반도체 제조 및 반도체에 대한 개요
반도체는 무기 또는 유기 재료로서 화학 구조, 온도, 조명, 그리고 도핑물의 존재에 따라 그들의 전도성을 조절할 수 있습니다. ‘반도체(semiconductor)’라는 명칭은 이 재료들이 금속(예: 구리, 금 등)과 절연체(예: 유리) 사이의 전기 전도도를 가지고 있다는 사실에서 유래합니다. 이들은 4eV(약 1eV) 미만의 에너지 갭을 가지고 있으며, 고체 물리학에서 이 에너지 갭 또는 밴드 갭은 전자 상태가 금지된 곳으로, 전도대와 가전자대 사이의 에너지 범위입니다. 전도체와는 달리 반도체의 전자는 밴드 갭을 넘어 전도대에 도달하기 위해 에너지(예: 이온화 방사선)를 얻어야 합니다. 반도체의 특성은 가전자대와 전도대 사이의 에너지 갭에 의해 결정됩니다.
반도체 제조 과정
반도체는 ‘반도체 제조’ 또는 ‘반도체 팹리케이션’이라고 불리는 과정을 통해 주로 만들어집니다. 여기에는 다음과 같은 기본 단계가 포함됩니다.
결정 성장: 반도체 제조의 첫 단계는 순수한 실리콘 결정을 성장시키는 것으로, 이 결정은 나머지 과정의 기판으로 사용됩니다.
웨이퍼 준비: 결정을 성장시킨 후, 이를 얇은 웨이퍼로 절단합니다. 이 웨이퍼들은 표면 결함이나 불순물을 제거하기 위해 폴리싱됩니다.
포토레지스트 코팅: 웨이퍼 표면에 얇은 포토레지스트 재료층을 적용합니다.
포토 마스킹: 포토 마스크를 웨이퍼 위에 놓고, 전체 조립체를 자외선에 노출시킵니다. 포토레지스트 재료는 빛에 반응하여 웨이퍼 표면에 패턴을 만듭니다.
식각: 화학 용액 또는 플라즈마를 사용하여 포토레지스트에 의해 보호되지 않은 부분의 실리콘 재료를 제거합니다.
이온 주입: 이온을 노출된 웨이퍼 영역에 주입하여 전기적 특성을 변경합니다.
열처리: 이온을 활성화하고 실리콘 결정 구조를 어닐링하기 위해 웨이퍼를 가열합니다.
증착: 화학 기상 증착 또는 기타 방법을 사용하여 웨이퍼에 박막 재료층을 증착합니다.
포토리소그래피: 포토레지스트를 제거하고 웨이퍼에 새로운 포토레지스트 층을 코팅합니다. 이 과정은 웨이퍼에 추가적인 패턴화된 재료층을 만들기 위해 반복됩니다.
다이싱 및 패키징: 모든 층이 완성되면, 웨이퍼는 개별 칩으로 절단되고 전자 장치에서 사용하기 위해 패키지로 포장됩니다.
반도체 제조 과정은 매우 자동화되어 있으며 정밀하며, 하나의 칩을 만들기 위해 많은 단계가 수백 또는 수천 번 반복됩니다.
반도체의 유형
반도체는 그들의 전자적 특성에 따라 두 가지 기본 유형으로 분류될 수 있습니다:
내재 반도체: 이들은 순수한 반도체로서, 단일 원소(예: 실리콘, 게르마늄)로 만들어지며 의도적인 도핑이 없습니다. 내재 반도체는 가전자대와 전도대에 특정 수의 전자를 가지며, 가열될 때 일부 전자가 충분한 에너지를 얻어 그들의 결합에서 벗어나 전도대에서 자유 전자가 됩니다.
외재 반도체: 이들은 의도적으로 불순물을 도핑하여 전자적 특성을 변경한 불순한 반도체입니다. 외재 반도체는 두 가지 유형으로 더 분류될 수 있습니다:
p형 반도체: p형 반도체에서는 보론과 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이 불순물은 반도체 재료보다 적은 가전자를 가지고 있어, 가전자대에 “홀”(전자의 부재)이 생성됩니다. 이 홀들은 양전하 운반체처럼 전류를 전도할 수 있어, 이 재료에 p형 지정을 합니다.
n형 반도체: n형 반도체에서는 인과 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이 불순물은 반도체 재료보다 많은 가전자를 가지고 있어, 전도대에 과잉 전자가 생성됩니다. 이 과잉 전자들은 음전하 운반체처럼 전류를 전도할 수 있어, 이 재료에 n형 지정을 합니다.
