[신소재 기초실험] 산화공정

제목 : 산화 공정 (Oxidation)
목적 : 반도체 소자 제조 공정 중 하나로 고온에서 산소나 수증기를 주입시키고 열을 가해 실리콘 웨이퍼 표면에 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성 시키는 공정이다. 실리콘 산화막은 실리콘 표면에 원하지 않는 오염을 방지하는 역할 뿐 아니라 반도체소자에 서 매우 우수한 절연체로 전류와 도핑물질의 이동을 막는데 사용되는 물질로 고품질 의 SiO₂박막을 성장시키는 산화기술은 반도체 공정에서 매우 중요하다.
이론 : 딜-그로브의 열 산화 모델 (Deal-Grove Model of Oxidation)
Si기판을 고온(1000℃ 전후)하에서 산소 등의 산화성 가스에 노출시키면, Si표면이 산화되어 SiO2 막이 형성된다. SiO2 막의 질과 두께를 제어하기 위해서는 산화기구를 알아야한다.
산소분자(O2)등의 산화 종이 우선 SiO2막 표면에 흡착한 후, SiO2막 중을 확산에의해 통과하여 Si 와 SiO2의 계면에 도달하면 그곳에서 Si와반응(산화)하여 SiO2 가 형성된다. 다시 말해 SiO2 내에서의 실리콘 확산도는 O2 의 확산도보다 매우 작다. 따라서 화학반응은 Si-SiO2의 경계면에서 일어난다. 이는 중요한 효과로 열 산화에 의해서 형성되는 경계면은 대기 중에 노출되지 않는다. 따라서 불순물에 대해 비교적 자유롭다.
Si의 산화를 고온에서 하는 이유는 상온에서는 Si 및 산소분자 모두 자연 산화층을 통해 확산할 수 있을 만큼 활동적이지 못하기 때문이다. 따라서 곧 반응은 멈추게 되고 이때 산화층의 두께는 25Å을 넘지 못한다.
-Atomic Force Microscopy (AFM)
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① H2SO4 와 H2O2 를 4:1로 만든 용액에 Si wafer를 100℃, 1min 동안 담가 놓는다.

② D.I (de-ionized) water로 충분히 헹군다.

③ Si wafer를 B.O.E에 넣어 10sec동안 etching한다.

④ 다시 D.I water로 충분히 헹군다.

⑤ Si wafer의 물기를 제거한다.

① furnace를 1200℃까지 올린다.

② Si wafer를 furna