[반도체 투자로 부자되기 6] 반도체 8대 공정 및 관련 기업

1. 웨이퍼 제조

 

웨이퍼는 반도체 집적회로가 만들어지는 기판으로, 실리콘과 같은 단결정 기둥을 얇게 절단해 제작됩니다. 반도체 웨이퍼 제작과정은 잉곳(ingot) 만들기 -> 얇은 웨이퍼를 만들기 위해 잉곳 절단하기 (wafer slicing) -> 웨이퍼 표면 연마하기 (Lapping & polishing) 하기 단계로 구분됩니다. 웨이퍼의 두께가 얇고 지름이 클수록 제조원가가 줄어들고 한번에 생산 가능한 반도체 칩 수가 증가하기 때문에 점점 더 얇고 커지는 추세입니다.

 

[반도체 8대 공정] 1탄, ‘웨이퍼’란 무엇일까요? | 삼성반도체

 

[반도체 투자로 부자되기 7] 웨이퍼 제조 공정

 

대표 기업들은 SK실트론, 티씨케이, SKC솔믹스, 케이씨텍, 솔브레인, 나노신소재, SKC 등이 있습니다.

 

2. 산화 공정

 

 

산화공정을 거치는 이유는 회로와 회로 사이에 누설전류가 흐르는 것을 차단하기 위해서 입니다. 산화막은 이온주입공정에서 확산 방지막 역할, 식각 공정에서는 필요한 부분이 잘못 식각되는 것을 막아줍니다. 산화는 크게 건식산화와 습식산화로 나뉘며 습식산화는 건식 산화대비 5~10배 정도 산화막이 두껍습니다.

 

[반도체 8대 공정] 2탄, 웨이퍼 표면을 보호하는 산화공정 | 삼성반도체

 

대표기업들은 AP시스템, 예스티, 원인테라세미콘 등이 있습니다.

 

3. 포토 공정

 

 

포토공정은 photo lithography를 줄여서 포토공정이라고 부릅니다. 이 공정은 웨이퍼 위에 회로 패턴이 그려진 마스크 상을 빛을 이용해 비춰 회로를 그리게 됩니다. 반도체 집적도가 증가할수록 포토 공정 또한 더욱 얇고 세밀하게 그려낼 수 있어야 합니다. 빛을 통해 회로를 그리기 위해서는 마스크가 있어야 합니다. 마스크는 순도 높은(quartz)를 통해 제작되며 세밀한 패턴을 만들기 위해 반도체 회로보다 크게 제작됩니다.

 

웨이퍼에 감광액(Photo resist)를 골고루 바른 후 웨이퍼 위에 마스크를 놓고 빛을 쪼아 주면 웨이퍼 위에 회로 패턴이 그대로 형성되게 됩니다. 이렇게 되면 resist의 화학적 성질이 변화하게 되며 현상(develop) 공정을 통해 resist에 원하는 패턴만 남기게 됩니다.

 

[반도체 8대 공정] 4탄, 웨이퍼에 회로를 그려 넣는 포토공정

 

대표기업들은 에스엔에스텍, 동진쎄미켐, 이엔에프테크놀로지, 코디엠 등이 있습니다.

 

4. 식각 공정

 

 

포토 공정에서 형성된 형성된 포토 레지스트는 식각 공정에서 마스크 역할을 합니다. 즉, 포토 레지스트가 보호하는 부분은 식각되지 않고 드러난 부분만 제거되게 됩니다.

 

제거하는 방법은 크게 건식 식각 (dry etching) 과 습식 식각 (wet etching) 으로 나뉘게 됩니다. 습식 식각의 경우 웨이퍼를 액체에 담갔다거 건지게 되기 때문에 식각속도가 빠르지만 액체의 특성상 표면장력으로 인하여 정밀도가 떨어진다는 단점이 있습니다. 따라서 현대 반도체의 경우는 습식 식각보다는 기체를 이용하여 식각하는 건식 식각 방식을 활용하고 있습니다.

 

식각에서 요구되는 주요 특성들은 얼마나 웨이퍼 상에서 균일한지 나타내는 균일도, 일정시간 동안 막질을 얼마나 제거하는지 나타내는 식각속도, 해당 공정에서 제거하고 싶은 물질만을 얼마나 잘 제거하는 지를 나타내는 선택비 등이 주요 특성입니다.

 

식각공정에 사용되는 장비를 제조하는 회사는 ASML로 EUV 한대당 1억 7000만 유로이죠. 2021년 기준으로 노광장비 시장에서 91%점유율을 차지하고 있기 때문에 독점 회사라고 볼 수 있겠습니다. 

 

[반도체 8대 공정] 5탄, 반도체 회로패턴의 완성 ‘식각 공정’

 

대표기업들은 기가레인, 테스, 피에스케이,에프에스티 등이 있습니다.

 

5. 증착 & 이온 주입 공정

 

증착 공정은 얇은 두께의 박막(thin film)을  형성하는 공정입니다. 크게 물리적 기상증착방법(PVD, Physical Vapor Deposition), 화학적 기상증착방법(CVD, Chemical Vapro Deposition) 으로 구분됩니다. PVD의 경우 금속 박막 증착에 사용되며 화학반을을 사용하는 것이 아닌 물리적 힘을 가하여 증착하게 됩니다. 반면 CVD의 경우 증착물질의 화학전 반응을 통해 증착하게 되며, 사용하는 에너지에 따라 열 CVD, 플라즈마 CVD, 광 CVD로 세분화되게 됩니다. 

 

이온 주입 공정은 전기를 흐르게 하는 불순물 원소를 주입하는 공정입니다. 불순물 종류에 따라 15족 원소를 주입하면 N형 반도체를 만들 수 있으며 13족 원소를 주입하면 P형 반도체를 반들수 있습니다.

 

[반도체 8대 공정] 6탄, 반도체에 전기적 특성을 입히다! 증착&이온주입 공정

 

대표 기업들은 원익 IPS, 테스, TEL, 유진테크, 램리서치, 주성엔지니어링, 솔브레인 등이 있습니다.

 

6. 금속배선 공정

 

 

반도체 소자의 전기적 연결을 위해 금속 배선을 형성하는 단계입니다. 전기 전도도가 높고 가공성이 뛰어난 물질을 사용해야 하는데요, 이에따라 알루미늄(Al)이 주로 사용됩니다. 하지만 알루미늄의 경우  실리콘과 접촉시 서로 섞이기 때문에 알루미늄과 웨이퍼 접합면 사이에 베리어 메탈이라 불리는 금속을 증착하게 됩니다.

7. EDS 공정

 

EDS (Electrical Die sorting) 공정은 웨이퍼에 형성된 칩의 전기적 동작여부를 검사하는 과정입니다. 이 EDS 공정을 통해 repair 가능한 칩을 다시 양품으로 만듦으로써 수율을 높일 수 있습니다. EDS 공정은 크게 반도체 개별 소자들에 대해 전기적 직류 전압 및 전류 특성의 파라미터를 테스트 하는 ① ET Test & WBI (Electrical Test & Wafer Burn In), repair 가능 여부 및 특정 온도에서 정상적으로 동작하는지 확인하는 ② Hot/Cold Test,  2번 단계에서 repair 가능한 칩들을 포함하여 양/불량을 최종 판단하는 ③ Repair / Final Test, 특수 잉크를 사용하여 육안으로 불량을 식가능하게 하는 ④ Inking의 4단계로 이루어집니다. 

 

[반도체 8대 공정] 8탄, 완벽한 반도체로 태어나기 위한 첫 번째 테스트 ‘EDS공정’ | 삼성반도체

 

대표기업들은 리노공업, 티에스이, 마이크로컨텐솔, 고영 등이 있습니다.

 

8. 패키징 공정

 

패키징 공정은 웨이퍼 절단 -> 칩 접착(Die attach) -> 금선 연결 -> molding 공정 단계로 나누어집니다. 

여기서 금선 연결 방식은 크게 와이어 본딩 방식과  플립칩 방식으로 나뉘게 됩니다. 플립칩 방식은 와이어 본딩 방식 대비 전기저항이 작고 속도가 빠른 특징이 있습니다. molding 공정을 통해 열, 습기등의 물리적 환경으로 부터 집적회로를 보호하게 되면 최종적으로 우리가 자주 접하는 반도체가 탄생하게 됩니다. 패키징 공정이 완료되면 최종적으로 패키지 테스트를 진행하게 됩니다.

 

[반도체 8대 공정] 9탄, 외부환경으로부터 반도체를 보호하는 패키징 (Packaging) 공정

 

대표기업들은 한미반도체, 이오테크닉스, 리노공업, 원팩, SFA 반도체, 코세스 등이 있습니다.

 

본 글은 굉장히 간략하게 8대 공정의 특징 및 대표 기업들에 대해서 정리한 글입니다. 추후에 좀 더 개별 공정들에 대한 자세한 특징 및 각 공정들의 기업에 대한 조사를 해보도록 하겠습니다. 혹시 틀린 부분이 있다면 말씀해주시면 감사하겠습니다.

 

이 글은 정보 제공을 목적으로 작성된 것이며, 특정 자산에 대한 매수 추천이나 투자 권유의 의도가 없습니다. 투자 결정은 독자 본인의 판단에 따라 이루어져야 하며, 본 글은 참고 자료로만 활용하시기 바랍니다.