반도체 공정에서 가장 중요한 세가지 : 미세공정, 수율개선, 양산

  1. 웨이퍼 제조 (1) 규암을 정제해서 실리콘을 얻고, 처음엔 다결정 실리콘인데, 화로에 올려 단결정체로 만들어줍니다. (2) 잉곳 만들기 - 실리콘을 열로 녹인 뒤, 원통의 기둥모양으로 굳혀줍니다. (3) 잉곳 절단하기 - 이 잉곳을 다이아몬드 와이어로 얇게 자르고, 화학적으로도 다시 잘라줍니다. (4) 잉곳 표면 연마하기 - 단면을 매끄럽게 연마해주면, 웨이퍼가 됩니다. 이 원판은 웨이퍼라 부르고, 원판 위의 작은 사각형들을 ‘다이’라고합니다.

  2. 산화 공정 (1) 웨이퍼를 화로에 넣으면 웨이퍼 표면에 박막 산화막(SiO2)이 생깁니다. O2를 이용한 건식, H2O를 이용한 습식 산화 방법이 있습니다. 건식 방법은 얇고 밀도 높은 막을 형성하고, 습식은 두껍고 밀도 얇은 막을 형성합니다. (2) HMDS라는 물질을 사용해 표면의 습기를 제거합니다.

  3. 마스크 제작 회로 설계. 흔히 불리는 Fabless 회사가 이 설계 도면을 Vendor(tsmc, SAMSUNG)에게 전달. 참고로, 삼성은 독자적으로 설계한 반도체가 있음.

  4. 포토레지스터(PR, PhotoResist) 노광 공정 (1) 액체 상태의 PR을 박막 산화막 위에 도포하고, 열을 높여 경화시킵니다. (2) 웨이퍼에 마스크(회로가 그려져있는 패턴)를 통해 빛을 전사합니다. PR부분이 녹아서, 양성PR의 경우엔, 그 부분의 PR이 파여 SiO2가 표면에 들어납니다. (양성 PR: 현상 후 노광 부 제거 / 음성 PR: 현상 후 노광 부 남음)

  5. 식각(Etching) 공정 식각으로 들어난 SiO2부분을 녹여 웨이퍼가 표면에 들어냅니다. 습식, 건식 식각 방법이 있습니다. 습식이 현재 많이 쓰이고 있는 방법이고, 건식(플라즈마)이 더 비싸고 미세 공정이 가능한 방법이라, 연구 개발중에 있습니다. 플라즈마는 환경에 더 예민하고, 균일성과 속도르 고려해야합니다.

  6. 증착 & 이온 주입 공정 (1) 웨이퍼를 화로에 넣어 아스닉가스까지 주입하거나, 아스닉 이온을 전기장 가속시키는 방법이 있는데, 후자의 방법이 현대에 쓰임. 그러면 도펀트가 확산되어 n-well(15족 이상 원자의 이온) 혹은 p-well(13족 이하 원자의 이온)이 형성됨. (2) Piraniah etch(HF로 PR 녹임) 등의 방법으로 PR을 제거합니다. (3) 산화막 다시 형성 후, Silane Gas (SiH4)를 주입. 산화막 위에 폴리실리콘(높은 전기전도도를 가져서 반도체 성질을 만드는 도펀트가 많이 들어있다.)이 증착됨.

  7. 금속 배선 공정 저항이 낮고, 싸고, 가공성이 좋은 알루미늄이 금속 배선의 원자재로 쓰입니다. 알루미늄은 실리콘과 섞이려는 성질을 갖고있어서, 이 사이에 또 다른 금속으로 박막을 씌워줍니다.

  8. 테스트 & 패키징 (1) EDS공정(Electrical Die Sorting)

    • 웨이퍼 상태에서 다이의 양품/불량품 선별
    • 다이 중 수선 가능한 다이 선별 및 양품화
    • 공정에서 발견된 문제점 수정

1단계 – ET Test & WBI(Electrical Test & Wafer Burn In) - 전류 특성, 전압 특성 검사. 2단계 – Hot/Cold Test - 온도 변화에 따른 작동 검사. 3단계 – Repair / Final Test - 불량품 수선/ 재검사 4단계 – Inking - 양품, 불량품 최종 선별

(2) 패키징 - 반도체 칩 조립 (3) 품질 테스트 - 반도체 칩 사용 및 테스트.

Ref : SAMSUNG Semiconductor, Peroson CMOS VLSI DESIGN, 내 머리.