생각하는 공대생

반도체 열처리 공정 (thermal process) 반도체 열처리 공정은 산화(oxidation), 확산(diffusion), 증착(deposition), annealing 또는 RTP (rapid thermal process)등의 다양한 목적으로 실행된다. 공정은 대체적으로 700 ~ 1200°C에 달하는 매우 높은 온도에서 진행된다. 이는 반도체 내부에서 매우 다양한 용도로 쓰이는 금속들의 melting point보다 비슷하거나 높기때문에 (melting point of Cu : 1085 °C, Al : 660 °C, Au : 1,064 °C) 전체적인 공정의 초반부(front-end)에 진행한다. Furnace는 일종의 화덕같은 장치로 반도체 열처리 과정에서 주로 사용되는 장치이며 loading s..

결정학과 결정구조(crystallography and crystal structure) 결정(crystal) : 3차원에 걸쳐 매우 규칙적으로 반복되는 cell의 배열 (x, y, z)는 특정 평면(particular plane)을 나타내는 데 사용된다. [x, y, z]는 원점에서 평면(x, y, z)으로 직교 벡터(orthogonal vector)를 나타내는 데 사용된다. {x, y, z}는 모두 동등한 결정면(crystal planes that are all equivalent)을 나타내는데 사용된다. 결정 결함 (crystal defect) 반도체 제조에 사용되는 silicon wafer은 highly pure single crystal이 필요하나 다양한 요인들에 의해 결정에 결함이 생길 수 밖에..

Damascene 공법 Damascene 공법은 식각을 진행 한 후 식각된 부위에 물질을 증착한 후 표면을 갈아내는 상감기법이다. 여기서 Barrier로 사용되는 물질은 주로 Ti/TiN 또는 SiN을 사용한다. 또한, Step Coverage 향상을 위해 CVD로 증착을 진행한다. Barrier의 역할은 다음과 같다. 1. 금속과 실리콘 간의 확산을 방지 (Cu의 단점인 확산 방지) 2. Void가 생겨도 전기적 연결이 끊기지 않게 전자의 추가적인 경로 역할 (저항이 증가한다는 단점이 있음)

Electromigration Electromigration이란 얇은 박막(thin film)이나 wire형태의 전도체에 높은 전류밀도가 가해질 때 Mass transport가 일어나는 현상이다. 이로 인하여 hillock, bridge나 void 같은 defect이 생겨 device의 성능저하를 초래한다. Electronmigration이 일어나는 대표적인 2가지 mechanism은 다음과 같다. (1) Electron Wind Force 높은 전류 밀도에서, 전자(electron)는 금속 이온(metal ion)에 충분한 momentum을 가하여 양극(anode)쪽으로 이동하도록 할 수있다. Net flux of metal ions toward the anode는 다음과 같다. z* = effecti..

Junction Spiking 현상 Junction Spiking이란, 높은 온도의 반도체 공정에서 Al과 Si가 activity difference에 의해 interdiffuse(상호 확산) 되면서 발생하는 현상이다. 만약 Si에 defect이 존재한다면 이러한 현상은 더욱 심해지며, device에 short를 일으켜 오작동하게 만든다. Junction Spiking 해결법 Junction Spiking을 방지하기 위해서는 Al 내에 1%의 Si를 첨가한 합금(alloy)을 사용하면 된다. 첨가한 Si는 substrate에서 Si의 outdiffusion을 방지하는 역할을 한다. 그러나 반도체 공정에서 cooling & heating cycle을 반복하는 동안 Si의 solubility가 감소하여 gr..

Packaging 공정 반도체 칩(IC)는 기판이나 전자기기의 구성품으로서 필요한 위치에 장착되고 외부 충격으로부터 보호되어야 한다. 때문에, 그에 적합한 모양으로 전기적인 포장(Packaging)을 하는것 또한 매우 중요하다. 즉, 패키징(Packaging)은 상호배선, 전력공급, 방열, IC보호 의 역할을 수행한다. 특히, 고온, 고습, 화학약품, 진동, 충격 등 다양한 외부환경으로부터 제작된 IC를 안전하게 보호할 수 있어야 한다. 먼저, EDS Test에서 Ingking 공정을 거친 웨이퍼를 다이아몬드 절단기로 잘라 낱개의 칩으로 분리한다. 절단된 칩들은 리드 프레임(Lead Frame) 또는 PCB(Printed Circuit Board) 위에 올려 전기적 연결을 수행하는 Ball을 달게 된다...

EDS(Electrical Die Sorting) 공정 EDS란 Electrical Die Sorting의 준말로 웨이퍼 상태에서 다양한 검사를 통해 각 칩들의 상태를 확인하는 과정이다. 이 과정을 통해 웨이퍼 제조 공정상의 문제점이나 설계상의 문제점을 수정하고 공정 및 설계 과정에 피드백을 통해 수율(Yield)을 증가시킬 수 있다. 반도체 제조 공정에서 수율이란 웨이퍼 한 장에서 생산된 chip의 수 대비 정상작동하는 chip의 수를 뜻한다. 수율(Yield) = (정상 작동하는 chip 갯수)/(전체 생산된 chip 갯수)(검은 색 칠한 부분은 사용하지 못하는 칩 조금 심화 과정으로 들어가자면, 머피의 수율모델(Murphy's yield integral)에 따르면 반도체의 수율은 아래의 2변수함수로..

금속화 공정(Metallization) Metallization이란 반도체 공정에서 Contact (반도체에서 전기적인 신호를 받거나 내보내는 역할을 수행)과 Interconnection (서로다른 반도체 device간 연결선)을 제작하는 공정이다. 반도체에 사용되는 금속의 필요 조건은 다음과 같다. 1) 전기저항이 낮은 물질 금속선은 회로패턴을 따라 전류를 손실 없이 전달하는 역할을 하므로 무엇보다 전기저항이 낮은 물질(Au, Al, Cu)이어야 한다. 2) 반도체 기판(wafer)과의 부착성 기판에 박막형태로의 부착이 쉽고 부착 강도가 뛰어나 얇은 박막으로 증착할 수 있어야 한다. 3) 열적·화학적 안정성 금속 배선 공정 이후의 공정에서 금속선의 특성이 변하지 않는 것이 중요하다. 반도체 후속 공정에..

증착공정(Deposition) 증착(Deposition)이란 반도체 소자를 구동하기 위해 필요한 다양한 물질(금속이나 polymer)을 얇은 두께의 박막(film)으로 형성하는 과정을 의미한다. 물질을 증착하는 방법에는 MBE(Molecular Beam Epitaxy), LBL(Layer by Layer deposition), LB(Langmuir-Blodgett technique), ALD(Atomic Layer Deposition)등 세부적으로 많은 방법이 있으나 이번 포스팅에서는 큰 틀에서의 방법만 다루겠다. 바로 Physical Vapor Deposition(PVD)와 Chemical Vapor Deposition(CVD)이다. Physical Vapor Deposition는 화학반응을 수반하지 ..

식각 공정 (Etching) 식각공정(Etching Process)이란 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 과정이다. 이는 곧 반도체 회로패턴을 만든다는 의미도 된다. Etching을 나타내는 성능지수 (FOM : figures of merit)에는 크게 두가지가 있다. 첫번째는 식각 속도(Etch Rate)로 식각 된 두께(thickness)/식각 시간(time)으로 정의된다. 이는 일정시간동안 식각이 일어나는 정도를 표현한 것이다. 대체로 조절가능한 빠른 식각속도가 선호된다.(high etch rate with good controllability is desirable) 두번째는 선택비(selectivity)로 물질 X의 식각속도/ 물질 Y의 식각속도로 정의된다. 주로 물질 X는 식각..