"반도체 제조 전 과정을 공개합니다(1부)" 에서는 웨이퍼 가공, 산화, 포토리소그래피의 3대 주요 단계를 소개합니다. 이번 호에서는 반도체 제조 공정의 두 가지 주요 단계인 에칭과 박막 증착을 계속해서 살펴보겠습니다.

 

4단계: 에칭

 

웨이퍼에 회로 패턴의 포토리소그래피가 완료된 후, 에칭 공정을 통해 잉여 산화막을 제거하고 반도체 회로 패턴만 남깁니다. 이를 수행하려면 액체, 가스 또는 플라즈마를 사용하여 선택된 과잉 부품을 제거해야 합니다.

식각 방법에는 사용되는 물질에 따라 크게 두 가지가 있는데, 특정 화학 용액을 사용해 화학 반응을 진행해 산화막을 제거하는 습식 식각과 가스나 플라즈마를 이용하는 건식 식각이 있다.

 

습식 에칭

 

 

화학적 용액을 사용하여 산화막을 제거하는 습식 에칭은 비용이 저렴하고 에칭 속도가 빠르며 생산성이 높다는 장점이 있습니다. 그러나 습식 에칭은 등방성이므로 어느 방향에서나 속도가 동일합니다. 이로 인해 마스크(또는 민감한 필름)가 에칭된 산화막과 완전히 정렬되지 않아 매우 미세한 회로 다이어그램을 처리하기 어렵게 됩니다.

 

드라이 에칭

 

건식 에칭은 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째는 에칭가스(주로 불화수소)를 사용하는 화학적 에칭이다. 습식 에칭과 마찬가지로 이 방법은 등방성이므로 정밀 에칭에도 적합하지 않습니다.

 

두 번째 방법은 물리적 스퍼터링으로, 플라즈마의 이온을 사용하여 과도한 산화물 층에 충격을 가하여 제거합니다. 스퍼터 에칭은 이방성 에칭 방법으로 수평 방향과 수직 방향으로 에칭 속도가 다르기 때문에 화학적 에칭에 비해 정밀도도 높다. 그러나 이 방법의 단점은 이온 충돌에 의한 물리적 반응에 전적으로 의존하기 때문에 식각 속도가 느리다는 점이다.

 

 

 

마지막 세 번째 방법은 RIE(Reactive Ion Etching)이다. RIE는 처음 두 가지 방법을 결합한 것입니다. 즉, 이온화 ​​물리적 에칭에는 플라즈마를 사용하지만, 화학적 에칭에는 플라즈마 활성화 후 생성된 자유 라디칼도 사용합니다. RIE는 처음 두 가지 방법보다 빠른 에칭 속도 외에도 이온 이방성의 특성을 활용하여 고화질의 패턴 에칭을 구현할 수 있습니다.

 

 

현재 건식 식각은 미세 반도체 회로의 수율을 향상시키기 위해 널리 사용되고 있습니다. 웨이퍼 전체의 식각 균일성을 유지하고 식각 속도를 높이는 것이 중요하며, 오늘날 최첨단 건식 식각 장비는 더 높은 성능의 최첨단 로직 및 메모리 칩 생산을 지원하고 있습니다.

 

다양한 에칭 응용 분야를 위해 Lam Group은 깊은 실리콘 에칭을 위한 DSiE™ 시리즈와 Syndion® 시리즈, 주요 유전체 에칭 제품인 Flex® 시리즈, 도체 에칭을 위한 Kiyo® 시리즈, 금속을 위한 Versys® Metal 시리즈를 포함한 다양한 에칭 제품 시리즈를 제공합니다. 에칭. 램그룹은 업계 최고의 Kiyo 및 Flex 프로세스 모듈을 기반으로 지난해 3월 Sense.i® 시리즈도 출시했는데, 이 시리즈의 고성능 성능은 앞서 언급한 생산 프로세스에 필요한 정확성과 일관성 요구 사항을 충족할 수 있으며 다양한 공정에 적합합니다. 중요 및 준임계 에칭 애플리케이션.

 

5단계: 박막 증착

 

칩 내부에 작은 장치를 만들려면 얇은 필름 층을 증착하고 잉여분을 식각하고 재료를 추가하여 다양한 장치를 분리해야 합니다. 각 트랜지스터나 메모리 셀은 위의 과정을 거쳐 단계별로 구축됩니다. 여기서 말하는 '박막'이란 일반적인 기계적 가공 방법으로는 제조할 수 없는 1미크론(μm, 100만분의 1미터) 두께 이하의 '필름'을 말한다. 원하는 분자 또는 원자 단위를 포함하는 박막을 웨이퍼 위에 배치하는 과정을 증착이라고 합니다.

 

 

다층 반도체 구조를 형성하기 위해서는 먼저 디바이스 스택(device stack)을 제작해야 합니다. 즉, 웨이퍼 표면에 금속박막(도전성) 필름과 유전체(절연) 필름을 여러 겹으로 교대로 쌓은 후 잉여분을 제거해야 합니다. 반복적인 에칭 공정을 통해 부품을 제작하고 3차원 구조를 형성합니다. 증착 공정에 활용 가능한 기술로는 화학기상증착(CVD), 원자층증착(ALD), 물리기상증착(PVD) 등이 있으며, 이들 기술을 활용하는 방식은 건식증착과 습식증착으로 구분된다.

 

① 화학기상증착

 

 

화학 기상 증착에서 전구체 가스는 반응 챔버에서 화학적으로 반응하여 웨이퍼 표면에 부착되는 박막과 챔버 밖으로 펌핑되는 부산물을 생성합니다.

 

플라즈마 강화 화학 기상 증착에서는 반응성 가스를 생성하기 위해 플라즈마를 사용해야 합니다. 이 방법은 반응 온도를 낮추므로 온도에 민감한 구조에 이상적입니다. 플라즈마를 사용하면 증착 횟수도 줄어들어 필름 품질이 높아지는 경우가 많습니다.

 

②원자층 증착

 

 

원자층 증착은 한 번에 몇 개의 원자층만 증착하여 박막을 형성합니다. 이 방법의 핵심은 특정 순서에 따라 별도의 단계를 순환하고 양호한 제어를 유지하는 것입니다. 웨이퍼 표면에 전구체를 코팅하는 것이 첫 번째 단계이며, 그런 다음 다양한 가스가 도입되어 전구체와 반응하여 웨이퍼 표면에 필요한 물질을 형성합니다.

 

③물리증착법

 

 

이름에서 알 수 있듯이 물리적 기상 증착은 물리적 수단을 통해 얇은 필름을 형성하는 것을 의미합니다. 스퍼터링(Sputtering)은 물리기상증착법으로, 아르곤 플라즈마 충격을 통해 타겟의 원자를 스퍼터링하여 웨이퍼 표면에 증착시켜 박막을 형성하는 원리이다.

 

어떤 경우에는 증착된 필름을 자외선 열 처리(UVTP)와 같은 기술을 통해 처리하고 특성을 향상시킬 수 있습니다.

램그룹의 증착 장비는 텅스텐 금속화 공정에 적합한 ALTUS® 시리즈, 후박막 증착 처리 능력을 갖춘 SOLA® 시리즈, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 SPEED® 시리즈, Striker 등 뛰어난 정밀도, 성능, 유연성을 갖추고 있습니다. 첨단 ALD 기술을 활용한 ® 시리즈, VECTOR® PECVD 시리즈 등

 

다음 호에서는 반도체 제조의 마지막 세 가지 중요한 단계인 상호 연결, 테스트, 패키징을 소개할 예정이니 계속 지켜봐 주시기 바랍니다!