친절한 반도체

추천사

프롤로그

Part 1. 반도체란

반도체의 본명은 집적 회로
● 집적 회로란?
● 집적 회로의 탄생사
● 초고집적 회로

우리 주변의 반도체
● 메모리 반도체
● 시스템 반도체
● 반도체 기업의 분류

메모리 반도체의 기억법
● 디지털 정보 저장 방법
● DRAM의 정보 저장 원리
● 메모리 용량 가늠하기

전자가 움직이는 방법
● 수학의 언어적 속성
● 물질의 전기 전도도
● 전기의 흐름을 다루기 위한 기초 지식
● 물체 안에서 전자가 움직이는 방법

다이아몬드 탈을 쓴 실리콘
● 원자의 생김새
● 실리콘 원자와 결정 구조

실리콘 반도체
● 이동 전하의 생성과 움직임
● 실리콘 반도체
● 실리콘 반도체 기판(웨이퍼)

트랜지스터 이야기
● MOS 트랜지스터
● p-n 접합
● CMOS

커패시터 이야기
● 원자 분극
● 이온 분극
● 커패시터의 전하 저장 원리
● 커패시터의 전기 용량

Part 2. 반도체와 건축

DRAM의 건축학
● 집적 회로는 건축물이다
● DRAM의 건축법
● 집적 회로 건축법의 기초
● DRAM 건축하기

DRAM 건축 양식의 변천사
● 셀 트랜지스터 건축 양식의 변천사
● 셀 커패시터 건축 양식의 변천사

DRAM 건축 완공하기
● DRAM 셀 구축하기
● DRAM 건축 완공하기

NAND 플래시 메모리의 기억법
● 셀 트랜지스터의 구조
● 정보 저장 원리
● 다중 비트 저장하기

NAND 플래시 메모리의 건축학
● 기본 셀의 구조
● 셀 트랜지스터 수직으로 세우기
● 3D NAND 플래시 메모리 셀의 제조 과정

시스템 반도체의 건축학
● 변형된 Si 게이트 MOSFET
● 고유전 상수 게이트 MOSFET
● FinFET과 GAAFET
● 다층 배선의 특징
● 집적 회로 건축학을 마무리하며

반도체와 미술
● 집적 회로 아키텍처와 미술
● 수학과 추상화

Part 3. 반도체 제조법

열산화와 이온 주입
● 실리콘의 열산화
● 이온 주입
● 급속 열처리
● MOS 트랜지스터 제조 과정 되짚어보기

화학으로 박막 입히기
● 화학 기상 증착

화학으로 만든 박막
● 플라즈마 강화 화학 기상 증착
● 금속의 화학 기상 증착

원자 한 층씩 쌓아올리기
● 원자층 증착

당구와 상감 청자
● 물리 기상 증착
● 전기 도금

박막 장비, 부품, 소재
● 박막 장비와 부품
● 박막 장비, 부품, 소재 관련 기업

빛으로 패턴 새기기
● 빛 이야기
● 포토리소그래피
● 노광의 원리와 분해능

빛 새김 기술의 발전사
● ArF 액침 노광
● 다중 패터닝
● EUV 노광
● 포토리소그래피 장비와 소재 관련 기업

패턴 깎아내기
● 수직 식각
● 식각
● 식각 장비, 부품, 소재와 관련 기업

갈아내고 닦아내기
● 화학적 기계적 연마
● 세정

에필로그

이렇게 반도체는 전기 전도도 측면에서의 물질 표현인데, 전자 기기 내에서 핵심적인 역할을 수행하는 메모리 반도체, 시스템 반도체 등 전자 소자들을 통칭하는 용어로 사용되고 있습니다. 하지만 이들을 지칭하는 보다 적합한 용어는 ‘집적 회로(integrated circuit)’입니다. 예전에는 이 명칭을 많이 사용했는데, 언제부터인가 그냥 반도체라고 부르는 경향이 강해졌습니다. 앞으로 알게 되겠지만, 집적 회로에는 반도체만 쓰이는 것이 아니라 도체와 부도체도 사용되기 때문에 엄밀히 따지자면 집적 회로를 반도체로 칭하는 것은 적절치 않습니다. 그럼에도 불구하고 집적 회로는 반도체에서 비롯됐고 호칭의 어감도 편해서 집적 회로보다는 반도체를 선호하게 된 것으로 보입니다. (p.17)

앞쪽에 실린 DRAM 단면 사진을 다시 봅시다. 이는 1장에서 제시했던 것과 동일한 사진입니다. 그때는 이 그림을 전혀 이해할 수 없었을 것입니다. 그렇지만 지금은 어떤가요? 축하합니다! 이제 이그림이 눈에 들어온다면 여러분의 반도체 실력은 크게 발전했다고 말할 수 있습니다. 이 말은 진심입니다. 반도체 관련 기업에 취업한 분들도 전체 아키텍처를 이해하는 데까지 시간이 꽤 걸립니다. 다양한 업무를 통해 체득한 종합적인 반도체 지식이 필요하기 때문입니다. (p.168)

집적 회로의 미술적 매력은 3차원 아키텍처에서 더 확실히 드러납니다. 앞에서 집적 회로 제조에 관한 여러 내용을 건축에 비유하여 설명했습니다. 건축은 미술의 한 분야라고 할 수 있을 정도로 미술과 깊게 연결되어 있습니다. 건물 축조에는 역학 등 공학적 요소가 우선 고려되지만, 사람들이 활동하는 공간이기 때문에 아름다움과 기능성도 그에 못지않게 중요시 여깁니다. 그런데 건축에서와 같이 집적 회로의 아키텍처도 상당한 조형미를 가지고 있습니다. 다만, 건축과 분명한 차이는 건축은 설계 단계부터 미적 요소를 감안하지만, 집적 회로는 오로지 기능과 생산성만 극한으로 추구한다는 것입니다. 그럼에도 불구하고 그 결과물에는 상당한 조형적 아름다움이 있습니다. (p.214)