안녕하세요,
오늘은 반도체 8대 공정 다섯 번째 과정인 박막형성 및 불순물 주입공(Deposition & Doping)에 대해 설명드리도록 하겠습니다.
반도체 박막 형성 및 불순물 주입 공정은 모든 공정 중 가장 중요한 공정이라 해도 과언이 아닌데요, 그 이유는 이러합니다.
박막형성 및 불순물 주입 공정은 반도체 제조 과정에서 전기적 특성을 조절하고, 미세한 패턴을 형성합니다.
이 과정에서 고성능 및 저전력 소자를 만들기 때문에 중요한 역할을 하는데요!
이런 기술로 인해 현대 반도체 기술 분야에서 더 나은 전자 기기의 개발과 더불어 혁신을 주도하는데 기여합니다.
이렇게 중요한 공정 단계를 오늘은 이해하기 쉽게, 빵 만드는 것에 비유를 들어 설명을 드리려고 합니다!
박막형성 (Thin Film Deposition)
박막을 형성하는 것은 마치 빵을 굽는 단계와 유사한데요, 이전까지 말씀드렸던 반도체 웨이퍼를 빵의 기본 재료인 빵 반죽으로 생각해서 봅시다.
빵 반죽도 여러가지가 있겠죠? 쌀로 만들것인지, 통밀로 만들 건지를 정하듯 원하는 빵 반죽을 골라줍니다.
박막을 형성하기 위한 소재 또한 빵반죽과 같이 선택을 합니다.
이렇게 고른 박막 소재는 마치 빵 반죽을 오븐에 넣듯, 웨이퍼에 넣어줍니다.
이 과정은 화학적 증착 또는, 물리적 증착 과정을 사용하여 이루어지게 됩니다.
아래에서 좀 더 자세하게 설명드리도록 할게요.
1. 박막 소재 선택
마치 빵을 굽기 전에 빵 반죽의 주재료를 선택하는 과정입니다.
이 과정을 통해 박막에 사용할 소재를 선택하게 되는 것이죠.
2. 박막 형성 공정 선택
여러 가지 성능이 있는 오븐들이 있겠죠? 어떤 오븐은 식빵을 만드는데 최적화되어있을 것이고, 어떤 오븐은 쿠키를 만드는 데 최적화가 되어 있을 겁니다.
이와 같이 박막 형성 공정을 선택하는 것은 마치 빵을 굽기 전, 오븐을 선택하는 것과 같이 박막 형성에 사용할 공정 방법을 선택하는 것입니다.
대표적으로는 CVD와 PVD가 있습니다.
CVD와 PVD는 목적, 필요한 성장 속도, 화학적 특성 및 예산 등에 따라 결정이 되는데요, 아래에서 자세하게 설명드리도록 하겠습니다.
CVD 특징 PVD 특징
화학적 반응 활용 물리적 에너지 사용
규모가 크고 깊은 구조를 형성하기에 적합 증발 또는 Sputtering 공정 사용
반도체 소자의 특정 부분을 정확하게 제어 얇은 박막 형성에 적합
비용이 많이 들고, 느린 공정 속도 저렴하고 빠른 공정 속도로 대량 생산에 적합
오븐까지 골랐으면, 이제 굽는 단계에 들어가야겠죠?
3. 박막 형성
웨이퍼에 선택한 박막 소재를 적용해 줍니다.
이 과정이 바로 빵 반죽을 오븐에 넣어 굽는 과정이라고 볼 수 있습니다.
이 과정을 통해 박막 소재를 웨이퍼 표면에 적용하게 됩니다.
4. 패턴 형성
이 과정은 빵에 모양을 주는 과정이라고 볼 수 있습니다.
어떻게 보면 박막 형성 단계 이전에 들어가야 하지 않나 라는 의문이 들 수 있지만, 빵 만드는 것에 비유를 하는 것이기 때문에 약간의 차이는 있을 수 있다는 점! 참고 부탁드리며…
빵에 모양을 주는 것과 같이 미세한 패턴을 형성하기 위한 과정입니다.
이 과정에서는, 이전에 말씀드린 것처럼 패턴을 형성하기 위해 노광과 식각 과정을 수행할 수 있습니다.
아래 참조하실 수 있게 글을 하나 넣어둘게요!
2023.10.09 - [반도체] - 반도체 8대 공정 4. 식각 공정
이렇게 박막형성이 끝났다면, 다음은 불순물 주입입니다!
불순물 주입 (Doping)
불순물 주입은 빵에 맛을 넣는 단계와 유사합니다.
여기서는 원하는 빵 맛을 내기 위해 재료가 추가됩니다.
마찬가지로 반도체 소자 내부에 원하는 전기적 특성을 부여하기 위해 불순물을 주입하는 것입니다.
1. 불순물 선택
추가 재료를 선택하는 것과 같이 전기적 특성을 가진 불순물을 선택해 줍니다.
2. 이온 주입
이 과정은 재료 혹은 양념을 빵 안으로 주입하는 것과 유사한데요,
불순물을 웨이퍼 내부로 주입하기 위해 이온 주입 장비를 사용하여 이온을 주입해 줍니다.
3. 열 처리
이온 주입 후, 빵을 구워 맛을 극대화시키는 것과 유사합니다.
마치 빵을 오븐에서 굽는 것과 같이 웨이퍼를 열처리 과정에 노출시켜 불순물을 확산시킵니다.
4. 품질 검사
완성된 빵 맛을 확인하는 단계입니다.
불순물을 모두 주입 완료하였다면, 웨이퍼의 품질을 검사하며 원하는 전기적 특성을 얻었는지 확인하는 단계입니다.
이러한 설명처럼, 박막형성 및 불순물 공정은 반도체 소자에 전기적 특성을 제어하고 원하는 동작을 가능하게 해주는 중요한 과정입니다.
이어서 다음 글에선 여섯 번째 공정 과정인 금속배선(Metalization) 공정에 대해서 말씀드리도록 하겠습니다!
2023.10.03 - [반도체] - 반도체 8대 공정 1. 웨이퍼 제조
2023.10.06 - [반도체] - 반도체 8대공정 3. 포토공정
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