반도체 공정 전체 프로세스 가이드

문서 내 토픽

1. 웨이퍼 제조

반도체 공정의 첫 단계로 모래(SiO2)에서 시작하여 순도 99.99999%의 고순도 실리콘을 만드는 과정입니다. 모래와 탄소를 반응시켜 규소를 추출하고, 실란가스를 거쳐 폴리실리콘으로 정제합니다. CZ법을 이용해 단결정 잉곳을 성장시킨 후, 슬라이싱, 연마, 세척 등의 가공을 거쳐 최종 웨이퍼를 완성합니다. 이 과정에서 RCA 세정, CMP 등 정밀한 공정이 필요합니다.
2. 산화 및 포토 공정

웨이퍼 위에 절연층을 형성하고 회로 패턴을 새기는 공정입니다. 건식산화로 얇은 게이트 산화막을, 습식산화로 두꺼운 보호막을 만듭니다. 포토공정에서는 감광액을 도포하고 마스크를 통해 UV 노광한 후 현상하여 패턴을 형성합니다. 소프트 베이크, 노광, 현상, 하드 베이크 단계를 거쳐 정밀한 회로 패턴을 만듭니다.
3. 식각 및 도핑 공정

습식식각과 건식식각(RIE, ICP)을 통해 원하지 않는 부분을 제거합니다. 도핑공정에서는 인, 붕소 등의 불순물을 이온주입으로 실리콘에 주입하여 n형, p형 반도체를 만듭니다. 이온주입 후 어닐링으로 도펀트를 정상 격자 위치에 정렬시키고 웨이퍼 손상을 복구합니다. 이를 통해 트랜지스터의 소스, 드레인, 채널을 형성합니다.
4. 증착 및 금속배선 공정

CVD, ALD, PVD 등의 방식으로 절연막과 금속막을 증착합니다. CVD는 기체 상태의 가스를 화학반응시켜 고체 박막을 형성하고, ALD는 원자층 단위로 균일하게 증착합니다. 금속배선 공정에서는 알루미늄, 구리, 텅스텐 등을 증착하고 패터닝하여 트랜지스터를 연결합니다. 비아를 통해 층간 연결을 하고 CMP로 평탄화합니다.
5. FEOL 및 BEOL 공정

FEOL(Front-End-Of-Line)은 웨이퍼 준비부터 트랜지스터 완성까지의 공정으로 산화, 포토, 식각, 도핑, 증착을 포함합니다. BEOL(Back-End-Of-Line)은 트랜지스터 완성 후 금속배선으로 회로를 연결하는 공정입니다. 절연막 증착, 비아 형성, 다층 금속배선 형성, 패시베이션, 패드 오픈 등을 거쳐 칩 외부와의 전기적 연결을 완성합니다.
6. 패키징 및 테스트 공정

웨이퍼 테스트로 불량 칩을 선별한 후 다이싱으로 개별 칩을 분리합니다. 다이 어태치로 칩을 패키지 기판에 부착하고, 와이어 본딩 또는 플립칩으로 전기적 연결을 합니다. 몰딩으로 외부 환경으로부터 보호하고 최종 테스트를 거쳐 출하합니다. 이 과정에서 프로브, 다이싱 소우, 몰딩 장비 등이 사용됩니다.
7. 플라즈마 기술

플라즈마는 양이온, 전자, 라디칼로 구성되어 반도체 공정에서 광범위하게 사용됩니다. 드라이 에칭에서는 이온이 물리적으로 때리고 라디칼이 화학적으로 식각합니다. 플라즈마 애싱으로 감광액을 제거하고, 플라즈마 클리닝으로 유기물과 산화막을 제거합니다. RIE와 ICP 등 다양한 플라즈마 장비가 사용됩니다.
8. STI 및 MOSFET 구조

STI(Shallow Trench Isolation)는 얕은 홈을 파고 절연물질로 채워 트랜지스터 간 간섭을 방지합니다. MOSFET는 게이트에 전압을 걸어 채널을 형성하고 소스에서 드레인으로 전류를 흐르게 합니다. NMOS와 PMOS를 조합한 CMOS 인버터는 하나가 켜지면 다른 하나는 꺼져 낮은 전력 소모를 실현합니다.
9. CMP 공정

화학기계 연마(CMP)는 슬러리와 패드를 이용해 웨이퍼 표면을 평탄화하는 공정입니다. 다이아몬드 입자가 박힌 디스크가 회전하면서 화학적 반응과 기계적 마찰을 동시에 일으킵니다. 산화막, 금속, 절연막 등 다양한 재료의 평탄화에 사용되며, 반도체 공정에서 매우 중요한 역할을 합니다.
10. 세정 공정

RCA 세정은 SC-1(알칼리성)으로 유기물과 입자를 제거하고, SC-2(산성)로 금속 오염을 제거하며, HF 세정으로 산화막을 제거합니다. 브러시 스크러버, 메가소닉 클리너, 습식 벤치, SRP 등 다양한 세정 장비가 사용됩니다. 초순수(DIW)를 이용한 린싱과 고속 회전 건조로 최종 세정을 완료합니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 웨이퍼 제조

웨이퍼 제조는 반도체 산업의 기초를 이루는 핵심 공정입니다. 고순도 실리콘 잉곳에서 웨이퍼를 슬라이싱하고 연마하는 과정은 이후 모든 공정의 품질을 결정합니다. 웨이퍼의 결정 방향, 도핑 농도, 표면 평탄도 등이 정밀하게 제어되어야 하며, 이는 첨단 반도체 칩의 성능과 수율에 직접적인 영향을 미칩니다. 웨이퍼 제조 기술의 발전은 더 큰 직경의 웨이퍼 개발과 결함 감소로 이어져 경제성을 높이고 있습니다.
2. 산화 및 포토 공정

산화 공정은 웨이퍼 표면에 절연층을 형성하는 필수적인 단계로, 게이트 산화막의 품질이 트랜지스터 특성을 좌우합니다. 포토 공정은 미세한 패턴을 정확하게 전사하는 기술로, 해상도 향상이 곧 칩의 집적도 증가를 의미합니다. 극자외선(EUV) 리소그래피 같은 차세대 기술의 도입으로 더욱 미세한 패턴 형성이 가능해지고 있으며, 이는 반도체 미세화의 핵심 동력입니다.
3. 식각 및 도핑 공정

식각 공정은 포토 공정으로 형성된 패턴을 실제로 구현하는 중요한 단계입니다. 건식 식각과 습식 식각의 적절한 조합으로 높은 종횡비의 구조를 정확하게 형성할 수 있습니다. 도핑 공정은 반도체의 전기적 특성을 결정하는 핵심 요소로, 이온 주입과 확산을 통해 원하는 농도 프로필을 만듭니다. 두 공정 모두 정밀한 제어가 필요하며 칩의 성능과 신뢰성에 큰 영향을 줍니다.
4. 증착 및 금속배선 공정

증착 공정은 다양한 재료를 박막 형태로 표면에 형성하는 기술로, 화학기상증착(CVD), 물리기상증착(PVD) 등 여러 방식이 사용됩니다. 금속배선 공정은 칩 내 신호 전달 경로를 형성하며, 구리 배선의 도입으로 저항을 크게 감소시켰습니다. 다층 금속 배선 구조의 정확한 형성은 칩의 성능과 신뢰성을 보장하는 데 필수적이며, 미세화에 따라 더욱 정교한 기술이 요구됩니다.
5. FEOL 및 BEOL 공정

FEOL(Front-End-Of-Line) 공정은 트랜지스터 형성까지의 모든 단계를 포함하며, 칩의 기본 성능을 결정합니다. BEOL(Back-End-Of-Line) 공정은 금속 배선과 절연층을 형성하여 칩의 기능을 완성합니다. 두 공정 영역의 경계가 점점 모호해지고 있으며, 3D 구조의 발전으로 더욱 복잡해지고 있습니다. 각 공정의 최적화와 통합이 현대 반도체 제조의 핵심 과제입니다.
6. 패키징 및 테스트 공정

패키징 공정은 완성된 칩을 보호하고 외부와 연결하는 중요한 단계입니다. 다양한 패키징 형태(BGA, QFN 등)가 응용에 따라 선택되며, 열 방출과 신뢰성이 주요 고려사항입니다. 테스트 공정은 불량 칩을 걸러내고 성능을 검증하는 필수 단계로, 수율 향상에 직접적인 영향을 미칩니다. 고급 패키징 기술과 정밀한 테스트는 제품의 품질과 신뢰성을 보장합니다.
7. 플라즈마 기술

플라즈마 기술은 현대 반도체 제조에서 가장 광범위하게 사용되는 핵심 기술입니다. 건식 식각, 증착, 세정 등 다양한 공정에서 플라즈마를 활용하여 높은 정밀도와 선택성을 달성합니다. 플라즈마의 이온, 라디칼, 광자 등 다양한 성분을 제어함으로써 공정 특성을 최적화할 수 있습니다. 미세화가 진행될수록 플라즈마 기술의 중요성은 더욱 증가하고 있으며, 새로운 플라즈마 소스 개발이 계속되고 있습니다.
8. STI 및 MOSFET 구조

STI(Shallow Trench Isolation)는 트랜지스터 간 누설 전류를 차단하는 필수 구조로, 고집적도 칩 제조에 필수적입니다. MOSFET 구조의 진화는 반도체 성능 향상의 역사를 보여줍니다. 평면형 구조에서 핀펫, 게이트올어라운드 등 3D 구조로의 발전은 미세화의 한계를 극복하고 있습니다. 이러한 구조적 혁신은 전력 소비 감소와 성능 향상을 동시에 달성하는 데 중요한 역할을 합니다.
9. CMP 공정

CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정은 표면을 평탄화하는 핵심 기술로, 다층 금속 배선 구조 형성에 필수적입니다. 화학적 반응과 기계적 연마의 조합으로 높은 정밀도의 평탄화를 달성합니다. 슬러리 조성, 패드 특성, 공정 조건 등의 최적화가 중요하며, 미세화에 따라 더욱 정교한 제어가 필요합니다. CMP 기술의 발전은 칩의 신뢰성과 수율 향상에 직접적으로 기여합니다.
10. 세정 공정

세정 공정은 각 공정 단계 사이에서 불순물과 잔여물을 제거하는 중요한 단계입니다. 미세한 입자, 유기물, 금속 오염물 등을 효과적으로 제거해야 칩의 신뢰성과 수율이 보장됩니다. 습식 세정과 건식 세정의 적절한 조합으로 최적의 세정 효과를 달성합니다. 미세화가 진행될수록 세정의 어려움이 증가하고 있으며, 새로운 세정 기술의 개발이 계속되고 있습니다.

주제 연관 리포트도 확인해 보세요!