반도체는 우리 생활에 꼭 필요한 부분이 되었습니다. 오늘은 "8가지 기본 반도체 공정" 시리즈로 돌아가 반도체 제조 공정을 계속해서 살펴보겠습니다. 이전 글에서는 웨이퍼 제조 공정에 대해 알아보았습니다. 이번 글에서는 산화과정을 소개하겠습니다.

웨이퍼 산화물 층(이산화규소, SiO2): 보호 및 절연 기능을 제공합니다.

모래에서 추출한 실리콘은 집적회로의 원료로 사용되기 전에 일련의 정제 공정을 거쳐 실리콘 잉곳을 형성합니다. 그런 다음 실리콘 잉곳을 균일한 두께로 자르고 연마한 후 최종적으로 반도체 웨이퍼의 기초가 형성됩니다.

이 단계에서 생산된 웨이퍼는 전도성이 없습니다. 따라서 전도성과 비전도성 특성을 모두 갖춘 "반도체"로 만들려면 추가 처리가 필요합니다. 이를 위해서는 웨이퍼에 다양한 물질을 전사해야 하고 표면에 회로 패턴을 식각해야 합니다. 이러한 프로세스를 여러 번 반복해야 할 수도 있습니다.

산화는 위에서 언급한 모든 과정의 기초입니다. 산화 공정에서는 SiO2 층이 생성되는데, 이는 회로 사이의 누설 전류를 방지하기 위한 절연 층으로 사용됩니다. 산화물 층은 후속 이온 주입 및 에칭 공정 중에 실리콘 웨이퍼를 보호할 수도 있습니다.

즉, 이산화규소층은 반도체 제조공정 전반에 걸쳐 신뢰성 있는 차폐층 역할을 한다. 집적회로는 높은 정밀도를 요구하며, 아주 작은 오염물질이라도 집적회로의 전기적 성능에 악영향을 미칠 수 있어 산화물층의 역할이 중요합니다.

이 보호 산화물 층은 어떻게 형성됩니까?

웨이퍼가 공기 중의 산소나 기타 화학물질에 노출되면 철(Fe)이 공기에 노출되면 녹이 발생하는 것과 유사하게 산화막이 형성됩니다.

산화에는 열산화, 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD), 전기화학적 양극산화 등 여러 가지 방법이 있습니다. 그 중 가장 널리 사용되는 방법은 800~1200°C의 고온에서 진행되는 열산화 공정으로 얇고 균일한 이산화규소층을 형성하는 공정이다.

열 산화는 산화 반응에 사용되는 가스에 따라 건식 산화와 습식 산화로 구분할 수 있습니다. 건식 산화는 순수한 산소(O₂)를 사용하므로 산화막 성장 속도가 느려 박막 형성에 이상적입니다. 건식 산화법으로 생성된 산화물은 우수한 전기적 특성을 보입니다. 습식 산화는 산소(O₂)와 수증기(H₂O)를 모두 사용합니다. 결과적으로 산화막이 더 빨리 성장하고 두꺼워집니다. 그러나 습식 산화법으로 생성된 산화물은 건식 산화법으로 생성된 산화물만큼 밀도가 높지 않습니다. 동일한 시간과 온도 조건에서 습식 산화법으로 생성된 산화물은 건식 산화법으로 생성된 산화물보다 약 5~10배 더 두껍습니다.

이 기사에서는 주로 산화물 층의 기능과 형성 방법을 소개합니다. 산화물 층으로 덮인 웨이퍼에 회로 패턴이 인쇄되는 방법을 설명하는 이 시리즈의 다음 부분을 계속 지켜봐 주시기 바랍니다.