[엔지닉 X 인하대학교] 반도체 공정 실습 - 2일차 (2)

[엔지닉 X 인하대학교] 반도체 공정 실습 2일차 오후 수업 <반도체 공정 실습>

---

클린룸 들어가기 전 → 가스실, 공조실

공조실 : 환경 유지 (by 공조시스템) + 입장 전 온도, 습도 체크 (일정하게 유지)

들어갈 때 에어샤워 거쳐 파티클을 제거

 

• MOS Capacitor → 패터닝만 잘 해주면 됨
• PPR (Positive Photo Resist) : 빛을 받은 PR 부분이 제거되는 방식

 

1. Wet etching 공정

• negative PR 사용 →빛을 받은 부분의 PR이 남는다
• PR은 barrier 역할이라고 생각

 

2. Lift-off 공정

• PR 층이 없는 곳에 metal이 증착

1. positive PR 방식을 이용해 PR 층을 쌓아준 뒤 빛 조사
2. 빛을 받은 부분만 PR 날아감
3. 그 위에 Metal을 증착시킴
4. PR을 제거 (by 아세톤) : PR층 위에 쌓인 Metal 층은 함께 날아감 → PR이 안쌓여있는 부분만 남음 (gate)

* 아세톤은 PR을 녹임 Metal에 영향을 안주고 PR에만 영향을 미친다.

 

인하대 공정실습에서 Lift-off 방식을 사용한 이유?

1. 공정 단계가 줄어든다 (Wet - etch랑 비교하면 식각 단계가 줄어든다)
2. 초보자들이 하기에도 준수한 소자를 얻을 수 있다.

 

Photo 공정 왜 yellow room에서 할까?

• PR이 자외선(단파장)에 반응하는 물질임. PR이 반응하면 패터닝X
• 노란빛은 장파장

cf) 그럼 더 장파장인 빨간 빛은 왜 사용 안할까?

1. 사람 심리 관련 문제
2. 물체를 구분하기 어려워짐

 

Mask Aligner

• [MA6] 
• Mask Aligner : 마스크랑 패턴을 정렬해주는 장비.
• 보통 노광 장비를 Aligner라고 함
• 어떤 빛을 조사할까? = I line
  • NUV : I (365n), G(436n), H(405n) → 램프로 조사
• DeepUV → 화학적으로 조사 (플라즈마를 띄운다 생각)
• 화학물질을 사용함
• 파장이 짧을수록 CD가 줄어든다.
  • EUV →13.5n를 이용함
  • 그래서 CD를 많이 줄이겠다고 예측한다
    • 문제) 파장이 너무 짧아서 자연상태에서는 존재하지 않는다 → 그래서 일반적인 환경에 노출되면 에너지가 커져서 흡수된다. 더 문제는 Mask에도 흡수

 

PR (Photo Resist) 의 종류

• Positive PR : 빛을 받은 부분이 없어지고 안받은 부분이 남는다
• Negative PR : 빛을 받은 부분이 남고 안받은 부분이 없어진다

 

NUV PR의 구성성분

1. 결합체 → 빛에 영향을 받지 않는다 ex) 폴리머 or 레진
2. 감광제(Sensitizer) → 빛에 반응하는 물질 (산을 내뱉음)

• PPR : 감광제가 산을 내뱉음 → 녹을 수 있는 상태 (쏜 부분만 X)
• NPR :  오히려 결합을 만들어줌 (크로스 링크), 견고해져서 녹지 않는다 → 빛을 받지 않은 부분은 결합이 약해 아세톤에 녹음

 

• DUV → 화학적 반응을 일으키기 위해 PR에 촉매를 추가함
• PR의 종류마다 구성성분이 전부 달라진다.
• EUV는 아직 개발단계

 

* 공정 실습 과정

• SiO2까지 쌓여있는 소자를 받음

1. 트위저로 소자를 잡아준 뒤 척 위에 올려놓는다 (spin coating)
2. 척에 소자를 고정시킨다 → vacuum (진공)을 이용함
3. HMDS 도포 → 4~5방울 : PR은 소수성, 웨이퍼판 친수성, HMDS를 통해 PR의 접합력을 올림
4. HMDS : 2500RPM
5. 덮개 닫기 
   • 처음부터 빠르게 돌아가지는 않는다 → 처음부터 너무 빠르게 돌아가면 취어나감. 그리고 빠르면 빠를수록 도포되는 물질 두께가 얇다
6. PR 도포 : 빨간색 용액이 PPR 10방울 정도 (NPR은 노란색 용액)
   • 기포가 생기면 빈 스포이드로 빨아들여 제거할 것
7. PR : 3000RPM
   • PR 도포시 발생하는 문제 → Particle이 막아 도포되지 않거나 edge 부분 PR이 두껌게 쌓이는 현상이 발생
   • 증착은 1.1u정도 했는데 edge 부분에 PR이 두껍게 쌓이는 현상 때문에 1.5u까지 쌓일수도 있음
     • EBR → 제거 현상 : PR 잘 녹는 물질들을 이용해서 끝 부분을 녹여준다. BUT 실습때는 그다지 중요하지 않았음
8. Vacuum 풀어주고 소자 떼기
   • 고무링이 붙어있는 경우도 있는데 그냥 살짝 떼주면 됨
9.  Soft Bake
   • 미리 110ºC로 설정되어 있음
   • 90초 설정
   • 왜 Bake 할까? → PR의 접착력을 높여주는 과정임
   • soft bake → PR 내부의 스트레스 완화 기능도 있음
10. 노광 (MA6)
    • PPR → 빛을 받은 부분이 없어짐 → 차광층(크롬)이 더 많음
    • Mask → 석영으로 만든다
    • 각 물질마다 흡광계수가 다르다. 석영이 투과시키는데 뛰어남 또한, 석영이 싸다
11. 척에 올려놓자
    • 가지런하게 올려야 패터닝이 예쁘게 잘된다
    • 1) Load 버튼 → Enter 버튼 : Vacuum 잡기 (넣고 빼고 하는 과정에서 소자가 밀릴 수도 있음)
    • 2) 슬라이드 밀어넣어주기
    • 3) Enter 버튼 한번 더 : mask와 척이 붙음
    • 4) Align하기
    • 5) exposure 버튼 → 빛 조사 : 조사 시간 1초
      • 파워램프 서플라이 몇까지 올라가나 확인 = 내 경우 14.9까지 올라감
      • 빛 조사 다 하면 mask와 척이 다시 원위치함
    • 6) 꺼내주자
      • 슬라이드는 천천히 꺼내기
    • 7) Enter 버튼 
      • Vacuum 풀어주기
12. Develop
    • 패턴은 develop 과정을 거쳐야 보임
    • developer 용액 (발암물질이니 조심)
    • 50초 (흔들기) → 비커를 천천히 돌려주기
    • 너무 적게 하면 패턴 안드러남 : underdevelop
    • 너무 많이 하면 패턴이 깎임 : overdevelop
13. 바로 클리닝 (DI Water)
    • 시간은 정해져있지 않음 (20초 정도)
14. 에어건으로 DI Water 날려주기
    1. 소자 → 트위저 → 소자
    2. 트위저로 잡고 있는 부분도 꼼꼼하게 하려고 트위저 → 소자 과정을 거침
    3. 소자 정면으로 잡지 말기 (깨질수도 있음)

 

Metal 증착

• DC sputter
  • 지그에 올려두고 sputter에 올린다
  • Metal은 Mo(몰리브덴) 사용
  • 내열성을 가진 PI 테이프를 이용해 소자를 고정시킨다
  • 왜 고정시킬까? → 거꾸로 들어감!
    • 공정 실습에서 사용하는 DC sputter에는 건이 거꾸로 달려있음
    • 방향성은 없지만 원하는 방향성을 줄 수 있음
  • Sputter → PVD(물리적으로 때려줌)
    • 플라즈마를 띄운 기체로 때림
    • 고진공장비 → 진공잡는 시간이 오래걸림 (1~2시간)
    • 그래서 소자를 넣을때마다 진공이 깨짐 저 → 고로 갈 수 있도록 해준다 (loadlock chamber가 있음)

 

Metal 증착 로딩 순서

* 거꾸로 하면 언로딩 순서임!

* main chamber : 고진공, loadlock chamber : 저진공

1. Vent valve (L.valve) : 로드락 벤트 밸브, 저진공을 깨준다
   1. 펌프의 영향력을 없애줌 (밸브 잠금)
   2. vent 열어줌
   3. 소자를 넣자
2. 진공을 잡아주자
   1. soft valve로 10^-1까지 진공을 잡아준다
   2. roughing valve로 10^-3까지 진공을 잡는다 → roughing valve부터 열면 펌프에 영향을 줄 수 있음
   3. valve 열어줌
      • 저진공 잡는 펌프랑 고진공 잡는 펌프 종류가 다름
3. 고진공 → TMP 펌프
4. main chamber로 이동
   1. 로터리 펌프의 영향력을 없애줌
   2. gate valve를 열어줌 
      • gate가 고진공 | 저진공 막고 있음 (main과 loadlock의 판막 같은 것)
      • 로딩암을 이용해 소자를 이동해준다
      • gate 밸브를 열어주는데 현재는 안열림
5. 고진공을 만들어주자
   1. Z motion 내려줌
   2. 잡아줌 (바람개비 모양 옆 lock/unlock 버튼) → 올려줌
   3. 로딩암 빼주기
   4. gate valve 잠그기
      • 로드락 챔버와 메인 챔버를 구분
      • 로딩암을 빼주기 전 소자를 건네주자
      • Z.motion이 넘겨 받음
6. 플라즈마 띄우기
   1. gas를 흘려준다
      • pressure mode → 원하는 압력에 맞춰 알아서 유지
      • position mode → 같은 상태 유지
   2. gas 메인 밸브
   3. set value : 원하는 값, process value : 실제 값
      • Set 설정 후 Ar 열기
      • 플라즈마를 확인할 수 있는 글라스 열려있는데 셔터를 닫아줘야 글라스에 증착되는 것을 막아줄 수 있음
      • 지그가 돌아감(로테이션), 건이 기울어져 있음(틸트)
      • CVD는 원하는곳에 증착할 수 있어 selectivity 있지만, PVD는 아무데나 증착된다(글라스와 챔버에도 증착)
7. presputtering : 앞사람이 쓴 물질이 내 소자에 증착되는 것을 막음
   1. 내 소자 셔터 닫음
   2. 내 증착물질의 건을 열자
   3. 플라즈마
      • 프리스퍼터링의 이유 ? → 공정 안정화
      • 500초동안 100W에서 증착하는데 (메인셔터를 여는 순간 타이머 작동)
      • 500초 하면 50n정도 쌓임
      • 프리스퍼터링은 3분동안 진행된다.

 

Sputter

플라즈마 → 이온화 되어있는 상태 (고/액/기/플라즈마)

*필요한 요소

1) 진공 2) 소스 가스 3) 전극(전압)

 

플라즈마(아르곤) → Ar+

 

건 : 전기장을 만들어주는 장치. 타겟에 음전하를 걸어준다. 이온은 +, 타겟은 -

이온이 타겟을 때림

* 완벽한 방향성을 띄고 있지는 않다

 

* RF Sputter VS DC Sputter

RF Sputter	DC Sputter
도체와 부도체 모두 증착 가능 AC +, -가 주기적으로 반복된다 - 일때 양이온이 때린다 + 일대 멀어짐 즉, 밀고 때리고를 반복한다 → 전자와 양성자의 질량 때문에 속도 차이 발생	도체 증착 (부도체는 불가능) how? → 양이온이 target을 때림 도체의 자유전자를 만나 중성이 되어버림. 부도체는 자유전자가 없다. 즉, 양이온이 붙어있음 처음에는 증착이 되지만 쌓이다보면 증착되지 않는다.

 

PR 제거

• 아세톤을 이용하여 PR을 제거
• 그냥 담구기만 하면 잘 안떨어질 수 있으니 초음파로 흔들어주자
• 아세톤 = 5분
• 아세톤 이후 DI Water 2분
• 이후에도 에어건 작업 해주기!

 

Back Contack

• 구리 테이프에 MOS 전극 붙일 부분을 연결해줌
• 자연 산화막 생김 → 원래 불산으로 제거하는데 위험하니까 그라인더로 갈아줌 (갈아준 뒤 Back contack 진행)