1탄에서는 가는방법과 가서 받는 물품 어떤 교육이 진행되었는지 봤다면

 

2탄에서는 교육을 받으며 느꼈던 생각이나 새로운 경험 위주로 포스팅 하겠습니다!

 

 

 

먼저 교육은 이론교육 후 실습교육으로 진행됩니다!

 

이론교육은 약 3시간 정도 진행됩니다. 각 파트마다 전반적인 내용 및 중요한 부분을 과외하듯 직접 하나하나 설명해주시기 때문에  저 처럼 반도체공정 수업을 듣지 않으신 분들도 유익한 수업이 될 거에요!!

 

 

먼저 반도체 교육은 이러한 CMOS를 만드는 과정의 수업을 진행합니다!!

 

 

 

 

 

CMOS를 만들기 위해서는 수업듣는 각각의 공정과정이 필수적이기 때문에  놓치지 않고 필기하며 수업을 따라갔습니다.

 

수업은 반도체공부를 5년이상 하신 석박사님들이 수업을 해주셔서 더욱 더 친근하게 수업을 들을 수 있었고 모르는 부분도 편하게 질문할 수 있었어요!

 

이번 공정교육을 듣기를 잘했다 생각한 부분은 지금 적을 Clean Room에서 각 공정에 진행과정을 볼 수 있었던 점 입니다!!

 

 

방진복을 입는 순서와 방법을 잘 알려주시고 인솔하에 클린룸에 들어가게 되는데요

 

방진복을 입은 모습입니다!!

 

포토공정이 진행되는 Yellow Room이 아니라면 휴대폰 사용이 가능해서 조교님의 허락을 구하고 사진을 찍어봤습니다.

 

실제로 대기업의 클린룸과는 다르겠지만 방진복을 입는과정과 에어샤워를 거쳐 HEPA Filter가 있는 클린룸으로 들어오기 까지 새로운 경험을 해볼 수 있었습니다!!

 

이곳이 에어샤워를 하는 장소입니다.

 

 

이곳은 클리룸 내부 통로입니다!! 분홍색 방진복을 입은 교육생들이 보이네요!!

 

 

조교님의 인솔하에 각 공정마다 웨이퍼가 어떤 과정을 거쳐 공정이 진행이 되는지 실시간으로 설명을 해주시기 때문에 더욱 더 이해가 잘 되었어요!!!

 

클린룸 내부 몇군데 더 보여드리겠습니다.

 

 

 

 

 

그러면 이제 실습간 조교님께서 다루었던 장비들에 대해서 보겠습니다!!

먼저 4 point probe 라는 장비입니다.

웨이퍼의 면저항을 통해 공정이 잘 이루어 졌는지 확인하는

 

 

 

다음은  ellipsometer 입니다!!

빛의 반사도를 측정해 잘 공정이 되었는지 확인하는 장비입니다

 

 

 

 

다음은 P-5000이라는 장비로 식각에 쓰이는 장비입니다!!!

이 장비로 식각을 할 때 플라즈마를 이용하기 때문에 잘 찍지는 못했지만 진공챔버를 확인하실 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

다음은 이온주입기 입니다.

반도체 공학에서 배웠든 p-type 이냐 n-type이냐는 이 이온주입기에 주입가스로 결정나겠죠?????

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

이 장비는 광학현미경입니다!!

포토 공정을 할 때 빛에 민감해 옐로우룸에서 작업을 한다고 했는데 조명이 옐로우 주명인 것을 보니 아마도 포토공정하는 베이 안 어디인가 인 것 같습니다!!

 

 

 

 

 

 

 

이 장비는 alpha step 이라는 장비입니다!!

두께를 측정하는 장비로 약간의 진동에도 민감하여 테이블자체가 충격에 따라 움직이도록 만들어졌습니다

 

 

 

 

이 장비는 열처리 장비인 furnace 입니다!

굉장히 활용도가 높은 장비로 수평 furnace 와 수직 furnace가 있다고 하는데

지금 보시는 장비는 수평 furnace 입니다!

 

 

 

 

이 장비는 dry 식각을 하는 장비인데 플라즈마를 볼 수 있는 장비입니다!!

많이 옛날 장비라 직접 보실기회가 있을지 모르겠지만 수시로 플라즈마 기체가 다른색을 띄는 것을 확인 하실 수 있습니다.

 

 

 

 

이 장비는 wafer를 세척하는 세척배스인데 직접 세척을 해야해서 조금 위험한 것 같았어요.... 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

이 장비는 세척된 웨이퍼를 회전을 이용해 물기를 제거하는 장비입니다!!

 

 

 

 

 

 

이 장비는 증착공정장비로 ALD 입니다 그나마 최신 장비라고 해요..하핳ㅎ 

 

 

 

 

 

 

 

 

매우 유익했던 교육기간이었습니다.

조교님들이 매우 친절하게 자세히 알려주시고 또 계속해서 궁금한점 있냐고 물어봐 주세요.

공정에 관심있으신분들은 직접 가서 공정과정도 눈으로 보시고 공부하시면서 궁금하셨던 것들도 물어보시면 좋을 것 같습니다,

 

 

 

 

끝으로 공학왕(블로그 주인)과 조교님들 고생많으셨어요

 

혼성화(hybridization)란?

결합을 형성하기 위해 원래의 원자 궤도함수들 간에 일어나는 혼합이다.

 

 

 

 

[sp3 궤도함수와 원자궤도함수의 에너지준위 도표]

위의 에너지 준위 도표처럼 sp3 궤도함수는 p 궤도함수보다 에너지가 낮다. (더 안정하다)

따라서, 분자를 형성할 때에는 혼성화(Hybridization)를 통해서 더 안정한 궤도함수를 형성한다는 사실을 알 수 있다.

 

규소의 원자번호는 14번

그래서 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 의 전자를 가지는데, 코어 일렉트론인 10개를 제외하면 3s2 3p2의 4개의 원자가전가(valence electron)을 가지게 된다.

 

원자가전자 : 한 원자에 전자가 채워질 때 에너지 준위가 낮은 오비탈부터 차례로 채워 간다. 전자가 에너지 준위가 낮은 오비탈부터 차례로 채워져 있는 바닥 상태에서 가장 바깥 껍질에 있는 전자를 원자가전자라고 한다. 2, 3주기 원소에서 원자가전자 수가 1~2개인 원자들은 원자가전자를 잃고 양이온이 되려는 경향성을 갖는다. 이러한 경향성을 갖는 원소들을 금속이라고 한다. 또한 원자가전자 수가 6~7개인 원자들은 전자를 얻어 음이온이 되려는 경향성을 갖는다. 이러한 경향성을 갖는 원자들을 비금속이라고 한다. 원자가전자 수는 원자 번호의 증가에 따라 규칙적으로 변하며, 원자가전자 수가 같은 원소들의 화학적 성질은 비슷하다.

 

이 4개의 전자가 sp3 하이브리드 오비탈을 형성하는데 탄소와 아주 유사하다.

 

탄소 : 탄소가 가지는 s와 p 궤도함수는 혼성화를 통해서, 4개의 새로운 sp3 궤도함수를 만들게 된다. 이들 4개의 sp3 궤도함수는 정사면체 배열이 되도록 공간적으로 배향된다.

 

4개의 sp3 궤도함수는 수소의 s 궤도함수와 전자쌍을 공유하여 4개의 C-H 결합을 형성하고, 정사면체형의 구조를 갖는다.

 

원자가 분자를 이룰 때에는 '최저'의 에너지 상태에 도달하기 위해서 원자 궤도함수와는 다른 형태의 궤도함수를 사용하는 것은 당연하다고 볼 수 있다.

그래서 혼성화 모형은 분자 형성 시 개별 원자들은 최저 에너지가 되게끔 대응한다고 가정하고 있다.

2주기와 달리 3주기는 측면으로 하는 결합인  π결합을 하기가 어렵습니다. 원자의 크기가 커지면 원자간 거리가 멀어지면서 오비탈이 측면으로는 효과적으로 겹쳐지지 않습니다.

이 때문에 Si는 C에 비해 이중결합이나 삼중결합을 잘 형성하지 않습니다. 마찬가지 이유로 3주기 이상의 원소들도 이중결합이나 삼중결합은 잘 형성하지 않습니다.

 

Si 원자를 치환하여 결정 안으로 들어가는 혼입된 원자는 SI처럼 sp3-hybridization된다. 이때 Si보다 원자가전자가 하나 적은 13족 원자가 혼입되면, 혼입된 원자의 sp3-hybridization 궤도 함수들 중 전자-비어 있는 궤도함수는 원자가-띠보다 위에 놓이게 된다.

 

화학자들은 이런 에너지 준위를 doping level이라고 부른다. doping level은 원자가-띠보다 아주 조금 높은 에너지를 갖는다. 따라서 상온의 열 에너지만으로도 원자가-띠의 전자가 이들 혼입 준위로 들뜨게 된다.

 

전하 운반체가 (+) 전하를 갖는 정공이므로, 이런 유형의 반도체를 양의 값을 나타내는 positive의 첫 글자를 따서 p형 반도체라고 부른다.

 

고유 반도체 Si는 상온에서 Si 원자 하나 당 전자와 정공을 10^(-10)개씩 갖고 있다.

흔히 사용되는 doping 농도는 10^(-7)정도이고, 이 농도의 혼입제가 거의 이 농도에 해당하는 정공을 만들어내므로, Si 전도도가 100배 정도 증가한다.

 

 

1개의 s orbital과 3개의 p orbitals가 함께 hybridize하여 4개의 동등한 orbitals를 형상할 수 있다.

이렇게 형성되어 4면체의 각 모서리 쪽으로 향하고 있는 orbitals는 1개의 s orbital과 3개의 p orbitals가 결합하여 생겼기 때문에 sp3 hybrids라 한다.

 

이런 hybridization의 개념은 탄소가 어떻게 4개의 동등한 결합을 형성하는지를 설명하지만, 왜 그런 지는 설명이 되지 않는다.

이렇게 되는 이유는 hybrid orbital의 모양에서 찾을 수 있다.

1개의 s orbital이 3개의 p orbitals와 합쳐질 때 그 결과물인 hybrid orbitals는 그 핵을 중심으로 대칭이 아니다.

마치 오뚜기 모양처럼 두 개 중 한 쪽이 더 큰 구 모양을 갖게 된다.

그렇게 함으로써 결합을 할 때, 다른 orbitals과 더 잘 겹쳐지게 되는데 그 결과 sp3 hybrid orbitals는 그 전의 s나 p orbitals 보다 더 강하게 결합할 수 있다.

결국, 자연상태의 s, p orbitals 보다 hybridize되어 변형된 모양으로 더 강한 결합을 할 수 있기 때문이다.

 

a-si:H (Hydrogenated Amorphous Silicon) = 수소화 비정질 실리콘

 

TV가 대형화가 됨에 따라 화소(Pixel) 수는 증가하는 반면, TFT에 할당되는 스캔 시간은 점점 짧아져 TFT의 전류 구동 능력이 중요해짐

전류 구동 능력 = TFT가 할당된 시간 안에 전류를 얼마나 흘리느냐

 

TFT의 빠른 속도가 요구되는 상황 -> TFT의 속도를 결정짓는 것은 Active layer를 구성하는 재료

Active layer = 전하 운반자(전자 or 정공)가 이동하는 길

 

 

Active layer의 재료가 무엇인지에 따라 전하 운반자의 이동도가 결정

이동도 증가 -> 전도도 증가 -> 전류를 더 많이 흘릴 수 있음 -> TFT의 속도 빨라짐

 

 

a-si:H : 댕글링 본드에 수소 원자를 결합시킨 실리콘

 

=> 댕글링 본드의 밀도를 낮추어 도핑으로 전도도를 향상시킬 수 있다.

 

 

댕글링 본드의 존재 : 에너지 밴드 내에 결함 준위 만듦 

 

이 결함 준위는 실리콘의 전도도를 향상시키기 위해서 3가나 5가의 불순물을 도핑 할 때,

도핑을 상쇄시키는 역할을 함

donor level이나 acceptor level이 형성되지 못하도록 하기 때문에 전도도의 향상을 기대할 수가 없음

 

a-si:H은 a-si보다 적은 수의 댕글링 본드를 갖음 => 에너지 밴드 내에 적은 수의 결함 준위를 갖는다는 것

 

Ex) a-si는 10^20cm-3 개 정도의 결함 준위를 갖기 때문에 10^18~10^19cm-3 개의 불순물을 도핑 하여도

donor level과 acceptor level을 형성할 수 없음

 

But a-si:H은 10^15cm-3개의 결함 준위를 갖기 때문에 10^18~10^19cm-3 개의 불순물을 도핑 하여

10^3~10^4cm-3만큼의 donor level과 acceptor level을 형성할 수 있음

 

즉, 가전자 제어가 가능하므로 실리콘의 전도도를 향상시킬 수 있다!

 

 

TFT의 a-si:H 박막은 빛에 민감하게 반응하여 다시 댕글링 본드를 형성시키기 때문에

초기 제작 후와 UV 광이 조사된 후에 물성 특성이 변할 수 있음

 

하지만, 대면적 증착이 잘되고

도핑이 된 상태에서 좋은 전도성을 가지며

다른 물질과 좋은 경계 성질을 유지할 수 있는

여러 장점들을 갖기 때문에

 

상용화된 Active layer 중 가장 많은 비율을 차지하고 있다.