반도체 8대 공정 - 산화공정 (Oxidation) (6)

지난 시간에 이어, 웨이퍼 크기가 증가함에 따라 변화하는 장치 구조에 대하여 알아보겠습니다.

 

사용하는 웨이퍼 크기가 300mm로 커짐에 따라 트레이에 가해지는 무게가 커져 열산화 공정을 진행할 때 석영 튜브의 변형이 우려됩니다. 이러한 문제를 극복하기 위해 석영 대신 SiC 튜브 및 트레이를 사용하고 장비 구조도 수직 방식의 열산화장치(Furnace)로 변경되었습니다. 수직형의 경우에는 트레이 자체가 회전이 가능하기 때문에 온도 및 가스의 공급이 균일하여 산화막의 균일도 역시 수평형 대비 유리하고, 가스의 공급 측면에서도 노즐을 여러 개 사용하여(Multi-nozzle) 상부, 중부, 하부에 개별적으로 공급이 가능해 상부에서부터 하부까지 모든 공정이 진행된 웨이퍼에서 균일한 두께의 산화막 확보가 가능합니다.

 

질화 공정

산화 공정과 더불어 많이 쓰이는 공정이 질화 공정인데, 그 원리는 매우 비슷합니다. 질소를 소스로 실리콘을 질화시키거나 실리콘 산화물의 표면을 질화 시켜 더욱 견고하고 다른 물질의 확산을 방지하는 용도로 사용됩니다. 산화와 마찬가지고 질소 분위기 내에서 높은 열로 실리콘과 반응을 시켜 질화 실리콘을 만들거나 금속 질화물을 형성하기도 합니다. 일반적으로 질화물의 경우 산화막 대비 견고하고 밀도가 높아 이전 공정에서도 게이트 산화막에 포함시켜 사용하기도 하였으며, 특히 실리콘 산화막보다 유전율이 높고 Boron의 확산을 막을 수 있는 특성 때문에 산화막의 표면을 질화 시켜서 사용하거나 ONO(oxide-nitide-oxide) 구조로도 활용이 되었습니다. 최근에는 소자의 사이즈가 더 작아지면서 확산 방지막(diffusion barrier)의 두께도 얇아지게 되는데 이를 보상하기 위해 확산 방지막의 계면을 질화 시켜 방지막의 특성을 더욱 강화시키기도 합니다. 특히 플라즈마 상태에서 질소를 반응성 기체로 사용할 경우 온도를 크게 높이지 않고도 질화가 가능한 특성이 있는데 이를 Plasma Nitidation이라고 합니다. 플라즈마를 사용하여 반응성을 높여 물질의 표면을 질화시키는 방법으로, 표면만을 질화 시켜 원하는 특성을 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 플라즈마를 사용하기 때문에 웨이퍼와 수평인 면에 비해 웨이퍼의 표면과 수직의 면, 예를 들면 트렌치의 측벽 같은 경우 바닥면보다 질화가 덜 되기 때문에 질화 특성의 차이를 보인다는 단점이 있습니다. 하지만 앞으로의 공정은 더욱 미세한 구조에서 진행될 것으로 예상되기 때문에 막을 증착하거나 두께를 두껍게 하는 것보다 질화 공정이 가진 장점이 더 부각될 것으로 예상됩니다.

 

반도체 8대 공정의 여섯 번째인 산화 공정까지 모두 알아보았습니다.

다음 게시물부터는 Doping 공정에 대해 알아보도록 하겠습니다.