반도체 제조에 초고순도 가스의 대중화! 대한민국

초고순도 가스는 반도체 공급망 전반에 걸쳐 필수적입니다. 실제로 일반적인 팹의 경우 고순도 가스는 실리콘 다음으로 재료 비용이 가장 많이 듭니다. 세계적인 칩 부족 현상으로 인해 산업은 그 어느 때보다 빠르게 확장되고 있으며, 고순도 가스에 대한 수요도 증가하고 있습니다.

반도체 제조에서 가장 일반적으로 사용되는 벌크 가스는 질소, 헬륨, 수소 및 아르곤입니다.

질소

질소는 대기의 78%를 차지하며 매우 풍부합니다. 또한 화학적으로 불활성이고 비전도성이기도 합니다. 결과적으로 질소는 비용 효율적인 불활성 가스로서 여러 산업 분야에 활용되고 있습니다.

반도체 산업은 질소의 주요 소비자입니다. 현대 반도체 제조 공장은 시간당 최대 50,000입방미터의 질소를 사용할 것으로 예상됩니다. 반도체 제조에서 질소는 일반적인 불활성화 및 퍼지 가스 역할을 하여 민감한 실리콘 웨이퍼를 공기 중의 반응성 산소 및 습기로부터 보호합니다.

헬륨

헬륨은 불활성 기체입니다. 이는 질소와 마찬가지로 헬륨도 화학적으로 불활성이지만 높은 열 전도성이라는 추가 이점도 있다는 것을 의미합니다. 이는 반도체 제조에 특히 유용합니다. 고에너지 공정에서 열을 효율적으로 전도하고 열 손상과 원치 않는 화학 반응으로부터 공정을 보호하는 데 도움이 됩니다.

수소

수소는 전자제품 제조 공정 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되며, 반도체 생산도 예외는 아닙니다. 특히 수소는 다음 용도로 사용됩니다.

어닐링: 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 고온으로 가열되고 천천히 냉각되어 결정 구조를 복구(어닐링)합니다. 수소는 웨이퍼에 열을 고르게 전달하고 결정 구조를 재구성하는 데 사용됩니다.

에피택시: 초고순도 수소는 실리콘, 게르마늄과 같은 반도체 재료의 에피택셜 증착에서 환원제로 사용됩니다.

증착: 수소를 실리콘 필름에 도핑하여 원자 구조를 더욱 무질서하게 만들어 저항성을 높이는 데 도움을 줄 수 있습니다.

플라즈마 세척: 수소 플라즈마는 UV 리소그래피에 사용되는 광원에서 주석 오염을 제거하는 데 특히 효과적입니다.

아르곤

아르곤은 또 다른 비활성 기체이므로 질소 및 헬륨과 마찬가지로 낮은 반응성을 나타냅니다. 그러나 아르곤은 이온화 에너지가 낮기 때문에 반도체 응용 분야에 유용합니다. 상대적으로 이온화가 쉽기 때문에 아르곤은 일반적으로 반도체 제조 시 식각 및 증착 반응을 위한 주요 플라즈마 가스로 사용됩니다. 이 외에도 아르곤은 UV 리소그래피용 엑시머 레이저에도 사용됩니다.

순결이 중요한 이유

일반적으로 반도체 기술의 발전은 크기 확장을 통해 달성되었으며, 차세대 반도체 기술은 더 작은 피처 크기를 특징으로 합니다. 이는 주어진 볼륨에 더 많은 트랜지스터, 향상된 전류, 더 낮은 전력 소비 및 더 빠른 스위칭 등 여러 가지 이점을 제공합니다.

그러나 임계 크기가 감소함에 따라 반도체 장치는 점점 더 정교해지고 있습니다. 개별 원자의 위치가 중요한 세상에서는 내결함성 임계값이 매우 엄격합니다. 결과적으로 현대 반도체 공정에는 가능한 최고 순도의 공정 가스가 필요합니다.

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