반도체 산업은 현대 문명의 쌀이라고 불릴 만큼 중요하지만, 그 제조 과정은 마치 신의 영역처럼 복잡하게 느껴지곤 합니다. 뉴스에서 흔히 접하는 '3나노 공정', 'EUV 노광', 'HBM 패키징' 같은 용어들도 사실 반도체 8대 공정이라는 큰 틀 안에서 움직입니다.
저는 반도체 전공자는 아니지만, 관련 자료를 꾸준히 정리하며 공정 흐름을 이해하려 노력해 왔습니다. 이 글은 저와 같은 비전공자의 시선에서 전체 공정을 한 번에 이해할 수 있도록 그동안의 공부 내용을 정리한 결과물입니다.
1. 웨이퍼 제조 (Wafer Fabrication): 반도체의 토양 만들기
모든 요리의 시작은 재료 준비입니다. 반도체에서는 실리콘(모래)을 녹여 만든 순도 높은 기둥인 '잉곳'을 아주 얇게 슬라이스한 '웨이퍼'가 그 재료입니다. 칩을 그리기 위한 가장 깨끗한 도화지를 준비하는 단계라고 이해하시면 쉽습니다.
2. 산화 공정 (Oxidation): 든든한 보호막 입히기
웨이퍼 표면에 얇은 산화막을 형성하는 단계입니다. 이 막은 공정 중 발생하는 불순물로부터 회로를 보호하고, 전자가 원치 않는 곳으로 새지 않게 막아주는 절연체 역할을 합니다. 건물이 합선되지 않게 전선에 피복을 입히는 것과 비슷합니다.
3. 포토 공정 (Photolithography): 빛으로 그리는 설계도
반도체 공정 중 가장 핵심적인 단계입니다. 사진을 인화하듯, 웨이퍼 위에 빛에 반응하는 액체를 바르고 아주 미세한 회로 설계도를 찍어냅니다. 최근 삼성이 강조하는 EUV(극자외선) 장비가 바로 이 그림을 아주 세밀하게 그리기 위해 사용됩니다.
4. 식각 공정 (Etching): 필요한 회로만 남기기
밑그림을 그렸으니 이제 필요 없는 부분을 도려내야 합니다. 식각은 가스나 화학 용액을 이용해 회로 패턴이 없는 부분을 정교하게 깎아내는 과정입니다. 조각가가 불필요한 돌을 깎아내어 작품을 만드는 과정과 매우 흡사합니다.
5. 증착 및 이온 주입 (Deposition & Ion Implantation): 생명력 불어넣기
회로를 깎아낸 자리에 원자 단위의 얇은 막을 입히고(증착), 전기가 흐를 수 있게 특정 불순물을 집어넣습니다(이온 주입). 이 과정을 거쳐야 비로소 아무런 반응이 없던 실리콘 판이 '전기 신호'에 반응하는 반도체가 됩니다.
6. 금속 배선 공정 (Metal Interconnect): 전기 고속도로 연결
개별적으로 만들어진 소자들을 전선으로 연결해 주는 작업입니다. 전도성이 뛰어난 구리나 알루미늄을 사용하여 소자와 소자 사이에 신호가 다닐 수 있는 길을 닦아줍니다. 칩 내부의 혈관을 이어주는 과정이라고 볼 수 있습니다.
7. EDS 공정 (Electrical Die Sorting): 불량품 골라내기
가공이 끝난 웨이퍼 위의 칩들이 제대로 작동하는지 검사합니다. 여기서 불량품을 미리 골라내야 다음 단계인 패키징 비용을 낭비하지 않습니다. 기업의 이익률과 직결되는 '수율'이 바로 이 단계에서 판가름 납니다.
8. 패키징 공정 (Packaging): 옷 입히고 보호하기
마지막으로 완성된 칩을 보호용 케이스에 넣고 외부 기기와 통신할 수 있는 단자를 만듭니다. 최근에는 칩을 수직으로 쌓아 성능을 높이는 'HBM' 기술 등이 주목받으면서, 단순한 포장을 넘어 반도체 성능을 결정짓는 핵심 공정으로 떠올랐습니다.
결론: 8대 공정의 유기적인 흐름이 반도체 경쟁력을 만듭니다
반도체는 어느 한 공정만 잘해서는 완성될 수 없습니다. 8가지 단계가 톱니바퀴처럼 완벽하게 맞물려야 비로소 우리 손안의 스마트폰과 AI 혁명이 가능해집니다.
본 포스팅은 흩어져 있던 방대한 반도체 기술 자료들을 '제조 흐름'이라는 하나의 관점으로 재구성하여, 입문자들이 정보의 바다에서 길을 잃지 않도록 돕기 위해 작성되었습니다. 이 글을 통해 전체적인 계통을 이해하셨다면, 이제 각 공정별로 깊이 있게 분석한 제 블로그의 세부 포스팅들을 통해 더욱 전문적인 지식을 탐구해 보시길 권장합니다.