반도체공정

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반도체공정에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

알루미늄이나 금 혹은 텅스텐 등의 금속은 소자에 전도층을 형성하는데 사용된다. 일반적으로 금속은 이베포레이션(Evaporation:증류)과 스퍼터링(Sputtering)등의 두 가지의 다른 방법으로 주입되는데, 이것들은 박막 증착법의 범주에 속하는 것들다.
박막 증착법
외부로 부터 소자 구조를 연결시키기 위해서는 금속층의 증착과 패터닝이 요구되는데, 복잡한 IC는 전기적으로 고립된 3개 때로는 4개의 금속화된 층을 가지고 있다. 금속층의 성장시 유전층과 점착성이 좋아야 한다. 박막은 물질의 상호 확산을 막고 오염으로 부터 회로나 소자를 보호하기 위해 증착되게 된다.
이베포레이션(Evaporation)
이베포레이션은 금속재료를 증착시키기 위해 고진공(5x10-5 ~ 1x10-7torr)에서 전자빔이나 전기 필라멘트를 이용해 보트를 가열하여 보트위에 금속을 녹여 증류시키는 것이다. 이때 증류된 금속은 차가운 웨이퍼 표면위로 응축된다.
그림에서와 같이 금속은 저항 가열 소스 홀더(보트)위에 놓여지게 되는데, 증착되는 부분은 이 보트의 위치에 맞게 정해지게 된다. 챔버내에 진공을 만들고 원하는 진공상태에서 보트에 전원이 공급되면 금속이 증발하게되는 원리이다.
스퍼터링(Sputtering)
스퍼터링에서는 이온을 생성하기 위해 플라즈마를 사용하는데, 플라즈마 내에서 생성된 이온들로 하여금 웨이퍼에 달라붙게 하는 것이다
우선 플라즈마를 생성하기 위해 아르곤(Ar)가스 분위기에서 캐소드 쉴드를 사용한다. 소스 물질과 기판은 그림에서와 같이 고전압 전원에 연결된 반대편의 평행판 위에 놓여지게 되는데 증착되는 과정은 먼저 챔버를 진공으로 만든 다음 낮은 압력의 스퍼터링 기체, 보통 아르곤을 챔버내로 흘려주게 된다. 전극에 전압을 가해주게 되면 아르곤기체(Ar+)를 이온화하게 되고 플레이트 간에 플라즈마가 발생합니다. 소스 물질로 덮여있는 플레이트는 기판에 비해 음전위로 유지되므로 아르곤 이온은 소스물질이 덮여있는 플레이트로 가속되게 되는데 아르곤 이온의 충격으로 소스원자와 분자들은 플레이트로 부터 방출되어 웨이퍼로 날아가 증착이 되는 원리이다.
DC 스퍼터링의 도식.
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교과서적인 얘기가 되버렸지만 좀더 자세한 메카니즘을 설명은 나중으로 미루겠습니다. 금속증착에는 DC전원을 절연체의 증착에는 RF를 사용한다고 하는데 금속 증착시에도 RF스퍼터링을 합니다.
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METAL ETCH
금속에칭은 소자의 전도회로의 길을 남겨놓기 위해 선택적으로 알루미늄층을 제거한다. 이 과정은 노출된 포토레지스트의 패턴에 남겨진 금속을 정교하게 제거해야만 한다. 동시에 남아있는 회로의 면들이 잘라내지는 것을 피해야 한다.
웨이퍼는 에칭과정의 틀안에 놓여진 후에 음전하가 가해진다. 틀은 200도(100도)까지 가열된 후 10[militorr]의 진공 상태가 된다. 그후에 양으로 전위된 플라즈마(일반적으로 질소와 HCl과 BCl3를 섞은)로 채워지게된다. 상반된 전기적 전하는 플라즈마 용융체를 빠르게 수평적으로 퍼지도록 해주며, 노출된 알루미늄을 제거함과 동시에 미세한 화학적 물리적인 "Sandblasting(모래를 뿜어내는)" 반응을 형성한다.
이러한 금속 에칭공정과 가열장치는 HPM 가스공정과 UHP(non-HPM) 가스공정을 포함하고 있다.
ASHING
실리콘 위에 금 혹은 SiCl, 염화규소층이 생성된 후에 남아있는 포토레지스트를 제거하는데 이는 'ashing'이라는 공정을 통해 이루어진다.
소자층에 흠을 내지 않고 포토레지스트를 제거하는데 고온의 플라즈마가 사용된다. 이는 산소플라즈마 체계에서의 레지스트를 산화(태우는)시킴으로써 레지스트를 부풀리거나 들어올리는 화학적 작용에 의해서 이루어집니다.
PROBE TEST & DIE CUT
반도체의 표면위에 보호막을 씌운후에 웨이퍼는 후면준비(backside preparation)이라는 공정을 거치는데 이는 얇은 웨이퍼로 하여금 열의 확산을 도와주고 손상을 야기시킬수 있는 작은 조각들을 제거해 주는 공정이다.
각 각의 과정이 끝난 웨이퍼는 수백개의 실제적인 소자 혹은 다이(die)를 갖게 되된다. 이러한 웨이퍼는 각 각의 칩(chip)으로 잘려지기 전에 웨이퍼 위의 각 소자들을 테스트해야 하는데 탐침(probe) tester는 바늘모양으로 생긴 팁을 사용하고 각 소자(회로의 연결부분) 위의 결합패드와의 접촉에서 동작을 확인하게 된다. 테스트 결과 결함이 있는 소자는 염색하여 색으로 표시(Dot)해서 구별하기 쉽게 하고 더 이상의 과정에 포함하지 않도록 한다.
탐침 검사후에 웨이퍼는 각각 사각의 다이(die)로 잘려지게되며 'wire bonding'과정으로 보내어 지게 됩니다. 제품을 만드는 가공성의 효과는 전체 웨이퍼위에 다이가 얼마나 동작하는지에 대한 비율(wafer yield)로 결정이 된다..
ASSEMBLY 공정 중 Front 공정
Die Attach(Die Bonding)
개별화된 chip 은 Lead Frame 이라는 금속에 붙여지게 되는데 열압착방식(Eutetic)과 Ag Epoxy 또는 Solder 를 이용한다.
WIRE BONDING
Die Bonding 이 완료된 Lead Frame 은 Wire Bonding 공정으로 이동해 금(Au) 혹은 알루미늄(Al)선으로 연결된다.
이때 선의 굵기는 0.8mil ~10mil (1mil -> 1/1000 inch) 이며 자동화 작업으로 이루어 진다.
PACKAGING (Molding)
Wire bonding이 끝난 이후에 소자에 세라믹 혹은 플라스틱(특수 Molding용 수지)으로 봉인하는 공정을 패키징 이라고 하며 일반적으로 Molding 이라고 부른다.
이렇게 함으로써 하나의 소자 특성을 갖는 칩이 완성되게 되게 된다.
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주요 반도체 관련 회사 : wafer 제조/chip 제조(fabrication)/조립(assembly)/
fab + assembly/Lead Frame 제조/EMC(몰드수지)/공정별 제조 설비 및 원부자재 etc..
Assembly 공정중 Front공정까지 소개 했습니다.
추후 Backend 공정도 소개 하겠습니다.
-섬과바다-