반도체 공정

<웨이퍼 제조 공정>

웨이퍼 : 반도체 집적회로를 만드는데 사용하는 주 재료 

1. 잉곳 만들기

모래를 뜨거운 열로 녹여 얻은 순도 높은 실리콘 용액을 굳히면

잉곳이라는 실리콘 기둥이 완성 된다

 

2. 잉곳 절단 

웨이퍼의 두께가 얇을수록 제조 원가가 줄어들며, 

지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 칩의 개수가 증가하기 때문에

다이아몬드 톱을 이용하여 얇은 슬라이스로 절단한다. 

 

3. 웨이퍼 표면 연마

4. 세척과 검사 

 

 

 

<마스크(Mask) 공정>

마스크는 웨이퍼보다 크게 제작한다.

포토 공정 시, 축소 촬영을 거쳤을 때 마스크 위에 놓인 먼지의 크기도 작아져서 회로의 오작동을 막을 수 있다

(이물질을 축소 시키기 위함)

 

 

 

<산화 공정> 

웨이퍼 표면에 실리콘 산화막 (SiO2)을 형성해 웨이퍼 위에 그려지는 배선들이 합선 되지 않도록 보호막을 만드는 과정

800~1200도의 고온에서 산소나 수증기를 실리콘 웨이퍼 표면에 반응시켜 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성

 

건식 산화 : 산소 기체와 반응시켜 산화막 형성, 느리지만 얇은막 형성

습식 산화 : 산소와 수증기를 반응시켜 산화막을 형성, 빠르지만 두꺼운 막 형성

 

 

 

 

<포토 공정>

웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 과정 

 

1. 회로를 그리기 위해 감광액을 도포 (PR Coating)

감광액은 빛에 반응하는 민감한 물질 (Photo Resist). 감광액 종류에 따라서 빛이 닿은 영역이 제거 되거나 

빛이 닿은 영역만 남게 할 수도 있다. 

 

감광액 도포

 

2. 노광 공정 

회로 패턴이 담긴 마스크를 이용하여 반도체 회로를 그리는 공정

빛을 쏘는 노광장비를 사용하여 빛을 통과 시켜 웨이퍼에 회로를 그려준다.

(감광액 표면으로 회로만 그려주는 것이지 감광액을 제거하는 것은 아니다)

 

노광 공정

3. 현상 공정

웨이퍼 표면에 현상액을 뿌려가며, 노광된 영역과 노광되지 않은 영역을 선택적으로 제거해 회로 패턴을 형성한다 

(현상액으로 감광액만 제거하는 과정)

 

 

 

<식각 공정>

반도체의 구조를 형성하는 패턴을 만드는 과정 (필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분(산화막) 제거)

식각 공정

감광액은 산화막을 부식으로부터 방지하는 역할을 하며 

제거하고자 하는 영역은 식각 처리를 해서 산화막을 제거하는 작업. (감광액이 제거된 표면만 부식시킨다)

 

습식 식각 : 식각에 액체를 사용

건식 식각 : 시각에 가스를 사용 (비싸고 방법이 까다로우나, 정교한 식각이 가능)

 

 

 

<증착&이온 주입 공정>

1. 증착 공정 : 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 하는 박막(thin film)을 만드는 과정

금속막 측 : 회로 간의 전기적인 신호를 연결

절연막 층 : 금속막 층과 내부로 연결된 층을 전기적으로 분리하거나 오염으로부터 차단 

-> 부도체인 웨이퍼가 반도체 성질을 띌 수 있게 해 준다 

-> 이 층들을 박막 (thin film) 이라고 함 

증착 공정

2. 이온 주입 공정 : 반도체가 전기적인 특성을 갖도록 만드는 과정 

이온 주입

반도체가 전기적 성질을 가지도록 성질을 바꾸기 위해 증착막에 이온을 주입한다.

회로 패턴과 연결된 부분에 불순물을 이온화시켜 웨이퍼의 내부에 침투시킴으로써 전자 소자의 특성을 만들어준다. 

 

 

 

 

<배선 공정>

금속 배선 공정은 반도체의 회로 패턴을 따라 금속 선을 이어주는 과정 

각각의 신호가 섞이지 않고 잘 전달되도록 연결하는 과정

배선 공정

 

 

 

<EDS 공정>

반도체 공정의 수율을 높이는데 반드시 필요한 품질 테스트

 

 

 

<패키징 공정>

다양한 외부 환경으로부터 안전하게 보호될 수 있도록 하는 작업

 

1. 웨이퍼 절단

웨이퍼에 그려진 칩을 다이아몬드 톱으로 절단해 낱개의 칩으로 만드는 작업 

 

2. 칩 접착 

낱개로 분리된 칩 가운데 제대로 작동하는 것만을 골라내어 리드 프레임 위에 올려둔다

 

3. 금선 연결

리드프레임 위에 올려놓은 반도체 칩을 접착점과 리드프레임간의 전기적 특성을 위히 가는 금선을 사용하여 연결

 

* 리드 프레임 : 반도체 부품을 올려 부착하는 금속 기판. 반도체 칩과 외부 회로를 연결 시켜주는 전선역할을 하며

                    반도체 패키지를 전자 회로 기판에 고정시켜주는 버팀대 역할을 동시에 수행 

 

4. 성형 

칩과 연결된 금선 부분을 보호 하기 위해 화학 수지로 밀봉해주면 패키지가 마무리 된다