실리콘 기판 위에 고온에서 열산화막(SiO₂, 선팽창 계수 약 0.5×10⁻⁶ K⁻¹)을 만들고 실온까지 냉각했다. 실리콘의 선팽창 계수를 약 2.6×10⁻⁶ K⁻¹라고 하면, 열팽창의 차이에 의해 산화막에 생기는 응력은 무엇인가?

정답: B. 압축 응력

냉각하면 실리콘은 SiO₂보다 크게 수축합니다. SiO₂ 막은 스스로 수축하려는 양보다 더 많이 수축하도록 강제되므로, 면내에서 눌려 압축 응력이 됩니다. 열응력의 방향은 막의 선팽창 계수가 기판보다 크면 냉각 후 인장, 작으면 압축으로 판단할 수 있습니다. 실리콘 위의 알루미늄막과는 팽창 계수의 대소가 반대이므로 응력의 방향도 반대가 됩니다. 팽창 계수에 차이가 있는 한, 성막 온도에서 온도가 바뀌면 응력이 생기므로, 응력이 생기지 않는다는 선택지는 틀렸습니다. 열산화막의 압축 응력은 수백 MPa 정도가 되며, 웨이퍼 휨의 측정으로부터 구할 수 있습니다.