Elda study

9. 반도체 공정 4) Etching

Elda_ — Mon, 13 Jul 2026 17:43:12 +0900

2.2.2.4. Etching

포토공정으로 만든 PR 패턴을 기준으로, 보호되지 않은 영역의 물질을 제거하는 공정

포토공정: PR 패턴 형성

식각공정: PR 패턴대로 산화막/박막을 제거

왜 중요한가?

회로 패턴을 실제 박막/산화막에 형성
포토공정 다음 단계
CD, Profile, Selectivity가 수율에 직접 영향
식각 불량 → Short, Open, CD 불량 발생

핵심 개념

Etchant: 식각제, 물질을 제거하는 화학물질 또는 플라즈마
Wet Etching: 액체 식각
Dry Etching: 기체/플라즈마 식각
Strip: 식각 후 남은 PR 제거 공정

① Hard Bake

식각 전 PR을 더 단단하게 만드는 열처리

Soft Bake보다 높은 온도
PR 내 잔여 용매 제거
PR과 웨이퍼의 접착력 향상
식각 중 PR이 무너지거나 벗겨지는 것을 방지

Soft Bake vs Hard Bake

구분	Soft Bake	Hard Bake
시점	PR 도포 후	현상 후, 식각 전
목적	용매 제거, PR 안정화	PR 경화, 접착력 향상
중요성	노광 품질 확보	식각 내성 확보

② Wet Etching 습식 식각

액체 화학 용액으로 물질을 제거하는 방식

웨이퍼를 식각액에 담그거나 표면에 분사
장점: 공정 단순, 비용 낮음
단점: 등방성 식각이 많아 미세패턴 제어에 불리

예시)

산화막 SiO₂ 식각: HF 계열
PR 제거: H₂O₂, H₂SO₄, 과황산암모늄 등

③ Dry Etching 건식 식각 ⭐⭐⭐⭐⭐

플라즈마나 반응성 가스를 이용해 물질을 제거하는 방식

미세패턴 구현에 유리
식각 방향성 제어 가능
현대 반도체 미세공정의 핵심

종류)

Plasma Etching
Reactive Ion Etching(RIE)
Physical Etching / Ion Milling

Wet Etching vs Dry Etching ⭐⭐⭐

구분	Wet Etching	Dry Etching
방식	액체 화학식각	플라즈마/반응성 가스
방향성	등방성 경향	이방성 식각 가능
장점	단순, 저비용	미세패턴 제어 우수
단점	언더컷 발생 쉬움	장비 복잡, 비용 높음
활용	비교적 큰 패턴	미세공정 핵심

등방성 vs 이방성 식각 ⭐⭐⭐

등방성 식각(Isotropic Etching)

모든 방향으로 비슷하게 식각
옆 방향도 깎임
Undercut 발생 가능

이방성 식각(Anisotropic Etching)

특정 방향으로 더 빠르게 식각
수직 패턴 형성에 유리
미세공정에 중요

식각 후 Strip

식각 후 남은 PR을 제거하는 공정

식각이 끝난 뒤 PR은 더 이상 필요 없음
PR을 손상 없이 제거해야 다음 공정 진행 가능

Q. 식각공정이란?

포토공정으로 형성된 PR 패턴을 기준으로,
보호되지 않은 영역의 산화막이나 박막을 제거해 실제 회로 패턴을 만드는 공정입니다.

Q. 포토공정과 식각공정의 차이는?

포토공정은 PR에 패턴을 만드는 공정이고, 식각공정은 그 PR 패턴을 이용해 산화막이나 박막을 실제로 제거하는 공정입니다.

Q. Wet Etching과 Dry Etching 차이는?

Wet Etching은 액체 화학 용액을 이용하고 공정이 단순하지만 등방성 식각으로 언더컷이 발생하기 쉽습니다. Dry Etching은 플라즈마나 반응성 가스를 이용해 방향성 제어가 가능하여 미세공정에 적합합니다.

Q. 이방성 식각이 중요한 이유는?

미세공정에서는 패턴 선폭을 유지하면서 수직 방향으로 정확히 식각해야 하므로,
옆 방향 식각을 줄일 수 있는 이방성 식각이 중요합니다.

용어 정리

** Photo = PR 패턴 형성
** Etching = 실제 박막/산화막 제거
** Dry Etching = 미세공정 핵심
** Anisotropic Etching = 수직 패턴 형성에 유리

8. 반도체 공정 3) Photolithography

Elda_ — Mon, 13 Jul 2026 17:37:25 +0900

Photolithography

빛을 이용해 포토마스크의 회로 패턴을 웨이퍼 위에 전사하는 공정
→ 이후 식각 공정의 기준이 되는 패턴 형성
포토공정은 패턴을 만드는 공정, 식각은 패턴대로 깎는 공정

왜 중요한가?

포토공정은 후속 공정의 기준 패턴 형성
핵심 관리 항목: CD, Overlay, Defect
포토 불량 → 식각/이온주입/증착 불량으로 전이

핵심 개념

Photoresist(PR): 빛에 반응하는 감광액(고분자), 빛에 닿으면 PR 만 성질 변함.
Mask: 회로 패턴이 그려진 원판
Alignment : Mask와 Wafer 위치 정렬 → Layer 간 Overlay 확보
Exposure(노광): 빛을 조사해 PR의 화학적 성질 변화
Develop(현상) : 필요한 PR 패턴만 남김 → 식각을 위한 PR Pattern 완성

Process

산화막 형성→ PR 도포→ Soft Bake→Cooling→ Mask Alignment→ Exposure → Develop→ Inspection

ⓐ Photoresist 도포

Spin coating, 식각 시 임시 mask 역할

ⓑ Soft bake : 용매 증발시키는 과정

용매 제거, PR 안정화

PR 내 용매 제거
- PR = 감광성 고분자 + 감광제 + solvent : PR을 액상으로 만들기 위해 섞어놓음
  - 식각 공정에서 필요한 부분을 보호하는 임시 Mask 역할
  - 감광성 고분자 : 실제 pattern이 될 물질
  - 용매 = PR를 액체 상태로 만들어 Spin Coating이 가능하도록 하는 유기용매
PR 접착력 향상, PR 두께 및 균일성 확보
노광 품질 향상
열풍 또는 N₂를 이용

Positive PR : 빛 받은 부분 제거
Negative PR : 빛 받은 부분 유지

ⓓ Inspection

Pattern defect 검사
불량 Wafer Rework

Q. Soft Bake를 하는 이유는? ⭐⭐⭐

PR에 포함된 용매를 증발시켜 PR을 안정화하고,
접착력과 균일성을 높여 이후 노광과 현상 공정의 품질을 확보하기 위해 수행.

Q. 만약 용매 제거하지 않으면? ⭐⭐⭐⭐

PR 두께가 균일하지 않음.
노광 품질 저하.
현상이 제대로 안 됨.
패턴이 무너짐.

Q. PR에 들어가는 유기용매 (알고만 지나가)

PGMEA (Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate)
Ethyl Lactate

Q. PR의 역할? ⭐⭐

식각 공정에서 필요한 부분을 보호하는 임시 Mask 역할.

⭐용어 정리

** CD(Critical Dimension): 회로 선폭
** Overlay : Layer 간 정렬 정확도
** Defect : Particle, Pattern 불량

7. 반도체 공정 2) Oxidation

Elda_ — Mon, 13 Jul 2026 17:30:42 +0900

Oxidation 공정

Si 표면에 산화막(SiO2)를 형성하는 공정.
산화막 = 절연막+보호막+마스킹층 의 역할을 수행. → CMOS 공정 기반이 됨

산화 조건

900~1300℃ Furnace(가열로)
산소(O₂) 또는 수증기(H₂O) 분위기에서 진행

건식 vs. 습식

가스	O₂	H₂O
성장속도	느림	빠름
산화막 품질	우수	상대적으로 낮음
산화막 두께	얇음	두꺼움
대표 용도	Gate Oxide	Field Oxide

보조가스의 역할

고순도 산소, 산소+질소.
산화물층 성장 시 불필요한 불순물이 산화물층에 흡수되지 않도록 방지.

❗ 질소는 산화를 하지 않는다. → 실제로 산화를 일으키는 것은 O₂ / H₂O

SiO2 layer 중요한 특성

: 두께 , 균일성(유전체 품질)

산화시퀀스로부터 두께 정확히 예측 가능.
두께 측정 방법 : Color, Capacitance, 광학 간섭
- 백색광으로 관찰 : 색상 관찰됨. 컬러차트로 두께 알 수 있음.

Q. 왜 굳이 SiO₂를 만들까?

회로에 전기가 흐르면 안 되는 곳 : 절연체 필요.
SiO2는 전기 거의 흐르지 않고, 실리콘과 잘 붙고, 결함이 매우 적음 → 최고의 절연막

Q. 왜 다른 절연체 아니라 SiO₂인가?

실리콘은 산소만 공급하면 쉽게 SiO2 제조 가능.
계면 품질 매우 좋고, 결함이 적음.

Q. 산화공정에서 SiO₂를 만드는 이유는?

산화공정을 통해 실리콘 웨이퍼 표면을 SiO₂로 변환하여 절연막을 형성.
SiO₂는 전류를 차단하고, 소자를 보호하며, 이후 포토·식각 공정에서 마스크 역할을 수행.
또한, 실리콘은 고품질의 SiO₂를 자연스럽게 형성할 수 있어 반도체 제조에 매우 적합.

6. 반도체 공정 1) 결정 성장 - 에피택시 Epitaxy 공정 (EPI)

Elda_ — Mon, 13 Jul 2026 17:02:18 +0900

에피택시 Epitaxy 공정 (EPI)

삼전 공정기술 면접 자주 나옴

웨이퍼 위에 단결정 실리콘층을 성장시키는 공정
기판과 동일한 결정 방향 유지
원하는 도핑 농도를 가진 층 형성
소자의 전기적 특성 향상
→ DRAM, CMOS 공정에서 활용원래 웨이퍼 위에 실리콘 한층 더 성장

	██████████ ← Epitaxy Layer
██████████	██████████ ← Wafer

Epitaxy layer

기존 웨이퍼 위에 '결정 방향은 그대로 유지하면서' 새롭게 성장시킨 단결정 실리콘층.
도핑 농도 독립적으로 조절해 소자 전기적 특성을 최적화하기 위해 증착.

고농도 실리콘 기판 (저항 大)

도핑 농도 높으면 : 저항은 작아지지만, PN 접합의 항복 전압(breakdown voltage) 낮아짐.
→ 즉, 조금만 높은 전압 걸려도 접합 망가질 수 있음
So, 기판과 동일한 전도성 가지면서 농도 낮은(약하게 도핑된) Sillicon epitaxy layer 증착하여 접합 형성.
→ 전도성 동일(N형 , P형)해 전류 잘 흐르지만 위쪽 EPI 은 도핑 낮아서 좋은 접합!

트랜지스터

약하게 도핑된 Epitazy layer를 collector 영역에 사용,
그 위에 base or emitter를 확산시키는 방식으로 제조.
→ collector를 약하게 도핑하면 높은 전압을 견딜 수 있음 !

Q. 왜 기판 자체를 낮은 도핑으로 만들지 않고?

기판을 약하게 도핑하면 저항 커짐. → 속도 감소, 전력손실 증가.

5. 반도체 공정 1) 결정 성장 - 단결정 성장 방법 : CZ 법, FZ법

Elda_ — Mon, 13 Jul 2026 16:58:23 +0900

CZ 법

용융 실리콘에 Seed Crystal 접촉
Seed를 회전시키며 천천히 인출(Pulling)
단결정 Ingot 성장
반도체 웨이퍼의 80~90% 생산
대구경 웨이퍼 생산 가능
단) 석영 도가니 사용하므로 산소가 일부 혼입될 수 있음.

원리

실리콘을 녹여 용융 상태로 만든다.
Seed Crystal(작은 단결정)을 용융 실리콘에 접촉시킨다.
Seed를 천천히 회전시키며 위로 당긴다(Pulling).
Seed와 같은 결정 방향으로 실리콘이 성장한다.
원통형 단결정(Ingot)이 만들어진다.

FZ 법

도가니(Crucible) 사용 X → 산소 오염 적음. 고순도 웨이퍼.
국부적으로만 용융
전력반도체 사용
단) 대구경 웨이퍼 생산 어려움, 생산성 낮음.

원리

실리콘 봉의 일부만 국부적으로 녹인다.
용융 영역을 위에서 아래(또는 아래에서 위)로 천천히 이동시킨다.
녹은 부분이 다시 응고되면서 단결정으로 성장한다.

⭐⭐⭐ 대량 생산에는 CZ법이 유리, 최고 수준의 순도가 필요한 특수 반도체에는 FZ법이 유리 ⭐⭐⭐

4. 반도체 공정 1) 결정 성장 - 단결정 성장 방법

Elda_ — Mon, 13 Jul 2026 16:55:39 +0900

결정 성장

Single Crystal Sillicon 제조 공정
모래→고순도 실리콘→ 단결정 성장→ Silicon ingot→ Wafer 절단→ Polishing(연마)→ Silicon wafer

Silicon

지구 지각 25% 차지, 반도체의 대표 재료
산소와 쉽게 결합해 SiO2 (산화막)를 쉽게 형성할 수 있어 반도체 제조에 적합
반도체 제조 전 고순도로 정제 ▷ 불순물 농도 : 약 ppb 수준

단결정 성장 방법

① CZ(Czochralski)법 ⭐⭐⭐⭐⭐

현재 가장 많이 사용, 반도체용 단결정의 80~90% 생산
Seed Crystal을 용융 실리콘에 넣고 천천히 회전시키며 인출
장점 : 대구경 웨이퍼 제작 가능, 생산성이 높음

② FZ(Float Zone)법

용융 도가니를 사용하지 않음
산소 함량이 낮은 고순도 실리콘 제조 가능
주로 전력반도체, 특수 반도체

잉곳(Ingot)

: 단결정으로 성장한 원통형 실리콘 → 웨이퍼 형태로 절단 → 연마 → 반도체 공정 시작

Q. 왜 FZ가 더 고순도인가?

CZ법: 용융 실리콘이 석영(SiO₂) 도가니와 계속 접촉 → 산소가 일부 실리콘에 녹아 들어감.

FZ법: 도가니 없이 용융 영역만 이동 → 도가니로부터 산소가 유입되지 않음.

→ FZ법이 CZ법보다 산소 농도가 낮고, 더 고순도이다.

Q. FZ가 더 순수한데도 대부분 CZ법을 사용하는 이유?

대구경 웨이퍼 제작 가능
생산성이 높음
비용이 낮음

⭐⭐⭐ 대량 생산에는 CZ법이 유리, 최고 수준의 순도가 필요한 특수 반도체에는 FZ법이 유리

3. 반도체 산업의 주요 공정 및 단계

Elda_ — Mon, 13 Jul 2026 16:51:02 +0900

반도체 산업의 주요 공정

웨이퍼 제조→ 산화 → photo →etching → 증착/이온주입 → 평탄화 → 금속화 → EDS → PKG

각 공정 단계 및 역할

① 결정 성장(Crystal Growth)	반도체 웨이퍼의 원재료인 단결정 실리콘 제조
② 산화(Oxidation)	웨이퍼 표면에 SiO₂(산화막) thin film 형성
③ 포토리소그래피(Photolithography)	포토마스크를 이용해 회로 패턴 형성
④ 식각(Etching)	패턴 만들고 불필요한 부분 제거
⑤ 이온주입(Ion Implantation)	불순물 주입으로 전기적 특성 부여
⑥ CMP(Chemical Mechanical Planarization)	소자 집적화를 위한 표면 평탄화
⑦ 금속화(Metallization)	전기적 특성 확보 위한 소자 간 배선 연결
⑧ EDS(Electrical Die Sorting)	웨이퍼 상태에서 전기적 검사
⑨ 패키징(Packaging)	칩 보호 및 외부 회로와 연결

made by GPT

2. 시스템 반도체란?

Elda_ — Mon, 13 Jul 2026 16:47:48 +0900

비메모리 반도체 (시스템 반도체)

데이터를 저장하지 않고 처리·제어하는 반도체.
메모리 반도체와 달리 다양한 기능을 수행.

주요 종류

프로세서 반도체

CPU
AP(Application Processor)
MPU
MCU
DSP(Digital Signal Processor)

용도

컴퓨터
스마트폰
자동차
AI
IoT

메모리 반도체 vs 시스템 반도체

역할	데이터 저장	데이터 처리·제어
생산 방식	소품종 대량생산	다품종 소량생산
산업 특징	설비 투자 중심	설계(IP) 중심
가격 변동	수요·공급 영향 큼	상대적으로 안정적
대표 기업	삼성전자, SK하이닉스, Micron	NVIDIA, Qualcomm, AMD, Apple

시스템 반도체 시장 현황

글로벌 반도체 시장의 50~60% 차지
메모리 시장보다 규모가 큼
AI, 자율주행, IoT 확대로 지속 성장
미국 기업이 팹리스 시장을 주도
파운드리는 TSMC 세계 1위, 삼성전자가 추격 중

⭐ 취업 추가 설명

그래프의 시장 규모나 연도별 수치 자체는 암기할 필요가 없습니다.
다만 아래 흐름은 기억해 두세요.

메모리 시장은 경기 영향을 많이 받아 가격 변동이 크다.
시스템 반도체 시장은 AI, 자동차, IoT 성장에 따라 꾸준히 확대되고 있다.

1. 메모리 반도체란? DRAM·SRAM·NAND Flash memory 이해하기

Elda_ — Mon, 13 Jul 2026 16:41:33 +0900

메모리 반도체

데이터를 저장하고, 기록하는 반도체

① 휘발성 메모리 (DRAM) - D, S, V 램

전원이 꺼지면 데이터가 사라짐

종류 특징 대표 용도

DRAM	가격 저렴, 대용량	PC·스마트폰 주기억장치
SRAM	속도 빠름, 가격 비쌈	CPU Cachem, 게임기
VRAM	그래픽 전용 메모리	GPU

DRAM : 가장 많이 생산되는 메모리, PC 주기억장치, 지속적인 Refresh 필요
- 동영상, 3D 게임 등 고속 데이터 처리에 사용
- 그래픽 처리 능력에 따라 SD램, 램벗D램, DDR, DDR2 등 구분
SRAM : DRAM보다 빠름, Refresh 불필요, CPU Cache에 사용
VRAM : 그래픽 데이터 저장, GPU에서 사용

*** Refresh** : DRAM 내부 Capacitor 전하가 시간 지나면 감소해 주기적으로 재충전하는 과정

SRAM은 Cell 구조가 복잡하여 가격은 비싸지만 Refresh가 필요 없어 매우 빠르다.

Q. RAM과 SRAM의 가장 큰 차이는?
→ DRAM은 Refresh가 필요하지만 SRAM은 필요 없다.

② 비휘발성 메모리 (DROM)

전원이 꺼져도 데이터 유지

종류 : Mask ROM, EPROM, EEPROM , Flash Memory

Mask ROM
- 제조 공정에서 데이터 저장
- 전자기기 S/W 저장용
- 전자악기, 전자사전 등에 사용
EPROM
- 자외선을 이용하여 데이터 삭제 및 재기록 가능
EEPROM
- ROM과 RAM의 장점을 결합
- 전기적으로 데이터 삭제 및 저장 가능
Flash memory : 전력 소모 少, 고속프로그래밍 및 대용량 저장 가능. HDD 대체 제품
- NAND Flash : 데이터 저장형. 대용량 저장, SSD, USB, 스마트폰 저장공간.
- 현재 SSD 대부분은 NAND Flash를 사용
- NOR Flash : 코드 저장형. 부팅(Boot)용 메모리

NAND는 저장용, NOR는 실행용.
D램은 전원 꺼지면 data 사라짐, NAND flash는 전원꺼져도 데이터 보존 but 속도가 느리다.

메모리 반도체 시장 특징

삼성전자와 SK하이닉스가 세계 메모리 시장을 주도
메모리 시장은 공급과 수요에 따라 가격 변동이 큼
생산은 소품종 대량생산
설비 투자의 영향이 큼

⭐ 취업 추가 설명

삼성전자와 SK하이닉스의 핵심 사업은 다음과 같다.

DRAM
NAND Flash
DDR5
LPDDR5X
HBM
SSD

특히 최근에는 **HBM(High Bandwidth Memory)**이 AI 반도체 시장 성장과 함께 가장 중요한 제품으로 자리 잡고 있다.