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[반도체 공정] 1. 산화 (Oxidation)

[반도체 8대 공정] 2탄, 웨이퍼 표면을 보호하는 산화공정 – 삼성반도체이야기

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웨이퍼의 보호막과 절연막 역할을 하는 ‘산화막(SiO₂)’

[반도체 8대 공정] 2탄, 웨이퍼 표면을 보호하는 산화공정 – 삼성반도체이야기

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

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[반도체 8대 공정] (2) 산화 공정 (Oxidation Process)

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Summary of article content: Articles about ASML – [반도체 8대공정 : 2.산화공정이란?] 모든 공정의 기초 단계인 산화(Oxidation)공정은 웨이퍼에 여러 가지 물질로 얇은 막을 증착하는 대표적인 방법으로, 고온(800~1,200℃)에서 산소나 수증기를 웨이퍼 표면에 뿌려 얇고 균일한 실리콘 산화막(SiO₂)을 형성시키는 과정입니다. 이때 형성되는 산화막은 공정 시 발생하는 오염물질이나 화학물질로 생성되는 불순물로부터 실리콘 표면을 보호하는 역할을 하게 됩니다. 또한, 산화막은 이온 주입법으로 주입된 불순물이 웨이퍼 표면에 도달하는 것을 막아 주는 든든한 보호막 역할을 하고, 웨이퍼 위에 그려지는 각 배선이 합선이 되지 않도록 구분해주는 절연막 역할을 하기도 합니다. 보통 산화막 형성에는 열산화, 전기 화학적 양극 처리, 플라즈마 보강 화학 기상 증착(PECVD) 등 여러 가지 방법이 있지만, 고온의 환경에서 웨이퍼에 산화막을 형성하는 열산화가 가장 많이 사용하고 있습니다. 열산화 방법은 건식(Dry)산화와 습식(Wet)산화로 나뉘게 됩니다. – 건식산화 : 산소만을 이용해 얇은 막을 형성할 때 주로 사용. 매우 좋은 전기적 특성을 가진 산화물을 만들 수 있지만, 동일한 온도에서 같은 두께의 산화물을 형성하는데 습식산화 보다 더 많은 시간이 필요. – 습식산화 : 산소와 수증기를 모두 사용하기 때문에 보다 두꺼운 막을 형성할 때 사용. 동일한 온도와 시간에서 습식산화를 사용하여 얻어진 산화막은 건식산화를 사용한 것보다 약 5~10배 정도 더 두꺼움. 지금까지 웨이퍼 표면을 보호해주는 산화공정에 대해서 알아보았습니다. 다음주에는 웨이퍼 위에 반도체 설계 회로를 어떻게 그려 넣는지 알아보겠습니다. #ASML #microelectronics #ASMLKOREA #semiconductor #반도체 #bepartofprogress #반도체이야기 #반도체공정 #산화공정 | Facebook 산화공정이란?] 모든 공정의 기초 단계인 산화(Oxation)공정은 웨이퍼에 여러 가지 물질로 얇은 막을 증착하는 대표적인 방법 … …
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ASML - [반도체 8대공정 : 2.산화공정이란?] 모든 공정의 기초 단계인 산화(Oxidation)공정은 웨이퍼에 여러 가지 물질로 얇은 막을 증착하는 대표적인 방법으로, 고온(800~1,200℃)에서 산소나 수증기를 웨이퍼 표면에 뿌려 얇고 균일한 실리콘 산화막(SiO₂)을 형성시키는 과정입니다. 이때 형성되는 산화막은 공정 시 발생하는 오염물질이나 화학물질로 생성되는 불순물로부터 실리콘 표면을 보호하는 역할을 하게 됩니다. 또한, 산화막은 이온 주입법으로 주입된 불순물이 웨이퍼 표면에 도달하는 것을 막아 주는 든든한 보호막 역할을 하고, 웨이퍼 위에 그려지는 각 배선이 합선이 되지 않도록 구분해주는 절연막 역할을 하기도 합니다. 보통 산화막 형성에는 열산화, 전기 화학적 양극 처리, 플라즈마 보강 화학 기상 증착(PECVD) 등 여러 가지 방법이 있지만, 고온의 환경에서 웨이퍼에 산화막을 형성하는 열산화가 가장 많이 사용하고 있습니다. 열산화 방법은 건식(Dry)산화와 습식(Wet)산화로 나뉘게 됩니다. - 건식산화 : 산소만을 이용해 얇은 막을 형성할 때 주로 사용. 매우 좋은 전기적 특성을 가진 산화물을 만들 수 있지만, 동일한 온도에서 같은 두께의 산화물을 형성하는데 습식산화 보다 더 많은 시간이 필요. - 습식산화 : 산소와 수증기를 모두 사용하기 때문에 보다 두꺼운 막을 형성할 때 사용. 동일한 온도와 시간에서 습식산화를 사용하여 얻어진 산화막은 건식산화를 사용한 것보다 약 5~10배 정도 더 두꺼움. 지금까지 웨이퍼 표면을 보호해주는 산화공정에 대해서 알아보았습니다. 다음주에는 웨이퍼 위에 반도체 설계 회로를 어떻게 그려 넣는지 알아보겠습니다. #ASML #microelectronics #ASMLKOREA #semiconductor #반도체 #bepartofprogress #반도체이야기 #반도체공정 #산화공정 | Facebook — ASML – [반도체 8대공정 : 2.산화공정이란?] 모든 공정의 기초 단계인 산화(Oxidation)공정은 웨이퍼에 여러 가지 물질로 얇은 막을 증착하는 대표적인 방법으로, 고온(800~1,200℃)에서 산소나 수증기를 웨이퍼 표면에 뿌려 얇고 균일한 실리콘 산화막(SiO₂)을 형성시키는 과정입니다. 이때 형성되는 산화막은 공정 시 발생하는 오염물질이나 화학물질로 생성되는 불순물로부터 실리콘 표면을 보호하는 역할을 하게 됩니다. 또한, 산화막은 이온 주입법으로 주입된 불순물이 웨이퍼 표면에 도달하는 것을 막아 주는 든든한 보호막 역할을 하고, 웨이퍼 위에 그려지는 각 배선이 합선이 되지 않도록 구분해주는 절연막 역할을 하기도 합니다. 보통 산화막 형성에는 열산화, 전기 화학적 양극 처리, 플라즈마 보강 화학 기상 증착(PECVD) 등 여러 가지 방법이 있지만, 고온의 환경에서 웨이퍼에 산화막을 형성하는 열산화가 가장 많이 사용하고 있습니다. 열산화 방법은 건식(Dry)산화와 습식(Wet)산화로 나뉘게 됩니다. – 건식산화 : 산소만을 이용해 얇은 막을 형성할 때 주로 사용. 매우 좋은 전기적 특성을 가진 산화물을 만들 수 있지만, 동일한 온도에서 같은 두께의 산화물을 형성하는데 습식산화 보다 더 많은 시간이 필요. – 습식산화 : 산소와 수증기를 모두 사용하기 때문에 보다 두꺼운 막을 형성할 때 사용. 동일한 온도와 시간에서 습식산화를 사용하여 얻어진 산화막은 건식산화를 사용한 것보다 약 5~10배 정도 더 두꺼움. 지금까지 웨이퍼 표면을 보호해주는 산화공정에 대해서 알아보았습니다. 다음주에는 웨이퍼 위에 반도체 설계 회로를 어떻게 그려 넣는지 알아보겠습니다. #ASML #microelectronics #ASMLKOREA #semiconductor #반도체 #bepartofprogress #반도체이야기 #반도체공정 #산화공정 | Facebook

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[반도체 8대 공정] 2탄, 웨이퍼 표면을 보호하는 산화공정 – 삼성반도체이야기

알고 보면 현대인들이 물이나 공기만큼 자주 접하는 반도체. 우리 삶과 밀접하게 연결되어 있는 반도체가 어떻게 만들어지는지 알아보는 8대 공정 시간입니다. 지난 시간에는 그 첫 이야기로 웨이퍼(Wafer)의 제조에 대해 알아봤는데요.

이번에는 반도체 8대 공정의 두 번째 시간, 산화공정(Oxidation)에 대해 자세히 알아보겠습니다.

웨이퍼의 보호막과 절연막 역할을 하는 ‘산화막(SiO₂)’

모래에서 추출한 실리콘을 반도체 집적회로의 원재료로 탄생시키기 위해서는 일련의 정제 과정을 통해 잉곳(Ingot)이라고 불리는 실리콘 기둥을 만듭니다. 이 실리콘 기둥을 균일한 두께로 절단한 후 연마의 과정을 거쳐 반도체의 기반이 되는 웨이퍼를 만드는데요.

이렇게 만들어진 얇고 둥근 판 모양의 웨이퍼는 전기가 통하지 않는 부도체 상태입니다. 그래서 도체와 부도체의 성격을 모두 가진 ‘반도체’의 성질을 가질 수 있도록 만드는 작업이 필요한데요. 이를 위해 웨이퍼 위에 여러 가지 물질을 형성시킨 후 설계된 회로 모양대로 깎고, 다시 물질을 입혀 깎아내는 일이 반복되죠.

이 모든 공정의 가장 기초적인 단계가 산화공정입니다. 산화공정을 거치는 이유는 웨이퍼에 절연막 역할을 하는 산화막(SiO₂)을 형성해 회로와 회로사이에 누설전류가 흐르는 것을 차단하기 위해서 입니다. 산화막은 또한 이온주입공정에서 확산 방지막 역할을 하고, 식각공정에서는 필요한 부분이 잘못 식각되는 것을 막는 식각 방지막 역할도 합니다.

즉, 산화공정을 통해 형성된 산화막이 반도체 제조과정에서 든든한 보호막 역할을 하는 건데요. 미세한 공정을 다루는 반도체 제조과정에서는 아주 작은 불순물도 집적회로의 전기적 특성에 치명적인 영향을 미치기 때문입니다.

그렇다면 이렇게 든든한 보호막 역할을 하는 산화막은 어떻게 형성되는 것일까요?

웨이퍼는 대기 중 혹은 화학물질 내에서 산소에 노출되면 산화막을 형성하게 되는데요. 이는 철(Fe)이 대기에 노출되면 산화되어 녹이 스는 것과 같은 이치입니다.

웨이퍼에 막을 입히는 산화공정의 방법에는 열을 통한 열산화(Thermal Oxidation), 플라즈마 보강 화학적 기상 증착(PECVD), 전기 화학적 양극 처리 등 여러 종류가 있습니다. 그 중 가장 보편적인 방법은 800~1,200℃의 고온에서 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성시키는 열산화 방법입니다.

열산화 방법은 산화반응에 사용되는 기체에 따라 건식산화(Dry Oxidation)와 습식산화(Wet Oxidation)로 나뉘는데요. 건식산화는 순수한 산소(O₂)만을 이용하기 때문에 산화막 성장속도가 느려 주로 얇은 막을 형성할 때 쓰이며, 전기적 특성이 좋은 산화물을 만들 수 있습니다. 습식 산화는 산소(O₂)와 함께 용해도가 큰 수증기(H₂O)를 함께 사용하기 때문에 산화막 성장속도가 빠르고 보다 두꺼운 막을 형성할 수 있지만, 건식 산화에 비해 산화층의 밀도가 낮습니다. 보통 동일한 온도와 시간에서 습식산화를 통해 얻어진 산화막은 건식산화를 사용한 것보다 약 5~10배 정도 더 두껍습니다.

지금까지 웨이퍼의 표면을 보호해주는 산화막의 형성 과정과 그 역할에 대해 알아보았는데요. 다음 시간에는 산화막이 형성된 반도체 위에 어떻게 반도체 설계 회로를 그려 넣는지에 대해 소개할 예정이니 많은 기대 바랍니다.

반도체 산화공정이란? (Oxidation공정)

안녕하세요.!

소비자디스플레이 정민규입니다.

반도체 산화공정(Oxidation) 에 대해 알아 봐요!

목차

A. 산화(Oxidation)공정이란?

B. 산화막[Oxide Film]이란?

C. 산화막의 역할

D. 열 산화막 형성 방법

A. 산화공정이란?

< 실리콘 웨이퍼 >

모래에서 추출한 실리콘은 반도체 집적회로의 원재료가 되기 위해 일련의 정제과정을 거쳐 실리콘 기둥(Ingot)으로 만들어집니다. 이 실리콘 기둥을 균일한 두께로 절단한 후 연마과정을 거치면 “웨이퍼=과자”가 되는데요. 이 얇고 둥근 판 모양의 과자는 전기가 통하지 않는 부도체 상태인데요. 도체와 부도체의 성격을 모두 가진 ‘반도체’의 성질을 가질 수 있도록 만드는 작업이 필요합니다.

이를 위해서는 웨이퍼 위에 여러 가지 물질로 얇은 막을 증착해야합니다.

이렇게, 고온(800~1,200℃)에서 산소나 수증기를 웨이퍼 표면에 뿌려 얇고 균일한 실리콘 산화막(SiO₂)을 형성시키는 과정을 “산화(Oxidation)공정”이라고 합니다.

B. 산화막[Oxide Film]이란?

산화막[Oxide Film]이란? 공정에서 발생하는 불순물로부터 실리콘 표면을 보호하는 막

웨이퍼에 막을 입히는 산화막 형성 방법에는 여러가지가 있습니다.

1. 열산화(Thermal Oxidation)

2. 전기 화학적 산화(Electrochemical Oxdiation)

3. 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)

4. 플라즈마 화학 기상 증착 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)

이 중에서도 800~1,200℃의 고온에서 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성시키는 “열산화 방법”을 보편적으로 사용합니다. 열산화 방법은 산화반응에 사용되는 기체에 따라 건식산화(Dry Oxidation)와 습식산화(Wet Oxidation)로 나뉩니다.

<건식산화와 습식산화의 측면 모습>

건식산화(Dry Oxidation) 산소만을 이용해 얇은 막을 형성할 때 주로 사용합니다.

1. 매우 좋은 전기적 특성을 가진 산화물을 만들 수 있다. 2. 동일한 온도, 같은 두께의 산화물을 형성하는데 습식산화 보다 더 많은 시간이 필요하다. 3. 얇은 산화막 성장 : ~200Å(느린산화속도) 4. 패드 산화막,게이트 산화막, STI라이너(Liner) 산화막으로 사용

습식산화(Wet Oxidation) 산소와 수증기를 모두 사용하기 때문에 보다 두꺼운 막을 형성할 때 사용합니다. 1. 산화막 성장속도가 빠르고 동일한 온도와 시간에서 습식산화를 사용하여 얻어진 산화막은 건식산화를 사용한 것보다 약 5~10배 정도 더 두꺼운 막을 형성 할수 있다 2. 건식 산화에 비해 산화층의 밀도가 낮습니다. 3. 두꺼운 산화막 성장 : ~ 수천 Å(빠른산화속도)

C. 산화막의 역할

1. 실리콘 표면 보호

2. 이온 주입시의 마스크

3. 소자 분리

4. 유전체

1. 실리콘 표면 보호 역할

반도체 제조 공정 중에는 여러 가지 의도하지 않는 오염이 발생되는데, 그 중 불순물 (Impurity)에 의해 실리콘의 비저항 또는 전도율이 변화하여 소자의 특성을 떨어트리는 경우가 있어서 직접회로의 전기적 특성에 치명적인 영향을 미치게 됩니다. 따라서, 산화막은 이 불순물들을 방지하고 소자의 전기적 특성을 보호하며, 먼지, 긁힘, 오염물질로부터 실리콘 표면의 오염을 방지하는데요. 공정 시 발생하는 불순물로부터 웨이퍼를 보호하는 산화막의 역할이 매우 중요한것입니다.

2. 이온 주입시의 마스크 역할

< 1. 산화막 이온 주입 >

웨이퍼 표면에 산화막으로 패턴을 형성하고 이온 주입법으로 불순물을 주입할 경우 선택적인 영역에 이온을 주입할수 있습니다.

< 2. 유기막 이온 주입 >

유기막 패턴을 형성하고 이온 주입할 경우 이온이 유기막을 통과하는 경우 대치하여 사용할 수 있습니다. 메커니즘은 산화막을 마스크처럼 사용하여 선택적 영역에 이온을 주입하는 것입니다.

3. 소자 분리 역할

소자의 크키가 작아지게 되면 소자분리 영역도 좁아져 기존의 로코스(LOCOS) 기술로는 분리가 불가능합니다. 이때 규소(Si)를 식각하고 산화막을 채워 소자를 분리하는데요. 흔히 STI(Shallow Trench Isolation)이라 불리는 공정 기술을 사용하는데, 트렌치(Trench)라는 도랑안에 채워지는 산화막은 CVD(Chemical Vapor Deposition)방법으로 증착하며, 산화막 증착 전 트렌치 식각 계면을 안정화 시키기 위해 트렌치 측벽에 열 산화막을 형성시킵니다. 메커니즘은 산화막으로 채워진 트렌치가 소자1영역과 소자2영역을 절연하여 전기적으로 연결되지 않도록 분리하는 것입니다.

4. 유전체의 역할

1. 트랜지스터의 역할

산화막은 전기적 기능을 담당하는 유전체의 역할을 합니다.

2. 캐패시터의 역할

산화막은 수동소자의 하나만 캐패시터 구성요소인 유전체로써, 게이트와 실리콘, 메탈과 메탈 사이에 삽입되어 커패시터를 구성합니다.

D. 열 산화막 형성 방법

1. 산화 및 확산 장비

2. 열 산화막 공정의 중요한 변수

<열 산화막 성장 로,Furnace> < 출처 : (주)세미트로닉스 >

1. 산화 및 확산 장비(Furance)

실리콘 산화막 형성과 이온 주입후 불신물을 실리콘 내부로 확산 시키는 장비입니다.

확산 장비의 역할

a. 고온의 챔버 내부에 있는 웨이퍼에 산소가스의 산화 분위기에서 표면에 산화막 형성시킨다.

b. 웨이퍼 표면에 주입된 불순물 이온들의 전기적 활성화 시켜준다.

c. 온도와 시간을 조절하여 주입된 불순물을 소정의 깊이까지 확산할수 있다.

장비의 종류

확산장비는 수직형과 수평형 두 가지 종류가 있습니다.

확산장비의 구성

고정밀도로 유량제어된 프로세스 가스를 챔버 내부에 공급 및 챔버 내부의 압력 제어에 필요한 집적화 가스 공급시스템과 프로세스 가스용 밸브, 프로세스 가스용 레귤레이터, 고진공용 밸브, 진공 압력 비례제어 시스템 등으로 구성되어 있습니다.

<열 산화막 성장 로 내부 모습>

1. 석영관 로(Quartz-tube Furance) 사용

2. 공정온도 : 실리콘(Si) = 800~1200℃

3. 소스(Source) : 산소(O₂)

4. 반응 메커니즘

건식 산화 : 실리콘 웨이퍼(고체) + O₂ -> SIO₂ (고체산화막)

습식 산화 : 실리콘 웨이퍼(고체) + 2H₂O -> SiO₂ (고체산화막) + 2H₂

2. 열산화막 공정의 중요한 변수 세가지

1. 온도에 따라 산화막의 두께도 증가한다.

2. 압력에 따라 차이가 있다.

3. 열산화 하고자 하는 실리콘 기판의 결정방향

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

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~

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