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대망의 마지막 공정 학습시간입니다.

어느덧 반도체 8대공정 강의 마무리 단계에 와있네요.

반도체 8대공정 포스팅이 끝나면 다시 회로이론으로 넘어갔다가

중간중간 여러 실무이론에 대해서 간혹 포스팅 해드리겠습니다.

지난시간에 만들어진 반도체에 대한 Q.C 업무를 배웠었죠.

오늘 배울건 Q.C 업무가 끝난 다음

마무리 단계의 포장 공정이라 생각하시면 되겠어요.

우린 지난시간에 EDS 공정을 배웠죠.

EDS 공정을 거치고나서 선별된 정상적인 반도체 칩들은

기기에 탑재되기 적합한 형태로 만들어집니다.

반도체 칩이라 함은 흔히 아래 사진을 생각하시면 되겠습니다.

보드가 있고 그안에 사람의 두뇌 역할을 하는 칩이 박혀있죠.

칩이 잘 삽입되고 나서 확인해야 될 부분을 생각해보면.

반도체 자체의 성능 검증은 끝났기 때문에

그다음으로 생각해야 할 부분이

반도체 외의 부분과 조립하였을때 전기신호를 제대로 주고 받을 수 있느냐이겠죠.

더군다나 매우 작고 고가의 반도체가 작은 충격이나 열에 망가져서도 안될겁니다.

적절한 보호조치가 필요하다는 이야기이죠.

패키징 공정은 흔히 아래와 같이 이루어집니다.

1. 웨이퍼 소잉/다이싱

웨이퍼에 여러가지 IC 칩이 있는데.

이걸 각각 잘라서 사용할 수 있게끔 만드는 공정이 되겠습니다.

2. 칩접착: 절연된 칩을 낱개단위로 PCB 기판위에 올리는 작업

웨이퍼가 원형 모양에

여러개의 칩이 붙어 있는 형상이란것 정도는 이쯤이면 모두들 아시겠죠.

위는 웨이퍼 사진입니다.

이렇게 웨이퍼에 격자 모양으로 여러개의 I.C 칩이 될 여러가지 소자들을

잘라서 낱개로 기판에 올리는 작업을 수행하는거죠

3. 금선연결: 기판위에 올려진 칩이 PCB랑 붙을 수 있게 칩과 기판을 연결해주는 작업

반도체는 그자체적으로 검증되었지만

외부 기판과 연결되었을때 신호가 잘 통하는지에 대해선 검증한 바 없으므로

해당공정을 진행합니다.

4. 성형공정: 패키지 모양을 원하는 모양으로 갖추게 하기 위한 공정

성형공정의 목적은 I.C 칩 보호와 사용자 목적에 맞게 모양을 형성 하는 것 입니다.

흔히 우리가 알고있는 완제품의 반도체는 대부분 이런 모습일 겁니다.

5. 제품명 마킹

삼성이면 삼성, 마이크론이면 마이크론... 제조사를 새겨넣는 부분입니다.

6. 파이널테스트

전공정에서 반도체 자체에 대한 EDS 공정을 걸쳐 품질 검증을 받았다면

이제는 외부 커버가 잘씌워졌는지를 확인하는 과정인데.

반도체를 검사장비에 넣고 전압이나 전기신호를 가하고

온도조건을 다르게 주어서 전기적으로 제어적으로 문제가 없는지 확인하는

최종공정이라 보시면 됩니다.

이상 반도체 8대 공정 전반을 살펴보았습니다.

워낙 오래전 배웠던 내용이고 기억이 가물가물하여

서적과 웹을 참고하여 작성하였습니다.

요새 회사 업무로 정신이 없습니다.

많은 독자 및 학생 여러분께 일일히 답변드려야 마땅하나

간신히 포스팅을 이어나가고 있기에 다소 답변이 늦더라도

너그럽게 이해해주시면 감사하겠습니다.

오늘은 지난시간에 이어서

어떻게 반도체의 복잡한 회로가 조그만 소자하나로 구현이 될 수 있는지

기구적인 모습과,

웨이퍼 위에 전기적인 성질을

띄게끔 만드는 과정이 어떻게 이루어지는지 배워볼 시간입니다.

먼저 기구적인 모습을 먼저 공부해볼까요.

지난 시간에 배웠듯

요런 형태의 실리콘 가공된 덩어리가 얼마나 많아야

반도체로서의 역할을 수행할까요?

서두에 말씀드렸던.

'어떻게 반도체의 복잡한 회로가 조그만 소자하나로 구현이 될 수 있는지'

이에 대한 해답은 구조적인 부분에 있습니다.

반도체 공정중 웨이퍼 생성부터 식각공정에 이르기까지 일련의 과정을

여러번 반복하는건데요. 

정리하면 이렇습니다.

1. 실리콘 위에 박막(얇은막) 을 입히고,

2. 포토 공정을 수행하고(회로 패턴을 그리는 공정이었죠?)

3. 식각공정을 수행합니다(회로 패턴을 선택적으로 제거하는 과정이었죠)

이런 과정을 여러번 반복해서

쌓고 또 쌓는겁니다.

형태로 나타내보면 이렇습니다.

여기서 절연부라고 명명된 이부분이

바로 박막이라는 것인데.

박막은 그림에서 보듯 전기적으로 연결되야 하는 

연결부를 제외한 나머지를 절연처리 해주는 기능을 수행합니다.

원하는 기능을 구현하기 위해서 어떤 회로는 살리고

어떤회로는 죽여야 되니까요.

게다가 오염 물질로부터 내부를 보호해주는 역할을 수행하기도 합니다.

우리는 이렇게 박막을 씌워주는 과정을 증착이라 표현합니다.

구조적인 부분을 이해했다면 다음은

전기적인 성질을 띄게하기 위해서 뭘해야되는지 배울 차례죠?

반도체 위에 길을 만들고.

길위에 강제로 이온을 주입시켜 전기적인 성질을 띄게끔 만드는 것을

이온 증착이라고 일컫습니다. 

 이온? 이라고 설명하니 어려울 수도 있겠네요.

사실은 회로이론 기초를 공부하면서 배웠던 내용입니다.

이온의 사전적 정의는 다음과 같습니다.

모든 물질이 원자 단위로 구성되어있다는 상식 정도는

초등학교 과학시간에도 배우는 내용이니 모두들 아실거라 보고.

어떠한 원자는 사실

자연상에서는 전기적인 성질을 띄지 않다가

어떠한 이유로 인해 자유전자가 이탈하게 되면 비로소 전기적인 성질을 띄게 되죠.

전자가 이탈할 수 있는 이유는 여러가지인데.

원자핵인 양성자와 중성자는 엄청 무거운 반면

자유전자는 빠르고 가볍습니다.

위 그림상 보면

회색이 전자.

빨간색이 양성자

파랑색이 중성자라 보시면 되겠습니다.

어쨋든...

어떤 외부의 자극이 주어졌을때

쉽게 제자리를 이탈하고 전기적인 성질을 띄게되는 것이죠.

웨이퍼라는 물질은 규소로.

전기적인 성질을 띄지 않습니다.

이탈하지 않은 자유전자와

중성자, 그리고 양성자의 합이 0으로

전기적인 성질을 띄지 않는 물질입니다.

자세히 들어가게 되면 옥텟규칙까지 설명해야하는데.

여기서 옥텟규칙은 화학분야로 넘어가기 때문에

일단은 생략하겠습니다.

궁금하신분은 댓글 남겨주시면 답변드리도록 할게요.

무튼 실리콘의 중성적인 특징 때문에 반도체에는

강제로 전기적인 성질을 가지도록 이온을 주입해주어야 하는데

쉽게 설명하면

이온은 '+' 와 '-' 상태 총 2가지 상태가 유의미한 상태라고 볼 수 있죠.

'+' 상태라는건

원자에서 자유전자가 많이 이탈한 상태일것이고

'-' 상태라는건

원자에서 자유전자가 많이 들어온 상태이겠죠.

우리는 '+' 상태를 Postive의 약자인 (P)로 표현하고

'-' 상태를 Negative의 약자인 (N)으로 표현합니다.

때문에 이온을 뭘 넣어주었냐에 따라서

P형 반도체인지 N형 반도체인지가 구분되죠.

이건 나중에 자세히 설명할 기회가 있겠네요!

어쨋든 규소라는 전기가 통하지 않는 순수한 화학물질에

이온을 강제로 주입하는 공정이 마치

불순물을 투입하는 과정과 비슷한데.

반도체라는 건.

사람의 필요에 따라 제.어.가.능.한

전기를 흐를수도 있고 안흐를수도 있는 물질이기에

순수하게 자연에서 존재하는 물질이 아닙니다.

사람이 인위적으로 만든 것이죠.

이번 시간에는 이온이 주입되어 전기적인 성질을

성질을 띄게 된 반도체끼리

어떻게 회로를 이어줄 수 있는지에 대해 공부해보겠습니다.

지난 시간에 이어서

오늘은 산화공정에 대해서 알아보는 시간을 간단히 가져봅시다.

지난시간에 배웠던 웨이퍼는

사실 날것 그 자체여서

반도체를 만들기에 적합한 상태는 아닙니다.

앞으로 처리할 남은 반도체 제작 공정에

적합한 상태를 만들어주기 위해 진행하는 공정이 바로

산화공정 입니다.

산화라는 용어는 익히 들어 아실겁니다.

여러가지 의미가 있으나

여기에서는 어느 물질을 산소화 화합하는 공정 정도로 이해하시면

좋겠습니다.

웨이퍼 표면에 산소나 수증기등을 뿌려서, 균일하게 산화막을

형성해주는 것이죠

반도체에 산화막을 입힌다니 잘 이해가 안가고 뜬구름 잡는 이야기 같지만

산화현상을 찾아볼 수 있는 예는 아주 많습니다.

철은 산소와 만나면

녹이슬게 되죠.

이러한 녹이 스는 것과 같은 이치로 산화막이 형성된다 보시면 됩니다.

웃자고 하는이야기 이지만

느낌상 프로토스 실드를 생각하시면 좋을 것 같습니다.

이렇게 형성된 산화막은 반도체 제조 과정에서 웨이퍼 표면을 보호하는

역할을 수행하고,

앞으로 프린팅될 회로사이에 발생할 수 있는 누설전류를 막아주는

역할을 수행하게 됩니다.

또한 공기중에 떠다니는 오염물질이나 화학물질같은 불순물이

실리콘에 침투하게되는 경우 비저항이나 전도율을 변화시킬 수 있기 때문에.

전기적인 특성이 떨어지는 결과를 초래하는데 이를

막아주는 역할도 수행하죠.

결국 산화공정의 목적은

웨이퍼를 코팅해주는 역할로서 웨이퍼 본연의 모습을

잘 지켜주면서 보호막을 씌운다 정도로 이해하시면 좋겠습니다..

이러한 산화막을 형성하기 위해 채택하는 방식에는 여러가지가 있습니다만.

보통은 고온에서 웨이퍼에 산화막을 형성하는 방식을 채택합니다.

열산화 방식이라고 표현하며

크게 건식과 습식으로 나뉘게됩니다.

건식산화는 산소만을 이용하여 박막을 형성할때 쓰이고,

습식산화는 산소뿐만아니라 수증기까지 사용하기 때문에

건식보다는 두꺼운 박막을 형성할수 있습니다.

상식적으로 생각해보았을때

습식이 건식보다 두껍기 때문에

동일한 산화막을 형성하기 위해서는

건식을 사용하는 경우에 보다 더 많은 시간이 필요하겠죠.

다만 전기적인 특성이 매우 훌륭하다는 점은

간과해서는 안됩니다.

이렇게 웨이퍼 표면에 이쁘게 산화막이

형성되면 그다음은 포토 공정으로 넘어갈 차례인데.

다음 포스팅에서 이야기 이어가겠습니다.

오늘은 회로이론이 아닌

반도체에 대한 이야기를

시작해보려 합니다.

사실 반도체는

학부생 시절

제일 열심히 안했던(?)

과목이라 포스팅이 조심스럽습니다.

그래도, 이곳 저곳 뒤져가면서 저 스스로도 공부하면서

여러분들께 도움이 될까 싶어 포스팅 진행하니

기술적인 오류가 있다면 피드백 주시면 감사하겠습니다.

그럼 오늘의 포스팅 짧게! 시작하겠습니다.

여러분이 알고 있는 반도체는 어떻게 생겼나요?

대부분은 아래 그림을 생각할겁니다.

여러분도 아시다시피 반도체라는 것은

전기를 흐르기도 하고 차단하기도 하는 이중적인 성격을 지녔습니다.

하지만 이러한 반도체가 모래속 재료로부터 탄생한다는 걸

알고 있는 사람은 그리 많지 않을 것 같습니다.

모래속에는

SI 실리콘 또는 규소라고 불리우는 원소들이

아주 많습니다.

100%는 아니지만

반도체를 만들기 위해서 필요한 재료는

대부분 모래에서 추출한 규소로 만들어집니다.

모래를 뜨거운 열로 녹여서 순도 높은 실리콘 용액을 굳히면

INGOT 이라는 실리콘 기둥이 만들어지는데.

위 그림처럼 용액을 뽑아내는 기술을 초크랄스키 기법이라고 표현합니다.

시드라고 표현하는 단결정 물질의 작은 조각을 액상의 같은 물질의 표면에 접촉시키고,

천천히 용액으로부터 끌어올리면 위 모양이 생기는거죠.

10여년전인가요...

교수님한테 이야기 들었는데

이 잉곳 하나가 쏘나타 하나 가격이라 그랬었나;;;

그랬죠?

여튼, 이렇게 완성된 실리콘 기둥을

다이아몬드 톱으로

수평으로 얇게 슬라이스 뜨면

여러장의 작은 원형판이 만들어집니다.

이걸. 웨이퍼라고 부릅니다.

위에서 보시다시피 사실 웨이퍼는

작은 원형 판에 지나지 않지만

그위에 사각형 모양의 여러 DIE 들이 나열되있는 것을 보실 수 있는데

요런 DIE 하나하나가 나중에는 반도체가 되는 것입니다.

보통

잉곳을 슬라이스로 자르고 나면 겉에는 흠결이 있고

울퉁불퉁해서 표면을 매끄럽게 갈아내는 과정이 필요한데요.

이를 연마 작업이라고 칭합니다.

연마기계로 연마를 하고나면 표면이 맨들맨들해지고

회로 정밀도 품질 향상에 기여합니다.

당연한 이야기이지만

웨이퍼의 두께가 얇을수록, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는

반도체 칩수가 증가하기 때문에

갈수록 두께가 얇아지고 크기는 커지고 있는 추세라고 합니다.

얼마나 얇고 크게 떠서 불량률이 없게끔 하는가가

회사의 기술력이겟죠.

주의할 점은

얇게 잘린 웨이퍼의 현상태는 아직 전기가 통하지 않는 부도체

상태라는 것.

다음시간에는 산화공정에 대해 알아보는 시간을

가지겠습니다.