酸化膜とは？役割・除去方法・形成【半導体プロセス】

今回は、「半導体の酸化膜」について解説していきます。

半導体の酸化膜について全く知らない方、異分野から半導体製造工程に関わることになった方など、初心者向けの記事になります。

半導体プロセスの酸化膜とは？

酸化膜の意味・役割

半導体プロセスにおける酸化膜の意味・役割について簡単に説明します。

酸化膜とは、シリコンウエハ表面(Si)と酸素(O2)を化学反応させて形成される二酸化ケイ素(SiO2)の薄い膜です。

半導体プロセスにおいて酸化膜は「絶縁膜」や「保護膜」の役割を果たします。

・「絶縁膜」としては、半導体デバイスは極めて薄い様々な膜の層が積み重なっている積層構造になっており、回路の配線が3次元的に複雑に張り巡らされています。

その中で、回路間がショートしてリーク電流が流れないように、絶縁させる役割があります。

・「保護膜」としては、例えばエッチング工程では削りたくない箇所に酸化膜を形成して保護したり、微細なパーティクルなどの汚染物資からウエハを保護する役割もあります。

次項では、酸化膜の形成方法について説明します。

酸化膜の形成方法

酸化膜の形成方法として最も一般的なのは、シリコン酸化法です。

シリコンウエハを900℃以上に加熱して、酸化ガスを送ることでシリコン表面が酸化されて「熱酸化膜」が形成されます。

シリコン酸化法は、一度に多くのウエハを同時に処理することができる(バッチ処理)ため生産性が高いのが特徴です。

自然酸化膜の除去方法

最後に、自然酸化膜の除去方法について説明します。

シリコンウエハを大気中に放置すると、シリコンと空気中の酸素が反応して1nm程度の自然酸化膜が形成されます。

自然酸化膜は、大気中の汚染物資からウエハを保護する役割もありますが、工程によっては導電性の確保や、酸化膜が他の膜を形成する際に邪魔になって除去する必要がある場合もあります。

自然酸化膜は、フッ化水素(HF)が含まれる水溶液に浸けることで除去することができます。

半導体プロセスで多く使用されているRCA洗浄でも、DHF（フッ酸と純水を混ぜたもの）を使用して自然酸化膜を除去しています。

以上、酸化膜についての説明でした。

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最後まで読んで頂き、ありがとうございました。