[엔지닉X인하대] 반도체 공정 실습 30기/실무경험 쌓기 [3일차]

3일차 교육이 시작되었다! 3일차 교육의 주요 과정은 크게 4가지로 나뉘었다.

 

• PECVD 공정
• Etch 공정
• Metrology
• 조별토론 및 발표

공정실습 1일차와 마찬가지로, 나는 오전 7시 20분에 집 앞에서 인하대 셔틀버스를 타고 등교했다.(모교가 인하대여서 이런걸 알고있어서 다행..) 도착하니까 시간이 8시 30분 이여서 오늘은 커피를 사러 학교 편의점에 잠깐 들러서 커피를 장전하고 굳건한(?) 마음으로 실습 장소에 도착하였다.

 

[PECVD]

 

실습 2일차는 9시 부터 바로 클린룸에 들어가서 PECVD 실습교육을 받았다. PECVD 장비를 작동시키는 방법과 원리를 포함하여 CVD(Chemical Vapor Deposition)의 종류와 각각의 차이점까지 모두 연구원분이 매우 자세히 설명해 주셨다.

PECVD 장비 다루는 모습

PECVD 장비를 직접 다룰 수 있는 기회를 가져 매우 유익한 시간이였다. 1일차 실습 때도 느낀거지만 대부분의 반도체 공정 장비들은 구조가 매우 비슷하게 되어있다. 물론 기계마다 옵션이 더 추가 되어있는 부분이 있지만 기초적인 골격은 비슷해서 조작시에 혼동이 적을 것이라 생각되고, 모식도 또한 스크린에 매우 잘 나와있어 직관적이여서 이해하기 편했다. 플라지마를 띄울 때에 나오는 빛을 직접 기계를 작동시키고 확인 할 수 있었는데, 플라즈마의 여부를 확인하는 방법으로 빛을 확인하는것은 어제 사용했던 DC sputtering 기계에서도 플라즈마가 떳는지 안떳는지 확인하는 방법이었는데 동일했다.

 

PECVD는 간단히 설명하면, 기존에 사용하던 LPCVD(저압 기상 증착) 방식의 CVD는 고온공정(400~1000도)로 진행되어 박막의 품질이 매우 좋고, uniformity측면에서도 매우 좋은 특성을 보이지만, 고온이라는 것이 반대로 단점이 된다. 매우 고온으로 공정이 이루어지기 때문에 소자가 열화되기 쉽다는 단점이 있다. 그래서 개발된 방법이 PECVD이다. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 즉 플라즈마를 이용한다. 플라즈마를 이용하면 우리가 얻을 수 있는 장점은 화학반응의 활성화 에너지를 낮출 수 있다는 점이다. 화학반응에 필요한 에너지를 낮출 수 있다는 것은 즉, 공정의 온도를 낮출 수 있다는 의미와 같다. 공정의 온도를 낮추면 박막의 품질은 물론 LPCVD보다 떨어지지만, 상업적으로 즉 상품화 되기에는 양호한 정도의 품질이기 때문에 현장에서는 PECVD를 많이 사용중이라고 한다.

 

ALD(Atomic Layer Depostion)장비 앞에서 한장

증착의 측면에서 가장 높은 성능을 지닌, 즉 Uniformity에서 최강인 최신 공법이 가능한 장비도 교육을 받았다. 바로 ALD(Atomic Layer Deposition)인데, 해당 장비는 우리가 증착하고자 하는 물질을 Target 표면에 mono layer 단위로 쌓아주는 장비이다. 해당 장비가 개발된 배경에는 최근에 뉴스에도 나왔던 삼성의 GAA(Gate All Around)의 구조가 Aspect Ratio가 매우 크기 때문에 해당 구조에 얇은 박막을 증착하기 위해서는 기존의 CVD 방식으로는 Uniformity를 확보하지 못하기 때문에 개발이 되었다고 할 수 있다. ALD는 위에서 언급한 Uniformity가 높다는 장점이 있지만, 반대로 단점은 말 그대로 한 층 씩 쌓아 올리는 방식이기 때문에 공정 시간이 많이 걸린다는 단점이 있다. 해당 단점을 개선하기 위해 사용한 방식이 PEALD 방식인데, 위에서 적었듯이 PE는 플라즈마를 이용했다는 것을 의미한다. 플라즈마를 이용하면 화학반응의 활성화 에너지를 낮출 수 있기 때문에 반응속도를 증가시킬 수 있다는 이점이 있다. 나중에 반도체 공정회사에 가서 직접 다룰 수 있는 기회가 올까? ㅎㅎ

 

[ICP-RIE & Metrology]

 

PECVD 교육을 마치고 Etching 교육을 받았다. 우리가 사용한 장비는 ICP-RIE 방식의 장비였다.

위의 필기 내용처럼, 물리적인 방법과 화학적인 방법을 동시에 적용하여 몇배의 시너지를 내는 방식이다. 이때 몰랐던 부분은 플라즈마를 띄울때 ICP와 CCP 방식이 다른데, 이는 원래 CCP방식을 채택했었는데 후에 ICP방식이 개발되어 ICP 방식으로 옮겨 갔다고 한다. 해당 차이점은 후에 다른 포스트에서 더 자세히 다루어 보겠다.

위 장비를 이용하여 Etch를 마무리 하고 알파스텝과 Ellipsometer를 이용하여 측정을 배웠다. 알파스텝의 경우 시료 표면을 팁으로 긁어 단차를 측정하는 장비로 파괴적인 방법을 사용한다고 한다. Ellipsometer는 두께를 측정하는 장비로, 빛을 이용하여 표면에 반사된 빛이 Detector에 들어가는 각도등을 이용하여 표면의 두께를 계산해 주는 장비이다. Ellipsometer 장비는 정말 쉽게 표면의 두께를 측정할 수 있게 프로그래밍도 되어 있어서 실험을 진행하기 매우 쉬웠다. 

 

[조별 토론 & 발표]

 

내가 만든 ppt로 발표해주시는 우리 조원분

 

마지막 과정은 1일차 공정실습때 우리가 만든 wafer의 CV특성을 측정해서 CET(Capacitance equivalent thickness)값을 계산하고 Ellipsometer로 측정한 두께와 비교해보고 그 오차원인에 대해 분석 및 토론, 발표하는 시간이었다.

 

CET와 Ellipsometer의 오차 원인으로 우리 조가 발표한 내용의 핵심은, 유전상수의 변화였다. CET에서, Capacitance값을 측정할 때, 공기중의 물입자가 붙으면 유전상수가 큰 폭으로 증가한다는 논문을 찾아서, 해당 논문을 근거로 발표를 진행하였다. 유전상수가 증가하면 CET값도 증가해야하는데, CET값을 계산할 때는 그거보다 더 작은 이론적인 유전상수값을 대입 했기 때문에 CET 값이 더 작게 나왔다는 결론을 내리고 발표를 진행하였고 이 부분도 어느정도 인정을 받았다.

 

마지막으로, 연구원분이 4개 조 발표를 모두 듣고, 이유를 친절하고 자세하게 설명해 주셨고 정리해보면 이렇다.

 

• CVD로 증착시  wafer 위에서 Si02가 아일랜드 식으로 발생 후 결합하는데 이때 응력이 발생하면서 defect이 생김
• CVD로 Si02를 증착하면 Si와 O2를 모두 넣고 반응하기 때문에 원치 않는 화합물이 생겨서 Charge를 trap할 수 있음 (CET 측정시)
• 공정 후 유전상수가 바뀔 수 있다.(여러 공정 parameter 값에 의해서)

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이렇게 발표까지 마무리하고 간단한 Quiz (6문제 - 객관식)를 진행하였는데 문제 수준은 매우 평이했다. 그냥 강의시간에 집중만 했으면 별도의 공부가 필요없이 풀 수 있는 수준이다. 걱정했는데 매우 쉽게 통과해서 다행이었다! 

 

(+ 포토와 sputtering으로 만든 MOSCAP은 개별 학생에게 주신다..!)

 

 

이렇게 반도체 공정실습이 마무리 되었는데, 공정 실습 비용이 다른 과정에 비해 비싼 편이지만 그 값어치를 한다고 생각한다. 약간 공정실습 프리미엄 느낌..? 공정 장비들도 매우 클린한 상태이며 클린룸을 갖추고 있어서 실습하기에 매우 쾌적한 환경이었다. 또한 연구원 분들이 설명을 너무 친절하고 자세히 해주셔서 엄청난 공부가 되었다고 생각한다. 

 

필자처럼, 반도체 직무에 지원하고자 하는데 실무 경험등이 부족하다면, 금전적인 부담이 크지 않은 선에서 매우 추천한다. ㅎㅎ

 

연구원분들 자세한 설명 너무 감사했습니다!!