만든다고 다가 아니야, SK하이닉스 '오염제어기술팀'

실리콘 웨이퍼가 반도체가 되기까지 다양한 공정을 거치게 됩니다. 그만큼 다양한 재료와 장비들을 사용하게 되며 반도체는 수많은 오염에 노출됩니다. 예상치 못한 공정 불량을 발생시키는 오염 물질들! 반도체의 선폭이 초미세로 가고 있는 현재, 눈에 보이지 않는 오염 물질과의 전쟁에서 선봉대에 서있는 오염제거기술팀! 그들을 만나봤습니다.

SK Careers Editor 김민수

안녕하세요 저희는 DMI 이천 오염제어기술 팀의 김주영, 홍순상, 문창배 TL입니다. 사실 오염이라는 말이 어감이 좋진 않을 수 있지만 오염제어가 중요해짐으로써 누구나 저희 팀을 쉽게 인지하고 협업을 효율적으로 할 수 있게 2년 정도 전부터 오염제어기술 팀이라는 이름을 갖게 되었습니다.

화학분석 업무에 대해서 말씀드리면 반도체 제조에 필요한 재료부터 FAB환경, 클린룸 청정도, 화학 물질 및 생산 환경의 실시간 오염도 모니터링, PKG, 완제품 등의 분석까지 범위가 상당히 넓습니다. 예를 들면 반도체 공정 불량이 발생하면 화학분석을 통해 불량의 원인을 파악하고 이를 개선하는 업무를 진행합니다. 또한 미래 화학분석개발을 위한 분석기술 개발에도 힘쓰고 있습니다.

최근에는 SK그룹의 ‘업’으로 생각하는 사회적 가치 실현을 위해 반도체 노하우가 담긴 화학분석 기술을 국내 BP사와 공유하고, 국내 반도체 생태계 강화에도 앞장서고 있습니다.

그 외에 진행했던 SV(사회적 가치) 활동의 대표적 예로 식목일에 진행했던 화분 심기 활동 ‘부발역의 봄’이 있습니다. 

(SK가 추구하는 사회적 가치, 업 _출처 SK공식 유튜브)

(부발역의 봄_출처 SK하이닉스 블로그)

저희 팀의 업의 핵심, 본질은 반도체 개발/제조 환경의 전반적인 영역에 대한 오염원의 조기 감지로 선제적 오염제어와 재료의 품질/특성 분석을 수행하여 공정 사고 혹은 품질 불량을 사전에 차단하여 CFM(Contamination Free Manufacturing)을 구현하는 것입니다.

극미량의 오염물로 인해 공정 불량과 환경 문제를 유발할 수 있습니다. 불량이 발생했을 때 즉각적인 원인 규명을 통한 개선안 도출 및 재발 방지를 하지 않으면 제품의 품질, 생산성 하락으로 이어지게 됩니다. 저희 팀은 반도체가 만들어지는 모든 영역에서 CFM 환경을 유지할 수 있도록 만들어준다는 점에서 반도체 회사에서 필수적이면서 점점 중요성이 커지는 업무를 수행 중입니다. 

또한, SK하이닉스가 SV의 일환으로서 상생하는 반도체 생태계 조성을 위해 화학분석기술 공유를 통해 반도체 업체들의 제품 품질이 향상되고, 그 품질이 SK하이닉스로 납품되어 Win-Win 할 수 있는 선순환 구조를 만들고 있기 때문에 SK하이닉스에서 매우 중요한 역할을 한다고 생각합니다.

공정 불량 원인 규명을 위해서는 화학분석을 위한 시료가 필요합니다. 이를 위해 생산 장비를 활용하여 분석용 시료 제작이 필요한 경우가 있습니다. 또 화학분석을 통해 얻은 분석 결과를 토대로 유관부서에 피드백 하여 공정 조건을 개선해야 합니다. 이 과정들에서 유관부서와의 유기적인 협업은 반드시 필요합니다.

오염제어기술 팀 업무는 크게 FAB 내 업무와 화학분석실에서의 업무로 나뉘게 됩니다. 그중에서도 특히 화학분석실 업무의 경우 다양한 화학 물질을 취급하다 보니 안전 관리를 철저히 하고 있습니다. 예를 들어 분석 관련 모든 구성원들은 주기적인 안전 교육과 분석 작업 시 적절한 보호구 착용, 안전한 화학 물질 폐기 시 절차 등 안전사고 예방을 위해 만전을 기하고 있습니다.

화학적 지식이 업무의 근간이 되다 보니 화학, 화학공학 관련 전동이 팀 업무와 연관성이 있는 것 같습니다. 다만 반도체 공정과 공정 불량분석에는 다양한 지식이 복합적으로 접목되어야 하는 경우들도 많아서 기계공학, 물리학과 등 다양한 전공의 구성원들도 함께 협업하여 업무를 진행하고 있습니다. 

반도체 산업의 기술 난이도는 해를 거듭할수록 고도화되고 있습니다. 예를 들면, 패턴의 미세화나 신소재의 적용으로 인한 불량이 발생하기도 합니다. 따라서 현재에 안주하지 않고 지속적으로 공부하고 끝까지 참 원인을 찾아내는 끈질김과 적극적인 태도(Attitude)가 필요합니다. 또한, 다양한 부서의 구성원들과 협업이 필요하기 때문에사람 간의 소통에 대한 역량 역시 중요합니다.

반도체 개발/제조 환경의 전반적인 영역에 대한 오염제어활동을 통해 CFM(Contamination Free Manifacturing) Fab을 구현하는 이천오염제어기술팀과 이야기를 나눠보았습니다. 감사합니다.

  2019 SK실트론 하반기 결산

땀이 뻘뻘 나는 여름에서부터 찬 바람이 쌩쌩 부는 겨울까지, 여러분의 2019년 하반기는 어떠셨나요? 에디터는 SK실트론에 관한 유익한 기사를 전달하고자 힘차게 달려왔답니다! SK실트론 역시 바쁘고 알찬 2019년 하반기를 보냈다고 하는데요, 지금부터 함께 알아보도록 하겠습니다.

   SK Careers Editor 임지연

사진 출처: SK실트론

지난 7월, SK실트론은 미국, 일본에 이어 세 번째 현지 법인인 ‘상하이 법인(SK Siltron Shanghai)’을 설립했습니다. 최근 중국 정부가 자국 내 반도체 산업을 육성하기 위해 적극적인 지원에 나서고 있다고 하는데요, 중국 내 반도체 시장 수요가 커질 것으로 예상되는 만큼 이번 상하이 법인 설립을 계기로 이전보다 더 활발히 중국 현지에 특화된 맞춤 영업 활동을 전개할 예정입니다.

사진 출처: SK실트론

SiC 웨이퍼는 Silicon Carbide Wafer의 약자로, 고경도, 내전압/내열 특성을 가진 전력 반도체용 웨이퍼입니다. 최근 국내외 완성차 업체의 전기차 보급 확대에 따라 SiC 웨이퍼 수요가 빠르게 늘어나고 있습니다.

SK실트론은 미국 화학기업 듀폰社의 웨이퍼 사업부를 인수한 후, 실트론과 듀폰의 웨이퍼 개발 및 생산 역량을 접목하여 전력반도체 시장에 본격 진출할 예정입니다. 전기차 배터리, 동박사업 등 SK그룹의 전기차 사업 포트폴리오 강화에도 일조할 수 있을 것으로 기대됩니다.

사진 출처: MEDIA SK

SK실트론은 지난 4월 한국장애인고용공단과 업무 협약을 체결한 후, 자회사형 장애인 표준사업장을 준비해 왔습니다. 자회사형 장애인 표준사업장은 장애인에게 양질의 안정된 일자리를 제공하고, 기업은 장애인 고용 의무를 충족할 수 있도록 도입된 것으로, 모회사가 장애인 고용을 목적으로 한 자회사를 설립할 경우 자회사에 고용한 장애인을 모회사에서 고용한 것으로 인정하는 제도입니다.

SK실트론은 자회사인 ‘행복채움’을 설립한 후 직원을 채용하고 사업장 내 장애인 편의시설을 갖추었습니다. 그 후 9월 10일 자회사형 장애인 표준사업장 인증을 받고, 10월 2일 ‘행복채움’의 장애인 표준사업장 인증식을 개최하였습니다.

‘행복채움’에 채용된 장애인 직원들은 현재 세탁물 대행, 명함 제작 및 인쇄, 사옥 환경미화 등의 직무를 수행하고 있습니다. SK실트론은 앞으로 행복채움의 업무 영역을 지속적으로 확대함과 동시에, 지역 내 취약계층 대상 세탁 지원 등 보유한 인프라를 활용하여 지역사회에 기여하고 사회적 가치를 제고할 수 있는 방안을 적극적으로 모색할 계획입니다.

사진 출처: SK실트론

11월 21일, SK실트론은 구미교육지원청과 구미지역 초등학생 대상 교육 협력을 위한 업무 협약을 체결했습니다. ‘미래를 그리는 도화지, 웨이퍼’라는 주제로, 웨이퍼로부터 만들어진 반도체를 통해 새롭게 선보여질 다양한 미래 기술과 미래 직업을 소개하는 내용의 교육 프로그램입니다.

이미 초등학교 2곳을 대상으로 시범 교육을 실시했으며, 2020년 한 해 동안 구미 지역 내 20여 개 초등학교에서 4천여 명의 학생들을 만날 계획이라고 합니다.

사진 출처: SK실트론

12월 5일, 서울 코엑스에서 제56회 ‘무역의 날’ 기념식이 열렸습니다. 이곳에서 SK실트론은 ‘6억 달러 수출의 탑’을 수상하였습니다. 2018년에는 전체 매출 대비 해외 매출 비중이 50%까지 늘었으며, 2019년 3분기 기준 국가별 비중은 중국 18%, 미국 9%, 대만 9%, 기타 14% 입니다. SK실트론은 “앞으로도 해외 고객과의 비즈니스를 확대해 나갈 것”이라고 밝혔습니다.

지금까지 SK실트론 하반기 결산을 함께 살펴보셨는데요, 2020년에는 과연 어떤 눈부신 발전과 알찬 행보가 있을지 기대가 됩니다. 앞으로도 SK Careers Journal을 통해 SK실트론의 새로운 소식들을 들려드릴 예정이니, 2020년에도 SK실트론에 많은 관심 부탁드립니다!

[사업 탐구] 반도체 산업을 아는데, SK머티리얼즈를 처음 들어본다고?

 SK Careers Editor 전시내

2016년 SK의 가족이 된 SK머티리얼즈! 그런데 무슨 기업인지 아직 잘 모르시겠다고요?

반도체 소재 사업의 핵심 기업입니다. 가격 경쟁력이 중요한 반도체 산업에서 SK에 든든한 힘이 되어주는 기업이지요! 정확하게 어떤 사업을 하고 있는지 함께 알아볼까요?? 1탄에서는 세정가스/증착 가스에 대해 공부해 보겠습니다~! SK머티리얼즈의 주력 제품들에 대해 알아봐요~!

반도체는 단 하나의 작은 먼지 때문에 성능에 문제가 생기곤 하는데요, 그렇기 때문에 반도체 공정 과정에서 깨끗함을 유지하는 것은 중요합니다! 공정 이후 챔버(Chamber)를 닦아주고, 기판도 깨끗이 유지해야겠죠?

반도체 증착 공정엔 크게 두 가지가 있는데요, '물리적 기상 증착 방법(PVD, Physical Vapor Deposition)', '화학적 기상 증착 방법(CVD, Chemical Vapor Deposition)'이 있습니다. 특히나 챔버 속에서 원료 기체가 화학적 변화를 하며 웨이퍼 표면에 증착되는 ‘CVD’는 표면 접착력이 좋고 활용도가 높아 많이 쓰이고 있습니다. 또한 낸드플래시 생산엔 CVD가 주요 공정으로 자리 잡았는데요, 많이 쓰인다는 것은 그 공정을 진행하기 위한 재료도 많이 필요하다는 의미입니다! 그때 필요한 재료 중 하나가 SK머티리얼즈의 세정가스인 삼불화질소(NF3)!

CVD 챔버에 남아있는 불순물을 세척하는 것이 바로 NF3입니다. CVD가 무엇인지 간단히 살펴볼까요?

CVD 공정 이후, 챔버엔 이산화규소(SiO2)와 질화규소(Si3N4) 같은 불순물이 생깁니다. 이때, NF3는 이 불순물들과 반응하여 사플루오린화규소(SiF4)가 되어, 내부를 세척합니다.

NF3는 단순한 구조이지만 그 원료가 암모니아(NH3)와 플루오린화 수소(HF)이기 때문에 생산이 까다롭습니다. 암모니아는 폭발 위험이 있으며, 플루오린화 수소는 물과 결합 시 ‘플루오린화 수소산(불산)’이 되기 때문입니다! 즉 SK머티리얼즈는 적절한 온도와 압력으로 순도 높은 NF3를 국내 최초 생산에 성공한 것이죠! 이는 SK머티리얼즈의 주력 생산제품으로 글로벌 시장점유율 40% 이상으로 세계 1위 자리를 굳히고 있습니다.

반도체 공정 과정 중, 증착이란? 반도체 소자를 구동하기 위해 다양한 물질을 얇은 두께의 박막(Thin film)으로 형성하는 과정입니다. SK머티리얼즈의 대표적인 증착 가스들은 금속배선, Si 절연막, spacer 등의 증착에 이용됩니다! 하나씩 살펴볼까요!?

특히나 WF6는 3D NAND의 기둥 역할을 하는 소재로, 단수 증가에 따라 수요도 비례하기 때문에 WF6의 필요는 크게 증가할 것입니다. 그런데, 3D NAND가 무엇이냐고요?

그렇다면 3D NAND 제작 공정 중, WF6이 언제 사용되며 어떻게 형성되는지 확인해볼까요?

2012년, SK머티리얼즈는 100% 수입에 의존하던 디실란 시장에 큰 변화를 일으켰었는데요! 독자적인 기술을 사용하여 SiH4(모노실란)의 열분해를 통한 디실란 생산에 특허를 획득했습니다. 디실란은 반도체 미세화 공정에서 모노실란 사용 전 표면 균실화를 위해 사용됩니다. 즉, 모노실란으로 구현이 불가한 공정에 실리콘 증착으로 사용되는 소재입니다. 국내 반도체 산업의 발전에 기여한 제품 중 하나이죠.

디클로로 실란은 암모니아와 반응하여 질화막으로 증착되는데요. 이 과정을 화학식으로 살펴봅시다!

SK머티리얼즈의 주요 제품을 통해 어떤 제품을 생산하는 기업인지 알아보았습니다. 세척 가스와 증착 가스에 대해 다뤄보았는데요~ 반도체 산업에서 SK머티리얼즈가 차지하는 비중을 느끼셨나요? 미세공정이 중요해지며 더욱 성장 가능성을 보이는 SK머티리얼즈입니다. 이 외의 식각 가스, 산업가스 등 다른 제품은 다음 [사업 탐구] 2탄에서 소개해드리겠습니다!

메모뤼? 비메모뤼? 왜 난 잘 모르뤼?

한 눈에 살펴보는 반도체의 활용과 SK하이닉스의 NAND Function PI 직무

“SK하이닉스에서는 어떤 반도체를 생산할까? 과연 나는 SK하이닉스 반도체를 잘 알고 있을까?” 취업 준비를 하면서 불안한 생각이 들어 인적성 문제집이 잘 풀리지 않는다는 고민을 호소하는 취업준비생들이 나타났다. 걱정하지 마! 노노노~♬ SK하이닉스의 NAND 선행소자 PI 직무를 담당하시는 김남국 TL님의 SK하이닉스 10년 내공 인터뷰가 기다리고 있으니까!

 SK Careers Editor 임소현

(돌발 퀴즈: 왜 SKCE는 NAND FUNCTION PI 직무에 새싹 그림을 사용했을까?) 

반도체는 순수한 상태에서 부도체와 비슷한 특성을 보이지만 불순물의 첨가에 의해 전기전도도가 늘어나기도 하고 빛이나 열에너지에 의해 일시적으로 전기전도성을 갖기도 하는 물질을 의미합니다. 

반도체는 다시 메모리 반도체와 시스템 반도체(비메모리 반도체)로 나뉩니다. 이를 야구의 포수와 투수에 비교하여 설명 드릴게요~!

오늘의 주인공은? 바로 메모리 반도체의 NAND FLASH입니다! SK하이닉스와 함께 성장한 10년 차 김남국TL님이 말하는 NAND와 SK하이닉스에 대해서 알아볼까요?  

안녕하세요 2008년 가을에 입사해 하이닉스 입사만 10년 차인 김남국 TL입니다. 현재 NAND Function PI팀에서 연구소 소자 관련 업무를 하고 있습니다. 

미래에 어떤 양산기술을 언제 어떻게 개발할지에 대해서 기획하고 실리콘 프로세스로 구현 및 확인 후 양산 제품에 싣는 개발 과정을 담당하고 있습니다. 먼저 미래에 사용할 기술에 대한 결정을 합니다. 기술을 점차 구현해가는 과정에서는 설계나 공정, 제품 등 다양한 분야에서 타 부서와 협업합니다. 우리가 원하는 과정으로 진행되는 지에 대해 실리콘 프로세스로 확인하며 미래 기술의 생산성에 대해서 고민합니다. 최종적으로 확인한 기술의 결과를 분석해 실행가능성(feasibility)가 높은 기술로 개발이 될 수 있는지에 대해서 판단합니다.

반도체 기술은 정말 빠르게 발전하기에 모든 직무가 반도체에 대한 전문적인 지식을 가지고 있어야 한다고 생각합니다. 특히, PI(Process Integration) 업무는 전반적으로 모든 공정에 대한 전문 지식을 가지고 진행 상황을 분석할 수 있어야 합니다.  

저희 팀의 석박사의 비율은 1/3 정도 되는 것 같습니다. 그 중에서도 석사의 비율이 박사보다 많습니다. 최근에 신입사원이 많이 들어왔는데 학사의 비율이 많아지는 추세입니다. 

반도체에 대한 전문 지식은 입사 후에도 배울 기회가 많습니다. 반도체 관련지식을 많이 아는 것도 중요하지만 업무가 주어졌을 때 적극적이고 주도적으로 임할 수 있는 자세와 탐구력이 더욱 중요하다고 생각합니다. 주어진 업무에 대해 흥미를 가지고 열심히 탐구하는 자세가 신입사원들이 성장할 수 있는 큰 원동력이 될 수 있습니다.     

통계적인 분석이 점차 중요해지고 있습니다. 계측기술이 발전하면서 개발, 양산 등 많은 반도체 공정 과정에서 데이터가 많아지고 있습니다. 체계적인 분석을 위해 통계관련 툴과 전문지식을 활용하기도 합니다. 프로그래밍 또한 툴로써 활용하고 있으나, 입사 후에 배워도 될 정도라고 생각합니다.   

3D에 더 적합한 구조로 선도해서 개발하고 있다는 점이 SK하이닉스 NAND FLASH의 장점이라고 생각합니다. 이는 향후에 더 집적도가 높고 값싼 제품을 만드는 데에 도움이 될 것입니다. 

처음으로 프로젝트 오너가 되어서 기획부터 전기적인 특성까지 만들었을 때 가장 보람 깊었습니다. 제가 맡은 프로젝트는 3D NAND 프로세스를 모사구조로 짧게 만들고 전기적 특성을 평가하는 프로젝트였습니다. 주어진 시간 안에 전류가 측정되지 않아 초조했으나, 공정팀과의 미팅을 통해 개선점을 보완하였고 결국엔 전류가 측정되었습니다. 이때가 저에겐 가장 힘들었지만 한편으론 가장 뿌듯했던 경험이었습니다.

SK하이닉스는 지표에서도 알 수 있듯이 규모가 점점 커지고 있습니다. 제가 입사하던 시기에는 신입사원도 안 뽑을 정도로 어려운 시기가 있었지만, 이 어려움을 노사가 한마음 한 뜻으로 협업하였기 때문에 잘 견뎌낸 것 같습니다. 지금은 SK에 속하게 되면서 많은 투자와 개발을 지속하며 상당한 규모로 성장하였습니다. 특히 이 과정에서 많은 신입사원분들이 입사하며 회사의 평균 연령대가 많이 젊어졌고, 제가 입사할 때보다 좀 더 밝은 분위기의 회사가 된 것이 가장 큰 변화점 인 것 같습니다.

SK하이닉스는 하나입니다. 반도체 업무는 많은 기술이 통합되어, 반도체 시장이 요구하는 다양한 스펙에 맞게 동작해하기에 협업이 중요합니다. 하나의 목표를 같이 바라보고 어려운 기간을 하나가 되어 잘 극복해 지금의 SK하이닉스가 있다고 생각합니다.

취업을 위해 경쟁력 있는 스펙을 준비하느라 바쁘겠지만 뒤처짐에 대한 생각보다 자신이 현재와 미래에는 무엇을 하고 싶은지에 대해서 고민해 보는 시간을 가졌으면 좋겠습니다. 여러분의 길을 응원하겠습니다!

내공 가득했던 김남국 TL님의 SK하이닉스 꿀 정보들! 여러분 모두 유익하게 보셨나요? SKCE가 NAND 소자를 새싹에 비유한 이유도 캐치하셨나요? 캐치한 여러분 모두 쏀쓰쮕이!!!><

가볍게 읽는 반도체 이야기 

SK Careers Editor 김태형

안녕하세요 여러분. 벌써 11월이네요. 면접준비로 바쁠 시기, 매일 같이 직무 면접 준비를 위해 어려운 반도체 공부로 바쁠 여러분을 위한 기사, 가볍게 읽는 반도체의 역사입니다. 여러분도 알시다시피 반도체는 점점 미세하게 더 작게 만드는 방향으로 지속적으로 발전해 왔습니다. 하지만 오랜 기간동안 포토(Photo-lithography) 공정의 어려움 때문에 10나노(nm) 공정을 한계라 여겨졌는데요. 이를 극복하기 위한 새로운 장비가 도입되면서 이보다 더 미세공정을 구현할 수 있을 것이라고 합니다. 

반도체의 발전과정을 알아보기 반도체에 정의가 무엇인지 알아 볼까요? 반도체는 영어로 Semi-conductor라 불립니다. 그러니까 도체와 부도체의 성질을 모두 가지고 있는 물질인 것이죠. ‘외부자극으로 전기가 흐르는 도체가 되거나 혹은 전기가 흐르지 않는 부도체가 되기도 하는 두 가지 성질을 임의로 조절 할 수 잇는 물질이다’. 이것이 반도체의 정의 입니다. 수도꼭지(외부자극)을 열어 물을 흐르게 하고(도체), 수도꼭지를 닫아 물을 안 흐르게(부도체) 이를 원하는 데로 조절 할 수 있는 성질을 갖는 물질이 반도체 입니다. 

반도체는 왜 사용하게 되었을까? 처음 반도체의 역사는 현재의 필요와는 조금 다른 통신기술과, 빠른 계산능력의 필요에 의해 시작됩니다. “멀리 있는 사람과 대화를 주고 받을 수 없을까?”란 의문에 전기신호를 통해 이를 극복하고자 하였으나 거리가 멀어질 수록 전기신호가 약해지는 현상이 발생했습니다. 약해지는 신호를 중간에서 증폭시켜주는 역할을 한 것이 진공관입니다. 제2차 대전에서 적군보다 빠른 계산 능력을 가지고 있는 것은 큰 이점이었습니다. 이를 위해서 1946년 최초의 컴퓨터인 에니악(ENIAC)이 발명됩니다. 

하지만 에니악은 무려 18,000개의 진공관으로 이뤄져 있었고 엄청난 전력을 필요로했습니다. 게다가 18,000개의 진공관에서 나오는 열은 엄청 났습니다. 때문에 열에 약한 진공관이 쉽게 고장이 났고 실제로도 에니악의 사용시간보다 고치는 시간이 더 많았다고 합니다. 열에 강한 증폭장치의 필요성이 늘어나던 시점에 1947년 벨 전화연구소에서 게르마늄(Ge) 반도체로 된 다이오드와 트랜지스터를 발명합니다. 트랜지스터는 Transfer + resistor의 두 단어를 합친 것 입니다. 이 트랜지스터의 발명으로 인해 전자기기의 크기와 소비전력이 크게 줄고 가격도 낮아졌습니다. 이후 1960년에 고 강대원 박사가 기존의 게르마늄이 아닌 실리콘을 이용한 트랜지스터 MOSFET (Metal- Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 기본모형을 개발했습니다. 이를 응용해서 만들어 낸 것이 현재의 IC(Integrated Circuit), 반도체 집적회로입니다. 반도체 집적회로는 트랜지스터나 다이오드 등 개개의 반도체를 따로 사용하는 것이 아닌 이들을 모아서 쌓아져 있습니다. 

이때부터 반도체는 더 많은 트랜지스터를 집어넣는 집적화의 길을 걸어 왔습니다. 현재는 10 나노 공정까지 이뤄졌고 10 나노 공정보다 더 미세한 공정을 위해서 EUV라는 새로운 노광장비가 도입되고 있습니다. 10나노 공정의 벽까지 극복하고 더 미세하게 발전하고 있는 반도체 이러한 발전에 발 맞춰 SK하이닉스도 최근 이천에 EUV 장비를 도입하는 M16 반도체공장을 증설한다고 발표했습니다. 이는 메모리반도체 생산을 위해 EUV를 도입한 최초의 계획이기도 합니다.

-Mosfet의 구조-

통신기기와 계산기에서 시작한 반도체가 이제는 모든 전자기기에는 없어서는 안될 가장 중요한 부품으로 발전 했다는 것이 흥미롭지 않나요? 매일 어려운 반도체 공부로 지치고 흥미도 떨어졌을 취준생 여러분을 위해 준비한 가볍게 읽는 반도체의 역사 괜찮으셨나요? 모든 취준생 여러분이 마지막 문을 열고 취업의 길로 들어가셨으면 좋겠습니다. 

NAND만 3D니 HBM도 3D다

SK Careers Editor 김태형 

38단. 48단. 최근에 SK하이닉스에서 선보인 72단 NAND 플래시 까지, 반도체 관련 뉴스에서 자주 나오는 3D NAND 플래시의 적층 단수입니다. 그런데 낸드플래시 외에도 HBM이라는 반도체도 적층을 통해 고성능화를 이뤄냈다는 사실 알고 계셨나요? 

<HBM의 구조: 반도체를 쌓아 올린 구조, 코어다이 (검정색) 로직다이 (빨간색), 인터포저 (초록색)>

HBM은 'High Bandwidth Memory'의 약자로 광대역폭을 가지는 메모리로, 주로 그래픽 메모리에 사용됩니다. GPU에 들어가는 DRAM은 GDDR이라고 하는데 GDDR은 32bit에 불과한 대역폭을 가지고 있습니다. 이에 반해 HBM은 1024bit에 높은 대역폭을 가지는 메모리 반도체이죠. 여기서 Bit는 데이터의 입,출구라고 말할 수 있는데요. 이 출구가 HBM은 GDDR보다 많기 때문에 하나의 칩당 데이터를 처리하는 속도가 GDDR에 비해 느려도 전체로 보면 GDDR에 비해 엄청나게 빠른 속도를 자랑합니다. Bit를 차선에 비유를 한다면 데이터를 차량으로 생각할 수 있죠. GDDR이 제한속도가 100인 4차선 도로라면 HBM은 제한속도가 80인 16차선 도로라고 보시면 됩니다.

이러한 발전을 가능하게 한 것은 TSV라고 하는 후공정 기술 덕분입니다. 반도체를 만드는 과정은 전공정과 후공정으로 크게 나눌 수 있는데 전공정은 웨이퍼 위에 회로를 만드는 과정입니다. 이에 반해 후공정은 만들어진 회로를 자르고 외부와 접속할 선을 연결하는 패키징 과정입니다. 쉽게 설명하자면, 피자의 도우를 만들고 위에 토핑을 올리는 과정까지가 전공정, 피자를 먹기 쉽게 자르고 포장을 하는 과정이 후공정이라 할 수 있죠.

기존의 패키징 방법인 와이어 본딩 기술은 아래 그림에서 볼 수 있듯 기판과 반도체 칩을 연결하는 와이어가 칩 가장자리에 위치를 하기 때문에 칩과 기판의 데이터 이동 통로(와이어)의 개수를 늘리는데 한계가 있습니다. 

<기존의 와이어 본딩 기술> / 출처 : 교육과학기술부

<TSV 공정> / 출처 : 교육과학기술부

반면 TSV 기술은 그림에서 볼 수 있듯 수백 개의 미세한 구멍을 뚫어 칩을 관통하는 전극을 연결합니다. DRAM의 동작속도는 데이터의 이동 통로의 개수에 비례하기 때문에 기존 와이어 본딩 기술보다 더욱 많은 데이터의 통로를 만들 수 있는 TSV 기술을 활용하면 동작속도를 높일 수 있습니다. 

TSV 공정은 칩을 관통해서 데이터가 이동 하기 때문에 칩→기판→칩 이러한 방식으로 데이터가 이동하는 와이어 본딩 기술에 비하여 데이터의 이동 경로가 짧습니다. 때문에 전력소모를 덜고 데이터의 이동속도를 빠르게 할 수 있습니다. 이 외에도 DRAM의 적층을 통해 기판에 필요한 면적이 97%까지 감소되어 초소형 고화질 기기를 기대 할 수 있습니다. 

데이터 처리 속도는 크게 늘고 전력소모와 제품의 크기는 줄어든 HBM, 이러한 장점 때문에 HBM의 채용분야는 그래픽 메모리에서 빅 데이터 처리를 위한 슈퍼컴퓨터, 서버, AI 기술 등으로 점차 채용 범위를 늘려 나가고 있습니다

HBM은 2014년 SK하이닉스와 AMD가 협력해서 처음 만들었고, 지난해에 반도체 올림픽이라고 할 수 있는 <국제 고체 회로 학술회의>에서는 HBM보다 속도를 올린 HBM2를 선보인 바 있습니다. 반도체 기술을 선도해 나가는 SK하이닉스에서 여러분의 꿈을 실현해 나가는 것은 어떨까요? 

반도체? 이 정도는 알고 가야지: (7)금속(Metalization)공정

SK하이닉스 채용을 준비하는 취준생이라면 꼭 알아야하는 반도체 공정! 지난 6번째 공정 포스팅에 이어, 7번째 공정 관련 포스트를 준비했는데요. 먼저 몸풀기 용 퀴즈 하나 풀고 자세히 알아보도록 하겠습니다.

SK Careers Editor 한수정

정답은 ② 금속 공정입니다.

정답을 맞추신 당신! 당신은 반도체 전문가, 조금 더 깊은 이해를 위해 이 글을 읽어보세요. 

정답을 못 맞추신 당신! 조금만 더 공부하면 반도체 전문가가 될 수 있어요. 그런 의미에서 이 글을 읽어 보세요.

#금속 공정이란?

금속 공정(Metalization)은 금속 형성 공정 혹은 금속 배선 공정이라고도 불립니다. 반도체는 각 층의 연결을 통해 회로의 작동이 이루어지는데요. 이를 위해 필요한 공정이 ‘금속 공정’입니다. 외부에서 얻어지는 전기적 에너지를 받아 소자들끼리 신호가 섞이지 않고 전달되도록 선을 연결해주어야 합니다.

#금속 공정에 사용되기 위한 ‘금속의 조건’

모든 종류의 금속이 금속 공정에 사용될 수 있을까요? That’s No No. 전극층을 형성하고 각 층을 연결하기 위해 사용되는 금속에는 몇 가지 조건이 있습니다.

1) 웨이퍼와의 부착성

: 반도체 기판, 즉 실리콘 웨이퍼와의 부착성이 좋아야 합니다. 즉, 쉽게 부착되고 부착 강도가 뛰어나 얇은 박막으로 증착 할 수 있어야합니다.

2) 낮은 전기저항

: 금속선은 회로패턴을 따라 전류를 전달하는 역할을 합니다. 그러므로 전기저항이 낮은 물질이어야 합니다.

3) 열적•화학적 안정성

: 금속 배선 공정 이후의 공정에서 만들어 놓은 금속선의 특성이 변하지 않는 것이 중요합니다. 따라서 이후 공정에 대해 열적, 화학적 안정성이 뛰어난지 꼭 고려해주어야 합니다. 

4) 패턴 형성의 용이성

: 반도체 회로 패턴에 따라 금속선을 만드는 작업 과정이 쉬운지를 확인해야 합니다. 좋은 금속 재료이더라도 식각 등 공정 특성에 맞지 않으면 배선 재료로 쓰이기 어렵기 때문입니다.

5) 높은 신뢰성

: 신뢰성이란 반도체의 향후 품질을 말합니다. 즉 금속을 선택할 때 반도체의 좋은 품질을 오랜 기간 유지할 수 있는지를 고려해주어야 합니다. 집적회로 기술의 발전으로 점점 그 크기가 미세해지고 있는데요. 금속 배선 또한 작은 크기의 단면에서 끊어지지 않고 오래갈 수 있는지 따져야 합니다. 

6) 제조 가격

: 위 다섯 개의 조건을 만족시키더라도 너무 비싼 재료라면 대량 생산을 하는데 어려움이 있기 때문에 부적합합니다.

이러한 조건을 만족시키는 단일층 재료로는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등이 있고, 다층구조로는 티타늄(Ti) 텅스텐(W)등이 있습니다.

# 금속 박막 형성 과정

조건에 맞는 금속이 준비되었으면 이제 본격적으로 금속 공정을 시작해야겠죠? 단일층 재료로 많이 사용되는 알루미늄(Al)과 구리(Cu)의 공정을 조금 더 자세히 알아봅시다.

<Al 증착 ▶ PR Coating ▶ Photo ▶ Develop ▶ Al Etch ▶ PR Strip>

알루미늄은 저항이 낮고, 산화막(SiO2)과의 접착성이 우수해 금속 공정에 적합한 물질입니다. 하지만 실리콘과 만나면 섞이려는 성질이 있어서, 접합면 사이에 Barrier metal이라 불리는 금속을 넣어 상하는 것을 방지해주어야 합니다. 금속 배선 공정 역시 증착을 통해 이루어지는데, 알루미늄의 경우 주로 Sputtering에 의해 증착됩니다.

<SiO2 증착 ▶ PR Coating ▶ Photo ▶ Develop ▶ SiO2 Etch ▶ PR Strip▶ Cu 매립 ▶ CMP>

구리는 알루미늄이 텅스텐보다 비저항이 낮아, 같은 저항값을 갖는 금속선에 대해서 보다 미세하게 패턴 제작을 할 수 있어 사용되고 있습니다.

#금속 박막 형성 방법

금속 박막을 형성하는 방법에는 크게 세 가지가 있습니다. 화학적 반응으로 박막을 형성하는 방법인 CVD(Chemical Vapor Deposition), 물리적 기상 증착법인 PVD(Physics Vapor Deposition)가 있습니다. 또, PVD와 CVD 방식의 한계를 극복하기 위해 원자층을 증착하여 박막을 형성하는 ALD(Atomic Layer Deposition)이 주목을 받고 있습니다.

 [   PVD   ]

 [   CVD   ]

 [   ALD   ]

이번 7번째 공정까지의 포스팅을 통해 웨이퍼 제조에서부터 회로의 작동이 이루어지는 과정까지 살펴보았습니다. 다음 “반도체? 이 정도는 알고 가야지”에서는 완벽한 반도체가 되기 위한 마지막 단계인 TEST&Packaging에 대해 알아보도록 하겠습니다. 취준생 여러분, 이후 면접 전형에 참여하실 때,  ‘반도체 공정’은 기본인 거 아시죠? 저희 SK Careers journal에서 준비한 반도체 공정 포스트로 면접 준비 잘 하시길 바랄게요!

반도체? 이 정도는 알고 가야지: (6) 박막증착 공정

안녕하세요 여러분! 반도체 공정 중 6번째 공정인 박막 공정(Thin film deposition) 시간입니다. 식각(Etching)공정을 완료한 웨이퍼가 이제는 박막이라는 옷을 입게 됩니다. 박막이란 1마이크로미터(μm) 이하의 얇은 막을 말하는데요. 이런 박막을 웨이퍼 위에 입히게 되면 전기적인 특성이 나타나게 되는 것이지요. 더욱 자세한 내용을 알아볼까요?!

SK Careers Editor 김시우

안녕하세요, 여러분 오랜만입니다! 이번 시간에는 증착(Deposition) 공정이 아닌 확산(Diffusion) 공정을 진행해보려 합니다. 증착(Deposition) 공정 전에! 꼭! 알고 가야할 내용이 있어서 확산 공정부터 다루어 보려고 합니다. 확산 공정은 반도체 칩에 특별한 성질을 만들어 내는 정말 필수적인 요소이니까요! 그럼 지금부터 시작해볼까요?

SK Careers Editor 김시우

먼저 확산(Diffusion) 공정이란 웨이퍼에 특정 불순물을 주입하여 반도체 소자 형성을 위한 특정 영역을 만드는 것입니다. 식각 과정을 거친 회로 패턴의 특정 부분에 이온 형태의 불순물을 주입하여 전자 소자의 영역을 만들어 주고, Gas간 화학 반응을 통해 형성된 물질을 웨이퍼 표면에 증착함으로써 여러가지 막을 형성하는 공정을 말합니다.

2. 들어가기 전에

확산 공정을 들어가기 전에 오늘 날에는 확산을 통한 공정을 진행하기보단 이온 주입(Ion Implantation) 또는 rapid thermal annealing 과정을 통해 진행한다는 점을 참고 하시는 게 좋습니다! 하지만 그러한 실제 공정 단계를 알기 위해 먼저 확산 공정에서의 다양한 문제점을 이해하고 가는 것이 중요합니다. 공정에서 말하는 확산 공정은 이온 주입과 annealing 과정을 포함한다고 봐도 무방할 것 같습니다.

*annealing 이란? 금속 재료를 적당한 온도로 가열한 다음 서서히 냉각시키는 조작을 일컬음

3. 확산 공정의 기본 

<침입형과 치환형 입자>

확산 공정은 먼저 실리콘 막에 얇은 불순물을 도핑 하는 것으로부터 시작합니다. 이때 도핑되는 방법에 따라 치환형 (Substitutional impurity atoms) 또는 침입형 (Interstitial impurity atoms) 두 가지 유형으로 나뉘는데요, 위 그림과 같이 말 그대로 실리콘 결정에 불순물이 “치환”해서 들어가느냐 또는 “침입”해서 들어가느냐 에 따라 나뉘는 것입니다.

모든 물질에는 그 물질의 고유한 패턴인 ‘격자’라는 것이 존재합니다. 즉 Si 격자 라고 하면 실리콘 입자들이 어떤 모습으로 분포해 있는지를 나타내는 말이지요. 격자라는 것이 이론적으로는 일정한 간격으로 표현되지만 실제 Si 격자는 몇몇 입자의 displacing (있어야 할 자리에 있지 않은 현상) 때문에 Vacancy 가 생길 수 밖에 없습니다. 이러한 Vacancy 에 치환형 입자가 들어가게 된다면 실리콘과는 조금 다른 물리적 전기적 특성을 띠게 되겠죠? 침입형 입자 또한 마찬가지 입니다. 이러한 침입형 또는 치환형 입자에는 붕소(Boron), 인(Phosphorus), 비소(Arsenic), 안티몬(Antimony) 등 이 있습니다.

 4. 확산 공정에서 중요한 두가지 조건

지난 시간 에칭 공정에서 주요 인자였던 균일도와 식각 속도 기억하시나요?
모든 반도체 제조 공정이 그러하듯 확산 공정도 그 과정이 균일하게 이루어져야 합니다.
따라서 실리콘에 불순물을 주입하여 원하는 IC(집적회로)를 모델링하기 위해, 중요한 두 가지 요소가 있습니다.

 1) Constant Source Diffusion
줄여서 CSD라고 표기하기도 하는데요 이는 확산 공정이 진행되는 동안 실리콘 표면의 불순물의 농도가 일정해야 함을 말합니다. 이 때 단위 면적당 총 불순물 입자의 수 즉 농도를 나타내는 말로 “dose”량 이라는 표현을 사용합니다. 

 2) Limited Source Diffusion
LSD. 이는 공정이 진행되는 동안 dose량이 일정해야 함을 말합니다. 또한 만약 실리콘 격자에 너무 많은 양의 불순물을 doping하게 되면 실리콘을 사용하는 의미가 없어지게 되겠죠?

<Ion Implantation>

5. 확산의 두 가지 STEP

확산은 두 가지 step으로 진행됩니다. 앞서 말한 CSD는 주로 실리콘의 얇은 표면 막에 불순물이 들어갈 때부터 적용됩니다. 이를 가리켜 pre-deposition step 이라고 말하지요. 두 번째 step은 (LSD) drive-in입니다.  이는 실리콘 표면으로부터 얼마나 깊게 까지 dose를 할 것이냐를 말하는 것이지요. 

오늘은 이렇게 pre-deposition -> drive-in 으로 진행되는 확산 과정에 대해 알아보았습니다. 하나의 반도체를 만들기까지 이렇게나 많은 절차가 필요하다니! 벌써 머리가 지끈거릴 수도 있겠지만 완성된 반도체를 꿈꾸며 마지막까지 파이팅입니다!

반도체? 이 정도는 알고 가야지: (4)에칭(Etching) 공정

여러분 안녕하세요! [반도체 8대 공정] 시리즈가 새롭게 돌아왔습니다. 전 에디터인 이미진 에디터 님께서 에디터 활동을 마치신 관계로, 그 바통을 이어받아 공정 시리즈를 완성해보고 자 합니다! 전 에디터 님의 기를 이어받아~ 이번에 4번째 공정! 식각(Etching)공정부터 저와 함께 달려 보시죠~!

SK Careers Editor 김시우

<출처: http://www.limitedblue.com/list/view.php?id=limited_edition&page=5&sn1=on&divpage=1&sn=on&ss=off&sc=off&keyword=Limited%20Blue&select_arrange=headnum&desc=asc&no=30&PHPSESSID=9cc428a08586cae7da828aa7a86ed7be >

1. 식각(Etching)공정이란?

이전 3번째 포토(Photo Lithography) 공정에서 ”밑그림을 그린다~”라는 표현 기억하시나요? 이번 식각(Etching)공정에서는 밑그림 중 불필요한 부분을 없애는 즉, 회로의 패턴 중 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분은 깎아내는 작업을 수행합니다. 더 자세히 말하자면 포토(Photo Lithography)공정에서 부식방지막(Photo Resist)을 형성했다면 식각 공정에서는 액체 또는 기체의 etchant를 사용하여 부식을 진행하여 불필요한 부분을 없애는 작업입니다. (이때 etchant 란 부식을 진행하는 물질을 통칭하는 말입니다.) 이러한 에칭 기법은 동판화를 작업하는 미술에서 자주 쓰이는 방법인데요 19세기 화가인 피사로(Camille Pissaro)와 드가(Edgar Degas) 역시 에칭을 이용해서 정교하고 세밀한 선을 살린 작품을 많이 만들어 냈다고 합니다.

<출처 http://www.skcareersjournal.com/194 >

2. 건식(Dry) 식각방법과 플라즈마(Plasma)

에칭 기법의 동판화 미술과 반도체 공정은 방법의 차이가 존재합니다. 미술에선 날카로운 조각도구들을 이용해 회로를 만들어 냈다면 공정에선 감광액 (Photo Resist)으로 보호막을 먼저 만들어 냅니다. 그리고 나서 식각(부식)을 진행하게 되는 것이죠.

이러한 식각 공정은 크게 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식과 건식 두 가지로 나눌 수 있는데요. 건식은 습식에 비해 많은 비용이 들고 방법이 까다롭다는 단점이 있지만 최근 수율의 증대와 극미세 회로 식각을 위하여 건식이 널리 사용되고 있다고 합니다!

<출처 - http://plasma.kisti.re.kr/webs/intro/plasma_is.jsp >

그렇다면 건식 식각에 대해 더 자세히 알아보도록 할까요? 건식 식각은 흔히 플라즈마(Plasma) 식각이라고도 합니다. 플라즈마? 어디서 많이 들어본 용어 같지만 다소 생소하게 들립니다. 플라즈마란 고체, 액체, 기체 상태를 넘어선 물질의 제 4상태를 말합니다.

진공 챔버(Chamber)에 Gas를 주입한 후 전기에너지를 공급하여 이 “플라즈마” 라는 상태를 만들어내게 됩니다. 플라즈마 상태에서는 많은 수의 자유전자, 이온, 중성원자 또는 이온화된 기체 분자가 존재하게 되는데요 이 때 중요한 건 이온화의 연쇄반응(Avalanche) 입니다.

먼저 챔버(Chamber)에 전기에너지를 공급하면 자기장이 생기게 되고 이러한 자기장은 자유전자에 영향을 주게 됩니다. 높은 에너지를 가진 자유전자들은 주변의 중성 원자나 분자와 충돌하게 되고 다시 여기서 나온 자유전자가 다른 중성의 원자나 분자와 충돌하게 됨으로써 연쇄적인 이온화 반응이 일어나 “플라즈마 상태” 를 만들어 내는 것이지요.

플라즈마 상태에서 떨어져 나온 반응성 원자 (Radical Atom)가 웨이퍼 표면의 원자들과 만나 강한 휘발성을 띠면서 표면에서 분리되게 됩니다. 이 과정에서 감광액 (Photo Resist)으로 보호되지 않은 막은 제거되는 것이지요. 바로 이러한 방법이 건식 식각이라 할 수 있겠습니다.

3. 식각(Etching)이 잘되어야 하는 이유?!
그렇다면 식각을 잘해야 하는 이유는 무엇일까요? 그 것은 바로 식각은 곧 수율과 이어지기 때문입니다. 잘못된 식각으로 인하여 회로 부분이 끊기거나 균일하지 않으면 결과적으로 생산된 반도체 칩에 오류가 생기고 원하는 동작을 수행할 수 없게 되는 현상을 초래하기 때문이죠. 따라서 식각을 진행할 때는 여러 주요인자들이 존재합니다.

 #1 균일도 (Uniformity)
균일도(Uniformity)란 식각이 얼마나 고르게 진행됐는지를 의미합니다. 균일도가 중요한 이유는 회로의 각 부분마다 식각된 정도가 다르다면 특정 부위에서 칩이 동작하지 않을 수 있기 때문이죠. 반도체 회로의 모든 부분에서 식각이 같은 속도로 같은 양만큼 진행된다면 정말 깔끔한 반도체를 얻을 수 있을 텐데요. 아쉽게도 오차는 존재하기 마련이기 때문에 이러한 균일도를 최대한 높이려고 많은 기업들이 앞다투어 노력하고있죠.

 #2 식각 속도(Etch Rate)
식각 속도는 일정시간동안 막이 얼마나 제거 됐는지를 의미합니다. 플라즈마 상태의 원자와 이온의 양 또는 그 원자나 이온이 가지고 있는 에너지에 따라 식각의 빠르기가 결정됩니다. 당연히 양이 많고 에너지가 높으면 식각 속도는 증가하게 됩니다. 따라서 이러한 양과 에너지를 조절하여 식각의 알맞은 속도를 맞출 수 있는 것이지요.

이 외에도 막질에 따라 서로 다른 식각량을 비율로 나타낸 선택비(Selectivity) 등의 고려 사항들이 존재하며 이러한 모든 세부 사항들을 좀 더 정교하게 진행하려는 많은 노력들이 식각(Etching)공정팀에서 이루어 지고 있죠. 
     
저와 함께한 식각(Etching)공정 이해가 되셨나요? 플라즈마, 균일도, 식각 속도 등 많은 어려운 개념들이 있었는데요 위로 올라가셔서 천천히 다시 한번 읽어보는게 어떨까요? :) 다음엔 증착(deposition) 공정에서 뵙겠습니다!