3.2 실리콘의 산화 (Oxidation)

3.2.1 실리콘의 산화 

> 실리콘의 산화물은 SiO2이다.

 

 > SiO2는 여러 목적으로 사용되며 그중 하나는 도펀트를 주입시킬 때 마스크 역할이 있다. 

 

 > 단결정 Si 표면 위에 도펀트 Implantation을 하게 되면 Si 결정 사이로 도펀트 원자가 원하지 않는 잎으로 빠져나가는 Channeling 효과를 줄을 수 있다. 

 

 > Channeling을 줄일 수 있는 이유는 단결정 Si 위에 형성된 SiO2 막질은 Si 보다 더 Amorphous 하기 때문이다. 

 

 > SiO2는 실리콘 MOSFET에선 필수이다. 

 

 > FET(Field Effect Transistor)를 구현하기 위해 Metal 과 Si 사이에 절역막은 필수이며 SiO2가 보통 사용된다. 

 

 > 또한, 배선을 여러 Layer로 구성할 때 서로 다른 Metal Layer가 붙어서 Short 나지 않기 위해 절연막으로도 사용된다. 

 

 > SiO2를 만드는 방법은 크게 건식(Dry)와 습식(Wet)이다. 

 

 > 건식은 Si에 O2 가스와 높은 온도에서 성장시키며 보통 좋은 Quality의 얇은 막을 형성할 때 사용된다. 

 

 > 습식은 Si에 O2 대신 H2O를 사용한다. 

 

 > H2O는 O2보다 SiO2를 더 빠르게 통과해서 확산한다. 

 

 > 습식 방식은 건식 보다 더 빠르게 SiO2가 만들어져서 두꺼운 산화물을 형성할 때 많이 사용된다. 

 

 > 그리고 산화는 일반 증차(Depo)과 다르게 Si과 반응하여 성장하기 때문에 Si의 표면을 어느 정도 Consume 한다. 

 

그림 1. 산화 시스템

 

3.2.1 Oxidation of Silicon

•The oxide of silicon is SiO2.

•SiO2 has various applications, and one of them is acting as a mask when injecting dopants.

•When performing dopant implantation on a single-crystal silicon surface, the SiO2 layer formed on it can reduce the channeling effect, where dopant atoms undesirably move between silicon crystals.

•The reason for reduced channeling is that the SiO2 film formed on the single-crystal Si is more amorphous than Si itself.

•SiO2 is essential in silicon MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors).

•To implement a Field Effect Transistor (FET), a gate insulator layer is necessary between the metal and silicon, and SiO2 is commonly used.

•Furthermore, SiO2 is used as an insulating layer to prevent short circuits when constructing multiple layers of wiring.

•The methods for creating SiO2 can be broadly categorized into dry and wet oxidation.

•Dry oxidation involves growing SiO2 on Si using O2 gas at high temperatures. It's commonly used when forming thin layers of high-quality oxide.

•Wet oxidation uses H2O instead of O2 gas.

•H2O diffuses through SiO2 faster than O2, making wet oxidation a preferred choice when creating thicker oxide layers.

•Wet oxidation is faster in producing SiO2 compared to dry oxidation and is used for forming thicker oxide layers.

•Additionally, the oxidation process reacts with Si, unlike typical deposition processes, which leads to some consumption of the Si surface.

 

 

그림 1.System of Oxidation

 

Reference 

-. Chenming Calvin Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, PEARSON(2013)