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이번 포스트에서는 8대 공정 중 산화공정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1) 산화 공정이란?
: 반도체 공정 상에서 필요한 산화막을 형성하는 공정입니다.
산화막은 반도체 에 있어 굉장히 중요한데, 이는 다음과 같은 역할을 수행합니다.
1. 절연체
: 반도체 소자의 저항과 전기적 특성을 조절
2. 보호막
: 불순물 도핑시 마스크 대용으로 사용
3. Isolation
: 소자 간의 간섭 방지를 위한 보호막
그렇다면 산화막으로 왜 SiO2층을 사용할까요?
※ SiO2의 장점
1. 절연체로서 좋은 특성
2. Si(실리콘) 표면에서 안정적
3. 균일하게 성장
4. 좋은 마스크 특성
5. 높은 에칭 선택비
※ 산화 속도에 영향을 미치는 변수
1. 온도 (Temperature)
: 높을 수록 산화 속도 증가
2. Wet / Dry
: 습식 산화가 건식 산화보다 빠른 산화 속도
3. 결정 방향
: Si 원자의 밀집도가 높을 수록 산화 속도 증가
따라서 (1 1 1), (1 1 0), (1 0 0) 순으로 산화 속도가 빠르다
4. 압력
: 높을 수록 산화 속도 증가
5. 도핑 농도
: 높을 수록 산화 속도 증가
1-1) 습식 산화 공정 (Wet Oxidation)
: 수증기를 사용하여 산화막 형성
- 반응식
: Si + 2H2O → SiO2 + 2H2
장점은 산화막 성장속도가 빠르다는 것입니다.
단점은 산화막의 질이 낮다는 것입니다.
1-2) 건식 산화 공정 (Dry Oxidation)
: 산소를 공급하여 산화막 형성
- 반응식
: Si + O2 → SiO2
장점은 높은 질의 산화막을 얻을 수 있다는 것입니다.
단점은 산화막 성장속도가 느리다는 것입니다.
높은 질의 산화막을 필요로 하는 Gate Oxide 형성에는 주로 건식 산화 공정을 사용하고,
빠르고 두꺼운 산화막이 필요한 보호막 형성에는 습식 산화 공정을 사용합니다.
2) Isolation
2-1) LOCOS (Local Oxidation of Si)
초기에는 LOCOS 공정을 사용하여 Device Isolation을 했습니다.
공정 과정은 다음과 같습니다.
1. Si 위 Nitride를 증착
2. Nitride Etching
3. 산화막 성장
4. Nitride 제거
그러나 이와 같이 LOCOS 공정을 진행했을 때, 가장 큰 문제는 Bird's Beak 입니다.
Bird's Beak에 의해 채널의 길이가 짧아지고 SCE(Short Channel Effect)를 발생시킵니다.
2-2) STI (Shallow Trench Isolation)
LOCOS 공정의 문제를 해결하기 위해 고안된 방법이 STI입니다.
공정 과정은 다음과 같습니다.
1. Si 위 Pad Oxide, Ntirde, Resist 증착
2. RIE (Reactive Ion Etching)
3. Liner Oxide 증착
: 실리콘에 미치는 Defect를 감소
4. SiO2 증착 (Gap Fill)
5. CMP (Chemical Mechanical Polishing)
6. Nitride 제거
LOCOS 공정과 달리 Bird's Beak 문제가 발생하지 않기 때문에 현재는 STI 공정을 주로 사용하여 Device Isolation을 진행합니다.
이상으로 산화 공정에 대해서 알아보았습니다.
다음 포스트에서는 포토 공정에 대해 알아보도록 하겠습니다!
내용에 오류가 있거나 궁금한 부분이 있으시다면 댓글 주시면 감사하겠습니다.
