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전공정 단계B

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식각(Etching)공정
회로패턴을 형성시켜 주기 위해 화학물질이나 반응성 가스를 사용하여 필요 없는 부분을 선택적으로 제거시키는 공정이다. 웨이퍼에 회로 패턴을 만들어 주기위해 화공약품(습식)이나 부식성 가스 (건식)를 이용해 필요 없는 부분을 선택적으로 없앤다. 현상액이 남아 있는 부분을 남겨 둔 채 나머지 부분은 부식시킨다. 식각이 끝나면 감광액도 황산용액으로 제거 한다. 이 과정은 동판화를 만드는 것과 유사하다. 동판화 제작 과정을 보면 동판 위에 파라핀을 바르고(반도체의 감광액) 표면을 그을린 뒤 그 위에 날카로운 송곳 같은 것으로 그림을 그린다. 송곳이 지나간 자리에는 파라핀이 벗겨진다. 그 다음 부식 시키는 화공약품을 넣는다(반도체의 식각공정)화공약품과 파라핀을 씻겨 내면 그림이 완성 된다. 이런 과정은 반도체도 동판 제작과 다를 바 없다. 반도체의 경우 이러한 패턴형성 과정은 각 패턴 층 에 대해 계속적으로 반복 된다.
이온주입(Ion Implantaion)공정
회로패턴과 연결된 부분에 불순물을 미세한 가스입자 형태로 가속하여 웨이퍼의 내부에 침투시킴으로써 전자소자의 특성을 만들어 주며, 이러한 불순물주입은 고온의 전기로 속에서 불순물입자를 웨이퍼 내부로 확산시켜 주입하는 확산공정에 의해서도 이루어진다.
화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)공정
반응가스간의 화학반응으로 형성된 입자들을 웨이퍼표면에 증착하여 절연막이나 전도성막을 형성시키는 공정이다.

CVD: Chemical Vapor Deposition

집적회로와 같은 제조공정에서 기판 위에 실리콘 등의 박막을 만드는 공업적 수법이다. 실리콘 산화 막, 실리콘 질소 막, 아모르퍼스 실리콘(Amorphous Silicon) 박막 등을 만드는데 쓰인다. 제작과정에서 화학반응을 이용하므로 화학기상성장법이라고 불린다. 반응성 가스를 진공 반응기 내에 주입하여 적당한 활성 및 열에너지를 가하여 화학 반응을 유도함으로써 기판 표면에 원하는 박막을 증착시키는 기술이다. 반도체 표면에 절연 막, 금속 막, 유기 막 등의 박막을 형성시키는 대표적인 방법으로 기존 습식 전기 도금에 비해 공해 문제가 크지 않고, 증착율도 다른 코팅법과 비교해 빠르며, 피복층의 성장 속도를 자유롭게 조절할 수 있다는 특징으로, 현재 다양한 산업에서 널리 사용되고 있다. 또한 단결정 혹은 다결정 실리콘 웨이퍼 위에 도핑 에피 층을 형성하거나, 복잡한 성분의 화합물 반도체 제작, 텅스텐 이미터 소자의 제작 등이 응용되고 있다. CVD의 증착 원리는 증착할 물질을 가스 형태로 외부에서 챔버 내부로 주입하며, 화학 반응에 의해 증착 시키고자 하는 물질이 분리 및 생성되며, 가열된 웨이퍼 기판 표면에서 물질과 반응하며 증착이 이루어진다. 증착과정을 단계적으로 설명하면 아래와 같다.
먼저 주입가스가 증착 될 기판 표면으로 이동하는 단계를 지나 표면 확산 및 반응으로 증착 될 물질이 핵생성 되며 성장하는 단계를 거쳐, 최종적으로 휘발성 부산물이 외부로 제거되는 단계를 거친다. 이러한 CVD공정에 의해 형성된 박막의 두께는 수 nano meter에서 수십 micro meter까지 다양하며, 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 균일한 증착 막을 형성시키는 것이 매우 중요하다. 환원가스로는 주로 수소를 많이 사용하며, 반응성가스로는 염소, 불소, 브롬 등이 널리 쓰이고 있다. CVD에 해당하는 증착법에는 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition), LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)등이 있다.
  LPCVD MOCVD PECVD ALD
특징 Inorganic
source
Metalorganic
source
낮은 공정온도 단원자층 제어
공정온도 ~600℃ ~400℃   <400℃
공정압력 0.1~10 torr 10~760 torr 0.01~10 torr 0.01~760 torr
증착반응형태 표면반응+기상반응 표면반응+기상반응 표면반응+기상반응 표면반응
단차 도포성 매우 우수 우수 우수 매우 우수
입자오염 보통 보통 보통 우수
두께조절 인자 가스공급량,
온도,시간 등
가스공급량,
온도,시간 등
가스공급량,
온도,시간 등
공정 cycle수
조성 조절 어려움 어려움   쉬움

PVD(Physical Vapor Deposition)

CVD와는 다르게 물리적인 과정에 의해서 박막을 퇴적시키는 방법을 물리적기상성장법이라 한다. CVD와는 증착시키려는 물질이 기판으로 변태될 때 어떤 과정을 거치느냐에 따라 구분된다. 즉 증착시키려는 물질이 기판에 증착될 때 기체상태가 고체 상태로 바뀌는 과정이 화학적 변화이면 CVD, 물리적인 변화이면 PVD로 구분 짓는다. 공정상의 뚜렷한 차이점은 PVD의 경우 증착시키려는 물질을 기체 상태로 만들어서 날려 보내는 것이므로 고진공이 요구된다. 즉 기판에 도달하는 과정에서 다른 기체 분자들과 부딪혀서 기판에 닿지 못하거나 중간에 에너지를 잃어 고체로 변해버리는 문제를 막기 위해 고진공이 요구된다. PVD에 해당하는 증착법에는 스퍼터링 (Sputtering), 전자빔 증착법 (E-beam evaporation), 열 증착법 (Thermal evaporation), 레이저 분자빔 증착법 (L-MBE, Laser Molecular Beam Epitaxy), 펄스 레이저 증착법 (PLD, Pulsed Laser Deposition) 등이 있다. PVD와 CVD 모두 반도체 공정이나 기타 산업에 많이 이용되는데 대개 PVD의 경우 고품질의 박막이나 나노구조를 만들 때 쓰이지만 고진공이 요구되어 장비가 고가이며 증착속도가 느리다. CVD는 넓은 면적에 빠른 속도로 박막이나 나노구조를 증착시킬 때 쓴다. CVD도 PVD 못지않은 품질을 구현할 때도 있지만 일반적으로 PVD가 장비만 완성되면 고품질의 증착 면을 얻을 수 있다.

ALD(Atomic Layer Deposition)

반도체 제조 공정 중 화학적으로 달라붙는 단원자 층의 현상을 이용한 나노 박막 증착 기술 웨이퍼 표면에서 분자의 흡착과 치환을 번갈아 진행함으로 원자 층 두께의 초미세 층간 layer by layer 증착이 가능하고 산화물과 금속 박막을 최대한 얇게 쌓을 수 있으며 가스의 화학반응으로 형성된 입자들을 웨이퍼 표면에 증착시키는 화학 기상 증착(CVD)보다 낮은 온도(500℃ 이하)에서 막질을 형성할 수 있어 시스템 온칩 제조에 적합하다. ALD는 향후 기존의 모든 CVD 박막 공정을 대체할 잠재력을 갖고 있는 공정으로 거의 모든 CVD 장비 업체들이 개발에 박차를 가하고있는 기술이다. 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 보다 얇으며, 양질의 박막이 요구되지만, 기존 박막 형성 기술로써는 그 요구를 만족시키기에는 한계가 있으며, 이 한계를 극복할 수 있는 방법 중 가장 가능성 있는 방법이 ALD 이다. ALD에 의한 박막의 특징으로는 첫째, 매우 얇은 막을 형성할 수 있으며, 둘째, 막에 불순물이 거의 없고, 셋째, 조성 제어를 정확히 할 수 있으며, 넷째, 증착이 아닌 흡착에 의해 막이 형성되므로, 어떠한 복잡한 형상의 하지에서도 100 %에 가까운 Step Coverage를 얻을 수 있다. 기존의 ALD는 그 Reactor 구조 및 Source 공급 방법에 따라 크게 Shower Head 방식과, Laminar Flow방식으로 나누어 질 수 있다. 각각의 방식은 나름대로 장/단점을 가지고 있으며, 특정 회사가 특허권을 가지고 있다. 현재 개발되고 있는 다양한 종류의 ALD장비들은 상기의 두 가지 방식중의 한 가지에 속해 있다고 할 수 있다. 최근 반도체 소자의 고집적화에 따라 박막 제조 공정이 나노급 이하로 미세화 되고 있으며 원자 층의 박막조절이 가능한 공정개발이 요구되고 있다.