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

(2016-01-26)

산화 피막

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

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

  ※ 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 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 표면에 산화막을 형성/생성/성장시키는 공정
     - 한편, 전체 뿐 만 아니라 부분적으로도 얇은 막을 입히는 공정은 ☞ 박막 참조

  ㅇ 주요 방법

     - 양극 산화 (Anodic Oxidation) : 금속의 표면 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]
  1.   기술공통
  2.   기초과학
  3.   파동/광학/음향
  4.   방송/멀티미디어/정보이론
  5.   전자/전기/제어
        1. 전기전자공학
    1.   디지털공학
    2.   신호 및 시스템
    3.   회로해석
    4.   전자기학
    5.   초고주파/RF 공학
    6.   반도체/물리전자공학
      1.   도체 전도성
      2.   반도체 기초
      3.   반도체 재료
      4.   반도체 에너지밴드
      5.   반도체 평형상태
      6.   반도체 전하 이동
      7.   반도체 접합
      8.   다이오드
      9.   트랜지스터
      10.   집적공정
            1. 집적 공정
            2. 결정 성장
            3. 리소그래피
            4. 증착
            5. 식각
            6. 도핑(확산,이온주입)
            7. 산화
        1.   결정 성장
        2.   증착
        3.   리소그래피
        4.   집적공정 참고용어
    7.   전자회로
    8.   전기공학
    9.   자동제어
    10.   전자공학(기타일반)
  6.   통신/네트워킹
  7.   정보기술(IT)
  8.   기계/재료/공업일반
  9.   표준/계측/품질
  10.   기술경영

 
        최근수정     참고문헌