산화 공정의 요약본
2022.10.12 - [전자공학/2. Oxide] - 2. 산화 공정) 반도체 산화 공정 (feat. Gate Oxide)
2. 산화 공정) 반도체 산화 공정 (feat. Gate Oxide)
왜 '실리콘'이 반도체에 사용이 되며, '신의 물질'이라고 하는지 아시나요? 실리콘의 장점은 크게 3가지입니다. 1. 모래의 주 성분으로 지구에 엄청 많습니다. 집 앞 놀이터에도 모래가 엄청 많죠.
yonsekoon.tistory.com
유전율이란 무엇일까요?
유전율이란, 부도체 외부에서 전기장을 가했을 때 전하가 얼마나 잘 분극 되는지를 나타내는 척도입니다.
금속 같은 경우, 자유전자가 많기 때문에 외부 전기장을 걸어주면 전류가 흐릅니다.
따라서, 금속은 유전율이라는 개념이 존재하지 않습니다.
부도체 같은 경우, 전자는 자유전자가 아닌 원자핵 내에서 구속되어 있습니다.
따라서, 외부 전기장을 가해주면 아래 그림처럼 '유전 분극'이 됩니다.
유전율은 유전상수와 '비례' 관계가 있습니다. (feat. 유전율 식)
유전상수가 클수록 전하들이 잘 배치되죠.
전하들이 잘 배치되기 위한 조건이 무엇일까요?
전자가 잘 움직여야 합니다. 즉, 원자들끼리 결합이 약해야 하죠.
결합이 약하다는 것은 에너지 밴드갭이 작다는 뜻입니다.
전자가 잘 움직이지 않는다면요?(원자들끼리 결합이 너무 세다면요?)
결합이 세다는 것은 에너지 밴드갭이 높아 전자가 잘 움직이지 않는다는 뜻입니다.
Low K일 수록 분극 현상이 나타나기 어려워지죠. (계속 같은 말 하는 기분..)
암튼 이러한 low K 물질은 전자가 이동하지 못해 전류가 흐를 확률이 매우 낮아집니다.
이러한 low K 물질을 절연체로 많이 쓰이죠.
요약
1. low K 일수록 절연 특성이 뛰어나며, 에너지 밴드갭이 높다.
2. High k 일수록 유전 특성이 뛰어나며, 에너지 밴드갭이 낮다.
3. 절연 특성과 유전 특성은 반비례 관계이다.
반도체에 응용
이제 반도체 이야기로 점프하겠습니다!
MOSFET에서 '분극' 현상을 가장 잘 이용한 부분은 어디일까요?
바로 Gate Oxide입니다.
Gate에 + 전압을 걸면 Semiconductor 표면 부분에 - channel이 형성됩니다.
다시 말해, 유전 현상을 이용한 부분이죠.
절연 특성, 유전 특성 이 두 마리의 토끼를 잡을 수 있다면 얼마나 좋을까요?
하지만 반비례 관계라 공학자들은 어쩔 수 없이 '유전 특성'을 선택하게 됩니다. High K 선택!
High K 선택 > 절연 현상, 에너지 밴드갭 감소 > 동일 두께에서 누설 전류 증가 > 절연체 두께 증가 or 막질 개선
이 외에도 Dram의 capacitance 증가에도 high K가 사용됩니다.
ILD에서 소자 배선 간 절연을 할 때는 무엇을 사용할까요?
Low K 유전체(절연체)를 사용합니다.
기존 SiO2는 RC delay로 인해 속도가 많이 느려졌습니다.
여기서, C값을 최대한 줄여(K값을 줄여) RC delay를 최소화시켜, 절연 효과를 더욱 극대화시켰습니다.
이 부분에서는 굳이 '유전체'가 필요 없겠죠?
'반도체 8대 공정 > 2. Oxide' 카테고리의 다른 글
| 2.4 산화 공정) CMOS에서 사용되는 산화막, 유전체 (USG, PSG, BPSG), 증착 방식 (1) | 2022.12.03 |
|---|---|
| 2-3 산화 공정) 열 산화 공정 Mechanism, Oxidation rate 변수 (0) | 2022.11.23 |
| 2-1 산화 공정) 반도체 산업에서 산화막은 단결정일까 비정질일까? (0) | 2022.11.14 |
| 2. 산화 공정) 반도체 산화 공정 (feat. 습식 산화가 빠른 이유) (2) | 2022.10.12 |
댓글