반도체 8대 공정 정리

<반도체 8대 공정>

반도체 8대 공정

 

1. 웨이퍼 공정

 

① 잉곳 만들기

     모래에서 추출한 Si를 고온의 열로 녹여 고순도의 Si 용액으로 만들어 굳혀 잉곳 생성

② 잉곳 절단

     얇은 웨이퍼를 만들기 위해 다이아몬드 톱으로 잉곳을 균일한 두께로 절단

③ 웨이퍼 표면 연마

     거친 표면을 매끄럽게 갈아내고 표면을 평평하게 만드는 화학적 기계적 연마 공정(CMP)

④ 세척과 검사

     세척과 검사를 통해 웨이퍼 체크

     - 잉곳 : 고온에서 녹인 실리콘으로 만든 실리콘 기둥

 

웨이퍼 부분별 명칭

① Chip

     : 웨이퍼 위에 전자회로가 새겨진 얇고 작은 조각으로서, IC칩이 되는 부분
② Scribe Line

     : 칩의 경계로서, 아무 전자회로가 없는 부분이며,

       웨이퍼를 개별 칩으로 나누기 위한 분리 선입니다.
③ Test Element Group(TEG)

     : 실제 칩의 동작 여부를 판단하기 위해 만드는 테스트칩
④ Edge Die

     : 웨이퍼 가장자리의 손실된 곳이며, 사용할 수 없는 부분
⑤ Flat Zone

     : 웨이퍼의 결정 구조를 눈으로 식별할 수 없기 때문에,

       웨이퍼의 구조를 판별하기 위해 웨이퍼의 한 부분을 평평하게  만든 곳 입니다.

 

1-1. MASK 공정

① 회로 설계

    : CAD를 활용하여 전자회로 패턴 설계

② MASK 제작

    : E-beam evaporator를 활용하여 유리판에 회로를 인화

      MASK는 웨이퍼보다 크게 제작한다

      - 축소촬영 시, MASK 위의 먼지도 같이 작아져 회로 오작동 방지

 

2. 산화 공정

 

▶ 이어지는 공정에서 생길 수 있는 오염물질 / 산화물질 등으로부터 웨이퍼를 보호하는 산화막 형성

    - 건식 산화

       : 산호만을 이용

         산화막 성장속도가 느리기 때문에 얇은 막을 만들 때 사용

    - 습식 산화

       : 산소 + 수증기 이용

         산화막 성장속도가 빠르고 두꺼운 막을 형성함

 

3. 포토 공정

 

▶ 웨이퍼 위에 반도체를 그려넣는 공정으로,

    감광액 도포 → 노광 → 세부공정 단계로 진행

     - 필름을 인화지에 새기는 것과 같은 방식으로,

       필름 역할을 하는 마스크를 인화지 역할을 하는 웨이퍼에 얹어

       현상하는 과정

     i) 웨이퍼 표면에 감광액을 고루 바름

     ii) 설계 회로를 새겨넣은 마스크 준비

     iii) 노광 장비인 스태퍼(stepper)를 이용해 웨이퍼에 회로를 그림

     iv) 웨이퍼에 현상액을 뿌리면 감광액이 양성/음성으로 나뉘어

          미세한 전자회로가 새겨짐 

 

4. 식각 공정

 

▶ 포토공정에서 형성된 감광액 부분을 남겨두고, 나머지 부분을 제거해 회로를 형성하는 과정

     - 건식 식각

        : 가스 이용

          정확성이 좋아 작은 패터닝 가능

          단, 고비용이며 과정이 어렵고 한 장씩 공정해야됨.

     - 습식 식각

       : 화학액 이용

         저비용이지만 정확도가 떨어진다.

 

5. 박막 공정

    = 증착 & 이온주입 공정

▶ 웨이퍼에 불순물을 확산하고 박막을 형성해, 웨이퍼가 반도체 성질을 가지게 하는 단계

① 증착

    : 웨이퍼 위에 분자/원자 단위의 물질을 입혀 전기적 특성을 지니게 함.

       CVD에서는 금속막을 씌우면 전기가 잘 흘러 소통을 원활하게 하고

       절연막을 씌우면 회로와 회로를 분리해주는 역할을 하게 된다.

       여기에 웨이퍼 내부에 이온 불순물을 집어넣는 확산 공정을 통해

       부도체였던 웨이퍼를 외인성 반도체로 만들어 준다. 

② 종류

     - 화학적 기상 증착(CVD, Chemical Vapor Deposition) ← 주로 사용함

     - 물리적 증착(PVD, Physical Vapor Deposition)

     - 플라즈마CVD

        : 다른 CVD에 비해 저온에서 형성되며, 두께 및 균일도 조절, 대량생산이 가능

③ 박막

     : 기계 가공으로는 실현 불가능한 두께인 1㎛ 이하의 얇은 막으로 회로를 구분하고 보호한다.

 

6. 금속 배선 공정

▶ 전기가 잘 통하는 금속을 골라 신호가 전달되는 금속선에 연결

     주요 재료 : 금, 백금, 은, 알루미늄, 텅스텐 등

<필요 금속 조건>

   ① 웨이퍼 부착성 우수

   ② 전기 저항 낮음

   ③ 높은 신뢰성

   ④ 열적 화학적 안정성 우수

   ⑤ 패턴 형성이 용이함

   ⑥ 낮은 제조 가격

 

7. EDS 공정

    (Electrical Die sorting)

8대 공정 중 가장 중요한 단계

① ET test & WBI

    : 소자들에 대한 전기적 특성 테스트를 통해 작동 여부 확인

      - Pre_Laser : 전기적 신호를 통해 칩의 불량 여부 판단

② Hot / Cold Test

     : 웨이퍼를 특정온도에서 동작시켜, 잠재적 오류 탐지

③ Repair / Final Test

     i) 수선 가능으로 판정된 칩들을 모아서 수선

     ii) 수선한 후, Final Test 공정을 통해 불량여부 최종 판단.

④ Inking

     : 불량 칩에 잉크를 찍어 불량 식별

 

8. 패키징

▶ 제품이 출하되기 전 거치는 마지막 공정

 

① 웨이퍼 절단(Dicing)

    : 웨이퍼를 육면체 모양의 개별 칩으로 절단

      싱귤레이션이라고도 한다.

      cf) 다이(Die) : 육면체로 분리된 칩

 

② 칩 접착(Die bonding)

     : 다이와 패키지 기판(PCB)을 접합하는 기술

       다이본딩을 마친 칩은 패키징 후 발생하는 물리적 압력을 잘 견디고

       칩 동작 시 발생하느 열을 잘 방출해야 한다.

 

③ 와이어 본딩

     : 다이와 외부를 도선으로 연결하는 작업

       최근에는 솔더볼(solder ball)이라는 작은 범프를 이용한

       플립칩 본딩과 TSV(실리콘 관통전극)이 주류를 이룬다.

 

④ 몰딩

     : 습기나 열로부터 칩을 보호

       수지로된 EMC에 고온을 가해 원하느 모양으로 성형하여 몰딩

       반도체 동작 시, 온도의 변화에 따라 칩과 유사하게 팽창/수축해야 한다.

       + 온도를 외부로 빼내는 기능이 중요함 

 

⑤ 패키지 테스트

     : 반도체 장비 검사를 통해 전압, 전기신호, 온도, 습도 등의 상황에서 테스트

     - DC Test

       : 개별 Tr의 전기적 특성을 측정하는 EPM을 진행해 칩 내의 개별 Tr들이

         제대로 작동하는지 테스트

     - Burn-in Test

       : 제품의 초기 불량을 미치 체크하기 위해 고온(125℃)에서

         일정 시간 제품에 스트레스(Vcc)를 가해줌

     - Monitering

       : Burn-in에서 설비문제로 생긴 reject를 다시 run 구성

     - Post Burn Test

       : 상온 및 저온(25℃ ~ -5℃)에서 취약한 제품을 선별

     - Final Test

       : 고온(75℃~83℃)에서 이루어지는 공정으로 Hot-final 공정이라고도 하며,

         speed 별로 제품이 구분됨.