[반도체] 반도체 제작공정은 어떻게 될까? <반도체 슈퍼사이클을 준비하며>

지난번 전력반도체에 대해 공부하다보니 전기자동차에 더욱 적합한 SiC(탄화규소) 전력반도체에 대해 더 살펴봐야겠다는 생각이 들었습니다. SiC 관련회사들에 대해 찾아보고 싶었는데 그보다 먼저 SiC 전력반도체 제작 공정을 확인 해야 할 것 같아 찾아 보았습니다. 

▶지난글 : 전력반도체는 무엇? mytrivia.tistory.com/186

[반도체] 전력 반도체는 무엇? <반도체 슈퍼사이클을 준비하며>

■ 반도체 제작공정

생각보다 자료를 찾기가 쉽지 않아 일반 Si(실리콘, 규소) 반도체 제작공정을 참고하였습니다. 큰 틀에서의 제작 공정은 동일합니다만, 소재의 차이로 인해 세부공정이 다릅니다. 

SiC 원료에서 전력반도체까지의 공정 / 출처. GTAT 홈페이지 gtat.com

1. 잉곳(주괴, Ingot) 만들기
   실리콘과, 카바이드 파우더를 가공하여 SiC 제품을 만들고 제작과정에서 생기는 위,아래의 볼록한 부분을 제거하여 SiC 웨이퍼로 만들기 전의  1차 가공품을 만듭니다.  
   *GTAT는 이런 1차 가공품인 CrystX라는 SiC(탄화규소, 실리콘카바이드) 제품을 제공하는 회사입니다.
2. 얇은 웨이퍼를 만들기 위해 잉곳 절단하기(Wafer slicing)
   다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 써는 작업입니다. 잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정하고, 두께가 얇을 수록 제조원가가 줄어들며, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증가합니다
3. 웨이퍼 표면 연마(Lapping & Polishing)
   절단된 웨이퍼의 표면을 흠결이 없고 매끄럽게 만들기 위해 연마하는 단계 입니다
4. 에피택시(EPITAXY)
   연마 된 웨이퍼 위에 수 마이크로 미터의 단일 탄화규소 결정 층을 추가합니다. 
5. 반도체 제조(DEVICE FABRICATION)
   1) 웨이퍼에 회로를 그리고(포토 리소그래피, Photo Lithography)
   2) 회로 패턴을 제외한 부분을 제거하는 식각(Etching)작업
   3) 회로간의 구분과 연결, 보호 역할을 하는 박막(Thin film)을 형성하는 과정 - 동시에 이온주입을 통해 반도체가 전기적 성질을 가지가 하도록 합니다
   4) 회로 패턴에 따라 전기신호가 잘 전달 되도록 전기길(금속선)을 연결하는 작업
   
   
6. 웨이퍼 절단(WAFER DICING)
   웨이퍼를 다이아몬드 톱이나 레이저 광선을 이용해 낱개의 칩으로 분리하는 과정
7. 패키징(DEVICE PACKAGING)
   1) 리드프레임 또는 PCB에 칩을 옮겨 접착
   2) 와이어본딩 또는 플립 칩 방식 등을 이용한 기판과 칩을 연결
   3) 원하는 형태의 패키지로 만들기 위한 성형(몰딩) - 우리가 보는 반도체의 모습
   4) 완제품 형태의 반도체의 불량 유무를 선별하는 패키지 테스트/파이널 테스트 

■ 반도체 제작공정을 바탕으로 한 반도체 생태계 정리

반도체 사업에는 웨이퍼를 생산하는 웨이퍼 산업(1~4번 공정)과 웨이퍼를 자재로 해 2)회로를 설계하고 3)제조하는 웨이퍼 가공산업인 팹(FAB, Fabrication) 산업이 있습니다. 또한, 4)가공된 웨이퍼를 가져다가 다이를 잘라서 습기나 압력에 보호받게 포장(package)하는 어셈블리(assembly) 사업도 있습니다. 그리고 이렇게 5)생산 된 반도체를 판매, 유통하는 산업까지 반도체 생태계가 구성되어 있습니다. 

출처. 삼성반도체 이야기