1장 - 반도체 디바이스의 제조공정

<기본 프로세스 기술>

1. 세정기술(Cleaning)
▷ 세정은 리소그래피를 처음으로 하는 각 공정 사이에서 반드시 행해야 하는 것으로, 표면 정화를 위한 공정이다.
 또한, 열처리, 산화 등의 공정 전에 행하여지는 것으로, "후처리","전처리"라 불리기도 한다.
 세정에 의한 제거 대상물은 유기물 잔사, 산화물 잔사, 금속오염, 파티클 등이다. 초음파, 브러시 등의 물리적 수법도 필요에 따라 추가된다.

2. 열처리 (Thermal Treatment)
▷ 실리콘 기판을 800도 이상의 고온 산화분위기 속에서 처리하면 표면에 실리콘 자체 산화막(SiO2)이 형성된다. 이 막은 절연막으로서, 실리콘을 사용하는 반도체 디바이스 제조의 출발점이다. 실리콘 플레이너 방식의 기본이며, MOS 구조에 있어서는 게이트 절연막이 된다.
 이들 산화막의 형성에는 청정한 분위기의 확산로가 쓰여지며, 철저하게 세정을 실시한 웨이퍼가 사용된다.

3. 불순물 도입 (Impurity Doping)
▷ Si 기판 중에 B, As, P 등의 3가 및 5가 족 원소를 불순물로서 도입, pn 접합 형성과 불순물 농도제어를 행해는 기술이다. 열적인 확산법과 이온주입법이 있는데 현재로서는 이온주입법이 주류를 이루고 있다.
 이온 주입법에서는 진공 상태에서 분리되어진 B, As, P 등의 이온에 고전압을 가해 가속시킴으로써 기판 안에 주입한다. 불순물의 양은 이온전류에 의해 모니터 되고, 열처리에 의해 활성화된다.

4. 박막 형성(Thin Film Deposition)
▷ 기판상에 절연막, 실리콘막, 금속막을 형성(퇴적)시키는 막으로 CVD(Chemicl Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 이 있다.

5. 리소그래피 기술(Lithography)
▷ 리소그래피는 포토레지스트를 도포하는 공정으로 시작해, 노광, 현상, 에칭, 포토레지스트제거에 이르는 일련의 프로세스이다. 현재, 패턴 노광은 레티클이라 불리는 마스크 기판에 의해 축소 투영 전사시킴으로써 행해지고 있다. 이 공정은 모든 프로세스 기술의 중심이며, 반도체 공장에서도, 가장 많은 금액의 투자를 필요로 하는 장치이다. 패턴 형성 후에는 반드시 에칭 공정이 수반되며, 형성된 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 처리할 수 있다.

6. 평탄화 기술(Planarization)
▷ 디바이스의 미세화와 고밀도화가 진행되면서 표면의 구조가 복잡, 심화되어지고, 특히 다층 배선공정에 있어서 단선이나 쇼트의 원인이 되기가 쉽다. 평탄화 기술은 그러한 이유때문에 필요로 하게 된다.

- 출처 : 반도체 제조장치 입문, 성안당

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0장. 반도체 제조장치의 세계

◇ 반도체 디바이스의 지금까지의 진보는 반도체 제품을 생산하기 위한 제조기술 및 가공기술의 진보로서, 그것을 양산기술로 가능하게 하는 "제조장치의 진보"에 의해 달성되어 왔다고 해도 과언이 아니다.

◇ 반도체 디바이스 제조공정은 단결정 제조공정, 마스크 제조공정, 전공정, 후공정으로 분리되어진다. 단결정과 마스크 제조공정은 각각 전문 메이커의 영역이므로, 일반적으로 반도체 제조장치라 하면 전공정, 후공정, 공통 장치 등으로 분류한다. 전공정은, 실리콘 기판을 가공처리하는, 즉 웨이퍼 프로세스(Wafer Process)라고 불리는 공정이며, 후공정은 웨이퍼 프로세스 종료 후에 칩을 패키지화 하여 검사하는 공정이다. 최근에는 이 공정을 또 다시 전반과 후반으로 구분하여, 기판가공 프로세스와 배선공정으로 구분하기도 한다.

◇ LSI라고 불리어지는 집적회로 디바이스가 등장한 것은 1970년으로서, 그 최초의 제품이 미국 인텔사의 i-1103이라 불리어지는 1K비트의 MOS 메모리였다. 이것은 현재의 고밀도DRAM의 출발점이 된 디바이스인데, 반도체 제조장치 분야가 산업으로서 성립된 것도 이 시점이라 할 수 있다.

◇ 1970년, LSI(대규모 집적회로)의 등장과 함께 반도체 제조장치 산업이 탄생되었다. 그때까지는 장치산업이라 해도, 메이커의 수는 적고, 산업 단체로서의 조직적인 활동도 없었던 상태였다.
 각 디바이스 메이커는 장치 메이커와 개별로 특별 사양의 장치를 조달하거나 또는 어쩔 수 없이 장치의 자체 제작을 진행하고 있었다. 반도체 제조장치 산업의 탄생은 기술의 다양화와 제조기술 고도화의 교구가 초래한 필연이었다고 말할 수 있다. 즉, 전문 장치 메이커가 완성도 높은 장치를 사용자에게 제공하지 않으면 안되었기 때문이다. 또한 디바이스 메이커는 장치를 내제화하기보다는 그 자원을 본래의 반도체 생산과 기술 발전 쪽으로 돌리는 것이 가능하게 되었다.

◇ 리소그래피, 박막형성, 세정 등은 기본 프로세스 또는 요소 기술이라고도 불리어져, 장치 또한 이것에 따라서 분류되는 것이 보통이다. 전공정에서는 리소그래피, 에칭, 박막형성이 차지하는 비율이 80%에 이르고 있다.

◇ 전공정 관련의 반도체 제조장치가 설비투자 전 금액의 50% 이상을 차지하고 있기 때문에 반도체 제조 장치라고 하면 전처리 장치를 가리킨다 해도 좋을 정도이다.

◇ 웨이퍼 프로세스에서는 산화, 세정, 리소그래피 등의 공정이 몇 십 회씩 반복되어 집적회로로 만들어져 나간다. 공정수도 세는 방식에 따라서는 수백 회에 이르고, 한 공정에 하루가 걸린다고 할 경우 몇 개월에 걸쳐 간신히 완료되는 긴 공정이다. 그것만으로 디바이스 제조원가에서 차지하는 이 공정의 비중이 높고, 제조장치의 감가상각비가 그 30%를 넘는다고도 한다. 따라서 공정을 줄이고, 도입하는 설비의 대수를 줄이는 일은 원가 절감에 현저한 효과를 초래한다. 예를 들면, 가장 효과적인 마스크 매수를 줄이는 것이다. 마스크의 사용매수가 줄어들면 공정은 단번에 단축되어 스태퍼(Stepper)의 도입 대수를 줄일 수 있기 때문이다. 현재와 같은 디바이스를 생산하는 경우, 칩의 제조원가를 비교하려면 마스크의 매수를 비교하면 알 수 있다고 할 정도이다.

◇ 현재로는 웨이퍼 프로세스를 대표하는 장치는 스테퍼이고 그 도입대수에 따라서 그 라인의 능력, 제조원가 등을 알 수 있다고 한다.

◇ 반도체 산업의 주변 산업으로는 재료관련 메이커, 설비관련 메이커, 포토마스크 메이커, 결정 메이커가 있다.

- 반도체 제조장치 입문 (임종성 저), 성안당 -

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