산화 공정

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1. 개요2. 산화막3. 참고 영상

3.1. LOCOS3.2. STI

4. 질화물5. 과정

1. 개요

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

2. 산화막

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.

3. 참고 영상

삼성전자 반도체 뉴스룸 유튜브

▲ 산화 공정(CVD)

3.1. LOCOS

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.

3.2. STI

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.

4. 질화물

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.

5. 과정

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