증착·식각·노광·세정 — 8대 공정 핵심 단계 쉽게 정리

반도체 칩 하나를 만드는 데는 수백 단계가 든다. 핵심은 몇 가지 기본 단계를 수백 번 반복해 회로를 층층이 쌓아 올린다는 점이다. 건물을 한 층씩 짓듯, 반도체도 박막을 입히고·무늬를 새기고·깎아내기를 되풀이한다. 전공정의 핵심 단계를 비유로 풀어 본다.

0. 출발점: 웨이퍼

모든 건 둥근 실리콘 판 웨이퍼에서 시작한다. 모래(규소)에서 추출한 초고순도 실리콘을 단결정 기둥으로 키운 뒤 얇게 썰어 거울처럼 연마한 것이다. 이 위에 회로를 짓는다.

1. 증착(Deposition): 박막 입히기

웨이퍼 위에 아주 얇은 막(박막)을 입히는 단계다. 도화지에 색을 칠하듯, 절연막·금속막·반도체막을 nm 두께로 균일하게 덮는다. 대표 방식이 화학적 증착(CVD)과 물리적 증착(PVD), 원자 단위로 한 겹씩 쌓는 ALD다.

2. 포토(노광, Lithography): 무늬 그리기

박막 위에 감광액(포토레지스트)을 바르고, 회로 패턴이 새겨진 마스크에 빛을 통과시켜 무늬를 베껴 찍는다. 빛을 받은 부분만 성질이 바뀌어, 다음 단계에서 깎을 영역이 정해진다. 사진을 인화하는 원리와 같아 '포토 공정'이라 부른다. 미세화의 핵심인 EUV 노광이 여기서 쓰인다.

3. 식각(Etch): 깎아내기

노광으로 정해진 부분을 화학물질·플라스마로 깎아낸다. 조각가가 필요 없는 부분을 깎아 형상을 드러내듯, 박막에서 회로가 될 부분만 남기고 나머지를 제거한다. 미세 구조를 또렷하게 파내는 정밀 식각이 첨단 공정의 관건이다.

4. 이온주입(Ion Implantation): 성질 부여

순수 실리콘은 전기가 잘 통하지 않는다. 여기에 특정 불순물(붕소·인 등)을 총알처럼 박아 넣어 전기적 성질을 바꾼다. 이 과정으로 트랜지스터의 전류 통로(채널)와 영역이 만들어진다.

5. 세정(Cleaning): 끊임없이 씻기

각 단계 사이마다 웨이퍼를 씻는다. 앞 단계에서 남은 미세 입자·잔류물 하나가 다음 층을 망치기 때문이다. 전체 공정에서 세정은 가장 자주 반복되는 단계 중 하나다. 초순수와 특수 화학액이 쓰인다.

6. 평탄화(CMP): 표면 고르기

층을 쌓다 보면 표면이 울퉁불퉁해진다. 그 위에 또 정밀하게 무늬를 그리려면 바닥이 평평해야 한다. **CMP(화학적 기계적 연마)**는 화학 반응과 물리적 갈기를 함께 써 표면을 거울처럼 평평하게 다듬는다. 고층 건물을 올리기 전 바닥을 수평으로 고르는 일과 같다.

단계	하는 일	비유
증착	박막 입히기	도화지에 칠하기
노광	무늬 그리기	사진 인화
식각	깎아내기	조각
이온주입	성질 바꾸기	양념 배합
세정	씻기	매 단계 청소
CMP	표면 고르기	바닥 수평 작업

이 묶음을 수십~수백 번 반복해 수십 층의 회로를 쌓으면 비로소 칩이 완성된다. 이후 잘라서 포장·검사하는 후공정으로 넘어간다.

한 줄 정리

반도체 전공정은 증착·노광·식각·이온주입·세정·평탄화 같은 기본 단계를 수백 번 반복해 회로를 층층이 쌓아 올리는 과정이다.