화학 기상 증착

화학 기상 증착

화학 기상 증착(CVD) 산화물은 전구체가 박막(얇은 필름)을 원자로의 웨이퍼에 증착하는 선형 성장 과정입니다. 저온에서 성장 과정이 진행되며, 열산화물(thermal oxide)에 비해 성장률이 월등히 높습니다. 이는 또한 필름이 자라기 보다는 탈포되기 때문에 훨씬 더 얇은 이산화규소 층을 생산하게 됩니다. 이 공정은 높은 전기 저항을 가진 필름을 만들어내고, IC와 MEMS 장치에 사용하기에 매우 적합합니다.

화학 기상 증착(CVD) 산화물은 외부 층이 필요하지만 실리콘 기판이 산화되지 않을 수 있을 때 수행됩니다.

화학 증기 증착 성장:

CVD 성장은 웨이퍼가 수직/수평으로 배치되는 저온 원자로에 가스나 증기가 유입될 때 발생합니다. 가스는 시스템을 통해 이동하며 웨이퍼 표면에 고르게 분포됩니다. 이러한 전구체들이 원자로를 통과하면서, 웨이퍼들은 그들의 표면으로 그것들을 흡수하기 시작합니다.

전구체가 시스템 전체에 고르게 분포하기 시작하면, 화학 반응이 기판의 표면을 따라 시작됩니다. 이러한 화학 반응들은 섬에서부터 시작되며, 그 과정이 계속되면서 섬들은 성장하고 합쳐져 원하는 필름을 만들어 낼 수 있습니다. 화학반응은 웨이퍼 표면에 쌍방향덕트를 생성하는데, 이 쌍방향덕트는 경계층을 가로질러 확산되어 원자로 밖으로 흘러나오고, 웨이퍼만 증착된 필름 코팅으로 남게 됩니다.

(1.) 가스/증기는 반응하여 기판 표면에 섬을 형성하기 시작함. (2.) 섬들은 함께 자라기 시작. (3.) 지속적이고 균일한 막이 생성 됨. 

화학 기상 증착의 이점:

• 저온 성장 처리.
• 빠른 증착 속도(특히 APCVD).
• 실리콘 기판일 필요없음
• 양호한 스텝 커버리지(특히 PECVD).

CVD 유형들

LPCVD

저압 화학 기상 증착(LPCVD)은, 가압이 없는 표준 화학 기상 증착 과정입니다. LPCVD와 다른 CVD 방법의 주요 차이점은 증착 온도에 있습니다. LPCVD는 보통 600°C 이상의 필름을 증착하기 위해 가장 높은 온도를 사용합니다.

저압 환경은 높은 순도와 재현성, 균질성을 가진 매우 균일한 막을 만들어 냅니다. 이 작업은 10 – 1,000 Pa 사이에서 수행되며, 표준 실내 압력은 101,325 Pa입니다. 온도는 이러한 필름의 두께와 순도를 결정하는데, 온도가 높아지면 더 두껍고 순수한 필름이 만들어 집니다.

• 증착된 일반 필름: 폴리실리콘(polysilicon), 도핑 및 비도핑 산화물, 질화물(nitrides)

PECVD

플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)은 저온, 고밀도 필름 증착 기술입니다. PECVD는 자유 전자 함량이 높은(~50%) 부분 이온화 가스인 플라즈마를 첨가한 CVD 원자로에서 발생합니다. 이것은 100°C~400°C의 저온 증착 방법이며, 자유 전자의 에너지가 활성 가스를 분리하여 웨이퍼 표면에 막을 형성하기 때문에 PECVD는 저온에서 수행할 수 있습니다.

이 증착 방법은 두 가지 유형의 플라즈마를 사용합니다:

1. 저온(비열): 전자는 중성 입자와 이온보다 온도가 더 높습니다. 이 방법은 증착실의 압력을 변화시켜 전자의 에너지를 사용하는 방식입니다.
2. 열: 전자는 증착실에 있는 입자와 이온과 같은 온도입니다.

증착실 내부에서는 웨이퍼 위아래의 전극 사이에 무선 주파수 전압이 전송됩니다. 이는 원하는 필름을 증착하기 위해 전자를 충전하고, 자극적인 상태로 유지하게 됩니다.

다음은 PECVD를 통해 필름을 성장시키기 위한 네 가지 단계입니다:

1. 웨이퍼 대상을 증착실 안의 전극 위에 올려놓는다.
2. 활성 가스와 증착 요소를 증착실에 도입.
3. 플라스마를 전극 사이에 넣고 전압을 가해 플라스마를 자극시킴.
4. 활성 가스는 웨이퍼 표면과 분리되고 반응하여 얇은 필름(박막)을 형성. 부산물이 증착실 밖으로 확산됨.

• 증착된 일반 필름: 실리콘 산화물, 질화규소, 비정질 실리콘, 실리콘 옥시니트라이드silicon oxynitrides (Si_xO_yN_z)

APCVD

대기압 화학 기상 증착(APCVD)은 표준 대기압의 용광로에서 발생하는 저온 증착 기술입니다. 다른 CVD 방법과 마찬가지로 APCVD는 증착실 내부에 전구체 가스를 필요로 합니다. 온도가 서서히 상승하면, 웨이퍼 표면의 반응을 촉매하고 박막을 증착합니다. 이 방법은 간단한 덕분에 증착률이 매우 높습니다.

• 증찬된 일반 필름: 도핑 및 비도핑 실리콘 산화물, 질화규소. 어닐링(annealing)에도 사용됩니다.

HDP CVD

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP CVD)은 더 높은 밀도의 플라즈마를 사용하는 PECVD 버전입니다. 이는 증착실 내에서 훨씬 낮은 온도(80°C~150°C)로 웨이퍼가 반응할 수 있도록 하며, 훌륭한 트렌치 필링 기능을 가진 필름을 생성합니다.

• 증착된 일반 필름: 이산화규소(SiO₂), 질화규소(Si₃N₄), 실리콘 카바이드(silicon carbide SiC).

SACVD

아대기압의 화학 기상 증착(SACVD)은 표준 실내 압력 이하에서 일어나고 오존(O₃)을 사용하여 반응을 촉진하기 때문에 타 방법과는 다릅니다. 증착 공정은 LPCVD보다는 높은 압력에서 진행되지만 APCVD보다는 낮은 압력에서, 약 13,300Pa에서 80,000Pa 사이에서 발생합니다. SACVD 필름은 증착률이 높아 온도가 약 490°C까지 올라갈때 증착률이 개선되며, 이 지점에서부터 감소하기 시작합니다.

• 증착된 일반 필름: BPSG, PSG, TEOS.

USG, BPSG