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NAND만 3D니 HBM도 3D다


SK Careers Editor 김태형 


38단. 48단. 최근에 SK하이닉스에서 선보인 72단 NAND 플래시 까지, 반도체 관련 뉴스에서 자주 나오는 3D NAND 플래시의 적층 단수입니다. 그런데 낸드플래시 외에도 HBM이라는 반도체도 적층을 통해 고 성능화를 이뤄냈다는 사실 알고 계셨나요? HBM은 High Bandwidth Memory의 약자로 광 대역폭을 가지는 메모리입니다.


<HBM의 구조: 반도체를 쌓아 올린 구조, 코어다이 (검정색) 로직다이 (빨간색), 인터포저 (초록색)>


HBM은 주로 그래픽 메모리에 사용됩니다. GPU에 들어가는 DRAM은 GDDR이라고 하는데 GDDR은 32bit에 불과한 대역폭을 가지고 있습니다. 이에 반해 HBM은 1024bit에 높은 대역폭을 가지는 메모리 반도체입니다. 여기서 Bit는 데이터의 입,출구라고 말 할 수 있는데요. 이 출구가 HBM은 GDDR보다 많기 때문에 하나의 칩당 데이터를 처리하는 속도가 GDDR에 비해 느려도 전체로 보면 GDDR에 비해 엄청나게 빠른 속도를 자랑합니다. Bit를 차선에 비유를 한다면 데이터를 차량으로 생각 할 수 있어요. GDDR이 제한속도가 100인 4차선 도로라면 HBM은 제한속도가 80인 16차선 도로라고 생각 할 수 있습니다.


이러한 발전을 가능하게 한 것은 TSV라고 하는 후공정 기술 덕분입니다. 반도체를 만드는 과정은 전공정과 후공정으로 크게 나눌 수 있는데 전공정은 웨이퍼 위에 회로를 만드는 과정입니다. 이에 반해 후공정은 만들어진 회로를 자르고 외부와 접속할 선을 연결하는 패키징 과정이라고 할 수 있습니다. 쉽게 설명하면 피자의 도우를 만들고 위에 토핑을 올리는 과정 까지가 전공정이라 한다면 피자를 먹기 쉽게 자르고 포장을 하는 과정이 후공정이라 할 수 있습니다.


기존의 패키징 방법인 와이어 본딩 기술은 아래 그림에서 볼 수 있듯 기판과 반도체 칩을 연결하는 와이어가 칩 가장자리에 위치를 하기 때문에 칩과 기판의 데이터 이동 통로(와이어)의 개수를 늘리는데 한계가 있습니다. 


<기존의 와이어 본딩 기술> / 출처 : 교육과학기술부

 

<TSV 공정> / 출처 : 교육과학기술부

 



이에 반해 TSV 기술은 그림에서 볼 수 있듯 수백 개의 미세한 구멍을 뚫어 칩을 관통하는 전극을 연결합니다. DRAM의 동작속도는 데이터의 이동 통로의 개수에 비례하기 때문에 기존 와이어 본딩 기술보다 더욱 많은 데이터의 통로를 만들 수 있는 TSV 기술을 활용하면 동작속도를 높일 수 있습니다. TSV 공정은 칩을 관통해서 데이터가 이동 하기 때문에 칩→기판칩 이러한 방식으로 데이터가 이동하는 와이어 본딩 기술에 비하여 데이터의 이동 경로가 짧습니다. 이로 인해 전력소모를 덜고 데이터의 이동속도를 빠르게 할 수 있습니다. 이 외에도 DRAM의 적층을 통해 기판에 필요한 면적이 97%까지 감소되어 초소형 고화질 기기를 기대 할 수 있습니다. 




데이터 처리 속도는 크게 늘고 전력소모와 제품의 크기는 줄어든 HBM, 이러한 장점 때문에 HBM의 채용분야는 그래픽 메모리에서 빅 데이터 처리를 위한 슈퍼컴퓨터, 서버, AI 기술 등으로 점차 채용 범위를 늘려 나가고 있습니다


HBM은 2014년 SK하이닉스와 AMD가 협력해서 처음 만들었고, 지난해에 반도체 올림픽이라고 할 수 있는 “국제 고체 회로 학술회의”에서는 HBM보다 속도를 올린 HBM2를 선보인 바 있습니다. 반도체 기술을 선도해 나가는 SK하이닉스에서 여러분의 꿈을 실현해 나가는 것은 어떨까요? 



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반도체? 이 정도는 알고 가야지: (7)금속(Metalization)공정

SK하이닉스 채용을 준비하는 취준생이라면 꼭 알아야하는 반도체 공정! 지난 6번째 공정 포스팅에 이어, 7번째 공정 관련 포스트를 준비했는데요. 먼저 몸풀기 용 퀴즈 하나 풀고 자세히 알아보도록 하겠습니다.


SK Careers Editor 한수정









정답은 ② 금속 공정입니다.


정답을 맞추신 당신! 당신은 반도체 전문가, 조금 더 깊은 이해를 위해 이 글을 읽어보세요. 

정답을 못 맞추신 당신! 조금만 더 공부하면 반도체 전문가가 될 수 있어요. 그런 의미에서 이 글을 읽어 보세요.



#금속 공정이란?

금속 공정(Metalization)은 금속 형성 공정 혹은 금속 배선 공정이라고도 불립니다. 반도체는 각 층의 연결을 통해 회로의 작동이 이루어지는데요. 이를 위해 필요한 공정이 ‘금속 공정’입니다. 외부에서 얻어지는 전기적 에너지를 받아 소자들끼리 신호가 섞이지 않고 전달되도록 선을 연결해주어야 합니다.


#금속 공정에 사용되기 위한 ‘금속의 조건’


모든 종류의 금속이 금속 공정에 사용될 수 있을까요? That’s No No. 전극층을 형성하고 각 층을 연결하기 위해 사용되는 금속에는 몇 가지 조건이 있습니다.


 


1) 웨이퍼와의 부착성

: 반도체 기판, 즉 실리콘 웨이퍼와의 부착성이 좋아야 합니다. 즉, 쉽게 부착되고 부착 강도가 뛰어나 얇은 박막으로 증착 할 수 있어야합니다.


2) 낮은 전기저항

: 금속선은 회로패턴을 따라 전류를 전달하는 역할을 합니다. 그러므로 전기저항이 낮은 물질이어야 합니다.


3) 열적•화학적 안정성

: 금속 배선 공정 이후의 공정에서 만들어 놓은 금속선의 특성이 변하지 않는 것이 중요합니다. 따라서 이후 공정에 대해 열적, 화학적 안정성이 뛰어난지 꼭 고려해주어야 합니다. 


4) 패턴 형성의 용이성

: 반도체 회로 패턴에 따라 금속선을 만드는 작업 과정이 쉬운지를 확인해야 합니다. 좋은 금속 재료이더라도 식각 등 공정 특성에 맞지 않으면 배선 재료로 쓰이기 어렵기 때문입니다.


5) 높은 신뢰성

: 신뢰성이란 반도체의 향후 품질을 말합니다. 즉 금속을 선택할 때 반도체의 좋은 품질을 오랜 기간 유지할 수 있는지를 고려해주어야 합니다. 집적회로 기술의 발전으로 점점 그 크기가 미세해지고 있는데요. 금속 배선 또한 작은 크기의 단면에서 끊어지지 않고 오래갈 수 있는지 따져야 합니다. 


6) 제조 가격

: 위 다섯 개의 조건을 만족시키더라도 너무 비싼 재료라면 대량 생산을 하는데 어려움이 있기 때문에 부적합합니다.


이러한 조건을 만족시키는 단일층 재료로는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등이 있고, 다층구조로는 티타늄(Ti) 텅스텐(W)등이 있습니다.




# 금속 박막 형성 과정

조건에 맞는 금속이 준비되었으면 이제 본격적으로 금속 공정을 시작해야겠죠? 단일층 재료로 많이 사용되는 알루미늄(Al)과 구리(Cu)의 공정을 조금 더 자세히 알아봅시다.


 

<Al 증착 ▶ PR Coating ▶ Photo ▶ Develop ▶ Al Etch ▶ PR Strip>



알루미늄은 저항이 낮고, 산화막(SiO2)과의 접착성이 우수해 금속 공정에 적합한 물질입니다. 하지만 실리콘과 만나면 섞이려는 성질이 있어서, 접합면 사이에 Barrier metal이라 불리는 금속을 넣어 상하는 것을 방지해주어야 합니다. 금속 배선 공정 역시 증착을 통해 이루어지는데, 알루미늄의 경우 주로 Sputtering에 의해 증착됩니다.


 장 점

 단 점


 - 가격이 저렴해요

- 박막 상태에서도 bulk 상태와 비슷한

높은 전기전도도를 가져요

- 박막 증착이 쉬워요

- 산화막(SiO2)과의 접착력이 우수해요


 - Hillock이 발생해요

- 전자이동으로 수명이 짧아요

- 부식이 잘 돼요



 

<SiO2 증착 ▶ PR Coating ▶ Photo ▶ Develop ▶ SiO2 Etch ▶ PR Strip▶ Cu 매립 ▶ CMP>


구리는 알루미늄이 텅스텐보다 비저항이 낮아, 같은 저항값을 갖는 금속선에 대해서 보다 미세하게 패턴 제작을 할 수 있어 사용되고 있습니다.


 단 점

 - 알루미늄보다 비저항이 낮아요

- 알루미늄보다 녹는점이 높고 

diffusivity가 낮아요

- electromigration이 억제되어서 

반도체의 신뢰도가 높아져요

 - etch가 어려워요

- SiO2를 확산으로 지나가기 때문에 

확산 방지막이 필요해요

- 패턴형성이 어려워 damascene 공정을 

사용해야 해요



#금속 박막 형성 방법


금속 박막을 형성하는 방법에는 크게 세 가지가 있습니다. 화학적 반응으로 박막을 형성하는 방법인 CVD(Chemical Vapor Deposition), 물리적 기상 증착법인 PVD(Physics Vapor Deposition)가 있습니다. 또, PVD와 CVD 방식의 한계를 극복하기 위해 원자층을 증착하여 박막을 형성하는 ALD(Atomic Layer Deposition)이 주목을 받고 있습니다.


 [   PVD   ]


장점

 단점

 - 저온 증착이 가능해요

- 모든 물질을 증착할 수 있어요

- 불순물이 적어요

 - Step coverage가 좋지 않아요

- 조성 조절이 어려워요

- 얇은 두께를 조절하기 어려워요 



 [   CVD   ]


장점

 단점

 - Step coverage가 좋아요

- 조성이나 두께를 조절하기 유리해요

 - 대부분의 공정이 고온에서 진행되어야 해요

- 반응 변수가 복잡해요

- 유독 가스를 사용하기 때문에 위험해요



 [   ALD   ]


 장점

 단점

 - CVD 대비, 낮은 온도에서 공정할 수 있어요

- Step coverage가 좋아요

- CVD 대비 조성이나 두께 조절이 유리해요 

 - 유독 가스를 사용하기 때문에 위험해요





이번 7번째 공정까지의 포스팅을 통해 웨이퍼 제조에서부터 회로의 작동이 이루어지는 과정까지 살펴보았습니다. 다음 “반도체? 이 정도는 알고 가야지”에서는 완벽한 반도체가 되기 위한 마지막 단계인 TEST&Packaging에 대해 알아보도록 하겠습니다. 취준생 여러분, 이후 면접 전형에 참여하실 때,  ‘반도체 공정’은 기본인 거 아시죠? 저희 SK Careers journal에서 준비한 반도체 공정 포스트로 면접 준비 잘 하시길 바랄게요!





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  1. 효리 2018.06.01 20:25 신고 Address Modify/Delete Reply

    좋은정보 감사해요👍

반도체? 이 정도는 알고 가야지: (6) 박막증착 공정

안녕하세요 여러분! 반도체 공정 중 6번째 공정인 박막 공정(Thin film deposition) 시간입니다. 식각(Etching)공정을 완료한 웨이퍼가 이제는 박막이라는 옷을 입게 됩니다. 박막이란 1마이크로미터(μm) 이하의 얇은 막을 말하는데요. 이런 박막을 웨이퍼 위에 입히게 되면 전기적인 특성이 나타나게 되는 것이지요. 더욱 자세한 내용을 알아볼까요?!

 

SK Careers Editor 김시우

 

1. 박막 입히기 정말 막막...

위에서 언급한 것처럼 박막이란 정말 얇은 막을 말합니다. 웨이퍼보다도 훨씬 얇은 막을 어떻게 입히지, 라는 생각에 증착 공정이란 정말 막막해 보입니다. 반경이 100mm인 웨이퍼에 1 μm 박막을 씌우는 것은 마치 반경이 100m인 땅에 테이프 두께보다 더 얇은 막을 정교하게 입혀야 하는 것이니 정말 막막하지 않으신가요? 


따라서 이러한 박막 공정은 정말 정확하고 세밀한 작업을 요합니다. 모든 반도체 공정이 그렇듯 말입니다.

 

2. PVD와 CVD 
우선 박막을 만드는 방법은 크게 두 부류로 나뉩니다.  PVD(Physical Vapor Deposition)와 CVD(Chemical Vapor Deposition)이죠. 두 방법의 차이는 ‘물리적인 방법으로 증착하느냐, 화학적으로 증착하느냐’ 입니다. PVD는 또 크게 Thermal evaporation , E-beam evaporation , Sputtering으로 나뉩니다. 이렇게 말하니 벌써부터 막막하신가요? 따라서 아래 표를 준비했습니다!


 


<Deposition의 종류를 나타낸 표>


표를 보니 박막을 입히는 방법이 정말 많다는 것을 알 수 있겠죠? 이렇게 방법이 많은 이유는 각 방법마다 사용하는 재료가 다르고 장단점이 다 다르기 때문입니다.

 

먼저 PVD는 금속박막 증착에 주로 사용되고 화학반응을 수반하지 않는다는 게 특징입니다. 즉 물리적인 방법으로 박막을 증착한다는 것인데요. 그 중 하나인 Sputtering을 살펴보도록 하죠.

 

Sputtering 이란 아르곤(Ar) 가스를 이용해 증착하는 방식입니다. 먼저 진공 챔버에 Ar가스와 자유전자가 존재합니다. 이때 Ar 가스에 높은 전압을 가해주게 되면  이온으로 변화하게 됩니다. 증착이 되야할 기판엔 (+)전압을, 증착하고자 하는 물질인 타겟층엔 (–)전압을 걸어줍니다.


자유전자와 Ar 기체 간의 충돌로 이온화된 는 (-) 상태인 Target층과 부딪힙니다. 이후 Target 물질이 분리되어 기판(Substrate) 쪽으로 증착이 됩니다. 이후 Ar과 자유전자의 충돌은 끊임 없이 일어나며 증착이 진행됩니다.

 

<Sputtering 모식도>


두 번째 방식으로는 CVD가 있습니다. CVD란 Chemical Vapor Deposition 의 줄임말로 우리말로는 화학기상증착법이라고 불립니다. 가스의 화학 반응으로 형성된 입자들을 외부 에너지가 부여된 수증기 형태로 쏘아 증착시키는 방법인데요. 이는 도체, 부도체, 반도체의 박막 증착에 모두 사용 가능하다는 장점이 있습니다. 이러한 이유로 대부분의 반도체 공정에서는 화학적 기상증착방법을 사용하고 있습니다. 이중 특히 PECVD (Plasma Enhanced CVD)는 플라즈마를 사용해 저온 공정이 가능하고 두께 균일도를 조절할 수 있으며 대량 처리가 가능하다는 장점 때문에 가장 많이 이용되고 있습니다.

 

<PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 모식도>


여러분 혹시 식각(Etching)과정에서 “플라즈마” 상태 기억나시나요? 플라즈마란 이온, 자유전자, 중성원자 들로 이루어진 물질의 제4상태를 말합니다. PECVD의 원리를 간단히 설명하자면 반응시킬 기체를 주입하고 플라즈마 상태를 만들기 위해 전압을 수직으로 걸어줍니다. 따라서 플라즈마 상태로 이온화된 기체들이 서로 화학반응을 하여 원하는 물질이 기판에 고르게 쌓이게 되고 나머지 이온들은 결합하여 기체로 배출되게 되는 것이죠. 이해가 되셨나요?

 

3. PVD와 CVD 장단점과 주요인자

 

 장점

단점 

 PVD

 * 저온공정

 * 진공상태 (불순물 오염 적음) 

 * 증착속도 느림

 * 박막 접합성 떨어짐

 CVD

 * 접합성 및 박막 품질 좋음 

 * 고온공정으로 인한 재료 선택 문제

 * 두께 조절 컨트롤 어려움 존재 

<PVD, CVD 장단점을 나타낸 표>


PVD와 CVD는 방법이 다를 뿐만 아니라 장단점도 다르며 그 안에서의 방법들도 많은 차이가 있습니다. 증착에서의 주요 인자로는 품질, 두께 균일도, Step Coverage , Filling이 있는데요, 모두 균일함을 나타내는 요소라고 할 수 있겠습니다.


자, 여러분! 이번 시간은 부도체인 실리콘 웨이퍼가 전기적인 특성을 갖게 되는 증착 (Deposition) 공정에 대해 배워보았습니다. 증착을 할 때 중요한 요소는 바로 정교함입니다. 얼마나 균일하게 증착했는지가 반도체의 품질을 좌우하죠. 더욱더 발전하는 SK하이닉스의 증착 공정은 어떤 모습일지 지켜봐주세요~!



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반도체? 이 정도는 알고 가야지: (5)확산(Diffusion) 공정

안녕하세요, 여러분 오랜만입니다! 이번 시간에는 증착(Deposition) 공정이 아닌 확산(Diffusion) 공정을 진행해보려 합니다. 증착(Deposition) 공정 전에! 꼭! 알고 가야할 내용이 있어서 확산 공정부터 다루어 보려고 합니다. 확산 공정은 반도체 칩에 특별한 성질을 만들어 내는 정말 필수적인 요소이니까요! 그럼 지금부터 시작해볼까요?

 

SK Careers Editor 김시우


 

 

1. 확산(Diffusion) 공정이란?

먼저 확산(Diffusion) 공정이란 웨이퍼에 특정 불순물을 주입하여 반도체 소자 형성을 위한 특정 영역을 만드는 것입니다. 식각 과정을 거친 회로 패턴의 특정 부분에 이온 형태의 불순물을 주입하여 전자 소자의 영역을 만들어 주고, Gas간 화학 반응을 통해 형성된 물질을 웨이퍼 표면에 증착함으로써 여러가지 막을 형성하는 공정을 말합니다.

 

 

2. 들어가기 전에

확산 공정을 들어가기 전에 오늘 날에는 확산을 통한 공정을 진행하기보단 이온 주입(Ion Implantation) 또는 rapid thermal annealing 과정을 통해 진행한다는 점을 참고 하시는 게 좋습니다! 하지만 그러한 실제 공정 단계를 알기 위해 먼저 확산 공정에서의 다양한 문제점을 이해하고 가는 것이 중요합니다. 공정에서 말하는 확산 공정은 이온 주입과 annealing 과정을 포함한다고 봐도 무방할 것 같습니다.

*annealing 이란? 금속 재료를 적당한 온도로 가열한 다음 서서히 냉각시키는 조작을 일컬음

 

3. 확산 공정의 기본 

 

<침입형과 치환형 입자>


확산 공정은 먼저 실리콘 막에 얇은 불순물을 도핑 하는 것으로부터 시작합니다. 이때 도핑되는 방법에 따라 치환형 (Substitutional impurity atoms) 또는 침입형 (Interstitial impurity atoms) 두 가지 유형으로 나뉘는데요, 위 그림과 같이 말 그대로 실리콘 결정에 불순물이 “치환”해서 들어가느냐 또는 “침입”해서 들어가느냐 에 따라 나뉘는 것입니다.


모든 물질에는 그 물질의 고유한 패턴인 ‘격자’라는 것이 존재합니다. 즉 Si 격자 라고 하면 실리콘 입자들이 어떤 모습으로 분포해 있는지를 나타내는 말이지요. 격자라는 것이 이론적으로는 일정한 간격으로 표현되지만 실제 Si 격자는 몇몇 입자의 displacing (있어야 할 자리에 있지 않은 현상) 때문에 Vacancy 가 생길 수 밖에 없습니다. 이러한 Vacancy 에 치환형 입자가 들어가게 된다면 실리콘과는 조금 다른 물리적 전기적 특성을 띠게 되겠죠? 침입형 입자 또한 마찬가지 입니다. 이러한 침입형 또는 치환형 입자에는 붕소(Boron), 인(Phosphorus), 비소(Arsenic), 안티몬(Antimony) 등 이 있습니다.

 

 4. 확산 공정에서 중요한 두가지 조건


지난 시간 에칭 공정에서 주요 인자였던 균일도와 식각 속도 기억하시나요?
모든 반도체 제조 공정이 그러하듯 확산 공정도 그 과정이 균일하게 이루어져야 합니다.
따라서 실리콘에 불순물을 주입하여 원하는 IC(집적회로)를 모델링하기 위해, 중요한 두 가지 요소가 있습니다.


 1) Constant Source Diffusion
줄여서 CSD라고 표기하기도 하는데요 이는 확산 공정이 진행되는 동안 실리콘 표면의 불순물의 농도가 일정해야 함을 말합니다. 이 때 단위 면적당 총 불순물 입자의 수 즉 농도를 나타내는 말로 “dose”량 이라는 표현을 사용합니다. 


 2) Limited Source Diffusion
LSD. 이는 공정이 진행되는 동안 dose량이 일정해야 함을 말합니다. 또한 만약 실리콘 격자에 너무 많은 양의 불순물을 doping하게 되면 실리콘을 사용하는 의미가 없어지게 되겠죠?

 

<Ion Implantation>

 

5. 확산의 두 가지 STEP

확산은 두 가지 step으로 진행됩니다. 앞서 말한 CSD는 주로 실리콘의 얇은 표면 막에 불순물이 들어갈 때부터 적용됩니다. 이를 가리켜 pre-deposition step 이라고 말하지요. 두 번째 step은 (LSD) drive-in입니다.  이는 실리콘 표면으로부터 얼마나 깊게 까지 dose를 할 것이냐를 말하는 것이지요. 

 

오늘은 이렇게 pre-deposition -> drive-in 으로 진행되는 확산 과정에 대해 알아보았습니다. 하나의 반도체를 만들기까지 이렇게나 많은 절차가 필요하다니! 벌써 머리가 지끈거릴 수도 있겠지만 완성된 반도체를 꿈꾸며 마지막까지 파이팅입니다!


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반도체? 이 정도는 알고 가야지: (4)에칭(Etching) 공정

여러분 안녕하세요! [반도체 8대 공정] 시리즈가 새롭게 돌아왔습니다. 전 에디터인 이미진 에디터 님께서 에디터 활동을 마치신 관계로, 그 바통을 이어받아 공정 시리즈를 완성해보고 자 합니다! 전 에디터 님의 기를 이어받아~ 이번에 4번째 공정! 식각(Etching)공정부터 저와 함께 달려 보시죠~!

 

SK Careers Editor 김시우

 

<출처: http://www.limitedblue.com/list/view.php?id=limited_edition&page=5&sn1=on&divpage=1&sn=on&ss=off&sc=off&keyword=Limited%20Blue&select_arrange=headnum&desc=asc&no=30&PHPSESSID=9cc428a08586cae7da828aa7a86ed7be >

 

1. 식각(Etching)공정이란?

이전 3번째 포토(Photo Lithography) 공정에서 ”밑그림을 그린다~”라는 표현 기억하시나요? 이번 식각(Etching)공정에서는 밑그림 중 불필요한 부분을 없애는 즉, 회로의 패턴 중 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분은 깎아내는 작업을 수행합니다. 더 자세히 말하자면 포토(Photo Lithography)공정에서 부식방지막(Photo Resist)을 형성했다면 식각 공정에서는 액체 또는 기체의 etchant를 사용하여 부식을 진행하여 불필요한 부분을 없애는 작업입니다. (이때 etchant 란 부식을 진행하는 물질을 통칭하는 말입니다.) 이러한 에칭 기법은 동판화를 작업하는 미술에서 자주 쓰이는 방법인데요 19세기 화가인 피사로(Camille Pissaro)와 드가(Edgar Degas) 역시 에칭을 이용해서 정교하고 세밀한 선을 살린 작품을 많이 만들어 냈다고 합니다.

 

 

<출처 http://www.skcareersjournal.com/194 >

 

2. 건식(Dry) 식각방법과 플라즈마(Plasma)

에칭 기법의 동판화 미술과 반도체 공정은 방법의 차이가 존재합니다. 미술에선 날카로운 조각도구들을 이용해 회로를 만들어 냈다면 공정에선 감광액 (Photo Resist)으로 보호막을 먼저 만들어 냅니다. 그리고 나서 식각(부식)을 진행하게 되는 것이죠.

 

 Wet Etching

Dry Etching 

액상의 화학용품 사용

기체 가스 사용 

 상대적으로 가격이 저렴

상대적으로 가격이 높고 방법이 까다로움 

 상대적으로 균일도 높음

극미세 회로 식각 가능 

 

이러한 식각 공정은 크게 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식과 건식 두 가지로 나눌 수 있는데요. 건식은 습식에 비해 많은 비용이 들고 방법이 까다롭다는 단점이 있지만 최근 수율의 증대와 극미세 회로 식각을 위하여 건식이 널리 사용되고 있다고 합니다!

 

<출처 - http://plasma.kisti.re.kr/webs/intro/plasma_is.jsp >


그렇다면 건식 식각에 대해 더 자세히 알아보도록 할까요? 건식 식각은 흔히 플라즈마(Plasma) 식각이라고도 합니다. 플라즈마? 어디서 많이 들어본 용어 같지만 다소 생소하게 들립니다. 플라즈마란 고체, 액체, 기체 상태를 넘어선 물질의 제 4상태를 말합니다.


진공 챔버(Chamber)에 Gas를 주입한 후 전기에너지를 공급하여 이 “플라즈마” 라는 상태를 만들어내게 됩니다. 플라즈마 상태에서는 많은 수의 자유전자, 이온, 중성원자 또는 이온화된 기체 분자가 존재하게 되는데요 이 때 중요한 건 이온화의 연쇄반응(Avalanche) 입니다.


먼저 챔버(Chamber)에 전기에너지를 공급하면 자기장이 생기게 되고 이러한 자기장은 자유전자에 영향을 주게 됩니다. 높은 에너지를 가진 자유전자들은 주변의 중성 원자나 분자와 충돌하게 되고 다시 여기서 나온 자유전자가 다른 중성의 원자나 분자와 충돌하게 됨으로써 연쇄적인 이온화 반응이 일어나 “플라즈마 상태” 를 만들어 내는 것이지요.


플라즈마 상태에서 떨어져 나온 반응성 원자 (Radical Atom)가 웨이퍼 표면의 원자들과 만나 강한 휘발성을 띠면서 표면에서 분리되게 됩니다. 이 과정에서 감광액 (Photo Resist)으로 보호되지 않은 막은 제거되는 것이지요. 바로 이러한 방법이 건식 식각이라 할 수 있겠습니다.

 

3. 식각(Etching)이 잘되어야 하는 이유?!
그렇다면 식각을 잘해야 하는 이유는 무엇일까요? 그 것은 바로 식각은 곧 수율과 이어지기 때문입니다. 잘못된 식각으로 인하여 회로 부분이 끊기거나 균일하지 않으면 결과적으로 생산된 반도체 칩에 오류가 생기고 원하는 동작을 수행할 수 없게 되는 현상을 초래하기 때문이죠. 따라서 식각을 진행할 때는 여러 주요인자들이 존재합니다.


 #1 균일도 (Uniformity)
균일도(Uniformity)란 식각이 얼마나 고르게 진행됐는지를 의미합니다. 균일도가 중요한 이유는 회로의 각 부분마다 식각된 정도가 다르다면 특정 부위에서 칩이 동작하지 않을 수 있기 때문이죠. 반도체 회로의 모든 부분에서 식각이 같은 속도로 같은 양만큼 진행된다면 정말 깔끔한 반도체를 얻을 수 있을 텐데요. 아쉽게도 오차는 존재하기 마련이기 때문에 이러한 균일도를 최대한 높이려고 많은 기업들이 앞다투어 노력하고있죠.

 

 #2 식각 속도(Etch Rate)
식각 속도는 일정시간동안 막이 얼마나 제거 됐는지를 의미합니다. 플라즈마 상태의 원자와 이온의 양 또는 그 원자나 이온이 가지고 있는 에너지에 따라 식각의 빠르기가 결정됩니다. 당연히 양이 많고 에너지가 높으면 식각 속도는 증가하게 됩니다. 따라서 이러한 양과 에너지를 조절하여 식각의 알맞은 속도를 맞출 수 있는 것이지요.

 

이 외에도 막질에 따라 서로 다른 식각량을 비율로 나타낸 선택비(Selectivity) 등의 고려 사항들이 존재하며 이러한 모든 세부 사항들을 좀 더 정교하게 진행하려는 많은 노력들이 식각(Etching)공정팀에서 이루어 지고 있죠. 
     
저와 함께한 식각(Etching)공정 이해가 되셨나요? 플라즈마, 균일도, 식각 속도 등 많은 어려운 개념들이 있었는데요 위로 올라가셔서 천천히 다시 한번 읽어보는게 어떨까요? :) 다음엔 증착(deposition) 공정에서 뵙겠습니다! 


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  1. 이미진 2017.09.27 17:30 신고 Address Modify/Delete Reply

    기사 퀄리티 최고! 남은 기사들도 기대하겠습니다 :->

반도체 수직계열화의 마지막 퍼즐

전 세계적으로 반도체 시장이 호황을 이루면서 보다 효과적인 반도체 생산을 위하여 SK 그룹이 반도체 수직 계열화를 실시하고 있다. 이에 맞춰서 SKC는 반도체 소재 사업의 역량을 강화하기로 하였다. SKC가 반도체 소재 사업에서 자리를 잡게 되면 올초 인수 계획을 밝힌 반도체용 웨이퍼(기판) 생산업체 LG실트론과 특수가스 공급업체인 SK머티리얼즈와 함께 SK하이닉스를 잇는 수직계열화를 완성하게 될 것이다. 


여기서 반도체 수직계열화란 반도체를 생산하고 판매하는 전체 과정을 계열사들이 전부 해결하는 시스템을 말한다. 이러한 반도체 수직계열화에서 SKC가 어떠한 역할을 하는지 자세히 알기 위하여 인터뷰를 통하여 진행하였다.

 

SK Careers Editor 최성우

 

<SKC 전자재료사업팀 장정우 대리>

 

SKC 전자재료사업팀 장정우 대리님과의 인터뷰

 

Q. 먼저 인터뷰에 응해주셔서 감사합니다. 시작하기에 앞서 간단한 자기소개를 부탁드립니다.
A. 안녕하세요 저는 전자재료사업팀에서 근무하고 있는 장정우 대리입니다. 저는 현재 팀에서 반도체소재사업 기획과 사업 추진 및 관리를 맡고 있습니다.

 

Q. SKC가 반도체 사업에 참여하게 된 이유를 알 수 있을까요?
A. SKC는 반도체 수직계열화라는 말이 나오기 전인 2012년부터 반도체 시장에 참여할 준비를 하고 있었습니다. 저희는 예전부터 반도체 시장의 성장성과 가치가 높아질 것이라 예상하였습니다. 그래서 저희는 반도체 시장에서 SKC가 할 수 있는 것이 무엇인가를 고민하여 신규 아이템을 찾기 시작했습니다. 저희는 기존에 SKC가 가지고 있는 화학소재 기술이 반도체 소재 사업을 준비하기에 충분한 수준에 도달하였다고 판단하였습니다. 


좀 더 구체적으로 이야기하자면 SKC 화학부문이 가지고 있는 Polyurethan control R&D 기술을 바탕으로 CMP Pad와 같은 고부가 Polyurethan 반도체 소재들을 충분히 개발할 수 있다고 생각했습니다. 그러던 도중 SK그룹이 하이닉스를 인수하게 되면서 반도체 사업에서 SK 하이닉스와의 시너지를 바탕으로 글로벌 진출까지 기대할 수 있게 되었습니다.

 

Q. 현재 SKC의 반도체 소재 주력 제품은 무엇이 있나요?


    

<연마 공정을 보여주는 사진과 그림>

 

A. 현재 저희 회사의 주력 상품은 CMP Slury, CMP Pad, Wet Chemical 입니다. CMP PAD와 Slurry는 웨이퍼를 화학적 반응(Chemical)과 기계적 힘(Mechanical)을 이용하여 평탄하게 연마(Polishing)하는 반도체 공정에 사용됩니다.


CMP Pad (Chemical Mechanical Polishing Pad)는 반도체 웨이퍼 표면을 물리, 화학 반응으로 연마해 반도체 웨이퍼 표면을 평탄하게 만드는 등 반도체 집적도를 높이는 데 필요한 제품입니다. SKC가 생산하는 PO(프로필렌옥사이드)를 기반으로 폴리우레탄(polyurethane)으로 만들어 고객사가 원하는 모양으로 가공하여 만들고 있습니다. CMP Slury 는 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 또는 표면으로 연마입자와 화학물질을 전달하는 매개체입니다. PAD 위에 올린 웨이퍼를 회전시키면서 연마작업이 진행되게 됩니다. 이때 Slury 용액이 나오면서 웨이퍼를 눌러주게 되면서 연마가됩니다.
 

Q. 향후 반도체 시장에 대한 전망에 대해 어떻게 생각하시나요?
A. 반도체 시장은 꾸준히 높은 성장세를 가지고 증가하고 있습니다. 4차 산업혁명이 대두되면서 우리 주변에 반도체가 안 들어가는 제품이 없을 정도로 사용처가 급격히 확대되고 있습니다. 특히 IOT 관련 기술이 본격적으로 개발되어 상용화 될 것으로 예상되기에 반도체 시장은 점점 커지게 될 것이라 예상됩니다.


장정우 대리님의 친절한 인터뷰로 SKC의 미래 먹거리 사업인 반도체 소재 사업에 대하여 보다 쉽게 알 수 있었다. 이번 인터뷰를 통하여 SKC는 반도체 시장의 가능성을 보고 미리 준비하였다는 것을 알 수 있었다. 이러한 준비는 좋은 성과로 이어지게 될 것이다. 이러한 SKC의 모습이 점점 성장하는 SKC의 원동력이지 않을까 싶다.

 

 

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웨이퍼 만드는 남자들, SK실트론의 임직원을 만나다
우리가 사용하는 모든 전자기기에는 반도체가 사용되고 있고, 그 반도체는 웨이퍼(Wafer)를 재료로 만들어집니다. 그렇다면, SK그룹에서 웨이퍼를 생산하는 관계사는? 네, SK실트론입니다! 웨이퍼 만드는 남자들, SK실트론의 이재덕 사원과 최우혁 사원을 만나고 왔습니다.

 

SK Careers Editor 황경현

 

 

Q. 안녕하세요, 자기소개 부탁드리겠습니다.

 이재덕 사원 : EPI공정기술팀에서 일하고있는 이재덕입니다. 작년 7월입사하여 1년 2개월째 근무 중입니다.

 

 최우혁 사원 : 저는 올해 1월에 입사한 입사 9개월 차, R&D센터의 그로잉 개발부문 시뮬레이션팀에서 일하는 최우혁 입니다.


Q. 소속 부서의 구성 및 업무, 그리고 그 안에서 자신의 역할은 무엇인지 자세히 설명해주세요.

 이재덕 사원 : 저희 부서를 설명드리려면 웨이퍼 종류에 대해 간단하게 말씀드려야 할 것 같아요. 웨이퍼는 크게 폴리시드(Polished) 웨이퍼와 에피택셜(Epitaxial) 웨이퍼로 구분되는데요, 저희 부서는 폴리시드 웨이퍼를 받아 증착시켜 에피택셜 웨이퍼를 만드는 부서입니다. 저는 에피택셜 웨이퍼의 평탄도(flatness)와 웨이퍼 위에 파티클(particle)이 얼마나 있는지 측정하고, 패킹까지의 후공정을 담당하는 파트에서 일하고 있습니다.

 

 최우혁 사원 : 저는 실리콘 결정을 성장시키는 그로잉(Growing) 개발그룹에 소속되어 있고, 그 중에서도 시뮬레이션(Simulation)팀에서 일하고 있습니다. 실리콘 결정을 성장시키기 전에 어떤 결과가 나올 것인지 예측하고, 결과값을 분석하는 업무를 담당하고 있어요. 쉽게 말씀 드리자면 실제로 생산하기 전에 이론을 바탕으로 실험하고, 그 결과값을 분석하여 가이드라인을 제공하는 일이라고 생각하시면 됩니다.

 


Q. 학부 전공이 무엇이고, 지원 시 직무를 선택할 때 어떤 기준을 두고 지원하셨나요?

 이재덕 사원 : 저는 학부에서 물리학과 전기전자공학을 전공했습니다. 취업을 준비할 때 가장 중요하게 생각했던 부분은 ‘내가 전공을 살려서 할 수 있는 것이 있는지’였는데요, 이러한 고민 끝에 SK실트론을 선택하게 되었습니다.


지원 시 직무는 R&D와 공정기술 크게 두가지를 고민했는데, 학사이기도하고 연구보다 생산이 중요하다고 생각해서 공정기술을 선택했습니다. (왜 생산기술이 더 중요하다고 생각 하셨나요?) 생산이 되어야 매출이 발생하고 매출이 발생해야 회사가 돌 수 있으니까요.

 

 최우혁 사원 : 학부 전공은 화공생명공학입니다. 학부 시절에 실제 실험보다는 공정제어나 공정설계 같이 프로그램을 이용해 설계를 배우는 수업에 관심이 많았었는데요, 이러한 관심이 SK실트론을 지원할 때에도 영향을 미쳐서 R&D, 특히 시뮬레이션 직무에 지원하였습니다.


Q. 해당 직무에 지원 또는 배치 당시 어떤 것을 기대 하셨나요? 그리고 실제로 직무를 수행하면서 본인의 생각과 가장 크게 달랐던 부분을 말씀해주세요.

 이재덕 사원 : TV뉴스에서 본 반도체 관련 영상을 생각하면 자동화된 시스템을 떠올리시는 분들이 많을텐데, 사실 아직 사람이 하는 일이 많아요. 저도 공정 후에 테스트하거나 측정하는 일들을 기계와 컴퓨터가 할 줄 알고 있었는데 클린룸에 사람이 직접 들어가서 하는 일들이 생각보다 많습니다.


또, 소비자에게 직접 가는 제품이 아니기 때문에 반도체와 관련된 전공을 공부지만 웨이퍼를 직접 보거나 실험해본 등의 경험이 전혀 없었습니다. 그래서 학교에서 배운 것들이 적용될 범위가 생각보다 적었어요. 입사 후에는 모든 공정을 새로 배운다는 생각으로 하나씩 배웠습니다.

 

 최우혁 사원 : 저는 학부 때부터 관심있던, 컴퓨터를 사용해 시뮬레이션하고, 효과적으로 생산할 수 있는 방법을 연구하는 직무에 지원했는데요, 운이 좋게도 배치도 제가 원하던 부서로 받았습니다. 학사들은 지원한 직무와 다른 곳으로 배치되는 경우도 더러 있는데, 저는 제가 원하던 직무로 배치되었고, 또 지원할 때 생각했던 것과 같은 일을 하고 있어서 굉장히 만족스럽습니다.


Q. 업무를 수행하시면서 가장 뿌듯했던, 혹은 인상적이었던 순간을 이야기해 주세요.

 이재덕 사원 : 입사하고 6개월 정도 지났을 때, 회사생활하면서 기억에 남는 일들을 임원분들 앞에서 발표하는 자리가 있었어요. 당시 후공정 과정에서 메탈 성분이 검출되는 이슈가 있었었는데, 제가 입사하기 전부터 있었던, 2~3년 된 이슈였으나 해결하지 못하고 있었습니다.


저는 메탈 성분이 어디서 검출되는지 구체적으로 알아보기 위해 수많은 경우의 수를 나누어서 테스트를 했고, 원인을 찾아 해결까지 해냈습니다. 이러한 경험을 바탕으로 발표를 했었는데 많은 칭찬과 인정을 받았고 이를 통해 SK실트론의 구성원이라는 소속감을 느꼈던 경험이 있습니다.

 

 최우혁 사원 : 저는 제가 생각한 내용으로 시뮬레이션을 실시하고, 그 결과를 바탕으로 실험을 했을 때 시뮬레이션 결과와 실험결과가 얼마나 일치하는지, 즉 정합도가 높을 때 가장 기분이 좋았습니다.


‘내가 배우는 것들이 실제로 얼마나 쓸모가 있을까’는 학생들이 전공 공부를 하면서도 많이 고민하는 부분인데, 저는 직무 특성상 일을 하면서도 이런 고민을 끊임없이 하고 있어요. 실제로도 이론적으로 생각하여 시뮬레이션을 실시한 결과와 실제 실험을 했을 때 다른 결과가 나올 때도 있고요. 그러다 보니 이론과 실제의 괴리가 좁혀지는 그 순간이 가장 즐겁습니다.


Q. 해당 직무에 가장 필요한 역량은 무엇이고, 지원자들이 자기소개서를 작성 할 때 어필할 수 있는 부분이 무엇이 있을까요?

 이재덕 사원 : 생산기술 직무에 가장 필요한 역량은 식상하지만 ‘열정’인 것 같아요. 왜냐하면, 공정상의 문제를 해결할 때 답이 보이는 경우도 있지만, 많은 경우의 수를 두고 시간을 갖고 찾아가야 하는 경우가 대부분이거든요. 이런 것들을 흐지부지하고 넘어가면 고객에게 제품이 전달되었을 때 문제가 커집니다. 특히 저는 검수하는 후공정 업무를 하고 있기 때문에 꼼꼼하게, 또 열정을 갖고 작은 문제부터 해결해 나가려는 마음가짐이 가장 중요하다고 생각합니다.


요즘 블라인드 채용을 비롯해서 스펙을 배제한다는 이야기가 많은데, 저도 취업준비하면서 ‘회사에 지원하는데 한국사, 한자 자격증이 왜 필요한가’ 라는 고민을 많이 했어요. 이런 스펙이나 자격증 보다, ‘이것 만큼은 정말 열심히 했다’고 자부할 수 있는 경험이 있다면 그런 경험을 자기소개서에 잘 살려서 작성하는 것이 중요할 것 같습니다.

 

 최우혁 사원 : 저는 어느 직무든 직무에 대한 관심이 가장 중요하고 생각해요. 흥미의 연장선에 있는 일을 해야 잘 할 수 있다고 생각하기 때문이에요. 평소에 관심있는 산업군이든 하고싶은 직무든 자신이 관심을 가진 일을 해야 열정을 갖고 임할 수 있습니다.


자기소개서는 지원한 직무와 전공과목에서의 경험을 연결시켜서 쓰는 것이 가장 좋은 것 같아요. 특히 이공계 전공자들은 전공수업에서 수행한 프로젝트 경험들을 어떻게 자신이 지원한 직무에 적용할 수 있을 것인지를 고민해서 어필한다면 매력적일 것 같습니다.



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SK실트론, 'Wafer 사업의 Champion'
조금은 생소하게 느껴질 수도 있는 SK실트론. 알고 보면 굉장히 친숙한 기업이라는데? 우리가 일상 속에서 쉽게 접하고 있는 여러 전자기기에 들어가 있는 반도체, 그리고 이런 반도체에 필수적인 웨이퍼를 만드는 기업이 바로 SK실트론이다! 몰랐다면 이번 기회에 제대로 알아 보자.


 

SK Careers Editor 박세영

 

 #1. SK실트론에 대해 알아보자!

채용과 인사 관리를 담당하고 있는 24년 차 경력의 오정택 부장님을 만나 SK실트론에 대해 자세하게 알아볼 수 있었다.

 

 

Q. SK실트론의 사업영역이 웨이퍼 사업이라고 알고 있는데, 자세하게 설명 부탁드립니다.
말씀하신 대로 저희 회사의 경우, 소재 산업을 하고 있습니다. 국내 유일하게 반도체의 기초인 웨이퍼를 만드는 회사입니다. 국내의 경우, SK하이닉스나 삼성전자 등의 고객사가 있고, 국외로는 크게 intel이나 SONY 등의 반도체 메이커들을 주 고객사로 하고 있습니다. 주로 300mm의 웨이퍼를 생산하는데 폴리시드 웨이퍼, 에피 웨이퍼를 만들고 있습니다.

 

Q. 소수 Major 웨이퍼 업체가 다수의 전방산업 업체에 웨이퍼를 공급하는 구조이며 말씀하신 것처럼 다양한 고객사가 있다고 알고 있는데, 사업규모나 시장에서의 영향력에 대해 알고 싶습니다.
300mm 웨이퍼 기준으로, 글로벌에서는 4위를 차지하고 있는 회사입니다. 12%에서 15% 정도 차지한다고 보시면 될 것 같습니다. 월 80만장 정도 생산하고, 공급하고 있습니다. 한창 사업이 호황기였을 당시, 매출 1조를 달성하기도 했습니다. 소재 산업으로 매출 1조를 달성한다는 것 자체가 쉽지 않은 일이기 때문에 영향력은 적지 않다고 말할 수 있을 것 같습니다. 올해도 1조 가까이 매출을 낼 것으로 기대하고 있습니다.

 

<SK실트론에서 만드는 웨이퍼>

 

Q. SK실트론의 과거 주요 업적에는 어떤 것이 있나요?
현재까지도, Ingot을 만들기 위해 필요한 Grower를 직접 생산해내는 회사는 국내에는 없기 때문에 회사 자체적으로 Grower와 Ingot을 만든다는 것 자체에 자부심을 느끼고 있습니다. 구미 1공장에서의 생산라인을 시작으로 현재는 구미 3공장까지 있는 상태이고, 미국이나 일본 등 반도체메이커들이 많은 해외에도 해외법인을 설립하면서 계속 성장해왔습니다.

 

Q. 현재 SK실트론은 어떠한 사업을 추진 중인지 현재의 상황에 대해 설명 부탁드립니다.
현재는 투자를 위한 준비단계를 밟고 있다고 보시면 될 것 같습니다. 반도체의 영향을 많이 받게 되는데 현재 반도체 사업이 호황이라 SK실트론도 호황을 누리고 있습니다. 라인증설에 투자할 공사 등으로 구미 본사나 공장 쪽에 가시면 앞으로에 대한 기대감을 더 느낄 수 있습니다.

 

Q. SK실트론의 앞으로의 비전이나 목표는 무엇이라고 생각하시나요?
결국은 회사를 계속 키우고 확대하는 것이라고 생각합니다. 기존에는 IT나 그린에너지 쪽에 포커싱해서 고객과 함께 파트너쉽을 가져왔는데 앞으로는 웨이퍼 사업을 성장, 발전시킬 예정입니다.

 

Q. SK실트론 사업장에 대한 설명 부탁드립니다.
SK실트론의 경우, 본사는 구미에 있습니다. 금융과 법무팀은 서울 사무소에 있고, 이를 제외한 모든 팀, 즉 영업이나 경영지원팀의 경우도 구미에 위치하고 있습니다. 반도체메이커들이 많은 미국, 일본에 해외법인이 있고, 중국과 대만에도 지사가 위치하고 있습니다. SK실트론에는 2500명의 인원이 있습니다. 사업장의 분위기는 굉장히 좋은 편입니다. 이직률이 대두되는 요즘, 저희 회사의 이직률은 한자리 숫자로 조직적으로 작지만 끈끈하다는 것을 대변해주는 것 같습니다.

 

Q. SK실트론을 지원하는 취업 준비생들에게 한마디 해주신다면?
취업 준비생들이 보통 취업시즌이 닥쳐야 관심을 가지기 마련인데, 미리 좀 더 회사에 관심을 가지고 정보를 알면 더 좋을 것 같습니다. 미리 준비해서 스펙보다는 나만의 노하우를 쌓아서, 나를 어필할 수 있는 경험을 만드는 것이 중요하다고 생각이 듭니다. 마지막으로 내가 하고 싶은 것을 할 수 있는 회사를 선택하라는 말도 꼭 해주고 싶습니다.

 

 #2. SK실트론의 채용 일정
지금까지 SK실트론 사업에 대해 알았다면, 이번 하반기 공채에 SK실트론에서는 어떤 직무를 모집하고 있는지 알려주겠다! 9월 1일부터 9월 22일까지 공채 지원 기간임을 잊지 말고 참고하길 바란다.

 

 

 #3. SK실트론의 인재상
하반기 공채에 지원한다면 자기소개서와 면접에서 인재상을 녹여내는 것은 필수! SK실트론에서는 어떤 인재상을 원할까? 경영철학에 대한 확신을 바탕으로 패기를 실천하는 인재를 원하는 SK실트론!

 


 #4. SK실트론의 복지

 


지금까지 SK실트론에 대해 자세하게 알아볼 수 있었다. 인터뷰에 응해 주신 오정택 부장님께 감사드리며, SK실트론에 지원하고자 하는 취업준비생들에게 많은 도움이 되었길 바랍니다.


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반도체? 이 정도는 알고 가야지: (3) 포토(Photo Lithography) 공정

 여러분~ 오랜만입니다! 저번 포스팅에서는 다양한 불순물로부터 웨이퍼를 보호하기 위해 산화막을 만들어내는 <산화공정>에 대해서 다루었었는데요. 모두 기억하시나요? 오늘은 그렇게 산화막이 형성된 웨이퍼 위에 반도체 설계 회로를 찍어내는 <포토공정>에 대해 다뤄보도록 하겠습니다. 오늘도 저만 믿고 따라온다면 반도체 8대 공정? 문제 없다구~

 

SK Careers Editor 이미진

 

 

1. 포토 공정이란?

: 제가 서론에서 포토공정을 반도체 설계 회로를 “찍어내는”이라고 표현한 것 모두 기억하시나요? ‘찍다’하면 기억나는 게 무엇인가요? 바로 카메라입니다. 포토공정은 필름카메라로 사진을 찍어 현상하는 것과 같은 원리로 진행됩니다. 조금 구체적으로 이야기하면 반도체 표면 위에 사진 인쇄 기술을 이용하여 회로 패턴을 만들어 넣는 기술을 말합니다. 빛에 반응하는, 필름 카메라에서 바로 필름에 해당하는 감광성 고분자 물질(PR, Photoresist)를 얇게 바른 후 마스크를 올려 놓고 그 위에 빛을 가하여 원하는 패턴을 형성하는 과정을 말합니다.

 

2. 감광성 고분자 물질(PR, Photo Resist)
: PR은 3가지 물질로 이루어져 있습니다. PR을 보관하기 위해 외부 빛의 노출을 방지하고자 사용하는 액체인 Solvent, 폴리머 결합으로 이루어진 물질인 Resin, 그리고 마지막으로 빛에 반응하는 화합물 Photoactive Compound(PAC), 이 PAC는 크게 Positive PR과 Negative PR로 나누어집니다.

 

 

3. 포토공정 과정
포토공정 과정은 Surface Preparation -> Spin Coating -> Soft Baking -> Alignment & Exposure -> Post-expose Baking -> Develop -> Rinse-dry -> Hard Baking으로 이루어져있습니다. 이렇게 보니 무슨 말인지 도통 모르겠죠? 그래서 쉽게 설명하기 위해 이 전체 공정을 위에서 설명한 PR과정, 노광, 웨이퍼에 회로도를 찍어내는 Develop 과정. 이렇게 크게 세 개의 과정으로 구분할 수 있습니다.

 

1) 노광
: 노광 과정에는 Mask Layer 사이를 정확한 위치에 맞추는 Alignment과정과 감광막에 빛을 쏘아 패턴이 형성되도록 하기 위한 과정인 Exposure로 나눌 수 있습니다. 이 과정을 거치면 패턴이 형성됩니다. 노광은 필요에 따라 세 가지 모드로 진행될 수 있습니다.

 

 

2) Develop
: 현상(Develop)은 필름 카메라에서 사진을 현상하는 과정과 같으며, 이 공정에서 패턴의 모양이 결정됩니다. 현상 과정을 지나면, 노광에 의해 빛에 노출된 부분, 노출되지 않은 부분을 선택적으로(Positive, Negative PR) 제거하여 회로 패턴을 형성하게 됩니다.

 

지금까지 웨이퍼 위에 반도체 회로를 찍어내는 포토공정에 대해 설명해드렸습니다. 헷갈리는 부분이 많았을 것 같은데요. 모두 잘 따라오셨나요? 헷갈릴 수 있는 Positive, Negative PR, 그리고 다양한 노광 방법들은 다시 한 번 위로 올라가서 읽어보는 건 어떤가요? 8대 공정 중 총 3개의 공정이 끝났습니다. 남은 5개의 공정도 열심히 Follow Me~!




 


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  1. 하재식 2017.08.17 01:30 신고 Address Modify/Delete Reply

    프로젝션에서 가운데 파란건 무엇이죠?!
    빛의 회절을 막아주는 물질인가요?!
    궁그미..

    • 이미진 2017.08.17 11:29 신고 Address Modify/Delete

      프로젝션 렌즈입니다. 이 렌즈를 통해 원하는 부분에 원하는 크기만큼의 빛을 조사할 수 있게 됩니다. 기사 읽어주셔서 감사합니다 :-)

  2. 하재식 2017.08.17 15:28 신고 Address Modify/Delete Reply

    오호 감사합니다 ! 기사 재밌어요 !

  3. 너구리 2017.09.13 05:12 신고 Address Modify/Delete Reply

    Surface Preparation과 Spin Coating이 뭔가요? 혹시 웨이퍼 준비 또는 레티클 준비 그리고 spin coating은 PR 도포를 얘기하시는 건가요?

    그리고 Projection lens는 뭔가요? 모든 레티클 아래에 렌즈가 위치하지 않나요? Projection lens라는 것은 또 다른 렌즈인가요?

    나머지 공정들은 어디를 클릭해야 볼 수 있나요? 못 찾겠어요. Photo 공정 다음 또는 현상공정 다음이요..

    • 이미진 2017.09.15 14:16 신고 Address Modify/Delete

      기사 읽어주셔서 감사합니다. surface preparation과정은 말 그대로 포토 공정에 앞서 웨이퍼를 준비하는 과정입니다. 웨이퍼를 클리닝하고 수분을 제거하는 등의 공정이 포함됩니다. spin coating은 말씀하신 것처럼 PR을 도포하는 과정입니다.

      그리고 두번째 질문은 잘 이해가 되지 않아서 제가 아는 한에서 설명해드리자면, 노광 방법에는 크게 두가지의 방법이 있습니다. 영상과 투영방법인데요. 기사에서 설명한 좌측의 두 방법이 영상법, 그리고 projection lens를 사용한 방법이 투영법입니다. 좌측의 두 방법은 렌즈를 사용하지않고 직접 노광하며 mask 하나 당 웨이퍼에 한 번 노광하게 됩니다. 반면에 projection lens를 이용한 방법은 그 렌즈를 통해 mask를 확대했다가 다시 축소하는 방법으로 웨이퍼 안에서 아주 좁은 공간에 그리고, 또 옆으로 가서 그리고 하는 방법입니다. 질문에서 reticle이라는 단어를 사용하신 것으로 보아 아마 이 세번째 노광법을 말씀하신 것 같습니다. 레티클은 이 투영노광법 사용을 위해 여러 번 반복적으로 위치를 바꿀 수 있도록 만든 마스크입니다. 이 의도로 물어보신 것이 맞다면 그 방법은 모두 렌즈가 위치하는 것이 맞고, 그 렌즈가 projection lens입니다. 제가 기사에서 설명한 것은 그 방법 이외에 렌즈를 사용하지 않고 직접 노광하는 방법도 있다는 것입니다.

      이상입니다. 저도 답변 드린 내용은 정확하지 않은 정보일 수 있기 때문에 의문이 드신다면 답변 달아주세요! 그리고 포토 공정 다음 기사는 아직 업로드 되지 않은 상태이며, 곧 업로드 예정입니다!^_^

반도체? 이 정도는 알고 가야지: (2) 산화(Oxidation) 공정

지난 시간에 반도체 8대 공정 중 첫 번째 공정인 ‘웨이퍼 공정’에 대해 소개해드렸었는데요. 오늘은 그렇게 힘들게 만들어진 웨이퍼 표면을 보호하기 위한 공정인 ‘산화 공정’을 소개해드리려 합니다. 오늘도 눈 똑바로 뜨고 흡수할 준비 되셨나요? 그럼 시작~


SK Careers Editor 이미진

 



1. 산화 공정이란?

가장 먼저 산화 공정이 어떤 말인지 알고 가야겠죠? ‘산화 공정’이란, 실리콘(Si) 기판 위에 산화제(물(H2O), 산소(O2))와 열에너지를 공급하여 이산화규소(SiO2) 막을 형성하는 공정을 말합니다. 

이때 만들어지는 산화막은 회로와 회로 사이에 누설 전류가 흐르는 것을 막아줄 뿐만 아니라, 이온주입공정에서 확산 막아주는 역할, 식각 공정에서 엉뚱한 곳이 잘못 식각 되는 것을 막는 식각 방지막 역할을 합니다. 이렇게 다양한 종류의 보호막이 되어 웨이퍼를 지켜주는 것이죠. ‘산화’의 이해가 어려우시다면, 철(Fe)이 녹스는 현상을 생각하시면 됩니다.


2. 산화 공정 방법

: 산화 공정 방법에는 열을 통한 열산화(Thermal Oxidation), 화학적기상증착산화(Chemical Vapor Deposition), 전기화학적산화(Electrochemical Oxidation) 등의 종류가 있습니다. 그 중 가장 많이 사용되는 방법은 고온에서 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성하는 열산화 방법입니다. 이러한 열산화 방법은 산화반응에 사용되는 기체에 따라 크게 습식 산화와 건식 산화로 분류할 수 있습니다.




1) 건식 산화(Dry Oxidation)

: 건식산화는 순수한 산소(O2)만을 이용하기 때문에 산화막 성장속도가 느려 주로 얇은 막을 형성할 때 쓰입니다. 성장속도가 느릴 때 얇은 막을 형성하기 유리한 까닭은, 성장속도가 느릴수록 막의 두께를 조정(Control)하기 쉽기 때문입니다. 쉽게 생각하면, 내가 세숫대야에 물을 아주 조금만 채우고 싶을 때, 수도꼭지를 한번에 많이 열어 콸콸 붓기보다, 아주 조금만 열어 조금씩 떨어지게 하는 상황을 생각하면 쉽게 이해가 될 것입니다. 이렇게 얇은 막을 형성할 수 있는 건식 산화는 전기적 특성이 좋은 산화물을 만들 수 있습니다.


2) 습식 산화(Wet Oxidation)

: 습식산화는 산소(O2)와 함께 수증기(H2O)를 사용하기 때문에 산화막 성장속도가 빠르고 두꺼운 막을 형성할 수 있지만, 건식 산화에 비해 산화층의 밀도가 낮습니다. 따라서 산화막의 질이 건식산화에 비해 비교적 안 좋다는 단점이 있습니다. 동일한 온도와 시간에서 습식산화를 통해 얻어진 산화막은 건식산화를 사용한 것보다 약 5~10배 정도 더 두꺼운 경향을 보입니다.


 


3. 이 외에 산화막 성장 속도에 영향을 미치는 것들

: 반도체 사이즈는 점점 작아지고, 이 와중에 산화막은 보호막의 역할을 위해 꼭 필요하므로 산화막의 두께는 반도체 사이즈를 결정하는 데에 아주 중요한 요소로 작용합니다. 따라서 산화막의 두께를 줄이기 위해 산화 공정의 다양한 변수를 조율하게 됩니다. 2번 항목에서 설명 드렸던 습식 산화, 건식 산화도 그 변수의 한 종류라고 말할 수 있으며, 그 이외에도 웨이퍼의 결정 구조, 더미 웨이퍼(가스를 정면으로 닿거나 나중에 닿는 부분의 산화 정도 차이를 줄이기 위해 희생 웨이퍼인 더미 웨이퍼를 활용하여 가스의 균일도를 맞추어 줄 수 있음), 도핑 농도, 표면 결함, 압력, 온도, 시간 등이 산화막의 두께에 영향을 줄 수 있습니다.


오늘은 저와 함께 산화막이 어떤 역할을 하는지, 산화막이 어떻게 형성되는지, 그리고 이러한 산화막의 형성 속도는 어떤 것들에 영향을 받는지에 대해 알아보았는데요. 반도체 8대 공정 중 2개의 공정이 끝났습니다. 다음 시간에는 반도체 위에 회로 패턴을 만드는 식각 공정에 대해 다뤄보겠습니다. 더 빠른 이해를 위해 오늘 다뤘던 내용 한 번 더 읽어보길 바라며 오늘은 이만 안녕~




Posted by SK Careers Journal skcareers

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  1. 재식 2017.08.03 18:49 신고 Address Modify/Delete Reply

    오.. 건식이 성장속도가 느린게 단점이라고만 생각했는데 장점이 될 수도 있군요 옹

    • 이미진 2017.08.17 11:34 신고 Address Modify/Delete

      네! 반도체 크기가 나노 단위로 작아지면서, 얇은 맏을 형성하는 건식 산화가 일반적으로 이용되고 있습니다. 성장 속도가 느리지만 더 얇고 더 성능이 좋은 막을 형성할 수 있기 때문입니다.

  2. 하재식 2017.08.17 15:31 신고 Address Modify/Delete Reply

    앗 감사합니다

  3. 에반 2017.09.21 11:18 신고 Address Modify/Delete Reply

    블로그로 퍼가도 되나요?