반도체 8대 공정의 이해

소개

전자 분야에서 반도체는 중추적인 역할을 합니다. 가변 전도도와 같은 고유한 특성 덕분에 오늘날 우리가 사용하는 거의 모든 전자 기기에 필수적인 부품으로 사용되고 있습니다. 반도체의 탄생은 여러 공정이 포함된 흥미로운 여정입니다. 이 글에서는 8가지 주요 반도체 공정에 대해 자세히 알아보겠습니다.

반도체 공정 개요

시작하기 전에 반도체 공정이 무엇인지 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 공정은 반도체, 일반적으로 실리콘에 집적 회로(IC)를 만드는 데 사용되는 일련의 단계입니다. 제조에 관련된 주요 공정에는 포토리소그래피, 클린, 산화, 확산, 이온 주입, 화학 기상 증착(CVD), 금속화, 에칭, 테스트 및 패키징이 포함됩니다.

포토리소그래피(Photolithography)

반도체 제조의 핵심으로 여겨지는 포토리소그래피는 회로 패턴을 실리콘 웨이퍼에 전사하는 공정입니다.

Photoresist Application

이 공정은 실리콘 웨이퍼에 포토레지스트라고 하는 빛에 민감한 물질을 도포하는 것으로 시작됩니다.

Mask Alignment

원하는 회로 패턴의 스텐실인 마스크를 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼 위에 정렬합니다. 그런 다음 자외선을 비추어 빛이 닿는 곳마다 포토레지스트가 경화되도록 합니다.

Development Process

노출되지 않은 포토레지스트는 제거되어 웨이퍼에 원하는 패턴이 남습니다.

클린(Clean)

반도체 제조의 클린 공정에는 오염 물질을 제거하고 사용되는 재료의 순도를 보장하기 위한 여러 단계가 포함됩니다. 

웨이퍼 세정

웨이퍼 세정은 실리콘 웨이퍼 표면에서 입자, 유기 오염물질 및 잔류 불순물을 제거하는 반도체 제조의 중요한 단계입니다. 이 공정은 웨이퍼에 제조된 집적 회로(IC)의 품질과 신뢰성을 보장하는 데 필수적입니다. 웨이퍼 세정 공정에는 일반적으로 다음 단계가 포함됩니다

- 사전 클리닝:

본 세척 공정이 시작되기 전에 웨이퍼 표면에서 더 큰 입자와 느슨한 오염 물질을 제거하기 위해 사전 세척 단계가 수행됩니다. 이 단계에는 종종 탈이온수 또는 용매로 웨이퍼를 헹구어 입자를 제거하고 씻어내는 작업이 포함됩니다.

- 화학 세정:

화학 세정은 웨이퍼에서 오염 물질을 용해하고 제거하기 위해 다양한 화학 물질을 사용하는 중요한 단계입니다. 화학물질의 선택은 존재하는 오염 물질의 유형에 따라 달라집니다. 일반적으로 사용되는 화학 물질에는 산, 염기 및 유기 용매가 포함됩니다. 예를 들어, RCA(Radio Corporation of America) 클린은 유기 및 무기 잔류물을 제거하기 위해 황산, 과산화수소, 탈이온수를 조합하여 널리 사용되는 화학 세척 공정입니다.

- 헹굼 및 건조:

화학 세정 단계가 끝나면 웨이퍼를 탈이온수로 완전히 헹구어 남아 있는 화학 물질이나 오염 물질을 제거합니다. 헹굼 공정은 일반적으로 완전한 제거를 위해 여러 번 수행됩니다. 마지막으로 스핀 건조와 깨끗하고 여과된 공기의 부드러운 흐름을 조합하여 웨이퍼를 건조합니다.

산화(Oxidation)

산화는 실리콘 웨이퍼 표면에 이산화규소의 절연 층을 형성합니다.

건식 산화(Dry Oxidation)

건식 산화에서는 웨이퍼가 고온에서 산소에 노출되어 얇고 고품질의 산화물 층을 형성합니다.

습식 산화(Wet Oxidation)

이와 대조적으로 습식 산화는 증기를 사용하여 더 빠른 속도로 더 두꺼운 산화층을 형성합니다.

확산(Diffusion)

확산은 실리콘 웨이퍼에 불순물 또는 도펀트를 도입하는 데 사용됩니다. 이는 웨이퍼의 전기적 특성을 변경합니다. 

Pre-Deposition

사전 증착 동안 웨이퍼는 원하는 도펀트가 있는 용광로에서 가열됩니다. 도펀트 원자는 웨이퍼의 노출된 영역으로 확산됩니다.

Drive-In

드라이브인 단계에서는 웨이퍼를 다시 가열하여 도펀트 원자를 웨이퍼 내부로 더 밀어 넣어 원하는 전기적 특성을 가진 영역을 생성합니다.

이온 주입(Ion Implantation)

이온 주입은 도펀트 이온을 웨이퍼에 쏘는 확산의 대안입니다. 

Implantation

주입하는 동안 도펀트 이온 빔이 웨이퍼로 향합니다. 이온은 웨이퍼 표면을 관통하여 실리콘에 삽입됩니다.

Annealing

주입 후 웨이퍼는 이온 충격으로 인한 손상을 복구하는 열처리인 어닐링을 거칩니다.

화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition (CVD))

CVD는 웨이퍼에 다양한 재료의 박막을 증착하는 데 사용됩니다.

Atmospheric Pressure CVD

대기압 CVD에서는 대기압에서 공정이 진행됩니다.

Low-Pressure CVD

이와 대조적으로 저압 CVD는 대기압 이하에서 발생하여 더 나은 균일성과 필름 품질을 제공합니다.

Plasma-Enhanced CVD

플라즈마 강화 CVD에서는 플라즈마를 사용하여 반응성 종을 생성하여 더 낮은 온도에서 필름 증착을 가능하게 합니다.

금속화(Metallization)

금속화는 IC의 구성 요소 간에 금속 상호 연결을 형성합니다.

Deposition

증착 과정에서 일반적으로 알루미늄 또는 구리와 같은 얇은 금속 박막이 웨이퍼에 증착됩니다.

Lithography

리소그래피 및 에칭 공정은 금속 층을 패턴화하여 상호 연결을 형성하는 데 사용됩니다. 

에칭(Etching)

에칭은 화학적 또는 물리적 방법을 사용하여 웨이퍼에서 원하지 않는 물질을 제거합니다.

습식 에칭

습식 에칭에서는 웨이퍼를 화학 용액에 담가 노출된 물질을 에칭합니다.

건식 에칭

건식 에칭에서는 원치 않는 물질을 제거하기 위해 이온 또는 반응성 종을 사용합니다.

테스트 및 패키징

반도체 제조의 마지막 단계는 테스트와 패키징입니다.

웨이퍼 테스트

웨이퍼 테스트 또는 프로빙은 IC의 전기적 성능을 확인하기 위해 수행됩니다.

패키징

테스트 후 IC는 보호 케이스에 포장되고 연결부는 패키지 리드에 접착됩니다.

반도체 공정의 중요성

반도체 공정은 현대 사회를 움직이는 IC를 만드는 데 있어 기본이 됩니다. 각 공정 단계는 최종 제품의 기능, 성능 및 신뢰성을 보장하는 중요한 역할을 합니다. 실리콘 웨이퍼에서 집적 회로에 이르는 반도체 여정은 신중하게 조율된 복잡한 공정의 연속입니다. 포토리소그래피에서 패키징에 이르는 각 단계는 최종 제품의 성능과 신뢰성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 전자 제품에 대한 의존도가 계속 증가함에 따라 이러한 반도체 공정의 중요성도 커지고 있습니다.

자주 묻는 질문

Q.반도체 공정에서 포토리소그래피의 역할은 무엇인가요?

포토리소그래피는 빛에 민감한 재료와 자외선을 사용하여 회로 패턴을 실리콘 웨이퍼에 전사하는 공정입니다.

Q.건식 산화와 습식 산화의 차이점은 무엇인가요?

건식 산화는 산소를 사용하여 얇고 고품질의 산화층을 형성하는 반면 습식 산화는 증기를 사용하여 형성합니다.  습식 산화는 스팀을 사용하여 건식 산화에 비해 더 빠른 속도로 더 두꺼운 산화층을 형성합니다.

Q.이온 주입은 확산과 어떻게 다릅니까?

이온 주입은 웨이퍼에 도펀트 이온을 쏘는 반면, 확산은 원하는 도펀트로 용광로에서 웨이퍼를 가열하여 도펀트 원자가 웨이퍼로 확산되도록 하는 것입니다.

Q.반도체 공정에서 화학 기상 증착(CVD)의 목적은 무엇인가요?

CVD는 웨이퍼에 다양한 재료의 박막을 증착하는 데 사용되며, 이는 집적 회로의 여러 층을 형성하는 데 매우 중요합니다. Q.반도체 공정에서 테스트 및 패키징 단계가 중요한 이유는 무엇인가요?

테스트 및 패키징 단계는 집적 회로의 기능을 보장하고 환경 손상으로부터 보호하는 데 필수적입니다.