대학생을 위한 과학·공학 입문서

서문

제1장 물질의 구조와 성질
1. 물질의 구조
2. 원자간 결합
3. 물질의 상태와 상전이
4. 결정 특성

제2장 결함과 물성
1. 결함의 생성과 종류
2. 점 결함
3. 선 결함
4. 면 결함
5. Volume Defect

제3장 Si 단결정 성장
1. 단결정 성장 이론
2. Si 단결정 성장
3. Si 단결정 가공

제4장 반도체 공정
1. 반도체 공정
2. 산화공정
3. 포토공정
4. 식각공정
5. 이온주입공정
6. 박막 증착공정
7. 금속배선공정
8. EDS 공정
9. 패키징공정
10. 반도체 미래

제5장 수동부품
1. 수동 소자의 전기적 특성
2. 저항기(Resistor)
3. 인덕터(Inductor)
4. 커패시터(Capacitor)

제6장 반도체 소자
1. 반도체 개요
2. P-N 접합(Diode)
3. 트랜지스터(Transistor)

제7장 전기전자 부품
1. 태양전지(Solar Cell)
2. 연료전지(Fuel Cell)
3. 2차전지
4. 디스플레이

제8장 PCB와 Module
1. PCB(Printed Circuit Board)
2. Module

부록 자율주행
1. 자율주행(Autonomous Driving) 개요
2. 자율주행 기술
3. 자율주행과 문명

참고문헌

2. 산화(Oxidation) 공정

반도체가 라인에 투입되면 가장 먼저 하는 것이 열산화를 통해 웨이퍼 표면을 전부 산화해서 표면 오염을 제거하는 공정이다. Si 기판에서 산소 주입하고 고온에서SiO2를 만드는 산화 공정을 수행하는 이유는 전기적으로 화학적으로 산화막이 안정하기 때문이다. 건식 산화의 O2나 습식산화의 H2O가 기판의 Si과 반응해서 생기는 SiO2 산화막을 이룰 때의 치환비는 0.46:1이다. 즉, 1um의 SiO2 산화막을 얻기 위해서는 0.46um의 기판 Si이 소모된다. 산화 과정에서 소모된 Si은 표면에 있던 불순물(surface impurity)이나 오염(contaminant)들의 결함이 SiO2에 포함되면서 사라지게 된다. 오염물이나 결함은 반도체 소자의 성능 열화를 야기할 수 있다. 12" Si 기판의 두께(thickness)는 775um이고, 전 공정에서 소자에 사용되는 두께는 0.5um 이내이다. 기판의 목적은 잘 작동하는 반도체 소자를 만드는 것이 주 목적이지만, 기판 용도 중의 하나는 소자를 안정하게 지지하는 역할도 있다.

SiO2 산화막 비저항이 1020Ω.cm로 크고, band gap이 9eV로 큰 절연체이기에SiO2를 형성하는 경우, 회로와 회로 사이에 누설 전류가 흐르는 것을 막을 수 있는 절연체로 활용하는 것이다. 또한 고압까지 견디는 내전압 특성도 우수하다. 소자간 절연막(insulator)으로 많이 사용된다. 이온주입의 마스크로도 사용된다. 소자와 소자를 분리하기 위해서 LOCOS(Local Oxidation Of Silicon) 공정이 사용되기도 했었다. LOCOS의 새부리(bird’s beak) 모양에 따른 문제와 집적도 증가한 지금은STI(Shallow Trench Isolation) 공정이 사용된다.

​SiO2 산화막은 불산(HF) 용액을 제외하고는 안정해서 식각 방지막으로 사용될 수 있어서 SiO2로 덮인 영역과 그렇지 않은 영역의 선택적 식각이 가능하다. 즉 etching 선택비가 높다. SiO2 산화막은 이온주입 경우 주입되는 B(boron), P(phosphorus), As(Arsenic) 등의 dopant에 대한 확산 저항성이 매우 커서, 주입 원소에 대한 확산 방지와 함께 다른 곳으로 주입이 안 되도록 하는 마스크 기능도 한다. SiO2 산화막은 안정해서 Si의 표면의 미결합으로 활성화된 dangling bond를 없애서 안정적 웨이퍼 표면을 제공한다.