[산화막 증착] 산화막이란? 산화막의 생성 방법!
산화막 증착 공정 - Oxidation Progress
산화막 증착 공정은 Wafer위에 산화막(SiO2)을 형성하는 공정입니다.
산화막은 Si 기판 표면을 보호하고, 절연체(Insulator) 역할을 합니다.
산화막은 매우 우수한 전기 절연성을 가지며, 3.9의 유전상수, 1.46의 굴절률, 2.18(Wet)~2.27(Dry)g/cm3의 밀도를 가집니다. 기판보다 낮은 열팽창계수를 가지고 있어 이후 공정 과정에서 Compressive Stress가 발생할 수 있습니다.
산화막 증착 종정은 산소 압력이 강할수록, 온도가 높을수록(고에너지) 성장속도가 빨라지고,
도핑 농도가 높고, 오랜 시간 공정을 진행 할수록 두께가 두꺼워집니다.
Wafer에 따라 산화막 증착 공정의 특징이 달라지는데요.
100은 안정하나 111보다 산화막 공정 속도가 느립니다.
그 이유는 111에 전자가 드러난 Si 인 Dangling Bond가 많기 때문에 같은 평방미터를 기준으로 111이 더 많은 원자를 가지고 있고, 이에 따라 활성화 에너지가 높기 때문입니다.
산화 (Thermal Oxidation) 종류
1) 습식 산화: 빠르지만, 두께 제어가 어렵고, 질이 좋지 않습니다. (물(수증기)을 이용, 수소에 의해 품질 저하가 발생).
2) 건식 산화: 느리지만 질이 좋습니다. 주로 Gate 산화막으로 사용됩니다. (산소를 이용)
산화막 생성 방법
+Step Coverage: 모든 Deposition 공정에서 단차간 일정 두께를 유지하는지여부 - 증착 파트 참고
1) 산화(Oxidation) :
기판의 Si를 사용하는 방법입니다. 양방향 성장의 특징을 가지고 있습니다.
(SiO2 100nm를 만들고 싶으면 44nm의 Si 필요. 즉, 44% Loss 발생)
질이 좋아 Gate 절연, LOCOS, Buffer Oxide시 사용됩니다.
하지만 고온공정이며 (약 800도), Step Coverage가 나쁘고, 기판의 손실(Loss)을 일으키는 단점을 가지고 있습니다.
표면에서 반응하지 않고. 기판 안쪽으로 Diffusion된 뒤에 반응이 진행됩니다. -> Diffusion 속도가 중요합니다.
이런 특징으로 삼성전자에서 확산공정은 이 공정을 포함합니다.
Deal Grove Model: 반응 Gas가 산화막을 통과하는 것은 확산에 의함(Steady State, Fick`s 1st Law-이온주입 참고)
시간에 따라 일정 수준까지는 선형으로 두께 증가(Linear) 하다가
생성된 산화막을 뚫고 들어가야 해 포물선으로 두께가 증가(Parabolic)합니다.
=>전체 반응 속도는 가장 느린 반응에 의해 결정되기 때문!!!
2) 증착(Deposition) : (증착 파트 참고)
기판의 Si를 사용하지 않는 방법입니다. 단방향 성장의 특징을 가지고 있습니다.
Si 주입 공정으로 기판의 Si를 사용하지 않아 기판손실이 적고, Step Coverage가 좋고, 저온 공정이지만(약 400도),
낮은 전력에서 절연파괴현상이 발생하고, 질이 나빠(Etching시 빨리 깎임) STI, ILD, IMD, Passivation 등 상대적으로 질이 나빠도 괜찮은 공정에 사용합니다.