반도체 CMOS 제조기술

본 교재는 NCS 일학습병행교육제도에 맞추어 반도체 제조공정에 필요한 기본지식을 이해하고 습득하는데 중점을 두고 편찬하였다. 교재의 최우선 목표는 이러한 사항들에 대한 기본지식을 습득하여 생산현장에서 활용할 수 있는 능력을 배양하도록 하는 데 중점을 두었다.



첫째, CMOS 제조공정기술을 기준으로 MOSFET 제작 구조, 웨이퍼 종류와 특성, 소자의 제작공정을 기술하였다.

둘째, 단위공정의 최적화를 위해 요구되는 사진(photo), 식각(etching), 확산(diffision), 평탄화(CMP), 세정(cleaning), 이온 주입(implating), 박막(thin film CVD/PVD) 공정들의 특성과 기본 공정기술 내용으로 구성하였다.

셋째, 반도체 제조 공정에 사용되는 단위공정 장비들의 특성과 종류, 구성모듈과 작동원리에 대한 내용으로 구성하였다.

넷째, 공정 결과의 검사와 평가, 장비의 상태를 점검하기 위해 활용되는 계측장비와 공정 불량 분석을 위해 사용되는 분석 장비에 대한 내용으로 구성하였다.

제1장 CMOS 공정 흐름도 이해



1. CMOS 트랜지스터 구조 · 12

1-1 FET(Field Effect Transistor) · 12

1-2 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET) · 12

1-3 CMOSFET(Complementary MOSFET) · 13



2. CMOS 트랜지스터 작동 원리 · 13

2-1 NMOS 트랜지스터 작동 원리 · 13

2-2 PMOS 트랜지스터 작동 원리 · 14

2-3 CMOS 인버터(Invertor) 작동 원리 · 15



3. CMOS 제작 공정 흐름도 · 17

3-1 CMOS 제작 3단계 공정 · 17

3-2 실리콘 기판 제작 · 18

3-3 레티클 제작 · 20

3-4 소자 분리 세부 공정 · 22

3-5 소자 형성 세부 공정 · 30

3-6 소자 배선 세부 공정 · 39

3-7 소자 완성 세부 공정 · 54



제2장 CMOS 단위 공정 최적화



1. 사진(Photo) 공정 · 64

1-1 사진 공정의 개요 · 64

1-2 사진 공정 흐름도 · 64

1-3 감광막 형성 공정 · 65

1-4 노광 공정 · 71

1-5 현상 공정 · 73



2. 식각(Etching) 공정 · 74

2-1 식각 공정 주요 변수 · 74

2-2 식각 공정의 종류 · 78



3. 확산(Diffusion) 공정 · 85

3-1 확산 공정의 개요 · 85

3-2 산화막(SiO2)의 용도 · 92



4. 평탄화(Planarization) 공정 95

4-1 평탄화 공정의 개요 · 95

4-2 CMP 공정 개요 · 98

4-3 CMP 적용 공정 · 103



5. 세정(Cleaning) 공정 · 107

5-1 세정 공정 개념 · 107

5-2 습식 세정 주요 공정 · 108

5-3 건식 세정 주요 공정 · 110



6. 이온 주입(Implanting) 공정 · 114

6-1 이온 주입 개요 · 114

6-2 이온 주입 공정 변수 · 117

6-3 결정 손상 부분 열처리 · 118



7. 박막(Thin Film) 공정 · 120

7-1 기상 증착법 · 120



제3장 공정 장비



1. 사진(Photo) 공정 장비 · 132

1-1 노광 장비 개요 · 132

1-2 노광 장비 분류 · 133

1-3 Stepper 노광 장비 모듈 · 135

1-4 Scanner 노광 장비 모듈 · 136

1-5 조명 광학 · 137

1-6 웨이퍼 스테이지 · 139

1-7 축소 투영 렌즈 · 141

1-8 장비의 점검 · 142

1-9 트랙(Track) 장비 개요 · 148



2. 식각(Etch) 공정 장비 · 150

2-1 식각 장비 개요 · 150

2-2 식각 장비 시스템 구성 · 150

2-3 건식 식각 장비 종류 · 159

2-4 습식 식각 장비 · 166



3. 확산 및 이온 주입 장비 · 170

3-1 열 확산로(Furnace) · 170

3-2 이온 주입 장비 구성 모듈과 기능 · 171

3-3 이온 주입 후 열처리 · 181



4. 박막 증착 장비 · 182

4-1 CVD 박막 증착 장비의 개요 · 182

4-2 CVD 장비 종류 · 182

4-3 물리적 기상 증착법(PVD) · 187



5. CMP 장비 · 191

5-1 CMP 장비 개요 · 191

5-2 CMP 장비 기본 시스템 · 192

5-3 CMP 주요 구성품의 작동 원리 · 193

5-4 CMP 공정 장비 시스템 · 198



제4장 반도체 공정 검사 & 계측 및 분석 장비



1. 단위공정 검사 계측 장비 · 202

1-1 개요 · 202

1-2 측정 원리 · 203



2. 물성 분석 및 평가 장비 · 224

2-1 개요 · 224

2-2 분석 장비 · 225

김상용