앞선 글들에서 살펴본 것과 같이 반도체 8대 공정 중에서도 반도체 소자를 만드는데는 포토 및 식각 공정, 즉 패터닝이 매우 중요하고 어려운 공정인 것을 알 수 있었습니다.
즉 회로를 그리고, 그 회로를 그려낸 대로 구현해내기 위해 포토 및 식각 공정에서 기술 경쟁이 매우 치열하게 일어나고 있는 실정인 것입니다.
이처럼 패터닝 관련된 포토 및 식각 공정은 현재 반도체 업계에서도 그 기술 발전을 앞다투고 있는 분야입니다.
그러나 소자가 제대로 동작하기 위해서는 패턴이 형성되기 위해 기본적으로 수많은 레이어들이 바탕이 되어주어야 합니다.
이렇게 형성된 레이어들 중 일부는 절연체로 동작하기도 하며, 일부는 식각 마스크로 사용되기도 합니다.
또한 반도체의 기초가 되는 웨이퍼의 경우 전도성을 갖추기 위해서는 이온을 주입해줘야 합니다.
본 글에서는 이 두 기초공정에 대한 내용을 다뤄보도록 하겠습니다.
증착공정
위에서 설명드린 것처럼 증착공정은 반도체 소자를 구성하는 수많은 레이어들을 형성하는 공정입니다.
이 증착 공정은 형성 방법에 따라 크게 2가지로 분류할 수 있는데요, 화학적으로 증착을 할 경우 CVD(Chemical Vapor Deposition), 또는 물리적으로 증착을 할 경우 PVD(Physical Vapor Deposition)이라고 합니다.
물론 두가지 기술을 세부적으로 파고들면 매우 많은 화학적 물리적 이론들이 거론되어야 하지만, 여기서는 공정에 대한 이해가 중요하므로 간략히 짚어보겠습니다.
기본적으로 증착공정은 모두 진공 챔버에서 진행되는데요, 화학 증착의 경우 주로 증착을 원하는 원소를 포함하는 가스를 주입한 후 플라즈마를 형성시켜 해당 원소가 직접 표면에 화학반응하여 증착되도록 합니다.
반면 물리적인 증착의 경우 증착을 원하는 타겟 물질을 챔버 상단에 매단 뒤, 이온을 가속시켜 해당 타겟을 때리면, 타겟에서 떨어져나오는 원소들이 챔버 하단에 위치한 웨이퍼 표면으로 쌓여 막질을 형성하는 방식입니다.
이 같은 물리적 방식을 스퍼터링이라고 하는데요, 반도체 뿐만아니라 디스플레이등 진공챔버에서 매우 빈번하게 사용되는 공정입니다.
CVD와 PVD를 비교하자면, PVD의 경우 저온에서 공정이 가능하지만 CVD 대비하여 증착 속도가 느리고 형성되는 막질의 접합성이 낮다는 단점이 있습니다.
반면 CVD이 경우 주로 고온 공정에서 이뤄지기 때문에 사용 가능한 gas 선택의 폭이 좁고, 형성되는 막질의 두께 제어가 쉽지 않다는 단점이 있으나, 막질의 접합성이 매우 뛰어나다는 장점이 있습니다.
이온 임플란트 공정
이전 공정인 포토와 식각 공정을 통해 반도체 웨이퍼 위에 회로가 형성되어있다고 가정합니다.
하지만 만약 웨이퍼 상태가 순수한 Si 상태라면 회로 사이사이 웨이퍼를 통해 흘러야할 전류가 흐르지 않게 됩니다.
전류가 흐르기 위해서는 자유전자가 존재해야하는데, 도체와 달리 반도체인 Si 웨어퍼의 경우, 이온을 주입하여 이 자유전자가 존재할 확률을 상대적으로 높여준 상태여야 전류를 흘릴 준비가 되기 때문입니다.
순수한 Si 인곳을 잘라 만든 웨이퍼 입장에서는 다른 원소로부터 생겨난 이 이온은 불순물과 같습니다.
이온 임플란트 공정에서는 글자 그대로 이온을 미세 가스 입자 형태로 웨이퍼에 수직하게 가속시키는 방식으로 이온을 웨이퍼에 심게 됩니다.
이 때 가속시키는 에너지와 시간 등을 제어하여 웨이퍼 내에 이온을 임플란트 시키는 양을 조절하게 됩니다.
14족인 Si 대비 15족인 P(인)를 주입할 경우 웨이퍼가 전자를 더 잘 만들어낼 수 있는 상태가 되어 n-type 반도체가 되엇다고 합니다.
반면 13족인 B(붕소)를 주입할 경우 웨이퍼 내 정공이 더 잘 만들어져 p-type 반도체가 되었다고 합니다.
이번 글에서는 업계에서 패터닝보다는 상대적으로 덜 경쟁적이지만 반도체 소자의 바탕이 되는 증착 및 이온 임플란트 공정에 대해 알아보았습니다.
다음 글에서는 반도체 8대 공정 중 금속 배선을 이루기 위한 금속공정에 대해 조금 더 구체적으로 알아보도록 하겠습니다.
