VLSI Engineering _ Oxidation (요약 정리)
Oxidation
- Main purpose of SiO₂
: insulater (device 간 isolation), barrier material during impurity diffusion
- Oxidation procedure
- Dry oxdation : 실리콘에 산소를 넣어 산화막을 성장시키는 공정
- Wet oxidation : 물을 가열하여 수증기 형태롤 SiO₂ 성장, 수소기체 빼주는 공정
- Modeling of Oxidation
수식적인거 생략
- Factors Influencing Oxidation Rate
1) temperature
온도 증가할수록 constant 증가 -> 산화속도 증가
2) Wet / Dry
at same temp, wet oxidation rate >> dry oxidation rate
low oxidation rate -> good quality of oxide
wet oxidation이 산화속도는 빠르나 퀄이 안 좋다. 따라서 gate oxide같이 중요한 곳에는 퀄이 좋은 dry oxidation해주고, masking oxide처럼 쓰고 에칭으로 날리는 곳에는 wet oxidation 사용함
3) Crystal orientation
(111) > (110) > (100)
결정면에 따라 원자수 다르므로 산화속도가 다름 (결정면이 넓을수록 산화속도 느림)
4) pressure
oxidation rate의 압력이 셀수록 Si쪽으로 강하게 넣는다.
동일한 온도에서 압력이 셀수록 oxide 많이 생성됨
온도를 올리기 어려운 경우, 압력을 증가시켜 oxide 증가시킴
5) doping concentration
기판 도핑 농도에 따른 oxidation rate -> 도핑 농도는 산화초기에만 영향이 있고, 이후에는 일정함
- Dopant Re-distribution
재분배현상 : SiO₂와 Si 계면 근처에서 불순물들이 평형 상태를 유지핫기 위해 불순물의 재분포가 일어나는 원리
- Oxide takes up dopants : Oxide가 dopant들 좋아하면
- Oxide rejects dopants : Oxide가 dopant들이랑 잘 안맞으면
- Selective Oxidation
- LOCOS (local oxidation of Si)
- used for device isolation
-short bird's beak as possible (새 부리처럼 생겼다)
- Shallow Trench Isolation(STI) - 최근 LOCOS 공정보다 많이 사용
- 목적 : 소자를 격리시켜 누설 전류 방지
- Process
1) Stack & trench etch
2) Pad oxide undercut
3) Linear oxidation (바로 oxide 쌓지 않고 먼저 살짝만 길러준다. Thermal oxidation 통해 linear oxide 길러준다.)
- 하는 이유 : defect 줄이려고, adhension 좋게 하려고, plasma damage로부터 보호해주려고
4) CVD Oxide gap fill
5) CMP(Chemical mechanical polishing) & HFdip (Nitride, 즉 Si₃N₄가 cmp 공정 시 stopping layer로 작용함)
6) H₂PO₄ Nitride strip (Nitride 제거 후 isolation 잘해주는 oxide 얻게 된다)