쉽게 배우는 반도체 프로세스

사토 준이치 지음 | 조성환 옮김

북스힐 2024년 01월 15일 출간 종이책 : 2023년 05월 15일 출간

작품소개

책소개

실무 중심의 반도체 비즈니스 입문서

이 책은 반도체 비즈니스에 종사하고 있거나 반도체 산업 전반에 흥미를 가진 비전문가를 포함해 사회인과 학생을 대상으로 집필되었다. 오랜 시간 반도체 기업에 근무했던 필자는 그간의 경험을 살려 되도록 실무 위주의 현장 용어를 사용하려 했고, 다수의 반도체 프로세스 입문 강연을 했던 기억을 떠올리며 당시 강연장에서 받았던 여러 질문에 답하는 형태로 핵심 재료인 실리콘부터 반도체 fab., 전·후 공정에 이르기까지 반도체 프로세스 전반을 조망할 수 있도록 집필했다. 따라서 전문적인 설명도 일부 포함하고 있지만 현장에서의 경험과 노하우를 바탕으로 내용을 구성, 복잡한 과정을 그림과 표로 정리하고, 역사적 배경부터 현재까지의 흐름을 쉽게 풀어써 관심이 있는 사람이라면 비전문가도 쉽게 이해할 수 있도록 했다. 현재 반도체와 관련된 업종에 종사하고 있는 경우라도 자신의 전문 분야 이외의 것들을 알고 싶다면 반도체 산업 전반을 이해하고 향후 전망을 예측하는 데 여러모로 도움이 될 것이다.

공정에 따라 순차적으로 살펴보는 반도체 프로세스
책의 세부적인 내용을 들여다보면, 도입부에서는 반도체 제조 공정을 전체적으로 조망하는 의미에서 반도체 프로세스의 특징을 알아본다. 즉 반도체 전 공정에 대해 개괄적으로 살펴보고 프론트 엔드와 백 엔드의 차이, 주재료인 실리콘의 성질, 실리콘 웨이퍼 만들기, 후 공정의 내용 등을 개략적으로 설명한다. 이어 세정과 건조, 이온 주입 기술에 대해 다룬다. 다음으로 반도체 미세화를 이끌어온 리소그래피 기술에 대해 살펴본다. 여기에서는 레지스트와 현상, 애싱 등 주변 기술을 포함해 리소그래피의 역사적 배경부터 최근의 액침 노광, 더블 패터닝, EUV 노광 기술까지 두루 언급하고 있다.
중반부터는 에칭 프로세스에 대해 기술한다. 또한 이방성 메커니즘과 최근의 에칭 기술 동향, 성막 프로세스에 대해 다룬다. 아울러 high-k 게이트 스택 기술과 Cu/low-k 기술에 관해서도 들여다볼 수 있다. 또한 CMP의 메커니즘과 CMP 프로세스를 다용하는 Cu 듀얼 다마신 기술과 CMP 프로세스의 과제에 대해서도 언급하고 있다.
후반부로 들어서면 주로 로직 LSI에 사용되는 CMOS 프로세스의 대략적인 플로에 대해 살펴본다. 사실상 프론트 엔드가 메인이지만 플로의 개요와 지금까지 언급한 프로세스가 어떻게 사용되는가에 대한 이해를 높일 수 있는 계기가 될 것이다. 이어서 CMOS 구조·트렌치·전극 형성에 대해 순차적으로 살펴본다. 아울러 후 공정 프로세스 가운데 비교적 새로운 기술에 속하는 와이어리스 본딩을 시작으로 패키지 기술의 동향을 살펴본다. 책의 말미에서는 지금까지 기술한 반도체 프로세스 전체의 최근 흐름과 부록으로 시스템 반도체의 향후 전망을 분석하며 마무리한다.
필자는 반도체 산업이 대 전환점에 서 있는 지금이야말로 크게 도약할 기회라며, 따라서 이 책이 그 기회에 선 독자들에게 작은 도움이 되었으면 하는 바람이다.

목차

시작하며

제1장 반도체 제조 프로세스의 전체상
1-1 한눈에 보는 반도체 프로세스
1-2 전 공정과 후 공정의 차이점
1-3 순환형의 전 공정 반도체 프로세스
1-4 프론트 엔드와 백 엔드
1-5 실리콘 웨이퍼란?
1-6 실리콘 웨이퍼는 어떻게 만들어질까?
1-7 실리콘의 성질
1-8 실리콘 웨이퍼에 요구되는 청정도
1-9 반도체 fab.에서의 사용법
1-10 실리콘 웨이퍼의 대구경화
1-11 제품에 연결되는 후 공정
1-12 후 공정에서 사용하는 프로세스

제2장 전 공정의 개요
2-1 미세화를 추구하는 전 공정 프로세스
2-2 칩을 일괄 제작하는 전 공정
2-3 ‘대기’가 없는 프로세스에서 필요한 검사 및 모니터링
2-4 전 공정 fab.의 전체상
2-5 fab.의 라인 구성 - 베이 방식이란?
2-6 fab.에서 조기 수율 정상 가동이 필요한 이유

제3장 웨트 프로세스(세정과 건조)
3-1 항상 청정 면을 유지하는 세정 프로세스
3-2 세정의 기법과 메커니즘
3-3 세정의 기본-RCA 세정
3-4 새로운 세정법
3-5 배치식과 매엽식의 차이
3-6 스루풋이 중요한 세정 프로세스
3-7 세정 후 필수적인 건조 프로세스
3-8 새로운 건조 프로세스
3-9 웨트 프로세스와 드라이 세정

제4장 이온 주입과 열처리 프로세스
4-1 불순물을 투입하는 이온 주입 기술
4-2 고진공이 필요한 이온 주입 프로세스
4-3 목적에 따라 사용법을 구별하는 이온 주입 프로세스
4-4 이온 주입 후의 결정 회복 처리
4-5 다양한 열처리 프로세스
4-6 최신 레이저 어닐 프로세스
4-7 LSI 제조와 서멀 버짓
제5장 리소그래피 프로세스
5-1 밑그림을 그리는 리소그래피 프로세스
5-2 리소그래피 프로세스는 사진이 기본
5-3 미세화를 발전시킨 노광 기술의 진화
5-4 마스크와 펠리클
5-5 인화지에 해당하는 감광성 레지스트
5-6 레지스트 막을 도포하는 코터
5-7 노광 후 필요한 현상 프로세스
5-8 불필요한 레지스트를 제거하는 애싱 프로세스
5-9 액침 노광 기술의 현황
5-10 더블 패터닝이란?
5-11 더욱 미세화를 추구하는 EUV 기술
5-12 스탬프 방식의 나노 임프린트 기술

제6장 에칭 프로세스
6-1 에칭 프로세스 플로와 치수 변환차
6-2 여러 기법이 존재하는 에칭 프로세스
6-3 에칭 프로세스에 필수적인 플라스마란?
6-4 RF(고주파) 인가 방식에 의한 차이점
6-5 이방성 메커니즘
6-6 드라이 에칭 프로세스의 과제

제7장 성막 프로세스
7-1 LSI의 기능에 필수적인 성막 프로세스
7-2 다양한 기법이 있는 성막 프로세스
7-3 하부층 형상에 영향을 미치는 성막 프로세스
7-4 웨이퍼를 직접 산화하는 산화 프로세스
7-5 열 CVD와 플라스마 CVD
7-6 금속막에 필요한 스퍼터링 프로세스
7-7 Cu 배선에 필수적인 도금 프로세스
7-8 low-k 막에도 사용하는 도포 프로세스
7-9 high-k 게이트 스택 프로세스
7-10 Cu/low-k 프로세스

제8장 평탄화(CMP) 프로세스
8-1 다층 배선에 필수적인 CMP 프로세스
8-2 첨단 리소그래피를 활용한 CMP 프로세스
8-3 웨트 프로세스로 회귀하는 CMP 장치
8-4 소모재가 많은 CMP 프로세스
8-5 CMP의 평탄화 메커니즘
8-6 Cu/low-k에 응용하는 CMP 프로세스
8-7 과제가 산적해 있는 CMP 프로세스

제9장 CMOS 프로세스 플로
9-1 CMOS란?
9-2 CMOS 효과
9-3 CMOS 구조 제작(1) 소자 간 분리 영역
9-4 CMOS 구조 제작(2) 웰 형성
9-5 트랜지스터 형성(1) 게이트의 형성
9-6 트랜지스터 형성(2) 소스와 드레인
9-7 전극 형성(W 플러그 형성)
9-8 백 엔드 프로세스

제10장 후 공정 프로세스의 개요
10-1 불량품을 제거하는 프로빙
10-2 웨이퍼를 얇게 하는 백 그라인드
10-3 칩으로 잘라내는 다이싱
10-4 칩을 붙이는 다이 본딩
10-5 전기적으로 연결하는 와이어 본딩
10-6 칩을 수납하는 몰딩
10-7 제품을 위한 마킹과 리드 포밍
10-8 최종 검사 공정

제11장 후 공정의 동향
11-1 와이어 없이 접속하는 와이어리스 본딩
11-2 리드 프레임이 필요 없는 BGA
11-3 다기능화를 목표로 하는 SiP
11-4 리얼 칩 사이즈의 웨이퍼 레벨 패키지

제12장 반도체 프로세스의 최근 동향
12-1 로드맵과 ‘오프’ 로드맵
12-2 기로에 선 반도체 프로세스의 미세화
12-3 more moore에 필요한 NGL이란?
12-4 EUV 기술 동향
12-5 450mm 웨이퍼 동향
12-6 반도체 fab.의 다양화
12-7 칩을 관통하는 TSV
12-8 more moore에 대항하는 3차원 실장

부록
하프 피치에 관하여
향후 시스템 반도체 상황은 어떻게 전개될 것인가

작가정보

저자(글) 사토 준이치

‘일본 교토대학 대학원 공학연구과 석사학위를 취득하였다. 1978년 동경 전기화학공업(현 TDK)에서 일을 시작하였고, 1982년 SONY에 입사하여 반도체와 박막 디바이스의 프로세스 연구 개발에 관련한 일을 하였다. 일본 반도체 산업의 부흥을 위해 반도체 업계의 씽크탱크로 알려진 일본반도체산업연구소(SIRIJ)가 만든 Selete(반도체 첨단 테크놀로지)의 창립에 관여하였으며, 나가사키 대학 공학부에서 강사로 활동하고 있다. 일본 내 응용물리학회 회원이다.
저서로는 『그림으로 쉽게 이해하는 최신 반도체 제조 장치의 기본과 구조 3판』과 『그림으로 이해하는 최신 파워 반도체의 기본과 구조 2판』 등이 있다.

번역 조성환

울산대학교 반도체학과 산학협력 교수이다.
1997년 일본 쓰쿠바대학에서 반도체 재료 공학박사 학위를 취득한 후 일본
통상산업성(현 경제산업성) 산하 산업기술 총합연구소에서 GaN LED, GaN/AlGaN HEMT 결정 성장 및 디바이스 제작 업무에 종사하였다.
2000년 삼성전자 반도체 총괄에 입사 후 삼성 디스플레이, 삼성 종합기술원에서 TFT(thin film transist)개발, flexible OLED panel 개발을 담당하였다.