반도체 공학 - 반도체 제조 공정 단계

소개글

반도체 공학 - 반도체 제조 공정 단계에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목 차

1. 단결정 성장
2. 규소봉 절단
3. Wafer 표면 연마
4. 회로 설계
5. Mask 제작
6. 산화공정
7. 감광액 도포
8. 노광공정
9. 현상공정
10. 식각공정
11. 이온주입공정
12. 화학기상 증착
13. 금속배선
14. Wafer 자동선별
15. Wafer 절단
16. 칩 집착
17. 금속연결
18. 성 형

본문내용

뤄진 바 있습니다.
지금까지 화학반응을 이용해 균일한 표면을 만드는 증착 공정과 불순물을 주입하는 이온주입 공정을 통해 부도체인 실리콘 웨이퍼가 전기적 성질을 가지는 반도체로 재탄생하는 과정에 대해 설명해 드렸습니다.
증착 공정은 박막을 얼마나 얇고 균일하게 입혔느냐가 반도체의 품질을 좌우할 정도로 중요한 공정입니다. 앞으로 미래에는 머리카락 수백만 분의 1 크기의 반도체 회로구조가 전기적 성격을 가지기 위해 더 얇고 균일하게 박막이 형성되는 증착 기술이 필요할 것으로 보입니다.
13. 금속배선
금속 배선 공정(Metal Interconnect)이란, 말 그대로 전기가 잘 통하는 금속의 성질을 이용합니다. 반도체의 회로패턴을 따라 전기길, 즉 금속선(Metal Line)을 이어 주는 과정을 금속 배선 공정이라고 합니다.
모든 종류의 금속들은 반도체의 금속 배선 공정에 사용되지 않습니다. 반도체에 들어가는 금속 재료는 다음과 같은 필요조건을 만족해야 합니다.
1) 반도체 기판(웨이퍼)과의 부착성
: 부착이 쉽고 부착 강도가 뛰어나 반도체 기판인 실리콘(Si) 웨이퍼 위에 얇은 박막으로 증착할 수 있어야 합니다.
2) 전기저항이 낮은 물질
: 금속선은 회로패턴을 따라 전류를 전달하는 역할을 하므로 전기저항이 낮은 물질이어야 합니다.
3) 열적·화학적 안정성
: 금속 배선 공정 이후의 공정에서 금속선의 특성이 변하지 않는 것이 중요합니다.
따라서, 후속 공정에 대해 열적, 화학적 안정성이 뛰어 나는지 또한 살펴보아야 합니다.
4) 패턴 형성의 용이성
: 반도체 회로 패턴에 따라 금속선을 형성시키는 작업이 쉬운지를 확인해야 합니다. 아무리 좋은 금속이더라도
식각 등의 공정 특성에 맞지 않는다면 반도체 배선 재료로 쓰이기 어렵습니다.
5) 높은 신뢰성
: 집적회로 기술의 발전으로 나날이 작아지고 미세해짐에 따라 금속 배선 역시 작은 단면에서 끊어지지 않고
오래갈 수 있는지도 중요한 조건입니다.
6) 제조 가격
: 위와 같은 조건을 모두 만족하더라도 고가의 재료라면 대량생산을 하는데 어려움이 따르기 때문에 반도체의
재료로 부적합합니다.
위의 조건을 충족시키며, 반도체 제조 공정에 쓰이는 대표적인 금속에는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 등이 있습니다. 그럼, 실제 금속 배선 공정(Metal Interconnect)은 어떻게 이루어지는지 알아보도록 하겠습니다.
■ 반도체용 금속 배선 재료의 대표주자, 알루미늄(Al)과 텅스텐(W)
대표적인 반도체용 금속 배선 재료인 알루미늄(Al)은 실리콘 산화막(Silicon Dioxide)과 부착성도 좋고 가공성도 뛰어나다는 장점이 있습니다.
▲ 알루미늄 금속 배선 공정
그러나, 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)이 만나면 계면에서 섞이려는 성질이 있는데요, 이 때문에 실리콘으로 만들어진 반도체 웨이퍼의 경우, 알루미늄 배선 공정에서 접합면이 파괴되는 현상이 생길 수 있습니다. 이러한 현상을 방지하기 위해 두 접합면 사이 장벽(Barrier)에 해당하는 금속을 증착하는 과정이 더해지게 되는데, 이를 베리어 메탈(Barrier Metal)이라고 합니다. 이는 이중으로 박막을 형성해 접합면이 파괴되는 것을 막습니다.
이 후 알루미늄 배선은 증착을 통해 이루어지는데, 알루미늄 괴를 진공 챔버에 넣어 감압 하에서 끓이면 알루미늄이 입자상태로 진공 챔버 안이 가득 채워집니다. 이 때, 웨이퍼를 진공 챔버에 넣어 통과시키면 알루미늄의 입자가 박막을 형성해 부착되게 됩니다. 고진공 상태에서 알루미늄을 증기화하여 부착시키기 때문에 이 공정을 진공증착(evaporator)이라고 합니다. 근래에는 플라즈마를 이용한 물리적 기상 증착 방법 (sputtering)도 많이 사용하고 있습니다.
기본 소자와 금속 배선의 연결 부분을 접점(contact)이라고 하는데요, 접점의 크기가 작아서 좁은 hole 형상을 가지게 되면 좁은 공간을 금속으로 채우기가 어려워 집니다. 이럴 경우, 알루미늄 보다는 텅스텐을 많이 사용하는데요, 이 때 보다 균일하게 박막을 형성해 부착시키기 위해 진공증착 보다는 화학적 기상증착 방법(CVD)을 통해 금속 배선 공정이 이루어지게 됩니다.
반도체 산업이 발전함에 따라 8대 공정 역시 꾸준한 연구 및 개발로 변화를 거듭하고 있습니다. 이번 시간에 소개해 드린 금속 배선 공정(Metal interconnect) 역시 반도체의 크기가 점차 작아짐에 따라 좁은 영역에도 금속을 잘 채우기 위해, 진공증착 (evaporator)에서 화학적 기상 증착(CVD)으로 전환이 이루어지고 있습니다. 또한, 최근에는 이전의 도전재료(Al, W)보다 가격은 저렴하고 전도성은 더욱 우수한 구리(Cu)가 첨단 메모리, CPU 및 Logic 제품에 상용화되고 있습니다.
14.Wafer 자동선별
Chip들의 불량 여부를 컴퓨터로 검사하여 불량품을 골라 낸다. 불량 제품은 검은 잉크로 동그란 마크를 찍어 분류한다. (기흥 삼성반도체의 경우 FAB 의 최종공정에 EDS를 운영한다)
15.Wafer 절단
웨이퍼에 그려진 하나하나의 Chip들을 떼어내기 위하여 Wafer를 손톱만한 크기로 계속잘라 낸다. 절단에는 다이어몬드 톱이 사용된다.
16.칩 집착
낱개로 분리된 Chip가운데 제대로 작동 하는 것만을 골라내어 Red Frame 위에 올려놓는다. Red Frame이란 반도체에서 지네발처럼 튀어나온 다리 부분인데 반도체가 전자 제품에 연결되는 소켓의 구실을 한다. 부정으로 판정된 제품은 자동으로 제외 된다.
17.금속연결
Chip의 외부 연결 단자와 Red Frame을 가느다란 금선으로 연결해 준다. 머리카락 보다가는 순금을 사용한다. 이 장면은 TV에 가끔씩 나온다. 네모난 금속성 Chip이 있고 그 주위를 작은 막대기 같은 것이 나와서 바쁘게 선을 연결하는 장면이다.
18.성형
외형 만들기 작업이다. 이 과정을 거쳐 우리가 흔히 볼 수 있는 검은색 지네발 모양이 된다. Chip과 연결 금선을 보호해 주기 위하여 화학 수지로 밀봉해 준다. 플라스틱 이나세라믹 같은 것으로 감싸준다. 그 다음 윗면에 제품명이나 고유번호, 제조 회사의 마크 등을 인쇄 한다.

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