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Dec 10. 2021
인문학적 반도체_4. 반도체 제조(2)_후공정
3장. 반도체는 어떻게 만들어지나?
반도체 제조_후(後)공정
반도체 제조 공정이 끝나면 제조가 제대로 되었는지 테스트를 하게 됩니다.
이를 EDS라고 하는데 웨이퍼 상태에서 전기적 특성검사를 진행하여 각각의 칩들, Die라고 하는데 이
개개의 칩들이 정상 동작하는지 검사하는 것을 뜻합니다.
EDS (Electrical Die Sorting) : 전기적 특성검사를 통해 개별 칩들이 원하는 품질 수준에 도달했는지를 확인하는 공정
테스트는 설계 단계에서 사용했던 신호들을 똑같이 보내서 제대로 출력이 되는지 확인하는데 이 입력 신호와 출력 신호들의 집합을 Test vector라고 합니다.
Test vector는 설계 엔지니어가 만드는데 이 벡터를 테스트 엔지니어가 테스트 장비에 맞게 프로그램을 작성하여 테스트를 진행합니다. Probe Card에 웨이퍼를 접촉시켜 전기적 특성검사를 통해 각각의 칩들이 원하는 품질 수준에 도달하는지 체크합니다.
그 후 양품 가능 여부를 판단해 수선(Repair) 가능한 칩은 다시 양품으로 만들고, 불가능한 칩은 Inking을 통해 불량으로 판정합니다. 불량으로 판정된 칩은 이후 조립 공정에서 제외됩니다.
제가 삼성전자 기흥사업장에 근무할 때 종종 출장 가던 곳이 온양사업장입니다.
온양사업장은 반도체 Die를 최종 완제품 형태로 만드는 조립라인이 있는 곳입니다.
갈 때마다 온양사업장은 기흥과는 다르게 공장 느낌이 많이 나는 곳이란 생각이 들었습니다.
점심시간에 모두들 우르르 몰려나와 건물 앞에서 족구를 하는 모습이 인상적이었던 곳입니다.
반도체 전공정은 FAB공정을 의미하고 그 후 PKG와 Test를 후공정이라고들 합니다.
EDS가 완료되면 우리가 흔히 보는 반도체 형태인 조립공정으로 넘어갑니다.
Packaging: 반도체 칩을 외부환경으로부터 보호하고, 전기적으로 연결해주는 공정
[ Packaging 공정 _ 출처: 하나투자증권 ]먼저 다이(Die)가 있는 웨이퍼 뒤쪽을 조립을 쉽게 하기 위해 얇게 갈아냅니다. 이를 Grinding 한다고 합니다.
얇아진 웨이퍼를 스크라이브 라인(Scribe line)대로 다이아몬드 톱을 이용해 Die들을 잘라 냅니다. 이를 Sawing이라고 합니다.
그 후 와이어 본딩(Wire Bonding), 몰딩(Molding) 과정을 거쳐 마킹(Marking)을 하면 우리가 흔히 볼 수 있는 반도체가 완성됩니다.
그 후 조립된 반도체 칩이 제대로 조립이 되었는지 최종 테스트(Final Test)를 합니다.
이때도 EDS때 사용했던 Test vector를 이용합니다.
Final Test : Packaging 된 반도체 칩을 최종으로 검사하는 단계
이 과정을 통과하면 비로소 완성된 반도체 칩을 얻을 수 있습니다.
그럼 바로 반도체 칩을 고객사에 판매할까요?
반도체는 통상 가전제품이나 자동차에 들어가기 때문에 10년 이상 끄떡없이 사용해야 합니다.
그래서 최종 완성된 제품을 매우 긴 시간 동안 가혹 조건을 주어 다시 테스트를 하여 내구성을 확인합니다.
또한 시스템 반도체 특성상 최종 Set에서 제대로 작동되는지를 알기 위해 Evaluation Board를 만들어 시스템 레벨에서의 양산성을 확인합니다.
마지막으로 고객에게 판매하기 전에 Fabless회사에서는 외부 전문기관에 신뢰성 테스트를 의뢰합니다.
신뢰성 테스트 : 반도체 칩의 신뢰성, 내구성을 테스트하는 것으로 수명시험, ESD-Latch-up Test 등이 있다
[ 신뢰성 테스트 (HTOL)장비 _출처: QRT ]주로 1000시간 이상의 가혹한 환경에서 테스트를 하는데 온도를 섭씨 125도에서 고온으로 테스트하거나 또는 영하 40도에서 테스트를 합니다.
그리고 습기 80%의 환경을 만들어서도 테스트를 합니다.
또한 정전기에 반도체가 얼마나 견디는지 테스트하는 정전기 테스트인 ESD(Electro Static Discharge)와 과전류가 흘렀을 때 버텨내는지를 테스트하는 Latch-up Test를 진행합니다. 신뢰성 테스트를 통과하는 것을 줄여 Qual을 Pass 했다고도 합니다.
[ 신뢰성 평가 보고서 예시 ]Fabless회사에서는 완성된 칩이 나오면 Evaluation board위에 붙이고, Software 등을 개발하여 Reference system을 완성합니다.
Reference system 위에서 모든 기능이 올바로 동작하는지 검증하는데 이것을 SV, 즉 System validation을 한다고 합니다.
[ 시스템 평가 예시 ]