나노 반도체 소자 설계 및 제조공정 기술

'현대 사회는 5G 통신, AI, 자율무인 자동차 등과 같이 하루가 다르게 발전하는 전자분야의 기술 혁명을 피부로 느끼면서 살아가고 있으며 그 중심에는 반도체 산업이 자리하고 있다. 우리나라의 국가 경쟁력 역시 삼성 반도체, SK 하이닉스, LG 필립스 반도체와 같은 반도체 제조회사가 주축을 이루고 있다고 해도 과언이 아니며, 이에 따라 산업체에서는 반도체 제조공정기술과 공정 장비의 개발 및 연구에 필요한 인력이 대량으로 필요하게 되었다. 각 대학에서도 산업체의 요구에 부응하기 위해 전자공학과, 전기재료공학과, 반도체공학과, 세라믹공학과, 전자물리학과, 응용화학과, 물리학과, 응용생명공학과 등 전자 관련 학과에서 반도체 제조공정 기술에 대한 강좌를 개설하고 있거나 추가 개설하려는 추세이다. 반도체 공정에는 산화 공정, 증착 공정, 금속화 공정, 포토리소그래피 공정, 베이킹 공정, 정렬, 노출, 식각 공정, 이온 주입 공정, CMP 공정, 세정 공정, 웨이퍼의 검사와 포장에 이르기까지 다양한 공정이 포함되어 있고 각 공정의 이론적인 배경과 연계되는 절차 등이 밀접한 관계를 맺고 있다. 이 공정 중 어느 하나의 공정에서라도 오류가 발생한다면 반도체 수율에 심각한 문제를 초래하고 심각한 경우 반도체 제조회사는 파산에 이를 수도 있다. 또한 공정 기술을 이해하기 위해서는 기본적인 반도체 재료의 특성과 탈이온수(DI Water), 청정실 운영과 같은 물과 공기의 오염 제어, 공정에 사용되는 화학 물질의 취급 등과 같이 중요한 공정 영역의 기본 인프라에 대한 이해도 갖추어야 한다. 그리고 수율 외에도 반도체 공정에 투입되는 작업자의 안전 문제 역시 최우선으로 고려해야 한다는 점도 매우 중요하다. 저자는 십수 년간 대학에서 반도체 공정 기술에 대한 강의를 진행하면서 얻은 경험을 바탕으로 우리나라의 반도체 산업의 발전과 반도체 산업 현장의 중요한 위치에서 종사하게 될 엔지니어들의 안전, 공정 장비의 시설 관리에 도움이 될 수 있는 내용을 중점으로 교재를 저술하게 되었다. 이 책을 저술하는 데 사용된, 참고 문헌에 표시된 수많은 교재의 원저자들과 학술 논문의 저자들에게 깊은 사의를 표한다. 많은 독자가 이 책을 읽음으로써 우리나라의 반도체 산업의 발전에 일부분이나마 도움을 줄 수 있기를 기대한다. 좋은 책을 위해 최선을 다했지만 부족한 부분이나 예기치 못한 오류가 있을 수 있다. 이 점은 양해를 구하며 오류가 발견되면 자유아카데미에 언제든 알려주시길 부탁드린다. 추후 수정·보완할 내용이 있으면 자유아카데미 홈페이지(www.freeaca.com) 자료실을 통해 제공할 예정이니 참고하기를 바란다.

제1장 미세 전자 소자 제조공정 기술 개요 1-1 서론 1-2 반도체 산업의 발전 1-3 IC 제조의 단계 1-4 반도체 경향 연습문제 제2장 반도체의 기초 물성 2-1 반도체 재료 2-2 결정 구조 2-3 결정 결함 2-4 반도체 결정의 성장 2-5 도핑 2-6 플롯-존 방식 2-7 에피택시 2-8 실리콘 대체 반도체 물질 연습문제 제3장 산화 공정 3-1 열적 산화 공정의 개요 3-2 산화막의 성장 모델 3-3 반응로 장비 연습문제 제4장 집적 회로 제조공정 4-1 수동 소자의 구조 4-2 능동 소자의 구조 4-3 쌍극성 접합형 트랜지스터의 구조 4-4 FET 소자의 구조 4-5 MOSFET의 구조 4-6 CMOS 기술 연습문제 제5장 마이크로칩 제조공정에서 사용되는 화학 물질의 특성 5-1 물질의 상태와 특성 5-2 공정 화학 물질의 특성 5-3 화학 물질의 저장과 분배 연습문제 제6장 반도체 제조공정 설비의 오염 제어와 세정 공정 6-1 오염의 종류와 청정실의 중요성 6-2 오염원과 통제 6-3 DI-Water 장치 6-4 웨이퍼 세정 공정과 습식 세정 장비 연습문제 제7장 진공과 공정실의 공정 가스 제어 7-1 진공의 분류와 공정실 환경 7-2 진공 펌프의 분류 7-3 공정실의 공정 가스 흐름 제어 7-4 플라스마 연습문제 제8장 웨이퍼 결함 측정 장비 및 수율 8-1 IC 도량형과 품질 측정법 8-2 분석 장비 8-3 웨이퍼 전기 검사와 분류 8-4 수율 연습문제 제9장 CMOS 제조공정 9-1 CMOS 공정의 흐름도 9-2 CMOS 제조공정 단계 9-2-1 이중 우물 공정 9-2-2 얕은 트렌치 격리 공정 9-2-3 STI 산화막 연마와 질화막 제거 공정 9-2-4 폴리 게이트 구조 공정 9-2-5 약하게 도핑된 드레인(LDD) 주입 공정 9-2-6 측벽 공간 구성 9-2-7 소스/드레인(S/D) 주입 공정 9-2-8 접촉부 형성 공정 9-2-9 국부적 상호 연결 공정 9-2-10 비아-1과 플러그-1 형성 9-2-11 금속-1 상호 연결 형성 9-2-12 비아-2와 플러그-2 형성 9-2-13 금속-2 상호 연결 형성 9-2-14 파라미터 검사 연습문제 제10장 화학적 기상 증착법 10-1 박막 증착의 개요 10-2 화학적 기상 증착법 10-3 CVD 공정 응용 분야 10-3-1 대기압 CVD(APCVD) 10-3-2 저압 CVD(LPCVD) 10-3-3 플라스마 보조형 CVD 10-3-4 강화된 플라스마 CVD(PECVD) 10-3-5 고밀도 플라스마 CVD(HDPCVD) 10-3-6 CVD 공정에서 PSG, BPSG, FSG 도핑 10-3-7 유전체의 성능 10-3-8 LOCOS와 STI 기술 10-3-9 SOD 10-3-10 에피택시 연습문제 제11장 포토리소그래피 공정 11-1 포토리소그래피 공정 11-1-1 negative 리소그래피와 positive 리소그래피 11-1-2 포토리소그래피 공정의 8가지 기본 단계 11-2 웨이퍼 준비 단계 11-2-1 포토레지스트의 특성 11-2-2 negative i-line 포토레지스트와 positive i-line 포토레지스트 11-2-3 DUV 포토레지스트 11-2-4 DUV 공정 요구조건 11-3 약하게 굽기 공정 11-4 정렬과 노출 11-4-1 정렬과 노출의 중요성 11-4-2 광학 리소그래피 11-4-3 공간 간섭(코히어런스) 11-4-4 렌즈의 광학 시스템 11-4-5 포토리소그래피 장비 11-4-6 전자빔 리소그래피 11-5 포토레지스트 현상과 개선된 리소그래피 11-5-1 노출 후 굽기 11-5-2 i-line 포토레지스트와 화학적 증폭 DUV 레지스트 11-5-3 현상법 11-5-4 포토레지스트 현상 파라미터 11-5-5 강하게 굽기 11-5-6 EUV와 SCALPEL 11-5-7 IPL과 X선 리소그래피 연습문제 제12장 이온 주입 공정 12-1 도핑 공정에서 사용되는 도펀트의 종류 12-2 확산 공정 12-3 이온 주입 공정 12-4 이온 주입기의 구조와 동작 원리 12-5 CMOS 제조공정에서의 이온 주입 12-6 이온 주입기 품질 측정 연습문제 제13장 식각 공정 13-1 식각 공정과 식각 파라미터 13-2 플라스마 식각 반응기의 특성 13-3 건식 산화물 식각과 건식 금속 식각 13-4 습식 식각 13-5 포토레지스트의 제거와 ashing 13-6 식각 검사 연습문제 제14장 금속화 공정 14-1 다층 금속화 공정 14-2 금속화 공정에 사용되는 재료들의 특성 14-3 장벽 금속 재료 14-4 증발 공정과 스퍼터링 공정 14-5 이중 다마신 공정 연습문제 제15장 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 15-1 웨이퍼의 지형도와 평탄화 15-2 CMP의 광역 평탄화 특성 15-3 CMP 슬러리와 패드 15-4 CMP 장비 15-5 CMP 세정 연습문제 제16장 조립과 포장 공정 16-1 일반적인 조립 공정과 포장 공정 16-2 개선된 조립과 포장 연습문제 참고문헌 찾아보기