안녕하세요.
저는 한국의 반도체회사에서 일하고 있는 Engineer입니다. 이번에 반도체에 대한 간단한 이야기와 반도체의 8대 공정에는 어떠한것들이 있는지 간단히 소개해 보도록 하겠습니다.
추후에 세부적인 8대 공정에 대해서 이야기하도록 하겠습니다.
#반도체란 무엇인가?
○ 순수한 반도체(Si)는 전기가 통하지 않는 부도체로 존재하지만, 특정한 이온들을 첨가하게 되면 전기가 통하게 되는 도체로도 존재할 수 있다. 이렇게 어떠한 상황에 따라 부도체나, 도체로 상태가 변하는 물질을 반도체라 부른다. 최초의 반도체 재료는 게르마늄을 사용하였으나 현재는 대부분 실리콘을 이용하여 반도체 물질을 만든다.
○ 반도체 산업의 간단한 역사를 말하자면 최초의 반도체는 진공관으로 진공관은 진공속에서 금속이 가열될 때 전자가 방출되는 열에 의한 전자 방출 현상을 이용하여 전자를 전기장으로 제어하고 정류 및 증폭의 특성을 갖도록 하는 유리관 부품을 말한다. 진공관이 반도체의 특성을 갖게 되었을 때는 1904년 영국의 존 앰브로스 플레밍이 에디슨이 발견한 열전자방출을 이용하여 2극관(Diode)를 발표함으로써 최초의 반도체로 불리게 되었다.
○ 진공관이후에는 트렌지스터 → 실리콘의 도입 → 직접회로(IC) → ULSI(극초 대규모 집적회로)로 이어지고 있다. 트렌지스터는 1947년 벨 연구소에서 쇼클리와 바딘,브래튼이 진공관을 대신할 물질을 찾게 되며 공동연구를 통해 발견되게 되었다. 이 후 연구소를 나와 쇼클리와 후진들이 같이 연구를 진행하게 되었는데, 이곳이 바로 미국(USA)의 유명한 실리콘 벨리이다.
#반도체는 과거부터 현재까지 어디에 사용되고 있는가?
○ 최초의 반도체 사용은 진공관을 이용한 컴퓨터 애니악에서부터 사용되었다. 그뒤 진공관에서 트렌지스터로 반도체의 소형화과 이루어 지면서 작은 전자기기들이 만들어 지기 시작했다. 라디오의 주파수 증폭, 정류등에도 사용되었으며 우리 주변의 모든 전자제품들과 항공기등에서도 현재 사용되고 있다.
○ 현재에 들어서는 IC(집적회로)로 더욱도 소형화되고 고성능화 되며 TV, 스마트폰, 컴퓨터, SIM Card 등등 우리의 생활에서 뗄레야 때어놓을 수 없다.
#반도체의 8대 공정(간략소개)
○ 반도체의 시작을 어디에 두냐에 따라 반도체의 8대공정이 조금 달라질 수 있는데, 저는 CMP(Chemical mechanical polishing)공정부터 소개드려보겠습니다.
→ 반도체 잉곳의 형성과 절단공정은 제외하도록 하겠습니다.
① CMP공정 : Chemical Mechanical Polishing 의 약자로 다양한 화학물질과 모래 혼합물을 특수회전판에 부어연마하는 과정으로 반도체 웨이퍼를 평탄하게 만들어 주는 과정이다. 이 과정을 통해 평평해진 웨이퍼 위에 회로들을 그릴 수 있다.
② Photo공정 : Si와 O2에 만남으로 표면에 산화막이 형성된 웨이퍼에 반도체 회로를 그려넣는 과정.(웨이퍼에 감광액을 바르고 마스크를 이용한 노광작업을 통해 회로를 현상한다).
③ Dry Etch : 건식(화학적) 식각 과정으로 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 위의 산화막에서 불필요한 부분을 제거하여 반도체 회로 패턴을 만든다.
④ Wet Etch : 습식 식각(HF등 식각액) 과정으로 건식과 동일한 목적을 가지고 있고 물질의 상태에 따라 건식/습식으로 나뉜다. 건식에 비해 비용이 저렴하다.
⑤ Diffusion : 확산 공정으로 웨이퍼에 이온(3족_B:붕소, 5족_P:인 원소)을 주입하여 전기적 특성을 변화(부도체<->도체)시키는 방법. Diffusion은 열확산법으로 가스로 주입된 이온들을 특정 부위에 확산시킨다.
⑥ Implantation : 이온 주입공정으로 플라즈마를 이용하여 웨이퍼에 전기적 특성을 가지게 하기 위하여 원자 또는 분자를 이온화(B:붕소,P:인) 시켜 주입한다.
⑦ CVD : 웨이퍼에 원하는 전기적 특성을 가지게 하기위하여 분자나 원자단위의 물질들을 박막단위(um)로 쌓는공정. [증착방법에 따라 PECVD(물리적) , CVD(화학적)로 나뉜다]
⑧ Metal : 금속배선공정으로 웨이퍼위의 소자들을 동작시키고 신호들이 섞이지 않도록 선들을 연결하는 작업.[알루미늄(Al)과 구리(Cu)을 사용하며 전류가 흐르는 Interconnect와 절연하여 주는 Dielectrics로 구분된다]
○ 해당 8대 공정은 정말 간단히 설명한 것으로 추후에 8대 공정들을 더욱더 자세히 다뤄보도록 하겠습니다.
#반도체 공정이 점점 어려워 지는이유?!
○ 현재 반도체 공정의 경우 um → nm 시대로 가고 있으며, 반도체가 점점 미세화 됨에 따라 양자터널효과(Quantum Tunneling Effect)로 인하여 누설전류의 발생과 집적도가 향상됨에 따라 발열의 발생으로 반도체가 자기 기능을 하지 못하기 때문에 이런 문제들이 아직 제대로 해결되지 못하여 3nm → 2nm 등으로 쉽게 가지 못하고 있다.
○ 이상으로 간단한 반도체의 소개와 반도체 8대 공정에 대하여 알아보았습니다. 추후 조금더 자세하게 각 공정들을 다뤄보도록 하겠습니다.
댓글