[반도체공정] feat.jaeger 산화(Oxidation) Chapter 3.3 - 산화막 성장률의 영향요소들

반도체 8대 공정 순서

1. 실리콘 웨이퍼 제조 공정
2. 산화공정(Oxidation)
3. 포토공정(Photo)
4. 식각공정(Etching)
5. 증착공정(Deposition)
     - 확산(Diffusion)
     - 이온주입(Ion implantation) 
6. 금속배선공정(Metalliztion)
7. EDS 공정(Electrical Die Sorting)
8. 패키지공정(Package)

 

3.3 산화막 성장률 영향요소

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산화막의 성장률에 영향을 주는 요소들이 있습니다.

1. 결정방향
2. 도핑농도의 영향
3. 염소의 영향(Cl)
4. 압력의 영향

[반도체공정] feat.jaeger Chapter 3-2 산화 - 열산화

 

위 포스팅에서 다루었던 내용을 기억하시나요?

성장두께에 관한 선형 성장률 상수(B/A) 관계식

여기서 B/A는 다음과 같이 비례가 됩니다.

 

k_s : 표면반응률 상수

C_0 : 산화막 표면에서의 고체 산화족 농도

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성장두께에 관한 포물선 성장률 상수(B) 관계식

여기서 B는 다음과 같이 비례가 됩니다.

 

 

 

D : 확산계수

다만 긴 산화 시간에서 성장률은 B의 지배를 받습니다.

 

 

D_0 : 비례상수

E_A : 활성화 에너지

이 변수요소들은 다양한 환경에서 어떤 영향을 받을까요?

 

3.3.1 결정방향

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포물선 성장률 상수 B는 비례상수 확산계수 D의 영향을 받습니다.

그래서  기판의 방향과는 상관없습니다.

 

즉 긴 반응시간에서는 기판의 방향과 관련이 없습니다.

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선형 성장률 상수 B/A는 표면반응률 상수 k_s에 영향을 받습니다.

그래서 기판의 방향과 상관이 있습니다.

 

즉 짧은 초기 반응에서는 기판의 방향과 관련이 있습니다.

 

(111) 기판의 표면 원자 밀도가 (100) 보다 큽니다.

따라서 (111)의 B/A가 더 큽니다.

 

3.3.2. 도핑농도의 영향

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Si 기판에는 소량의 불순물이 존재합니다.

 

따라서 SiO2 성장은 기판의 Si을 소모하면서 성장하기 때문에 소모된 Si에 포함된 불순물이 SiO2의 성장에 영향을 미칩니다.

 

B (boron), P(phosphorus)는 대표적 반도체 불순물입니다.

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dopant가 B(보론)인 p형 반도체의 경우,

B는 SiO2 성장 후에 segregation(분리)됩니다.

 

이는 산화막의 network 구조를 약화시킵니다.

 

따라서 포물선 성장률 상수 B가 증가하게 합니다.

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한편 dopant가 P(포스포러스)인 n형 반도체의 경우,

Si/SiO2 계면에 P가 축적되는 P-pile up 현상이 일어납니다.

P-pile up : P불순물이 계면으로 이동하는 것

이는 Si-Si 결합을 약화시켜 표면반응률 상수 k_s를 증가시킵니다.

 

따라서 선형성장률 상수 B/A가 증가하게 합니다.

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위의 실험결과에서 P 도핑의 경우에 포물선 성장률 상수 B 값은 영향을 받지 않습니다.

그러나 선형 성장률 상수 B/A 값은 도핑농도 10^19 /㎤부터 급격하게 증가하는 경향을 볼 수 있습니다.

 

3.3.3. 염소의 영향

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Na+ 이온은 SiO2 산화막에 매우 치명적인 영향을 줍니다.

 

따라서 소량 기체 Cl을 첨가하여 Na+ 이온을 감소시켜 산화막의 항복전압을 높입니다.

 

3.3.4. 압력의 영향

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압력이 올라가게 되면 solid solubility(고체의 용해도 : 고용도) C*가 증가하게 됩니다.

B/A, B 둘 다 증가합니다.

 

즉 같은 두께의 산화막을 짧은 시간에, 낮은 온도에 성장이 가능하다는 뜻입니다.

반도체 전 공정에서 유입된 이온, 확산 불순물들의 침투를 최대한 억제할 수 있는 장점이 있습니다.

 

그러나 가압 장비이기 때문에 장비가 복잡해지면 매우 비싸집니다.

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감사합니다.

 

introduction to microelectronic fabrication (Vol 5)

For courses in Theory and Fabrication of Integrated Circuits.The author's goal in writing this text was to present a concise survey of the most up-to-date techniques in the field. It is devoted exclusively to processing, and is highlighted by careful explanations, clear, simple language, and numerous fully-solved example problems. This work assumes a minimal knowledge of integrated circuits and of terminal behavior of electronic components such as resistors, diodes, and MOS and bipolar transistors.

저자

jaeger

출판

피어슨 에듀케이션

출판일

2013.08.30