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[반도체 공정] 반도체? 이 정도는 알고 가야지: 

(8)Wafer test & Packaging 공정

SK하이닉스 취준생이라면 꼭 알아야하는 반도체 공정! 7번째 공정 포스팅에 이어, 마지막 공정 관련 포스팅을 준비했습니다. 함께 알아볼까요?


SK Careers Editor 한수정


여러분 다들 한 번쯤은 남자친구 혹은 여자친구에게 줄 편지와 선물 준비해보신 적 있으시죠? (잠시 눈물을 닦아봅시다..) 반도체를 완성하기 위한 마지막 두 공정이 이와 매우 비슷한데요.



선물을 주기 전에 정성스레 쓴 편지에 오탈자는 없는지, 빠진 선물은 없는지, 케이크의 상태는 양호한지 최종적으로 체크하는 단계 ☞ 반도체 공정에서는 “Wafer TEST공정”



포장은 선물의 완성! 선물을 주기 전 꼼꼼한 포장하는 단계  반도체 공정에서는 “Packaging”




# Wafer TEST공정이란?

 Wafer TEST공정은 웨이퍼 상태에서 여러가지의 검사를 통해 각 칩들의 상태를 확인하는 과정을 말합니다. 지난 컨텐츠에서 살펴 본 공정과 최종적인 제품의 형태를 갖추는 패키징 공정 사이에 진행되는데요. 이 과정을 통해 웨이퍼 상태의 반도체 칩의 불량여부를 선별할 수 있고, 설계 상의 문제점이나 제조 상의 문제점을 발견해 수정할 수 있습니다. Wafer TEST공정을 거치면 이후 진행되는 패키징 공정 작업의 효율이 높아집니다.


# Wafer TEST공정의 네 단계

 Wafer TEST공정은 반도체의 수율을 높이기 위해 반드시 필요한 공정입니다. 수율은 쉽게 말해 웨이퍼 한 장에서 사용할 수 있는 정상적인 칩 수를 계산한 것인데요. 수율이 높을수록 생산성이 높다는 의미가 됩니다. 그러므로 높은 수율을 얻는 것은 매우 중요합니다. 그렇다면 Wafer TEST공정은 크게 어떻게 이루어져 있을까요?


 

1) EPM & WFBI

 EPM은 Electrical Parameter Monitoring의 약자로 반도체 직접회로(IC) 동작에 필요한 개별소자들의 전기적 직류 전압, 전류 특성의 파라미터를 테스트해 잘 작동하는지를 판별하는 과정입니다. WFBI는 Wafer Burn In의 약자로 웨이퍼에 일정 온도의 열을 가한 다음 AC/DC 전압을 가해 잠재적 불량 요인을 찾아내는 과정입니다. 이 두 과정을 통해 제품 초기에 발생하는 높은 불량률을 효과적으로 제거할 수 있습니다.


2) Hot & Cold Test

 전기적 신호를 통해 웨이퍼 상의 각 칩들에 이상이 있는지 판정합니다. 이상이 있는 칩 중 수선이 가능한 것들은 수선 공정에서 처리할 수 있도록 정보를 저장하는데요. 이 때, 특정 온도에서 발생하는 불량을 판별하기 위해 높은 온도 혹은 낮은 온도에서 테스트합니다.


3) Repair & Final Test

불량품에 대해서는 Electrical Rupture를 통해 Repair하고, 수선이 끝나면 Final Test를 통해 수선이 제대로 이루어졌는지 검증하고 양품인지 불량품인지를 최종적으로 판단합니다.


4) Inking

말 그대로 ‘잉크를 찍는 공정’입니다. 불량 칩에 특수 잉크를 찍어 육안으로 불량칩을 식별할 수 있도록 하는 과정인데, 과거에는 실제 잉크를 찍었지만 현재는 실제 잉크를 찍지 않고 전산화하여 관리하고 있습니다. 불량으로 전산 처리된 칩은 조립 작업이 진행되지 않으므로 시간이나 경제적 측면에서 긍정적인 효과가 있겠죠? Inking공정까지 마친 웨이퍼는 품질 검사를 거쳐 조립 공정으로 이동됩니다.



 


# Packaging공정이란?

Packaging공정을 더 세부적으로 나누면, Package공정과 Package Test공정으로 나눌 수 있습니다.반도체 칩은 전자기기의 구성품으로서 필요한 위치에 장착되어야 하기 때문에 적절한 모양으로 패키징되어야 하는데요. 외부의 전원 공급 및 입출력 신호 전류들이 흐를 수 있도록 만들어주어야 하고, 반도체 칩을 외부로부터 보호할 수 있어야 합니다. 


# Package공정의 여덟 단계

둥근 웨이퍼가 작은 반도체칩이 되기까지 다양한 과정을 거치게 되는데요. Package공정의 각 과정에 대해 조금 더 알아볼까요?

 


1) Back Grind

FAB작업이 완료된 두꺼운 웨이퍼를 얇은 다이아몬드 휠로 연마해 얇은 반도체가 될 수 있도록 만드는 과정입니다.


2) Wafer Saw

다수의 칩으로 되어있는 웨이퍼를 낱개의 칩으로 분리합니다.


3) Die Attach

분리한 칩 중에서 양품으로 선별된 개별 칩을 웨이퍼 상에서 떼어내어 외부와 전기적 연결 단자인 Substrate 기판에 접착합니다.


4) Wire Bond

칩의 단자와 Substrate의 단자를 전기적으로 연결해줍니다.


5) Mold

습기, 열, 물리적 충격 등으로부터 보호하기 위해 열경화성 수지인 EMC로 기판을 감싸줍니다.


6) Marking

레이저를 이용해 제품번호를 각인합니다.


7) Solder Ball Mount

PCB와 Package를 전기적으로 연결할 수 있도록 Substrate에 Solder ball을 부착해 아웃단자를 만들어 주는 과정입니다.


8) Saw Singulation

Substrate를 한 개의 개별 제품으로 분리해주는 과정으로, Package의 마지막 단계입니다.


#Package Test의 세 단계

이렇게 완성된 반도체는 최종적으로 Package Test를 거쳐야 하는데요. DRAM의 패키지 테스트 과정을 예시로 살펴볼까요?

 


1) DC Test & Burn-in 

DC Test는 설계 및 조립공정을 거치면서 발생된 불량을 선별하는 공정이며, Burn-in공정은 극한 조건을 가한 후 테스트를 진행함으로써 불량 가능성이 있는 제품을 사전에 검사하는 것입니다. 이 과정을 통과해야 반도체 칩이 들어가는 전자기기가 오류 없이 작동할 수 있는 신뢰성을 갖게 됩니다.


2) Main Test

 DC Test Burn in 을 통과한 제품들은 상온, 저온 공간에서 전기적 특성과 기능을 검사 받습니다. 특히 Main test에서는 반도체분야 국제표준인 JEDEC Spec을 맞추기 위한 까다로운 검사가 진행될 뿐만 아니라, 추가로 고객이 요구한 다양한 환경에 맞추어 테스트를 진행합니다. 이 테스트를 통과해야만 Final Test로 가게 됩니다.


3) Final Test 

고온에서 반도체의 전기적 특성과 기능을 검사 받는 과정으로 ‘완벽한 반도체’가 되기 위한 마지막 단계입니다. 



이번 포스팅을 마지막으로, 지금까지 반도체 공정에 대해 쭉 살펴보았는데요. 면접에서 반도체 공정 관련 질문이 들어온다면 자신 있게 대답하실 수 있었으면 좋겠습니다. SK Careers Journal에서 준비한 반도체 공정 포스트로 SK하이닉스에 더욱더 가까워지는 여러분이 되시길 바랄게요!



 



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반도체? 이 정도는 알고 가야지: (7)금속(Metalization)공정

SK하이닉스 채용을 준비하는 취준생이라면 꼭 알아야하는 반도체 공정! 지난 6번째 공정 포스팅에 이어, 7번째 공정 관련 포스트를 준비했는데요. 먼저 몸풀기 용 퀴즈 하나 풀고 자세히 알아보도록 하겠습니다.


SK Careers Editor 한수정









정답은 ② 금속 공정입니다.


정답을 맞추신 당신! 당신은 반도체 전문가, 조금 더 깊은 이해를 위해 이 글을 읽어보세요. 

정답을 못 맞추신 당신! 조금만 더 공부하면 반도체 전문가가 될 수 있어요. 그런 의미에서 이 글을 읽어 보세요.



#금속 공정이란?

금속 공정(Metalization)은 금속 형성 공정 혹은 금속 배선 공정이라고도 불립니다. 반도체는 각 층의 연결을 통해 회로의 작동이 이루어지는데요. 이를 위해 필요한 공정이 ‘금속 공정’입니다. 외부에서 얻어지는 전기적 에너지를 받아 소자들끼리 신호가 섞이지 않고 전달되도록 선을 연결해주어야 합니다.


#금속 공정에 사용되기 위한 ‘금속의 조건’


모든 종류의 금속이 금속 공정에 사용될 수 있을까요? That’s No No. 전극층을 형성하고 각 층을 연결하기 위해 사용되는 금속에는 몇 가지 조건이 있습니다.


 


1) 웨이퍼와의 부착성

: 반도체 기판, 즉 실리콘 웨이퍼와의 부착성이 좋아야 합니다. 즉, 쉽게 부착되고 부착 강도가 뛰어나 얇은 박막으로 증착 할 수 있어야합니다.


2) 낮은 전기저항

: 금속선은 회로패턴을 따라 전류를 전달하는 역할을 합니다. 그러므로 전기저항이 낮은 물질이어야 합니다.


3) 열적•화학적 안정성

: 금속 배선 공정 이후의 공정에서 만들어 놓은 금속선의 특성이 변하지 않는 것이 중요합니다. 따라서 이후 공정에 대해 열적, 화학적 안정성이 뛰어난지 꼭 고려해주어야 합니다. 


4) 패턴 형성의 용이성

: 반도체 회로 패턴에 따라 금속선을 만드는 작업 과정이 쉬운지를 확인해야 합니다. 좋은 금속 재료이더라도 식각 등 공정 특성에 맞지 않으면 배선 재료로 쓰이기 어렵기 때문입니다.


5) 높은 신뢰성

: 신뢰성이란 반도체의 향후 품질을 말합니다. 즉 금속을 선택할 때 반도체의 좋은 품질을 오랜 기간 유지할 수 있는지를 고려해주어야 합니다. 집적회로 기술의 발전으로 점점 그 크기가 미세해지고 있는데요. 금속 배선 또한 작은 크기의 단면에서 끊어지지 않고 오래갈 수 있는지 따져야 합니다. 


6) 제조 가격

: 위 다섯 개의 조건을 만족시키더라도 너무 비싼 재료라면 대량 생산을 하는데 어려움이 있기 때문에 부적합합니다.


이러한 조건을 만족시키는 단일층 재료로는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등이 있고, 다층구조로는 티타늄(Ti) 텅스텐(W)등이 있습니다.




# 금속 박막 형성 과정

조건에 맞는 금속이 준비되었으면 이제 본격적으로 금속 공정을 시작해야겠죠? 단일층 재료로 많이 사용되는 알루미늄(Al)과 구리(Cu)의 공정을 조금 더 자세히 알아봅시다.


 

<Al 증착 ▶ PR Coating ▶ Photo ▶ Develop ▶ Al Etch ▶ PR Strip>



알루미늄은 저항이 낮고, 산화막(SiO2)과의 접착성이 우수해 금속 공정에 적합한 물질입니다. 하지만 실리콘과 만나면 섞이려는 성질이 있어서, 접합면 사이에 Barrier metal이라 불리는 금속을 넣어 상하는 것을 방지해주어야 합니다. 금속 배선 공정 역시 증착을 통해 이루어지는데, 알루미늄의 경우 주로 Sputtering에 의해 증착됩니다.


 장 점

 단 점


 - 가격이 저렴해요

- 박막 상태에서도 bulk 상태와 비슷한

높은 전기전도도를 가져요

- 박막 증착이 쉬워요

- 산화막(SiO2)과의 접착력이 우수해요


 - Hillock이 발생해요

- 전자이동으로 수명이 짧아요

- 부식이 잘 돼요



 

<SiO2 증착 ▶ PR Coating ▶ Photo ▶ Develop ▶ SiO2 Etch ▶ PR Strip▶ Cu 매립 ▶ CMP>


구리는 알루미늄이 텅스텐보다 비저항이 낮아, 같은 저항값을 갖는 금속선에 대해서 보다 미세하게 패턴 제작을 할 수 있어 사용되고 있습니다.


 단 점

 - 알루미늄보다 비저항이 낮아요

- 알루미늄보다 녹는점이 높고 

diffusivity가 낮아요

- electromigration이 억제되어서 

반도체의 신뢰도가 높아져요

 - etch가 어려워요

- SiO2를 확산으로 지나가기 때문에 

확산 방지막이 필요해요

- 패턴형성이 어려워 damascene 공정을 

사용해야 해요



#금속 박막 형성 방법


금속 박막을 형성하는 방법에는 크게 세 가지가 있습니다. 화학적 반응으로 박막을 형성하는 방법인 CVD(Chemical Vapor Deposition), 물리적 기상 증착법인 PVD(Physics Vapor Deposition)가 있습니다. 또, PVD와 CVD 방식의 한계를 극복하기 위해 원자층을 증착하여 박막을 형성하는 ALD(Atomic Layer Deposition)이 주목을 받고 있습니다.


 [   PVD   ]


장점

 단점

 - 저온 증착이 가능해요

- 모든 물질을 증착할 수 있어요

- 불순물이 적어요

 - Step coverage가 좋지 않아요

- 조성 조절이 어려워요

- 얇은 두께를 조절하기 어려워요 



 [   CVD   ]


장점

 단점

 - Step coverage가 좋아요

- 조성이나 두께를 조절하기 유리해요

 - 대부분의 공정이 고온에서 진행되어야 해요

- 반응 변수가 복잡해요

- 유독 가스를 사용하기 때문에 위험해요



 [   ALD   ]


 장점

 단점

 - CVD 대비, 낮은 온도에서 공정할 수 있어요

- Step coverage가 좋아요

- CVD 대비 조성이나 두께 조절이 유리해요 

 - 유독 가스를 사용하기 때문에 위험해요





이번 7번째 공정까지의 포스팅을 통해 웨이퍼 제조에서부터 회로의 작동이 이루어지는 과정까지 살펴보았습니다. 다음 “반도체? 이 정도는 알고 가야지”에서는 완벽한 반도체가 되기 위한 마지막 단계인 TEST&Packaging에 대해 알아보도록 하겠습니다. 취준생 여러분, 이후 면접 전형에 참여하실 때,  ‘반도체 공정’은 기본인 거 아시죠? 저희 SK Careers journal에서 준비한 반도체 공정 포스트로 면접 준비 잘 하시길 바랄게요!





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  1. 효리 2018.06.01 20:25 신고 Address Modify/Delete Reply

    좋은정보 감사해요👍

당신의 전성기는 언제입니까

전 '지금'입니다

2013SK하이닉스는 44%의 성장을 통해 세계 5위의 반도체 기업에 등극했으며, 시가총액으로는 국내 3위에 올랐다. “1983년 창사 이래 가장 잘나간다는 세간의 평가를 받으며 2014년 상반기 영업이익에서 사상 최대로 2조원을 넘겨 시가총액, 영업이익, 해외수출비중, 고용창출 효과에서 SK그룹 내 1위를 달성했다. 명실상부 SK그룹의 신 성장동력인 SK하이닉스내 떠오르는 키워드를 통해 확인해보자.

 

 SK Careers Editor. 장수호


대륙을 점령하라! – CMOS Image Sensor(CIS)


 

<SK 하이닉스 800만화소 CIS>

 

고여있는 물은 썩기 마련이다. 메모리 분야 세계 최고의 입지를 구축하고 있는 SK하이닉스도 예외는 아니다. 메모리 분야를 뛰어넘은 종합반도체 회사로 거듭나기 위한 SK하이닉스의 노력은 2007년부터 시작된 CIS사업을 통해 확인할 수 있다. 최근 중국 충칭에 반도체 후 공정 공장준공을 마친 SK하이닉스는 세계 최대의 CIS 생산국이자 소비시장인 중국지역을 공략해 중저가 시장을 위한 저화소부터 하이엔드 시장 공략을 위한 고화소 제품까지 다양한 제품 라인업을 갖추고 있다. 카메라 모듈과 스마트폰을 뛰어넘어 보안용 사물인터넷(IoT), 저가폰, 의학용 촬영장비 분야까지 앞으로 CIS 응용 제품 시장에도 진출하기 위해 경쟁력을 키우고 있다.

 

 

 

업계 최초 더 빠르고 오래가는 차세대 D와이드IO2(WIO2)

 

<SK 하이닉스의 차세대 D램 와이드IO2>

 

세계 D램 시장에서 2위자리에 위치해 있는 SK하이닉스는 12 9월 업계 최초 DDR3 D램을 개발한데 이어 이듬해 6월 세계 최초 8Gb 저전력(LP)DDR3 제품을 13 10월에는 세계 최초 20나노급 기술이 적용된LPDDR4 제품개발을 하며 꾸준히 D램 기술력을 선도했다. 이번에 선보이는 와이드IO2는 기존 LPDDR4에 비해 저전력 특성을 강화하고, 데이터 처리속도를 높인 차세대 모바일 D램이다. 내년 하반기부터 양산에 나서 고성능 저전력 모바일D램 시장 공략을 강화한다는 계획도 밝혔다. 기존 D램은 DDR제품을 기반으로 성장해 왔지만 최근에는 고성능을 요구하는 고객의 수요에 맞추기 위해 HBM 및 와이드IO2 등과 같은 새로운 형태로도 발전하고 있다. 업계 최초 TSV 기술 기반 HBM을 개발하며 TSV 기술 리드를 하고 있는 SK하이닉스는 TSV 적용이 가능한 와이드IO2제품 개발도 완료한 상태이다.

 

 

인재상만 융합형? No 반도체 사업도 융합형! – NAND Flash

 

<SK 하이닉스의 소비자용 SSD>


최근 채용 시장에서 융합형 인재를 선호하는 것처럼 반도체 사업도 역시 융합을 추구한다. 당장 주력 제품인 D램 성적이 좋아 성장세를 유지하는데 문제가 없어도 앞으로의 시장 상황을 낙관할 수만은 없다. SK하이닉스는 전체 매출의 80%를 담당하는 D램 의존도를 낮추기 위해 낸드플래시 사업의 핵심인 차세대 기억장치 SSD사업에 박차를 가해 혹시 모르는 시장 변동에 탄력적으로 대응할 수 있는 안정적인 사업구조를 갖추고 있다. 이를 위해 지난 6월부터 기업용 SSD 양산 체제에 돌입하고 일반 소비자용 SSD 제품도 연내 출시하기 위해 준비하고 있다.

 

 

미래를 개척하다 - 차세대 메모리 산학협력 연구

미세공정의 한계에 직면한 기존 메모리의 대안으로 PCRAM, STT-MRAM, ReRAM의 차세대 메모리 후보 군을 두고 국내외 산학협력 연구가 진행 중이다. 우선 차세대 메모리들은 다음 3가지의 요건을 가진다. 첫 번째 DRAM의 빠른 속도와 NAND Flash의 비 휘발성 장점을 모두 갖출 것. 두 번째 기존 메모리 대비 소모전력이 낮아야 할 것. 세 번째 간단한 구조에 따른 낮은 생산원가 구현 가능해야 한다.

 

PCRAM

PCRAM은 전하량으로 데이터를 구별하던 DRAM과 달리 온도에 따른 물질의 상태변화를 이용 전류 흐름측정을 통해 데이터를 구별하는 방식을 가지고 있다. SK하이닉스는 IBM과 협약을 맺고 PCRAM상용화를 위해 박차를 가하고 있다.

 

 

 

 

STT-MRAM

자성물질을 이용해 자화방향이 같을 경우 전자가 쉽게 통과하고, 다를 경우 전자가 통과를 못해 전류랑이 감소하는 특성을 이용해 데이터를 구별하는 방식이다. SK하이닉스는 도시바와 협약을 맺고 STT-MRAM상용화에 힘쓰고 있다.

ReRAM

 

 두 개의 금속 전극 사이에 절연막을 삽입한 간단한 설계 구조가 특징인 ReRAM은 전기적 신호에 따라 저항이 큰 부도체 상태에서 저항이 작은 도체 상태로 바뀌는 메모리 특성을 이용하여 데이터정보 저장하는 방식이다. SK하이닉스는 HP와 협약을 맺고 ReRAM상용화를 위해 노력하고 있으며 생산과 판매 비용이 적절히 맞는 시장 조건에 따라 2015년 초에 양산이 가능할 것으로 보고 있다.

 

 

 

종합반도체 회사로의 도약 전력반도체

 

 

 

SK하이닉스는 메모리 반도체 부분 특히 D램에 많은 비중이 있다. 메모리 중심에서 벗어나 종합반도체 회사로 거듭나기 위해 CIS를 시작으로 시스템반도체 분야에 진출하고 있다. 최근 시스템반도체 분야에서는 스마트폰 뿐만 아니라 사물인터넷(IoT), 전기차 등 ICT기술의 성장으로 전력관리반도체(PMIC)와 같은 전력반도체의 중요도가 높아지는 상황이다. 하지만 아직 우리나라 전력반도체 기술력은 미국, 일본 등 선진국에 비해 50~70%의 수준에 불과하기 때문에 SK하이닉스 역시 기술 확보에 집중해 종합반도체 회사로의 도약을 준비하고 있다.

 

수호's Tip

창립 이래 최고의 주가를 구가하고 있는 SK하이닉스지만 현실에 안주하지 않고, 성장을 위해 꾸준히 노력하고 있다. 종합반도체 회사로 거듭나기 위해 시스템 반도체와 NAND Flash 사업에 아낌없이 투자를 하고 있으며, 기업, 대학들과의 협력 연구에도 열심이다. 현재보다 미래가 더욱 기대되는 기업, 세계 속에서 더욱 돋보이는 SK하이닉스다.

 

 

 

 

 

 

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