반도체 공정 정전기

정의와 키워드

반도체 공정 정전기는 대전된 물체가 소자와 만나 방전하여 손상을 일으키는 현상이다.

정전기 방전(ESD)은 소자 손상과 수율 저하를 일으키는 직접 원인이 된다.

핵심 키워드는 마찰대전, 정전유도, 접지, ESD 작업대, 대전 방지다.

대전의 두 가지 원리

발생 원리는 두 가지로 나눠 본다.

마찰대전은 서로 다른 유전체를 마찰할 때 전자가 이동하여 생긴다.

정전유도는 대전체가 가까이 오면 도체 내부의 전하가 재배열되어 생긴다.

어느 쪽이든 물체가 고립되어 있으면 전하가 누적된다.

손상 흐름

정전기는 접촉과 마찰로 생긴 전하가 축적되고 방전되면서 소자를 손상시킨다.

방전 전류는 국부 발열과 고전계를 만들어 산화막이나 접합을 망가뜨린다.

산화막 파괴, 접합 손상, 금속 용융, 전하 주입이 대표적인 손상이다.

손상은 즉시 고장이 아니라 잠재 손상으로 남아 공정 관리가 필요하다.

방전 에너지 계산

이번에는 인체 대전 전압으로 방전 에너지를 계산하는 가상의 예를 본다.

작업자의 등가 정전용량을 300pF, 대전 전압을 4,000V라고 하자.

방전 에너지는 1/2 C V²로 구하며, 대입하면 약 2.4 mJ이 된다.

이 값은 소자 손상 임계 에너지보다 커서 방전 경로를 차단해야 함을 보여 준다.

방전 형태 비교

방전 형태는 전하가 흘러나오는 경로와 속도에 따라 세 가지로 나뉜다.

인체 방전은 대전된 작업자, 기계 방전은 장비와 공구, CDM은 소자 자체가 방전원이다.

방전 형태마다 전류 특성과 손상 위치가 달라 대책도 달라진다.

현장에서는 인체 방전 대책만으로 부족하므로 장비와 소자까지 관리한다.

정리와 직접 풀기

마지막으로 답안에서 채점 포인트를 정리한다.

발생 기구와 방전 피해를 나누어 쓰고, 대책을 두 단계에 연결한다.

접지 스트랩의 전류 제한 저항은 활선 접촉 시 감전을 막기 위한 것이다.

이 두 가지를 기억하면 답안의 논리가 탄탄해진다.