- 1독1행
herbooks
- 작성일
- 2017.9.29
반도체란 무엇인가
- 글쓴이
- 유영준 저
(재)파이터치연구원
'반도체'용어는 일상생활에서 자주 듣기 때문에 익숙하지만 막상 '반도체'가 뭐냐는 질문에 입이 막히고 머리부터 발끝까지 하얀 방진복을 입고 눈만 내놓은 사람들이 동그란 판을 들고 이리저리 돌려보는 영상 밖에 떠오르지가 않네요. 냉장고, 세탁기, TV power, 바코드 프린트, 어댑터, 자동차 등등 반도체는 다양하게 사용되고 있지만, 막상 소비자의 눈에 보이지는 않기 때문에 가까우면서도 멀게 느껴집니다. '반도체의 정체'에 대해 알고 싶어 책을 읽게 되었습니다. 정확히는 '반도체 소자'라고 합니다. 요즘 너도나도 외치고 있는 4차 산업혁명 이라는 것도 하드웨어인 반도체, 소프트웨어인 인공지능, 그리고 센서가 바탕이 돼야 비로소 실현될 수 있다고 합니다. 그래서 요즘 반도체 주가가 오르는 건가요?
반도체란?
전기가 잘 통하는 물체를 도체, 전기가 통하지 않는 물체를 절연체라고 하며 그 사이에 존재하는 것이 반도체라고 합니다. 반도체는 Si 단결정에 미량의 불순물(B, An, In, P 등)을 첨가하면 P형 반도체 (양전하)와 N형 반도체 (음전하)로 나뉩니다. 불순물에 따라 전기적 특성이 변하는 성질을 가지고 있는 것이 반도체의 특징이라고 할 수 있습니다.
반도체 소자는 배열 방법에 따라 Bipolar transistor와 FET으로 분류됩니다.
반도체 제조공정?
TV에서 방진복을 입은 사람들이 들고 있는 동그란 원판이 Wafer입니다. Wafer를 만들기 위해서 필요한 원료가 Si입니다. Si는 질량 기준으로 지구 표면의 28%를 점하는 원소로서 규석(SiO2) 의 형태로 존재합니다. 규소는 산소와 대단히 큰 힘으로 결합되어 있기 때문에 분리하기 위해 방대한 에너지가 필요합니다. 금속 Si를 다결정 Si로 만들고 다시 이것은 단결정 Si 봉(Ingot)으로 만들어 얇은 원판으로 절단한 것이 Wafer 가 됩니다. Si 단결정 봉은 보통 그 길이가 2m, 무게는 338kg 정도 (12인치)입니다. 상하 양단의 불필요한 부분을 제거한 뒤 단결정 Si 원통을 몇 개의 블록으로 절단합니다. 현재 wafer는 300mm (12인치)가 중심이 되고 있으나 2020년 정도에는 450 mm (18인치)가 등장할 것으로 예측되고 있다고 합니다. Wafer가 대형화되면 생산 비용이 더욱 절감됩니다. 현재 반도체 가격은 생산비용 절감과 자동화로 아주 낮아졌습니다. 그렇기 때문에 반도체 산업의 경쟁은 굉장히 치열합니다. 기술은 더 고도로 집적되고 가격은 더 낮아지고 있죠.
Wafer fabrication 사진 현상 및 인화와 비슷하다고 할 수 있다. Photomask의 pattern 을 wafer에 전사하는 process 가 인쇄 공정과 비슷하기 때문이다. 여기에서 mask는 사진 film에 해당하고 wafer는 인화지에 해당한다고 볼 수 있다.
Wafer fabrication (웨이퍼 가공)은 설계한 전자회로를 웨이퍼로 옮기는 과정이라고 생각하면 됩니다.
Wafer fabrication 제조 공정
① 회로설계
② Photomask 제작
③ 박막 형성
④ Photoresist 도포
⑤ 노광, pattern 형성
⑥ 현상, etching
⑦ 확산, 이온 주입
⑧ 평탄화
⑨ 배선, 전극형성
⑩ 검사
반도체 조립?
전자회로를 웨이퍼에 설계하고 나면, 동그란 원 안에 작은 네모가 빽빽하게 들어차 있는 모양이 꼭 와플 같습니다. 제품으로 유통하기 위해서는 조립공정이 필요합니다. 네모난 Chip을 잘라서, 포장하는 것이 조립공정입니다.
① Wafer scribing : Wafer fabrication 을 거쳐 완성된 Wafer로부터 chip을 1개씩 cutting.
② Chip mounting : cutting 한 chip을 Lead frame에 장착.
③ Wire bonding : Lead frame과 chip을 전기적으로 접속.
④ Packaging/sealing : Packaging 이란 wire bonding이 끝난 후 resin으로 몰딩 하는 공정을 말합니다. 그 목적은 기계적인 충격에 chip이나 wire를 보호함과 동시에 chip 표면에 수분이나 먼지가 들어가 특성을 악화시키는 것을 방지하기 위한 조치
⑤ Marking : Package 에 제품 생산 일정이나 제조사 등의 정보를 인쇄 혹은 레이저로 표시합니다.
<반도체란 무엇인가> 책을 읽은 후, 가깝지만 멀게 느껴졌던 반도체의 제조 공정을 알게 되어서 조금은 저에게 유령 같았던 반도체가 손에 잡히는 것 같습니다. 전문용어가 많아서 어렵기는 하지만 평소에 반도체에 대해서 궁금했던 분들이 읽어보면 궁금증이 많이 해소될 것 같습니다.
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- 작성일
- 2023.04.26
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