칩의 상세한 제조과정!

█ 산화

먼저, 다이싱되고 연마된 웨이퍼에 산화물 층이 적용됩니다. 산화의 목적은 깨지기 쉬운 웨이퍼 표면에 보호막(산화층)을 형성하는 것입니다. 이 산화물 층은 웨이퍼가 화학적 불순물, 누설 전류 및 에칭에 의해 영향을 받는 것을 방지합니다.

건식 산화에는 웨이퍼 표면을 가로질러 흐르고 실리콘과 반응하여 이산화규소 층을 형성하는 순수한 산소 도입이 포함됩니다. 습식 산화는 산소와 용해도가 높은 수증기를 모두 사용합니다.

█ 포토리소그래피(코팅, 사전-베이킹, 노광, 포스트-베이킹, 현상)

간단히 말해서 포토리소그래피는 칩 회로 패턴을 웨이퍼에 "식각"하는 프린터와 같습니다.

포토리소그래피는 코팅, 노광, 현상의 세 가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다. 각각을 차례로 살펴보겠습니다.

먼저 코팅입니다. 이 접착제를 포토레지스트라고 하며 때로는 포토레지스트라고도 하며 감광성 물질입니다.

포토레지스트에는 포지티브와 네거티브의 두 가지 유형이 있습니다.

포지티브 포토레지스트는 특정 광선(노광)에 노출되면 분자 구조가 변화되어 더 쉽게 용해됩니다. 반면에 네거티브 포토레지스트는 노출 후에 용해되기 어려워집니다. 대부분의 경우 포지티브 포토레지스트가 사용됩니다.

코팅

포토마스크는 불투명한 재료(예: 크롬)의 패턴화된 층이 있는 유리 또는 석영 판입니다. 이 패턴은 본질적으로 칩 또는 집적 회로 레이아웃의 청사진입니다.

포토마스크

리소그래피 기계에서는 웨이퍼와 포토마스크가 정밀하게 고정됩니다. 그런 다음 특수 광원(수은 증기 램프 또는 엑시머 레이저)이 광선(자외선)을 방출합니다. 이 빔은 포토마스크의 컷아웃과 여러 렌즈(빛의 초점을 맞추기 위해)를 통과하여 궁극적으로 웨이퍼의 작은 영역에 투사됩니다.

따라서 복잡한 회로 패턴이 웨이퍼에 "투영"됩니다.

예를 들어 포지티브 포토레지스트를 사용하면 노출된 영역의 포토레지스트가 더 쉽게 용해됩니다. 노출되지 않은 포토레지스트는 손상되지 않은 상태로 유지됩니다.

웨이퍼와 포토마스크를 고정하는 기계적 고정 장치는 끊임없이 움직이며 광선은 지속적으로 웨이퍼를 비춥니다. 궁극적으로 수십에서 수백 개의 칩에 대한 회로가 전체 웨이퍼에 "그려집니다".

리소그래피 공정

실리콘 웨이퍼가 리소그래피 기계에서 나온 후 포스트 베이크라고 알려진 가열 및 베이킹 공정(120{2}}180도에서 20분간 베이킹)을 거칩니다.

포스트베이크의 목적은-포토레지스트의 광화학 반응이 완전히 완료되어 부족한 노출 강도를 보상하는 것입니다. 포스트베이크는 또한 정재파 효과로 인해 포토레지스트 현상 후 나타나는 링-같은 패턴을 줄여줍니다.

다음은 개발입니다. 노광 후, 웨이퍼는 현상액에 담궈집니다. 현상액은 노출된 포토레지스트(포지티브 포토레지스트)를 제거하여 패턴을 드러냅니다.

█ 에칭

좋아요, 칩 제조 공정에 대해 계속 논의하겠습니다. 이제 패턴은 보이지만 포토레지스트의 일부만 제거했습니다. 우리가 정말로 제거해야 할 것은 아래에 있는 산화물 층(포토레지스트로 보호되지 않는 부분)입니다.

즉, 우리는 계속해서 더 깊이 파고들어가야 합니다. 이 단계에서 사용되는 공정은 에칭입니다. 에칭 공정은 습식 에칭과 건식 에칭의 두 가지 유형으로 구분됩니다.

습식 에칭은 포토레지스트로 보호되지 않는 반도체 구조(산화막)를 용해시키는 화학 반응을 사용하여 특정 화학 물질이 포함된 액체 용액에 웨이퍼를 담그는 작업을 포함합니다.

건식 식각은 플라즈마 또는 이온 빔을 사용하여 웨이퍼에 충격을 가하여 보호되지 않은 반도체 구조를 제거합니다.

에칭 공정에서는 등방성(또는 이방성)과 선택성이라는 두 가지 개념이 중요합니다.

습식 에칭은 모든 방향으로 에칭되므로 "등방성"이라는 용어가 사용됩니다. 건식 에칭은 수직 방향으로만 에칭하므로 "이방성"이라는 용어가 사용됩니다. 후자가 분명히 더 좋습니다.

에칭하는 동안 산화물 층과 포토레지스트가 모두 에칭됩니다. 동일한 에칭 조건에서 포토레지스트 에칭 속도 대 에칭되는 재료(산화물 층)의 에칭 속도의 비율이 선택도입니다. 분명히, 우리는 가능한 한 적은 양의 포토레지스트를 식각하고 최대한 많은 산화물 층을 식각해야 합니다.

█ 도핑(이온주입)

자, 이것으로 "구멍 만들기" 과정이-끝납니다. 이 시점에서 웨이퍼 표면은 다양한 트렌치와 패턴으로 에칭되었습니다. 다음으로 도핑 과정을 살펴보겠습니다.

칩의 기본 지식(반도체 칩은 정확히 어떻게 작동하는가?)을 소개할 때 트랜지스터가 칩의 기본 구성 요소라고 언급했습니다. 각 트랜지스터는 PN 접합을 기반으로 합니다. 아래 다이어그램(MOSFET 트랜지스터, NPN)에 표시된 것처럼 P-웰, N-웰, 채널, 게이트 등이 포함됩니다.

이전의 포토리소그래피와 에칭에서는 구멍만 생성되었습니다. 다음으로, 이러한 구멍을 기반으로 P-우물과 N-우물을 구성해야 합니다. 순수 실리콘 자체는 ​​비전도성이-있습니다. 비전도성 순수 실리콘을-반도체로 만들려면 실리콘에 불순물(도펀트라고 함)을 도입하여 전기적 특성을 변경해야 합니다.

예를 들어, 인, 안티몬, 비소로 실리콘을 도핑하면 N-웰을 생성할 수 있습니다. 붕소, 알루미늄, 갈륨 및 인듐을 도핑하면 P-우물이 생성됩니다.

N 원자에는 자유 전자가 있습니다. P 원자는 많은 정공과 적은 수의 자유 전자를 가지고 있습니다. 채널에 게이트와 전압을 가하면 P 원자의 전자가 끌어당겨 전자 채널(채널)을 형성합니다. 두 N 원자 사이에 전압을 가하면 NPN 접합 사이에 전류가 생성됩니다.

아래 다이어그램에 표시된 대로:

다이어그램에서 하단은 P-well 기판입니다. 두 구멍은 N-우물입니다. 즉, 이 NPN 트랜지스터를 만들 때 초기 산화 공정 전에 이온 주입을 사용합니다. 기판에 먼저 붕소(소량의 인 함유)를 도핑하여 P-웰 기판이 됩니다. (읽기 쉽도록 이 단계를 앞서 설명하지 않았습니다.) 이제 홀-을 만드는 부분에 인을 도핑하여 N-웰이 될 수 있습니다. 이해했나요? 도핑의 목적은 PN 접합을 만들어 트랜지스터를 만드는 것입니다.

도핑에는 열 확산과 이온 주입이라는 두 가지 프로세스가 포함됩니다. 열확산은 선택적 확산을 달성하기 어렵기 때문에 현재 특정 요구를 제외하고는 대부분의 응용 분야에 이온 주입이 사용되고 있습니다.

이온 주입은 고에너지 입자 빔을 사용하여{0}}실리콘 웨이퍼에 불순물을 직접 주입하는 프로세스입니다.