1장 반도체 산업의 전망(Introduction to the Semiconductor Industry) ... 1
   서론(Introduction) ... 2
   산업의 발전(Development of an Industry) ... 3
      산업의 근본(Industry Roots) ... 3
      고체 상태(The Solid State) ... 4
   회로 집적(Circuit Integration) ... 5
      집적 분야(Integration Eras) ... 6
   IC 제조(IC Fabrication) ... 7
      웨이퍼 제조 설비(Wafer Fab) ... 8
      IC제조의 단계(Stage of IC Fabrication) ... 8
   반도체 경향(Semiconductor Trends) ... 11
      칩의 성능 증가(Increase in Chip Performance) ... 11
      칩의 신뢰도 증가(Increase in Chip Reliability) ... 14
      칩 가격의 감소(Reduction in Chip Price) ... 15
   전자공학의 기원(The Electronic Era) ... 16
      1950년대 : 트랜지스터 기술(The 1950s : Transistor Technology) ... 16
      1960년대 : 공정기술(The 1960s : Process Technology) ... 17
      1970년대 : 경쟁(The 1970s : Competition) ... 17
      1980년대 : 자동화(The 1980s : Automation) ... 18
      1990년대 : 대량생산(The 1990s : Volume Production) ... 19
   반도체 생산 경력(Carriers in Semiconductor Manufacturing) ... 20
      기술자(Technician) ... 20
      직업의 종류(Job Descriptions) ... 22
   요약(Summary) ... 23
2장 반도체 물질의 특성(Characteristics of Semiconductor Materials) ... 27
   서론(Introduction) ... 28
   원자 구조(Atomic Structure) ... 28
      전자 미세구조(Electrons) ... 29
   주기율표(The Periodic Table) ... 31
      이온결합(Ionic Bond) ... 34
      공유결합(Covalent bonds) ... 35
   물질의 분류(Classifying Materials) ... 36
      도체(conductor) ... 36
      절연체(Insulator) ... 38
      반도체(semiconductor) ... 41
   실리콘(Silicon) ... 42
      순수한 실리콘(Pure Silicon) ... 42
      왜 실리콘인가?(Wny Silicon?) ... 43
      실리콘 불순물 첨가(Doped Silicon) ... 44
pn 접합(pn Junctions) ... 48
   대체 반도체 물질(Alternative Semiconductor Materials) ... 49
      Gallium Arsenide(GaAs) ... 50
   요약(Summary) ... 51
3장 소자기술(Device Technologies) ... 55
   서론(Introduction) ... 56
   회로의 종류(Circuit Types) ... 56
      아날로그 회로(Analog Circuit) ... 56
      디지털 회로(Digital Circuits) ... 57
   수동소자의 구조(Passive Component Structures) ... 57
      IC 저항구조(IC Resistor structures) ... 57
      IC 커패시터 구조(IC Capacitor Structures) ... 58
   능동소자의 구조(Active Component Structures) ... 60
pn 접합형 다이오드(The pn Junction Diode) ... 60
      쌍극성 접합형 트랜지스터(The Bipolar Junction Transistor) ... 62
      쇼트키 다이오드(Schottky diode) ... 65
      쌍극성 IC 기술(Bipolar IC Technology) ... 65
      CMOS IC 기술(CMOS IC Technology) ... 66
      증가형 모드 MOSFET와 공핍형 모드 MOSFET(Enhancement and Depletion-Mode MOSFETs) ... 73
   CMOS 소자의 LATCHUP(Latchup In CMOS Devices) ... 74
   집적회로제품(Integrated Circuit Products) ... 75
      선형 IC제품 형태(Linear IC Product Types) ... 75
      디지털 IC 제품 형태(Digital IC Product Types) ... 76
   요약(summary) ... 78
4장 실리콘과 웨이퍼 제조(Silicon and Wafer Preparation) ... 85
   서론(Introduction) ... 86
   반도체급 실리콘(Semiconductor-Grade Silicon) ... 86
   결정구조(Crystal Structure) ... 87
      비정질 물질(Amorphous Materials) ... 87
      단위 셀(Unit Cells) ... 88
      다결정구조와 단결정구조(Polycrystal and Monocrystal Structures) ... 89
   결정의 방향(Crystal Orientation) ... 90
   단결정 실리콘 성장(Monocrystal Silicon Growth) ... 91
      CZ 방법(CZ Method) ... 91
      플롯-존 방식(Float-Zone Method) ... 95
      큰 직경을 갖는 잉곳을 이용하는 이유(Reasons For larger Ingot Diameters) ... 96
   실리콘에서의 결정결함(Crystal Defects in Silicon) ... 98
      점결함(Point Defects) ... 99
      전위(Dislocations) ... 100
      총체적 결함(Gross Defects) ... 101
   웨이퍼 준비(Wafer Preparation) ... 101
      성형 공정(Shaping Operations) ... 102
      웨이퍼 절단(Wafer Slicing) ... 103
      웨이퍼 연마와 모서리 형태(Wafer Lapping and Edge Contour) ... 104
      식각공정(Etching) ... 105
      표면 연마(Polishing) ... 105
      세정(Cleaning) ... 106
      웨이퍼 평가(Wafer Evaluation) ... 106
      패키징(Packaging) ... 106
   품질측정(Quality Measures) ... 107
      물리적 크기(Physical Dimensions) ... 108
      편평도(Flatness) ... 108
      표면 거칠기(Microroughness) ... 109
      산소 함유량(Oxygen Content) ... 109
      결정결함(Crystal Defects) ... 109
      입자들(Particles) ... 109
      벌크 저항률(Bulk Resistivity) ... 110
   에피택셜층(Epitaxial Layer) ... 110
   요약(Summary) ... 111
5장 반도체 제조공정에서의 화학물질(Chemicals in Semiconductor Fabrication) ... 115
   서론(Introduction) ... 116
   물질의 상태(States of Matter) ... 116
   물질의 특성(Properties of Materials) ... 117
      반도체 공정에서의 화학적인 성질(Chemical Properties for Semiconductor Manufacturing) ... 117
   공정 화학물질(Process Chemicals) ... 125
      액체(Liquids) ... 126
      화학 기체들(Gases) ... 130
   요약(Summary) ... 136
6장 웨이퍼 제조공정 설비에서의 오염 제어(Contamination Control in Wafer FABs) ... 141
   서론(Introduction) ... 142
      무균실의 배경(Cleanroom Background) ... 142
   오염의 종류(Types of Contamination) ... 143
      미립자들(Particles) ... 143
      금속성 불순물(Metallic Impurities) ... 145
      유기 오염물질(Organic Contamination) ... 147
      자연 산화막(Native Oxides) ... 147
      정전기 방전(Electrostatic Discharge) ... 148
   오염 통제와 그 원인(Sources and Control of Contamination) ... 149
      공기(Air) ... 149
      작업자들(Humans) ... 150
      설비(Facility) ... 152
      물(Water) ... 157
      화학물질 처리(Process Chemicals) ... 161
      생산 설비(Production Equipment) ... 162
      워크스테이션 설계(Workstation Design) ... 163
   웨이퍼 습식 세정(Wafer Wet Cleaning) ... 167
      습식 세정 개요(Wet-Cleaning Overview) ... 167
      습식 세정 장비(Wet-Clean Equipment) ... 171
      또 다른 RCA 세정(Alternatives to RCA Clean) ... 176
   요약(Summary) ... 177
7장 도량형학과 결함 검사(Metrology and Defect Inspection) ... 183
   서론(Introduction) ... 184
   IC 도량형(IC METROLOGY) ... 184
      측정 장비(Measurement Equipment) ... 185
      수율(Yield) ... 186
      데이터 관리(Data Management) ... 186
   품질측정(QUALITY MEASURES) ... 187
      막 두께(Film Thickness) ... 188
      막 응력(Film Stress) ... 194
      굴절률(Refractive Index) ... 195
      도핑 농도(Dopant Concentration) ... 195
      규격화 되지 않은 표면결함(Unpatterned Surface Defects) ... 197
      패턴을 갖는 표면 결함(Patterned Surface Defects) ... 202
      임계치수(CD:Critical Dimension) ... 202
      단차 피복(Step Coverage) ... 205
      오버레이 등록(Overlay Registration) ... 206
      전압-정전용량(C-V) 시험(Capacitance-Voltage(C-V) Test) ... 207
      접촉각(Contact Angle) ... 210
   분석 장비(Analytical Equipment) ... 210
      2차 이온질량 분광광도측정(SIMS) ... 211
      원자력 현미경(AFM) ... 213
      오거 전자 분광학(AES) ... 214
      X-ray 광전자 분광학(XPS) ... 214
      투과 전자 현미경(TEM) ... 215
      에너지와 파장이 분산하는 분광계(EDX와 WDX) ... 216
      집중된 이온 빔(FIB) ... 217
   요약(Summary) ... 218
8장 공정실의 가스제어(Gas Control in Process Chamber) ... 223
   서론(Introduction) ... 224
   진공(Vacuum) ... 225
      진공의 범위(Vacuum Ranges) ... 226
      평균 자유경로(Mean Free Path) ... 227
   진공펌프(Vacuum Pumps) ... 227
      러핑 펌프(Roughing Pump) ... 228
      고진공 펌프(High Vacuum pump) ... 229
      통합된 장비 안의 진공(Vacuum in Integrated Tools) ... 232
   공정실의 가스흐름(Process Chamber Gas Flow) ... 232
      MFC(Mass Flow Controllers) ... 233
   잔류가스 분석기(Residual Gas Analyzer) ... 233
      RGA의 원리(RGA Basics) ... 234
      RGA 실시간 감시기(RGA as Real-Time Monitor) ... 235
   플라스마(plasma) ... 236
      글로우 방전(Glow Discharge) ... 237
   공정실 오염(Process Chamber Contamination) ... 239
   요약(Summary) ... 240
9장 IC 제조공정의 개관(IC Fabrication Process Overview) ... 243
   서론(Introduction) ... 244
   CMOS 공정의 흐름도(CMOS Process Flow) ... 244
      웨이퍼 제조설비에서의 개략적인 영역 구분(Overview of Areas in a Wafer Fab) ... 245
   CMOS 제조공정(CMOS Manufacturing Steps) ... 251
      이중 우물 공정(Twin Well Process) ... 251
      좁은 트렌치 격리 구조 공정(Shallow Trench Isolation Process) ... 254
      폴리게이트 구조 공정(Poly Gate Structural Process) ... 257
      약하게 도핑된 드레인(LDD) 주입 공정[Lightly Doped Drain (LDD) Implants Process] ... 258
      측벽 공간 구성(Sidewall Spacer Formation) ... 260
      소스／드레인(S／D) 주입 공정[Source／Drain(S／D) Implant Processes] ... 260
      접촉부 형성(Contact Formation) ... 262
      국부적 상호접속 공정[Local Interconnect(LI) Process] ... 262
      비아-1과 플러그-1 형성(Via-1 and plug-1 Formation) ... 264
      금속-1 상호연결구성(Metal-1 Interconnect Formation) ... 265
      비아-2와 플러그-1 구성(Via-2 and plug-1 Formation) ... 266
      금속-2 상호연결 구성(Metal-2 Interconnect Formation) ... 268
      금속-3 패드식각과 합금(Metal-3 to Pad Etch and Alloy) ... 269
      파라미터 검사(Parametric Testing) ... 270
   요약(Summary) ... 271
10장 산화공정(Oxidation) ... 275
   서론(Introduction) ... 276
   산화막(Oxide Film) ... 277
      산화막의 특성(Nature of Oxide Film) ... 277
      산화막의 사용(Uses of Oxide Film) ... 277
   열적 산화막 성장(Thermal Oxidation Growth) ... 282
      산화공정에서의 화학적 반응(Chemical Reaction for Oxidation) ... 282
      산화막 성장 모델(Oxidation Growth Model) ... 284
   반응 로 장비(Furnace Equipment) ... 292
   수평 반응 로와 수직 반응 로(Horizontal Versus Vertical Furnaces) ... 293
      수직 반응 로(Vertical Furnace) ... 294
      고속 수직 반응 로(Fast Ramp Vertical Furnace) ... 299
      급속 열처리기(Rapid Thermal Processor) ... 300
   산화 공정(Oxidation Process) ... 304
      산화 전 세척(Pre Oxidation Cleaning) ... 304
      산화 공정 프로그램(Oxidation Process Recipe) ... 305
   품질 측정(Quality Measurement) ... 306
   산화 공정 고장진단(Oxidation Troubleshooting) ... 308
   요약(Summary) ... 308
11장 증착법(Deposition) ... 315
   서론(Introduction) ... 315
      박막충 전문용어(Film Layering Terminology) ... 317
   박막 증착법(Film Deposition) ... 319
      박막의 특성(Thin-Film Characteristics) ... 319
      막 성장(Film Growth) ... 322
      박막 증착 기술들(Film Deposition Techniques) ... 323
   화학기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) ... 324
      CVD 화학 공정(CVD Chemical Processes) ... 325
      CVD 반응(CVD Reaction) ... 325
   CVD 증착 시스템(CVD Deposition Systems) ... 330
      CVD 장비 설계(CVD Equipment Design) ... 330
      대기압 CVD(APCVD:Atmospheric Pressure CVD) ... 332
      저압 CVD(LPCVD:Low Pressure CVD) ... 335
      플라스마 보조형 CVD(Plasma-Assisted CVD) ... 339
   유전체와 성능(Dielectric and Performance) ... 346
      유전 상수(Dielectric Constant) ... 347
      소자 절연(Device Isolation) ... 351
   SOD(Spin-on-Dielectrics) ... 352
      SOG(Spin-On-Glass) ... 352
      SOD(Spin-On-Dielectric) ... 353
   에피택시(Epitaxy) ... 354
      에피택시 성장모델(Epitaxy Growth Methods) ... 355
   CVD 특성 측정(CVD Quality Measures) ... 358
   CVD 고장진단(DVD Troubleshooting) ... 359
   요약(Summary) ... 360
12장 금속화 공정(Metallization) ... 365
   서론(Introduction) ... 365
   금속들의 유형(Type of Metals) ... 368
      알루미늄(Aluminum) ... 369
      알루미늄-구리 합금(Aluminum-Copper Alloys) ... 372
      구리(Copper) ... 373
      장벽 금속(Barrier Metals) ... 375
      실리사이드(Silicides) ... 378
      금속 플러그(Metal Plugs) ... 382
   금속 증착 시스템(Metal Deposition Systems) ... 383
      증발법(Evaporation) ... 383
      스퍼터링(Sputtering) ... 384
      금속 CVD(Metal CVD) ... 393
      구리 전기도금(Copper Electroplate) ... 396
   금속화 계획들(Metallization Schemes) ... 398
      일반적인 알루미늄 구조(Traditional Aluminum Structure) ... 398
      구리 상감 구조(Copper Damascene Structure) ... 399
   금속화 품질 측정(Metallization Quality Measures) ... 401
   금속화 공정 고장진단(Metallization Troubleshooting) ... 403
   요약(Summary) ... 404
13장 포토리소그래피 : 부드러운 굽기를 위한 증기 프라임(Photolithography : Vapor Prime to Soft Bake) ... 409
   서론(Introduction) ... 410
      포토리소그래피의 개념(Photolithography Concepts) ... 410
   포토리소그래피 공정(Photolithography Processes) ... 414
negative 리소그래피(Negative Lithography) ... 415
positive 리소그래피(Positive Lithography) ... 415
   포토리소그래피의 8가지 기본 단계(Eight Basic Steps of Photolithography) ... 417
      1단계 : 웨이퍼 준비(WAFER Prime) ... 419
      2단계 : 회전 도포기(Spin Coat) ... 419
      3단계 : 약하게 굽기(Soft Bake) ... 420
      4단계 : 정렬과 노출(Alignment and Exposure) ... 420
      5단계 : 노출 후 굽기(PEB) ... 420
      6단계 : 현상(Develop) ... 420
      7단계 : 강하게 굽기(Hard Bake) ... 421
      8단계 : 현상 검사(Develop inspect) ... 421
   웨이퍼 준비(Wafer Prime) ... 422
      웨이퍼 세정(Wafer Cleaning) ... 422
      탈수 건조 후 굽기(Dehydration Bake) ... 423
      웨이퍼 프라이밍(Wafar Priming) ... 423
   스핀 코팅(Spin Coat) ... 425
      포토레지스트(Photoresist) ... 425
      포토레지스트의 물리적인 특성들(Photoresist Physical Properties) ... 427
      기존의 I-line 포토레지스트(Conventional I-Line Photoresists) ... 429
      깊은 UV 포토레지스트[Deep UV(DUV) Photoresists] ... 433
      포토레지스트 분배법(Photoresist Dispensing Methods) ... 436
   약하게 굽기(Soft Bake) ... 441
      가볍게 굽기용 장비(Soft Bake Equipment) ... 441
      공정의 특징(Process Characterization) ... 442
   포토레지스트 품질 측정(Photoresist Quality Measures) ... 443
   포토레지스트 고장진단(Photoresist Trouble-shooting) ... 444
   요약(Summary) ... 445
14장 포토리소그래피 정렬과 노출(Photolithography Alignment and Exposure) ... 449
   서론(Introduction) ... 450
      정렬과 노출의 중요성(Importance of Alignment and Exposure) ... 451
   광학 리소그래피(Optical Lithography) ... 453
      빛(Light) ... 453
      노출 소스(Exposure Sources) ... 455
      광학(Optics) ... 460
      분해능(Resolution) ... 471
   포토리소그래피 장비(Photolithography Equioment) ... 475
      접촉 정렬기(Contact Aligner) ... 475
      근사화 정렬기(Proximity Aligner) ... 476
      스캐닝 투영 정렬기(Scanning Projection aligner) ... 477
      스텝-앤드-리피트 정렬(스태퍼)[Step-and-Repeat Aligner(Stepper)] ... 478
      스텝-스캔 시스템(Step-and-Scan System) ... 480
      레티클(Reticle) ... 481
      광학 증강 기술(Optical Enhancement Techniques) ... 486
      정렬(Alignment) ... 489
      환경 상태(Environmental Conditions) ... 493
      포토기구들의 비교(Comparison of Photo Tools) ... 494
   혼합과 정합(Mix and Match) ... 496
   정렬과 노출 품질 측정(Alignment and Exposure Quality Measure) ... 498
   정렬과 노출 고장진단(Alignment and Exposure Troubleshooting) ... 499
   요약(Summary) ... 500
15장 포토리소그래피 : 포토레지스트 현상과 개선된 리소그래피(Photolithpgraphy : Photoresist
Development and advanced lithograph) ... 505
   서론(Introduction) ... 506
      개선된 리소그래피(Advanced Lithography) ... 507
   노출 후 굽기(Post-Exposure Bake) ... 507
      노출 후 DUV 굽기(DUV Post-Exposure Bake) ... 507
      기존의 I-Line PEB(Conventional I-Line PEB) ... 508
   현상(Develop) ... 509
negative 레지스트(Negative Resist) ... 510
positive 레지스트(Positive Resist) ... 511
      현상법(Development Methods) ... 513
      레지스트 현상 파라미터들(Resist Development Parameters) ... 515
   강하게 굽기(Hard Bake) ... 517
   현상 검사(Develop Inspect) ... 518
   개선된 리소그래피(Advanced Lithography) ... 519
      차세대 리소그래피(Next-Generation Lithography) ... 520
      개선된 레지스트 공정(Advanced Resist Processing) ... 524
   현상 품질 측정(Develop Quality Measures) ... 526
   현상 고장 진단(Develop Troubleshooting) ... 527
   요약(Summary) ... 528
16장 식각(Etch) ... 531
   서론(Introduction) ... 532
      식각 공정(Etch Processes) ... 532
   식각 파라미터(Etch Parameters) ... 533
      식각률(Etch Rate) ... 534
      식각 프로파일(Etch profile) ... 535
      식각 바이어스(Etch bias) ... 537
      선택도(Selectivity) ... 538
      균일성(Uniformity) ... 538
      잔류물질(Residues) ... 539
      폴리머 구성(Polymer formation) ... 540
      플라스마 유도 손상(Plasma-Induced damage) ... 540
      입자 오염(Particle Contamination) ... 541
   건식 식각(Dry Etch) ... 541
      식각 동작(Etching Action) ... 542
      전위 분배(Potential Distribution) ... 543
   플라스마 식각 반응 장치(Plasma Etch Reactors) ... 545
      원통형 플라스마 식각기(Barrel plasma Etcher) ... 545
      평행평판형 반응기(Parallel Plate (Planar) Reactor) ... 546
      다운스트림 식각 시스템(Downstream Etch Systems) ... 547
      3극 평면 반응기(Triode Planar Reactor) ... 548
      이온 빔 밀링(Ion Beam Milling) ... 548
      반응성 이온 식각(Reactive Ion Etch) ... 549
      고밀도 플라스마 식각기(High-Density plasma Etchers) ... 550
      식각 시스템의 개관(Etch System Review) ... 554
      종료점 검출(Endpoint Detection) ... 555
      식각 반응실의 진공(Vacuum for etch Chambers) ... 557
   건식 식각 응용(Dry Etch Applications) ... 557
      유전체 건식 식각(Dielectric Dry Etch) ... 558
      실리콘 건식 식각(Silicon Dry Etch) ... 562
      금속 건식 식각(Metal Dry Etch) ... 565
   습식 식각(Wet Etch) ... 568
      습식 식각의 유형(Types of Wet Etch) ... 569
   역사적인 관점(Historical Perspective) ... 570
   포토레지스트의 제거(Photoresist Removal) ... 571
      플라스마 Ashing(Plasma Ashing) ... 572
   식각 검사(Etch Inspection) ... 574
   식각 검사의 품질 측정(Etch Inspection Quality Measures) ... 575
   건식 식각의 문제점 해결(Dry Etch Troubleshooting) ... 576
   요약(Summary) ... 577
17장 이온주입(Ion Implant) ... 583
   서론(Introduction) ... 583
      도핑 영역(Doped Region) ... 585
   확산(Diffusion) ... 587
      확산의 원리(Diffusion Principles) ... 587
      확산 공정(Diffusion Process) ... 590
   이온주입(Ion Implantation) ... 592
      개관(overview) ... 592
      이온주입 파라미터(Ion Implant Parameters) ... 594
   이온주입기(Ion Implanters) ... 598
      이온 공급원(Ion Source) ... 599
      추출과 이온 분석기(Extraction and Ion Analyzer) ... 601
      가속 기둥(Acceleration Column) ... 604
      스캐닝 시스템(Scanning System) ... 606
      공정 반응실(Process Chamber) ... 611
      어닐링(Annealing) ... 613
      채널링(channeling) ... 614
      입자들(Particles) ... 616
   직접화 공정에서 이온주입의 경향(Ion Implant Trends in Process Integration) ... 617
      깊은 매몰 층(Deep Buried Layers) ... 617
      퇴보된 우물들(Retrograde Wells) ... 618
      펀치스루우 스토퍼(Punchthrough Stopper) ... 618
      문턱전압 조절(Threshold Voltage Adjustment) ... 619
      가볍게 도핑된 드레인(Lightly Doped Drain) ... 619
      소스／드레인 주입(Source／Drain Implants) ... 620
      폴리실리콘 게이트(Polysilicon Gate) ... 620
      트렌치 커패시터(Trench Capacitor) ... 621
      아주 얕은 접합(Ultrashallow Junctions) ... 621
      실리콘 절연체(Silicon-On-Insulator) ... 622
   이온주입기 품질 측정(ION Implant Quality Measures) ... 624
   이온주입의 고장진단(Ion Implantation Troubleshooting) ... 625
   요약(Summary) ... 626
18장 CMP(Chemical Mechanical Planarization) ... 631
   서론(Introduction) ... 632
   전통적인 평탄화(Traditional Planarization) ... 635
      에치백(Etchback) ... 635
      유리 환류(Glass Reflow) ... 636
      스핀-온 필름(Spin-On Films) ... 637
   CMP(Chemical Mechanical Planarization) ... 638
      CMP 평탄도(CMP Planarity) ... 638
      CMP의 이점(Advantages of CMP) ... 640
      CMP 메커니즘(CMP Mechanism) ... 641
      CMP 슬러리와 패드(CMP Slurry and Pad) ... 644
      CMP 장비(CMP Equipment) ... 649
      CMP 세정(CMP Clean) ... 653
      CMP 장비 제조사(CMP Equipment Manufacturers) ... 655
   CMP 응용(CMP Applications) ... 656
      STI 산화물 연말공정(