반도체 공정 과정 - 산화 공정 (2)

산화 공정이란 무엇인가

 

앞 웨이퍼 제조 공정 과정에서 만든 둥근 판 모양의 웨이퍼는 전기가 통하지 않는 부도체 상태의 물체이다.

그래서 도체와 부도체의 성격을 모두 가진 반도체의 성질을 가질 수 있도록 만드는 작업이 필요하다.

 

산화 공정 과정을 치르는 이유는 웨이퍼를 불순물로부터 보호하고, 회로 사이에 누설 전류가 흐르는 것을 차단한다.

또한 이온주입 시 이온의 확산을 방지하고, 식각 공정에서 웨이퍼가 잘못 깎이지 않도록 막기도 한다.

 

이를 위해 웨이퍼 위에 여러가지 *물질을 형성시킨 후 설계된 회로 모양대로 깎고, 다시 물질을 입혀 깍아내는 일이 반복된다.

 

*물질 : 산화제(물(H2O), 산소(O2))와 열에너지를 공급하여 이산화규소(SiO2) 막을 형성

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산화 공정 과정

 

• 웨이퍼 제조 공정 과정에서 만들어진 연마된 웨이퍼를 4단계의 클리닝을 거쳐 유기물, 금속 등 불순물을 제거하고 물기를 말려준다.
• 이후 800 ~ 1200도의 고온에서 웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 흘려 산화막을 형성한다.
• 산소가 산화층과 실리콘 기판 사이 표면으로 확산됨에 따라 웨이퍼 상담은 산화막이 형성된다.

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건식 산화와 습식 산화

산화 공정 방법에는

• 열을 통한 열산화 (Thermal Oxidation)
• 화학적 기상 증착 산화(Chemical Vapor Deposition)
• 전기화학적 산화(Electrochemical Oxidation)

등이 있다. 그 중 많이 사용되는 방법은 고온에서 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성하는 열산화 방법이다.

 

건식 산화(Dry Oxidation)

건식산화는 순수한 산소만을 이용하기 때문에 산화막 성장속도가 느려 주로 얇은 막을 형성할 때 쓰인다.

성장속도가 느릴 때 얇은 막을 형성하기 유리한 이유는 성장 속도가 느릴수록 막의 두께를 컨트롤하기 쉽기 때문이다.

이렇게 얇은 막을 형성할 수 있는 건식 산화는 전기적 특성이 좋은 산화물을 만들 수 있다.

 

습식 산화(Wet Oxidation)

습식 산화는 산소와 함께 수증기를 사용하기 때문에 산화막 성장속도가 빠르고 두꺼운 막을 형성할 수 있지만,

건식 산화에 비해 산화층의 밀도가 낮다. 따라서 산화막의 질이 건식 산화에 비해 비교적 안 좋다는 단점이 있다.

동일한 온도와 시간에서 습식 산화를 통해 얻어진 산화막은 건식 산화를 사용한 것 보다 5~10배 정도 두껍다.

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산화막 성장 속도의 변수

산화막은 웨이퍼 보호막의 역할을 위해 꼭 필요하므로 산화막의 두께는 반도체 사이즈를 결정하는 데에 아주 중요한 요소로 작용한다.

따라서 산화막의 두께를 줄이기 위해 산화 공정의 다양한 변수를 조율한다.

웨이퍼 결정 구조, 웨이퍼 표면 결함, 웨이퍼 내의 도핑 농도에 따라 성장 속도가 달라지며

산화공정을 진행하는 장치의 압력, 온도가 높을수록 산화막이 더 빨라진다.