산화공정(Oxidetion)

소개글

산화공정(Oxidetion)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 이론적 배경

3. 실험 과정

4. 실험 결과

5. 고찰 및 창의 설계

본문내용

산화공정(Oxidation)
1. 실험 이론
1.1 실험 목표
실리콘이 직접회로에 많이 사용되는 중요한 이유 중의 하나는 훌륭한 산화증(oxide) SiO₂를 형성할 수 있다는 것이다. 이 산화층은 절연체로서 MPSFET와 같은 소자 및 소자들 간의 영역에 사용된다. SiO₂형성을 위한 다양한 방법이 사용되고 있다. 그 중에서 이번 실험에서는 열 산화방법에 대해 실험 할 것이다.
1.2 산화공정의 정의
반도체 소자 제조 공정 중 하나로 고온 (800~1200℃)에서 산소나 수증기를 주입시키고 열을 가하여 실리콘 웨이퍼 표면에 얇고 균일한 실리콘 산화막 (SiO₂)을 형성시키는 공정이다. 실리콘 산화막은 시릴콘 표면에 원하지 않는 오염을 방지하는 역할 뿐 만아니라 반도체 소자에서 매우 우수한 절연체로 전류와 도핑물질의 이동을 막는데 사용되는 물질로 고품질의 SiO₂박막을 성장시키는 산화 기술은 반도체 공정에서 매우 중요하다.
산화공정
실리콘 표면 위에 산화막 층을 형성하기 위한 방법으로 실리콘 표면을 산화시키는 공정이 있다. 아래의 그림에서처럼 silicon substrate 의 일부가 산화되어 원래의 부피보다 커져서 만들어지게 된다.
Si(solid) + O₂ → SiO₂(solid)
Si(solid) +2H₂O → SiO₂(solid) + 2H₂
산화공정에는 두 가지가 있다.
1) 하나는 산화에 산소 Gas만을 쓰는 건식 (dry oxidation)
Si (solid) + O₂→ SiO₂ (solid)
2) 다른 하나는 수증기를 쓰는 습식 (wet oxidation)
Si (solid) + H₂O → SiO₂ (solid) + 2H₂
건식 산화막은 습식 산화막 보다 같은 두께를 만드는 데 더 오래 걸린다. 건식 산화막이 습식 산화막보다 더욱 치밀한 물질이다. 단시간에 두툼한 산화막이 필요하면 습식 산화막을 만들어 쓰게 되며 얇지만 빈틈없이 치밀한 산화막을 필요로 하면 건식 산화막을 만들어 쓴다. 이때 생기는 산화막의 두께는 온도와, 건식인가 습식인가, 그리고 시간에 따라 정확하게 조절할 수 있다. 일반적으로 얇은 막을 만드는데는 그렇게 긴 시간이 소요되지 않으나 막의 두께가 두꺼운 것이 요구되면 상당히 긴 시간이 소요된다. 이것말고도 화학적 증기 증착(chemical vapor deposition - CVD)방식의 산화막 생성 방식도 있다.
산화공정의 목적
Oxidation을 하는 이유는 여러 가지가 있지만 주로 하는 이유는 반도체 표면의 보호막을 형성하거나 혹은 후속 공정을 위한 막을 형성하기 위해서다. 이중 보호막 형성을 위한 목적보다는 후속공정을 위한 막을 형성하기 위해 oxidation을 하는 경우가 많다. 다시 말해 반도체 wafer 표면에 oxidation 을 통해 SiO₂즉 oxide를 기른다. 다음으로 길러진 oxide위에 PR(Photo resist) 즉 감광제를 스피너를 사용해 도포시킨 다음 공정을 하기 위해서 제작되어진 mask와 자외선 노출기를 사용해 원하는 패턴을 형성한다. 다음으로 PR을 그대로 둔 상태에서 oxide 식각을 한다. 즉 PR이 남은 부분을 제외하고 나머지 PR이 노출에 의해 없어져서 oxide만이 노출된 부분을 깎아낸다. 이렇게 하면 wafer위에 하나의 패턴이 그려진 oxide막이 형성이 되고 이 상태 그대로 후속공정 (주로 diffusion이나 implantation)을 한다. 반도체 소자를 만들기 위한 일련의 반도체 공정에서 가장 많이 사용되는 공정이 산화공정이다. 소자마다 차이는 있지만 산화공정의 횟수는 대부분 소자를 만들기 위해 사용되는 mask의 장수만큼 또는 그보다 많은 횟수가 필요하다.
1.3 산화 기구
딜-그로브의 열 산화 모델(Deal-Grove Model of Oxidation)
Si기판을 고온(1000℃ 전후)하에서 산소 등의 산화성 가스에 노출시키면 Si 표면이 산화되어 SiO₂막의 질과 두께를 제어하기 위해서는 산화기구를 알아야한다. 산소분자(O₂)등의 산화 종이 우선 SiO₂막 표면에 흡착한 후, SiO₂막 중을 확산에 의해 통과하여 Si와 SiO₂의 계면에 도달하면 그곳에서 Si와 반응하여 SiO₂가 형성된다. 다시 말해서 SiO₂내에서의 실리콘 확산도는 O₂의 확산도보다 매우 작다, 따라서 화학반응은 Si-SiO₂의 경계면이서 일어난다, 이는 중요한 효과로 열 산화에 의해서 형성되는 경계면은 대기 중에 노출 되지 않는다. 따라서 불순물에 대해 비교적 자유롭다. Si의 산화를 고온에서 하는 이유는 상온에서는 Si 및 산소분자 모두 자연 산화층을 통하여 확산할 수 있을 만큼 활동적이지 못하기 때문이다. 따라서

키워드

반도체,   산화공정,   dry공정,   wet공정