반도체 2번째 산화공정 및 산화막의 역할 / 관련기업

 

지난 포스팅에서는 반도체 제조의 출발점인 웨이퍼 제조공정에 대해 알아봤습니다.

오늘은 두 번째 단계인 산화공정에 대해 소개해 드리려 합니다.

 

이 공정은 웨이퍼 위에 절연막을 형성하는 중요한 과정으로, 반도체 회로의 성능과 안정성을 결정짓는 핵심 역할을 합니다.

 

 

왜 산화공정이 필요할까?

 

웨이퍼는 실리콘 덩어리를 얇게 잘라 만든 판으로, 전기가 통하지 않는 부도체 상태입니다.

하지만 우리가 사용하는 반도체는 전기가 필요할 땐 흐르게 하고, 필요 없을 땐 차단할 수 있어야 하죠.

 

이처럼 도체와 부도체의 성질을 모두 갖게 만들기 위해, 웨이퍼 위에 여러 물질을 순차적으로 쌓아가며 공정을 진행하게 되는데요. 그 첫 번째 단계가 바로 산화공정입니다.

 

반도체 웨이퍼 산화공정 (출처: 삼성반도체이야기)

 

 

산화공정이란?

산화는 실리콘(Si)이 산소(O₂)와 결합하는 화학반응을 말합니다.

이 과정에서 만들어지는 물질이 바로 이산화규소(SiO₂)를 산화막이라고 부릅니다.

반도체 웨이퍼 산화막 설명 (출처: 삼성반도체이야기)

 

산화막은 전류가 통하지 않는 절연체로, 회로 간에 불필요한 전류가 흐르지 않도록 막아주는 역할을 합니다.

즉, 반도체 칩 내부에서 회로들이 안전하게 동작하도록 기초 바탕을 마련해 주는 보호막이라 할 수 있습니다.

 

 

산화막의 주요 기능 및 형성 방법

산화막은 단순히 절연 기능만 하는 것이 아닙니다.

반도체 제조의 여러 공정에서 매우 다양한 역할을 수행합니다.

1. 누설전류 차단: 회로와 회로 사이에 불필요한 전류가 흐르지 않도록 절연.
2. 이온 주입 시 보호막: 불순물이 원하지 않는 영역으로 확산되는 것을 방지.
3. 식각 공정 시 보호막: 원하는 부분 외에는 식각이 일어나지 않도록 보호.
4. 불순물 차단: 외부로부터 들어올 수 있는 미세한 오염 물질을 막음.

산화막은 반도체가 고성능·고집적화되는 데 필수적인 기초 안정 장치라 할 수 있습니다. 

 

 

산화막을 만드는 방식은 여러 가지가 있지만, 가장 대표적인 방법은 열산화(Thermal Oxidation)입니다.

 

이 방식은 800~1,200℃의 고온에서 산소나 수증기와 반응시켜 실리콘 웨이퍼 표면에 산화막을 형성합니다.

열산화는 사용되는 기체에 따라 다음 두 가지로 나뉘어요.

건식산화, 습식산화 설명 (출처: 삼성반도체이야기)

• 건식산화 (Dry Oxidation): 산소(O₂)를 사용해 얇고 단단한 산화막을 생성.
• 습식산화 (Wet Oxidation): 수증기(H₂O)를 사용해 비교적 두꺼운 산화막을 형성.

이 외에도 PECVD(플라즈마 보강 화학기상증착), 전기화학적 양극 처리 같은 방식도 사용되며, 각 공정의 목적과 특성에 따라 선택됩니다.

 

산화공정은 쉽게 장비로 설명을 해보자면 웨이퍼 여러 장을 산화 장비에 넣어주고 내부에 산소를 투입시켜 감겨있는 고온의 코일에서 열을 가해줍니다. 그러면 산소원자가 웨이퍼 안으로 침투하여 산소와 실리콘이 결합한 이산화규소(산화막)가 만들어지는 것입니다. 

 

산화공정 관련 기업은?

 

산화공정 장비를 생산하거나 관련 기술을 보유한 기업들도 눈여겨볼 필요가 있습니다.

특히 국내에서는 다음과 같은 기업들이 관련 기술력을 보유하고 있습니다.

• 원익 IPS: 반도체 및 디스플레이 공정장비 전문 기업
• 피에스케이(PSK): 열처리 및 클리닝 공정 장비 전문
• AP시스템: 장비 및 부품 공급업체로 다양한 공정에 진출

이들 기업의 주가 변동이나 신규 수주 소식은 반도체 산업의 흐름을 읽는 데 중요한 힌트가 될 수 있습니다.

 

결론

산화공정은 단순히 실리콘 위에 막을 입히는 단계가 아니라, 반도체의 성능과 안정성을 좌우하는 매우 중요한 절차입니다.

 

처음 접하면 낯선 용어가 많아 어렵게 느껴질 수 있지만, 기본 개념만 이해해도 반도체 산업의 큰 그림이 눈에 들어오실 거예요.

 

다음 편에서는 3단계인 반도체 회로의 핵심, 포토공정에 대해 알아볼 예정입니다.

 

삼성반도체이야기(삼성전자 뉴스룸)를 참고해서 작성했는데 아래링크로 들어가서 확인해 보세요!!

 

 

 

지난번 공유했던 1번째 웨이퍼 제조공정에 대해서도 같이 공부해 보세요!!

 

 

반도체 8대 공정 설명 / 1번째 웨이퍼 제조공정 설명, 관련 기업