제1장 가공원리 개요

대단위 집적(VLSI : Very Large Scale Integration)이라는 것은 일련의 트랜지스터들을 물리적으로 한곳에 모아놓는 것을 말하는 것으로, 이를 위해서는 첫째, 개별적인 트랜지스터를 만드는 기술 둘째, 개별적인 트랜지스터들을 전기적으로 분리할 수 있는 기술, 그리고 마지막으로 우리가 원하는 대로 분리된 개별 트랜지스터들을 연결하여 회로를 형성하는 기술 등 세가지의 기술이 확보되어야 한다. 개별적으로 트랜지스터를 만드는 기술은 크게 세 가지로 나눌 수 있는데 박막 형성기술, 사진 식각기술 그리고 에칭기술이다. 기본적으로 트랜지스터는 이 세 가지 공정을 반복하여 완성한다. 약 600 마이크론 두께의 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 트랜지스터들은 MOS의 경우는 LOCOS (Local Oxidation of Silicon) 공정에 의해 형성되는 소위 field oxide에 의해 전기적으로 절연되며 bipolar 트랜지스터의 경우는 np 또는 pn 접합의 형성에 의해 전기적으로 고립된다. 이렇게 고립된 트랜지스터들의 연결은 트랜지스터들 위로 절연막 (주로 실리콘의 산화막)을 형성한 후 contact 이라고 불리는 구멍을 형성한 다음 금속 (주로 알루미늄) 박막을 증착하고 가느다란 선의 형태로 에칭 해 냄으로써 연결을 이루게 되어 회로를 구성하게 되는데 이렇게 트랜지스터의 연결까지도 일련의 공정에 의해 만들어진 것을 미세전자회로 (micro-electronic circuits)라 부른다. 1949년 반도체를 발견한 연구자들도 노벨상을 받았지만 트랜지스터들을 연결하는 metalization 기술을 개발한 shockley도 노벨상을 받았다.

By combining crystal growth, wafer preparation  and repeated use of oxidation, diffusion, CVD, ion implantation, photo-lithography etc, almost any device structure in Si can be fabricated. The intent of this course is to study the physics and technology of these process steps and to learn to design a process to fabricate the sophisticated integrated device structure.

게르마늄에서 반도체의 전기적 특성을 발견한 1949년 이래로, MOS 구조에서 트랜지스터의 중요한 전기적 특성인 스위치 기능을 최초로 생각하였지만 산업적으로는 바이폴라 트랜지스터가 먼저 만들어졌다.  확산 공정이 주된 공정인 바이폴라와는 달리 MOS 트랜지스터는 박막가공이 주된 공정이다. 1950년대의 집적 공정 초기에는 박막가공 기술이 그다지 발달되지 않았으며 확산 공정의 경우는 적절한 온도를 나타낼 수 있는 furnace 만이 주요 장비이므로 MOS 트랜지스터 보다는 바이폴라 트랜지스터가 산업저긍로 성공할 수 있었다. 하지만 박막가공 공정의 발달로 1960년대에 들어서서는 MOS 트랜지스터가 산업적으로  만들어 지기 시작하였다. MOS 트랜지스터는 소위 self isolation 에 의해 바이폴라에 비해 직선적으로 7배나 작게 만들 수 있으므로 집적에 유리하다. 따라서 집적도의 향상에 발맞추어 바이폴라 대신에 MOS 트랜지스터의 개발이 급속히 전개되었다.

MOS트랜지스터는 PMOS 와 NMOS 두가지가 있다. PMOS는 hole 에 의해 스위칭 역할을 하는 것으로 electron에 의해 스위칭하는 NMOS 에 비해 반응속도가 약 3배 이상 느리기 때문에 당연히 NMOS의 개발을 목표로 하였으나 NMOS는 만드는 대로 short 현상이 일어 산업화에 실패하였다. 나중에 밝혀졌지만 이는 청결유지에 실패한 때문이였다.

Questions :

1. DRAM의 집적에서 집적되는 트랜지스터의 개수만을 평가하고 그 면적에는 평가 기준이 없는 이유는 무엇인가

2. 전자회로를 이루는 여러 가지 요소들 중에서 트랜지스터의 수를 집적 수준의 기준으로 삼는 이유는 무엇인가

3. 산업적 차원에서 DRAM 과 LCD 의 같은 점과 차이점은 무엇인가

4, 왜 일본, 우리나라만이 DRAM 과 LCD를 생산하게 되었는가

5. 지금 미국을 비롯한 유럽 선진국 등에서 OLED 를 생산하고자 하는 이유는 무엇인가

6. LCD에서 active matrix 와 passive matrix의 성능 면에서의 차이는 무엇인가

7. Active matrix LCD 의 경우 왜 poly TFT를 활용하지 않는가

8. 만약 single crystal TFT 가 가능하다면 지금의 휴대폰과 무엇이 달라지     는가