# Z2 – 차고에서 리소그래피로 제작된 IC > Clean Markdown view of GeekNews topic #24906. Use the original source for factual precision when an external source URL is present. ## Metadata - GeekNews HTML: [https://news.hada.io/topic?id=24906](https://news.hada.io/topic?id=24906) - GeekNews Markdown: [https://news.hada.io/topic/24906.md](https://news.hada.io/topic/24906.md) - Type: GN+ - Author: [neo](https://news.hada.io/@neo) - Published: 2025-12-08T09:50:50+09:00 - Updated: 2025-12-08T09:50:50+09:00 - Original source: [sam.zeloof.xyz](https://sam.zeloof.xyz/second-ic/) - Points: 6 - Comments: 1 ## Summary **차고에서 만든 폴리실리콘 게이트 IC, Z2**는 개인이 가정용 장비로 구현한 **자가 제작 반도체 공정의 현실적 가능성**을 보여줍니다. Sam Zeloof는 Z1의 금속 게이트 한계를 넘어 10µm 폴리실리콘 공정을 적용해 임계 전압을 1.1V로 낮추고, 2.5~3.3V 로직 호환성을 확보했습니다. 포토레지스트를 절연층으로 활용하고 공장 웨이퍼를 가공하는 방식으로 고가 장비를 피하면서도, 100개 트랜지스터 수준의 안정적 성능을 달성했습니다. 이는 개인 연구자가 복잡한 디지털 회로 제작으로 나아갈 수 있는 **DIY 반도체 제조의 전환점**으로 평가됩니다. ## Topic Body - **고등학교 3학년**때 **집의 차고**에서 Z1 칩을 만들어서 유명해진 **Sam Zeloof**가 대학교 3학년이 되어 **Z2**를 공개 - **Z2 칩**은 약 100개의 트랜지스터를 포함한 **자가 제작 폴리실리콘 게이트 기반 집적회로**로, 가정용 장비로 구현된 고성능 실리콘 - 이전 세대인 **Z1 칩(6 트랜지스터, 금속 게이트)** 대비, **10µm 폴리실리콘 게이트 공정**을 적용해 **임계 전압(Vth)** 을 1.1V로 낮추고 **2.5V~3.3V 로직 호환성**을 확보함 - **NMOS 트랜지스터 특성**은 상승/하강 시간 10ns 미만, 누설 전류 932pA, 온/오프 비율 4.3×10⁶ 등으로, 불순한 화학물과 비청정 환경에서도 우수한 성능을 달성함 - **포토레지스트를 절연층으로 활용**하고, **공장 출하 웨이퍼의 폴리실리콘층을 가공**하는 방식으로 고가·위험 공정을 회피하며, 최소한의 장비와 화학물로 제작 가능함 - 이 프로젝트는 **DIY 반도체 제조의 실현 가능성**을 입증하며, 향후 **복잡한 디지털·아날로그 회로 설계**로 확장될 기반을 마련함 --- ### Z2 칩 개요 - Z2는 **10×10 트랜지스터 배열**로 구성된 실험용 집적회로로, 공정 특성 측정과 최적화를 위한 테스트 구조임 - 동일한 실리콘 웨이퍼 위에 약 **1,200개의 트랜지스터**를 제작 - **Intel 4004(2,200 트랜지스터)** 와 동일한 10µm 폴리실리콘 게이트 기술 기반 - Z1(6 트랜지스터, 금속 게이트) 대비 **트랜지스터 수와 성능이 대폭 향상** - Z1은 고임계 전압(>10V)으로 9V 배터리 2개가 필요했으나, Z2는 저전압 구동 가능 ### 폴리실리콘 게이트 공정의 전환 - 기존 **알루미늄 게이트 공정**의 한계를 극복하기 위해 **폴리실리콘 게이트**로 전환 - **자가 정렬 게이트(self-aligned gate)** 구조로 **중첩 커패시턴스 감소** - **임계 전압 1.1V**, **Vgs 최대 8V**, **Cgs <0.9pF**, **상승/하강 시간 <10ns** - **누설 전류 932pA(Vds=2.5V)** 로 매우 낮은 수준이며, 조명 환경에서 약 100배 증가 - 불순 화학물과 비청정 환경에서도 **양호한 트랜지스터 특성 확보** ### 칩 설계 및 구조 - 칩 크기는 **2.4mm²**, 이전 IC의 1/4 수준 - **포토샵으로 레이아웃 설계**, 단순한 구조로 제작 용이 - 열 개의 트랜지스터가 공통 게이트를 공유 - 각 행은 직렬 연결되어 **NAND 플래시 유사 구조** 형성 - **프로빙을 용이하게 하기 위한 대형 패드 설계** - 제작된 15개 칩 중 최소 1개 완전 동작, 2개는 약 80% 동작 - 주요 결함은 **드레인/소스의 벌크 단락**, 게이트 누설은 드묾 ### 수정된 DIY 폴리실리콘 공정 - **실란(SiH₄)** 가스 없이 **고온 확산 도핑 방식**으로 대체 - **공장에서 폴리실리콘이 증착된 웨이퍼**를 구매해 직접 패터닝 - **레이저 어닐링을 통한 아모퍼스 실리콘 증착**도 대안으로 언급 - 사용 화학물: 물, 알코올, 아세톤, 인산, 포토레지스트, KOH 현상액, N형 도펀트(P509), HF(1%) 또는 CF₄/CHF₃ RIE, HNO₃ 또는 SF₆ RIE - 사용 장비: **핫플레이트, 튜브 퍼니스, 리소그래피 장치, 현미경, 금속 증착용 진공 챔버** ### 공정 세부 및 단면 구조 - **게이트 산화막(10nm)** 과 **폴리실리콘층(300nm)** 이 포함된 웨이퍼 사용 - eBay에서 200mm 웨이퍼 25장을 $45에 구매 - 고품질 산화막 덕분에 **황산 등 강산 세정 공정 제거 가능** - **필드 산화막을 대체하는 포토레지스트 절연층(1µm)** 사용 - 250°C 경화로 **영구 절연층 형성**, CVD SiO₂ 대체 가능 - **스핀온글래스(sol-gel)** 도 대체재로 언급 - **산화막 식각**은 녹제거제 기반 **HF 용액** 또는 **RIE**로 수행 ### 제작 결과 및 향후 계획 - **SEM 단면 이미지**를 통해 NMOS 구조 확인 - 폴리실리콘을 도핑 마스크로 사용, 하드베이크 포토레지스트를 필드 절연체로 활용 - 이로 인해 **계단형 구조** 형성 - 공정은 **CMOS 호환성 부족**하지만, **도구 최소화와 안전성 확보**에 유리 - 향후 **자동화된 테스트 시스템 구축** 및 **복잡한 회로 설계**로 확장 예정 ### 커뮤니티 반응 - 댓글 다수에서 **“놀라운 성취”, “DIY 반도체의 가능성”** 으로 평가 - 일부는 **SOI 웨이퍼 사용, DVD-R 기반 포토리소그래피** 등 개선 아이디어 제시 - **Z3 개발 기대**, **오디오용 트랜지스터 응용** 등 후속 제안 다수 - 전반적으로 **개인 수준에서의 반도체 제조 혁신 사례**로 높은 관심과 찬사를 받음 ## Comments ### Comment 47369 - Author: neo - Created: 2025-12-08T09:50:50+09:00 - Points: 1 ###### [Hacker News 의견](https://news.ycombinator.com/item?id=46178789) - 1980년대 후반 8MHz **Mac Plus**로 프로그래밍을 시작했음 이후 1990년대 후반 컴퓨터공학 학위를 받았는데, 그동안 **단일 스레드 성능**은 거의 정체된 반면 트랜지스터 수만 폭증한 ‘역 무어의 법칙’을 체감했음 이제는 칩당 1천억 개 이상의 트랜지스터가 들어가면서 새로운 접근법을 시도할 기회가 생겼다고 봄 특히 **CMOS 호환성**과 오픈소스 기반의 **홈 리소그래피**가 가능해진다면, MIPS나 Pentium급 성능의 코어를 직접 실험할 수 있을 것이라 생각함 예를 들어, **Raspberry Pi RP2040**(266 MIPS, 2코어, 32비트, 264kB RAM)은 단돈 1달러에 초기 Pentium보다 5배 빠름 이런 저가 코어 256개를 배열해 **자동 병렬화 언어**를 만들면, 유전 알고리즘이나 인공 생명 시뮬레이션 같은 실험을 자유롭게 할 수 있을 것이라 상상함 - 최근 집에서 **포토리소그래피**를 해볼 수 있는 가이드나 키트를 찾고 있었는데, 마침 이 프로젝트를 보게 되어 놀라움 아이들에게 현대 기술을 직접 보여주고 싶었는데, 아직은 너무 복잡하지만 나중에 함께 시도해보고 싶음 - **Carnegie Mellon의 [Hacker Fab 프로젝트](https://docs.hackerfab.org/home)** 에서는 포토리소그래피와 스퍼터링 시스템 같은 간단한 장비 제작 가이드를 공개 중임 좀 더 복잡한 장비는 [InchFab 창업자들의 자료](https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/93835)도 참고할 만함 가장 쉬운 방법은 **드라이 필름 포토레지스트**를 사용하는 것임. eBay나 Amazon에서 약 20달러면 구입 가능함 - **Ben Krasnow의 Applied Science 채널 영상**([링크](https://youtu.be/YAPt_DcWAvw?si=RXaS-GY7czqo_TJZ))에서 리소그래피 마스크 제작 과정을 쉽게 볼 수 있음 - 아이들에게는 **실크스크린 인쇄**로 개념을 소개하는 게 가장 쉬움. 메이커 스페이스나 예술 단체에서 관련 수업을 찾을 수 있음 - **Cyanotype Paper**로 태양 인쇄를 하거나, **소금 결정 키우기**, **정전기 완드 장난감**, **야광 페인트와 스트로브 조명** 같은 실험도 흥미로움 아이들마다 흥미가 다르지만, 이런 체험은 스크린보다 훨씬 생생한 경험이 될 것임 - 이건 단순히 멋진 수준이 아니라 **세상을 바꿀 일**임 집에서 직접 하드웨어를 만드는 건, 집에서 자유 소프트웨어를 만드는 것과 같은 의미를 가짐 장기적으로 **컴퓨팅 자유**를 지키는 길이라 생각함 - 나도 동의하지만, 세상은 아직 그렇게 움직이지 않는 듯함 [Sam Zeloof의 첫 IC 프로젝트](https://sam.zeloof.xyz/first-ic/)가 2018년에 나왔지만, DIY 생태계가 크게 발전하지는 않았음 그래도 개인적으로 실험해볼 생각이며, 실제 변화가 나타나길 기대함 - 정말 놀라운 작업임. 진행 상황을 계속 공유해주면 좋겠음 - 1970년대 후반 수준의 칩 공정을 부모님 차고에서 재현했다니 믿기 어려움 **마이크로프로세서**는 인류가 만든 가장 복잡한 발명품 중 하나인데, 이런 시도가 가능하다는 게 경이로움 - 이런 **취미 규모 반도체 프로젝트**를 볼 때마다, 대형 연구소 밖에서도 혁신이 계속된다는 걸 느낌 이 접근이 얼마나 확장될 수 있을지 궁금함 - 1950~70년대 초반까지만 해도 반도체 업계는 **정보 공유**가 활발했음 연구 논문에는 화학물질의 양, 온도, 시간까지 모두 공개되어 누구나 재현할 수 있었음 이런 개방성이 빠른 기술 발전을 이끌었지만, 이후 **IP 보호 중심의 경영**이 확산되며 정보가 제한되었음 중국에서는 여전히 이런 개방적 공유 문화가 남아 있고, 그것이 빠른 발전의 원동력이라 함 - 처음엔 “이 정도면 작은 기계로 자동화할 수 있지 않을까?” 생각했는데, 실제로 [Atomic Semi](https://atomicsemi.com/)가 그런 방향으로 진행 중인 듯함 - 예전에 **JLCPCB**가 등장해 취미 전자공학계를 완전히 바꿨던 것처럼, 몇 년 안에 반도체 분야에서도 그런 변화가 오면 좋겠음 지금은 수백만 달러 규모의 기업만 칩을 만들 수 있는데, 이런 DIY 시도가 그 벽을 허물 수 있을지도 모름 - 현실적으로는 **플렉서블 IC(플라스틱 기반 칩)** 이 대중화되지 않으면 어렵다고 봄 - [Google Silicon 개발자 페이지](https://developers.google.com/silicon)도 참고할 만함 - 이런 흐름은 **컴퓨팅 자유**를 위해 필수적임 대형 산업 팹은 규제나 시장 논리에 휘둘릴 수 있으므로, 개인이 직접 하드웨어를 만들 수 있는 능력이 중요함 - 차고에서도 IC를 만들 수 있다니 놀라움 물론 지식과 노력이 많이 필요하지만, 수십억 달러짜리 클린룸 없이도 가능하다는 게 인상적임 - 차고에서도 **아날로그 회로**(예: 오디오 앰프, 연산 증폭기, 저주파 RF 회로)는 제작 가능함 하지만 **디지털 회로**는 현실적으로 어렵고, FPGA를 활용하는 편이 낫다고 봄 직접 만든 디지털 IC로는 대형 디지털 시계 정도가 한계일 것임 - (2021년에 진행된 프로젝트였음) - 그때 소식을 듣고 업데이트가 있길 기대했는데, 지금은 제작자가 대학에 진학했다고 들음 졸업 후 다시 **반도체 실험**을 이어가길 바람