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- 3380
반도체 8대 공정 – 2. 산화공정(Oxidation Process)
- 작성일
- 2022.06.09
- 수정일
- 2022.10.19
- 작성자
- 반도체과
- 조회수
- 1561
산화는 물질이 산소와 결합하여 나타나는 현상입니다. 사과를 깍아 놓고 그냥 두면 사과 속살이 갈색으로 변하는 현상은 사과표면의 육질성분과 공기중의 산소가 결합하여 산화되면 나타나는 현상입니다. 이와 비슷한 예로 못이나 철근 등 철로된 물건들을 오래 보관하다 보면 주변에 벌겋게 녹이 슬어 있는 것을 본 경험이 있을 것입니다. 이것도 마찬가지로 공기중의 산소와 철의 표면이 산소와 결합하여 산화철이 생기는 현상이라는 것을 상식적으로 많이 알고 있으리라 생각됩니다. 이처럼 언뜻 생각하면 산화라는 것은 시간이 지나면서 원래의 모습에서 낡아지고 나빠지게 만드는 성가신 현상으로 여겨집니다.
그러나 반도체에서의 산화(Oxidation)는 반도체 8대공정의 하나로 전기의 흐름을 차단하는 절연막을 형성하기 위한 중요한 공정입니다. 뒤에 계속되는 공정에서 설명되겠지만 절연막은 반도체를 만드는데 매우 중요한 역할을 담당합니다. 실리콘(Si)과 산소가 결합하면 이산화규소(SiO2)가 형성됩니다. 여기서 실리콘은 우리말로 규소라고 합니다. 웨이퍼를 가공하여 자연상태로 두면 웨이퍼표면의 실리콘(Si)이 산소와 결합하여 이산화규소(SiO2)가 천천히 생겨서 얇은 산화막이 생기는데, 이 산화막이 외부의 먼지나 이물질로부터 실리콘 웨이퍼가 오염되지 않도록 보호하고, 전기를 차단하는 특성이 있어 절연막의 역할을 하게 됩니다. 전기에 있어 절연은 매우 중요한 요소로 전기가 흘러야 하는 곳과 흐르지 말아야할 곳이 엄격하게 잘 분리되어야 반도체가 잘 만들어 질 수 있습니다. 따라서 반도체 공정에 있어서 산화막의 형성은 반도체의 절연막을 만드는 중요한 공정이라 할 수 있습니다.
출처 : 반도체 공정에서의 보호막(SiO2) 만들기! Thermal Oxidation 완전 정복! : 네이버 포스트 (naver.com)
산화는 자연상태에서도 일어나서 산화막이 형성되지만 시간이 너무 오래 걸리고, 표면의 품질이 균일하지 않아서 반도체 만들 때 사용하기 힘듭니다. 따라서 이를 빠른 시간에 균일하게 그리고 원하는 두께로 만들어서 반도체 제조공정에 투입하기 위해서 산화공정이 필요한 것입니다.
산화막을 형성하는 방법으로 주로 웨이퍼를 가열하여 산화막을 성장시키는 열산화방식(Thermal Oxidation)을 주로 사용합니다. 열산화방식에는 아래의 그림에서 보듯이 건식(Dry Oxidation)과 습식(Wet Oxidation)의 2가지 산화방식으로 나눌 수 있습니다.
출처 : [반도체 단위공정]반도체 8대공정-산화공정 : 네이버 블로그 (naver.com)
건식산화(Dry Oxidation) 방식은 가열장비에 실리콘웨이퍼를 넣고 산소만 주입하면서 가열해주는 방식으로 산화막을 형성합니다. 이 방식은 산화막의 성장속도가 상대적으로 느리지만 박막의 품질이 우수한 장점이 있습니다.
습식산화(Wet Oxidation) 방식은 가열장비내에 산소대신 수증기(H2O)를 공급하여 산화막을 형성하는 방법입니다. 이 방식에서는 산화막의 성장속도가 빠른데 이는 건조한 곳보다는 습기가 많은 곳에서 철의 녹스는 속도가 빠르다는 상식을 생각하시면 이해가 빠를 듯합니다. 따라서 산화막의 형성속도가 빠르지만 박막의 품질이 건식에 비해 조금 떨어지는 단점도 존재합니다.
그리고 산화막의 형성속도에 관계없이 산화공정에서 시간이 길어지거나 온도가 높으면 높을수록 산화막이 두꺼워집니다. 따라서 반도체 회로의 용도에 따라 시간과 온도를 적절히 조절하여 원하는 산화막의 두께를 형성하도록 제어하는 것이 가능합니다.
[요약]
이상 위에서 설명한 내용을 요약해 보겠습니다.
1. 산화공정(Oxidation Process)은 반도체의 절연막을 형성하기 위해 실리콘(Si)과 산소(O2)를 결합시켜 산화막을 형성하는 공정입니다.
2. 산화막을 만드는 공정은 주로 웨이퍼주변을 고온으로 가열하는 열산화(Thermal Oxidation)방식을 사용하고, 가열시 산소(O2)를 공급하는 건식(Dry Oxidation)과 수증기(H2O)를 공급하는 습식(Wet Oxidation) 산화방식으로 나뉩니다.
3. 건식산화방식은 산화막의 형성은 느리지만 산화막의 품질이 우수한 반면, 습식산화방식은 산화막의 형성은 빠르지만 산화막의 품질이 떨어지는 특징이 있습니다.
4. 산화막의 두께는 공정의 시간과 가열온도에 비례하므로 이를 통해 원하는 두께로 산화막을 형성할 수 있습니다.
출처 : 반도체 공정에서의 보호막(SiO2) 만들기! Thermal Oxidation 완전 정복!: 네이버 포스트 (naver.com)
[반도체 단위공정]반도체 8대공정-산화공정 : 네이버 블로그 (naver.com)
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