반도체 제조 및 관련 용어 (원재료, 제조 공정, 장비, 최신 동향 등)

 

 
반도체 제조는 여러 단계로 구성된 정밀한 공정이며, 원재료, 공정, 장비, 레시피 등에 대한 개념을 이해하는 것이 중요합니다. 아래에서 각각의 내용을 정리해 줄게요.

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1. 반도체 원재료

반도체는 기본적으로 실리콘(Si)을 주 원료로 사용합니다. 하지만 다양한 소재가 사용됩니다.

• 실리콘 웨이퍼 (Silicon Wafer):
  • 반도체 칩의 기본이 되는 얇은 실리콘 원판
  • 실리콘 잉곳(Silicon Ingot, 실리콘 기둥)을 절단해 제작
  • 단결정 실리콘이 주로 사용됨 (Czochralski 방법으로 성장)
• 포토레지스트 (Photoresist, PR):
  • 빛(자외선, EUV 등)에 반응하는 감광액으로, 패턴을 형성하는 데 사용
• 도펀트 (Dopant, 불순물 원소):
  • 실리콘에 전기적 특성을 부여하기 위해 첨가하는 원소
  • 예: 인(P), 붕소(B), 비소(As) 등
• 금속 및 절연 물질:
  • 금속 배선: 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등
  • 절연체: 실리콘 산화물(SiO₂), 실리콘 질화물(Si₃N₄) 등

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2. 반도체 공정 (Semiconductor Process)

반도체 제조는 여러 개의 주요 공정으로 나뉩니다.

1. 웨이퍼 제조 (Wafer Fabrication)
   • 실리콘 잉곳을 성장시켜 얇은 웨이퍼로 절단하고 연마
2. 산화 (Oxidation)
   • 웨이퍼 표면에 산화막(SiO₂)을 형성하여 보호막 역할 수행
3. 포토리소그래피 (Photolithography)
   • 감광액(포토레지스트) 도포 → 빛을 이용해 패턴 노광 → 현상
4. 식각 (Etching)
   • 포토리소그래피로 형성된 패턴을 따라 불필요한 부분을 제거
   • 습식 식각 (Wet Etching): 화학 용액 사용
   • 건식 식각 (Dry Etching, 플라즈마 식각): 플라즈마 이용
5. 이온 주입 (Ion Implantation) & 확산 (Diffusion)
   • 특정 영역에 도펀트 주입 → 전기적 특성 부여
6. 증착 (Deposition)
   • 박막을 웨이퍼에 형성하는 과정
   • CVD(Chemical Vapor Deposition) / PVD(Physical Vapor Deposition) 방식이 있음
7. 금속 배선 (Metallization)
   • 칩 내부의 트랜지스터, 회로 간 연결을 위한 금속 배선 형성
8. 패키징 (Packaging) & 테스트 (Testing)
   • 웨이퍼에서 칩을 개별 단위로 절단 후 보호 패키징
   • 전기적 테스트 진행

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3. 반도체 장비 (Semiconductor Equipment)

반도체 제조 공정에는 다양한 고가의 장비들이 사용됩니다.

• 포토리소그래피 장비: ASML(네덜란드)사의 EUV(Extreme Ultraviolet) 장비가 대표적
• 식각 장비: Lam Research, TEL(Tokyo Electron)
• 증착 장비: Applied Materials, Lam Research
• 이온 주입기: Applied Materials, Axcelis
• 세정(Wafer Cleaning) 장비: SCREEN, KLA

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4. 반도체 레시피 (Semiconductor Recipe)

레시피는 반도체 공정에서 각 장비가 수행해야 하는 조건과 설정값을 의미합니다.

• 포토리소그래피 레시피: 노광 시간, 빛의 세기, 현상 조건 등
• 식각 레시피: 플라즈마 가스 종류, 압력, 온도, 시간 등
• 증착 레시피: 증착 속도, 온도, 가스 조성 등
• 이온 주입 레시피: 주입할 도펀트 종류, 에너지 레벨 등

각 반도체 기업은 자사의 공정 레시피를 철저히 관리하며 기밀로 유지합니다.

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5. 반도체 관련 용어 정리

• EUV (Extreme Ultraviolet): 첨단 노광 공정에서 사용하는 초미세 패턴 형성용 광원
• CMP (Chemical Mechanical Planarization): 웨이퍼 표면을 평탄화하는 공정
• Node (노드): 반도체 제조 공정의 선폭(예: 3nm, 5nm 등)
• Yield (수율): 생산된 웨이퍼 중 정상 작동하는 칩의 비율
• Foundry (파운드리): 반도체 제조 위탁 생산업체 (예: TSMC, 삼성전자)
• Fab (Fabrication Plant): 반도체 제조 공장이며, 클린룸 환경에서 생산 진행
• Mask (마스크): 웨이퍼에 회로 패턴을 형성할 때 사용하는 템플릿

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6. 최신 반도체 동향

최근 반도체 업계에서는

• AI 반도체 (NPU, TPU) 개발 증가
• 3nm 이하 초미세 공정 경쟁 심화 (TSMC, 삼성, 인텔 등)
• 차세대 반도체 소재 (GaN, SiC) 연구 진행
• EUV 공정 확산

등이 주요 이슈입니다.

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반도체는 매우 복잡한 산업이지만, 기본적인 개념을 이해하면 더 쉽게 접근할 수 있습니다.