1. 웨이퍼 공정 : 반도체의 기본 판인 웨이퍼(Wafer)

• 모래로부터 얻을 수 있는 규소(Si)를 통해 실리콘을 추출하는 일련의 과정
  1. 잉곳(Ingot) 만들기 : 모래와 같은 규소(Si)에서 실리콘을 추출하기위한 정제과정 이때 생성되는 실리콘의 둥근 막대모양 결정체(단결정)을 잉곳이라고 함
  2. 잉곳 절단(Wafer Sliing) : 잉곳의 말단을 제거하는 과정, 다이아몬드 톱으로 균일한 얇은 원형판을 생성 è 웨이퍼
  3. 표면 연마(Lapping, Slicing) : 위 1,2 과정을 거친 웨이퍼는 표면이 울퉁불퉁한데 이를 매끄럽게 만드는 과정

• 웨이퍼 제조 공정을 통해 표면에 집적회로(IC)를 형성. 이때의 웨이퍼의 명칭
  1. 스크라이브 라인 : 칩사이의 경계
  2. 플랫존 : 가공시 기준선이 되는 평평한 부분
  3. 다이 : 전자회로가 집적되어있는 IC칩
  4. 노치 : 플랫존을 대신하는 작은 흠

[반도체 8대 공정] 1탄, '웨이퍼'란 무엇일까요? - 삼성반도체이야기

2. 산화공정

• 웨이퍼 표면을 보호하는 산화막을 만드는 공정

• 회로와 회로 사이의 누설 전류가 흐르는 것을 차단하기 위함

• 작은 불순물에도 민감하기 때문에 이를 차단하기 위함

• 실리콘 표면을 보호하는 산화막(SiO2 : 이산화규소 silicon dioxide)를 씌움

• 열과 산화제(물, 산소)를 공급하여 산화막을 생성

  1. 습식 산화 : 물을 사용 – 빠름, 밀도 낮음, 품질 낮음, 두껍
  2. 건식 산화 : 산소를 사용 – 느림, 밀도 높음, 품질 높음, 얇음

  

  3. 포토공정

  • 웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려넣는 과정, 패터닝(Patterning)
  • 반도체 공정의 핵심소재인 포토레지스트(PR)
    1. 빛에 반응해 화학적 변화를 일으키는 감광액의 일종
    2. 빛을 받으면 용해 또는 응고하는 성질이 있어 판화처럼 요철 형성 가능
  • 웨이퍼 위에 원하는 패턴의 Mask를 올려 빛을 통해 새겨넣는 느낌
  • 10가지 단계를 통해 포토공정이 진행됨

  

  [반도체 공정] 3. 포토공정(Photolithography)

  • 감광액을 웨이퍼 중앙에 발라 웨이퍼를 회전시켜 원심력을 이용해 전체적으로 골고루 발림 ⇒ mask를 얹어서 빛을 쏴서 mask이외의 부분이 떨어져나가게끔

  4. 식각공정

  

  • 필요한 회로 패턴만 빼고 나머지 부분(산화막 - SiO2)을 제거하는 공정
  • 포토공정으로 얻어진 회로를 제외한 부분을 제거하는 방법
    1. 건식 : 가스로 깎아내는 방법 – 비싸지만 최근 기술변화로 확대됨(Plasma)
    2. 습식 : 화학액으로 삭여서 파내는 방법
  • 이때 건식 식각을 이용하여 공정을 진행할 때, 플라즈마를 이용하여 식각을 하기 때문에 플라즈마 식각이라고도 부름.
    1. 진공 챔버 내의 gas가 전자와 이온을 분리하는 이온화 연쇄반응이 일어나고, 이는 플라즈마 상태를 만들어냄
    2. 플라즈마 상태에서 반응형 원자가 웨이퍼 위를 덮고있는 증착물질과 만나게 되면, 강한 휘발성을 띠며 표현에서 증착물질이 떨어져나가고, 깎이는 식각공정이 진행된다. 이때 감광액이 발려있는 mask씌운 PR이 덮여있는 부분은 제거되지않고 남아있게 된다

  식각공정에서 매우 중요한 요소로는 균일도, 식각 속도등이 있다

  

  [디스플레이 용어알기] 47.식각 (Etching) | 삼성디스플레이 뉴스룸

  5. 증착 & 이온주입공정

  • 반도체 칩은 빌딩을 올리듯이 여러 개의 회로를 쌓아 만드는데 이런 구조를 형성하기 위해 회고 간 구분을 해주고 보호를 해주는 매우 얇은 막이 필요 이것을 박막(Thin Film)이라 한다.

  • 위 박막을 형성하는 과정을 **증착(Deposition)**이라 함. 이 증착 방법에는 큰 틀에서 2가지 방법이 존재 (물리적/화학적)

    

    1. PVD(Physical Vapor Deposition)

       1. 화학 반응을 수반하지 않고 물리적 방법(열,전압)으로 증착

       2. 고진공에 넣고 가열 ⇒ 증착물질을 증발 ⇒ wafer에 기체형태의 증착물질이 증착 – 요즘은 안쓰임

       3. 현대 반도체 공정에서 PVD를 쓴다면 이는 sputtering방법을 의미

          

          • 보통 도선으로 사용할 AI, Cu와 같은 합금을 증착할 때 사용하는 증착 방법
          • 진공관에 target 금속판을 놓고 촉매역할 기체(아르곤Ar)을 주입
          • 외부에서 열과 강한 전압을 통해 gas가 플라즈마로 변하여 충돌
          • 이때 분자가 튕겨나오면서 상단의 웨이퍼에 증착
          • 가열해서 증발시키는 방법보다 효율이 좋다.

       4. CVD(Chemical Vapor Deposition)

          1. PVD보다 표면 접착력이 높아 활용도가 높다.
          2. 가스형태의 atom이나 molecule을 통해 증착하는 방법
          3. 원료 기체 가스들이 화학 반응을 고쳐 고체상태(막)으로 증착되는 과정
          4. 막의 두께는 얇게, 밀도는 높게
          5. CVD의 종류는 다양
             • 진공상태가 아닌 APCVD
             • LPCVD : 낮은 압력, 가스와 고온을 이용. 막질은 좋으나 고온으로 인해 문제 발생
             • PECVD : 플라즈마 CVD : 높은 전압으로 플라즈마를 형성한 뒤 증착, 저온, 증착속도는 빠르지만 막질상태가 별로
             • HDPCVD : 속도는 PECVD보다 느리지만 막질상태 상당히 좋음 백만분의 1기압에서 진행(진공) 기존 식각과 증착을 별도의 챔버에서 진행하던 것을 하나의 챔버에서 모두 진행해 발생할수 있는 Gap을 줄임.

       

  • 증착 척도 : 증착 공정을 평가하는 여러 척도

    1. 품질 : 전기턱, 물리적특성의 전반적 품질
    2. 두께 균일도 : wafer표면의 두께 film의 두께 균일도
    3. 균일화 정도 : 일정한 두께 유지 여부
    4. Filling : 단차 사이 공간을 빈공간(Void) 없이 잘 채우는지 -> Void의 최소화

  • 이온 주입 공정 : 반도체가 전기적인 특성을 갖도록 만드는 과정, 적당한 불순물을 넣어서 전기가 통하게 만든다고 함, 이때 첨가하는 불순물이 이온형태이기 때문에 이온 주입 공정이라고 하는 것 같음.

  • 이온 주입 공정의 순서

    1. 이온 주입 : 도펀트 가스로부터 이온을 만들어서 웨이퍼내로 주입
    2. 어닐링(Annealing) : 열처리와 같은 개념으로 온도를 올렸다가 천천히 식혀서 금속의 구조를 안정되게 하는 과정
    3. 검사

도펀트 (Dopant)

• 의도적인 불순물

. 물질(재료) 또는 공정에 원하는 효과를 주기위해,

. 적정 농도로 고의로 첨가하는 원소 또는 화합물

• 특히, 반도체에서 전기전도도를 변화시키기 위해 의도적으로 넣어주는 불순물 등

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