반도체 8대 공정 개요 1 - 웨이퍼 제조/산화

반도체 8대 공정 개요 1 - 웨이퍼 제조/산화

이 글에서는 반도체 8대 공정 중 웨이퍼 제조/산화에 대해 알아볼 것이다. 하나의 반도체를 제조하기 위해서는 많은 과정을 거쳐야 하며 그 과정이 매우 복잡하다. 하지만, 그 복잡한 과정을 크게 8가지로 나누어 살펴보면 비교적 간단하게 이해할 수 있다. 따라서 이 글을 포함한 앞으로의 시리즈 글을 통해 반도체 8대 공정의 개요를 알아보고, 반도체 공정에 대한 감을 잡길 바란다.

(이 시리즈 글은 줄글로 작성됐다. 그 이유는 반도체 취준 과정에서 면접을 준비할 때, 논리적인 구조로 말하는 (설명하는) 연습이 필요하기 때문이다. 이 글이 그런 연습에 도움 되길 바란다.)

반도체 8대 공정

1. wafer 제조 (웨이퍼 제조)
2. oxidation (산화)
3. photolithography (포토리소그래피)
4. etching (식각)
5. deposition & Ion Implantation (doping) (증착 & 이온주입 (도핑))
6. metallization (금속배선)
7. EDS (electrical die sorting)
8. packaging (패키징)

1. wafer 제조 (웨이퍼 제조)

wafer를 만드는 방식은 2가지가 있다. 초크랄스키(czochralski) 방법과 floating zone 방법 (부유대역법)이다.

첫째, 초크랄스키 방법을 통한 웨이퍼 제조 과정은 다음과 같다. quartz crucible (석영 도가니)에 poly-Si를 넣어서 녹인다. tip 끝에 원하는 결정구조(보통 single crystalline Si)를 가진 seed를 묻혀서 녹인 물질에 담근다. 그런 뒤 한 방향으로 돌리면서 들어 올리면 커다란 잉곳(ingot)이 만들어진다. 만들어진 잉곳을 다이아몬드 톱으로 자르면 웨이퍼 한 장이 만들어진다.

둘째, floating zone 방법을 통한 웨이퍼 제조 과정은 다음과 같다. 잉곳 중간에 RF coil을 위치시키고 전류를 흘리면 강한 열이 발생하여 잉곳이 다시 녹게 된다. 이 과정에서 결정의 재정렬이 이루어지면서 불순물은 위로 올라가게 된다. 그러면 상대적으로 잉곳의 아래 부분에는 불순물이 없는 고순도 물질이 남게 된다. 결과적으로 잉곳의 아래 부분만을 실제 웨이퍼로 사용하여 고순도의 웨이퍼를 얻는다.

2. oxidation (산화)

oxidation (산화)란, 실리콘(Si)으로 이루어진 웨이퍼에 산소(Oxide)를 접촉시켜 얇은 SiO2 산화막을 형성하는 과정이다. 일반적으로 높은 열을 이용하는 thermal oxidation 방식을 사용한다. 산소를 공급하기 위한 source 물질의 상태에 따라 wet oxidation과 dry oxidation으로 나눌 수 있다. wet oxidation은 산소를 공급하기 위한 source 물질로 수증기(H2O)를 사용한다. dry oxidation은 source 물질로 산소 gas를 사용한다. 두 방식 모두 source 물질이 연결된 furnace 장비를 이용한다. inlet으로 source 물질을 주입해 산소를 공급하고, 높은 열을 통해 산화막을 형성시킨 뒤, 남은 물질을 outlet으로 방출한다.