반도체를 만들어 지는 과정은 어떻게 될까요?

핸드폰이나 텔레비전 등 다양한 전자제품들에 들어가는 반도체는 어떻게 만들어질까요?

 

반도체를 만들기 위해서는 어떤 반도체를 만들고 싶은지 기획하는 단계가 있습니다. 즉 내가 만드는 반도체는 어떤 동작 또는 어떻게 데이터를 처리할지 기획하는 단계입니다. 집을 만들기 전에 내가 어떤 집을 지을지 구상하는 단계입니다. 

그리고 만약 집을 구상했다면 어떻게 해야 할까요? 설계도가 필요하겠죠. 이렇게 구상된 동작을 어떻게 만들어 낼지 설계하는 단계가 반도체 디자인입니다. 그리고 집을 설계했다면 다음 단계는 무엇일까요? 네 다들 눈치를 채셨겠지만, 집을 는 단계, 반도체로 보자면 설계한 제품을 구현하는 반도체 제조 공정입니다. 반도체 제조는 팹에서 이뤄집니다. 팹은 쉽게 말해 반도체를 생산해 내는 공장으로 실리콘 웨이퍼 위에 반도체를 만드는 곳입니다. 그러면 집을 만들었다면, 사람이 그 집에서 잘 지어졌는지 검사를 하고 예쁘게 꾸미는 게 필요하겠죠. 이렇게 검사하는 단계가 테스트이며 또 집과는 조금 다릅니다. 팹에서 나오니 반도체는 환경에 취약하기 때문에 이를 보호해 줄 수 있는 것이 필요합니다. 이를 패키징 공정이라고 합니다. 참고로 테스트는 팹에서 나오는 웨이퍼를 검사하는 테스트를 EDS 테스트라고 하며, 패키징 이후 최종 검사를 패키징 테스트 또는 파이널 테스트라고 합니다.

 

이처럼 반도체는 기획, 설계, 제조(팹), 테스트, 패키징 이런 과정을 거치고 핸드폰이나 TV를 만드는 공장으로 보내줘서, 우리가 받을 수 있는 제품을 구현하게 하는 것입니다. 

반도체 프로세스

 

이 과정에서 반도체 디자인을 전문적으로 하는 회사를 디자인 하우스, 실리콘 제조를 전문적으로 하는 곳을 파운드리, 그리고 테스트와 패키징을 전문적으로 하는 곳을 패키징 하우스 또는 OSAT(Outsourced Semiconduct Assembly & Test)이라고 합니다. 

 

위 과정 중 fab 과정에 대해 좀 더 알아보도록 하겠습니다. 

 

반도체를 만드는 공장인 팹에서 실리콘을 구현하기 위해 6가지 주요 공정을 가지고 있습니다. 우선 기본 베이스가 되는 Wafer를 만드는 웨이퍼 제조 공정입니다. 그리고, 이 웨이퍼 위에 산화 공정, 포토 공정, 식각 공정, 증착 및 이온 주입 공정, 그리고 마지막으로 금속 배선 공정 이렇게 5가지 주요 공정이 반복하면서 팹이 진행되고 최종적으로 웨이퍼 위에 반도체가 만들어지게 됩니다. 각 공정을 간단히 설명하면, 실리콘에 산화막을 생성하는 것이 산화공정이며, 웨이퍼 위에 반도체를 그리는 것이 포토 공정입니다. 그리고 식각은 불필요한 부분을 제거하여 패턴을 만든 공정이며, 반도체의 전기적 특성을 갖도록 하는 이온을 주입하고 회로 간의 보호 역할을 위해 얇은 막을 형성하는 것이 증착 및 이온 주입 공정입니다. 그리고 마지막으로 회로 간에 전류가 잘 흐르도록 메탈 선을 연결하는 것을 금속 배선 공정이라고 합니다. 

 

이렇게 팹에서 이루어지는 웨이퍼 제조공정, 산화공정, 포토 공정, 식각 공정, 증착 & 이온주입 공정 및 금속 배선 공정을 비롯하여 구현된 웨이퍼의 전기적 특성을 검사하는 EDS 테스트 및 웨이퍼를 보호하기 위한 패키징 공정을 포함하여 반도체의 8대 공정이라고 합니다.

 

반도체 8대 공정