반도체 8대공정

반도체 8대 공정 

#1 WF 제조공정 

반도체 집적회로의 핵심 재료인 웨이퍼가 만들어지는 공정입니다.
웨이퍼 공정은 잉곳 만들기, 잉곳 절단, 웨이퍼 표면 연마, 세척과 검사의 순서로 이루어져 있습니다.

 

1. 잉곳만들기
진공의 도가니 속에 고순도 다결정 실리콘을 넣고 녹입니다.
그리고 단결정 실리콘으로 된 시드를 살짝 담근 후, 천천히 돌려가며 꺼내면 잉곳으로 식어 지게 됩니다. 반도체용 잉곳은 수 나노미터의 미세한 공정을 다루기 때문에, 초고순도의 잉곳이 필요하므로 사용되는 공정입니다.

2. 잉곳 절단
이 과정을 거치는 이유는 웨이퍼의 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들며,지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩의 수가 증가하기 때문에  다이아몬드 톱을 이용하여 원통 모양으로 다듬은 후,얇은 슬라이스로 절단합니다.

 

3. 웨이퍼 표면 연마
얇게 슬라이스된 웨이퍼의 표면을 연마하는 과정입니다.
웨이퍼의 표면에 흠결이 있거나 거칠 경우,회로의 정밀도에 영향을 미칠 수 있기 때문에 연마액과 연마 장비를 이용하여 웨이퍼의 표면을 다듬어 거울처럼 매끄럽게 만듭니다.

4. 세척과 검사
연마 과정을 거친 웨이퍼 표면에 남아있는 오염물질을 제거하고 다시 오염물질이 완벽하게 제거 되었는지 검사하는 과정입니다.
이러한 과정을 거치면  반도체 집적회로의 핵심 재료인 웨이퍼가 완성됩니다.

 

 

#2 Oxidation : 산화공정 

산화 공정은 건식산화, 습식산화 두가지로 나뉩니다.
산화공정은800에서1200도의 고온에서 산소나 수증기를 실리콘 웨이퍼 표면과화학 반응시켜 얇고 균일한실리콘산화막을형성시키는 공정입니다.

웨이퍼에절연막역할을 하는산화막을형성시켜 회로와 회로 사이에 누설전류가 흐르는 것을 차단해주고, 이온주입공정에서는 확산 방지막 역할을 하며,시각공정에서는 필요한 부분이 잘못시각되는것을 막는 방지막 역할도 합니다.

건식 산화는 산소 기체와 반응 시켜산화막을형성시키고,
습식 산화는 산소와 수증기를 반응 시켜산화막을형성 합니다.

건식산화는순수한산소만을이용하기 때문에산화막성장속도가 느려 주로 얇은 막을 형성할 때 쓰입니다. 
습식 산화는 산소와 함께 용해도가 큰 수증기를 함께 사용하기 때문에산화막성장속도가 빠르고 보다 두꺼운 막을 형성 합니다.

 

#3 포토공정 

1. 감광액 도포
포토공정은 감광액 도포로 시작됩니다.
액체 상태에서 빛에 민감한 감광액의 성질을 이용하여 사진을 현상하는 것과 같이 웨이퍼를 인화지로 만들어주는 작업입니다.

액체의 감광액을 웨이퍼 위에 도포하고 스피너를 사용하여 2~200A(옹스트롬) 두께로 만들어주면 감광액 도포가 완료됩니다. 보다 고품질의 미세한 회로 패턴을 얻기 위해서는 감광액 막을 얇고 균일하게 해야하며,이 작업을 통해 빛에 대한 감도를 높일 수 있습니다.

2. 노광공정
두번째로 노광공정은 감광액이 코팅된 웨이퍼에노광 장비를 사용하여 MASK에 그려진 회로 패턴에 빛을 통과 시켜 웨이퍼 위에 회로 패턴을 그립니다.

3. 현상공정
마지막으로 현상 공정은 웨이퍼에 현상액을 뿌려가며, 노광된 영역과 노광되지 않은 영역을 선택적으로 제거해 회로 패턴을 형성하면 포토공정이 끝이 납니다.

 

 

4. 식각공정 : etch

식각공정은 부식액 역할을 하는 습식이나 건식 산화로불필요한 회로를 벗겨 내는 것 입니다. 식각 공정은 건식 식각, 습식 식각으로 나뉩니다.

건식식각의 방법은 플라즈마 상태를 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 없애는 방식이고, 습식 식각은 용액이랑 접촉하게해서 감광액이 없는 부분만 깎아 내는 방식입니다.

건식식각은 습식시각에 비해 까다롭고 비싸지만 선택적으로 없애는 방식 때문에 나노스케일로 집적화 되는 반도체 기술변화에 따라 수율을 높이기 위해 건식식각이 확대 되고 있습니다.

 

 

#5 증착& 이온주입 공정

박막 공정의 증착은 웨이퍼 위에 박막의 두께로 입혀 전기적 특성을 갖게 하는 과정을 증착이라고 합니다.  증착의 방법은 물리적 기상 증착과 화학적 기상 증착으로 나뉩니다.

1. 물리적 기상증착
물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition)은 금속 박막을 씌울 때 쓰이는
방법입니다. 물리적 기상 증착은 낮은 압력과 낮은 온도에서 진행되며, 고품질 박막을 형성하고 불순물 오염 정도가 낮다는 장점이 있습니다.
그러나 증착속도가 느리고 고가의 장비를 이용해야 한다는 단점이 있습니다.

2. 화학적 기상증착
화학적 기상증착(Chemical Vapor Deposition)은 가스의 화학 반응으로 형성된 입자들을 외부 에너지가 부여된 수증기 형태로 쏘아 증착시키는 방법입니다. 화학적 기상 증착은 도체, 부도체, 반도체의 박막 증착에 모두 사용이 가능하며, 접합성과 박막 품질이 좋다는 장점을 가지고 있습니다.
그러나 고온으로 공정이 진행되기 때문에 재료 적용에 어려움이 있으며 불순물 오염정도가 높고, 두께 조절이 어렵다는 단점이 있습니다.

이 둘의 차이는 증착시키려는 물질이 기판으로 기체상태에서 고체상태로 변할 때 어떤 과정을 거치느냐 입니다.

3. 플라즈마CVD
플라즈마 CVD는 화학적 기상 증착이지만, 다른 CVD에 비해 저온에서 형성되며, 두께 균일도를 조절할 수 있고, 대량생산이 가능하다는 장점이 있기 때문에 가장 많이 이용되고 있습니다.

반도체가 전기적 성질을 가지도록 성질을 바꾸기 위해서 증착막에 이온 주입을 진행합니다.
이온주입은 회로 패턴과 연결된 부분에 불순물을 이온화시켜 웨이퍼의 내부에 침투 시킴으로써 전자 소자의 특성을 만들어주는공정 입니다.

 

#6 금속 배선 공정 

금속 배선 공정은 반도체의 회로패턴을 따라 금속선을 이어 주는 과정이며, 소자들을 동작 시키고 각각의 신호가 섞이지 않고, 잘 전달되도록 선을 연결하는 작업입니다.

 

#7 EDS 공정 

 정전기 등으로 인해 특정 전압이상에서 불량이 발생하는지 test 하는 공정입니다. 

 EDS 에서 원하는 품질에 도달하였다는 통과가되면, 양품으로 패키징 공정 순으로 진행됩니다. 

 

#8 패키징 공정

 그냥 이름 그래도 칩을 포장하여 보호받는 형태로 만들어 주는 공정입니다. 

 계속 패키징 공정이 중요성이 늘어나고 있습니다.