[반도체공정] 산화공정 (Oxidation)

다음으로 알아 볼 공정은 산화공정 (Oxidation) 입니다.

 

산화는 크게 두 가지로 분류할 수 있습니다.

 

습식 산화 (Wet Oxidation)

 

습식 산화는 H2O나 wet O2를 사용합니다.

 

습식 산화의 가장 큰 장점은 빠르다는 것 입니다.

 

왜냐하면 H2O가 O2보다 가벼워서 diffusivity, solubility가 1000배 높기 때문입니다.

따라서 빠른 성장이 가능합니다.

 

대신, 그만큼 밀도가 낮고 품질이 떨어진다는 단점이 있죠

 

참고로 solubility가 1000배 높다고 1000배 빠른 것은 아닙니다!

 

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건식 산화 (Dry Oxidation)

 

건식 산화는 dry O2를 사용합니다.

 

습식산화와 반대로 성장속도가 느립니다.

 

대신, 밀도가 높고 품질이 좋기 때문에 치밀한 구조가 필요한 곳에 사용되곤 합니다.

 

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※ 실제로 산화막을 성장시켜 본 결과입니다.

 

온도	시간	결정구조	산화 방식	성장한 산화막의 두께
950 'C	30 min	< 1 0 0 >	Dry	21nm
950 'C	30 min	< 1 0 0 >	Wet	124nm
950 'C	30 min	< 1 1 1 >	Dry	35nm
950 'C	1 H	< 1 1 1 >	Dry	52nm

 

연구소의 팹을 사용하여서 약간의 오차가 있을 수 있습니다.

 

확실히 습식 산화가 건식 산화보다 산화막을 빠르게 성장시켰네요.

 

그리고 산화 시간이 2배가 증가했다고 두께도 2배가 증가하지는 않은 것을 확인하였습니다.

 

< 1 0 0 >면보다 < 1 1 1 > 결정 구조에서 산화막이 더 많이 성장한 이유는 무엇일까요?

< 1 1 1 > 결정구조에 원자 수가 더 많기 때문입니다.

 

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산화 공정을 진행할 때 그냥 바로 시작해도 될까요?

 

웨이퍼에는 자연적으로 생긴 저품질 산화막이 있을 수 있습니다.

이 산화막은 HF로 제거해 줍니다.

 

이때 자연적으로 생긴 산화막이 제거된 것은 어떻게 확인할까요?

바로 DI water를 뿌려주면 알 수 있습니다.

웨이퍼는 소수성이기 때문에 물방울이 생기지 않고 깔끔하게 흘러내리는데,

이것을 보면 산화막의 유무를 판단할 수 있습니다.

 

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산화 공정으로 산화막을 만들 경우 여러가지 문제점이 있습니다.

 

산화 공정은 화학 반응으로 이루어지기 때문에

안쪽까지 파고들어 Si를 소모하며 산화막이 생성됩니다.

 

 

이런 문제를 해결하기 위해 Deposition 방식을 선택하기도 합니다.

 

두 가지 방식을 비교해 볼까요?

 

LOCOS: Thermal oxidation을 이용해 산화막을 2.2배 팽창시킵니다.

              이 경우 Bird's Beak 현상이 일어나 Active region을 감소시킵니다.

 

단점을 줄이기 위해 요즘은 STI 방식을 사용합니다.

 

STI: Trench를 파서 CVD로 산화막을 채워줍니다.

 

참고로 Gate oxide처럼 매우 중요한 산화막은 ALD로 치밀하게 증착하곤 합니다.

 

 

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