Transcript 슬라이드 1
반도체 제조 공정의
큰 흐름
웨이퍼 제조 및 회로 설계 전공정(웨이퍼 가공) 후공정(조립 및 검사) 완성
웨이퍼 제조 및 회로 설계
김요섭
웨이퍼(Wafer)?
<웨이퍼 제조 및 회로설계>의
대표적인 5단계
단결정 성장 규소봉 절단 웨이퍼 표면연마 회로 설계 Mask 제작
Si
(규소,실리 콘)
Six Nine % %
단결정성장 → 규소봉절단 → 웨이퍼표면연마 → 회로설계 → Mask제작
SEED 결 정 잉곳(Ingot) 고순도 실리콘 용융액 단결정성장 → 규소봉절단 → 웨이퍼표면연마 → 회로설계 → Mask제작
텅스텐 Wire 단결정성장 → 규소봉절단 → 웨이퍼표면연마 → 회로설계 → Mask제작
웨이퍼 슬러리 웨이퍼 패드
단결정성장 → 규소봉절단 → 웨이퍼표면연마 → 회로설계 → Mask제작
C A D
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E-Beam
단결정성장 → 규소봉절단 → 웨이퍼표면연마 → 회로설계 → Mask제작
E-Beam
단결정성장 → 규소봉절단 → 웨이퍼표면연마 → 회로설계 → Mask제작
웨이퍼 가공 (전공정)
김정곤
초기 산화
<전공정(웨이퍼 가공)>의
대표적인 5단계
마 스 킹 나이트 라이드 식 각
이온 주입
금속 배선 증착
Silicon Dioxide Wafer 공정 목적 : 배선 간 간격이 매우 미미하여 합선의 가능성이 큼. 웨이퍼에 그려질 배선간 합선방지 (배선을 구분하는 절연체의 역할.) 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
웨이퍼 표면에 산화규소막(SiO 2 )을 형성시킨다.
다음과 같은 화학 반응을 이용한다. SiO 2 /Si 계면에서 발생 실온에서는 반응 일어나지 않고, 수시간동안 수백도의 온도로 가열하여 화학반응해야함.
이 계면은 외부 기체에 노출되지 않으므로 원하지 않는 불순물(impurity)의 주입도 방지 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
나이트라이드 증착(nitride deposition) 및 감광액 도포 Photoresist Nitride Silicon Dioxide Wafer 산화규소막 위에 나이트라이드를 증착, 그 위에 포토 레지스트(photo resist,PR)를 입힌다. 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
공정 원리 : 나이트라이드(Si 3 N 4 )는 시레인가스(SiH 4 )와 암모니아(NH 3 )가스를 혼합하여 수 시간동안 수백 도의 온도로 가열함으로써 얻을 수 있다.
나이트 라이드의 생성 반응식은 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
위의 산화 규소막 형성 및 나이트라이드의 증착 과정은 화학적으로 증기를 침전시키는 CVD(Chemical Vapor Deposition)라는 공정을 이용. 화학물질을 포함하는 가스에 열이나 빛으로 에너지를 가하거나, 고주파로 플라스마화 시키면 원료물질이 라디칼화되어 반응성이 크게 높아져 기판 위에 흡착되어 퇴적한다.
'열 CVD', '빛 CVD', 플라스마 CVD
초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
<1> 원료 기체 즉, 전구체들의 반응기 내부로의 도입 <2> 대류와 확산에 의한 기상 화학물질들의 기판(웨이퍼) 표면으로의 이동 <3> 막 전구체(film precursor)들의 기판 표면에의 흡착 <4> 흡착된 막 전구체의 기판 표면에서의 표면확산 및 탈착 <5> 표면반응에 의한 박막 형성 및 휘발성 반응 생성물의 형성 <6> 휘발성 반응 생성물의 탈착 및 기상으로의 이동 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
나이트라이드에 증착될 PR의 종류
Positive PR
빛을 받으면 녹아 없어짐
Negative PR
빛을 받으면 단단하게 굳음
초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
마스킹 과정은 다색판화에 비유될 수 있습니다.
도화지 상단 잠자리 표 테두리 하단 잠자리 표 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
UV light UV light
Exposed PR Exposed Photoresist PR Nitride Silicon Dioxide Wafer 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
Develpe d PR Develpe d PR Photoresist Nitride Silicon Dioxide Wafer Develpe d PR 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
색판- 마스크 도화지 - 웨이퍼 테두리 – 다이 잠자리 표 – 얼라인 키
포토리소그래피
- 마스크의 회로를 웨이퍼에 새기는 공정 포토리소그래피란 얼마나 가느다란 선 혹은 패턴을 웨이퍼 위에 남길 수 있느냐가 더 집적된 회로를 만들 수 있느냐를 좌우한다. 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
Develpe d PR Develpe d PR Photoresist Nitride Silicon Dioxide Wafer Develpe d PR 나이트라이드를 식각하면 PR이 없는 부분의 나이트라이드가 깎여나간다. 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
< 식각의 종류 >
웨트에칭(wet etching) 깎아낼 부위를 화학적으로 녹임 드라이 에칭(dry etching) 깎아낼 부위를 입자를 가속, 충돌시켜 조금씩 부셔뜨림 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
앞에서 언급한 마스크의 제작 과정 또한 Chrome 원판에 감광액을 도포 하고 Electron Beam을 사용해서 회 로도를 입력합니다. PR이 녹아 없어 진 부분은 식각을 해서 Chrome 원판 에 pattern을 만듭니다.
초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
(a) 5 : 1 마스크 사용시 (b) 1 : 1 마스크 사용 시 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
마스크 제작부터 웨이퍼에 패턴을 새기는 전체 과정
초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
Develpe d PR Develpe d Photoresist Nitride Silicon Dioxide Implant Wafer Implant Develpe d PR 이온주입(Ion Implantation) 이온 주입은 불순물 원자가 고속으로 가속되어 웨이퍼 표면에 박히게 하는 기술이다. 레인지(range) 이온이 타깃 내부로 침투하여 최대의 농도를 보이는 침투 깊이 레인지의 크기의 결정 인자 이온의 운동에너지, 이온의 종류(이온 반경) , 타깃의 구조적 특성 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
웨이퍼 표면에만 분포하는 불순물 원자들 을 수백도의 온도로 수 시간 가열하면 농도 차에 의해서 확산되어 웨이퍼 깊숙이 파고들 게 되어 n – type 또는 p – type 반도체를 형 성하게 된다.
여태까지의 이 과정이 여러 번 반복되어 하 나의 반도체가 형성된다.
초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
금속배선증착
Aluminum Silicon Dioxide implant
Wafer
implant 웨이퍼 표면에 도핑단계를 통해 전기적 활성영역이 형성되면, 그 부분은 배선이 된다.
반도체 기술에서의 배선은 SiO 2 나 Si 3 N 4 위에 적층된 알루미늄 박막으로 형성된다.
그 아래의 웨이퍼 표면의 지역과 접촉하기 위해 절연 막에 구멍을 내서 알루미늄이 통하게 된다. 초기산화 → 마스킹 → 나이트라이드 식각 → 이온주입 → 금속배선증착
조립 및 검사 (후공정)
김중엽
<후공정(조립 및 검사)>의
대표적인 6단계
웨이퍼 자동선별 웨이퍼 절단 칩 접착 금속연결 성형 최종검사
Chip들의 전기적 동작여부를 컴퓨터로 검사하여 불량품을 골라낸다.
웨이퍼자동선별 → 웨이퍼절단 → 칩 접착 → 금속연결 → 성형 → 최종검사
웨이퍼상의 수많은 칩들을 분리하기 위해 다이아몬드 톱을 사용해 웨이퍼를 절단한다.
웨이퍼자동선별 → 웨이퍼절단 → 칩 접착 → 금속연결 → 성형 → 최종검사
낱개로 분리된 Chip가운데 제대로 작동 하는 것만을 골라내어 Lead Frame 위에 올려놓는다. * Lead Frame 반도체가 전자 제품에 연결되는 소켓의 구실을 한다.
웨이퍼자동선별 → 웨이퍼절단 → 칩 접착 → 금속연결 → 성형 → 최종검사
칩의 외부 연결 단자와 리드 프레임을 가느다란 금선으로 연결해 준다.
웨이퍼자동선별 → 웨이퍼절단 → 칩 접착 → 금속연결 → 성형 → 최종검사
외형 만들기 작업
이로서 반도체소자 최종 완성 웨이퍼자동선별 → 웨이퍼절단 → 칩 접착 → 금속연결 → 성형 → 최종검사
완성된 반도체의 전기적 특성이나 기능 등을 컴퓨터로 최종검사 한다.
웨이퍼자동선별 → 웨이퍼절단 → 칩 접착 → 금속연결 → 성형 → 최종검사
후공정 장비
검사장비 Test Handler, Chip Mounter, Burn-in System 등 기타장비 패키징 장비 (몰딩, 트리밍, 포밍장비), 레이저 마킹장비 등
후공정 장비
Burn-in 높은 온도로 열적 stress를 가하는 장비 Bonding Packagin g Dicing 반도체 제품조립시 칩을 외부단자의 도 선과 연결하는 작업 공정 완료 후 웨이퍼를 각각의 소자(die) 로 절단한 후 금형이나 케이스에 넣어 밀 봉하는 작업 Dicer Bonding Die bonder, wire bonder, tab bonder Packagin g Molding, triming/forming, baking, soldering, marking, wafer prober, test handler, burn-in tester, memory tester
세계 최고를 이룩한 삼성전자의 반도체 제조 공정 혁신 방향
• 차세대 기술 적용을 통한 칩 크기 축소 와 생산비용 절감 • 삼성전자는 생산라인을 복합적으로 활 용 하는 다양한 혁신을 도입 • 정보와 경험 축적을 통해 시장 추세 읽 기
자료출처
강구창(2005), 반도체 제대로 이해하기, 지성사 허규성(2001), 반도체 공학, 일진사 Semipark (반도체자료실) http://www.semipark.co.kr/data_center/data_base.asp?tb_id=spd&menuid=data
Withche.com
http://www.withche.com/main/curri.asp?cate=C3F
자료출처
Semi-Materials (제품소개) http://www.semimaterials.com/products/products_01_02.html
http://www.semipark.co.kr/images/ http://www.semipark.co.kr/images/반도체장비/반도체%20입문/반도체%20 기초이론/반도체이야기%201.htm 한신 실리콘 로라 (실리콘 – 원료) http://www.hssr.net/sili02.htm
IC Bank (전자정보) http://www.icbank.com/elecinfo/default.asp
LG 실트론 (정보 - 용어사전) http://www.siltron.co.kr/html/gwfd/gwfd1040101m.htm
G&P 테크놀로지 (정보 – CMP 소개) http://www.gnptech.com/public/information/introduction_2.html
자료출처
네이버 백과사전 (화상기상성장법) http://100.naver.com/100.nhn?docid=792664
자료출처
투자 디자이너 Hedger의 Blog http://blog.naver.com/hedger?Redirect=Log&logNo=80028120026 http://blog.naver.com/hedger?Redirect=Log&logNo=80034161472