반도체 단위공정(1) Mask, Layer의 개념 (공정설계, 공정 기술이 하는 일)

 

삼성 전자 반도체에 관심이 있는 사람이라면,

삼성 반도체 DRAM 15nm, 14nm 제품 개발이라는 기사를 쉽게 접할 수 있다.

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이처럼, 반도체 제품에 따라서 몇 나노급이다. 라고 말할 때 몇 나노에 해당하는 제품 세대를 Tech Node 라고 한다.

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Layer란 Mask 한 장의 단위로 이 Mask(=Reticle)를 이용하여 구조물(회로)을 만든다.

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Mask를 이용해서 Photo 공정을 진행 후, 후속 다른 단위 공정의 다양한 조합으로 진행되는 한 Set을 Layer 라고도 한다.

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즉, 60레이어는 60장의 마스크가 사용되고, 60번의 포토 공정과 후속 공정들이 진행된다는 의미이다. 노광을 하지않으면 반도체 회로를 그릴 수 없기 때문에 포토 공정이 Layer의 단위가 된다.

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한 제품을 만들기 위해서 무수히 많은 레이어가 있다. (한 제품에 사용되는 Mask도 여러 장)

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포토공정을 진행하고 후속으로 에치를 통해서 구조를 만들고 그 이후에 이온주입 공정을 진행하거나, Diffusion 이나 CMP 공정 등이 진행 될 수 있다. 이렇게 포토 공정과 다른 단위 공정의 조합으로 이뤄진 Layer가 끝나면 다시 다음 Layer로 넘어가서 새로운 Mask를 이용해서 포토공정이 진행 된다.

 

포토 공정을 진행할 때, 어떤 Layer의 Mask는 해상도가 높은 노광설비(EUV Layer라고 한다.)를 사용할 수 있고, 어떤 Layer에서는 해상도가 낮은 노광장비가 사용될 수 있다.(DUV나 ArF-i 등) 후속으로 식각공정을 진행할 때에도 Wet 에치를 할 수도 Dry 에치를 할 수도 있기 때문에 동일한 단위공정이더라도 그 Layer가 구현하고자 하는 목적에 따라 공정을 진행하는 기법과 설비가 달라진다.

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즉, 한 제품 내에서도 단위 공정마다 그 Layer에서 구현하고자하는 크기, 목적에 따라 기법이나 설비가 달라진다.

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설비가 모여서 단위공정, 단위공정의 조합이 Layer, Layer의 조합이 제품의 공정이 되는 것이다.

 

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제품의 공정은 제품의 기능에 따라 추구하는 방향이 다르다.

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DRAM공정은 궁극적으로 메모리 셀의 집적도를 높이기 위해 셀 구조를 미세하게 만드는 데 집중하고 있고

(DRAM에서 Data를 저장하는 부분이 Cell 셀 이다. Capacitor가 있는 부분)

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Flash(플래시) 공정은 얼마나 높은 단수의 층을 쌓는지에 집중하고 있다.

로직은 트랜지스터의 사이즈를 점점 작게 만들고, 동작이 빠르고 소비전력이 낮게 구현하고 있다.

 

이렇게, 제품의 기능에 따라 추구하는 방향이 다르기 때문에 각각의 소자와 셀 구조가 다르고 만드는 방법이 다르다.

 

각 제품의 공정을 공정통합(Process Integration)이라고 하고 이것을 한 단계 더 나은 기술(Tech Node)를 개발하는 것을 공정설계(Process Architecture), 공정개발(Process Development) 이다.

 

제품의 공정을 구현하기위해 다양한 설비를 이용하여 구현하는 것을 단위공정이라고 하고, 단위공정은 제품의 공정에 수십 번 반복하여 필요에 맞춰 사용되는 도구라고 할 수 있다.