반도체 공정 #1- Preview & Clean room

반도체 산업에 있어서 반도체 소자 분석만큼 중요한 과정중 하나인 반도체 공정에 대해 살펴보려고 한다.

반도체는 대표 8대 공정이 존재하는데 크게보면 다음과 같다.

반도체 8대 process

8대 공정은 각 공정 하나하나가 매우 중요한 과정이고, 반도체 관련 기업에 취직하기 위해서는 이 공정들을 자세히 ㅅㄹ펴볼 필요가 있다.

 

Fab 8대 공정에서는 기본적인 소재로 쓰이는 wafer을 준비한 상태로 공정에 들어가며, EDS Test, Assembly, Final test를 거친다. 이들의 최종 목표는 좋은 수율이 발생되게 하는 것이다. 

 

Fab 공정의 특징

1. 공정흐름도에 의해 진행 = Step의 수가 수백이다.

2. 8대 공정을 반복적으로 진행한다.

3. 계측과 검사를 하는 step가 존재한다.

4. 작게는 FEOL, BEOL로 크게는 FEOL, MEOL, BEOL 로 나눈다.

FEOL-FRONT END OF LINE

MEOL-MIDDLE END OF LINE

BEOL-BACK END OF LINE

 

Masking을 중심으로 이뤄지는 구조

 

반도체 8대 공정 순서

Oxidation - PR Coating - Exposure - Development) - Etching - Ion implant - CVD - Metallization - EDS test - Sawing - Chipattach -  Wire bonding - Molding - Final test 와 같은 순서로 이뤄진다

PR Coating ~ Development 과정을 Photo 공정이라 부른다

 

Si 특성

1. Cheap & common

2. 전기적 특성 양호 (1.1eV)

3. 안정적, nontoxic

4. 절연막 구성 쉬움 (절연막 - sio2, 전도체 - 전기)

5. 2번째로 지구상에서 풍부 (O>Si>Al>Fe..)

 

Clean room

공기속 존재하는 입자, 온도, 습도, 실내 공기압 등을 제어하는 밀폐된 공간.

Yellow room: Photolithograpty 공정에 광학적 영향이 적은 파장의 조명 필요.

Yellow room 특성

About clean room

Class: 1입방피트(ft^3당) 0.5μm 입자의 개수.

Layout: process control이 이뤄지는 Prduction bay + 실제 process chamber 및 기타 부대 설비들이 있는 Service chase.

 

Wafer

 

실제 공정이 이뤄지는 Si 반도체 판.

최근 웨이퍼의 직경 증가로 인한 생산성 향상

throughtput(시간당 처리하는 웨이퍼의 수)

수율: 성공 die 수/설계한 die 수

450mm, 18" wafer 일부 개발 완료, 양산 전환 검토 중

 

 

 

 

 

 

웨이퍼 제조 - Si 결정체

사용처: 센서재료, 태양전지 LED(GaAs), LCD Display = 다결정. (Semi - Single crystal)

 

웨이퍼 제작 과정

1. Czochralski process(초크랄스키법)

(1) Quartz crucible (석영 도가니) 를 준비

절구같이 생긴 석영 도가니 내부에 실리콘 덩어리를 삽입

(2) 실리콘 덩어리가 든 석영 도가니를 1000 ~ 1200도씨에서 가열

(3) 실리콘이 들어있는 가열된 석영 도가니에 seed를 삽입

(4) seed를 천천히 돌려서 빼냄

특징: 실리콘 재사용 가능, 저비용으로 직경이 큰 웨이퍼 생산

상업적 생산이 주를 이룸(75%의 생산 비중 가짐)

다만, 산소와 같은 불순물이 발생할 수 있고 따라서 상대적으로 성능이 낮다.

2. Float zone process

부유대역법이라고 불리는 이 기법은, RF 코일을 도입해서 더욱 정교한 과정을 진행

특징: RF 코일을 도입했기 때문에, 비교적 순수한

물질이 제작-상대적으로 고성능 "Power device에 주로 사용"

가격이 비쌈 (실험용 셀을 위한 생산이 주를 이루기 때문에 25%의 생산 비중을 가진다.) 

웨이퍼 제조 공정

1. Crystal growth: 격자 생성

2. Single crystal ingot

3. Trimming(cut): 원기둥 모양의 잉곳을 잘게 다지는 과정 (Flat zone, Notch type 존재)

4. Flat grinding: 표면을 매끄럽게 하는 과정

5. Wafer slicing: 두껍게 자른다

6. Edge rounding: 모서리를 둥글게 만들어준다.

7. Lapping: Flatness: 평탄도 맞춤

8. Wafer Etching

9. Polishing: 찌꺼기 제거, CMP, 광내는 작업

10. Wafer inspection: 웨이퍼 검사

Trimming Wafer process 2 type

 

웨이퍼 분류

1.Dopant 종류에 따라

N- type: 과잉 Electron

P- type: 과잉 Hole

 

2.결정 성장 방향

1 0 0 : 화학적으로 비교적 안정

1 1 1 : 활성도가 높아진다

 

3.직경에 따라

3in, 4in....12in....18in