반도체를 만들기 위해서는 다양한 공정들이 필요합니다.
흔히 말하는 8대 공정이 있죠...
??? : GPT야. 반도체 8대 공정에 대해서 알려줘
1. 웨이퍼(Wafer) 제조
- 웨이퍼는 반도체 칩의 기판 역할을 하는 얇은 원형 디스크로, 주로 실리콘(Si)을 사용합니다.
- 웨이퍼는 실리콘 원료에서 고순도 단결정 실리콘을 추출한 후, 이를 얇게 절단하고 평탄화 작업을 거쳐 제작됩니다.
2. 산화(Oxidation)
- 웨이퍼 표면에 **산화막(SiO ₂)**을 형성하여 절연층을 만듭니다.
- 이를 통해 전류가 불필요하게 새는 것을 방지하고, 후속 공정에서 패턴을 형성하는 데 활용됩니다.
- 방법: 고온 산소(O₂) 분위기에서 열산화(Thermal Oxidation).
3. 포토리소그래피(Photolithography)
- 반도체 칩의 설계 도면을 웨이퍼에 전사하는 공정입니다.
- 주요 단계:
- **포토레지스트(Photoresist)**를 웨이퍼에 도포.
- 설계 도면(마스크)을 자외선(UV)으로 노광(Exposure).
- 노광된 영역을 화학적으로 현상(Develop)하여 패턴 형성.
4. 에칭(Etching)
- 포토리소그래피로 형성된 패턴을 기반으로 불필요한 부분을 제거하여 실제 구조를 만듭니다.
- 습식 에칭(Wet Etching)과 건식 에칭(Dry Etching) 방법이 있습니다.
- 건식 에칭은 플라즈마를 활용하며, 정밀도가 높아 선호됩니다.
5. 이온 주입(Ion Implantation)
- 웨이퍼에 이온(보통 B, P, As 등)을 주입하여 반도체의 전기적 특성을 제어합니다.
- 이를 통해 N형 또는 P형 반도체를 만듭니다.
- 이 공정은 반도체의 스위칭 동작을 가능하게 합니다.
6. 박막 증착(Deposition)
- 웨이퍼 표면에 **얇은 막(Thin Film)**을 증착하여 다양한 기능을 추가합니다.
- 증착 방식:
- 화학 기상 증착(CVD): 화학 반응으로 박막 형성.
- 물리 기상 증착(PVD): 증발 또는 스퍼터링으로 박막 형성.
- ALD(원자층 증착): 원자 단위로 정밀하게 증착.
7. 금속화(Metallization)
- 웨이퍼에 금속층(알루미늄, 구리 등)을 형성하여 회로의 전류 경로를 만듭니다.
- 이를 통해 트랜지스터 및 다른 소자 간의 전기적 연결을 구현합니다.
8. 패키징(Packaging)
- 제조된 칩을 보호하고 외부 기기와 연결하기 위해 패키징합니다.
- 주요 과정:
- 다이싱(Dicing): 웨이퍼를 개별 칩으로 자름.
- 본딩(Bonding): 칩을 기판(Substrate)에 연결.
- 몰딩(Molding): 외부 보호를 위한 몰딩(플라스틱 또는 세라믹).
- 최종적으로 테스트 공정을 거쳐 품질을 검증한 뒤 출하됩니다.
이는 chat GPT한테서 온 답입니다.
하지만 너무 뻔하디 뻔한 답변은 치워두고 우리만의 방식으로 생각해 봅시다.
반도체를 만드는 과정을 피자에 비유해 볼게요!
1. 도우 만들기
밀가루와 물 등의 각종 재료를 이용하여 반죽을 만들어야겠죠?
이는 우리가 흔히 알고 있는 실리콘 잉곳(Ingot)을 만드는 것과 비슷하겠네요!
(굳이 따지자면 밀가루는 아마 모래 정도로 생각할 수 있습니다.)
모래는 대부분 SiO2로 이루어졌기 때문이죠
2. 도우 발효시키기
오래 발효시킨 도우를 구웠을 때는 크리스피 한 식감을 준다고 하죠?
반대로 발효를 적게 시키면 오븐에 구워도 안 익은 듯한 식감을 느낀다고 하더라고요...
대부분의 사람들은 눅눅한 피자를 싫어할 겁니다.(반박 시 의견 존중함)
도우를 얼마나 발효시키느냐는 Si wafer를 만들 때 실리콘 잉곳(Ingot)을 뽑아내는 속도라고 생각하시면 됩니다.
실리콘 잉곳을 몰라도 괜찮습니다. 나중에 세세하게 다룰 거니깐요!
3. 적당량을 덜어서 도우 펴기
피자를 만들기 위해서는 반죽을 원형으로 만들 필요가 있죠.
이는 큰 실리콘 잉곳에서 일정 두께로 잘라내서 표면을 예쁘게 다듬는 과정이죠.
이 과정에서는 Sawing, Lapping, Polishing, Inspection 등과 같은 세밀한 컨트롤이 필요합니다.
물론 후에 자세히 다룰 예정입니다.
4, 5, 6, 7. 소스와 각종 토핑들을 올리고 오븐에 굽기
당연히 이 과정이 피자의 퀄리티를 결정할 겁니다.
과한 토핑은 빨리 물리게 할뿐더러 속이 매스꺼운 결과를 초래합니다.
반대로 토핑이 부실하게 올라간다면, 고객들은 해당 피자를 사 먹지 않겠죠?
피자회사들은 매년 신메뉴를 개발해 소비자들을 유치합니다.
신메뉴를 개발할 때는 토핑들의 조화, 양 등이 반드시 고려되어야 합니다.
ex) 소주에 삼겹살, 치킨에 맥주, 치즈에 와인 등등 알코올 페어링 같은 느낌...?
반도체에서는 다양한 공정을 이용하여 고객이 요구하는 성능을 맞춥니다.
산화, 에칭, 이온 주입, 확산(=피자로 치면 굽는 정도...?), metal 배선 등을 이용해 반도체를 만듭니다.
8. 피자 박스에 포장하기
고객님께 피자를 배달하기 위해서는 피자박스에 담아서 줘야겠죠?
이건 반도체에서 패키징이라는 기술이라 생각하시면 됩니다.
피자를 조각대로 자르면서 피자를 전체적으로 살펴봅니다. 탄 부분은 없는지, 토핑이 적당한지, 피자 조각을 잘못 자르지는 않았는지 등등
요즘 반도체 업계에서는 패키징 기술이 매우 매우 매우 매우 중요합니다.
(번외로 삼성전자 파운드리가 TSMC한테 밀리는 이유도 패키징 기술력 차이 때문임...)
어때요 참 쉽죠?
다음 게시물부터 본격적으로 반도체 기술들을 적어볼 예정입니다.
차근차근 천천히 공부해볼게요!!
감사합니다!!