7/22 ~ 7/23 동안 반도체공정실습을 교육받게 되었다.
반도체 공정은 기본적으로 8대 공정으로 나뉘어져있다.
| 웨이퍼 제조 | 산화 공정 | 포토 공정 | 에칭 공정 | 증착 및 이온주입 | 금속 배선 | 테스트 | 패키지 |
그러나 반도체공정실습 중 기초과정은 제조된 웨이퍼를 이용하여 산화 공정과 포토 공정, 에칭 공정, 증착 및 이온 주입을 위주로 진행되며 각 공정의 기초에 대해 자세히 확인하며 실습할 수 있는 기회가 되었다.
산화공정
SI 웨이퍼가 산화 공정에 들어가기 전 이물질 제거를 해야한다.
| 유기 세정 | Acetone(아세톤) => IPA(Isopropyl Alcohol, 아이소프로필 알코올) => DIW(Deionized Water, 순수물) => Blow(N2) |
| 유기성 오염물 제거(기름, 먼지, 생체 오염물 등등) | |
| 산 세정 | HF, HCL => DIW(Deionized Water) => Blow(N2) |
| 무기성 오염물 제거(산화막, 녹, 이온성 오염물 등등) |
Blow(물기제거)과정에서 N2를 쓰는 이유 : N2는 비활성기체로 표면과 반응하지 않음
공기 중 수분이나 미립자 오염으로부터 표면 보호
//주의 사항 : 집게를 이용하여 wafer를 집을 때 나중에 쓰이지 않을 끝부분을 이용하여 집도록 해야하며 집게에도 이물질이 묻을 수 있다는 것을 염두해야함.
이제 산화 공정을 시작할 때이다. 산화 공정은 wafer 표면 SI가 SIO2로 바꾸는 것이다.
작업을 간단히 설명하자면 O2 속에 wafer를 넣고 가열하며 된다.
| 속도 | 질 | |
| 건식 산화(산소) | Slow | Good |
| 습식 산화(수증기와 산소)(산화막 : 2.2um 두께) | Fast | Bad |
우리는 습식 산화로 진행하였다. 산화가 진행된 뒤 wafer는 눈에 띄게 파란색으로 변함을 확인 할 수 있었다.
산화 공정 이유
- 누설 전류 방지
- 이온 확산 방지
- Over etching 방지
- 표면 불순물 방지
포토공정
첫 PR 전 HMDS를 웨이퍼에 발라 PR의 접착력을 높일 수 있다.
| PR Coating(GXR-601 사용) | 웨이퍼에 PR을 스포이드를 이용하여 중앙에 적당히 도포 후 회전시키며 코팅 |
| Soft Bake | Hot Plate(110도, 90초)에 웨이퍼를 구워 PR의 Solvent 성분을 날림 |
| Solvent 성분 : 웨이퍼와 PR이 잘 붙지 않도록 함 | |
| Exposure(노광, Hard Contact 사용) | photo mask와 맞춘 후 GXR-601에 맞는 recipe를 설정하여 노광 |
| soft/hard/vaccum/proxmity contact : 웨이퍼와 mask 사이 관계에 따른 차이 positive, negative GXR-601의 필요에너지 130 mJ/cm^2, 노광 장비의 초당 에너지 상이하여 UV노출 시간도 상이 |
|
| PEB(Post Exposure Bake) | Hot Plate(110도, 60초)로 UV(빛)은 파동이라 UV로 깍은 부분이 곡선이라 직선으로 녹이는 작업 |
| Develop(현상, AI 300 MIF 사용) | 빛 받은 PR을 깍아내리는 작업. Develop에 넣으며 PR이 떨어져나가는 것을 확인 => D.I.Water => Blow(N2) |
| Hard Bake | Hot Plate(115도, 90초)로 잔여 Developer와 Sovent 제거 |
| 현미경 | 결과물 작업물 확인! |
alignment key : 포토작업을 여러번 하며 정렬된 증착을 하기위해서 이 alignment key를 보며 정렬한다.
Develop 이후 defect
PR 잔여물로 예상 : 까맣게 탄 이유는 bake과정 중 열로 인해 탈 수 있다고 연구원에게 설명 받음
중앙에서 오른쪽 3번째에 있던 defect이다. 이는 다른 조와 똑같은 자국으로 마스크 오염이 문제임을 알 수 있었다.
식각 공정(Etching)
1. 산화막(SiO2) 제거
| 속도 | 식각방법 | |
| 습식 식각 | fast | 용액, 화학 (등방성) |
| 건식 식각 | slow | 플라즈마, 화학 + 물리 (등방성 후 비등방성) |
SiO2 + 6HF => H2SiF6 + 2H2O
플라즈마는 처음에는 등방성이지만 자기장을 이용해 플라즈마(이온가스)의 방향성을 만듦.
2. PR 제거 (NMP 사용) : 현재 Hard Bake를 하였기 때문에 웨이퍼를 NMP(70도, 10분)에 넣으며 PR 제거
3. I.P.A IPA(Isopropyl Alcohol, 아이소프로필 알코올)에 넣고 초음파 진동
4. Blow(N2)
증착(웨이퍼 표면에 전기적 특성을 갖게 하는 공정)은 하지 않으며 포토공정을 한 번 더 하였다.
첫 번째 사진은 앞선 PR 잔여물로 인해 산화막이 보호받아 그대로 남아있음을 볼 수 있다.
두 번째 사진은 공정 중 유기물이 묻어있다고 판단하였다.
이는 Develop하기 전 PR이 중간에 비어있음을 확인한 바로 PR 코팅 전 웨이퍼 이물질이나 PR에 이물질이 있어 Develop 과정에서 PR이 산화막을 지켜주지 못해 산화막이 있어야할 곳이 없어졌음을 확인할 수 있다.
cf) 같은 산화막이 색깔이 다른 이유는 광학현미경이 산화막의 두께에 따라 다른 빛을 내기 때문!!
이번 특강을 통해 반도체 공정 중 가장 기초적인 공정 과정을 제대로 알고 실습해볼 기회를 얻게 되었다. 이를 통해 형태만 알던 반도체가 어떤 과정을 통해 만들어지는지 조금이나마 알 수 있는 기회가 되었으며 반도체에 좀더 흥미를 느낄 수 있는 시간이 되었다. 이 다음 반도체 공정 중급과정을 수료하거나 램리 서치 아카데미와 같은 반도체 관련 교육들에 더 적극적으로 참여해보아야겠다.
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