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오늘은 지난시간에 이어서

어떻게 반도체의 복잡한 회로가 조그만 소자하나로 구현이 될 수 있는지

기구적인 모습과,

웨이퍼 위에 전기적인 성질을

띄게끔 만드는 과정이 어떻게 이루어지는지 배워볼 시간입니다.

먼저 기구적인 모습을 먼저 공부해볼까요.

지난 시간에 배웠듯

요런 형태의 실리콘 가공된 덩어리가 얼마나 많아야

반도체로서의 역할을 수행할까요?

서두에 말씀드렸던.

'어떻게 반도체의 복잡한 회로가 조그만 소자하나로 구현이 될 수 있는지'

이에 대한 해답은 구조적인 부분에 있습니다.

반도체 공정중 웨이퍼 생성부터 식각공정에 이르기까지 일련의 과정을

여러번 반복하는건데요. 

정리하면 이렇습니다.

1. 실리콘 위에 박막(얇은막) 을 입히고,

2. 포토 공정을 수행하고(회로 패턴을 그리는 공정이었죠?)

3. 식각공정을 수행합니다(회로 패턴을 선택적으로 제거하는 과정이었죠)

이런 과정을 여러번 반복해서

쌓고 또 쌓는겁니다.

형태로 나타내보면 이렇습니다.

여기서 절연부라고 명명된 이부분이

바로 박막이라는 것인데.

박막은 그림에서 보듯 전기적으로 연결되야 하는 

연결부를 제외한 나머지를 절연처리 해주는 기능을 수행합니다.

원하는 기능을 구현하기 위해서 어떤 회로는 살리고

어떤회로는 죽여야 되니까요.

게다가 오염 물질로부터 내부를 보호해주는 역할을 수행하기도 합니다.

우리는 이렇게 박막을 씌워주는 과정을 증착이라 표현합니다.

구조적인 부분을 이해했다면 다음은

전기적인 성질을 띄게하기 위해서 뭘해야되는지 배울 차례죠?

반도체 위에 길을 만들고.

길위에 강제로 이온을 주입시켜 전기적인 성질을 띄게끔 만드는 것을

이온 증착이라고 일컫습니다. 

 이온? 이라고 설명하니 어려울 수도 있겠네요.

사실은 회로이론 기초를 공부하면서 배웠던 내용입니다.

이온의 사전적 정의는 다음과 같습니다.

모든 물질이 원자 단위로 구성되어있다는 상식 정도는

초등학교 과학시간에도 배우는 내용이니 모두들 아실거라 보고.

어떠한 원자는 사실

자연상에서는 전기적인 성질을 띄지 않다가

어떠한 이유로 인해 자유전자가 이탈하게 되면 비로소 전기적인 성질을 띄게 되죠.

전자가 이탈할 수 있는 이유는 여러가지인데.

원자핵인 양성자와 중성자는 엄청 무거운 반면

자유전자는 빠르고 가볍습니다.

위 그림상 보면

회색이 전자.

빨간색이 양성자

파랑색이 중성자라 보시면 되겠습니다.

어쨋든...

어떤 외부의 자극이 주어졌을때

쉽게 제자리를 이탈하고 전기적인 성질을 띄게되는 것이죠.

웨이퍼라는 물질은 규소로.

전기적인 성질을 띄지 않습니다.

이탈하지 않은 자유전자와

중성자, 그리고 양성자의 합이 0으로

전기적인 성질을 띄지 않는 물질입니다.

자세히 들어가게 되면 옥텟규칙까지 설명해야하는데.

여기서 옥텟규칙은 화학분야로 넘어가기 때문에

일단은 생략하겠습니다.

궁금하신분은 댓글 남겨주시면 답변드리도록 할게요.

무튼 실리콘의 중성적인 특징 때문에 반도체에는

강제로 전기적인 성질을 가지도록 이온을 주입해주어야 하는데

쉽게 설명하면

이온은 '+' 와 '-' 상태 총 2가지 상태가 유의미한 상태라고 볼 수 있죠.

'+' 상태라는건

원자에서 자유전자가 많이 이탈한 상태일것이고

'-' 상태라는건

원자에서 자유전자가 많이 들어온 상태이겠죠.

우리는 '+' 상태를 Postive의 약자인 (P)로 표현하고

'-' 상태를 Negative의 약자인 (N)으로 표현합니다.

때문에 이온을 뭘 넣어주었냐에 따라서

P형 반도체인지 N형 반도체인지가 구분되죠.

이건 나중에 자세히 설명할 기회가 있겠네요!

어쨋든 규소라는 전기가 통하지 않는 순수한 화학물질에

이온을 강제로 주입하는 공정이 마치

불순물을 투입하는 과정과 비슷한데.

반도체라는 건.

사람의 필요에 따라 제.어.가.능.한

전기를 흐를수도 있고 안흐를수도 있는 물질이기에

순수하게 자연에서 존재하는 물질이 아닙니다.

사람이 인위적으로 만든 것이죠.

이번 시간에는 이온이 주입되어 전기적인 성질을

성질을 띄게 된 반도체끼리

어떻게 회로를 이어줄 수 있는지에 대해 공부해보겠습니다.

지난시간에 이어

오늘은 포토공정에 대해서 알아보기로 해요.

포토공정이라는 단어표현은

마치 밑그림을 새기는 작업이

사진을 현상하는 부분과 비슷하다고 해서 붙여진 이름이라고 합니다. 

지난시간에

산화막에 덮인 웨이퍼를 살펴보았죠.

이처럼. 산화막이 입혀진 웨이퍼 위에 회로도의 모습을 새기는 과정을

포토공정이라 합니다.

지난시간에 배운 부분을 보면.

실리콘 표면에 균일하게 산화막이 형성되어

실리콘 표면을 보호한다 하였습니다.

이러한 표면에 회로 패턴을 그려주게 되는데

회로패턴을 그리는 과정은 사람이 일일히 손으로 새길 수 없기 때문에

다른 방법을 사용합니다.

먼저 엔지니어들이 웨이퍼 위에 그려넣을 회로를 설계하겠죠.

보통은 컴퓨터로 회로를 그리고, 그려진 도면을 바탕으로

수많은 소자들이 서로 상호작용하여 반도체가 완성됩니다.

그다음.

산화막 위에

감광액을 뿌립니다.

감광액(Photo Resist)은 빛에 민감하게 반응하는 물질로서

감광액에 빛을 조사하면 빛이 닿은 부분에 길이 생기는

특징을 지녔습니다.

정밀한 감광액 도포와 얇고 균일해야 하기 때문에

굉장히 하이테크죠...

그다음은 빛을 조사하기 위해 선택적으로

회로를 그려주는 과정을 위해 제작하는 일종의 JIG입니다.

JIG란, 원하는 물건을 제작하기 위해 특수 제작된

맞춤형 도구 입니다.

이러한 JIG를 마스크라고 불르고

마스크를 통해 빛을 조사하면

마스크가 가려주는 부분 외의 회로가 선택적으로 

그려집니다.

이런식인거죠.

흑백사진 인화 과정과 비슷하게 이루어집니다.

이렇게

선택적인 회로를 형상한 웨이퍼 역시

아직 부도체 입니다.

회로를 그려넣었다는 말은

전기를 통하는 상태로 만들었다는 의미가 아닙니다.

전기를 통하게끔 만드는 공정은 조금 더 뒤에있습니다.

무튼. 이렇게 회로를 그려넣는 작업을 마치고나면

광학 현미경을 통해서 제대로 회로가 그려졌는지를 확인하는 과정을

거쳐서

다음공정으로 들어가게 됩니다.

이부분은 다음시간에 포스팅하죠!

지난 시간에 이어서

오늘은 산화공정에 대해서 알아보는 시간을 간단히 가져봅시다.

지난시간에 배웠던 웨이퍼는

사실 날것 그 자체여서

반도체를 만들기에 적합한 상태는 아닙니다.

앞으로 처리할 남은 반도체 제작 공정에

적합한 상태를 만들어주기 위해 진행하는 공정이 바로

산화공정 입니다.

산화라는 용어는 익히 들어 아실겁니다.

여러가지 의미가 있으나

여기에서는 어느 물질을 산소화 화합하는 공정 정도로 이해하시면

좋겠습니다.

웨이퍼 표면에 산소나 수증기등을 뿌려서, 균일하게 산화막을

형성해주는 것이죠

반도체에 산화막을 입힌다니 잘 이해가 안가고 뜬구름 잡는 이야기 같지만

산화현상을 찾아볼 수 있는 예는 아주 많습니다.

철은 산소와 만나면

녹이슬게 되죠.

이러한 녹이 스는 것과 같은 이치로 산화막이 형성된다 보시면 됩니다.

웃자고 하는이야기 이지만

느낌상 프로토스 실드를 생각하시면 좋을 것 같습니다.

이렇게 형성된 산화막은 반도체 제조 과정에서 웨이퍼 표면을 보호하는

역할을 수행하고,

앞으로 프린팅될 회로사이에 발생할 수 있는 누설전류를 막아주는

역할을 수행하게 됩니다.

또한 공기중에 떠다니는 오염물질이나 화학물질같은 불순물이

실리콘에 침투하게되는 경우 비저항이나 전도율을 변화시킬 수 있기 때문에.

전기적인 특성이 떨어지는 결과를 초래하는데 이를

막아주는 역할도 수행하죠.

결국 산화공정의 목적은

웨이퍼를 코팅해주는 역할로서 웨이퍼 본연의 모습을

잘 지켜주면서 보호막을 씌운다 정도로 이해하시면 좋겠습니다..

이러한 산화막을 형성하기 위해 채택하는 방식에는 여러가지가 있습니다만.

보통은 고온에서 웨이퍼에 산화막을 형성하는 방식을 채택합니다.

열산화 방식이라고 표현하며

크게 건식과 습식으로 나뉘게됩니다.

건식산화는 산소만을 이용하여 박막을 형성할때 쓰이고,

습식산화는 산소뿐만아니라 수증기까지 사용하기 때문에

건식보다는 두꺼운 박막을 형성할수 있습니다.

상식적으로 생각해보았을때

습식이 건식보다 두껍기 때문에

동일한 산화막을 형성하기 위해서는

건식을 사용하는 경우에 보다 더 많은 시간이 필요하겠죠.

다만 전기적인 특성이 매우 훌륭하다는 점은

간과해서는 안됩니다.

이렇게 웨이퍼 표면에 이쁘게 산화막이

형성되면 그다음은 포토 공정으로 넘어갈 차례인데.

다음 포스팅에서 이야기 이어가겠습니다.