반도체 8대 공정이란? 2. 산화공정 제대로 알기

산화 공정

산화공정이란?

실리콘을 SiO2를 만드는 작업입니다. 실리콘이 공기 또는 물에 노출되면 자연산화막을 생성하게 됩니다.

 

여러 방법이 있지만 IC 기술에서는 thermal oxidation(열산화 공정)을 주로 사용합니다. 중요한 점은 SiO2를 증착(eg. CVD 등등)하는 것을 산화 공정이라고 하지 않고, 이미 존재하는 실리콘 층을 SiO2로 바꾸는 것을 산화라고 합니다.

 

Si와 SiO2가 결합하면 크기는 SiO2 > Si이고 열팽창계수는 Si>SiO2입니다. 따라서 온도가 낮아졌을 때 크기가 줄어들면 SiO2는 Si위에서 압축력을 받는 형태가 됩니다.

 

 

SiO2 특성

- 실리콘에 잘 붙어있습니다. (Interface quality)

- 회로 사이에 누설전류가 흐르는 것을 차단하는 절연막

-> CMOS 트랜지스터에서 게이트에 산화물은 필수입니다. 이를 게이트 산화물이라고 부릅니다.

-> breakdown voltage가 굉장히 높습니다. 따라서 절연체로 적합하며 게이트 산화물 또는 SiO2를 아주 얇게 만들 수 있습니다.

- 이온주입 공정에서 확산을 방지하는 확산 방지막

-> 실리콘 표면을 보호합니다. 실제로는 거울과 동일한 데, 순도에 차이가 있습니다. 좋은 절연체로 사용됩니다. 따라서 회로사이와 트랜지스터 사이에 절연체로 사용됩니다. 이 또한 칩의 일부입니다.

- 식각공정에서 필요한 부분이 잘못 식각되는 것을 막는 식각 방지막 역할

 

SiO2 공정

건조 산화와 습식 산화로 나뉩니다. 800~1200'C 온도에서 공정이 진행됩니다.

 

건조 산화

- 산소를 주입하여 산화시키는 공정을 의미합니다.

- 화학 반응식은 Si+O2 -> SiO2

- 산화막 성장 속도가 느립니다. 반면 절연 퀄리티가 좋으며 밀도가 높고 강도가 높습니다.

 

습식 산화

- 수증기(+산소)를 주입하여 산화시키는 공정을 의미합니다.

- 화학 반응식은 Si+H2O -> SiO2+2H2

- 산화막 성장 속도가 빠릅니다. 절연 퀄리티가 낮으며 밀도가 낮고 강도가 낮습니다.

 

습식 산화 공정은 수증기(물)와 반응하는 데, 먼저 Si-OH 결합을 형성합니다. 이 구조는 순수 SiO2로 구성된 구조보다 더욱 다공성을 띠며 따라서 건식 산화와 같이 수분 없이 순수 산소만 이용될 때 더 좋은 퀄리티를 가집니다.