반도체 제조 공정, 반도체란?

 

반도체에 대해 공부를 할 겸해서 작성해 보았는데요, 관련직이 종사중인 여러분들도 한번쯤 읽어 보면서 예습 또는 복습해 보는 공간이 되셨으면 합니다. 내용의 수준은 극히 초보적인 부분이며, 반도체관련 분야 신입이나 처음이신분들이 보시면 좋을 듯 합니다.

반도체란?

일반적으로 전기전도도가 도체와 부도체의 중간정도 되는 물질을 반도체라고 합니다.
사실 순수한 반도체는 부도체나 마찬가지다. 즉, 전기가 거의 통하지 않는다. 하지만 부도체와 는 달리 어떤 인공적인 조작을 가하면 도체처럼 전기가 흐르기 시작한다.
빛을 비춰준다거나 열 을 가한다거나 특정불순물을 넣어주면 도체처럼 전기가 흐르는 것이다.
그러나 도체가 전기는 잘 통하지만 사람이 조절하기 어려운 반면에 반도체는 사람이 어떻게 조작하느냐에 따라 조절이 용이하다는 특징이 있다.
이처럼 도체와 부도체의 장점을 다 가지고 있는 것이 바로 반도체이면 전기전도도의 조절 용이성이 바로 반도체의 무한한 가능성을 의미한다고 할 수 있다.
반도체를 한마디로 정의한다면 다음과 같다.

원래는 거의 전기가 통하지 않지만 빛이나 열, 또는 불순물을 가해주면 전기가 통하고 또한 조절도 할 수 있는 물질.

반도체는 어떻게 만들까요?

반도체 집적회로는 손톱만큼이나 작고 얇은 실리콘 칩에 지나지 않지만 그 안에는 수만 개에서 천 만개 이상의 전자 부품들(트랜지스터, 다이오드, 저항, 캐패시터)이 가득 들어있다. 이러한 전자 부품들이 서로 정확하게 연결도어 논리 게이트와 기억소자 역할을 하게 되는 것이다. 
칩 속의 작은 부품들은 하나하나 따로 만들어서 조립되는 것이 아니다. 그것은 불가능하다. 대신 부품과 그 접속 부분들을 모두 미세하고 복잡한 패턴(문양)으로 만들어서 여러 층의 재료 속에 그려 넣는 방식을 사용한다.
그러기 위해서는 문양을 사진으로 찍어 축소한 마스크를 마치 사진 인화할 때의 필름처럼 사용한다.

웨이퍼 제조 공정

웨이퍼에 대한 이야기도 어마무시하게 많지만 위 그림표 하나로 어느정도 느낌만 보도록 하겠습니다.
 사실 웨이퍼 제조 분야 보다는 공정 분야에 대해 제가 더 공부 하고 싶은 마음에.. ^^
반도체 제조 공정은 많은 종류가 습니다. 각각에 대해 큰틀로 어떤 공정인지 대략적으로 파악 해보시 바랍니다.

반도체 제조 공정

1. 단결정 성장 :
고순도로 정제된 실리콘용 융액에 SPEED 결정을 접촉, 회전시키면서 단결정 규소봉(INGOT)을 성장 시킴.

 

2. 규소봉 절단 :
성장된 규소봉을 균일한 두께의 얇은 웨이퍼로 잘라낸다. 웨이퍼의 크기는 규소 봉의 구경에 따라 3", 4", 6", 8"로 만들어지며 생산성향상을 위해 점점 대구경화 경향을 보이고 있음.

3. 웨이퍼 표면연마 :
웨이퍼의 한 쪽면을 연마하여 거울면처럼 만들어 주며, 이 연마된 면에 회로 패턴을 그려넣게 됨.

 

4. 회로 설계 :
CAD(Com-puter Aided Design) 시스템을 사용하여 전자 회로와 실제 웨이퍼 위에 그려질 회로 패턴을 설계함.

 

5. MASK(RETICLE)제작 :
설계된 회로패턴을 E-beam 서리로 유리판 위에 그려 MASK(RETICLE)를 만듬.

6. 산화 (OXIDATION)공정 :
고온(800~1200℃)에서 산소나 수 증기를 실리콘 웨이퍼 표면과 화학 반응시켜 얇고 균일한 실리콘 산화막 (SiO2)를 형성 시키는 공정.

7. 감광액(PR;PhotoResist) 도포 :
빛에 민감한 물질인 PR을 웨이퍼 표면에 고르게 도포 시킴. ACT

8. 노광(EXPOSURE) :
STE-PPER를 사용하여 MASK에 그려진 회로패턴에 빛을 통과시켜 PR막이 형성된 웨이퍼 위에 회로 패턴을 사진 찍는 공정

9. 현상(DEVELOPMENT) :
웨이퍼 표면에서 빛을 받은 부분의 막을 현상 시키는 공정. (일반 사진현상과 동일).

10.식각 (ETCHING) :
회로패턴을 형성시켜 주기 위해 화학물질이나 반응성 GAS를 사용 하여 필요 없는 부분을 선택적으로 제거 시키는 공정. 이러한 패턴형성과정은 각 패턴 층에 대해 계속적으로 반복됨.

11. 이온주입(ION IMPLAN-TATION)공정 :
회로패턴과 연결된 부분에 불순물 을 미세한 GAS입자 형태로 가속하여 웨이퍼의 내부에 침투시킴으로써 전자소자의 특성을 만들어줌. 이러한 불순물주입은 공온의 전기로 속에서 불순물입자를 웨이퍼 내부로 확산시켜 주입하는 DIFFUSION(확산) 공정에 의해서도 이루어짐.

참 어려운 분야입니다 ㅠ.ㅠ
기초적인 지식은 가지고 있으면 업무하시는데 도움이 되실 듯 합니다.

 지금까지 샵마니 였습니다~ 다음에도 유용한 정보를 찾아오겠습니다~