2025년, 현재 반도체는 첨단 기술의 집약체라고 할 수 있습니다.
수십 개의 정밀 공정을 거쳐 완성되기 때문입니다.
이 중 핵심이 되는 반도체 8대 공정은 각각 고유한 역할과 기술적 특징을 가지고 있습니다.
이러한 공정의 단계별 특징을 이해하는 것은 반도체 산업의 핵심 구조를 파악하는 데 큰 도움이 됩니다.
따라서 이번 글에서는 반도체 8대 공정의 단계별 특징을 알아보겠습니다.
1. 웨이퍼 제조 (Wafer Manufacturing)
반도체 공정은 실리콘 웨이퍼를 만드는 것으로부터 시작됩니다.
웨이퍼는 반도체 칩이 형성될 토대입니다.
주로 고순도 실리콘을 원료로 사용합니다.
먼저 이러한 고순도 실리콘 잉곳을 절단하여 원형 웨이퍼로 가공합니다.
이때 불순물 없는 웨이퍼는 이후 공정의 수율과 직결됩니다.
따라서 불순물을 없애 고순도 실리콘을 사용해야 합니다.
웨이퍼 제조 공정에서의 기술 포인트는 잉곳 성장 기술(Czochralski 법)과 연마 기술이 핵심이라고 할 수 있습니다.
2. 산화 (Oxidation)
두 번째 단계인 산화 공정은 웨이퍼 표면에 얇은 산화막을 형성하는 단계입니다.
이때 형성된 산화막은 절연체 역할을 합니다.
또 트랜지스터의 게이트 절연층으로도 사용됩니다.
산화 공정의 방법으로는 고온의 산소 또는 수증기를 이용해 실리콘 표면을 산화시키는 것입니다.
산화 공정의 역할은 산화막을 형성함으로써 전기적 절연, 보호막 형성, 식각 마스크 기능 등을 구현해 내는 것입니다.
이때 열 산화와 화학적 산화의 정밀 제어가 주요 포인트로 꼽힙니다.
3. 포토리소그래피 (Photolithography)
포토리소그래피 공정은 회로 패턴을 웨이퍼 위에 새기는 공정입니다.
해당 공정에서는 자외선을 이용하여 감광액(포토레지스트)에 회로 패턴을 전사하게 됩니다.
먼저 감광제를 도포하고, 노광한 후 현상하는 순서로 공정이 이루어집니다.
이때 스테퍼나 아르곤 플루오라이드 레이저와 같은 노광장비의 정밀도가 핵심 기술입니다.
그러나 EUV 기술 등 선폭 미세화로 인한 해상도의 한계를 극복해야 하는 것이 아직 리소그래피 공정의 도전 과제로 남아 있습니다.
4. 식각 (Etching)
식각 공정이란 노광 공정을 진행한 후 패턴이 전사된 부분 외의 나머지 부분을 제거하는 공정입니다.
이때 패턴에 따라 정해진 부분만 깎아내어 회로를 만드는 것이 핵심입니다.
식각 공정은 크게 2가지 방식으로 나뉩니다.
화학 용액을 이용한 습식 식각과 플라즈마를 이용한 건식 식각 방식으로 나뉩니다.
해당 공정에서는 필요 없는 부분을 정밀하게 제거하여 회로를 형성하는 것이 핵심입니다.
특히 선택비와 수직성, 손상 최소화 등이 핵심 기술 포인트로 손꼽힙니다.
5. 이온 주입 (Ion Implantation)
이온 주입 단계에서는 말 그대로 웨이퍼에 전기적 특성을 부여하기 위해 불순물 이온을 주입하는 과정입니다.
이 과정을 통해 N형, P형 반도체가 구분되어 만들어집니다.
해당 공정에서는 고속으로 가속된 이온을 웨이퍼에 충돌시켜 침투하는 과정이 진행됩니다.
이러한 이온 주입 공정의 목적은 도핑을 통해 전기적 특성을 조절하는 것입니다.
이온을 주입할 깊이, 도핑 균일성 등을 주의해야 합니다.
6. 박막 증착 (Deposition)
박막 증착 공정은 웨이퍼 표면에 금속, 절연체, 반도체 등의 얇은 막을 균일하게 덮는 공정입니다.
회로 연결, 절연층 형성, 보호막 역할 등 다양한 목적에 사용됩니다.
해당 공정은 CVD (화학적 증착), PVD (물리적 증착)으로 구분됩니다.
이때 막 두께를 정밀하게 제어할 수 있는지와 균일성, 결함을 최소화할 수 있는지가 중요한 포인트로 작용합니다.
대표적으로 금속 배선, 게이트 산화막, 절연막 형성 등에 적용됩니다.
7. 금속 배선 (Metallization)
금속 배선 공정은 말 그대로 트랜지스터 간의 전기적 연결을 위해 금속으로 배선을 형성하는 공정입니다.
최근에는 구리 배선이 주로 사용되고 있습니다.
이때 알루미늄, 구리 등 전기전도성이 높은 금속들이 주재료로 사용됩니다.
금속 배선 공정 안에서도 금속 증착 → 포토리소그래피 → 식각이라는 단계를 거칩니다.
그러나 아직까지는 미세한 회로 연결 시 저항이 증가하고 신호 지연 문제가 발생한다는 점이 도전 과제로 남아 있습니다.
8. 패키징 및 테스트 (Packaging & Testing)
반도체 8대 공정의 마지막 단계입니다.
패키징 및 테스트 공정은 말 그대로 완성된 칩을 외부 충격과 전기적 노이즈로부터 보호하고, 실제 기기에 연결 가능하도록 패키징하는 단계입니다.
이후 제품의 성능과 이상 여부를 테스트해야 합니다.
이때 와이어 본딩, 플립칩, TSV 등으로 패키징 방식을 정할 수 있습니다.
테스트 항목 또한 다양합니다.
전기적 특성, 기능 테스트, 내구성 검사 등을 모두 통과해야 합니다.
최종 품질을 확보하고 불량을 최소화를 위한 마지막 관문입니다.
때문에 공정 과정에서 주의를 기울여야 합니다.
결론
반도체 8대 공정은 단순히 반도체를 만드는 순서를 따르는 작업이 아닙니다.
각 단계마다 고도의 기술과 정밀한 제어가 요구되는 매우 복합적인 작업입니다.
웨이퍼 제조에서 시작해 패키징과 테스트에 이르기까지.
모든 공정은 서로 긴밀하게 연결되어 있습니다.
이러한 과정들 중 어느 하나라도 불완전하면 제품의 수율과 성능에 큰 영향을 미치게 됩니다.
2025년, 현재 반도체 기술은 나노 단위로 진입하였습니다.
그 때문에 이러한 8대 공정의 정밀도와 효율성 향상이 더욱 중요한 시대에 들어섰습니다.
앞으로도 반도체의 지속적인 기술 혁신을 통해 반도체 산업이 더욱 고도화되길 기대합니다.
그 덕분에 우리의 일상 속 다양한 전자 기기의 성능을 뒷받침하게 되길 바랍니다.
나아가 반도체 공정 기술이 더욱 발전하면서 우리의 삶을 보다 윤택하게 만들어 주길 바랍니다.
오늘 글은 여기까지입니다.
긴 글 읽어주셔서 감사합니다.