오늘은 반도체 이야기 네번째 시간으로 반도체의 8대 공정 중 산화 공정에 대해 알아보도록 하겠다. 

반도체의 8대 공정- 2. 산화(Oxidation)공정

 웨이퍼가 만들어지면 웨이퍼에 산화막을 만든다. 

웨이퍼에 절연막 역할을 하는 산화막(SiO2)을 형성하여 회로와 회로사이에 누설전류가 흐르는 것을 차단하기 위해 필요한 공정이다.

 산화란? 

어떠한 물질이 산소와 화학적으로 반응하여 산소 화합물을 만드는 현상을 말하는데 

반도체에서는 주로 실리콘(Si, Silicon)을 사용하기 때문에 실리콘과 산소(O2)가 반응하여 이산화규소(SiO2)가 생성된다.

 이러한 산화막이 필요한 이유는?

반도체는 전류의 흐름으로 연산을 수행하게 되는데 이때, 전기 신호가 잘못되어 오류가 발생할 수 있다. 그렇기 때문에 전류가 흐르는 곳과 흐르지 않는 곳을 구분할 필요가 있는데 이때 산화막이 전기 신호의 오류를 막는 차단벽의 역할을 한다.

 이러한 산화막은 

이온주입 공정에서는 확산 방지막 역할을 하고, 식각((蝕刻, etching 에칭)은 화학약품의 부식작용을 응용한 소형(塑型)이나 표면가공의 방법) 공정에서는 필요한 부분이 잘못 식각 되지 않게 막는 식각 방지막 역할을 한다.

이렇게 산화막을 만드는 공정을 산화 공정이라고 한다.

 미세한 공정이 이뤄지는 반도체 제조 과정에서 산화 공정은 엄청나게 중요한 역할을 한다.

산화 공정에는 실리콘 원자(별도로 공급하지 않아도 웨이퍼에서 조달이 가능하다.), 산소 원자, 열에너지가 필요하다.

산화 공정은 고온에서 이뤄지는데, 고온에서 실리콘 원자와 산소 원자가 화학 반응하여 이산화규소가 생성된다.

이 방법은 가장 보편적으로 사용하는 열산화(Thermal Oxidation) 방법이다.

800~1200℃의 고온에서 진행하며, 얇고 균일하게 형성되어야 하는 중요한 공정이다.

산화공정의 방식은 사용되는 기체에 따라 분류되기도 한다.

먼저 산소기체만 사용하여 산소를 공급하는 방법이 있는데 이를 건식산화(Dry Oxidation)라 한다.

순수한 산소 만을 이용하기 때문에 산화막의 성장 속도가 느린 단점이 있다.

주로 얇은 막을 형성할 때 많이 사용하며, 전기적 특성이 좋은 산화물을 형성한다.

산소를 공급할 때 산소가 잘 녹은 물(H2O)과 함께 공급하는 방법이 있다. 이때 물은 수증기의 형태로 사용되며, 이러한 방법을 습식산화(Wet Oxidation)이라고 한다.

습식산화는 산소를 빠르게 공급할 수 있으며, 두꺼운 막을 형성할 수 있다. 하지만 빠른 속도에 의해 산화층의 밀도가 낮은 단점이 있다.

 이번 시간에는 반도체 8대 공정 중 산화공정에 대해 알아보았다. 다음 시간에는 웨이퍼에 회로를 만드는 포토공정에 대해 알아보도록 하겠다.