비교적 선진화된 생산 공정을 갖춘 반도체 웨이퍼 파운드리의 제조 공정에는 약 50여 종의 다양한 가스가 필요합니다. 가스는 일반적으로 벌크 가스와특수 가스.

마이크로전자 및 반도체 산업에서의 가스 활용 가스는 반도체 공정에서 중요한 역할을 해 왔으며, 특히 반도체 공정은 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. ULSI, TFT-LCD부터 현재의 미세전자기계(MEMS) 산업에 이르기까지 반도체 공정은 건식 에칭, 산화, 이온 주입, 박막 증착 등 다양한 제품 제조 공정으로 활용됩니다.

예를 들어, 많은 사람들이 칩이 모래로 만들어진다는 것을 알고 있지만, 칩 제조의 전체 공정을 살펴보면 포토레지스트, 연마액, 타겟 물질, 특수 가스 등 더 많은 재료가 필수적입니다. 백엔드 패키징에도 다양한 소재의 기판, 인터포저, 리드 프레임, 본딩 재료 등이 필요합니다. 전자용 특수 가스는 실리콘 웨이퍼에 이어 반도체 제조 비용에서 두 번째로 큰 비중을 차지하는 재료이며, 마스크와 포토레지스트가 그 뒤를 따릅니다.

가스 순도는 부품 성능과 제품 수율에 결정적인 영향을 미치며, 가스 공급의 안전은 작업자의 건강 및 공장 운영의 안전과 직결됩니다. 가스 순도가 공정 라인과 작업자에 그토록 큰 영향을 미치는 이유는 무엇일까요? 이는 과장이 아니라 가스 자체의 위험성에 의해 결정됩니다.

반도체 산업에서 흔히 쓰이는 가스의 분류

일반 가스

일반 가스는 벌크 가스라고도 합니다. 5N 미만의 순도 요건을 갖추고 생산량과 판매량이 많은 산업용 가스를 말합니다. 제조 방법에 따라 공기 분리 가스와 합성 가스로 구분할 수 있습니다. 수소(H₂), 질소(N₂), 산소(O₂), 아르곤(A₂) 등이 있습니다.

특수 가스

특수가스는 특정 분야에서 사용되는 산업용 가스로, 순도, 종류, 특성에 대한 특별한 요건을 갖추고 있습니다. 주로SiH4, PH3, B2H6, A8H3,염산, CF4,암모니아(NH3), POCL3, SIH2CL2, SIHCL3,암모니아(NH3), 비씨엘3, SIF4, CLF3, CO, C2F6, N2O, F2, HF, HBR,SF6…등등.

스파이셜 가스의 종류

특수 가스의 종류: 부식성, 독성, 가연성, 연소지원성, 불활성 등.
일반적으로 사용되는 반도체 가스는 다음과 같이 분류됩니다.
(i) 부식성/독성:염산、BF3、WF6、HBr、SiH2Cl2、NH3、PH3、Cl2、BCl3…
(ii) 가연성 물질: H2、CH4、SiH4、PH3、AsH3、SiH2Cl2、B2H6、CH2F2、CH3F、CO…
(iii) 가연성 물질: O2、Cl2、N2O、NF3…
(iv) 불활성: N2、CF4、C2F6、C4F8、SF6、이산화탄소、Ne、Kr,그…

반도체 칩 제조 공정에서는 산화, 확산, 증착, 식각, 주입, 포토리소그래피 등의 공정에 약 50종의 특수 가스(특수 가스라고 함)가 사용되며, 전체 공정 단계는 수백 단계를 넘습니다. 예를 들어, 이온 주입 공정에서는 PH3와 AsH3가 인과 비소 공급원으로 사용되고, 식각 공정에서는 F계 가스인 CF4, CHF3, SF6와 할로겐 가스인 Cl2, BCl3, HBr이 일반적으로 사용되며, 증착막 공정에서는 SiH4, NH3, N2O가, 포토리소그래피 공정에서는 F2/Kr/Ne, Kr/Ne가 사용됩니다.

위의 관점에서 볼 때, 많은 반도체 가스가 인체에 유해하다는 것을 알 수 있습니다. 특히 SiH₄와 같은 일부 가스는 자기 발화성을 가지고 있습니다. 누출되면 공기 중의 산소와 격렬하게 반응하여 연소하기 시작합니다. AsH₄는 독성이 매우 강합니다. 미세한 누출만으로도 인명 피해를 초래할 수 있으므로, 특수 가스 사용 시 제어 시스템 설계의 안전 요건은 특히 높습니다.

반도체는 '3도'를 갖기 위해 고순도 가스가 필요합니다.

가스 순도

가스 내 불순물 분위기 함량은 일반적으로 99.9999%와 같이 가스 순도의 백분율로 표시됩니다. 일반적으로 전자 특수 가스의 순도 요건은 5N~6N이며, 불순물 분위기 함량의 부피 비율(ppm, 백만분율), ppb(십억분율), ppt(조분율)로도 표시됩니다. 전자 반도체 분야는 특수 가스의 순도 및 품질 안정성에 대한 요구가 가장 높으며, 전자 특수 가스의 순도는 일반적으로 6N 이상입니다.

건조함

가스 속의 미량 수분 함량 또는 습도는 일반적으로 이슬점으로 표현되며, 예를 들어 대기 이슬점은 -70℃입니다.

청결

가스 내 오염 물질 입자의 수는 입자 크기가 µm인 입자의 경우, 입자 수/m³로 표시됩니다. 압축 공기의 경우, 일반적으로 오일 함량을 포함한 불가피한 고형 잔류물의 mg/m³로 표시됩니다.