4.1. 반도체 소자 제조 기술

반도체 제조 공정의 분류는 8대 공정으로 구분하고 있다.

1) 웨이퍼 제조공정 

웨이퍼는 실리콘 잉곳을 슬라이싱하여 제작되며, 표면을 연마하고 세정 과정을 거쳐 반도체 공정에 적합한 얇은 실리콘 디스크를 생성한다.

 

2) 산화 공정 

웨이퍼 표면에 산화막(SiO₂)을 형성하는 공정으로, 주로 열 산화법을 사용하여 웨이퍼의 절연층을 만든다.

 

3) 포토공정

감광제를 웨이퍼 위에 도포한 후, 빛(광원)을 사용하여 패턴을 형성하고, 현상 공정을 통해 원하는 회로 형태를 얻는다.

 

4) 식각 공정

포토공정으로 형성된 패턴을 따라 노출된 부분의 산화막이나 물질을 제거하는 공정으로, 화학적 또는 플라즈마 식각이 사용된다.

 

5) 증착 & 이온주입 공정

증착 공정은 웨이퍼 표면에 얇은 층의 재료를 증착시키는 과정이며, 이온주입 공정은 이온을 고속으로 주입하여 웨이퍼에 도핑하는 과정이다. 이를 통해 회로에 박막을 형성하고 반도체가 전기적 특성을 가지게 된다.

 

6) 금속배선 공정

회로의 전기적 연결을 위해 웨이퍼 표면에 금속(알루미늄, 구리 등)을 증착하고, 패턴에 따라 금속을 형성하는 공정이다.

 

7) EDS 공정

EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 공정은 웨이퍼 표면의 화학적 조성을 분석하여 공정의 품질과 물질의 균일성을 확인하는 과정이다. 전기적 특성 테스트를 통해 웨이퍼 내 각각의 칩들이 양품인지 판별한다.

 

8) 패키징 공정

반도체 칩이 위보와 신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들고 외부 환경으로부터 보호받을 수 있도록 포장한다.

 

반도체 웨이퍼 공정

 

1)Wafer Preparation (웨이퍼 준비)

• 단결정 실리콘 잉곳(Single crystal silicon ingot)을 성장시키고, 이를 원형으로 다듬은 뒤 얇게 슬라이싱하여 웨이퍼를 제조.
• 슬라이싱된 웨이퍼는 표면을 연마하고 세정하여 반도체 공정에 적합한 상태로 만든다.

2)Wafer Fabrication (웨이퍼 가공)

• 웨이퍼에 회로를 형성하기 위한 공정으로, 세척, 층 형성, 패터닝, 에칭, 도핑 등이 포함된다.
• 이 과정에서 반도체 소자(트랜지스터, 다이오드 등)가 웨이퍼 위에 형성된다.

3) Test/Sort (테스트 및 정렬)

• 웨이퍼 상의 각 다이(die, 칩)를 개별적으로 테스트하여 불량품(defective die)을 식별.
• 각 칩의 전기적 특성과 기능을 검사하여 다음 공정으로 넘어갈 수 있는 다이를 선별한다.
• 여기까지가 Fab이 하는 역할이다.

4) Assembly and Packaging (조립 및 패키징)

• 웨이퍼를 절단해 개별 다이로 분리.
• 분리된 다이에 금속 배선을 연결하여 외부 회로와 연결할 수 있도록 하고, 보호를 위해 패키징(Encapsulation)한다.

5) Final Test (최종 테스트)

• 패키징된 칩(IC)이 전기적 특성과 환경적 테스트를 통과하는지 확인.
• 이 과정에서 최종적으로 기능적 문제가 없는 칩만 출하된다.