산화 공정

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1. 개요[편집]

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oxidation
반도체 8대 공정 중 하나로, 웨이퍼에 산소를 주입하여 산화를 유도하는 과정을 말한다.

2. 산화막[편집]

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산소 반응성이 좋은 규소는 산소와 결합하여 산화막(SiO2)을 만든다. 영어로는 Silicon Di-oxide라고 하는데, Di는 2개라는 뜻이라 큰 의미가 없다보니 생략하여 옥사이드(Oxide)로 통칭한다. 이러한 산화막은 말그대로 표면에만 얇게 형성되기 되기 때문에 여러가지 용도로 사용된다. 주로 아래와 같은 기능을 한다.

• 보호막 (Surface Passivation) : 규소가 산화막이 되면 부도체가 된다. 산화막은 강도가 좋기 때문에 표면을 보호하고 안정화하는 데에 기여한다. 국소적인 공정 진행 시에도 산화막이 유용하게 사용된다.
• 불순물 제거 (Surface Cleaning) : 산화막이 생성되면서 표면의 불순물을 제거하는데 기여한다.
• 소자 간 격리 (Isolation) : 아래 LOCOS 참고.

2.1. LOCOS[편집]

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LOCal Oxidation of Silicon
새 부리 모양이라고 하여 Bird's Beak 이라고도 부른다.
부도체인 산화막은 전기 전도도가 낮으므로 (밴드갭 9.0eV), 소자 간의 전기적 분리에 유용하다. 과거 이를 위해 형성했던 영역을 LOCOS 라고 한다.

2.2. STI[편집]

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Shallow Trench Isolation

Aspect ratio가 높고 Depth가 깊은 구조. 즉, 가로가 짧고 세로가 긴 구조.

부피를 많이 차지하는 LOCOS 대신 소자 간 격리에 더 유용하기 때문에 현대에 많이 사용되고 있다. 해당 구조는 Oxidation으로는 생성이 불가능하므로 증착 공정으로 생성한다.

3. 질화물[편집]

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분자식은 Si3N4. 질화물이다보니 영어로는 나이트라이드 (Nitride)라고 통칭한다.

소자 간 격리에 산화막을 사용할 때 여러 문제점이 발견되면서 사용되기 시작한 물질이다. 산화막 사용시 문제가 되는 점은 아래와 같다.

• 큰 부피를 차지한다. LOCOS를 만들면 기존 실리콘 두께 대비 3~4배 가량의 두께가 된다.
• 강도가 낮다 : LOCOS가 되면 자연스레 곡면이 생기는데, 산화막은 표면 Stress를 받아 휘어버리면 깨져버리는 문제가 있다.
• 산화막을 쓸 수 없는 경우가 있다 : 공정 단계상 산화막을 만들 수 없는 경우가 있다. 혹은 MASK를 더 써야해서 비용 문제가 생긴다.

NItride는 산화막 대비 강도가 높고, 부피가 낮고, Uniformity가 좋아 산화막을 대체하여 사용하기가 편한 장점이 있다. 다만 쉽게 만들 수 있는 산화막보다 안전성 면에서 고려할 부분이 많다는 단점은 있다.

4. 과정[편집]

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과정은 의외로 단순한데, 웨이퍼를 두고 산소를 주입한 뒤 온도를 높여주는 것이다. 촉매 없이도 실리콘이 산소와의 반응성이 좋아 가능한 일이다.