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공부 출처는 삼성 반도체이야기, 네이버 빛의 디스플레이 블로그를 주로 참고했습니다.

반도체의 공정은 크게 8가지로 구성되어 있어 8대공정이라 불립니다.

웨이퍼 공정 - 산화공정 - 포토공정 - 식각공정 - 박막공정 - 금속공정 - EDS 공정 - 패키징 공정

이번 글은 패키징 공정에 대해서 다뤄보겠습니다.

패키징 공정

반도체 공정에서 패키징이란 반도체 칩을 탑재될 기기에 적합한 형태로 만든다는 의미입니다.

예를 들어 설명하면 집적회로는 두뇌에 해당하고 패키징은 신경계통이나 골격구조로 비유할 수 있습니다. 

이 패키징은 상호배선, 전력공급, 방열, 보호와 같은 역할을 합니다. 특히 고온, 고습, 화학약품, 진동, 충격에 잘 보호해야합니다.

여기서 IC칩은 웨이퍼에서 절단된 낱개의 칩입니다. Ball은 전기적 연결 구실을 하고 

리드프레임은 반도체 칩과 실리콘 기판 사이 전기 신호를 전달하고 외부의 습기나 충격 등으로부터 칩을 보호하는 골격 역할을 합니다.

패키징 공정의 순서는 다음과 같습니다.

1) Back Grinding

두꺼운 웨이퍼를 다이아몬드 휠로 적절한 두께로 갈아내는 공정입니다. 

2) Wafer Sawing

웨이퍼를 자르는 과정을 Sawing이라고 합니다. 웨이퍼에 바둑판처럼 만들어져 있는 실리콘 다이를 

다이아몬드 휠이나 레이저로 자르는 공정입니다. 

3) Die attach

칩을 떼어내어 외부와 전기적 연결 단자인 Substrate(리드프레임 or PCB)에 부착합니다.

4) Wire Bonding

칩단자와 Substrate를 금속연결공정(금선으로 연결)을 통해 연결합니다.

5) Molding

열, 습기와 같이 물리적 요인으로부터 보호하기 위해 성형(Molding) 공정을 거칩니다.

몰딩 공정은 수지로 구성된 EMC(Epoxy Molding Compound)에 고온을 가해 젤 상태로 만든 후 원하는 틀에 넣어 굳히는 공정입니다.

6) Marking

제품번호 등을 Laser를 이용하여 표면에 각인합니다.

7) Solder Ball Mount

PCB와 패키지를 전기적으로 연결하기 위해 Substrate에 Solder ball을 부착합니다. (땜질을 통해 Solder ball과 원하는 회로와 연결합니다.)

8) Saw Singulation

Substrate를 다이아몬드 휠로 개별 제품으로 분리합니다.

패키지 테스트란 패키지 형태로 만들어진 제품의 최종 불량 유무를 판단하는 검사입니다. 최종 관문이라고 할 수 있죠.

반도체를 검사 장비에 넣고 다양한 조건의 전압이나 전기신호, 온도를 가해 제품의 전기적 특성, 기능적 특성, 동작 속도등을 측정하여 

불량 유무를 구별합니다. 

패키지 테스트는 제품별로 다른데 DRAM을 기준으로 살펴보겠습니다.

1) Assembly Out

제품 종류, 수량, I/O 수(Bit 수) 등을 확인해 제품 검사지(Lot Card)를 작성하는 공정입니다.

2) DC test & Loading / Burn-in (& Unloading)

DC test는 FAB(반도체 생산) 및 조립공정을 거치면서 발생된 불량을 선별하는 공정입니다.

Burn in 이란 EDS공정 때 등장했었는데 불량 가능성이 있는 제품을 사전에 제거하기 위한 공정으로 제품에 고전압, 고온, 전기신호 등

극한 조건을 가하고 후에 별도의 테스트를 하여 양품과 불량품을 선별하여 신뢰성을 확보합니다.

3) MBT (Monitoring Burn-in & Tester)

MBT 공정은 극한 조건을 가하는 과정에 테스터 기능까지 추가된 공정입니다. 

Burn-in 공정에 비해 불량분석 기간을 단축할 수 있고 품질 불량을 강화할수 있습니다.

4) Post Burn Test

상온 및 저온 공간에서 전기적 특성 검사를 하는 공정입니다.

5) Final Test 

고온에서 전기적 특성 검사를 하는 공정입니다.

드디어 8대공정이 끝났네요. 좀 더 추가할 내용이 생기면 그때그때 추가하겠습니다.

공부 출처는 삼성 반도체이야기, 네이버 빛의 디스플레이 블로그를 주로 참고했습니다.

반도체의 공정은 크게 8가지로 구성되어 있어 8대공정이라 불립니다.

웨이퍼 공정 - 산화공정 - 포토공정 - 식각공정 - 박막공정 - 금속공정 - EDS 공정 - 패키지 공정

이번 글은 EDS 공정에 대해서 다뤄보겠습니다.

먼저 알고가야할 용어가 있는데 수율은 웨이퍼 한 장에서 나올 수 있는 정상적인 칩의 수를 말합니다. 

출처: 삼성 반도체 이야기

수율이 높다는건 생산성이 높다는 의미여서 높은 수율은 중요한 요소입니다.

이 수율을 판단하기 위해서 칩들의 상태를 판단합니다. 

이 테스트는 웨이퍼 완성 단계에서 하는 EDS Test,  조립공정을 거쳐 패키지화 된 상태에서 이루어지는 Packaging Test, 

출하되기 전 소비자의 관점에서 실시되는 품질 Test 등이 있습니다. 그럼 먼저 EDS 공정에 대해서 알아보겠습니다.

EDS 공정

EDS란 Electrical Die Sorting의 약자로 웨이퍼 상태에서 여러 테스트를 통해 칩들의 상태를 확인하는 과정입니다.

전기적 특성검사를 통해 테스트를 한 후 수선이 가능한 칩은 다시 양품으로 만들고 불가능한 칩은 특정한 표시(Inking)를 통해 불량으로 판정합니다.

이 표시를 한 칩은 이후 공정에서 제외됩니다. 

EDS Test가 중요한 이유는 제조 공정상의 문제나 설계상의 문제를 조기에 발견하여 피드백을 줄 수 있기 때문입니다.

EDS Test는 크게 5단계로 이루어져 있습니다.

1) ET Test & WBI (Electrical Test & Wifer Burn In)

ET Test는 반도체 집적회로 동작에 필요한 개별 소자들(트랜지스터, 저항, 캐패시터, 다이오드)에 대해 직류전압, 전류 특성의 파라미터를 

테스트하는 과정으로 반도체 칩으로 행하는 첫 Test 공정입니다.

WBI는 제품 초기에 발생하는 높은 불량률을 효과적으로 제거하기 위해 웨이퍼에 일정온도의 열을 가한 다음 AC/DC 전압을 가해 

제품의 약한 부분, 결함 부분을 찾아내 제품의 신뢰성을 향상하는 공정입니다. 

2) Pre-Laser (Hot/Cold)

전기적 신호를 통해 칩들이 정상인지 판단하고 수선이 가능한 칩은 수선 공정에서 처리하도록 정보를 저장합니다.

이 때 특정 온도에서 발생하는 온도를 잡기 위해 높은/낮은 온도에서 테스트를 합니다.  

3) Laser Repair & Post Laser

위에서 판단된 수선 가능한 칩들을 Laser Beam을 통해 수선하는 공정입니다. EDS Test 가운데 중요한 공정입니다.

수선 후 Post Laser 공정을 통해 수선이 제대로 되었는지 재검증 합니다. 

4) Tape Laminate & Bake Grinding

이번 공정은 교통카드나 여권에 들어가는 IC카드를 비롯해 두께가 얇은 제품을 조립할 때 필요한 공정입니다. 

웨이퍼 후면을 미세한 다이아몬드 입자로 구성된 연마휠로 갈아 두께를 얇게 함으로써 조립을 용이하게 합니다.

이 과정이 바로 Bake Grinding 공정입니다.

이 때 발생하는 실리콘 잔여물(Dust), 파티클로부터 웨이퍼 패턴 표면을 보호하기 위해 전면에 자외선 테이프를 씌워 보호막을 형성하는데 

이 과정이 바로 Tape Laminate 공정입니다. 

5) Inking

이 공정은 발생된 불량 칩에 특수 잉크를 찍어 확인할 수 있도록 하는 공정입니다. 

Pre Laser, Post Laser에서 불량으로 판단된 칩 뿐만 아니라 웨이퍼에서 완성되지 않은 Dummy Die도 표시합니다.

여기까지 EDS 공정이었습니다.

공부 출처는 삼성 반도체이야기, 네이버 빛의 디스플레이 블로그를 주로 참고했습니다.

반도체의 공정은 크게 8가지로 구성되어 있어 8대공정이라 불립니다.

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이번 글은 금속공정에 대해서 다뤄보겠습니다.

금속공정(Metallization)

금속공정이란 금속배선공정이라고도 하는데 반도체 제품에는 많은 소자들이 있는데 이들을 동작시키고 이들의 신호들이 섞이지 않게

선들을 잘 연결하는 작업을 금속배선공정(Metal Interconnect)이라고 합니다.

금속공정은 전류가 흐르는 Interconnect와 그 사이를 절연해주는 Dielectrics로 구성됩니다. 

금속공정은 반도체로 거듭나기 위한 마지막 공정이라고 할 수 있습니다.

그렇다면 금속배선공정에 사용되는 금속은 어떠한 조건을 만족해야 할까요?

1. 웨이퍼와의 부착성이 좋고 얇은 박막으로 증착할 수 있어야 합니다. 

2. 전류를 전달해야하기 때문에 전기저항이 낮아야 합니다. 

3. 금속공정 이후의 공정에서 금속선의 특성이 바뀌지 않게 열적, 화학적 안정성이 좋아야 합니다.   

4. 반도체의 회로 패턴에 따라 금속선 형성이 용이해야 합니다.

5. 작은 단면에서 끊어지지 않고 오래갈 수 있어야 합니다.

6. 제조 단가가 적절해야 합니다.

이런 대표적인 금속들은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 등이 있습니다.

그중에서도 Al는 실리콘산화막과 부착성도 좋고 가공성도 뛰어나다는 장점이 있습니다.

하지만 Al과 Si이 만나면 계면에서 섞이려는 성질이 있습니다. 이러면 접합면이 파괴될 수 있습니다.

이를 방지하기 위해 베리어 메탈을 증착하여 박막을 형성해 접합면 파괴를 막습니다.

출처 : http://www.samsungsemiconstory.com/183

이 후 알루미늄 배선은 증착을 통해서 이루어지고 진공증착(Evaporator)이나 Sputtering을 주로 이용합니다.

최근 좀 더 미세한 배선 공정을 위해서 텅스텐 사용이나 물리적 기상 증착이 아닌 화학적 기상 증착(CVD)을 더 많이 이용합니다.

또한 최근에는 알루미늄, 텅스텐 대신에 구리를 많이 사용하기도 합니다.

http://blog.naver.com/ckbc6101/220989102747

Al과 Cu의 배선공정 차이입니다.

Al은 Al을 먼저 증착하고 식각을 하고 절연막을 증착하지만 Cu는 절연막을 먼저 증착하고 식각한뒤 Cu를 증착합니다.

Al과 Cu의 장단점을 비교해보겠습니다.

http://blog.naver.com/ckbc6101/220989102747

여기서 Junction Spiking은 Al에 Si가 약간 녹는 성질 때문에 일어나는데 방지법은 이를 막기 위해 미리 Al에 Si를 조금 첨가합니다.

Electromigration은 전기적 이동 때문에 일어나는데 방지법은 전자의 확산을 막기 위해 Al에 Cu를 조금 첨가합니다.

Damascene 공법이란 예전에 국사 시간에 고려청자를 배울 때 들었던 상감기법을 떠올리시면 됩니다.

이제 금속 배선은 박막 증착 과정을 통해서 하는데 박막 증착 과정은 이전 글에서 다뤘습니다.

그러면 장단점을 알아보겠습니다.

http://blog.naver.com/ckbc6101/220989102747

많이 왔네요!! 다음 글은 EDS 공정과 패키지 공정으로 찾아뵙겠습니다!

공부 출처는 삼성 반도체이야기, 네이버 빛의 디스플레이 블로그를 주로 참고했습니다.

반도체의 공정은 크게 8가지로 구성되어 있어 8대공정이라 불립니다.

웨이퍼 공정 - 산화공정 - 포토공정 - 식각공정 - 박막공정 - 금속공정 - EDS 공정 - 패키지 공정

이번 글은 박막공정에 대해서 다뤄보겠습니다.

박막증착공정(Thin film Deposition)

우선 박막(Thin film)은 1um이하의 매우 얇은 막을 말합니다. 박막은 매우 미세하기 때문에 정교하고 세밀한 기술이 필요합니다.

반도체 공정에서는 원하는 전기적 특성을 가지기 위해 분자 또는 원자 단위의 물질을 박막 단위로 촘촘히 쌓습니다.

그리고 분자 또는 원자 단위의 물질을 쌓는 것을 증착이라고 합니다.

이 증착은 방법에 따라서 물리기상증착법(PVD), 화학기상증착법(CVD)으로 나뉩니다.

물리기상증착법은 주로 금속증착에 사용하고 화학기상증착법은 실리콘, 유전체 증착에 사용합니다.

물리기상증착법에는 Thermal Evaporation, E beam Evaporation, Sputtering 가 있습니다.

Thermal Evaporation = 열을 통해 증착 물질을 증발시켜 기판에 증착

https://www.researchgate.net/figure/265051181_Schematic-of-thermal-evaporation-40

E beam Evaporation = 전자빔을 통해 증착 물질을 증발시켜 기판에 증착

http://civilengineersforum.com/8-electron-beam-evaporation-facts/

Sputtering = 플라즈마를 이용하여 기판에 증착

http://lnf-wiki.eecs.umich.edu/wiki/Sputter_deposition

화학기상증착법에는 대표적으로 APCVD, LPCVD, PECVD, HDPCVD, ALCVD가 있습니다.

현재는 화학기상증착법을 많이 사용하고 특히 그 중에서도 플라즈마 CVD (PECVD)를 저온에서 형성 가능하고 두께 균일도를 

조절할 수 있고 대량 처리가 가능하다는 이유 때문에 가장 많이 사용합니다.

https://www.oxford-instruments.com/products/etching-deposition-and-growth/plasma-etch-deposition/pecvd

Sputtering과 PECVD가 헷갈렸는데 Sputtering은 플라즈마 상태를 물리적으로 이용하여 Ar+기체가 Target을 때려 나온 부스러기가 증착되는 

과정이고 PECVD는 증착시킬 기체를 플라즈마 상태로 만들어 화학적으로 기판에 증착하는 과정입니다. 

HDPCVD, ALCVD 둘다 Step coverage를 좀 더 개선하기 위한 과정입니다.

HDPCVD는 증착, 식각을 동시에 진행하는데 이 비율을 잘 조절 함으로써 공간이 확보되어 Void(빈공간 = 결함)를 더 잘 피하게 됩니다.

ALCVD는 기판에 붙어있는것만 반응식을 통해 증착되어 거리에 상관없이 균일한 박막을 쌓을 수 있지만 한층 한층 쌓기 때문에 속도가 느립니다. 

https://www.materialstoday.com/nanomaterials/comment/chemistry-at-the-bottom-atomic-layer-deposition/

이렇게 크게 PVD(물리), CVD(화학), ALD(원자층)라고 분류합니다.

증착 시 중요한 부분은 전기적, 물리적 특징과 두께 균일도, Step coverage 입니다.

화학기상증착법이 step coverage가 더 좋은데 step coverage는 쉽게 얼마나 고르게 박막이 되었는가 라고 생각하면됩니다.

step coverage = s1/t, s2/t

Aspect ratio = 종횡비 , 높을수록 균일화가 어렵다.

이 밖에도 스핀 온 글라스, 도금이 있습니다.

스핀 온 글라스는 감광액을 도포할 때 처럼 회전력을 이용한 과정입니다.

수평적인 유전체 증착에 주로 사용합니다.

증착시 위와 같이 빈 공간이 생기게 되면 결함입니다. 빈 공간은 void라고 불립니다. 

균일하지 못하게 증착이 일어나면 Void가 생깁니다.

증착공정을 통해 형성된 박막은 전기적인 신호를 연결해주는 금속막과 

내부 연결층을 전기적으로 분리하거나 오염원으로부터 차단해주는 절연막층으로 구분됩니다.

그리고 박막은 높은 온도에서 품질 좋은 박막이 형성됩니다. 높은 온도로 움직일 수 있는 에너지를 갖고 움직이다가 

가장 안정된 위치에 결합될 확률이 크기 때문입니다.

속도에는 상관이 없습니다. 확산 속도를 높여주면 속도가 증가합니다!

학부 인턴을 하면서 공부했던 CCD 와 CMOS에 대해서 써보겠습니다.

CCD와 CMOS는 이미지센서인데 디지털 카메라에 사용됩니다.

이미지는 제가 발표할 때 썼던 자료입니다.

먼저 DSLR의 원리부터 보고 가겠습니다.

DSLR은 디지털 일안 반사식 카메라(digital single-lens reflex camera)로 필름대신 이미지센서인 CCD나 CMOS를 사용한 디지털 카메라입니다.

먼저 관찰자는 뷰파인더를 통해 물체를 봅니다. 물체에 반사된 빛이 렌즈로 들어오고 

45도 기울어진 거울을 통해 반사되어 펜타 프리즘을 거쳐 관찰자의 눈에 도달하여 물체를 뷰파인더를 통해 볼 수 있습니다.

펜타프리즘은 물체의 상이 거울에 반사되어 반대로 보이는걸 방지해줍니다.

관찰자가 카메라의 버튼을 누르면 거울이 순간적으로 위로 붙게 됩니다.

그러면 관찰자는 순간적으로 뷰파인더를 통해 물체의 상을 보지 못하고(거울이 위로 붙어 반사되지 못함) 

물체의 상은 렌즈를 통해서 이미지 센서로 도달하게 됩니다.(거울이 위로 붙어 반사되지 않고 통과함)

요새 많이 사용하는 미러리스 카메라 입니다.

미러리스는 미러와 펜타프리즘을 제거하여 크기와 무게를 줄인 카메라입니다.

원리는 항상 셔터가 열려있는 상태에서 물체에 반사된 빛이 렌즈를 지나고 셔터를 지나 이미지 센서로 들어갑니다.

그래서 관찰자는 디스플레이를 통하여 물체를 볼 수 있고 관찰자가 버튼을 누르면 순간적으로 셔터가 닫혔다가 열렸다가 닫혔다가 다시 열립니다.

이 닫혔다가 열렸다가 닫히는 순간 들어온 빛이 이미지가 되어 저장되는 것입니다.

DSLR, 미러리스의 셔터 과정은 아래의 링크에서 시각적으로 쉽게 확인할 수 있습니다.

https://www.premiumbeat.com/blog/how-camera-shutters-work/

https://www.youtube.com/watch?v=nxUDHcZl1uo

CCD, CMOS의 원리를 잘 설명해주는 유튜브 영상입니다.

CCD(Charge Coupled Device)는 빛에너지로 발생한 전하를 축적 후 전송하여 최종단에서 전하가 전기신호로 증폭되어 전환됩니다.

여기서 Photo Diode는 빛에너지를 전하로 바꾸어주는 역할을 합니다.

LED는 전하와 정공이 만나 빛에너지를 방출하는데 반대로 생각하시면 편할 거 같습니다.

CMOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)는 빛에너지로 발생된 전하를 바로 전기신호로 증폭하여 전송합니다.

CMOS는 전하를 전송하는 소자가 아니라 디지털 신호를 전송하기 위해 개발된 소자여서 전하의 손실이나 변형이 있습니다.

하지만 기술의 발전으로 노이즈 특성을 제외하곤 화질의 차이는 거의 극복한 상태입니다.    

CMOS는 일반 반도체 공정인 CMOS 공정을 사용하여 가격 경쟁력이 있고 이미지 센서와 주변 회로를 원칩화 할 수 있어 소형화와 관리에 유용합니다.

CMOS는 집적도가 높고 저전력이라 스마트 기기 시장에서 많이 사용됩니다.

마지막으로 CCD, CMOS 장단점을 정리한 표입니다.

최근 CMOS의 단점이 많이 개선되고 낮은 전력 소비, 발열량, 제조단가로 CCD보다는 CMOS가 계속 많이 쓰일 것으로 생각됩니다.

요새 관심이 많은 LED에 대해 써보겠습니다.

LED(Light Emitting Diode)는 발광다이오드라고도 합니다.

LED는 반도체를 이용한 PN접합 구조로 만들어져 있고 여기서 LED는 화합물 반도체입니다.

보통 알고있는 반도체는 한 종류의 원소(실리콘, 게르마늄)로 이루어져 있는 단원소 반도체인데  

LED는 Ga(갈륨), P(인), As(비소) 등을 주로 사용하여 2가지 이상의 원소로 이루어져 있는 반도체입니다. (주로 GaAs, GaP, GaN 등)

그리고 이 2가지 이상의 원소로 이루어져 있는 반도체를 화합물 반도체라고 합니다.

이 원소들의 조합에 의해 LED의 빛의 색이 정해집니다.

이제 LED가 빛을 어떻게 내는지 알아보겠습니다.

우선 LED와 구조가 비슷한 다이오드를 먼저 익히시면 많은 도움이 될겁니다!

http://kkhipp.tistory.com/8?category=794292

위 링크는 다이오드 글입니다.

우선 LED는 PN접합(P형 반도체 + N형 반도체) 반도체 구조인데 P형 반도체에는 정공(Hole)이 많고 N형 반도체에는 자유전자가 많습니다.

이제 정방향으로 전압을 걸어주면 전류가 흐르게 되는데 여기서 불안정한 자유전자와 정공이 결합하게 됩니다.

이때 불안정한 자유전자가 결합하면서 에너지를 방출하는데 이 에너지가 빛에너지 형태로 방출됩니다.

이러한 원리로 LED가 빛을 내는겁니다. 

출처: 위키백과

위 그림은 빛을 내는 과정을 그림으로 표현한 것 입니다.

만약 역방향 바이어스로 전압을 걸어주면 전류가 흐르지 않아 빛이 나오지 않고 

너무 큰 전압을 정방향, 역방향으로 걸어주면 LED가 고장납니다.

LED는 전류가 많이 흐르면 고장이 잘 나기 때문에 회로를 구성할 때 LED에 맞는 저항을 꼭 잘 사용하실길 바랍니다.

LED는 기존의 형광등, 백열등에 비해 많은 장점이 있어 요즘엔 대부분 LED를 사용합니다.

장점

-긴수명 (기존의 형광등, 백열등에 비해 매우 긴 수명을 가지고 있습니다.)

-내구성 (진동, 충격에 강합니다.)

-에너지효율 (저전력이라 에너지 효율이 뛰어납니다.)

-친환경(형광등 수은)

무선 충전 관련해서 인턴을 할때 LED를 많이 사용해봤는데 아주 다양한 LED가 있었습니다.

1W 이상의 아주 밝은 LED가 있었는데 방열판에 땜을 하여 사용했던 기억이 납니다. 

검색해보니 1W 이상의 LED는 하이파워LED라고 부르며 가로등이나 차량 부품으로 많이 사용한다고 합니다.

1W 미만은 미들파워라고 부른다고 합니다.

그리고 그냥 일반 DIP형 LED와 똑같이 생겼는데 LED색이 계속 바뀌는 LED가 있었습니다.

https://www.superbrightleds.com/moreinfo/through-hole/rgb-fast-color-changing-led-2/1041/#tab/Specifications

검색해보니 아주 조그만한 칩이 있어 그 칩이 여러개의 LED를 제어하여 색이 변하는 원리였습니다. 

육안으로는 칩이 확인이 불가능해서 신기했습니다.

제가 최근에 LED에 관심을 가지게 된 이유는 라이파이와 농사 때문입니다.

라이파이는 차세대 통신 방법인데 LED의 깜빡임으로 데이터를 통신하여 인터넷을 사용하는 것입니다.

http://kkhipp.tistory.com/18?category=794295     

라이파이 관련글입니다 참고바랍니다.

그리고 미래에는 농사에 LED가 많이 사용될 것으로 생각됩니다.

LED로 수확의 시기를 조절하고, 수확량을 늘리고 해충의 피해도 줄일 수 있기 때문입니다.

알쓸신잡2에서 들은 이야기로는 자율주행자동차가 사용화되면 차량의 필요 수가 줄어 주차장의 필요가 줄어들게 됩니다.

따라서 지하 주차장의 공간을 다양한 용도로 사용 가능한데 여기서 LED로 농사를 지을수도 있다는 말이 기억에 남습니다. 

공부 출처는 삼성 반도체이야기를 주로 참고했습니다.

반도체의 공정은 크게 8가지로 구성되어 있어 8대공정이라 불립니다.

웨이퍼 공정 - 산화공정 - 포토공정 - 식각공정 - 박막공정 - 금속공정 - EDS 공정 - 패키지 공정

이번 글은 포토공정 , 식각공정에 대해서 다뤄보겠습니다.

포토공정(Photo Lithography)

먼저 포토공정이란 웨이퍼 위에 회로 패턴을 만들어 넣는 기술인데 과정이 

필름카메라로 사진을 찍어 현상하는 방법이랑 동일하여 포토공정이라 부릅니다.

이 현상하는 과정을 간단히 설명하면 빛에 반응하는 물질을 얇게 바른 후 패턴 마스크를 올려두고 

빛을 가해 원하는 패턴을 새기는 형식입니다.

보통 이 패턴은 CAD를 통해 설계합니다. 이 패턴은 순도가 높은 석영을 가공해서 만든 유리판 위에 그려서 마스크로 만들어 집니다.

여기서 이 마스크는 웨이퍼의 크기보다 크게 제작하는데 이 이유는 나중에 빛을 가할 때 먼지의 영향을 축소하기 위함입니다. 

먼저 웨이퍼를 세척 후 감광액을 도포하기 위해 물기를 제거합니다.(Baking 과정) 

그후 웨이퍼에 빛에 반응하는 물질인 감광액을 도포합니다. 이 감광액은 PR(Photo Resist)라고 씁니다.

이 감광액은 Positive PR, Negative PR로 나뉩니다.

Positive PR은 빛에 노출된 부분이 화학적인 분해로 인해 현상액에 제거되고 

Negative PR은 빛에 노출되지 않은 부분이 현상액에 제거됩니다.

미세한 회로 패턴을 얻기 위해서는 감광막이 얇고 균일하며 자외선에 대한 감도가 높아야 합니다.

감광막을 균일하게 얻기 위해서 감광액을 웨이퍼에 놓은 후 웨이퍼를 회전시켜 회전력을 통해서 감광액을 도포합니다.

그 후 Soft bake를 통해 Solvent(PR 보관을 위해 빛에 반응하지 않는 용액)를 제거합니다.

그리고는 웨이퍼를 빛에 반응하게 하는 노광 작업을 진행합니다.

노광 작업 후에는 현상 작업입니다. 

현상 작업은 현상액으로 만약 Positive PR을 사용했다면 빛에 노출된 부분을 제거하고

Negative PR을 사용했다면 빛에 노출되지 않은 부분을 제거합니다.

식각공정

원하는 회로패턴을 구현하는 과정을 식각공정(Etching)이라고 합니다. 포토공정 후 회로를 제외한 부분을 깍아내는 과정이죠.

어릴 때 미술시간 때 해보았던 동판화 에칭과정과 비슷합니다.

동판화 에칭은 동판을 송곳으로 긁어내고 질산으로 부식을 하여 이미지를 만드는 과정입니다.

여기서 반도체 에칭은 송곳 대신 포토공정으로 부식 방지막을 형성하고 

질산 대신 액체(습식)나 기체(건식)으로 회로패턴을 제외한 부분을 제거합니다.

건식이 습식보다 비싸고 까다롭지만 좀 더 미세하고 정확하기 때문에 현재는 건식을 더 많이 사용합니다.

그리고 건식은 비등방성 습식은 등방성입니다.

https://www.el-cat.com/silicon-properties.htm

왼쪽이 비등방성 오른쪽이 등방성입니다.

이 건식 식각은 플라즈마 식각이라고도 합니다.

플라즈마 식각은 진공상태의 챔버에 Gas를 주입하고 전기 에너지를 공급하여 플라즈마를 발생시켜 

이 플라즈마가 회로를 제외한 부분을 제거합니다.

플라즈마란 고체, 액체, 기체와 더불어 제 4의 물질상태로 불리는 상태입니다.

기체상태의 물질에 계속 열을 가해 만든 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체입니다. (네이버 지식백과 두산백과)

쉽게 말해 분자상태가 아니라 이온으로 분리된 상태입니다.

우주는 대부분 플라즈마 상태입니다.

이 플라즈마 식각은 웨이퍼 표면 식각의 균일도, 식각 속도, 식각비, 형상을 중요시 합니다.

여기서 식각비는 식각층의 식각속도/마스크 층, 하부 층의 식각속도 이고 식각비는 클수록 좋습니다. 

다음 글은 박막공정, 금속공정에 대해 알아보겠습니다!! ㅎ

반도체에 관심을 가지게 되면서 메모리에 대해서 정리하고 싶은 마음이 들어서 정리해보았습니다. 

삼성 반도체 이야기가 도움이 많이 되었습니다.

http://makeshare.org/bbs/board.php?bo_table=Parts&wr_id=24

롬 ROM (read only memory)

한 번 기록된 정보를 읽을 수만 있고 수정할 수 없는 메모리입니다. 고정 기억 장치라고도 부릅니다.

롬은 전원이 공급되지 않아도 기록된 정보가 지워지지 않으므로 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory)라고도 합니다.

아이폰 64GB 이런게 롬 ROM 입니다.

롬은 정보를 다시 쓰고 지울 수 있는 방식에 따라 MASK ROM, PROM, EPROM, Flash Memory 등으로 구분됩니다.

MASK ROM은 가장 기본적인 ROM이며 제조과정에서 미리 내용을 기록해 놓은 메모리로, 사용자가 내용을 수정할 수 없는 롬입니다.

PROM은 사용자가 한 번 기록할 수 있는 롬이고,  EPROM은 필요 시 기억된 내용을 지우고 다른 내용을 기록할 수 있는 롬이다. 

EPROM은 강한 자외선으로 데이터를 지우는 UVEPROM, 전기적인 기능으로 데이터를 지우는 EEPROM으로 나뉩니다. 

램 RAM (random access memory)

정보를 기록하고 기록해 둔 정보를 읽거나 수정할 수 있는 메모리입니다.

램은 전원이 끊어지면 기록된 정보도 날아가기 때문에 휘발성 메모리(Volatile Memory)라고도 합니다.

일반적으로 컴퓨터 살 때 4GB 8GB 길다란 막대기 처럼 생긴게 램 RAM 입니다!!

램은 'Random Access Memory'의 약자로 기억된 정보를 읽고 다른 정보를 기억시킬 수도 있습니다. 

어느 위치에 저장된 데이터든지 접근하는데 걸리는 시간이 동일합니다.(하드 디스크, 플로피 디스크는 다릅니다.)

램에 저장되어 있는 데이터는 컴퓨터가 작동하는 동안에만 유지되며, 컴퓨터의 전원이 꺼지면 램에 있는 데이터는 사라집니다.

따라서 램은 주로 컴퓨터의 주기억장치, 응용 프로그램의 일시적 로딩, 데이터의 일시적 저장에 사용됩니다.

대표적인 램의 종류에는 일정 시간마다 자료 유지를 위해 리프레시가 필요한 D램과 

전원이 공급되는 한 기억정보가 유지되는 S램이 있습니다.

D램 (동적 메모리, Dynamic Random Access Memory)

용량이 크고 속도가 빠르기 때문에 컴퓨터의 주력 메모리로 사용되는 램입니다.

D램은 전원이 차단될 경우 저장된 데이터가 소멸되는 휘발성 기억소자이며, 

시간이 지나면서 축적된 전하가 감소되기 때문에 전원이 차단되지 않더라도 저장된 데이터가 자연히 소멸되는 단점이 있습니다.

따라서 D램은 일정 시간마다 데이터를 유지해주는 기능인 리프레시가 필요합니다.

D램은 정보를 저장하는 방인 셀을 가지고 있는데, 메모리셀은 트랜지스터와 커패시터 각각 1개로 구성됩니다. (고밀도 집적에 유리)

커패시터는 전하의 유무에 따라 디지털 정보의 기본 단위인 0 혹은 1이라는 정보를 저장하고 

이 두 숫자를 판별하는 방식으로 데이터를 저장합니다.

하지만, 시간이 지나면서 커패시터의 전자가 누전되어 데이터를 유지하는 시간이 짧아집니다.

이를 방지하기 위해서 커패시터에 주기적으로 리프레시(재생)를 시켜 데이터를 상기시켜 줍니다.

램 종류 중에서는 현재 디램을 주로 쓰고 있습니다. 삼성과 하이닉스가 디램 시장을 잡고 있습니다.

S램 (정적 메모리, Static Random Access Memory)

전원을 공급하는 한 저장된 데이터가 보존되는 램입니다.

S램은 전전원이 공급되는 한 데이터가 보존되기 때문에 D램과 달리 리프레시가 필요없습니다.

S램은 여러 개의 트랜지스터가 하나의 셀을 구성하기 때문에 데이터를 이동시키는 통로가 많아 D램보다 데이터 처리속도가 빠릅니다. (약 5배) 

하지만, 데이터를 저장하는 셀의 크기가 커 동일 면적에 대한 집적도가 낮고 회로구조가 복잡하여 대용량으로 만들기 어렵습니다. 

따라서 같은 집적도의 D램보다 고도화된 기술을 요구하고 이러한 특징들로 인해 가격이 비싸며 그래픽카드 등 

주로 소용량의 메모리로 사용됩니다.

플래시 메모리

전원이 끊겨도 데이터를 보존하는 특성을 가진 반도체입니다.

전원이 꺼지면 기억된 정보를 모두 잃어버리는 메모리 반도체인 D램, S램과 달리 

플래시 메모리는 데이터를 보존하는 비휘발성 메모리의 일종입니다.

플래시 메모리는 전기적인 방법으로 정보를 자유롭게 입출력할 수 있으며, 전력소모가 적고 고속프로그래밍이 가능합니다.

또한 부피가 작고 충격에 강하다는 장점이 있습니다.

일반적으로 D램은 트랜지스터 1개와 커패시터 1개로 셀이 구성되지만, 플래시 메모리는 트랜지스터 1개로 하나의 셀을 구성한다.

전원이 꺼지더라도 저장된 데이터를 보존하는 롬(ROM)의 장점과 정보의 입출력이 자유로운 램(RAM)의 장점을 동시에 가지고 있습니다.

이 때문에 디지털 카메라, MP3, 휴대전화, USB 드라이브 등 휴대형 기기에서 대용량 정보 저장 용도로 사용됩니다.

플래시 메모리는 반도체 칩 내부의 전자회로 형태에 따라 NAND(데이터 저장)형과 NOR(코드 저장)형으로 구분됩니다. 

낸드플래시는 용량을 늘리기에 쉽고, 노어 플래시는 읽기 속도가 빠른 장점을 가지고 있다. 

낸드 플래시 메모리 (NAND Flash Memory)

반도체의 셀이 직렬로 배열되어 있는 플래시 메모리의 한 종류입니다.

낸드 플래시는 저장단위인 셀을 수직으로 배열하는 구조이기 때문에 좁은 면적에 많은 셀을 만들 수 있어 대용량화가 가능합니다. 

또한 데이터를 순차적으로 찾아가 읽기 때문에 노어 플래시보다 읽기 속도는 느리지만, 

별도로 셀의 주소를 기억할 필요가 없어 쓰기속도는 훨씬 빠릅니다.

이처럼 낸드 플래시는 소형화, 대용량화가 가능하기 때문에 다양한 모바일 기기 및 전자제품의 저장장치로 사용되고 있다.

삼성이 현재 시장을 잡고 있습니다.

노어 플래시 메모리 (NOR Flash Memory)

반도체의 셀이 병렬로 배열되어 있는 플래시 메모리의 한 종류입니다.

노어 플래시는셀을 병렬로 배열하는 구조이기 때문에 데이터를 빨리 찾을 수 있어 

낸드 플래시보다 읽기속도가 빠르고 데이터의 안전성이 우수합니다. 

하지만 각 셀의 주소를 기억해야 하기 때문에 회로가 복잡하고, 

이로 인해 데이터를 저장할 수 있는 공간이 좁아 대용량화가 어렵습니다. 

또한 셀의 주소를 찾아 써야하기 때문에 낸드 플래시보다 쓰기속도가 느립니다.

메모리 최강자 한국 짱짱~~~

이번 글은 반도체 집적회로의 제조공정에 대해서 알아보겠습니다.

공부 출처는 삼성 반도체이야기를 주로 참고했습니다.

먼저 집적회로(IC)는 하나의 기판에 트랜지스터, 저항, 콘덴서, 다이오드 등을 초소형으로 집적으로 회로를 구성한 칩을 말합니다. 

장점은 소형화, 가격 절감, 기능 확대가 있고 단점은 전압, 전류, 열에 약하다는 단점이 있습니다.

전압, 전류, 열 같은 경우 제품을 만들 때 중요하기 때문에 DataSheet를 보고 유의하여 살펴봐야합니다.

반도체의 공정은 크게 8가지로 구성되어 있어 8대공정이라 불립니다.

웨이퍼 공정 - 산화공정 - 포토공정 - 식각공정 - 박막공정 - 금속공정 - EDS 공정 - 패키지 공정

웨이퍼 공정

웨이퍼(Wafer)란?

웨이퍼란 반도체 소자 제조의 재료입니다. 실리콘(Si), 갈륨아세나이드(GaAs)등을 성장시켜 얻은 

단결정 기둥(잉곳, Ingot)을 얇게 썬 원판입니다.

이 원판은 집적회로를 새기기 위한 도화지라고 보시면 됩니다.

실리콘을 모래에서 추출한 다음 정제과정이 필요합니다. 그래서 실리콘을 녹인 후 정제하여 실리콘 용액을 만든 후에 

실리콘 기둥 즉 잉곳을 만듭니다.

실리콘을 녹이는 온도는 약 1400도이고 녹인 후 결정을 성장시키는 데에는 쵸크랄스키법(CZ,Czochralski) 성장법, 

플로팅 존(FZ,Float zone) 성장법을 주로 이용합니다. 

우선 잉곳의 양 끝을 절단한 후 원판형으로 자르기 위해 원통 바깥쪽의 울퉁불퉁한 부분을 잘라냅니다.

그 후 다이아몬드나 와이어로 얇게 썰어내 웨이퍼를 만들어 냅니다.

그리고 원하는 두께로 깎아내는 래핑(Lapping), 모서리를 깎아내는 엣지 그라인딩 , 연마(Polishing)과정이 있습니다.

연마 과정은 깎아낸 웨이퍼 표면에 흠이 많고 거칠어서 IC으로 바로 사용할 수 없기 때문에 합니다.

그리고 이 웨이퍼의 크기가 크면 클수록 한 번에 생산할 수 있는 IC칩수가 증가합니다. 

산화공정

산화공정은 웨이퍼 표면을 보호하기 위해 웨이퍼 표면에 산화막(SiO2)을 형성하는 과정입니다.

순수한 실리콘 웨이퍼는 부도체이기 때문에 불순물을 주입하여 반도체의 성질을 갖게 해야합니다.

산화막은 원하지 않는 불순물의 침입을 막게 해줍니다.

이 산화막은 오염물질이나 불순물로부터 웨이퍼 표면을 보호해줍니다. 

오염물질이나 불순물이 실리콘에 침투하게 되면 비저항, 전도율, 전기적 특성이 변화하여 산화막은 중요한 역할을 합니다.

이런 산화막이 형성되는 두께에는 도핑농도, 압력, 시간, 온도와 같은 여러 변수가 적용됩니다.

산화막을 형성하기 전에 표면 불순물을 제거하는 Wafer Cleaning 과정이 있습니다.

일반적으로 산화막은 약 1000도에서 수증기나 산소와 같은 산화제를 웨이퍼 표면에 뿌려 형성합니다.

산소를 산화제로 쓰는 경우 건식 산화(Dry oxidation) 수증기를 산화제로 쓰는 경우 습식 산화(Wet oxidation)으로 분류합니다.

건식 산화는 습식 산화보다 속도는 느리지만 산화막의 질이 좋다는 장점이 있습니다. 

건식 산화는 산화막을 얇게 만들 때 주로 사용합니다. 

습식 산화는 속도가 빠르고 산소와 수증기 모두 사용하므로 두꺼운 산화막을 만들 때 주로 사용합니다.