반 도 체 제 조 공 정 F l o w C l e a n R o o m T / F T e a m C O R P O R A T I O N 반 도 체 제 조 공 정 F l o w C l e a n R o o m T / F T e a m 1 9 9 9 . 5

제1단계 : 단결정 성장 (Polisilicon Creation) 고 순도로 정제된 실리콘(규소) 용액을 주물에 넣어 회전시키면서 실리콘기둥( Ingot)을 만든다 제2단계 : 규소봉 절단 (Wafer Slicing) 규소 기둥을 똑같은 두께의 얇은 Wafer로 잘라 낸다. 반도체 공장 사진을 보면 작업자가 손바닥 만한 둥근 거울 같은 것을 들고 있는 장면을 자주 보는데 이 둥근 거울 같은 것이 Wafer 이다. 반도체는 이 Wafer에 회로를 만들어 손톱만한 크기로 잘라 만든 것이다. Wafer의 크기는 규소봉 의 구경에 따라 3”,4”,6”,8”로 만들어 지고 있으며 생산성 향상을 위하여 점점 대구경화 현상을 보이고 있다.

제3단계 : Wafer 표면 연마 (Lapping & Polishing) Wafer의 한쪽 면을 닦아 거울처럼 반질거리게 해 준다. 이 연마된 표면에 전자회로의 Pattern을 그려 넣게 된다. 제4단계 : 회로 설계 컴퓨터 시스템(CAD)을 이용해 전자회로 Pattern을 설계한다. 보통 반도체의 회로 도면은 50~100 m 크기다. 도면상에 회로가 제대로 연결되었는지를 확인하기위해 도면을 펴 놓고 사람이 그 위에 올라가 기어 다니면서 눈으로 검사 한다.

제5단계 : Mask 제작 (Pattern Preparation) 설계된 회로 Pattern을 E-Beam설비로 유리판 위에 그려 MASK(Reticle)를 만든다. Photo Mask 라고도 하는데 사진용 원판의 구실을 한다. 현상 공정에서 마스크를 Wafer위에 얹은 다음 강한 자외선을 비추면 유리 위에 그려진 회로가 Wafer에도 똑같이 그려진다. 사진의 현상과 비슷하다.

제6단계 : 산화 공정 (Oxidation Layering) 고온(800~1200도)에서 산소나 수증기를 실리콘 웨이퍼 표면에 뿌려 실리콘 산화막(SiO2)을 형성 시킨다. 산화막은 웨이퍼 위에 그려질 배선끼리 합선되지 않도록 서로를 구분해 준다. 배선간의 간격이 미세하기 때문에 합선이 될 경우가 많다. 제7단계 : 감광액 도포 (Photoresist Coating) 감광액을 웨이퍼 표면에 골고루 바른다. 그 다음 이를 살짝 구워서 Aligner 라고 불리는 사진 촬영 장치로 보낸다. 이때부터 웨이퍼는 사진의 인화지 역할을 한다.

제8단계 : 노광 (Stepper Exposure) Stepper를 이용하여 Mask 위에 그려진 회로패턴에 빛을 통과시켜 PR막이 형성된 웨이퍼 위에 회로패턴을 사진 찍는 공정. (반도체 공정 중 매우 중요한 공정의 하나이며 특히 진동에 매우 민감하여 Basic Scheme 시 이를 반영한다)

제9단계 : 현상 공정 (Develop & Bake) 일반 사진 현상과 동일 하다. 현상액을 웨이퍼 에 뿌리면 웨이퍼 는 노광 과정에서 빛을 받은 부분과 받지 않는 부분으로 구별되는데 빛을 받은 부분의 현상액은 날라 가고 빛을 받지 않는 부분은 그대로 남는다. 제10단계 : 식각 공정 (Etching) 웨이퍼에 회로 패턴을 만들어 주기위해 화공약품(습식)이나 부식성 가스(건식)를 이용해 필요 없는 부분을 선택적으로 없앤다. 현상액이 남아 있는 부분을 남겨 둔 채 나머지 부분은 부식 시킨다. 식각이 끝나면 감광액도 황산용액으로 제거 한다. 이 과정은 동판화를 만드는 것과 다름없다. 동판화 제작 과정을 보면 동판 위에 파라핀을 바르고(반도체의 감광액) 표면을 불로 그을은 뒤(반도체의 산화공정) 그 위에 날카로운 송곳 같은 것으로 그림을 그린다. 송곳이 지나 간 자리에는 파라핀이 벗겨진다. 그 다음 부식 시키는 화공약품을 넣는다(반도체의 식각공정) 화공약품과 파라핀을 씻겨 내면 그림이 완성 된다. 이런 과정은 반도체도 동판 제작과 다를바 없다. 반도체의 경우 이러한 패턴형성 과정은 각 패턴층 에 대해 계속적으로 반복 된다.

제11단계 : 이온 주입 (Ion Implant) 회로 패턴과 연결된 부분에 불순물을 미세한 Gas입자 형태로 가 웨이퍼의 내부에 침투 시킴 으로서 불순물 주입은 고온의 전기로 속에서 불순물 입자를 웨이퍼 내부로 확산시켜 주입 하는 Diffusion 공정에 의해서도 이루어진다

제12단계 : 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition) 가스의 화학 반응 으로 형성된 입자들을 웨이퍼 표면에 수증기 형태로 쏘아(증착) 절연막 이나 전도성막을 형성 시킨다. 일종의 보호막 과도 같은 역할을 한다.

제13단계 : 금속 배선 (Metal Deposition) 웨이퍼 표면에 형성된 각각의 회로를 금,은,알루미늄 선으로 연결시키는 공정. 금속에 전기적 충격을 주면 금속이 물방울처럼 증발하는데 여기에 웨이퍼를 넣어 회로를 연결 시킨다.

제14단계 : 웨이퍼 자동선별 (Electric Die Sorting : EDS) Chip들의 불량 여부를 컴퓨터로 검사하여 불량품을 골라 낸다. 불량 제품은 검은 잉크로 동그란 마크를 찍어 분류한다. (기흥 삼성반도체의 경우 FAB 의 최종공정에 EDS를 운영한다) 제15단계 : 웨이퍼 절단 (Sawing) 웨이퍼에 그려진 하나하나의 Chip들을 떼어 내기 위하여 Wafer를 손톱만한 크기로 계속 잘라 낸다. 절단에는 다이어몬드 톱이 사용 된다.. 제16단계 : Chip 접착 (Die Attach) 낱개로 분리된 Chip가운데 제대로 작동 하는 것만을 골라내어 Red Frame 위에 올려 놓는다. Red Frame이란 반도체에서 지네발처럼 튀어 나온 다리 부분인데 반도체가 전자 제품에 연결 되는 소켓의 구실을 한다. 부ㅊ챵으로 판정된 제품은 자동으로 제외 된다.

제17단계 : 금속 연결 (Wire Bonding) Chip의 외부 연결 단자와 Red Frame을 가느다란 금선으로 연결해 준다. 머리카락 보다 가는 순금을 사용한다. 이 장면은 TV에 가끔씩 나온다. 네모난 금속성 Chip이 있고 그 주위를 작은 막대기 같은 것이 나와서 바쁘게 선을 연결하는 장면이다. 제18단계 : 성 형 (Molding) 외형 만들기 작업이다. 이 과정을 거쳐 우리가 흔히 볼수 있는 검은색 지네발 모양이 된다. Chip과 연결 금선을 보호 해 주기 위하여 화학 수지로 밀봉해 준다. 플라스틱 이나 세라믹 같은 것으로 감싸준다. 그 다음 윗면에 제품명이나 고유번호, 제조 회사의 마크 등을 인쇄 한다.

최 종 검 사 (Final Test) 완성된 반도체의 전기적 특성이나 기능 등을 컴퓨터로 최종 검사 한다. 강제로 높은 정전기를 흘린 다음 제품이 제대로 작동 하는지, 높거나 낮은 습도에서 높은 온도에서 잘 견디 는지 등을 확인 한다. 합격된 제품만 판매 한다. 이상과 같이 반도체 생산과 관련한 주 공정을 살펴 보았으며 이 외의 수많은 공정이 있으나 어느 반도체를 생산하든 상기와 같은 주요 공정을 반드시 거치게 되어 있으며 참고로 지금 막 Line에서 나오는 반도체는 적어도 한달 반 이전에 제작되기 시작 한 것이다.