반도체.

schrodinger’s equation

-고전역학에서는 시간에 따라 가속도나 속도 등을 방정식을 이용해 예측. 해석하려고 하는 대상이 커야함. (물리적 현상을 야기시키는 크기 5~10나노 정도)

-반도체 내의 기기를 만드는데 전자나 정공을 다뤄야 하는데 이는 작은 대상이기 때문에 뉴턴의 법칙으로는 더 이상 해석할 수 없다. 결국 전자가 파동성을 가지기 때문에 슈뢰딩거 방정식을 배워야 한다.

-고전역학과는 다르게 양자역학에서는 정확히 어디 있는지 알 수 없고 어떤 공간에서 발견될 확률로 알 수 있다. conduction band로 전자가 올라갈 때 밴드 갭에서 발견할 확률이 있지만 공간이 존재하지 않기 때문에 결국엔 0%이다.

uncertainty principle

-운동량과 위치를 정의할 수 없고 에너지와 시간의 관계도 정확하게 정의할 수 없다.

potential wall

-일단 양자역학을 해석할 때 에너지는 n에따라 다르다. 전자와 홀은 파동성을 가지고 에너지 준위에 해당하는 파동함수를 구할 수 있다. 파동함수 절댓값의 제곱은 확률이고 에너지 준위에 따라 발견할 수 있는 확률을 알 수 있다. 어디 있는지 장담 못하고 확률만 알 수 있다.

potential barrier and tunneling

-고전역학에서는 에너지 보존에 의해 그 이상으로 갈 수 없지만 양자역학 특성은 처음 출발했던 포지션보다 더 높은 장벽이 있어도 넘어갈 수 있다. 왜냐하면 파동이 들어오면 벽을 통과하면서 진폭이 작아지게 된다. 0이 되는 것은 아니기에 두 번째 영역에서 진폭이 작긴 하지만 파동함수가 존재한다. 확률이 존재한다는 것. 양자역학에서는 강도는 떨어지지만 다른 영역에 존재할 수 있다. 고전역학에서는 벽이 있으면 두께에 상관없이 통과할 수 없지만 양자역학에서는 가능하다.

doping process

도핑이 안 된 intrinsic 실리콘 보다 전도성을 좋게 할 수 있다.

MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor

-N+:실리콘 반도체에 도핑 후 도체와 같이 만듦. (더 높이면 N++)

-실리콘은 부도체이기에 source와 drain을 연결하면 전류가 흐르지 않음. gate를 통해 전압을 걸면 그것이 제3의 field이며 자유전자가 생긴다. 이때 source drain 사이로 모여 전원이 켜지는 것이다.

-특정 전압에 도달하면 다리가 생겨 전류가 흐르는데 그 최소 전압을 threshold voltage 이라 하며 그 전압을 넘지 못하면 전류가 흐르지 않는다.

flash memory

-부도체 사이에 전하를 저장하는 층을 깔아 신호를 저장했다는 것은 그 레이어에 전하가 있다는 것이다. gate에 기존 전압 가했을 때 전류 흐르면 저장x, 흐르지 않으면 저장을 의미함. 메모리 소자는 즉 charge를 저장할 수 있는 층이 하나 더 있는 것.

photolithography

photo+lithography 포토+석판화

-석판화: 돌에 오일로 그리고 물 떨어뜨린 후 다른 오일 떨어뜨려 종이에 복사

-SiO2 아래 Si가 있고 Si 위 photoresist는 백색광에 반응하기 때문에 백색광에 노출되면 안 되며 PR이라고 한다.

photoresist

positive PR developing 후 남아있는 pr과 초기에 디자인한 금속부분과 같음.

끈적한 resist를 코팅함. mask(유리로 되었으며 일부만 코팅?) 안정된 상태에서 빛을 받으면 깨져버림. 마스크를 위에 두고 빛을 주면 빛을 받은 부분만 결합이 끊기고 그걸 씻는 용매가 developer 라고 함. 그 과정이 developing process. 빛을 받지 않은 부분은 밑의 레이어를 보호해줌. 마지막에 PR을 제거하면 원하는 패턴을 만들 수 있음.

2. negative PR

반대로 빛을 받으면 결합.

positive vs negative PR

-positive가 비싸지만 작게 만들 수 있음

photoresist

si/SiO2 substrate-(HMDS Teatment)- PR coationg-(SOFT Baking 고체 성분으로)-mask aligning-exposure-developing-HARD Baking 내구성 높이기 위해 경화)-etching-PR removing-Pattering Checking

HMDS Process

-기판과 PR코팅 사이에 기판 표면 수분 제거하는 process.

PR coationg

Soft & Hard Baking

-소프트 베이킹은 낮은 온도(용매끓는점보다 약간 높은 온도)에서 용매만 날려 고체화 하기 위해서

-하드베이킹은 화학적내구성을 높이고 보호하는 기능 PR 제거해야 하기 때문에 너무 고온이어서는 안된다.

PR Mask

-일반적으로 mosfet 4장 마스크 필요, 현재 마스크 25개 들어감.

-dark field와 bright field가 있기에 총 4가지 조합이 나온다.

print or exposre type 빛을 쬐는 방법

1. contact printing PR코팅 위에 그대로 두는 방식 사이에 이물질이 있다면 파손. 고체화 되지 않았다면 오염. 회절이 없어 패턴이 의도한 것과 매우 비슷하게 나옴.

2. proximity printing 유격이 있어 회절에 의해 의도와 다르게 나올 수 있음

3. projection printing 렌즈를 이용해 문제를 해결- 이 방식을 가장 많이 씀

resolution limit

0.5*파장/NA minimum feature size 얼마나 작은 사이즈 만들 수 있느냐

0.6*파장/(NA)2 Depth of Focus 기판의 어디까지 확보 되냐 (커야함)

수학적으로 둘 다 살릴 수 없어 minimum feature size를 우선으로 함.

DF가 크다면 다른 패턴을 마스크 한 장으로 가능. 하지만 작으면 마스크 여러 개로 해야함.

단파장 광원을 사용하거나 물을 이용해 NA를 증가시키기도 함.

lift off process PR을 증착하고 떼어내는 과정

positive resist는 패턴에 손상갈 수 있어 사용하지 않음.