반도체 공정 정리 두 번째 포스팅입니다. 이전 포스팅에서는 반도체 전공정 중 일부인 웨이퍼, 산화, 포토 공정을 알아봤는데요. 이번에는 전공정 중 일부인 식각, 박막, 금속 배선 공정과 후공정인 EDS, 패키징 공정을 알아보려고 합니다.
웨이퍼, 산화, 포토 공정 관련해서는 아래 링크를 통해 확인하세요.
반도체 공정 정리 - 1 (웨이퍼, 산화, 포토 공정, 전공정, 후공정, 반도체 관련주, 포토 공정 관련주) (tistory.com)
반도체 공정에 대해서는 저번 포스팅에서 설명드렸듯이 전공정과 후공정으로 나뉘고, 전공정은 웨이퍼 위에 회로를 새겨 칩을 완성하는 것이고, 후공정은 웨이퍼를 칩 단위로 절단/분리해서 패키징 하는 것이라고 말씀드렸어요. 전공정에는 1) 웨이퍼 공정, 2) 산화 공정, 3) 포토 공정, 4) 식각 공정, 5) 박막(증착&이온주입 공정), 6) 금속 배선 공정이 있고, 후공정에는 7) EDS 공정, 8) 패키징 공정이 있습니다.
지난 포스팅에 이어서 쓰는 것이기 때문에 4) 식각 공정부터 시작할게요.
- 4) 식각 공정
포토 공정에서 그렸던 회로 외에 불필요한 회로를 벗겨내는 과정입니다. 습식 식각(용액 이용)과 건식 식각(반응성 기체, 이온 등 이용) 중 건식이 비싸고 까다로우나 정교한 식각이 가능해서 수율을 높이기 위해 점차 확대 중에 있습니다.
※ 참고 : 반도체 특수가스 Etching gas(에칭가스, 식각가스) - 불필요한 부분을 녹이는 가스. 과거엔 화학수용액 사용했지만 반도체 정밀도 높아지면서 건식 식각(Dry Etching) 사용하기 시작. (건식식각 - 가스에칭, 플라즈마에칭, 이온빔에칭으로 나뉨)
식각 후에 감광액을 제거하는데 이를 박리라고 해요.
이해하기 쉽게 식각 공정 그림을 첨부해 드리겠습니다.
식각 공정 관련주도 빠질 수 없겠죠?!?! 간단하게 정리해 보겠습니다.
- 5) 박막(증착&이온주입 공정)
회로 간 연결, 구분을 하는 박막 형성 공정과 반도체에 필요한 전기적 특성을 갖추게 하는 이온주입공정으로 나눠집니다.
박막은 회로 간 전기적 신호를 연결해주는 금속막층과, 아래층의 회로와 위층의 회로가 서로 영향을 주지 않도록 분리하는 절연막으로 구분됩니다. 이온주입공정은, 순수한 반도체는 규소로 되어있어 전기가 통하지 않으나 불순물인 이온을 넣어 전류가 흐르게 만드는 과정입니다.
※ 참고 : 프리커서(반도체 증착소재인 전구체) - 웨이퍼에 미세회로 만들 때 금속박막을 입히기 위한 화합물 지칭하는 전구체(박막을 증착하기 위한 용도로 사용되는 물질), 높은 증기압, 고순도, 화학적 안정성, 액체상태, 두께조절 능력 갖춰야 해 개발 까다로운 소재. 최근 High-k 물질을 전구체로 사용, DRAM의 capacitor* 물질로 highk-k 물질 사용. k값이 높을수록 절연체 성질이 높음.
* Capacitor(캐패시터) : 전기를 저장할 수 있는 소자, 일명 축전기. 배터리와는 다르게 전기 용량이 적어 충방전 시간이 짧음. 전기적 신호를 주거나 데이터를 저장하는데 활용됨.
※ 참고 : low-k(저유전율)와 high-k(고유전율) 비교 - k값=4를 기준으로, 4 이하의 k값을 가지는 물질을 low-k물질, 4 이상의 k값을 가지는 물질을 high-k 물질로 분류. K값이 그 물질이 전하를 저장할 수 있는 정도를 나타냄.
전구체 관련 공급 기업으로는 SK머티리얼즈, 원익머트리얼즈, 효성, 후성 등이 있습니다.
- 6) 금속 배선 공정
반도체를 작동시키기 위해 반도체의 회로 패턴을 따라서 금속선을 박막 위에 설치하는 공정입니다. (전기가 통하는 길을 만듦)
- 7) EDS 공정
전 공정을 통해 제작된 반도체 칩을 웨이퍼 상태에서 테스트하여 전기적 작동 여부를 확인하는 공정입니다. 웨이퍼 한 장에 만들어지는 칩 대비 정상 작동하는 칩의 비율을 수율이라고 합니다.
- 8) 패키징 공정
양품으로 판별된 반도체 칩을 절단하여 전자기기에 들어갈 수 있는 부품의 크기에 맞게 자르고, 포장하는 공정입니다.
참고로 반도체 미세공정에 대해 추가로 설명드릴게요.
반도체 공정에서 말하는 '나노미터'는 반도체 안 전기회로의 선폭을 가리킵니다. 1nm(나노미터)가 10억 분의 1이므로, 5nm 공정은 반도체에 5억 분의 1미터 정도로 가는 전기 회로를 새길 정도로 정밀한 기술로 반도체를 만들었다는 뜻이에요. 나노공정은 반도체의 회로 폭을 100nm 이하로 생산하는 반도체 공정이에요. 예를 들어 30 나노공정이라 하면, 반도체 소자에 들어가는 회로의 선폭이 사람의 머리카락 굵기의 4000분의 1 수준인 30nm 급입니다. 나노공정이 미세해질수록 칩의 크기를 줄일 수 있어 원가 경쟁력이 높아진다는 장점이 있어요.
반도체 또는 반도체 칩이라고 부르는 건 웨이퍼로 만든 집적 회로(Integrated Circuit, IC)를 뜻합니다. 집적 회로는 웨이퍼를 다이(Die)라는 작은 사각형 형태로 쪼개서 거기다 전기 회로를 새겨 넣고 트랜지스터라는 걸 박아 넣어서 만드는데, 공정이 미세할수록 다이 크기를 줄여서 한 웨이퍼로 더 많은 집적 회로를 생산할 수 있고, 트랜지스터도 많이 박을 수 있기 때문에 반도체 공정 미세화에 성공하면 생산 효율성이 증대됩니다. 그래서 반도체 공정의 미세화가 중요한 것이에요.
이제까지 반도체 공정에 대해 간략히 알아보았습니다. 기본적인 반도체 공정 개념을 이해하는 데는 많은 도움이 되셨을 거예요. 반도체 공정 과정에 대한 이해를 바탕으로, 반도체주 성투를 빕니다.
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