[Epilogue] MOSFET 집적 공정(Integrated Process)

 
 
반도체 8대 공정에 관해 알아보았습니다. 이번 글에서 NMOSFET을 만드는 과정을 따라오면서 이전 글에서 다루었던 공정들에 대해 복습하는 시간을 가져보면 좋을 것 같습니다.
 
 
 

NMOSFET 집적 공정

1.  웨이퍼 제조(Wafering)

P형으로 도핑된 웨이퍼를 준비합니다.

2.  산화 공정(Oxidation)

산화 공정을 통해 산화막(SiO2)를 형성합니다. 산화막은 반도체 내에서 소자 간에 올바른 회로로만 흐를 수 있도록 영역을 절연해주는 역할과 이온 주입 공정에서 필요한 부분에만 이온이 주입되도록 합니다.

3.  포토 공정(Photolithography)

 Spin-Coating 공정을 통해 Positive PR을 올리고, 노광 및 현상 과정을 거쳐 패턴을 새깁니다.

 

 

4.  건식 식각 공정(Dry Etching)

 건식 식각 공정을 통해 소자가 만들어질 영역을 확보하고, PR 또한 제거합니다.

 
산화 공정을 통해 게이트와 채널 사이에 누설 전류가 흐르지 않도록 절연 특성이 좋은 산화막을 형성해줍니다.
 

5-1. 증착 공정(Deposition)

게이트 산화막 위에 게이트 역할을 하는 다결정질 실리콘(Poly-Si)를 증착합니다.

 
이제 다시 포토 공정을 통해 게이트의 영역을 구분해주고, 건식 식각 공정을 통해 게이트 이외의 영역(Poly-Si와 산화막)을 제거하여 소스와 드레인으로 쓰일 영역을 확보해줍니다.
 

5-2. 이온 주입 공정(Ion Implantation)

NMOSFET을 만들기 위해서 소스와 드레인을 N형으로 도핑해야 합니다. 또한, 게이트로 활용될 Poly-Si의 전기 전도도를 높이기 위해 소스와 게이트, 드레인 동시에 이온 주입을 진행합니다. 

6. 금속 배선 공정(Metallization)

원래는 확산 방지막(Barrier Metal)을 증착해야하지만, 배선 금속 물질이 확산이 일어나지 않고, 실리콘과 접합성도 좋은 물질이라고 가정하고 진행하겠습니다. 증착 공정을 통해 ILD(Inter Layer Dielectric)를 형성합니다.

 
소스와 드레인, 게이트를 전기적으로 연결하기 위해서는 콘택트를 만들어줘야 한다고 했습니다. 포토 공정을 통해 콘택트를 형성할 영역을 정의하고, 건식 식각 공정을 통해 산화막을 제거하여 콘택트 홀을 형성합니다.

 
이제 콘택트 홀에 증착 공정으로 금속 배선을 채워 넣습니다.
 

 
CMP 공정을 통해 콘택트를 제외한 부분을 갈아서 제거해줍니다.
 

 
이렇게 전공정이 완료되어 반도체 소자가 웨이퍼에 완성되었습니다.
 

7. 테스트 공정(Test)

이제 후공정이 시작됩니다. 테스트 공정에서 칩이 정상인지, 얼마나 잘 작동하는지 성능을 확인합니다.

8. 패키지 공정(Package)

테스트를 통과한 칩을 선별하고 이후 웨이퍼의 두께를 얇게 만드는 백그라인딩 공정과 다이싱 공정을 통해서 칩을 분리합니다.

 
이제는 외부와의 전기적인 연결을 해야합니다. 패키지 공정에서 다루었던 전통적인 본딩 방식인 다이 부착 + 와이어 본딩을 활용하여 리드 프레임에 연결하도록 하겠습니다.

 
칩을 외부 환경으로부터 보호하고, 열을 효율적으로 방출하기 위해 포장재로 EMC를 사용합니다.

 
이렇게 NMOSFET을 만들어 보면서 반도체 8대 공정에 대해 다시 한 번 살펴보았습니다. 공정을 쭉 따라오다보면 8대 공정의 순서대로만 진행되는 것이 아니라 포토 공정, 산화 공정, 증착 공정 등 필요에 따라 공정이 추가되거나 건너뛸 수도 있는 것입니다. 이렇게 간단한 반도체를 만드는 데도 다양한 공정을 거치는데 더욱 복잡할 수록 공정 난이도 또한 올라갈 것입니다. <진짜 하루만에 이해하는 반도체 산업>으로 알아보는 반도체 8대 공정편은 여기까지입니다. 반도체 원리 & 역사, 시스템 & 메모리 반도체, 분야별 대표 기업과 반도체 8대 공정을 세부적으로 더 알고 싶은 분들은 가까운 도서관이나 서점에서 교재를 살펴봐주시길 바랍니다.