[상식한입+] 반도체는 어떤 과정을 거쳐 만들어질까?

[상식한입+] 반도체는 어떤 과정을 거쳐 만들어질까?

지금 여러분이 보고 계신 이 글도 반도체가 없다면 볼 수 없습니다. 산업의 쌀이라고 불리는 반도체는 어떤 공정을 거쳐 만들어지는지 알아볼까요?

🦊 TEO
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반도체란?

전기가 통하는 물질은 도체, 전기가 통하지 않는 물질은 부도체라고 부르는데요. 반도체는 빛이나 열을 가하거나 불순물을 넣음에 따라 전기가 통하기도 하고, 통하지 않기도 하는 물질입니다. 즉, 반도체는 전기를 조절할 수 있는 물질이기 때문에 전자기기에서 엄청난 활용성을 보여줍니다.

반도체는 전기 신호를 증폭하기도 하고, 소리나 빛을 전기로 변환할 수 있으며, 정보를 저장하거나 연산 기능을 수행할 수 있습니다. 이렇게 다재다능한 기능을 할 수 있는 반도체는 산업의 쌀이라고 불리기도 합니다.

반도체 공정, 더 깊이 이해하기

반도체는 기능에 따라 조금씩 다르지만, 일반적으로 8단계의 공정을 거쳐 만들어집니다.

① 웨이퍼 공정

ⓒ dreamstime

웨이퍼는 반도체의 가장 기본이 되는 기판입니다. 동그란 판에 네모난 조각들이 올려져 있는 반도체 공정의 모습을 TV에서 보셨을 것 같은데요. 이 동그란 판이 웨이퍼이고 네모난 조각들이 앞으로 반도체가 올라갈 IC칩입니다. 웨이퍼는 실리콘으로 만들어졌으며, 잉곳(Ingot)이라는 실리콘 기둥을 얇게 썰어 만듭니다. 얼마나 넓고, 얇고, 평평한 웨이퍼를 만드느냐가 웨이퍼 공정의 핵심입니다.

② 산화 공정

산화 공정은 웨이퍼 판 밖으로 전기가 흘러나가지 않게, 그리고 외부 불순물이 웨이퍼에 달라붙지 않게 얇은 막을 코팅하는 공정입니다. 웨이퍼는 실리콘으로 만들어지는데, 실리콘을 고온의 산소로 산화시키면 외부에 실리콘 산화막(SiO2)이 생기게 됩니다. 이 막이 코팅 역할을 하게 되는 것이죠.

③ 노광 공정

노광 공정은 빛을 이용해 회로를 그리는 공정입니다. 회로를 그리는 과정은 판화를 그리는 법과 유사한데요. 우선 웨이퍼 판 위에 빛에 민감한 감광액을 펴 바릅니다. 그리고 마스크라는 판에 원하는 회로의 모양대로 구멍을 뚫고, 마스크를 웨이퍼 위에 갖다 댑니다. 직접 회로를 그리지 않고 마스크를 사용해 판화처럼 회로를 그리는 이유는, 기술이 발전하며 회로가 굉장히 가늘어졌기 때문입니다. 보통의 방법으로는 나노미터 단위의 가느다란 회로를 그릴 수 없습니다.

마스크에 자외선을 통과시키면 회로 모양대로 자외선이 통과하고, 통과한 자외선은 감광액을 만나 감광액의 화학적 성질을 변형시키며 회로 그림대로 자국이 남게 됩니다. 이 때 파장이 굉장히 짧은 자외선을 골고루 투과시키는 데에는 고도의 기술이 필요합니다. 따라서 나노급 반도체를 만드는데 필요한 노광장비는 세계에서 유일하게 ASML이라는 회사만이 만들 수 있으며, 한 대 가격만 1,000억원이 넘어가죠.

④ 식각 공정

노광 공정을 통해 회로를 그리고 나면, 이제 회로가 아닌 부분의 감광액과 산화막을 제거해야 합니다. 회로 그림만 남기고 남은 부분을 긁어내는 공정이 바로 식각 공정입니다.

⑤ 박막 공정

박막 공정은 회로 모양대로 남은 감광액 위에 얇은 막을 여러 겹 덮는 공정입니다. 이 얇은 막에는 여러 전기적 특성을 가진 이온 물질이 주입되어 있는데요. 단순히 그림이었던 회로 위에 이온이 주입된 얇은 막을 발라서 전기가 통하도록 하는 것입니다. 박막 공정은 1마이크로미터 이하의 얇은 막을, 균일한 두께로 여러 겹 발라야 하기 때문에 고도의 기술이 필요합니다.

특히나 요즘은 최대한 작은 반경에 반도체를 층층이 쌓아 성능을 개선합니다. 이를 위해서 박막을 덮은 이후에 1~5의 과정을 수백번 반복하며 반도체를 쌓아 올리기도 합니다.

⑥ 금속 배선 공정

금속 배선 공정에서는 회로 위에 금속 선을 이어줍니다. 보통 금속 선은 알루미늄이나 텅스텐 같은 재료로 만들어지죠. 회로 안에도 여러 금속으로 선을 만들 수 있으며, 금속 선으로 실제 전류가 흐르게 됩니다.

⑦ EDS 공정

이제 만들어진 반도체를 테스트할 시간입니다. EDS(Electrical Die Sorting) 공정은 웨이퍼 위에 존재하는 각각의 네모난 IC칩 중 불량품을 골라내는 단계입니다. 불량으로 걸러진 IC칩에는 잉크로 점을 찍어 불량 표시를 하는데요. 이를 잉킹(Inking)이라고 합니다. 이렇게 표시된 불량 칩은 비용 절감을 위해 이후에 더 이상 추가 공정을 거치지 않게 됩니다.

⑧ 패키징 공정

이제 진짜로 우리가 사용하는 반도체가 탄생하는 단계에 왔습니다. 패키징 공정에서는 반도체가 실제 사용될 기기에 맞는 형태로 탈바꿈합니다. 반도체 칩은 탑재될 기기에 적합한 리드 프레임이라는 부품 위에 장착되며, 금선으로 외부 기기와 연결됩니다. 이후 완성된 반도체는 에폭시라는 소재로 밀봉 포장되며, 마지막으로 최종 테스트를 거쳐 납품됩니다.

최신 이슈 : 미국으로 알아보는 반도체 공장 입지 조건

최근 미국은 글로벌 반도체 기업들의 공장을 자국 내에 유치하기 위해 여러 혜택을 주고 있습니다. 당장 삼성전자만 하더라도 미국에 공장을 지으면서 법인세 할인, 일자리 창출 인센티브 등 여러 혜택을 받을 예정인데요. 그러나 이 혜택들 외에도 삼성전자가 미국에 공장을 짓는 이유가 있습니다.

반도체 공장은 대량의 전력과 물을 필요로 합니다. 또한 반도체는 굉장히 민감한 부품이기 때문에, 완성된 반도체를 필요로 하는 기업들이 근처에 있을수록 납품에 유리하죠. 삼성전자가 제2 파운드리 공장을 지을 것으로 보이는 테일러시는 산업 용수와 전력 공급이 수월하고, 미국의 여러 고객사가 근처에 있기 때문에 좋은 선택이 될 것으로 예상됩니다.

반도체 공정, 핵심만 콕콕

  • 반도체는 전기가 통하기도 하고, 통하지 않기도 하는 물질로 여러 전자기기에 사용되는 필수적인 부품입니다.
  • 반도체는 일반적으로 8단계의 공정을 거쳐 제작됩니다.
  • 반도체 공장은 전력과 물의 공급이 용이하며, 고객사가 가까이 있는 곳에 위치하는 게 유리합니다.

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