반도체 공정 – 산화 공정

초기 웨이퍼는 전기가 통하지 않는 부도체 상태이다. 산화공정은 도체와 부도체의 성격을 모두 가진 반도체의 성질로 만드는 기초 작업이다. 즉, 웨이퍼의 보호막과 절연막 역할을 하는 산화막(SiO2)을 형성하는 공정이다.

산화막의 역할

1) 소자 보호와 격리

- 웨이퍼 표면에 성장된 이산화 규소는 실리콘에 민감한 소자를 보호하고 격리하기 위해 효과적인 장벽의 역할을 한다.

2) 표면 보호

- 실리콘의 표면 밀도 감소: 웨이퍼 표면에 있는 실리콘의 표면 상태 밀도를 감소시키기 위해 산화물을 형성하여 외부에서의 오염물질로 인해 발생하는 반도체의 누설 전류 등을 제거한다.

- SiO2는 마지막 공정에서 발생할 수 있는 손상과 공정 손실로부터 Si를 보호한다.

3) Layer 사이의 절연막 역할

- Layer 사이에 절연을 시키기 위해 산화막을 유전체로 사용한다.

산화막이 갖춰야할 특성

- 산화막 내부에 결함이 없는 완전한 절연막

- 실리콘과의 계면의 전기적 특성이 안정적

- 신뢰성 확보(낮은 두께, 높은 항복 전압, 높은 축전량)

산화 공정의 종류 및 특징

산화 공정 방식

1) Furnace 방식

열적 산화 공정을 위해 사용되는 장비로서 Vertical, Horizon 2가지가 있지만 보통 Vertical 형식이 많이 사용된다.

- Vertical Furnace에 최대 200여장의 Wafer를 처리할 수 있다.

> 800~1200 ℃의 고온에서 진행

- 양 끝에 Dummy Wafer를 그 사이에 Process Wafer를 놓고 Process 진행

> 양 끝단은 고온가스의 출입구로 균일한 산화막을 생성할 수 없기 때문에 Dummy Wafer 배치

> Gas의 유량을 일정하게 유지할 수 있어 균일한 산화막 형성 가능

* Batch type: Chamber에 한 장의 Wafer가 아니라 여러 장의 Wafer를 처리하는 방식

2) RTP 방식

Rapid Thermal Process의 약자로 Wafer를 아주 빠른 시간 안에 가열해주는 방식이다.

- Single Type으로 Furnace 방식에 비해 생산성이 낮다.

- 상부의 Halogen Lamp로 Wafer를 가열한다.

- 열처리 시간이 짧기 때문에 Wafer 표면에 균일하게 열전달이 안될 수 있어 뒤틀림 등의 문제가 발생할 수 있다.

* Single Type: Chamber에 Wafer를 한 장씩 처리하는 방식

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