비 전공자도 쉽게 이해할 수 있는 반도체 금속 공정(Metalization Process)

 

반도체 금속 공정을 아시나요? 반도체 소자의 일부 또는 전체에서 금속 공정이 많이 적용되고 있습니다. 금속 공정은 반도체 소자에서 효율적, 효과적으로 전기 전달을 위해 금속을 이용합니다. 주로 금속 공정에 사용되는 물질은 구리(Cu)나 알루미늄(Al)이 사용됩니다. 다음과 같은 이유로 금속을 사용하는데. 그 이유에 대해 간단히 H2 알아보겠습니다.

금속 활용 이유

금속은 전기 전달을 하기에 적합한 물질입니다. 저항이 낮고, 효율적으로 전기를 전달할 수 있기 때문에 금속을 사용한 반도체 소자 공정이 이루어집니다. 또한, 금속은 회로를 연결하고 전도성을 제공하는 데에 적합하기 때문에, 소자 간에 신호를 전달하거나 전기적으로 연결하는 용도로 사용됩니다. 마지막으로 외부 환경으로부터 소자를 보호합니다. 미세화가 진행됨에 따라 나노미터급의 미세한 Paticle이 영향을 줄 수 있는 반도체 소자를 불순물이나 화학반응으로 인한 손상으로부터 소자를 보호합니다.

금속 공정의 장점

금속 공정은 반도체 제조 분야에서 필수적인 역할을 합니다. 금속 공정의 장점에 대해 알아보겠습니다.

 

1) 전도성 및 열 전도성이 좋습니다. 회로에 배선을 설계하고, 만들 때 금속은 전도성이 매우 우수합니다. 따라서, 반도체 소자 회로 내에서 전자의 흐름 즉, 전기적 신호를 효과적, 효율적으로 전달할 수 있습니다. 또한, 열을 효과적, 효율적으로 전달하여, 소자에서 발생하는 열을 분산시킬 수 있습니다. 이에 따라 소자의 품질을 더욱 안정적으로 만듭니다

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2) 금속은 가공성이 좋습니다. 가공성이 우수하므로 다양한 형태를 만들 수 있습니다. 이는 반도체 산업이 발전함에 따라 점점 더 복잡해지는 패턴에서 다양한 형태로 적용될 수 있습니다. 또한, 가공성이 좋다 보니 금속을 여러 층으로 쌓아 다층 구조를 형성할 수 있습니다. 소자의 적층이 필수적인 현대 반도체에서 다양한 기능을 수행할 수 있도록 합니다.

 

3) 구리와 알루미늄은 저렴하게 구할 수 있는 장점이 있습니다. 생산 비용을 절감하는 측면에서 큰 비용이 절약됩니다. 또한, 전기 전도성과 열 전도성이 우수하고, 가공이 용이한 것에 더해 부식에 대한 저항성도 높아서 금속 공정에 많이 사용되고 있습니다.

 

금속 공정의 단점

다음으로는 금속 공정의 단점에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

1) 금속 공정은 화학 물질을 사용하고 이를 처리하는 과정에서 환경 오염의 주범이 될 수 있습니다. 금속을 처리하는 과정에서 많은 화학 물질과 에너지를 소모하기 때문에, 환경에 악영향을 미칠 수 있습니다.

 

2) 알루미늄과 구리 이외에 특수 금속 사용은 큰 비용을 지불해야 합니다. 주변에서 흔하게 구할 수 없는 물질을 사용하게 되면, 비용이 증가하게 되는 단점이 있습니다.

 

3) 소자가 미세화됨에 따라 가공의 한계에 도달할 수 있습니다. 유연하지 않은 소재를 사용하면, 구조적인 요구사항을 만족하기 어려울 수 있습니다. 또한, 요구사항을 만족시키기 위해서 정교한 기술이 적용된 설비를 운용하면서 유지보수 비용이 증가할 수 있는 단점이 있습니다.

 

4) 특정한 금속은 자성을 가지고 있어서 자기장에 영향을 받을 수 있습니다. 소자 간의 자기적인 상호작용이 일어나게 되면, 소자의 정확한 동작에 악영향을 미칠 수도 있습니다. 따라서, 일부 반도체 소자는 자기장으로부터 보호되어야 효과적, 효율적으로 동작합니다. 

금속 공정의 단점을 개선하기 위한 노력

금속 공정의 단점을 개선하기 위해서 반도체 업계 종사자들은 큰 노력을 기울이고 있습니다.

 

1) 나노 단위 공정의 발전과 노광 공정의 발전입니다. 근본적으로 노광 공정이 발전하게 되면, 미세 패턴을 정밀하게 형성할 수 있기 때문에 이후 공정 정밀도와 효율성이 굉장히 높아질 수 있습니다.

 

2) 녹색 소재를 개발하고 금속의 재활용을 위해 노력하고 있습니다. 이는 환경오염으로부터 부정적인 영향을 줄이며, 친환경적인 공정을 진행할 수 있습니다. 녹색 소재는 재생 가능한 자원을 사용함으로써 자원의 효율성을 높이고, 기후에 악영향을 미칠 수 있는 온실가스 배출을 감소시킬 수 있습니다. 또한, 인체에 해로운 부정적인 영향을 최소화할 수 있습니다.

 

3) 새로운 가공 기술을 발전시키려고 노력합니다. 이는 에너지를 효율적으로 사용하여 상당한 에너지를 소비하는 금속 공정을 최적화시킬 수 있으며, 최적화된 공정으로 비용에 대한 부담을 줄일 수 있습니다. 새로운 가공 기술의 발전은 기업의 경쟁력을 갖추고, 생산성을 향상해 제품을 사용하는 고객의 만족도를 높일 수 있습니다.

 

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