반도체는 앞으로 미래성장에 꼭 필요한 요소이며 앞으로 다양한 산업에 쓰일 산업으로 지금부터 반도체를 생산하는 데 있어 과정이 어떻게 되는지 살펴보도록 하겠습니다.
반도체 장비
반도체 사업을 하려면 반도체 장비가 필요합니다. 반도체는 기술이 고도로 필요료 하고 성공하였을 때 가져오는 금액이 크기 때문에 반도체 장비에 투자를 많이 합니다. 그래서 반도체 회사들은 한번 장비를 구입하게 되면 10년, 15년 사용하는 곳이 없고 D랩은 4년에 한 번씩 장비를 바꿔 소모품처럼 써야 합니다. 이처럼 장비회사들은 계속 지속적을 판매를 할 수 있고 앞으로 반도체 시장이 계속 커지게 되면서 반도체 장비들도 계속 많은 수요가 필요로 하게 되어 장비회사들이 돈을 벌 수밖에 없는 구조입니다.
반도체 파운드리
반도체 파운드리는 다른 회사, 일반적으로 팹리스 반도체 회사에서 제공한 설계를 기반으로 위탁 제조하여 집적 회로(IC) 또는 마이크로칩 제조를 전문으로 하는 회사입니다. 이러한 파운드리는 종종 소규모 반도체 회사의 손이 닿지 않는 고급 제조 공정 및 장비를 사용하여 칩을 대량으로 제조할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 글로벌 반도체 파운드리 시장은 2026년까지 622억 달러에 달할 것으로 예상되며, 2021년부터 2026년까지 연평균 성장률(CAGR) 6.75%로 성장할 것으로 예상됩니다.
반도체 파운드리 시장의 주요 업체로는 1위 TSMC, 2위 삼성전자, 3위 UMC(대만), 4위 글로벌 파운드리(GlobalFoundries), 5위 SMIC(중국), 6위 화홍(중국)가 있습니다. 세계 최대의 파운드리 회사인 TSMC는 애플, 퀼컴, 엔비디아 같은 주요 고객을 보유하고 있습니다. 고객이 많아야 더 많은 고객사를 가지고 올 수 있습니다. 지금 현재 tsmc와 삼성이 고객사를 보유하고 있지만 대부분의 고객사를 TSMC가 독점하고 있습니다.
반도체 공정
1. 반도체 웨이퍼 공정 -
반도체 웨이퍼는 반도체 집적회로의 중요한 부분입니다. 일반적으로 실리콘으로 만들어진 반도체 재료의 얇은 조각으로 다양한 제조 공정을 사용하여 전자 장치를 제작합니다. 웨이퍼는 칩이라고 하는 많은 작은 전자 회로로 나뉘며, 각 회로는 스크라이브 라인으로 알려진 비기능 공간으로 분리되어 있습니다.
2. 반도체 산화공정 - 웨이퍼 위에 산소와 열을 가함
반도체 제조의 필수 공정 중 하나는 산화 공정입니다. 이 과정에서 웨이퍼를 고온에서 산소 함유 가스에 노출시켜 얇은 이산화규소(SiO2) 층을 웨이퍼 표면에 생성합니다. 산화막은 회로간 누설 전류를 차단하는 절연막 역할을 하며 이온 주입 및 식각과 같은 후속 공정에서 실리콘 웨이퍼를 보호합니다
3. 포토리소그래피 공정 - 마스크를 활용 빛으로 회로를 그림
반도체 포토리소그래피 공정은 포토마스크를 사용하여 반도체 웨이퍼에 패턴을 생성하는 것을 포함합니다. 포토마스크는 패턴을 식각한 유리판으로 웨이퍼에 패턴을 전사하는 스텐실로 사용된다. 웨이퍼는 빛에 민감한 포토레지스트 층으로 코팅되고 포토마스크는 웨이퍼 위에 놓입니다. 빛은 포토마스크를 통해 포토레지스트에 비추어 포토레지스트를 용해성 또는 불용성으로 만드는 화학반응을 일으킵니다.
그런 다음 포토레지스트의 용해성 부분이 제거되어 반도체 장치의 다양한 구성 요소를 생성하는 데 사용할 수 있는 패턴을 웨이퍼에 남깁니다. 이 공정은 원하는 회로 패턴이 얻어질 때까지 다양한 포토마스크와 포토레지스트 층으로 여러 번 반복됩니다.
4.식각공정 - 물 또는 공기로 산화막을 제거
반도체 제조의 식각 공정은 생산 중에 웨이퍼 표면에서 층을 화학적으로 제거하는 데 사용되는 미세 가공 기술입니다. 에칭에는 습식 에칭과 건식 에칭의 두 가지 유형이 있습니다. 습식 에칭은 화학반응을 사용하여 특정 필름을 선택적으로 제거하는 반면 건식 에칭은 물리적 및 화학적 기술을 조합하여 재료를 제거합니다. 건식 식각에서 플라스마 또는 반응 가스는 웨이퍼 표면에서 물질을 제거하는 데 사용됩니다.
식각 공정은 반도체 제조 공정에서 필수적인 단계로, 일반적으로 웨이퍼 표면을 패턴화하기 위해 마스크를 사용하는 리소그래피 공정이 선행됩니다. 그런 다음 패턴 웨이퍼를 화학조에 넣고 웨이퍼의 노출된 부분을 식각 하여 원하는 패턴을 남깁니다. 식각 공정에서 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 식각 속도를 균일하게 유지하는 것은 식각 깊이를 일정하게 유지하는 데 매우 중요합니다. 따라서 프로세스의 이러한 측면에 특별한 주의를 기울이는 것이 필수적입니다.
5. 증착 / 이온주입 - 전기가 흐르게 불순물 제거
반도체 증착/이온 주입 공정은 반도체 제조에서 중요한 단계로서 일반적으로 화학 기상 증착(CVD)이라는 기술을 사용하여 기판에 박막 재료를 증착하여 쌓는 작업을 포함합니다. 이 공정 동안 기판은 하나 이상의 휘발성 전구체에 노출되어 기판 표면에 반응하여 고체 물질을 형성합니다.
이온 주입은 전기가 흐르게 불순물(붕소, 인)을 넣는 공정으로 이 프로세스는 반도체 재료의 결정 격자에 도펀트 원자를 도입하기 위해 이온 주입을 사용하는 것을 포함합니다. 이렇게 하면 재료에 전하가 과도하거나 부족한 영역이 생성되어 전기 전도성을 제어하는 데 사용할 수 있습니다
6. 금속배선
반도체 금속 배선 공정은 트랜지스터 및 기타 능동 소자가 반도체 웨이퍼에 형성된 후 기능 회로를 형성하기 위해 연결되어야 합니다. 이것은 장치의 다른 부분 간에 신호를 전달하는 "배선" 역할을 하는 금속 상호 연결을 사용하여 수행됩니다.
금속 인터커넥트 공정은 웨이퍼 표면에 금속층(일반적으로 알루미늄 또는 구리)을 증착하고 금속층을 패터닝하여 원하는 회로 레이아웃을 생성한 다음 표면을 평탄화하여 금속과 금속 사이의 양호한 접촉을 보장하는 여러 단계를 포함합니다. 산화, 포토, 식각, 세정, 증착등 무한 반복해서 232단계까지 쌓아 올려 이과정이 한 달 이상이 소요되어 가격이 비싸게 책정되어집니다.
7. EDS공정 - 불량확인
EDS 공정은 Electrical Die Sorting의 약자로, 거의 완성된 웨이퍼의 개별 칩을 검사하여 전기적 특성검사를 통해 불량확인을 하고 수율과 직결되고 불량품 수선 가능한 분류여부도 확인합니다.
8. 패키징 - 껍데기를 씌우는 작업
반도체 패키징은 반도체 다이를 보호하고 전자 장치에 연결하는 과정으로 패키징에는 칩이 외부 세계와 신호를 교환하고 고온 및 습도와 같은 외부 요소로부터 칩을 보호하기 위한 "도로" 생성이 포함됩니다.
결론적으로, 반도체는 장비를 소모품처럼 주기마다 바꿔줘야 하고 TSMC나 삼성과 같은 반도체 회사에 설계를 기반으로하여 위탁생산을 하여 여러 공정을 거쳐 생산을 하고 있습니다.
반도체가 사용되는 대표산업 10가지
반도체는 전기 전도성 특성으로 인해 다양한 산업분야에서 사용됩니다. 다음은 반도체가 주로 사용되는 대표산업 10가지에 대해 자세히 알아보겠습니다. 1. 전자 산업 반도체는 전자 산업의 필
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