산화막 (Oxide, SiO2)란?
산화막이란? 반도체 공정에서 가장 핵심적이며 기본적인 물질입니다. 특히 열산화 방식(thermal oxidation)으로 형성되는 산화막의 형성방법은 산화막을 형성하기 위한 가장 쉬운 방법이며 실리콘이 반도체 재료로써 가장 각광받는 이유중의 하나입니다
산화막의 역할(1) 산화막은 반도체 소자의 내부에 캐리어들의 이동을 막고 전기를 절연시켜주는 절연체의 역할을 합니다. (MOS소자에서 gate 절연막으로 사용되는 산화막이 대표적인 예라고 할 수 있습니다.) 전기적으로 절연체의 역할뿐만 아니라 수많은 소자들로 구성되는 집적회로의 제조공정에서 소자와 소자간의 격리를 요구할때, 산화막이 사용되기도 합니다.(LOCOS 혹은 Trench)
산화막의 역할(2) 실리콘 기판상에 원하는 불순물을 도핑하는 공정(diffusion, ion implatation 등)에서 도핑이 되면 안되는 영역의 확산 방지막의 역할을 하기도 합니다. 또한 산화막은 알칼리용액, 불소가 첨가되지 않은 산성용액 그리고 일부 건식식각용 반응기체 등과 잘 반응하지 않는 안정적인 성질을 띄고 있어서 실리콘 기판 혹은 박막의 dry etching 혹은 wet etching 시에 etching 방지막으로도 사용됩니다.
산화막의 반응식 열 산화법의 화학 반응은 건식 산화(dry oxidation)의 경우 (식)와 같이 표현됩니다. Si(s) + O2(g) → SiO2(s) (식)
SiO2의 구조 SiO2의 일반적인 구조는 하나의 Si 이온이 4개의 산소 이온들에 의해 둘러 쌓인 정사면체의 단위 구조를 가지는 집합체로서 많은 bulk상태를 가집니다.
SiO2의 물성(1) SiO2는 일반적으로 투명한 유리와 같이 비정질상태가 안정하고, Si와 O의 결합은 공유 결합과 이론 결합이 혼합된 형태이며, 유연한 Si-O-Si bridge를 가집니다. 화학식 SiO2 굴절률 1.45 / 550nm 전도 범위 200 – 2,000nm
SiO2의 물성(2) Band gap energy 8 ~9 eV 분자 무게 60.06 밀도 2.202 g/㎤ 녹는 점 1,700°C 끓는 점 2,230°C Specific Gravity (H2O=1) 2.65 Specific heat capacity 0.201 Cal/g.K Thermal conductivity(at 20°C) 0.00285 Cal/K.cm.s