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<용량성 결합 플라즈마 장비 : CCP(Capacitively Coupled Plasma)>

- 두 전극이 마주보고 있는 커패시터 형상을 하고 있다

 

[작동 원리]

  1. 전극으로 사용 될 두 기판이 마주보고 13.56MHz의  RF Power를 인가한다
  2. 매우 빠른속도로 전극이 뒤바뀌지만 전자의 mobility가 빨라 이에 즉각 반응하며 원자와 충돌해 플라즈마를 생성한다.
  3. 전자가 벽쪽에 더 빠르게 부딪히며 상대적으로 느린 양이온이 가운데에 모이고 plasma sheth가 생겨 양이온과 전자가 분리되며 양, 음극으로 나눠지며 self bias를 형성한다.
  4. wafer 기판이 있는 쪽에 bias 전극을 걸어 양이온들이 음극에 끌려가게 해 기판에 수직으로 입사시킨다.

[특징]

  • 그라운드 전극 위에 wafer를 놓아 radical에 의한 화학적 식각에 주로 사용된다.
  • 10mTorr ~ 10 Torr 사이의 상대적 높은 압력에서 공정이 이뤄지고 전극간의 거리는 1~10cm로 좁다.
  • RF전원 한 주기에 대해 전기장이 한쪽 방향으로만 개방적이므로, 전자가 이동중에 챔버의 벽이나 전극과 부딪혀 손실될 가능성이크다. 따라서 ICP 대비 상대적으로 저밀도의 플라즈마를 갖는다.
  • 전극이 마주보고있어 대면적으로 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.
  • 반면에 한 쌍의 전극으로 플라즈마의 생성, 유지, 및 Sheth 전압을 동시에 제어해야 하므로 플라즈마의 물리적 반응과 화학적 반응의 독립적 제어가 어렵다는 단점이 있다.
  • 플라즈마를 고밀도화 하려고 높은 전력을 사용하면 기판의 전기장의 세기가 증가해 이온이 더 가속화되어 기판에 손상을 준다.
  • 압력을 낮춰 방향성을 조절하려하면 이온의 밀도가 낮아져 식각속도가 낮아지고 이온의 에너지가 높아져 기판에 손상이 간다
  • 식각속도를 증가하려고 압력을 높이면 이온보다 Radical의 밀도가 높아져 이온 에너지가 낮아지고 방향 조절이 안됨.

<유도성 결합 플라즈마 장비 : ICP(Inductively Coupled Plasma)>

- 챔버를 나선형(수직), 솔레노이드형(몸통 감싸기) 코일로 감싸 자기장을 발생시키는 원리

 

[작동 원리]

  1. 코일에 13.56MHz의  RF Power를 인가하여 생긴 자기장으로 페러데이,렌츠 법칙에 따라 자기장이 빠르게 변화할 때 자기장의 힘을 방해하는 방향으로 생기는 유도기전력을 통해 생기는 유도전기장을 형성한다. 
  2. 전자기장에 의해 가속된 전자가 시계, 반시계방향으로 폐쇄적으로 회전하며 주입되는 가스를 모조리 다때려서서 가운데에 이온과 Radical들을 모아 고밀도의 플라즈마를 형성한다. (etch속도 빠름)
  3. 기판에 bias 전극을 달아서 이온의 입사 에너지를 조절한다.

 

[특징]

  • 플라즈마의 밀도가 높아 식각속도가 빠르고 이온에너지가 낮아판 손상 정도가 낮아진다.
  • 플라즈마 생성/제어와 이온 입사를 따로 제어해 화학적, 물리적 반응을 독립적으로 제어가 가능하다.
  • 플라즈마가 넓게 형성되어 self bias를 덜 형성해 이온을 자체적으로 가속시키지 않아 Ion에 의한 기판손상이 적다.
  • 직접 전극으로 이온 입사 에너지를 제어해 낮은 압력에도 비등방성이 강하다.
  • CCP 장비에 비해 플라즈마가 불균일하다

<공정 불량 이슈 및 대처방안>

1. 부적절한 Etch rate (원인 : 해결법)

  • RF 전원의 변화 : RF발생기와 유닛, 정합의 문제점 해결 및 확인
  • 부정확한 온도와 압력 : 웨이퍼 후면의 냉각 시스템 확인, 진공계기와 압력 제어 시스템 조정
  • 부적절한 종말점 측정 : 종말점 측정 시스템 재확인
  • 부적절한 웨이퍼 배치 : 웨이퍼와 전극 간격 확인
  • 부적절한 동적 가스의 흐름 : 가스 분배시스템 확인
  • 부적절한 공정 순서 : 공정 방식과 파라미터 확인

 

2. 부적절한 Selectivity (원인 : 해결법)

  • 높은 식각 비율 : 식각 비율 확인
  • 부정확한 가스 흐름이나 압력 : MFC(Mass Flow Controller)와 진공계기 조정

 

3. 부적당한 측벽 Profile 각도 (원인 : 해결법)

  • 측벽의 오염 : 반응실에서 축적된 폴리머 확인
  • 부적당한 공정 방식 : MFCs 확인 및 조정, 오염을 확인하기 위해 누설검사 수행

 

4. 웨이퍼 내 불균일 식각 = Bad Uniformity (원인 : 해결법)

  • 반응실의 구성, 웨이퍼 온도, 부적당한 가스 흐름과 웨이퍼 위치 : 금속판 간격, 열전대와 웨이퍼 냉각, 가스분배, 웨이퍼 조절 시스템 확인
  • 설계 의존적인 식각 농축액 고갈 : 웨이퍼의 밀집된 공간과 산재된 공간을 적절히 고려한 설계

 

5. 플라즈마에 의한 손상(원인 : 해결법)

  • 불균일 플라즈마 : 불충분하게 설계되거나 유지되는 플라즈마 점검
  • 게이트 산화물의 과도한 이온 충격 : 차선적인 조건의 조건을 설정(RECIPE 수정)
  • 과도한 RF 전원 : 식각 방식과 RF 발생기를 확인 및 조정

 

6. 입자 오염 물질에 의한 불량(원인 : 해결법)

  • 가스라인의 누출과 오염 : 누출 부분을 확인하여 수선하거나 세정, 심한 경우엔 교체한다
  • 부적절한 화학가스 : 가스라인에 부합된 가스만을 사용

 

7. 금속 부식(원인 : 해결법)

  • 습기 : 식각 후 부산물 제거를 위한 과도한 시간 연기 금지 

<Quiz>

1. etching 공정에 대해 설명하세요.

2. Dry etching과 Wet etching의 차이에 대해 설명하세요.

3. 에칭공정과 관련된 장비에 대해 설명하세요.

4. Dry etch에 중요한 공정 인자 3가지에 대해 설명하세요.

5. Dry etch에 영향을 끼치는 주요 공정 변수에 대해 설명하세요.

6. Wet etch에 영향을 끼치는 주요 공정 변수에 대해 설명하세요.

7. ICP의 특징에 대해 설명하세요.

8. Dry ech의 식각 angle을 중이는 방법.

9. ICP-RIE가 CCP-RIE보다 저 demage 식각에 유리한 이유?

10. 플라즈마 정의와 만드는 방법에 대해 설명하세요.

11. 플라즈마의 직진성을 높이는 방법을 설명하세요.

 

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1. 식강방식별 특징과 비교


2. 플라즈마

- 플라즈마는 고체 ->액체->기체에 이어 제 4의 물질.

- 외부 전자기장에 의해 원자가 전자와 분리되어 중성자가 된 전기를 통과시키며  빛을 발광하는 에너지가 높은 기체의 영역

- Cascade reaction : 전기장에 의해 가속된 전자가 원자에 강하게 충돌하여 전자가 원자에서 분리되어 떨어져 나온 전자도 전자기장에 의해 가속되어 주변 원자를 이온화시킨다

  •  Positive Ionization : 원자가 전자와 분리되어 이온과 전자로 분리된  상태
  •  Exitation : 전자가 원자핵 주변의 전자를 때려 에너지를 얻은 에너지가 더 높은 에너지 준위로 올라가 반응성이 좋아진 상태(이를 Radical 이라고 부르며 화학성 반응 기체가 된다)
  •  Recombination : 전자를 잃어 이온화된 원자의 제자리에 다시 전자가 들어와 중성상태가 됨
  • Photoemission : Radical 상태의 고궤도의 에너지 준위에서 전자가 원래의 상태로 내려오며 그 에너지만큼 빛을 방출하는 현상. 

 


3. 식각공정  파라메터

- 식각률 : 단위시간당 식각두께

- 선택비 : 타겟 물질이 깎이는 속도 / 비타겟물질 깎이는 속도

- 균일도 : 식각이 얼마나 균일하게 됐는지에 대한 지표


4. 식각 방식

4-1) Chemical Dry Etching (High pressure Plasma etching)

  • 압력이 높을 수록 이온에 비해서 Radical의 밀도가 높아져 화학적 반응에 의한 식각이 일어난다
  • 화학반응을 이용해서 특정 물질과 반응을 일으키기 때문에 Selectivity가 매우 좋다.
  • 단점으로는 화학반응이기 때문에 등방성으로 깎여 방향을 조절하기 어렵다.(under cut 현상)

4-2) Sputtering(Ion bombardment)

  • 압력이 낮을 수록 Radical 대비 이온의 밀도가 높아진다.
  • 고에너지를 가해 이온을 가속시켜 물질과 직접 충돌해서 물리적으로 식각한다. (기판에 손상을 줄 수 있다)
  • 특정 물질과 화학반응을 일으키지 않고 직접 충돌해 물질에 상관없이 etching이 일어나 Selectivity가 좋지 않다.
  • 화학반응이 아니기 때문에 이온의 입사각을 조절해 직접 원하는 방향으로 깎을 수 있다(이방성 식각).

 

4-3) Reactive Ion Etching (RIE) 

  • 앞의 두 화학적, 물리적 방법을 결합해 두 방식의 단점을 보완한 방식이다.
  • 빠른 비등방성 식각(Anisotropic), 높은 선택비(Selectivity)를 지닌다.

1. 이온이 타겟 물질과 충돌해 결합에너지를 감소시킨다

2. 이 때 반응성이 좋은 Radical이 박막 물질과 흡착해 화학반응을 일으켜 식각이 일어난다.

 

4-4) Deep Reactive Ion Etching(DRIE)

  • RIE공정에서  Radical의 화학반응으로 인해 등방성 식각이 일어날 수 밖에 없다. 따라서 고종횡비를 구현할 수 없다.
  • 종횡비(면적대비 깊이)가 높아야 하는 이유는 미세화되는 공정에서 적층구조 DRAM, NAND Flash 메모리를 제작할 때 좁고 깊은 구멍을 뚫어 면적에 손상을 덜 줘 커패시턴스를 높여야 하기 때문이다.
  • RIE 공정 사이에 Passivation (이온 강화 억제제 코팅)공정을 넣어주면 거의 수직에 가까운 구조의 프로파일을 얻을 수 있다.

 

 

4-5) Atomic Layer Etching (ALE)

[RIE 공정의 한계]

- 균일성 : 이온과 Radical을 섞어서 식각해 식각 면적에 따라 식각 진행 깊이의 차이가 발생한다.

- 선택비 : 가속된 이온을 사용하기 때문에 원하는 물질만 제거하기 어려워 소자에 손상이 발생한다.

(Faceting:윗 부분이 많이 식각//Bowing:항아리처럼 식각//Micro-trenching:하부에 edge부분만 식각됨 등등)

 

[장점]

- RIE보다 평평하게 식각 가능

- 원하는 물질을 원하는 두께만큼 균일하게 식각 가능

- Uniformity 개선

 

[단점]

- 생산성 저하 : 원자층 단위로 진행되어 오래걸림

 

[과정]

  1. 650° C의 챔버 내부로 염소 가스를 공급
  2. 염소 분자가 실리콘 표면과 반응하여 결합에너지를 감소시킴
  3. 다음단계에 영향을 주지 않기 위해 반응하지 않은 염소를 챔버에서 제거
  4. 아르곤 이온(Ar+)를 이용해서 충격을 가하면 결합이 약해진 표면 반응층만 제거
  5. 반복

[공정 parameter]

- 공정 온도: etchant와 Si가 반응할 때 etch가 안되도록 0도 유지.

- 이온에너지: 한 층만 etch될 정도의 에너지 인가.

- Etch 시간: 한 층만 etch될 정도의 시간 설정.

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1. 치환형 원소

2. Ionization Energy



3. 3-5족 원소

4. 외인성 반도체 - 평형상태의 전자, 정공의 분포



5. Fermi-Dirac Integral

6. Degenerate and Nondegenerate Semiconductors


 

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오늘꺼 너무어려워서 공부하다 창밖으로 노트북 집어던질뻔했다.

Willson Mirror Current Source CD구조 Amp부분 이해 못해서 정리 안했고 삼성전자 면접 준비해야하니까 선택과 집중모드 간다

 

1. The Folded Cascode

2. Current Mirror Cricuits with Improved Performance


 


3. MOS Differential Pair - Commom Mode Input Voltage


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1. Output Resistance

2. Output Resistance of a CS Amplrifier with a Source Resistance "Rs"

3. Cascoding



4. The MOS Cascode Amplifier

- Ideal Case

- Implementation of the Constant-Current Source Load

- Use of a Cascode Source



5. Distribution of Voltage Gain in a Cascode Amplifier

6. Double Cascoding


 

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반도체 8대 공정중 첫번째 공정인 wafer 제작 공정에 대해 정리한다.


Step 1. 잉곳 만들기

실리콘(Si)나 갈륨아세나이드(GaAs) 와 같은 화합물을 성장시켜서 만든 단결정 기둥을 잉곳(Ingot)이라고 한다.
단결정으로 만드는 이유: 결정립계로 인한 전기적 특성의 변화로 성능 예측의 불확실성을 배제하기 위해 안정적 성능을 보장하고자 단결정화 한다.

 

초크랄스키(Czochralski)법 :
99.9999999% 의 초순수 실리콘을 도가니에 투입하여 열을 가해 녹인다.
녹은 실리콘에 단결정 크리스탈 Seed를 접촉시킨 후 회전시키며 끌어올린다.
도가니 상층부의 낮은 온도로 실리콘 단결정이 고체화 되며 잉곳이 성장하게 된다.

잉곳을 올리는 속도와 회전력에 비례해 지름이 달라진다.


Step 2. 잉곳 절단하기

실리콘 잉곳을 성장시킨 후, 외형을 가공하는 공정이다.
      -End removal : 잉곳의 양 끝을 제거함
      -Diameter grinding : 균일한 지름을 갖도록 하기 위함
      -Wafer flat or norch : 결정방위를 표시하기 위해 flat 또는 norch를 만든다.
외형 가공을 마친 실리콘 잉곳을 얇게 잘라 웨이퍼를 만든다.
200mm까지는 다이아몬드 날을 가진 internal diameter saw를 이용하였으나, 300mm 웨이퍼는 wire saw를 이용하여 자른다.
현재 제조단가를 낮추기 위해 최대한 웨이퍼를 얇고 크게 만드는 것이 기술력의 트렌드다.

Step 3. 표면 연마하기

Lapping : 잘라낸 낱장 웨이퍼 표면의 평탄도를 확보하고 자르는 과정에서 표면에 생긴 손상부를 제거하기 위해 래핑(lapping)을 실시하고 날카로운 웨이퍼의 edge를 무디게 만들어준다.
 

Wet Etching : 웨이퍼 표면 및 테두리 가공과정에서 발생한 손상과 오염을 제거하기 위해 화학적 에칭 공정을 실시한다.

Polishing(CMP) : 마지막으로 화학적, 기계적 마인 CMP공정을 통해 웨이퍼 표면의 높은 평탄도를 확보한다.

요약)

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이야...이게 되네...

 

1월6일 오후에 시험 봤다

(맞은/푼)

수리 13/16

추리 23/26

정확하진 않지만 이정도였다

 

이게 되네....이게...이야......

 

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장학금 나이따 나이따

 

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