반도체 8대 공정 - 산화 공정 (Oxidation) (1)

오늘은 반도체 8대 공정 중 산화 공정(Oxidation)에 대하여 알아보겠습니다.

 

산화 공정(Oxidation)

: 웨이퍼에 절연막 역할을 하는 산화막(SiO2)을 형성하는 과정

 

열산화막 특성과 역할

1. 식각 공정에 의해 쉽게 선택적으로 제거된다.

2. 확산 공정 시 마스크로 사용하여 실리콘이 노출된 부분만 도핑된다.

3. 절연막으로 사용된다.

4. 열산화 시의 Si가 소모되고 부피가 팽창한다.

 

열산화막 성장 영향 요인

1. 산소 분압 / 온도 : 산화막의 성장은 산소의 분압이 클수록, 온도가 높을수록 증가한다.

2. 산화 방식 : 습식산화법 > 건식산화법

3. 실리콘 결정 방향 : (111) > (100)

 

열산화막 응용

1. LOCOS : 실리콘이 노출된 부분만 두껍게 열산화막을 형성 -> STI 공정으로 대체됨

2. STI 공정 : 부피 팽창을 유발하지 않고, 소자와 소자 사이에 식각 공정으로 트렌치를 형성하고 그 공간에 부도체를 채워 넣는 방식. 식각 기술을 사용하기 때문에 깊이와 너비 조절이 가능하고 부피 팽창을 유발하지 않는다.

 

개요

실리콘의 우수한 특성으로 SiO2를 반도체의 기본 소자인 MOS 소자에 양질의 게이트 절연막으로 사용할 수 있다.

산화 공정은 현대 반도체 기술이 가능하게 만든 핵심 공정.

 

열산화막의 특성과 역할

 

1. 식각 공정에 의해 쉽게 선택적으로 제거된다.

SiO2는 HF(불산)에 쉽게 녹는 반면 Si는 전혀 식각이 되지 않기 때문에 습식 식각에 의해 쉽게 패턴을 형성할 수 있다. 습식식각은 선택비(selectivity)가 좋기 때문에 반도체 초창기에 매우 큰 장점이었다.

 

2. 확산 공정 시 마스크로 사용된다.

dopant를 Si 내부로 확산 또는 이온 주입할 때는 특정 부분에만 선택적으로 해야 한다. 반도체 집적 공정에 주로 쓰이는 붕소(B), 인(P), 비소(As) 등은 Si에서의 확산 속도가 SiO2에서보다 훨씬 크다. 이 차이를 이용하여 SiO2 패턴을 확산마스크로 사용해 실리콘이 노출된 부분만 도핑하여 원하는 소자를 만들 수 있다. 반면 갈륨(Ga)의 경우에는 확산 속도가 Si보다 SiO2에서 더 빠르기 때문에 SiO2를 마스크로 이용할 수 없어, 반도체 dopant로 사용하지 않는다.

 

붕소(B), 인(P), 비소(As) : 확산 속도 Si > SiO2 -> 확산마스크로 사용 가능

갈륨(Ga) : 확산 속도 SiO2 > Si -> 확산마스크로 사용 불가

 

3. 절연막으로 사용

SiO2는 비저항 10^29ohm*cm 이상 / band gap 9eV -> 큰 절연체

실리콘을 열산화시켜 SiO2를 형성하는 경우, Si과의 계면 특성이 매우 우수하여 MOS 소자의 게이트 산화막(gate oxide)으로 사용된다. 또한, 누설전류가 적어서 초기 DRAM의 커패시터(Capacitor) 유전막으로도 사용되었다.

 

 

열산화막의 특성 및 역할 4번부터는 (2)편에서 소개됩니다.