"산화" 단계에서는 웨이퍼 표면에 산화막(SiO2)이 형성됩니다. 웨이퍼는 반도체 공정에서 가장 중요한 소재입니다. 산화막은 웨이퍼 표면을 불순물로부터 보호하며, 다음 단계는 반도체 회로를 설계하는 것입니다.

반도체 칩의 회로는 어떻게 생겼나요? 함께 배워봅시다!

마이크로 반도체 칩에는 수천 개에서 수백만 개의 전자 부품(다이오드, 트랜지스터, 커패시터, 저항)이 들어 있습니다. 이러한 반도체 집적 회로는 어떻게 만들어질까요? 먼저 반도체 개발의 역사를 간략히 살펴보겠습니다.

트랜지스터: 전자 혁명의 시작

1947년 미국 최대 통신회사인 AT&T(American Telephone and Telegraph)의 중앙 연구 시설인 벨 연구소의 연구원들이 트랜지스터를 발명했습니다. 이 발명품은 처음에는 "증폭기"라고 불렸고 나중에는 트랜지스터로 이름이 바뀌었습니다.

트랜지스터는 전자 제품의 핵심 부품으로 빠르게 자리 잡았습니다. 하지만 기술의 발전으로 전자 제품은 점점 더 다양한 기능을 탑재하기 시작했습니다. 이로 인해 트랜지스터와 저항기부터 다이오드와 커패시터에 이르기까지 상호 연결해야 할 부품의 수가 기하급수적으로 증가했습니다. 이러한 접점은 대부분의 제품 고장의 원인이 되기도 했습니다.

1958년에 Texas Instruments(TI)의 엔지니어 Jack Kilby가 솔루션을 개발했습니다. 복잡한 전자 부품은 소형화되어 작은 표면에 회로로 인쇄됩니다. 이러한 회로가 서로 쌓여 집적회로(IC)가 탄생합니다.

집적회로(IC): 전자공학의 혁명

반도체 집적 회로(IC)를 구성하는 트랜지스터, 저항기, 다이오드, 커패시터는 서로 연결되어 전기 신호를 계산하고 저장합니다.

각 부품의 기능을 자세히 살펴보겠습니다. 트랜지스터는 전원 공급 장치를 열고 닫는 스위치 역할을 하고, 커패시터는 전하를 축적하고 저장합니다. 저항은 전류를 조절하고, 다이오드는 신호 균일성을 유지합니다.

반도체 집적회로는 모든 회로 부품을 복잡하고 복잡한 다층 패턴으로 집적하여 제조됩니다. 이러한 복잡한 회로는 손으로 그리는 것이 불가능하므로 사진 이미지를 현상하는 것과 유사한 방법이 사용됩니다.

집적회로의 발달은 반도체 산업의 발전을 촉진했다. 개별 구성 요소를 수동으로 연결하는 것에서 집적 회로로 전환하면 제품 폼 팩터가 더 작아지고 전력 소비가 낮아지면서 데이터 처리 속도가 빨라졌습니다. 포토리소그래피 기술을 사용한다는 것은 반도체 IC가 안정적이고 대규모 생산에 유리하다는 것을 의미했습니다.

1960년대, 벨 연구소의 한국계 미국인 엔지니어였던 고(故) 다원 강 박사와 마틴 아탈라는 "MOS-FET"(금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터)를 개발했습니다. 집적 회로는 이때부터 진정한 빛을 발하기 시작했습니다.

MOS-FET는 제조가 어렵고 전력 소모가 많은 기존 바이폴라 접합 트랜지스터의 한계를 해결했습니다.

60년 동안 반도체는 트랜지스터에서 집적 회로 및 MOS-FET로 발전했습니다. 앞으로의 더 많은 혁신이 기대되고 기대됩니다. 

다음 기사에서는 에칭 공정을 사용하여 이렇게 복잡하게 설계된 회로를 웨이퍼에 그리는 방법을 소개하겠습니다.