산화 과정

모든 공정의 가장 기본적인 단계는 산화 공정입니다. 산화공정은 실리콘 웨이퍼를 산소나 수증기 등의 산화제가 존재하는 분위기에 놓아 고온 열처리(800~1200℃)를 하며, 실리콘 웨이퍼 표면에서 화학반응이 일어나 산화막을 형성하는 공정이다. (SiO2 필름).

SiO2 필름은 높은 경도, 높은 융점, 우수한 화학적 안정성, 우수한 절연성, 작은 열팽창 계수 및 공정 가능성으로 인해 반도체 제조 공정에 널리 사용됩니다.

산화규소의 역할:

1. 장치 보호 및 격리, 표면 패시베이션. SiO2는 경도가 높고 밀도가 좋은 특성을 갖고 있어 제조 과정에서 실리콘 웨이퍼를 긁힘이나 손상으로부터 보호할 수 있습니다.

2. 게이트 산화물 유전체. SiO2는 높은 유전 강도와 높은 저항률, 우수한 안정성을 가지며 MOS 기술의 게이트 산화물 구조용 유전체 재료로 사용될 수 있습니다.

3. 도핑 장벽. SiO2는 확산, 이온 주입 및 에칭 공정에서 마스크 장벽 층으로 사용될 수 있습니다.

4. 패드 산화물 층. 질화규소와 실리콘 사이의 응력을 줄입니다.

5. 주입 완충층. 이온 주입 손상 및 채널링 효과를 줄입니다.

6. 층간 유전체. 도전성 금속층간 절연용으로 사용 (CVD법으로 생성)

열산화의 분류 및 원리:

산화반응에 사용되는 가스에 따라 열산화는 건식산화와 습식산화로 구분된다.

건식 산소 산화: Si+O2-->SiO2

습식 산소 산화: Si+ H2O + O2-->SiO2 + H2

수증기 산화(습식 산소): Si + H2O -->SiO2 + H2

건식산화는 순수한 산소(O2)만을 사용하므로 산화막의 성장속도가 느리다. 주로 박막 형성에 사용되며 전도성이 좋은 산화물을 형성할 수 있습니다. 습식 산화에서는 산소(O2)와 용해도가 높은 수증기(H2O)를 모두 사용합니다. 따라서 산화막은 빠르게 성장하고 더 두꺼운 막을 형성합니다. 그러나 건식산화에 비해 습식산화에 의해 형성되는 산화물층의 밀도는 낮다. 일반적으로 동일한 온도와 시간에서 습식산화로 얻은 산화막은 건식산화로 얻은 산화막보다 약 5~10배 정도 두꺼워진다.