부도체인 웨이퍼에 반도체의 성질을 가질 수 있도록 웨이퍼 위에 여러가지 물질을 형성시키고, 설계된 회로대로 깎고, 다시 물질을 입히는 일을 수만번 반복한다. 이 모든 과정의 기초 단계이며, 반도체 8대공정 중 두번째 공정인 산화공정에 대해 알아보고 관련 기업에 대해 알아보도록 하겠다.
반도체 산화공정
부도체인 웨이퍼 위에 산화공정을 거치는 이유는 1) 웨이퍼에 절연막 역할을 하는 산화막(Sio2)을 형성해 회로와 회로 사이에 누설 전류가 흐르는 것을 차단하기 위함이고, 2) 이온주입공정에서 확산 방지막 역할을 하며, 3) 식각공정에서는 필요한 부분이 잘못 식각되는 것을 막는 식각 방지막 역할을 한다.
- 반도체 웨이퍼 열산화 방법
산화공정의 방법에는 열을 통한 열산화(Thermal Oxidation), 플라즈마 보강 화학적 기상 증착(PECVD), 전기 화학적 양극 처리 등 여러 종류가 있는데, 그 중 가장 보편적인 방법은 800~1,200℃의 고온에서 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성시키는 열산화 방법이 있다.
열산화 방법은 산화반응에 사용되는 기체에 따라 건식산화와 습식산화로 나뉜다.
건식산화는 산소(O2)만을 이용하며, 산화 속도는 느리지만 산화 밀도는 높다. 산화 두께도 얇다.
습식산화는 산소(O2)와 수증기(H2O)를 모두 사용해 두꺼운 막을 형성하며, 산화 속도는 빠르다. 상대적으로 산화 질은 건식에 비해 떨어진다. 산화 밀도도 낮다.
건신산화 방식은 매우 좋은 전기적 특성을 가진 산화물을 만들 수 있지만 시간이 오래걸리며, 습식산화는 산화막 형성 속도는 빠르지만 다소 두꺼운 산화막을 형성하여 절연특성이 상대적으로 좋지 않다.
열산화 공정은 1)웨이퍼 클리닝 2)열산화 3)건사 순으로 진행된다.
웨이퍼는 산화막을 인위적으로 생성하지 않아도 공기중 산소와 반응하여 자연 산화막이 발생하게 되는데 반도체 공정상 제어 불가능한 자연물을 제거 해줘야 해서 첫 단계에 웨이퍼 클리닝을 진행한다.
웨이퍼들은 쿼츠 보트에 끼우고 튜브 안에서 가스를 흘려주는데, 가스가 들어는 부분과 나가는 부분은 상대적으로 균일성이 떨어져 앞뒤로 희생되는 더미 웨이퍼를 배치한다.
열산화된 웨이퍼는 레이저를 쏴준 후 산화막 표면과 실리콘 표면에서 반사되어 돌아오는 속도를 각각 비교 계산하여 평균 두께를 측정하여 검사한다.
산화 공정이 반도체 전체 공정에서 차지하는 중요도는 그리 크지 않는 듯 하다.
반도체 공정별 밸류체인 : 산화공정
반도체 팹(FAB) 공정 장비 시장에서 산화공정 장비는 2~3%를 차지하고 있다.
- RTP 장비(급속 열처리 장비) : 짧은 시간 내에 웨이퍼를 고온으로 처리 -> 원익IPS(테라세미콘 합병), AP시스템, 예스티
- 드라이 클리닝 장비 : 웨이퍼 위에 제거 불가능한 자연물 제거 -> 피에스케이
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