줘 전류가 흐르게 하는 전도성을 갖게 되는 것입니다.
6. 금속 배선 공정
회로가 동작하기 위해서는 전기적인 신호가 필요한데, 이때 신호가 잘 전달되도록 회로폐턴에 따라 전기가 통하는 길을 만들어 줘야 합니다. 반도체가 전기가 잘 통할 수 있도록 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 같은 금속재료를 이용해서 얇은 금속 막을 증착하여 전기가 통할 수 있도록 해주는 과정입니다.
7. EDS 공정
EDS(Electrical Die Sorting)란 전기적 특성검사를 통해 품질을 테스트하는 공정입니다. 만들어진 칩들이 원하는 품질 수준에 도달했는지 테스트하는 공정입니다. 즉, 불량품을 구분해 내는 단계입니다. EDS를 통해 웨이퍼 한 장에 설계된 칩의 최대 개수 대비 정상 작동 칩개수의 비율을 가리켜 수율이라고 합니다. 수율이 높을수록 기술력이 있는 반도체 회사로 인정받게 됩니다.
8. 패키징 공정
EDS 공정을 거쳐 선별된 반도체 칩들은 기기에 탑재되는 적합한 형태로 만들어집니다. 완성된 웨이퍼의 반도체 칩은 날개로 하나하나 잘라내서 전자기기에 탑재될 수 있는 형태로 갖춰야 합니다. 반도체 칩이 외부와 신호를 주고받을 수 있도록 길을 만들어줘야 하고 다양한 외부환경으로부터 안전하게 보호받는 형태로 만들어야 합니다. 기판 위에 올려진 반도체 칩의 접점과 기판의 접점을 연결해 주고(BGA방식 혹은 와이어본딩) 원하는 형태의 패키지 모양을 만들기 위해 성형(Molding)도 거칩니다. 반도체를 밀봉한 후 제품명을 새기고 파이널테스트까지 거치면 완제품 형태의 반도체가 됩니다.
웨이퍼 가공단계를 전공정, 검사와 패키징단계를 후공정이라고 부릅니다.
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