반도체 산업 이해하기-⑦ : 반도체 8대 공정의 다섯 번째 증착 & 이온주입 공정

이번 시간은 반도체 8대 공정 중 다섯 번째 단계인 '증착 & 이온주입 공정'이다. 증착 공정은 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 하는 박막을 만드는 과정이며, 이온주입 공정은 반도체가 전기적인 특성을 갖도록 만드는 과정이다.

 

 

 

반도체 산업에 대해 쉽게 이해할 수 있도록 시리즈로 포스팅하였으니 반도체에 대해 더 많은 기초 상식을 알고 싶으시면 아래 글을 참고하시기 바랍니다.

 

반도체 산업 이해하기-① : 반도체란 무엇이며, 역할과 종류에 대한 기초 지식

반도체 산업 이해하기-② : 반도체 8대 공정 개념 이해하기

반도체 산업 이해하기-③ : 반도체 8대 공정 # 1 '웨이퍼 제조 공정'

반도체 산업 이해하기-④ : 반도체 8대 공정 # 2 '산화 공정'

반도체 산업 이해하기-⑤ : 반도체 8대 공정 # 3 '포토 공정'

반도체 산업 이해하기-⑥ : 반도체 8대 공정 # 4 '식각 공정'

반도체 산업 이해하기-⑦ : 반도체 8대 공정 # 5 '증착 & 이온주입 공정'

반도체 산업 이해하기-⑧ : 반도체 8대 공정 # 6 '금속배선 공정'

반도체 산업 이해하기-⑨ : 반도체 8대 공정 # 7 'EDS 공정'

반도체 산업 이해하기-⑩ : 반도체 8대 공정 # 8 '패키징 공정'

 

증착 공정이란?

 

반도체는 아주 작고 얇은 수많은 층(Layer)으로 이루어져 있다. 하나하나의 층들이 쌓여 반도체 소자를 이루고 있는 것이다. 증착 공정은 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 하는 박막을 쌓는 과정이다. 즉, 처음 설명한 수많은 층을 쌓아 올리는 과정이라 할 수 있다.

 

 

박막(thin film)은 말 그대로 얇은 필름이다. 1마이크로미터(μm, 100만 분의 1미터) 이하의 매우 얇은 막이다.

 

증착 공정은 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 원자 단위의 박막을 입히는 일련의 과정이다. 웨이퍼 위에 박막을 균일하게 쌓기 위해서는 매우 정교하고 세밀한 기술력이 필요하다.

 

반도체 증착 구조

 

증착의 종류

 

증착은 크게 세 가지 방법이 있다. 물리적 기상증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)과 화학적 기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition) 마지막으로 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)이다.

 

 물리적 기상증착법

물리적 기상증착법 금속 박막의 증착에 주로 사용되며 화학반응이 수반되지 않는다.

 

물리적 기상증착법 중 하나인 스퍼터링(Sputtering) 방식은 보통 아르곤(Ar) 플라즈마를 이용하여 증착 물질을 웨이퍼 표면에 침전시킨다.

 

물리적 기상증착법

 

 화학적 기상증착법

화학적 기상증착법은 화학 반응으로 형성된 입자들을 외부 에너지가 부여된 수증기 형태로 쏘아 증착 시키는 방법이다.

 

화학적 기상증착법

 

전구체 가스가 챔버에 유입되면 화학 반응이 일어나는데 이로 인해 웨이퍼 표면에 박막이 형성되고, 이 과정에서 불필요한 부산물은 챔버 밖으로 제거된다.

 

화학적 기상증착법 외부 에너지에 따라 열 CVD, 플라즈마 CVD, 광 CVD로 구분되는데, 특히 플라즈마 CVD는 저온에서 형성이 가능하고며 두께 균일도를 조절할 수 있어 대량 처리가 가능하기 때문에 가장 많이 사용된다.

 

 원자층 증착법

원자층 증착법은 매우 얇은 막을 쌓는 방법이다. 한 번에 여러 겹의 막을 쌓을 수 있다.

 

원자층 증착법은 쉽게 제어가 가능하고 순차적이고 서로 분리된 단계들을 반복해서 사용한다.

 

웨이퍼에 전구체를 투입하고 다른 가스를 유입시켜 전구체와의 반응을 통해 웨이퍼 표면에 원하는 물질의 박막을 형성한다. 점점 작고 미세한 반도체 소자가 필요해지면서 원자층 증착법이 주목받고 있다. 

 

원자층 증착법

 

이온주입 공정이란?

 

반도체에서 이온주입 공정은 실리콘 웨이퍼를 반도체로 만드는 공정이다.

 

 

증착 공정으로 형성된 박막은 회로들 간 전기적인 신호를 연결해주는 금속막(전도)층과 내부 연결층을 전기적으로 분리하거나 오염원으로부터 차단시켜주는 절연막층으로 구분된다. 이때 반도체가 전기적 성질을 가지게 하는 공정이 필요하다.

 

순수한 반도체는 규소로 되어있어 전기가 통하지 않으나 불순물을 넣어줘 전기가 통하는 전도성을 갖게 된다. 여기서 불순물을 이온(Ion)이라고 하는데, 이온을 미세한 가스입자로 만들어 원하는 깊이만큼 웨이퍼 전면에 균일하게 넣어 준다.

 

불순물은 15족 원소 인(P), 비소(As), 13족 원소 붕소(B) 등을 사용한다. 15족 원소를 주입하면 n형 반도체가 되고, 13족 원소를 주입하면 p형 반도체가 된다.

 

결론

 

여기까지 증착 & 이온주입 공정에 대해 살펴보았다. 반도체 8대 공정에 대한 포스팅이 이제 마무리 단계에 접어들기 시작했다. 잘 이해되지 않는 부분이 많을 수 있으나, 각 단계의 과정에 대해서만 이해해 보도록 하자.

 

계속해서 다음 시간에는 반도체 전공정의 마지막 단계인 '금속배선 공정'에 대해 알아보자. 

 

반도체 산업 이해하기-⑧ : 반도체 8대 공정의 여섯 번째 금속배선 공정

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