SK채용 공식블로그

반도체? 이 정도는 알고 가야지: (2) 산화(Oxidation) 공정

지난 시간에 반도체 8대 공정 중 첫 번째 공정인 ‘웨이퍼 공정’에 대해 소개해드렸었는데요. 오늘은 그렇게 힘들게 만들어진 웨이퍼 표면을 보호하기 위한 공정인 ‘산화 공정’을 소개해드리려 합니다. 오늘도 눈 똑바로 뜨고 흡수할 준비 되셨나요? 그럼 시작~


SK Careers Editor 이미진

 



1. 산화 공정이란?

가장 먼저 산화 공정이 어떤 말인지 알고 가야겠죠? ‘산화 공정’이란, 실리콘(Si) 기판 위에 산화제(물(H2O), 산소(O2))와 열에너지를 공급하여 이산화규소(SiO2) 막을 형성하는 공정을 말합니다. 

이때 만들어지는 산화막은 회로와 회로 사이에 누설 전류가 흐르는 것을 막아줄 뿐만 아니라, 이온주입공정에서 확산 막아주는 역할, 식각 공정에서 엉뚱한 곳이 잘못 식각 되는 것을 막는 식각 방지막 역할을 합니다. 이렇게 다양한 종류의 보호막이 되어 웨이퍼를 지켜주는 것이죠. ‘산화’의 이해가 어려우시다면, 철(Fe)이 녹스는 현상을 생각하시면 됩니다.


2. 산화 공정 방법

: 산화 공정 방법에는 열을 통한 열산화(Thermal Oxidation), 화학적기상증착산화(Chemical Vapor Deposition), 전기화학적산화(Electrochemical Oxidation) 등의 종류가 있습니다. 그 중 가장 많이 사용되는 방법은 고온에서 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성하는 열산화 방법입니다. 이러한 열산화 방법은 산화반응에 사용되는 기체에 따라 크게 습식 산화와 건식 산화로 분류할 수 있습니다.




1) 건식 산화(Dry Oxidation)

: 건식산화는 순수한 산소(O2)만을 이용하기 때문에 산화막 성장속도가 느려 주로 얇은 막을 형성할 때 쓰입니다. 성장속도가 느릴 때 얇은 막을 형성하기 유리한 까닭은, 성장속도가 느릴수록 막의 두께를 조정(Control)하기 쉽기 때문입니다. 쉽게 생각하면, 내가 세숫대야에 물을 아주 조금만 채우고 싶을 때, 수도꼭지를 한번에 많이 열어 콸콸 붓기보다, 아주 조금만 열어 조금씩 떨어지게 하는 상황을 생각하면 쉽게 이해가 될 것입니다. 이렇게 얇은 막을 형성할 수 있는 건식 산화는 전기적 특성이 좋은 산화물을 만들 수 있습니다.


2) 습식 산화(Wet Oxidation)

: 습식산화는 산소(O2)와 함께 수증기(H2O)를 사용하기 때문에 산화막 성장속도가 빠르고 두꺼운 막을 형성할 수 있지만, 건식 산화에 비해 산화층의 밀도가 낮습니다. 따라서 산화막의 질이 건식산화에 비해 비교적 안 좋다는 단점이 있습니다. 동일한 온도와 시간에서 습식산화를 통해 얻어진 산화막은 건식산화를 사용한 것보다 약 5~10배 정도 더 두꺼운 경향을 보입니다.


 


3. 이 외에 산화막 성장 속도에 영향을 미치는 것들

: 반도체 사이즈는 점점 작아지고, 이 와중에 산화막은 보호막의 역할을 위해 꼭 필요하므로 산화막의 두께는 반도체 사이즈를 결정하는 데에 아주 중요한 요소로 작용합니다. 따라서 산화막의 두께를 줄이기 위해 산화 공정의 다양한 변수를 조율하게 됩니다. 2번 항목에서 설명 드렸던 습식 산화, 건식 산화도 그 변수의 한 종류라고 말할 수 있으며, 그 이외에도 웨이퍼의 결정 구조, 더미 웨이퍼(가스를 정면으로 닿거나 나중에 닿는 부분의 산화 정도 차이를 줄이기 위해 희생 웨이퍼인 더미 웨이퍼를 활용하여 가스의 균일도를 맞추어 줄 수 있음), 도핑 농도, 표면 결함, 압력, 온도, 시간 등이 산화막의 두께에 영향을 줄 수 있습니다.


오늘은 저와 함께 산화막이 어떤 역할을 하는지, 산화막이 어떻게 형성되는지, 그리고 이러한 산화막의 형성 속도는 어떤 것들에 영향을 받는지에 대해 알아보았는데요. 반도체 8대 공정 중 2개의 공정이 끝났습니다. 다음 시간에는 반도체 위에 회로 패턴을 만드는 식각 공정에 대해 다뤄보겠습니다. 더 빠른 이해를 위해 오늘 다뤘던 내용 한 번 더 읽어보길 바라며 오늘은 이만 안녕~




Posted by SK Careers Journal skcareers

댓글을 달아 주세요

  1. 재식 2017.08.03 18:49 Address Modify/Delete Reply

    오.. 건식이 성장속도가 느린게 단점이라고만 생각했는데 장점이 될 수도 있군요 옹

    • 이미진 2017.08.17 11:34 Address Modify/Delete

      네! 반도체 크기가 나노 단위로 작아지면서, 얇은 맏을 형성하는 건식 산화가 일반적으로 이용되고 있습니다. 성장 속도가 느리지만 더 얇고 더 성능이 좋은 막을 형성할 수 있기 때문입니다.

  2. 하재식 2017.08.17 15:31 Address Modify/Delete Reply

    앗 감사합니다

  3. 에반 2017.09.21 11:18 Address Modify/Delete Reply

    블로그로 퍼가도 되나요?

  4. 심재훈 2019.05.08 09:09 Address Modify/Delete Reply

    마지막 두번째 문장
    "다음 시간에는 반도체 위에 회로 패턴을 만드는 식각 공정에 대해 다뤄보겠습니다."
    식각 -> 포토