회르니, 산화물 아래에 트랜지스터 접합을 묻다 — 모든 칩이 여전히 쓰는 공정

1956년 윌리엄 쇼클리는 캘리포니아 마운틴뷰에 반도체 연구소를 세우고 물리학, 화학, 야금학 분야의 뛰어난 졸업생들을 채용했다. 1957년 그중 여덟 명 — 장 회르니, 고든 무어, 로버트 노이스를 포함한 '배신자 여덟' — 은 함께 사직하고 셔먼 페어차일드의 자금 지원을 받아 페어차일드 반도체를 창립했다. 이 여덟 명은 쇼클리의 연구소에서 익히 알고 있던 값싼 기판인 실리콘으로 작업을 시작했다.

실리콘 소자를 신뢰할 수 있게 만드는 회르니의 해답은 평면 공정이었다. 1959년 5월 1일자 그의 특허 출원은 N형 실리콘 웨이퍼 전체를 실리콘 산화물로 코팅하고, 포토레지스트나 에칭으로 그 코팅에 구멍을 열고, 그 구멍을 통해 불순물을 확산시켜 접합의 가장자리가 노출되지 않고 산화물 층 아래에 놓이게 하는 것을 기술한다. 또 다른 창을 통한 두 번째 확산으로 트랜지스터를 만들고, 추가 구멍을 통해 접점을 합금한다. '반도체 소자의 제조 방법'이라는 이 특허는 1962년 3월 20일 US 3,025,589로 등록되었다.

그 효과는 결정적이었다. 공학기술역사위키(Engineering and Technology History Wiki)는 페어차일드가 회르니가 개발한 평면 공정을 개척했으며 그것이 다른 트랜지스터 공정들을 구식으로 만들었다고 기록한다. 페어차일드의 평면 실리콘 트랜지스터의 첫 고객 중 하나는 IBM이었다. 그리고 로버트 노이스가 집적 회로 — 노벨 재단이 실리콘을 반도체로, 이산화규소를 절연체로, 알루미늄을 도체로 하여 실제로 제조되는 형태라고 묘사한 것 — 를 구상했을 때, 그것을 만들 수 있게 한 것은 회르니의 평평하고 산화된 웨이퍼였다.

산화물 담요를 키우고 접합을 묻어 둔다

산화물은 두 가지 일을 동시에 한다. 제조 중 도펀트가 들어가는 위치를 정하고, 완성된 접합을 보호한다. 그래서 특허에서 접합 가장자리가 '산화물 층 아래'에 놓이는 것이다.

모든 것이 포토리소그래피 창을 통해 평평한 웨이퍼 위에서 이루어지므로, 소자는 한 번에 하나씩이 아니라 한 주기를 반복하여 여러 개씩 배치로 만들어진다.

보호된 접합은 주변 환경과의 접촉으로 열화되지 않으며, 이것이 실리콘 소자를 대량으로 판매할 수 있을 만큼 신뢰할 수 있게 만든 것이다.

경제성은 물리학을 따랐다. 페어차일드의 평면 트랜지스터는 경쟁 공정들을 완전히 밀어냈고, 초기의 까다로운 고객인 IBM이 수율을 입증했다.

에칭하는 표면이 보호도 할 수 있다. 회르니는 실리콘의 산화물과 싸우기를 멈추고 그것을 스텐실과 방패로 동시에 사용했다 — 하나의 층, 두 가지 역할, 배치 공정이 끝없이 반복되는 웨이퍼 위에서.

평면 공정은 집적 회로의 제조 경로가 되었고, 페어차일드는 텍사스 인스트루먼트를 막아내면서 초기 아날로그 IC 시장을 지배했다. 회르니는 1961년 페어차일드를 떠나 텔레다인의 새 반도체 사업부를 이끌었고, 유니언 카바이드, 휴즈 항공, 후지쯔의 자문을 했으며, 1967년 인터실을 창립했다. 그는 후에 카라코람의 발티족을 위한 학교와 의료 서비스에 100만 달러의 기부금을 마련했고, 1997년 1월에 사망했다.