반도체&반도체 공업의 이해

소개글

반도체&반도체 공업의 이해에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ.반도체 관련 이론
1. 고체의 에너지 밴드 구조
2. 전자 이동도
3. 금속의 전기 비저항
4. 상용 합금의 전기적 특성

Ⅱ.반도체 공업
1. 반도체 공업의 특징
2. 반도체의 원리와 종류
3. 반도체 제조원료
4. 반도체 제조기술

참고문헌

본문내용

화학반응으로서 반응의 생성물이 고체상인 화학반응에 의한 것이라고 할 수 있다. 표면반응으로 인해 생길 수 있는 부생성물은 기판 표면으로부터 탈착하여 경계층 밖으로 확산이 되면서 제고된다.
반응속도는 이러한 모든 경로의 복합적인 결과로 나타나기 때문에 CVD에 의한 박막성장을 명확히 이해하기 위해서는 표면 화학반응뿐만이 아니라 물질의 대류 및 확산 등의 물리적 현상의 이해가 중요하다고 할 수 있다. 그러나 대부분의 경우 특정 단계가 전체 반응속도에 지배적인 영향을 미치게 되며 따라서 반응속도가 가장 느린 단계, 즉 율속단계 만으로 전체 반응 속도를 간략화하여 표현하기도 한다.
물질전달 현상은 주로 반응물의 농도, 확산계수, 경계층의 두께에 의존하며 이러한 요소에 영향을 주는 인자로는 압력, 기체의 유속, 온도, 반응기의 구조 등을 들 수 있다. 다음은 물질전달 및 경계층에 관한 이론식 들이다.
여기서 ρ는 기체밀도, μ는 기체의 점도, V는 기체 유속, DG는 기체확산계수, Re는 ρVL/μ 로 정의되는 기체 흐름의 레이놀드(Reynold)수, L은 기판의 길이이다. 반응속도에 지배적인 영향을 미치는 다른 요인으로는 온도를 들 수 있다. 대부분의 경우는 온도에 따른 세 부분의 영역으로 나누어 생각 할 수 있다.
◎ 표면반응 제한영역(surface reaction-limited regime)
CVD반응에서 박막성장은 앞서 설명된 바와 같이 크게 물질의 확산, 표면반응, 그리고 탈착에 따른 부생성물의 확산 등으로 설명될 수 있다. 일반적으로 충분히 낮은 온도 영역에서는 표면 반응속도가 물질의 이동속도에 비해 상대적으로 느리기 때문에 반응에 의해 소모되는 반응물보다 유입되는 반응물이 충분히 많기 때문에 전체 반응속도는 표면 반응속도에 의해 제한되게 된다. 이러한 온도영역에서는 전체반응속도가 표면 반응속도와 유사하게 나타나기 때문에 반응온도에 따른 영향이 매우 크게 나타나게 된다.
◎ 물질전달 제한영역(mass transfer-limited regime)
높은 온도 영역에서는 표면 반응속도는 매우 커지게 되어 이 표면 반응속도가 물질의 전달속도 보다도 상대적으로 커지게 되는 현상이 발생한다. 따라서 전체 반응속도는 더 낮은 속도, 즉 물질의 전달속도에 의해 제한을 받게 된다. 일반적으로 이러한 영역에서 전체 반응속도의 온도 의존성은 물질의 전달속도의 온도 의존성 정도로 낮은 편이다.
◎ 열역학적 제한영역(thermodynamic-limited regime)
보다 높은 온도영역에서는 표면 반응속도와 함께 물질의 전달 속도도 매우 커지게 된다. 열역학적 제한(thermodynamic-limited)이라는 말은 박막의 성장 속도가 반응물의 반응기로의 유입속도와 같음을 의미하는 것인데 반응기체의 유입 속도가 낮거나 온도가 매우 높을 때 나타날 수 있는 현상이다. 이 영역에서 성장 속도는 반응엔탈피(ΔH)에 따라 다른 경향을 보이게 되는데 발열반응(ΔH<0)일 경우 성장속도는 온도에 반비례하고, 흡열반응(ΔH>0)일 경우 정비례한다. 발열반응인 경우 높은 온도에서 성장속도가 온도에 반비례하는 이유는 원료의 유입속도가 너무 커서 기상에서 반응물이 소비되어 버리기 때문인 것으로 볼 수 있다.
이 외에 반응기체의 유입 속도를 제어함으로써 성장속도를 조절할 수도 있다.
◎ CVD의 모델링 :
CVD를 사용하여 박막을 성장시킬 경우 가장 간단하게 반응의 차수를 1차라고 가정을 하면 반응식은 아래와 같이 간단하게 나타낼 수 있다.
AB(g) → A(s) + B(g)
기판에서 먼 쪽의 기체로부터 박막이 성장되는 기판 표면까지의 전달 속도 F1 및 박막성장을 위해 AB 원료기체가 소모되는 속도인 표면 반응 속도 F2는 다음과 같이 표현할 수 있다. 여기에서 CG는 기체상에서의 AB의 농도, Cs는 기판 표면에서의 농도를 나타내며 ks는 표면반응의 속도상수이다. 또한 D는 확산계수, 그리고 hG는 물질전달계수를 나타낸다. 정상상태의 조건에서는 기판표면에서의 반응물의 축적이 없어야 하기 때문에 F1 =F2 = F 의 조건이 성립되므로 다음의 식이 얻어질 수 있다. 박막의 성장속도는 r = F/NA 식으로 나타낼 수 있으며 여기서 NA는 박막의 단위체적 당 포함된 A원자의 수이다. 그러므로 위의 식에서 보면 성장 속도가 기상에서의 AB의 농도에 비례한다는 것을 알 수 있다. 또한 이 식은 성장속도가 hG나 ks가운데 더 작은 것에 의해 좌우될 수 있다는 것을 보여준다.
열역학적 제한영역이 나타나지 않을 정도의 온도가 너무 높지 않은 영역에서는 물질전달계수와 반응속도상수의 크기에 따라 다음과 같은 관계가 예상될 수 있으므로 반응의 온도와 성장속도의 그래프는 표면반응 제한영역과 물질전달 제한영역으로 구분되어 나타난다, 즉, 일반적으로 표면 반응속도는 다음과 같이 Arrhenius식으로 표시할 수 있으므로 표면반응 제한영역의 기울기가 활성화 에너지(EA)와 관계가 있음을 알 수 있다. 이러한 형태의 그래프를 Arrhenius plot이라고 부른다.
6) 반도체 소자의 집적
실리콘 웨이퍼로부터 시작하여 앞서 설명한 박막형성, 사진공정, 식각공정 및 dopant공정 등이 반복적으로 수행되면 최종적으로 원하는 구조를 가진 소자가 얻어진다. 공정이 완료된 웨이퍼는 검사 장비를 통해 제대로 공정이 되었는지를 확인하고 소자의 특성에 이상이 없으면 여러 개의 칩들로 잘려진다. 이 칩 들을 다이(die)에 부착하여 배선을 하고 봉지제로 봉합하면 실제로 사용되는 칩이 완성되는 것이다.
참고문헌
반도체 설계의 이해
특허청 저 | 특허청 발행
반도체 제조기술의 이해
이국표 저 | 영진전문대학 출판부 발행
반도체 제대로 이해하기
강구창 저 | 지성사 발행
반도체 설계의 이해
특허청 [편] 저 | 특허청 발행
반도체 소자의 이해
김원찬 저 | 大英社 발행
(WTO 시대의)반도체 지적재산권의 이해
유복근 저 | 法英社 발행
半導體工業年鑑
經濟部技術處 저 | 經濟部技術處 발행
半導體工業 의 現況 과 育成方向
정장섭 저 | 韓國産業技術振興協會 발행
반도체 공업의 위험관리 체크포인트
임만식 저 | 韓國消防安全協會 발행

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