이책은교양서같기도하고전문서같기도하지만,누구나상식적인과학지식만가지고있다면읽을수있는교양서입니다.
이책은크게세부분으로나뉩니다.Part1에서는반도체라불리는집적회로가무엇인지를설명하고집적회로를구성하는소자들을소개했습니다.소자의작동원리를이해하는데필요한배경지식인물질의전기전도도,실리콘반도체의성질,MOS트랜지스터와커패시터의원리가쉽고친절하게설명되어있습니다.
DRAM,NAND플래시메모리,시스템반도체를집적하는일은건물축조와유사한점이많습니다.이에착안하여Part2에서는건축과아키텍처의중요성을드러내며집적화개념과과정을소개하였습니다.이를통해집적회로를조망할수있는안목을제공하고자했습니다.그리고마지막장에서반도체의미적아름다움을생각하며잠시쉽니다.
Part3에서는반도체제조법을다루었습니다.집적회로의층을구성하는박막형성방법,빛을이용하여패턴을새기는포토리소그래피와물질을깎아내는식각공정등을소개했습니다.또한적절한곳에서공정에필요한장비,부품,소재와이와관련된기업들도실었습니다.교양서이지만반도체관련실무와투자에실질적인도움이되는부분입니다.
책속에서
이렇게반도체는전기전도도측면에서의물질표현인데,전자기기내에서핵심적인역할을수행하는메모리반도체,시스템반도체등전자소자들을통칭하는용어로사용되고있습니다.하지만이들을지칭하는보다적합한용어는‘집적회로(integratedcircuit)’입니다.예전에는이명칭을많이사용했는데,언제부터인가그냥반도체라고부르는경향이강해졌습니다.앞으로알게되겠지만,집적회로에는반도체만쓰이는것이아니라도체와부도체도사용되기때문에엄밀히따지자면집적회로를반도체로칭하는것은적절치않습니다.그럼에도불구하고집적회로는반도체에서비롯됐고호칭의어감도편해서집적회로보다는반도체를선호하게된것으로보입니다.
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앞쪽에실린DRAM단면사진을다시봅시다.이는1장에서제시했던것과동일한사진입니다.그때는이그림을전혀이해할수없었을것입니다.그렇지만지금은어떤가요?축하합니다!이제이그림이눈에들어온다면여러분의반도체실력은크게발전했다고말할수있습니다.이말은진심입니다.반도체관련기업에취업한분들도전체아키텍처를이해하는데까지시간이꽤걸립니다.다양한업무를통해체득한종합적인반도체지식이필요하기때문입니다.
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집적회로의미술적매력은3차원아키텍처에서더확실히드러납니다.앞에서집적회로제조에관한여러내용을건축에비유하여설명했습니다.건축은미술의한분야라고할수있을정도로미술과깊게연결되어있습니다.건물축조에는역학등공학적요소가우선고려되지만,사람들이활동하는공간이기때문에아름다움과기능성도그에못지않게중요시여깁니다.그런데건축에서와같이집적회로의아키텍처도상당한조형미를가지고있습니다.다만,건축과분명한차이는건축은설계단계부터미적요소를감안하지만,집적회로는오로지기능과생산성만극한으로추구한다는것입니다.그럼에도불구하고그결과물에는상당한조형적아름다움이있습니다.
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W는원자번호가74번으로엄청무겁습니다.주기율표에서원자번호가클수록무거운원소인데,13번Al에비해약7배,29번Cu에비해약3배무겁습니다.어릴적가지고놀던유리구슬만한크기로W구슬을만들어손바닥에올려놓으면그무게때문에깜짝놀랄수있습니다.
신기한점은그럼에도불구하고W에F가결합하여WF6가되면상온에서기체상태로있다는것입니다.이정도무거운원소를포함하면서도기체인전구체는찾아보기어렵습니다.날개달린불소(F)여섯천사가텅스텐(W)원자를줄에매달고날아다니는것은아닌가싶을정도입니다.그러고보니WF6분자모습이그렇게보이기도합니다.우연인지필연인지는모르겠으나이는반도체산업에상당한축복입니다.이렇게훌륭한WF6는당연히대표적인반도체용가스중에하나입니다.
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그런데이Cu배선공정에부여된특별한명칭이있습니다.이를‘damascene’공정이라고합니다.단어의발음이좀어려운데,우리말로소리나는대로표기하면‘다마신’입니다.그리고영한사전에서뜻을찾아보면‘상감법’이라고나옵니다.상감법하면떠오르는것이있습니다.그렇습니다.바로고려청자입니다.위의상감청자처럼표면을예리한도구로파낸다음,다른색의흙을매립하여문양을입히는기법이다마신과같습니다.
반도체제조공정의첨단전기도금법은구식기술에서유래되었으며,배선형성과정은고려시대청자제조기법과연결되어있습니다.이렇듯전기도금법에의한Cu다마신공정은재미있는성격을지니고있습니다.
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메모리반도체든시스템반도체든집적회로제조기술의발전은칩축소기술의고도화와궤를같이합니다.선폭을줄이기위해서는진보된포토리소그래피기술이뒷받침되어야하는데,문제는기존에사용하던
노광장비로선폭의미세화를진행하다보면어느시점에한계에부딪치게된다는것입니다.이한계는분해능(resolution)의제약을의미합니다.
앞장에서살펴보았듯이이를극복하기위해서는더짧은파장의빛을적용하고더많은빛을수용할수있는방법을찾아야합니다.따라서‘노광기술의발전’은‘파장이작은광원을채용하고높은개구수를지니는장비의개발’과거의동일한뜻이됩니다.
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재미있는점은PR스트립공정이연소과정과같다는것입니다.연소는물질이산소와반응하면서다량의열과빛을발하는현상을말합니다.우리가나무를태울때목격하는바로그현상입니다.나무는유기물이므로주로탄소와수소로구성됩니다.고열을가하면나무의탄소와수소가대기중산소와결합하여열과빛을내며연소됩니다.이러한점에착안하여PR스트립공정을‘감광막을연소시켜재로만든다’는의미로‘산소플라즈마애슁(O2plasmaashing)’이라고도부릅니다.
O+는식각막에거의영향을주지않습니다.즉,식각막은태우지못합니다.따라서감광막만선택적으로제거할수있습니다.이런장점덕분에산소플라즈마애슁방식을감광막제거에사용합니다.
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이러한문제를피하고자현재는오른편그림에묘사되어있는‘매엽식(singlewafer)스핀세정법’을주로사용합니다.이방식은감광막도포를위한스핀코팅과비슷합니다.다만세정공정이기에코팅액이아니라세정액을뿌려주면서기판을회전시켜공정을실시합니다.웨이퍼표면에서세정을마친용액은이탈하여배출되기때문에오염물재흡착의염려도없고이물질제거능력도우수합니다.우리가손을씻을때세면대에물을받아놓고하는것보다수도꼭지를틀어놓은채흐르는물에씻는것이더깨끗한세척이되는이치와동일합니다.
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