집적 회로 제조의 포괄적인 프로세스

집적 회로 제조에는 일반적으로 실리콘으로 만들어진 기판 층 위에 매우 얇은 반도체 재료 표면 층을 생성하는 프로세스가 포함됩니다. 이 층은 원자 수준에서 화학적으로 변경되어 트랜지스터, 커패시터, 저항기 및 다이오드를 비롯한 다양한 유형의 회로 구성 요소의 기능을 생성할 수 있습니다. 이는 저항기, 트랜지스터 등의 개별 구성 요소를 연결 브레드보드에 손으로 부착하여 복잡한 회로를 형성했던 이전 회로 설계보다 발전된 것입니다. 집적회로 제조 공정은 마이크로칩 제조 시설에서 다양한 포토 리소그래피 및 에칭 공정을 통해 2011년 현재 수 제곱센티미터의 면적에 수십억 개의 부품을 만들 수 있을 정도로 작은 부품을 사용합니다.

집적 회로 또는 IC 칩은 문자 그대로 모든 회로 구성 요소가 일련의 제조 공정에서 상호 연결되어 모든 구성 요소를 더 이상 개별적으로 제조하고 나중에 조립할 필요가 없는 반도체 재료 층입니다. 마이크로칩 집적 회로의 최초 형태는 1959년에 생산되었으며 수십 개의 전자 부품을 조잡하게 조립한 것이었습니다. 그러나 집적 회로 제조의 정교함은 기하급수적으로 증가하여 1960년대에는 IC 칩에 수백 개의 구성 요소가 생겼고, 최초의 진정한 마이크로프로세서가 탄생한 1969년에는 수천 개의 구성 요소가 생겼습니다. 2011년 현재 전자 회로에는 수백만 개의 트랜지스터, 커패시터 및 기타 전자 부품을 수용할 수 있는 길이나 너비가 몇 센티미터인 IC 칩이 있습니다. 주로 트랜지스터를 포함하는 컴퓨터 시스템용 마이크로프로세서와 메모리 모듈은 2011년 현재 가장 정교한 형태의 IC 칩이며 평방 센티미터당 수십억 개의 구성 요소를 가질 수 있습니다.

집적 회로 제조의 구성 요소는 매우 작기 때문에 이를 생성하는 유일한 효과적인 방법은 빛에 노출되어 웨이퍼 표면에서 반응하는 화학적 에칭 공정을 사용하는 것입니다. 회로를 위한 마스크 또는 일종의 패턴이 생성되고 이를 통해 얇은 포토레지스트 재료 층으로 코팅된 웨이퍼 표면에 빛이 비춰집니다. 이 마스크를 사용하면 웨이퍼 포토레지스트에 패턴을 에칭한 다음 고온에서 구워 패턴을 굳힐 수 있습니다. 그런 다음 포토레지스트 재료는 포토레지스트 재료가 양성 또는 음성 화학 반응물인지에 따라 표면의 조사된 영역 또는 마스크된 영역을 제거하는 용해 용액에 노출됩니다. 뒤에 남는 것은 사용된 빛의 파장(자외선 또는 X선일 수 있음)의 폭으로 상호 연결된 구성 요소의 미세한 층입니다.

마스킹 후 집적 회로 제조에는 실리콘을 도핑하거나 일반적으로 인 또는 붕소 원자의 개별 원자를 재료 표면에 주입하는 작업이 포함되며, 이는 결정의 국부적인 영역에 양전하 또는 음전하를 부여합니다. 이러한 하전된 영역은 P 및 N 영역으로 알려져 있으며, 이들이 만나는 곳에서 전송 접합을 형성하여 PN 접합으로 알려진 범용 전기 부품을 생성합니다. 이러한 접합은 대부분의 집적 회로에서 2011년 기준 폭이 약 1,000~100나노미터이며, 이는 각 PN 접합의 폭이 약 100나노미터인 인간 적혈구 크기 정도가 됩니다. PN 접합을 생성하는 과정은 다양한 유형의 전기적 특성을 나타내도록 화학적으로 맞춤화되어 접합이 트랜지스터, 저항기, 커패시터 또는 다이오드의 역할을 할 수 있도록 합니다.

집적회로의 구성요소와 구성요소 간의 연결은 매우 미세한 수준으로 인해 공정이 중단되고 구성요소에 결함이 있는 경우 수리가 불가능하므로 웨이퍼 전체를 폐기해야 합니다. 이러한 품질 관리 수준은 2011년 현재 대부분의 최신 IC 칩이 서로 적층되고 서로 연결되어 최종 칩 자체를 생성하고 더 많은 처리 능력을 제공하는 여러 층의 집적 회로로 구성된다는 사실로 인해 훨씬 ​​더 높은 수준으로 향상됩니다. 절연 및 금속 상호 연결 레이어도 각 회로 레이어 사이에 배치되어야 할 뿐만 아니라 회로를 기능적이고 안정적으로 만들어야 합니다.

집적회로 제조 공정에서는 많은 불량 칩이 생산되지만, 전기 테스트와 현미경 검사를 통과한 최종 제품으로 작동하는 칩은 매우 귀중하여 공정 수익성이 높습니다. 집적 회로는 이제 2011년 현재 컴퓨터와 휴대폰부터 TV, 음악 플레이어, 게임 시스템과 같은 가전 제품에 이르기까지 사용되는 거의 모든 최신 전자 장치를 제어합니다. 또한 디지털 알람 시계부터 환경 온도 조절 장치에 이르기까지 사용자에게 일정 수준의 프로그래밍 기능을 제공하는 자동차 및 항공기 제어 시스템과 기타 디지털 장치의 필수 구성 요소이기도 합니다.

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출처 링크

• https://www.kpsec.freeuk.com/comComponents/ic.htm
• https://www.pbs.org/transistor/Background1/events/icinv.html
• https://www.thoughtco.com/history-of-integrated-circuit-aka-microchip-1992006