[Ep. 2] 산화 실습(Oxidation Experiment) - 산화 반응 이론

 이전 글에서는 산화 공정 변수에 관하여 살펴보았습니다. 8개의 공정 변수를 알아보았고, 그 중 Wafer Crystal Orientation과 Dummy Wafer와 같은 변수에 대해서는 조금 더 자세히 알아보았습니다. 이번 글을 통해서는 산화막과 기판 사이에서 일어나는 산화 반응의 mechanism을 설명하는 Deal - Grove Model을 학습하기 전 필요한 개념에 대하여 살펴보도록 하겠습니다. 

 

Oxidation VS Deposition

	Oxidation	Deposition
공정 온도	800 ℃ 이상의 높은 온도	400 ℃ 이하의 낮은 온도
박막 생성 조건	Si 기판을 소모하며 형성	어떤 물질이든 증착
산화막질	High Quality	Poor Quality

 

 Oxidation의 산화막질이 Deposition에 비해 좋기 때문에 이전 글에서 언급한 것처럼  MOSFET의 Gate Oxide를 형성할 때 건식 산화를 이용하는 것입니다.

 

Oxidation의 특성

 산화는 Si 기판의 일부(최종 형성된 산화막 두께의 약 45%)를 소모하며 산화막을 형성합니다.

그렇기에 공정 설계 시 이러한 특성을 염두하여야 합니다.  이러한 특성은 간단한 가정을 통해 알아볼 수 있습니다.  두 번째 그림과 같이 생성된 산화막의 두께를 y, 소모된 Si의 두께를 d라고 가정해봅시다. 이때, Si와 SiO2의 분자량과 밀도는 아래 표와 같습니다.  

	분자량(g/mol)	밀도(g/ ㎤)
Si	28.09	2.33
SiO2	60.08	2.27

 

위 화학반응식을 통해 알 수 있듯이 습식 산화이든 건식 산화이든 Si 1 mole을 소모하여 SiO2 1 mole이 생성됩니다. 그렇기 때문에 양론적으로,  d×y ×y  부피 속에 존재하는 Si 몰 수와 y ×y ×y 부피 속에 존재하는 SiO2 몰 수가 같을 것입니다. 

 

 이러한 간단한 가정을 통해 Si 기판 45%를 소모하며, 산화막을 형성하는 것을 확인해보았습니다.