완도군청

산화공정 실험보고서 보고서

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산화공정 실험보고서

산화공정

1. 실험목적

실리콘 IC 웨이퍼 제조의 기초는 웨이퍼 표면에 산화층을 열적으로 성장시키는 능력이다.
실리콘 기판 속으로 불순물을 확산시켜서 산화층을 열적으로 성장시키고 식각시키고 패턴화되는 산화막 마스킹 공정이 1950년부터 두드러지게 개발되었다.
이 개발은 트랜지스터를 대량으로 제작하기 위한 공정 개발에 있어서 기본적인 요소이다.
이러한 방법으로 산화공정은 실리콘 평면 기술의 발전에서 주요 임무를 수행하게 되었고 오늘날까지도 웨이퍼 제작공정의 중요한 부분을 설명하는 데 이용한다.
산화공정은 반도체 소자 제조 공정 중 하나로 고온(800-1200℃)에서 산소나 수증기(HO)를 주입시키고 열을 가해 실리콘 웨이퍼 표면에 얇고 균일한 실리콘 산화막(SiO)을 형성 시키는 공정이다.
실리콘 산화 막은 실리콘 표면에 원하지 않는 오염을 방지하는 역할 뿐 아니라 반도체 소자에서 매우 우수한 절연체(insulator)로 전류와 도핑물질(dopant)의 이동을 막는데 사용되는 물질로 고품질의 SiO 박막을 성장시키는 산화기술은 반도체 공정에서 매우 중요하다.

2. 이론배경

- 산화막(Oxide Film)

일반적으로 750℃에서 1100℃ 사이의 열적 산화 온도에서 산화물층이 웨이퍼 위에 성장된다.
실리콘상의 산화물층은 열 산화물 또는 열 이산화규소(SiO)라고 부른다.
이산화규소는 산화 물질이기 때문에 두 가지 조건이 내부 교환에 사용된다.
또 다른 이산화규소는 유리이다.
이산화규소는 절연체 물질이고 전기를 도통시키지 않는다.

- 산화막의 용도(Uses of Oxide Film)

●확산공정

도핑 방법은 산화막에 패턴을 형성하고 도펀트를 확산 또는 이온 주입 시키는 것이다.
도핑 중 도펀트는 실제로는 산화층 내로 확산된다.
그러나, 실리콘보다는 산화막에서 천천히 확산된다.
산화막 두께를 충분히 두껍게 형성한 부분은 도펀트가 웨이퍼 표면에 닿는 것을 막을 수 있다.

●표면 안정화

열적으로 성장된 SiO의 주요 이점은 따라다니는 실리콘 화학결합을 묶음으로써 발생되는 실리콘의 표면상태 밀도의 감소이다.
단단한 SiO층은 제조공정 동안 발생될 수도 있는 손상과 공정 손실로부터 실리콘을 보호하게 된다.

●소자보호와 격리

웨이퍼의 표면에서 성장된 이산화규소는 실리콘에서 민감한 소자를 보호하고 격리하기 위한 효과적인 장벽의 역할을 한다.
SiO는 실리콘 표면에서 활성 소자를 분리시키는 데 효과적인 매우 강하고 조밀한 구조를 갖는 물질이기 때문에 물리적으로 소자를 보호한다.

●게이트 산화물 유전체

MOS 기술의 광범위한 사용은 공정 개발에서 주요 관련 게이트 산화물의 구성을 만들게 된다.
소자의 신뢰성이 중요하기 때문에 게이트 산화물은 집적된다.
MOS 소자에서 게이트 구조는 소자를 통해서 흐르는 전류의 흐름을 제어한다.
MOSFET에서는 source와 drain을 연결하는 channel을 형성하는 유기시키기 위해 의도적으로 gate에 충분히 얇은 산화막을 성장시킨다.
이러한 산화막을 게이트 산화막이라고 한다.



-딜-그로브의 열 산화 모델(Deal-Grove model)

Si기판을 고온(1000℃ 전후)하에서 산소 등의 산화성 가스에 노출시키면, Si표면이 산화되어 SiO 막의 두께를 제어하기 위해서는 산화기구를 알아야한다.
산소분자(O)등의 산화 종이 우선 SiO의 계면에 도달하면 그곳에서 Si와 반응(산화)하여 SiO가 형성된다.
다시말해 SiO 내에서의 실리콘 확산도는 O의 확산도보다 매우 작다.
따라서 화학반응은 Si- SiO의 경계면에서 일어난다.
이는 중요한 효과로 열 산화에 의해서 형성되는 경계면은 대기 중에 노출되지 않는다.
따라서 불순물에 대해 비교적 자유롭다.
Si의 산화를 고온에서 하는 이유는 상온에서는 Si 및 산소분자 모두 자연 산화층을 통해 확산할 수 있을 만큼 활동적이지 못하기 때문이다.
따라서 곧 반응은 멈추게 되고 이때 산화층의 두께는 25Å을 넘지 못한다.

3. 실험방법

⑴ 에틸알콜과 아세톤에 10분정도 담가 웨이퍼 표면에 쌓여있는 유기물을 제거한다.

⑵
D.I. WATER로 알콜과 아세톤의 잔여물을 씻겨낸다.

⑶ HF :
D.I. WATER을 1 : 6의 비율로 혼합한 용액에 10초가량 담가 자연산화 막(Native Oxide)를 제거한다.
순수 Si의 웨이퍼는 소수성이기 때문에 표면에 물방울이 거의 고이지 않는 것을 확인한다.

⑷ 다시 한 번
D.I. WATER로 씻겨낸다.

⑸ 클리닝 과정을 거친 웨이퍼를 1시간, 2시간, 4시간으로 공기 중에 노출 산화시킨다.

⑹ 시간 별로 산화된 각각의 웨이퍼에 유성 네임펜으로 선을 그어준다.(PR공정)

⑺ 실험방법 ⑶을 참고하여 다시 산화막을 제거한다.

⑻ 유기용매인 아세톤으로 ⑹과정에서 네임펜으로 그린 선을 제거한다.

⑼ AFM을 이용하여 산화막의 두께 차이를 측정한다.

4. 실험결과

● 데이터 분석표

⑴ 1h

Z(nm)

Z(nm)

△Z(nm)

sample 1

47.62

9.3

38.32

sample 2

46.71

7.64

39.08

sample 3

46.29

7.45

38.85

sample 4

45.74

7.23

38.50

평균

49.59

7.90

38.39

⑵ 2h

Z(nm)

Z(nm)

△Z(nm)

sample 1

125.52

19.24

106.28

sample 2

127.72

22.44

105.28

sample 3

131.29

27.39

103.90

sample 4

137.89

33.67

104.22




..... (중략)






제목 : 산화공정 실험보고서 보고서
출처 : 지식114 자료실



[문서정보]

문서분량 : 4 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 산화공정 실험보고서
파일이름 : 산화공정 실험보고서.hwp
키워드 : 산화공정,실험,실험보고서



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