친절한 반도체

이 책은 교양서 같기도 하고 전문서 같기도 하지만, 누구나 상식적인 과학 지식만 가지고 있다면 읽을 수 있는 교양서입니다.

이 책은 크게 세 부분으로 나뉩니다. Part 1에서는 반도체라 불리는 집적 회로가 무엇인지를 설명하고 집적 회로를 구성하는 소자들을 소개했습니다. 소자의 작동 원리를 이해하는 데 필요한 배경지식인 물질의 전기 전도도, 실리콘 반도체의 성질, MOS 트랜지스터와 커패시터의 원리가 쉽고 친절하게 설명되어 있습니다.

DRAM, NAND 플래시 메모리, 시스템 반도체를 집적하는 일은 건물 축조와 유사한 점이 많습니다. 이에 착안하여 Part 2 에서는 건축과 아키텍처의 중요성을 드러내며 집적화 개념과 과정을 소개하였습니다. 이를 통해 집적 회로를 조망할 수 있는 안목을 제공하고자 했습니다. 그리고 마지막 장에서 반도체의 미적 아름다움을 생각하며 잠시 쉽니다.

Part 3에서는 반도체 제조법을 다루었습니다. 집적 회로의 층을 구성하는 박막 형성 방법, 빛을 이용하여 패턴을 새기는 포토리소그래피와 물질을 깎아내는 식각 공정 등을 소개했습니다. 또한 적절한 곳에서 공정에 필요한 장비, 부품, 소재와 이와 관련된 기업들도 실었습니다. 교양서이지만 반도체 관련 실무와 투자에 실질적인 도움이 되는 부분입니다.

추천사

프롤로그


Part 1. 반도체란

반도체의 본명은 집적 회로
● 집적 회로란?
● 집적 회로의 탄생사
● 초고집적 회로

우리 주변의 반도체
● 메모리 반도체
● 시스템 반도체
● 반도체 기업의 분류

메모리 반도체의 기억법
● 디지털 정보 저장 방법
● DRAM의 정보 저장 원리
● 메모리 용량 가늠하기

전자가 움직이는 방법
● 수학의 언어적 속성
● 물질의 전기 전도도
● 전기의 흐름을 다루기 위한 기초 지식
● 물체 안에서 전자가 움직이는 방법

다이아몬드 탈을 쓴 실리콘
● 원자의 생김새
● 실리콘 원자와 결정 구조

실리콘 반도체
● 이동 전하의 생성과 움직임
● 실리콘 반도체
● 실리콘 반도체 기판(웨이퍼)

트랜지스터 이야기
● MOS 트랜지스터
● p-n 접합
● CMOS

커패시터 이야기
● 원자 분극
● 이온 분극
● 커패시터의 전하 저장 원리
● 커패시터의 전기 용량


Part 2. 반도체와 건축

DRAM의 건축학
● 집적 회로는 건축물이다
● DRAM의 건축법
● 집적 회로 건축법의 기초
● DRAM 건축하기

DRAM 건축 양식의 변천사
● 셀 트랜지스터 건축 양식의 변천사
● 셀 커패시터 건축 양식의 변천사

DRAM 건축 완공하기
● DRAM 셀 구축하기
● DRAM 건축 완공하기

NAND 플래시 메모리의 기억법
● 셀 트랜지스터의 구조
● 정보 저장 원리
● 다중 비트 저장하기

NAND 플래시 메모리의 건축학
● 기본 셀의 구조
● 셀 트랜지스터 수직으로 세우기
● 3D NAND 플래시 메모리 셀의 제조 과정

시스템 반도체의 건축학
● 변형된 Si 게이트 MOSFET
● 고유전 상수 게이트 MOSFET
● FinFET과 GAAFET
● 다층 배선의 특징
● 집적 회로 건축학을 마무리하며

반도체와 미술
● 집적 회로 아키텍처와 미술
● 수학과 추상화


Part 3. 반도체 제조법

열산화와 이온 주입
● 실리콘의 열산화
● 이온 주입
● 급속 열처리
● MOS 트랜지스터 제조 과정 되짚어보기

화학으로 박막 입히기
● 화학 기상 증착

화학으로 만든 박막
● 플라즈마 강화 화학 기상 증착
● 금속의 화학 기상 증착

원자 한 층씩 쌓아올리기
● 원자층 증착

당구와 상감 청자
● 물리 기상 증착
● 전기 도금

박막 장비, 부품, 소재
● 박막 장비와 부품
● 박막 장비, 부품, 소재 관련 기업

빛으로 패턴 새기기
● 빛 이야기
● 포토리소그래피
● 노광의 원리와 분해능

빛 새김 기술의 발전사
● ArF 액침 노광
● 다중 패터닝
● EUV 노광
● 포토리소그래피 장비와 소재 관련 기업

패턴 깎아내기
● 수직 식각
● 식각
● 식각 장비, 부품, 소재와 관련 기업

갈아내고 닦아내기
● 화학적 기계적 연마
● 세정


에필로그

선호정 현재 국립 군산대학교 신소재공학과 교수로 재직 중입니다. 고려대학교 재료공학과(현 신소재공학부)에서 학사, 석사, 박사 학위를 받았습니다. 1990년 현대전자에 입사하여 하이닉스반도체(현 SK하이닉스)를 거치면서 십수년 동안 DRAM과 강유전체 메모리에 적용되는 박막 공정 연구를 수행했습니다. 2005년 군산대학교로 자리를 옮긴 이후에도 반도체 소재, 부품, 장비 관련 기업들과 제품 개발을 위한 연구와 직원 교육을 실시해왔습니다. 또한 반도체 산업에서의 경험을 바탕으로 군산대학교 학생들에게 이론과 실무를 아우르는 반도체 교육을 제공함으로써 학생들의 성장을 돕고 있습니다.