#2. 반도체 8대 공정, 웨이퍼부터 반도체 패키징까지 딱 한번에 머릿속으로 모두 복사됩니다! | 반도체 강의 (기초부터 취업까지)

그동안의 현업 반도체 노하우만을 담아 학습 영상을 제작하였습니다
잘 부탁 드립니다

https://youtu.be/nnK9kJf2-cI?si=wANfZ74EicCLN4o8

 

두번째 시간입니다. 반도체 8대 공정을 바로 들어가보겠습니다. 
공정을 알면 전체 맥을 잡을 수 있습니다. 

일반적으로 반도체를 먼저 설명하려고 시도할때 반도체의 성질에 따라 메모리와 비메모리로 나줄수 있습니다. 여기서 비메모리는 CPU, GPU, AP 이렇게 연산을 주로 하는 제품들입니다 
아니면 공정을 크게 구분하여 설계, 전공정, 후공정 등으로 나누어 설명할 수도 있습니다. 
이런것에 따라 반도체 생태계를 바라보는 업의 정의 또한 달라질 수 있기 때문입니다

여러분은 반도체의 업이 무엇이라고 생각하시나요. 기술? 연구? SW? 
정답은 없겠지만 저희는 현업 실무 면접관의 입장인 "제조업"으로 접근해보겠습니다
지난시간에 언급한대로 반도체가 하는 일들은 논리적인 것들이지만, 만들어지는 과정은 명확하게 제조 공정에서 진행됩니다
우리가 알고있는 모든 반도체는 지금부터 말씀드릴 이 여덟개의 공정에서 만들어지게 됩니다. 
현재는 응용처도 다양해지고, 집적도도 높아져서 더욱 복잡해지긴 했지만 현재의 8공정 속에 반복이 되거나
사이사이에 마이너한 부분들이 추가될 뿐이므로 이번시간에 8대 공정과 패키징 공정을 한번 암기해보시면 좋을 것 같습니다

반도체 8대 공정 : 웨이퍼제조, 산화, 포토, 식각, 증착, 배선, 테스트, 패키징 - 줄여서 웨산포식증배테패 이고 앞에 일곱개 웨산포식증배테까지를 전공정 또는 파운드리이고, 여기서 마지막에 있는 패키징 공정을 후공정 또는 오사트라고 합니다. 

이제 하나씩 설명해보겠습니다.

첫번째, 웨이퍼제조입니다. 
실리콘(규소)을 정제하여 녹이면 거대한 유리덩어리인 잉곳이라는 것이 만들어집니다. 마치 가운데 원통형태로 만들어진 미사일과 형태가 유사합니다.
이것을 한장씩 얇게 자르면 한장의 둥근 유리판이 되는데 여기에 가로세로 배열로 회로기판을 만들게 됩니다. 
얇은 원형의 구워낸 빵인 "웨이퍼" 혹은 "와플"에서 이름을 가져왔습니다.
이렇게 잘라진 웨이퍼를 연마, 세척, 검사 합니다.  

두번째 산화
웨이퍼 표면에 산화막을 만듭니다. 이유는 웨이퍼의 신뢰성 증가인데 누설전류를 막아주고 오식각을 막아줍니다

세번째, 포토
전자가 지나가는 길인 회로를 만들기 위해 빛에 잘 반응하도록 감광액을 바른뒤 빛으로 마스크 패턴을 쬐어주는 과정이며
화학반응에 의해 빛을 받지 못한 부분은 네번째 식각과정에서 제거되게 됩니다
전자의 크기는 매우 작고 회로기판은 매우 미세하므로 조각칼이나 레이저등이 아닌 마스크를 이용하여 산화시키는 방식을 사용하게 되며, 마치 돋보기로 작은 부분을 집중하여 대상체를 태우는 것 처럼 작은 마스크의 1/5 혹은 그 이상의 미세 회로판이 만들어지게 됩니다.
식각에는 용액을 통해 제거하는 방식인 습식과, 플라즈마를 이용한 건식이 있으며, 습식이 네모 반듯하게 깎이지 않는다는 단점 등으로 인해 5um이하 미세공정부터는 건식으로 변환되었습니다
식각 후에는 세정과정을 거치는데, 여기까지 포토-식각-세정을 하나의 과정으로 묶어서 포에클 공정이라고 하고, 웨이퍼 제품이 다층인 경우 포에클 과정이 반복됩니다. 
참고로 포토공정은 파운드리 공정의 핵심기술 중 하나로 7나노 이하 공정에서 현재는 네덜란드의 ASML이라는 단일 업체의 기술에 의존하고 있습니다.
전세계의 반도체 생산에 영향이 미치게 되므로 미국에서의 설비판매 규제는 물론, 우리나라 대통령 순방 코스로 지정이 되는 등 영향력이 상당한 수준입니다.

다섯번째 증착 및 이온 주입공정입니다
반도체가 전기적 특성을 가지도록 이온을 주입하고 회로간의 구분과 보호를 위해 메탈 박막을 만드는 공정입니다.
기존 실리콘 상태의 순수의 진성 반도체는 전기전도도가 낮은 상태이므로 비소나, 갈륨과 같은 불순물의 도핑을 통해 자유전자나 정공을 제공해줌으로써 전류의 시작점을 제공합니다

여섯번째, 배선 공정입니다
이렇게 이온도핑이된 이온층 뿌리에 전기신호를 전달하기 위해 금속 배선을 연결하는 과정입니다. 
일반적으로 알루미늄이나 구리가 사용되며, 미세하게 선을 깔아주어야 하기 때문에 끓이거나 전기적 충격 등을 이용한 증착방식으로 얇은 금속막이 형성됩니다

일곱번째 테스트 공정입니다
불량칩을 골라내어 불필요하게 패키징 되는 것을 방지하고 지금까지 지나온 공정의 이상을 모니터링 하기 위해 테스트 공정을 진행합니다
기능별로는 DC/AC/Function 테스트가 있는데 전압의 수준, In/Out 결과의 일치, 시그널의 타이밍 등을 검사합니다.

그리고 마지막 여덟번째 패키징 공정입니다.
여기가 오사트라고도 불리는 후공정인데, 여기서부터는 완성된 한장의 웨이퍼 뒷이야기가 시작됩니다

웨이퍼에서 칩을 분리해서 기판에 붙이고, 양쪽에 와이어를 달아 기판과 연결하고, 새까맣게 몰딩도 하고 상자도 씌워 출하되는 공정입니다
겉보기에는 앞의 일곱개 공정처럼 나머지 한개 공정에 불과해보이지만 볼륨이 엄청나게 크기 때문에 패키징의 주요 공정을 다시 웨다와몰패로 나누고 다음시간에 다루어 보도록 하겠습니다
지금까지 반도체의 대부분이 미세공정에 치중했다면 미세화의 한계지점에 이른 현재는 칩을 쌓아가고 효율화를 고민하는 패키징공정에 비중이 점점 높아지고 있습니다