이전 내용에서 헷갈렸던 내용을 좀 더 짚고 가 보자면 회로 설계(F/E)는 논리적 설계, 레이아웃 설계(B/E)는 물리적 설계에 해당한다. 레이아웃 기반 마스크를 제작하고 공정 레시피를 만든다.

공정은 반도체의 제조 과정을 일반적으로 일컫는 말이다. 반도체는 크게 4대 공정이다.

1. FAB / 2. EDS / 3. ASS'Y = PKG / 4. TEST

1) FABrication(FAB): 실리콘 웨이퍼에 막질을 쌓거나 깎아 회로를 그려 넣는 과정

2) Electical Die Sorting(EDS): 웨이퍼 완성 단계 개별 칩들의 전기적 동작 여부 검사하는 과정

3) Packaging(PKG): 웨이퍼를 칩 단위로 잘라서, 패키지 형태로 만드는 과정

4) TEST: 제작된 반도체 칩의 동작 여부를 검사하기 위해 test board에 chip을 실제로 꽂아서(실장; 실제로 장착)하여 검사한다.

 

 

단위 공정은 wafer의 물리/화학적 특성을 변화시키는 최소한의 공정이다. 이것이 8개 공정이 있는데 이걸 보통 많이들 8대 공정이라고 일컫는다.

Photo	노광
Etch	식각
CVD PVD	CVD: 화학 기상 증착, 부도체 막질을 만드는 데에 사용 PVD: 스퍼터링, 이베포레이션 등으로 도체 막질을 만드는 데에 사용
Clean CMP	Clean: 물이 아니라 산, 알칼리 사용해서 세정 CMP: 연마 과정
Diffusion IMP	Diffusion: 확산, 산화 공정 IMP = Implant 공정: 이온 주입 공정이다.

[1. Photo 공정(패터닝)]

 

Photo 공정(패터닝)은 PR Coating -> (Mask 정렬) -> Exposure(노광) -> Develop(현상)이라는 3개의 주요 모듈로 이루어져 있다. (옛날 사진 현상할 때 액체에 넣는 거 생각하면 된다.)

 

 

1) PR Coating

- 대부분(90%) Positive-PR 사용, 식각에 더 강하게 하고 싶으면 Negative-PR 사용

 

산화층 -> 게이트층 위에 PR 도포

 PR Coating하면 가장자리에 PR 뭉친 곳 생기는데 Solvent나 Oprical Method로 제거한다.

 

 

2) Mask Align

감광될 층(아까 감광제 도포한 층) 위에 -> 패턴 마스크(보통 Quartz)를 Align

 

3) Exposure 노광

         

 

- Stpper 방식: 칩 하나 Shot 찍고 다음 칩 Shot... 또 이동해서 Shot... 이렇게 step을 옮겨가며 찍는다

- Scanner 방식: 복사기 빛이 종이 scan하는 거 생각하면 되는 거 한 줄씩 스캔하면 느리지 않나? -> pattern mask와 wafer가 반대로 움직이면서 속도 빠르게 한다

 

4) Develpoment 현상

 

 

 

오늘은 빡공스터디를 통해 [엔지닉X윈스펙] 반도체 공부법 강의를 듣고, 반도체 이론 완성편 도서를 공부해 보기로 했다.

오랜만에 반도체 소자 내용을 되짚어 보니, 과거에 배웠던 것들이 떠오르면서 머릿속에 정리되는 느낌이 들었다. 특히 MOS Cap. 이후로의 개념이 부족했는데 MOS Cap과 MOSFET이 헷갈렸는데 해당 부분에 대한 설명이 잘 나와 있어서 좋았다. MOS와 MOSFET에 부분적으로 모르는 개념들이 있었고 SRAM, DRAM 이후부터는 모두 모르는 내용이라 고급 소자에 대해 공부할 필요성을 느낄 수 있었다.

 

열평형 상태에서 페르미 준위가 같은 건 알았는데 그게 캐리어가 이동하면서 되는 건 줄 몰랐다. 페르미 준위는 왜 캐리어가 이동하면서 되는 걸까... 그리고 비평형 상태에서는 왜 페르미 준위가 같지 않게 될까?

 

PN 접합으로 알아 보자.

(다이오드는 정류 작용을 하므로 능동 소자이다.)

 

열평형(thermal equilibrium) = “시스템 전체가 하나의 온도에서 더 이상 ‘순’ 이동으로 에너지를 얻을 수 없는 상태

(평형 상태에서는 접합을 통해 흐르는 Net 전류가 0이므로, 확산 전류와 표동 전류는 서로 정확히 상쇄된다.)

• 전자는 화학퍼텐셜이 높은 곳 → 낮은 곳으로 이동하려고 해.

: 전자의 에너지밴드니까 y축에서 올라갈수록 전자의 에너지가 높고 내려갈수록 정공의 에너지가 높다

접합하면:

1. 농도차 때문에 전자(n→p), 정공(p→n) 확산이 시작됨

2. 이동한 자리에는 이온화된 도너/억셉터가 남아서 공간전하(공핍층) 형성

3. 그 공간전하가 내부 전기장을 만들어서 드리프트를 유도함

4. 평형에서는

   • 확산 전류 = 드리프트 전류

   • 순전류 0

   • 이때 에너지 밴드가 휘어(band bending)지면서 => E_F는 “수평(같은 값)”이 됨

즉, “페르미 준위를 같게 만든다”는 건

• 

• 캐리어 이동 → 전하 재분포 → 내부 전위 형성 → 밴드 휨의 결과로

• 전기화학퍼텐셜이 평탄해진다는 뜻이야.

 

그럼 왜 비평형에서는 페르미 준위가 같지 않게 보일까?

비평형은 한 문장으로 말하면:

외부가 시스템에 계속 “에너지/캐리어”를 주입해서, 전체가 하나의 Fermi-Dirac 분포로 정리되지 못하는 상태

비평형에서는 외부 주입/여기 때문에 전체가 하나의 분포로 정리되지 못해 E_F 하나로 설명 불가, 그래서 E_Fn, E_Fp가 같지 않아서 갈라진다.