[엔지닉X인하대] 반도체 공정 실습 30기/실무경험 쌓기 [2일차]

 

다들 @@ 한 상태로 집중하는중.. 아침에 빡집중하기 힘들다 ㅠㅠ

우선 아침 9시까지 도착하는것이 문제였다. 아침에 일찍 미라클 모닝으로 도착을 하면 가장 먼저 하는 과정은 이번에 진행할 MOSCAP 제작에 앞서, 필요한 기본적인 반도체 지식들과 클린 룸 설명 및 안전교육을 진행받는다. 이때 약 3시간 정도 진행되는데, 아침에 도착하자마자 졸릴 수 있기 때문에 커피를 가져가는것을 강력 추천한다.(핫식스 오히려 좋아) 필자는 안가져가서 정신력으로 버텨냈다.. 하지만 매우매우매우 정말 중요한 내용들이니 반복 학습 및 암기가 필요할 정도의 내용들이니 정말 비싼 돈 낸 만큼 얻어가자. 
 
본론으로 돌아가서,  오전 교육을 마치고 점심시간이 한시간 주어진다. 이때는 주변 인하대 후문가에 가면 정말 여러 식당들이 있는데 아무데나 가서 먹어도 그냥저냥 먹을만하다. 점심시간 이후 복귀하면, 본격적으로 클린 룸에 들어간다.
 
클린룸에 들어가게 되면 가장 먼저 하는것이 방진복을 입는법을 교육 받는다. 방진복을 모두 입고 에어샤워를 마치고 들어가게 되면 조에 따라 일정이 진행되는데, 우리는 3명씩 총 4개의 조로 A,B,C,D의 조로 진행되었다. 나는 B조로 A,B 조는 1일차에 포토공정과 DC sputtering을 진행하였다. 우선 MOSCAP 소자를 제작하여야 하는데 기존의 Wet Etch방식을 이용한 소자제작을 사용하진 않았고, lift-off 방식을 이용한 소자제작을 진행하였다.
 

Wet Etch 와 lift-off 공정

위의 정리와 같게, lift-off 방식으로 소자를 제작하게 되면 Etch 과정을 한번 생략하기 때문에 공정시간상의 단축이라는 이점이 있다. 비교적 편리하게 소자를 제작할 수 있기 때문에 짧은 교육과정에 맞는 제작 방법이기도 하며, Wet etch보다 위험하지 않은 Acetone과 Sonicator를 이용하여 제거해야 하는 PR및 Metal을 제거하기 때문에 비교적 안전하기도 하다. 단점으로는 silicon oxide위에 올라가는 Metal의 uniformity가 좋지 않다는 점이다. 하지만 실습이니까 이정도는 특성 측정에 큰 영향이 없다!
 
[ Photolithography ]

 

Yellow Room 내부

바로 들어가게 되면 옐로우 룸(Yellow Room)에 들어가서 포토 공정을 하게 된다. 각자 한명씩 주어진 웨이퍼 조각들을 제공해 주시는 마스크를 이용하여 포토공정을 진행하는데 이때 사용되는 빛의 파장은 365nm로 I-line 이라는 빛이다. 이 파장의 빛은 2005년도 쯤 삼성에서 제작한 256MB RAM을 제작하는데 사용되었다고도 한다. 해당 빛을 이용하여 원하는 패턴을 웨이퍼에 새기는데, 새기는 원리를 알아야 했다. 빛을 이용해서 새긴다고? 
 
PR에는 두가지 종류가 있다.
 

• Positive Photo Resist (PPR)
• Negative Photo Resist (NPR)

PPR의 경우, Mask에 가려지지 않아 빛에 노출된 부분의 PR의 Crosslink가 비교적 약해져서 현상액에 넣었을 때, 해당 부분만 사라지게 되는 원리이다. 이에 반해, NPR의 경우 그 반대로 빛에 노출된 PR에 비교적 강한 Crosslink가 형성되어 현상액에 넣었을 때 상대적으로 약한 노출되지 않은 부분들이 사라지게 되는 원리이다. 이번 실험에서는 PPR을 사용하여 실험을 진행하였다.
 

실험의 과정은 다음과 같다.

위 과정을 모두 진행하고, MOS의 M을 담당하는 Metal을 증착하러 갔다. 이번 실습에서는 Metal을 Mo를 사용하였다. 
 
[ DC Sputtering ]

DC sputter 장비 만져보는중(?)

우선 위의 내용이 내가 열심히 정리해 본 내용들이다. Backside Contact은 뒤에 설명하겠다.
 
우선, DC Sputtering 장비의 사용목적부터 생각해보자. 뭘까? 
 
간단하게 말하면 Deposition, 증착이다. 우리가 증착하는 물질의 종류는 여러가지가 될 수 있는데, sputtering은 대부분의 경우 자유전자를 지니고 있는 금속(Metal)을 Target으로 한다. 챔버 안에 고진공을 형성하고 플라즈마를 띄울 기체를 넣어주고 RF Power를 넣어주게 되면 플라즈마가 형성된다. 이때 플라즈마를 띄울 때는 Ar 가스를 이용했다. 그래서 플라즈마 상태의 Ar*가 음전압이 대전된 Target Metal(Mo) 쪽에 끌려가서 충돌하게 되고, 충돌하면서 떨어져 나온 Mo원자가 우리가 목표로하는 Sio2층 위에 증착이 되는것이다. 아주 간단한 원리인 것 같지만 실제로 플라즈마가 형성될 때 색을 보면 뭔가 엄청난 일들이 일어나는 느낌이 든다(?).
 
이렇게 Mo 증착까지 마무리했다.
 
[ PR Strip & Backside contact ] 
 
해당 과정은 위의 필기내용에도 적혀있지만, 마무리 작업정도로 생각해보면 되는데, 증착된 Metal인 Mo가 PR위에 올라가 있는 상태이다. 하지만 우리는 필요없는 PR과 Mo를 제거하지 못한 상태이기 때문에 Sonicator에 PR을 녹이는 Acetone을 넣고 초음파로 공정을 진행하였다. PR이 Acetone에 의해 제거되면 그 위에 올라가 있던 Mo의 상태가 매우 불안해지는데 이를 초음파를 이용하여 깨주는 것이다. 그러면 최종적으로 우리가 원하는 MOS(Metal oxide semiconductor)구조가 완성 된다....
 
하지만!

끝이아니다.. 3일차에 진행하는 probestation에서 probe를 꽂아서 CV Curve를 측정해야되는데 위쪽 Metal에는 Probe를 꽂을 수 있지만, Silicon 쪽으로는 Probe를 꽂을 수 없는 구조로 장비가 설계 되어 있다. 처음엔 이해 안됬는데 장비 보니까 이해 됨.  그래서 silicon쪽에 구리배선을 연결해서 probe를 꽂을 수 있게 해주는 작업이 필요했고 이 작업을 Backside contact이라고 한다.  이때 중요한 부분은 silver paste를 이용해서 구리 tape을 실리콘쪽에 붙이는데, 붙이기 전에 grinding(연마)을 해줘야 한다. 자연적으로 생긴 자연산화막 (~30nm) 을 제거해줘야 하기 때문이다. 기업에서는 불소를 이용해서 이를 매우 세밀하게 제거하는데 불소가 매우매우 위험한 물질이기 때문에 실습에서는 사용하지 않았고 그라인더를 이용해서 살짝 파줬다..(?)
 
이렇게 2일차 실습이 모두 마무리 되고 모든 에너지를 다 쏟고 집에가서 마무리 정리하고 기절했따....ㅎㅎ