반도체 칩은 손톱보다 작고 종이보다 얇은 수많은 미세층으로 구성됩니다. 반도체는 촘촘하고 높게 쌓여 고층빌딩과 유사한 복잡한 구조를 이룬다.

이러한 구조를 만들기 위해서는 리소그래피(리소그래피) - 반도체의 원재료인 단결정 실리콘 웨이퍼의 상부에 박막을 코팅하고 회로를 패터닝하는 단계, 에칭(Etching) - 불필요한 물질을 선택적으로 제거하는 단계, 그리고 그런 다음 표면 불순물을 청소합니다.

식각과 세정 공정을 거친 후 박막은 회로를 분리, 연결, 보호하는 역할을 한다. 다음으로는 박막 제조를 위한 증착 공정과 반도체의 전기적 특성을 부여하기 위한 이온 주입 공정에 대해 소개하겠습니다.

증착 공정: 웨이퍼에 박막을 적용

'박막'이란 단순한 기계 가공으로는 얻을 수 없는 두께인 1마이크론(μm) 이하의 얇은 필름을 말한다. 증착은 원하는 분자 또는 원자 수준의 얇은 필름으로 웨이퍼를 코팅하는 일련의 공정입니다. 필름의 특성상 매우 얇은 특성으로 인해 필름을 웨이퍼에 균일하게 적용하려면 정밀한 기술이 필요합니다.

증착은 일반적으로 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 이 두 가지 유형은 물리적 기상 증착(PVD)과 화학적 기상 증착(CVD)입니다.

물리 기상 증착(PHY)은 주로 화학 반응 없이 금속 필름을 증착하는 데 사용됩니다. 반면, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)은 가스의 화학 반응으로 형성된 입자 증기에 외부 에너지를 가하고, 증기를 표면에 분사하여 증착하는 방식입니다. 이 기술은 도체, 절연체, 반도체 위에 얇은 필름을 증착하는 데 사용할 수 있습니다.

화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)은 현재 반도체 공정에서 가장 널리 사용되는 증착 방법입니다. 사용되는 외부 에너지원에 따라 열 CVD, 플라즈마 CVD, 광 유도 CVD로 더 분류될 수 있습니다. 이 중 플라즈마 CVD는 저온에서 성막을 할 수 있고, 막 두께의 균일성을 제어할 수 있으며, 대량 처리가 가능하다는 점에서 가장 널리 사용되는 응용 분야입니다.

증착 공정을 통해 형성된 박막은 회로 간 전기적 신호를 연결하는 금속(도전성)층과 내부 배선층 간의 전기적 절연이나 오염 물질 유입을 방지하는 절연층의 두 가지 층으로 구성됩니다.

이온 주입: 웨이퍼를 반도체로 변환합니다.

이 때 반도체에 전기적 특성을 부여하는 공정은 여전히 ​​필요하다. 반도체는 전도체 특성과 절연체 특성을 모두 갖고 있으며, 이온 주입은 본질적으로 실리콘 웨이퍼를 반도체로 변환하는 과정입니다. 순수 실리콘은 절연체이며 전기를 전도하지 않지만 불순물을 첨가하면 전도성이 부여되어 전류를 전달할 수 있습니다.

이러한 불순물을 이온이라고 합니다. 이러한 이온은 가스와 같은 작은 입자로 변환된 다음 웨이퍼 전면에 원하는 깊이로 주입됩니다. 사용된 불순물은 주기율표의 15족(P, 인, As, 비소) 또는 13족(B, 붕소)에서 유래합니다. 15족의 원소를 주입하면 n형 반도체(전자형)가 되고, 13족의 원소를 주입하면 p형 반도체(홀형)가 됩니다.

증착 공정은 증착된 필름의 두께와 균일성이 반도체의 품질을 결정하기 때문에 매우 중요합니다. 미래의 반도체 회로 구조의 두께는 사람 머리카락의 수백만 배 얇아질 것입니다. 이러한 회로가 전기적 특성을 갖기 위해서는 더 얇고 균일한 박막을 생성하기 위한 보다 진보된 증착 기술이 필요합니다.

다음 기사에서는 산화, 포토리소그래피, 에칭, 증착 공정을 통해 생성된 요소를 연결하고 회로를 형성하는 것을 목표로 하는 금속 상호 연결에 대해 알아봅니다.