반도체 공정 기초 2. STI(Shallow Trench Isoltion)공정 Feat.LOCOS 공정

생각을 떠올려보자 열심히 노력해서 두 개의 소자를 만들어 냈다고 가정하고 기대감에 스위치를 켰는데 이게 웬일 전류는 분명 흐르는데 소자가 작동을 안한다. 알고보니 떨어뜨려 놨다고하는게 다시보니 붙어가지고 이래저래 전류가 누설중이다.

 

이렇게 생각한일들이 계속해서 발생한다면 소자가 계속해서 망가진거고 이는 칩 수율이 낮아지는 결과를 불러일으킨다. 한마디로 돈이 안된다는것. 반도체 공정은 많은 문제가 있지만 특히나 누설전류나 일명 쇼트라고 불리는 전자의 흐름이 막히는것들이 생긴다.

 

이런것을 막기위해서 먼저 생긴 공정이 LOCOS(Local Oxidation of silicon process)이다. 초기에는 이 문제를 잘 제어했으나 선폭이 미세화되면서 점차 문제가 생기기 시작했다. 그것은 바로 열적 산화로 만드는 SiO2막이 깊이방향으로만 잘 자라주면 되는데 가로로도 길게 성장하면서 일명 bird's beak이라 불리는 문제가 발생한것.

LOCOS 공정 후 모습과 그 문제점을 나타낸 오른쪽 그림

그래서 생겨난것이 STI(Shallow Trench Isolation)공정이다. STI 공정을 간단히 나타내면 다음과 같다.

 

STI공정의 간단한 개요

SIO는 기본산화막, SIN은 CMP(Chemcal Mechanical Polishing)공정 중 폴리싱을 멈추는 구간을 알려주는 역할을 합니다.

갑자기 짜잔하고 알려주는건 아니고 화학적인것과 광학적인 부분을 동시에 적용하여 특정 색상이나 물질로 알 수 있게 됩니다.

 

LOCOS와 다른점은 똑같이 파서 진행하지만 일단 증착공정으로 들어갑니다. LOCOS는 열적 산화를 통한 산화막의 성장을 사용합니다. 이 성장방향이 등방성이기때문에 아래로 내려갈수록 옆으로도 치고 들어가는게 문제가 되었죠.

 

반면에 STI는 화학적 증착을 이용합니다. 즉 차분히 층을 하나하나 올리는거죠 그렇기에 위 그림처럼 직사각형으로 딱 떨어지게 채워집니다. 물론 어느정도 문제는 있겠지만 LOCOS보다는 더 진보된 기술입니다.

 

그럼 다시 처음문장으로 돌아가서 전류가 누설인데 뭐가 문제였냐.

 

N-well과 P-well은 각각 독립적인 소자

위에서 보시다시피 전류가 흐르면 각각의 소자들이 누설전류나 도통으로 인해서 소자로 역할을 하지 못합니다.

이를 막아주는것이 절연막이고 방법은 소자들을 떨어뜨려놓는것입니다. 바로 절연막으로 isolation 하는것이죠 이 절연막이 LOCOS에서 STI 그리고 DTI(Deep Trench Isolation)까지 진화중입니다.

 

오늘은 여기까지 하겠습니다. 그림이 매우 구린건 항상 죄송합니다. 성격이 그렇게 꼼꼼하지 못해서... 나중에 업그레이드 시켜보도록 하겠습니다.

 

 

반도체 공정 기초 3. High k와 Low k 의미와 비교