Oxide Layer, Silicon Oxide Layer, Oxide Film, Thermal Oxidation   산화막, 실리콘 산화막, 열 산화

(2018-11-09)

산화 피막

1. 산화막 (Oxide Layer)산화막 : 금속,실리콘 등에서 산화에 의해 형성된 박막(Thin Film)

  ㅇ 산화막 형성 : 모 재료 표면산소를 반응시켜 산화박막이 성장하는 현상을 일컬음
     - 크게, 다음 2가지 제조 방법이 있음
        . 증착    (산화물 박막을 입힘, Vapor Deposition)
        . 열 산화 (열적 성장, Thermal Oxidation)
     - 기타, 자연 산화막일 수도 있음

  ※ 반도체 실리콘에 작용시켜 만들어진 산화규소(SiO₂) 산화막은,
     - 주로, 인간 생활 온도에서 매우 안정되고 우수한 절연체 등으로 활용 가능


2. 자연 산화막 (Native Oxide Layer)규소가 상온에서 공기에 노출되면, 표면에 약 1~2 nm의 산화막이 형성되고, 
     더이상 산화가 진행 확산되지 못함, 이를두고 자연 산화막이라고 함

  ※ 반도체 집적회로 공정에서는 원하는 두께 형성을 위해 주로 인공적 방법을 씀     


3. 인공 실리콘 산화막 (Silicon Oxide Layer)실리콘 산화막 장점
     - 계면 상태가 양호함, 박막 형성이 용이함, 물리적 성질 우수함
        . 집적공정확산공정이온주입 공정에서 방지막으로써의 역할을 하여주는 등

  ㅇ 비결정질 실리콘으로 형성된 산화막
     - 비결정질 이산화 실리콘(Silicon Dioxide, SiO₂) 산화층으로 박막 형성이 가능
        . 한편, 실리콘 이외 다른 반도체 재료들은 순도 높고 질 좋은 산화층 형성 불가

     - 비결정질 실리콘 산화막 주요 특징
        . 장범위규칙에서 질서가 없음(비결정질). 비교적 밀도가 낮음. 부피 큼.
        . 다양한 불순물이 들어갈 수 있으며, 쉽게 확산 가능
        . 비결정질 실리콘 산화에너지밴드 갭 : 대략 9 [eV] 정도 
           .. 순수 실리콘 1.1 [eV] 보다 8 배 이상

  ㅇ 실리콘 산화막 주요 용도
     - 일정 수준의 전기적인 절연 및 격리 
        . 반도체 소자 내 전하캐리어들의 이동을 막아 일정 수준으로 절연시켜주는 박막
           .. 例) MOSFET 소자에서 gate 절연막 : 약 1.5 nm (몇개 분자 정도 크기)
           .. 例) 소자 간 격리를 위한 필드 산화막(FOX,Field Oxide layer) : 약 1 ㎛
           .. 例) 기판 위 금속 배선시에 절연층 역할
     - 반도체 소자의 표면 보호
     - 집적공정 도핑 과정에서 방지막(마스크 산화막) 역할 : 약 0.1 ㎛


4. 산화막 형성 공정

  ㅇ 타깃 물질 전체 표면산화막을 형성/생성/성장시키는 공정
     - 한편, 전체 뿐 만 아니라 부분적으로도 얇은 막을 입히는 공정은 ☞ 박막 참조

  ㅇ 주요 방법

     - 양극 산화 (Anodic Oxidation) : 금속표면 처리법 중의 하나
        . 전해액도금 금속을 양극으로 해서 전기 화학적으로 산화 피막 형성

     - 스퍼터링(Sputtering) : 기판 가열 불필요
        . 진공 내 고 에너지 이온 가스 분자가 방전되며 음극의 박막 재료 타깃에 충돌되고, 
        . 그 박막 재료 물질이 스퍼터되어 양극의 기판 위로 그대로 전달되어 산화막 형성

     - 열 산화(Thermal Oxidation) 방법 : 실리콘 웨이퍼 그 자체 물질이 이용됨
        . 실리콘 기판 자체를 고온(900~1200℃)에서 산화시켜 열산화막(thermal oxide)을 성장
          

        . 건식 산화(dry oxidation) : 순수 산소 가소
           
           .. 성장 속도 느려, 얇은 박막 형성 가능 
           .. 집적회로 공정에 많이 쓰임
        . 습식 산화(wet oxidation) : 수증기 
           
           .. 성장 속도 빨라, 두꺼운 박막 형성 가능 

     - CVD(화학 기상 증착) 방법
        . 원하는 물질을 포함하는 가스를 외부에서 주입하여 화학반응시켜,
          웨이퍼 전체 표면에 도포(증착)시킴


[집적공정] 1. 집적 공정 2. 결정 성장 3. 리소그래피 4. 증착 5. 식각 6. 도핑(확산,이온주입) 7. 산화
[결정 성장] [증착] [리소그래피] [집적공정 참고용어]

 
        최근수정     요약목록     참고문헌