화학 기상 증착

화학 기상 증착

화학 기상 증착(CVD) 산화물은 전구체 가스가 반응기 내 웨이퍼 위에 박막을 증착하는 선형 성장 공정입니다. 성장 공정은 저온이며 열산화물에 비해 성장 속도가 훨씬 빠릅니다. 또한 필름이 성장하는 것이 아니라 증착되기 때문에 훨씬 더 얇은 이산화규소 층을 생성합니다. 이 공정은 전기 저항이 높은 필름을 생성하므로 IC 및 MEMS 디바이스 등 다양한 애플리케이션에 사용하기에 적합합니다.

외부 층이 필요하지만 실리콘 기판을 산화시킬 수 없는 경우 화학 기상 증착(CVD) 산화물을 사용합니다.

화학 기상 증착 (CVD) 성장:

CVD 성장은 웨이퍼가 수직 또는 수평으로 배열된 저온 반응기에 가스 또는 증기(전구체)를 도입할 때 발생합니다. 가스는 시스템을 통해 이동하여 웨이퍼 표면에 고르게 분포됩니다. 이 전구체가 반응기를 통과하면서 웨이퍼는 표면에 이를 흡수하기 시작합니다.

전구체가 시스템 전체에 고르게 분포되면 기판 표면을 따라 화학 반응이 시작됩니다. 이러한 화학 반응은 섬으로 시작되며, 이 과정이 계속되면서 섬이 커지고 합쳐져 원하는 필름이 만들어집니다. 화학 반응은 웨이퍼 표면에 부산물을 생성하고, 이 부산물은 경계층을 가로질러 확산되어 반응기 밖으로 흘러나가면서 증착된 필름이 코팅된 웨이퍼만 남게 됩니다.

 

(1.) 기체/증기가 반응하여 기판 표면에 섬을 형성하기 시작합니다. (2.) 섬이 성장하고 서로 합쳐지기 시작합니다. (3.) 연속적이고 균일한 필름이 생성됩니다. 

화학 기상 증착의 이점:

• 저온 성장 과정.
• 빠른 증착 속도(특히 APCVD).
• 실리콘 기판이 아니어도 됩니다.
• 스텝 커버리지가 우수합니다(특히 PECVD).

CVD의 유형

LPCVD

저압 화학 기상 증착은 가압을 하지 않는 표준 화학 기상 증착 공정입니다. LPCVD와 다른 CVD 방법의 가장 큰 차이점은 증착 온도입니다. LPCVD는 일반적으로 600°C 이상의 가장 높은 온도를 사용하여 필름을 증착합니다.

저압 환경은 순도, 재현성, 균질성이 높은 매우 균일한 필름을 생성합니다. 이 작업은 10~1,000 Pa 사이에서 수행되며 표준 실내 압력은 101,325 Pa입니다. 온도가 필름의 두께와 순도를 결정하며, 온도가 높을수록 더 두껍고 순수한 필름을 만듭니다.

• 일반적인 증착 필름: 폴리실리콘, 도핑 및 비도핑 산화물, 질화물.

PECVD

플라즈마 강화 화학 기상 증착은 저온, 고막 밀도 증착 기술입니다. PECVD는 높은 자유 전자 함량(~50%)을 갖는 부분적으로 이온화된 가스인 플라즈마를 추가하여 CVD 반응기에서 진행됩니다. 이는 100°C - 400°C 사이에서 이루어지는 저온 증착 방식입니다. 자유 전자의 에너지가 반응성 가스를 해리하여 웨이퍼 표면에 필름을 형성하기 때문에 저온에서 PECVD를 수행할 수 있습니다.

이 증착 방법은 두 가지 유형의 플라즈마를 사용합니다:

1. 저온/콜드(non-thermal/비열): 전자는 중성 입자 및 이온보다 온도가 높습니다. 이 방법은 증착 챔버의 압력을 변화시켜 전자의 에너지를 사용합니다.
2. 열 (Thermal): 전자는 증착 챔버의 입자 및 이온과 동일한 온도입니다.

증착 챔버 내부에서는 웨이퍼 위와 아래의 전극 사이에 고주파 전압이 전달됩니다.
이는 전자를 충전하고 여기 상태를 유지하여 원하는 필름을 증착할 수 있습니다.

PECVD를 통해 필름을 성장시키는 네 가지 단계가 있습니다:

1. 증착 챔버 내부의 전극에 타겟 웨이퍼를 놓습니다.
2. 반응성 기체와 증착 요소를 챔버에 도입합니다.
3. 전극 사이에 플라즈마를 보내고 전압을 가하여 플라즈마를 여기시킵니다.
4. 반응성 가스가 해리되어 웨이퍼 표면과 반응하여 박막을 형성합니다. 부산물은 챔버 밖으로 확산됩니다.

•  일반적인 증착 필름: 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 비정질 실리콘, 실리콘 옥시니타이드(_SixOyNz)

APCVD

대기압 화학 기상 증착은 퍼니스에서 표준 대기압으로 이루어지는 저온 증착 기술입니다. 다른 CVD 방법과 마찬가지로 APCVD는 증착 챔버 내부에 전구체 가스를 넣은 다음 온도를 천천히 상승시켜 웨이퍼 표면에서 반응을 촉매하고 박막을 증착합니다. 이 방법의 단순성 때문에 증착 속도가 매우 빠릅니다.

• 일반적인 증착 필름: 도핑 및 비도핑 실리콘 산화물, 실리콘 질화물. 어닐링에도 사용됩니다.

HDP CVD

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착은 고밀도 플라즈마를 사용하여 웨이퍼가 증착 챔버 내에서 더 낮은 온도(80°C-150°C 사이)와 반응할 수 있도록 하는 PECVD의 한 버전입니다. 이는 또한 트렌치 필링 기능이 뛰어난 필름을 생성합니다.

• 일반적인 증착 필름: 이산화규소(_SiO2), 질화규소(_Si3N4), 탄화규소 (SiC).

SACVD

준대기압 화학 기상 증착은 표준 실내 압력 이하에서 일어나고 오존(_O3)을 사용하여 반응을 촉매하기 때문에 다른 방법과 다릅니다. 증착 공정은 약 13,300 Pa에서 80,000 Pa 사이의 압력으로 LPCVD보다는 높지만 APCVD보다는 낮은 압력에서 이루어집니다. SACVD 필름의 증착 속도는 약 490°C까지 온도가 상승함에 따라 향상되며, 이 시점부터 감소하기 시작합니다.

• 일반적인 증착 필름: BPSG, PSG, TEOS.

 

USG, BPSG