반도체 수율은 대체 어떻게 개선할까? (1)

반도체 개발 과정과 불량 분석 (Failure Analysis)

https://brunch.co.kr/@857bd4e3f8b84b0/4

나의 석,박사 research area는 고신뢰성 SoC에 관한 것이었다.

그리고 예전 직장인 삼성 파운드리와, 현 직장인 Qualcomm에서 모두 관련된 업을 하고 있다.

반도체 관련 업을 하고 있는 사람으로서, 이쪽 분야를 사랑하는 엔지니어로서

내가 하고 있는 업에 대해 조금은 쉽게 - 일반인들이 이해할 수 있는 수준으로 -

혹은 조금은 어렵게 - 관련 분야 사람들에게 좀 더 도움 될 수 있는 수준으로 -

작성하고 싶다는 약간의 나만의 바람같은게 있었다.

주제가 주제인 만큼 사실 크게 사람들이 관심가질 것 같진 않지만, 뭐 어때

한명이라도 내 글이 도움되거나 흥미로웠다면 그걸로 나는 만족스러울 것 같다.

아래 그림은 내가 간단히 (간단하지만은 않은) 정리해 본 반도체 개발 과정이다.

나중에 또 각 과정에 대해 아는 만큼 설명하는 글을 쓸 수 있게 되면 좋겠다.

저 전체 개발 과정 중에 어떤게 가장 중요해요? 라고 누군가 물어본다면 나는 한치의 망설임도 없이 다음과 같이 이야기 할 것이다.

그것은 바로,

모든 제품을 제조하는 과정에서 사실 가장 중요한 것이 바로 수율이다.

수율은 생산성, cost와 직결되는 문제이기 때문이다.

보통 양산을 위한 수율을 뭐 60~70% 이러게 이야기 하는데,

여기서 이 %는 간단하게 아래의 공식을 따른다.

출처 : 삼성 반도체 이야기, https://bit.ly/3xl2D3o

TSMC 로고를 보면 불량 chip과 정상 chip을 구분해 두었다. 아, 이 얼마나 정직한 기업인가!

반도체의 모든 공정 과정이 끝나면, EDS (Electrical Die Sorting - 하나의 Wafer를 각각의 Die로 sorting)이라는 과정을 거치면서, EDS TEST 라는 것을 통해 각 chip별로 테스트를 진행하게 되고, 테스트에 통과하면 pass, 통과하지 못하면 fail 처리가 되어, 처음으로 수율이라는 것을 계산하게 된다.

그리고 fail 처리가 된 chip들은 chip 내 어느 지점에 불량이 생겼고, 그 원인이 무엇인지를 밝혀내기 위한 failure analysis (FA) 과정을 진행하게 된다. 이 과정을 반복하면서 fail의 원인을 밝혀내고, 수율을 개선하는 것이다.

위에 나왔던 반도체 개발 과정을 다시 그려보면 이렇게 될 것이다.

이쯤 되면 문득 그런 궁금증이 들지 않는가? (물론 일반인이 그런 궁금증이 들었다면 이상한 거지만)

언론뿐만 아니라 요새는 일반인들도 반도체 3nm, 2nm를 너무도 쉽게 이야기 하는데,

저 반도체 chip이 예를 들어 4cm x 4cm 라고 하면, 저 나노 단위의 불량을 어떻게 검출하고,

그것을 개선하는 걸까?

이걸 해결하기 위해, Failure Analysis 과정은 다음과 같이 두가지로 나뉘게 된다.

EFA - Electrical Failure Analysis

PFA - Physical Failure Analysis

말그래도 PFA는 위의 그림처럼 실제 physically 고급 전자 현미경 (TEM, SEM)을 이용하여 검출하는 방식이다. 이를 위해서 실제로 chip을 metal 단위로 긁어 내서, 특정 지점을 관찰해 낸다. 말로만 들어도 굉장히 비싸보이고, 번거로운 방식이 아닌가!?

그래서 이를 보완하기 위해, EFA라는 새로운 방식이 도입되게 된다...

그리고 이쪽 분야가 바로 내가 일하고 있는 분야이다...

2부에서 계속...

https://brunch.co.kr/@damnang2/4