[8대공정 뽀개기] '웨이퍼 보호' 산화공정

반도체 산업에 관심이 있다면 ‘8대 공정’을 한번쯤 들어보셨을 겁니다. 24시간 365일 쉼 없는 생산 과정에서 수백 가지 공정을 거치는데, 간단하게 8단계로 나눈 것이 바로 8대공정입니다. 반도체 산업 및 투자에 대한 이해를 높이기 위해서는 8대 공정을 먼저 알아야 한다는데요. 8회에 걸쳐 반도체 8대 공정과 관련 제조업체들을 뽀개보겠습니다.

[헤럴드경제=주소현 기자] 8대공정 중 두번째는 ‘산화공정’입니다. 반도체 집적회로의 ‘도화지’ 되는 웨이퍼를 보호하기 위한 일종의 막을 씌우는 과정입니다. 반도체 공정 전 과정에서 보호막 역할을 하기 위해서죠. 반도체 제조가 미세한 공정을 거치는 만큼 아주 작은 불순물도 집적회로의 전기적 역할에 치명적 역할을 미치기 때문입니다.

실리콘을 소재재로 만들어진 웨이퍼는 전기가 동하지 않는 ‘부도체’입니다. 이 웨이퍼가 전기가 통하는 도체와 부도체의 성질을 모두 갖는 ‘반도체’가 되도록 하기 위해 웨이퍼에 여러 물질을 형성하고 설계한 패턴대로 깎아내고 다시 물질을 입히고 깎아내는 과정을 반복해야 합니다.

이 과정에 앞서 산화공정을 거쳐 웨이퍼에 절연막 역할을 하는 산화막을 형성합니다. 회로와 회로 사이에 누설전류가 흐르는 것을 막기 위해서입니다. 또한 이온주입공정에서 확산 방지하고 이어질 식각공정에서는 필요한 부분이 잘못 식각되는 것을 막는 역할도 합니다.

웨이퍼는 대기 중 혹은 화학물질 내에서 산소에 노출되면 산화막을 형성하게 되는데요. 이는 철(Fe)이 대기에 노출되면 산화되어 녹이 스는 것과 비슷합니다.

웨이퍼에 막을 입히는 산화공정의 방법에는 열을 통한 열산화(Thermal Oxidation), 플라즈마 보강 화학적 기상 증착(PECVD), 전기 화학적 양극 처리 등 여러 종류가 있습니다. 그 중 가장 보편적인 방법은 800~1200℃의 고온에서 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성시키는 열산화 방법입니다.

열산화 방법은 산화반응에 사용되는 기체에 따라 건식산화(Dry Oxidation)와 습식산화(Wet Oxidation)로 나뉩니다. 건식산화는 순수한 산소만을 이용하기 때문에 산화막 성장속도가 느려 주로 얇은 막을 형성할 때 쓰이며, 전기적 특성이 좋은 산화물을 만들 수 있습니다.

습식 산화는 산소와 함께 용해도가 큰 수증기를 함께 사용하기 때문에 산화막 성장속도가 빠르고 보다 두꺼운 막을 형성할 수 있으나 건식 산화에 비해 산화층의 밀도가 낮습니다. 보통 동일한 온도와 시간에서 습식산화를 통해 얻어진 산화막은 건식산화를 사용한 것보다 약 5~10배 정도 더 두껍습니다.

국내 반도체 장비 업체 중 이큐테크플러스는 반도체 산화 공정에서 산화막 품질을 올리는 새로운 콘셉트의 기술을 개발했습니다. 고온으로 생성한 열산화막은 좁은 회로에서 균일한 두께의 산화막을 만들기 힘듭니다.

또 산화막에 첨가되는 붕소는 800도 이상 온도에서 더욱 움직임이 활발해져 갈수록 폭이 얇아지는 회로 위에서 자기 자리를 벗어날 가능성도 큽니다. 플라즈마 방식으로 형성된 산화막은 공정 도중 이온이 생성돼 회로 내 전류의 흐름을 방해하고 산화막 손상까지 일으킵니다. 이큐테크플러스는 기존 플라즈마·열처리 장비가 지닌 단점은 빼고 장점만을 결합한 산화막 증착 유닛 원천 기술을 확보했습니다.

유진테크는 전 공정단계에서 ‘박막(Thin Film)형성’ 공정에 필요한 장비를 개발하고 있습니다. 주력제품으로 개발 중이거나 개발이 완료된 장비는 반응가스간의 화학적반응으로 형성된 입자를 웨이퍼 표면에 증착하여 절연막이나 전도성 박막을 형성하는 장비 등이 있습니다.

addressh@heraldcorp.com