Thermal Oxidation(산화 공정) 3분만에 깊게 이해하기! SiO2가 반도체 공정에서 쓰이는 곳!

안녕하세요!

오늘은 산화공정(Thermal Oxidation)에 대해 배워보도록 하겠습니다.

 

산화공정은 공정 중 유일한 고온공정(900~1200도)입니다. 

높은 온도에서 하는 공정이니 반도체 칩에 안 좋은 영향이 있을 수밖에 없습니다.

특히 금속이 있으면 고온공정이 불가하기 때문에 공정 과정에 초반에 사용할 수 있습니다.

특히 SiO2를 생성할 때만 쓰인다고 봐도 무방합니다.

최신에는 많이 쓰는 공정은 아닌 것 같아요!

 

그래서 SiO2를 반도체 공정 중 언제 쓰는지에 대해 알아볼게요!

(SiO2만들 때만 Thermal Oxidation을 사용하기 때문!)

 

1. Gate Dielectric(gate oxide)

출처 : slidepaper

 

MOSFET구조에서 Gate Oxide는 매우 중요한 역할을 합니다.

특히 gate oxide는 순수한 SiO2로 만들어져야 절연체로서의 역할을 제대로 하기 때문에

Dry Oxidation방식을 사용합니다.

Wet Oxidation은 H2O를 사용하기 때문에 H(수소) 불순물이 들어갈 수 있습니다.

반도체의 역사에서 Thermally grown SiO2는 Si반도체 기술이 성공할 수 있었던 이유라고도 합니다.

 

 

2. Device Isolation(Field Oxide)

반도체 공정 과정 중에 Isolation(분리막)을 만드는 과정은 필수라고 했습니다.

아래 블로그에서 분리막에 대한 설명이 있습니다! ㅎㅎ

CMOS Fabrication Process(CMOS제조과정)

분리막을 만드는 방법에는 두 가지가 있었는데 

그 중에 LOCOS방식에서 Thermal Oxidation을 사용한다고 했습니다.

이 과정에서는 속도가 더 중요하기 때문에 Wet Oxidation을 사용합니다.

하지만, LOCOS의 여러 한계점 때문에 거의 사용하지 않습니다.

(요즘은 STI방식 사용)

 

 

3. Device passivation

공정 과정에서 소자를 보호하는 역할을 합니다.

 

4. Diffusion Mask

Diffusion공정에 관해서는 다음 포스팅에서 할 것 같습니다.

Diffusion은 말 그대로 확산공정입니다.

이때 Mask가 필요합니다. 특정 부분에만 Diffusion 되게 하기 위해!

에칭이나 확산공정을 깊게 하는 경우 →  Hard Mask

높은 온도에서 에칭이나 확산공정을 하는 경우 → Diffusion Mask

---

자! 지금까지 Thermal Oxidation방식으로 만들어진 SiO2가 어디서 쓰이는지 알아봤습니다.(네 가지)

 

하지만!! SiO2를 사용하는 곳이 두 곳이 더 있습니다.

 

1. Insulating layer between Metals

금속계열이 들어가면 SiO2를 Thermally grown하지 못한다고 했습니다.

따라서 이때는 낮은 온도에서 할 수 있는 deposition 방법을 사용합니다.

2. Hardmask in etching

아까 4번 Diffusion mask를 볼 때 Hard mask에 대해 언급했습니다.

바로 깊게 etching하는 경우에 사용합니다.

이 경우도 deposition을 사용합니다.

---

마지막으로!!

Last but not least!

 

Thermal Oxidation 방식으로 SiO2를 만드는 방식과

Deposition 방식으로 SiO2를 만드는 방식의 차이는 무엇일까요?

 

Thermal Oxidation의 경우 Si substrate(기판)위에 SiO2를 형성하는 방식입니다.

즉, 산소원자만 gas로 날아와 Si 기판과 반응해 SiO2를 만드는 것이죠.

 

반면, Deposition의 경우는 Si와 O2를 gas로 같이 넣어줘야 합니다.

이 두개가 만나서 SiO2를 형성하는 것이죠.

 

오늘도 화이팅입니다 ㅎㅎ