반도체 공정과 용어의 이해_메리츠 자산운용

 

무어의 법칙

1965년 Intel의 공동 설립자 중 한 명인 Gordon Moore는 마이크로칩 안에 트랜지스터 수가 급격히 증가하여 컴퓨팅 능력이 기하급수적으로 향상되고 칩 비용이 절감되고 있는 점을 발견했어요. 이러한 추세가 미래에도 계속될 것이라고 예측했고, 이것이 우리가 알고 있는 "무어의 법칙"이 되었습니다. 무어는 처음에 향후 10년 동안 트랜지스터의 수가 매년 두 배로 증가할 것이라고 예측했으나, 1975년에 2년마다 두 배씩 증가한다고 수정했습니다.

 

반도체 전공정

반도체는 최종 제품이 나오기까지 여러 고난도의 공정 과정을 거치게 됩니다. 칩 생산에 필요한 웨이퍼를 가공하고 회로를 인쇄하는 일련의 과정들은 전공정으로 분류됩니다. 전공정에 필요한 기술들은 지난 수십년간 엄청난 발전을 이루며 반도체 미세화에 큰 기여를 해왔으나, 반도체 회로의 폭이 10나노미터 이하로 떨어지게 되면서 기존과 같은 급진적인 미세화는 더욱 어렵게 되어가고 있습니다.

 

반도체 후공정

후공정은 웨이퍼를 개별 칩(die) 단위로 분리/조립해 최종 제품인 반도체 칩을 패키징(제품화)하고 테스팅 하는 과정들을 포함합니다. 전공정을 통한 반도체 미세화가 어려워지면서, 후공정의 중요성이 더욱 더 부각되고 있습니다.

 

웨이퍼 공정

반도체 제조 과정은 모래에서 추출되는 실리콘(규소, Si) 으로 시작합니다. 전기가 잘 통하는 도체 금속과 달리 실리콘은 반도체로서, 인산염, 브론과 같은 원소를 인공적으로 결합해 도체처럼 전기가 흐르게 할 수 있습니다. 추출된 실리콘을 뜨거운 열로 녹여 고순도의 실리콘 기둥(잉곳, Ingot) 으로 만들고, 이를 정밀하게 횡으로 쪼개 둥글고 얇은 원판 형태의 웨이퍼를 만들게 됩니다. 이제 이 웨이퍼 원판에 회로를 그려 칩을 만들게 됩니다.

 

산화공정

실리콘 기둥에서 쪼개진 얇은 웨이퍼는 이제 표면이 완전히 평평해질 때까지 연마 작업을 거치고, 이후에는 웨이퍼 표면 위에 산화막을 씌우는 산화 공정을 진행합니다. 산화 공정은 얇은 웨이퍼가 나머지 공정 과정을 견딜 수 있도록 보호막을 코팅하는 작업이라고 생각할 수 있습니다.

 

증착공정

반도체 칩이 전기적 특성을 얻으려면 웨이퍼에 전도성, 절연성 또는 반도체성 재료를 부착해야 합니다. 이 과정을 증착이라고 합니다. 증착공정에서는 웨이퍼 표면에 재룔르 균일하게 탑재해야 하기 때문에 매우 정밀한 기술이 요구됩니다. 예를 들어 200mm 웨이퍼에 1마리크로미터 두께의 막을 형성한다는 것은 마치 직경 200m 운동장에 1mm 두께의 모래를 쌓는 것과 같습니다.

 

포토공정

포토공정에서는 웨이퍼 위에 회로를 그려 넣는 작업을 진행합니다. 먼저 '포토레지스트'라고 불리는 빛에 민감함 화학물로 웨이퍼를 코팅을 합니다. 그 다음에는 빛을 사용해서 웨이퍼에 회로를 그리게 되는데, 이 과정에서 칩 안에 트랜지스터 폭 크기를 결정하기 때문에 매우 중요합니다. 웨이퍼는 리소그래피 기계에 삽이되어 자외선(DUV)  또는 극자외선(EUV)에 노출됩니다. 빛으로 칩의 가장 미세한 부분까지 생성해 낼 수 있는데, 이는 모래 한 알보다 수천 배나 작을 수 있습니다.

 

식각공정

식각공정에서는 그려낸 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거합니다. 이 단계에서 웨이퍼를 굽고 현상화 하면서 일부 레지스트는 씻겨 나가고, 이를 통해 생성된 3D회로 패턴이 더욱 선명하게 됩니다. 식각 공정에서는 칩의 무결점성과 안정성에 영향을 주지 않으면서도 칩의 전도를 높여야 합니다.

 

이온주입 공정

식각공정이 마무리된 후에는 웨이퍼가 전기적인 특성을 갖도록 양이온과 음이온을 주입해야 합니다. 순수 실리콘은 도체와 부도체의 중간 정도인 물질로서 전하를 띤 이온을 주입할 시 전기의 흐름을 제어하고 칩의 기분 구성인 트랜지스터를 생성할 수 있습니다. 표면이 이온화 된 후에는 남아있는 레지스트가 제거됩니다.

 

패키징 공정

웨이퍼 위에서 만드어진 칩들을 개별 단위로 잘라서 제품화 하는 과정을 패키징 공정이라고 부릅니다. 이렇게 개별적으로 잘라낸 칩, 또는 다아(die)들은  칩과 전자긱기간의 연결을 해주는 '기판'이라는 부품 위에 놓입니다. 그리고 마지막으로 칩이 가열되는 것을 방지하기 위해 위 표면을 방열판(Heat Spreader)으로 덮습니다.

 

 

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