1. 산화막 (Oxide Layer) 또는 산화 피막 (Oxide Coating)
ㅇ 금속,실리콘 등의 표면에서, 산화에 의해 형성된 산화물 박막(Thin Film)
ㅇ 산화막의 형성
- 모 재료 표면에 산소를 반응시켜, 산화된 박막이 성장하는 현상을 일컬음
ㅇ 산화막의 형성 : (인공적,자연적) 방법의 例)
- 화학 용액에 담아 화학 반응을 일으킴 (화학 처리)
- 전기분해 작용 이용 (양극 산화, anodizing)
- 가열을 하는 등 (가열 처리)
- 또는, 공기 중 노출에 의한, 자연 산화막일 수도 있음 (공기 노출)
※ 한편, 반도체 실리콘에 작용시켜 만들어진 산화규소(SiO₂) 산화막은,
- 주로, 생활 온도에서 매우 안정되고 우수한 절연체 등으로 활용 가능
2. [실리콘] 자연 실리콘 산화막 (Native Silicon Oxide Layer)
ㅇ 규소(실리콘)가 상온에서 공기에 노출되면,
- 표면에 약 1~2 nm의 산화막이 형성되고,
- 더이상 산화가 진행 확산되지 못함
- 이를두고 자연 산화막 이라고 함
※ 반도체 집적회로 공정에서는, 원하는 두께 형성을 위해 주로 인공적 방법을 씀
3. [실리콘] 인공 실리콘 산화막 (Artificial Silicon Oxide Layer)
ㅇ 인공 실리콘 산화막의 장점
- 계면 상태가 양호함, 박막 형성이 용이함, 물리적 성질 우수함
. 집적공정 중 확산공정 및 이온주입 공정에서 방지막으로써의 역할을 하여주는 등
ㅇ 주로, 비결정질 실리콘으로 산화막 형성
- 비결정질 이산화 실리콘(Silicon Dioxide, SiO₂) 산화층으로 박막 형성이 가능
. 한편, 실리콘 이외 다른 반도체 재료들은(Ge 등), 순도 높고 질 좋은 산화층 형성이 불가능함
ㅇ 비결정질 실리콘 산화막의 주요 특징
- 장범위규칙에서 질서가 없음(비결정질). 비교적 밀도가 낮음. 부피 큼.
- 다양한 불순물이 들어갈 수 있으며, 쉽게 확산 가능
- 비결정질 실리콘 산화막 에너지밴드 갭 : 대략 9 [eV] 정도
. 순수 실리콘 1.1 [eV] 보다 8 배 이상
4. [실리콘] 산화막의 주요 용도 : (절연, 보호, 광 필름)
ㅇ 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 정도의 크기)
. 例) 소자 간 격리를 위한 필드 산화막(FOX,Field Oxide layer) : 약 1 ㎛
. 例) 기판 위 금속 배선시에 절연층 역할
ㅇ 반도체 소자의 표면 보호
ㅇ 집적공정 도핑 과정에서 방지막(마스크 산화막) 역할 : 약 0.1 ㎛
5. [실리콘] 산화막의 형성 공정
ㅇ 크게, 다음 2가지 인공 제조 방법이 있음
- 증착 (산화물 박막을 입힘, Vapor Deposition)
- 열 산화 (열적 성장, Thermal Oxidation)
※ 산화막의 형성 공정 ☞ 산화 공정 참조
6. [실리콘] 유전체 필름으로써, 산화막의 원 재료
ㅇ 주로, 전기적,기계적 안정성이 우수한, SiO₂및 Si3N4