산화막은 칠하는 게 아니다

반도체 웨이퍼 위의 얇은 유리막(산화막)은 위에 칠해서 만드는 게 아니라, 실리콘을 천 도 안팎으로 구워 실리콘 자체를 막으로 바꿔 기릅니다. 웨이퍼 백여 장을 한꺼번에 굽는 세로형 확산·산화 퍼니스를 3D로 열어 봤습니다.

• 산화막은 칠하는 게 아니라, 천 도 안팎에서 실리콘을 구워 기릅니다
• 웨이퍼는 석영 보트에 층층이, 많게는 150장이 한 번에 들어갑니다
• 다 자란 막은 원래 표면보다 아래까지 내려가 있습니다
• 보트는 아래에서부터 석영관 속 뜨거운 구간으로 올라갑니다
• 관을 감싼 히터는 구역마다 따로 달궈, 설정 온도와의 오차를 0.5도 안으로 잡습니다
• 관이 달궈지면 산소나 수증기를 흘려 넣습니다
• 산소는 이미 생긴 막을 뚫고 내려가, 맨 밑 실리콘과 만나 막이 됩니다
• 그래서 막 두께의 44%는 원래 실리콘이 있던 자리입니다
• 같은 로에서 표면의 불순물 원자를 열로 퍼뜨리면, 그게 확산입니다
• 다 구우면 보트가 내려오고, 로봇이 웨이퍼를 통(FOUP)에 옮겨 담습니다

산화막(열산화막)

실리콘을 고온에서 산소나 수증기와 반응시켜 기른 이산화규소 막입니다. 도펀트 확산·주입을 막는 가림막, 표면 보호, 소자 사이 분리, 게이트 산화막, 배선 절연에 쓰입니다.

건식·습식 산화

산소 기체로 기르면 건식, 수증기로 기르면 습식입니다. 같은 온도에서 습식이 건식보다 훨씬 빨리 자랍니다(1000°C 기준 시간당 약 400nm 대 50nm).

석영관·석영 보트

석영으로 만든 공정관과 웨이퍼 받침입니다. 보트는 웨이퍼를 수평으로 위아래 겹쳐 담고, 엘리베이터에 실려 관 속으로 들어갑니다.

히터 구역

관을 감싼 히터 코일을 여러 구역으로 나눠 따로 제어해, 관 길이 전체의 온도를 고르게 맞춥니다. 온도는 보통 설정값 대비 ±0.5°C 이내로 관리합니다.

44%

두께 d의 산화막이 자랄 때 실리콘이 0.44d만큼 소모됩니다. 그래서 막의 약 44%는 원래 표면 아래에, 나머지는 원래 표면 위에 있습니다.

확산

표면에 넣어 둔 불순물(도펀트) 원자가 고온에서 실리콘 속으로 퍼져 들어가는 과정입니다. 같은 퍼니스에서 확산·활성화·산화를 모두 합니다.