산화 공정 (건식산화 / 습식산화)

✏️ 반도체 산화 공정이란?

실리콘 웨이퍼 표면에 얇은 산화막(산화 실리콘, SiO2)을 형성하는 과정으로, 산화막은 반도체 소자의 전기적 특성을 조절하여 불순물로부터 실리콘 표면을 보호하고, 웨이퍼 위 배선이 합선되지 않게 구분해 주는 절연막을 만들기 위한 필요한 공정.

 

📢 산화 공정의 필요성

• 전기적 절연 : 산화막은 전기적으로 절연 성질을 가지고 있어 소자 내부의 전류가 의도하지 않은 경로로 흐르는 것을 방지한다. 
• 보호막 역할 : 산화막은 외부의 물리적, 화학적 손상으로부터 소자를 보호하는 역할을 한다.
• 기능성 층 : 트랜지스터의 게이트 산화막이나 커패시터의 절연체 등 반도체소자의 기능적 요소로 활용된다. 

 

⚙️ 산화 공정의 주요 방법

: 산화 공정은 주로 건식산화와 습식 산화로 나뉘며, 각 방식은 서로 다른 특성과 활용 분야를 가지고 있다.

*산화 공정을 진행하는 반도체 장비 : Furnace [퍼니스]

 

건식산화(Dry Oxidation)

• 원리 : 고온 환경에서 순수 산소(O2)를 반응로 내부로 주입하여 실리콘 웨이퍼 표면에 산화막을 형성하는 방법.
• 특징
  • 막의 품질 : 고품질의 얇고 균일한 산화막
  • 속도 : 산화 속도가 느려, 비교적 얇은 산화막에 적합하다.
  • 적용 : 트랜지스터의 게이트 산화막 등 고정밀 공정에 주로 사용된다.
• 장점
  • 높은 절연 특성
  • 얇고 균일한 막
  • 높은 신뢰성
• 단점
  • 산화 속도 느림
  • 두꺼운 산화막 형성 어려움

 

습식산화(Wet Oxidation)

• 원리 : 고온의 수증기(H2O)를 반응로에 주입시켜 산화막을 형성하는 방법. 수증기와 실리콘이 반응하여 빠르게 산화막이 형성된다.
• 특징
  • 막의 두께 : 두껍고, 빠르게 산화막을 생성한다
  • 속도 : 건식산화에 비해 빠른 속도로 산화막을 형성한다
  • 적용 : 절연층이나 보호층 등 두꺼운 산화막이 필요한 공정에 사용된다
• 장점
  • 빠른 산화 속도
  • 두꺼운 막 형성에 적합
  • 대량 생산에 유리
• 단점
  • 막의 균일성이 건식산화에 비해 낮다
  • 상대적으로 낮은 품질

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✏️ 결론

건식산화는 정밀한 소자를 제작할 때, 습식산화는 빠르고 두꺼운 산화막을 필요로 할 때 주로 활용된다. 각각의 장단점이 있기에, 공정의 목적과 요구사항에 따라 선택하여 활용할 수 있다.